Keski-infrapunapulssi-kuitulaserien sovellukset

Puolivälissäviittaa sähkömagneettisiin aaltoihin, joiden aallonpituus on 3 ~ 1000 μm; Laser-tekniikan alalla keski-infrapuna määritellään yleensä 2μm ~ 5 μm-kaistaksi. Keski-infrapunalasereilla on ainutlaatuiset aallonpituusalueet ja molekyylin absorptioominaisuudet, ja ne sopivat moniin sovellusskenaarioihin; Pulssi -kuitulaserit ovat osoittaneet laajan käyttöpotentiaalin teollisuuden prosessoinnissa ja muilla aloilla niiden etuilla, kuten korkean säteen laatu, hyvä stabiilisuus ja kompakti rakenne.

Keski-infrapunakaistalla on kaksi pääakselähyvitysikkunaa (3 ~ 5 μm ja 8 ~ 12 μm). Näillä nauhoilla pääkomponenttien imeytyminen ilmakehään on erittäin pieni, joten pitkän matkan siirto voidaan saavuttaa, mikä sopii kaukokartoitukseen, havaitsemiseen ja muihin kenttiin.
Keski-infrapunakaista sijaitsee useimpien molekyylien perustavanlaatuisella värähtely-resonanssialueella, ja monilla nesteillä, kaasuilla ja ei-metallisilla materiaaleilla on voimakas imeytyminen infrapunavalon voimakkaasti. Tämä ominaisuus tekee keski-infrapunalasereista tärkeitä sovelluksia spektrianalyysissä, ympäristön seurannassa, lääketieteellisessä diagnoosissa ja muilla aloilla.

Keski-infrapunapulssien kuitulaserien keskeiset tekniikat
Kello 1. Väliaineen valinta
① Harvinainen maametallikuitu:
ER³⁺ (Erbium -ioni): Yleensä käytetään laserlähtöjen saavuttamiseen 2,7 ~ 2,8 μm: n kaistalla, joka sopii lääketieteelliseen, ilmakehän kaukokartoitukseen ja muihin kenttiin. Sen energiatason rakenne mahdollistaa sen tuottavan keskipitkän infrapunasäiliöiden laserit tietyissä pumppausolosuhteissa.
Ho³⁺ (Holmium-ioni): Voi tuottaa lasereita 2. Tämä kaista on ilmakehän lähetysikkunassa, turvallinen ihmisen silmille ja sillä on levitysarvo lasertutkissa ja muissa kentissä.
TM³⁺ (Thulium -ioni): Voi tuottaa lasereita 2,3 μm: n kaistalla, mikä on merkityksellistä tietyille spektrianalyyseille ja sovelluksille.
② Epälineaarinen taajuusmuutos:
OPO (optinen parametrinen oskillaattori): Parametrisen monistusprosessin perusteella epälineaarisissa kiteissä pumpun valon energia muunnetaan signaalivalaisimeksi ja joutokäynnin valoon. Valitsemalla sopivat epälineaariset kiteet ja oskillaattorin mallit, keskimääräisen infrapunakaistan laserlähtö voidaan saada, ja viritys voidaan saavuttaa laajemmalla aallonpituusalueella.
DFG (stimuloitu Raman-sironta): Keski-infrapunalaserit syntyvät Raman-sirontavaikutuksella. Säätämällä pumpun valon parametrit ja Raman-väliaineen ominaisuudet, eri aallonpituuksien keskimääräinen infrapunasäyttölaserlähtö voidaan saavuttaa, mutta yleensä pumpun teho on yleensä korkeampi.
14. pulssin muodostumismekanismi
① Q-kytkentätekniikka:
Aktiivista Q-kytkentä: Laserin häviötä tai pumpun tehoa ohjataan ulkoisella modulaatiosignaalilla siten, että laser-ontelon fotonitiheys muuttuu määräajoin, mikä tuottaa pulssilaser-ulostulon. Esimerkiksi laser moduloidaan käyttämällä komponentteja, kuten akustooptista modulaattoria tai elektro-optista modulaattoria pulssien luomiseksi. Tämä menetelmä voi hallita tarkasti pulssin toistotaajuutta ja pulssin leveyttä, mutta vaatii lisämodulaatiolaitteita, mikä lisää järjestelmän monimutkaisuutta.
Passiivinen Q-kytkentä: Passiivisten komponenttien, kuten tyydyttyneiden absorboijien, epälineaarisia absorptioominaisuuksia käytetään moduloimaan laserontelon fotonitiheyttä. Kun fotonitiheys saavuttaa tietyn kynnyksen, tyydyttyneen absorboijan absorptiokerroin muuttuu, mikä muuttaa laserontelon menetystä ja tuottaa pulssilasereita. Passiivisella Q-kytkentällä on yksinkertainen rakenne ja alhaiset kustannukset, mutta pulssin toistotaajuutta ja pulssin leveyttä on suhteellisen vaikea hallita.
② Tila-lukitustekniikka:
Materiaalikyllyttäviä absorptio (MSA) -tilan lukitus: Materiaaleja, joilla on optisia epälineaarisia absorptioominaisuuksia, käytetään moodin lukituslaitteina, kuten kaupallisia puolijohdetta kyllästettäviä absorboivia peilejä (SESAM) ja uusia nanomateriaaleja (kuten grafeeni, hiilinanoputket jne.). Näillä materiaaleilla on vahva imeytyminen heikon valon ja suuren läpäisyn voimakkaan valon suhteen, mikä saavuttaa sisäisen pulssin kapenevat ja generoivat moodin lukittuja pulsseja.
Epälineaarinen polarisaation kierto (NPR) -tilan lukitus: Itse optisen kuidun epälineaarisen KerR-vaikutuksen avulla erilaisia ​​epälineaarisia vaihesiirtymiä käytetään valoon erilaisissa polarisaatiosuunnissa. Intravative-polarisaatiolaitteen vaikutuksella resonanssiontelo osoittaa ominaisuuksia, jotka ovat samanlaisia ​​kuin kyllästyttävä absorptio, mikä saavuttaa moodin lukituksen. Tätä tekniikkaa ei rajoita band-aukko ja materiaalin rentoutumisaika, sillä on ohimeneviä erittäin suuria palautumisominaisuuksia ja suurta modulaatiosyvyys- ja vauriokynnystä, ja se soveltuu suuritehoisiin femtosekunnin pulssien muodostumiseen.
Taajuudensiirtopalaute (FSF) -tilan lukitus: Tietyn palautemekanismin kautta lähtövalon osan taajuus siirretään ja syötetään takaisin laseronteloon, vuorovaikutuksessa onkalon valon kentän kanssa vakaan tilan lukitun pulssisekvenssin muodostamiseksi. Tämä moodin lukitusmenetelmä voi saavuttaa suuren toistotaajuuden ja pulssien kapean pulssin leveyden.
3. Ydinhaasteet
① Lämpöhallinta:
Keski-infrapunapulssikuitulaserit tuottavat paljon lämpöä toiminnan aikana. Jos lämpöä ei voida hajottaa ajoissa ja tehokkaasti, se johtaa ongelmiin, kuten laserin suorituskyvyn heikkenemiseen ja kuituvaurioihin. Siksi on välttämätöntä omaksua tehokas lämmön hajoamistekniikka ja lämmönhallintatoimenpiteet, kuten kuitumatriisimateriaalien käyttäminen, jolla on korkea lämmönjohtavuus, suunnittelemalla kohtuullisia lämmönpoistorakenteita, ja käyttämällä jäähdytyslaitteita laserin vakaan toiminnan varmistamiseksi.
② Fotonin tummeneva vaikutus:
Suurissa pumppausolosuhteissa fotonien tummuttava vaikutus harvinaisten maametallien seostetuissa optisissa kuiduissa vaikuttaa laserin suorituskykyyn ja elämään. Fotonien tummutuminen viittaa ilmiöön, että kun lasermateriaali säteilytetään voimakkaalla valolla, ansakeskus vangitaan kevyen virityksen tuottamat elektronit, mikä johtaa materiaalin absorptio- ja päästöominaisuuksien muutoksiin. Fotonien tummuttava vaikutusvaikutuksen vaikutuksen vähentämiseksi on tarpeen optimoida optisen kuidun seosinpitoisuus, parantaa optisen kuidun valmistusprosessia, valita sopiva pumpun lähde ja työolot jne.
③ Keski-infrapunaoptisten kuitumateriaalien rajoitukset:
Tällä hetkellä optisten kuitumateriaalien tyypit, joita voidaan käyttää keski-infrapunakaistalla, ovat rajoitetut, ja piirustusprosessissa, optisessa ominaisuudessa ja optisen kuidun mekaanisissa ominaisuuksissa on edelleen joitain ongelmia. Esimerkiksi, vaikka fluoridilasikuitua on yleisesti käytetty keskipitkän infrapunaoptisen kuitumatriisimateriaalin, sen fononienergia on suhteellisen korkea, mikä rajoittaa laserin emissioaallonpituusaluetta; Sulfidilasikuitulla on ongelmia, kuten huono kemiallinen stabiilisuus ja valmistautumisvaikeudet. Siksi on tarpeen tutkia ja kehittää jatkuvasti uusia puolivälissä infrapuna-optisia kuitumateriaaleja vastaamaan keskipitkän pulssikuitulaserien kehitystarpeisiin.

Pääsovellusalueet
1. Lääketieteellinen ja biologinen kuvantaminen
① Laserleikkaus
Periaate: Vesimolekyylit voivat voimakkaasti absorboida keskipitkän infrapunalaserit (2-5 μm: n kaista) ja noin 70% ihmisen kudoksesta on vettä. Tämä mahdollistaa keskipitkän infrapunalaserien energian keskittymisen pintaan, kun ne joutuvat kosketuksiin ihmisen kudoksen kanssa, vähentäen ympäröivien kudosten lämpövaurioita. Esimerkiksi oftalmisessa leikkauksessa tätä ominaisuutta voidaan käyttää suorittamaan runsaasti sarveiskalvon leikkaamista aiheuttamatta tarpeetonta vaurioita muille silmäkudoksille.
Edut: Verrattuna perinteiseen näkyvään valoon tai lähi-infrapuna-laserleikkaukseen, keskipitkällä infrapuna-laserleikkauksella on suurempi tarkkuus ja alhaisemmat lämpövaikutukset, jotka voivat saavuttaa herkempiä kirurgisia leikkauksia ja vähentää potilaiden kipua ja palautumisaikaa.
② Label-vapaa kudoksen kuvantaminen
Periaate: Esimerkiksi optinen koherenssitomografia (OCT) -tekniikka käyttää keskisuurten infrapunalaserien pienen sirontaominaisuuksia biologisten kudosten korkearesoluutioisen tomografisen kuvantamisen suorittamiseen. Kun infrapunavalo säteilytetään kudoksissa, kudoskerrokset eri syvyyksissä heijastavat eri intensiteetin valonsignaaleja. Keräämällä ja käsittelemällä näitä signaaleja ilmaisimien kautta, kudoksen kolmiulotteinen rakenteellinen kuva voidaan rakentaa.
Edut: Tämä kuvantamismenetelmä ei vaadi kudosten värjäytymistä tai merkitsemistä, välttäen vaurioita ja kemiallista saastumista, joita perinteiset värjäysmenetelmät voivat aiheuttaa kudoksiin, ja voivat saada kudoksista dynaamista tietoa reaaliajassa tarjoamalla tehokkaan työkalun sairauksien varhaiseen diagnosointiin ja hoitoon.
2. Ympäristön seuranta ja kaasun tunnistus
① Jäljähdytysten havaitseminen
Periaate: Monilla jäljityskaasuilla (kuten co₂, ch₄ jne.) On ominaisia ​​absorptiopiikkiä keskitason infrapunakaistalla. Kohdentamalla keskimääräisen infrapunapulssikuitulaserin lähettämä laser testattavassa kaasusnäytteessä ja energianmuutoksen mittaamisen jälkeen kaasun absorboituneen aallonpituuden valon jälkeen kaasun pitoisuus voidaan määrittää. Esimerkiksi CO₂: lla on vahva absorptiopiikki 4,26 μm: ssä. Havaitsemalla laserenergian vaimennus tällä aallonpituudella, CO₂: n pitoisuus voidaan päätellä.
Edut: Keski-infrapunapulssien kuitulaserit ovat suuren herkkyyden ja korkean resoluution ominaisuudet, ja ne voivat havaita hivenaasuja erittäin alhaisissa pitoisuuksissa, mikä on suuri merkitys ympäristön seurannassa, teollisen prosessin torjunnassa ja ilmastonmuutoksen tutkimuksessa.
② Ilmakehän pilaantumisanalyysi
Periaate: Ilmakehän epäpuhtauksilla (kuten typpioksidit, sulfidit jne.) Myös erilaiset imeytymisominaisuudet infrapunakaistalla. Skannaamalla ilmakehän puolivälissä infrapunapulssikuitulaserilla, useiden epäpuhtauksien pitoisuusjakauma voidaan havaita samanaikaisesti. Esimerkiksi analysoimalla eri aallonpituuksien laserien imeytymistä ilmakehässä voidaan piirtää epäpuhtauksien alueellinen jakautumiskartta.
Edut: Tämä etä, ei-kontakti-mittausmenetelmä voi nopeasti ja laajasti saada ilmakehän pilaantumista koskevia tietoja keräämättä näytteitä, tarjoamalla tehokasta keinoa ympäristönsuojeluun ja ilmanlaadun arviointiin.
3. Teollisuuskäsittely
① Polymeeri/puolijohde tarkkuuskäsittely
Periaate: Polymeerit ja puolijohdemateriaalit voivat absorboida voimakkaasti keski-infrapunalaserit aiheuttaen materiaalien sisällä olevat molekyylisidokset, saavuttaen siten materiaalin poistamisen tai modifikaation. Tarkkuuskäsittelyprosessin aikana hallitsemalla tarkasti laserin parametreja (kuten pulssin leveys, energiatiheys jne.), Materiaali voidaan leikata, porata, kaiverrettu ja muut toiminnot voidaan suorittaa erittäin tarkasti. Esimerkiksi puolijohdepiirivalmistuksessa keskimääräistä infrapunalasereita voidaan käyttää piivoukkojen mikropalkintojen saavuttamiseen ja sirujen integroinnin ja suorituskyvyn parantamiseen.
Edut: Verrattuna perinteiseen mekaaniseen prosessointiin tai fotolitografiatekniikkaan, keskipitkällä infrapunalaserprosessoinnilla on etuja kosketukset, korkea tarkkuus ja korkea hyötysuhde, mikä voi välttää mekaanista stressiä ja materiaalien vaurioita ja parantaa tuotteiden laatua ja luotettavuutta.
②Infrapuna läpinäkyvä materiaalin leikkaus
Periaate: Joillakin infrapuna-läpinäkyvillä materiaaleilla (kuten kalkogenidilasilla) on hyvä läpäisevyys keski-infrapunakaistalla. Kun nämä materiaalit leikataan infrapuna-pulssi-kuitulaserien avulla, laserenergia absorboituu materiaalin sisällä ja muuttuu lämpöenergiaksi, aiheuttaen materiaalin sulamisen tai höyrystymisen, saavuttaen siten leikkauksen. Säätämällä laserin skannauspolku ja parametrit eri muotojen ja koon materiaaliosat voidaan leikata.
Edut: Tällä leikkuumenetelmällä on etuja sileiden reunojen, suuren tarkkuuden ja pienen lämmönvaikutteisen vyöhykkeen, joka voi vastata infrapunaoptisten järjestelmien, ilmailu- ja muiden kenttien tarpeita korkean suorituskyvyn infrapuna läpinäkyvien materiaalien osille.
4. kansallinen puolustus ja turvallisuus
①Infrapuna vastatoimenpiteet
Periaate: Sotilaallisissa sovelluksissa keskipitkän infrapuna-pulssi-kuitulasereita voidaan käyttää suurten tehtaavien infrapunasäteiden säteilyyn häiritäkseen tai tuhoamaan vihollisen infrapuna-havaitsemislaitteita, opastettuja aseita jne. Esimerkiksi lähettämällä lasereita samalla työskentelevällä aallonpituudella, kun vihollisen infrapuna-havaitsijajärjestelmä on kyllästynyt tai interfatoitu, se suojaa omaa kohdetta.
Edut: Keski-infrapunalasereilla on hyvät ilmakehän siirtoominaisuudet ja vahvat interferenssien vastaiset ominaisuudet. Ne voivat tehokkaasti toteuttaa infrapuna -vastatoimenpiteet monimutkaisissa taistelukentän ympäristöissä ja parantaa sotilaslaitteiden taistelun tehokkuutta ja selviytymiskykyä.
② Lasertutka (lidar)
Periaate: Lidar laskee kohteen etäisyyden, suunnan, korkeuden ja muun tiedon lähettämällä laserpulsseja ja vastaanottamalla kohteen heijastavat signaalit. Keski-infrapunapulssikuitulaserit voivat saavuttaa pidemmän etäisyyden ja suuremman tarkkuuskohteen havaitsemisen niiden lyhyiden pulssien ja korkean piikkivoiman vuoksi. Esimerkiksi sovelluksissa, kuten topografinen kartoitus ja tavoitteen tunnistaminen, keskipitkän infrapunastutkan keskimääräinen lasertutka voi saada yksityiskohtaisempia kohdetietoja.
Edut: Verrattuna perinteisiin mikroaaltotutkiin, keskitason infrapuna-lasertutkilla on suurempi resoluutio ja tarkkuus, ne voivat paremmin tunnistaa ja luokitella tavoitteet, ja heillä on tärkeät soveltamisnäkymät puolustustutkimuksessa, itsenäisessä ajamisessa ja muissa aloissa.
③ Räjähteiden etätunnistus
Periaate: Monilla räjähteillä (kuten dynamiitti, lääkkeet jne.) On ominaisia ​​spektrejä infrapunakaistalla. Käytä puolivälissä infrapunapulssikuitulasereita valaisemaan pitkän matkan tavoitteita, kerää kohteiden heijastavat spektrisignaalit ja määritä, onko räjähdyksiä olemassa analysoimalla spektriominaisuuksia. Esimerkiksi turvallisuustarkastuspaikoissa, kuten lentokentät ja satamat, henkilöstön ja matkatavaroiden tarkastamiseen voidaan tarkistaa keskitason infrapuna-laser-etätunnistuslaitteita.
Edut: Tällä etätunnistusmenetelmällä on yhteydenpidon, nopean ja tarkan edut. Se voi tunnistaa mahdolliset turvallisuusriskejä vaikuttamatta normaaliin toimintaan ja varmistaa yleinen turvallisuus ja sosiaaliturva.
5. Tieteellinen tutkimus
① Ultra -salaspektroskopia
Periaate: Ultra -salaspektroskopia tutkii aineiden spektriominaisuuksien muutoksia erittäin lyhyessä ajassa (femtosekunnin, pikosekunnin taso). Keski-infrapunapulssikuitulaserit voivat tuottaa erittäin lyhyitä pulssilasereita, joita voidaan käyttää näytteiden herättämiseen ja niiden ultraspektrivasteiden havaitsemiseen. Esimerkiksi Pump-koetintekniikan avulla näyte pumpataan puolivälissä infrapuna-laserilla viritetyn tilan tuottamiseksi, ja sitten toista lasersädeä käytetään näytteen spektrimuutoksien havaitsemiseksi eri viiveaikoina, jotta voidaan tutkia ultraprosesseja, kuten elektronista tilaa ja hilan värähtelyä.
Edut: Se tarjoaa tehokkaan tutkimusmenetelmän kemian, fysiikan ja materiaalitieteen kaltaisille aloille, mikä auttaa ymmärtämään syvästi aineiden sisäistä rakennetta ja dynaamista prosessia.
② Kylmän molekyylin manipulointi
Periaate: Keski-infrapuna-laserien ja molekyylien välistä vuorovaikutusta voidaan käyttää kylmien molekyylien sieppaamiseen, siirtämiseen ja manipulointiin. Säätämällä laserin taajuutta, voimakkuutta ja vaihetta tarkasti, tietty optinen potentiaalikaivo voidaan muodostaa kylmämolekyylien vangitsemiseksi ja molekyylien liikkeen hallinnan toteuttamiseksi. Esimerkiksi kvanttilaskennan ja kvanttitietojen käsittelyn alalla voidaan käyttää keskimolekyylien kvanttitilaa manipuloida kvanttibittien toiminnan manipulointia.
Edut: Se tarjoaa uuden kokeellisen alustan kvanttifysiikan, kemiallisen fysiikan ja muiden alojen tutkimukselle, ja sen odotetaan tekevän tärkeitä läpimurtoja kvanttilaskennassa, kvanttisimulaatiossa ja muissa näkökohdissa.
③ Attesekunnin pulssit
Periaate: Epälineaaristen optisten prosessien, kuten korkean asteen harmonisen muodostumisen (HHG), kautta infrapunapulssikuori-laserit voivat tuottaa ultrashort-pulsseja attekunnin tasolla (10⁻¹⁸ sekuntia). Kun keskitason infrapunalaserit ovat vuorovaikutuksessa atomien tai molekyylien kanssa, syntyy korkean asteen harmonisia harmonisia. Näiden harmonisten taajuudet ovat äärimmäisellä ultravioletti- (XUV) kaistalla, ja niiden pulssin leveydet voivat saavuttaa ATTSECOND -tason.
Edut: Se tarjoaa erittäin korkean ajan resoluutiota ultraopeaprosessien, kuten ydinliikkeiden ja elektronidynamiikan, tutkimiseksi, mikä auttaa paljastamaan edelleen aineen mikroskooppisen maailman mysteerit.

Yhteenvetona voidaan todeta, että infrapuna-pulssikuitulaserit ovat osoittaneet laajoja sovellusmahdollisuuksia ja suuria potentiaalia lääketieteellisen ja biologisen kuvantamisen, ympäristön seurannan ja kaasun tunnistamisen, teollisuuden käsittelyn, kansallisen puolustuksen ja turvallisuuden sekä tieteellisen tutkimuksen aloilla. Teknologian jatkuvan kehityksen ja paranemisen myötä uskotaan, että keskipitkän pulssikuitulaserien keskipitkä on tärkeä rooli enemmän aloilla ja tuo enemmän hyvinvointia ja etenemistä ihmisyhteiskuntaan.

Yhteystiedot:

Jos sinulla on ideoita, puhu rohkeasti meille. Riippumatta siitä, missä asiakkaamme ovat ja mitkä ovat vaatimuksemme, noudatamme tavoitteemme tarjotaksemme asiakkaillemme korkealaatuisia, alhaisia ​​hintoja ja parasta palvelua.