Aplikácie pulzných vlákien laserov v stredne infračervenom

LaserVzťahuje sa na elektromagnetické vlny s vlnovou dĺžkou v pásme 3 μm ~ 1 000 μm; V oblasti laserovej technológie je stredná infračervená všeobecne definovaná ako pás 2 μm ~ 5 μm. Mid-infračervené lasery majú jedinečné rozsahy vlnových dĺžok a charakteristiky molekulárnej absorpcie a sú vhodné pre rôzne aplikačné scenáre; Zatiaľ čo lasery pulzných vlákien preukázali široký aplikačný potenciál v priemyselnom spracovaní a iných oblastiach s ich výhodami, ako je vysoká kvalita lúča, dobrá stabilita a kompaktná štruktúra.

Stredne infračervené pásmo obsahuje dve hlavné okná prenosu atmosféry (3 ~ 5 μm a 8 ~ 12 μm oblasti). V týchto pásmach je absorpcia hlavných komponentov v atmosfére veľmi nízka, takže je možné dosiahnuť prenos na veľké vzdialenosti, čo je vhodné na diaľkové snímanie, detekciu a ďalšie polia.
Stredne infračervené pásmo sa nachádza v oblasti základnej rezonancie vibrácií väčšiny molekúl a mnoho kvapalín, plynov a nekovových materiálov má silnú absorpciu stredného infračerveného svetla. Táto funkcia spôsobuje, že lasery stredných infračervenov majú dôležité aplikácie v spektrálnej analýze, monitorovaní životného prostredia, lekárskej diagnostike a ďalších oblastiach.

Kľúčové technológie pulzných vlákien laserov v stredne infračervenom
1. Získajte výber média
① Vlákno dotkované vzácnymi zemou:
Er³⁺ (ión Erbium): zvyčajne sa používa na dosiahnutie laserového výstupu v pásme 2,7 ~ 2,8 μm, vhodné pre lekárske, atmosférické diaľkové snímanie a ďalšie polia. Jeho štruktúra energetickej úrovne jej umožňuje vytvárať stredne infračervené lasery za špecifických podmienok čerpania.
Ho³⁺ (Holmium Ion): Môže generovať lasery v pásme 2. Toto pásmo je v okne prenosu atmosféry, bezpečné pre ľudské oči a má hodnotu aplikácie v laserovom radare a ďalších poliach.
TM³⁺ (Thulium ion): Môže generovať lasery v pásme 2,3 μM, čo je zmysluplné pre určitú špecifickú spektrálnu analýzu a aplikácie.
② Nelineárna frekvenčná konverzia:
OPO (optický parametrický oscilátor): Na základe procesu parametrickej amplifikácie v nelineárnych kryštáloch sa energia svetla čerpadla premieňa na signálne svetlo a voľnobežné svetlo. Výberom vhodných nelineárnych kryštálov a návrhov oscilátora je možné získať laserový výstup v pásme stredného infračerveného žiarenia a ladenie je možné dosiahnuť v rozsahu širšej vlnovej dĺžky.
DFG (stimulovaný Ramanov rozptyl): lasery stredného infračerveného žiarenia sa generujú pomocou Ramanovho rozptylového efektu. Upravením parametrov svetla čerpadla a charakteristík Ramanského média je možné dosiahnuť stredne infračervené laserové výstupy rôznych vlnových dĺžok, ale zvyčajne sa vyžaduje vyšší výkon čerpadla.
2. Mechanizmus tvorby impulzov
① TECHNOLÓGIA QUINGING:
Aktívne Q-prepínanie: Strata alebo výkon čerpadla lasera je riadené externým modulačným signálom, takže hustota fotónov v laserovej dutine sa pravidelne mení, čím sa generuje pulzný laserový výstup. Napríklad laser je modulovaný pomocou komponentov, ako je akusto-optický modulátor alebo elektrooptický modulátor na generovanie impulzov. Táto metóda môže presne riadiť opakovaciu frekvenciu a šírku impulzu impulzu, ale vyžaduje ďalšie modulačné zariadenia, ktoré zvyšuje zložitosť systému.
Pasívne prepínanie Q: Na moduláciu hustoty fotónov v laserovej dutine sa používajú nelineárne absorpčné charakteristiky pasívnych komponentov, ako sú nasýtené absorbéry. Keď hustota fotónu dosiahne určitú prahovú hodnotu, absorpčný koeficient nasýteného absorbéra sa zmení, čím sa zmení strata laserovej dutiny a vytvára pulzné lasery. Pasívne prepínanie Q má jednoduchú štruktúru a nízke náklady, ale opakovacia frekvencia a šírka impulzu impulzu je pomerne ťažké kontrolovať.
② Technológia blokovania režimu:
Zamilovanie režimov sýtej materiálu (MSA): Materiály s optickými nelineárnymi absorpčnými charakteristikami sa používajú ako zariadenia zamerané na režim, ako sú komerčné zrkadlá saturovateľného absorbéra polovodiča (SESAM) a nové nanomateriály (napríklad grafén, uhlíkové nanotrubice atď.). Tieto materiály majú silnú absorpciu pre slabé svetlo a vysokú priepustnosť pre silné svetlo, čím sa dosiahne zúženie intrakavity pulzov a generovanie impulzov uzamknutých režimov.
Nelineárna polarizačná rotácia (NPR) Lokovanie režimu: S pomocou nelineárneho KERR účinku samotného optického vlákna sa na svetlo aplikujú rôzne nelineárne fázové posuny v rôznych smeroch polarizácie. Pri pôsobení zariadenia na polarizáciu intrakavity rezonančná dutina vykazuje charakteristiky podobné saturnej absorpcii, čím sa dosiahne loptička v režime. Táto technológia nie je obmedzená medzerou pásmov a relaxačným časom materiálu, má prechodné ultrarýchle regeneračné charakteristiky a vysoká hĺbka modulácie a prahová hodnota poškodenia a je vhodná na generovanie femtosekundových impulzov s vysokým výkonom.
Zamknutie režimu frekvenčnej zmeny (FSF): Prostredníctvom určitého mechanizmu spätnej väzby sa frekvencia časti výstupného svetla posunie a privádza späť do laserovej dutiny, interagujúca so svetlom poľa v dutine, aby sa vytvorila stabilná sekvencia impulzov uzamknutého režimom. Táto metóda uzamknutia režimu môže dosiahnuť vysokú frekvenciu opakovania a úzku šírku impulzov impulzov.
3. Základné výzvy
① Termálne riadenie:
Lasery pulzových vlákien v strednej infračervenej infračervenej infračervenom počas prevádzky vytvárajú veľa tepla. Ak sa teplo nemožno rozptýliť v čase a efektívne, povedie to k problémom, ako je degradácia laserového výkonu a poškodenie vlákien. Preto je potrebné prijať efektívnu technológiu rozptyľovania tepla a opatrenia na riadenie tepelného manažmentu, ako napríklad použitie materiálov matrice vlákien s vysokou tepelnou vodivosťou, navrhovanie primeraných štruktúr rozptyľovania tepla a pomocou chladiacich zariadení na zabezpečenie stabilnej prevádzky lasera.
② Fotónový stmavny efekt:
V podmienkach vysokej výkonnej čerpacej plochy ovplyvní účinok fotónu stmavnutie v optických vláknach dotkovaných vzácnym Zeme na výkon a životnosť lasera. Fotónové stmavenie sa týka javu, že keď je laserový materiál ožarovaný silným svetlom, elektróny generované excitáciou svetla sú zachytené centrom pasce, čo vedie k zmenám v absorpčných a emisných charakteristikách materiálu. Aby sa znížil vplyv účinku stmavnutia fotónu, je potrebné optimalizovať dopingovú koncentráciu optického vlákna, zlepšiť proces prípravy optického vlákna, zvoliť vhodný zdroj čerpadla a pracovné podmienky atď.
③ Obmedzenia materiálov optických vlákien v stredne infračervenom vlákne:
V súčasnosti sú typy materiálov optických vlákien, ktoré sa môžu použiť v strede infračerveného pásma, obmedzené a v procese výkresu sú stále určité problémy, optické vlastnosti a mechanické vlastnosti optického vlákna. Napríklad, hoci fluoridové sklenené vlákno je bežne používaným materiálom matricovej optickej vlákniny v strednej infračervenej vlákne, jej fonónová energia je relatívne vysoká, čo obmedzuje rozsah emisnej vlnovej dĺžky laseru; Sulfidové sklenené vlákno má problémy, ako je zlá chemická stabilita a ťažkosti s prípravou. Preto je potrebné nepretržite skúmať a vyvíjať nové materiály z optických vlákien v stredne infračervených vláknach, aby sa uspokojili vývojové potreby pulzných vlákien laserov stredne infračervených vlákien.

Oblasti hlavných aplikácií
1. Lekárske a biologické zobrazovanie
① laserová operácia
Princíp: Mid-infračervené lasery (2-5 μm pás) sa dá silne absorbovať molekulami vody a asi 70% ľudského tkaniva je voda. To umožňuje, aby sa energia stredne infračervených laserov sústredila na povrch, keď prídu do kontaktu s ľudským tkanivom, čím sa znižuje tepelné poškodenie okolitých tkanív. Napríklad pri oftalmickom chirurgii sa táto vlastnosť môže použiť na vykonanie vysoko presného rezania rohovky bez toho, aby spôsobila zbytočné poškodenie iných očných tkanív.
Výhody: V porovnaní s tradičným viditeľným svetlom alebo v blízkosti infračervenej laserovej chirurgie má stredo-infračervená laserová chirurgia vyššiu presnosť a nižšie tepelné účinky, ktoré môžu dosiahnuť jemnejšie chirurgické operácie a znížiť bolesť a čas zotavenia pacientov.
② Zobrazovanie tkanív bez štítkov
Princíp: Napríklad technológia optickej koherencie (OCT) využíva nízke rozptylové charakteristiky stredo-infračervených laserov na vykonávanie tomografického zobrazovania biologických tkanív s vysokým rozlíšením. Keď je svetlo v stredu infračervené ožiarené na tkanivách, tkanivové vrstvy v rôznych hĺbkach odrážajú signály zadných svetiel rôznych intenzít. Zhromažďovaním a spracovaním týchto signálov prostredníctvom detektorov je možné skonštruovať trojrozmerný štrukturálny obraz tkaniva.
Výhody: Táto zobrazovacia metóda nevyžaduje zafarbenie alebo označenie tkanív, vyhýbanie sa poškodeniu a chemickej kontaminácii, ktorú tradičné metódy farbenia môžu spôsobiť tkanivá, a môže získať dynamické informácie o tkanivách v reálnom čase, čím poskytuje silný nástroj na včasnú diagnostiku a liečbu chorôb.
2. Monitorovanie životného prostredia a snímanie plynu
① Detekcia stopového plynu
Princíp: Mnoho stopových plynov (ako sú CO₂, CH₄ atď.), Ktoré majú charakteristické vrcholy absorpcie v strednom infračervenom pásme. Zamierením laseru emitovaného stredným infračerveným impulzným vláknovým laserom na testovanie vzorky plynu a meranie zmeny energie po absorbovaní plynusovníka špecifickej vlnovej dĺžky sa môže stanoviť koncentrácia plynu. Napríklad CO₂ má silný absorpčný vrchol pri 4,26 μm. Zistením útlmu laserovej energie pri tejto vlnovej dĺžke je možné odvodiť koncentráciu CO₂.
Výhody: Mid-infračervené pulzné vláknové lasery majú charakteristiky vysokej citlivosti a vysokého rozlíšenia a môžu detekovať stopové plyny pri extrémne nízkych koncentráciách, čo má veľký význam pre monitorovanie životného prostredia, kontrolu priemyselných procesov a výskum zmeny klímy.
② Atmosférická analýza znečistenia
Princíp: Znečisťujúce látky v atmosfére (ako sú oxidy dusíka, sulfidy atď.) Majú tiež rôzne absorpčné charakteristiky v strednom infračervenom pásme. Skenovaním atmosféry laserom s pulzným vlákninou v stredu infračerveného infračerveného infračerveného infračerveného žiarenia je možné súčasne zistiť distribúciu viacerých znečisťujúcich látok koncentrácie viacerých znečisťujúcich látok. Napríklad analýzou absorpcie laserov rôznych vlnových dĺžok v atmosfére je možné nakresliť priestorovú distribučnú mapu znečisťujúcich látok.
Výhody: Táto vzdialená, bezkontaktná metóda merania môže rýchlo a široko získať informácie o znečistení atmosféry bez odberu vzoriek, čo poskytuje efektívny prostriedok na ochranu životného prostredia a hodnotenie kvality ovzdušia.
3. Priemyselné spracovanie
① Presné spracovanie polyméru/polovodiča
Princíp: lasery stredného infračerveného infračerveného systému môžu byť silne absorbované polymérmi a polovodičovými materiálmi, čo spôsobuje rozbitie molekulárnych väzieb vo vnútri materiálov, čím sa dosiahne odstránenie alebo modifikácia materiálu. Počas procesu spracovania presnosti presným reguláciou parametrov lasera (ako je šírka impulzu, hustota energie atď.), Môže byť materiál rezaný, vyvŕtaný, vyrytý a ďalšie operácie sa môžu vykonávať s vysokou presnosťou. Napríklad v výrobe polovodičových čipov sa lasery môžu použiť na dosiahnutie mikro spracovania kremíkových doštičiek a na zlepšenie integrácie a výkonu čipov.
Výhody: V porovnaní s tradičným mechanickým spracovaním alebo fotolitografickou technológiou má stredné infračervené laserové spracovanie výhod nekontaktných, vysokých presnosti a vysokej účinnosti, ktoré môžu vyhnúť mechanickému stresu a poškodeniu materiálov a zlepšiť kvalitu a spoľahlivosť produktu.
② -infračervené priehľadné rezanie materiálu
Princíp: Niektoré infračervené priehľadné materiály (napríklad chalkogenidové sklo) majú v strednom infračervenom pásme dobrú priepustnosť. Ak sú tieto materiály rezané stredným infračerveným pulzným vláknovým laserom, laserová energia sa absorbuje vo vnútri materiálu a premenená na tepelnú energiu, čo spôsobuje čiastočne roztavenie alebo odparovanie materiálu, čím sa dosiahne rezanie. Nastavením skenovacej cesty a parametrov lasera je možné rezať materiály rôznych tvarov a veľkostí.
Výhody: Táto metóda rezania má výhody hladkých hrán, vysokej presnosti a malej zóny postihnutej teplom, ktorá môže vyhovovať potrebám infračervených optických systémov, letectva a ďalších polí pre vysoko výkonné infračervené priehľadné materiály.
4. Národná obrana a bezpečnosť
① -infračervené protiopatrenia
Princíp: Vo vojenských aplikáciách sa môžu stredne infračervené pulzné vláknité lasery použiť na emitovanie vysoko výkonných infračervených laserových lúčov, aby zasahovali alebo zničili nepriateľské infračervené detekčné vybavenie, sprievodcovské zbrane, atď. Napríklad tým, že sa lasery vydávajú rovnakým pracovným dĺžkam ako nepriateľský infračervený detekčný systém, jeho detekcia je nasýtená alebo neoprávnená, chráni sa jedným vlastným cieľom.
Výhody: Mid-infračervené lasery majú dobré charakteristiky prenosu atmosféry a silné anti-interferenčné schopnosti. Môžu účinne implementovať infračervené protiopatrenia v zložitých bojiskách a zlepšiť bojovú efektívnosť a prežitie vojenského vybavenia.
② laserový radar (LIDAR)
Princíp: LIDAR vypočíta vzdialenosť, smer, výšku a ďalšie informácie o cieli emitovaním laserových impulzov a prijímaním signálov odrážaných v cieli. Lasery pulzných vlákien v strednej infračervenej infračervenej infračervenej infračervenej infračervenej dĺžke a vyššej presnosti detekcie cieľa v dôsledku ich krátkych impulzov a vysokého maximálneho výkonu. Napríklad v aplikáciách, ako je topografické mapovanie a identifikácia cieľa, môže laserový radar stredo-infračervený, ktorý môže získať podrobnejšie cieľové informácie.
Výhody: V porovnaní s tradičnými mikrovlnnými radarmi majú stredne infračervené laserové radary vyššie rozlíšenie a presnosť, môžu lepšie identifikovať a klasifikovať ciele a mať dôležité vyhliadky na aplikáciu v obrannom prieskume, autonómnej jazde a ďalších oblastiach.
③ Diaľková detekcia výbušnín
Princíp: Mnoho výbušnín (ako je dynamit, lieky atď.) V strednom infračervenom pásme má charakteristické spektrá. Použite lasery pulzných vlákien v stredne infračervených impulzoch na osvetlenie cieľov na veľké vzdialenosti, na zhromažďovanie spektrálnych signálov odrážaných v cieľoch a určte, či výbušniny existujú analýzou spektrálnych charakteristík. Napríklad na miestach bezpečnostnej inšpekcie, ako sú letiská a prístavy, je možné na kontrolu personálu a batožiny použiť zariadenia na diaľkové detekcie laseru stredne infračerveného diaľku.
Výhody: Táto metóda vzdialenej detekcie má výhody nekontaktných, rýchlych a presných. Dokáže včas odhaliť potenciálne bezpečnostné riziká bez ovplyvnenia normálnych operácií a zabezpečiť verejnú bezpečnosť a sociálne zabezpečenie.
5. Vedecký výskum
① Ultrafast spektroskopia
Princíp: Ultrafast spektroskopie študuje zmeny v spektrálnych charakteristikách látok v mimoriadne krátkom čase (femtosekundová, pikosekundová úroveň). Mid-infračervené pulzné vláknové lasery môžu produkovať extrémne krátke pulzné lasery, ktoré sa môžu použiť na excitáciu vzoriek a detekciu ich ultrarýchle spektrálnych reakcií. Napríklad prostredníctvom technológie pumpy sondy je vzorka čerpaná stredne infračerveným laserom, aby sa vytvoril excitovaný stav, a potom sa na detekciu spektrálnych zmien vzorky v rôznych časoch oneskorenia použije ďalší laserový lúč, aby sa študovali ultrarýchle procesy, ako napríklad elektronický stav a vibrácie látky.
Výhody: Poskytuje výkonnú metódu výskumu pre oblasti, ako je chémia, fyzika a materiálová veda, ktorá pomáha hlboko porozumieť vnútornej štruktúre a dynamickému procesu látok.
② manipulácia s molekulami studenej molekuly
Princíp: Interakcia medzi stredne infračervenými lasermi a molekulami sa môže použiť na zachytenie, pohyb a manipuláciu s chladnými molekulami. Presnou úpravou frekvencie, intenzity a fázy lasera sa môže formovať špecifický optický potenciál, ktorý uväzňuje molekuly studeného a realizuje riadenie pohybu molekúl. Napríklad v oblasti kvantového výpočtu a spracovania kvantových informácií sa môžu lasery stredne infračervené na manipuláciu s kvantovým stavom molekúl chladu na dosiahnutie prevádzky kvantových bitov.
Výhody: Poskytuje novú experimentálnu platformu pre výskum v kvantovej fyzike, chemickej fyzike a ďalších oblastiach a očakáva sa, že bude dôležitý prielom v kvantových výpočtoch, kvantovej simulácii a ďalších aspektoch.
③ Generovanie attosekundových impulzov
Princíp: Prostredníctvom nelineárnych optických procesov, ako je harmonická tvorba vysokého poriadku (HHG), môžu stredne infračervené pulzné vláknové lasery generovať ultrafortové impulzy na úrovni attosekund (10⁻ ⁸ sekundy). Keď lasery stredne infračervené interagujú s atómami alebo molekulami, generujú sa harmonické harmonické vysoké poradie. Frekvencie týchto harmonických sú v extrémnom ultrafialovom (XUV) pásme a ich šírky impulzov môžu dosiahnuť úroveň attosekundu.
Výhody: Poskytuje extrémne vysoké časové rozlíšenie pre štúdium ultrarýchle procesov, ako je jadrový pohyb a dynamika elektrónov, čo pomáha ďalej odhaliť záhady mikroskopického sveta hmoty.

Stručne povedané, stredne infračervené pulzné vláknité lasery preukázali široké vyhliadky na aplikáciu a veľký potenciál v oblasti lekárskeho a biologického zobrazovania, monitorovania životného prostredia a snímania plynu, priemyselného spracovania, národnej obrany a bezpečnosti a vedeckého výskumu. S nepretržitým vývojom a zlepšovaním technológií sa verí, že stredne infračervené lasery vlákniny budú hrať dôležitú úlohu vo viacerých oblastiach a priniesť väčší blahobyt a pokrok v ľudskej spoločnosti.

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte a porozprávajte sa s nami. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme sledovať náš cieľ poskytnúť našim zákazníkom vysoké kvalitné, nízke ceny a najlepšie služby.