Orta kızılötesi darbeli fiber lazerlerin uygulamaları

Orta kızılötesi lazer3μm ~ 1000μm bantta dalga boyuna sahip elektromanyetik dalgaları ifade eder; Lazer teknolojisi alanında, orta kızılötesi genellikle 2μm ~ 5μm bant olarak tanımlanır. Orta kızılötesi lazerler benzersiz dalga boyu aralıklarına ve moleküler emilim özelliklerine sahiptir ve çeşitli uygulama senaryoları için uygundur; Darbeli fiber lazerler, endüstriyel işleme ve diğer alanlarda yüksek ışın kalitesi, iyi stabilite ve kompakt yapı gibi avantajları ile geniş uygulama potansiyeli göstermiştir.

Orta kızılötesi bant iki ana atmosferik şanzıman penceresi (3 ~ 5 μm ve 8 ~ 12 μm bölgeler) içerir. Bu bantlarda, atmosferdeki ana bileşenlerin emilimi çok düşüktür, bu nedenle uzaktan algılama, algılama ve diğer alanlar için uygun olan uzun mesafeli şanzıman elde edilebilir.
Orta kızılötesi bant, çoğu molekülün temel titreşim rezonans bölgesinde bulunur ve birçok sıvı, gaz ve metalik olmayan malzeme, orta kızılötesi ışığın güçlü emilimine sahiptir. Bu özellik, orta kızılötesi lazerlerin spektral analiz, çevresel izleme, tıbbi tanı ve diğer alanlarda önemli uygulamalara sahip olmasını sağlar.

Orta kızılötesi darbeli fiber lazerlerin temel teknolojileri
1. Orta Seçim Kazanın
① Nadir toprak katkılı lif:
Er³⁺ (erbium iyonu): Genellikle tıbbi, atmosferik uzaktan algılama ve diğer alanlara uygun 2.7 ~ 2.8 μm bantta lazer çıkışı elde etmek için kullanılır. Enerji seviyesi yapısı, spesifik pompalama koşulları altında orta kızılötesi lazerler üretmesini sağlar.
Ho³⁺ (holmium iyonu): 2. 0 ~ 2.1 μm bantta lazerler üretebilir, genellikle lazer performansını optimize etmek için diğer iyonlarla (Pr³⁺ ile birlikte çalıştırılmış gibi) eşleştirilir. Bu bant atmosferik şanzıman penceresinde, insan gözleri için güvenlidir ve lazer radarında ve diğer alanlarda uygulama değerine sahiptir.
TM³⁺ (Thulium iyonu): 2.3 μm bandında, belirli spesifik spektral analizler ve uygulamalar için anlamlı olan lazerler üretebilir.
② Doğrusal olmayan frekans dönüşümü:
OPO (optik parametrik osilatör): Doğrusal olmayan kristallerdeki parametrik amplifikasyon işlemine dayanarak, pompa ışığının enerjisi sinyal ışığına ve avara ışığına dönüştürülür. Uygun doğrusal olmayan kristaller ve osilatör tasarımları seçilerek, orta kızılötesi banttaki lazer çıkışı elde edilebilir ve ayarlama daha geniş bir dalga boyu aralığında elde edilebilir.
DFG (uyarılmış Raman saçılması): Orta kızılötesi lazerler Raman saçılma etkisi kullanılarak üretilir. Pompa ışığının parametreleri ve Raman ortamının özellikleri ayarlanarak, farklı dalga boylarının orta kızılötesi lazer çıkışları elde edilebilir, ancak genellikle daha yüksek pompa gücü gereklidir.
2. Darbe Üretim Mekanizması
① Q-Switching Technology:
Aktif Q-Switching: Lazerin kaybı veya pompa gücü harici bir modülasyon sinyali tarafından kontrol edilir, böylece lazer boşluğundaki foton yoğunluğu periyodik olarak değişir, böylece darbeli lazer çıkışı üretir. Örneğin, lazer, darbeler üretmek için bir akusto-optik modülatör veya bir elektro-optik modülatör gibi bileşenler kullanılarak modüle edilir. Bu yöntem, darbenin tekrar frekansını ve darbe genişliğini doğru bir şekilde kontrol edebilir, ancak sistemin karmaşıklığını arttıran ek modülasyon ekipmanı gerektirir.
Pasif Q anahtarlama: doymuş emiciler gibi pasif bileşenlerin doğrusal olmayan emilim özellikleri, lazer boşluğundaki foton yoğunluğunu modüle etmek için kullanılır. Foton yoğunluğu belirli bir eşiğe ulaştığında, doymuş emici değişir, böylece lazer boşluğunun kaybını değiştirir ve darbeli lazerler üretir. Pasif Q-anahtarlama basit bir yapıya ve düşük maliyete sahiptir, ancak nabzın tekrarlama frekansı ve nabız genişliğinin kontrol edilmesi nispeten zordur.
② Mod kilitleme teknolojisi:
Malzeme Doygun Emilim (MSA) Modu Kilitleme: Optik doğrusal olmayan absorpsiyon özelliklerine sahip malzemeler, ticari yarı iletken doygun emici aynalar (SESAM) ve yeni nanomalzemeler (grafen, karbon nanotüpler, vb.) Gibi mod kilitleme cihazları olarak kullanılır. Bu malzemeler, zayıf ışık ve güçlü ışık için yüksek geçirgenlik için güçlü bir emme vardır, böylece intrakavite darbe daralma ve mod kilitli darbeler üretir.
Doğrusal olmayan polarizasyon rotasyonu (NPR) mod kilitleme: Optik fiberin kendisinin doğrusal olmayan Kerr etkisi yardımıyla, farklı polarizasyon yönlerinde ışığa farklı doğrusal olmayan faz kaymaları uygulanır. Intracavity polarizasyon cihazının etkisi altında, rezonant boşluk, doygun emilime benzer özellikler sergiler, böylece mod kilitleme elde eder. Bu teknoloji, malzemenin bant boşluğu ve gevşeme süresi ile sınırlı değildir, geçici ultra hızlı geri kazanım özelliklerine ve yüksek modülasyon derinliği ve hasar eşiğine sahiptir ve yüksek güçlü femtosaniye darbe üretimi için uygundur.
Frekans Vites Geri Besleme (FSF) Modu Kilitleme: Belirli bir geri besleme mekanizması yoluyla, çıkış ışığının bir kısmının frekansı kaydırılır ve kararlı bir mod kilitli darbe sekansı oluşturmak için boşluktaki ışık alanı ile etkileşime girer. Bu mod kilitleme yöntemi, yüksek tekrarlama frekansı ve dar darbe genişliği elde edebilir.
3. Temel zorluklar
① Termal Yönetim:
Orta kızılötesi darbe fiber lazerler çalışma sırasında çok fazla ısı üretir. Isı zaman içinde ve etkili bir şekilde dağılamazsa, lazer performans bozulması ve lif hasarı gibi sorunlara yol açacaktır. Bu nedenle, fiber matris malzemelerinin yüksek termal iletkenliğe sahip fiber matris malzemelerinin kullanılması, makul ısı yayılma yapıları tasarlaması ve lazerin kararlı çalışmasını sağlamak için soğutma cihazlarının kullanılması gibi verimli ısı dağılma teknolojisi ve termal yönetim önlemlerinin benimsenmesi gerekir.
② Foton karartma etkisi:
Yüksek güçlü pompalama koşulları altında, nadir toprak katkılı optik liflerdeki foton karartma etkisi lazerin performansını ve ömrünü etkileyecektir. Foton kararması, lazer malzemesi güçlü ışıkla ışınlandığında, ışık uyarımı ile üretilen elektronların tuzak merkezi tarafından yakalandığı ve malzemenin emilim ve emisyon özelliklerinde değişikliklere neden olduğu fenomeni ifade eder. Foton kararma etkisinin etkisini azaltmak için, optik fiberin doping konsantrasyonunu optimize etmek, optik fiberin hazırlama işlemini iyileştirmek, uygun bir pompa kaynağı ve çalışma koşulları vb. Seçmek gerekir.
③ Orta kızılötesi optik fiber malzemelerin sınırlamaları:
Şu anda, orta kızılötesi bantta kullanılabilecek optik fiber malzemeler türleri sınırlıdır ve çizim işleminde, optik özelliklerde ve optik fiberin mekanik özelliklerinde hala bazı problemler vardır. Örneğin, florür cam fiber yaygın olarak kullanılan bir orta kızılötesi optik fiber matris malzemesi olmasına rağmen, fonon enerjisi nispeten yüksektir, bu da lazerin emisyon dalga boyu aralığını sınırlar; Sülfür cam elyafın zayıf kimyasal stabilite ve hazırlıkta zorluk gibi sorunları vardır. Bu nedenle, orta kızılötesi darbeli fiber lazerlerin gelişim ihtiyaçlarını karşılamak için yeni orta kızılötesi optik fiber malzemeleri sürekli olarak keşfetmek ve geliştirmek gerekir.

Ana Uygulama Alanları
1. Tıbbi ve biyolojik görüntüleme
① Lazer Ameliyatı
Prensip: Orta kızılötesi lazerler (2-5 μm bandı) su molekülleri tarafından güçlü bir şekilde emilebilir ve insan dokusunun yaklaşık% 70'i sudur. Bu, orta kızılötesi lazerlerin enerjisinin, insan dokusuyla temas ettiklerinde yüzeye konsantre olmasını sağlar ve çevredeki dokulara termal hasarı azaltır. Örneğin, oftalmik cerrahide bu özellik, diğer göz dokularında gereksiz hasara neden olmadan yüksek hassasiyetli kornea kesimi yapmak için kullanılabilir.
Avantajlar: Geleneksel görünür ışık veya kızılötesi yakın lazer cerrahisi ile karşılaştırıldığında, orta kızılötesi lazer cerrahisi daha yüksek hassasiyet ve daha düşük termal etkilere sahiptir, bu da daha hassas cerrahi operasyonlar elde edebilir ve hastaların ağrı ve iyileşme süresini azaltabilir.
② Etiketsiz doku görüntüleme
Prensip: Örneğin, optik tutarlılık tomografisi (OCT) teknolojisi, biyolojik dokuların yüksek çözünürlüklü tomografik görüntülemesini gerçekleştirmek için orta kızılötesi lazerlerin düşük saçılma özelliklerini kullanır. Orta kızılötesi ışık dokularda ışınlandığında, farklı derinliklerde doku tabakaları farklı yoğunluklardaki geri ışık sinyallerini yansıtacaktır. Bu sinyalleri dedektörler aracılığıyla toplayarak ve işleyerek, dokunun üç boyutlu bir yapısal görüntüsü oluşturulabilir.
Avantajlar: Bu görüntüleme yöntemi, geleneksel boyama yöntemlerinin dokulara neden olabileceği hasar ve kimyasal kontaminasyondan kaçınarak dokuların boyanmasını veya işaretlenmesini gerektirmez ve gerçek zamanlı olarak dokuların dinamik bilgilerini elde edebilecek, hastalıkların erken tanı ve tedavisi için güçlü bir araç sağlar.
2. Çevresel İzleme ve Gaz Algılama
① Gaz tespiti izleyin
Prensip: Birçok eser gazın (Co₂, CH₄, vb.) Orta kızılötesi bantta karakteristik absorpsiyon pikleri vardır. Test edilecek gaz örneğine orta kızılötesi darbeli fiber lazer tarafından yayılan lazeri hedefleyerek ve gaz belirli bir dalga boyunun ışığını emdikten sonra enerji değişikliğini ölçerek, gazın konsantrasyonu belirlenebilir. Örneğin, CO₂ 4.26μm'de güçlü bir emme zirvesine sahiptir. Bu dalga boyunda lazer enerjisinin zayıflamasını tespit ederek, co₂ konsantrasyonu çıkarılabilir.
Avantajları: Orta kızılötesi darbeli fiber lazerler yüksek hassasiyet ve yüksek çözünürlük özelliklerine sahiptir ve eser gazları son derece düşük konsantrasyonlarda tespit edebilir, bu da çevresel izleme, endüstriyel süreç kontrolü ve iklim değişikliği araştırmaları için büyük önem taşır.
② Atmosferik kirlilik analizi
Prensip: Atmosferdeki kirleticiler (azot oksitler, sülfitler, vb.) Orta kızılötesi bantta farklı absorpsiyon özelliklerine sahiptir. Atmosferi orta kızılötesi darbeli fiber lazerle tarayarak, çoklu kirleticilerin konsantrasyon dağılımı aynı anda tespit edilebilir. Örneğin, atmosferdeki farklı dalga boylarında lazerlerin emilimini analiz ederek, kirleticilerin uzamsal bir dağılım haritası çizilebilir.
Avantajlar: Bu uzak, temassız ölçüm yöntemi, örnek toplamadan atmosferik kirlilik bilgilerini hızlı ve yaygın olarak elde edebilir ve çevre koruma ve hava kalitesi değerlendirmesi için etkili bir araç sağlar.
3. Endüstriyel işleme
① Polimer/yarı iletken hassas işleme
Prensip: Orta kızılötesi lazerler polimerler ve yarı iletken malzemeler tarafından güçlü bir şekilde emilebilir, böylece malzemelerin içindeki moleküler bağların kırılmasına neden olabilir, böylece malzeme çıkarma veya modifikasyon elde edilir. Hassas işleme işlemi sırasında, lazerin parametrelerini tam olarak kontrol ederek (darbe genişliği, enerji yoğunluğu, vb.), Malzeme kesilebilir, delinebilir, oyulabilir ve diğer işlemler yüksek hassasiyetle gerçekleştirilebilir. Örneğin, yarı iletken çip üretiminde, silikon gofretlerin mikro işlenmesini sağlamak ve yongaların entegrasyonunu ve performansını iyileştirmek için orta kızılötesi lazerler kullanılabilir.
Avantajları: Geleneksel mekanik işleme veya fotolitografi teknolojisi ile karşılaştırıldığında, orta kızılötesi lazer işleme, mekanik stres ve malzemelerde hasardan kaçınabilen ve ürün kalitesi ve güvenilirliğini artırabilen temassız, yüksek hassasiyet ve yüksek verimlilik avantajlarına sahiptir.
FREE -BRANE ŞEFSEL MALZEME KESME
Prensip: Bazı kızılötesi şeffaf malzemeler (kalkojenit cam gibi) orta kızılötesi bantta iyi bir geçirgenliğe sahiptir. Bu malzemeler orta kızılötesi darbeli fiber lazerlerle kesildiğinde, lazer enerjisi malzemenin içine emilir ve ısı enerjisine dönüştürülür, malzemenin kısmen erimesine veya buharlaşmasına neden olur, böylece kesme elde edilir. Lazerin tarama yolunu ve parametrelerini ayarlayarak, çeşitli şekil ve boyutların malzeme kısımları kesilebilir.
Avantajları: Bu kesme yöntemi, yüksek performanslı kızılötesi şeffaf malzeme parçaları için kızılötesi optik sistemlerin, havacılık ve diğer alanların ihtiyaçlarını karşılayabilen pürüzsüz kenarlar, yüksek hassasiyet ve küçük ısıya etkilenen küçük bölge avantajlarına sahiptir.
4. Ulusal Savunma ve Güvenlik
FREE SADECE KADINLAR
İlke: Askeri uygulamalarda, orta kızılötesi darbeli fiber lazerler, düşman kızılötesi tespit ekipmanlarına müdahale etmek veya yok etmek için yüksek güçlü kızılötesi lazer ışınlarını, örneğin, düşmanın evcilleştirilmiş tespit sistemi ile aynı çalışma dalga boyuna sahip lazerler yayarak, dedektörü, bu şekilde koruma sağlayarak, sahip olarak kullanılabilir.
Avantajları: Orta kızılötesi lazerler iyi atmosferik iletim özelliklerine ve güçlü anti-parazit özelliklerine sahiptir. Karmaşık savaş alanı ortamlarında kızılötesi karşı önlemleri etkili bir şekilde uygulayabilir ve askeri ekipmanların savaş etkinliğini ve hayatta kalabilirliğini artırabilirler.
② Lazer Radarı (LIDAR)
Prensip: LIDAR, lazer darbeleri yayarak ve hedefin yansıttığı sinyalleri alarak hedefin mesafesini, yönünü, yüksekliğini ve diğer bilgilerini hesaplar. Orta kızılötesi darbe fiber lazerler, kısa darbeleri ve yüksek tepe gücü nedeniyle daha uzun mesafe ve daha yüksek hassasiyet hedef algılama elde edebilir. Örneğin, topografik haritalama ve hedef tanımlama gibi uygulamalarda, orta kızılötesi lazer radarı daha ayrıntılı hedef bilgiler elde edebilir.
Avantajlar: Geleneksel mikrodalga radarları ile karşılaştırıldığında, orta kızılötesi lazer radarları daha yüksek çözünürlük ve doğruluğa sahiptir, hedefleri daha iyi tanımlayabilir ve sınıflandırabilir ve savunma keşif, otonom sürüş ve diğer alanlarda önemli uygulama beklentilerine sahip olabilir.
③ Patlayıcıların uzaktan tespiti
Prensip: Birçok patlayıcı (dinamit, ilaçlar vb.) Orta kızılötesi bantta karakteristik spektrumlara sahiptir. Uzun mesafeli hedefleri aydınlatmak, hedeflerle yansıtılan spektral sinyalleri toplamak ve spektral özellikleri analiz ederek patlayıcıların var olup olmadığını belirlemek için orta kızılötesi puls fiber lazerleri kullanın. Örneğin, havaalanları ve limanlar gibi güvenlik denetimi yerlerinde, orta kızılötesi lazer uzaktan algılama ekipmanı personel ve bagajı denetlemek için kullanılabilir.
Avantajlar: Bu uzaktan algılama yöntemi temassız, hızlı ve doğru avantajlara sahiptir. Normal operasyonları etkilemeden potansiyel güvenlik tehlikelerini zamanında tespit edebilir ve kamu güvenliğini ve sosyal güvenliği sağlayabilir.
5. Bilimsel Araştırma
① UltraFast Spektroskopisi
Prensip: Ultrafast spektroskopisi, son derece kısa bir sürede maddelerin spektral özelliklerindeki değişiklikleri inceler (femtosaniye, pikosaniye seviyesi). Orta kızılötesi darbeli fiber lazerler, numuneleri uyarmak ve ultra hızlı spektral tepkilerini tespit etmek için kullanılabilen son derece kısa darbeli lazerler üretebilir. Örneğin, pompa-prob teknolojisi aracılığıyla, numune, heyecanlı bir durum üretmek için orta kızılötesi bir lazer ile pompalanır ve daha sonra, maddenin elektronik durumu ve kafes titreşimi gibi ultrafast işlemlerini incelemek için numunenin farklı gecikme sürelerinde spektral değişikliklerini tespit etmek için başka bir lazer ışını kullanılır.
Avantajları: Kimya, fizik ve malzeme bilimi gibi alanlar için, maddelerin iç yapısını ve dinamik sürecini derinden anlamaya yardımcı olan güçlü bir araştırma yöntemi sağlar.
② Soğuk molekül manipülasyonu
Prensip: Orta kızılötesi lazerler ve moleküller arasındaki etkileşim, soğuk molekülleri yakalamak, taşımak ve manipüle etmek için kullanılabilir. Lazerin frekansını, yoğunluğunu ve fazını tam olarak ayarlayarak, soğuk molekülleri hapsetmek ve moleküllerin hareket kontrolünü gerçekleştirmek için spesifik bir optik potansiyel kuyusu oluşturulabilir. Örneğin, kuantum bilgi işlem ve kuantum bilgi işleme alanında, kuantum bitlerinin çalışmasını sağlamak için soğuk moleküllerin kuantum durumunu manipüle etmek için orta kızılötesi lazerler kullanılabilir.
Avantajlar: Kuantum fiziği, kimyasal fizik ve diğer alanlarda araştırma için yeni bir deney platformu sağlar ve kuantum bilgi işlem, kuantum simülasyonu ve diğer yönlerde önemli atılımlar yapması beklenmektedir.
③ Attosecond darbelerinin üretimi
Prensip: Yüksek dereceli harmonik üretim (HHG) gibi doğrusal olmayan optik işlemler aracılığıyla, orta kızılötesi darbeli fiber lazerler, Attosecond seviyesinde (10⁻⁸ saniye) ultrashort darbeleri üretebilir. Orta kızılötesi lazerler atomlar veya moleküllerle etkileşime girdiğinde, yüksek dereceli harmonikler üretilir. Bu harmoniklerin frekansları aşırı ultraviyole (XUV) bandındadır ve nabız genişlikleri Attosecond seviyesine ulaşabilir.
Avantajları: Nükleer hareket ve elektron dinamikleri gibi ultra hızlı süreçlerin incelenmesi için son derece yüksek zaman çözünürlüğü sağlar ve bu da maddenin mikroskobik dünyasının gizemlerini daha da ortaya çıkarmaya yardımcı olur.

Özetle, orta kızılötesi darbeli fiber lazerler, tıbbi ve biyolojik görüntüleme, çevresel izleme ve gaz algılama, endüstriyel işleme, ulusal savunma ve güvenlik ve bilimsel araştırma alanlarında geniş uygulama beklentileri ve büyük potansiyel göstermiştir. Teknolojinin sürekli gelişimi ve iyileştirilmesi ile, orta kızılötesi darbeli fiber lazerlerin daha fazla alanda önemli bir rol oynayacağına ve insan toplumuna daha fazla refah ve ilerleme getireceğine inanılmaktadır.

İletişim Bilgileri:

Herhangi bir fikriniz varsa, bizimle konuşmaktan çekinmeyin. Müşterilerimiz nerede olursa olsun ve gereksinimlerimiz ne olursa olsun, müşterilerimize yüksek kalite, düşük fiyatlar ve en iyi hizmet sunma hedefimizi takip edeceğiz.