Laser có thể điều chỉnh từ hồng ngoại gần đến hồng ngoại trung

Định nghĩa dải phổ khác nhau.

Nói chung, khi mọi người nói về nguồn ánh sáng hồng ngoại, họ đang đề cập đến ánh sáng có bước sóng chân không lớn hơn ~ 700–800nm ​​(giới hạn trên của dải bước sóng khả kiến).

Giới hạn dưới của bước sóng cụ thể không được xác định rõ ràng trong mô tả này vì khả năng nhận biết tia hồng ngoại của mắt người giảm dần chứ không bị cắt đứt ở một vách đá.

Ví dụ, phản ứng của ánh sáng ở bước sóng 700 nm đối với mắt người vốn đã rất thấp, nhưng nếu ánh sáng đủ mạnh, mắt người thậm chí có thể nhìn thấy ánh sáng phát ra từ một số điốt laser có bước sóng vượt quá 750 nm, điều này cũng tạo ra tia hồng ngoại. tia laser là một nguy cơ an toàn. --Ngay cả khi nó không sáng lắm đối với mắt người, sức mạnh thực sự của nó có thể rất cao.

Tương tự, giống như phạm vi giới hạn dưới của nguồn sáng hồng ngoại (700 ~ 800 nm), phạm vi xác định giới hạn trên của nguồn sáng hồng ngoại cũng không chắc chắn. Nói chung, nó là khoảng 1 mm.

Dưới đây là một số định nghĩa phổ biến về dải hồng ngoại:

Vùng phổ cận hồng ngoại (còn gọi là IR-A), phạm vi ~750-1400 nm.

Laser phát ra ở vùng bước sóng này dễ gây ra tiếng ồn và các vấn đề về an toàn cho mắt người, do chức năng lấy nét của mắt người tương thích với dải ánh sáng cận hồng ngoại và khả kiến, do đó nguồn sáng dải cận hồng ngoại có thể được truyền và tập trung đến võng mạc nhạy cảm tương tự, nhưng ánh sáng dải hồng ngoại gần không kích hoạt phản xạ chớp mắt bảo vệ. Kết quả là võng mạc của mắt con người bị tổn thương do năng lượng quá mức do mất cảm giác. Vì vậy, khi sử dụng nguồn sáng ở dải này phải hết sức chú ý đến việc bảo vệ mắt.

Hồng ngoại bước sóng ngắn (SWIR, IR-B) nằm trong khoảng 1,4-3 μm.

Khu vực này tương đối an toàn cho mắt vì ánh sáng này được mắt hấp thụ trước khi đến võng mạc. Ví dụ, bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium được sử dụng trong truyền thông cáp quang hoạt động ở vùng này.

Phạm vi hồng ngoại sóng giữa (MWIR) là 3-8 μm.

Bầu khí quyển cho thấy sự hấp thụ mạnh mẽ ở các vùng trong khu vực; nhiều loại khí trong khí quyển sẽ có vạch hấp thụ trong dải này, chẳng hạn như carbon dioxide (CO2) và hơi nước (H2O). Cũng bởi vì nhiều loại khí thể hiện sự hấp thụ mạnh ở dải này. Đặc tính hấp thụ mạnh khiến vùng quang phổ này được sử dụng rộng rãi để phát hiện khí trong khí quyển.

Phạm vi hồng ngoại sóng dài (LWIR) là 8-15 μm.

Tiếp theo là hồng ngoại xa (FIR), có phạm vi từ 15 μm-1 mm (nhưng cũng có những định nghĩa bắt đầu từ 50 μm, xem ISO 20473). Vùng quang phổ này chủ yếu được sử dụng để chụp ảnh nhiệt.

Bài viết này nhằm mục đích thảo luận về việc lựa chọn các laser bước sóng có thể điều chỉnh băng thông rộng với các nguồn sáng hồng ngoại gần đến hồng ngoại trung, có thể bao gồm các tia hồng ngoại bước sóng ngắn nêu trên (SWIR, IR-B, dao động từ 1,4-3 μm) và một phần của hồng ngoại sóng giữa (MWIR, dao động từ 3-8 μm).

Ứng dụng tiêu biểu

Một ứng dụng điển hình của các nguồn sáng trong dải này là xác định quang phổ hấp thụ laser trong các khí vi lượng (ví dụ: viễn thám trong chẩn đoán y tế và giám sát môi trường). Ở đây, quá trình phân tích tận dụng các dải hấp thụ mạnh và đặc trưng của nhiều phân tử trong vùng quang phổ giữa hồng ngoại, đóng vai trò là "dấu vân tay phân tử". Mặc dù người ta cũng có thể nghiên cứu một số phân tử này thông qua các vạch hấp thụ pan ở vùng cận hồng ngoại, vì nguồn laser cận hồng ngoại dễ điều chế hơn nên có những lợi thế khi sử dụng các vạch hấp thụ cơ bản mạnh ở vùng hồng ngoại giữa với độ nhạy cao hơn. .

Trong hình ảnh hồng ngoại giữa, các nguồn sáng trong dải này cũng được sử dụng. Người ta thường lợi dụng ánh sáng hồng ngoại giữa có thể xuyên sâu hơn vào vật liệu và ít bị tán xạ hơn. Ví dụ: trong các ứng dụng hình ảnh siêu phổ tương ứng, hồng ngoại gần đến hồng ngoại trung có thể cung cấp thông tin quang phổ cho từng pixel (hoặc voxel).

Do sự phát triển không ngừng của các nguồn laser hồng ngoại trung, chẳng hạn như laser sợi quang, các ứng dụng xử lý vật liệu laser phi kim loại ngày càng trở nên thiết thực. Thông thường, người ta tận dụng khả năng hấp thụ mạnh ánh sáng hồng ngoại của một số vật liệu nhất định, chẳng hạn như màng polymer, để loại bỏ có chọn lọc các vật liệu.

Một trường hợp điển hình là màng dẫn điện trong suốt oxit thiếc indi (ITO) dùng làm điện cực trong các thiết bị điện tử và quang điện tử cần được cấu trúc bằng phương pháp cắt đốt bằng laser chọn lọc. Một ví dụ khác là việc loại bỏ chính xác lớp phủ trên sợi quang. Mức công suất cần thiết trong dải tần này cho các ứng dụng như vậy thường thấp hơn nhiều so với mức công suất cần thiết cho các ứng dụng như cắt laser.

Các nguồn ánh sáng cận hồng ngoại đến hồng ngoại trung cũng được quân đội sử dụng cho các biện pháp đối phó hồng ngoại định hướng chống lại tên lửa tầm nhiệt. Ngoài công suất đầu ra cao hơn phù hợp để làm chói mắt camera hồng ngoại, cũng cần có phạm vi phủ sóng quang phổ rộng trong dải truyền khí quyển (khoảng 3-4 μm và 8-13 μm) để ngăn các bộ lọc khía đơn giản bảo vệ máy dò hồng ngoại.

Cửa sổ truyền khí quyển được mô tả ở trên cũng có thể được sử dụng để liên lạc quang học trong không gian tự do thông qua các chùm tia định hướng và laser tầng lượng tử được sử dụng trong nhiều ứng dụng cho mục đích này.

Trong một số trường hợp, cần có xung siêu ngắn hồng ngoại giữa. Ví dụ, người ta có thể sử dụng các lược tần số hồng ngoại trung bình trong quang phổ laser, hoặc khai thác cường độ cực đại cao của các xung siêu ngắn để phát laser. Điều này có thể được tạo ra bằng tia laser bị khóa chế độ.

Đặc biệt, đối với các nguồn sáng từ hồng ngoại gần đến hồng ngoại trung, một số ứng dụng có yêu cầu đặc biệt về bước sóng quét hoặc khả năng điều chỉnh bước sóng, và laser có thể điều chỉnh bước sóng từ cận hồng ngoại đến hồng ngoại trung cũng đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong các ứng dụng này.

Ví dụ, trong quang phổ, tia laser có thể điều chỉnh hồng ngoại giữa là công cụ thiết yếu, dù là trong cảm biến khí, giám sát môi trường hay phân tích hóa học. Các nhà khoa học điều chỉnh bước sóng của tia laser để định vị chính xác nó trong phạm vi hồng ngoại giữa nhằm phát hiện các vạch hấp thụ phân tử cụ thể. Bằng cách này, họ có thể thu được thông tin chi tiết về thành phần và tính chất của vật chất, giống như việc giải mã một cuốn sách chứa đầy bí mật.

Trong lĩnh vực hình ảnh y tế, tia laser điều chỉnh hồng ngoại trung cũng đóng một vai trò quan trọng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các công nghệ chẩn đoán và hình ảnh không xâm lấn. Bằng cách điều chỉnh chính xác bước sóng của tia laser, ánh sáng hồng ngoại trung bình có thể xuyên qua mô sinh học, mang lại hình ảnh có độ phân giải cao. Điều này rất quan trọng trong việc phát hiện và chẩn đoán bệnh tật, những điều bất thường, giống như một tia sáng thần kỳ soi thấu những bí mật bên trong cơ thể con người.

Lĩnh vực quốc phòng, an ninh cũng không thể tách rời khỏi việc ứng dụng tia laser điều chỉnh hồng ngoại tầm trung. Những tia laser này đóng vai trò quan trọng trong các biện pháp đối phó hồng ngoại, đặc biệt là chống lại tên lửa tầm nhiệt. Ví dụ, Hệ thống đối phó hồng ngoại định hướng (DIRCM) có thể bảo vệ máy bay khỏi bị tên lửa theo dõi và tấn công. Bằng cách nhanh chóng điều chỉnh bước sóng của tia laser, các hệ thống này có thể can thiệp vào hệ thống dẫn đường của tên lửa đang bay tới và ngay lập tức lật ngược tình thế trận chiến, giống như một thanh kiếm thần bảo vệ bầu trời.

Công nghệ viễn thám là phương tiện quan sát, giám sát trái đất quan trọng, trong đó tia laser điều chỉnh hồng ngoại đóng vai trò chủ đạo. Các lĩnh vực như giám sát môi trường, nghiên cứu khí quyển và quan sát Trái đất đều dựa vào việc sử dụng các tia laser này. Tia laser hồng ngoại trung bình có thể điều chỉnh cho phép các nhà khoa học đo các đường hấp thụ cụ thể của khí trong khí quyển, cung cấp dữ liệu có giá trị để giúp nghiên cứu khí hậu, giám sát ô nhiễm và dự báo thời tiết, giống như một chiếc gương ma thuật cung cấp cái nhìn sâu sắc về những bí ẩn của tự nhiên.

Trong môi trường công nghiệp, tia laser điều chỉnh hồng ngoại trung bình được sử dụng rộng rãi để xử lý vật liệu chính xác. Bằng cách điều chỉnh tia laser theo các bước sóng được hấp thụ mạnh bởi một số vật liệu nhất định, chúng cho phép cắt bỏ, cắt hoặc hàn có chọn lọc. Điều này cho phép sản xuất chính xác trong các lĩnh vực như điện tử, chất bán dẫn và vi cơ khí. Tia laser có thể điều chỉnh bằng hồng ngoại giữa giống như một con dao khắc được đánh bóng tinh xảo, cho phép ngành công nghiệp chạm khắc những sản phẩm được chạm khắc tinh xảo và thể hiện sự sáng chói của công nghệ.