Toupre-enfrawouj nan mitan-enfrawouj plan seleksyon lazè reglabl

Atik sa a gen pou objaktif pou diskite sou kèk konsiderasyon ak sijesyon pwogram lè w ap chwazi sous limyè tou pre enfrawouj ak mitan enfrawouj. Atik sa a sitou yon ti tan entwodui epi konpare kat gwo kategori osilateur optik parametrik (OPO), anplifikatè optik parametrik (OPA), lazè kaskad pwopòsyon, ak sous limyè supercontinuum.

1.Diferan definisyon ranje espèk

Anjeneral pale, lè moun pale sou sous limyè enfrawouj yo, yo refere a limyè ak longèdonn vakyòm ki pi gran pase ~ 700-800 nm (limit siperyè ranje longèdonn vizib la).

Limit espesifik longèdonn ki pi ba a pa defini klèman nan deskripsyon sa a paske pèsepsyon je imen an nan enfrawouj dousman diminye olye ke koupe nan yon falèz.

Pou egzanp, repons lan nan limyè nan 700 nm nan je imen an deja trè ba, men si limyè a se fò ase, je imen an ka menm wè limyè ki emèt pa kèk dyod lazè ak longèdonn ki depase 750 nm, ki tou fè enfrawouj. lazè yon risk sekirite. --Menm si li pa trè klere nan je imen an, pouvwa aktyèl li ka trè wo.

Menm jan an tou, tankou limit ki pi ba sous limyè enfrawouj la (700 ~ 800 nm), ranje definisyon limit siperyè sous limyè enfrawouj la pa sèten tou. Anjeneral pale, li se apeprè 1 mm.

Men kèk definisyon komen nan bann enfrawouj la:

——Rejyon espèk tou pre enfrawouj (yo rele tou IR-A), ranje ~750-1400 nm.
Lazè ki emèt nan rejyon longèdonn sa a gen tandans fè bri ak pwoblèm sekirite je imen, paske fonksyon konsantre je imen an konpatib ak ranje limyè tou pre-enfrawouj ak vizib, se konsa ke sous limyè a tou pre-enfrawouj ka transmèt ak konsantre nan la. retin sansib nan menm fason an, men limyè a bann tou pre-enfrawouj Pa deklanche reflèks nan bat je pwoteksyon. Kòm yon rezilta, retin je imen an domaje pa twòp enèji akòz ensansibilite. Se poutèt sa, lè w ap itilize sous limyè nan gwoup sa a, yo dwe peye tout atansyon a pwoteksyon je.

—— Enfrawouj kout longèdonn (SWIR, IR-B) varye ant 1.4-3 μm.
Zòn sa a se relativman an sekirite pou je yo paske limyè sa a absòbe nan je a anvan li rive nan retin la. Pou egzanp, anplifikatè fib erbyòm-dope yo itilize nan kominikasyon fib optik opere nan rejyon sa a.
——Mitan vag enfrawouj (MWIR) ranje se 3-8 μm.
Atmosfè a montre absòpsyon fò nan kèk pati nan rejyon an; anpil gaz atmosferik pral gen liy absòpsyon nan gwoup sa a, tankou gaz kabonik (CO2) ak vapè dlo (H2O). Epitou paske anpil gaz montre absòpsyon fò nan gwoup sa a Karakteristik absòpsyon fò fè rejyon espèk sa a lajman itilize pou deteksyon gaz nan atmosfè a.

——Long vag enfrawouj (LWIR) ranje se 8-15 μm.
——Next se byen lwen enfrawouj (FIR), ki varye ant 15 μm-1 mm (men gen tou definisyon ki kòmanse soti nan 50 μm, gade ISO 20473). Rejyon espèk sa a prensipalman itilize pou D tèmik.
Atik sa a gen pou objaktif pou diskite sou seleksyon an nan bande lazè longèdonn reglabl ak tou pre-enfrawouj nan mitan-enfrawouj sous limyè, ki ka gen ladan pi wo a enfrawouj kout-longè ond (SWIR, IR-B, sòti nan 1.4-3 μm) ak yon pati nan mitan-onn enfrawouj la (MWIR, ranje se 3-8 μm).

2.Typical Aplikasyon

Yon aplikasyon tipik nan sous limyè nan gwoup sa a se idantifikasyon nan spectre absòpsyon lazè nan gaz tras (egzanp deteksyon aleka nan dyagnostik medikal ak siveyans anviwònman an). Isit la, analiz la pran avantaj de gwoup absòpsyon fò ak karakteristik anpil molekil nan rejyon an espektak mitan-enfrawouj, ki sèvi kòm "anprent molekilè". Malgre ke yon moun ka tou etidye kèk nan molekil sa yo atravè liy absòpsyon pan-wouj nan rejyon an tou pre-enfrawouj, depi sous lazè tou pre-enfrawouj yo pi fasil yo prepare, gen avantaj yo sèvi ak gwo liy absòpsyon fondamantal nan rejyon an mitan-enfrawouj ak pi gwo sansiblite. .

Nan mitan-enfrawouj D ', sous limyè nan gwoup sa a yo tou itilize. Moun anjeneral pran avantaj de lefèt ke limyè mitan-enfrawouj ka antre pi fon nan materyèl epi li gen mwens gaye. Pa egzanp, nan aplikasyon D' hyperspectral korespondan, tou pre-enfrawouj pou mitan-enfrawouj ka bay enfòmasyon spectral pou chak pixel (oswa voxel).

Akòz devlopman kontinye nan sous lazè mitan-enfrawouj, tankou lazè fib, aplikasyon pou pwosesis materyèl lazè ki pa metalik yo ap vin pi plis ak plis pratik. Tipikman, moun pran avantaj de absòpsyon fò nan limyè enfrawouj pa sèten materyèl, tankou fim polymère, yo oaza retire materyèl.

Yon ka tipik se ke endyòm fèblan oksid (ITO) fim transparan kondiktif yo itilize pou elektwòd nan aparèy elektwonik ak optoelectronic bezwen estriktire pa ablasyon lazè selektif. Yon lòt egzanp se nidite egzak nan kouch sou fib optik. Nivo pouvwa ki nesesè nan gwoup sa a pou aplikasyon sa yo anjeneral pi ba pase sa ki nesesè pou aplikasyon tankou koupe lazè.

Sous limyè tou pre-enfrawouj ak mitan-enfrawouj yo itilize pa militè a pou kontremezi enfrawouj direksyon kont misil k ap chèche chalè. Anplis pouvwa pwodiksyon ki pi wo ki apwopriye pou kamera enfrawouj avegle, se yon gwo kouvèti espektral nan gwoup transmisyon atmosferik la (alantou 3-4 μm ak 8-13 μm) tou pou anpeche filtè ki senp yo pa pwoteje detektè enfrawouj yo.

Fenèt transmisyon atmosferik ki dekri pi wo a ka itilize tou pou kominikasyon optik nan espas lib atravè travès direksyon, ak lazè kaskad pwopòsyon yo itilize nan anpil aplikasyon pou objektif sa a.

Nan kèk ka, batman ultrashort mitan-enfrawouj obligatwa. Pou egzanp, yon moun ta ka itilize peny frekans mitan-enfrawouj nan espektroskopi lazè, oswa esplwate entansite yo pik segondè nan pulsasyon ultrashort pou lasing. Sa a ka pwodwi ak yon lazè mòd-bloke.

An patikilye, pou tou pre-enfrawouj ak mitan-enfrawouj sous limyè, kèk aplikasyon gen kondisyon espesyal pou eskanè longèdonn oswa tunability longèdonn, ak tou pre-enfrawouj ak mitan-enfrawouj longèdonn reglabl lazè jwe yon wòl trè enpòtan nan aplikasyon sa yo.

Pou egzanp, nan espektroskopi, lazè tunable mitan-enfrawouj yo se zouti esansyèl, kit nan deteksyon gaz, siveyans anviwònman an, oswa analiz chimik. Syantis yo ajiste longèdonn lazè a pou yo pozisyone l nan mitan enfrawouj la pou detekte liy espesifik absòpsyon molekilè. Nan fason sa a, yo ka jwenn enfòmasyon detaye sou konpozisyon an ak pwopriyete matyè yo, tankou fann yon liv kòd ki plen sekrè.

Nan jaden an nan D 'medikal, mitan-enfrawouj lazè reglabl tou jwe yon wòl enpòtan. Yo lajman itilize nan teknoloji dyagnostik ak imaj ki pa pwogrese. Lè yo jisteman ajiste longèdonn lazè a, limyè mitan-enfrawouj ka antre nan tisi byolojik, sa ki lakòz imaj wo-rezolisyon. Sa a enpòtan pou detekte ak dyagnostik maladi ak anòmal, tankou yon limyè majik peering nan sekrè yo enteryè nan kò imen an.

Jaden defans ak sekirite tou se inséparabl nan aplikasyon an nan mitan-enfrawouj lazè reglabl. Lazè sa yo jwe yon wòl kle nan mezi enfrawouj, espesyalman kont misil k ap chèche chalè. Pa egzanp, Direksyon Enfrawouj Countermeasures System (DIRCM) ka pwoteje avyon yo pou yo pa swiv ak atake misil yo. Lè yo byen vit ajiste longèdonn lazè a, sistèm sa yo ka entèfere ak sistèm gidans misil kap vini yo epi imedyatman vire mare nan batay la, tankou yon nepe majik k ap veye syèl la.

Teknoloji teledeteksyon se yon mwayen enpòtan pou obsève ak kontwole tè a, nan ki lazè enfrawouj reglabl jwe yon wòl kle. Domen tankou siveyans anviwònman an, rechèch atmosferik, ak obsèvasyon Latè tout depann sou itilizasyon lazè sa yo. Mid-enfrawouj lazè reglabl pèmèt syantis yo mezire liy absòpsyon espesifik gaz nan atmosfè a, bay done ki gen anpil valè pou ede rechèch klima, siveyans polisyon ak previzyon move tan, tankou yon glas majik ki ka wè nan mistè yo nan lanati.

Nan anviwònman endistriyèl, lazè tunable mitan-enfrawouj yo lajman itilize pou pwosesis materyèl presizyon. Lè yo akor lazè a longèdonn ki fòtman absòbe pa sèten materyèl, yo pèmèt ablasyon selektif, koupe oswa soude. Sa a pèmèt fabrikasyon presizyon nan domèn tankou elektwonik, semi-conducteurs ak mikromachin. Lazè tunable mitan-enfrawouj la se tankou yon kouto tise byen poli, ki pèmèt endistri a skilte soti pwodwi tise byen fè mete pòtre epi montre klere nan teknoloji.

3.Near-enfrawouj nan mitan-enfrawouj tunable kalite pwodwi lazè ak karakteristik seleksyon

Anpil teknoloji ka pwodwi tou pre-enfrawouj ak mitan-enfrawouj lazè, tankou divès kalite lazè plon sèl ki baze sou konpoze plon ternary byen bonè oswa konpoze kwatènè, osi byen ke lazè komen izolan dope, divès kalite lazè fib, ak lazè gaz gaz kabonik. Tann, isit la nou konsantre sou plizyè teknoloji prensip lazè ak pwodwi ki ka branche nan yon pakèt longèdonn soti nan tou pre-enfrawouj nan mitan-enfrawouj.

①Osilateur parametrik optik, anplifikatè ak dèlko (OPO ak OPA)

Nan yon sistèm konvèsyon frekans ki pa lineyè, yon lazè tou pre-enfrawouj, ponp optik osilator parametrik (OPO), anplifikatè (OPA) oswa dèlko (OPG) ka itilize pou jenere limyè idler nan rejyon an espèk mitan-enfrawouj, tankou:
Nan lazè nanosecond OPO mitan-enfrawouj, lazè Q-chanje ka itilize kòm sous ponp. Materyèl cristalline komen yo itilize pou aplikasyon sa yo se zenk germanyòm fosfid (ZGP, ZnGeP2), sulfid gallyòm ajan ak selenide (AgGaS2, AgGaSe2), selenide galyòm (GaSe) ak selenide Kadmyòm (CdSe).
Depi anpil nan materyèl sa yo opak nan rejyon an 1 μm, li souvan nesesè yo sèvi ak OPO nan seri: premye OPO konvèti radyasyon an lazè 1 μm nan yon longèdonn ki pi long, ki se Lè sa a, itilize ponpe aktyèl OPO mitan-enfrawouj la. Siyal lèt la ak frekans san fè anyen konsa ka tou de nan rejyon an spectre mitan-enfrawouj.
1064 nm mòd-bloke pikosecond Nd: YVO4 lazè a kapab tou itilize pou synchrone ponp OPO ak LiNbO3 kristal, ki pèmèt pwodiksyon limyè idler rive nan 4 μm oswa menm 4.5 μm. Limite longèdonn li yo se sitou siperyè pou ogmante absòpsyon limyè idler nan longèdonn long. Se poutèt sa, OPO ki baze sou prensip sa a anjeneral gen yon siyal sonorite. Yon aparèy konsa ta ka fasilman jenere pulsasyon ak enèji nan dè dizèn de milijoules. Longèdonn pwodiksyon an se reglabl sou dè santèn de nanomèt.

�% 91% a1CWOPO

Konpare ak eksitasyon batman kè a nan OPO jeneral, dènye pwodwi teknoloji CWOPO bay lazè mitan-enfrawouj ki baze sou kad sa a:

1) DFB fib lazè ak anplifikatè;

2) DFB fib lazè kontwòl;

3) OPO optik pati ak kontwòl;
Kalite pwodwi sa a ka bay longèdonn pwodiksyon kontinyèlman reglabl nan seri mitan-enfrawouj 1435-4138 nm (6969-2416 cm-1). An menm tan an, konpare ak batman kè OPO, sa a ki kalite pwodwi ka bay lajè liy ekselan. (<100 MHz). This makes it possible for such products to be optimized in applications such as infrared calibration and spectral analysis.

③Quantum kaskad lazè

Lazè kwantik kaskad yo se yon direksyon devlopman relativman nouvo nan jaden an nan lazè semi-conducteurs.

Diferans ki genyen ant lazè kaskad pwopòsyon ak lazè semi-conducteurs mitan-enfrawouj bonè ki baze sou tranzisyon entè-band se ke li travay ki baze sou tranzisyon entè-sub-band.

Sa a pèmèt lazè kaskad pwopòsyon yo enjenyè detay yo nan estrikti nan kouch semi-conducteurs pou enèji foton tranzisyon an (ak Se poutèt sa longèdonn) ka varye sou yon pakèt domèn. Anplis de sa, kèk ranje akor longèdonn enpòtan (pafwa depase 10% longèdonn santral la) ka kouvri tou atravè aparèy kavite ekstèn.

Malgre ke refwadisman kriyojenik kounye a oblije reyalize pèfòmans optimal, anpil lazè kaskad pwopòsyon ka toujou opere nan tanperati chanm, menm kontinyèlman. Lazè kwantik kaskad ka itilize tou pou jenere lazè enpulsyonèl ak fwa batman kè menm byen anba a 1 ns, byenke pouvwa pik la se pito limite.

An tèm de pouvwa, byenke pouvwa pwodiksyon li yo ka rive jwenn 1 W atravè optimize, pouvwa pwodiksyon sa a ki kalite lazè se toujou pi ba pase sa yo ki nan lazè enfrawouj komen. Paske, nan jaden an nan lazè kaskad pwopòsyon, ki se sitou itilize nan espektroskopi, lazè kaskad pwopòsyon yo limite a sa sèlman tranzisyon ak pi ba enèji fonon.

Men kèk paramèt komen ak kalite:
Tib lazè CW-DFB 800 cm-1-2320 cm-1
Tib lazè DFB enpulsyonèl 700 cm-1-2350 cm-1
Tib lazè DFB nan frijidè 645 cm-1-2370 cm-1

OPO (optik osilator parametrik) ak kaskad pwopòsyon yo se de teknoloji souvan itilize nan jenerasyon lazè mitan-enfrawouj, epi yo gen kèk diferans aplikasyon enpòtan.

OPO (Optik Parametric Oscillator, optik Parametric Oscillator):

OPO se yon aparèy optik ki pa lineyè ki sèvi ak pwosesis parametrik nan kristal optik ki pa lineyè oswa fib optik pou jenere nouvo longèdonn, ki gen ladan bann mitan enfrawouj la. OPO eksite osilasyon parametrik atravè yon sous limyè ponp, kote materyèl ki pa lineyè nan osilator la divize limyè ponp lan nan limyè siyal ak limyè oksilyè. Longèdonn limyè siyal la se reglabl nan seri mitan-enfrawouj la, pandan y ap limyè oksilyè a aji kòm fidbak nan sous limyè ponp lan. OPO gen efikasite konvèsyon segondè ak ranje akor frekans lajè, kidonk li se lajman ki itilize nan rechèch lazè mitan-enfrawouj ak aplikasyon yo.

Diferans aplikasyon: OPO se apwopriye pou aplikasyon ki mande tunability frekans. Lè w ajiste frekans limyè ponp lan oswa kondisyon matche faz nan kristal ki pa lineyè, pwodiksyon lazè kontinyèlman ka reyalize nan mitan enfrawouj la. OPO ka itilize nan analiz espèk, deteksyon gaz, D 'byomedikal ak lòt jaden, epi li se espesyalman apwopriye pou aplikasyon ki mande pou analiz segondè-sansiblite oswa D mikwoskopik nan bann mitan-enfrawouj la.

Kwantik Cascade:

Lazè a kaskad pwopòsyon se yon lazè ki baze sou yon estrikti superlattice semi-conducteurs ki jenere limyè lazè mitan-enfrawouj atravè yon pwosesis kaskad pwopòsyon. Nan yon lazè kaskad pwopòsyon, elektwon yo libere enèji atravè yon pwosesis tranzisyon etap pa etap ant plizyè gwoup enèji, ki pwodui radyasyon mitan-enfrawouj kontinyèlman reglabl.

Diferans aplikasyon: Lazè kwantik kaskad gen pi gwo pouvwa ak pi etwat linewidth espèk, epi yo apwopriye pou mezi espèk-wo rezolisyon, lidar, D enfrawouj ak lòt jaden. Lazè kwantik kaskad ka travay tou nan anviwònman tanperati ki wo, kidonk yo apwopriye pou aplikasyon ki mande pou lazè mitan-enfrawouj anba kondisyon difisil, tankou enspeksyon endistriyèl, siveyans anviwònman, elatriye.

Pou rezime, OPO se sitou itilize pou aplikasyon pou ak tunability frekans segondè, pandan y ap lazè kaskad pwopòsyon yo pi apwopriye pou gwo pouvwa, lajè liy etwat ak tanperati ki wo.

Konparezon espesifik diferans valè paramèt yo varye selon modèl pwodwi ak manifakti. Sa ki anba la yo se egzanp kèk konparezon paramèt komen:

——Reglaj frekans:

OPO: Yo ka reyalize kontinyèlman pwodiksyon lazè mitan-enfrawouj, ak yon seri frekans anjeneral soti nan dè santèn de megahertz nan plizyè gigahertz oswa pi laj.

Kwantik kaskad: Ranje akor frekans lan se relativman etwat, anjeneral, dè dizèn a dè santèn de megahertz oswa pi etwat.

——Sòti pouvwa ak efikasite:

OPO: pouvwa pwodiksyon an anjeneral nan seri plizyè santèn miliwatt a plizyè watt, ak efikasite konvèsyon an ka rive jwenn plis pase 10%.

Kwantik kaskad: pouvwa pwodiksyon an anjeneral nan seri a nan dè dizèn a dè santèn de miliwatt, ak efikasite konvèsyon an ka rive jwenn plis pase 20%.

——Lajè liy espektal:

OPO: Lajè liy espèk la se etwat, anjeneral nan seri plizyè gigahertz a dè dizèn de megahertz.

Kwantik kaskad: lajè liy espèk la relativman laj, anjeneral nan seri a nan plizyè dizèn gigahertz a dè santèn de megahertz.

——Tanperati fonksyònman:

OPO: Li anjeneral bezwen travay nan yon tanperati chanm ki pi estab oswa fèmen nan tanperati chanm.

Kwantik kaskad: Ka travay nan pi wo tanperati opere, anjeneral, pi wo pase tanperati chanm, menm jiska dè dizèn de degre Sèlsiyis.

Li ta dwe remake ke valè sa yo se sèlman pou referans jeneral epi yo pa reprezante paramèt espesifik tout pwodwi komèsyal yo. Paramèt aktyèl yo depann sou modèl pwodwi, pwogrè teknolojik, ak konsepsyon manifakti a ak kondisyon pèfòmans. Lè w ap chwazi yon pwodwi komèsyal espesifik, li pi bon pou w al gade nan fèy spesifikasyon pwodwi a ak dokiman teknik manifakti a bay pou enfòmasyon egzat paramèt.

④Supercontinuum sous limyè

Gen kèk sous limyè ki baze sou jenerasyon supercontinuum ki kouvri yon gwo pati nan mitan enfrawouj la. Yon sous limyè konsa ta ka opere ki baze sou sèten fib optik mitan-enfrawouj, atravè ki entans pulsasyon limyè yo voye yo kreye fò entèraksyon ki pa lineyè.

Si yo mande limyè liy lajè reglabl etwat, filtè reglabl yo ka itilize pou ekstrè konpozan espèk yo vle soti nan limyè a laj spectre. Nan kèk ka, se tout spectre itilize. Yon egzanp se tomografi koerans optik (OCT). Pwosesis sa a souvan fèt nan bann longèdonn ki pi kout. Sepandan, avantaj ki genyen nan limyè mitan-enfrawouj nan aplikasyon sa a se ke limyè mitan-enfrawouj se mwens gaye. Konpare ak bann longèdonn ki pi kout, li gen kapasite pou antre pi fon.

Currently, the most popular commercial mid-infrared (mid-IR) light sources are optical parametric oscillators (OPOs) [1] and amplifiers (OPAs) [2], and quantum cascade lasers (QCLs) [3]. They have achieved very good performance and proven useful in many important applications. However, it should be noted that OPO/OPA are complex, susceptible to vibration, require frequent maintenance, and are difficult to scale up. QCLs can cover a significant emission band of ~3.5–12 μm, but they emit low output power with limited tunability per laser output wavelength. This has led to the need to find new alternative solutions for these laser sources. In this context, high-power mid-infrared supercontinuum generators appear to be of great interest, mainly due to their unique properties, the most important of which are their broad spectrum spanning thousands of nanometers, high spectral power density (>1 mW/nm), li gen pi laj Pleasant, pi wo koerans espasyal, direksyon ak klète pase lazè tradisyonèl yo.

⑤Micro mitan-enfrawouj sous limyè

Kounye a gen anpil tantativ pou devlope sikwi entegre fotonik pou aplikasyon pou mitan enfrawouj, tankou sa yo ki baze sou tribin fotonik Silisyòm. Malerezman, li pa fasil pou aplike yon sous limyè mitan-enfrawouj sou yon chip, ki te mennen nan rechèch sou anpil metòd posib. Yon egzanp se entegre sous limyè sou lòt semi-conducteurs, e byenke sa a prezante difikilte teknik, gen tou egzanp ki enplike teknoloji lyezon baskile-chip. Yon lòt posibilite se entegre emèt kò nwa (→ radyasyon tèmik) oswa materyèl luminesan, byenke sa a pa lakòz radyasyon espasyal aderan.

Gen lòt metòd ki baze sou konvèsyon frekans ki pa lineyè, ki itilize Kerr ki pa lineyè pou melanje kat onn oswa ankouraje Raman gaye. Ak lè l sèvi avèk microresonators, peny frekans yo ka pwodwi tou.

anplis

Sa ki anba la yo se kèk sous limyè mitan-enfrawouj ki itilize mwens souvan. Paske yo pa lajman itilize, yo pa pral diskite nan twòp detay isit la, tankou lazè elèktron gratis ak frekans-double lazè CO₂.

Ki baze sou pi wo a, sa ki annapre yo se yon referans pou konparezon ak seleksyon divès kalite lazè: