هل تعرف شيئًا عن ليزر الحالة الصلبة بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة؟ (الجزء الأول)

نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطةيشير إلى نطاق معين في نطاق الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء، نظرًا لمتطلبات التطبيق المختلفة، فإن نطاق الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء المتوسطة له تعريفات مختلفة في مجالات التطبيق المختلفة. تعرف جمعية الإضاءة الدولية الأشعة تحت الحمراء المتوسطة بأنها 3-1000μm؛ في الجيش يقتصر عمومًا على 3-5 ميكرومتر؛ في مجال تكنولوجيا الليزر، يشير نطاق الطول الموجي لليزر تحت الأحمر المتوسط ​​عمومًا إلى نطاق 2-5 ميكرومتر.

(1) الاتصالات الفضائية

يقع نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة في نافذة الامتصاص للغلاف الجوي. كما يتبين من الشكل 1، في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسط، تكون نفاذية معظم الأطوال الموجية أعلى من 60 بالمائة، وبعضها يصل إلى 90 بالمائة، وعدد صغير من الأطوال الموجية منخفض جدًا بسبب الامتصاص والنفاذية جزيئات ثاني أكسيد الكربون، وH2O، وO3. ولذلك، فإن ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة يمكن أن يحقق الإرسال لمسافات طويلة في الغلاف الجوي ولديه مجموعة واسعة من التطبيقات في الاستشعار عن بعد، والكشف، وغيرها من المجالات.

نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسط ​​البالغ 3-5 ميكرومتر هو نافذة ذات خسارة منخفضة واضطراب ضعيف وضوضاء خلفية ضعيفة للغلاف الجوي، والتي يمكنها التغلب على تأثير القنوات الجوية بشكل جيد، وهو النطاق المثالي لليزر لمسافات طويلة الاتصالات في الفضاء.

يتم تشفير البيانات عالية السرعة التي سيتم نقلها وتحميلها على مخرج الناقل البصري بواسطة مصدر ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لتشكيل إشارة ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، ثم يتم تضخيمها بواسطة الطاقة الضوئية وهوائي الإرسال لتوسيع الشعاع. الغرض من توسيع الشعاع هو ضغط زاوية تباعد الشعاع وتقليل فقدان التباعد لشعاع الليزر في الغلاف الجوي، ثم إرساله عبر القناة الجوية إلى الطرف المتلقي. يتم إرساله بواسطة هوائي الاستقبال وتحويله بواسطة كاشف ضوئي متوسط ​​يعمل بالأشعة تحت الحمراء، ثم تتم معالجته أخيرًا بواسطة وحدة معالجة البيانات مثل وحدة فك ترميز الخط، ويتم الحصول على البيانات الأصلية عالية السرعة.

(2) التطبيقات الطبية

تعد جزيئات الماء جزءًا مهمًا من الأنسجة البيولوجية (يظهر طيف امتصاص الماء في الشكل 3). يمكن للتأثير الحراري لجزيئات الماء على الامتصاص المكثف لليزر 1.9-2 ميكرومتر أن يحقق الإرقاء السريع ويقلل الضرر الذي يلحق بالأنسجة البشرية أثناء الجراحة. ولذلك، يتم استخدام الليزر في هذا النطاق على نطاق واسع في الجراحة السريرية.

تشمل الحالات التي تم استخدامها في الجراحة السريرية استئصال الأورام الحميدة والخبيثة مثل الورم الوعائي الوعائي وورم المخ، وجراحة الأنف مثل الزوائد اللحمية الأنفية، وتضخم الجريبات في جدار البلعوم الخلفي، وتضخم المحارة السفلية، وتبديل بطانة الرحم، والتهاب المثانة الغدي. ، تضخم البروستاتا، تفتيت الحصوات، ثقب عضلة القلب بالليزر، استئصال الغشاء الزليلي المفصلي، كيس المفاصل وغيرها من استئصال الأنسجة الرخوة وعلاج هشاشة العظام، إلخ.

تتميز هذه الطريقة الطبية بمزايا قلة النزيف أو انعدامه، وعدم الحاجة إلى الدكاك، وإصابة بسيطة، والشفاء السريع للسطح المصاب، وطريقة جراحية بسيطة.

(3) التطبيقات العسكرية

تقنية التشويش بالأشعة تحت الحمراء الاتجاهية هي نوع من تكنولوجيا التشويش النشط بالأشعة تحت الحمراء، بعد أن يصل شعاع الليزر إلى نسبة توسع شعاع معينة، عندما يقترب صاروخ، يتم استخدام جهاز التتبع لتوجيه طاقة التشويش إلى اتجاه الصاروخ القادم، مما يتسبب في فشل الصاروخ الباحث وانحرافه عن الهدف.

نجح مختبر البحرية الأمريكية في تطوير نظام الحرب الإلكترونية التكتيكي متعدد النطاقات المضاد للسفن (MATES) لنظام الحرب الإلكترونية المتكامل (AIEWS)، والذي يستخدم مصدر ضوء بشكل رئيسي في النطاق الطيفي للأشعة تحت الحمراء متوسطة الموجة والبعيدة. أجهزة الليزر بالأشعة تحت الحمراء.

(4) المعالجة الصناعية

يتمتع البلاستيك الشفاف بامتصاص صغير يبلغ 1μm، في حين أن معظم المواد العضوية لديها امتصاص كافٍ يبلغ 2μm، لذلك يمكن استخدامها مباشرة في القطع واللحام والنقش ومجالات المعالجة الأخرى للمواد الشفافة. مع تزايد شعبية تقنية الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد، سوف يتطور تصنيع الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد العضوية الشفافة بسرعة أكبر.

(5) مراقبة الغاز

يركز نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة خطوط الامتصاص لعدد كبير من جزيئات الغاز، وكثافة امتصاصه أقوى 2-3 مرة من كثافة نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. لذلك، فإن ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة له نطاق واسع من القيمة المدنية في مجال اكتشاف الغازات النزرة. نظرًا لأن قمم الامتصاص لـ CO2 وCH4 وC2H6 تقع في نطاقات 2.8 ميكرومتر و3.2 ميكرومتر و3.3 ميكرومتر على التوالي، يمكن تطبيق الليزر تحت الأحمر المتوسط ​​المستمر على التحليل الطيفي الجزيئي لتحسين حساسية مراقبة الغاز النزر.

تقنية توليد ليزر الحالة الصلبة بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة

بالنسبة لتقنية ليزر الحالة الصلبة، يمكن تقسيم طرق توليد نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى تقنية الانبعاث المباشر للأيونات المخدرة وتقنية التحويل غير الخطية.

الانبعاث المباشر للأيونات المخدرة هو انبعاث فوتونات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة من خلال انتقال مستوى الطاقة للأيونات. تشمل منشطات الحالة الصلبة الشائعة أيونات الأرض النادرة (Tm3 plus، Ho3 plus، Er3 plus، إلخ.) وأيونات المعادن الانتقالية (Fe2 plus، Cr2 plus، إلخ).

تشتمل تقنيات تحويل التردد غير الخطي على تردد الفرق، والتذبذب البارامتري البصري، وتشتت رامان المحفز، والتي يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال خصائص البلورات غير الخطية.

(1) ليزر الحالة الصلبة المخدر بالثوليوم

يقع نطاق انبعاث ليزر الثوليوم عند ذروة امتصاص جزيئات الماء (1.92-1.94μm)، لذا فإن ليزر الثوليوم هو ليزر طبي واعد ذو كفاءة عالية وضرر حراري منخفض عند تطبيقه في الجراحة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الليزر المشبع بالثوليوم كمصادر ضخ لأنظمة الليزر المشبع بالهولميوم والليزر البارامتري ذو الأشعة تحت الحمراء المتوسطة.

تبلغ ذروة الامتصاص للمواد المعالجة بالثوليوم حوالي 790 نانومتر، وهي مناسبة لضخ أشباه الموصلات. تشمل مواد المصفوفة الشائعة المشبعة بالثوليوم YAG، وYLF، وLuAG، وYAP، وما إلى ذلك. وفي السنوات الأخيرة، تمت أيضًا دراسة وسائط الكسب الجديدة المعتمدة على سيراميك أكسيد السيسكيوكسيد، مثل Tm: Lu2O3، وTm:(Lu, Sc)2O3، على نطاق واسع. .

يتم توسيع مستوى طاقة أيون الثوليوم تحت تأثير المجال البلوري لمادة المصفوفة، ويختلف عرض مستوى الطاقة وفاصل النطاق، لكن الخصائص الأساسية متشابهة، وتتركز خطوط طيف الانبعاث بشكل أساسي في نطاق 1.9-2.1 ميكرومتر. يمكن تحقيق إخراج قابل للضبط مع عرض خط ضيق من خلال ضبط عناصر مثل صريف الحجم Bragg مع طيف الفلورسنت الواسع الخاص به.

معلومات الاتصال:

إذا كان لديك أي أفكار، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا وما هي متطلباتنا، فإننا سوف نتبع هدفنا المتمثل في تزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.