Toepassingen van gemiddeld gepulseerde vezellasers

Midden-infrarood laserverwijst naar elektromagnetische golven met een golflengte in de 3μm ~ 1000μm band; Op het gebied van lasertechnologie wordt middeninfrarood over het algemeen gedefinieerd als de 2μm ~ 5μm-band. Midden-infrarood lasers hebben unieke golflengtebereiken en moleculaire absorptie-eigenschappen en zijn geschikt voor verschillende toepassingsscenario's; Terwijl gepulseerde vezellasers een breed toepassingspotentieel hebben aangetoond in industriële verwerking en andere velden met hun voordelen zoals hoge bundelkwaliteit, goede stabiliteit en compacte structuur.

De middeninfraroodband bevat twee hoofdatmosferische transmissievensters (3 ~ 5 μm en 8 ~ 12 μm gebieden). In deze banden is de absorptie van de belangrijkste componenten in de atmosfeer erg laag, dus overdracht over lange afstand kan worden bereikt, wat geschikt is voor teledetectie, detectie en andere velden.
De middeninfraroodband bevindt zich in het fundamentele trillingsresonantiegebied van de meeste moleculen, en veel vloeistoffen, gassen en niet-metalen materialen hebben een sterke absorptie van mid-infrarood licht. Deze functie zorgt ervoor dat middeninfrarood lasers belangrijke toepassingen hebben in spectrale analyse, omgevingsmonitoring, medische diagnose en andere velden.

Belangrijkste technologieën van gemiddeld-infrarood gepulseerde vezellasers
1. Krijg medium selectie
① Zeldzame door de aarde gedoteerde vezels:
Er³⁺ (erbium -ion): meestal gebruikt om laseroutput te bereiken in de 2,7 ~ 2,8 μm -band, geschikt voor medische, atmosferische teledetectie en andere velden. De structuur van het energieniveau stelt het in staat om mid-infrarood lasers te genereren onder specifieke pompomstandigheden.
HO³⁺ (Holmium-ion): kan lasers genereren in de 2. 0 ~ 2.1 μm band, vaak co-gedoteerd met andere ionen (zoals co-gedoteerd met PR³⁺) om laserprestaties te optimaliseren. Deze band bevindt zich in het atmosferische transmissiester, veilig voor menselijke ogen en heeft applicatiewaarde in laserradar en andere velden.
TM³⁺ (Thulium -ion): kan lasers genereren in de 2,3 μm -band, die zinvol is voor bepaalde specifieke spectrale analyse en toepassingen.
② Niet -lineaire frequentieconversie:
OPO (optische parametrische oscillator): op basis van het parametrische amplificatieproces in niet -lineaire kristallen wordt de energie van pomplicht omgezet in signaallicht en lampje. Door geschikte niet-lineaire kristallen en oscillatorontwerpen te selecteren, kan laseruitgang in de midden-infraroodband worden verkregen en kan afstemming worden bereikt binnen een breder golflengtebereik.
DFG (gestimuleerde Raman-verstrooiing): Midden-infrarood lasers worden gegenereerd met behulp van het Raman-verstrooiingseffect. Door de parameters van het pomplicht en de kenmerken van het Raman-medium aan te passen, kunnen middeninfrarood laseruitgangen van verschillende golflengten worden bereikt, maar meestal is een hoger pompvermogen vereist.
2. Pulsgeneratie mechanisme
① q-switching-technologie:
Actieve Q-switching: het verlies- of pompvermogen van de laser wordt geregeld door een extern modulatiesignaal, zodat de fotondichtheid in de laserholte periodiek verandert, waardoor gepulseerde laseruitgang wordt gegenereerd. De laser wordt bijvoorbeeld gemoduleerd met behulp van componenten zoals een akoesto-optische modulator of een elektro-optische modulator om pulsen te genereren. Deze methode kan de herhalingsfrequentie en pulsbreedte van de puls nauwkeurig regelen, maar vereist extra modulatieapparatuur, wat de complexiteit van het systeem vergroot.
Passieve Q-switching: de niet-lineaire absorptiekarakteristieken van passieve componenten zoals verzadigde absorbers worden gebruikt om de fotondichtheid in de laserholte te moduleren. Wanneer de fotondichtheid een bepaalde drempel bereikt, verandert de absorptiecoëfficiënt van de verzadigde absorber, waardoor het verlies van de laserholte wordt veranderd en gepulseerde lasers wordt gegenereerd. Passieve Q-switching heeft een eenvoudige structuur en lage kosten, maar de herhalingsfrequentie en pulsbreedte van de puls zijn relatief moeilijk te controleren.
② Modus-vergrendelingstechnologie:
Materiaal Verzadigbare absorptie (MSA) Mode-vergrendeling: Materialen met optische niet-lineaire absorptie-eigenschappen worden gebruikt als modus-vergrendelingsapparaten, zoals commerciële halfgeleiderverzadigbare absorberspiegels (SESAM) en nieuwe nanomaterialen (zoals grafeen, koolstofnanobuisjes, enz.). Deze materialen hebben een sterke absorptie voor zwak licht en hoge transmissie voor sterk licht, waardoor intracaviteitspulsvernauwing en genererende modus-vergrendelde pulsen worden bereikt.
Niet-lineaire polarisatierotatie (NPR) -modusvergrendeling: met behulp van het niet-lineaire KERR-effect van de optische vezel zelf, worden verschillende niet-lineaire faseverschuivingen toegepast op licht in verschillende polarisatierichtingen. Onder de werking van het intracavity-polarisatieapparaat vertoont de resonerende holte kenmerken die vergelijkbaar zijn met verzadigbare absorptie, waardoor modus vergrendeling wordt bereikt. Deze technologie wordt niet beperkt door de bandafstand en de ontspanningstijd van het materiaal, heeft tijdelijke ultrasnelle herstelkenmerken en hoge modulatiediepte en schadedrempel, en is geschikt voor femtoseconde pulsopwekking met een krachtige kracht.
Frequency Shift Feedback (FSF) -modusvergrendeling: via een bepaald feedbackmechanisme wordt de frequentie van een deel van het uitgangslamp verschoven en teruggevoerd naar de laserholte, interactie met het lichtveld in de holte om een ​​stabiele modus-vergrendelde pulssequentie te vormen. Deze modus vergrendelingsmethode kan een hoge herhalingsfrequentie en een smalle pulsbreedte van pulsen bereiken.
3. Kernuitdagingen
① Thermisch beheer:
Midden-infrarood pulsvezel lasers genereren veel warmte tijdens de werking. Als de warmte niet in tijd en effectief kan worden afgevoerd, zal dit leiden tot problemen zoals afbraak van laserprestaties en vezelschade. Daarom is het noodzakelijk om efficiënte warmte -dissipatietechnologie en thermische beheermaatregelen te nemen, zoals het gebruik van vezelmatrixmaterialen met een hoge thermische geleidbaarheid, het ontwerpen van redelijke warmtedissipatiestructuren en het gebruik van koelapparatuur om de stabiele werking van de laser te waarborgen.
② Foton donker wordende effect:
Onder krachtige pompomstandigheden zal het foton donker wordende effect in met zeldzame aarde gedoteerde optische vezels de prestaties en de levensduur van de laser beïnvloeden. Foton verduistering verwijst naar het fenomeen dat wanneer het lasermateriaal wordt bestraald met sterk licht, de elektronen gegenereerd door lichte excitatie worden vastgelegd door het TRAP -centrum, wat resulteert in veranderingen in de absorptie- en emissiekarakteristieken van het materiaal. Om de impact van het foton donkerderingseffect te verminderen, is het noodzakelijk om de dopingconcentratie van de optische vezel te optimaliseren, het bereidingsproces van de optische vezel te verbeteren, een geschikte pompbron en werkomstandigheden te selecteren, enz.
③ Beperkingen van mid-infrarood optische vezelmaterialen:
Momenteel zijn de soorten optische vezelmaterialen die in de middeninfraroodband kunnen worden gebruikt, beperkt, en er zijn nog enkele problemen in het tekenproces, optische eigenschappen en mechanische eigenschappen van de optische vezel. Hoewel fluorideglasvezels bijvoorbeeld een algemeen gebruikte mid-infrarood optisch vezelmatrixmateriaal is, is de fononenergie relatief hoog, die het emissiegolflengtebereik van de laser beperkt; Sulfideglasvezel heeft problemen zoals slechte chemische stabiliteit en problemen bij het voorbereiden. Daarom is het noodzakelijk om continu nieuwe mid-infrarood optische vezelmaterialen te verkennen en te ontwikkelen om te voldoen aan de ontwikkelingsbehoeften van gemiddeld gepulseerde vezellasers.

Hoofdtoepassing gebieden
1. Medische en biologische beeldvorming
① Laseroperatie
Principe: Mid-infrarood lasers (2-5 μm band) kan sterk worden opgenomen door watermoleculen, en ongeveer 70% van het menselijk weefsel is water. Hierdoor kan de energie van middeninfrarood lasers op het oppervlak worden geconcentreerd wanneer ze in contact komen met menselijk weefsel, waardoor thermische schade aan omliggende weefsels wordt verminderd. In oogheelkundige chirurgie kan deze functie bijvoorbeeld worden gebruikt om zeer nauwkeurige hoornvlies te snijden zonder onnodige schade aan andere oogweefsels te veroorzaken.
Voordelen: vergeleken met traditioneel zichtbaar licht of bijna-infrarood laserchirurgie, heeft middeninfrarood laserchirurgie een hogere precisie en lagere thermische effecten, die meer delicate chirurgische bewerkingen kunnen bereiken en de pijn en hersteltijd van patiënten kunnen verminderen.
② Labelvrije weefselbeeldvorming
Principe: Optische coherentietomografie (OCT) -technologie gebruikt bijvoorbeeld de lage verstrooiingskenmerken van mid-infrarood lasers om tomografische beeldvorming met hoge resolutie van biologische weefsels uit te voeren. Wanneer het midden-infraroodlicht op weefsels wordt bestraald, zullen weefsellagen op verschillende diepten weer lichte signalen van verschillende intensiteiten weerspiegelen. Door deze signalen te verzamelen en te verwerken via detectoren, kan een driedimensionaal structureel beeld van het weefsel worden geconstrueerd.
Voordelen: deze beeldvormingsmethode vereist geen vlekken of markeren van weefsels, het vermijden van de schade en chemische besmetting die traditionele kleurmethoden kunnen veroorzaken voor weefsels en in realtime dynamische informatie van weefsels kan verkrijgen, waardoor een krachtig hulpmiddel wordt geboden voor vroege diagnose en behandeling van ziekten.
2. Milieumonitoring en gasdetectie
① Trace -gasdetectie
Principe: veel sporengassen (zoals CO₂, CH₄, enz.) Hebben karakteristieke absorptiepieken in de middeninfraroodband. Door de laser te richten die wordt uitgezonden door de middeninfrarood gepulseerde vezellaser bij het gasmonster om te worden getest en de energieverandering te meten nadat het gas het licht van een specifieke golflengte absorbeert, kan de concentratie van het gas worden bepaald. Co₂ heeft bijvoorbeeld een sterke absorptiepiek bij 4,26 μm. Door de verzwakking van de laserergie op deze golflengte te detecteren, kan de concentratie van CO₂ worden afgeleid.
Voordelen: midden-infraroodpulseerde vezellasers hebben de kenmerken van hoge gevoeligheid en hoge resolutie, en kunnen sporengassen detecteren in extreem lage concentraties, wat van groot belang is voor milieumonitoring, industriële procescontrole en onderzoek naar klimaatverandering.
② Atmosferische vervuilingsanalyse
Principe: verontreinigende stoffen in de atmosfeer (zoals stikstofoxiden, sulfiden, enz.) Hebben ook verschillende absorptiekarakteristieken in de middeninfraroodband. Door de atmosfeer te scannen met een midden-infrarood gepulseerde vezellaser, kan de concentratieverdeling van meerdere verontreinigende stoffen tegelijkertijd worden gedetecteerd. Bij het analyseren van de absorptie van lasers van verschillende golflengten in de atmosfeer kan bijvoorbeeld een ruimtelijke verdelingskaart van verontreinigende stoffen worden getrokken.
Voordelen: deze externe, contactloze meetmethode kan snel en breed atmosferische vervuilingsinformatie verkrijgen zonder monsters te verzamelen, wat een efficiënt middel biedt voor milieubescherming en luchtkwaliteitsevaluatie.
3. Industriële verwerking
① Polymeer/halfgeleider precisieverwerking
Principe: middeninfrarood lasers kunnen sterk worden opgenomen door polymeren en halfgeleidermaterialen, waardoor de moleculaire bindingen in de materialen breken, waardoor materiaalverwijdering of modificatie wordt bereikt. Tijdens het precisieverwerkingsproces, door de parameters van de laser (zoals pulsbreedte, energiedichtheid, enz.) Precieel te regelen, kan het materiaal worden gesneden, geboord, gegraveerd en andere bewerkingen kunnen worden uitgevoerd met hoge precisie. Bij bijvoorbeeld de productie van halfgeleiders kunnen lasers in het halfgeleider bijvoorbeeld worden gebruikt om microverwerking van siliciumwafels te bereiken en de integratie en prestaties van chips te verbeteren.
Voordelen: vergeleken met traditionele mechanische verwerking of fotolithografietechnologie, heeft mid-infrarood laserverwerking de voordelen van contactloze, hoge precisie en hoge efficiëntie, die mechanische stress en schade aan materialen kunnen voorkomen en de productkwaliteit en betrouwbaarheid kan verbeteren.
② Infrarood transparant materiaal snijden
Principe: sommige infrarood transparante materialen (zoals chalcogenide glas) hebben een goede transmissie in de middeninfraroodband. Wanneer deze materialen worden gesneden door gemiddeld gepulseerde vezellasers, wordt de laserergie in het materiaal geabsorbeerd en omgezet in warmte-energie, waardoor het materiaal gedeeltelijk smelt of verdampt, waardoor het snijden wordt bereikt. Door het scanpad en de parameters van de laser aan te passen, kunnen materiaaldelen van verschillende vormen en maten worden gesneden.
Voordelen: deze snijmethode heeft de voordelen van gladde randen, hoge precisie en kleine warmte-aangetaste zone, die kunnen voldoen aan de behoeften van infrarood optische systemen, ruimtevaart en andere velden voor hoogwaardige infrarood transparante materiaalonderdelen.
4. Nationale verdediging en veiligheid
①Infrarood tegenmaatregelen
Principe: in militaire toepassingen kunnen gemidde-infraroodpulseerde vezelladers worden gebruikt om krachtige infrarood laserstralen uit te zenden om te interfereren met of te vernietigen met de detectieapparatuur van vijandelijke infrarood, geleide wapens, enz. Bijvoorbeeld, door lasers uit te stoten met dezelfde werkgolflengte als het infrared detectiesysteem van de vijand, is de detectiesysteem ervan verzadigd of in een onjuiste wijze, waardoor iemands eigen doelen worden beschreven.
Voordelen: mid-infrarood lasers hebben goede atmosferische transmissiekarakteristieken en sterke anti-interferentiemogelijkheden. Ze kunnen effectief infrarood tegenmaatregelen in complexe slagveldomgevingen implementeren en de gevechtseffectiviteit en overlevingskansen van militair materieel verbeteren.
② laserradar (lidar)
Principe: LIDAR berekent de afstand, richting, hoogte en andere informatie van het doel door laserpulsen uit te zenden en de signalen te ontvangen die door het doel zijn gereflecteerd. Midden-infraroodpulsvezellasers kunnen een langere afstand en hogere precisiedoeldetectie bereiken vanwege hun korte pulsen en een hoog piekvermogen. In toepassingen zoals topografische mapping en doelidentificatie kan bijvoorbeeld mid-infrarood laserradar meer gedetailleerde doelinformatie verkrijgen.
Voordelen: vergeleken met traditionele microgolfradars kunnen mid-infrarood laserradars een hogere resolutie en nauwkeurigheid hebben, doelen beter identificeren en classificeren en belangrijke toepassingsperspectieven hebben in de verkenning van de defensie, autonoom rijden en andere velden.
③ op afstand detectie van explosieven
Principe: veel explosieven (zoals dynamiet, medicijnen, enz.) Hebben karakteristieke spectra in de midden-infraroodband. Gebruik mid-infrarood pulsvezellasers om langeafstanddoelen te verlichten, spectrale signalen te verzamelen die door de doelen worden weergegeven en bepaal of explosieven bestaan ​​door spectrale kenmerken te analyseren. In beveiligingsinspectieplaatsen zoals luchthavens en havens kunnen bijvoorbeeld mid-infrarood laser-externe detectieapparatuur worden gebruikt om personeel en bagage te inspecteren.
Voordelen: deze externe detectiemethode heeft de voordelen van contactloze, snel en nauwkeurig. Het kan tijdig potentiële veiligheidsrisico's detecteren zonder de normale activiteiten te beïnvloeden en de openbare veiligheid en sociale zekerheid te waarborgen.
5. Wetenschappelijk onderzoek
① Ultrasnelle spectroscopie
Principe: ultrasnelle spectroscopie bestudeert de veranderingen in de spectrale kenmerken van stoffen in een extreem korte tijd (femtoseconde, picosecondniveau). Midden-infrarood gepulseerde vezelladers kunnen extreem korte gepulseerde lasers produceren, die kunnen worden gebruikt om monsters te opwinden en hun ultrasnelle spectrale responsen te detecteren. Via de pomp-probe-technologie wordt het monster bijvoorbeeld gepompt met een middeninfrarood laser om een ​​geëxciteerde toestand te produceren, en vervolgens wordt een andere laserstraal gebruikt om de spectrale veranderingen van het monster op verschillende vertragingstijden te detecteren, om de ultrasnelle processen zoals de elektronische toestand en roostervibratie van de stof te detecteren.
Voordelen: het biedt een krachtige onderzoeksmethode voor gebieden zoals chemie, natuurkunde en materiaalwetenschap, die helpt om de interne structuur en het dynamische proces van stoffen diep te begrijpen.
② Koude molecuulmanipulatie
Principe: de interactie tussen middeninfrarood lasers en moleculen kan worden gebruikt om koude moleculen vast te leggen, te verplaatsen en te manipuleren. Door de frequentie, intensiteit en fase van de laser nauwkeurig aan te passen, kan een specifiek optisch potentiaalput worden gevormd om koude moleculen op te sluiten en de bewegingscontrole van moleculen te realiseren. Op het gebied van kwantum computing en kwantuminformatieverwerking kunnen bijvoorbeeld middeninfrarood-lasers worden gebruikt om de kwantumstaat van koude moleculen te manipuleren om de werking van kwantumbits te bereiken.
Voordelen: het biedt een nieuw experimenteel platform voor onderzoek in kwantumfysica, chemische fysica en andere gebieden, en wordt verwacht dat ze belangrijke doorbraken maken in kwantum computing, kwantumsimulatie en andere aspecten.
③ Generatie van attoseconde pulsen
Principe: door niet-lineaire optische processen zoals High-Order Harmonic Generation (HHG), kunnen middeninfrarood gepulseerde vezellasers ultrashortpulsen genereren op het attosecondniveau (10⁻¹⁸ seconden). Wanneer middeninfrarood lasers interageren met atomen of moleculen, worden harmonischen van hoge orde gegenereerd. De frequenties van deze harmonischen bevinden zich in de extreme ultraviolet (XUV) band en hun pulsbreedtes kunnen het attosecondniveau bereiken.
Voordelen: het biedt een extreem hoge tijdresolutie voor de studie van ultrasnelle processen zoals nucleaire beweging en elektronendynamiek, die helpt om de mysteries van de microscopische wereld van materie verder te onthullen.

Samenvattend hebben middeninfrarood gepulseerde vezellasers brede toepassingsperspectieven en een groot potentieel getoond op het gebied van medische en biologische beeldvorming, milieumonitoring en gasdetectie, industriële verwerking, nationale defensie en veiligheid en wetenschappelijk onderzoek. Met de voortdurende ontwikkeling en verbetering van de technologie wordt aangenomen dat gemiddelde gepulseerde vezellasers een belangrijke rol zullen spelen in meer velden en meer welzijn en vooruitgang zullen brengen in de menselijke samenleving.

Contactgegevens:

Als je ideeën hebt, kun je met ons praten. Waar onze klanten ook zijn en wat onze vereisten zijn, we zullen ons doel volgen om onze klanten van hoge kwaliteit, lage prijzen en de beste service te bieden.