Proč jsou klasické infračervené vlnové délky 808nm, 1064nm a 1550nm?

1. Světelný zdroj (laser)

Základní složky alaserlze rozdělit na tři části: čerpací zdroj (který poskytuje energii k dosažení inverze obyvatelstva v pracovním médiu); pracovní médium (které má vhodnou strukturu energetické hladiny, která umožňuje inverzi populace působením pumpy, umožňující elektronům přechod z vysokých energetických hladin na nižší hladinu a uvolňování energie ve formě fotonů); a rezonanční dutina.

Vlastnosti pracovního prostředí určují vlnovou délku emitovaného laserového světla.

Mainstreamový laser s vlnovou délkou 808nm je polovodičový laser. Energie zakázaného pásma polovodiče určuje vlnovou délku emitovaného laserového světla, takže 808nm je relativně běžná provozní vlnová délka. 808nm typ polovodičového laseru je také jedním z prvních a nejintenzivněji zkoumaných. Jeho aktivní oblast se skládá buď z materiálů obsahujících hliník (jako je InAlGaAs) nebo z materiálů bez obsahu hliníku (jako je GaAsP). Tento typ laseru nabízí výhody, jako je nízká cena, vysoká účinnost a dlouhá životnost.

1064nm je také klasická vlnová délka pro pevnolátkové lasery. Pracovním materiálem je krystal YAG (yttrium aluminium garnet Y3AI5012) dopovaný neodymem (Nd). Hliníkové ionty v krystalu YAG synergicky interagují s kationty dotovanými Nd a vytvářejí vhodnou prostorovou strukturu a strukturu energetických pásů. Působením excitační energie jsou kationty Nd excitovány do excitovaného stavu, podstupují radioaktivní přechody a generují laserové záření. Krystaly Nd:YAG navíc nabízejí vynikající stabilitu a relativně dlouhou životnost.

1550nm lasery lze také generovat pomocí polovodičových laserů. Mezi běžně používané polovodičové materiály patří InGaAsP, InGaAsN a InGaAlAs.

2. Použití a aplikace

Infračervené pásmo má četné aplikace, jako je optická komunikace, zdravotnictví, biomedicínské zobrazování, laserové zpracování a další.

Vezměte si jako příklad optické komunikace. Současné optické komunikace využívají křemenné vlákno. Aby bylo zajištěno, že světlo může přenášet informace na velké vzdálenosti beze ztrát, musíme zvážit, které vlnové délky světla jsou nejlépe přenášeny vláknem.

V blízkém infračerveném pásmu se ztráta běžného křemenného vlákna snižuje s rostoucí vlnovou délkou, s vyloučením píků absorpce nečistot. Existují tři "okna" vlnových délek s velmi nízkou ztrátou při 0,85 μm, 1,31 μm a 1,55 μm. Emisní vlnová délka laserového zdroje světla a odezva vlnové délky fotodiody fotodetektoru se musí shodovat s těmito třemi okny vlnových délek. Konkrétně v laboratorních podmínkách ztráta při 1,55 μm dosáhla 0,1419 dB/km, což se blíží teoretické hranici ztrát pro křemenné vlákno.

Světlo v tomto rozsahu vlnových délek může pronikat biologickou tkání relativně dobře a má uplatnění v oblastech, jako je fototermální terapie. Například Yue a kol. zkonstruovali nanočástice cílené na heparin-folát pomocí cyaninového blízkého infračerveného barviva IR780, které má maximální vlnovou délku absorbce přibližně 780 nm a vlnovou délku emise 807 nm. Při koncentraci 10 mg/ml laserové ozařování (laser 808 nm, hustota výkonu 0,6 W/cm²) po dobu 2 minut zvýšilo teplotu z 23 °C na 42 °C. Dávka 1,4 mg/kg byla podána myším nesoucím nádory MCF-7 pozitivní na folátový receptor a nádory byly ozařovány laserovým světlem 808 nm (0,8 W/cm2) po dobu 5 minut. Během následujících dnů bylo pozorováno významné zmenšení nádoru.

Mezi další aplikace patří infračervený lidar. Současné pásmo vlnových délek 905 nm má slabé povětrnostní rušivé schopnosti a nedostatečnou penetraci do deště a mlhy. Laserové záření o 1,5 μm spadá do atmosférického okna 1,5–1,8 μm, což má za následek nízký útlum ve vzduchu. Navíc 905 nm spadá do pásma nebezpečného pro oči, což vyžaduje omezení výkonu, aby se minimalizovalo poškození. 1550 nm je však pro oči bezpečné, a tak najde uplatnění i v lidaru.

v souhrnulaserypři těchto vlnových délkách jsou vyzrálé a nákladově efektivní a vykazují vynikající výkon v různých aplikacích. Kombinace těchto faktorů vedla k širokému použití laserů v těchto vlnových délkách.