जवळ-अवरक्त ते मध्य-अवरक्त ट्यून करण्यायोग्य लेसर

भिन्न वर्णक्रमीय श्रेणी व्याख्या.

सर्वसाधारणपणे, जेव्हा लोक इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोतांबद्दल बोलतात तेव्हा ते ~700–800 nm (दृश्यमान तरंगलांबीच्या श्रेणीची वरची मर्यादा) पेक्षा जास्त व्हॅक्यूम तरंगलांबी असलेल्या प्रकाशाचा संदर्भ घेतात.

या वर्णनात विशिष्ट तरंगलांबीची खालची मर्यादा स्पष्टपणे परिभाषित केलेली नाही कारण मानवी डोळ्याची इन्फ्रारेडची धारणा उंच कड्यावरून कापण्याऐवजी हळूहळू कमी होते.

उदाहरणार्थ, मानवी डोळ्याला 700 nm प्रकाशाचा प्रतिसाद आधीच खूप कमी आहे, परंतु जर प्रकाश पुरेसा मजबूत असेल तर, मानवी डोळा 750 nm पेक्षा जास्त तरंगलांबी असलेल्या काही लेसर डायोड्सद्वारे उत्सर्जित होणारा प्रकाश देखील पाहू शकतो, ज्यामुळे इन्फ्रारेड देखील होतो. लेसर एक सुरक्षितता धोका. - जरी ते मानवी डोळ्यांना फारसे तेजस्वी नसले तरी त्याची वास्तविक शक्ती खूप जास्त असू शकते.

त्याचप्रमाणे, इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोताच्या खालच्या मर्यादा श्रेणी (700~800 nm) प्रमाणे, अवरक्त प्रकाश स्रोताची वरची मर्यादा परिभाषा श्रेणी देखील अनिश्चित आहे. साधारणपणे बोलणे, ते सुमारे 1 मि.मी.

इन्फ्रारेड बँडच्या काही सामान्य व्याख्या येथे आहेत:

जवळ-अवरक्त वर्णक्रमीय प्रदेश (ज्याला IR-A देखील म्हणतात), श्रेणी ~750-1400 nm.

या तरंगलांबीच्या प्रदेशात उत्सर्जित होणारे लेझर आवाज आणि मानवी डोळ्यांच्या सुरक्षेच्या समस्यांना बळी पडतात, कारण मानवी डोळा फोकसिंग फंक्शन जवळ-अवरक्त आणि दृश्यमान प्रकाश श्रेणीशी सुसंगत आहे, ज्यामुळे जवळ-अवरक्त बँड प्रकाश स्रोत प्रसारित केला जाऊ शकतो आणि लक्ष केंद्रित करू शकतो. त्याच प्रकारे संवेदनशील डोळयातील पडदा, परंतु जवळ-अवरक्त बँड प्रकाश संरक्षणात्मक ब्लिंक रिफ्लेक्स ट्रिगर करत नाही. परिणामी, असंवेदनशीलतेमुळे मानवी डोळ्याच्या डोळयातील पडदा जास्त उर्जेमुळे खराब होतो. म्हणून, या बँडमध्ये प्रकाश स्रोत वापरताना, डोळ्यांच्या संरक्षणाकडे पूर्ण लक्ष दिले पाहिजे.

लहान तरंगलांबी इन्फ्रारेड (SWIR, IR-B) श्रेणी 1.4-3 μm पासून.

हे क्षेत्र डोळ्यांसाठी तुलनेने सुरक्षित आहे कारण हा प्रकाश डोळयातील पडदापर्यंत पोहोचण्यापूर्वी डोळ्याद्वारे शोषला जातो. उदाहरणार्थ, फायबर ऑप्टिक कम्युनिकेशन्समध्ये वापरलेले एर्बियम-डोपड फायबर ॲम्प्लिफायर या प्रदेशात कार्य करतात.

मिड-वेव्ह इन्फ्रारेड (MWIR) श्रेणी 3-8 μm आहे.

वातावरण प्रदेशाच्या काही भागांमध्ये मजबूत शोषण दर्शवते; कार्बन डायऑक्साइड (CO2) आणि पाण्याची वाफ (H2O) या बँडमध्ये अनेक वातावरणीय वायूंच्या शोषण रेषा असतील. तसेच या बँडमध्ये अनेक वायूंचे तीव्र शोषण दिसून येत असल्यामुळे सशक्त शोषण वैशिष्ट्यांमुळे हा वर्णक्रमीय प्रदेश वातावरणातील वायू शोधण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो.

लाँग वेव्ह इन्फ्रारेड (LWIR) श्रेणी 8-15 μm आहे.

पुढे फार इन्फ्रारेड (एफआयआर) आहे, ज्याची श्रेणी 15 μm-1 मिमी आहे (परंतु 50 μm पासून सुरू होणारी व्याख्या देखील आहेत, ISO 20473 पहा). हा वर्णक्रमीय प्रदेश प्रामुख्याने थर्मल इमेजिंगसाठी वापरला जातो.

या लेखाचा उद्देश ब्रॉडबँड ट्यून करण्यायोग्य तरंगलांबी लेसरच्या निवडीवर चर्चा करण्याचा आहे ज्यामध्ये जवळ-अवरक्त ते मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोत आहेत, ज्यामध्ये वरील शॉर्ट-वेव्हलेंथ इन्फ्रारेड (SWIR, IR-B, 1.4-3 μm पर्यंत) आणि काही भाग समाविष्ट असू शकतात. मिड-वेव्ह इन्फ्रारेड (MWIR, श्रेणी 3-8 μm आहे).

ठराविक अनुप्रयोग

या बँडमधील प्रकाश स्रोतांचा एक विशिष्ट वापर म्हणजे ट्रेस वायूंमध्ये लेसर शोषण स्पेक्ट्राची ओळख (उदा. वैद्यकीय निदान आणि पर्यावरणीय निरीक्षणामध्ये रिमोट सेन्सिंग). येथे, विश्लेषण मध्य-अवरक्त वर्णक्रमीय प्रदेशातील अनेक रेणूंच्या मजबूत आणि वैशिष्ट्यपूर्ण शोषण पट्ट्यांचा फायदा घेते, जे "आण्विक फिंगरप्रिंट्स" म्हणून काम करतात. जवळच्या-अवरक्त प्रदेशात पॅन-अवशोषण रेषांद्वारे यापैकी काही रेणूंचा अभ्यास देखील केला जाऊ शकतो, कारण जवळ-अवरक्त लेसर स्रोत तयार करणे सोपे आहे, उच्च संवेदनशीलतेसह मध्य-अवरक्त प्रदेशात मजबूत मूलभूत शोषण रेषा वापरण्याचे फायदे आहेत. .

मिड-इन्फ्रारेड इमेजिंगमध्ये, या बँडमधील प्रकाश स्रोत देखील वापरले जातात. लोक सहसा या वस्तुस्थितीचा फायदा घेतात की मध्य-अवरक्त प्रकाश सामग्रीमध्ये खोलवर प्रवेश करू शकतो आणि कमी विखुरलेला असतो. उदाहरणार्थ, संबंधित हायपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग ऍप्लिकेशन्समध्ये, जवळ-अवरक्त ते मध्य-इन्फ्रारेड प्रत्येक पिक्सेल (किंवा व्हॉक्सेल) साठी वर्णक्रमीय माहिती प्रदान करू शकतात.

मिड-इन्फ्रारेड लेसर स्त्रोतांच्या सतत विकासामुळे, जसे की फायबर लेसर, नॉन-मेटलिक लेसर सामग्री प्रक्रिया अनुप्रयोग अधिकाधिक व्यावहारिक होत आहेत. सामान्यतः, लोक निवडकपणे सामग्री काढून टाकण्यासाठी पॉलिमर फिल्म्ससारख्या विशिष्ट सामग्रीद्वारे इन्फ्रारेड प्रकाशाच्या मजबूत शोषणाचा फायदा घेतात.

एक सामान्य केस म्हणजे इलेक्ट्रॉनिक आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये इलेक्ट्रोडसाठी वापरल्या जाणाऱ्या इंडियम टिन ऑक्साईड (ITO) पारदर्शक प्रवाहकीय फिल्म्सची रचना निवडक लेसर पृथक्करणाद्वारे करणे आवश्यक आहे. दुसरे उदाहरण म्हणजे ऑप्टिकल फायबरवरील कोटिंग्जचे अचूक स्ट्रिपिंग. अशा ऍप्लिकेशन्ससाठी या बँडमध्ये आवश्यक असलेली उर्जा पातळी सामान्यत: लेझर कटिंग सारख्या ऍप्लिकेशन्ससाठी आवश्यक असलेल्यापेक्षा खूपच कमी असते.

उष्णता शोधणाऱ्या क्षेपणास्त्रांविरुद्ध दिशात्मक इन्फ्रारेड प्रतिकारक उपायांसाठी सैन्याद्वारे जवळ-अवरक्त ते मध्यम-अवरक्त प्रकाश स्रोत देखील वापरले जातात. इन्फ्रारेड कॅमेऱ्यांना आंधळे करण्यासाठी योग्य उच्च आउटपुट पॉवर व्यतिरिक्त, इन्फ्रारेड डिटेक्टरचे संरक्षण करण्यापासून साध्या नॉच्ड फिल्टरला प्रतिबंध करण्यासाठी वातावरणीय ट्रांसमिशन बँडमध्ये (सुमारे 3-4 μm आणि 8-13 μm) ब्रॉड स्पेक्ट्रल कव्हरेज आवश्यक आहे.

वर वर्णन केलेली वायुमंडलीय ट्रान्समिशन विंडो दिशात्मक बीमद्वारे मुक्त-स्पेस ऑप्टिकल संप्रेषणासाठी देखील वापरली जाऊ शकते आणि या उद्देशासाठी अनेक अनुप्रयोगांमध्ये क्वांटम कॅस्केड लेसर वापरले जातात.

काही प्रकरणांमध्ये, मिड-इन्फ्रारेड अल्ट्राशॉर्ट डाळी आवश्यक असतात. उदाहरणार्थ, लेसर स्पेक्ट्रोस्कोपीमध्ये मिड-इन्फ्रारेड फ्रिक्वेंसी कॉम्ब्स वापरू शकतात किंवा लेसिंगसाठी अल्ट्राशॉर्ट डाळींच्या उच्च शिखर तीव्रतेचे शोषण करू शकते. हे मोड-लॉक केलेल्या लेसरसह तयार केले जाऊ शकते.

विशेषतः, जवळ-अवरक्त ते मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतांसाठी, काही अनुप्रयोगांना तरंगलांबी किंवा तरंगलांबी ट्युनेबिलिटी स्कॅनिंगसाठी विशेष आवश्यकता असतात आणि जवळ-अवरक्त ते मध्य-अवरक्त तरंगलांबी ट्युनेबल लेसर देखील या अनुप्रयोगांमध्ये अत्यंत महत्त्वाची भूमिका बजावतात.

उदाहरणार्थ, स्पेक्ट्रोस्कोपीमध्ये, मिड-इन्फ्रारेड ट्यून करण्यायोग्य लेसर आवश्यक साधने आहेत, मग ते गॅस सेन्सिंग, पर्यावरण निरीक्षण किंवा रासायनिक विश्लेषण असो. विशिष्ट आण्विक शोषण रेषा शोधण्यासाठी शास्त्रज्ञ लेसरची तरंगलांबी अचूकपणे मध्य-अवरक्त श्रेणीमध्ये ठेवण्यासाठी समायोजित करतात. अशा प्रकारे, ते पदार्थाची रचना आणि गुणधर्मांबद्दल तपशीलवार माहिती मिळवू शकतात, जसे की रहस्यांनी भरलेले कोड बुक क्रॅक करणे.

मेडिकल इमेजिंगच्या क्षेत्रात, मिड-इन्फ्रारेड ट्युनेबल लेसर देखील महत्त्वाची भूमिका बजावतात. ते गैर-आक्रमक निदान आणि इमेजिंग तंत्रज्ञानामध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. लेसरची तरंगलांबी अचूकपणे ट्यून करून, मध्य-अवरक्त प्रकाश जैविक ऊतकांमध्ये प्रवेश करू शकतो, परिणामी उच्च-रिझोल्यूशन प्रतिमा तयार होतात. मानवी शरीराच्या आतील रहस्यांमध्ये जादुई प्रकाश डोकावल्याप्रमाणे रोग आणि असामान्यता शोधण्यासाठी आणि निदान करण्यासाठी हे महत्वाचे आहे.

संरक्षण आणि सुरक्षेचे क्षेत्र देखील मिड-इन्फ्रारेड ट्यूनेबल लेसरच्या वापरापासून अविभाज्य आहे. हे लेसर इन्फ्रारेड काउंटरमेजरमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात, विशेषत: उष्णता शोधणाऱ्या क्षेपणास्त्रांविरुद्ध. उदाहरणार्थ, डायरेक्शनल इन्फ्रारेड काउंटरमेझर्स सिस्टम (DIRCM) क्षेपणास्त्रांद्वारे ट्रॅक आणि हल्ला करण्यापासून विमानाचे संरक्षण करू शकते. लेसरची तरंगलांबी त्वरीत समायोजित करून, या प्रणाली येणाऱ्या क्षेपणास्त्रांच्या मार्गदर्शन प्रणालीमध्ये हस्तक्षेप करू शकतात आणि आकाशाचे रक्षण करणाऱ्या जादूच्या तलवारीप्रमाणे झटपट लढाईचा वेग बदलू शकतात.

रिमोट सेन्सिंग तंत्रज्ञान हे पृथ्वीचे निरीक्षण आणि निरीक्षण करण्याचे एक महत्त्वाचे साधन आहे, ज्यामध्ये इन्फ्रारेड ट्यून करण्यायोग्य लेसर महत्त्वाची भूमिका बजावतात. पर्यावरण निरीक्षण, वातावरणीय संशोधन आणि पृथ्वी निरीक्षण यासारखी क्षेत्रे या लेसरच्या वापरावर अवलंबून असतात. मिड-इन्फ्रारेड ट्युनेबल लेझर शास्त्रज्ञांना वातावरणातील वायूंच्या विशिष्ट शोषण रेषा मोजण्यास सक्षम करतात, जे निसर्गाच्या रहस्यांमध्ये अंतर्दृष्टी प्रदान करणाऱ्या जादूच्या आरशाप्रमाणे हवामान संशोधन, प्रदूषण निरीक्षण आणि हवामान अंदाज यांकरिता मौल्यवान डेटा प्रदान करतात.

औद्योगिक सेटिंग्जमध्ये, मिड-इन्फ्रारेड ट्युनेबल लेसरचा वापर अचूक सामग्री प्रक्रियेसाठी मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. विशिष्ट सामग्रीद्वारे जोरदारपणे शोषलेल्या तरंगलांबीवर लेसर ट्यून करून, ते निवडक पृथक्करण, कटिंग किंवा वेल्डिंग सक्षम करतात. हे इलेक्ट्रॉनिक्स, सेमीकंडक्टर आणि मायक्रोमशिनिंग सारख्या क्षेत्रात अचूक उत्पादन सक्षम करते. मिड-इन्फ्रारेड ट्युनेबल लेसर हे बारीक पॉलिश केलेल्या कोरीव चाकूसारखे आहे, जे उद्योगांना बारीक कोरलेली उत्पादने तयार करण्यास आणि तंत्रज्ञानाची चमक दाखवू देते.