중간외 펄스 섬유 레이저의 적용

중간외 레이저3μm ~ 1000μm 대역에서 파장을 갖는 전자기파를 나타냅니다. 레이저 기술 분야에서, 중간 충돌은 일반적으로 2μm ~ 5μm 대역으로 정의됩니다. 중간외 레이저는 독특한 파장 범위와 분자 흡수 특성을 가지며 다양한 응용 시나리오에 적합합니다. 펄스 파이버 레이저는 산업 처리 및 기타 필드에서 고상의 품질, 우수한 안정성 및 소형 구조와 같은 장점을 가진 광범위한 응용 전위를 보여주었습니다.

중간외 밴드에는 2 개의 주요 대기 전송 창 (3 ~ 5 μm 및 8 ~ 12 μm 영역)이 포함되어 있습니다. 이 밴드에서, 대기에서 주요 성분의 흡수는 매우 낮으므로 장거리 전송을 달성 할 수 있으며, 이는 원격 감지, 탐지 및 기타 필드에 적합합니다.
중간외 밴드는 대부분의 분자의 기본 진동 공명 영역에 위치하고 있으며, 많은 액체, 가스 및 비금속 물질은 중간 충돌 조명의 강한 흡수를 갖는다. 이 기능은 중간외 브레인 레이저가 스펙트럼 분석, 환경 모니터링, 의료 진단 및 기타 분야에서 중요한 응용 프로그램을 갖습니다.

중간외 펄스 섬유 레이저의 주요 기술
1. 중간 선택을 얻습니다
① 희귀 지구 도핑 된 섬유 :
Er³ (Erbium 이온) : 일반적으로 2.7 ~ 2.8 μm 대역에서 레이저 출력을 달성하는 데 사용되며 의료, 대기 원격 감지 및 기타 필드에 적합합니다. 에너지 수준 구조를 통해 특정 펌핑 조건 하에서 중간외 레이저를 생성 할 수 있습니다.
Ho³ (holmium 이온) : 2. 0 ~ 2.1 μm 대역에서 레이저를 생성 할 수 있으며, 종종 레이저 성능을 최적화하기 위해 다른 이온 (예 : pr³⁺와 코 도핑)과 함께 제공됩니다. 이 밴드는 대기 전송 창에 있으며 인간의 눈에 안전하며 레이저 레이더 및 기타 필드에 적용 값이 있습니다.
Tm³⁺ (thulium 이온) : 2.3 μm 대역에서 레이저를 생성 할 수 있으며, 이는 특정 특정 스펙트럼 분석 및 응용 분야에 의미가 있습니다.
② 비선형 주파수 변환 :
Opo (광학 파라 메트릭 오실레이터) : 비선형 결정의 파라 메트릭 증폭 공정을 기반으로 펌프 광의 에너지는 신호 표시등과 아이들러 라이트로 변환됩니다. 적절한 비선형 크리스탈 및 발진기 설계를 선택함으로써, 중간 충돌 대역의 레이저 출력을 얻을 수 있으며, 더 넓은 파장 범위 내에서 튜닝을 달성 할 수 있습니다.
DFG (자극 된 라만 산란) : 라만 란 산란 효과를 사용하여 중간외 레이저가 생성됩니다. 펌프 라이트의 매개 변수와 라만 매체의 특성을 조정함으로써, 서로 다른 파장의 중간외 레이저 출력을 달성 할 수 있지만, 더 높은 펌프 전력이 필요합니다.
2. 맥박 생성 메커니즘
① Q 스위치 기술 :
활성 Q- 스위치 : 레이저의 손실 또는 펌프 전력은 외부 변조 신호에 의해 제어되므로 레이저 캐비티의 광자 밀도가 주기적으로 변경되어 펄스 레이저 출력이 생성됩니다. 예를 들어, 레이저는 펄스를 생성하기 위해 어쿠스토-광학 변조기 또는 전기 광학 변조기와 같은 구성 요소를 사용하여 변조됩니다. 이 방법은 펄스의 반복 주파수 및 펄스 폭을 정확하게 제어 할 수 있지만 추가 변조 장비가 필요하므로 시스템의 복잡성을 증가시킵니다.
수동 Q- 스위치 : 포화 흡수기와 같은 수동 성분의 비선형 흡수 특성은 레이저 공동의 광자 밀도를 조절하는 데 사용됩니다. 광자 밀도가 특정 임계 값에 도달하면 포화 흡수기의 흡수 계수가 변화하여 레이저 캐비티의 손실을 변경하고 펄스 레이저를 생성합니다. 수동 Q- 스위치는 단순한 구조와 저렴한 비용을 가지지 만 펄스의 반복 주파수와 펄스 폭은 제어하기가 비교적 어렵습니다.
② 모드 잠금 기술 :
재료 포화 흡수 (MSA) 모드 잠금 : 광학 비선형 흡수 특성을 갖는 재료는 상용 반도체 포화 흡수기 거울 (SESAM) 및 새로운 나노 물질 (예 : 그래 핀, 탄소 나노 튜브 등)과 같은 모드 잠금 장치로 사용됩니다. 이들 물질은 약한 빛과 강한 빛을위한 강한 흡수를 갖는데, 이는 강한 펄스 좁아지고 모드 잠금 펄스를 생성한다.
비선형 편광 회전 (NPR) 모드 잠금 : 광섬유 자체의 비선형 KERR 효과의 도움으로 다른 비선형 위상 이동이 다른 편광 방향으로 빛에 적용됩니다. intracavity 편광 장치의 작용하에, 공진 캐비티는 포화 흡수와 유사한 특성을 나타내므로 모드 잠금을 달성합니다. 이 기술은 재료의 밴드 갭 및 이완 시간에 의해 제한되지 않으며, 일시적인 초고속 회복 특성과 높은 변조 깊이 및 손상 임계 값을 가지며, 고출력 펨토초 펄스 생성에 적합합니다.
주파수 시프트 피드백 (FSF) 모드 잠금 : 특정 피드백 메커니즘을 통해 출력 표시등의 주파수가 이동하여 레이저 캐비티로 이동하여 캐비티의 조명 필드와 상호 작용하여 안정적인 모드 잠금 펄스 시퀀스를 형성합니다. 이 모드 잠금 방법은 펄스의 높은 반복 주파수와 좁은 펄스 폭을 달성 할 수 있습니다.
3. 핵심 도전
① 열 관리 :
중간외 펄스 섬유 레이저는 작동 중에 많은 열을 생성합니다. 열이 제 시간에 소산 될 수없고 효과적으로 소실되면 레이저 성능 저하 및 섬유 손상과 같은 문제가 발생합니다. 따라서, 열전도율이 높은 섬유 매트릭스 재료를 사용하고, 합리적인 열 소산 구조 설계 및 냉각 장치를 사용하여 레이저의 안정적인 작동을 보장하는 것과 같은 효율적인 열 소산 기술 및 열 관리 조치를 채택해야합니다.
photon 광자 어두워 진 효과 :
고출력 펌핑 조건 하에서, 희귀 한 지구에 도핑 된 광 섬유에서 광자 어두워 진 효과는 레이저의 성능과 수명에 영향을 미칩니다. 광자 어둡게하는 것은 레이저 재료가 강한 빛으로 조사 될 때, 광 여기에 의해 생성 된 전자가 트랩 센터에 의해 포착되어 재료의 흡수 및 방출 특성의 변화를 초래한다는 현상을 나타냅니다. 광자 어두워 진 효과의 영향을 줄이려면 광섬유의 도핑 농도를 최적화하고 광섬유의 준비 과정을 개선하고, 적절한 펌프 소스 및 작업 조건을 선택해야합니다.
③ 중간 충돌 광섬유 재료의 한계 :
현재, 중간 충돌 대역에서 사용될 수있는 광섬유 재료의 유형은 제한적이며, 도면 공정, 광학적 특성 및 광섬유의 기계적 특성에 여전히 문제가 있습니다. 예를 들어, 불소 유리 섬유는 일반적으로 사용되는 중간 충돌 광섬유 매트릭스 재료이지만, 그 포논 에너지는 비교적 높으며, 이는 레이저의 방출 파장 범위를 제한합니다. 황화물 유리 섬유에는 화학적 안정성이 좋지 않고 준비가 어려워지는 문제가 있습니다. 따라서, 중간 충돌 펄스 섬유 레이저의 개발 요구를 충족시키기 위해 새로운 중간 충돌 광섬유 재료를 지속적으로 탐색하고 개발해야합니다.

주요 응용 프로그램 영역
1. 의료 및 생물학적 영상
① 레이저 수술
원리 : 중간 충돌 레이저 (2-5 μm 대역)는 물 분자에 의해 강하게 흡수 될 수 있으며, 인간 조직의 약 70%가 물입니다. 이를 통해 인간 조직과 접촉 할 때 중간 충돌 레이저의 에너지가 표면에 집중되어 주변 조직의 열 손상이 줄어 듭니다. 예를 들어, 안과 수술 에서이 특징은 다른 눈 조직에 불필요한 손상을 일으키지 않고 고정밀 각막 절단을 수행하는 데 사용될 수 있습니다.
장점 : 전통적인 가시 광선 또는 근적외선 레이저 수술과 비교하여, 중간 충돌 레이저 수술은 정밀도가 높고 열 효과가 높아서 더 섬세한 외과 수술을 달성하고 환자의 통증 및 회복 시간을 줄일 수 있습니다.
② 라벨이없는 조직 영상
원리 : 예를 들어, 광학 일관성 단층 촬영 (OCT) 기술은 중간 충돌 레이저의 낮은 산란 특성을 사용하여 생물학적 조직의 고해상도 단층 촬영 영상화를 수행합니다. 중간외 광선이 조직에서 조사 될 때, 상이한 깊이의 조직 층은 상이한 강도의 등 광 신호를 반사시킬 것이다. 탐지기를 통해 이러한 신호를 수집하고 처리함으로써, 조직의 3 차원 구조 이미지가 구성 될 수있다.
장점 :이 이미징 방법은 조직의 염색 또는 표시가 필요하지 않으며, 전통적인 염색 방법이 조직에 유발할 수 있고 실시간으로 조직의 동적 정보를 얻을 수있어 질병의 조기 진단 및 치료를위한 강력한 도구를 제공 할 수있는 손상 및 화학적 오염을 피할 필요가 없습니다.
2. 환경 모니터링 및 가스 감지
① 가스 감지 추적
원리 : 많은 미량 가스 (예 : Co₂, Ch₄ 등)는 중간외 밴드에서 특징적인 흡수 피크를 갖습니다. 가스 샘플에서 중간 충돌 펄스 섬유 레이저에 의해 방출되는 레이저를 테스트하고 가스가 특정 파장의 빛을 흡수 한 후 에너지 변화를 측정함으로써 가스의 농도를 측정 할 수있다. 예를 들어, Co a는 4.26μm에서 강한 흡수 피크를 갖는다. 이 파장에서 레이저 에너지의 감쇠를 감지함으로써, COS의 농도를 추론 할 수있다.
장점 : 중간외 펄스 섬유 레이저는 높은 감도 및 고해상도의 특성을 가지며 매우 낮은 농도에서 미량 가스를 감지 할 수 있으며, 이는 환경 모니터링, 산업 공정 제어 및 기후 변화 연구에 큰 중요합니다.
대기 오염 분석
원리 : 대기의 오염 물질 (예 : 질소 산화물, 황화물 등)은 또한 중간 충돌 밴드에서 다른 흡수 특성을 갖습니다. 대기를 중간외 펄스 섬유 레이저로 스캔함으로써, 다수의 오염 물질의 농도 분포를 동시에 감지 할 수있다. 예를 들어, 대기에서 다른 파장의 레이저의 흡수를 분석함으로써 오염 물질의 공간 분포 맵을 그릴 수 있습니다.
장점 :이 원격 비접촉 측정 방법은 샘플을 수집하지 않고 대기 오염 정보를 빠르고 광범위하게 얻을 수있어 환경 보호 및 대기 질 평가를위한 효율적인 수단을 제공 할 수 있습니다.
3. 산업 처리
polymer/반도체 정밀 처리
원리 : 중간외 브레인 레이저는 중합체 및 반도체 재료에 의해 강하게 흡수되어 재료 내부의 분자 결합이 파손되어 재료 제거 또는 변형을 달성합니다. 정밀 처리 프로세스 동안, 레이저의 파라미터 (예 : 펄스 폭, 에너지 밀도 등)를 정확하게 제어함으로써 재료는 절단, 드릴, 새겨 져서 기타 작업을 높은 정밀도로 수행 할 수 있습니다. 예를 들어, 반도체 칩 제조에서, 중간외 레이저는 실리콘 웨이퍼의 마이크로 프로세싱을 달성하고 칩의 통합 및 성능을 향상시키는 데 사용될 수 있습니다.
장점 : 전통적인 기계식 가공 또는 포토 리소 그래피 기술과 비교할 때, 중간외 레이저 처리는 비접촉, 높은 정밀성 및 고효율의 장점을 가지고있어 기계적 스트레스와 재료의 손상을 피하고 제품 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
종 공극 투명한 재료 절단
원리 : 일부 적외선 투명 물질 (예 : chalcogenide 유리)은 중간외 밴드에서 우수한 투과율을 갖습니다. 이들 재료가 중간 충돌 펄스 섬유 레이저에 의해 절단 될 때, 레이저 에너지는 재료 내부에 흡수되어 열 에너지로 변환되어 재료가 부분적으로 녹거나 기화되어 절단을 달성합니다. 레이저의 스캐닝 경로 및 파라미터를 조정하여 다양한 모양과 크기의 재료 부품을 절단 할 수 있습니다.
장점 :이 절단 방법은 부드러운 가장자리, 높은 정밀도 및 작은 열 영향 구역의 장점을 가지고 있으며, 이는 고성능 적외선 투명 물질 부품에 대한 적외선 광학 시스템, 항공 우주 및 기타 필드의 요구를 충족시킬 수 있습니다.
4. 국방 및 안보
jprant 아프레드 대책
원리 : 군용 응용 분야에서, 중형 펄스 섬유 레이저는 적의 적외선 감지 장비, 가이드 무기 등을 방해하거나 파괴하기 위해 고출력 적외선 레이저 빔을 방출하는 데 사용될 수 있습니다.
장점 : 중간외 레이저는 대기 전송 특성이 우수하고 강한 간섭 기능을 갖추고 있습니다. 그들은 복잡한 전장 환경에서 적외선 대책을 효과적으로 구현하고 군사 장비의 전투 효과와 생존 가능성을 향상시킬 수 있습니다.
② 레이저 레이더 (LIDAR)
원리 : Lidar는 레이저 펄스를 방출하고 대상에 의해 반영된 신호를 수신함으로써 대상의 거리, 방향, 높이 및 기타 정보를 계산합니다. 중간외 펄스 섬유 레이저는 짧은 펄스와 높은 피크 전력으로 인해 더 장거리 및 더 높은 정밀 목표 검출을 달성 할 수 있습니다. 예를 들어, 지형 맵핑 및 대상 식별과 같은 응용 분야에서 중간 부족 레이저 레이더는보다 상세한 목표 정보를 얻을 수 있습니다.
장점 : 전통적인 전자 레인지 레이더와 비교하여, 중간외 레이저 레이더는 해상도와 정확도가 높고 목표를 더 잘 식별하고 분류 할 수 있으며 방어 정찰, 자율 주행 및 기타 분야에서 중요한 응용 전망을 가질 수 있습니다.
③ 폭발물의 원격 감지
원리 : 많은 폭발물 (예 : 다이너마이트, 약물 등)은 중간외 밴드에서 특징적인 스펙트럼을 가지고 있습니다. 중간 충돌 펄스 섬유 레이저를 사용하여 장거리 목표를 밝히고, 대상에 의해 반사 된 스펙트럼 신호를 수집하며, 스펙트럼 특성을 분석하여 폭발물이 존재하는지 여부를 결정하십시오. 예를 들어, 공항 및 항구와 같은 보안 검사 장소에서는 중간 제외 레이저 원격 탐지 장비를 사용하여 인원 및 수하물을 검사 할 수 있습니다.
장점 :이 원격 탐지 방법은 비접촉, 빠르고 정확한 장점이 있습니다. 정상적인 운영에 영향을 미치지 않고 잠재적 안전 위험을 적시에 감지하고 공공 안전 및 사회 보장을 보장 할 수 있습니다.
5. 과학 연구
① 초고속 분광학
원리 : 초고속 분광법은 매우 짧은 시간 (펨토초, 피코 초 수준)에 물질의 스펙트럼 특성의 변화를 연구합니다. 중간외 펄스 섬유 레이저는 매우 짧은 펄스 레이저를 생성 할 수 있으며, 이는 샘플을 자극하고 초고속 스펙트럼 응답을 감지하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 펌프 프로브 기술을 통해 샘플은 중간 충격 레이저로 펌핑되어 여기 상태를 생성 한 다음 다른 레이저 빔을 사용하여 다른 지연 시간에서 샘플의 스펙트럼 변화를 감지하여 전자 상태 및 물질의 격자 진동과 같은 초고속 공정을 연구합니다.
장점 : 화학, 물리 및 재료 과학과 같은 분야에 대한 강력한 연구 방법을 제공하여 내부 구조와 역동적 인 물질 과정을 깊이 이해하는 데 도움이됩니다.
cold 콜드 분자 조작
원리 : 중간 충돌 레이저와 분자 사이의 상호 작용은 차가운 분자를 포착, 이동 및 조작하는 데 사용될 수 있습니다. 레이저의 주파수, 강도 및 위상을 정확하게 조정함으로써, 특정 광학 전위 우물을 형성하여 콜드 분자를 수감하고 분자의 운동 제어를 실현할 수있다. 예를 들어, 양자 컴퓨팅 및 양자 정보 처리 분야에서, 중간 두가 레이저를 사용하여 차가운 분자의 양자 상태를 조작하여 양자 비트의 작동을 달성 할 수 있습니다.
장점 : 양자 물리학, 화학 물리 및 기타 분야의 연구를위한 새로운 실험 플랫폼을 제공하며 양자 컴퓨팅, 양자 시뮬레이션 및 기타 측면에서 중요한 획기적인 혁신을 만들 것으로 예상됩니다.
Attosecond 펄스 생성
원리 : 고차 고조파 고조파 생성 (HHG)과 같은 비선형 광학 프로세스를 통해 중간 충격 펄스 섬유 레이저는 Attosecond 수준 (10 ¹)에서 울트래 펄스를 생성 할 수 있습니다. 중간외 레이저가 원자 또는 분자와 상호 작용하면 고차 고조파가 생성됩니다. 이 고조파의 주파수는 극단적 인 자외선 (XUV) 밴드에 있으며, 펄스 폭은 다락방 레벨에 도달 할 수 있습니다.
장점 : 핵 운동 및 전자 역학과 같은 초고속 공정의 연구를 위해 매우 높은 시간 분해능을 제공하여 미세한 물질의 미스터리를 더욱 드러내는 데 도움이됩니다.

요약하면, 중간외 펄스 섬유 레이저는 의료 및 생물 영상, 환경 모니터링 및 가스 감지, 산업 처리, 국방 및 보안 및 과학 연구 분야에서 광범위한 응용 전망과 큰 잠재력을 보여주었습니다. 기술의 지속적인 개발과 개선으로 인해 중간 충격 펄스 섬유 레이저는 더 많은 분야에서 중요한 역할을하고 더 많은 복지와 인간 사회에 진보 할 것이라고 믿어집니다.

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