Lasers accordables proche infrarouge à moyen infrarouge

Différentes définitions de plage spectrale.

De manière générale, lorsque les gens parlent de sources de lumière infrarouge, ils font référence à une lumière dont les longueurs d'onde dans le vide sont supérieures à ~ 700 à 800 nm (la limite supérieure de la plage de longueurs d'onde visibles).

La limite inférieure spécifique de la longueur d'onde n'est pas clairement définie dans cette description car la perception de l'infrarouge par l'œil humain diminue lentement plutôt que de s'arrêter au niveau d'une falaise.

Par exemple, la réponse de la lumière à 700 nm pour l'œil humain est déjà très faible, mais si la lumière est suffisamment forte, l'œil humain peut même voir la lumière émise par certaines diodes laser avec des longueurs d'onde supérieures à 750 nm, ce qui rend également l'infrarouge. les lasers représentent un risque pour la sécurité. --Même s'il n'est pas très brillant à l'œil humain, sa puissance réelle peut être très élevée.

De même, comme la plage limite inférieure de la source de lumière infrarouge (700 ~ 800 nm), la plage de définition de la limite supérieure de la source de lumière infrarouge est également incertaine. D'une manière générale, elle est d'environ 1 mm.

Voici quelques définitions courantes de la bande infrarouge :

Région spectrale proche infrarouge (également appelée IR-A), plage ~750-1400 nm.

Les lasers émis dans cette région de longueur d'onde sont sujets à des problèmes de bruit et de sécurité de l'œil humain, car la fonction de focalisation de l'œil humain est compatible avec les plages de lumière proche infrarouge et visible, de sorte que la source de lumière de la bande proche infrarouge peut être transmise et focalisée vers le rétine sensible de la même manière, mais la bande lumineuse proche infrarouge ne déclenche pas le réflexe de clignement protecteur. En conséquence, la rétine de l’œil humain est endommagée par un excès d’énergie dû à l’insensibilité. Par conséquent, lors de l’utilisation de sources lumineuses dans cette bande, une attention particulière doit être portée à la protection des yeux.

Gamme infrarouge à courte longueur d'onde (SWIR, IR-B) de 1,4 à 3 μm.

Cette zone est relativement sûre pour les yeux car cette lumière est absorbée par l’œil avant d’atteindre la rétine. Par exemple, les amplificateurs à fibre dopée à l'erbium utilisés dans les communications par fibre optique fonctionnent dans cette région.

La plage infrarouge à ondes moyennes (MWIR) est de 3 à 8 μm.

L'atmosphère présente une forte absorption dans certaines parties de la région ; de nombreux gaz atmosphériques auront des raies d'absorption dans cette bande, comme le dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur d'eau (H2O). De plus, parce que de nombreux gaz présentent une forte absorption dans cette bande, les fortes caractéristiques d'absorption rendent cette région spectrale largement utilisée pour la détection de gaz dans l'atmosphère.

La plage infrarouge à ondes longues (LWIR) est de 8 à 15 μm.

Vient ensuite l’infrarouge lointain (FIR), qui va de 15 μm à 1 mm (mais il existe également des définitions à partir de 50 μm, voir ISO 20473). Cette région spectrale est principalement utilisée pour l'imagerie thermique.

Cet article vise à discuter de la sélection de lasers à longueur d'onde accordable à large bande avec des sources de lumière du proche infrarouge à l'infrarouge moyen, qui peuvent inclure l'infrarouge à courte longueur d'onde ci-dessus (SWIR, IR-B, allant de 1,4 à 3 μm) et une partie du infrarouge à ondes moyennes (MWIR, plage de 3 à 8 μm).

Application typique

Une application typique des sources lumineuses dans cette bande est l'identification des spectres d'absorption laser dans les gaz traces (par exemple, télédétection dans le diagnostic médical et la surveillance environnementale). Ici, l’analyse tire parti des bandes d’absorption fortes et caractéristiques de nombreuses molécules dans la région spectrale de l’infrarouge moyen, qui servent d’« empreintes moléculaires ». Bien que l'on puisse également étudier certaines de ces molécules à travers des raies d'absorption panoramique dans la région proche infrarouge, étant donné que les sources laser proche infrarouge sont plus faciles à préparer, il y a des avantages à utiliser de fortes raies d'absorption fondamentales dans la région infrarouge moyen avec une sensibilité plus élevée. .

En imagerie infrarouge moyen, des sources lumineuses dans cette bande sont également utilisées. Les gens profitent généralement du fait que la lumière infrarouge moyenne peut pénétrer plus profondément dans les matériaux et est moins diffusée. Par exemple, dans les applications d'imagerie hyperspectrale correspondantes, le proche infrarouge à l'infrarouge moyen peut fournir des informations spectrales pour chaque pixel (ou voxel).

En raison du développement continu des sources laser infrarouge moyen, telles que les lasers à fibre, les applications de traitement de matériaux laser non métalliques deviennent de plus en plus pratiques. En règle générale, les gens profitent de la forte absorption de la lumière infrarouge par certains matériaux, tels que les films polymères, pour éliminer sélectivement les matériaux.

Un cas typique est que les films conducteurs transparents d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) utilisés pour les électrodes dans les dispositifs électroniques et optoélectroniques doivent être structurés par ablation sélective au laser. Un autre exemple est le décapage précis des revêtements des fibres optiques. Les niveaux de puissance requis dans cette bande pour de telles applications sont généralement bien inférieurs à ceux requis pour des applications telles que la découpe laser.

Les sources lumineuses du proche infrarouge au moyen infrarouge sont également utilisées par l’armée pour les contre-mesures infrarouges directionnelles contre les missiles à recherche de chaleur. En plus d'une puissance de sortie plus élevée adaptée aux caméras infrarouges aveuglantes, une large couverture spectrale dans la bande de transmission atmosphérique (environ 3 à 4 μm et 8 à 13 μm) est également nécessaire pour empêcher de simples filtres à encoches de protéger les détecteurs infrarouges.

La fenêtre de transmission atmosphérique décrite ci-dessus peut également être utilisée pour les communications optiques en espace libre via des faisceaux directionnels, et les lasers à cascade quantique sont utilisés dans de nombreuses applications à cette fin.

Dans certains cas, des impulsions ultracourtes dans l’infrarouge moyen sont nécessaires. Par exemple, on pourrait utiliser des peignes à fréquence infrarouge moyenne en spectroscopie laser, ou exploiter les intensités de crête élevées des impulsions ultracourtes pour l'éclairage laser. Ceci peut être généré avec un laser à mode verrouillé.

En particulier, pour les sources de lumière du proche infrarouge à l'infrarouge moyen, certaines applications ont des exigences particulières en matière de longueurs d'onde de balayage ou d'accordabilité des longueurs d'onde, et les lasers accordables en longueur d'onde du proche infrarouge à l'infrarouge moyen jouent également un rôle extrêmement important dans ces applications.

Par exemple, en spectroscopie, les lasers accordables dans l’infrarouge moyen sont des outils essentiels, que ce soit pour la détection de gaz, la surveillance environnementale ou l’analyse chimique. Les scientifiques ajustent la longueur d’onde du laser pour le positionner avec précision dans la plage infrarouge moyenne afin de détecter des raies d’absorption moléculaire spécifiques. De cette façon, ils peuvent obtenir des informations détaillées sur la composition et les propriétés de la matière, comme déchiffrer un livre de codes rempli de secrets.

Dans le domaine de l’imagerie médicale, les lasers accordables dans l’infrarouge moyen jouent également un rôle important. Ils sont largement utilisés dans les technologies de diagnostic et d’imagerie non invasives. En réglant avec précision la longueur d’onde du laser, la lumière infrarouge moyenne peut pénétrer dans les tissus biologiques, produisant ainsi des images haute résolution. Ceci est important pour détecter et diagnostiquer les maladies et les anomalies, comme une lumière magique scrutant les secrets intérieurs du corps humain.

Le domaine de la défense et de la sécurité est également indissociable de l’application des lasers accordables dans l’infrarouge moyen. Ces lasers jouent un rôle clé dans les contre-mesures infrarouges, notamment contre les missiles à recherche thermique. Par exemple, le système de contre-mesures directionnelles à infrarouge (DIRCM) peut empêcher les avions d’être suivis et attaqués par des missiles. En ajustant rapidement la longueur d'onde du laser, ces systèmes peuvent interférer avec le système de guidage des missiles entrants et inverser instantanément le cours de la bataille, comme une épée magique gardant le ciel.

La technologie de télédétection est un moyen important d’observation et de surveillance de la Terre, dans lequel les lasers infrarouges accordables jouent un rôle clé. Des domaines tels que la surveillance de l'environnement, la recherche atmosphérique et l'observation de la Terre dépendent tous de l'utilisation de ces lasers. Les lasers accordables dans l'infrarouge moyen permettent aux scientifiques de mesurer des raies d'absorption spécifiques de gaz dans l'atmosphère, fournissant ainsi des données précieuses pour faciliter la recherche climatique, la surveillance de la pollution et les prévisions météorologiques, comme un miroir magique qui donne un aperçu des mystères de la nature.

Dans les environnements industriels, les lasers accordables à infrarouge moyen sont largement utilisés pour le traitement de précision des matériaux. En réglant les lasers sur des longueurs d'onde fortement absorbées par certains matériaux, ils permettent une ablation, une découpe ou un soudage sélectifs. Cela permet une fabrication de précision dans des domaines tels que l’électronique, les semi-conducteurs et le micro-usinage. Le laser accordable dans l'infrarouge moyen est comme un couteau à découper finement poli, permettant à l'industrie de sculpter des produits finement sculptés et de montrer l'éclat de la technologie.