Les composants de base d'unlaserpeut être divisé en trois parties : une source de pompe (qui fournit de l'énergie pour réaliser l'inversion de population dans le milieu de travail) ; un milieu de travail (qui possède une structure de niveau d'énergie appropriée qui permet l'inversion de population sous l'action de la pompe, permettant aux électrons de passer des niveaux d'énergie élevés au niveau inférieur et de libérer de l'énergie sous forme de photons) ; et une cavité résonante.
Les propriétés du milieu de travail déterminent la longueur d'onde de la lumière laser émise.
Le laser grand public avec une longueur d’onde de 808 nm est un laser à semi-conducteur. L'énergie de la bande interdite du semi-conducteur détermine la longueur d'onde de la lumière laser émise, faisant de 808 nm une longueur d'onde de fonctionnement relativement courante. Le laser à semi-conducteur de type 808 nm est également l’un des premiers et des plus étudiés. Sa région active est constituée soit de matériaux contenant de l'aluminium (tels que InAlGaAs), soit de matériaux sans aluminium (tels que GaAsP). Ce type de laser offre des avantages tels qu'un faible coût, un rendement élevé et une longue durée de vie.
1064 nm est également une longueur d’onde classique pour les lasers à solide. Le matériau de travail est un cristal YAG (grenat d'yttrium et d'aluminium Y3AI5012) dopé au néodyme (Nd). Les ions aluminium dans le cristal YAG interagissent en synergie avec les cations dopés au Nd, créant une structure spatiale et une structure de bande d'énergie appropriées. Sous l'action de l'énergie d'excitation, les cations Nd sont excités dans un état excité, subissant des transitions radioactives et générant un effet laser. De plus, les cristaux Nd:YAG offrent une excellente stabilité et une durée de vie relativement longue.
Des lasers 1 550 nm peuvent également être générés à l’aide de lasers à semi-conducteurs. Les matériaux semi-conducteurs couramment utilisés comprennent InGaAsP, InGaAsN et InGaAlAs.
La bande infrarouge a de nombreuses applications, telles que les communications optiques, les soins de santé, l'imagerie biomédicale, le traitement laser, etc.
Prenons l'exemple des communications optiques. Les communications actuelles par fibre optique utilisent de la fibre de quartz. Pour garantir que la lumière puisse transporter des informations sur de longues distances sans perte, nous devons déterminer quelles longueurs d’onde de lumière sont les mieux transmises à travers la fibre.
Dans la bande proche infrarouge, la perte de fibre de quartz ordinaire diminue avec l'augmentation de la longueur d'onde, à l'exclusion des pics d'absorption des impuretés. Il existe trois « fenêtres » de longueur d'onde avec une très faible perte à 0,85 μm, 1,31 μm et 1,55 μm. La longueur d'onde d'émission de la source de lumière laser et la réponse en longueur d'onde de la photodiode photodétecteur doivent s'aligner sur ces trois fenêtres de longueur d'onde. Plus précisément, dans des conditions de laboratoire, la perte à 1,55 μm a atteint 0,1419 dB/km, ce qui se rapproche de la limite de perte théorique pour la fibre de quartz.
La lumière dans cette gamme de longueurs d’onde peut relativement bien pénétrer dans les tissus biologiques et trouve des applications dans des domaines tels que la thérapie photothermique. Par exemple, Yue et al. construit des nanoparticules ciblées d'héparine-folate en utilisant le colorant cyanine proche infrarouge IR780, qui a une longueur d'onde d'absorption maximale d'environ 780 nm et une longueur d'onde d'émission de 807 nm. À une concentration de 10 mg/mL, une irradiation laser (laser 808 nm, densité de puissance de 0,6 W/cm²) pendant 2 minutes a augmenté la température de 23°C à 42°C. Une dose de 1,4 mg/kg a été administrée à des souris portant des tumeurs MCF-7 positives pour les récepteurs du folate, et les tumeurs ont été irradiées avec une lumière laser de 808 nm (0,8 W/cm²) pendant 5 minutes. Un rétrécissement significatif de la tumeur a été observé au cours des jours suivants.
D'autres applications incluent le lidar infrarouge. La bande de longueur d’onde actuelle de 905 nm présente de faibles capacités d’interférence météorologique et une pénétration insuffisante dans la pluie et le brouillard. Le rayonnement laser à 1,5 μm se situe dans la fenêtre atmosphérique de 1,5 à 1,8 μm, ce qui entraîne une faible atténuation dans l'air. De plus, 905 nm se situe dans la bande de danger pour les yeux, ce qui nécessite une limitation de puissance pour minimiser les dommages. Cependant, 1 550 nm est sans danger pour les yeux et trouve donc également des applications dans le lidar.
En résumé,lasersà ces longueurs d'onde sont à la fois matures et rentables, et présentent d'excellentes performances dans diverses applications. Ces facteurs combinés ont conduit à l’utilisation généralisée des lasers dans ces longueurs d’onde.
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