근적외선~중적외선 파장 가변 레이저

다양한 스펙트럼 범위 정의.

일반적으로 사람들이 적외선 광원에 대해 이야기할 때는 ~700~800 nm(가시 파장 범위의 상한)보다 큰 진공 파장을 갖는 빛을 의미합니다.

인간의 눈의 적외선 인식은 절벽에서 끊어지는 것이 아니라 천천히 감소하기 때문에 특정 파장 하한은 이 설명에서 명확하게 정의되지 않습니다.

예를 들어, 인간의 눈에 대한 700nm의 빛의 반응은 이미 매우 낮지만 빛이 충분히 강하면 인간의 눈은 파장이 750nm를 초과하는 일부 레이저 다이오드에서 방출되는 빛도 볼 수 있습니다. 레이저는 안전 위험이 있습니다. --사람의 눈에는 그다지 밝지 않더라도 실제 밝기는 매우 높을 수 있습니다.

마찬가지로 적외선 광원의 하한 범위(700~800 nm)와 마찬가지로 적외선 광원의 상한 정의 범위도 불확실합니다. 일반적으로 말하면 약 1mm입니다.

적외선 대역에 대한 몇 가지 일반적인 정의는 다음과 같습니다.

근적외선 스펙트럼 영역(IR-A라고도 함) 범위는 ~750-1400nm입니다.

이 파장 영역에서 방출되는 레이저는 사람의 눈 초점 기능이 근적외선 및 가시광선 범위와 호환되어 근적외선 대역 광원을 투과하여 초점을 맞출 수 있기 때문에 소음 및 눈 안전 문제가 발생하기 쉽습니다. 민감한 망막도 같은 방식으로 작동하지만 근적외선 대역의 빛은 보호용 깜박임 반사를 유발하지 않습니다. 결과적으로 인간의 눈은 무감각으로 인해 과도한 에너지로 인해 망막이 손상됩니다. 따라서 이 대역의 광원을 사용할 때는 눈 보호에 충분한 주의를 기울여야 합니다.

단파장 적외선(SWIR, IR-B) 범위는 1.4~3μm입니다.

이 영역은 빛이 망막에 도달하기 전에 눈에 흡수되기 때문에 눈에 상대적으로 안전합니다. 예를 들어, 광섬유 통신에 사용되는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기는 이 영역에서 작동합니다.

중파장 적외선(MWIR) 범위는 3~8μm입니다.

대기는 해당 지역의 일부 지역에서 강한 흡수를 나타냅니다. 많은 대기 가스는 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O)와 같은 이 대역에 흡수선을 갖습니다. 또한 많은 가스가 이 대역에서 강한 흡수를 나타내기 때문에 강한 흡수 특성으로 인해 이 스펙트럼 영역은 대기 중 가스 감지에 널리 사용됩니다.

장파 적외선(LWIR) 범위는 8~15μm입니다.

다음은 15μm~1mm 범위의 원적외선(FIR)입니다(그러나 50μm부터 시작하는 정의도 있습니다. ISO 20473 참조). 이 스펙트럼 영역은 주로 열화상에 사용됩니다.

이 기사에서는 위의 단파장 적외선(SWIR, IR-B, 1.4~3μm 범위)과 일부를 포함할 수 있는 근적외선~중적외선 광원을 갖춘 광대역 조정 가능 파장 레이저의 선택에 대해 논의하는 것을 목표로 합니다. 중파장 적외선(MWIR, 범위는 3~8μm)입니다.

일반적인 응용

이 대역에서 광원을 사용하는 일반적인 용도는 미량 가스의 레이저 흡수 스펙트럼을 식별하는 것입니다(예: 의료 진단 및 환경 모니터링의 원격 감지). 여기에서 분석은 "분자 지문" 역할을 하는 중적외선 스펙트럼 영역에 있는 많은 분자의 강력하고 특징적인 흡수 밴드를 활용합니다. 근적외선 영역의 범흡수선을 통해 이러한 분자 중 일부를 연구할 수도 있지만 근적외선 레이저 소스가 준비하기가 더 쉽기 때문에 더 높은 감도로 중적외선 영역에서 강한 기본 흡수선을 사용하는 것이 장점이 있습니다. .

중적외선 이미징에서는 이 대역의 광원도 사용됩니다. 사람들은 보통 중적외선이 물질 속으로 더 깊이 침투할 수 있고 산란이 적다는 사실을 이용합니다. 예를 들어 해당 초분광 이미징 응용 분야에서는 근적외선부터 중적외선까지 각 픽셀(또는 복셀)에 대한 스펙트럼 정보를 제공할 수 있습니다.

파이버 레이저와 같은 중적외선 레이저 소스의 지속적인 개발로 인해 비금속 레이저 재료 가공 응용 분야가 점점 더 실용화되고 있습니다. 일반적으로 사람들은 고분자 필름과 같은 특정 물질이 적외선을 강하게 흡수하는 점을 이용하여 물질을 선택적으로 제거합니다.

전자 및 광전자 소자의 전극에 사용되는 ITO(인듐 주석 산화물) 투명 전도성 필름이 선택적 레이저 절제를 통해 구조화되어야 하는 경우가 일반적인 경우입니다. 또 다른 예는 광섬유 코팅의 정밀한 제거입니다. 이러한 응용 분야에 대해 이 대역에서 필요한 전력 수준은 일반적으로 레이저 절단과 같은 응용 분야에 필요한 전력 수준보다 훨씬 낮습니다.

근적외선에서 중적외선 광원은 열추적 미사일에 대한 방향성 적외선 대응을 위해 군대에서 사용되기도 합니다. 눈을 멀게 하는 적외선 카메라에 적합한 더 높은 출력 전력 외에도 간단한 노치 필터가 적외선 감지기를 보호하는 것을 방지하려면 대기 전송 대역(약 3~4μm 및 8~13μm) 내의 넓은 스펙트럼 범위도 필요합니다.

위에서 설명한 대기 투과 창은 방향성 빔을 통한 자유 공간 광통신에도 사용될 수 있으며, 양자 캐스케이드 레이저는 이러한 목적으로 많은 응용 분야에서 사용됩니다.

어떤 경우에는 중적외선 초단파 펄스가 필요합니다. 예를 들어, 레이저 분광학에서 중적외선 주파수 빗을 사용하거나 레이저 발생을 위해 초단파 펄스의 높은 피크 강도를 활용할 수 있습니다. 이는 모드 잠금 레이저로 생성될 수 있습니다.

특히, 근적외선~중적외선 광원의 경우 일부 응용 분야에는 스캐닝 파장 또는 파장 조정 가능성에 대한 특별한 요구 사항이 있으며, 근적외선~중적외선 파장 조정 가능 레이저도 이러한 응용 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다.

예를 들어 분광학에서 중적외선 조정 가능 레이저는 가스 감지, 환경 모니터링 또는 화학 분석에 필수적인 도구입니다. 과학자들은 특정 분자 흡수선을 감지하기 위해 레이저의 파장을 조정하여 중적외선 범위에 정확하게 위치시킵니다. 이런 방식으로 그들은 비밀로 가득 찬 코드북을 해독하는 것과 같이 물질의 구성과 특성에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있습니다.

의료 영상 분야에서는 중적외선 파장 가변 레이저도 중요한 역할을 합니다. 이는 비침습적 진단 및 영상 기술에 널리 사용됩니다. 레이저의 파장을 정밀하게 조정하면 중적외선이 생체 조직을 투과하여 고해상도 이미지를 얻을 수 있습니다. 마치 마법의 빛이 인체 내부의 비밀을 꿰뚫어보는 것처럼, 이는 질병과 이상 징후를 발견하고 진단하는 데 중요합니다.

국방 및 보안 분야 역시 중적외선 파장 가변 레이저의 적용과 불가분의 관계에 있습니다. 이 레이저는 특히 열추적 미사일에 대한 적외선 대응에서 핵심적인 역할을 합니다. 예를 들어 방향성 적외선 대응 시스템(DIRCM)은 항공기가 미사일의 추적 및 공격으로부터 보호할 수 있습니다. 레이저의 파장을 빠르게 조절해 날아오는 미사일의 유도 시스템을 방해하고, 하늘을 지키는 마검처럼 순식간에 전세를 뒤집을 수 있다.

원격탐사 기술은 지구를 관찰하고 모니터링하는 중요한 수단으로, 적외선 파장가변 레이저가 핵심적인 역할을 합니다. 환경 모니터링, 대기 연구, 지구 관측 등의 분야는 모두 이러한 레이저의 사용에 의존합니다. 중적외선 조정 가능 레이저를 사용하면 과학자들은 대기 중 가스의 특정 흡수선을 측정할 수 있으며, 자연의 신비에 대한 통찰력을 제공하는 마법의 거울처럼 기후 연구, 오염 모니터링 및 일기 예보에 도움이 되는 귀중한 데이터를 제공할 수 있습니다.

산업 환경에서는 중적외선 가변 레이저가 정밀 재료 가공에 널리 사용됩니다. 레이저를 특정 재료에 강하게 흡수되는 파장으로 조정함으로써 선택적 절제, 절단 또는 용접이 가능해집니다. 이를 통해 전자, 반도체, 미세 가공 등의 분야에서 정밀한 제조가 가능해집니다. 중적외선 파장 가변 레이저는 잘게 연마된 조각칼과 같아서 업계에서 정교하게 조각된 제품을 조각하고 기술의 광채를 보여줄 수 있습니다.