고전적인 적외선 파장이 808nm, 1064nm, 1550nm인 이유는 무엇입니까?

1. 광원(레이저)

A의 기본 구성 요소원자 램프세 부분으로 나눌 수 있습니다: 펌프 소스(작동 매체에서 인구 반전을 달성하기 위해 에너지를 제공); 작동 매체(펌프의 작용에 따라 밀도 반전을 가능하게 하는 적절한 에너지 레벨 구조를 가짐으로써 전자가 높은 에너지 레벨에서 낮은 레벨로 전환되고 광자의 형태로 에너지를 방출할 수 있음) 그리고 공명 공동.

작동 매체의 특성에 따라 방출되는 레이저 광의 파장이 결정됩니다.

808nm 파장의 주류 레이저는 반도체 레이저이다. 반도체의 밴드 갭 에너지는 방출되는 레이저 광의 파장을 결정하므로 808nm가 상대적으로 일반적인 작동 파장이 됩니다. 808nm 유형의 반도체 레이저 역시 가장 초기에 가장 집중적으로 연구된 레이저 중 하나입니다. 활성 영역은 알루미늄 함유 재료(예: InAlGaAs) 또는 알루미늄이 없는 재료(예: GaAsP)로 구성됩니다. 이러한 유형의 레이저는 저비용, 고효율 및 긴 수명과 같은 장점을 제공합니다.

1064nm는 고체 레이저의 전형적인 파장이기도 합니다. 작업 재료는 네오디뮴(Nd)이 도핑된 YAG(이트륨 알루미늄 가넷 Y3AI5012) 결정입니다. YAG 결정의 알루미늄 이온은 Nd가 도핑된 양이온과 상승적으로 상호작용하여 적절한 공간 구조와 에너지 밴드 구조를 생성합니다. 여기 에너지의 작용으로 Nd 양이온은 여기 상태로 여기되어 방사성 전이를 겪고 레이저를 생성합니다. 또한 Nd:YAG 결정은 뛰어난 안정성과 상대적으로 긴 작동 수명을 제공합니다.

1550nm 레이저는 반도체 레이저를 사용하여 생성할 수도 있습니다. 일반적으로 사용되는 반도체 재료로는 InGaAsP, InGaAsN 및 InGaAlAs가 있습니다.

2. 용도 및 응용

적외선 대역은 광통신, 의료, 생체 의학 이미징, 레이저 처리 등과 같은 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

광통신을 예로 들어보겠습니다. 현재 광섬유 통신은 석영 섬유를 사용합니다. 빛이 손실 없이 장거리에 걸쳐 정보를 전달할 수 있도록 하려면 어떤 파장의 빛이 광섬유를 통해 가장 잘 전송되는지 고려해야 합니다.

근적외선 대역에서는 불순물 흡수 피크를 제외하고 파장이 증가함에 따라 일반 석영 섬유의 손실이 감소합니다. 손실이 매우 낮은 세 가지 파장 "창"이 0.85μm, 1.31μm 및 1.55μm에 존재합니다. 광원 레이저의 방출 파장과 광검출기 포토다이오드의 파장 응답은 이러한 세 가지 파장 창과 일치해야 합니다. 구체적으로, 실험실 조건에서 1.55μm에서의 손실은 0.1419dB/km에 도달하여 석영 섬유의 이론적인 손실 한계에 접근했습니다.

이 파장 범위의 빛은 생물학적 조직에 비교적 잘 침투할 수 있으며 광열 치료와 같은 분야에 응용됩니다. 예를 들어, Yue et al. 최대 흡수 파장은 약 780nm이고 방출 파장은 807nm인 시아닌 근적외선 염료 IR780을 사용하여 헤파린-엽산 표적 나노입자를 구성했습니다. 10mg/mL의 농도에서 2분간 레이저 조사(808nm 레이저, 0.6W/cm² 출력 밀도)로 온도를 23°C에서 42°C로 높였습니다. 엽산 수용체 양성 MCF-7 종양이 있는 쥐에게 1.4 mg/kg 용량을 투여하고 종양에 808 nm 레이저 광(0.8 W/cm²)을 5분간 조사했습니다. 다음 날에 걸쳐 상당한 종양 수축이 관찰되었습니다.

다른 응용 분야로는 적외선 라이더가 있습니다. 현재 905 nm 파장 대역은 기상 간섭 능력이 약하고 비와 안개에 대한 침투력이 부족합니다. 1.5μm의 레이저 방사선은 1.5~1.8μm의 대기 창 내에 속하므로 공기 중 감쇠가 낮습니다. 또한 905nm는 눈에 위험한 대역에 속하므로 손상을 최소화하기 위해 전력 제한이 필요합니다. 그러나 1550nm는 눈에 안전하므로 LiDAR에도 적용할 수 있습니다.

요약하자면,레이저이러한 파장은 성숙하고 비용 효율적이며 다양한 응용 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 이러한 요인들이 결합되어 이러한 파장의 레이저가 널리 사용되게 되었습니다.