Hier sind einige gängige Definitionen des Infrarotbandes:
Nahinfraroter Spektralbereich (auch IR-A genannt), Bereich ~750-1400 nm.
Laser, die in diesem Wellenlängenbereich emittiert werden, sind anfällig für Rauschen und Sicherheitsprobleme des menschlichen Auges, da die Fokussierungsfunktion des menschlichen Auges mit den Nahinfrarot- und sichtbaren Lichtbereichen kompatibel ist, so dass die Nahinfrarot-Band-Lichtquelle auf die empfindliche Netzhaut auf die gleiche Weise übertragen und fokussiert werden kann, aber das Nahinfrarot-Bandlicht löst den schützenden Blinkreflex nicht aus. Infolgedessen wird die Netzhaut des menschlichen Auges durch übermäßige Energie durch Unempfindlichkeit geschädigt. Daher muss bei der Verwendung von Lichtquellen in diesem Band dem Augenschutz volle Aufmerksamkeit geschenkt werden.
Kurzwelliges Infrarot (SWIR, IR-B) Bereich von 1,4-3 μm.
Dieser Bereich ist relativ sicher für die Augen, da dieses Licht vom Auge absorbiert wird, bevor es die Netzhaut erreicht. In dieser Region arbeiten beispielsweise erbium-dotierte Faserverstärker, die in der Glasfaserkommunikation eingesetzt werden.
Der Bereich des Mittelwellen-Infrarots (MWIR) beträgt 3-8 μm.
Die Atmosphäre zeigt eine starke Absorption in Teilen der Region; Viele atmosphärische Gase haben Absorptionslinien in diesem Band, wie Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O). Auch weil viele Gase eine starke Absorption in diesem Band aufweisen Starke Absorptionseigenschaften machen diesen Spektralbereich weit verbreitet für die Gasdetektion in der Atmosphäre.
Der Bereich des langwelligen Infrarots (LWIR) beträgt 8-15 μm.
Als nächstes kommt Ferninfrarot (FIR), das von 15 μm-1 mm reicht (es gibt aber auch Definitionen ab 50 μm, siehe ISO 20473). Dieser Spektralbereich wird hauptsächlich für die Wärmebildgebung verwendet.
Dieser Artikel zielt darauf ab, die Auswahl von breitbandig abstimmbaren Wellenlängenlasern mit Nahinfrarot- bis Mittelinfrarot-Lichtquellen zu diskutieren, die das oben genannte kurzwellige Infrarot (SWIR, IR-B, von 1,4-3 μm) und einen Teil des Mittelwellenfrarots (MWIR, von 3-8 μm) umfassen können.
Typische Anwendung
Eine typische Anwendung von Lichtquellen in diesem Band ist die Identifizierung von Laserabsorptionsspektren in Spurengasen (z.B. Fernerkundung in der medizinischen Diagnostik und Umweltüberwachung). Dabei nutzt die Analyse die starken und charakteristischen Absorptionsbänder vieler Moleküle im mittleren Infrarot-Spektralbereich, die als "molekulare Fingerabdrücke" dienen. Obwohl man einige dieser Moleküle auch durch Pan-Absorptionslinien im Nahinfrarot-Bereich untersuchen kann, da Nahinfrarot-Laserquellen einfacher vorzubereiten sind, gibt es Vorteile, starke fundamentale Absorptionslinien im mittleren Infrarot-Bereich mit höherer Empfindlichkeit zu verwenden.
In der mittleren Infrarot-Bildgebung werden auch Lichtquellen in diesem Band verwendet. Menschen nutzen in der Regel die Tatsache, dass mittleres Infrarotlicht tiefer in Materialien eindringen kann und weniger Streuung hat. Beispielsweise kann in entsprechenden hyperspektralen Bildgebungsanwendungen Nahinfrarot bis Mittelinfrarot spektrale Informationen für jedes Pixel (oder Voxel) bereitstellen.
Durch die Weiterentwicklung von Mittelinfrarot-Laserquellen, wie Faserlasern, werden nichtmetallische Lasermaterialbearbeitungsanwendungen immer praktischer. Typischerweise nutzen Menschen die starke Absorption von Infrarotlicht durch bestimmte Materialien, wie Polymerfilme, aus, um Materialien selektiv zu entfernen.
Ein typischer Fall ist, dass transparente leitfähige Indium-Zinnoxid-Filme (ITO), die für Elektroden in elektronischen und optoelektronischen Geräten verwendet werden, durch selektive Laserablation strukturiert werden müssen. Ein weiteres Beispiel ist das präzise Abisolieren von Beschichtungen auf optischen Fasern. Die Leistungsniveaus, die in diesem Band für solche Anwendungen benötigt werden, sind in der Regel viel niedriger als diejenigen, die für Anwendungen wie Laserschneiden erforderlich sind.
Nah- bis Mittelinfrarot-Lichtquellen werden auch vom Militär für gerichtete Infrarot-Gegenmaßnahmen gegen wärmesuchende Raketen eingesetzt. Neben einer höheren Ausgangsleistung, die für die Blendung von Infrarotkameras geeignet ist, ist auch eine breite spektrale Abdeckung im atmosphärischen Übertragungsband (etwa 3-4 μm und 8-13 μm) erforderlich, um zu verhindern, dass einfache Kerbfilter Infrarotdetektoren schützen.
In einigen Fällen sind ultrakurze Pulse im mittleren Infrarot erforderlich. So könnte man beispielsweise Mittelinfrarot-Frequenzkämme in der Laserspektroskopie einsetzen oder die hohen Spitzenintensitäten ultrakurzer Impulse für das Lasern nutzen. Diese kann mit einem mode-locked Laser erzeugt werden.
Insbesondere für Nahinfrarot- bis Mittelinfrarot-Lichtquellen haben einige Anwendungen spezielle Anforderungen an Abtastwellenlängen oder Wellenlängeneinstimmung, und Nahinfrarot- bis Mittelinfrarot-Wellenlängen-abstimmbare Laser spielen auch in diesen Anwendungen eine extrem wichtige Rolle.
In der Spektroskopie beispielsweise sind abstimmbare Laser im mittleren Infrarot unerlässlich, sei es in der Gassensorik, in der Umweltüberwachung oder in der chemischen Analyse. Wissenschaftler passen die Wellenlänge des Lasers an, um ihn präzise im mittleren Infrarotbereich zu positionieren, um spezifische molekulare Absorptionslinien zu erkennen. Auf diese Weise erhalten sie detaillierte Informationen über die Zusammensetzung und Eigenschaften von Materie, wie das Knacken eines Codebuchs voller Geheimnisse.
Auch im Bereich der medizinischen Bildgebung spielen abstimmbare Laser im mittleren Infrarot eine wichtige Rolle. Sie sind weit verbreitet in nicht-invasiven Diagnostik- und Bildgebungstechnologien. Durch die präzise Abstimmung der Wellenlänge des Lasers kann mittleres Infrarotlicht biologisches Gewebe durchdringen, was zu hochauflösenden Bildern führt. Dies ist wichtig, um Krankheiten und Anomalien zu erkennen und zu diagnostizieren, wie ein magisches Licht, das in die inneren Geheimnisse des menschlichen Körpers blickt.
Auch der Bereich Verteidigung und Sicherheit ist untrennbar mit dem Einsatz von abstimmbaren Lasern im mittleren Infrarot verbunden. Diese Laser spielen eine Schlüsselrolle bei Infrarot-Gegenmaßnahmen, insbesondere gegen wärmesuchende Raketen. So kann beispielsweise das Directional Infrarot Countermeasures System (DIRCM) Flugzeuge vor Verfolgung und Angriffen durch Raketen schützen. Durch die schnelle Anpassung der Wellenlänge des Lasers können diese Systeme das Führungssystem der ankommenden Raketen stören und sofort die Flut der Schlacht wenden, wie ein magisches Schwert, das den Himmel bewacht.
Fernerkundungstechnik ist ein wichtiges Mittel zur Beobachtung und Überwachung der Erde, in der Infrarot-abstimmbare Laser eine Schlüsselrolle spielen.
Bereiche wie Umweltüberwachung, Atmosphärenforschung und Erdbeobachtung sind auf den Einsatz dieser Laser angewiesen. Mittels einstellbarer Laser im mittleren Infrarot können Wissenschaftler spezifische Absorptionslinien von Gasen in der Atmosphäre messen und wertvolle Daten zur Klimaforschung, Umweltüberwachung und Wettervorhersage liefern, wie ein magischer Spiegel, der Einblicke in die Geheimnisse der Natur bietet.
In industriellen Umgebungen sind abstimmbare Laser im mittleren Infrarot weit verbreitet für die präzise Materialbearbeitung. Durch die Abstimmung der Laser auf Wellenlängen, die von bestimmten Materialien stark absorbiert werden, ermöglichen sie selektives Abtragen, Schneiden oder Schweißen. Dies ermöglicht eine präzise Fertigung in Bereichen wie Elektronik, Halbleiter und Mikrobearbeitung. Der einstellbare Laser im mittleren Infrarot ist wie ein fein poliertes Schnitzmesser, das es der Industrie ermöglicht, fein geschnitzte Produkte herauszuschneiden und die Brillanz der Technologie zu zeigen.
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