సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ నుండి మధ్య-పరారుణ ట్యూనబుల్ లేజర్‌లు

విభిన్న స్పెక్ట్రల్ పరిధి నిర్వచనాలు.

సాధారణంగా చెప్పాలంటే, ప్రజలు పరారుణ కాంతి వనరుల గురించి మాట్లాడేటప్పుడు, వారు ~700–800 nm (కనిపించే తరంగదైర్ఘ్యం పరిధి ఎగువ పరిమితి) కంటే ఎక్కువ వాక్యూమ్ తరంగదైర్ఘ్యాలతో కాంతిని సూచిస్తారు.

ఈ వర్ణనలో నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం తక్కువ పరిమితి స్పష్టంగా నిర్వచించబడలేదు ఎందుకంటే ఇన్‌ఫ్రారెడ్‌పై మానవ కన్ను యొక్క అవగాహన కొండపై కత్తిరించబడకుండా నెమ్మదిగా తగ్గుతుంది.

ఉదాహరణకు, మానవ కంటికి 700 nm వద్ద కాంతి ప్రతిస్పందన ఇప్పటికే చాలా తక్కువగా ఉంది, అయితే కాంతి తగినంత బలంగా ఉంటే, మానవ కన్ను 750 nm కంటే ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలతో కొన్ని లేజర్ డయోడ్‌ల ద్వారా విడుదలయ్యే కాంతిని కూడా చూడగలదు, ఇది పరారుణాన్ని కూడా చేస్తుంది. లేజర్స్ ఒక భద్రతా ప్రమాదం. --ఇది మానవ కంటికి చాలా ప్రకాశవంతంగా లేకపోయినా, దాని అసలు శక్తి చాలా ఎక్కువగా ఉండవచ్చు.

అదేవిధంగా, ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లైట్ సోర్స్ (700~800 nm) యొక్క దిగువ పరిమితి పరిధి వలె, పరారుణ కాంతి మూలం యొక్క ఎగువ పరిమితి నిర్వచనం పరిధి కూడా అనిశ్చితంగా ఉంటుంది. సాధారణంగా చెప్పాలంటే, ఇది సుమారు 1 మి.మీ.

పరారుణ బ్యాండ్ యొక్క కొన్ని సాధారణ నిర్వచనాలు ఇక్కడ ఉన్నాయి:

సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతం (దీనిని IR-A అని కూడా పిలుస్తారు), పరిధి ~750-1400 nm.

ఈ తరంగదైర్ఘ్యం ప్రాంతంలో విడుదలయ్యే లేజర్‌లు శబ్దం మరియు మానవ కంటి భద్రత సమస్యలకు గురవుతాయి, ఎందుకంటే మానవ కన్ను ఫోకస్ చేసే ఫంక్షన్ సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ మరియు కనిపించే కాంతి శ్రేణులకు అనుకూలంగా ఉంటుంది, తద్వారా సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్ కాంతి మూలం ప్రసారం చేయబడుతుంది మరియు కేంద్రీకరించబడుతుంది. అదే విధంగా సెన్సిటివ్ రెటీనా, కానీ సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్ లైట్ రక్షిత బ్లింక్ రిఫ్లెక్స్‌ను ప్రేరేపించదు. ఫలితంగా, సున్నితత్వం కారణంగా మానవ కంటి రెటీనా అధిక శక్తితో దెబ్బతింటుంది. అందువల్ల, ఈ బ్యాండ్‌లో కాంతి వనరులను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, కంటి రక్షణపై పూర్తి శ్రద్ధ ఉండాలి.

చిన్న తరంగదైర్ఘ్యం పరారుణ (SWIR, IR-B) పరిధి 1.4-3 μm.

ఈ ప్రాంతం కంటికి సాపేక్షంగా సురక్షితమైనది, ఎందుకంటే ఈ కాంతి రెటీనాకు చేరే ముందు కంటి ద్వారా గ్రహించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, ఫైబర్ ఆప్టిక్ కమ్యూనికేషన్‌లలో ఉపయోగించే ఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌లు ఈ ప్రాంతంలో పనిచేస్తాయి.

మిడ్-వేవ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (MWIR) పరిధి 3-8 μm.

వాతావరణం ప్రాంతంలోని భాగాలలో బలమైన శోషణను చూపుతుంది; అనేక వాతావరణ వాయువులు ఈ బ్యాండ్‌లో కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2) మరియు నీటి ఆవిరి (H2O) వంటి శోషణ రేఖలను కలిగి ఉంటాయి. అలాగే అనేక వాయువులు ఈ బ్యాండ్‌లో బలమైన శోషణను ప్రదర్శిస్తాయి కాబట్టి బలమైన శోషణ లక్షణాలు ఈ స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతాన్ని వాతావరణంలో వాయువును గుర్తించడానికి విస్తృతంగా ఉపయోగించుకునేలా చేస్తాయి.

లాంగ్ వేవ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (LWIR) పరిధి 8-15 μm.

తదుపరిది ఫార్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (FIR), ఇది 15 μm-1 mm వరకు ఉంటుంది (కానీ 50 μm నుండి ప్రారంభమయ్యే నిర్వచనాలు కూడా ఉన్నాయి, ISO 20473 చూడండి). ఈ స్పెక్ట్రల్ ప్రాంతం ప్రధానంగా థర్మల్ ఇమేజింగ్ కోసం ఉపయోగించబడుతుంది.

ఈ వ్యాసం బ్రాడ్‌బ్యాండ్ ట్యూనబుల్ తరంగదైర్ఘ్యం లేజర్‌ల ఎంపికను సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ నుండి మధ్య-పరారుణ కాంతి వనరులతో చర్చించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది, ఇందులో పైన పేర్కొన్న షార్ట్-వేవ్‌లెంగ్త్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (SWIR, IR-B, 1.4-3 μm వరకు) మరియు కొంత భాగం ఉండవచ్చు. మిడ్-వేవ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (MWIR, పరిధి 3-8 μm).

సాధారణ అప్లికేషన్

ఈ బ్యాండ్‌లోని కాంతి మూలాల యొక్క సాధారణ అనువర్తనం ట్రేస్ గ్యాస్‌లలో లేజర్ శోషణ స్పెక్ట్రాను గుర్తించడం (ఉదా. వైద్య నిర్ధారణ మరియు పర్యావరణ పర్యవేక్షణలో రిమోట్ సెన్సింగ్). ఇక్కడ, విశ్లేషణ మధ్య-పరారుణ వర్ణపట ప్రాంతంలోని అనేక అణువుల యొక్క బలమైన మరియు లక్షణ శోషణ బ్యాండ్‌ల ప్రయోజనాన్ని పొందుతుంది, ఇవి "మాలిక్యులర్ వేలిముద్రలు"గా పనిచేస్తాయి. సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ప్రాంతంలోని పాన్-శోషణ రేఖల ద్వారా ఈ అణువులలో కొన్నింటిని కూడా అధ్యయనం చేయగలిగినప్పటికీ, సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లేజర్ మూలాలను సిద్ధం చేయడం సులభం కనుక, అధిక సున్నితత్వంతో మధ్య-పరారుణ ప్రాంతంలో బలమైన ప్రాథమిక శోషణ రేఖలను ఉపయోగించడం వల్ల ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. .

మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఇమేజింగ్‌లో, ఈ బ్యాండ్‌లోని కాంతి వనరులు కూడా ఉపయోగించబడతాయి. మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లైట్ మెటీరియల్‌లలోకి లోతుగా చొచ్చుకుపోతుంది మరియు తక్కువ వికీర్ణాన్ని కలిగి ఉంటుంది అనే వాస్తవాన్ని ప్రజలు సాధారణంగా ఉపయోగించుకుంటారు. ఉదాహరణకు, సంబంధిత హైపర్‌స్పెక్ట్రల్ ఇమేజింగ్ అప్లికేషన్‌లలో, ప్రతి పిక్సెల్ (లేదా వోక్సెల్)కి సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ నుండి మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ వర్ణపట సమాచారాన్ని అందిస్తుంది.

ఫైబర్ లేజర్‌ల వంటి మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లేజర్ మూలాల యొక్క నిరంతర అభివృద్ధి కారణంగా, నాన్-మెటాలిక్ లేజర్ మెటీరియల్స్ ప్రాసెసింగ్ అప్లికేషన్‌లు మరింత ఆచరణాత్మకంగా మారుతున్నాయి. సాధారణంగా, వ్యక్తులు పదార్థాలను ఎంపికగా తొలగించడానికి, పాలిమర్ ఫిల్మ్‌ల వంటి నిర్దిష్ట పదార్థాల ద్వారా ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లైట్‌ను బలంగా శోషించడాన్ని సద్వినియోగం చేసుకుంటారు.

ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో ఎలక్ట్రోడ్‌ల కోసం ఉపయోగించే ఇండియమ్ టిన్ ఆక్సైడ్ (ITO) పారదర్శక వాహక ఫిల్మ్‌లను సెలెక్టివ్ లేజర్ అబ్లేషన్ ద్వారా నిర్మించాల్సిన అవసరం ఉంది. మరొక ఉదాహరణ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లపై పూతలను ఖచ్చితంగా తొలగించడం. అటువంటి అనువర్తనాల కోసం ఈ బ్యాండ్‌లో అవసరమైన శక్తి స్థాయిలు సాధారణంగా లేజర్ కట్టింగ్ వంటి అనువర్తనాలకు అవసరమైన వాటి కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటాయి.

హీట్-సీకింగ్ క్షిపణులకు వ్యతిరేకంగా డైరెక్షనల్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ కౌంటర్‌మెజర్‌ల కోసం మిలిటరీకి సమీపంలో-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ నుండి మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లైట్ సోర్స్‌లను కూడా ఉపయోగిస్తారు. ఇన్‌ఫ్రారెడ్ కెమెరాలను బ్లైండ్ చేయడానికి అనువైన అధిక అవుట్‌పుట్ పవర్‌తో పాటు, ఇన్‌ఫ్రారెడ్ డిటెక్టర్‌లను రక్షించకుండా సాధారణ నాచ్డ్ ఫిల్టర్‌లను నిరోధించడానికి వాతావరణ ప్రసార బ్యాండ్‌లో (సుమారు 3-4 μm మరియు 8-13 μm) విస్తృత స్పెక్ట్రల్ కవరేజ్ కూడా అవసరం.

పైన వివరించిన వాతావరణ ప్రసార విండోను డైరెక్షనల్ కిరణాల ద్వారా ఫ్రీ-స్పేస్ ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్‌ల కోసం కూడా ఉపయోగించవచ్చు మరియు క్వాంటం క్యాస్కేడ్ లేజర్‌లు ఈ ప్రయోజనం కోసం అనేక అప్లికేషన్‌లలో ఉపయోగించబడతాయి.

కొన్ని సందర్భాల్లో, మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ అల్ట్రాషార్ట్ పల్స్ అవసరం. ఉదాహరణకు, లేజర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలో మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఫ్రీక్వెన్సీ దువ్వెనలను ఉపయోగించవచ్చు లేదా లేసింగ్ కోసం అల్ట్రాషార్ట్ పల్స్‌ల అధిక పీక్ ఇంటెన్సిటీలను ఉపయోగించుకోవచ్చు. ఇది మోడ్-లాక్ చేయబడిన లేజర్‌తో రూపొందించబడుతుంది.

ప్రత్యేకించి, సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ నుండి మధ్య-పరారుణ కాంతి వనరుల కోసం, కొన్ని అప్లికేషన్‌లు తరంగదైర్ఘ్యాలు లేదా తరంగదైర్ఘ్యం ట్యూనబిలిటీని స్కాన్ చేయడానికి ప్రత్యేక అవసరాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు ఈ అనువర్తనాల్లో సమీప-పరారుణ నుండి మధ్య-పరారుణ తరంగదైర్ఘ్యం ట్యూనబుల్ లేజర్‌లు కూడా చాలా ముఖ్యమైన పాత్రను పోషిస్తాయి.

ఉదాహరణకు, స్పెక్ట్రోస్కోపీలో, మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ట్యూనబుల్ లేజర్‌లు గ్యాస్ సెన్సింగ్, ఎన్విరాన్‌మెంటల్ మానిటరింగ్ లేదా రసాయన విశ్లేషణలో అవసరమైన సాధనాలు. శాస్త్రవేత్తలు నిర్దిష్ట పరమాణు శోషణ రేఖలను గుర్తించడానికి లేజర్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని మధ్య-పరారుణ శ్రేణిలో ఖచ్చితంగా ఉంచడానికి సర్దుబాటు చేస్తారు. ఈ విధంగా, వారు రహస్యాలతో కూడిన కోడ్ పుస్తకాన్ని పగులగొట్టడం వంటి పదార్థం యొక్క కూర్పు మరియు లక్షణాల గురించి వివరణాత్మక సమాచారాన్ని పొందవచ్చు.

మెడికల్ ఇమేజింగ్ రంగంలో, మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ట్యూనబుల్ లేజర్‌లు కూడా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. అవి నాన్-ఇన్వాసివ్ డయాగ్నొస్టిక్ మరియు ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. లేజర్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని ఖచ్చితంగా ట్యూన్ చేయడం ద్వారా, మధ్య-పరారుణ కాంతి జీవ కణజాలంలోకి చొచ్చుకుపోతుంది, ఫలితంగా అధిక-రిజల్యూషన్ చిత్రాలు ఏర్పడతాయి. మానవ శరీరం యొక్క అంతర్గత రహస్యాలలోకి ఒక మాయా కాంతి వంటి వ్యాధులు మరియు అసాధారణతలను గుర్తించడం మరియు నిర్ధారించడం కోసం ఇది చాలా ముఖ్యం.

మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ట్యూనబుల్ లేజర్‌ల అప్లికేషన్ నుండి రక్షణ మరియు భద్రత రంగం కూడా విడదీయరానిది. ఈ లేజర్‌లు ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ప్రతిఘటనలో కీలకపాత్ర పోషిస్తాయి, ముఖ్యంగా వేడిని కోరుకునే క్షిపణులకు వ్యతిరేకంగా. ఉదాహరణకు, డైరెక్షనల్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ కౌంటర్‌మెజర్స్ సిస్టమ్ (DIRCM) విమానాలను క్షిపణుల ద్వారా ట్రాక్ చేయకుండా మరియు దాడి చేయకుండా కాపాడుతుంది. లేజర్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని త్వరగా సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా, ఈ వ్యవస్థలు ఇన్‌కమింగ్ క్షిపణుల మార్గదర్శక వ్యవస్థకు ఆటంకం కలిగిస్తాయి మరియు ఆకాశాన్ని రక్షించే మాయా కత్తిలాగా యుద్ధం యొక్క ఆటుపోట్లను తక్షణమే మార్చగలవు.

రిమోట్ సెన్సింగ్ టెక్నాలజీ అనేది భూమిని పరిశీలించడానికి మరియు పర్యవేక్షించడానికి ఒక ముఖ్యమైన సాధనం, ఇందులో ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ట్యూనబుల్ లేజర్‌లు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. పర్యావరణ పర్యవేక్షణ, వాతావరణ పరిశోధన మరియు భూమి పరిశీలన వంటి రంగాలన్నీ ఈ లేజర్‌ల వినియోగంపై ఆధారపడతాయి. మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ట్యూనబుల్ లేజర్‌లు వాతావరణంలోని నిర్దిష్ట వాయువుల శోషణ రేఖలను కొలవడానికి శాస్త్రవేత్తలను ఎనేబుల్ చేస్తాయి, ప్రకృతి రహస్యాలపై అంతర్దృష్టులను అందించే మ్యాజిక్ మిర్రర్ వంటి వాతావరణ పరిశోధన, కాలుష్య పర్యవేక్షణ మరియు వాతావరణ అంచనాలకు సహాయపడటానికి విలువైన డేటాను అందిస్తాయి.

పారిశ్రామిక సెట్టింగులలో, మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ట్యూనబుల్ లేజర్‌లు ఖచ్చితమైన మెటీరియల్ ప్రాసెసింగ్ కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి. నిర్దిష్ట పదార్థాల ద్వారా బలంగా గ్రహించబడే తరంగదైర్ఘ్యాలకు లేజర్‌లను ట్యూన్ చేయడం ద్వారా, అవి ఎంపిక చేసిన అబ్లేషన్, కటింగ్ లేదా వెల్డింగ్‌ను ప్రారంభిస్తాయి. ఇది ఎలక్ట్రానిక్స్, సెమీకండక్టర్స్ మరియు మైక్రోమచినింగ్ వంటి రంగాలలో ఖచ్చితమైన తయారీని అనుమతిస్తుంది. మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ట్యూనబుల్ లేజర్ చక్కగా పాలిష్ చేయబడిన చెక్కిన కత్తి లాంటిది, పరిశ్రమను చక్కగా చెక్కిన ఉత్పత్తులను రూపొందించడానికి మరియు సాంకేతికత యొక్క ప్రకాశాన్ని చూపడానికి అనుమతిస్తుంది.