निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त ट्यून करने योग्य लेजर

विभिन्न वर्णक्रमीय श्रेणी परिभाषाएँ।

सामान्यतया, जब लोग अवरक्त प्रकाश स्रोतों के बारे में बात करते हैं, तो वे ~700-800 एनएम (दृश्यमान तरंगदैर्घ्य सीमा की ऊपरी सीमा) से अधिक वैक्यूम तरंगदैर्घ्य वाले प्रकाश का उल्लेख कर रहे होते हैं।

इस विवरण में विशिष्ट तरंग दैर्ध्य निचली सीमा को स्पष्ट रूप से परिभाषित नहीं किया गया है क्योंकि मानव आंख की अवरक्त की धारणा चट्टान पर कटने के बजाय धीरे-धीरे कम हो जाती है।

उदाहरण के लिए, मानव आंख के लिए 700 एनएम पर प्रकाश की प्रतिक्रिया पहले से ही बहुत कम है, लेकिन यदि प्रकाश पर्याप्त मजबूत है, तो मानव आंख 750 एनएम से अधिक तरंग दैर्ध्य वाले कुछ लेजर डायोड द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को भी देख सकती है, जो अवरक्त भी बनाता है लेजर एक सुरक्षा जोखिम है। --भले ही यह मानव आंखों के लिए बहुत उज्ज्वल न हो, इसकी वास्तविक शक्ति बहुत अधिक हो सकती है।

इसी प्रकार, इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोत की निचली सीमा सीमा (700~800 एनएम) की तरह, इन्फ्रारेड प्रकाश स्रोत की ऊपरी सीमा परिभाषा सीमा भी अनिश्चित है। सामान्यतया, यह लगभग 1 मिमी है।

यहाँ इन्फ्रारेड बैंड की कुछ सामान्य परिभाषाएँ दी गई हैं:

निकट-अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्र (जिसे आईआर-ए भी कहा जाता है), सीमा ~750-1400 एनएम।

इस तरंग दैर्ध्य क्षेत्र में उत्सर्जित लेजर शोर और मानव आंखों की सुरक्षा के मुद्दों से ग्रस्त हैं, क्योंकि मानव आंख फोकसिंग फ़ंक्शन निकट-अवरक्त और दृश्य प्रकाश श्रेणियों के साथ संगत है, ताकि निकट-अवरक्त बैंड प्रकाश स्रोत को प्रसारित और केंद्रित किया जा सके उसी तरह से संवेदनशील रेटिना, लेकिन निकट-अवरक्त बैंड प्रकाश सुरक्षात्मक ब्लिंक रिफ्लेक्स को ट्रिगर नहीं करता है। परिणामस्वरूप, असंवेदनशीलता के कारण अत्यधिक ऊर्जा से मानव आँख की रेटिना क्षतिग्रस्त हो जाती है। इसलिए, इस बैंड में प्रकाश स्रोतों का उपयोग करते समय आंखों की सुरक्षा पर पूरा ध्यान देना चाहिए।

लघु तरंग दैर्ध्य इन्फ्रारेड (SWIR, IR-B) की सीमा 1.4-3 μm तक होती है।

यह क्षेत्र आँखों के लिए अपेक्षाकृत सुरक्षित है क्योंकि यह प्रकाश रेटिना तक पहुँचने से पहले ही आँख द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। उदाहरण के लिए, फाइबर ऑप्टिक संचार में उपयोग किए जाने वाले एर्बियम-डॉप्ड फाइबर एम्पलीफायर इस क्षेत्र में काम करते हैं।

मिड-वेव इन्फ्रारेड (MWIR) रेंज 3-8 μm है।

क्षेत्र के कुछ हिस्सों में वातावरण मजबूत अवशोषण दर्शाता है; इस बैंड में कई वायुमंडलीय गैसों की अवशोषण रेखाएँ होंगी, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और जल वाष्प (H2O)। इसके अलावा, क्योंकि कई गैसें इस बैंड में मजबूत अवशोषण प्रदर्शित करती हैं। मजबूत अवशोषण विशेषताएं इस वर्णक्रमीय क्षेत्र को वायुमंडल में गैस का पता लगाने के लिए व्यापक रूप से उपयोग करती हैं।

लॉन्ग वेव इंफ्रारेड (LWIR) रेंज 8-15 μm है।

अगला सुदूर अवरक्त (एफआईआर) है, जो 15 μm-1 मिमी तक होता है (लेकिन 50 μm से शुरू होने वाली परिभाषाएँ भी हैं, ISO 20473 देखें)। इस वर्णक्रमीय क्षेत्र का उपयोग मुख्य रूप से थर्मल इमेजिंग के लिए किया जाता है।

इस लेख का उद्देश्य निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतों के साथ ब्रॉडबैंड ट्यून करने योग्य तरंग दैर्ध्य लेजर के चयन पर चर्चा करना है, जिसमें उपरोक्त लघु-तरंग दैर्ध्य अवरक्त (एसडब्ल्यूआईआर, आईआर-बी, 1.4-3 माइक्रोन से लेकर) और का हिस्सा शामिल हो सकता है। मिड-वेव इन्फ्रारेड (MWIR, रेंज 3-8 μm है)।

ठेठ आवेदन

इस बैंड में प्रकाश स्रोतों का एक विशिष्ट अनुप्रयोग ट्रेस गैसों में लेजर अवशोषण स्पेक्ट्रा की पहचान है (उदाहरण के लिए चिकित्सा निदान और पर्यावरण निगरानी में रिमोट सेंसिंग)। यहां, विश्लेषण मध्य-अवरक्त वर्णक्रमीय क्षेत्र में कई अणुओं के मजबूत और विशिष्ट अवशोषण बैंड का लाभ उठाता है, जो "आणविक उंगलियों के निशान" के रूप में काम करते हैं। हालाँकि इनमें से कुछ अणुओं का अध्ययन निकट-अवरक्त क्षेत्र में पैन-अवशोषण लाइनों के माध्यम से भी किया जा सकता है, क्योंकि निकट-अवरक्त लेजर स्रोतों को तैयार करना आसान है, उच्च संवेदनशीलता के साथ मध्य-अवरक्त क्षेत्र में मजबूत मौलिक अवशोषण लाइनों का उपयोग करने के फायदे हैं। .

मध्य-अवरक्त इमेजिंग में, इस बैंड में प्रकाश स्रोतों का भी उपयोग किया जाता है। लोग आमतौर पर इस तथ्य का लाभ उठाते हैं कि मध्य-अवरक्त प्रकाश सामग्री में गहराई तक प्रवेश कर सकता है और कम बिखरता है। उदाहरण के लिए, संबंधित हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग अनुप्रयोगों में, निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रत्येक पिक्सेल (या स्वर) के लिए वर्णक्रमीय जानकारी प्रदान कर सकता है।

फाइबर लेजर जैसे मध्य-अवरक्त लेजर स्रोतों के निरंतर विकास के कारण, गैर-धातु लेजर सामग्री प्रसंस्करण अनुप्रयोग अधिक से अधिक व्यावहारिक होते जा रहे हैं। आमतौर पर, लोग चुनिंदा सामग्रियों को हटाने के लिए कुछ सामग्रियों, जैसे पॉलिमर फिल्मों, द्वारा अवरक्त प्रकाश के मजबूत अवशोषण का लाभ उठाते हैं।

एक विशिष्ट मामला यह है कि इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में इलेक्ट्रोड के लिए उपयोग की जाने वाली इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) पारदर्शी प्रवाहकीय फिल्मों को चयनात्मक लेजर एब्लेशन द्वारा संरचित करने की आवश्यकता होती है। एक अन्य उदाहरण ऑप्टिकल फाइबर पर कोटिंग्स की सटीक स्ट्रिपिंग है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए इस बैंड में आवश्यक शक्ति स्तर आमतौर पर लेजर कटिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बिजली के स्तर से बहुत कम है।

गर्मी चाहने वाली मिसाइलों के खिलाफ दिशात्मक अवरक्त जवाबी उपायों के लिए सेना द्वारा निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतों का भी उपयोग किया जाता है। इन्फ्रारेड कैमरों को अंधा करने के लिए उपयुक्त उच्च आउटपुट पावर के अलावा, सरल नोकदार फिल्टर को इन्फ्रारेड डिटेक्टरों की सुरक्षा से रोकने के लिए वायुमंडलीय ट्रांसमिशन बैंड (लगभग 3-4 माइक्रोमीटर और 8-13 माइक्रोमीटर) के भीतर व्यापक वर्णक्रमीय कवरेज की भी आवश्यकता होती है।

ऊपर वर्णित वायुमंडलीय ट्रांसमिशन विंडो का उपयोग दिशात्मक बीम के माध्यम से मुक्त-अंतरिक्ष ऑप्टिकल संचार के लिए भी किया जा सकता है, और इस उद्देश्य के लिए कई अनुप्रयोगों में क्वांटम कैस्केड लेजर का उपयोग किया जाता है।

कुछ मामलों में, मध्य-अवरक्त अल्ट्राशॉर्ट दालों की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कोई लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी में मध्य-अवरक्त आवृत्ति कॉम्ब्स का उपयोग कर सकता है, या लेज़िंग के लिए अल्ट्राशॉर्ट पल्स की उच्च शिखर तीव्रता का उपयोग कर सकता है। इसे मोड-लॉक लेजर से तैयार किया जा सकता है।

विशेष रूप से, निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त प्रकाश स्रोतों के लिए, कुछ अनुप्रयोगों में तरंग दैर्ध्य या तरंग दैर्ध्य ट्यूनेबिलिटी को स्कैन करने के लिए विशेष आवश्यकताएं होती हैं, और निकट-अवरक्त से मध्य-अवरक्त तरंग दैर्ध्य ट्यून करने योग्य लेजर भी इन अनुप्रयोगों में एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

उदाहरण के लिए, स्पेक्ट्रोस्कोपी में, मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर आवश्यक उपकरण हैं, चाहे गैस सेंसिंग, पर्यावरण निगरानी, ​​या रासायनिक विश्लेषण में। विशिष्ट आणविक अवशोषण रेखाओं का पता लगाने के लिए वैज्ञानिक लेजर की तरंग दैर्ध्य को मध्य-अवरक्त रेंज में सटीक रूप से स्थापित करने के लिए समायोजित करते हैं। इस तरह, वे रहस्यों से भरी एक कोड बुक को क्रैक करने की तरह, पदार्थ की संरचना और गुणों के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्त कर सकते हैं।

चिकित्सा इमेजिंग के क्षेत्र में, मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इनका व्यापक रूप से गैर-आक्रामक निदान और इमेजिंग प्रौद्योगिकियों में उपयोग किया जाता है। लेजर की तरंग दैर्ध्य को सटीक रूप से ट्यून करके, मध्य-अवरक्त प्रकाश जैविक ऊतक में प्रवेश कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियां प्राप्त होती हैं। यह बीमारियों और असामान्यताओं का पता लगाने और उनका निदान करने के लिए महत्वपूर्ण है, जैसे कि एक जादुई रोशनी मानव शरीर के आंतरिक रहस्यों को देखती है।

रक्षा और सुरक्षा का क्षेत्र भी मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर के अनुप्रयोग से अविभाज्य है। ये लेजर इन्फ्रारेड जवाबी उपायों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, खासकर गर्मी चाहने वाली मिसाइलों के खिलाफ। उदाहरण के लिए, डायरेक्शनल इन्फ्रारेड काउंटरमेजर्स सिस्टम (डीआईआरसीएम) विमान को ट्रैक किए जाने और मिसाइलों द्वारा हमला किए जाने से बचा सकता है। लेजर की तरंग दैर्ध्य को तुरंत समायोजित करके, ये सिस्टम आने वाली मिसाइलों की मार्गदर्शन प्रणाली में हस्तक्षेप कर सकते हैं और आकाश की रक्षा करने वाली जादुई तलवार की तरह तुरंत युद्ध का रुख मोड़ सकते हैं।

रिमोट सेंसिंग तकनीक पृथ्वी के अवलोकन और निगरानी का एक महत्वपूर्ण साधन है, जिसमें इन्फ्रारेड ट्यूनेबल लेजर महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। पर्यावरण निगरानी, ​​वायुमंडलीय अनुसंधान और पृथ्वी अवलोकन जैसे क्षेत्र इन लेज़रों के उपयोग पर निर्भर हैं। मध्य-अवरक्त ट्यून करने योग्य लेजर वैज्ञानिकों को वायुमंडल में गैसों की विशिष्ट अवशोषण रेखाओं को मापने में सक्षम बनाते हैं, जो जलवायु अनुसंधान, प्रदूषण निगरानी और मौसम पूर्वानुमान में मदद करने के लिए मूल्यवान डेटा प्रदान करते हैं, एक जादुई दर्पण की तरह जो प्रकृति के रहस्यों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

औद्योगिक सेटिंग्स में, सटीक सामग्री प्रसंस्करण के लिए मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। लेज़रों को तरंग दैर्ध्य में ट्यून करके जो कुछ सामग्रियों द्वारा दृढ़ता से अवशोषित होते हैं, वे चयनात्मक पृथक्करण, काटने या वेल्डिंग को सक्षम करते हैं। यह इलेक्ट्रॉनिक्स, सेमीकंडक्टर और माइक्रोमशीनिंग जैसे क्षेत्रों में सटीक विनिर्माण को सक्षम बनाता है। मध्य-अवरक्त ट्यूनेबल लेजर एक बारीक पॉलिश किए गए नक्काशी वाले चाकू की तरह है, जो उद्योग को बारीक नक्काशी वाले उत्पादों को तराशने और प्रौद्योगिकी की प्रतिभा दिखाने की अनुमति देता है।