क्लासिक इन्फ्रारेड तरंग दैर्ध्य 808nm, 1064nm, और 1550nm क्यों हैं?

1. प्रकाश स्रोत (लेजर)

ए के बुनियादी घटकलेज़रइसे तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है: एक पंप स्रोत (जो कार्यशील माध्यम में जनसंख्या व्युत्क्रम प्राप्त करने के लिए ऊर्जा प्रदान करता है); एक कामकाजी माध्यम (जिसमें एक उपयुक्त ऊर्जा स्तर की संरचना होती है जो पंप की कार्रवाई के तहत जनसंख्या व्युत्क्रमण को सक्षम बनाती है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को उच्च ऊर्जा स्तरों से निचले स्तर तक संक्रमण करने और फोटॉन के रूप में ऊर्जा जारी करने की अनुमति मिलती है); और एक गुंजायमान गुहा।

कार्यशील माध्यम के गुण उत्सर्जित लेजर प्रकाश की तरंग दैर्ध्य निर्धारित करते हैं।

808 एनएम तरंग दैर्ध्य वाला मुख्यधारा लेजर एक अर्धचालक लेजर है। सेमीकंडक्टर की बैंड गैप ऊर्जा उत्सर्जित लेजर प्रकाश की तरंग दैर्ध्य निर्धारित करती है, जिससे 808 एनएम अपेक्षाकृत सामान्य ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य बन जाता है। 808 एनएम प्रकार का सेमीकंडक्टर लेजर भी सबसे शुरुआती और सबसे गहन शोध में से एक है। इसके सक्रिय क्षेत्र में या तो एल्यूमीनियम युक्त सामग्री (जैसे InAlGaAs) या एल्यूमीनियम मुक्त सामग्री (जैसे GaAsP) शामिल हैं। इस प्रकार का लेजर कम लागत, उच्च दक्षता और लंबे जीवन जैसे लाभ प्रदान करता है।

1064nm सॉलिड-स्टेट लेज़रों के लिए भी एक क्लासिक तरंग दैर्ध्य है। कार्यशील सामग्री एक नियोडिमियम (एनडी)-डोप्ड YAG (yttrium एल्यूमीनियम गार्नेट Y3AI5012) क्रिस्टल है। YAG क्रिस्टल में एल्यूमीनियम आयन एनडी-डॉप्ड धनायनों के साथ सहक्रियात्मक रूप से संपर्क करते हैं, जिससे एक उपयुक्त स्थानिक संरचना और ऊर्जा बैंड संरचना बनती है। उत्तेजना ऊर्जा की क्रिया के तहत, एनडी धनायन उत्तेजित अवस्था में आ जाते हैं, रेडियोधर्मी संक्रमण से गुजरते हैं और लेज़िंग उत्पन्न करते हैं। इसके अलावा, Nd:YAG क्रिस्टल उत्कृष्ट स्थिरता और अपेक्षाकृत लंबा परिचालन जीवन प्रदान करते हैं।

सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग करके 1550nm लेजर भी उत्पन्न किया जा सकता है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली अर्धचालक सामग्रियों में InGaAsP, InGaAsN और InGaAlAs शामिल हैं।

2. उपयोग एवं अनुप्रयोग

इन्फ्रारेड बैंड के कई अनुप्रयोग हैं, जैसे ऑप्टिकल संचार, स्वास्थ्य देखभाल, बायोमेडिकल इमेजिंग, लेजर प्रसंस्करण, और बहुत कुछ।

उदाहरण के तौर पर ऑप्टिकल संचार को लें। वर्तमान फाइबर-ऑप्टिक संचार क्वार्ट्ज फाइबर का उपयोग करते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रकाश बिना किसी नुकसान के लंबी दूरी तक जानकारी ले जा सकता है, हमें इस बात पर विचार करना चाहिए कि प्रकाश की कौन सी तरंग दैर्ध्य फाइबर के माध्यम से सबसे अच्छी तरह प्रसारित होती है।

निकट-अवरक्त बैंड में, अशुद्धता अवशोषण शिखर को छोड़कर, बढ़ती तरंग दैर्ध्य के साथ साधारण क्वार्ट्ज फाइबर का नुकसान कम हो जाता है। बहुत कम हानि वाली तीन तरंग दैर्ध्य "विंडोज़" 0.85 μm, 1.31 μm और 1.55 μm पर मौजूद हैं। प्रकाश स्रोत लेजर की उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य और फोटोडिटेक्टर फोटोडायोड की तरंग दैर्ध्य प्रतिक्रिया इन तीन तरंग दैर्ध्य खिड़कियों के साथ संरेखित होनी चाहिए। विशेष रूप से, प्रयोगशाला स्थितियों के तहत, 1.55 माइक्रोन पर हानि 0.1419 डीबी/किमी तक पहुंच गई है, जो क्वार्ट्ज फाइबर के लिए सैद्धांतिक हानि सीमा के करीब पहुंच गई है।

इस तरंग दैर्ध्य रेंज में प्रकाश अपेक्षाकृत अच्छी तरह से जैविक ऊतकों में प्रवेश कर सकता है, और फोटोथर्मल थेरेपी जैसे क्षेत्रों में इसका अनुप्रयोग होता है। उदाहरण के लिए, यू एट अल. सायनिन निकट-अवरक्त डाई IR780 का उपयोग करके हेपरिन-फोलेट लक्षित नैनोकणों का निर्माण किया गया, जिसकी अधिकतम अवशोषण तरंग दैर्ध्य लगभग 780 एनएम और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य 807 एनएम है। 10 मिलीग्राम/एमएल की सांद्रता पर, 2 मिनट के लिए लेजर विकिरण (808 एनएम लेजर, 0.6 डब्ल्यू/सेमी² पावर घनत्व) ने तापमान 23 डिग्री सेल्सियस से 42 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ा दिया। फोलेट रिसेप्टर पॉजिटिव एमसीएफ-7 ट्यूमर वाले चूहों को 1.4 मिलीग्राम/किलोग्राम की खुराक दी गई, और ट्यूमर को 5 मिनट के लिए 808 एनएम लेजर प्रकाश (0.8 डब्ल्यू/सेमी²) से विकिरणित किया गया। अगले दिनों में महत्वपूर्ण ट्यूमर सिकुड़न देखी गई।

अन्य अनुप्रयोगों में इन्फ्रारेड लिडार शामिल है। वर्तमान 905 एनएम तरंग दैर्ध्य बैंड में कमजोर मौसम हस्तक्षेप क्षमताएं और बारिश और कोहरे में अपर्याप्त प्रवेश है। 1.5 μm पर लेजर विकिरण 1.5-1.8 μm की वायुमंडलीय विंडो के भीतर गिरता है, जिसके परिणामस्वरूप हवा में कम क्षीणन होता है। इसके अलावा, 905 एनएम आंखों के लिए खतरनाक बैंड के भीतर आता है, जिससे क्षति को कम करने के लिए बिजली की सीमा की आवश्यकता होती है। हालाँकि, 1550 एनएम आंखों के लिए सुरक्षित है, इसलिए इसका उपयोग लिडार में भी होता है।

सारांश,पराबैंगनीकिरणये तरंग दैर्ध्य परिपक्व और लागत प्रभावी दोनों हैं, और वे विभिन्न अनुप्रयोगों में उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करते हैं। इन कारकों ने मिलकर इन तरंग दैर्ध्य में लेज़रों के व्यापक उपयोग को जन्म दिया है।