Laser merdu inframerah-dekat hingga inframerah-tengah

Definisi rentang spektral yang berbeda.

Secara umum, ketika orang berbicara tentang sumber cahaya inframerah, yang mereka maksud adalah cahaya dengan panjang gelombang vakum lebih besar dari ~700–800 nm (batas atas rentang panjang gelombang tampak).

Batas bawah panjang gelombang tertentu tidak didefinisikan dengan jelas dalam uraian ini karena persepsi mata manusia terhadap inframerah perlahan-lahan menurun dan tidak terputus.

Misalnya respon cahaya pada 700 nm terhadap mata manusia sudah sangat rendah, namun jika cahayanya cukup kuat, mata manusia bahkan dapat melihat cahaya yang dipancarkan oleh beberapa dioda laser dengan panjang gelombang melebihi 750 nm, yang juga menghasilkan inframerah. laser merupakan risiko keamanan. --Meskipun tidak terlalu terang di mata manusia, kekuatan sebenarnya mungkin sangat tinggi.

Demikian pula, seperti rentang batas bawah sumber cahaya inframerah (700~800 nm), rentang definisi batas atas sumber cahaya inframerah juga tidak pasti. Secara umum, ukurannya sekitar 1 mm.

Berikut adalah beberapa definisi umum dari pita inframerah:

Wilayah spektral inframerah dekat (juga disebut IR-A), kisaran ~750-1400 nm.

Laser yang dipancarkan di wilayah panjang gelombang ini rentan terhadap kebisingan dan masalah keamanan mata manusia, karena fungsi pemfokusan mata manusia kompatibel dengan rentang cahaya inframerah-dekat dan cahaya tampak, sehingga sumber cahaya pita inframerah-dekat dapat ditransmisikan dan difokuskan ke retina sensitif dengan cara yang sama, tetapi pita cahaya inframerah-dekat tidak memicu refleks kedipan pelindung. Akibatnya, retina mata manusia rusak akibat energi berlebih akibat ketidakpekaan. Oleh karena itu, saat menggunakan sumber cahaya pada pita ini, perhatian penuh harus diberikan pada pelindung mata.

Inframerah dengan panjang gelombang pendek (SWIR, IR-B) berkisar antara 1,4-3 μm.

Area ini relatif aman bagi mata karena cahaya ini diserap mata sebelum mencapai retina. Misalnya, penguat serat yang didoping erbium yang digunakan dalam komunikasi serat optik beroperasi di wilayah ini.

Kisaran inframerah gelombang menengah (MWIR) adalah 3-8 μm.

Atmosfer menunjukkan daya serap yang kuat di beberapa bagian wilayah; banyak gas di atmosfer yang memiliki garis serapan pada pita ini, seperti karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O). Juga karena banyak gas yang menunjukkan serapan kuat pada pita ini Karakteristik serapan yang kuat membuat wilayah spektral ini banyak digunakan untuk mendeteksi gas di atmosfer.

Kisaran inframerah gelombang panjang (LWIR) adalah 8-15 μm.

Berikutnya adalah inframerah jauh (FIR) yang berkisar antara 15 μm-1 mm (namun ada juga definisi yang dimulai dari 50 μm, lihat ISO 20473). Wilayah spektral ini terutama digunakan untuk pencitraan termal.

Artikel ini bertujuan untuk membahas pemilihan laser dengan panjang gelombang merdu broadband dengan sumber cahaya inframerah dekat hingga inframerah tengah, yang mungkin mencakup inframerah dengan panjang gelombang pendek di atas (SWIR, IR-B, berkisar antara 1,4-3 μm) dan bagian dari inframerah gelombang menengah (MWIR, kisaran 3-8 μm).

Aplikasi khas

Penerapan umum sumber cahaya pada pita ini adalah identifikasi spektrum serapan laser pada gas jejak (misalnya penginderaan jauh dalam diagnosis medis dan pemantauan lingkungan). Di sini, analisis memanfaatkan pita serapan yang kuat dan khas dari banyak molekul di wilayah spektral inframerah tengah, yang berfungsi sebagai "sidik jari molekul". Meskipun kita juga dapat mempelajari beberapa molekul ini melalui jalur serapan pan di wilayah inframerah-dekat, karena sumber laser inframerah-dekat lebih mudah disiapkan, terdapat keuntungan menggunakan jalur serapan fundamental yang kuat di wilayah inframerah-tengah dengan sensitivitas lebih tinggi. .

Dalam pencitraan inframerah-tengah, sumber cahaya pada pita ini juga digunakan. Orang-orang biasanya memanfaatkan fakta bahwa cahaya inframerah-tengah dapat menembus lebih dalam ke material dan memiliki hamburan yang lebih sedikit. Misalnya, dalam aplikasi pencitraan hiperspektral terkait, inframerah dekat hingga inframerah tengah dapat memberikan informasi spektral untuk setiap piksel (atau voxel).

Karena terus berkembangnya sumber laser inframerah-tengah, seperti laser serat, aplikasi pemrosesan bahan laser non-logam menjadi semakin praktis. Biasanya, orang memanfaatkan kuatnya penyerapan sinar infra merah oleh bahan tertentu, seperti film polimer, untuk menghilangkan bahan secara selektif.

Kasus tipikal adalah film konduktif transparan indium tin oxide (ITO) yang digunakan untuk elektroda pada perangkat elektronik dan optoelektronik perlu disusun dengan ablasi laser selektif. Contoh lainnya adalah pengupasan lapisan serat optik secara presisi. Tingkat daya yang diperlukan pada pita ini untuk aplikasi semacam itu biasanya jauh lebih rendah dibandingkan yang diperlukan untuk aplikasi seperti pemotongan laser.

Sumber cahaya inframerah-dekat hingga inframerah-tengah juga digunakan oleh militer untuk tindakan pencegahan inframerah terarah terhadap rudal pencari panas. Selain daya keluaran lebih tinggi yang cocok untuk membutakan kamera inframerah, cakupan spektral luas dalam pita transmisi atmosfer (sekitar 3-4 μm dan 8-13 μm) juga diperlukan untuk mencegah filter berlekuk sederhana melindungi detektor inframerah.

Jendela transmisi atmosfer yang dijelaskan di atas juga dapat digunakan untuk komunikasi optik ruang bebas melalui sinar terarah, dan laser kaskade kuantum digunakan dalam banyak aplikasi untuk tujuan ini.

Dalam beberapa kasus, pulsa ultrashort inframerah-tengah diperlukan. Misalnya, seseorang dapat menggunakan sisir frekuensi inframerah-tengah dalam spektroskopi laser, atau memanfaatkan intensitas puncak pulsa ultrashort yang tinggi untuk penguat. Ini dapat dihasilkan dengan laser mode-terkunci.

Khususnya, untuk sumber cahaya inframerah-dekat hingga inframerah-tengah, beberapa aplikasi memiliki persyaratan khusus untuk memindai panjang gelombang atau kemampuan penyesuaian panjang gelombang, dan laser merdu dengan panjang gelombang inframerah-dekat hingga inframerah-tengah juga memainkan peranan yang sangat penting dalam aplikasi-aplikasi ini.

Misalnya, dalam spektroskopi, laser merdu inframerah-tengah merupakan alat penting, baik dalam penginderaan gas, pemantauan lingkungan, atau analisis kimia. Para ilmuwan menyesuaikan panjang gelombang laser agar secara tepat memposisikannya dalam rentang inframerah tengah guna mendeteksi garis serapan molekul tertentu. Dengan cara ini, mereka dapat memperoleh informasi rinci tentang komposisi dan sifat materi, seperti memecahkan buku kode yang penuh rahasia.

Di bidang pencitraan medis, laser merdu inframerah-tengah juga memainkan peran penting. Mereka banyak digunakan dalam teknologi diagnostik dan pencitraan non-invasif. Dengan menyetel panjang gelombang laser secara tepat, cahaya inframerah tengah dapat menembus jaringan biologis, menghasilkan gambar beresolusi tinggi. Hal ini penting untuk mendeteksi dan mendiagnosis penyakit dan kelainan, seperti cahaya ajaib yang mengintip ke dalam rahasia terdalam tubuh manusia.

Bidang pertahanan dan keamanan juga tidak terlepas dari penerapan mid-infrared merdu laser. Laser ini memainkan peran penting dalam penanggulangan inframerah, terutama terhadap rudal pencari panas. Misalnya, Sistem Penanggulangan Inframerah Terarah (DIRCM) dapat melindungi pesawat agar tidak terlacak dan diserang oleh rudal. Dengan menyesuaikan panjang gelombang laser secara cepat, sistem ini dapat mengganggu sistem panduan rudal yang masuk dan langsung membalikkan keadaan pertempuran, seperti pedang ajaib yang menjaga langit.

Teknologi penginderaan jauh merupakan sarana penting dalam mengamati dan memantau bumi, di mana laser inframerah memainkan peran kuncinya. Bidang-bidang seperti pemantauan lingkungan, penelitian atmosfer, dan observasi bumi semuanya bergantung pada penggunaan laser ini. Laser merdu inframerah-tengah memungkinkan para ilmuwan mengukur garis penyerapan gas tertentu di atmosfer, memberikan data berharga untuk membantu penelitian iklim, pemantauan polusi, dan prakiraan cuaca, seperti cermin ajaib yang memberikan wawasan tentang misteri alam.

Dalam lingkungan industri, laser merdu inframerah-tengah banyak digunakan untuk pemrosesan material yang presisi. Dengan menyetel laser ke panjang gelombang yang sangat diserap oleh bahan tertentu, laser memungkinkan ablasi, pemotongan, atau pengelasan selektif. Hal ini memungkinkan manufaktur presisi di berbagai bidang seperti elektronik, semikonduktor, dan mesin mikro. Laser merdu inframerah-tengah seperti pisau pahat yang dipoles halus, memungkinkan industri mengukir produk yang diukir dengan halus dan menunjukkan kecemerlangan teknologi.