Hvorfor er de klassiske infrarøde bølgelængder 808nm, 1064nm og 1550nm?

1. Lyskilde (laser)

De grundlæggende komponenter i enlaserkan opdeles i tre dele: en pumpekilde (som giver energi til at opnå populationsinversion i arbejdsmediet); et arbejdsmedium (som har en passende energiniveaustruktur, der muliggør populationsinversion under påvirkning af pumpen, hvilket tillader elektroner at gå fra høje energiniveauer til det lavere niveau og frigive energi i form af fotoner); og et resonanshulrum.

Arbejdsmediets egenskaber bestemmer bølgelængden af ​​det udsendte laserlys.

Mainstreamlaseren med en 808nm bølgelængde er en halvlederlaser. Halvlederens båndgab-energi bestemmer bølgelængden af ​​det udsendte laserlys, hvilket gør 808 nm til en relativt almindelig driftsbølgelængde. 808nm typen af ​​halvlederlaser er også en af ​​de tidligste og mest intensivt undersøgte. Dens aktive region består af enten aluminiumholdige materialer (såsom InAlGaAs) eller aluminiumfrie materialer (såsom GaAsP). Denne type laser giver fordele såsom lav pris, høj effektivitet og lang levetid.

1064nm er også en klassisk bølgelængde for solid-state lasere. Arbejdsmaterialet er en neodym (Nd)-doteret YAG (yttrium aluminium granat Y3AI5012) krystal. Aluminiumionerne i YAG-krystallen interagerer synergistisk med de Nd-doterede kationer, hvilket skaber en passende rumlig struktur og energibåndstruktur. Under påvirkning af excitationsenergi exciteres Nd-kationerne til en exciteret tilstand, undergår radioaktive overgange og genererer lasering. Desuden tilbyder Nd:YAG-krystaller fremragende stabilitet og en relativt lang levetid.

1550nm lasere kan også genereres ved hjælp af halvlederlasere. Almindeligt anvendte halvledermaterialer omfatter InGaAsP, InGaAsN og InGaAlAs.

2. Anvendelser og applikationer

Det infrarøde bånd har adskillige applikationer, såsom optisk kommunikation, sundhedspleje, biomedicinsk billedbehandling, laserbehandling og mere.

Tag optisk kommunikation som et eksempel. Nuværende fiberoptisk kommunikation bruger kvartsfiber. For at sikre, at lys kan transportere information over lange afstande uden tab, må vi overveje, hvilke bølgelængder af lys der bedst transmitteres gennem fiberen.

I det nær-infrarøde bånd falder tabet af almindelige kvartsfibre med stigende bølgelængde, eksklusive urenhedsabsorptionstoppe. Tre bølgelængde "vinduer" med meget lavt tab eksisterer ved 0,85 μm, 1,31 μm og 1,55 μm. Lyskildelaserens emissionsbølgelængde og fotodetektorfotodiodens bølgelængderespons skal flugte med disse tre bølgelængdevinduer. Specifikt under laboratorieforhold har tabet ved 1,55 μm nået 0,1419 dB/km, hvilket nærmer sig den teoretiske tabsgrænse for kvartsfiber.

Lys i dette bølgelængdeområde kan trænge relativt godt ind i biologisk væv og har anvendelser inden for områder som fototermisk terapi. For eksempel beskriver Yue et al. konstruerede heparin-folat-målrettede nanopartikler ved hjælp af cyanin nær-infrarødt farvestof IR780, som har en maksimal absorptionsbølgelængde på cirka 780 nm og en emissionsbølgelængde på 807 nm. Ved en koncentration på 10 mg/ml øgede laserbestråling (808 nm laser, 0,6 W/cm² effekttæthed) i 2 minutter temperaturen fra 23°C til 42°C. En dosis på 1,4 mg/kg blev administreret til mus, der bar folatreceptor-positive MCF-7-tumorer, og tumorerne blev bestrålet med 808 nm laserlys (0,8 W/cm2) i 5 minutter. Signifikant tumorsvind blev observeret i løbet af de følgende dage.

Andre applikationer omfatter infrarød lidar. Det nuværende 905 nm bølgelængdebånd har svage vejrinterferensevner og utilstrækkelig indtrængning i regn og tåge. Laserstråling ved 1,5 μm falder inden for det atmosfæriske vindue på 1,5-1,8 μm, hvilket resulterer i lav dæmpning i luft. Ydermere falder 905 nm inden for det øjenfarlige bånd, hvilket kræver effektbegrænsning for at minimere skader. 1550 nm er dog øjensikkert, så det finder også anvendelse i lidar.

Sammenfattende,lasereved disse bølgelængder er både modne og omkostningseffektive, og de udviser fremragende ydeevne i forskellige applikationer. Disse faktorer kombineret har ført til den udbredte brug af lasere i disse bølgelængder.