红外激光的产生与应用
2021-11-26
来源:光电资讯
在激光领域中,红外波段的定义是波长为图片的激光。红外激光在军事领域以及在民用领域均具有十分广泛的应用,这是由于红外波段的特性决定的。
随着红外激光技术研究的不断进步,红外激光的产生方法也逐步获得拓展,目前主要通过掺杂离子的直接发射、半导体技术和非线性技术等手段。
(1)掺杂离子的直接发射:离子当中存在着不同的能级,电子在能级之间跃迁,会发射出具有中红外波段的能量的光子,从而形成激光。其中优秀的掺杂离子激光器中激活的离子需要具备三个条件:
①具有能级结构,拥有亚稳态。
②为了能够大幅度提高泵浦光源转换的效率,应该选择具有较强的光吸收带隙宽度的激活离子。
③荧光量子效率较高。掺杂离子直接发射的激光器虽然光转换效率比较高,但是受到材料特性的限制,只能获得较小波段范围的激光。
(2)半导体技术。传统的半导体激光器是通过电子和空穴的复合,使辐射出的光子形成激光。量子级联技术出现以后,使得量子效率与输出功率可以进一步获得提升,与此同时延伸了输出激光的波长区间。此类器件效率高,输出波长范围广,但是输出功率比较低,而且需要在低温环境运行。
(3)非线性频率转换技术。利用该技术,可以有效将离子直接发射的激光进行频率的变换,从而有效地使激光的波段扩大。同时可以实现激光器的小型化、全固化,并且输出大功率的激光。
由于红外波段位于大气吸收窗口,是热辐射能量较为集中的区域,且对水的吸收十分强烈,因此广泛应用于各种领域。
(1)红外制导导弹,使用了红外探测器获取并且追踪目标所发出的热辐射能量,实现寻找并且制导,可以实现精确打击。红外制导导弹已经从第一代美国研发的“响尾蛇”AM-9B系列空空导弹,到第二代英国的“红头”导弹和发过的“马特拉”R530导弹,到第三代的苏联P-73导弹。前三代受限于红外点源寻技术,无法区分多目标。自二十世纪七十年代,第四代红外凝视成像技术,将热目标作为扩展源处理,带来了红外制导导弹的变革。第四代典型的代表以色列的“怪蛇”-4/5导弹。
(2)红外激光雷达。利用了激光亮度高、单色性优异、方向性强的优点。在高度成像方面取得非常大的优势,将分辨率提升至厘米甚至毫米的级别,与之前的微波雷达对比,高了接近100倍;而测量角速度方面也比微波雷达高1000倍以上。同时因为中红外波段位于最小的大气吸收窗口,能有效地提高测量的准确度。
(3)红外激光通信。激光作为信息载体由于承载的信息量大大提高,因而可以很大程度上丰富通信的方式。但是传统的激光源会受到较强的大气吸收和散射,使得通信的距离大大降低,所以传统的激光通信无法完全取代无线电通信。但是位于大气吸收窗口的红外激光则受到较少的大气吸收以及散射,能使激光通信迎来新时代。
另外红外激光还应用于医疗和环境监测等领域。