طرح انتخاب لیزر قابل تنظیم نزدیک به مادون قرمز تا مادون قرمز میانی

هدف این مقاله بررسی برخی ملاحظات و پیشنهادات برنامه در هنگام انتخاب منابع نور مادون قرمز نزدیک به مادون قرمز میانی است. این مقاله عمدتاً چهار دسته اصلی نوسانگرهای پارامتری نوری (OPO)، تقویت‌کننده‌های پارامتری نوری (OPA)، لیزرهای آبشاری کوانتومی و منابع نور ابرپیوسته را به طور خلاصه معرفی و مقایسه می‌کند.

1.تعاریف محدوده طیفی مختلف

به طور کلی، وقتی مردم در مورد منابع نور مادون قرمز صحبت می کنند، منظور آنها نوری با طول موج خلاء بیش از 700 تا 800 نانومتر (حد بالای محدوده طول موج مرئی) است.

حد پایین طول موج خاص در این توصیف به وضوح تعریف نشده است زیرا درک چشم انسان از مادون قرمز به جای قطع شدن در یک صخره به آرامی کاهش می یابد.

به عنوان مثال، پاسخ نور در 700 نانومتر به چشم انسان در حال حاضر بسیار کم است، اما اگر نور به اندازه کافی قوی باشد، چشم انسان حتی می تواند نور ساطع شده توسط برخی از دیودهای لیزری با طول موج بیش از 750 نانومتر را ببیند، که مادون قرمز را نیز ایجاد می کند. لیزر یک خطر ایمنی است --حتی اگر برای چشم انسان خیلی روشن نباشد، ممکن است قدرت واقعی آن بسیار زیاد باشد.

به طور مشابه، مانند محدوده حد پایین منبع نور مادون قرمز (700 تا 800 نانومتر)، محدوده تعریف حد بالایی منبع نور مادون قرمز نیز نامشخص است. به طور کلی، حدود 1 میلی متر است.

در اینجا چند تعریف رایج از باند مادون قرمز وجود دارد:

——منطقه طیفی مادون قرمز نزدیک (که IR-A نیز نامیده می شود)، محدوده ~750-1400 نانومتر.
لیزرهای ساطع شده در این منطقه طول موج مستعد نویز و مسائل ایمنی چشم انسان هستند، زیرا عملکرد فوکوس چشم انسان با محدوده نور نزدیک به مادون قرمز و مرئی سازگار است، به طوری که منبع نور باند مادون قرمز نزدیک می تواند منتقل شود و به آن متمرکز شود. شبکیه حساس به همان روش، اما نور باند مادون قرمز نزدیک، رفلکس چشمک زدن محافظ را تحریک نمی کند. در نتیجه شبکیه چشم انسان در اثر انرژی بیش از حد به دلیل عدم حساسیت آسیب می بیند. بنابراین هنگام استفاده از منابع نور در این باند باید به محافظت از چشم توجه کامل داشت.

——محدوده مادون قرمز با طول موج کوتاه (SWIR، IR-B) از 1.{2}} میکرومتر.
این ناحیه برای چشم نسبتاً ایمن است زیرا این نور قبل از رسیدن به شبکیه توسط چشم جذب می شود. به عنوان مثال، تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم مورد استفاده در ارتباطات فیبر نوری در این منطقه کار می کنند.
——محدوده مادون قرمز موج میانی (MWIR) 3-8 میکرومتر است.
جو در بخش هایی از منطقه جذب قوی را نشان می دهد. بسیاری از گازهای اتمسفر دارای خطوط جذب در این باند هستند، مانند دی اکسید کربن (CO2) و بخار آب (H2O). همچنین به دلیل اینکه بسیاری از گازها جذب قوی در این باند از خود نشان می دهند، ویژگی های جذب قوی باعث می شود که این ناحیه طیفی به طور گسترده ای برای تشخیص گاز در جو استفاده شود.

——محدوده مادون قرمز موج بلند (LWIR) 8-15 میکرومتر است.
—— بعدی مادون قرمز دور (FIR) است که از 15 میکرومتر{1}} میلی‌متر متغیر است (اما تعاریفی نیز وجود دارد که از 50 میکرومتر شروع می‌شوند، به ISO 20473 مراجعه کنید). این ناحیه طیفی عمدتاً برای تصویربرداری حرارتی استفاده می شود.
هدف این مقاله بحث در مورد انتخاب لیزرهای با طول موج قابل تنظیم باند پهن با منابع نور نزدیک به مادون قرمز تا مادون قرمز میانی است که ممکن است شامل طول موج کوتاه مادون قرمز (SWIR، IR-B، محدوده از 14-3 میکرومتر) باشد. و بخشی از امواج مادون قرمز موج میانی (MWIR، محدوده 3-8 میکرومتر است).

2. برنامه معمولی

یک کاربرد معمولی از منابع نور در این باند، شناسایی طیف های جذب لیزر در گازهای ردیابی است (به عنوان مثال سنجش از دور در تشخیص پزشکی و پایش محیطی). در اینجا، آنالیز از نوارهای جذب قوی و مشخص بسیاری از مولکول‌ها در ناحیه طیفی مادون قرمز میانی، که به عنوان «اثر انگشت مولکولی» عمل می‌کنند، بهره می‌برد. اگرچه می توان برخی از این مولکول ها را از طریق خطوط جذب پان در ناحیه مادون قرمز نزدیک نیز مطالعه کرد، از آنجایی که منابع لیزری مادون قرمز نزدیک آسان تر آماده می شوند، استفاده از خطوط جذب بنیادی قوی در ناحیه مادون قرمز میانی با حساسیت بالاتر مزایایی دارد. .

در تصویربرداری مادون قرمز میانی از منابع نوری در این باند نیز استفاده می شود. مردم معمولاً از این واقعیت استفاده می کنند که نور مادون قرمز میانه می تواند به عمق مواد نفوذ کند و پراکندگی کمتری دارد. به عنوان مثال، در برنامه های تصویربرداری فراطیفی متناظر، مادون قرمز نزدیک تا مادون قرمز میانه می تواند اطلاعات طیفی را برای هر پیکسل (یا وکسل) ارائه دهد.

با توجه به توسعه مداوم منابع لیزر مادون قرمز میانی، مانند لیزرهای فیبر، کاربردهای پردازش مواد لیزری غیرفلزی بیشتر و کاربردی تر می شوند. به طور معمول، افراد از جذب قوی نور مادون قرمز توسط مواد خاصی مانند فیلم های پلیمری برای حذف انتخابی مواد استفاده می کنند.

یک مورد معمول این است که فیلم‌های رسانای شفاف اکسید قلع ایندیم (ITO) که برای الکترودها در دستگاه‌های الکترونیکی و اپتوالکترونیکی استفاده می‌شوند، باید توسط لیزر انتخابی ساختاردهی شوند. مثال دیگر برداشتن دقیق پوشش روی فیبرهای نوری است. سطوح توان مورد نیاز در این باند برای چنین کاربردهایی معمولاً بسیار کمتر از سطوح مورد نیاز برای کاربردهایی مانند برش لیزری است.

منابع نوری نزدیک به مادون قرمز تا مادون قرمز میانی نیز توسط ارتش برای اقدامات متقابل مادون قرمز جهت دار در برابر موشک های گرما یاب استفاده می شود. علاوه بر توان خروجی بالاتر مناسب برای کور کردن دوربین‌های مادون قرمز، پوشش طیف وسیعی در باند انتقال اتمسفر (حدود 3-4 میکرومتر و 8-13 میکرومتر) نیز برای جلوگیری از محافظت از آشکارسازهای مادون قرمز توسط فیلترهای بریدگی ساده مورد نیاز است.

پنجره انتقال اتمسفر که در بالا توضیح داده شد می تواند برای ارتباطات نوری در فضای آزاد از طریق پرتوهای جهت استفاده شود و لیزرهای آبشاری کوانتومی در بسیاری از کاربردها برای این منظور استفاده می شوند.

در برخی موارد، پالس های اولترا کوتاه مادون قرمز میانی مورد نیاز است. برای مثال، می‌توان از شانه‌های فرکانس مادون قرمز میانی در طیف‌سنجی لیزری استفاده کرد، یا از شدت‌های اوج بالای پالس‌های فوق کوتاه برای لیزر استفاده کرد. این را می توان با لیزر قفل حالت ایجاد کرد.

به طور خاص، برای منابع نور نزدیک به مادون قرمز تا مادون قرمز میانی، برخی از برنامه ها دارای الزامات ویژه ای برای اسکن طول موج یا تنظیم طول موج هستند و لیزرهای قابل تنظیم با طول موج مادون قرمز نزدیک تا مادون قرمز میانی نیز نقش بسیار مهمی در این کاربردها دارند.

به عنوان مثال، در طیف‌سنجی، لیزرهای قابل تنظیم مادون قرمز میانی ابزارهای ضروری هستند، چه در سنجش گاز، نظارت بر محیط‌زیست یا آنالیز شیمیایی. دانشمندان طول موج لیزر را طوری تنظیم می کنند که دقیقاً آن را در محدوده مادون قرمز وسط قرار دهد تا خطوط جذب مولکولی خاص را تشخیص دهد. به این ترتیب آنها می توانند اطلاعات دقیقی در مورد ترکیبات و خواص ماده مانند شکستن یک کتاب رمز پر از اسرار به دست آورند.

در زمینه تصویربرداری پزشکی، لیزرهای قابل تنظیم مادون قرمز میانی نیز نقش مهمی دارند. آنها به طور گسترده در فناوری های تشخیصی و تصویربرداری غیر تهاجمی استفاده می شوند. با تنظیم دقیق طول موج لیزر، نور مادون قرمز میانی می تواند به بافت بیولوژیکی نفوذ کند و در نتیجه تصاویری با وضوح بالا ایجاد کند. این برای تشخیص و تشخیص بیماری ها و ناهنجاری ها مهم است، مانند نوری جادویی که به اسرار درونی بدن انسان نگاه می کند.

حوزه دفاع و امنیت نیز از کاربرد لیزرهای قابل تنظیم مادون قرمز میانی جدایی ناپذیر است. این لیزرها در اقدامات متقابل مادون قرمز به ویژه در برابر موشک های گرما یاب نقش اساسی دارند. به عنوان مثال، سیستم ضد اقدام مادون قرمز جهت دار (DIRCM) می تواند هواپیما را از ردیابی و حمله موشکی محافظت کند. این سیستم‌ها با تنظیم سریع طول موج لیزر می‌توانند با سیستم هدایت موشک‌های ورودی تداخل داشته باشند و مانند شمشیر جادویی که از آسمان محافظت می‌کند، جریان نبرد را فوراً تغییر دهند.

فناوری سنجش از دور ابزار مهمی برای مشاهده و پایش زمین است که در آن لیزرهای قابل تنظیم مادون قرمز نقش کلیدی دارند. زمینه هایی مانند نظارت بر محیط زیست، تحقیقات جوی و رصد زمین همگی به استفاده از این لیزرها متکی هستند. لیزرهای قابل تنظیم مادون قرمز میانی دانشمندان را قادر می‌سازد خطوط جذب خاصی از گازها را در اتمسفر اندازه‌گیری کنند و داده‌های ارزشمندی را برای کمک به تحقیقات آب و هوا، پایش آلودگی و پیش‌بینی آب و هوا، مانند یک آینه جادویی که می‌تواند اسرار طبیعت را ببیند، ارائه دهد.

در تنظیمات صنعتی، لیزرهای قابل تنظیم مادون قرمز میانی به طور گسترده ای برای پردازش دقیق مواد استفاده می شود. لیزرها با تنظیم طول موج هایی که به شدت توسط مواد خاصی جذب می شوند، فرسایش انتخابی، برش یا جوشکاری را امکان پذیر می کنند. این امکان ساخت دقیق در زمینه هایی مانند الکترونیک، نیمه هادی ها و ریزماشینکاری را فراهم می کند. لیزر قابل تنظیم مادون قرمز میانی مانند یک چاقوی حکاکی بسیار صیقلی است که به صنعت این امکان را می‌دهد تا محصولات ریز کنده‌کاری شده را کنده و درخشش فناوری را نشان دهد.

3. انواع محصولات لیزری قابل تنظیم از مادون قرمز نزدیک تا مادون قرمز میانی و ویژگی های انتخاب

بسیاری از فناوری‌ها می‌توانند لیزرهای نزدیک به مادون قرمز تا مادون قرمز میانی تولید کنند، مانند انواع مختلفی از لیزرهای نمک سرب مبتنی بر ترکیبات سرب سه تایی اولیه یا ترکیبات چهارتایی، و همچنین لیزرهای فله‌ای عایق دوپ شده، لیزرهای فیبر مختلف و لیزرهای گاز دی اکسید کربن. صبر کنید، در اینجا ما بر روی چندین فناوری و محصولات اصلی لیزر تمرکز می کنیم که می توانند در طیف گسترده ای از طول موج ها از مادون قرمز نزدیک تا مادون قرمز متوسط ​​تنظیم شوند.

① نوسانگرها، تقویت کننده ها و ژنراتورهای پارامتریک نوری (OPO و OPA)

در یک سیستم تبدیل فرکانس غیرخطی، می توان از لیزر مادون قرمز نزدیک، نوسانگر پارامتری نوری پمپ (OPO)، تقویت کننده (OPA) یا ژنراتور (OPG) برای تولید نور غیرفعال در ناحیه طیفی مادون قرمز میانی استفاده کرد، مانند:
در لیزرهای مادون قرمز میانی OPO نانوثانیه، از لیزرهای سوئیچ کیو می توان به عنوان منبع پمپ استفاده کرد. مواد کریستالی متداول مورد استفاده برای چنین کاربردهایی عبارتند از: فسفید ژرمانیوم روی (ZGP، ZnGeP2)، سولفید و سلنید گالیم نقره (AgGaS2، AgGaSe2)، سلنید گالیم (GaSe) و سلنید کادمیوم (CdSe).
از آنجایی که بسیاری از این مواد در ناحیه 1 میکرومتر مات هستند، اغلب لازم است از OPO ها به صورت سری استفاده شود: اولین OPO تابش لیزر 1 میکرومتری را به طول موج بلندتری تبدیل می کند، که سپس برای پمپاژ OPO واقعی مادون قرمز میانی استفاده می شود. سیگنال دومی و فرکانس بیکار هر دو می توانند در ناحیه طیف مادون قرمز میانی باشند.
لیزر Nd:YVO4 پیکوثانیه قفل شده با حالت 1064 نانومتری همچنین می‌تواند برای پمپاژ همزمان کریستال‌های OPO و LiNbO3 مورد استفاده قرار گیرد و اجازه می‌دهد خروجی نور بی‌درنگ به 4 میکرومتر یا حتی 4.5 میکرومتر برسد. محدودیت طول موج آن عمدتاً نسبت به افزایش جذب نور غیرفعال در طول موج های بلند برتر است. بنابراین، OPO های مبتنی بر این اصل معمولا دارای یک سیگنال تشدید هستند. چنین وسیله ای می تواند به راحتی پالس هایی با انرژی در ده ها میلی ژول تولید کند. طول موج خروجی بیش از صدها نانومتر قابل تنظیم است.

٪e2٪91٪a1CWOPO

در مقایسه با تحریک پالس OPO عمومی، محصولات اخیر فناوری CWOPO لیزرهای مادون قرمز متوسط ​​را بر اساس چارچوب زیر ارائه می کنند:

1) لیزرها و تقویت کننده های فیبر DFB؛

2) کنترل لیزر فیبر DFB؛

3) بخش نوری و کنترل OPO؛
این نوع محصول می تواند طول موج خروجی قابل تنظیم پیوسته را در محدوده مادون قرمز متوسط ​​1435-4138 نانومتر (6969-2416 سانتی متر-1) ارائه دهد. در عین حال، در مقایسه با پالس OPO، این نوع محصول می تواند عرض خط عالی را ارائه دهد. (<100 MHz). This makes it possible for such products to be optimized in applications such as infrared calibration and spectral analysis.

③لیزر آبشاری کوانتومی

لیزرهای آبشاری کوانتومی یک جهت توسعه نسبتاً جدید در زمینه لیزرهای نیمه هادی هستند.

تفاوت بین لیزرهای آبشاری کوانتومی و لیزرهای نیمه هادی مادون قرمز اولیه مبتنی بر انتقال بین باند این است که بر اساس انتقال بین باند فرعی کار می کند.

این لیزرهای آبشاری کوانتومی را قادر می‌سازد تا جزئیات ساختار لایه نیمه‌رسانا را مهندسی کنند تا انرژی فوتون انتقالی (و در نتیجه طول موج) در محدوده وسیعی تغییر کند. علاوه بر این، برخی از محدوده‌های تنظیم طول موج مهم (گاهی بیش از 10 درصد طول موج مرکزی) را می‌توان از طریق دستگاه‌های حفره خارجی پوشش داد.

اگرچه در حال حاضر برای دستیابی به عملکرد بهینه نیاز به خنک‌سازی برودتی است، بسیاری از لیزرهای آبشاری کوانتومی هنوز می‌توانند در دمای اتاق حتی به طور مداوم کار کنند. از لیزرهای آبشاری کوانتومی نیز می توان برای تولید لیزرهای پالسی با زمان پالس بسیار کمتر از 1 ns استفاده کرد، اگرچه اوج قدرت نسبتاً محدود است.

از نظر توان، اگرچه توان خروجی آن از طریق بهینه سازی می تواند به 1 وات برسد، اما توان خروجی این نوع لیزر همچنان کمتر از لیزرهای مادون قرمز رایج است. زیرا در زمینه لیزرهای آبشاری کوانتومی که عمدتاً در طیف‌سنجی استفاده می‌شوند، لیزرهای آبشاری کوانتومی به انتقال‌هایی با انرژی فونون کمتر محدود می‌شوند.

در اینجا برخی از پارامترها و انواع رایج وجود دارد:
لوله لیزر CW-DFB 800 سانتی متر{2}} سانتی متر-1
لوله لیزر پالسی DFB 700 سانتی متر-1-2350 سانتی متر-1
لوله لیزر DFB یخچالی 645 سانتی متر{1}} سانتی متر-1

OPO (نوسانگر پارامتری نوری) و آبشار کوانتومی دو فناوری متداول در تولید لیزر مادون قرمز میانی هستند و تفاوت‌های کاربردی قابل توجهی دارند.

OPO (نوسانگر پارامتری نوری، نوسانگر پارامتری نوری):

OPO یک دستگاه نوری غیرخطی است که از فرآیندهای پارامتریک در کریستال های نوری غیرخطی یا فیبرهای نوری برای تولید طول موج های جدید از جمله باند مادون قرمز میانی استفاده می کند. OPO نوسانات پارامتریک را از طریق منبع نور پمپ تحریک می کند، جایی که مواد غیرخطی در نوسانگر، نور پمپ را به نور سیگنال و نور کمکی تقسیم می کنند. طول موج نور سیگنال در محدوده مادون قرمز متوسط ​​قابل تنظیم است، در حالی که نور کمکی به عنوان بازخورد به منبع نور پمپ عمل می کند. OPO دارای راندمان تبدیل بالا و محدوده تنظیم فرکانس وسیع است، بنابراین به طور گسترده در تحقیقات و کاربردهای لیزر مادون قرمز میانی استفاده می شود.

تفاوت برنامه: OPO برای برنامه هایی که نیاز به تنظیم فرکانس دارند مناسب است. با تنظیم فرکانس نور پمپ یا شرایط تطبیق فاز کریستال غیرخطی، خروجی لیزر قابل تنظیم پیوسته در محدوده مادون قرمز میانی قابل دستیابی است. OPO را می توان در تجزیه و تحلیل طیفی، تشخیص گاز، تصویربرداری زیست پزشکی و سایر زمینه ها استفاده کرد و به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به تجزیه و تحلیل با حساسیت بالا یا تصویربرداری میکروسکوپی در باند مادون قرمز میانی دارند، مناسب است.

آبشار کوانتومی:

لیزر آبشار کوانتومی لیزری مبتنی بر ساختار ابرشبکه نیمه هادی است که نور لیزر مادون قرمز میانی را از طریق فرآیند آبشار کوانتومی تولید می کند. در یک لیزر آبشاری کوانتومی، الکترون‌ها انرژی را از طریق فرآیند انتقال گام به گام بین باندهای انرژی متعدد آزاد می‌کنند و تابش مادون قرمز میانی قابل تنظیم مداوم تولید می‌کنند.

تفاوت‌های کاربرد: لیزرهای آبشاری کوانتومی قدرت بالاتر و پهنای خط طیفی باریک‌تری دارند و برای اندازه‌گیری طیفی با وضوح بالا، لیدار، تصویربرداری مادون قرمز و سایر زمینه‌ها مناسب هستند. لیزرهای آبشاری کوانتومی همچنین می‌توانند در محیط‌های با دمای بالا کار کنند، بنابراین برای کاربردهایی که به لیزرهای مادون قرمز میانی در شرایط سخت مانند بازرسی صنعتی، نظارت بر محیط‌زیست و غیره نیاز دارند، مناسب هستند.

به طور خلاصه، OPO عمدتا برای کاربردهایی با قابلیت تنظیم فرکانس بالا استفاده می شود، در حالی که لیزرهای آبشاری کوانتومی برای توان بالا، پهنای خط باریک و دمای بالا مناسب تر هستند.

مقایسه خاص تفاوت های مقدار پارامتر بر اساس مدل محصول و سازنده متفاوت است. در زیر نمونه هایی از برخی از مقایسه های رایج پارامترها آورده شده است:

——تنظیم پذیری فرکانس:

OPO: خروجی لیزر مادون قرمز میانی با قابلیت تنظیم پیوسته قابل تنظیم است، با محدوده فرکانس معمولاً از صدها مگاهرتز تا چندین گیگاهرتز یا بیشتر.

آبشار کوانتومی: محدوده تنظیم فرکانس نسبتاً باریک است، معمولاً ده ها تا صدها مگاهرتز یا باریکتر.

——توان و راندمان خروجی:

OPO: توان خروجی معمولاً در محدوده چند صد میلی وات تا چند وات است و راندمان تبدیل می تواند به بیش از 10٪ برسد.

آبشار کوانتومی: توان خروجی معمولاً در محدوده ده ها تا صدها میلی وات است و راندمان تبدیل می تواند به بیش از 20٪ برسد.

——عرض خط طیفی:

OPO: پهنای خط طیفی باریک است، معمولاً در محدوده چند گیگاهرتز تا ده ها مگاهرتز.

آبشار کوانتومی: پهنای خط طیفی نسبتاً وسیع است، معمولاً در محدوده ده‌ها گیگاهرتز تا صدها مگاهرتز.

——دمای عملیاتی:

OPO: معمولاً باید در دمای اتاق پایدارتر یا نزدیک به دمای اتاق کار کند.

آبشار کوانتومی: می تواند در دمای عملیاتی بالاتر، معمولاً بالاتر از دمای اتاق، حتی تا ده ها درجه سانتیگراد کار کند.

لازم به ذکر است که این مقادیر فقط برای مرجع عمومی هستند و پارامترهای خاص همه محصولات تجاری را نشان نمی دهند. پارامترهای واقعی به مدل محصول، پیشرفت‌های تکنولوژیکی و طراحی و عملکرد سازنده بستگی دارد. هنگام انتخاب یک محصول تجاری خاص، بهتر است برای اطلاعات دقیق پارامترها به برگه مشخصات محصول و مستندات فنی ارائه شده توسط سازنده مراجعه کنید.

④منبع نور فوق پیوسته

منابع نوری مبتنی بر تولید ابرپیوسته وجود دارند که بخش بزرگی از باند مادون قرمز میانی را در بر می گیرند. چنین منبع نوری می تواند بر اساس فیبرهای نوری مادون قرمز میانی خاص عمل کند، که از طریق آنها پالس های نور شدید برای ایجاد برهمکنش های غیرخطی قوی ارسال می شود.

اگر به نور باریک باریک قابل تنظیم نیاز باشد، می توان از فیلترهای قابل تنظیم برای استخراج اجزای طیفی مورد نظر از نور طیف گسترده استفاده کرد. در برخی موارد از کل طیف استفاده می شود. یک مثال توموگرافی انسجام نوری (OCT) است. این فرآیند اغلب در باندهای طول موج کوتاهتر انجام می شود. با این حال، مزیت نور مادون قرمز میانی در این برنامه این است که نور مادون قرمز میانی کمتر پراکنده می شود. در مقایسه با باندهای طول موج کوتاهتر، قابلیت نفوذ به عمق بیشتری را دارد.

Currently, the most popular commercial mid-infrared (mid-IR) light sources are optical parametric oscillators (OPOs) [1] and amplifiers (OPAs) [2], and quantum cascade lasers (QCLs) [3]. They have achieved very good performance and proven useful in many important applications. However, it should be noted that OPO/OPA are complex, susceptible to vibration, require frequent maintenance, and are difficult to scale up. QCLs can cover a significant emission band of ~3.5–12 μm, but they emit low output power with limited tunability per laser output wavelength. This has led to the need to find new alternative solutions for these laser sources. In this context, high-power mid-infrared supercontinuum generators appear to be of great interest, mainly due to their unique properties, the most important of which are their broad spectrum spanning thousands of nanometers, high spectral power density (>1 میلی‌وات بر نانومتر)، پهنای باند وسیع‌تر، انسجام فضایی، جهت و روشنایی بیشتری نسبت به لیزرهای سنتی دارد.

⑤منبع نور مادون قرمز میکرو

در حال حاضر تلاش‌های زیادی برای توسعه مدارهای مجتمع فوتونیک برای کاربردهای مادون قرمز میانی، مانند مدارهای مبتنی بر پلت‌فرم‌های فوتونیک سیلیکونی، وجود دارد. متأسفانه، پیاده سازی منبع نور مادون قرمز میانی بر روی یک تراشه آسان نیست، که منجر به تحقیقات در مورد بسیاری از روش های ممکن شده است. یک مثال، ادغام منابع نور بر روی نیمه هادی های دیگر است، و اگرچه این مشکلات فنی را به همراه دارد، اما نمونه هایی از فناوری اتصال تراشه های تلنگر نیز وجود دارد. امکان دیگر ادغام ساطع کننده های جسم سیاه (← تابش حرارتی) یا مواد شب تاب است، اگرچه این امر منجر به تشعشعات منسجم فضایی نمی شود.

روش‌های دیگری مبتنی بر تبدیل فرکانس غیرخطی، با استفاده از غیرخطی کر برای اختلاط چهار موجی یا پراکندگی رامان تحریک‌شده وجود دارد. و با استفاده از میکرورزوناتورها می توان شانه های فرکانس را نیز تولید کرد.

بعلاوه

در زیر به برخی از منابع نور مادون قرمز میانی اشاره شده است که کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند، در اینجا با جزئیات بیش از حد مورد بحث قرار نخواهند گرفت، مانند لیزرهای الکترون آزاد و لیزرهای CO2 دو برابر فرکانس.

با توجه به مطالب فوق مرجع مقایسه و انتخاب انواع لیزر در زیر می باشد: