Лазеры, безопасные для глаз: Gain Media - плюсы, минусы и применения

С развитием современных технологий лазеры стали незаменимыми инструментами в точных измерениях и дистанционном зондировании благодаря своей высокой яркости, монохроматичности и отличной направленности. Однако они также представляют собой значительные риски для сетчатки человеческого глаза—особенно в военных дальномерах, лазерной связи и приложениях LiDAR. В результате,безопасные для глаз лазерывсё чаще становятся объектом исследований в области национальной безопасности, охраны и промышленности.

Theсреда усиленияОптические характеристики лазера определяют его основные характеристики производительности, включая длину волны излучения, эффективность преобразования и качество луча. Разные активные среды имеют свои уникальные преимущества и недостатки, что делает их подходящими для различных сценариев применения. Эта статья предоставляет подробный обзор сильных и слабых сторон, а также практического использования лазеров, безопасных для глаз, на основе различных типов активных сред.

---

I. Определение и состав безопасных для глаз лазеров

Согласно международным стандартам,лазеры с длиной волны более 1,4 мкмсчитаются безопасными для глаз. Это связано с тем, что радиация в этом диапазоне в основном поглощается роговица и хрусталик, предотвращая его достижение сетчатки, которая гораздо более чувствительна к повреждениям.

Типичный безопасный для глаз лазер состоит изтри основных компонента:

• Аисточник насоса

• Асреда усиления

• Аноптический резонатор

---

II. Классификация распространенных усилительных сред для лазеров, безопасных для глаз

Получение медиапокрытия для безопасных для глаз лазеров обычно классифицируется на четыре категории:

1. Твердотельные усилители

2. Газораспределительная среда

3. Полупроводниковые усилительные среды

4. Волоконно-оптические усилительные среды

1) Твердотельный усилитель

Эрбиевый (Er⁺) усиливающий материал

• Пример:Er:YAG (иттрий-алюминиевый гранат, легированный эрбием)

• Длины волн излучения:1645 нм, 2940 нм

• Преимущества:Хорошая термическая стабильность, долгий срок службы, стабильный выход

• Приложения:Медицинские процедуры, промышленные системы, исследовательские инструменты

Тулий (Tm³⁺) Усиление среды

• Пример:Tm:YAG (иттрий-алюминиевый гранат, легированный тулием)

• Длина волны излучения:~1,9 мкм (полностью безопасно для глаз)

• Преимущества:Многоуровневая энергетическая структура поддерживает высокоэнергетические импульсы

• Приложения:Высокоточная дальномерная система, спектроскопия, медицинские лазерные системы

Неодимовый (Nd⁺) усиливающий носитель

• Пример:Nd:YAG

• Базовая эмиссия:1064 нм (небезопасно для глаз)

• Преобразованные длины волн:1,32 мкм, средний инфракрасный диапазон (через нелинейную оптику)

• Преимущества:Высокая эффективность преобразования, отличные оптические и механические свойства

• Приложения:Промышленная переработка, научные исследования

2) Газораспределительная среда

Лазеры на диоксиде углерода (CO₂)

• Длина волны:10,6 мкм (средний инфракрасный)

• Преимущества:Экстремально безопасен для глаз; сильное роговичное поглощение; высокая мощность; простое водяное охлаждение

• Недостатки:Громоздкая конструкция, высокая потребность в обслуживании, риск утечки газа

• Приложения:Промышленная резка, обработка материалов

Гелий-неоновые (He-Ne) лазеры

• Длины волн:1,15 мкм, 3,39 мкм

• Преимущества:Исключительное качество луча, долгий срок службы, стабильный выход

• Недостатки:Низкая мощность, высокая стоимость газа, ограниченная масштабируемость

• Приложения:Точные измерения, лабораторные приборы

3) Полупроводниковые усилительные среды

Квантовые каскадные лазеры (ККЛ)

• Диапазон длин волн:3–25 μm

• Преимущества:Интеграция на уровне чипа, широкая настраиваемость, стабильное излучение

• Недостатки:Сложное производство, высокая стоимость, низкая эффективность конверсии

• Приложения:Спектроскопия, обнаружение безопасности, химическое сенсирование

Полупроводниковые лазерные диоды (с фильтрацией длины волны)

• Выход:Достижение безопасных для глаз диапазонов с помощью фильтрации по длине волны

• Преимущества:Компактный размер, быстрая модуляция

• Недостатки:Ограниченная мощность на диод, нестабильность длины волны, необходимость в настройочных цепях

• Приложения:Миниатюрные датчики, связь ближнего действия

4) Волоконные усилительные среды (твердотельные легированные волокна)

Волокна, легированные эрбием

• Диапазон длин волн:1,53–1,56 мкм (C-диапазон)

• Преимущества:Высокая эффективность, высокая совместимость системы, высокая энергия импульса

• Приложения:Оптические усилители, телекоммуникации, безопасные для глаз лазерные источники

Волокна, легированные тулием

• Диапазон длин волн:1.8–2.1 μm

• Преимущества:Высокий нелинейный порог, высокая мощностная способность, хорошая интеграция с оптоволокном

• Приложения:Медицинская хирургия, экологический мониторинг, дистанционное зондирование

---

III. Сравнительные характеристики усиливающих сред

---

IV. Заключение

Как важная область в современной оптоэлектронике, выбор и инновации усилительных средявляются решающими для разработки лазеров, безопасных для глаз. Научно выравнивая активные среды с требованиями применения и постоянно продвигая материалы и процессы производства, мы можемулучшить интеграцию безопасных для глаз лазеровв гражданском, промышленном, медицинском и оборонном секторах.

С продолжающимися прорывами в лазерной технологии, будущие системы, безопасные для глаз, не только будутбезопаснее и эффективнее, но также будет способствовать продвижению оптоэлектронной промышленности к большемуинтеллект, экологическая устойчивость и долгосрочная надежность.

Хотите узнать больше о лазерной технологии? Посетите наш веб-сайт:erditechs.com