DPSS лазеры ИК диапазона, 760 - 3000 нм
Инфракрасное когерентное излучение диапазона 760–3000 нм применяется в задачах, где требуется высокая мощность излучения при сохранении качества пучка и стабильности параметров: лазерная обработка материалов, сварка и резка, медицинские процедуры, спектроскопия и научные исследования. В каталоге «Специальные Системы. Фотоника» представлены твердотельные лазеры с диодной накачкой (DPSS, Diode-Pumped Solid-State) инфракрасного диапазона, обеспечивающие выходную мощность от сотен милливатт до 150 Вт.
В основе работы DPSS-лазеров лежит диодный источник накачки, обеспечивающий инверсию населенностей в активной среде на основе иттербия (Yb), неодима (Nd), тулия (Tm) или эрбия (Er). Ключевым преимуществом такой архитектуры является возможность точной регулировки параметров накачки (мощности и длины волны), что позволяет оптимально согласовать спектр накачки с поглощением активной среды. Лазеры данного диапазона генерируют излучение на одиночной поперечной моде (TEM₀₀), характеризуются низким уровнем шумов и высокой стабильностью выходной мощности.
В данном разделе представлены модели высококачественных твердотельных лазеров с диодной накачкой трёх архитектурных классов: с одиночной продольной модой (SLM, Single Longitudinal Mode), с низким уровнем шумов (LN, Low Noise) и стабилизированные источники (ST, Stable). Все устройства работают в непрерывном режиме (CW, Continuous Wave) и оснащены системами воздушного или водяного охлаждения.
Технические характеристики и преимущества DPSS-лазеров ИК диапазона
Предлагаемое оборудование разработано для решения широкого круга задач — от прецизионных научных измерений до высокоэнергетической технологической обработки материалов. Производители уделяют особое внимание контролю параметров пучка, термостабилизации активного элемента и защите от перегрева, что гарантирует надёжную работу при длительной эксплуатации под высокими нагрузками.
- Широкий выбор длин волн и модельный ряд. Покрытие спектрального интервала от 912 нм до 4400 нм с ключевыми линиями 1030 нм, 1064 нм, 1073 нм, 1105 нм, 1319 нм, 1342 нм. Для ряда моделей указаны диапазоны длин волн (например, 914–1444 нм, 1047–4100 нм, 946–4400 нм) — каждая конкретная длина волны в пределах диапазона соответствует отдельной модели лазера.
- Высокая выходная мощность и энергетические параметры. Диапазон выходных мощностей от 100 мВт до 150 Вт (модель SSP-ST-1319-HPL-CW). Распределение интенсивности в поперечном сечении соответствует моде TEM₀₀. Полная расходимость пучка составляет от ≤ 1,2 мрад (высококогерентные SLM-модели) до ≤ 11 мрад (высокомощные версии ST-W и ST-V). Диаметр пучка на выходе по уровню 1/e² лежит в диапазоне от единиц миллиметров до нескольких миллиметров. Параметр качества пучка M² близок к дифракционному пределу для большинства моделей.
- Спектральная чистота и временная когерентность. Для SLM-режима обеспечивается сверхузкая ширина спектральной линии (≤ 0,00001 нм, что соответствует менее 10 МГц) и высокая временная когерентность (≥ 50 м), что критически важно для интерферометрии, высокоразрешающей спектроскопии и метрологических применений. Модели LN-серии характеризуются шириной спектральной линии ≤ 0,006–0,1 нм и амплитудными шумами ≤ 1%.
- Стабильность и системы охлаждения. Амплитудные шумы от ≤ 0,5% (прецизионные версии) до ≤ 10% (высокомощные промышленные модели). Стабильность мощности после термостабилизации достигает ≤ 0,5% rms для лучших исполнений. Термостабилизация реализуется на элементах Пельтье (для моделей мощностью до нескольких ватт) или водяном охлаждении (для моделей мощностью выше 3–5 Вт, например SSP-SLM-1342-R, SSP-LN-1342-W, SSP-ST-1319-HPL). Ресурс непрерывной работы составляет десятки тысяч часов.
- Конструктивное исполнение и защита. Компактное корпусирование (OEM-модули и лабораторные исполнения), встроенные блоки питания с защитой от перегрева и перенапряжения, герметичное исполнение отдельных моделей (SSP-ST-671-S аналоги). Для высокомощных устройств предусмотрена система водяного охлаждения с внешним контуром (WCH-580).
Области применения DPSS-лазеров ИК диапазона
DPSS-лазеры инфракрасного диапазона находят применение там, где требуются высокие значения выходной мощности, глубокое проникновение излучения в материалы или специфические длины волн ближнего и среднего ИК-диапазона для spectroscopic приложений.
- Лазерная обработка материалов (сварка, резка, гравировка). Длины волн 1030 нм, 1064 нм и 1073 нм эффективно поглощаются металлами, полупроводниками, полимерами и композитами. Высокомощные модели SSP-ST-W (до 20 Вт), SSP-ST-V (до 20 Вт), SSP-ST-T (до 10 Вт) и SSP-LN-1064-T (до 10 Вт) обеспечивают достаточную плотность энергии для сварки тонких металлических листов, резки материалов толщиной до нескольких миллиметров, маркировки и гравировки поверхностей. Для контроля равномерности обработки и дозы облучения применяются измерители оптической мощности.
- Накачка титан-сапфированных лазеров (Ti:Sa) и других лазеров на основе переходов металлов. Длина волны 532 нм (удвоение от 1064 нм) классически используется для накачки титан-сапфированных комплексов, генерирующих ультракороткие импульсы для двухфотонной микроскопии и нелинейной оптики. Модели SSP-SLM-1064-DS (300 мВт), SSP-SLM-1064-S (700 мВт) и SSP-LN-1064-S (1500 мВт) подходят для лабораторных Ti:Sa-систем. Для промышленных фемтосекундных установок применяются высокомощные SSP-LN-N (3–5 Вт) и SSP-LN-1064-T (до 10 Вт).
- Спектроскопия (ИК-спектроскопия, FTIR, абсорбционная спектрометрия). Длины волн 1313 нм, 1342 нм и соседние соответствуют обертонам колебательных полос многих органических соединений (C-H, N-H, O-H валентные колебания). Модели SSP-SLM-U (914–1342 нм, до 1 Вт), SSP-LN-H (1313/1342 нм, до 2 Вт) и SSP-LN-1342-R (1342 нм, до 5 Вт) с высокой спектральной чистотой применяются в Фурье-спектрометрах и лазерных спектрометрах поглощения. Контроль длины волны осуществляется с помощью компактных спектрометров.
- Медицинские процедуры (хирургия, физиотерапия, косметология). Ближний ИК-диапазон (912–1105 нм) используется в контактной и бесконтактной хирургии (резка мягких тканей, коагуляция сосудов), дерматологии (лечение сосудистых образований, удаление новообразлений) и физиотерапии. Модели средней мощности SSP-ST-F (1030/1073/1105 нм, до 1.5 Вт) и SSP-ST-FN (912/1357 нм, до 1 Вт) оптимизированы для медицинских применений. Для безопасности персонала и пациентов необходимы защитные очки и защитные экраны.
- Научные исследования (LiDAR, дистанционное зондирование, биофотоника). Длина волны 914–1064 нм («глаз безопасности») безопасна для зрения и применяется в лидарах для атмосферного зондирования, дистанционного определения расстояния и скорости. Модели SSP-SLM-U (SLM-режим, до 1 Вт) и SSP-ST-U (до 4 Вт) подходят для когерентных лидаров. Длина волны 1319 нм находится в одном из прозрачных окон воды и тканей человека, что позволяет использовать её для визуализации биологических объектов in vivo. Сверхвысокомощные модели SSP-ST-1319-HPL (20–50 Вт) и SSP-ST-1319-HPL-CW (100–150 Вт) применяются в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, нагреву плазмы и промышленной обработке.
- Голографическая интерферометрия и метрология. Измерение микрорельефа поверхности, деформаций и распределений физических полей с интерферометрической точностью. Здесь необходимы лазеры исключительно с одной продольной модой: SSP-SLM-U, SSP-SLM-1064-DS, SSP-SLM-1064-S. Высокая временная когерентность (≥ 50 м) обеспечивает высококонтрастную интерференционную картину. При работе с когерентным излучением необходимы виброзащищённые оптические столы.
| Область применения | Длина волны | Критерий выбора | Обоснование применения |
|---|---|---|---|
| Лазерная обработка материалов |
1030 нм, 1064 нм |
Мощность ≥ 5 Вт, M² ≤ 2,0 |
Длины волн 1030 нм и 1064 нм эффективно поглощаются металлами (сталь, алюминий, медь), полупроводниками и полимерами. Модели с высокой выходной мощность обеспечивают плотность энергии, необходимую для сварки, резки, глубокой гравировки и маркировки. |
| Накачка Ti:Sa-лазеров |
532 нм (от 1064 нм) |
M² ≤ 1,5, стабильность мощности |
Удвоенная частота 1064 нм (532 нм) является классической линией накачки титан-сапфировых лазеров. |
| ИК-спектроскопия |
1313 нм или 1342 нм |
Ширина спектральной линии (≤ 0,001 нм), стабильность частоты |
Длины волн 1313 нм и 1342 нм соответствуют обертонам фундаментальных колебаний C-H, N-H, O-H связей органических молекул. Узкая ширина линии SLM-лазеров (≤ 0,00001 нм) необходима для высокого спектрального разрешения. Применяется в Фурье-спектрометрах, лазерных спектрометрах поглощения и газоанализаторах. |
| Медицинские процедуры | 912–1105 нм |
Мощность 1–3 Вт, безопасность для глаз |
Ближний ИК-диапазон эффективно поглощается водой и гемоглобином, что обеспечивает локальный нагрев тканей при минимальном повреждении окружающих структур. Модели SSP-ST-F (1030/1073/1105 нм, до 1.5 Вт) и SSP-ST-FN (912/1357 нм, до 1 Вт) оптимизированы для хирургии, дерматологии и физиотерапии. Длина волны 912–1105 нм относится к безопасной для глаз области. |
| Научные исследования (LiDAR, биофотоника) |
914–1064 нм или 1319 нм |
Для LiDAR: SLM-модели; Для биофотоники: мощность |
Длины волн 914–1064 нм применяются в когерентных лидарах для атмосферного зондирования. Длина волны 1319 нм находится в прозрачном окне тканей человека и используется для in vivo визуализации. Высокомощные модели (до 150 Вт) — для исследований по УТС. |
| Голографическая интерферометрия |
1064 нм (SLM) |
Одиночная продольная мода (SLM), длина когерентности ≥ 50 м |
Длина когерентности более 50 м обеспечивает высококонтрастную интерференционную картину для объектов больших размеров. Расходимость ≤ 1,5 мрад критична для формирования плоского волнового фронта. Необходимы лазеры исключительно SLM-серии (SSP-SLM-U, SSP-SLM-1064-DS/S). |
Оснащение лаборатории для работы с ИК-излучением
Для построения полнофункциональной оптической установки на базе DPSS-лазеров ИК-диапазона необходим комплексный подход к выбору компонентов. Использование совместимых аксессуаров обеспечивает безопасность персонала, защиту оборудования от теплового воздействия и сохранение характеристик пучка при прохождении через оптическую схему.
При использовании данного типа оборудования Вам могут пригодиться специализированные оптические компоненты и системы защиты:
- Средства индивидуальной защиты. Хотя большинство длин волн ИК-диапазона не видимо глазу, высокомощные лазеры (особенно в ближнем ИК до 1400 нм) могут представлять опасность для зрения и кожи. Рекомендуется использование защитных очков. Для защиты рабочего пространства рекомендуется установка защитных экранов, блокирующих рассеянное и паразитическое излучение.
- Измерительное оборудование. Для калибровки, настройки и мониторинга выходных параметров высокомощных ИК-лазеров необходимы аттестованные измерители оптической мощности, чувствительными в ИК-диапазоне. Для контроля качества пучка применяются анализаторы профиля лазерного пучка с CCD/CMOS-датчиками, имеющими чувствительность в ближней ИК-области.
- Спектральный контроль. Верификация длины волны излучения, контроль ширины спектральной линии и диагностика модового состава резонатора осуществляются с помощью компактных спектрометров и анализаторов оптического спектра с рабочим диапазоном, перекрывающим ИК-область спектра.
- Оптические компоненты и инфраструктура. Для доставки излучения к объекту исследования или обработки применяются высокомощные волоконные коллиматоры с кварцевыми световодами (прозрачными в ближнем ИК) и специализированными покрытиями. Для управления пространственным распределением интенсивности пучка используются пространственные модуляторы света. Для защиты лазера от обратных отражений применяются поглотители лазерного пучка с высоким коэффициентом ослабления в ИК-диапазоне.
Компания «Специальные Системы. Фотоника» предлагает не просто компоненты, а инженерные решения, проверенные в ведущих НИИ и промышленных центрах России. Мы понимаем физику процессов и помогаем подобрать конфигурацию лазера, которая оптимальным образом соответствует Вашим техническим требованиям и бюджету.
Ознакомиться с техническими характеристиками представленного оборудования, скачать паспортные данные или запросить коммерческое предложение можно, обратившись к специалистам нашей компании любым удобным способом.