Zergatik dira infragorrien uhin-luzera klasikoak 808 nm, 1064 nm eta 1550 nm?

1. Argi-iturria (Laser)

A-ren oinarrizko osagaiaklaserrahiru zatitan bana daiteke: ponpa-iturria (lan-erdian populazioaren inbertsioa lortzeko energia ematen duena); lan-bitarteko bat (ponparen eraginez populazioaren inbertsioa ahalbidetzen duen energia-mailako egitura egokia duena, elektroiak energia-maila altuetatik behe-mailara igarotzeko eta fotoi moduan energia askatzeko aukera emanez); eta erresonantzia-barrunbe bat.

Lan-ingurunearen propietateek igorritako laser-argiaren uhin-luzera zehazten dute.

808 nm-ko uhin-luzera duen laser nagusia erdieroalea da. Erdieroalearen banda-hutsunearen energiak igorritako laser-argiaren uhin-luzera zehazten du, 808 nm-ak uhin-luzera nahiko arrunta bihurtuz. 808 nm-ko laser erdieroale mota ere ikertutako lehenetariko eta intentsiboenetako bat da. Bere eskualde aktiboa aluminioa duten materialez (adibidez, InAlGaAs) edo aluminiorik gabeko materialez dago (adibidez, GaAsP). Laser mota honek abantailak eskaintzen ditu, hala nola kostu baxua, eraginkortasun handia eta bizitza luzea.

1064nm egoera solidoko laserrentzako uhin-luzera klasikoa da ere. Laneko materiala neodimio (Nd) dopatutako YAG (itrio aluminiozko granate Y3AI5012) kristala da. YAG kristaleko aluminio-ioiek Nd dopatutako katioiekin sinergikoki elkarreragiten dute, espazio-egitura eta energia-banden egitura egokia sortuz. Kitzikapen-energiaren eraginez, Nd katioiak egoera kitzikatu batera kitzikatzen dira, trantsizio erradioaktiboak jasan eta lasing-a sortuz. Gainera, Nd:YAG kristalek egonkortasun bikaina eta funtzionamendu-bizitza nahiko luzea eskaintzen dute.

1550 nm-ko laserrak ere sor daitezke erdieroaleen laserrak erabiliz. Gehien erabiltzen diren material erdieroaleak InGaAsP, InGaAsN eta InGaAlAs dira.

2. Erabilerak eta aplikazioak

Infragorrien bandak aplikazio ugari ditu, hala nola, komunikazio optikoak, osasuna, irudi biomedikoak, laser prozesatzea eta abar.

Hartu komunikazio optikoak adibide gisa. Gaur egungo zuntz optikoko komunikazioek kuartzo zuntza erabiltzen dute. Argiak galerarik gabe distantzia luzeetan informazioa garraiatu dezakeela ziurtatzeko, kontuan izan behar dugu zeintzuk diren argiaren uhin-luzera hobekien transmititzen diren zuntzaren bidez.

Infragorri hurbileko bandan, kuartzozko zuntz arruntaren galera gutxitzen da uhin-luzera handitzean, ezpurutasunak xurgatzeko gailurrak kenduta. Oso galera txikia duten hiru uhin-luzera "leiho" daude 0,85 μm, 1,31 μm eta 1,55 μm-tan. Argi-iturri laserraren igorpen-uhin-luzerak eta fotodetektagailuaren fotodiodoaren uhin-luzera-erantzunak hiru uhin-luzera-leiho horiekin bat egin behar dute. Zehazki, laborategiko baldintzetan, 1,55 μm-ko galera 0,1419 dB/km-ra iritsi da, kuartzo-zuntzaren galera-muga teorikora hurbilduz.

Uhin-luzera-tarte horretako argia ehun biologikoa nahiko ondo sar daiteke, eta aplikazioak ditu terapia fototermikoa bezalako arloetan. Adibidez, Yue et al. heparina-folato zuzendutako nanopartikulak eraiki zituen IR780 infragorri hurbileko koloratzaile zianina erabiliz, 780 nm-ko gehienezko xurgapen-uhin-luzera eta 807 nm-ko igorpen-luzera duena. 10 mg/mL-ko kontzentrazioan, laser-irradiazioak (808 nm-ko laserra, 0,6 W/cm²-ko potentzia-dentsitatea) 2 minutuz 23 °C-tik 42 °C-ra igo zuen tenperatura. 1,4 mg/kg dosi bat eman zitzaien MCF-7 tumore folato-hartzaile positiboak zituzten saguei, eta tumoreak 808 nm-ko laser argiarekin (0.8 W/cm²) irradiatu ziren 5 minutuz. Tumorearen murrizketa nabarmena ikusi zen hurrengo egunetan.

Beste aplikazio batzuk lidar infragorriak daude. Egungo 905 nm-ko uhin-luzera-bandak eguraldiaren interferentzia-gaitasun ahulak ditu eta euri eta lainoetan sartze nahikoa ez du. 1,5 μm-ko laser erradiazioa 1,5-1,8 μm-ko leiho atmosferikoaren barruan erortzen da, airean atenuazio txikia eragiten du. Gainera, 905 nm begi-arriskuen bandaren barruan sartzen da, eta potentzia mugatzea eskatzen du kalteak minimizatzeko. Hala ere, 1550 nm begietarako segurua da, beraz lidar-en aplikazioak ere aurkitzen ditu.

Laburbilduz,laserrarakuhin-luzera horietan helduak eta errentagarriak dira, eta errendimendu bikaina erakusten dute hainbat aplikaziotan. Faktore hauek konbinatuta uhin-luzera horietan laserrak hedatu izana eragin dute.