在激光領(lǐng)域中,紅外波段的定義是波長為圖片的激光。紅外激光在軍事領(lǐng)域以及在民用領(lǐng)域均具有十分廣泛的應(yīng)用,這是由于紅外波段的特性決定的。
隨著紅外激光技術(shù)研究的不斷進(jìn)步,紅外激光的產(chǎn)生方法也逐步獲得拓展,目前主要通過摻雜離子的直接發(fā)射、半導(dǎo)體技術(shù)和非線性技術(shù)等手段。
?。?)摻雜離子的直接發(fā)射:離子當(dāng)中存在著不同的能級,電子在能級之間躍遷,會發(fā)射出具有中紅外波段的能量的光子,從而形成激光。其中優(yōu)秀的摻雜離子激光器中激活的離子需要具備三個條件:
?、倬哂心芗壗Y(jié)構(gòu),擁有亞穩(wěn)態(tài)。
②為了能夠大幅度提高泵浦光源轉(zhuǎn)換的效率,應(yīng)該選擇具有較強(qiáng)的光吸收帶隙寬度的激活離子。
?、蹮晒饬孔有瘦^高。摻雜離子直接發(fā)射的激光器雖然光轉(zhuǎn)換效率比較高,但是受到材料特性的限制,只能獲得較小波段范圍的激光。
?。?)半導(dǎo)體技術(shù)。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器是通過電子和空穴的復(fù)合,使輻射出的光子形成激光。量子級聯(lián)技術(shù)出現(xiàn)以后,使得量子效率與輸出功率可以進(jìn)一步獲得提升,與此同時延伸了輸出激光的波長區(qū)間。此類器件效率高,輸出波長范圍廣,但是輸出功率比較低,而且需要在低溫環(huán)境運(yùn)行。
?。?)非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)。利用該技術(shù),可以有效將離子直接發(fā)射的激光進(jìn)行頻率的變換,從而有效地使激光的波段擴(kuò)大。同時可以實(shí)現(xiàn)激光器的小型化、全固化,并且輸出大功率的激光。
由于紅外波段位于大氣吸收窗口,是熱輻射能量較為集中的區(qū)域,且對水的吸收十分強(qiáng)烈,因此廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
?。?)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈,使用了紅外探測器獲取并且追蹤目標(biāo)所發(fā)出的熱輻射能量,實(shí)現(xiàn)尋找并且制導(dǎo),可以實(shí)現(xiàn)精確打擊。紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈已經(jīng)從第一代美國研發(fā)的“響尾蛇”AM-9B系列空空導(dǎo)彈,到第二代英國的“紅頭”導(dǎo)彈和發(fā)過的“馬特拉”R530導(dǎo)彈,到第三代的蘇聯(lián)P-73導(dǎo)彈。前三代受限于紅外點(diǎn)源尋技術(shù),無法區(qū)分多目標(biāo)。自二十世紀(jì)七十年代,第四代紅外凝視成像技術(shù),將熱目標(biāo)作為擴(kuò)展源處理,帶來了紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的變革。第四代典型的代表以色列的“怪蛇”-4/5導(dǎo)彈。
?。?)紅外激光雷達(dá)。利用了激光亮度高、單色性優(yōu)異、方向性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在高度成像方面取得非常大的優(yōu)勢,將分辨率提升至厘米甚至毫米的級別,與之前的微波雷達(dá)對比,高了接近100倍;而測量角速度方面也比微波雷達(dá)高1000倍以上。同時因?yàn)橹屑t外波段位于最小的大氣吸收窗口,能有效地提高測量的準(zhǔn)確度。
?。?)紅外激光通信。激光作為信息載體由于承載的信息量大大提高,因而可以很大程度上豐富通信的方式。但是傳統(tǒng)的激光源會受到較強(qiáng)的大氣吸收和散射,使得通信的距離大大降低,所以傳統(tǒng)的激光通信無法完全取代無線電通信。但是位于大氣吸收窗口的紅外激光則受到較少的大氣吸收以及散射,能使激光通信迎來新時代。
另外紅外激光還應(yīng)用于醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。