红外激光的产生与应用

　　在激光领域中，红外波段的定义是波长为的激光。红外激光在军事领域以及在民用领域均具有十分广泛的应用，这是由于红外波段的特性决定的。

　　随着红外激光技术研究的不断进步，红外激光的产生方法也逐步获得拓展，目前主要通过掺杂离子的直接发射、半导体技术和非线性技术等手段。

　　(1)掺杂离子的直接发射：离子当中存在着不同的能级，电子在能级之间跃迁，会发射出具有中红外波段的能量的光子，从而形成激光。其中优秀的掺杂离子激光器中激活的离子需要具备三个条件：

　　①具有能级结构，拥有亚稳态。

　　②为了能够大幅度提高泵浦光源转换的效率，应该选择具有较强的光吸收带隙宽度的激活离子。

　　③荧光量子效率较高。掺杂离子直接发射的激光器虽然光转换效率比较高，但是受到材料特性的限制，只能获得较小波段范围的激光。

　　(2)半导体技术。传统的半导体激光器是通过电子和空穴的复合，使辐射出的光子形成激光。量子级联技术出现以后，使得量子效率与输出功率可以进一步获得提升，与此同时延伸了输出激光的波长区间。此类器件效率高，输出波长范围广，但是输出功率比较低，而且需要在低温环境运行。

　　(3)非线性频率转换技术。利用该技术，可以有效将离子直接发射的激光进行频率的变换，从而有效地使激光的波段扩大。同时可以实现激光器的小型化、全固化，并且输出大功率的激光。

　　由于红外波段位于大气吸收窗口，是热辐射能量较为集中的区域，且对水的吸收十分强烈，因此广泛应用于各种领域。

　　(1)红外制导导弹，使用了红外探测器获取并且追踪目标所发出的热辐射能量，实现寻找并且制导，可以实现精确打击。红外制导导弹已经从第一代美国研发的“响尾蛇”AM-9B系列空空导弹，到第二代英国的“红头”导弹和发过的“马特拉”R530导弹，到第三代的苏联P-73导弹。前三代受限于红外点源寻技术，无法区分多目标。自二十世纪七十年代，第四代红外凝视成像技术，将热目标作为扩展源处理，带来了红外制导导弹的变革。第四代典型的代表以色列的“怪蛇”-4／5导弹。

　　(2)红外激光雷达。利用了激光亮度高、单色性优异、方向性强的优点。在高度成像方面取得非常大的优势，将分辨率提升至厘米甚至毫米的级别，与之前的微波雷达对比，高了接近100倍；而测量角速度方面也比微波雷达高1000倍以上。同时因为中红外波段位于最小的大气吸收窗口，能有效地提高测量的准确度。

　　(3)红外激光通信。激光作为信息载体由于承载的信息量大大提高，因而可以很大程度上丰富通信的方式。但是传统的激光源会受到较强的大气吸收和散射，使得通信的距离大大降低，所以传统的激光通信无法完全取代无线电通信。但是位于大气吸收窗口的红外激光则受到较少的大气吸收以及散射，能使激光通信迎来新时代。

　　另外红外激光还应用于医疗和环境监测等领域。