در بوم وسیع طیف الکترومغناطیسی، باند مادون قرمز میانی{{0} (MIR) که از 2 تا 20 میکرومتر متغیر است، مدتهاست که دانشمندان با محبت "منطقه اثر انگشت مولکولی" نامیدهاند. اینجا جایی است که فرکانسهای تشدید ارتعاشی و چرخشی بیشتر مولکولها در آن قرار دارند و آن را به یک "بند طلایی" برای شناسایی و تجزیه و تحلیل مواد تبدیل میکنند. با این حال، بهرهبرداری کارآمد و انعطافپذیر از این اطلاعات-نور غنی چالش مهمی در اپتیک ایجاد کرد. ظهور و توسعه فیبر مادون قرمز میانه-کلید بازگشایی این معما را نشان میدهد، با مزایای منحصربهفرد آن که بیسروصدا زمینههای متعددی از تحقیقات بنیادی گرفته تا مرزهای صنعتی را تغییر میدهد.
مزیت اصلی 1:-تلفات انتقال کم و پنجره با شفافیت گسترده
الیاف سیلیسی معمولی در-مادون قرمز نزدیک (1-2 میکرومتر) برتری دارند، اما در ناحیه MIR به شدت از دست میروند و ناکافی میشوند. الیاف MIR که به طور خاص برای این نوار طراحی شده اند (به عنوان مثال، الیاف فلوراید، الیاف شیشه کالکوژنید، الیاف هسته توخالی) از مواد هسته ای با انرژی فوتون بسیار کمتر از سیلیس استفاده می کنند و به طور قابل توجهی جذب و پراکندگی ذاتی را سرکوب می کنند. بهویژه در پنجرههای جوی مهم 3-5 میکرومتر و 8-12 میکرومتر، آنها میتوانند تلفات انتقال بسیار کمی داشته باشند. برخی از الیاف فلوراید تلفات را حتی کمتر از 0.01 دسی بل در متر در 3.5 میکرومتر نشان می دهند. این امر انتقال نور MIR در مسافت طولانی (ده ها تا صدها متر) را با دقت بالا تضمین می کند و زمینه را برای سنجش از دور و توزیع سیگنال فراهم می کند.
مزیت اصلی 2: هدایت نور انعطاف پذیر برتر و یکپارچه سازی سیستم
بصری ترین مزیت فیبر MIR انعطاف پذیری استثنایی آن است. این سیستمهای نوری فضای آزاد قبلی پیچیده و حجیم (متکی به آینههای سنگین و اجزای فضایی) را به «اعصاب نوری» انعطافپذیر و خودسرانه تبدیل میکند. این منابع نور MIR (مثلاً لیزرهای آبشاری کوانتومی، نوسانگرهای پارامتری نوری) را از آشکارساز یا انتهای نمونه جدا میکند و معماری سیستم را بهطور چشمگیری ساده میکند و پایداری و قابلیت اطمینان را افزایش میدهد. چه به طور دقیق نور لیزر را به محفظههای واکنش صنعتی باریک منتقل کند یا پرتوهای تشخیصی/درمانی را در آندوسکوپهای پیچیده پزشکی هدایت کند، انعطافپذیری فیبر راحتی انقلابی را به ارمغان میآورد.
مزیت اصلی 3: آستانه آسیب بالا و قدرت{1}}پتانسیل مدیریت
برای بسیاری از کاربردهای MIR مانند جراحی لیزر، پردازش مواد یا اقدامات متقابل مادون قرمز در دفاع، انتقال{0}قدرت بالا بسیار مهم است. فیبرهای MIR با طراحی ویژه (به ویژه آنهایی که دارای سطح حالت بزرگ یا ساختارهای توخالی هستند) میتوانند در برابر لیزرهای با قدرت کیلووات-قدرت بالا{4} بدون آسیب{5}} مقاومت کنند، این کار برای بسیاری از اجزای نوری حجیم در سناریوهای انتقال انعطافپذیر دشوار است. فیبرهای توخالی-، با محدود کردن نور در یک هسته هوا برای هدایت، تقریباً اثرات غیرخطی مواد و عدسی حرارتی را از بین میبرند و کانالی ایدهآل برای انتقال لیزرهای MIR با پالس فوق-کوتاه-پیک{10}بالا{10}}میدهند.
مزیت اصلی 4: قابلیت عملکرد و سنجش همه کاره
فیبرهای MIR صرفاً لوله های نور غیرفعال نیستند. از طریق طرح های خاص (به عنوان مثال، ساخت الیاف کریستال فوتونیک، الیاف ریزساختار، یا عملکرد هسته/روکش)، آنها می توانند به عناصر حسگر فعال تبدیل شوند. به عنوان مثال، با استفاده از اثر میدان ناپایدار، برهمکنش بین آنالیتها و میدان نوری که به هسته نفوذ میکند، امکان تشخیص مستقیم و بسیار حساس جذب MIR مولکولی خاص در گازها یا مایعات را از طریق خود فیبر میدهد. این مفهوم «فیبر-بهعنوان--حسگر» راههای جدیدی را برای توسعه ابزارهای کوچک، آنلاین، چند نقطهای برای پایش محیطی و تجزیه و تحلیل بیوشیمیایی باز میکند.
مزیت اصلی 5: باز کردن افق های جدید در اپتیک غیرخطی
باند MIR زمینی حاصلخیز برای کاوش اثرات نوری غیرخطی جدید است. الیاف MIR، به ویژه آنهایی که دارای ضرایب غیر خطی بالا مانند الیاف شیشه کالکوژنید یا الیاف ریزساختار خاص هستند، می توانند به طور موثر ابرپیوسته تولید کنند، تبدیل طول موج را به دست آورند، یا شانه های فرکانس MIR را تحت پمپاژ لیزر MIR تولید کنند. این منابع باند پهن و منسجم MIR خود ابزارهای ارزشمندی برای-طیفسنجی فوقالعاده دقیق، مطالعات دینامیک مولکولی و سایر زمینههای علمی پیشرفته هستند.
به طور خلاصه، با مزایای برجسته خود را ازتلفات کم، انعطاف پذیری بالا، قدرت بالا، ادغام آسان و عملکرد, فیبرهای مادون قرمز متوسط- نور MIR-حامل "اثر انگشت مولکولی"- را با موفقیت از مسیرهای نوری ثابت آزمایشگاه ها آزاد کردند. مانند «نخهای فردا» باریک و در عین حال انعطافپذیر، شبکهای دقیقتر، کارآمدتر و هوشمندانهتر برای تشخیصهای پزشکی آینده، کنترل فرآیندهای صنعتی، نظارت بر ایمنی محیطی، فناوری دفاعی و تحقیقات علمی بنیادی میبافند. همانطور که علم مواد و فرآیندهای ساخت به طور مداوم پیشرفت می کنند، عملکرد الیاف MIR همچنان بهبود می یابد، انتظار می رود هزینه ها کاهش یابد و مرزهای کاربرد آنها بدون شک بیشتر گسترش می یابد و جهان های میکروسکوپی هنوز کشف نشده و سناریوهای کاربرد ماکروسکوپی را روشن می کند.