A középső -infravörös (MIR) spektrum, amely jellemzően 2 és 20 mikrométer között van, a híres „molekuláris ujjlenyomat-régió” néven ismert. Itt találhatók ugyanis a gáz- és folyadékmolekulák túlnyomó többségének jellegzetes rezgéselnyelési csúcsai. Ez az egyedülálló fizikai tulajdonság kulcsszerepet biztosít a MIR technológiának mind az alapkutatásban, mind az ipari alkalmazásokban. A fejlesztésközépső -infravörös optikai szálakmost átállítja ezt a technológiát a terjedelmes szabad{0}}űroptikáról a kompakt, rugalmas és rendkívül robusztus, minden-szálas alkalmazások új korszakába.
Spektrális érzékelés és gázérzékelés
A MIR szálak legközvetlenebb alkalmazása a spektrális érzékelés. Fluorid vagy kalkogenid üvegszálak felhasználásával a tudósok minden -szálas szuperkontinuum abszorpciós spektroszkópiai rendszert megalkottak. Például az üreges-magszálas gázcellák kombinálásával a kutatók sikeresen detektálták a metánt (CH₄) a 7,7 μm-es sávban, akár 20 ppm-es érzékenységgel. Nevezetesen, hogy a tellúr-alapú kalkogenid üvegen alapuló, spirális szálas szonda, amely eltávolodott térfokozást alkalmaz, lehetővé teszi az illékony szerves vegyületek (VOC) és még a lítium akkumulátor elektrolit komponenseinek in-situ, non-contact monitorozását, rendkívül széles, 2,5 μm 2,5-től μm 12-ig terjedő spektrumon keresztül. hosszú távú stabilitás. Ez a technológia, amely ügyesen összehajtja az optikai utat a keze ügyében, forradalmian új online elemző eszközt biztosít a környezetfelügyelet és az energia-/vegyipar számára.
Lézeres feldolgozás és anyagfeldolgozás
Az ipari gyártási szektorban a MIR szálas lézerek új dimenziókat nyitnak a feldolgozásban. Sok polimer és üveg átlátszó a közeli -infravörös fénynek, de erős belső abszorpciót mutat a 2,8-3,0 μm-es MIR tartományban (az O-H és C-H nyújtó rezgések miatt). Ezt a tulajdonságot kihasználva a fluoridszálakon alapuló szálas Bragg-rácsos (FBG) lézerek hatékony, tapadásmentes-fúziót érhetnek el, például PMMA műanyag optikai szálak összekapcsolását, több mint 20-szor nagyobb hőcsatolási hatékonysággal, mint a közeli infravörös lézerek. Ezenkívül a MIR-szálak felhasználhatók nátronmészüveg precíziós megmunkálására, kisebb hőhatású zónát és jobb élminőséget biztosítva a hagyományos 10,6 μm-es CO₂-lézerekhez képest.
Orvosbiológiai alkalmazások és képalkotás
A MIR szálak rugalmassága jelentős potenciált biztosít számukra a biomedicinában. A Tohoku Egyetem kutatócsoportja egy több-magos szálat fejlesztett ki, amely 245 anti-rezonáns üreges optikai szálból áll, amelyek teljes átmérője mindössze 1 mm. Ez a szál kis-veszteségű átvitelt mutat a 3-4 μm-es sávban, és a végén egy félgömb alakú lencsével kombinálva beilleszthető egy endoszkóp munkacsatornájába infravörös hőképalkotáshoz, új lehetőségeket kínálva a minimálisan invazív diagnosztikához. Ezenkívül a nagy teljesítményű MIR-szálak ideális sebészeti lézerforrásként szolgálnak a precíz vágáshoz és ablációhoz.
Nemlineáris optika és újszerű fényforrások
A hagyományos fluoridszálak 4-5 μm-es tartományon túli teljesítmény- és stabilitási korlátainak leküzdésére folyamatosan új anyagok jelennek meg. A közelmúltban kifejlesztett fluorotellurit üvegek (például TBAY szál) a hagyományos anyagoknál nagyságrenddel magasabb nemlineáris együtthatóval rendelkeznek, valamint kiváló kémiai és termikus stabilitásuk. Ez lehetővé tette hangolható ultragyors impulzusok létrehozását, amelyek középpontja 4,6 μm egy mindössze 13 cm hosszú szálban, ami korábban több méter szálat igényelt. Ez a centiméteres{7}}léptékű eszköz megnyitja az utat a hordozható, terepen telepíthető érzékelőberendezések fejlesztése előtt.
Következtetés és kilátások
A rendkívül érzékeny környezeti gázfigyeléstől és a nagy-precíziós fejlett anyagfeldolgozástól a legmodernebb-orvosi képalkotásig és a nemlineáris fotonikáig a MIR szálas technológia mélyrehatóan átalakítja több mező tájképét. Ahogy a fluorid, kalkogenid és az új fluorotellurit üvegszálak gyártási folyamatai tovább érnek, és a passzív alkatrészek, például rost-Bragg-rácsok és csatlakozók teljes szálas integrációja révén kompaktabb, hatékonyabb és stabilabb, összes-szálas MIR-rendszerek leszünk tanúi, amelyek áttérnek a laboratóriumokból a nemzeti gazdaságba, az egészségügyi ágazatba, az egészségügyi ágazatokba és a széleskörű felhasználásba. nemzetbiztonság.