Střední -infračervené (MIR) spektrum, obvykle v rozsahu od 2 do 20 mikrometrů, je známé jako „oblast molekulárních otisků prstů“. Nachází se zde totiž charakteristické vibrační absorpční vrcholy naprosté většiny molekul plynu a kapaliny. Tato jedinečná fyzikální vlastnost uděluje technologii MIR klíčovou roli jak v základním vědeckém výzkumu, tak v průmyslových aplikacích. Vývojstřední-infračervená optická vláknanyní převádí tuto technologii z objemné optiky s volným{0}}prostorem do nové éry kompaktních, flexibilních a vysoce robustních všech-vláknových aplikací.
Spektrální snímání a detekce plynů
Nejpřímější aplikace MIR vláken je ve spektrálním snímání. Pomocí fluoridových nebo chalkogenidových skleněných vláken vědci zkonstruovali všechny -vláknové superkontinuální absorpční spektroskopické systémy. Například spojením plynových článků s dutými-vlákny vědci úspěšně detekovali metan (CH₄) v pásmu 7,7 μm s citlivostí až 20 ppm. Ještě pozoruhodnější je, že spirálová vláknová sonda na bázi telurového-chalkogenidového skla, využívající evanescenčního pole, umožňuje in{8}}bezkontaktní monitorování těkavých organických sloučenin (VOC) a dokonce i složek elektrolytu lithiové baterie v ultra-širokém spektru 2,13 μ}m}1, prokazující vynikající dlouhodobou stabilitu. Tato technologie, která chytře ohýbá optickou dráhu na dosah ruky, poskytuje revoluční online analytický nástroj pro monitorování životního prostředí a energetický/chemický průmysl.
Laserové zpracování a zpracování materiálů
V sektoru průmyslové výroby otvírají vláknové lasery MIR nové dimenze ve zpracování. Mnoho polymerů a skel je transparentních pro blízké -infračervené světlo, ale vykazují silnou vnitřní absorpci v rozsahu 2,8-3,0 μm MIR (kvůli vibracím natahování O-H a C-H). Využitím této vlastnosti mohou lasery s vláknovou Braggovou mřížkou (FBG) založené na fluoridových vláknech dosáhnout účinného spojování bez adheziva -, jako je spojování plastových optických vláken z PMMA, s účinností tepelné vazby více než 20krát vyšší než u blízkých -infračervených laserů. Kromě toho lze vlákna MIR použít pro přesné obrábění sodnovápenatého skla, které nabízí menší tepelně ovlivněnou zónu a lepší kvalitu hran ve srovnání s tradičními 10,6 μm CO₂ lasery.
Biomedicínské aplikace a zobrazování
Flexibilita vláken MIR jim dává významný potenciál v biomedicíně. Výzkumný tým na univerzitě Tohoku vyvinul více-jádrové vlákno složené z 245 anti-rezonančních dutých optických vláken o celkovém průměru pouhý 1 mm. Toto vlákno vykazuje nízkou -ztrátovou propustnost v pásmu 3- 4 μm a v kombinaci s hemisférickou čočkou na špičce jej lze vložit do pracovního kanálu endoskopu pro infračervené termální zobrazování, což nabízí nové možnosti pro minimálně invazivní diagnostiku. Navíc samotná vysoce výkonná MIR vlákna slouží jako ideální chirurgické laserové zdroje pro přesné řezání a ablaci.
Nelineární optika a nové světelné zdroje
K překonání omezení výkonu a stability tradičních fluoridových vláken přesahujících rozsah 4-5 μm se neustále objevují nové materiály. Nedávno vyvinutá fluoroteluritová skla (jako je vlákno TBAY) mají nelineární koeficient řádově vyšší než tradiční materiály, spolu s vynikající chemickou a tepelnou stabilitou. To umožnilo generovat laditelné ultrarychlé pulzy se středem na 4,6 μm ve vláknu dlouhém pouze 13 cm, což je výkon, který dříve vyžadoval několik metrů vlákna. Toto centimetrové-zařízení připravuje cestu pro vývoj přenosného detekčního zařízení nasazeného v terénu.
Závěr a výhled
Od vysoce citlivého monitorování plynů v okolním prostředí a vysoce{0}}přesného pokročilého zpracování materiálů až po špičkové- lékařské zobrazování a nelineární fotoniku, technologie vláken MIR hluboce přetváří krajinu mnoha oborů. Vzhledem k tomu, že výrobní procesy pro fluoridová, chalkogenidová a nová fluoroteluritová skleněná vlákna pokračují ve zrání, a díky úplné -vláknové integraci pasivních komponent, jako jsou vláknové Braggovy mřížky a spojky, budeme svědky kompaktnějších, účinnějších a stabilnějších všech-vláknových MIR systémů přecházejících z laboratoří do širokého použití v klíčových odvětvích, zdravotnictví, národní ekonomice a národní bezpečnosti.