Kesk-infrapuna (MIR) spekter, mis ulatub tavaliselt 2 kuni 20 mikromeetrini, on tuntud kui "molekulaarne sõrmejälgede piirkond". Seda seetõttu, et siin asuvad valdava enamuse gaasi- ja vedelikumolekulide iseloomulikud vibratsiooni neeldumise tipud. See ainulaadne füüsiline omadus annab MIR-tehnoloogiale pöördelise rolli nii fundamentaalsetes teadusuuringutes kui ka tööstuslikes rakendustes. Arengutkeskmised -infrapuna optilised kiudviib selle tehnoloogia nüüd üle mahukast tasuta{0}}kosmoseoptikast uude kompaktsete, paindlike ja ülimalt töökindlate kõigi-kiudoptikate ajastusse.
Spektriandur ja gaasituvastus
MIR-kiudude kõige otsesem rakendus on spektraaltuvastus. Fluoriidi või kalkogeniidi klaaskiudude abil on teadlased loonud kõik-kiudude superkontiinum-absorptsioonspektroskoopia süsteemid. Näiteks kombineerides õõnsaid-tuumakiudgaasielemente, on teadlased edukalt tuvastanud metaani (CH₄) 7,7 μm ribas, mille tundlikkus on kuni 20 ppm. Veelgi olulisem on see, et telluur-põhisel kalkogeniidklaasil põhinev spiraalne fiibersond, mis kasutab kaduva välja võimendust, võimaldab lenduvate orgaaniliste ühendite (LOÜ) ja isegi liitiumaku elektrolüüdi komponentide in-situ, mittekontaktset monitooringut ülilaias spektris 2,5 kuni 1 μm, 2,5 kuni 1 μm. pikaajaline stabiilsus. See tehnoloogia, mis voldib nutikalt kokku optilise tee käeulatuses, pakub revolutsioonilist veebianalüüsi tööriista keskkonnaseireks ja energia-/keemiatööstusele.
Lasertöötlus ja materjalide töötlemine
Tööstuslikus tootmissektoris avavad MIR-kiudlaserid töötlemisel uusi mõõtmeid. Paljud polümeerid ja klaasid on läbipaistvad ligi-infrapunavalgusele, kuid neil on tugev sisemine neeldumine 2,8-3,0 μm MIR vahemikus (O-H ja C-H venitusvibratsioonide tõttu). Seda omadust ära kasutades võivad fluoriidkiududel põhinevad Fiber Braggi võre (FBG) laserid saavutada tõhusa kleepuva-liitmise, näiteks PMMA plastikust optiliste kiudude ühendamise, mille termilise sidestuse efektiivsus on üle 20 korra kõrgem kui lähiinfrapunalaseritel. Lisaks saab MIR-kiude kasutada sooda{11}}lubjaklaasi täppistöötluseks, pakkudes traditsiooniliste 10,6 μm CO₂ laseritega võrreldes väiksemat soojustsooni ja paremat servade kvaliteeti.
Biomeditsiinilised rakendused ja pildistamine
MIR-kiudude paindlikkus annab neile biomeditsiinis märkimisväärse potentsiaali. Tohoku ülikooli uurimisrühm töötas välja mitmetuumalise kiu, mis koosneb 245 anti-resonantsest õõnsast optilisest kiust, mille koguläbimõõt on vaid 1 mm. Sellel kiul on 3-4 μm ribal madal-kao ülekanne ja koos poolkerakujulise läätsega otsas saab selle sisestada endoskoobi töökanalisse infrapuna-termopildistamiseks, pakkudes uusi võimalusi minimaalselt invasiivseks diagnostikaks. Lisaks on suure võimsusega MIR-kiud ise ideaalsed kirurgilised laseriallikad täpseks lõikamiseks ja ablatsiooniks.
Mittelineaarne optika ja uudsed valgusallikad
Et ületada traditsiooniliste fluoriidkiudude võimsuse ja stabiilsuse piiranguid väljaspool 4-5 μm vahemikku, ilmub pidevalt uusi materjale. Hiljuti väljatöötatud fluorotelluliitklaasidel (nagu TBAY kiud) on mittelineaarne koefitsient suurusjärgus kõrgem kui traditsioonilistel materjalidel ning suurepärane keemiline ja termiline stabiilsus. See on võimaldanud luua häälestatavaid ülikiireid impulsse, mille keskpunkt on 4,6 μm ainult 13 cm pikkuses kius, mis varem nõudis mitu meetrit kiudu. See sentimeetri-skaala seade sillutab teed kaasaskantavate välituvastusseadmete arendamisele.
Kokkuvõte ja väljavaade
Alates ülitundlikust keskkonnagaaside jälgimisest ja ülitäpsest täiustatud materjalitöötlusest kuni-distantse meditsiinilise pildistamise ja mittelineaarse fotoonikani – MIR-kiudtehnoloogia kujundab põhjalikult ümber mitme välja maastiku. Kuna fluoriidi, kalkogeniidi ja uudsete fluorotelluriitklaaskiudude tootmisprotsessid arenevad edasi ning passiivsete komponentide, nagu fiiber-Braggi restid ja liitmikud, integreerimisega kõik-kiudained, oleme tunnistajaks kompaktsematele, tõhusamatele ja stabiilsematele -kiudkiudude MIR-süsteemidele, mis lähevad üle laboratooriumidelt riiklikule majandusele, tervishoiusektorile ja tervishoiusektorile laiaulatuslikuks kasutamiseks. riiklik julgeolek.