Середньо{0}}інфрачервоне (MIR) волокно, яке зазвичай відноситься до оптичних волокон, які передають довжини хвилі в діапазоні 2–20 мікрометрів, стало центром досліджень фотоніки. Ця спектральна область не тільки охоплює область «відбитків» спектрів молекулярного поглинання, але також включає кілька атмосферних вікон пропускання, що надає волокнам MIR значний потенціал застосування в таких сферах, як моніторинг навколишнього середовища, медична діагностика, контроль промислових процесів, національна оборона та квантовий зв’язок. Траєкторія його розвитку відображає постійний пошук проривів на стику матеріалознавства та фотонних технологій.
На ранніх стадіях основною проблемою розробки волокна MIR було визначення відповідних матеріалів-господарів. Звичайні кремнеземні волокна демонструють різке збільшення втрат передачі, що перевищує 2 мікрометри, що робить їх неадекватними. Дослідники звернулися до фторидного скла важких металів із ширшими діапазонами прозорості, причому волокно ZBLAN (ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF3-NaF) є найбільш репрезентативним. Волокна ZBLAN пропонують відносно низькі втрати передачі в діапазоні 2–4 мкм, що робить їх першими комерційно успішними волокнами MIR. Вони широко застосовуються у волоконних лазерах із легуванням ербієм- і гольмієм-, які працюють на довжині довжини близько 3 мкм, забезпечуючи надійну доставку світла для медичних операцій і обробки матеріалів. Однак ZBLAN страждає від обмеженої механічної міцності, а його межа-довжини хвилі зазвичай поширюється лише на 4–5 мкм, що обмежує його використання на довгих хвилях.
Для доступу до більш довгих хвиль волокна з халькогенідного скла стали критичною розробкою. Халькогенідні скла, що складаються з таких елементів, як сірка, селен або телур у поєднанні з германієм або миш’яком, мають низьку фононну енергію, що забезпечує теоретичну прозорість понад 10 мкм. Ці волокна справді відкрили MIR і навіть далеко{3}}інфрачервоні області. Сьогодні халькогенідні волокна досягли низьких{5}}втрат передачі в інфрачервоному діапазоні хвиль довжиною 8–12 мкм--, який збігається з сильними лініями поглинання численних молекул газу, таких як вуглекислий газ і метан. Отже, датчики на основі халькогенідних волокон демонструють виняткову чутливість у виявленні слідів газу. Тим не менш, їхній відносно низький поріг пошкодження та проблеми з’єднання та упаковки з високо{12}}потужними лазерами залишаються технічними перешкодами.
Останні досягнення урізноманітнили ландшафт волоконної технології MIR. З одного боку, мікроструктуровані волокна-такі як порожнисті-волокна з фотонною забороненою зоною та анти{3}}резонансні волокна-утримують світло всередині повітряного ядра. Ця конструкція елегантно обходить обмеження на поглинання матеріалу, теоретично підтримуючи ультра-широкосмугову передачу від ультрафіолетового до терагерцового діапазону, пропонуючи високі порогові значення пошкодження. З іншого боку, такі нові матеріали, як телуритове скло та кристалічні волокна, також привертають увагу завдяки своїм унікальним можливостям у високій-потужності та нелінійному перетворенні частоти.
Заглядаючи вперед, розробка волокон MIR зосереджуватиметься на кількох ключових напрямках: подальше зменшення втрат при передачі, особливо розширення довго-ліміту довжини хвилі; підвищення міцності волокна проти високої потужності та факторів навколишнього середовища; і розробка функціональних активних волокон для прямого, ефективного оптичного підсилення та генерації лазера в області MIR. У міру того, як технології виготовлення продовжують розвиватися, а фундаментальні фізичні знання поглиблюються, волокна MIR готові перетворитися зі спеціального компонента на трансформаційну платформу, що сприяє інноваціям у таких сферах, як спектроскопічний аналіз, квантові технології та передове виробництво. З розвитком оптоволоконних технологій прискорюється ера середньої інфрачервоної фотоніки.