Mellan-infraröd (MIR) fiber, som vanligtvis hänvisar till optiska fibrer som sänder ut våglängder i intervallet 2–20 mikrometer, har dykt upp som en fokuspunkt i fotonikforskning. Denna spektrala region omfattar inte bara "fingeravtrycks"-regionen för molekylära absorptionsspektra utan inkluderar också flera atmosfäriska transmissionsfönster, vilket ger MIR-fibrer betydande tillämpningspotential inom områden som miljöövervakning, medicinsk diagnostik, industriell processkontroll, nationellt försvar och kvantkommunikation. Banan för dess utveckling återspeglar en pågående strävan efter genombrott i skärningspunkten mellan materialvetenskap och fotonisk teknik.
I dess tidiga skeden var kärnutmaningen i MIR-fiberutveckling att identifiera lämpliga värdmaterial. Konventionella kiseldioxidfibrer uppvisar kraftigt ökande transmissionsförluster över 2 mikrometer, vilket gör dem otillräckliga. Forskare vände sig till tungmetallfluoridglas med bredare transparensintervall, där ZBLAN (ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF)-fiber var den mest representativa. ZBLAN-fibrer erbjuder relativt låg överföringsförlust i 2–4 µm-bandet, vilket gör dem till de första kommersiellt framgångsrika MIR-fibrerna. De har använts allmänt i erbium- och holmium-dopade fiberlasrar som fungerar runt 3 µm, vilket ger tillförlitlig ljusleverans för medicinska operationer och materialbearbetning. ZBLAN lider dock av begränsad mekanisk styrka och dess långa-våglängdsavskärning sträcker sig vanligtvis bara till 4–5 µm, vilket begränsar dess användning vid längre våglängder.
För att få tillgång till längre våglängder blev kalkogenidglasfibrer en kritisk utveckling. Kalkogenidglas består av element som svavel, selen eller tellur i kombination med germanium eller arsenik och har låg fononenergi, vilket möjliggör teoretisk transparens som sträcker sig över 10 µm. Dessa fibrer öppnade verkligen MIR och även långt-infraröda områden. Idag har kalkogenidfibrer uppnått låg-förlustöverföring i det 8–12 µm långa-vågsinfraröda bandet-ett område som sammanfaller med de starka absorptionslinjerna för många gasmolekyler som koldioxid och metan. Följaktligen uppvisar sensorer baserade på kalkogenidfibrer exceptionell känslighet vid spårgasdetektion. Ändå är deras relativt låga skadetröskel och utmaningar vid koppling och förpackning med hög{12}}lasrar fortfarande tekniska hinder.
De senaste framstegen har diversifierat landskapet för MIR-fiberteknik. Å ena sidan begränsar mikrostrukturerade fibrer-som ihåliga-fotoniska bandgapfibrer och anti-resonansfibrer- ljus i en luftkärna. Denna design kringgår på ett elegant sätt materialabsorptionsgränser och stödjer teoretiskt ultra-bredbandsöverföring från ultraviolett till terahertz-området samtidigt som den erbjuder höga skadetrösklar. Å andra sidan får nya material som telluritglas och kristallina fibrer också uppmärksamhet för sina unika egenskaper inom hög-effektleverans och icke-linjär frekvensomvandling.
Framöver kommer utvecklingen av MIR-fibrer att fokusera på flera nyckelriktningar: att ytterligare minska överföringsförlusterna, särskilt genom att pressa den långa-våglängdsgränsen; förbättra fiberns robusthet mot hög effekt och miljöfaktorer; och utveckla funktionella aktiva fibrer för att möjliggöra direkt, effektiv optisk förstärkning och lasergenerering i MIR-regionen. När tillverkningsteknikerna fortsätter att utvecklas och grundläggande fysiska insikter fördjupas, är MIR-fibrer redo att utvecklas från en specialkomponent till en transformativ plattform, som driver innovation inom områden som spektroskopisk analys, kvantteknik och avancerad tillverkning. En bredare era av mellan-infraröd fotonik accelererar med framstegen inom fiberteknik.