فروسرخ میانی (Mid Infrared - MIR)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
فروسرخ میانی (Mid Infrared - MIR) :
فروسرخ میانی (MIR) به بخشی از طیف فروسرخ با طول موج حدود 1.4 تا 3 میکرومتر (1400 تا 3000 نانومتر) گفته می شود. برخی منابع مرزهای متفاوتی برای MIR تعریف می کنند (مثلا 3-8 µm). این ناحیه از طیف به دلیل ویژگی های جذب مولکولی بسیار مهم است. بسیاری از مولکول ها (به ویژه مولکول های آلی و گازها) در ناحیه MIR دارای ارتعاشات چرخشی و کششی هستند که باعث جذب شدید نور در طول موج های مشخصی می شود. به همین دلیل به این ناحیه، ناحیه اثر انگشت مولکولی (Fingerprint Region) نیز می گویند. هر مولکول دارای یک طیف جذب منحصربه فرد در MIR است که می توان از آن برای شناسایی ماده استفاده کرد.
برهم کنش با ماده: در ناحیه MIR، انرژی فوتون ها با انرژی ارتعاشات مولکولی (کشش، خمش، پیچش پیوندها) همخوانی دارد. وقتی نور MIR با فرکانس مناسب به مولکول برخورد کند، جذب شده و باعث افزایش دامنه ارتعاشات مولکولی می شود. این جذب انتخابی اساس طیف سنجی MIR است. برای مثال، گروه های عاملی مانند C=O (کربونیل)، O-H (هیدروکسیل)، و C-H (کربن-هیدروژن) هر کدام در طول موج های مشخصی در ناحیه MIR جذب دارند.
کاربردها: 1. طیف سنجی فروسرخ (FTIR): مهم ترین کاربرد MIR در طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) است. این روش یک تکنیک قدرتمند برای شناسایی و تعیین ساختار ترکیبات آلی، پلیمرها، داروها، مواد بیولوژیکی و... است. با تاباندن نور MIR به نمونه و تحلیل طیف جذبی، می توان پی به ماهیت گروه های عاملی و ساختار مولکولی برد. 2. تشخیص گازها: بسیاری از گازهای گلخانه ای (CO₂، CH₄، N₂O) و آلاینده ها در ناحیه MIR جذب قوی دارند. حسگرهای گاز مبتنی بر MIR برای پایش محیط زیست، صنعت، و ایمنی استفاده می شوند. برای مثال، CO₂ در حدود 4.3 µm و CH₄ در حدود 3.3 و 7.7 µm جذب دارند. 3. تصویربرداری حرارتی: اگرچه تصویربرداری حرارتی معمولی بیشتر در LWIR (8-14 µm) انجام می شود، اما در MIR نیز کاربردهایی دارد، به ویژه برای تشخیص اجسام با دمای بالا (مانند گازهای داغ خروجی از موتورها). این ناحیه برای ردیابی موشک ها و جستجوی اهداف داغ اهمیت نظامی دارد. 4. ارتباطات نوری در فضای آزاد: در برخی کاربردهای خاص (مانند ارتباطات ماهواره ای یا بین ساختمانی) از پنجره های جوی MIR (در طول موج هایی که جو شفاف است) استفاده می شود.
چالش های فنی: کار با MIR نسبت به NIR دشوارتر است. مواد اپتیکی معمولی مانند شیشه و سیلیکون در MIR جذب بالایی دارند و شفاف نیستند. بنابراین برای ساخت لنزها، پنجره ها و فیبرهای نوری MIR از مواد خاصی مانند ژرمانیوم (Ge)، سیلیکون (Si) (با خلوص بالا و مقاومت ویژه مناسب)، کلسیم فلوراید (CaF₂)، و زینک سلناید (ZnSe) استفاده می شود. این مواد معمولا گران تر و شکننده تر هستند. همچنین منابع نوری (منابع پیوسته مانند گلوبار) و آشکارسازهای MIR (مانند MCT (HgCdTe) و InSb) معمولا به سرمایش نیاز دارند تا نویز حرارتی کاهش یابد.
