1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 电磁空间安全全国重点实验室，天津 300308
硫系玻璃作为一种优秀的红外材料，具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点，是制备红外传能光纤的理想材料之一。从硫系玻璃吸收损耗抑制和散射损耗抑制两方面入手，采用气（氯气）/气（玻璃蒸汽）、固（铝）/液（玻璃熔液）化学反应除杂方式降低光纤吸收损耗，建立了三维激光显微成像系统，检测玻璃及光纤内部的微米和亚微米量级的缺陷，优化制备工艺降低光纤散射损耗，制备出损耗为0.087 dB/m（@4.778 μm）的硫系玻璃光纤。分别利用光纤激光器（波长为2.0 μm）和双波长输出的光学参量振荡器（OPO）激光器（波长为3.8 μm 和4.7 μm）进行激光传能实验，在单模光纤和多模光纤中分别实现了6.10 W（@2.0 μm）和6.12 W（@3.8 μm和4.7 μm）激光传输。
材料 红外光纤 硫系玻璃 超低损耗 激光传输 激光损伤
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地，山东 青岛 266000
3 μm 波段光纤激光因在环境监测、医疗成像、科 学研究和工业加工等多个领域中的应用潜力而备受关 注。近年来，国际研究机构在 3 μm 波段光纤激光器的 大 功 率 、全 光 纤 化 等 方 面 取 得 了 显 著 的 研 究 进 展 。 2022 年，加拿大拉瓦尔大学基于增益光纤中直接刻写 的光纤光栅实现了全光纤结构，获得了最大输出功率 达到 14.9 W 的 3.5 μm 光纤激光。由于中红外光栅刻 写技术（耐高功率性能、光栅对的波长匹配性能等）相 对落后，国内在 3 μm 波段光纤激光器功率提升和集成 化方面的研究明显滞后。目前国内公开报道的该波段 激光的最高输出功率为天津大学团队采用空间光路结 构实现的 7.2 W，尚无 10 W 级 3.5 μm 全光纤激光输出 的研究报道。近期，中国科学院西安光学精密机械研 究所基于自制的中红外氟化物光纤光栅，在优化异质 光纤熔接与热管理技术的基础上，实现了 3.5 μm 全光 纤激光输出，功率为 10.1 W，斜率效率达 41.7%。
光子学报
2023, 52(11): 1106003
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
为了研发用于3~5 μm波段光纤激光器的增益介质，制备了重量百分比为0～0.4%不同浓度Pr3+离子掺杂的Ge12As20.8Ga4Se63.2硒化物硫系玻璃。通过多级棒管法，重量百分比为0.2%的Pr3+离子掺杂玻璃被成功拉制成阶跃型双包层光纤，损耗最低为2.95 dB/m（位于6.58 μm处）。采用电子探针显微分析（EPMA）、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热（DSC）、场发射透射电子显微镜（FE-TEM）、透射光谱和中红外荧光光谱分析了玻璃中Pr3+离子的分散性、杂质含量以及Pr3+离子引入引起的热、光学性质变化。通过玻璃的吸收和发射光谱并结合Judd-Ofelt理论，计算了Judd-Ofelt强度参数、辐射跃迁几率、荧光寿命、荧光分支比和受激发射截面。这种硒化硫系玻璃具有较高的Pr3+离子溶解度和中红外发光特性、良好的热稳定性和成纤性能，表明其具有作为中红外激光工作介质的潜力。
硫系玻璃 稀土离子 光谱学 中红外荧光 红外光纤 chalcogenide glass rare-earth ions spectroscopy mid-infrared fluorescence infrared fiber
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用不含有机相的简单水热法制备了Co2+：ZnS纳米晶，纳米晶具有立方闪锌矿结构，平均晶粒尺寸约为8.3 nm，在808 nm激光泵浦下具有2~5 μm波段的中红外荧光发射，中心波长位于3 400 nm和4 700 nm，分别对应Co2+离子的4T2（F）→4A1（F）和4T1（F）→4T2（F）的能级跃迁.进一步将制备的纳米晶在还原气氛下进行800℃热处理，获得立方闪锌矿和纤锌矿混合晶型的纳米晶，平均晶粒尺寸增大到22.5 nm左右，热处理后的纳米晶表面羟基含量更低，中红外荧光发射强度显著提高.该Co2+：ZnS纳米晶的制备方法简单、在制备过程中不引入有机相等荧光淬灭中心，同时证明通过后热处理过程可以进一步减少表面缺陷及羟基含量，使荧光强度得到大幅提升.
过渡金属 纳米晶 热处理 硫化物 中红外 Transition metal Nanocrystal Heat treatment Sulfide Mid-infrared
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 陕西师范大学 物理学与信息技术学院，西安 710119
采用体式显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱表征了不同氟浓度、波导结构条件下光纤预制棒锥区及光纤的表面形貌与微观结构，用光纤综合参数分析仪、自制输出激光刀头分析了大芯径掺氟包层光纤的损耗、激光传输效率.结果表明: 随着氟含量的升高，氟挥发现象愈加明显，传统大芯径掺氟包层光纤表面产生的裂纹、凹坑等缺陷增多，光纤损耗略有增加，激光传输效率下降; 采用下陷掺氟内包层设计有效抑制了大芯径掺氟包层光纤制备过程中的氟挥发、析晶现象，1 200 nm波段光纤损耗为3.99 dB/km，平形和球形光纤2 μm波段的激光传输效率分别达到88.9%和88.4%，性能明显高于传统结构光纤.
氟挥发 传能光纤 医用光纤 掺氟光纤 医用激光刀头 传输效率 Fluorine volatilization Energy transmitting fiber Medical fiber Fluorine-doped fiber Medical laser probe Transmission efficiency 光子学报
2019, 48(11): 1148013
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100045
硫系玻璃具有红外透过范围宽、非线性系数高、易光纤化等特点,在中红外光子集成、光纤光源、传感等光学领域极具应用前景。随着红外光学的发展,硫系玻璃及其光纤研究取得了许多进展。为此,综述低损耗硫系玻璃光纤制备及其在光纤器件(耦合器、合束器、传像束和光纤光栅)和光纤光源、光纤传感等方面的研究进展,分析存在的问题,并展望未来发展方向。
光纤光学 红外光纤 硫系玻璃 低损耗 光纤器件 光纤光源 激光与光电子学进展
2019, 56(17): 170606
