传统硫系玻璃必须在完全隔氧的环境下进行熔制, 但是微量氧化物对硫系玻璃的具体性能影响仍是一个问题。为了探究微量氧化物对As-Se玻璃中Se-H杂质的影响, 使用SeO2药品对Se原料进行提纯, 通过主动蒸馏法制备了多组玻璃样品, 对比研究其在Ge引入后形成的弱还原条件对SeO2发挥作用的效率变化情况。光谱特性和相关数据表明: 2×10-3的SeO2可以使As2Se3玻璃样品中的Se-H杂质含量在红外透过光谱中没有明显的吸收, 虽然会产生少量的As-O、Se-O等氧杂质; 当SeO2的添加量增加到10-2时, As-O、Se-O等氧杂质的吸收增加。当在主动蒸馏过程中引入Ge单质之后, 需要适当增加SeO2的添加量才能最终降低Se-H杂质的浓度, 相比制备的As2Se3样品, 该Ge-As-Se玻璃样品中的As-O、Se-O氧杂质含量有所减少, Ge-O杂质明显增多。总之, Ge金属的引入会使SeO2的作用效率减弱, 要想玻璃样品的Se-H杂质在红外透过光谱中没有明显的吸收, 则需要更高含量的SeO2进行补偿, 该研究为进一步了解硫系玻璃中的杂质来源和低羟基硫系玻璃光纤的制备提供了一种新的思路。

基于挤压技术制备新型七芯光纤。首先通过蒸馏纯化工艺和传统熔融淬冷法制备了As₂Se₃和As₂S₃两种玻璃,采用改进的分离式挤压法制备了光纤预制棒,并结合聚合物层的高温涂覆保护获得了结构完整的新型七芯硫系玻璃光纤,该光纤的数值孔径分布范围高达1.20~1.45。采用截断法测试了该光纤的损耗,最低损耗约为1.9 dB/m@4.4 μm,最后将飞秒激光结合光参量放大器(OPA)作为泵浦源测试了该光纤的非线性性能,在14 cm长的七芯光纤中获得了谱宽范围为1.5~12 μm的超连续谱输出。结果表明,该七芯硫系光纤具有良好的非线性性能,在中红外光学领域具有重要的应用价值和研究意义。

采用熔融淬冷法制备了两种浓度的Pr3+掺杂GeSe2-Ga2Se3-CsI(GGC)硫卤玻璃。在2.0 μm激光激励下,比较了玻璃片(2 mm)和玻璃柱(6 mm)的荧光发射光谱。用Judd-Ofelt理论计算分析了Pr3+掺杂Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃的强度参数Ωi(i=2,4,6)和辐射寿命τrad等光谱参数。通过拟合衰变曲线,测得了玻璃的荧光寿命值(0.5% Pr3+: 3.08 ms)。所制备的光纤具备双包层结构,通过截断法得到光纤在7.6 μm处的最低损耗为2.27 dB/cm。

利用熔融淬冷法制取了 (Ge10Te43)90-AgI10和Ge10Sb10Se80玻璃，并采用挤压法制成了一种对环境无害的双材料类芯包结构的悬吊芯光纤.制成的光纤具备3~11 μm的宽谱透光性，其最低损耗仅为0.5 dB/m.讨论了GeTe-AgI悬吊芯光纤的光场模式和红外激光光斑，并利用中红外光参量放大器进行激光泵浦，获得了光谱宽度为1.6~8.9 μm的超连续谱输出.

为了制备无砷红外硫系光纤,采用熔融-淬冷法和蒸馏提纯工艺熔制了高纯度的Ge₂₀Se₇₉Te₁和Ge₂₀Se₈₀两种玻璃,基于优化的掏心挤压法制备出具有理想芯包结构的Ge-Se光纤预制棒。拉丝后的Ge-Se光纤在7.5~8.7 μm波段的平均损耗为4.8 dB/m,其中在7.7 μm处达到3.2 dB/m的最低损耗。利用中红外光参量放大器作为抽运源,抽运17 cm长的Ge-Se光纤探究谱宽和抽运波长、抽运功率的关系,获得了光谱宽度为1.5~11.2 μm的平坦超连续谱。

在超低色散零点的红外硫系玻璃光纤的需求背景下,选择两组Ge-Se基的硫系玻璃组分进行对比实验研究。通过对比各组分的特性参数,优化出合适的玻璃组分,并进行光纤拉制。研究结果表明:随着碘的摩尔分数从5%增至40%,玻璃的红外透过性得到显著提高,近红外吸收的截止波长出现明显蓝移,光学带隙逐渐增大,折射率减小,色散零点波长蓝移,玻璃转变温度降低,热膨胀系数逐渐增大;通过截断法得到了2.5~11.5 μm光谱范围内的光纤损耗图谱,在5.9 μm处的最小光学损耗约为16.9 dB/m。

为了探究碘元素对贫S基(GeS1.5)100-xIx和(GeS2)100-xIx(x=5,10,20,30,40)两个系列玻璃性质的影响, 用快速真空和高温熔融淬冷技术制备了这两个系列的玻璃样品, 对比测试了两组样品的密度、近红外吸收光谱、红外透过光谱、折射率、光学带隙和热膨胀, 并在折射率数据的基础上计算了材料零色散波长.研究表明: 随着碘含量的增高, 近红外吸收截止波长发生明显的蓝移现象, 玻璃转变温度和软化温度明显下降, 玻璃的转变温度范围分别为222~330℃和236~332℃, 软化温度范围分别为267~375℃和282~364℃, 膨胀系数增大, 红外透过性明显提高, 光学带隙逐渐增大.通过扫描电子显微镜测定了玻璃组分的归一化质量比, 并对比了抽真空时有无液氮冷却情况下玻璃原料中碘的含量损失差异, 结果表明使用液氮冷却方法会增强玻璃中的杂质吸收峰.优化了玻璃制备工艺, 采用高温聚合物做保护层对(GeS1.5)60I40玻璃进行了拉丝实验, 测得其最低损耗为2.8 dB/m.

从玻璃组分与玻璃光学折射率分布及零色散波长位置的影响机理出发, 研究低色散卤化物对硫系玻璃的色散调控作用.制备了Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃, 利用差示扫描量热仪、红外椭偏仪、红外光谱仪等测试了该玻璃的物化性质, 分析了原料和玻璃提纯工艺、CsI含量对玻璃形成以及透过范围的影响, 并计算了该玻璃的材料色散.实验结果表明: 该玻璃的透过范围可覆盖可见光至中远红外波段(0.55~18 μm); 该玻璃的材料零色散点随着CsI含量的增加明显蓝移, 摩尔百分比为20%和40%的CsI含量可使该玻璃材料的零色散波长蓝移至3.5 μm和1.5 μm附近, 且该玻璃的热稳定性较好, 有利于低色散中红外光纤的制备和应用.结合玻璃提纯技术和高温聚合物保护拉丝光纤拉丝工艺, 获得了最低损耗为8.2 dB/m的单折射率硫卤玻璃光纤.

随着红外光纤制备技术的不断发展,低损耗、高非线性且结构完美的红外硫系光纤的研制迫在眉睫。采用了传统的熔融淬冷法和动态蒸馏纯化工艺制备了As₄₀Se₅₈Te₂和As₄₀Se₆₀两种玻璃样品,基于两次多步挤压法制备了完美芯包阶跃结构的硫系光纤预制棒,在聚合物的保护下拉制出了损耗较低的阶跃型单模硫系玻璃光纤。结果表明:蒸馏纯化工艺可有效去除硫系玻璃中大部分杂质,2%摩尔百分比的Se被Te替换可有效实现小数值孔径并达到单模传输条件,采用截断法对单模硫系光纤进行了损耗测试,其最低损耗为1.66 dB/m(6.06 μm),工作波段为2.5~12 μm。以光参量放大器(OPA)为抽运源获得了覆盖1.5~13.2 μm(40 dB带宽)的超连续谱输出,光纤有较好的中远红外传输性能和极高的光学非线性性能。