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戴世勋课题组:新型硫系光纤实现中远红外超连续谱输出

2017-04-20

超连续谱(SC谱)是指窄带脉冲在非线性光学介质中经过一系列非线性效应与色散的共同作用使得脉冲频谱得到极大展宽的一种光谱。现已知道,2-16 μm的中红外连续波段覆盖了很多生物分子的指纹区,而且大气温室气体荧光光谱也位于该波段当中(如图1所示)。因此,这一波段的相干光源在航天、生物医学、中红外传感、物种识别、污染物监测等诸多前沿的技术领域具有重要的应用前景。


图1. 覆盖典型有毒气体和危险品分子指纹以及大气温室气体荧光光谱的中远红外波段(2-16 μm)。

常见的石英玻璃材料在中红外区域较强的多声子吸收效应限制了其SC谱向中红外波段的扩展。而硫系玻璃光纤不仅能透过中红外和远红外波段,而且非线性系数极高,是目前唯一可产生覆盖中红外到远红外波段的高非线性光纤。硫系玻璃中以Te基玻璃的红外透过范围最宽,但目前Te基玻璃及光纤普遍存在机械强度差、易析晶、光纤制备难度大等问题。

宁波大学红外材料及器件实验室王训四研究员(第一通讯作者)、戴世勋研究员(共通讯作者)联合澳大利亚国立大学王荣平研究员(共通讯作者)在远红外Te基硫系玻璃长期研究工作基础上,首次制备出环境友好型、双包层结构的单模Te基Ge-Te-AgI硫系玻璃光纤,该光纤获得了超宽中远红外SC谱输出。该结果于近日发表在Laser & Photonics Reviews [11,1700005 (2017)]上,并被选为当期的内封面文章(图2)。


图2. 2017年3月Laser & Photonics Reviews内封面

该研究团队在以往工作基础上,优化出以(Ge10Te43)90-AgI10、(Ge10Te40)90-AgI10、Ge10Sb10Se80玻璃分别作为纤芯、内包层和外包层材料。通过对原料和玻璃多次提纯,并采用改进的挤压方法,他们首次制备出纤芯直径为20 μm的新型双包层Te基硫系光纤。该光纤的透过光谱范围为2-21 μm,在11 μm处损耗约为 6 dB/m。采用工作波长为7 μm 、脉宽为150 fs,频率为1 kHz的 OPA激光抽运获得了强度动态范围为±40 dB、覆盖2-16 μm的中远红外SC谱输出,是目前国际上已报道的最宽SC谱输出。

该研究成果为未来全红外生物光谱和温室气体检测提供了一种新的宽谱红外相干光源方案。

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.201700005/abstract