近日，吉林大学与中国科学院上海光机所联合研究团队通过组分优化的方法筛选出新一代高功率中红外光纤激光材料——氟碲酸盐玻璃，其具有强抗潮解能力、高玻璃转变温度、高热机械品质因子，解决了限制目前高功率中红外光纤激光材料应用的化学稳定性以及热机械性能差等难题。

高功率中红外光纤激光器在前沿科学研究、生物医疗、环境监测、红外遥感、红外成像、大气通信、光电对抗等关系国计民生和**安全的诸多领域有着重要应用。中红外光纤激光材料是中红外光纤激光器的核心组成部分，利用稀土离子掺杂中红外光纤作为增益介质可搭建中红外光纤激光器，进一步利用中红外光纤中的非线性光学效应可实现宽波段中红外激光输出。经过几十年的发展，目前能够实现平均功率10 W量级、工作波长范围大于2.5 μm激光输出的高功率中红外光纤激光材料仅为氟化锆基玻璃（ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF， ZBLAN）。然而，近年来，研究人员发现，由于ZBLAN光纤的抗潮解能力较差，其光纤端面很容易与空气中的水反应，从而导致光纤端面损伤，这在一定程度上影响了基于ZBLAN光纤的高功率中红外激光器在实际中的应用。另外，由于ZBLAN玻璃的转变温度仅为252℃，且其热机械品质因子偏低，这影响了中红外ZBLAN光纤激光功率的进一步提升。

针对以上难题，吉林大学秦伟平教授、秦冠仕教授课题组与中科院上海光机所合作团队（胡丽丽研究员、廖梅松研究员、冯衍研究员）经过近5年的探索，通过组分优化筛选出新一代高功率中红外光纤激光材料——氟碲酸盐玻璃，其主要组分为TeO₂-BaF₂-Y₂O₃（TBY）。TBY玻璃不仅具有较宽的光学透过窗口（覆盖0.4～6 μm波段），而且具有强抗潮解能力、高玻璃转变温度（～424℃）、高热机械品质因子，其玻璃转变温度比ZBLAN玻璃高172℃，热机械品质因子是ZBLAN玻璃的1.5倍。进一步筛选出与TBY玻璃热学性质匹配较好的低折射率玻璃AlF₃-BaF₂-CaF₂-YF₃-SrF₂-MgF₂-TeO₂（ABCYSMT），分别选用TBY和ABCYSMT玻璃作为纤芯和包层材料，采用吸入法制备出高质量光纤预制棒，通过优化拉丝工艺制备出色散、非线性、数值孔径大范围可调的低损耗氟碲酸盐玻璃光纤（图1（a）和1（b））。

图1（a）氟碲酸盐玻璃光纤的色散曲线，插图：氟碲酸盐玻璃光纤端面照片；（b）氟碲酸盐玻璃光纤损耗曲线；（c）超连续谱激光输出光谱随泵浦激光功率演化趋势；（d）超连续谱激光输出功率随泵浦激光功率的变化曲线。

为了验证基于该类光纤的高功率中红外激光性能，联合团队设计并搭建了全光纤中红外超连续谱激光器，其中，所用的泵浦源为2 μm高功率飞秒光纤激光器，选用的非线性介质是芯径为6.8 μm的氟碲酸盐玻璃光纤。当泵浦功率为15.9 W时，获得了平均功率10 W量级、工作波长范围覆盖0.95～3.9 μm、可长时间稳定运转的全光纤超连续谱激光输出（图1（c）和（d））。最近，他们通过优化泵浦源和氟碲酸盐玻璃光纤参数研制出平均功率大于20 W的全光纤中红外超连续谱激光器，其工作波长范围覆盖0.6～5.4 μm。另外，高功率2 μm激光传输实验结果表明，利用氟碲酸盐玻璃光纤作为非线性介质有望实现数十瓦甚至百瓦量级、可长时间稳定运转的中红外超连续谱激光器，这为将高功率全光纤中红外超连续谱激光器推向实际应用铺平道路。

该研究成果以High-power mid-infrared supercontinuum laser source using fluorotellurite fiber为题于近期发表在Optica [5, 1264-1270 (2018)]上。该成果第一作者为姚传飞和贾志旭，通讯作者为秦冠仕教授。合作者包括中科院上海光机所和日本丰田工业大学的研究人员。

论文链接：https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-5-10-1264