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。