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
光子学报
2023, 52(11): 1106003
1 燕山大学理学院，亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北省微结构材料物理重点实验室，河北 秦皇岛 066004
2 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
提出并研究了一种以硫系玻璃为基底材料的红外负曲率反谐振光纤，该光纤在4 μm附近可低损耗、单模单偏振传输光信号。利用有限元法对其性能进行数值仿真，结果表明：该光纤在3.99~4.00 μm波长范围内具有良好的单模单偏振特性，特别是在4 μm波长处，偏振消光比和高阶模式消光比分别达到491和649，表明其保偏性能具有很好的稳定性；该光纤具有低损耗传输特性，在3.92~4.01 μm波长范围内，偏振基模均可维持在平坦且损耗很低的反谐振区域内，尤其在4 μm波长处，偏振基模的损耗仅为1.8×10-4 dB/m；该光纤具有良好的抗弯曲能力，在单模单偏振传输下，弯曲损耗始终小于10-3 dB/m。该红外负曲率反谐振光纤不仅在中红外波段的通信和医疗系领域具有良好的应用前景，也为工作在4 μm波段的量子级联探测器提供了纯净光源。
光纤光学 负曲率空芯光纤 空芯反谐振光纤 单模 单偏振 有限元法 光学学报
2023, 43(19): 1906003
1 广西大学 资源环境与材料学院，广西 南宁 530004
2 中国科学院西安光学精密机械研究所 光子功能材料与器件研究室，陕西 西安 710119
3 中国科学院大学，北京 100049
长波红外光纤传像束在**、医疗以及环境监测等领域有着重要应用。当前，长波红外光纤高的光学损耗制约了红外光纤传像束的性能和应用。为了制备低损耗长波红外光纤，选择As-Se-Te硫系玻璃组分，首先对As、Se、Te高纯原料进行了提纯工艺研究，原料表面氧杂质含量分别由1.3 at%、0.46 at%、0.48 at%降至0 at% （未检出）、0.06 at%、0.15 at%，除氧效果显著。以As-Se-Te玻璃为基质组分，对比研究了制备工艺对玻璃红外透过谱段的影响，采用Al作为除氧剂结合蒸馏提纯工艺，制备出热学性能优异、长波红外谱段良好的红外硫系玻璃。采用棒管法拉制出丝径100 μm的光纤，弯曲半径小于5 mm，在长波红外波段损耗基线约为0.2 dB/m。采用叠片法制备出像元2.25万，单丝呈紧密排列的光纤传像束，断丝率小于3‰，传像束有效区域透过均匀，无黑丝、暗丝，对红外目标成像清晰，无明显畸变，综合成像质量良好。
硫系玻璃 长波红外光纤 低损耗 传像束 红外成像 chalcogenide glasses far-infrared fiber low optical attenuation image bundles infrared imaging 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230110
中国科学院西安光学精密机械研究所光子功能材料与器件研究室，西安 710119
石英光纤传像束在医疗诊断、工业设备探伤、电力设施监测、大视场成像等领域具有重要应用。本文利用溶胶凝胶法在像元单丝间隙中引入吸收剂，解决了传像束光串扰难题。采用一次复丝工艺，制备出外径为600 μm、像元为15 000的石英光纤传像束，像元单丝直径约4.4 μm，分辨率约为113 lp/mm。结果表明，传像束无暗丝、断丝，成像清晰，无畸变，达到了商品化使用需求。
光纤传像束 石英光纤 高分辨率 复丝法 溶胶凝胶法 吸收剂 coherent fiber bundle silica fiber high resolution multiplefiber method solgel method absorbent
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，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100045
3 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
随着红外光学的不断发展，**安全、生物医疗、先进制造等领域对红外激光传输的需求越来越迫切，基于非氧化物玻璃的红外传能光纤日益受到重视。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。介绍了国内外有关红外激光传输用硫系光纤(包括阶跃型光纤和微结构光纤)的最新研究进展，分析了目前存在的问题，指出了下一步的发展方向。
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
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 101408
讨论了红外光纤传像束的学术意义和制备工艺，制备了一种硫系玻璃红外光纤传像束并进行了专门的性能测试。选用As40S58Se2、As40S60作为芯棒和皮管玻璃组分，采用管棒法拉制成纤，利用人机结合的排丝工艺制备出了单丝直径为50 μm，纤芯直径为40 μm，576元正方形排列的红外光纤传像束。搭建了相应的实验测试平台， 对光纤束排列规则度、断丝率、光学效率及传像束引起系统调制传递函数（MTF）下降量等指标进行了测试。测试表明，传像束断丝率为2.7%，衰减损耗低于0.5 dB/m，光学效率约为31%，在红外光纤传像系统中光纤传像束引起的MTF下降量小于10%。最后，利用研制的红外传像束完成了红外成像实验，结果表明，红外光纤传像束能够实现良好的红外成像。
红外光纤传像束 红外成像技术 光学效率 硫系玻璃光纤 调制传递函数 infrared imaging fiber bundle infrared imaging technology transmission efficiency chalcogenide glass fiber MTF 光学 精密工程
2017, 25(12): 3137
