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
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学同济医院血管衰老教育部重点实验室，湖北 武汉 430074
3 华中科技大学材料科学与工程学院材料成型与模具技术国家重点实验室，湖北 武汉 430074
中红外激光凭借其非接触、高效率和高精准度的显著优势，广泛应用于病变组织切除、组织整形和肿瘤间质光热疗法等临床外科手术中。在诸多中红外激光中，二氧化碳（CO2）激光具备极高消融效率和高精准度的特点，广泛应用于皮肤、耳鼻喉和腹腔等手术中。然而，由于缺乏稳定、高性能的小尺度柔性能量传输介质，CO2激光无法像钬激光、钕激光等近红外激光一样，通过成熟的石英光纤，以微创或无创的方式进入体内，在人体内部自然腔道中进行微创介入操作。目前CO2激光通常通过导光臂、空心波导管等传输介质进行手术，这极大地制约了其优势在微创手术中的充分体现。为使CO2激光更好地服务于临床外科医疗领域，本文总结了现有的医用CO2激光能量传输介质，重点讨论了热拉式多材料光纤技术在CO2激光医疗领域的研究进展，并展望了未来多功能柔性CO2激光消融机器人光纤的发展趋势及应用前景。
激光医疗 CO2激光 红外光纤 多材料纤维 连续体机器人 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0117001
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
朱晰然 1,2,3张斌 1,2,3,*陈子伦 1,2,3赵得胜 1,2,3[ ... ]侯静 1,2,3
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
中红外超荧光光源具有光谱范围宽、空间相干性好、时域稳定性高等特点，应用前景广泛，但受限于中红外侧面泵浦合束器，目前普遍利用空间结构泵浦产生。文中根据拉锥光纤侧面耦合的原理，在125 μm包层直径的无源双包层氟化物光纤上实现了中红外光纤侧面泵浦合束器的研制，该合束器泵浦光耦合效率达82.3%，可承受的最大泵浦功率达87.5 W。通过在中红外增益光纤上制得侧面泵浦合束器，实现了全光纤中红外超荧光光源产生，前后向输出的中红外超荧光最高功率和为91.09 mW （后向输出53.67 mW，前向输出37.42 mW），输出光谱范围从2702 nm覆盖至2830 nm。在中红外超荧光总输出功率为33.03 mW时，获得了108 nm的最宽20 dB带宽。文中实现的中红外全光纤超荧光光源克服了以往空间泵浦复杂度高、调节难的问题，对推动中红外超荧光光源的进一步功率放大具有重要意义。
中红外光纤光源 超荧光光源 侧面泵浦合束器 氟化物光纤 mid-infrared fiber source superfluorescent fiber source side-pumping combiner fluoride fiber 红外与激光工程
2023, 52(5): 20230101
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
为了提升中红外光纤激光器的功率和效率，基于掺铒氟化物光纤的高效热管理技术、高性能中红外光纤端帽制备技术和高功率泵浦激光的高效耦合技术，利用高功率976 nm半导体激光器，单端泵浦8 m长、掺杂铒离子的摩尔分数为7%的氟化物增益光纤，实现了33.8 W的中红外2.8 μm激光输出，据我们所知，这是单端泵浦中红外光纤激光器的最高功率水平，此时激光器的光光转换效率达26.4%。
激光器 中红外光纤激光器 单端泵浦 高功率激光 掺铒氟化物光纤
王敏 1,2,3戴世勋 1,2,3张培晴 1,2,3王训四 1,2,3[ ... ]刘自军 1,2,3
1 宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室, 浙江 宁波 315211
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心, 浙江 宁波 315211
基于倏逝波原理的光纤传感器因其灵敏度高、响应速度快、成本低等优点, 已广泛应用于液体、气体及生物化学传感等诸多领域。与此同时, 以碲酸盐玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃和卤化物晶体等为基质材料的中红外光纤因其具有较宽的红外透过范围, 近年来在中红外波段传感领域得到了广泛关注。本文首先概述了中红外光纤倏逝波传感原理, 介绍了各种中红外光纤基质材料的特点、光纤结构及参数特性, 详细综述了其在中红外波段气体、液体和生物化学等领域的传感进展, 最后对中红外光纤倏逝波传感器的发展趋势进行了展望。
光纤传感 倏逝波传感 中红外光纤 硫系玻璃光纤 fiber sensor evanescent wave sensor mid-infrared fiber chalcogenide glass fiber
实验研究了基于光纤布拉格光栅 (FBG) 的直接输出 1570 nm 单波长光纤激光器, 采用光纤耦合器搭建塞格纳克宽带反射器并与部分反射光纤光栅构建直腔激光器, 通过优化光栅反射率和输出方向实现了最高谐振效率为 24.42%、最大输出功率为 2.8 W、边模抑制比为 65 dB 的 1570 nm 光纤激光直接输出。通过增大腔长增加激光器谐振纵模数量, 从而基于纵模间的平均效应实现了 1570 nm 单波长光纤激光器的稳定无拍频输出, 进而利用该激光器作为掺铥光纤的泵浦源实现了 2 μm 波段光纤激光器被动锁模输出。
激光技术 中红外光纤激光器 光纤布拉格光栅 无拍频激光器 被动锁模 laser techniques mid-infrared fiber laser fiber Bragg grating beat-free laser passively mode-locking
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 武汉纺织大学 计算机与人工智能学院，湖北 武汉 430200
2 重庆理工大学 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心，重庆市光纤传感与光电检测重点实验室，重庆 400054
3 中油国际管道公司，北京102202
4 重庆能源职业学院 电梯智能运维重庆市高校工程中心，重庆 402260
利用中红外光纤构建了一种在线准确检测偏二氯乙烯的红外光纤倏逝波传感器，该传感器由U形中红外光纤传感探头、偏二氯乙烯选择性敏感膜和超疏水膜构成。四氟乙烯敏感膜涂覆在U形区表面，超疏水膜涂覆在偏二氯乙烯敏感膜表面。U形传感器可增强光纤表面倏逝波强度，从而提高传感器的灵敏度。敏感膜可实现对水体中偏二氯乙烯的选择性测量，提高传感器测量结果的准确性; 超疏水膜可抑制水分子对测量结果产生的负面影响。实验研究了偏二氯乙烯的特征吸收光谱，以及传感器对偏二氯乙烯的响应灵敏度、响应时间和选择敏感性。从理论上建立了传感器测量偏二氯乙烯的理论模型。研究结果表明，传感器对偏二氯乙烯具有高选择敏感性，传感器灵敏度可达0, 002 1 abs/(mg·L-1)，响应时间为230 s。
偏二氯乙烯 中红外光纤 倏逝波 传感器 选择性 灵敏度 vinylidene chloride mid-infrared optical fiber evanescent wave sensor selectivity sensitivity
江苏师范大学物理与电子工程学院，江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
近年来迅速发展的中红外高功率激光技术迫切需要具有输出光束质量高、质量轻、结构紧凑等特性的中红外光纤介质，用于实现激光产生、传输等。在中红外玻璃中，硫系玻璃具有最宽的透光范围；同时，硫系玻璃又具有最高的折射率和非线性折射率系数，因此它们被认为是理想的产生和传输中红外激光的光纤基质。然而，硫系玻璃网络结构由弱化学键组成，使得硫系玻璃光纤具有较低的激光损伤阈值，这与高功率激光应用需求相矛盾。在不牺牲光纤输出光束质量的前提下，大模场光子晶体光纤技术是优选的实现功率提升的技术方案。本文首先介绍了中红外激光的高功率应用需求和中红外光纤材料低激光损伤阈值之间存在的矛盾，继而对面向中红外高功率激光应用的超大模场硫系玻璃光子晶体光纤的发展进行了综述，详细描述了超大模场硫系玻璃光子晶体光纤设计、制备、材料选择、光纤性能表征等过程，并对其应用前景和存在的技术瓶颈进行了讨论和展望。结果表明，超大模场硫系玻璃光子晶体光纤有望被应用于百瓦级中红外高功率激光应用场景中。
