隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展，人們對(duì)通信容量和系統(tǒng)擴(kuò)展的需求不斷增加。光纖作為一種高速傳輸數(shù)據(jù)的載體叹谁，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)覆蓋到現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。其中光纖技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展快zui的是石英光纖排拷，但石英玻璃的工作波長受其材料紅外截止波長的限制，使其zui長工作波長只能達(dá)到2 μm左右布蔗，導(dǎo)致其在中紅外波段的應(yīng)用受到較大地限制纵揍。而大氣的第二通信窗口(3-5 μm)和第三窗口(8-12 μm)在分子檢測(cè)及遙感測(cè)試等方面的應(yīng)用目前越來越受到重視泽谨。因此吧雹，碲酸鹽玻璃搓蚪、鹵化物玻璃及硫系玻璃等透過波長可以超過4 μm的玻璃材料成為了研究者們的關(guān)注重點(diǎn)妒潭。其中揣钦，硫系玻璃因其具有you秀的中谎亩、遠(yuǎn)紅外透過性能(zui高可達(dá)25 μm)，高折射率(2.0-3.5)团驱，高非線性折射率系數(shù)(可達(dá)石英材料的100-1000倍)及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性寸痢，受到紅外玻璃材料及應(yīng)用研究的廣泛關(guān)注紊选。硫系玻璃光纖由于其獨(dú)特的光學(xué)特性献烦，在紅外波段的激光能量傳輸卖词，醫(yī)療檢測(cè)即横，光纖傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景东囚，同時(shí)這些領(lǐng)域也越來越需要具有優(yōu)異性能的硫系玻璃光纖及光纖器件战授。
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中紅外硫系玻璃光纖及器件
近年來由于激光技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了傳輸光譜范圍由紫外向紅外區(qū)域的發(fā)展，開發(fā)出多種中遠(yuǎn)紅外光纖材料膝晾，常用的紅外光纖主要有硫系玻璃光纖，氟化物光纖幻赚、重金屬氧化物光纖落恼。其中硫系玻璃光纖因具有較寬的透過光譜、良好的機(jī)械性能、穩(wěn)定的物化性能钻蔑，而成為目前zui受關(guān)注的紅外光纖。硫系玻璃光纖是基于硫系玻璃制備而成可帽，其中硫系玻璃是以硫族元素S硫映跟、Se硒弯蚜、Te碲(元素周期表VI A族)元素為基質(zhì)材料，再加入一定配比的元素形成的無機(jī)玻璃路鹰。與傳統(tǒng)的氧化物玻璃相比收厨，硫系玻璃具有較寬的紅外透光范圍(0.5 ~25 μm)雁竞、 較低的振動(dòng)聲子能量(< 350 cm-1)拧额、較高的線性和非線性折射率(n0 = 2.0 ~ 3.5进栽， n2 = 2 ′ 10 -18 ~ 2 ′ 10 -17 m2 /W)恭垦、超快的非線性響應(yīng)(響應(yīng)時(shí)間< 100 fs)[1]，且玻璃成分和性能連續(xù)可調(diào)唠帝，在中長波紅外波段具有良好的透過率和較高的非線性。因此被看作是制備中紅外光學(xué)器件和非線性光學(xué)器件的zui佳候選材料之一，在紅外傳輸右蒲、非線性光學(xué)瑰妄、紅外激光、半導(dǎo)體等領(lǐng)域都受到了廣泛的關(guān)注和深入地研究。硫系玻璃為主導(dǎo)的硫族元素玻璃引起的研究熱潮劳澄，不僅促進(jìn)了紅外技術(shù)的進(jìn)步蜈七，也實(shí)現(xiàn)了硫系玻璃的商業(yè)化飒硅。從而衍生出許多種類的硫系玻璃光纖及光纖器件三娩。
(1) 硫系玻璃光子晶體光纖
硫系玻璃光子晶體光纖又稱硫系玻璃微結(jié)構(gòu)光纖或硫系玻璃多孔光纖(簡稱硫系PCF)双吆。由于其較高的非線性而備受關(guān)注好乐，具有許多重要的應(yīng)用回官，如超連續(xù)譜笛坦、全光開關(guān)、拉曼放大和波長變換等废离。硫系PCF纖芯很小蜻韭，且占空比(包層橫截面中氣孔總面積與孔壁總面積之比)很高(如圖1)，可以把光很好地限制在纖芯里未状。包層的特殊結(jié)構(gòu)使得它與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光纖相比具有一些獨(dú)特的光學(xué)特性司草，如無截止單模，色散可控，高雙折射搔课，高非線性辣辫，大模場(chǎng)等。
圖1 硫系玻璃光子晶體光纖結(jié)構(gòu)[2]
硫系PCF解決了傳統(tǒng)單模光纖放大器因纖芯過細(xì)導(dǎo)致高功率下產(chǎn)生非線性效應(yīng)葬馋，引起光纖端面損傷的不足肾扰，對(duì)于大功率光纖放大器、高功率激光傳輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域具有重大的意義。
（2）耦合器
光纖耦合器可將輸入信號(hào)的不同波長成分從不同輸出端口分離出來蒋院，或?qū)⒍鄠€(gè)不同波長的輸入信號(hào)混合成單個(gè)輸出，其對(duì)光場(chǎng)(分束比)的調(diào)控由光纖纖芯中傳播光之間的模式重疊長度和纖芯間的距離決定姑丑≌ぐВ基于硫系玻璃光纖制備的光纖耦合器在未來的中紅外通信、激光鲫尊、傳感等領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用前景。
（3）光纖合束器
光纖合束器是實(shí)現(xiàn)高功率激光的核心元器件竞帽，可解決單個(gè)激光器功率進(jìn)一步提升所遇到的瓶頸問題屹篓。光纖合束技術(shù)是通過將多根光纖經(jīng)過拉錐實(shí)現(xiàn)合束堆巧，這樣可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊谍肤、魯棒性好的高功率光纖器件荒揣。光纖合束器可將多個(gè)中等功率的激光器進(jìn)行功率合成系任，以獲得更高功率的激光輸出俩滥，能較好解決單個(gè)激光器由于非線性效應(yīng)霜旧、光纖端面損傷挂据、熱透鏡效應(yīng)等因素存在功率瓶頸的限制【撩模基于硫族元素(硫婚脱、硒障贸、碲)形成的硫系玻璃是能夠覆蓋中紅外2 μm以上zui寬波段的光纖材料涩维，是制造中紅外光纖合束器zui理想的選擇袁波。
圖2 光纖合束技術(shù)示意圖
（4）光纖傳像束
光纖傳像束是將數(shù)目不等的光纖單絲按一定規(guī)則排列睡蟋，實(shí)現(xiàn)將圖像從一端傳輸?shù)搅硪欢说囊环N無源光學(xué)器件。傳像束繼承了光纖體積小夭苗、質(zhì)量輕题造、易彎曲的特點(diǎn)，使得光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度大大提高。另外，通過對(duì)端面光纖排列的設(shè)計(jì)荒吏，還可容易實(shí)現(xiàn)圖像的旋轉(zhuǎn)、縮放锡宋、分解和重組执俩∫凼祝基于硫系玻璃光纖的紅外傳像束衡奥，通過與紅外探測(cè)器聯(lián)用矮固，可實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)的物紅外圖像的捕獲档址，這在戰(zhàn)地態(tài)勢(shì)感知守伸、偽裝識(shí)別、導(dǎo)彈預(yù)警等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值校辩。
目前宜咒，硫系玻璃光纖已經(jīng)在紅外激光傳輸、紅外成像、生物傳感混埠、中紅外拉曼光纖激光等方面獲得了應(yīng)用钳宪，未來在中紅外全光纖激光器方面也具較大應(yīng)用潛力。發(fā)展硫系玻璃光纖及光纖器件具有重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。
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相關(guān)文獻(xiàn)：
[1]郭海濤,崔健,許彥濤等.低損耗硫系紅外光纖制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2019,56(17):93-111.
[2]周鵬,劉永華,趙華等.硫系玻璃光纖的研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào),2017,36(S1):58-63.DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2017.s1.013.
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