基于中紅外玻璃光纖開發(fā)的中紅外激光與新型超連續(xù)光源在生物醫(yī)學(xué)診斷、大氣與化學(xué)傳感監(jiān)測(cè)、光探測(cè)與測(cè)距（激光雷達(dá)）等醫(yī)療、科研等領(lǐng)域都具有重要用途。和更低軟化溫度的氟化物和硫系玻璃相比，具有高熱穩(wěn)、高抗激光損傷及較寬中紅外透過(guò)性能的重金屬氧化物中紅外玻璃更適合制備可實(shí)用化的低損耗空芯微結(jié)構(gòu)光纖，代替當(dāng)前的空芯石英光纖，用于傳輸2-6 μm以上更長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍的高功率中紅外激光，為解決高功率中紅外激光應(yīng)用中的傳輸問(wèn)題提供技術(shù)途徑。目前，降低重金屬氧化物中紅外玻璃中由于羥基的吸收損耗和重金屬離子還原引起的散射損耗，是實(shí)現(xiàn)重金屬氧化物中紅外玻璃應(yīng)用于低損耗中紅外光纖器件亟待解決的問(wèn)題。

近日，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)光電與生物材料研究室特種激光玻璃與光纖方向研究員王鵬飛團(tuán)隊(duì)在重金屬氧化物中紅外玻璃與光纖損耗超低控制機(jī)理與制備技術(shù)研究中取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Development of low-loss lead-germanate glass for mid-infrared fiber optics：I. Glass preparation Optimization和Development of low-loss lead-germanate glass for mid-infrared fiber optics: II. preform extrusion and fiber fabrication發(fā)表在Journal of the American Ceramic Society上。通過(guò)掌握重金屬氧化物中紅外軟玻璃低損耗制備技術(shù)和微結(jié)構(gòu)光纖低損耗擠壓成型關(guān)鍵技術(shù)，有利于推進(jìn)材料學(xué)科圍繞特種玻璃-光纖-應(yīng)用一體化發(fā)展方向布局穩(wěn)步向前發(fā)展。

該研究揭示了鉛鍺酸鹽重金屬氧化物中紅外玻璃除羥基過(guò)程中重金屬鉛離子還原形成散射中心的主要影響因素及作用機(jī)理，綜合利用超純混合氣體、高效除水劑和原料組成調(diào)控重金屬氧化物玻璃的熔制氣氛，有效抑制玻璃中鉛金屬還原形成散射源及羥基吸收，克服了以往重金屬氧化物玻璃的純氧制備條件限制和熱性能降低的不足，獲得了低羥基、高熱穩(wěn)的鉛鍺酸鹽重金屬氧化物玻璃；結(jié)合后續(xù)熱處理，闡明了玻璃熔制氣氛和預(yù)制棒擠壓氣氛對(duì)鉛鍺酸鹽重金屬氧化物中紅外玻璃的共同影響機(jī)制，通過(guò)優(yōu)化預(yù)制棒擠壓成型工藝，最終制備出在1.55 μm背景損耗<0.3 dB/m的透3-5 μm鉛鍺酸鹽重金屬氧化物中紅外玻璃光纖。相關(guān)機(jī)理將為含Pb，Bi，Te，Sb等重金屬氧化物中紅外玻璃及光纖的制備與損耗控制提供重要理論指導(dǎo)。

該研究由王鵬飛團(tuán)隊(duì)與澳大利亞阿德萊德大學(xué)光子與先進(jìn)傳感研究所（Institute of Photonics and Advanced Sensing，The University of Adelaide）執(zhí)行副所長(zhǎng)、教授Heike Ebendorff-Heidepriem（OSA fellow）合作完成，雙方還共同撰寫了Elsevier英文專著Mid-infrared Fibre Photonics中有關(guān)重金屬氧化物中紅外玻璃的章節(jié)（Chapter 3：Oxide glass and optical fibre fabrication），該書將于2021年5月之前出版。

圖1.鉛鍺酸鹽重金屬氧化物中紅外玻璃（a）氯化物除羥樣品的背景損耗與（b）擠壓法制備光纖的損耗對(duì)比

圖2.預(yù)制棒擠壓用鉛鍺酸鹽重金屬氧化物中紅外玻璃毛坯、擠壓成型預(yù)制棒芯棒和制備的損耗測(cè)試實(shí)芯光纖

研究工作得到國(guó)家留學(xué)基金委、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃 “西部青年學(xué)者”和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。

論文鏈接：1. https://doi.org/10.1111/jace.17503   2. https://doi.org/10.1111/jace.17518