用于大功率红外传输的特种光纤

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1、万方数据第40卷．第3期2003年3月用于大功率红外传输的特种光纤王黎蒙张廷荣秦大甲(中围电子科技集团公司第～}‘二研究所，上海200437)提要评述了红外传输光纤中的氧化物光纤、氟化物光纤、硫族化物光纤、t帚体光纤、空芯光纤液芯光纤等国内外研制和应用的现状和特点。关键词红外光纤，大功率，传输1引言光纤按其用途可以分为信息传递(通信和传感领域)和激光能量传输两大类光纤。随着光纤技术持续、广泛、深入的发展，光纤应用的波段已从以硅基光纤为主的2Il珈t以下近红外波段，向更长的rIr、远红外波段推进。红外光纤在巾红外通信、光功率传输、传感和光谱学、光

2、纤激光器和放大器等方而有广泛的应用前景。近年来，由于新型非氧化物红外光纤的大力开发和研制，以及其独特的传输性能和存t业激光加丁、医学外科、军事应用等领域内潜在而广泛的腑用价值，使人们对氟系、硫系玻璃、晶体、空心、液芯等红外光纤的光能传输等系列问题产生了极大的兴趣，国内外许多相关单位和公一J纷纷投入相当的人力、物力来研究和开发，以期取得突破性的进展和推出实用化的产品。红外传输光纤已成为光纤领域人们关注的热点课题之一，下面简要介绍大功率红外传输光纤的一些付f究动态和应用前景。2红外传输光纤材料和分类通常对红外传输用的光学材收稿日期200210—15

3、；收到修改稿R射2002一12一04表1一些红外传输光纤材料及其透光范围Vol40No3Mar2003光学材料透光范嗣／um[!!!!016～4氟化物：zrFd甚O2～8玻璃AsSO6一11硫族化物(k^ssc07—14CeSeTP1．2～】8KRS一5：TlBrI0．5～40品体I髻篇鬈05—4003～55旌宝石：A】：o，f)17—55料有一定的要求，如透光书高、能承受各种复杂环境条件、有适当的机械强度和·定的硬度、热稳定件和化学稳定性好、耐高温等。表1图1几种红外传输玻璃光纤材料的传输损耗谱万方数据第40卷．第3期2∞3年3月■⋯～⋯：为

4、部分红外传输光纤材料和它”J的透光范l{；

5、f”。罔I所示为红外传输光纤材料的传输损耗谱㈣。根据红外光学材料的光谱性能我们可以知道，作为光传输介质，硅酸盐制料光纤只能用到近红外(075～25岫)波段，中、远红外波段需要用卤化物、硫族化物、晶体材料光纤或其他类型的光纤。红外传输光纤Hr分为空心、实心、液芯三大娄，每一类巾又可分为若干小类。与中、远程的通信光纤不同，红外传输光纤通常传送距离足短程的，为短距离使用的光纤，以传递红外激光能量为主。其体内容如F：红外传输光纤可用于近红外光束能量的传输。重金属氧化物玻璃红外传输光纤足以Ge02、La203、

6、Teo]和Ca0．A1203系等玻璃为基础的红外光纤，传输波长范围从可见光到25um波段．GeO，光纤最低损耗为0．15dB／№(1．7～1．8um)⋯】，可传输可见光到25um波段的光束。口本1_f』f究人员曾用汽相轴向沉秘法研制出GcO，一sb20，系玻璃光纤，在2oum波长处的最低损耗为4dB／km∽J，透过波长限在2．6um，但这种光纤环境性能不住，有待进一步研究和完善。由于重金属氧化物玻璃红外传输材料优良的机械、化学耐久性，加l‘卤化物玻璃在近、中红外唪小、f内肇制料折射率n>l上。f内带利料折射率n<1实，●ⅥTw，PTw：II(；

7、w等^l二()，(10印m)．f；(、0，等玻璃态降蟾嚣‰hk附礴I向化物：氟化物，氯化物．澳化物，碘化物等I硫族化物：硫化物．硒化物．碲化物等：f多l讯：KRs一5．Kcl．AzclBf等；晶体{单晶：^g叶，f：sJ{『'^1、(}。等【芯壳结恂晶体：芯壳AgrlRr等液芯(差麓鼢豫苯等黔乳种红外传输光纤研究进展3．1氧化物玻璃红外传输光纤氧化物玻璃光纤是研究和开发较甲的一种玻璃光纤，1970年美国康宁公司首先用气相沉积法拉制出世界上第一根长200m、衰减20dB胁的实用化光通信用光纤pm】，随后光纤传输损牦大幅度降低。氧化物玻璃光纤包括石

8、英(高二氧化硅)摹光纤和非硅摹的重金属氧化物玻璃光纤等，其中石英基光纤比较适合用于信息传递的光纤通信和光纤传感领域(当然也能用于近红外能量传输)，使用波长为0．8～1．6¨m，在l55¨m波长处最低损耗理论极限值10-数值级；而重金属氧化物玻璃红外传输光纤区域的超低吸收特性，卤化物．莺金属氧化物玻璃光纤将是今后红外传输主要发展方向之一，它的开发对O．75～2．5“m(甚至扩展到3Hm)波段红外光的传输有重要意义。32氟化物玻璃红外传输光纤卤化物(F、c1、Br、n材料是一种非常重要的中、远红外光学材料，氟化物的红外透射波段为02～10um左右，

9、随着卤素在元素周期表中位置增大，它们的红外透射波段也增大，溴化物、碘化物的红外透射区域可以从零点几到40LlIn左右。卤化物光纤材料可以分为玻璃和晶体