基于Ge-As-Se硫系玻璃的高灵敏度光纤光栅温度传感器

采用真空熔融淬冷法制备了Ge₃₃As₁₂ Se₅₅和Ge₂₂As₂₀Se₅₈硫系玻璃,测试结果表明该玻璃在中红外 波段具有宽红外透过范围、高折射率和高折射率温度系数。以此材料为基质,设计了在中红 外波段的硫系 光纤光栅温度传感器。采用传输矩阵法和耦合模方程模拟计算了光纤光栅透射谱和温度传感 特性。研究发 现,设计的光纤光栅温度传感器的中心波长漂移量与温度变化有良好的线性关系。当工作波 长从近红外增 加到中红外波段后,光纤光栅的温度传感灵敏度可以得到极大的提升。计算结果表明,Ge- As-Se硫系布拉 格光纤光栅和长周期光纤光栅在1.55μm的温 度传感灵敏度分别达到了0.123nm/℃ 和0.292nm/℃,是石英基质光纤光栅在该波段的10和 24倍。     

新型挤压法制备硫系玻璃光纤及其性能研究

选用组分为Ge15Sb20S65和Ge25Sb5Se70的两组硫系玻璃,制备了多种尺寸的高质量硫系玻璃,分析了两组玻璃的物理、热学和光学性能;利用复合层叠挤压法制备了硫系玻璃光纤预制棒,避免了钻孔法或其他机械加工引起的预制棒界面缺陷,且光纤端面结构可随模具尺寸自由设计,挤压后光纤预制棒结构整齐,内外界面整洁光滑;利用高温聚合物保护的预制棒具有良好的机械性能,用光纤拉丝机将具有保护层的预制棒拉制成光纤;利用普通光纤抛光机进行端面抛光,光纤端面结构均匀,界面无明显缺陷。傅里叶红外光纤光谱仪(FTIR)测试光纤损耗谱表明,在波长4.8μm处光纤的最低损耗为2.63dB/m。     

硫系玻璃基掺铒微结构光纤4.5μm波段中红外信号放大特性

为进一步揭示硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤作为中红外光纤放大器增益介质的可行性,数值求解了800 nm泵浦波长下Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤中Er3+离子数速率方程和光功率传输方程组,理论研究了4.5μm波段中红外信号的放大特性。结果显示,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤具有较高的信号增益和很宽的增益谱。在50 cm光纤长度上,最大信号增益超过了40 dB,高于30 dB信号增益的放大带宽达到了280 nm(4 420~4 700 nm)。同时,进一步研究分析了4 500 nm波长信号增益与光纤长度、信号输入功率和泵浦功率的关系。研究表明,Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃基掺Er3+微结构光纤是一种理想的可应用于4.5μm波段中红外宽带放大器的增益介质。     

低损耗芯包结构Ge-Sb-Se 硫系玻璃光纤的制备与性能研究

为解决锗(Ge)基硫系玻璃光纤损耗相对较高等问题,采用物理和化学除杂相结合的工艺,制备出了高纯Ge28Sb12Se60硫系玻璃,显著降低了红外波段C、H、O 杂质吸收。应用真空高速旋转法,制备出了壁厚均匀、光学质量优异的Ge28Sb12Se58S2 硫系玻璃皮管。采用棒管法拉制出外径501.5 um、具有芯包结构的Ge-Sb-Se 硫系玻璃光纤,光纤弯曲半径为5 mm,红外波段吸收基线为2.2 dB/m(2.87 um和4.5 um 处除外)。     

脊形芯硫系光纤的制备及其线偏振超连续谱的产生

以Ge12As24Se64 (Ge-As-Se)和Ge10As24S66 (Ge-As-S)玻璃分别作为纤芯和包层材料,研制一种具有脊形芯的保偏硫系玻璃光纤,用于产生线偏振中红外超连续谱(MIR SC).利用有限元法模拟了脊形芯光纤的群速色散特性并确定了纤芯的几何尺寸,采用挤压法结合多级棒管法制备了该光纤.制备的光纤在2.9～5.5 μm波长的典型损耗约为4 dB/m,偏振消光比为19.4 dB～19.6 dB.采用中心波长为3.7 μm、脉冲宽度为170 fs、重复频率为100 kHz、平均功率为40 mW的激光抽运长度为12 cm的光纤,获得了光谱范围为2～9.5 μm、平均功率约为4 mW的超连续谱,偏振消光比约为19.2 dB.研究结果表明,脊形芯Ge-As-Se/Ge-As-S硫系玻璃光纤是一种有潜力产生线偏振中红外宽带超连续谱的非线性介质.     

Tm3+掺杂硫卤玻璃光纤的中红外增益特性研究

采用高温熔融淬冷法制备了1% Tm³⁺掺杂的 72GeS₂-18Ga₂S₃-10CsI(GGSI)硫卤 玻璃,测试了样品的折射率、吸收 光谱和800nm激光泵浦下的中红外荧光光谱,利用Judd-Ofelt和Fut chbauer-Ladenburg(FL)理论分析计算了Tm³⁺在GGSI玻 璃中的自发辐射几率、荧光分支比、辐射寿命、吸收截面、发射截面等光谱参数,进而建立 了Tm³⁺的四能级粒子 数速率-光功率传输方程模型,模拟计算Tm³⁺掺杂GGSI玻璃光纤中红外3. 73μm波段的增益与掺杂光纤长度、泵浦功 率和信号功率的关系。模拟结果显示,硫卤玻璃基掺铥光纤具有较高的信号增益和较宽的中 红外增益谱,泵浦功率为1000mW 时,最大小信号增益值达到30dB,20dB增益带宽达到180nm,同时也存在合适的泵浦功率 和光纤掺杂长度以期获得最佳信号增益。表明Tm³⁺掺GGSI硫卤玻璃光纤可作为中红外 3.73μm波段放大的理想增益介质。     

中红外Ge20As20Se15Te45硫系玻璃光纤光栅光开关

利用熔融淬冷法制备了Ge20As20Se15Te45硫系玻璃,测试结果表明该玻璃在中红外波段具有良好的红外透过特性和极高的非线性,采用Z-扫描技术测试其中红外三阶非线性系数高达n2=6.7210-18 m2/W @ 4 m。以此材料为基质,设计了两种工作在中红外波段的硫系玻璃光纤光栅光开关。利用分布时域传递矩阵法(TD-TMM)和非线性耦合方程模拟计算了光栅光开关的反射谱和波长偏移特性。研究结果表明,通过调节输入光强可以灵活调节光纤光栅的中心波长向短波或长波方向移动,进而可以获得光开关。在调制深度为110-3的均匀硫系光纤光栅,获得光开关的功率阈值约为1.6 GW/cm2,当引入相移光栅后,调制深度可以降低为310-4,并且其光开关的功率阈值也降低到210 MW/cm2。     

硫系玻璃光子晶体光纤研究进展

硫系玻璃与石英玻璃相比具有折射率高(2.0～3.5)、声子能量低(小于350 cm-1)、优良的中远红外透过性能、较宽的组分可调等特性.近年来,硫系玻璃光子晶体光纤作为一种新型中红外光子晶体光纤备受关注.回顾了硫系玻璃光子晶体光纤研究历程,从玻璃组成选择、光纤制备与损耗的降低、传输特性和结构设计、色散特性及应用等方面总...     

长波红外硫系玻璃光纤束制备与大面阵成像性能研究(特邀)

长波红外光纤传像束在军事、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-SeTe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100μm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。     

用于红外激光传输的硫系玻璃光纤研究进展

随着红外光学的不断发展,国防安全、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。     

Effect of Ag addition on glass transition and crystallization in Se80Te20 glass

The present paper reports on the differential scanning calorimetric (DSC) behaviour of glassy Se₈₀Te₂₀ containing Ag up to 10 at%. DSC runs were taken at different heating rates. Well‐defined endothermic and exothermic peaks were obtained at glass transition and crystallization temperatures. The glass transition temperature (T_g) and crystallization temperature (T_c) increase with the increase in heating rate. T_g and T_c both decrease with increase in Ag concentration. The activation energies for glass transition and crystallization also decrease with Ag incorporation in the Se₈₀Te₂₀ binary alloy. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Er3+掺杂硫系光子晶体光纤的中红外增益特性研究

实验制备了质量比为1%的Er3+掺杂75GeS2-15Ga2S3-10CsI(GGSI)硫系玻璃,测试并计算了相关光谱参数,使用多级法计算了设计的光子晶体光纤(PCF)在2.8μm的中红外信号的模场分布。在此基础上,建立了Er3+的四能级粒子数速率-光功率传输方程模型,模型综合考虑了Er3+的交叉弛豫和能量上转换,模拟得到了Er3+掺杂GGSI硫系玻璃PCF在2.8μm的中红外增益与掺杂光纤长度、泵浦功率和信号功率的变化关系。研究结果显示,Er3+掺杂GGSI硫系PCF放大器在2 750～2 950nm波段平均信号增益值超过了40dB,明显优于传统结构光纤的平均信号增益值20dB。     

红外热成像系统用硫系玻璃的熔制技术

硫系玻璃是一种理想的红外光学透过材料,在红外热成像技术领域具有显著的应用价值。红外热成像技术要求所用硫系玻璃材料具有高透过、高均匀、大尺寸等性能优势和批量化、低成本制备特点,玻璃的熔制技术是有效解决上述需求的关键所在。概括介绍了硫系玻璃的真空密封安瓿瓶熔制、真空/气氛保护坩埚熔制技术和装置,特别提出和说明了一种硫系玻璃熔制新方法气氛保护下的二次熔制方法,详细分析了该方法对硫系玻璃的光谱性能、内在光学质量和光学均匀性的影响,研究发现:随着保护气体纯度提高到99.999%,二次熔制后玻璃的光谱透过性能与真空密封安瓿瓶中接近,玻璃的内在光学质量和光学均匀性均显著改善。     

硫系玻璃超快光子晶体光开关特性研究

利用熔融淬冷法制备了GeSbSe硫系玻璃,并用Z 扫描法测试了其三阶非线性特性。以制备的硫系玻璃作为基质材料设计了通信波段的光子晶 体光开关器件,采用平面波展开法优化了光子晶体结构的带隙,利用时域有限差分(FDTD)法 分析了所设计的光子晶体光开关结 构的传输特性,通过调整晶格常数与点缺陷的半径,获得了在超短激光脉冲诱导下的硫系玻 璃超快光子晶 体光开关。数值计算表明,对于1550 nm通 信波段,通过调节泵浦光强并使微腔处折射率改变,可以 实现对光波的导通与截止。分析结果显示,本文光开关的 阈值功率密度为7.7×10⁹W/cm²,开关消光比为25.48dB,品质因子达到10⁴。     

Chalcogenide glasses as passive thin film structures for integrated optics

One approach to obtaining electro-optic or magneto-optic modulation in an integrated optic structure is to use a transparent film on an “active” (electro- or magneto-optic) optical substrate. Since the most useful active optical materials have relatively high refractive indices which preclude the use of oxide glasses as the transparent thin film, we have investigated the possibility of using higher index chalcogenide glasses in this configuration. Preliminary waveguiding studies were performed on a model system consisting of an As₂S₃ film on a LiNbO₃ substrate which demonstrated the feasibility of using chalcogenide glasses in this regard. The optical and mechanical properties of a suitable glass system, As-Ge-S, were then characterized. The characterization consisted of developing empirical formulas based on the type of bonding present in the glass which can be used to predict the relevant properties of a glass as a function of its composition. These formulas allow selection of optimum glass compositions to match a variety of electro-optic and magneto-optic substrates.     

碲基硫系长波红外传输光纤的研究进展

碲基硫系光纤在2~16μm光谱范围具有优异的透射性能。近年来,它们作为长波红外传输介质备受关注。回顾了碲基硫系光纤的研究历史和现状,分析总结了用双坩埚法、棒管法、堆积挤出法和复合材料棒管挤出法制备碲基硫系光纤的特点,并对碲基硫系光纤的发展前景进行了展望。     

掺铒硫系玻璃光纤的中红外增益特性模拟研究

实验制备了Er3+掺杂质量分数为1%的Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃,测试了其折射率、吸收光谱和荧光光谱,利用Judd-Ofelt和Futchbauer-Ladenburg理论计算了Er3+离子的自发辐射几率、吸收截面和受激发射截面等光谱参数。在综合考虑Er3+离子的交叉弛豫、能量上转换和激发态吸收效应的基础上,应用四能级粒子数速率-光功率传输方程模型,模拟计算了Er3+掺杂Ga5Ge20Sb10S65硫系玻璃光纤的中红外2.74μm波段的增益特性。结果显示,Er3+掺杂硫系玻璃光纤在2.74μm中红外波段具有较高的信号增益和较宽的增益谱,最大增益值和20dB增益带宽分别超过了40dB和200nm,表明其是可用于中红外2.74μm波段宽带放大的理想增益介质。     

基于硫系玻璃的折衍混合光学无热化镜头设计

针对非制冷红外镜头高分辨率、批量化和低成本的需求,通过硫系玻璃和锗单晶的材料搭配,利用折衍混合的设计方法,设计一款仅包含三片,可用于枪瞄、车载夜视和安防监控等领域的光学被动补偿无热化镜头。在理论推导的基础上,进行了相应的工程化设计,提出了满足精密模压生产工艺的光学设计方案。实验验证表明,该镜头在-40~55 ℃范围内成像清晰,满足指标要求。在实际工程应用中,具有生产成本低、成像性能好等特点。