高非线性硫系玻璃光纤制备及超连续谱应用

 先进红外光学材料及器件已成为国家信息技术和光电产业的核心之一。解决此领域“卡脖子”技术是国防安全、高端红外产业发展的国家重大需求。硫系玻璃光纤（简称硫系光纤）是一种基于硫系玻璃拉制而成的特种红外玻璃光纤，具有宽红外透过范围和高折射率等特性，在医疗手术、环境监测、红外光电对抗等领域具有独特的应用，尤其是在非线性光学应用方面是目前唯一可产生覆盖中远红外超连续谱（SC谱）的光纤介质。项目启动前，以As2S3和As2Se3为代表的低损耗硫系光纤制备技术均被国外垄断，国内空白。此外，上述商用光纤存在激光损伤阈值和非线性系数低等不足，限制其在中远红外非线性光纤器件的应用。实现高性能硫系光纤的主要难题是高性能光纤基质玻璃组成调控方法不明，基质玻璃提纯及高效制备技术滞后，复杂结构光纤制备困难。

 宁波大学红外材料及器件研究团队在戴世勋研究员的带领下，历经10余年攻关，实现了自主知识产权的高性能硫系光纤制备关键技术突破，.基于玻璃网络结构限制理论，提出了高极性单元-多光子谐振-玻璃局域网络协同调控的思想，发展高性能硫系光纤基质玻璃组成调控方法，研制出系列高非线性系数和高激光损伤阈值的硫系光纤基质玻璃。发展硫系玻璃多级动态蒸馏提纯技术，研发出多工位高效熔制设备，解决了玻璃中痕量杂质消除难题。基于隔离分流和掏芯除杂原理，创造了复杂结构光纤预制棒挤压新技术和设备，解决了预制棒制备过程中玻璃流体紊流无序易析晶和挥发、芯/包界面间缺陷多等难题，实现了全固态、双包层、悬吊芯等复杂结构低损耗硫系光纤的制备。成果实现了自主知识产权高性能红外硫系光纤制备关键技术的突破，研发出光谱宽度和输出功率指标领先的全光纤化中远红外超连续谱整机。

 项目授权发明专利30件（含美国专利1件），制定国家标准5项，发表学术论文71篇，出版专著3部；培养国家级人才4人次、省级人才7人次。项目创新技术在团队孵化的公司得到应用，实现了高纯硫系玻璃规模化生产；相关技术和研制的硫系玻璃及光纤被国内多家国防军工单位采用，用于低功耗光纤声光调制器和高性能中红外光纤激光器等国防光电装备，在国防安全、公共卫生安全和宽带通信等领域发挥重要作用。

图1. 项目核心研究团队

图2. 项目开发的光纤预制棒挤压聚合物涂覆预制棒共拉丝技术

图3. 中远红外超连续谱整机