随着计算机网络及数据传输业务的持续发展，人们对通信容量和系统扩展的需求不断增加。光纤作为一种高速传输数据的载体，其应用领域已经覆盖到现代社会各个领域。其中光纤技术领域内发展快zui的是石英光纤，但石英玻璃的工作波长受其材料红外截止波长的限制，使其zui长工作波长只能达到2 μm左右，导致其在中红外波段的应用受到极大地限制。而大气的第二通信窗口(3-5 μm)和第三窗口(8-12 μm)在分子检测及遥感测试等方面的应用目前越来越受到重视。因此，碲酸盐玻璃、卤化物玻璃及硫系玻璃等透过波长可以超过4 μm的玻璃材料成为了研究者们的关注重点。其中，硫系玻璃因其具有you秀的中、远红外透过性能(zui高可达25 μm)，高折射率(2.0-3.5)，高非线性折射率系数(可达石英材料的100-1000倍)及优良的热稳定性，受到红外玻璃材料及应用研究的广泛关注。硫系玻璃光纤由于其独特的光学特性，在红外波段的激光能量传输，医疗检测，光纤传感等领域具有广泛的应用前景，同时这些领域也越来越需要具有优异性能的硫系玻璃光纤及光纤器件。
中红外硫系玻璃光纤及器件
近年来由于激光技术的迅速发展，促进了传输光谱范围由紫外向红外区域的发展，开发出多种中远红外光纤材料，常用的红外光纤主要有硫系玻璃光纤，氟化物光纤、重金属氧化物光纤。其中硫系玻璃光纤因具有较宽的透过光谱、良好的机械性能、稳定的物化性能，而成为目前zui受关注的红外光纤。硫系玻璃光纤是基于硫系玻璃制备而成，其中硫系玻璃是以硫族元素S硫、Se硒、Te碲(元素周期表VI A族)元素为基质材料，再加入一定配比的元素形成的无机玻璃。与传统的氧化物玻璃相比，硫系玻璃具有较宽的红外透光范围(0.5 ~25 μm)、 较低的振动声子能量(< 350 cm-1)、较高的线性和非线性折射率(n0 = 2.0 ~ 3.5， n2 = 2 ´ 10 -18 ~ 2 ´ 10 -17 m2 /W)、超快的非线性响应(响应时间< 100 fs)[1]，且玻璃成分和性能连续可调，在中长波红外波段具有良好的透过率和超高的非线性。因此被看作是制备中红外光学器件和非线性光学器件的zui佳候选材料之一，在红外传输、非线性光学、红外激光、半导体等领域都受到了广泛的关注和深入地研究。硫系玻璃为主导的硫族元素玻璃引起的研究热潮，不仅促进了红外技术的进步，也实现了硫系玻璃的商业化。从而衍生出许多种类的硫系玻璃光纤及光纤器件。
(1) 硫系玻璃光子晶体光纤
硫系玻璃光子晶体光纤又称硫系玻璃微结构光纤或硫系玻璃多孔光纤(简称硫系PCF)。由于其极高的非线性而备受关注，具有许多重要的应用，如超连续谱、全光开关、拉曼放大和波长变换等。硫系PCF纤芯很小，且占空比(包层横截面中气孔总面积与孔壁总面积之比)很高(如图1)，可以把光很好地限制在纤芯里。包层的特殊结构使得它与传统结构光纤相比具有一些独特的光学特性，如无截止单模，色散可控，高双折射，高非线性，大模场等。
图1 硫系玻璃光子晶体光纤结构[2]
硫系PCF解决了传统单模光纤放大器因纤芯过细导致高功率下产生非线性效应，引起光纤端面损伤的不足，对于大功率光纤放大器、高功率激光传输等应用领域具有重大的意义。
（2）耦合器
光纤耦合器可将输入信号的不同波长成分从不同输出端口分离出来，或将多个不同波长的输入信号混合成单个输出，其对光场(分束比)的调控由光纤纤芯中传播光之间的模式重叠长度和纤芯间的距离决定。基于硫系玻璃光纤制备的光纤耦合器在未来的中红外通信、激光、传感等领域均有重要的应用前景。
（3）光纤合束器
光纤合束器是实现高功率激光的核心元器件，可解决单个激光器功率进一步提升所遇到的瓶颈问题。光纤合束技术是通过将多根光纤经过拉锥实现合束，这样可以实现结构紧凑、鲁棒性好的高功率光纤器件。光纤合束器可将多个中等功率的激光器进行功率合成，以获得更高功率的激光输出，彻底解决单个激光器由于非线性效应、光纤端面损伤、热透镜效应等因素存在功率瓶颈的限制。基于硫族元素(硫、硒、碲)形成的硫系玻璃是能够覆盖中红外2 μm以上zui宽波段的光纤材料，是制造中红外光纤合束器zui理想的选择。
图2 光纤合束技术示意图
（4）光纤传像束
光纤传像束是将数目不等的光纤单丝按一定规则排列，实现将图像从一端传输到另一端的一种无源光学器件。传像束继承了光纤体积小、质量轻、易弯曲的特点，使得光学结构设计的自由度大大提高。另外，通过对端面光纤排列的设计，还可容易实现图像的旋转、缩放、分解和重组。基于硫系玻璃光纤的红外传像束，通过与红外探测器联用，可实现对标的物红外图像的捕获，这在战地态势感知、伪装识别、导弹预警等方面具有重要的应用价值。
目前，硫系玻璃光纤已经在红外激光传输、红外成像、生物传感、中红外拉曼光纤激光等方面获得了应用，未来在中红外全光纤激光器方面也极具应用潜力。发展硫系玻璃光纤及光纤器件具有重要的科学价值和应用前景。
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相关文献：
[1]郭海涛,崔健,许彦涛等.低损耗硫系红外光纤制备及其应用研究进展[J].激光与光电子学进展,2019,56(17):93-111.
[2]周鹏,刘永华,赵华等.硫系玻璃光纤的研究进展[J].硅酸盐通报,2017,36(S1):58-63.DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2017.s1.013.
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