搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析

赵浙明 吴波 刘雅洁 江岭 密楠 王训四 刘自军 刘硕 潘章豪 聂秋华 戴世勋

引用本文:
Citation:

低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析

赵浙明, 吴波, 刘雅洁, 江岭, 密楠, 王训四, 刘自军, 刘硕, 潘章豪, 聂秋华, 戴世勋

Investigation on Ge-As-Se-Te chalcogenide glasses for far-infrared fiber

Zhao Zhe-Ming, Wu Bo, Liu Ya-Jie, Jiang Ling, Mi Nan, Wang Xun-Si, Liu Zi-Jun, Liu Shuo, Pan Zhang-Hao, Nie Qiu-Hua, Dai Shi-Xun
PDF
导出引用
  • 中、远红外光学领域的发展, 离不开低损耗光波导材料的发展, 因此近年来远红外低损耗光纤一直是光学领域的热点之一. 本论文在国内首次报道了一种基于挤压法的低损耗远红外光纤制备技术, 获得了具有完整结构的远红外光纤, 其损耗为: 0.46 dB/m @8.7 m, 1.31 dB/m@10.6 m, 整体低于1 dB/m@7.2-10.3 m. 在实验过程中, 首先采用传统的熔融淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了Ge-As-Se-Te玻璃样品. 利用X射线衍射仪和热膨胀仪等测试了玻璃的结构和物理性质, 分析了Ge对玻璃热学性质的影响; 利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃的光谱性质; 综合比较了还原剂铝、镁的除氧效果. 最后采用挤压法制备了芯包结构光纤. 实验结果表明: 镁的除氧效果佳, 新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同推进了硫系光纤损耗的降低, 所获得的 Ge-As-Se-Te光纤具有远红外广谱应用的潜能(其透光波长接近12 m).
    With the development of infrared optics, low-loss waveguide materials are required. Especially, low-loss optical fiber development for far-infrared application has become a focus. Chalcogenide Ge-As-Se-Te(GAST) glasses and fibers for far-infrared light are prepared and investigated in this paper. The thermal properties and the infrared transmissions are reported. The influences of oxygen and hydrogen on the glass transmission and fiber attenuation are discussed. Low-loss GAST fiber with a structure of fine core/cladding is reported by a novel extrusion method (0.46 dB/m at 8.7 m, 1.31 dB/m at 10.6 m, base loss being under 1 dB/m from 7.2 to 10.3 m). Here, the glasses are prepared by traditional vacuum melt-quenching and vapor distillation method. Structure and physical properties of GAST glass system are studied with X ray diffractions and thermal expansion instrument. Optical spectra of GAST glass system are obtained by spectrophotometer and infrared spectrometer. Main purification processes with different oxygen-getters (magnesium and aluminum) are disclosed. The fiber attenuation is measured by the cut-back method with an Fourier transform infrared spectroscopy spectrometer. The lowest loss of this fiber can be reduced to 1.32 dB/m at 10.6 m, as it has a structure of Ge20As20Se15Te45 core and Ge20As20Se17Te43 cladding. The results show that these glasses are well transparent in a wide infrared window from 1.1 to 22 m, and these glass fibers can transmit far-infrared light up to 12 m, thus the GAST glass system is one of good candidates for far-infrared transparent materials. The fiber attenuation can be reduced effectively by the reasonable purification and novel extruded-processing. These fibers are suited for the power delivery of CO2 laser.
      通信作者: 王训四, wangxunsi@nbu.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61377099, 61177087, 61307060)、浙江省重中之重学科开放基金(批准号: xkxl1508, xkxl1318)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号: NCET-10-0976)、 浙江省151人才第三层次和宁波大学王宽诚幸福基金资助的课题.
      Corresponding author: Wang Xun-Si, wangxunsi@nbu.edu.cn
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61377099, 61177087, 61307060), the Opened Key-Subject Construction Fund of Zhejiang Province, China (Grant Nos. xkxl1508, xkxl1318), the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-10-0976), the 151 Talents in Zhejiang Province, China, and the K. C. Wong Magna Fund of Ningbo University, China.
    [1]

    Schliesser A, Picque N, Haensch T W 2012 Nat. Photonics 6 440

    [2]

    Barh A, Ghosh S, Varshney R K, Pal B P 2013 Opt. Express 21 9547

    [3]

    Sun J, Nie Q H, Wang G X, Wang X S, Dai S X, Zhang W, Song B A, Shen X, Xu T F 2011 Acta Phys. Sin. 60 351 (in Chinese) [孙杰, 聂秋华, 王国祥, 王训四, 戴世勋, 张巍, 宋宝安, 沈祥, 徐铁峰 2011 物理学报 60 351]

    [4]

    Song R, Lei C M, Chen S P, Wang Z F, Hou J 2015 Chin. Phys. B 24 351

    [5]

    Nie Q H, Wang G X, Wang X S, Dai S X, Deng S W, Xu T F, Shen X 2010 Opt. Commun. 283 4004

    [6]

    Wang X S, Nie Q H, Wang G X, Sun J, Song B A, Dai S X, Zhang X H, Bureau B, Boussard C, Conseil C, Ma H L 2012 Spectrochim. Acta Part A 86 586

    [7]

    Xu H J, He Y J, Wang X S, Nie Q H, Zhang P Q, Xu T F, Dai S X, Zhang X H, Tao G M 2014 Infrared Phys. Technol. 65 77

    [8]

    Cheng C, Wang X S, Xu T F, Sun L H, Zhu Q D, Pan Z H, Nie Q H, Zhang P Q, Wu Y H, Dai S X, Shen X, Zhang X H 2015 Infrared Phys. Technol. 72 148

    [9]

    Li C R, Dai S X, Zhang Q Y, Shen X, Wang X S, Zhang P Q, Lu L W, Wu Y H, Lv S Q 2015 Chin. Phys. B 24 241

    [10]

    Tikhomirov V K, Furniss D, Seddon A B, Savage J A, Mason P D, Orchard D A, Lewis K L 2004 Infrared Phys. Technol. 45 115

    [11]

    Inagawa I, Iizuka R, Yamagishi T, Yokota R 1987 J. Non-Cryst. Solids 9596 801

    [12]

    Savage J A, Webber P J, Pitt A M 1980 Infrared Phys. Technol. 20 313

    [13]

    Katsuyama T, Matsumura H 1986 Appl. Phys. Lett. 49 22

    [14]

    Flank A M, Bazin D, Dexpert H, Lagarde P, Hervo C, Barraud J Y 1987 J. Non-Cryst. Solids 91 306

    [15]

    Sanghera J S, Nguyen V Q, Pureza P C, Kung F H, Miklos R, Aggarwal I D 1994 J. Lightwave Technol. 12 737

    [16]

    Nishii J, Yamashita T, Yamagishi T 1989 Appl. Opt. 28 5122

    [17]

    Yang Z Y, Luo T, Jiang S B, Geng J H, Lucas P 2010 Opt. Lett. 35 3360

    [18]

    Nie Q H, Wang, G X, Wang X S, Xu T F, Dai S X, Shen X 2010 Acta Phys. Sin. 59 7949 (in Chinese) [聂秋华, 王国祥, 王训四, 徐铁峰, 戴世勋, 沈祥 2010 物理学报 59 7949]

    [19]

    Zhu M M, Wang X S, Pan Z H, Cheng C, Zhu Q D, Jiang C, Nie Q H, Zhang P Q, Wu Y H, Dai S X, Xu T F, Tao G M, Zhang X H 2015 Appl. Phys. A-Mater. 119 455

  • [1]

    Schliesser A, Picque N, Haensch T W 2012 Nat. Photonics 6 440

    [2]

    Barh A, Ghosh S, Varshney R K, Pal B P 2013 Opt. Express 21 9547

    [3]

    Sun J, Nie Q H, Wang G X, Wang X S, Dai S X, Zhang W, Song B A, Shen X, Xu T F 2011 Acta Phys. Sin. 60 351 (in Chinese) [孙杰, 聂秋华, 王国祥, 王训四, 戴世勋, 张巍, 宋宝安, 沈祥, 徐铁峰 2011 物理学报 60 351]

    [4]

    Song R, Lei C M, Chen S P, Wang Z F, Hou J 2015 Chin. Phys. B 24 351

    [5]

    Nie Q H, Wang G X, Wang X S, Dai S X, Deng S W, Xu T F, Shen X 2010 Opt. Commun. 283 4004

    [6]

    Wang X S, Nie Q H, Wang G X, Sun J, Song B A, Dai S X, Zhang X H, Bureau B, Boussard C, Conseil C, Ma H L 2012 Spectrochim. Acta Part A 86 586

    [7]

    Xu H J, He Y J, Wang X S, Nie Q H, Zhang P Q, Xu T F, Dai S X, Zhang X H, Tao G M 2014 Infrared Phys. Technol. 65 77

    [8]

    Cheng C, Wang X S, Xu T F, Sun L H, Zhu Q D, Pan Z H, Nie Q H, Zhang P Q, Wu Y H, Dai S X, Shen X, Zhang X H 2015 Infrared Phys. Technol. 72 148

    [9]

    Li C R, Dai S X, Zhang Q Y, Shen X, Wang X S, Zhang P Q, Lu L W, Wu Y H, Lv S Q 2015 Chin. Phys. B 24 241

    [10]

    Tikhomirov V K, Furniss D, Seddon A B, Savage J A, Mason P D, Orchard D A, Lewis K L 2004 Infrared Phys. Technol. 45 115

    [11]

    Inagawa I, Iizuka R, Yamagishi T, Yokota R 1987 J. Non-Cryst. Solids 9596 801

    [12]

    Savage J A, Webber P J, Pitt A M 1980 Infrared Phys. Technol. 20 313

    [13]

    Katsuyama T, Matsumura H 1986 Appl. Phys. Lett. 49 22

    [14]

    Flank A M, Bazin D, Dexpert H, Lagarde P, Hervo C, Barraud J Y 1987 J. Non-Cryst. Solids 91 306

    [15]

    Sanghera J S, Nguyen V Q, Pureza P C, Kung F H, Miklos R, Aggarwal I D 1994 J. Lightwave Technol. 12 737

    [16]

    Nishii J, Yamashita T, Yamagishi T 1989 Appl. Opt. 28 5122

    [17]

    Yang Z Y, Luo T, Jiang S B, Geng J H, Lucas P 2010 Opt. Lett. 35 3360

    [18]

    Nie Q H, Wang, G X, Wang X S, Xu T F, Dai S X, Shen X 2010 Acta Phys. Sin. 59 7949 (in Chinese) [聂秋华, 王国祥, 王训四, 徐铁峰, 戴世勋, 沈祥 2010 物理学报 59 7949]

    [19]

    Zhu M M, Wang X S, Pan Z H, Cheng C, Zhu Q D, Jiang C, Nie Q H, Zhang P Q, Wu Y H, Dai S X, Xu T F, Tao G M, Zhang X H 2015 Appl. Phys. A-Mater. 119 455

  • [1] 胡博, 吴越豪, 郑雨璐, 戴世勋. 2 μm波段硫系玻璃微球激光器的制备和表征. 物理学报, 2019, 68(6): 064209. doi: 10.7498/aps.68.20181817
    [2] 杨安平, 王雨伟, 张少伟, 李兴隆, 杨志杰, 李耀程, 杨志勇. Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数. 物理学报, 2019, 68(1): 017801. doi: 10.7498/aps.68.20181869
    [3] 吴波, 赵浙明, 王训四, 江岭, 密楠, 潘章豪, 张培晴, 刘自军, 聂秋华, 戴世勋. Te基远红外硫系玻璃光纤的制备及性能分析. 物理学报, 2017, 66(13): 134208. doi: 10.7498/aps.66.134208
    [4] 徐航, 彭雪峰, 戴世勋, 徐栋, 张培晴, 许银生, 李杏, 聂秋华. Ge-Sb-Se硫系玻璃拉曼增益特性研究. 物理学报, 2016, 65(15): 154207. doi: 10.7498/aps.65.154207
    [5] 杨艳, 陈云翔, 刘永华, 芮扬, 曹烽燕, 杨安平, 祖成奎, 杨志勇. Ge-As-S硫系玻璃的结构与性能调控. 物理学报, 2016, 65(12): 127801. doi: 10.7498/aps.65.127801
    [6] 吴良威, 张正平. 基于多开口田字形宽频带低损耗左手材料. 物理学报, 2016, 65(16): 164101. doi: 10.7498/aps.65.164101
    [7] 何政蕊, 耿友林. 一种新型宽频带低损耗小单元左手材料的设计与实现. 物理学报, 2016, 65(9): 094101. doi: 10.7498/aps.65.094101
    [8] 许思维, 王丽, 沈祥. GexSb20Se80-x玻璃的拉曼光谱和X射线光电子能谱. 物理学报, 2015, 64(22): 223302. doi: 10.7498/aps.64.223302
    [9] 乔北京, 陈飞飞, 黄益聪, 戴世勋, 聂秋华, 徐铁峰. Ge-Se基硫系玻璃在通信波段的三阶非线性与光谱特性研究. 物理学报, 2015, 64(15): 154216. doi: 10.7498/aps.64.154216
    [10] 林常规, 翟素敏, 李卓斌, 屈国顺, 顾少轩, 陶海征, 戴世勋. GeS2-In2S3硫系玻璃的物化性质与晶化行为研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054208. doi: 10.7498/aps.64.054208
    [11] 甘渝林, 王丽, 苏雪琼, 许思维, 孔乐, 沈祥. 用拉曼光谱测量GeSbSe玻璃的热导率. 物理学报, 2014, 63(13): 136502. doi: 10.7498/aps.63.136502
    [12] 杨佩龙, 戴世勋, 易昌申, 张培晴, 王训四, 吴越豪, 许银生, 林常规. 中红外色散平坦硫系光子晶体光纤设计及性能研究. 物理学报, 2014, 63(1): 014210. doi: 10.7498/aps.63.014210
    [13] 杨志清, 王飞利, 林常规. 20GeS2·80Sb2S3硫系玻璃的析晶行为及动力学机理研究. 物理学报, 2013, 62(18): 184211. doi: 10.7498/aps.62.184211
    [14] 易昌申, 戴世勋, 张培晴, 王训四, 沈祥, 徐铁峰, 聂秋华. 新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究. 物理学报, 2013, 62(8): 084206. doi: 10.7498/aps.62.084206
    [15] 张巍, 陈昱, 付晶, 陈飞飞, 沈祥, 戴世勋, 林常规, 徐铁峰. Ge-Sb-Se硫系薄膜制备及光学特性研究. 物理学报, 2012, 61(5): 056801. doi: 10.7498/aps.61.056801
    [16] 林常规, 李卓斌, 覃海娇, 倪文豪, 李燕颖, 戴世勋. GeS2-Ga2S3-CsI硫系玻璃的析晶行为及其组成依赖研究. 物理学报, 2012, 61(15): 154212. doi: 10.7498/aps.61.154212
    [17] 周亚训, 於杏燕, 徐星辰, 戴世勋. 掺铒硫系玻璃的制备及其微结构光纤的中红外信号放大特性研究. 物理学报, 2012, 61(15): 157701. doi: 10.7498/aps.61.157701
    [18] 刘硕, 李曙光, 付博, 周洪松, 冯荣普. 中红外高保偏硫系玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究. 物理学报, 2011, 60(3): 034217. doi: 10.7498/aps.60.034217
    [19] 戴世勋, 彭波, 乐放达, 王训四, 沈祥, 徐铁峰, 聂秋华. Dy3+掺杂Ge-Ga-S-CsI玻璃中红外发光特性研究. 物理学报, 2010, 59(5): 3547-3553. doi: 10.7498/aps.59.3547
    [20] 聂秋华, 王国祥, 王训四, 徐铁峰, 戴世勋, 沈祥. Ga对新型远红外Te基硫系玻璃光学性能的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 7949-7955. doi: 10.7498/aps.59.7949
计量
  • 文章访问数:  3895
  • PDF下载量:  275
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-18
  • 修回日期:  2016-03-03
  • 刊出日期:  2016-06-05

低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析

  • 1. 宁波大学信息科学与工程学院, 高等技术研究院, 红外材料与器件实验室, 宁波 315211;
  • 2. 嘉兴学院南湖学院, 嘉兴 314001;
  • 3. 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 宁波 315211
  • 通信作者: 王训四, wangxunsi@nbu.edu.cn
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61377099, 61177087, 61307060)、浙江省重中之重学科开放基金(批准号: xkxl1508, xkxl1318)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号: NCET-10-0976)、 浙江省151人才第三层次和宁波大学王宽诚幸福基金资助的课题.

摘要: 中、远红外光学领域的发展, 离不开低损耗光波导材料的发展, 因此近年来远红外低损耗光纤一直是光学领域的热点之一. 本论文在国内首次报道了一种基于挤压法的低损耗远红外光纤制备技术, 获得了具有完整结构的远红外光纤, 其损耗为: 0.46 dB/m @8.7 m, 1.31 dB/m@10.6 m, 整体低于1 dB/m@7.2-10.3 m. 在实验过程中, 首先采用传统的熔融淬冷法和蒸馏纯化工艺制备了Ge-As-Se-Te玻璃样品. 利用X射线衍射仪和热膨胀仪等测试了玻璃的结构和物理性质, 分析了Ge对玻璃热学性质的影响; 利用分光光度计、红外光谱仪等研究了玻璃的光谱性质; 综合比较了还原剂铝、镁的除氧效果. 最后采用挤压法制备了芯包结构光纤. 实验结果表明: 镁的除氧效果佳, 新型挤压制备工艺和有效提纯技术共同推进了硫系光纤损耗的降低, 所获得的 Ge-As-Se-Te光纤具有远红外广谱应用的潜能(其透光波长接近12 m).

English Abstract

参考文献 (19)

目录

    /

    返回文章
    返回