As-Se-Te光纤传输窗口拓宽与损耗优化的成分设计与性能研究

为解决硒基硫系玻璃(As-Se)在远红外区(>10 μm)因Se-Se多声子吸收导致的高损耗问题，研究人员通过掺Te替代Se-Se键形成Se-Te键，系统优化了As30Se(70-x)Tex玻璃组分。采用蒸馏纯化和挤出法制备的As30Se50Te20光纤在6-8 μm波段实现0.4±0.1 dB/m的低损耗，传输窗口拓宽至18.097 μm，为生物医学红外传感和激光传输系统提供了新材料基础。

　　

在红外光谱技术快速发展的今天，2-25 μm波段被称为"生物分子指纹区"，是检测疾病标志物和环境污染物的重要窗口。然而，现有硫系玻璃光纤面临两大瓶颈：传统As-Se纤维在波长超过10 μm时因Se-Se键振动产生剧烈损耗，而Te基玻璃虽能覆盖全红外谱段却因金属性导致稳定性差。如何设计兼具宽透射窗口和低损耗特性的光纤材料，成为红外激光传输和传感技术突破的关键。

宁波大学联合国内外团队在《Optical Fiber Technology》发表的研究，创新性地采用Te部分替代Se的策略，通过组分梯度设计、蒸馏纯化和挤出成型三大关键技术，制备了系列As₃₀Se_(70-x)Te_x玻璃光纤。研究使用6N级高纯原料在氩气环境下熔融淬火，通过密度折射率测试、紫外-红外光谱分析等手段系统表征材料性能，最终选用PP包层结构实现光纤拉制。

【Glass preparation】
采用石英安瓿蒸馏法合成9种不同Te/Se比的玻璃，X射线衍射确认非晶态特征，差示扫描量热仪显示玻璃化转变温度均高于180°C，满足光纤拉制要求。

【Properties of glass】
随着Te含量从0增至50，玻璃密度从4.466 g/cm³升至5.255 g/cm³，折射率从2.78增至3.12。红外截止边从17.516 μm(As₃₀Se₇₀)红移至18.097 μm(As₃₀Se₂₀Te₅₀)，但透光率从63%降至42%。9 μm处出现轻微损耗增加，归因于Se-Te键振动引入的新吸收峰。

【Fabrication and performance of fibers】
优选As₃₀Se₅₀Te₂₀组分制备的400 μm直径光纤，在7.2 μm处创下0.3 dB/m的损耗纪录，6-8 μm波段平均损耗0.4±0.1 dB/m，2.5 dB/m阈值下的有效传输带宽达6.6 μm，较文献报道的As₃Se_4.5Te_2.5纤维提升23%。

该研究通过原子尺度的化学键调控，首次实现硒碲硫系玻璃光纤在宽谱低耗特性的平衡。其意义不仅在于创造了当前远红外光纤的最低损耗纪录，更开辟了通过成分设计优化声子吸收的新路径。所开发的材料可支持中红外超连续谱产生，为无创血糖监测、大气污染物检测等应用提供了全新的光传输解决方案。值得注意的是，研究中发现的9 μm波段损耗增加现象，提示未来需进一步研究Se-Te键振动与杂质吸收的耦合机制。这项工作为发展"全指纹区"覆盖的红外光纤奠定了重要基础，相关技术已应用于宁波市环境监测站的温室气体分析系统。