基于无镓硒化铽掺杂光纤实现5.22-5.31 μm波段连续激光输出的突破性研究

本研究针对中红外激光材料制备中镓元素带来的杂质难题，开发了无镓Tb3+掺杂Ge-Sb-Se/As-Ge-S核壳光纤。通过简化蒸馏纯化工艺，成功实现5.22-5.31 μm波段连续激光输出（功率60 mW，斜率效率3.7%），为降低中红外光纤激光器制备复杂度提供了新方案。

　　

在追求中红外激光技术的道路上，科学家们长期面临着一个棘手的矛盾——镓元素虽然能有效溶解稀土离子防止团聚，但其难以去除的氧化物杂质会导致光学损耗激增。传统含镓硫系玻璃（如Ga₅Ge₂₀Sb₁₀Se₆₅）尽管能实现4.5-6 μm激光输出，但复杂的化学气相传输（CVT）纯化工艺严重制约了研究进程。俄罗斯科学基金会支持的研究团队在《Optical Materials》发表的这项研究，开创性地提出无镓Tb³⁺掺杂Ge₂Se₃-Sb₂Se₃玻璃体系，通过双坩埚技术制备出15/230 μm核壳光纤，将制备步骤缩减50%的同时仍保持2.5 dB/m的低损耗特性。

关键技术包括：1）锗/锑硒化物反应蒸馏纯化；2）500 ppm(wt)低浓度Tb³⁺掺杂控制；3）As-Ge-S包层玻璃匹配技术；4）1.46 μm波长光学损耗检测；5）2.05 μm泵浦激光系统。

【结果】

1. 材料特性：玻璃A样品检测到Ge-O（1260 cm^?1）和GeH（2017 cm^?1）特征峰，氧杂质含量0.3 ppm(wt)，过渡金属总量0.7 ppm(wt)。
2. 光纤性能：7米长光纤在5.22-5.31 μm波段实现连续激光，输出功率60 mW，斜率效率3.7%，优于含镓体系。
3. 杂质影响：SeH-、GeH-基团吸收系数0.002-0.007 cm^?1，证实低浓度掺杂可规避散射缺陷。

【讨论】
该研究突破性地证明：1）无镓体系通过降低Tb³⁺浓度至500 ppm(wt)以下，可替代传统含镓玻璃功能；2）简化蒸馏工艺制备的玻璃仍能满足中红外激光阈值要求；3）Ge-Sb-Se/As-Ge-S组合首次实现>5 μm激光输出。这项技术将加速中红外光纤激光器的实用化进程，为环境监测、医疗手术等应用提供更经济的解决方案。论文特别致敬了"坩埚套坩埚"技术发明人Gennady Snopatin博士的奠基性贡献。