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基于中红外光纤的倏逝波传感研究进展

硅酸盐学报 2022年第4期50卷 1117-1131页

作者：王敏戴世勋张培晴王训四康世亮刘自军宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室浙江省光电探测材料及器件重点实验室先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心

基于倏逝波原理的光纤传感器因其灵敏度高、响应速度快、成本低等优点，已广泛应用于液体、气体及生物化学传感等诸多领域。与此同时，以碲酸盐玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃和卤化物晶体等为基质材料的中红外光纤因其具有较宽的红外透过... 详细信息

基于倏逝波原理的光纤传感器因其灵敏度高、响应速度快、成本低等优点，已广泛应用于液体、气体及生物化学传感等诸多领域。与此同时，以碲酸盐玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃和卤化物晶体等为基质材料的中红外光纤因其具有较宽的红外透过范围，近年来在中红外波段传感领域得到了广泛关注。本文首先概述了中红外光纤倏逝波传感原理，介绍了各种中红外光纤基质材料的特点、光纤结构及参数特性，详细综述了其在中红外波段气体、液体和生物化学等领域的传感进展，最后对中红外光纤倏逝波传感器的发展趋势进行了展望。

关键词：光纤传感倏逝波传感中红外光纤硫系玻璃光纤

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中红外玻璃光纤光栅制备及其应用研究进展

激光与光电子学进展 2022年第15期59卷 125-137页

作者：刘婷李耀威戴世勋王训四王鹏飞张培晴宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室浙江宁波315211 哈尔滨工程大学理学院黑龙江哈尔滨150006 浙江省光电探测材料及器件重点实验室浙江宁波315211 先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心浙江宁波315211

中红外波段包含了极其重要的大气红外窗口和众多重要分子的指纹区,该波段的光源和光器件在光电对抗、环境监测、生物传感和医疗诊断等领域具有重要应用。作为全光纤化中红外激光的关键元件,中红外玻璃光纤光栅成为人们的研究热点。氟化... 详细信息

中红外波段包含了极其重要的大气红外窗口和众多重要分子的指纹区,该波段的光源和光器件在光电对抗、环境监测、生物传感和医疗诊断等领域具有重要应用。作为全光纤化中红外激光的关键元件,中红外玻璃光纤光栅成为人们的研究热点。氟化物光纤光栅、硫系光纤光栅和碲酸盐光纤光栅是目前应用最广泛的中红外玻璃光纤光栅,本文分门别类地对这3种光纤光栅的性能特点、制备工艺、研究现状和应用领域等进行了全面系统的概述,并分析了目前中红外玻璃光纤光栅的优势和局限性,为进一步提升中红外光纤激光器的性能,拓展中红外光纤光栅的应用领域提供参考和借鉴。

关键词：材料中红外波段光纤光栅光纤光栅制备光纤激光器传感应用

Ge-Sb-Se硫系玻璃光纤的CO_2激光导能特性

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中国激光 2016年第8期43卷 192-196页

作者：严春阳吴丽华戴世勋张培晴刘自军王训四宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室浙江宁波315211 浙江省红外探测材料及器件重点实验室浙江宁波315211

制备了低杂质吸收的Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)硫系玻璃并拉制了不同直径的光纤,进行了10.6μm CO_2激光导能实验。实验结果表明,制备的Ge20Sb15Se65硫系玻璃具有良好的抗析晶特性,在5~11μm波段透过率约为64%。在高功率CO_2激光作用下,Ge20... 详细信息

制备了低杂质吸收的Ge_(20)Sb_(15)Se_(65)硫系玻璃并拉制了不同直径的光纤,进行了10.6μm CO_2激光导能实验。实验结果表明,制备的Ge20Sb15Se65硫系玻璃具有良好的抗析晶特性,在5~11μm波段透过率约为64%。在高功率CO_2激光作用下,Ge20Sb15Se65玻璃光纤端面会出现熔融损伤,原因在于光吸收产生的热堆积导致光纤端面温度快速升高。当光纤直径为800μm、长度为430mm、输入端功率为5267mW时,输出功率最大,为809mW,输出功率密度为161 W/cm^2,传输效率为16%,实验结果与理论计算结果基本相符。

关键词：材料 Ge—Sb—Se硫系玻璃光纤导能特性 CO2激光激光损伤

10.6μm连续激光对Ge-Sb-Se硫系玻璃损伤特性的研究

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中国激光 2015年第7期42卷 171-176页

作者：吴丽华戴世勋张培晴刘自军王训四沈祥徐铁峰聂秋华宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室浙江宁波315211

基于热传导理论和实验相结合研究了连续CO2激光辐照Ge20Sb15Se65硫系玻璃作用下的损伤特性和机理。研究表明:Ge20Sb15Se65玻璃在高功率密度的CO2激光作用下,会出现陨石凹坑、微裂纹和空洞等损伤特征,其原因在于杂质吸收和多声子过程引... 详细信息

基于热传导理论和实验相结合研究了连续CO2激光辐照Ge20Sb15Se65硫系玻璃作用下的损伤特性和机理。研究表明:Ge20Sb15Se65玻璃在高功率密度的CO2激光作用下,会出现陨石凹坑、微裂纹和空洞等损伤特征,其原因在于杂质吸收和多声子过程引起的热积累作用导致样品表面温度急剧升高,使得玻璃中熔点较低的Se元素组分气化蒸发,导致玻璃材料分解。当样品的光吸收系数为0.013 cm-1,厚度为3 mm时,玻璃损伤阈值为74.3 k W/cm2,实验结果与数值分析基本相符。

关键词：材料连续CO2激光硫系玻璃激光损伤热传导

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高强度硫系玻璃微结构光纤研究

光电子．激光 2013年第3期24卷 530-534页

作者：何钰钜王训四聂秋华张培全徐会娟徐铁峰戴世勋张培晴宁波大学信息科学与工程学院浙江宁波315211

针对硫系玻璃微结构光纤缺少有效制备方法的问题,本文选用可塑性较好的Ge20Sb15Se65硫系玻璃,利用自制的硫系玻璃挤压机制备了多孔硫系玻璃微结构光纤(CGMOF)。利用红外热像仪以及傅里叶红外光谱仪测试了挤压前后玻璃的红外透过性能、... 详细信息

针对硫系玻璃微结构光纤缺少有效制备方法的问题,本文选用可塑性较好的Ge20Sb15Se65硫系玻璃,利用自制的硫系玻璃挤压机制备了多孔硫系玻璃微结构光纤(CGMOF)。利用红外热像仪以及傅里叶红外光谱仪测试了挤压前后玻璃的红外透过性能、根据不同厚度玻璃片的透过谱,计算了挤压后玻璃的光学损耗特性。利用扫描电子显微镜观察拉制光纤的横截面,测试了光纤的直径。分析结果表明,挤压后的硫系玻璃的红外透过率和损耗较挤压前没有显著的变化。挤压前后的硫系玻璃在10μm处的光学损耗分别为0.25dB/cm和0.27dB/cm。利用与硫系玻璃具有相近软化点的塑料(PES)聚合物作为光纤的保护层,光纤的抗拉强度是标准石英光纤的1.45倍,显著提高了CGMOF的强度。

关键词：微结构光纤(MOF) 高强度硫系微结构光纤(CGMOF) 挤压预制棒硫系玻璃

中红外Ge_(20)As_(20)Se_(15)Te_(45)硫系玻璃光纤光栅光开关

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红外与激光工程 2017年第7期46卷 235-241页

作者：张倩张培晴曾江辉戴世勋王训四宁波大学宁波高等技术研究院红外材料及器件实验室浙江宁波315211 浙江省光电探测材料及器件重点实验室浙江宁波315211

利用熔融淬冷法制备了Ge_(20)As_(20)Se_(15)Te_(45)硫系玻璃,测试结果表明该玻璃在中红外波段具有良好的红外透过特性和极高的非线性,采用Z-扫描技术测试其中红外三阶非线性系数高达n2=6.72×10-18m2/W@4μm。以此材料为基质,设计了两... 详细信息

利用熔融淬冷法制备了Ge_(20)As_(20)Se_(15)Te_(45)硫系玻璃,测试结果表明该玻璃在中红外波段具有良好的红外透过特性和极高的非线性,采用Z-扫描技术测试其中红外三阶非线性系数高达n2=6.72×10-18m2/W@4μm。以此材料为基质,设计了两种工作在中红外波段的硫系玻璃光纤光栅光开关。利用分布时域传递矩阵法(TD-TMM)和非线性耦合方程模拟计算了光栅光开关的反射谱和波长偏移特性。研究结果表明,通过调节输入光强可以灵活调节光纤光栅的中心波长向短波或长波方向移动,进而可以获得光开关。在调制深度为1×10^(-3)的均匀硫系光纤光栅,获得光开关的功率阈值约为1.6 GW/cm^2,当引入相移光栅后,调制深度可以降低为3×10^(-4),并且其光开关的功率阈值也降低到210 MW/cm^2。

关键词：硫系玻璃光纤光纤光栅光开关功率阈值

单模硫系玻璃光纤的制备及其超连续谱的产生特性

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无机材料学报 2018年第6期33卷 678-682页

作者：陈玮朱宁赵浙明张培晴王训四戴世勋邵阳学院电气工程学院多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室邵阳422000 宁波大学红外材料与器件实验室宁波315211 嘉兴学院南湖学院嘉兴314001 浙江省光电探测材料及器件重点实验室宁波315211

硫系玻璃具有独特的红外光学性能和极高的光学非线性等特点,使得硫系光纤成为中红外超连续谱产生的优选材料。基于二次挤压法制备了单模As-S光纤,并利用飞秒脉冲和光参量放大器作为泵浦源研究了该光纤的中红外超连续谱的产生特性,包括... 详细信息

硫系玻璃具有独特的红外光学性能和极高的光学非线性等特点,使得硫系光纤成为中红外超连续谱产生的优选材料。基于二次挤压法制备了单模As-S光纤,并利用飞秒脉冲和光参量放大器作为泵浦源研究了该光纤的中红外超连续谱的产生特性,包括光纤长度、泵浦波长、泵浦功率对超连续谱产生的影响。结果表明该单模光纤具有较低的传输损耗和较小的材料色散分布;相比于传统零色散点波长附近泵浦,在正常色散区且杂质吸收峰附近泵浦也可获得脉冲的极大展宽(泵浦参数:4.5μm,1 k Hz,150 fs,光纤长度23 cm,输出谱宽为1.5~8.7μm@60 d B带宽);较短长度的硫系光纤便可产生超宽频谱输出,相反,光纤长度越长输出频谱越窄且平坦性变差。

关键词：硫系玻璃单模光纤超连续谱

硫系60°弯曲光子晶体波导结构优化及传输特性研究

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中国激光 2015年第12期42卷 131-136页

作者：魏凤娟张巍韩金涛王贤旺吴越豪张培晴戴世勋聂秋华宁波大学高等技术研究院红外材料与器件实验室浙江宁波315211 浙江省光电探测材料及器件实验室浙江宁波315211

通过平面波展开法(PWE)计算硫系光子晶体带隙并采用时域有限差分法(FDTD)模拟硫系60°弯曲光子晶体波导的传输特性,在波导弯曲部分线缺陷处添加小空气孔缺陷,提高了其带宽和透光性。在60°弯曲区域线缺陷外边缘处引入2个对称空气孔,通... 详细信息

通过平面波展开法(PWE)计算硫系光子晶体带隙并采用时域有限差分法(FDTD)模拟硫系60°弯曲光子晶体波导的传输特性,在波导弯曲部分线缺陷处添加小空气孔缺陷,提高了其带宽和透光性。在60°弯曲区域线缺陷外边缘处引入2个对称空气孔,通过改变其半径来改善波导传输效率。模拟结果表明,当引入半径为0.54R的空气孔时,传输带宽由初始的60 nm提高到161 nm,但此时透射率波动性较大。在此基础上在弯曲线缺陷中心处又引入若干个空气孔,当引入3个半径为0.48R的空气孔时,此种结构不但提高了波导的传输效率,并且使传输带宽增加到340 nm。将单个60°弯曲波导优化结构应用于连续60°弯曲波导中,研究结果表明连续弯曲波导的传输效率得到显著提高。

关键词：集成光学硫系玻璃光子晶体波导传输效率带宽

无源Ge_(28)Sb_(12)Se_(60)硫系玻璃微球谐振腔的制备及其光学回廊模式表征

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光子学报 2015年第12期44卷 89-94页

作者：张兴迪吴越豪姜波戴世勋张巍张培晴徐铁锋张勤远宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室浙江宁波315211 华南理工大学发光材料及器件国家重点实验室广州510641

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征,用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃,并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50~200μm的微球谐振腔.在显微镜下挑... 详细信息

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征,用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃,并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50~200μm的微球谐振腔.在显微镜下挑选出直径分别为112.01μm和57.63μm的一大一小两颗微球与自制石英微纳光纤锥进行近场耦合实验,以窄带宽可调谐激光器为泵浦源测试此耦合系统在1 530~1 560nm波段的光谱.光谱中明显观测到由微球回廊模式谐振引起的等间距分布的光谱吸收峰.小球、大球的吸收峰间距分别为5.22nm和2.60nm,与米氏散射理论计算得出的一阶TE回廊模谐振峰间距基本相符.实验结果表明新型Ge28Sb12Se60硫系玻璃有望在红外微球光子器件如窄带滤波器、微球喇曼激光器、高灵敏度传感器等领域获得重要应用.

关键词：光学材料光学器件光纤锥耦合微球谐振腔回廊模式硫系玻璃锥形光纤