田康振 胡永胜 任和 祁思胜 杨安平 冯宪 杨志勇

(江苏师范大学物理与电子工程学院, 江苏省先进激光材料与器件重点实验室, 徐州 221116)

测量了Ge-As-S 系列硫系玻璃在中红外波段的飞秒激光损伤阈值, 研究了它与玻璃化学组成的关系.基于优化的玻璃组成, 采用棒管法制备了芯径为15 µm 的阶跃折射率非线性光纤.采用飞秒脉冲抽运光纤, 研究了光纤中超连续谱(supercontinuum, SC)的产生特性.在研究的Ge-As-S 硫系玻璃中, 具有化学计量配比的Ge0.25As0.1S0.65 玻璃显示出最高的激光损伤阈值.以该玻璃作为纤芯材料、以与其相匹配的Ge0.26As0.08S0.66玻璃作为包层材料制备的光纤的数值孔径约为0.24, 背景损耗 < 2 dB/m.采用4.8 µm 的飞秒激光抽运长度为10 cm 的光纤, 获得了覆盖2.5—7.5 µm 的SC.这些结果表明, Ge-As-S 硫系玻璃光纤是一种有潜力的中红外高亮度宽带SC 产生的非线性介质.

1 引 言

中红外波段高亮度宽带超连续谱(supercontinuum, SC)光源在光学相干层析成像、光学频率计量、传感等众多领域具有巨大应用潜力, 因此近年来受到越来越多的关注[1−7].研究表明, 采用超短脉冲抽运非线性光波导(包括光纤和平面波导)是产生宽带中红外SC 的有效方法[1−3].目前,研究人员已在由碲酸盐玻璃[4,8]、氟化物玻璃[5,9]和硫系玻璃[1,2,10,11]等中红外光学材料制成的各种光波导中分别产生了中红外SC.由于基质材料固有的多声子吸收, 碲酸盐和氟化物光波导中产生的SC 波长分别被限制在 < 5 µm 和 < 6 µm.相比之下, 硫系玻璃具有更低的声子能量、更长的红外截止波长和更高的非线性折射率(n2), 这使得其成为产生宽带中红外SC 的理想非线性光学材料[3,6,10,12,13].目前, 研究人员已在硫基、硒基和碲基硫系光波导中分别产生了覆盖1.5—8 µm[10], 2—14 µm[3]和2—16 µm[12]的中红外SC, 这几乎达到了相应光波导的传输光谱范围极限.

在实际应用中, 中红外SC 光源除了需要具有较宽的光谱范围外, 还应具备较高的亮度.例如,高光谱成像和空气污染监测通常要求光源的光谱密度达到每纳米毫瓦的水平[14].近年来, 多个研究团队尝试了在硫系玻璃光纤中产生高亮……