中红外波段覆盖了众多重要分子的特征振动吸收峰，也包括3-5 μm 和8-12 μm两个重要的大气传输窗口，该波段的相干光源在光电对抗、大气遥感、星地通信、医疗健康、环保监控、传感等领域有着广泛的应用前景。与量子阱激光器、固体激光器和光参量振荡器等激光技术相比，光纤激光器具有效率高、体积小、结构紧凑、便于集成、光束质量好、易于热管理、性能稳定等特点。因此，基于新型中红外光纤的光纤激光器、拉曼光纤激光器、受激布里渊光纤激光器、超连续谱光源和光纤传感已成为目前国际光子学领域前沿关注的热点。而中红外光纤是实现中红外光纤光源、光子集成、红外传感等器件化的重要基石。近年来国内外在氟化物玻璃、碲酸盐玻璃、硫系玻璃、红外晶体等基质材料的中红外光纤及其器件发展取得了长足进步。
为展现和报道中红外光纤材料与器件研究的国内外最新成果，促进国内外中红外光纤光学领域的交流合作，《红外与激光工程》于2023年第5期重点打造了“中红外光纤材料与器件前沿技术”专栏，该专栏共收集了8篇论文，涵盖了中红外波段的特种玻璃光纤、空芯光纤稀土掺杂光纤及其光纤激光器、合束器、传像束等光纤器件，旨在集中反映该领域最新的研究成果及研究进展。
宁波大学 戴世勋
哈尔滨工程大学 王鹏飞
吉林大学 秦冠仕
中国科学院西安光学精密机械研究所 郭海涛
3~5 μm稀土离子掺杂中红外光纤激光器的研究进展（特邀）
作者：王森宇，陈俊生，赵鑫生，雷浩，罗鸿禹，李剑峰*
单位：
电子科技大学 光电科学与工程学院
摘要：3~5 μm中红外波段是一个极特殊的电磁波谱区间，它不仅覆盖着众多分子与原子的本征吸收峰，同时还是大气透明窗口之一。此波段的激光器在气体探测、生物医疗、国防等众多领域都具有很大的应用前景。文中围绕常用于3~5 μm光纤激光产生的三种稀土离子（即Er3+、Ho3+和Dy3+），对基于这些离子掺杂的连续和脉冲中红外光纤激光器的发展现状进行了梳理，最后对3~5 μm掺稀土离子光纤激光器的发展进行了展望。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230215
超宽带发光铋掺杂玻璃及光纤的研究进展（特邀）
作者：陈为为1，邱建荣2，董国平1*
单位：
1.华南理工大学 材料科学与工程学院 发光材料与器件国家重点实验室
2.浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室
摘要：自诺贝尔奖获得者高锟提出可用玻璃光纤代替传统电缆传输线，利用光波导传输光信号的方法来实现信息传输以来，人们就一直致力于优化现有光纤的性能和探索新的光纤激光介质材料。目前，用于光通信系统的光纤激光器和光放大器的增益光纤多见于稀土离子掺杂玻璃光纤，然而稀土离子固有的f-f跃迁导致较窄的传输带宽已经无法满足日益剧增的网络数据传输需求。铋（Bi）离子是继过渡金属离子、稀土离子后的第三类激活离子, 是激光材料领域发展的新方向。目前，Bi掺杂玻璃光纤已经在1150~1550nm和1600~1800nm范围内实现了激光输出和光信号放大。这充分说明了Bi掺杂玻璃光纤有望解决现有数据传输能力不足的问题，成为新一代光纤激光器和放大器的增益材料。因此，文中主要介绍Bi掺杂玻璃和光纤的研究进展，分析Bi掺杂玻璃及光纤材料目前存在的问题，并展望了未来的研究方向。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230097
中红外空芯光纤技术现状与发展趋势（特邀）
作者：张一凡，洪奕峰，盛钰霖，汪滢莹*
单位：
暨南大学 光子技术研究院 微结构光纤实验室
摘要：中红外光纤作为中红外领域的重要器件，在中红外激光产生与传输、生物医学检测、环境检测等领域有着重要应用。然而中红外光纤长期存在制备困难、制备材料化学稳定性差等问题，限制了其发展。与实芯光纤相比，空芯光纤通过构建包层微结构将光波限制在空气中传输，可以大幅降低光纤光学性能对制备材料的依赖，从而为光波传输提供一个低损耗、低色散、低延迟、低非线性、高损伤阈值的理想传输通道，这为中红外光纤的发展拓宽了道路。文中从光纤结构、拉制方式、材料吸收、传输性能等方面分析了石英基和软玻璃基中红外空芯光纤的发展历程、研究现状和应用前景。并通过理论仿真分析了石英基单圈结构和嵌套管结构反谐振空芯光纤吸收损耗、限制损耗与纤芯、壁厚、波长之间的关系，为低损耗中红外反谐振空芯光纤的制备和应用提供了理论指引。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230132
中红外侧面泵浦合束器及全光纤超荧光光源的研制（特邀）
作者：朱晰然1,2,3，张斌1,2,3*，陈子伦1,2,3，赵得胜1,2,3，杨林永1,2,3，侯静1,2,3
单位：
1.国防科技大学 前沿交叉学科学院
2.国防科技大学 南湖之光实验室
3.国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室
摘要：中红外超荧光光源具有光谱范围宽、空间相干性好、时域稳定性高等特点，应用前景广泛，但受限于中红外侧面泵浦合束器，目前普遍利用空间结构泵浦产生。文中根据拉锥光纤侧面耦合的原理，在125 μm包层直径的无源双包层氟化物光纤上实现了中红外光纤侧面泵浦合束器的研制，该合束器泵浦光耦合效率达82.3%，可承受的最大泵浦功率达87.5 W。通过在中红外增益光纤上制得侧面泵浦合束器，实现了全光纤中红外超荧光光源产生，前后向输出的中红外超荧光最高功率和为91.09 mW （后向输出53.67 mW，前向输出37.42 mW），输出光谱范围从2702nm覆盖至2830nm。在中红外超荧光总输出功率为33.03 mW时，获得了108 nm的最宽20 dB带宽。文中实现的中红外全光纤超荧光光源克服了以往空间泵浦复杂度高、调节难的问题，对推动中红外超荧光光源的进一步功率放大具有重要意义。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230101
中红外氟铟基玻璃及光纤激光器最新研究进展（特邀）
作者：王瑞聪，张志，徐昌骏，王顺宾，贾世杰，王鹏飞*
单位：
哈尔滨工程大学 纤维集成光学教育部重点实验室
摘要：3~5 μm波段包含了大气的传输窗口和许多气体分子的吸收带，因而3~5 μm中红外光纤激光器在大气遥感、生物医学、材料加工等领域具有广阔的应用前景。近年来，中红外光纤激光器的输出波长不断向长波长扩展，而实现中红外光纤激光输出的关键在于增益光纤材料的选择。氟铟基玻璃具有较宽的中红外透过窗口和较低的声子能量，因而氟铟基玻璃可以作为增益光纤材料应用于中红外光纤激光器领域。文中综述了从20世纪80年代至今，稀土离子掺杂氟铟基玻璃及氟铟基光纤激光器的代表性研究成果，回顾了氟铟基玻璃组分和玻璃结构的研究历程，介绍了氟铟基光纤的制备工艺，简述了稀土离子掺杂氟铟基玻璃和稀土离子掺杂氟铟基光纤激光器的最新研究进展。2018年，加拿大拉瓦尔大学的Maes等人利用Ho3+掺杂氟铟基光纤作为增益介质，在中红外光纤激光器研究领域取得突破性进展，在室温下获得了输出功率接近200 mW的3.92 μm光纤激光输出。最近，利用1150nm激光作为泵浦源以及自研的Ho3+/Pr3+共掺杂氟铟基光纤作为增益介质，实现了~2.9 μm波段中红外光纤激光输出，其最大输出功率为1.075 W，相应斜率效率为17.6%。未来，通过制备双包层氟铟基光纤和氟铟基光纤光栅，有望搭建全光纤化中红外光纤激光器，实现更高功率的3~4 μm波段中红外光纤激光输出。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230149
中红外玻璃光纤材料及拉曼激光光源研究进展（特邀）
作者：焦亚东，贾志旭，郭晓慧，张成昀，秦伟平，秦冠仕*
单位：
吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室
摘要：高功率中红外光纤激光光源在前沿科学研究、空间光通信、医学诊断与治疗、环境污染监测和光电对抗等领域有着重要应用。拉曼光纤激光光源输出波长灵活，原则上可以在光纤材料透过窗口范围内获得任意波长激光，是实现中红外激光输出的一种重要手段。目前，基于硫系玻璃光纤、氟化物玻璃光纤、碲酸盐玻璃光纤等中红外玻璃光纤材料，已实现工作波长位于3.77 μm的拉曼光纤激光器、平均输出功率为3.7 W的2231nm拉曼光纤激光器和波长调谐范围覆盖2~4.3 μm的拉曼孤子激光光源。近期，笔者研究组制备出一种具有高热学和化学稳定性、高激光损伤阈值、大拉曼频移和高拉曼增益系数的氟碲酸盐玻璃光纤，并利用其作为非线性介质，先后实现了级联拉曼散射、级联拉曼光纤放大器、波长调谐范围覆盖1.96~2.82 μm的拉曼孤子激光以及波长为~4 μm的红移色散波，验证了氟碲酸盐玻璃光纤在中红外拉曼光纤激光光源研制方面的应用潜力。主要介绍了氟化物、硫化物及碲酸盐玻璃光纤材料的特点及相应的拉曼激光光源的相关研究进展，并对其未来发展趋势进行了展望。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230228
长波红外硫系玻璃光纤束制备与大面阵成像性能研究（特邀）
作者：刘晓刚1,2，许彦涛2*，郭海涛2，闫兴涛2，孔德鹏2，沈晓明1，常燕杰2,3，张豪2,3
单位：
1.广西大学 资源环境与材料学院
2.中国科学院西安光学精密机械研究所 光子功能材料与器件研究室
3.中国科学院大学
摘要：长波红外光纤传像束在军事、医疗以及环境监测等领域有着重要应用。当前，长波红外光纤高的光学损耗制约了红外光纤传像束的性能和应用。为了制备低损耗长波红外光纤，选择As-Se-Te硫系玻璃组分，首先对As、Se、Te高纯原料进行了提纯工艺研究，原料表面氧杂质含量分别由1.3 at%、0.46 at%、0.48 at%降至0 at% （未检出）、0.06 at%、0.15 at%，除氧效果显著。以As-Se-Te玻璃为基质组分，对比研究了制备工艺对玻璃红外透过谱段的影响，采用Al作为除氧剂结合蒸馏提纯工艺，制备出热学性能优异、长波红外谱段良好的红外硫系玻璃。采用棒管法拉制出丝径100 μm的光纤，弯曲半径小于5 mm，在长波红外波段损耗基线约为0.2 dB/m。采用叠片法制备出像元2.25万，单丝呈紧密排列的光纤传像束，断丝率小于3‰，传像束有效区域透过均匀，无黑丝、暗丝，对红外目标成像清晰，无明显畸变，综合成像质量良好。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230110
基于新型硫系玻璃的红外成像光学系统（特邀）
作者：陈津津1,2，周港杰1,2，谭燕1,2，戴世勋1,2，林常规1,2*
单位：
1.宁波大学 红外材料及器件实验室
2.先进红外光电材料与器件浙江省工程研究中心
摘要：为了丰富当前可用红外材料的种类，满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求，充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势，开发了新型硫系玻璃材料，并且在同一系统指标要求下，分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统，有效实现了去锗化设计，与基于传统红外材料的红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了35%，长度减少了15%，透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index, GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统，在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了40%，长度减少了30%，透过率提高了15%；在制冷型中/长波红外光学系统中，具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了20%，长度减少了20%，透过率提高了18%。设计结果表明，新型硫系玻璃的出现，是对现有红外材料的有益补充，为新一代红外成像光学系统提供了更为丰富的材料选择和更多的设计自由度，是实现轻薄化透射式红外光学系统的重要技术途径。
文章链接：
http://www.irla.cn/cn/article/doi/10.3788/IRLA20230102
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特邀专栏主编
戴世勋，博士，研究员，博导。主要从事红外硫系玻璃及光纤器件研究，现为宁波大学先进红外光电材料及器件浙江省工程研究中心主任。入选国家“万人计划”、国家“百千万人才工程”、全国先进工作者。先后主持科技部国家重点研发计划、国家基金委重大项目课题、重点项目等30 余项科研项目，曾获国家技术发明二等奖，在PhotoniX、Laser & Photon Rev.、Opt. Lett.等刊物SCI 索引论文200 余篇，出版专著4部；授权发明专利50 余件，制定5 项国家标准。担任全国光学材料和元件分技术委员会副主任委员、特种玻璃分会副理事长、《红外与激光工程》、《光子学报》等期刊编委。
王鹏飞，哈尔滨工程大学特聘教授，博士生导师。主要研究方向为光学特种玻璃材料和中红外氟化物光纤激光器。2022 年国家杰出青年科学基金项目获得者，2015 年入选“海外高层次人才”青年项目(择优)。2008年11月在爱尔兰都柏林科技大学获光学工程博士学位。爱尔兰都柏林科技大学荣誉教授、美国光学学会高级会员。担任 Journal of Lightwave Technology 期刊副编辑、Applied Optics期刊编委。担任中国光学学会纤维光学与光子集成专业委员会委员和全国光学和光子学标准化技术委员会委员。
秦冠仕，吉林大学教授、博士生导师，教育部“新世纪优秀人才支持计划”入选者，《光子学报》第十届编委会编委。主要研究方向是红外玻璃光纤与器件。近年来在Optica, Laser Photon. Rev.等重要学术期刊发表SCI论文120余篇；获2011年国家自然科学奖二等奖（第三完成人）。目前，主持国家自然科学基金重大项目课题、国家重点研发计划项目课题以及华为公司技术开发项目（连续资助）等。
郭海涛，博士，研究员，博士生导师，中科院西安光机所光子功能材料与器件研究室主任，中国光学学会纤维光学与集成光学专业委员会秘书长。陕西省“杰出青年”基金获得者、中科院“创新交叉团队”负责人。主要从事红外光纤和光纤器件方面的研究，负责国家自然科学基金重大项目课题、国家重点研发计划课题、陕西省自然科学基金等项目二十余项。出版英文学术专著一部，在Opt. Lett.、 Opt. Express、 J. Am. Ceram. Soc.等SCI期刊上发表论文100余篇，授权专利16项。
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