中红外激光传输技术突破：我国成功研发低损耗碲酸盐反谐振空芯光纤

    中红外波段（210μm）因可精准捕获分子振动指纹特征，被学界誉为“分子光谱黄金波段”，在分子结构分析、无创生物医学诊断、大气污染物实时传感及国防红外激光技术等领域具有不可替代的战略价值。近年来，量子级联激光器、光学参量振荡器及超连续谱光源等中红外激光源已实现功率与波长范围的突破，但“激光高效传输”始终是制约该领域技术落地的关键瓶颈——传统中红外实芯光纤受限于材料固有吸收、显著非线性效应及较低热损伤阈值，难以在210μm全波段实现稳定高效传输。

    反谐振空芯光纤（AntiResonantHollowCoreFiber,ARHCF）的出现为这一困境提供了有效解决方案。该类光纤依托特殊微结构包层的反谐振反射机制，将激光能量限制于空气芯内传输，可显著降低激光与光纤材料的相互作用，不仅能减少非线性损耗、突破热稳定性限制，还可实现大模场单模传输。然而，此前不同材料体系的ARHCF均存在明显技术短板：石英ARHCF虽在近红外波段表现优异，但石英玻璃在波长超过4.5μm后吸收损耗急剧增加，6μm波长处损耗骤升至78dB/m；硫系ARHCF的传输窗口可延伸至12μm以上，但其在中短波长（如4.6μm）的损耗仍高于0.5dB/m；氟化物玻璃因热稳定性极差，至今尚未实现ARHCF的成功制备，无法满足中红外全波段传输需求。

    碲酸盐玻璃作为中红外传输领域的潜力材料，具备显著优势：其透射窗口可延伸至6μm以上，且拥有高激光损伤阈值、优异抗水腐蚀性能及良好机械强度，理论上是高功率中红外激光传输的理想载体。但碲酸盐ARHCF的制备过程面临显著挑战：碲酸盐玻璃在软化温度附近粘度呈现急剧变化，导致光纤拉制过程中毛细管易发生变形、结构均匀性难以控制。此前已报道的碲酸盐ARHCF，传输损耗普遍维持在3dB/m以上，6μm以上长波波段的传输潜力更是未被充分挖掘，技术应用受限。
    近日，中国科学院西安光机所郭海涛研究员、刘成振副研究员团队攻克碲酸盐ARHCF制备及性能优化的核心技术难题，成功研发出低损耗碲酸盐ARHCF，相关研究成果发表于国际权威期刊《OpticsLetters》（Vol.50,No.18），为中红外激光全波段高效传输提供了全新技术路径。

    核心技术突破：工艺精准化与结构稳定化
    该团队的技术突破集中体现在“预制棒结构设计拉丝工艺调控气压精准控制”的全流程优化，有效解决了碲酸盐玻璃粘度突变导致的结构不稳定问题。
    1.预制棒结构优化：选用TeO₂BaF₂La₂O₃LaF₃体系玻璃作为基体材料，设计“外套管+六根非接触毛细管”的预制棒结构。其中，细管通过转管法制备（外径18mm、内径14.4mm），外套管同样采用转管法加工（外径13mm、内径9mm）；将外套管与细管加热至玻璃化转变温度，使二者粘结固定，确保初始结构的均匀性与对称性，为后续拉制奠定基础。
    2.拉丝工艺与气压调控：拉制过程中，团队开发定制化气体压力调控系统——在毛细管内充入氧气形成正压，纤芯区域保持环境大气压，通过多组实验验证6000Pa为最佳气压（气压低于5800Pa时毛细管呈椭圆形，高于6000Pa则易发生毛细管接触或不对称扩张）；配合591℃的拉丝炉温度、2.5mm/min以上的送棒速度，最终制备出外径400μm、芯径120μm、毛细管壁厚2.25±0.08μm的均匀光纤，实验室条件下最长可制备30米，结构稳定性显著提升。

    性能测试：创纪录低损耗与全波段传输能力
    通过傅里叶变换红外光谱仪、1.976μm单波长激光器及4.65μm激光器等多平台测试，该碲酸盐ARHCF的性能表现突破现有技术水平：
    传输损耗突破纪录：在4.65μm波长下，传输损耗低至0.3±0.02dB/m，为目前全球已报道碲酸盐ARHCF的最低损耗值；1.976μm波长下损耗约1dB/m，显著优于此前同类产品。
    全波段传输覆盖：传输窗口可直接覆盖210μm全波段范围，在4.5μm和8.5μm处呈现明显低损耗反谐振峰；10μm波长处损耗约89dB/m，团队预测通过进一步结构优化，该波段损耗可降至1dB/m以下，有望实现中红外全波段低损耗传输。
    高功率耐受能力：采用最大输出功率30.3W的1.976μm激光器，通过1米长光纤进行传输测试，无需采用水冷、风冷等主动冷却手段，光纤可稳定耐受30W功率，最大输出功率达14.3W；连续运行40分钟后，功率波动均方根（RMS）仅0.77%，热成像显示即使温度超过130℃，光纤仍未发生可见结构损伤，热稳定性优异。
    光束质量接近理想：光束质量因子（M²，值越接近1，光束质量越优）测试结果显示：1.65W输出功率下，X/Y方向M²分别为1.09和1.15；14W输出功率下，M²维持在1.17和1.10，不仅接近衍射极限，且优于原始激光源（M²=1.2）。这一特性源于ARHCF的高阶模式泄漏机制，相当于在激光传输过程中同步实现了光束整形效果，为高精度应用提供支撑。
    此外，在中红外核心波段验证中，4.65μm瓦级激光通过0.5米长光纤传输，综合传输效率达61%（含耦合损耗与传输损耗），进一步证实其在中红外波段的应用潜力。

    技术价值与应用前景
    该低损耗碲酸盐ARHCF的研发成功，有效填补了中红外全波段低损耗、高功率传输领域的技术空白，使“高效传输+高功率耐受+高光束质量”三者兼具成为现实。从技术价值来看，其突破了碲酸盐玻璃制备ARHCF的工艺瓶颈，为其他高性能红外玻璃光纤的研发提供了参考；从应用场景来看，未来可广泛支撑以下领域发展：
    科研领域：为高功率中红外气体激光（如二氧化碳激光）、超快激光脉冲传输及非线性光学研究提供关键器件，推动中红外光物理与光化学领域的前沿探索；
    民生领域：提升生物医学诊断中红外成像的清晰度，增强环境传感对微量污染物（如挥发性有机物、有害气体）的探测灵敏度，助力精准医疗与生态环境监测；
    国防领域：为红外激光雷达、定向能技术等提供稳定传输载体，支撑国防红外技术的性能升级。
    综上，该研究成果不仅是我国在中红外光纤领域的重要技术突破，更推动中红外激光传输技术从“实验室验证”迈向“实际应用”阶段，为全球中红外技术发展注入新动力。