稀土掺杂中红外硫系光纤及其传感应用研究进展

【摘要】：中红外光源在国防安全、食品安全、光谱分析等军事或国民经济的重要行业有着重要的应用。近年来，稀土离子掺杂硫系玻璃和光纤的研究主要集中在提高稀土离子溶解度、降低稀土离子局域声子能量和敏化离子共掺等方面。在玻璃和光纤中获得了 Dy~(3+)、Pr~(3+)、Dy~(3+)、Tb~(3+)、Sm~(3+)等稀土离子的中红外荧光，这种宽带中红外荧光在传感领域得到了应用，实现了CO_2、CH_(4 )等气体的传感。本文综合评述了稀土掺杂中红外硫系玻璃和光纤的研究进展，讨论了影响硫系玻璃光纤中红外发光的各种因素，包括稀土离子溶解度、稀土离子周围声子能量、敏化离子间能量传递和杂质损耗等，重点总结了宽带中红外荧光在气体传感领域的研究进展，指出对于稀土离子掺杂硫系光纤气体传感器的研究有 5 个方面存在不足。如何在稀土掺杂玻璃光纤中获得中红外激光仍是一个急需研究的方向，除了从有源光纤制备(基质选择、稀土离子共掺、局域结构调控、预制棒玻璃提纯等)的角度来寻求解决方案，还需要从光纤光栅刻写技术、泵浦激光器功率和波长调谐方面进行研究。稀土掺杂中红外硫系光纤凭借其小巧、紧凑以及经济性等优点展现出巨大的应用潜力，未来在多个领域的物质检测方面将实现广泛应用，具有巨大的应用前景。