[发明专利]一种磷酸盐玻璃包层的As2SexS3-x三元半导体纤芯复合光纤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷酸盐玻璃包层的As₂Se_xS_3‑x三元半导体纤芯复合光纤及其制备方法。该复合光纤的包层材料为磷酸盐玻璃，光纤的纤芯材料为三元硫系半导体As₂Se_xS_3‑x，其中0＜x＜3。本发明复合光纤结合了磷酸盐玻璃和硫系化合物As₂Se_xS_3‑x的优异光电性能，具有良好的光电性能，在近中远红外波段有良好的透过性及高的非线性，在非线性光学、光电探测、生物医学传感、红外激光传输或超连续谱光源等领域有着巨大的应用前景。本发明合理利用光纤包层和纤芯材料的润湿和热膨胀等特性，以磷酸盐玻璃为光纤包层，以硫系化合物As₂Se_xS_3‑x为光纤纤芯，通过熔融法拉丝，获得可连续拉制的复合光纤。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种磷酸盐玻璃包层的As₂Se_xS_3-x三元半导体纤芯复合光纤及其制备方法。

背景技术

近年来，超连续光谱已被广泛应用于诸多科学技术领域，包括波分复用系统、光电子器件、超短脉冲及光频率梳化的产生、非线性显微学、光学测量和光学相干断层成像技术等方面。产生超连续光的光源也不尽相同，如连续波长激光器、调Q微腔激光、皮秒激光和高重复频率激光脉冲等都能产生稳定的超连续光。超连续谱是指强短光脉冲通过非线性介质时，因介质中存在的自相位调制、交叉相位调制、四波混频和手机拉曼散射等一系列非线性效应的共同作用，使得输出的光谱中产生一些新的频率成分，即脉冲展宽的一种现象。随着光纤的发展，光纤作为产生超连续谱的非线性介质开始受到人们的关注。但普通的光纤所得到的谱宽有限。以石英玻璃光纤为例，作为一种在可见及近红外波段损耗较低的光波导结构，石英玻璃光纤在波长大于2μm的波段的损耗陡然增加。为寻求覆盖至中红外波段的超连续谱，一种新型纤芯玻璃包层复合光纤——硫系半导体纤芯光纤开始吸引科学工作者的注意。

目前，二元硫系化合物半导体的研究主要集中在Ⅱ-Ⅵ、Ⅲ-Ⅴ和Ⅴ-Ⅵ等化合物，如As₂Se₃和As₂S₃等。其中，As₂Se₃和As₂S₃因优异的热致和光致材料结构特性，在可逆光存储器、半导体相变光盘、四波混频和全息记录等方面具有巨大的应用前景。上述化合物半导体是由几种不同类型的元素满足一定的阴阳离子结构而构成，性质参数较为固定。在不同应用对半导体性质提出的特定要求日益增多的情况下，常见化合物半导体已不能满足器件设计的要求。此时，引入成分可以连续变化的合金半导体(As₂Se_x或As_xS_y)显得尤为重要。合金半导体相对于化合物半导体的显著优势在于成分的连续可调。事实上，通过成分的调节连续地调控半导体性质参数能进一步将半导体种类推广到无限种。

鉴于As₂Se₃或As₂S₃二元合金半导体的可调节组分范围小，可在二元的基础上添加一个组分，形成三元半导体(As₂Se_xS_3-x)以提高二元半导体的性能。三元半导体具有更优的能量稳定性和半导体特性，更多的化学成分和结构自由度，表现出更丰富、可调的性质。在实际实验过程中，因硫系化合物及硫系合金半导体在制备硫系玻璃时条件苛刻，难以形成稳定玻璃态。为此，需要研究提供一种简便的方法来制备硫系半导体(As₂Se_xS_3-x)纤芯磷酸盐玻璃包层复合材料光纤，并通过调配纤芯中元素的不同配比实现不同需求性能光纤的制备。

发明内容