我国成功研制国际最低损耗红外空芯光纤

科技日报记者 王禹涵

记者从中国科学院西安光学精密机械研究所了解到，该所郭海涛研究员团队近日成功研制出国际同类型最低损耗的碲酸盐和硫系红外反谐振空芯光纤，并完成高功率中红外飞秒激光传输与生物医疗应用验证，为激光传能、精准医疗等战略领域提供了关键技术支撑。

图为碲酸盐光纤。受访单位供图

图为硫系光纤。受访单位供图

中长波红外波段（3—15微米）被称为“分子指纹区”，在环境监测、生物医疗等领域价值显著。然而，该波段激光的高效传输长期面临全球性难题：传统石英光纤在2微米以上损耗急剧上升，实心红外玻璃光纤则存在非线性效应强、损伤阈值低等缺陷。红外反谐振空芯光纤以空气为主要导光介质，被视作理想方案，但因材料、结构、工艺等多重壁垒，此前损耗长期居高不下。

郭海涛（左一）与团队成员讨论工作中。受访单位供图

郭海涛研究员团队历时五年实现全链条自主创新，自主研制新型碲酸盐和硫系玻璃材料，提出六管/七管单环无节点、五管嵌套无节点等创新光纤结构，并建立多物理场耦合拉丝动力学模型。最终，碲酸盐光纤在4微米波段损耗低至0.15分贝/米、硫系光纤低至0.3分贝/米，损耗较国际同类水平降低10倍以上。

“0.15分贝/米的损耗意味着光每传输1米，功率仅下降约3.4%。”郭海涛介绍，这一突破彻底打破了国际红外反谐振空芯光纤的损耗壁垒。

在应用验证中，团队成功实现了5—11微米可调谐中红外飞秒激光的低损耗、高保真传输，光纤可耐受16兆瓦以上峰值功率，光束质量接近理论最优。在生物医疗领域，该光纤传输的飞秒激光完成了脂肪组织、动脉粥样硬化斑块及小鼠角膜的精准微创消融，激光功率阈值较传统方式降低40%—50%，热损伤极小，为血管介入治疗、精细眼科手术等临床场景提供了新型柔性传输方案。