这项技术可应用于开发更先进的外科和医用激光器、更有效的军用激光对抗措施,以及对环境更敏感的激光器,例如用于测量污染物和检测生物恐怖袭击中化学制剂扩散的激光器。该团队的研究成果将发表在《先进材料》(Advanced Materials)杂志上。.
“说光纤是现代信息时代的基石已经成了老生常谈,”巴丁说道。“这些细长的光纤,比头发丝粗三倍,每秒可以传输超过1TB的信息。然而,现有技术总有改进的空间。”巴丁解释说,光纤技术一直以来都受限于玻璃纤芯的使用。“玻璃的原子排列是随机的,”巴丁说。“相比之下,像硒化锌这样的晶体物质的原子排列高度有序。这使得光可以在更长的波长下传输,尤其是在中红外波段。”.
与传统光纤中使用的二氧化硅晶体不同,硒化锌是一种半导体化合物。“我们早就知道硒化锌是一种有用的化合物,它能够以二氧化硅无法做到的方式操控光,”巴丁说。“关键在于如何将这种化合物制成光纤结构,这在以前从未实现过。”巴丁和他的团队利用化学系研究生贾斯汀·斯帕克斯开发的一种新型高压化学沉积技术,将硒化锌导芯沉积在二氧化硅晶体毛细管内,从而形成这种新型光纤。“高压沉积是唯一能够在如此狭小的空间内形成如此细长的硒化锌光纤纤芯的方法,”巴丁说。
科学家们发现,硒化锌光纤在两个方面具有应用价值。首先,他们观察到这种新型光纤在光颜色转换方面效率更高。“当使用传统光纤进行样品、显示和艺术创作时,并非总能获得所需的颜色,”巴丁解释道。 “硒化锌通过一种称为非线性频率转换的过程,能够更好地改变颜色。”
其次,正如巴丁及其团队预期的那样,他们发现这种新型光纤不仅在可见光谱范围内,而且在红外光谱范围内也具有更大的灵活性。现有的光纤技术在传输红外光方面效率不高。然而,巴丁团队开发的硒化锌光纤能够传输波长更长的红外光。“利用这些波长令人振奋,因为它标志着制造可用作红外激光器的光纤迈出了重要一步,”巴丁解释说。“例如,军方目前使用的激光雷达技术可以处理近红外波段,即2至2.5微米的波段。如果设备能够处理中红外波段,即整个5微米波段,精度将会更高。我们研制的这种光纤可以传输波长高达15微米的光。”.
巴丁还解释说,检测环境污染物和毒素可能是改进型激光雷达技术的另一项应用,该技术能够与更长波长的光相互作用。
此外,巴丁提到,硒化锌光纤还可以开辟新的研究途径,从而改进激光辅助手术技术,例如眼科矫正手术。
除了巴丁和斯帕克斯之外,参与这项研究的其他研究人员还包括宾夕法尼亚州立大学化学与材料系的何荣瑞;宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系及材料研究所的马赫什·克里希那穆提和文卡特拉曼·戈帕兰;以及南安普顿大学光电子研究中心的皮尔·J·A·萨齐奥、安娜·C·皮科克和诺埃尔·希利。本研究的技术支持由工程与物理科学研究理事会、国家科学基金会以及宾夕法尼亚州立大学材料科学与研究中心提供。.
