卤化物光纤是一类以氟化物、氯化物或溴化物玻璃为基质的特种红外传输光纤,其中具代表性的是重金属氟化物玻璃光纤(如ZBLAN,成分为ZrF₄–BaF₂–LaF₃–AlF₃–NaF)。这类光纤因其极低的理论损耗(在2.55μm波长处可达0.001 dB/km,远低于石英光纤在1.55μm的0.2 dB/km)和宽透光窗口(通常覆盖0.3–7μm),被视为实现超低损耗中红外光通信与高功率激光传输的理想介质。
卤化物玻璃具有低声子能量(ZBLAN约500 cm⁻¹),显著抑制了多声子吸收,使其在可见光至中红外波段均具备良好透过性,特别适用于传输Er³⁺(2.8μm)、Ho³⁺(2.1μm)、Tm³⁺(1.9μm)等稀土离子掺杂光纤激光器的输出光。此外,其高非线性系数和可调色散特性也支持超连续谱生成,在生物医学成像、环境监测和红外对抗等领域具有应用潜力。
然而,卤化物光纤的实用化面临严峻挑战。首先,材料易结晶,在拉丝过程中若冷却速率控制不当,会形成微晶导致散射损耗剧增;其次,机械强度低、脆性大,抗弯折能力差;再者,对水分敏感,表面易潮解,需严格密封保护。目前商用ZBLAN光纤在2–3μm波段的实际损耗约为0.1–1 dB/m,远未达理论极限,且成本高昂。
尽管如此,随着微重力环境拉丝(如太空制造)和先进涂层技术的发展,卤化物光纤的性能正逐步提升。除ZBLAN外,氯化物(如KCl–CsCl)和溴化物(如CsBr)光纤也在特定长波红外(>10μm)传感场景中探索应用。未来,卤化物光纤有望在中红外医疗激光手术、高灵敏度气体传感、空间光通信及下一代超低损耗光纤网络中扮演关键角色,是拓展光子技术向中红外纵深发展的重要材料平台。