柔性低损耗高可靠性聚酰亚胺中红外空芯光纤的制备及其CO2激光传输性能研究OA
Fabrication of flexible,low-loss and high-reliability PI mid-infrared hollow optical fiber and investigation of its CO2 laser transmission performances
空芯光纤传输CO2等中红外激光在传输损耗、弯曲性能和可靠性方面存在诸多挑战,限制了其在激光医疗、柔性工业加工和气体传感等方面的应用.本文利用等离子体活化聚酰亚胺(PI)结构管和动态液相沉积工艺研制了PI/Ag/AgI界面结合强度高的柔性低损耗中红外空芯光纤.研究表明,等离子体处理后,PI表面的氮碳键转为氮氧键,并引入羧基等活性基团,在未明显增加表面粗糙度的情况下提高了表面亲水性和PI/Ag/AgI界面结合强度(由0级提升至2级).所制备的2 mm内直径PI空芯光纤在8～15 μm具有低损耗窗口,传输10.6 μm波长CO2激光的直线损耗低至0.05 dB/m,以20 cm半径弯曲180°时损耗仅上升至0.55 dB/m.光纤样品在150℃传输30 W CO2激光300 s未见损伤,经过400 min抗振动测试以及120 min高低温(150/-196℃)处理后损耗保持稳定,具有实际应用价值.
Hollow optic fiber delivery of CO2 and other mid-infrared lasers faces several challenges in terms of transmis-sion loss,bending flexibility and reliability,which limits its applications in laser medicine,flexible industrial process-ing,and intelligent sensing.A flexible,low-loss mid-infrared hollow fiber with enhanced PI/Ag/AgI interfacial bonding strength has been developed by utilizing plasma activation of polyimide(PI)structural tubes and a dynamic liquid-phase deposition process.The results showed that after plasma treatment,the N-C bonds on the surface of PI were converted to N-O bonds and active groups such as carboxyl were formed.This results in enhancement of surface hydrophilicity and the interfacial bonding strength between PI and Ag/AgI layers(from level 0 to level 2)without noticeably increas-ing surface roughness.The as-fabricated PI hollow fiber(ID=2 mm)exhibited a low-loss transmission window within 8-15 μm wavelength range,achieving a linear transmission loss as low as 0.05 dB/m at 10.6 μm.When bent 180° with a radius of 20 cm,the loss increased only to 0.55 dB/m.The fiber could deliver a 30 W CO2 laser beam for 300 s at 150 ℃ without damage.After 400 min of vibration testing and 120 min of high-low temperature aging(150/-196℃),the transmission loss remained stable,showing its value for practical applications.
余烁颖;褚君浩;祝润苗;刘晟;查志鹏;张擎天;侯广宁;费楹迪;刘少华;敬承斌
华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241华东师范大学 物理与电子科学学院 纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海 200241||华东师范大学 物理与电子科学学院 极化材料与器件教育部重点实验室,上海 200241
信息技术与安全科学
PI空芯光纤中红外等离子体处理CO2激光传输性能
PI hollow fibermid-infraredplasma treatmentCO2 lasertransmission performance
《红外与毫米波学报》 2026 (2)
217-226,10
国家重点研发计划(2024YFB4611400) Supported by the National Key Research and Development Program of China(2024YFB4611400)
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