近日，我室硕士研究生马顺宝（第一作者），戴世勋研究员（通讯作者）在Journal of Alloys and Compounds （IF= 6.2）期刊发表了题为“Low-power fiber-coupled acousto-optic modulator with high diffraction efficiency based on novel Ge-Sb-S glass featuring enhanced laser-induced damage threshold”的论文(1050 (2026) 185671)。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.185671

       声光调制器作为光束控制、光学扫描和Q开关等应用的核心器件，其性能直接决定了光电系统的整体水平。传统声光材料如TeO2晶体和石英玻璃在实际应用中存在固有局限：TeO₂虽具有优异的声光系数，但其强各向异性和热膨胀失配导致在高功率激光辐照下易发生结构开裂；石英玻璃虽热稳定性良好，但其低声光优值(M² = 1.51 × 10^-18 s³/g)限制了其在高效率、低功耗调制场景中的应用。硫系玻璃因其高折射率、宽红外透过范围和优异的声光性能，成为新型红外声光材料的有力竞争者。然而，传统含砷硫系玻璃(如As₂S₃、As₂Se₃)存在环境与健康隐患，且其较低的玻璃转变温度(Tg < 190 ℃)和较差的机械耐久性使其难以满足高功率应用需求。

       针对上述挑战，该研究系统探究了Ge_39-xSb_xS₆₁ (x = 5, 15, 24, 34 mol%)系列玻璃的热机械、光学、声学、声光特性及激光损伤阈值。通过精确调控Ge/Sb比例，揭示了玻璃组分-结构-性能之间的内在关联。实验数据显示，Ge₁₅Sb₂₄S₆₁玻璃展现出最优异的综合性能：声光优值M²达251.2 × 10^-18 s³/g（约为石英玻璃的166倍），1550 nm纳秒激光辐照下的激光损伤阈值高达3.92 J/cm²（是Ge20Sb15Se65的2.2倍），超声衰减低至5.3 dB/cm@100 MHz，热光系数适中(26.5 × 10^-6/℃)。此外，该组分位于Ge-Sb-S三元玻璃形成区中心，有利于大规模制备的组分稳定性和可重复性。

       基于优选出的Ge₁₅Sb₂₄S₆₁玻璃，研究团队与中国电子科技集团第二十六研究所合作，成功研制出应用于1550 nm波段的光纤耦合型声光调制器（如图1所示）。经双层ZrO2增透膜处理后，玻璃透过率从68.2%提升至99.5%（如图2所示）。器件采用LiNbO3压电换能器，通过Cr/Au/Sn多层电极层实现声阻抗匹配，确保超声能量高效耦合。性能测试表明，该调制器在0.35 W低射频驱动功率下即可实现78.88%的衍射效率，上升/下降时间分别为43 ns和47 ns，插入损耗2.42 dB，消光比高达59 dB（如图3所示），综合性能与常见的商用声光调制器相当，功耗优势显著。

       为进一步验证器件的实用性与稳定性，研究团队搭建了基于该调制器的主动Q开关光纤激光系统（如图4所示）。实验结果显示，随着重复频率从10 kHz增至30 kHz，脉冲宽度从460 ns增至1024 ns，脉冲序列稳定，能量波动小于0.5%。引入调制器后，光束质量M2变化极小（M_x²: 1.020→1.029，M_y²: 1.031→1.035），证明该调制器在动态调制过程中引入的波前畸变可忽略（如图5所示）。

       本研究成功开发出一种兼具高声光优值、高激光损伤阈值和低声衰减的新型无砷硫系玻璃，并基于此材料研制出低功耗、高效率、高稳定性的光纤耦合型声光调制器，为下一代高性能声光器件的研发提供了新材料平台，在光纤通信、激光调制及高功率激光应用领域具有重要应用前景。

图1. 基于Ge₁₅Sb₂₄S₆₁玻璃的光纤耦合型声光调制器：(a) 器件照片（插图为射频驱动器）；(b) 内部结构图；(c) 换能器键合结构示意图

图2. Ge₁₅Sb₂₄S₆₁玻璃镀膜前后的透过光谱

图3. 基于Ge₁₅Sb₂₄S₆₁玻璃的光纤耦合型声光调制器：(a) 衍射效率随射频功率变化曲线；(b) 光脉冲序列；(c) 光脉冲上升/下降时间

图4. 基于Ge₁₅Sb₂₄S₆₁玻璃的光纤耦合型声光调制器的Q开关验证装置

图5. (a) 不同泵浦功率下的脉宽变化；(b) 10、20、30 kHz重复频率下的脉冲序列；(c) 10、20、30 kHz重复频率下的单脉冲波形；(d) M²测量及光束轮廓