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摘要：本研究通过适当的热处理控制了特殊的组织结构，并制备出一种完全表面结晶化玻璃纤维，其中不会出现裂纹或空位，在光通信波长为1550nm的光损耗测量中，实现了1cm厚度时超90%的透光率，属光学单晶级别。

关键词：玻璃纤维、热处理、完全表面结晶化、空位抑制、透光率

日本东北大学研究生院工学研究科的研究小组发布了一种新材料——“完全表面结晶化玻璃纤维”，该材料具有与光纤相同的材料和形状，有望应用于纤维型光控器件。该材料实现了超90%的透光率，可与光学单晶相媲美。

为了实现日本所追求的未来社会“Society 5.0”，提高光通信速度和容量成为了当务之急，但亟需一种比以往任何时候都减少控制和传输过程中出现的光损耗和噪声的方法。

一般来说，光通信系统需要用于传输的透明且非晶质的玻璃光纤和用于控制的晶体器件，但玻璃和晶体这两种不同类型（异形）材料的混合会导致光损耗和连接不匹配的问题。这些问题阻碍了通信速度和容量的进一步提高，因此亟需开发一种与用于传输的光纤通信网络具有高兼容性并且可以集成的光纤型光控装置。

研究小组通过对硅酸盐玻璃进行热处理，开发了一种使锶（Sr）、钛（Ti）和硅（Si）的复合氧化物Sr₂TiSi₂O₈晶体在整个玻璃上单向致密地沉积而成的“完全表面结晶化玻璃”,并成功地表现出了二阶非线性光学效应。然而，由于结晶化过程中难免会产生裂纹和空位，因此确保透明度的问题仍然存在。

完全表面结晶化玻璃由在Sr₂TiSi₂O₈晶体的组成中添加了过量的TiO₂和SiO₂的前体玻璃而获得。在表面形成Sr₂TiSi₂O₈晶体后，前体玻璃中的剩余成分以玻璃状态被限制在Sr₂TiSi₂O₈晶域（区域）内部与域之间。

本研究通过适当的热处理控制了特殊的组织结构，并制备出一种完全表面结晶化玻璃纤维，其中不会出现裂纹或空位。研究还阐明了一种空位抑制机制，其中多余的玻璃成分填充了样品中心应出现的空位。

在光通信波长为1550nm的光损耗测量中，新材料超越了传统透明陶瓷材料（1cm厚度时透光率低于80%），实现了1cm厚度时超90%的透光率，属光学单晶级别。

完全表面结晶化玻璃纤维的光损耗测量结果

完全表面结晶化玻璃纤维仅通过结晶化热处理即可得到，并且具有优异的生产效率。随着将光的控制和传输集成到光纤中的理想光通信系统的实现，还有望开发出利用结晶结构的应用。

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日本东北大学：透光率超90%的完全表面结晶化玻璃纤维