我室研究生黄聪（第一作者）和谭林玲（通讯作者）在Journal of Lightwave Technology期刊上发表了题“Synergizing Centimeter-Scale Diffusion With High Refractive Index Contrast in Infrared GRIN Glass - A Low-Temperature Fused Deposition Approach”的文章，文章链接：https://doi.org/10.1109/JLT.2026.3672738。通过选用Se-Te-S硫系玻璃体系，结合全新的逐层融沉积工艺，同时实现了厘米级的扩散深度与高折射率差。实现了梯度折射率（GRIN）材料设计上的突破。

研究背景：

GRIN光学通过材料内部连续的折射率变化来控制光线，可替代多片传统镜片，是实现红外系统小型化的理想方案。然而，红外GRIN材料的研发长期受限于物理机制上的相互制约，大扩散深度通常需要长时间热处理与平缓的成分过渡，而高折射率对比度（Δn）则依赖相邻区域间显著的成分与极化率差异。这种机制上的冲突导致现有材料始终无法兼顾二者。

关键挑战：填补厘米级扩散深度与高Δn兼备的性能空白。

核心策略：给工艺换“赛道”

区别于传统热压扩散中难以避免的界面反应与成分波动，本研究提出的逐层熔融沉积工艺在制备效率和结构均一性上展现出显著优势。该工艺依托低熔点硫系玻璃体系，将热处理窗口控制在高于Tg的温度区间，在较短的处理时间内即实现了组分充分互扩散，大幅提升了制备效率。层间界面得以通过热运动完全消除，不仅杜绝了传统贴合工艺常见的气泡、裂纹及弱界面分层缺陷，更使材料在微观结构上形成致密的整体，从而兼具优异的力学强度与光学连续性。并且工艺容差大、稳定性高，可从实验室拓展至工业级的大批量、标准化生产，为高性能红外GRIN元件的低成本制造提供了可行的技术路径。

图1. 逐层熔融沉积工艺示意图。

核心策略：给玻璃降“熔点”

想要实现大深度扩散，通常需要高温长时间热处理，但这会导致材料成分过度平缓，牺牲折射率差。团队的策略是定制化Se-Te-S低熔点体系，硫原子半径小、键能适中，显著压低了玻璃的转变温度（Tg）。相比传统硫系玻璃，新材料在较低温度下就能激活元素互扩散。此外虽然降低了熔点，但团队保留了高极化率的Te组分作为高折射率端，利用S与碲Te巨大的极化率差异，确保了即使在低温扩散下，依然能维持Δn3=0.486的高折射率差。

图2.（a）Se50TexS50-x (x = 10, 20, 30, 40) 玻璃的折射率分布曲线（b）Se50TexS50-x (x = 10, 20, 30, 40) 拉曼光谱（c）渐变折射率样品的透射光谱和（d）扩散深度为0.6厘米和1厘米的样品的拉曼线扫描散点图（e）扩散深度为0.6厘米和（f）扩散深度为1厘米的渐变折射率样品的三维拉曼线扫描图，展示了连续的结构演变（g）不同方法制备的渐变折射率透镜的 Δn 与扩散深度的对比：结晶（黄色）、离子交换（紫色）和常规热压（绿色）。

总结与展望：

本研究通过定制化设计Se-Te-S低熔点硫系玻璃体系，结合创新的逐层熔融沉积法，成功突破了红外GRIN材料存在的大扩散深度与高折射率差不可兼得的难题。在2微米波长处获得高达0.486的折射率差。

通过逐层熔融沉积与可控热扩散，材料在微观结构上实现了从阶梯状到连续线性分布的转变，消除了层间界面，保证了优异的红外透过率与力学完整性。

后续研究应着重推进基础GRIN材料的器件化制备，通过实际应用测试系统全面评估材料的光学性能、稳定性及环境适应性，进而发现并解决关键问题，促进硫系GRIN材料从基础研究向器件应用的转化。

参考文献

Cong Huang, Shiliang Kang, Chengwei Gao, Shixun Dai, Wenjie Xie, Changgui Lin, Linling Tan*, Synergizing Centimeter-Scale Diffusion With High Refractive Index Contrast in Infrared GRIN Glass—A Low-Temperature Fused Deposition Approach, Journal of Lightwave Technology, 2026, 44, 4173–4182.