新出现的玻璃与结晶纤维，有希望比石英纤维的透明度大，传播的波长更长，现已应用于通讯系统、医学诊断和光学纤维激光器。

早在3000年前，埃及的玻璃制造匠就十分巧妙地制成了一个不透明的蓝头白鳞和黄鳍的玻璃鱼。他们在石英玻璃中有意加入金属氧化物，使鱼染上颜色——加入钴呈蓝色，加入锡呈白色，加入锑呈黄色。但如何制做透明玻璃，可难倒了古埃及人。因为他们的原料里本来就含有这些以及别的微量杂质。几个世纪过去后，随着化学这门学科的日益发展和先进玻璃制做技术的问世，其他的工匠终于制成了透明玻璃。作为这一成功的标志，二十世纪初最好的透镜的透明度是古埃及人制做的第一块透明玻璃的10，000倍。1960年以来由于生产二氧化硅采用了精炼技术，玻璃的透明度又提高了10，000倍——该技术使得纤维光学的产生成为可能。现在，电话的对话，计算机数据、电视图像就由光脉冲穿过高度透明的石英玻璃来传播。

1979年，用石英和以石英为基质的玻璃制做的光学纤维的透明度达到了极点。能传播长波红外光的第二代纤维材料正在问世，这代纤维由三类材料组成：含卤素晶体，硫族化合物玻璃及重金属氟化物玻璃。

所有这些红外光学材料都有希望获得比石英纤维更大的透明度/并正被赋予更多的新用途。红外光学纤维能传播简单的红外图像或温度信息，也可当做柔软的导线输送可供切割、熔化、钻穿工业元件的激光能。甚至已用来传播红外激光能，以确定动物动脉的斑点位置，这一过程可能不久就会用来确定，是做冠状分流外科手术；还是做球形淋巴血管造形手术。

红外光学纤维的应用也引起了电讯工业的极大兴趣。如果红外光学纤维的透明度能达到其极点，则比其它的对短波透明的纤维优越得多。当一光源通过纤维向接收装置发出信号时，发自信号源的部分信号功率在到达接收装置之前就消散了。实际上信号被衰减到小于接收器的灵敏度时，信号就丢失了。远距离传播信号时、需用放大器周期性的放大，而制造、运转及维修这样的放大器意味着一笔昂贵的开支。使用商业化的石英纤维传播信号必须每隔5 ~ 10公里放大一次，用铜线则每4 ~ 6公里放大一次。另一方面，以红外光学纤维为主的通讯系统，两个放大器间的距离可达数百公里或数千公里。

非常有希望的多晶材料，主要是由铊或银的卤化物组成的。已经深入地研究了由铊、溴、碘组成的复合纤维，可以确信，氯化铊晶体的高折射率（约2.7）表明它可能表现出很强的瑞利（Rayleigh）散射。但在远红外区的振动界限容许使用瑞利散射不明显的波长的光。理论上，可以制得在7微米波长处的光每公里衰减系数小于0.01分贝的卤化铊单晶，然而在制造过程中，材料中产生了颗粒、多晶微观结构，使光发生散射，与有关吸收的杂质相联系，这样的外部散射效应已把卤化铊多晶纤维的衰减限制在每公里150至400分贝。但从6到15微米的很大范围的光线都保持在这样适度的衰减水平上。

有关的多晶材料卤化银是由银、溴、氯组成的。Tel-Aviv大学的Abraham Katzir已发明了大于6微米波长的光每公里衰减小于1000分贝的纤维。和卤化铊一样，卤化银纤维可以传送来自二氧化碳激光器的10.6微米波长的光，所以该材料可以有效地用于激光功率的传输，如激光辅助的外科手术。

硫族化合物玻璃，红外光传播纤维的第二类材料，是通过金属与氧族重元素结合制造的。（硫族：硫、硒、碲）三硫化砷和三硒化砷概括地体现了硫族玻璃的特点，三硫化砷的电子吸收位于可见光的中段，而三硒化砷则接近红外光。因此，三硫化砷则接近红外光，而三硒化砷玻璃是暗黑色的。

这些材料折射率很高（2.4—2.7）玻璃转变温度低（150—175°C）因此它们表现出较弱的瑞利散射。三硫化砷对10微米左右的光总是透明的，而以比硫的原子量两倍还要大的硒与砷的化合物的玻璃，可传播14微米波长的光。

与单晶及多晶材料相反，硫族化合物玻璃可轻而易举地制成内芯、外层、直径皆宜，能拉伸数公里的光学纤维。性能最佳的硫族化合物纤维是日本电报电话大众公司的Terutoshi Kanamori用三硫化砷制做的。在2.4微米处已获得最低衰减为每公里35分贝，尽管预测这些纤维内部损耗极限为：在波长5微米处，每公里衰减0.1分贝。损耗的部分原因是因为含有水分子及其它含氢杂质。一个更为严重的影响硫族化合物纤维的问题是：由于玻璃的结构缺陷，在红外区里可能强烈的吸收，这有可能限制每公里10分贝的最低衰减的实现。

今天对硫族化合物纤维感兴趣，多数是因为它们能把6 ~ 12微米的红外光束传播数米远。伽俐略电子 - 光学股份有限公司（我们实验室中的一个）的Peter Prideaux已制成了硫族化合物纤维——可装配数百条用来产生适应性较强的纤维光束，此光束可在远红外区传播简单的图像或物体温度信息。当温度升高时，物体释放红外光强度增大，纤维可把光束传导至探测装置，使得远处温度的测量得以进行。气体、液体或化学反应，释放或吸收红外光线，在工厂中心地点使用网状系统纤维就可实施监控。

第三类红外光纤维由重金属氟化物玻璃组成。1974年，法国雷尼斯大学的Michel Poulain极其幸运地发现了第一例这类材料。作为研究生研究工作的一部分，Poulain正试图熔化晶体化合物氟化锆、氟化钡、氟化钠、氟化钕的混合物。当他冷却样品时，他注意到了大的透明碎块，他起初认为碎片是晶体，但后来证实是玻璃。之后，他又和Marcel Poulain（他兄弟）、Jaques Lucas相继发现了许多新的玻璃组成，这就是众所周知的重金属氟化物玻璃。

实际上，元素周期表中的任何一种金属都可以混入重金属氟化物玻璃中。但考虑到红外光的透明度和玻璃制制做的难易，仅能保证有限的几种组成类型进行深入仔细的研究：氟化锆、氟化锆和钡 - 铊的氟化物玻璃。

可通过确定并控制纤维的外部损耗的来源来实现这个极限。仔细的光散射与衰减实验已经解释了内部损耗的一些原因。在波长 ~ 2微米内、部分衰减是由于少量的铜、铬、镍和铁的杂质带来的电子吸收。例如，仅含百万分之一的铁就可能导致在2.5微米处每公里衰减15分贝。无论是原始材料或在玻璃熔化处理阶段由于潮气而引入的，氢氧根都能使红外光线强烈的衰减。据估计，含有百万分之一的氢氧根就能导致2，5微米的波长衰减大约近10，000分贝。虽然在净化融熔形成玻璃的化学物质方面取得了重要进展，但是，由于小结晶体和气泡而导致的外部散射仍为氟化物纤维令人困惑的问题。

透明度即使在目前的水平上，重金属氟化物玻璃仍提供了技术上的机遇。西德Dragerwerk AG的Dieter Pruss使用过氟化物纤维监测做外科手术的患者吸收麻醉剂气体的情况，这些气体有一个特殊的纤维吸收频带可以用纤维传播到探测器上。每一次呼吸时麻醉剂的浓度就显示出来了。

红外光学纤维的多数应用还仅仅是把光线从一点传播到另一点，也可用来制做一种使其通过的光线的光量或波长发生改变的特殊纤维。光学纤维激光器就是这种技术的一个实例。纤维内芯涂上少许某种金属离子，一段纤维放置在部分反射的镜子间，特定波长的激光输入到纤维内，并把稀土离子激发到高能态，当激发的离子释放出光线返回低能态时，释放出比原来的激发光波长更长的光线。光线沿着纤维曲折反射前进，不断地被末端的镜子反射回来，光线就被放大了。一个镜子对释放出的光线部分透明，使之部分光线逃脱出来。于是纤维起到了一个紧凑的固态激光器的作用，产生了不同于原激光波长的光。释放出的光线的波长可通过改变原激发光的波长和选择不同的稀土掺杂物来控制。由重金属氟化物玻璃制造的装置可用来有效地产生石英玻璃纤维无法产生的波长的红外激光。

我们确信重金属氟化物最有前途实现光学损耗低于业已取得的高质量的石英纤维。只要在净化和生产重金属氟化物方面取得重大进展，就会建成这样的低损耗通讯系统。同时，损耗在每公里10至100分贝的红外光学纤维可用在医学诊断装置上、光功率的传输、遥感和红外纤维激光器的主要组成部分。在近期内这些应用的前景是十分广阔的。

［Scientific American，1938年11月］