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CO2激光应用技术和范围的推广，研究高性能传输材料是亟待解决的问题。本文基于空芯光纤国内外研究现状和差距、传输CO2激光空芯光纤研究所面临的问题，研究了相关因素对泄漏型和全反射型空芯光纤其性能的影响、设计了适合空芯光纤传输要求的耦合器件，组装了可基本满足实用要求的空芯光纤传输CO2激光样机。通过研究期望开发出满足实际要求的传输CO2激光空芯光纤以及器件，促进空芯光纤传输CO2激光的实用化，为今后开发奠定理论基础并提供技术保障。
(1)提出了全反射型空芯光纤和泄漏型空芯光纤的结构，选择以溶胶凝胶或湿化学反应法为制备工艺，确定了金属薄膜、电介质薄膜的厚度；以SiO2-TiO2-GeO2为体系玻璃和在α-Al2O3(n=0.67)为全反射空芯光纤薄膜制备材料，以金属银为泄漏型空芯光纤的高反射薄膜制备材料、以环烯聚合物COP高分子材料为电介质涂层制备材料，并研制了空芯光纤制备的相关装置。
(2)以二级丁醇铝(ASB)为前驱物制备出了Al2O3含量高的溶胶，调整系统的水和乙酰醋酸乙酯加入量，可控制Al2O3溶胶的胶凝时间，当Al(O-sec-Bu)3：H2O：EAcAc=1：4：1时，溶胶的胶凝时间在室温下为15天左右，满足反复镀膜的周期要求，在1000℃左右，Al2O3凝胶完全转化为α-Al2O3，改进工艺和重复镀膜后，Al2O3薄膜的结构、均匀性得到了改善：以正硅酸乙酯、钛酸丁脂、3-三氯锗丙酸为前驱物制备出了SiO2-TiO2-GeO2溶胶，当GeO2的质量百分含量不超过35﹪时可获得稳定、透明溶胶，在800℃以下的热处理SiO2-TiO2-GeO2以玻璃态存在，当SiO2、TiO2、GeO2的质量比为4：3：3时能够形成致密、连续的涂层。研究表明Al2O3和SiO2-TiO2-GeO2薄膜涂层空芯光纤是一种具有较大潜力的传输CO2激光材料，需要更深入的分析各相关因素的影响，提高薄膜质量，降低其光损耗。
(3)金属银薄膜红外反射率在940cm-1处达到了80﹪以上，其厚度可在0.25μm～0.6μm之间可控。在毛细管内制备满足要求薄膜的工艺参数为流量5～6mL/min、时间7～8min;采用浓度为7﹪的COP溶液可制备出高性能的薄膜涂层材料，当其厚度在0.9～1.30μm之间时可基本满足传输需要，Ag/COP复合薄膜红外反射率高于单层Ag薄膜的反射率。
(4)在CO2激光波长处，Al2O3薄膜涂层空芯光纤的损耗为6dB/m、SiO2-TiO2-GeO2薄膜涂层空芯的光损耗约2.3dB/m、Ag单层薄膜空芯光纤的光损耗为1.80dB/m、COP/Ag复合薄膜空芯光纤的光损耗为1.45dB/m。光纤插拔式透镜与锥形耦合器组合的耦合系统传输效率达到了90﹪，激光样机最大输出功率可达55W，传输损耗为1.45～1.48dB/m，稳定传输时间可达35min以上，空芯光纤有效长度可达2m，可基本满足激光医疗和小型精密加工的需要。