圖1通過配位工程調控的鉍鍺共摻石英玻璃和光纖光譜、增益以及配位環(huán)境變化

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所先進激光與光電功能材料部特種玻璃與光纖研究中心胡麗麗研究員團隊在超寬帶近紅外光纖放大領域取得重要進展。該團隊通過配位調控工程，成功實現(xiàn)了鉍/鍺(Bi/Ge)共摻雜石英玻璃和光纖的超寬帶近紅外(NIR)熒光和放大，覆蓋了從S到U通信波段。相關成果以“Ultra-Broadband Emission in Bi/Ge Co-Doped Silica Glass and Fiber via Bismuth Coordination Engineering”為題發(fā)表于Advanced Optical Materials。

隨著大數(shù)據(jù)分析、機器學習等先進計算模型的快速發(fā)展，對通信帶寬的需求呈爆發(fā)式增長。然而，目前廣泛使用的鉺(Er)摻雜光纖由于其有限的放大帶寬，已難以滿足日益增長的高速通信需求。鉍摻雜光纖因其在1350-1500 nm和1600-1800 nm范圍內的寬帶近紅外發(fā)光特性，成為極具潛力的替代材料。然而，鉍離子在1500-1600 nm波段的發(fā)光效率低，與現(xiàn)有通信設備兼容性差的問題，成為制約其應用的核心瓶頸。

本研究通過高溫高壓還原處理技術，精準調控石英玻璃中鉍離子的局部配位環(huán)境，成功構建新型鉍近紅外發(fā)光中心。該發(fā)光中心的熒光峰位于1550 nm，半高全寬(FWHM)超過350 nm，有效填補了傳統(tǒng)鉍活性中心(BAC-Si與BAC-Ge)間的光譜間隙，實現(xiàn)S至U通信波段的連續(xù)覆蓋。通過高分辨透射電鏡(HRTEM)、擴展X射線吸收精細結構(EXAFS)及電子順磁共振(CW-EPR)等多維度表征，揭示了Ge-H/Ge-D鍵形成對鉍配位結構的調控機制，證實新型發(fā)光中心源于Ge-H(D)鍵對玻璃網(wǎng)絡的定向修飾。該研究不僅為鉍基發(fā)光材料的配位工程調控提供了新范式，更為下一代超寬帶光纖通信技術的發(fā)展提供了新的思路，有望推進下一代光纖通信技術的發(fā)展。

相關研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2020YFB1805902)的支持。

審核編輯 黃宇