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超强激光科学卓越创新简报

(第四百五十九期)

2023年12月14日

上海光机所在超宽带通信用铋近红外发光材料研究中取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所胡丽丽研究员团队，提出了铋近红外发光中心在铋锗共掺硅基玻璃中的形成机理，并基于此在国内首次制备出掺铋高锗硅基光纤，实现了1680~1750 nm波段高增益系数放大。相关成果以“Broadband L+ near-Infrared luminescence in Bismuth/Germanium co-doped silica glass prepared by the Sol-Gel method”为题发表于Journal of Materials Chemistry C，并被选为封底文章。

随着云计算、物联网以及大数据业务的兴起和普及，全球网络数据流量呈指数增长，亟需提高现有通信网络光纤的数据传输能力。铋/锗共掺硅基玻璃和光纤作为一种新型增益放大介质，具有位于E+S波段（1350~1500 nm）以及L+波段（1600 ~1800 nm）的宽带宽近红外发光，对于拓宽通讯波段具有重要意义。然而，铋离子近红外发光的机理尚未明确，且国内亦无高锗铋共掺硅基光纤的报道，严重阻碍了铋/锗共掺杂硅基玻璃和光纤的发展及应用。

本研究采用溶胶-凝胶法制备了铋/锗共掺杂硅基玻璃，系统研究了锗、铋掺杂浓度对发光性能的影响。从微观结构层面，证实铋离子捕获锗氧空位缺陷（Ge-ODC）的电子，形成具有近红外发光特性的铋活性中心（BAC-Ge），并富集于Ge-ODC周围发生能量传递。基于上述机理，通过调控Ge-ODC的含量，研制出可在1680~1750 nm波段实现高增益系数放大的铋锗共掺硅基光纤。填补了国内高锗铋共掺硅基光纤的空白，因其具有超宽带的增益放大性能，有望成为下一代通信传输光纤。

相关研究得到了国家重点研发计划（2020YFB1805902）的支持。

原文链接

图1 (a-d)不同锗和铋含量样品的荧光光谱；(e)50Ge样品荧光高斯分峰结果；(f-g)在808nm激发下，BAC-Si和BAC-Ge占比。

图2 铋/锗共掺石英玻璃网络示意图

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