上海光学精密机械研究所----上海光机所提出L波段掺Er玻璃光纤发光调控新方案

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超强激光科学卓越创新简报

(第六百三十八期)

2025年4月28日

上海光机所提出L波段掺Er玻璃光纤发光调控新方案

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部胡丽丽研究员团队，提出一种基于配位工程调控Er掺杂硅酸盐玻璃及光纤发光性能的新方案，相关研究成果以”Regulating emission in Er doped silicate glass and fiber via coordination engineering“为题，于4月在线发表于Journal of Materiomics。

L波段（1565–1625 nm）掺Er光纤激光光源在新一代光通信、测风激光雷达、气体探测以及量子通信等领域具有重要应用前景。然而，目前L波段高增益掺Er光纤的开发仍存在难题：Er³⁺离子在波长超过1590 nm处的发射截面（σ_e）较低，其增益性能受到限制。现有的石英光纤方案中，高掺磷可以提升L波段增益，但在高温制备过程中高浓度磷的挥发会导致光纤纵向均匀性和成品率下降，增加了该方案的成本和难度。多组分硅酸盐玻璃具有成分调节范围大、稀土离子掺杂浓度高且光谱调控范围宽等优势，在L波段具有非常大的光谱优化空间，但对于Er³⁺离子的发光调控机理少有报道。

研究团队基于X射线精细结构吸收谱（XAFS）与分子动力学（MD）模拟，首次提出有效离子场强模型（σ_e1600=‒19+116.9E，R²=92.3%），阐明次近邻网络外体的离子场强与配位数协同作用机制。此外，基于该机理，制备了发射截面提升1.5倍的掺Er硅酸盐光纤，获得光纤 L波段的增益提升5~13dB，其高增益系数（4.7 dB/m@1625 nm）、较低的噪声系数（NF=6.4 dB）、增益平坦度0.8 dB（优于商用光纤），该结果验证了从玻璃光谱调控到光纤增益提升的可行性。