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    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胡麗麗研究員團隊，提出一種基于配位工程調控Er摻雜硅酸鹽玻璃及光纖發(fā)光性能的新方案，相關研究成果以”Regulating emission in Er doped silicate glass and fiber via coordination engineering“為題，于4月在線發(fā)表于Journal of Materiomics。

　　L波段（1565–1625 nm）摻Er光纖激光光源在新一代光通信、測風激光雷達、氣體探測以及量子通信等領域具有重要應用前景。然而，目前L波段高增益摻Er光纖的開發(fā)仍存在難題：Er3+離子在波長超過1590 nm處的發(fā)射截面（σe）較低，其增益性能受到限制。現(xiàn)有的石英光纖方案中，高摻磷可以提升L波段增益，但在高溫制備過程中高濃度磷的揮發(fā)會導致光纖縱向均勻性和成品率下降，增加了該方案的成本和難度。多組分硅酸鹽玻璃具有成分調節(jié)范圍大、稀土離子摻雜濃度高且光譜調控范圍寬等優(yōu)勢，在L波段具有非常大的光譜優(yōu)化空間，但對于Er3+離子的發(fā)光調控機理少有報道。

　　研究團隊基于X射線精細結構吸收譜（XAFS）與分子動力學（MD）模擬，首次提出有效離子場強模型（σe1600=?19+116.9E，R2=92.3%），闡明次近鄰網(wǎng)絡外體的離子場強與配位數(shù)協(xié)同作用機制。此外，基于該機理，制備了發(fā)射截面提升1.5倍的摻Er硅酸鹽光纖，獲得光纖 L波段的增益提升5~13dB，其高增益系數(shù)（4.7 dB/m@1625 nm）、較低的噪聲系數(shù)（NF=6.4 dB）、增益平坦度0.8 dB（優(yōu)于商用光纖），該結果驗證了從玻璃光譜調控到光纖增益提升的可行性。

　　本研究為L波段光纖增益介質設計提供了從局域結構解析到跨尺度性能驗證的全鏈條方案，通過多組分玻璃的組分-結構-性能精準調控，為新一代光通信、雷達探測等領域提供高增益光纖材料的理論基礎和實驗支撐。

　　該工作得到了國家自然科學基金等項目的支持。

　　圖1 摻Er硅酸鹽玻璃的光譜調控