圖1通過配位工程調(diào)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(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)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(tuán)隊(duì)在超寬帶近紅外光纖放大領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過配位調(diào)控工程，成功實(shí)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(guān)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(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)計(jì)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(nèi)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(shè)備兼容性差的問題，成為制約其應(yīng)用的核心瓶頸。

本研究通過高溫高壓還原處理技術(shù)，精準(zhǔn)調(diào)控石英玻璃中鉍離子的局部配位環(huán)境，成功構(gòu)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(bǔ)了傳統(tǒng)鉍活性中心(BAC-Si與BAC-Ge)間的光譜間隙，實(shí)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(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制，證實(shí)新型發(fā)光中心源于Ge-H(D)鍵對玻璃網(wǎng)絡(luò)的定向修飾。該研究不僅為鉍基發(fā)光材料的配位工程調(diào)控提供了新范式，更為下一代超寬帶光纖通信技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路，有望推進(jìn)下一代光纖通信技術(shù)的發(fā)展。

相關(guān)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2020YFB1805902)的支持。

審核編輯 黃宇