上海光机所在拓展铋近红外发光波段的研究中取得重要进展

图1通过配位工程调控的铋锗共掺石英玻璃和光纤光谱、增益以及配位环境变化

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特种玻璃与光纤研究中心胡丽丽研究员团队在超宽带近红外光纤放大领域取得重要进展。该团队通过配位调控工程，成功实现了铋/锗(Bi/Ge)共掺杂石英玻璃和光纤的超宽带近红外(NIR)荧光和放大，覆盖了从S到U通信波段。相关成果以“Ultra-Broadband Emission in Bi/Ge Co-Doped Silica Glass and Fiber via Bismuth Coordination Engineering”为题发表于Advanced Optical Materials。

随着大数据分析、机器学习等先进计算模型的快速发展，对通信带宽的需求呈爆发式增长。然而，目前广泛使用的铒(Er)掺杂光纤由于其有限的放大带宽，已难以满足日益增长的高速通信需求。铋掺杂光纤因其在1350-1500 nm和1600-1800 nm范围内的宽带近红外发光特性，成为极具潜力的替代材料。然而，铋离子在1500-1600 nm波段的发光效率低，与现有通信设备兼容性差的问题，成为制约其应用的核心瓶颈。

本研究通过高温高压还原处理技术，精准调控石英玻璃中铋离子的局部配位环境，成功构建新型铋近红外发光中心。该发光中心的荧光峰位于1550 nm，半高全宽(FWHM)超过350 nm，有效填补了传统铋活性中心(BAC-Si与BAC-Ge)间的光谱间隙，实现S至U通信波段的连续覆盖。通过高分辨透射电镜(HRTEM)、扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)及电子顺磁共振(CW-EPR)等多维度表征，揭示了Ge-H/Ge-D键形成对铋配位结构的调控机制，证实新型发光中心源于Ge-H(D)键对玻璃网络的定向修饰。该研究不仅为铋基发光材料的配位工程调控提供了新范式，更为下一代超宽带光纤通信技术的发展提供了新的思路，有望推进下一代光纤通信技术的发展。

相关研究得到了国家重点研发计划(2020YFB1805902)的支持。

审核编辑 黄宇