上海光机所提出掺Er硅酸盐光纤作为扩展L波段宽带放大器新方案

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课题组，提出一种基于场强优化的掺Er硅酸盐光纤作为扩展L波段宽带放大器的新方案，相关研究成果以“Er-doped silicate fiber amplifiers in the L-band with flat gain”为题发表于Optics Letters。

大数据、人工智能的快速发展对新一代光通信系统中密集波分复用器（DWDM）的容量需求提出了更高的要求。相较于发展成熟的C波段（1530-1565nm）掺铒光纤放大器（EDFA），L波段（1565-1625nm）EDFA成为了新一代扩容光通信产品。然而，L波段EDFA的发展面临着困难和挑战：掺Er光纤的增益受到长波发射截面低、激发态吸收严重的限制，导致波长大于1600nm的增益很小。因此，如何提升掺Er光纤材料的长波增益是目前L波段宽带放大器亟需解决的关键科学问题。

研究团队提出一种微观离子场强调控法，在硅酸盐光纤基质中对Er离子进行增益提升、光谱整形的新方案。从理论和实验两方面证实了硅酸盐光纤作为Er离子的长波增益增强基质的可行性。该方案在掺Er硅酸盐光纤中获得了L波段增益明显提升、增益平坦度明显优化的有益效果。同时，通过采用异质光纤熔接的全光纤方案，仅使用1.5m长的硅酸盐光纤，在L波段的最长波长1625nm处，增益系数为4.7dB/m，优于石英光纤的0.3dB/m。此外，该光纤在L波段的增益平坦度为0.8dB，优于石英光纤的5dB。相比石英光纤，该光纤掺杂浓度高、使用长度短、增益系数大，为新一代L波段EDFA提供了关键材料支撑。

该工作得到国家自然科学基金和国家重点项目的支持。

图1掺Er硅酸盐光纤L波段增益