宽带放大器用Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃及光纤1.53μm波段辐射强度提高研究

Er3+/Ce3+共掺是提高低声子能量宽带碲酸盐玻璃1.53μm波段发光效率的一种有效手段。项目拟通过掺杂浓度和声子能量的双重优化，以最大程度地实现Er3+/Ce3+离子间能量传递并提高辐射强度作为研究主线：建立碲酸盐玻璃中基于声子辅助的Er3+/Ce3+离子能量传递模型，结合稀土离子共掺、变温测试等实验方案，研究掺杂浓度、声子能量和参与声子数在能量传递过程中的作用以及对光谱特性的影响；有针对性地引入高声子能量玻璃组分，控制基质声子能量及分布，使其达到最适合于Er3+/Ce3+离子能量传递的状态，最终得到热稳定性能优异且高发光效率的Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃及光纤。项目旨在掺杂浓度优化基础上再次通过声子能量的优化处理，实现玻璃中1.53μm波段荧光强度及光纤中信号增益的进一步提高，这对获得极高增益宽带碲酸盐玻璃光纤放大器具有重大实际意义，迎合了当前WDM通信系统日趋小型化的发展需求。

项目背景：Er3+/Ce3+共掺是提高碲酸盐玻璃中Er3+离子1.53μm波段辐射强度的一种有效方案，项目针对Er3+/Ce3+离子间能量传递过程中存在着能量失配现象，着重通过玻璃基质声子能量的优化处理，研究Er3+离子辐射强度的进一步提高。.主要研究内容：建立一个碲酸盐玻璃中基于声子辅助Er3+/Ce3+离子间能量传递理论模型，对Er3+/Ce3+离子间能量传递机理进行系统研究，研究玻璃基质声子能量和参与声子数在能量传递过程中的作用以及对光谱特性的影响；进一步，研究在碲酸盐玻璃中引入高声子能量玻璃组分，通过控制玻璃声子能量使其适合于Er3+/Ce3+离子间能量传递状态，提高Er3+/Ce3+离子共掺碲酸盐玻璃及光纤的辐射强度。.重要结果：1）制备得到了Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃，明确了稀土离子掺杂浓度优化范围；2）计算得到了Er3+/Ce3+离子间能量传递微观参数，明确了声子能量和参与声子数在能量传递过程中的贡献，揭示出Er3+/Ce3+离子间能量传递是一个基于单声子和双声子参与辅助的能量传递过程；3）在Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃中引入适量WO3、B2O3和SiO2组分提高玻璃基质声子能量，使Er3+/Ce3+离子间能量传递演变成为单声子参与贡献为主，极大地提高了Er3+离子1.53μm波段辐射强度；4）在Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃中引入银纳米颗粒，利用纳米颗粒的局域场增强效应，进一步提高了Er3+离子1.53μm波段辐射强度；5）采用旋转浇铸法和管棒组合法工艺拉制了Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃光纤，测试得到了光纤放大自发辐射（ASE）谱，模拟得到了光纤受激辐射放大增益谱，经声子能量优化处理后光纤辐射强度得到提高。.关键数据：1）引入15mol% WO3，Er3+离子1.53μm波段辐射强度提高约20%，引入9mol% SiO2提高55%，引入1.5mol% B2O3提高35%；2）光纤ASE的3dB带宽为70nm，强度提高17%。光纤小信号模拟增益为29dB，提高2.3dB；3）发表论文37篇（SCI收录25篇，EI收录11篇），申请专利2项；4）培养硕士研究生6名。.科学意义：项目研究具有重要科学和实际意义，明晰碲酸盐玻璃中Er3+/Ce3+离子间能量传递机理，同时获得应用于宽带EDFA高发光强度Er3+/Ce3+共掺碲酸盐玻璃。