寬帶放大光纖研究進展及發展趨勢

褚應波，李進延

（華中科技大學武漢光電國家研究中心，湖北 武漢 430074）

1 引 言

隨著全球移動互聯、物聯網(IoT)、云計算和東數西算的不斷發展，對數據通信容量的需求呈現爆炸式增長。根據權威分析機構Omdia預測，到2023年，全球網絡流量將達到4 300 000 PB。盡管密集波分復用通信(Dense wavelength division multiplexing，DWDM)技術極大地提高了現有通信系統的數據傳輸能力，但遠不能滿足日益增長的數據傳輸需求。因此，現有光纖通信系統正面臨巨大的擴容壓力[1-2]。如何充分挖掘光纖通信系統潛在的傳輸容量已成為亟待解決的關鍵問題[3-4]。

DWDM通信系統以其巨大的帶寬優勢和頻譜利用率成為提升傳輸容量最為成熟的技術[5-6]。目前，提高現有DWDM通信系統傳輸容量主要有三種方法：（1）提高單信道的傳輸速率；（2）減少信道間隔，增加信道數量；（3）擴展傳輸帶寬，增加信道數量。然而，光纖通信經過五十多年的快速發展，單信道傳輸速率已達到800 Gb/s,信道間隔已經達到50 GHz(0.4 nm)。通過前兩種技術提升系統傳輸容量已經逼近香農極限，進一步提升必然會導致色散和四波混頻等效應，同時還會增加信道之間的串擾，降低系統穩定性。因此，相對于提升單信道傳輸速率和減少信道間隔，擴展傳輸帶寬、增加信道數量因具有實施方便靈活、經濟效益高等優勢，已成為首選的擴容方案。

石英傳輸光纖具有很寬(1 260～1 675 nm)的低損耗傳輸帶寬(～415 nm)。然而，目前商用的DWDM系統中的關鍵核心器件——摻Er3+光纖放大器(EDFA)僅使用了常規C-band(1 528～1 568 nm)和L-band(1 570～1 610 nm)共約80 nm的帶寬，約81%的帶寬資源尚未被充分利用，已成為限制傳輸容量增長的重要因素[7-8]。因此，擴展增益帶寬、增加信道數量成為當前提升DWDM通信系統傳輸容量最可行的方案,受到學術界和產業界的充分重視。

2 稀土離子光譜調控機理

不同基質、不同稀土摻雜的有源光纖具有不同的光譜、增益和噪聲特性[9-11]。因此，對不同基質和摻雜的增益光纖研究成為實現寬帶放大的一個重要方向。Er3+是寬帶放大中最重要的一種稀土離子，在不同基質中因其所處的配位場不同，因而具有不同光譜特性[12-13]。配位場可以理解為Er3+周圍環境所產生的電場，配位場會使能級產生劈裂：不同的基質-不同的配位場-不同的劈裂模式。當基質組分發生變化時，Er3+周圍配位場發生變化，因此會使Er3+的光譜發生不均勻展寬或者壓縮，從而影響Er3+的發光特性，如圖1所示。

圖1 光譜調控原理圖：（a）位型坐標圖；（b）能級圖。Fig.1 Schematic diagram of spectral modulation.（a）Configurational coordinate diagram.（b）Energy level diagram.

雖然Er3+在1.5 μm的發光源自4f電子層內4I13/2→4I15/2能級躍遷，被5d電子層屏蔽，不易受外界環境的影響。但在不同的玻璃基質中，Er3+的配位場可以在一定范圍內通過共摻離子進行調控，Er3+的發射和吸收光譜仍會發生相應改變。Er3+發光性能的調控使其在光纖放大器、光纖激光器、生物醫學以及光波導等領域得到廣泛的研究和發展。

在光通信領域中，常用的基質材料有硅酸鹽、磷酸鹽、鉍酸鹽、碲酸鹽等[14-17]。這些新型玻璃材料在不同的波段表現出不同的性能，顯示了有源放大光纖極大的發展潛力。然而，在制備工藝方面，光纖材料需要具備較好的化學穩定性、熱穩定性、易成纖、延展性好、稀土離子溶解度高等性能。對于光學性能來說，光纖材料需要具備高增益、寬帶寬、較大的吸收和受激發射截面、熒光壽命長、損耗和噪聲系數小等性能。綜合考慮制備工藝及光學等性能，可用于制備商用寬帶放大摻鉺光纖的材料卻不多。

3 寬帶光纖放大器研究進展

石英光纖的低損耗傳輸帶寬可以從1 260～1 675 nm，共有415 nm。一般把這415 nm寬度劃分成O、E、S、C、L、U 6個波段，具體劃分如表1所示。

表1 通信波段劃分Tab.1 Division of communication bands

目前，光纖通信主要使用C和L波段，而且僅使用其中的一小部分。單纖容量=頻譜效率×頻譜帶寬。其中，頻譜效率可以通過采用更高階的調制格式或者更復雜的頻譜整形方案或者更多維的復用手段來實現。但是通過香農定理C=Blg2(1+S/N)可以看到，繼續提升頻譜效率會對到達接收機的信噪比提出更高的要求，系統的傳輸距離會相應地下降，提升頻譜效率已經遇到瓶頸。

擴展傳輸帶寬是現階段提升單纖容量的有效手段。通過擴展放大器的增益帶寬，實現對Sband(1 490～1 530 nm)、C-band(1 530～1 565 nm)和L-band(1 565～1 625 nm)信號同時傳輸的方法，可以在現有的硬件基礎上直接升級擴容。綜合考慮，通過擴展光纖放大器的增益帶寬從而提升傳輸容量無疑是目前光纖通信系統升級擴容最直接最理想的方案。其中，如何從C-band、L-band擴展到C++、L++波段是業內正在重點突破的方向。

3.1 擴展C?band摻鉺光纖及其放大器

摻鉺光纖放大器的增益帶寬正好覆蓋整個C-band，加之其具有高增益、低噪聲、寬帶寬、兼容性好、性能穩定等優勢，使其在C-band信號放大方面已經建立了絕對的優勢，成為C-band放大器的首選。

目前，常規C-band主要使用1 529～1 567 nm的光通信波段，從頻率上看是196.05～191.3 THz，大約可使用范圍4.8 THz。在該頻譜范圍內，現在的光通信系統可以支持80波或者96波，頻率間隔50 GHz，如表2所示。擴展C-band是在此基礎上向短波和長波方向同時頻譜擴展，實現50 GHz間隔下的120波寬帶放大，頻譜上擴展到6 THz，波長范圍為1 524～1 572 nm，如圖2所示。2004年開始，烽火通信李進延、蔣作文、李海清等成功實現了高性能摻鉺光纖的研制[18-19]，開啟了國產鉺纖制備的新篇章。2008年，北京交通大學簡水生、常德遠等實現了高效率、高摻雜鉺纖的制備[20]。這些研究極大地促進了國產鉺纖的發展，為我國光通信放大打下了堅實基礎。

表2 C?band擴展Tab.2 Extended C-band

圖2 C-band光譜擴展Fig.2 The spectra of the extended C-band

通過摻鉺光纖組分優化以及摻鉺光纖放大器結構設計，各大通信廠商已經實現1 524～1 572 nm C-band 120波摻鉺光纖放大器。但是，系統對放大器放大性能仍有著強烈的持續的優化需求，比如增益平坦度、噪聲指數、燒孔效應等。

3.2 擴展L?band摻鉺光纖及其放大器

目前，擴展C-band基本實現了48 nm的寬帶放大，但由于摻鉺光纖的限制，L-band只能實現36 nm的增益。因此，制備擴展L-band摻鉺光纖是實現L-band寬帶放大的關鍵[21]。限制L-band鉺纖增益帶寬的關鍵因素是激發態吸收(ESA)[22]。近年來，研究人員基于不同的基質材料研究擴展L-band摻鉺光纖。2000年，日本NTT公司報道了一種基于碲酸鹽玻璃的擴展L-band摻鉺光纖，實現了1 581～1 616 nm的寬帶放大，最大噪聲指數6 dB，輸出功率20.5 dBm[23]。2002年，日本Asahi玻璃公司基于鉍基玻璃制備摻鉺光纖，將L-band帶寬擴展到1 620 nm。但由于鉍基光纖與傳統石英光纖不兼容，導致系統損耗大[24]。2008年，日本NTT公司報道了一種基于硅酸鹽玻璃的L-band擴展方案，實現了1 562.2～1 619.6 nm的寬帶放大，噪聲指數為6.1 dB[25]。2020年，加拿大拉瓦爾大學報道了用C-band泵浦來擴展L-band增益帶寬的方案，如圖3所示，20 dB增益擴展到1 620 nm，噪聲指數為5.7 dB[26]。雖然該方案采用C-band泵浦方案提升了泵浦效率，降低了噪聲，但由于采用C-band泵浦為非常規泵浦源，無法實際應用。

圖3 （a）單級摻鉺光纖放大器原理圖；（b）不同波長泵浦光光譜［26］。Fig.3（a）Schematic of one-stage EDFA.（b）Output spectra of pump lights with different wavelengths［26］.

由于鉺離子的4I13/2能級的熒光壽命為10 ms左右，該能級很容易吸收L-band的信號光向更高能級4I9/2躍遷，產生ESA，如圖4所示。雖然吸收峰值在1 680 nm附近，由于該躍遷光譜寬度很寬，其尾部嚴重影響到L-band(≥1 600 nm)的發光[27-28]。因此，要實現L-band擴展，必須抑制鉺離子4I13/2到4I9/2激發態吸收[29]。

圖4 鉺離子能級圖［30］Fig.4 Energy level diagram of the Er3+［30］

2020年，華中科技大學李進延、褚應波等采用P/Al共摻方案來調控Er3+的配位場，抑制Er3+在激發態的吸收，擴展鉺離子在L-band增益帶寬[30]，如圖5所示。

圖5 擴展L-band放大鉺纖增益譜Fig.5 Gain spectra of extended L-band erbium doped fiber

通過搭建兩級放大系統，光纖的一級長度為11 m、二級長度為25 m時，20 dB增益最長波被擴展到1 622 nm，噪聲指數最大值為5.3 dB,如圖6所示。

圖6 增益和噪聲指數隨波長的關系。紅線：二級放大增益，黑線：二級放大噪聲［30］。Fig.6 Gain and NF vs wavelength.Redline：gain curve of two-stage EDFA，black line：NF curve of two-stage EDFA［30］.

2021年，華中科技大學李進延課題組提出Er/Ce/P共 摻 方 案，通 過Ce調控Er3+在L-band的 激發態吸收，最終將Er3+在L-band的增益帶寬擴展到1 623 nm[31]，如圖7所示。

圖7 不同摻雜鉺纖L-band增益譜。（a）Ce/P/Er共摻鉺纖；（b）P/Er共摻鉺纖；（c）Er/Al共摻鉺纖［31］。Fig.7 Gain spectra of the extended L-band EDF.（a）Ce/P/Er codoped fiber.（b）P/Er codoped fiber.（c）Er/Al codoped fiber［31］.

同年，華中科技大學褚應波、陳陽等采用Er/Yb/P共摻光纖，通過共摻Yb3+和P5+來調控L-band信號激發態吸收。最終，通過組分優化和波導結構設計，將20 dB增益長波擴展到1 623 nm[32]，如圖8所示。結果顯示該光纖有望成功應用于擴展L-band摻鉺光纖放大器中，為寬帶光通信打下了堅實基礎，具有重要的科學意義和應用價值。

圖8 摻鉺光纖增益譜。EDF1為Er/Al共摻光纖，EDF2為Er/P共摻光纖，EDF3為Er/Yb/P共摻光纖［32］。Fig.8 Gain spectra of EDF1，EDF2 and EDF3.EDF1 is Er/Al codoped fiber.EDF2 is Er/P codoped fiber.EDF3 is Er/Yb/P codoped fiber［32］.

3.3 摻鉍光纖及其放大器

目前,C-band和L-band摻鉺光放大器(EDFA)已經成功應用，并極大地提升了現有DWDM通信系統的傳輸容量。同時，擴展C-band也已經開始商用，擴展L-band的研究已經取得重大進展[30-32]。但是，緊鄰C-band和L-band的O-band、E-band、Sband和U-band光纖及其放大器卻還沒有明確的技術方案。因此，研究不同波段放大光纖對于進一步拓展傳輸帶寬、提高通信容量具有非常重要的研究意義和應用前景。

摻鉍光纖(BDF)可以在近紅外區1 000～1 800 nm波段產生半高寬近300 nm的寬帶發光[33]，這就為該波段的寬帶光纖放大器提供了良好的增益介質。1999年，Murata等首次發現了摻鉍玻璃材料的近紅外發光，認為在不同波長的激發下，摻鉍玻璃發射譜的強度相差無幾，但發射譜的波長范圍偏 移 很 大[34-35]。2003年，Fujimoto等 在0.8 μm泵浦光激發下，實現了在摻鉍石英玻璃中1.3 μm處的光放大現象[36]。2005年，俄羅斯Dvoyrin和日本Haruna等分別做出了第一根摻鉍光纖[37-38]；同年，Dianov等報道了摻鉍光纖激光器[39]；隨后不同摻雜組分的摻鉍光纖及放大器也逐漸被報道。2008年，Dianov等制備了第一臺摻鉍光纖放大器，并研究 了 其 放 大 性 能[40]。2009年，Dianov等 研 究 了1 300～1 340 nm波段的磷鍺硅酸鹽摻鉍光纖放大器[41]，最大增益為24.5 dB，增益帶寬為37 nm，最低噪聲系數為5 dB。2011年，Melkumov等[42]利用拉曼光纖激光器作為泵浦源，當泵浦波長為1 310 nm時，摻鉍光纖放大器的增益帶寬為40 nm，噪聲指數為6 dB。2016年，Firstov等[43]采用300 mw的1 550 nm半導體激光器泵浦摻鉍光纖放大器，實現了工作波長為1 640～1 770 nm超寬帶放大，增益最大為23 dB。2017年，Firstov等[44]報道了鉺鉍共摻硅鍺酸鹽光纖放大器。放大器帶寬約為175 nm，且增益平坦度小于3 dB。2020年，Dvoyrin等報道了一種摻鉍光纖放大器，在1 425～1 500 nm實現了27.9 dB的增益，最低噪聲～5 dB[45]。2022年，上海光機所胡麗麗、于春雷等通過MCVD結合液相摻雜法，成功制備出摻鉍光纖，在E-band實現5 dB的增益，實現了國產摻鉍光 纖 的 新 突 破[46]。2022年，OFS的Mikhailov等 報道了摻鉍光纖放大器，在O-band實現了20 dB增益范圍擴展到60 nm，同時進行了8通道400 Gb/s、長達50 km的傳輸實驗[47]。

摻鉍光纖是近紅外光纖放大的一種非常有前景的增益介質，具有極大的研究意義和應用前景[48-49]。對摻鉍光纖及其放大器進行了大量研究發現，鉍離子在不同的玻璃基質中，發射光譜范圍差別極大，如圖9所示。在單摻鉍石英光纖及其放大器中，光譜范圍為1 310～1 480 nm；在鉍鋁共摻石英光纖及其放大器中，光譜范圍為1 020～1 180 nm；在低鍺共摻的情況下，摻鉍石英光纖的發射光譜在1 366～1 507 nm；在高鍺共摻的情況下，摻鉍石英光纖的光譜范圍為1 655～1 775 nm；在鉍磷共摻光纖中，光譜范圍為1 150～1 350 nm。但是，摻鉍光纖還存在許多問題亟需解決。例如，鉍離子近紅外發光的起源尚不清楚，基質材料中高摻鉍引起的團簇效應及背景損耗增加等。目前，如何有效提升不同基質摻鉍光纖放大器的增益性能已經成為當前的研究熱點。

圖9 不同基質摻鉍光纖增益譜［48］Fig.9 Gain spectra of bismuth doped fibers with different matrix［48］

4 光放大技術發展趨勢

4.1 超寬帶（S+C+L）放大

所謂超寬帶放大，是指在單根光纖中實現多個波段的同時放大[50-51]。目前，商用光纖通信系統采用的是將不同波段放大器進行并聯，分別放大不同波段信號，然后通過合波器耦合到一根光纖中傳輸。這種方案所需技術及設備復雜，信號在不同波段放大器增益交界處存在不能有效放大的“死區”問題[52]。在長距離DWDM系統中，EDFA的不平坦增益譜累積會造成信道的功率分配不均，導致系統的動態失衡[53]。另外，不同波段的并聯必然會耗費大量的設備及成本。

隨著材料科學的進步,如果能在單根增益光纖層面實現S+C+L甚至更多波段的直接放大，將必然會是通信技術領域的一次革命性突破。這種方案因其結構簡單、體積小、成本低、性能穩定和增益無“死區”等優點顯示出極大的發展潛力。因此，未來的DWDM通信系統對光纖放大器的性能指標提出了更高的期待，實現這一指標主要取決于其關鍵核心部件——超寬帶增益光纖[54]。通過選擇不同的增益離子或者多種增益離子共摻，同時采用不同的基質材料和共摻離子對增益離子光譜進行調控，是實現單芯超寬帶放大最直接的方案[55-56]。2000年，俄羅斯科學院Dianov課題組和日本Asahi公司Sugimoto研究組開始對摻鉍和鉍鉺共摻光纖的增益性能進行研究[36,39-41]。研究發現，在鉍鉺共摻光纖中，光譜范圍可擴展到1 515～1 575 nm。2013年，澳大利亞南威爾士大學Zhang、Peng等通過Bi/Er共摻，實現了1 100～1 570 nm超寬帶熒光[57]。這些研究成果可以認為是單纖超寬帶放大領域的重大突破。基于該結果可以推斷，選擇更多合適的共摻發光離子，很有可能進一步擴展單根光纖的增益范圍，這使得基于單芯光纖的超寬帶放大看到了希望。我們堅信，隨著材料科學的不斷進步與發展，不同基質、不同摻雜的新型有源放大光纖必定會促進光纖放大器增益帶寬的不斷擴展，不斷提升光纖通信系統的傳輸容量。因此，研究真正意義上的超寬帶放大光纖不僅具有重要的科學意義，還具有廣泛的應用價值。

4.2 少模多芯摻鉺光纖及其放大器

擴展傳輸帶寬是當前提升傳輸容量最直接最有效的方案。但是帶寬擴展畢竟有限，還遠遠不能滿足未來對通信容量增長需求的預期[58]。基于少模多芯的空分復用技術被認為是未來大幅提升傳輸容量的關鍵技術之一[59-60]，如圖10所示。早在1979年，Inao等就提出了多芯光纖用于空分復用的概念[61]，但由于摻鉺光纖放大器(EDFA)和DWDM技術的迅速發展，空分復用技術并未得到人們的重視。所謂空分復用技術，就是從空間的維度來提升光纖通信系統的物理信道數量，從而大幅提升光纖通信系統的數據傳輸容量。如圖11所示，如果將現有商用單模光纖比作是“單層道路”，那么基于少模多芯光纖的空分復用就等于一次性鋪下了“多層高架橋”，可以數倍增加空分復用信道數，滿足數據傳輸容量高速增長需求。多芯光纖作為一種空分復用通信的信息傳輸介質，其提升系統容量的能力取決于多芯光纖的纖芯數量。然而，過多的纖芯數量必然導致同一包層下纖芯間距減小，從而引起芯間串擾增加，最終影響信號的傳輸質量。因此多芯光纖纖芯數量需要根據傳輸質量綜合選取。

圖10 光傳輸技術發展［59］Fig.10 Development of optical transmission technology［59］

圖11 單芯、4芯、7芯光纖結構圖。Fig.11 The cross section of single-core，4-core，7-core fi?ber.

傳輸容量并不是通信系統唯一的應用目標，傳輸距離將直接決定應用場景。基于少模多芯光纖的空分復用傳輸系統要實現超大容量、超高速率、超長距離傳輸，必然離不開相應光纖放大器補償傳輸損耗。多芯摻鉺光纖(MC-EDF)是空分復用光纖放大器最核心的組件，也是基于多芯光纖的空分復用通信走向實用化的關鍵。

多芯摻鉺光纖放大器由于在空間上有多個信道。因此，除了有常規的增益、噪聲、帶寬和串擾等性能指標外，還有一個重要參數——芯間增益差[62-63]，其表征了多芯摻鉺光纖的增益均衡特性。芯間增益差很大程度上取決于芯棒的均勻性及多芯摻鉺光纖的結構和參數，所以多芯摻鉺光纖的設計和制備對空分復用放大有著至關重要的作用。

多芯摻鉺光纖根據纖芯間耦合強度可分為強耦合多芯摻鉺光纖[64-66]和弱耦合多芯摻鉺光纖[67-68]。2011年，OFS公 司提出 并制備 了7芯 摻鉺光纖[69]，采用纖芯泵浦方式，實現了工作波長在1 530～1 565 nm、噪聲系數小于4 dB的多芯光纖放大器。2013年，日本NTT公司基于包層泵浦方式提出了12芯的鉺鐿共摻雙包層有源光纖[70]。2015年，貝爾實驗室Chen等[71]采用包層泵浦技術，增大纖芯面積與包層面積比進而增加纖芯的泵浦吸收，實現了芯間增益差小于2.5 dB的弱耦合六芯光纖。2016年，南安普頓大學采用將纖芯數目擴大到了32個[72]，與日本NTT公司提出的12芯光纖采用同樣的包層泵浦方式，芯間增益差小于2 dB，實現了工作波長覆蓋1 531～1 561 nm并且增益大于17 dB的光放大器。2017年，日本古川電工業公司Takasaka等[73]將纖芯數目擴大到19個，以進一步提高芯包面積比，最終將芯間增益差降低至1.2 dB。2019年，英國南安普頓大學[74-75]基于相同的思路，將弱耦合七芯光纖應用于Cband和L-band時，可實現最大芯間增益差分別為5.4 dB和3.4 dB。2020年，日本古川電工業公司Takasaka等[76]通過在纖芯附近引入氣泡產生米氏散射，從而提高增益特性；但由于纖芯之間的不均勻性導致了其耦合差異大，造成芯間增益差，較未引入氣泡時惡化1 dB。

在強耦合多芯摻鉺光纖方面，通過纖芯中信號模式的耦合，將泵浦光更加均勻地分配至所有纖芯中，強耦合多芯光纖的模式混合更有利于降低模式相關增益差(MDG)。2017年，貝爾實驗室Fontaine等[77]提出了一種四芯強耦合氟化物光纖。其理論分析部分證實，當芯間距大于8 μm小于20 μm時，光纖表現為強耦合模式，此時MDG值理論可降低至0.5 dB。2018年，Wada等[78]報道了一種采用包層泵浦結構的隨機耦合12芯EDFA，其纖芯間距為15.5 μm，MDG小于1 dB且C-band增益大于17 dB。2019年，Wada等[79]在其基礎上應用在L-band，得到了平均增益達15.7 dB、MDG小于1.2 dB的結果。

在國內，2017年，烽火通信利用7芯無源光纖實現了560 Tb/s超大容量波分復用結合空分復用技術的光傳輸系統實驗，可以在一根光纖上實現67.5億 對 人(135億 人)同 時 通 話。2020年，長 飛 光纖公司在世界光纖光纜大會期間宣布，多芯光纖的應用將對數據中心光互聯產生革命性的影響。2021年，華中科技大學李進延，褚應波和辜之木等開始研究制備多芯摻鉺光纖[80]，通過高精度打孔工藝實現了7芯摻鉺光纖制備，如圖12。測得7芯摻鉺光纖纖芯在C-band(1 526～1 566 nm)的平均增益為14 dB，平均噪聲指數小于6 dB，不同纖芯間的增益差小于5 dB，如圖13所示。

圖12 多芯摻鉺光纖制備流程示意圖［80］Fig.12 Schematic diagram of the preparation process of multi-core erbium-doped fiber［80］

圖13 七芯摻鉺光纖［80］Fig.13 Seven-core erbium-doped fiber［80］

綜上所述，在新一輪通信容量爆發性增長的態勢下，基于少模多芯光纖的空分復用技術是未來的發展趨勢。少模多芯摻鉺光纖及其放大器已經歷了10余年的研究發展，取得了非常不錯的研究成果。但我國在空分復用通信技術領域還停留在少模多芯傳輸光纖層面，少模多芯放大鉺纖及其放大器的研究卻鮮有報道，這嚴重制約了我國空分復用技術的應用和發展。

5 總結與展望

通過擴展光纖放大器的增益帶寬，實現對C++波段(1 524～1 572 nm)和L++波段(1 575～1 627 nm)信號的并聯傳輸是現階段提升單纖容量的有效手段，而且未來也還存在巨大的挖掘空間。基于纖芯組分和摻雜稀土的調控，目前C++波段鉺纖已經實現120波放大，但是摻鉺光纖放大器的增益平坦度、噪聲和燒孔效應還有持續的優化需求，仍需學術界和產業界共同努力。隨著擴展C-band實施并開始商用，擴展L-band摻鉺光纖最近幾年開始引發關注。首先是L100波摻鉺光纖(1 575～1 617 nm)，然后擴展到L++波段120波寬帶放大。目前擴展L-band 120波放大鉺纖已經取得重大突破，相信在不久的將來，一定可應用到寬帶放大系統中。擴展L-band之后，通信系統必然向著短波S-band(1 490～1 530 nm)、甚至E波段和O波段擴展，最終實現石英傳輸光纖低損耗窗口全覆蓋。目前，國內在C-band、L-band、C++和L++鉺纖研究方面取得了較大突破。但是，國產鉺纖沒有大批量出貨的經驗，因此在均勻性、一致性方面存在明顯不足。

展望未來，通過光纖組分優化和稀土摻雜設計，實現單芯光纖中S+C+L超寬帶放大仍具有重大挑戰。在光纖基質組分、光譜調控以及波導結構方面仍需要大量的基礎研究。如果能夠實現S+C+L甚至更寬波段的超寬帶放大，那將是通信領域劃時代的技術突破。基于少模多芯光纖的空分復用技術被認為是未來大幅提升通信容量的關鍵技術。但空分復用技術研究還存在一些難點，特別是少模多芯摻鉺光纖的制備，以及與空分復用系統其他器件的匹配和性能優化，如耦合器、復用器、泵浦方式等。少模多芯摻鉺光纖作為通信升級的關鍵材料，是今后必須解決的問題和重點發展方向。

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