在众多光纤传感器和光纤探测器中 ，一般都需要时间相干性低的宽带光源〔1〕。目前商用的宽带光源多为超发光二极管 (ＳＬＤ) ，但ＳＬＤ的寿命较短、波长稳定性差、输出功率低 ，并且由于空间相干性差 ，与单模光纤的耦合也受到了限制〔2〕。掺稀土元素光纤技术的日益成熟 ，以及泵浦机制的快速发展 ，为人们提供了一种方便可靠的宽带光纤光源。与ＳＬＤ相比 ，掺稀土元素光纤中的放大的自发辐射 (ＡＳＥ)具有温度稳定性强、荧光谱线宽、输出功率高 ，使用寿命长等特点 ，在光纤传感系统 (如光纤陀螺仪 )和某些信号处理、光学层析和医用光学等领域有哦。从理论和实验上分析了掺稀土元素光纤激光器的偏振和模式特性，指出其偏振特性对该光纤的传感应用很有用。从理论上分析其偏振模式。从实验上测出了其输出频谱。介绍了这种光纤激光器的主要应用，例如可以作为压敏传感元件。 简介：1794年芬兰化学家加多林（J.Gadolin）发现diyi个稀土元素钇之后，吸引了许多化学家对“钇土”进行研究，经过了近50年的漫长时间，瑞典化学家莫桑德(K. G.Mosander，曾经发现铈的伯采利乌斯的学生)经过坚持不懈地努力，终于在1843年破解了“钇土”的秘密，他发现原来当初人类找到的diyi个稀土“钇”并非是单纯的一种稀土，而从中分离出了三种稀土元素：钇（Y）、铽（Tb）和铒（Er）。为了纪念钇矿石发现地——斯德哥尔摩附近那个名叫伊特比（Yteerby）的小村，莫桑德截取了字母Y（已用于给钇命名）之后的两组字母分别把铽命名为Terbium，把铒命名为Erbium。 铒在地壳中的丰度为3.8ppm，仅相当于钕的1/10，本着“物以稀为贵”的原则，也应算作稀土中的“贵族”。但在重稀土中他的丰度仅次于钇和镝，甚至超过轻稀土中的铕（2.1ppm），也算是重稀土中比较富存的元素。铒除了具有稀土元素共有的化学活泼性外，它的光学特性非常突出，为其在光电子材料和器件中的应用提供了十分有利的条件。 目前铒Z突出的用途是制造掺铒光纤放大器（Erbium Dopant Fiber Amplifier，简称EDFA）。掺饵光纤放大器（EDFA）是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的，它是光纤通信中Z伟大的发明之一，甚至可以说是当今长距离信息高速公路的“加油站”。掺饵光纤是在石英光纤中掺入少量稀土元素铒离子（Er3+），它是放大器的核心。掺铒光纤放大光信号的原理是：当Er3+受到波长980nm或1480nm的光激发吸收泵浦光的能量后，由基态跃迁到高能级的泵浦态。由于粒子在泵浦态的寿命很短，很快以非辐射的方式由泵浦态驰豫到亚稳态，粒子在该能带有较长的寿命，逐渐积累。当有1550nm信号光通过时，亚稳态的Er3+离子以受激辐射的方式跃迁到基态，也正好发射出1550nm波长的光。这种从高能态跃迂至基态时发射的光补充了衰减损失的信号光，从而实现了信号光在光纤传播过程中随着衰减又不间断地被放大。将铒掺入普通石英光纤，再配以980纳米或1480纳米两种波长的半导体激光器，就基本构成了直接放大1550nm光信号的放大器。石英光纤可传送各种不同波长的光，但光衰率不一样，1550nm频带的光在石英光纤中传输时光衰减率Z低（仅为0.15分贝/公里），衰减率几乎是下限极限。因此，光纤通信以1550nm波长的光作信号光时，光的损失Z小。所以，光纤中只要掺杂几十至几百ppm的铒，就能够起到补偿通讯系统中光损耗的作用。掺铒光纤放大器就如同一个光的“泵站”，使光信号一站一站毫不减弱地传递下去，从而顺畅地开通了现代长距离大容量高速光纤通讯的技术通道。 从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大突破。使光纤传输的距离越来越长，并且开创了波分复用（WDM）技术。波分复用是指在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号的一种技术。这极大地增加了光纤通信的容量，已成为当前光纤通信中应用Z广的光放大器件。由于掺铒光纤放大器具有增益高、频带宽、噪声低、效率高，连接损耗低，偏振不灵敏等特点，近年来得到了飞速发展，成为光放大器研究发展的主要方向，极大地推动了光纤通信技术的发展。 掺铒光纤放大器问世后短短几年就迅速走向实用化，并在越洋长途光通信系统中得到了应用。在1990年到1992年不到两年的时间里光纤系统的容量增加了整整一个数量级，而在此之前为达到相同的增长却花费了整整8年时间。这充分显示出EDFA的巨大作用，为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。掺铒光纤放大器的出现和应用改变了光纤通信发展的格局，目前它已成为光纤通信、有线电视（CATV）光信息网络系统中的关键器件之一。还研制出一种含有铒离子Er+3和镨离子Pr+3两中稀土离子的光纤放大器用玻璃光纤，该光纤可在1300 nm和1550 nm波长下使用。与仅含其中一种稀土离子的光纤放大器相比较，可以提高光纤放大器的光放大效率。目前还研制出高增益、低损耗、高度透明的Er3+全氟稀土聚合物材料，它是将硅玻璃氟化，其损耗小于5dB/km，可用于通讯网络系统中光纤和波导放大器。这些高度氟化的玻璃具有比I型和II型硅玻璃有更宽的Er3+发射宽度，从而提高了多信道放大器性能。我国研制的掺铒光纤和铒镱共掺光纤在各项性能指标和产品可靠性方面已达到国内外同类产品的先进水平。 掺铒光纤放大器属于激光相关产品，出口到北美、欧洲等国需要通过FDA（美国食品和药物管理局）的辐射安全试验认证。我国武汉光迅公司作为我国生产掺铒光纤放大器的主要开发商，已成功取得FDA的激光辐射安全认证，有了产品出口的“安全通行证”。 铒的另一个应用热点是激光，尤其是用作医用激光材料。铒激光是一种固体脉冲激光，波长为2940nm，能被人体组织中的水分子强烈吸收，从而用较小的能量获得较大的效果，可以非常精确地切割、磨削和切除软组织。铒激光ZL仪特别适用于激光美容，由于皮肤组织中的水分对波长2940 nm的铒激光的吸收比对波长1060 nm CO2激光的吸收大十多倍，对周围组织的损伤更小。铒激光“磨皮术”作为当今高科技美容术，比用其他种类激光效果好，更比果酸脱皮好得多，它不影响皮肤正常的外观颜色和厚度，可以准确控制磨皮的多少和深浅。激光产生的热能还可以封闭血管，伤口不易感染，痊愈快。铒激光现已成为祛斑除皱，磨去疤痕，嫩肤美容医学的热门，尤其适合于脸部、颈部、手部的皱纹去除。同时也适用于轻度增生性疤痕、扁平疣、痤疮等，对老年斑等皮肤色素性疾病和毛发移植亦有理想的LX。他可以使术后色素沉着被控制在Z小程度，尤其适合于东方和肤色较黑人种。在把铒激光用于ZL打鼾，美白牙齿等方面也取得了不错的效果。铒激光的Z大好处是不会留下疤痕，一般手术仅需要几分钟，手术安全可靠，副作用少、又不需要特殊护理。铒YAG激光还被用做白内障摘除。因为白内障晶体的主要成分是水，铒激光能量低，易被水吸收，将是一种很有发展前景的摘除白内障的手术方法。铒激光ZL仪正为激光外科开辟出越来越广阔的应用领域。 掺铒激光晶体能输出1730nm激光和1550nm激光，对人的眼睛安全，大气传输性能也较好，对战场的硝烟穿透能力较强，保密性好，不易被敌人探测，照射军事目标的对比度较大，可以制成军事上使用的对人眼安全的便携式激光测距仪。铒还被用作红外光变可见光的激光显示材料：如NaYF4:Yb3+，Er3+和 BaYF5:Yb3+，Er3+，可以把钕激光器发射的人眼看不见的1060mm的激光转换为可见光，因而可作为红外激光的显示，调试和准直。这类上转换材料已成功地用于夜视仪。此外，还开发出氟钇锂掺铒（LiYF4:Er）绿光等上转换激光材料。 Er3+加入到玻璃中可制成激光玻璃，它是目前输出脉冲能量Z大，输出功率Z高的固体激光材料。铒激光玻璃产生1540mm的铒激光处于人眼安全波段。可以应用于通讯和测距仪等方面。我国已利用自己制备的Er3+，Yb3+共掺磷酸盐玻璃实现了稳定的连续激光输出。 Er3+还可用作稀土上转换激光材料的激活离子。铒激光上转换材料又分为单晶(氟化物、含氧盐)和玻璃(光纤)两类，如掺铒的铝酸钇（YAP：Er3+）晶体和掺杂Er3+的ZBLAN氟化物（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）玻璃光纤等，现在均已经实用化。BaYF5:Yb3+，Er3+可将红外线转成可见光，这种多光子上转换发光材料已成功地用于夜视仪。 氧化铒为玫瑰红色，可应用于眼镜片玻璃、结晶玻璃的脱色和着色，也可作为陶瓷着色剂。它能使玻璃和陶瓷呈现晶莹鲜亮的桃红色，用于美术工艺品，显示出独特的光彩和色调。 附录：稀土元素家族系列档案——铒 铒元素符号Er 英文名称Erbium 原子序数68 相对原子质量(12C = 12.0000) 167.26 发现年代 1842年 发现人 C.G. Mosander（瑞典）原 子 结 构 原子半径: 2.45 离子半径: 0.881 共价半径: 1.57 氧化态: 3 原子体积/cm3/mol: 18.4 电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f12 5s2p6 6s2 物理性质状态：银灰色金属。 熔点(℃)：1522 沸点(℃): 2863 比 热（J/gK）：0.17 密度 (g/cc，300K)：9.07 熔化热（KJ/mol）：19.9 蒸发热（KJ/mol）：261 导电率（106/cm ）: 0.0117 导热系数（W/cm K ）：0.143 地质 数据地壳丰度（ppm）：3.8 太平洋（ppm） 大西洋（ppm）表面: 5.9 × 10-7深处: : 8.6 × 10-7主要产地 离子型稀土矿 ZG江西、广东、福建、湖南、广西等 磷钇矿 马来西亚、ZG广西、广东独居石（Monazite ） （CeLaTh）PO4 澳大利亚海岸海滨、印度海滨 ZG广东和台湾海滨 铈铌钙钛矿俄罗斯托姆托尔碳酸岩风化壳稀土矿 稀土配分 Er% ZG离子型稀土矿 国外稀土矿 江西龙南 江西信丰 江西寻乌 马来西亚 磷钇矿澳大利亚 独居石 俄罗斯铈铌钙钛矿 4.26 2.48 0.88 6.52 0.21 0.80 应用领域:金属、合金钕铁硼永磁合金添加剂、超磁致伸缩材料料添加剂等 单一氧化物及化合物光纤通讯放大器，激光晶体，激光玻璃、长余辉荧光粉激活剂，介电陶瓷电容器，玻璃陶瓷着色等
