ES2229040T3 - Vidrio para amplificacion optica y guia onda optica. - Google Patents
Vidrio para amplificacion optica y guia onda optica.Info
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Abstract
Un vidrio de amplificación óptica que comprende 100 partes en peso de un vidrio matriz y de 0, 1 a 10 partes en peso de Er adicionado al vidrio matriz, donde el vidrio matriz comprende Bi2O3, al menos uno entre B2O3 y SiO2, al menos un miembro seleccionado del grupo que consiste en Ga2O3, WO3 y TeO2, y La2O3 en una relación tal que Bi2O3 es de 20 a 80 moles por ciento, B2O3+SiO2 es de 5 a 75 moles por ciento, Ga2O3+WO3+TeO2 es de 0, 1 a 35 moles por ciento, y La2O3 es de 0, 01 a 15 moles por ciento.
Description
Vidrio para amplificación óptica y guía onda
óptica.
La presente invención se refiere a un vidrio de
amplificación óptica que es adecuado para amplificación de una luz
con longitud de onda de 1,530 a 1.630 nm.
Como sistema de comunicación óptico capaz de
hacer frente a la diversificación de servicios de comunicación, se
ha propuesto un sistema de comunicación de transmisión simultánea de
informaciones diversas de división de longitudes de onda (WDM), por
ejemplo, para aumentar la capacidad de transmisión por aumento del
número de canales de transmisión simultánea de informaciones
diversas de división de longitudes de onda.
Utilizando por ejemplo en WDM una luz en la banda
C (longitud de onda 1.530 a 1.560 nm) o banda L (longitud de onda:
1.570 a 1.620 nm) como una señal luminosa, es esencial un
amplificador de fibra óptica que amplifique esa señal luminosa. Como
tal amplificador se está desarrollando EDFA.
EDFA es un amplificador de fibra óptica donde el
núcleo de la fibra óptica es un vidrio al que se ha añadido Er
(erbio). Como tal fibra óptica se puede mencionar, por ejemplo, una
fibra de SiO_{2} con Er adicionado donde el núcleo es vidrio de
SiO_{2}, o una fibra de vidrio de fluoruro con Er adicionado
donde el núcleo es vidrio de fluoruro.
Sin embargo, empleando EDFA, la fibra de
SiO_{2} que lleva Er como aditivo ha presentado el problema de
que la longitud de la fibra óptica es típicamente de al menos 20 m,
y tiene que arrollarse en una bobina para acomodarla al alojamiento
de EDFA que tiene un tamaño de aproximadamente 30 cm.
Considerando que el EDFA que utiliza una fibra de
vidrio de fluoruro al que se ha añadido Er, ha supuesto la
desventaja de que su punto de transición vítrea es típicamente de
320ºC como máximo, con lo que es probable que resulte un deterioro
térmico si la intensidad de la luz de excitación para la
amplificación óptica aumenta.
Con el fin de resolver estos problemas, la
Patente
JP-A-2001-102661
describe una fibra de vidrio recubierta con resina que tiene una
longitud de 6 cm, por lo que se puede obtener una ganancia de al
menos 9 dB con respecto a la señal luminosa que tiene una longitud
de onda de 1,50 \mum a 1,59 \mum y una intensidad de 0,001 mW.
Aquí, la longitud de la fibra es de 6 cm, con lo que no hace falta
arrollarla en una bobina. Además, el núcleo de la anterior fibra de
vidrio recubierta de resina es un vidrio tipo óxido de bismuto con
aditivo de Er (que en adelante se citará como vidrio convencional)
que el Er añadido en una proporción de 0,6 partes en peso por 100
partes en peso de un vidrio matriz tipo óxido de bismuto (expresado
en porcentaje en moles, Bi_{2}O_{3}: 42,8%, B_{2}O_{3}:
28,5%, SiO_{2}: 14,3%, Ga_{2}O_{3}: 7,1%, Al_{2}O_{3}:
7,1%, y CeO_{2}: 0,2%).
La ganancia del vidrio convencional antes
mencionada es la que se refiere al caso donde la longitud de fibra
es 6 cm, y la intensidad de la señal luminosa es 0,001 mW. Se sabe
en general que la ganancia disminuye a medida que crece la
intensidad de la señal luminosa, y que puede no obtenerse una
ganancia del nivel deseado con el vidrio convencional con respecto a
una señal luminosa que tiene una intensidad de aproximadamente 0,1
mW, que es la que se utiliza comúnmente para, por ejemplo WDM.
Además, si se utiliza el vidrio convencional para
amplificación de una luz dentro de una región de longitudes de onda
que incluyen banda L, puede ser que no se obtenga la eficacia de
conversión de nivel deseado.
La Patente
WO-A-0155041 y
JP-A-2001213635 describe vidrios de
óxido de bismuto con adición de erbio utilizados en amplificación
óptica.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un vidrio de amplificación óptica y una guía de ondas
óptica, que son capaces de resolver los problemas antes
mencionados.
La presente invención proporciona un vidrio de
amplificación óptica que comprende 100 partes en peso de un vidrio
matriz y de 0,1 a 10 partes en peso de Er añadido al vidrio matriz,
donde el vidrio matriz comprende Bi_{2}O_{3}, al menos uno
entre B_{2}O_{3} y SiO_{2}, al menos un miembro seleccionado
del grupo que consiste en Ga_{2}O_{3}, WO_{3} y TeO_{2}, y
La_{2}O_{3} en una relación tal que Bi_{2}O_{3} es de 20 a
80 moles por ciento, B_{2}O_{3}+SiO_{2} es de 5 a 75 moles por
ciento, Ga_{2}O_{3}+WO_{3}+TeO_{2} es de 0,1 a 35 moles por
ciento y La_{2}O_{3} es de 0,01 a 15 moles por ciento.
Además, la presente invención proporciona una
guía de ondas óptica que comprende el vidrio óptico de amplificación
anterior como núcleo.
A continuación se describirá la presente
invención con detalle con referencia a los modos de realización
preferidos.
El vidrio óptico de amplificación de la presente
invención (que en adelante se citará como el vidrio de la presente
invención) se emplea habitualmente como núcleo de una guía de ondas
óptica que tiene una estructura núcleo/revestimiento tal como la
de una fibra de vidrio que tiene la misma estructura o una guía de
ondas plana que tiene la misma estructura. Esta guía de ondas
óptica es la guía de ondas de la presente invención.
La guía de ondas óptica de la presente invención
es adecuada para amplificación de luz con una longitud de onda de
1.530 a 1.630 nm, particularmente una luz en la banda C en una
longitud corta. Es adecuada, además, para amplificación de una luz
en banda L a una alta eficacia de conversión.
Esta amplificación se lleva a cabo por
introducción de una luz de excitación junto con la luz que se va
amplificar (esto es, una señal luminosa). Como tal luz de
excitación, se emplea habitualmente un haz de rayos láser que
tienen longitud de onda de 970 a 990 nm o de 1.470 a 1.490 nm.
Normalmente, para amplificación de una luz en la banda C, se utiliza
una luz de excitación que tiene una longitud de onda de 970 a 990
nm, y para amplificación de una luz en la banda L, una luz de
excitación que tiene una longitud de onda de 1.470 a 1.490 nm. Sin
embargo, la luz de excitación no queda limitada solo a ello.
En el caso en que la guía de ondas óptica de la
presente invención se utilice para amplificación de una luz en la
banda C en una longitud de 8 cm o menos, la ganancia para una luz
que tiene de 1.530 nm a 1.560 nm y una intensidad de 0,1 mW, es
preferiblemente de al menos 8 dB cuando la longitud de la guía de
ondas óptica es de 5 cm. Si la ganancia, cuando la longitud es de 5
cm, es inferior a 8 dB puede ser que no se resuelva el problema
anterior. Es decir, cuando la longitud es de 8 cm o menos, no se
puede obtener una ganancia adecuada con respecto a una señal
luminosa que tiene una intensidad de 0,1 mW. La ganancia anterior
cuando la longitud es de 5 cm, es más preferiblemente al menos de 9
dB.
En el caso de que la guía de ondas óptica de la
presente invención se utilice para amplificación de una luz en la
región de longitudes de onda que incluyen banda L, la eficacia de
conversión \eta para una luz que tiene una longitud de onda de
1.600 nm, es preferiblemente de al menos 10%. Si es menos del 10%,
puede no obtenerse la ganancia deseada. Más preferiblemente es de al
menos 15%. Aquí \eta se representa por un porcentaje de la
relación de la intensidad de salida de la señal luminosa a la
intensidad de luz de excitación.
Más preferido es que sea de al menos 10% y la
anchura de banda 3-dB hacia abajo para una luz que
tiene una intensidad de 1 mW dentro de una región de longitudes de
onda de 1.530 a 1.620 nm sea de al menos 55 nm, en particular,
preferiblemente, de al menos 60 nm.
Además, es más preferido que \eta sea al menos
10%, y la ganancia para una luz que tiene una longitud de onda de
1.620 nm y una intensidad de 1 mW sea de al menos 10 dB, en
particular preferiblemente de al menos 15 dB.
Se prefiere en particular que \eta sea al menos
10%, la anchura de banda de 3-dB hacia abajo para
una luz que tenga una intensidad dentro de una región de longitudes
de onda de 1.530 a 1.620 nm, sea de al menos 55 nm, y la ganancia
para una luz que tiene una longitud de onda de 1.620 nm y una
intensidad de 1 mW sea de al menos 10 dB.
En una fibra óptica que tiene el vidrio de la
presente invención como núcleo (que en adelante se citará como una
fibra óptica de la presente invención), el diámetro del núcleo y el
diámetro del revestimiento son típicamente de 2 a 10 \mum, y de
100 a 200 \mum, respectivamente.
Cuando la fibra óptica de la presente invención
se utiliza para EDFA sin estar arrollada a una bobina, su longitud
es preferiblemente de 8 cm como máximo, más preferiblemente de 6 cm
como máximo, en particular preferiblemente 5 cm como máximo.
Se prefiere que el índice de refracción n_{2}
del revestimiento de la fibra óptica de la presente invención y el
índice de refracción n_{1} del núcleo, es decir, el vidrio de la
presente invención, satisfagan la siguiente fórmula, en la que
n_{1} es, típicamente, de 1,8 a 2,2:
0,0005 \leq
(n_{1}-n_{2})/n_{1} \leq
0,1
Además, se prefiere que el anterior revestimiento
esté hecho de un vidrio, y es más preferido que este vidrio consista
esencialmente, en moles por ciento, en 25 a 70% de Bi_{2}O_{3},
de 5 a 74,89 de B_{2}O_{3}+SiO_{2}, de 0,1 a 30% de
Al_{2}O_{3}+Ga_{2}O_{3} y de 0,01 a 10% de CeO_{2}.
La fibra óptica de la presente invención se puede
preparar, por ejemplo, haciendo una preforma con el vidrio del
núcleo y el vidrio del revestimiento combinados por un conocido
método de extrusión y estirando esta preforma.
El punto de transición vítrea T_{g} del vidrio
de la presente invención es, preferiblemente, de al menos 360ºC. Si
T_{g} es inferior a 360, cuando se utiliza un haz de rayos láser
de elevada intensidad como luz de excitación, la temperatura del
vidrio tiende a ser localmente alta y hay daño térmico, con lo que
puede incrementarse la pérdida óptica, tendiendo a ser inadecuada la
amplificación óptica. Más preferiblemente, el punto de transición
vítrea es de al menos 400ºC, en particular preferiblemente de al
menos 420ºC.
El vidrio de la presente invención comprende un
vidrio matriz y Er.
Si la cantidad de Er al vidrio matriz es inferior
a 0,1 parte en peso por cien partes en peso del vidrio matriz no
puede obtenerse una ganancia adecuada. Es preferible que sea al
menos de 0,2 partes en peso. Si sobrepasa las 10 partes en peso, la
vitrificación tiende a ser difícil, o debido al amortiguado de la
concentración, la ganancia tiende a decrecer bastante. Es
preferiblemente de 7 partes en peso como máximo, más preferiblemente
de 4 partes en peso como máximo, en particular preferiblemente de 3
partes en peso como máximo.
En el caso en que el vidrio de la presente
invención se vaya a utilizar como fibra óptica (la longitud es
típicamente de 8 cm como máximo) para utilizarlo para EDFA sin
estar arrollado en una bobina o para emplearse en una guía de ondas
plana compacta (la longitud es típicamente de 8 cm como máximo)
para ser utilizado para EFDA, el Er se incorpora preferiblemente en
una cantidad de al menos 0,5 partes en peso, más preferiblemente de
al menos 0,8 partes en peso, en particular de al menos 1,0 partes
en peso, por cada 100 partes en peso del vidrio matriz.
La proporción de Er en estos casos es,
preferiblemente, de 1 a 3 partes en peso, más preferiblemente de 1,2
a 3 partes en peso, particularmente preferiblemente de 1,5 a 3
partes en peso por 100 partes en peso del vidrio matriz.
En el caso en que el vidrio de la presente
invención se utilice para amplificación de una luz en una región de
longitudes de onda que incluyen banda L, el Er se incorpora
preferiblemente en una cantidad de al menos 0,1 partes en peso y
menos de 1 parte en peso por cada 100 partes en peso del vidrio
matriz. Es más preferible que sea de al menos 0,2 partes en peso, en
particular preferiblemente de al menos 0,3 partes en peso, y es más
preferiblemente 0,9 partes en peso como máximo, en particular
preferiblemente 0,8 partes en peso como máximo.
A continuación se describe la composición del
vidrio matriz de la presente invención, donde el tanto por ciento en
moles se representa simplemente por %.
El Bi_{2}O_{3} es un componente esencial. Si
su contenido es inferior al 20%, la ampliación de la longitud de
onda \Delta\lambda donde es obtenible la ganancia tiende a ser
pequeña. Su contenido es preferiblemente de al menos 30%, más
preferiblemente de al menos 35%, particularmente preferible de al
menos 40%. Si el contenido sobrepasa el 80%, tiende a dificultarse
la vitrificación, hay tendencia a desvitrificación durante el
procesado para obtener la fibra, o T_{g} tiende a ser demasiado
baja. El contenido es, preferiblemente del 70% como máximo, más
preferiblemente del 60% como máximo, preferiblemente del 50% como
máximo. Se entiende que hay desvitrificación cuando hay una notable
precipitación de cristales y cuando por ello es probable que haya
una rotura de fibra durante el proceso para formación de fibra, o
hay probabilidad de que tenga lugar rotura de la fibra durante su
uso como fibra óptica.
B_{2}O_{3} y SiO_{2} son formadores de
retículo, y al menos uno de ellos debe formar parte del contenido
con el fin de facilitar la formación de vidrio por supresión de la
precipitación de cristales durante la producción del vidrio. Si su
contenido total de B_{2}O_{3} + SiO_{2} es inferior al 5%,
tiende a dificultarse la vitrificación, o tiene lugar
desvitrificación durante el procesado para formación de fibra. El
contenido total es más preferiblemente de al menos 10%, más
preferiblemente de al menos 15%, particularmente preferible del
19%, lo más preferiblemente de al menos 25%. Si sobrepasa el 75%, la
ganancia tiende a disminuir. Es más preferiblemente de 60% como
máximo, aún más preferiblemente de 55% como máximo, preferiblemente
en particular de 45% como máximo, lo más preferiblemente 40% como
máximo.
El contenido de B_{2}O_{3} es preferiblemente
de 60% como máximo, más preferiblemente de 45% como máximo,
preferiblemente en particular de 30% como máximo. En el caso en que
se desee mejorar la resistencia al agua o aumentar la ganancia, el
contenido se ajusta preferiblemente a 20% como máximo y más
preferiblemente no se incorpora B_{2}O_{3}.
El contenido de SiO_{2} es preferiblemente de
60% como máximo, más preferiblemente 50% como máximo,
preferiblemente en particular 45% como máximo, lo más
preferiblemente 40% como máximo. Cuando se incorpora SiO_{2}, su
contenido es preferiblemente de al menos 1%, más preferiblemente de
al menos 10%, preferiblemente en particular de al menos 19%, lo más
preferiblemente de al menos 25%.
Ga_{2}O_{3}, WO_{3} y TeO_{2} son
componentes que aumentan la \Delta\lambda. Se debe incorporar
al menos uno de estos tres componentes. Si el contenido total de
Ga_{2}O_{3}+ WO_{3}+ TeO_{2} es inferior a 0,1%,
\Delta\lambda tiende a ser pequeña. El contenido total es
preferiblemente de al menos 3%, más preferiblemente de al menos 5%,
preferiblemente en particular de al menos 10%, y si sobrepasa el
35%, la ganancia tiende a ser baja. Preferiblemente es de 30% como
máximo, más preferiblemente 25% como máximo.
Cuando se desea incrementar \Delta\lambda, es
preferible incorporar Ga_{2}O_{3}.
El contenido de Ga_{2}O_{3} es
preferiblemente de 30% como máximo, más preferiblemente 20% como
máximo. Cuando se incorpora Ga_{2}O_{3}, su contenido es
preferiblemente de al menos 1%, más preferiblemente de al menos 5%,
preferiblemente en particular al menos 10%.
El contenido de WO_{3} es preferiblemente del
30% como máximo, más preferiblemente 20% como máximo,
preferiblemente en particular de 10% como máximo. Cuando se
incorpora WO_{3} su contenido es preferiblemente de al menos 1%,
más preferiblemente de al menos 3%.
El contenido de TeO_{2} es preferiblemente de
30% como máximo, más preferiblemente de 20% como máximo. Cuando se
incorpora TeO_{2}, su contenido es preferiblemente de al menos 1%,
más preferiblemente de al menos 3%.
La_{2}O_{3} es esencial y tiene el efecto de
hacer menos probable que haya amortiguado de la concentración o el
efecto de aumentar la ganancia. Si es inferior a 0,01%, estos
efectos tienden a ser pequeños. Es preferiblemente de al menos 0,1%.
Si sobrepasa el 15%, tiende a dificultarse la vitrificación, o a
aumentar la pérdida óptica. Es preferible que sea 12% como máximo,
más preferiblemente 10% como máximo.
En el caso en que el vidrio de la presente
invención se utilice para fibra óptica para utilizarla para EDFA
(amplificador de fibra óptica de vidrio con aditivo Er) sin estar
arrollado en una bobina, o para utilizar en una guía de ondas plana
compacta para emplearse para EDFA, la cantidad de Er incorporada al
vidrio matriz tiende típicamente a ser alta al nivel de al menos 1
parte en peso, y con el fin de suprimir el amortiguado de la
concentración debido a Er, La_{2}O_{3} es preferible al menos
1%, más preferiblemente al menos 2%.
En el caso en que el vidrio de la presente
invención esté destinado a la amplificación de una luz en una región
de longitudes de onda que incluye banda L, La_{2}O_{3} es
preferiblemente de 0,5 a 4%. En tal caso, la longitud de la fibra
óptica o la guía de ondas plana es larga (típicamente al menos 80
cm), y si sobrepasa el 4%, la deseada amplificación óptica tiende a
ser difícil de obtener debido a la pérdida óptica. Es más
preferible que sea de 3% como máximo y particularmente preferible
2,5% como máximo.
En la presente invención, el vidrio matriz
consiste preferiblemente en esencial en los siguientes óxidos:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Bi _{2} O _{3} \+ \hskip4cm \+ 20 a 80%\cr
B _{2} O _{3} \+ \+ 0 a 60%\cr SiO _{2} \+ \+ 0 a 60%\cr
Ga _{2} O _{3} \+ \+ 0 a 30%\cr WO _{3} \+ \+ 0 a 30%\cr
TeO _{2} \+ \+ 0 a 30%\cr La _{2} O _{3} \+ \+ 0,01 a 15%\cr
Al _{2} O _{3} \+ \+ 0 a 10%\cr GeO _{2} \+ \+ 0 a 30%\cr
TiO _{2} \+ \+ 0 a 30%\cr SnO _{2} \+ \+ 0 a 30%, y\cr
CeO _{2} \+ \+ 0 a
2%\cr}
A continuación se describen los componentes del
vidrio matriz preferido anterior diferentes a Bi_{2}O_{3},
B_{2}O_{3}, SiO_{2}, Ga_{2}O_{3}, WO_{3}, TeO_{2} y
LaO_{3} antes descritos.
Al_{2}O_{3} no es esencial pero se puede
incorporar hasta en un 10% para facilitar la formación del vidrio
por supresión de la precipitación de cristales durante la
preparación del vidrio. Si sobrepasa el 10%, puede decrecer el
factor de amplificación óptica. Es más preferible que sea 9% como
máximo, aún más preferiblemente 8% como máximo, en particular
preferiblemente 7% como máximo, lo más preferiblemente 5% como
máximo. Cuando se incorpora Al_{2}O_{3}, su contenido es
preferiblemente de al menos 0,1%, más preferiblemente de al menos
1%, en particular preferiblemente de al menos 2%.
Con el fin de facilitar la formación del vidrio
por supresión de la precipitación de cristales durante la
preparación del vidrio, se prefiere incorporar al menos uno entre
Al_{2}O_{3} y Ga_{2}O_{3}, y que el contenido total
Al_{2}O_{3} + Ga_{2}O_{3} sea preferiblemente de 30% como
máximo. Si el contenido total sobrepasa el 30%, la vitrificación
tiende a dificultarse, o la Tg tiende a ser baja. Más
preferiblemente, es de 25% como máximo. Además Al_{2}O_{3} +
Ga_{2}O_{3} es preferiblemente de al menos 3%, más
preferiblemente de al menos 8%, en particular preferiblemente de al
menos 12%.
GeO_{2} no es esencial, pero se puede
incorporar hasta en un 30%, ya que tiene el efecto de facilitar la
formación del vidrio o el efecto de incrementar el índice de
refracción. Si sobrepasa el 30%, el vidrio tiende a cristalizar. Es
preferiblemente 10% como máximo, más preferiblemente 5% como máximo.
Cuando se incorpora GeO_{2}, su contenido es, preferiblemente de
al menos 0,1% más preferiblemente de al menos 1%.
CeO_{2} no es esencial, pero se puede
incorporar hasta en un 2% para evitar que precipite Bi_{2}O_{3}
en la forma de bismuto metálico en el vidrio fundido y por tanto
reduzca la transparencia del vidrio. Si sobrepasa 2%, aparece una
coloración substancial del vidrio con un color amarillo o un color
naranja, con lo que la transmitancia tiende a disminuir. Es
preferible 1% como máximo, más preferiblemente 0,5% como máximo.
Cuando se incorpora CeO_{2}, su contenido es preferiblemente de
al menos 0,1%. Cuando se desea para aumentar la transparencia, se
prefiere no incorporar CeO_{2}.
TiO_{2} y SnO_{2}, cada uno de ellos, no son
esenciales, pero se puede incorporar cada uno dentro de un
intervalo de hasta 30%, con el fin de suprimir la desvitrificación
durante el procesado hasta fibra. El contenido de cada uno es más
preferiblemente de 10% como máximo.
Un vidrio matriz preferido en la presente
invención consiste esencialmente en los componentes antes descritos
pero se pueden incorporar otros componentes dentro de un intervalo
que no impida el propósito de la presente invención. El contenido
total de tales "otros componentes" es preferiblemente de 10%
como máximo. Por ejemplo se pueden incorporar MgO, CaO, SrO, BaO,
Na_{2}O, K_{2}O, ZrO_{2}, ZnO, CdO, In_{2}O_{3}, PbO,
etc. para suprimir la desvitrificación durante el procesado hasta
fibra o para facilitar la vitrificación, e Yb_{2}O_{3} se puede
incorporar para suprimir la desvitrificación o amortiguado de la
concentración. Además, cuando se incorpora Yb_{2}O_{3} su
contenido es de 5% como máximo preferiblemente.
Con respecto al método de producción del vidrio
de la presente invención, no hay limitación particular. Por ejemplo
se puede producir por un método de fusión en el que los materiales
de partida se preparan y mezclan, se colocan en un crisol de oro,
un crisol de alúmina, un crisol de SiO_{2} o un crisol de iridio
y se funden a una temperatura de 800 a 1.300ºC al aire, y el fundido
obtenido se moldea en el molde prescrito. Se puede producir también
de otra manera distinta al del método de fusión, tal como un método
sol-gel o un método de depósito de vapor en fase
gaseosa.
A un vidrio matriz que tenía la composición en
porcentaje en moles mostrada en las Tablas 1 a 3 para BiO_{2} a
CeO_{2}, se añadió Er en una proporción expresada en partes en
peso en las Tablas por cada 100 partes en peso del vidrio matriz, y
el vidrio así obtenido se fundió a 1.200ºC por un método de fusión.
En el Ejemplo 1 (revestimiento), Ejemplo 2 (revestimiento), Ejemplo
3 (revestimiento), Ejemplo 4 (revestimiento), Ejemplo 5
(revestimiento) y Ejemplo 6 (revestimiento), no se incorporó Er. El
Ejemplo 1 (núcleo), Ejemplo 3 (núcleo), Ejemplo 4 (núcleo) y
Ejemplo 5 (núcleo) son ejemplos del vidrio de la presente
invención. Otros vidrios son Ejemplos Comparativos.
En relación con estos vidrios, se midió el índice
de refracción n a una longitud de onda de 1,55 \mum empleando un
elipsómetro, y la temperatura de transición vítrea T_{g}
(unidad:ºC) por análisis térmico diferencial (DTA). Los resultados
se muestran en las Tablas.
Se preparó, a partir del Ejemplo 1 (núcleo) y del
Ejemplo 1 (revestimiento) una fibra óptica 1 que tenía un diámetro
de núcleo de 4 \mum, un diámetro del revestimiento de 124 \mum y
una longitud de 5 cm por estirado de una preforma que había sido
preparada por un método de extrusión conocido. Asimismo, se preparó,
a partir del Ejemplo 2 (núcleo) y del Ejemplo 2 (revestimiento) una
fibra óptica 2 que tenía un diámetro de núcleo de 4 \mum, un
diámetro del revestimiento de 124 \mum y una longitud de 5 cm;
se preparó una fibra óptica 3 que tenía un diámetro de núcleo de
4,5 \mum, un diámetro de revestimiento de 125 \mum y una
longitud de 98 cm a partir del Ejemplo 3 (núcleo) y el Ejemplo 3
(revestimiento); se preparó una fibra óptica 4 que tenía un
diámetro de núcleo de 4,9 \mum, un diámetro de revestimiento 125
\mum y una longitud de 254 cm, a partir del Ejemplo 4 (núcleo) y
Ejemplo 4 (revestimiento); se preparó una fibra óptica 5 que tenía
un diámetro de núcleo de 4,7 \mum, un diámetro del revestimiento
de 125 \mum y una longitud de 253 cm a partir del Ejemplo 5
(núcleo) y el Ejemplo 5 (revestimiento); y se preparó una fibra
óptica 6 que tenía un diámetro de núcleo de 4,0 \mum, un diámetro
del revestimiento de 125 \mum y una longitud de 118 cm a partir
del Ejemplo 6 (núcleo) y Ejemplo 6 (revestimiento). Las fibras
ópticas 1, 3, 4 y 5 son ejemplos de la guía de ondas óptica de la
presente invención, y las fibras ópticas 2 y 6 son ejemplos
comparativos.
Se introdujo en las fibras ópticas 1 y 2, un haz
de rayos láser (luz de excitación) que tenía una longitud de onda de
980 nm y una intensidad de 230 mW y una señal luminosa (intensidad =
0,1 mW) que tenía una longitud de onda (unidad: nm) como se indica
en las Tablas 4 y 5, y en las fibras ópticas 3 a 6, un rayo láser
(una luz de excitación) que tenia una longitud de onda de 1.480 nm
y una intensidad de 280 mW y una señal luminosa (intensidad = 1 mW)
que tenía una longitud de onda como la indicada en las Tablas 4 y
5, después de lo cual se midió la ganancia G (unidad: dB). Los
resultados de la medida de G se muestran en las Tablas 4 y 5.
G se calculó empleando la siguiente fórmula a
partir de la intensidad incidente I_{in} de la señal luminosa al
entrar en la fibra óptica y la intensidad de salida I_{out} desde
la fibra óptica, estando el error de medida dentro de \pm0,5
dB.
G = 10 \ x \
log \ (I_{out} -
I_{in}/I_{in})
De las Tablas 4 y 5 se deduce que la anchura de
banda de 3-dB hacia abajo para una luz que tiene una
intensidad de 1 mW es de 75 nm, 75 nm o más, 70 nm o más, y 70 nm o
más con las fibras ópticas 3, 4, 5 y 6, respectivamente.
Además, se midió G (unidad: dB) por introducción
de un haz de rayos láser (luz de excitación) que tenía una longitud
de onda de 980 nm y una intensidad (unidad: mW) como se identifica
en la Tabla 6 y una señal luminosa (intensidad = 1 mW) que tenía una
longitud de onda de 1.560 nm, a las fibras ópticas 1 y 2. De los
resultados de las medidas mostradas en la Tabla 6, es evidente que
con la fibra óptica 1 que tiene una longitud de 5 cm, se puede
obtener una G de al menos 8 dB cuando la intensidad de luz de
excitación es de al menos 120 mW.
Se midieron además, G (unidad: dB) e I_{out}
(unidad: mW) por introducción de un haz de rayos láser (luz de
excitación) que tenía una longitud de onda de 1.480 nm y una
intensidad (unidad; mW) como se indica en la Tabla 7 o la 8 y una
señal luminosa (intensidad mW) que tenía una longitud de onda de
1.600 nm, a las fibras ópticas 3 a 6. Los resultados de la medida de
G se muestran en la Tabla 8.
De la Tabla 8, se deduce que la \eta (eficacia
de conversión) antes mencionada llega a ser de al menos el 10%, con
la fibra óptica 3, cuando la intensidad de la luz de excitación es
de al menos 186 mW, con la fibra óptica 4, cuando la intensidad de
luz de excitación es de al menos 100 mW, y con la fibra óptica 5,
cuando la intensidad de la luz de excitación es de al menos 79 mW.
Por otra parte, cuando la fibra óptica 6 como un Ejemplo
Comparativo, incluso si la intensidad de la luz de excitación es de
400 mW, \eta es 8,2%, es decir, menos del 10%.
Además, en las Tablas 6, 7 y 8, el caso en que la
intensidad es 0 mW, representa un caso donde solamente se introducía
la señal luminosa sin introducirse el haz de rayos láser.
La fibra óptica 1 es adecuada para el caso antes
mencionado donde se utiliza para una fibra óptica para emplearse
para EDFA (amplificador de fibra óptica con adición de Er) sin
necesitarse arrollar a una bobina o el caso antes mencionado donde
se utiliza para una guía de ondas plana compacta para emplearse
para EDFA.
Las fibras ópticas 3, 4 y 5 son adecuadas para un
caso donde se utilizan para amplificación de una luz en una región
de longitudes de onda que incluyen banda L.
Además, la relación entre el contenido de
La_{2}O_{3} y la pérdida óptica se examinó como sigue. Es
decir, de la misma manera que se ha descrito antes, se prepararon
vidrios en los que el contenido de La_{2}O_{3} de 4,3 por
ciento en moles en el Ejemplo 3 (núcleo) y Ejemplo 3 (revestimiento)
se redujo a 2,8 por ciento en moles como en el Ejemplo 7 (núcleo) y
Ejemplo 7 (revestimiento), a 1,4% en moles como en el Ejemplo 8
(núcleo) o Ejemplo 8 (revestimiento) o a 0 moles por ciento como
en el Ejemplo 9 (núcleo) y Ejemplo 9 (revestimiento). El contenido
de SiO_{2} se incrementó para que compensar la reducción del
contenido de La_{2}O_{3}. En la tabla 9, se muestran las
composiciones de vidrio del Ejemplo 7 (núcleo) a Ejemplo 9
(revestimiento) de la misma manera que en las Tablas 1 a 3.
Lo mismo que en la fibra óptica 3, se preparó una
fibra óptica 7 a partir del Ejemplo 7 (núcleo) y Ejemplo 7
(revestimiento), se preparó una fibra óptica 8 a partir del Ejemplo
8 (núcleo) y Ejemplo 8 (revestimiento), y se preparó una fibra
óptica 9 a partir del Ejemplo 9 (núcleo) y Ejemplo 9
(revestimiento).
Las pérdidas ópticas de las fibras ópticas 3, 7,
8 y 9 con respecto a una luz que tenía una longitud de onda de
1,310 nm, se midieron por un método de retorno y se encontraron
ser 2,1 dB/m, 1,4 dB/m, 0,7 dB/m y 0,7 dB/m, respectivamente. Es
decir, si el contenido de La_{2}O_{3} sobrepasa 4% en moles, la
pérdida óptica es de al menos 2 dB/m, y la pérdida óptica puede no
ser insignificante con una fibra óptica larga. Aquí, para evitar la
absorción por Er, se utilizó la luz que tenía la longitud de onda
antes mencionada para la medida de la pérdida óptica.
Según la presente invención, se puede obtener un
vidrio de amplificación óptica y una guía de ondas óptica que tienen
una función de amplificación, en los que es menos probable que se
produzca el deterioro térmico incluso si se utiliza un haz de
rayos láser de alta intensidad como luz de excitación, y es menos
probable que tenga lugar el amortiguado de la concentración.
Es posible además obtener una fibra óptica que
tenga la función amplificadora deseada incluso si es longitud corta
y que puede utilizarse para un amplificador de fibra óptica de
vidrio con aditivo Er (EDFA) sin necesidad de arrollarla en una
bobina.
Es posible además obtener una guía de ondas que
tiene una alta eficacia de conversión incluso en amplificación de
una luz en una región de longitudes de onda que incluye banda L.
Además, es posible también obtener una guía de ondas óptica que
tiene una anchura de banda ancha de 3.dB hacia abajo en la misma
amplificación y es posible además obtener una guía de ondas óptica
con la que la ganancia a 1.620 nm de al menos 10 dB.
Claims (9)
1. Un vidrio de amplificación óptica que
comprende 100 partes en peso de un vidrio matriz y de 0,1 a 10
partes en peso de Er adicionado al vidrio matriz, donde el vidrio
matriz comprende Bi_{2}O_{3}, al menos uno entre B_{2}O_{3}
y SiO_{2}, al menos un miembro seleccionado del grupo que
consiste en Ga_{2}O_{3}, WO_{3} y TeO_{2}, y La_{2}O_{3}
en una relación tal que Bi_{2}O_{3} es de 20 a 80 moles por
ciento, B_{2}O_{3}+SiO_{2} es de 5 a 75 moles por ciento,
Ga_{2}O_{3}+WO_{3}+TeO_{2} es de 0,1 a 35 moles por ciento,
y La_{2}O_{3} es de 0,01 a 15 moles por ciento.
2. El vidrio de amplificación óptica según la
reivindicación 1, donde el vidrio matriz consiste esencialmente en
los siguientes óxidos, representados en porcentajes en moles:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Bi _{2} O _{3} \+ \hskip04cm \+ 20 a 80%\cr
B _{2} O _{3} \+ \+ 0 a 60%\cr SiO _{2} \+ \+ 0 a 60%\cr
Ga _{2} O _{3} \+ \+ 0 a 30%\cr WO _{3} \+ \+ 0 a 30%\cr
TeO _{2} \+ \+ 0 a 30%\cr La _{2} O _{3} \+ \+ 0,01 a 15%\cr
Al _{2} O _{3} \+ \+ 0 a 10%\cr GeO _{2} \+ \+ 0 a 30%\cr
TiO _{2} \+ \+ 0 a 30%\cr SnO _{2} \+ \+ 0 a 30%, y\cr
CeO _{2} \+ \+ 0 a
2%\cr}
3. El vidrio de amplificación óptica según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2 donde el contenido de
La_{2}O_{3} en el vidrio matriz es de 0,5 a 4 moles por
ciento.
4. El vidrio de amplificación óptica según las
reivindicaciones 1, 2 ó 3, donde Er se añade en una proporción de 1
a 3 partes en peso por cada 100 partes en peso del vidrio
matriz.
5. El vidrio de amplificación óptica según la
reivindicación 1, la 2 o la 3, donde Er se añade en una proporción
de menos de 1 parte en peso por 100 partes en peso del vidrio
matriz.
6. Una guía de ondas óptica que comprende el
vidrio de amplificación óptica como se define en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, como núcleo.
7. La guía de ondas óptica según la
reivindicación 6, que tiene una ganancia de al menos 8 dB para una
luz que tiene una longitud de onda de 1.530 nm a 1.560 nm y una
intensidad de 0,1 mW, cuando la longitud de la guía de ondas óptica
es 5 cm.
8. La guía de ondas óptica según la
reivindicación 6, que tiene una anchura de banda de
3-dB hacia abajo de al menos 55 nm para una luz que
tiene una intensidad de 1 mW dentro de una región de longitud de
onda de 1.530 a 1.620 nm y que tiene una eficacia de conversión de
al menos 10% para una luz que tiene una longitud de onda de 1600
nm.
9. La guía de ondas óptica según la
reivindicación 6, que tiene una ganancia de al menos 10 dB para una
luz que tiene una longitud de onda de 1.620 nm y una intensidad de
1 mW, y que tiene una eficacia de conversión de al menos un 10%
para una luz que tiene una longitud de onda de 1.600 nm.
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