JP2002223022A - 広帯域光学的導波管増幅器及びその製造方法 - Google Patents
広帯域光学的導波管増幅器及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は光増幅のために希土類イオン含有光
学的導波管を分極処理する方法及びその方法によって分
極処理された光学的導波管を提供するためのものであ
る。 【解決手段】 光学的導波管は希土類イオンと、前記希
土類イオン固有の蛍光スペクトルに対する波長帯域半価
幅が拡大されるように分極処理された光学的媒体を含む
ことによって、希土類イオンが放出する蛍光スペクトル
の波長帯域を拡大させ、その形態を平らにして光増幅可
能な帯域を拡大し、結果的に、光通信容量を増加させる
ことができる。
学的導波管を分極処理する方法及びその方法によって分
極処理された光学的導波管を提供するためのものであ
る。 【解決手段】 光学的導波管は希土類イオンと、前記希
土類イオン固有の蛍光スペクトルに対する波長帯域半価
幅が拡大されるように分極処理された光学的媒体を含む
ことによって、希土類イオンが放出する蛍光スペクトル
の波長帯域を拡大させ、その形態を平らにして光増幅可
能な帯域を拡大し、結果的に、光通信容量を増加させる
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域光学的導波
管増幅器及び広帯域光学的導波管増幅器の製造方法に関
し、さらに詳しくは、希土類イオンを含む広帯域光学的
導波管増幅器及び電気的分極処理方法による広帯域光学
的導波管増幅器の製造方法に関する。
管増幅器及び広帯域光学的導波管増幅器の製造方法に関
し、さらに詳しくは、希土類イオンを含む広帯域光学的
導波管増幅器及び電気的分極処理方法による広帯域光学
的導波管増幅器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】長距離光通信において、信号光の強度は
光ファイバーの吸収損失によって減少するため、信号光
を効果的に伝送するためには所定の距離間隔ごとに信号
光を増幅する必要がある。例えば、希土類イオンが含ま
れた光ファイバーに励起光を信号光と共に入射させると
希土類イオンが励起状態になり、励起状態の希土類イオ
ンによって信号光と同一の波長と位相を有する蛍光が放
出され、信号光を増幅する。希土類元素を含む光ファイ
バーによって増幅できる波長は、希土類元素の種類に依
存する。波長が１．５５μｍである信号光を増幅するた
めにＥｒ3+が含まれた光ファイバーが広く用いられてい
る。また、多数のチャンネルを介して信号光を送る波長
分割多重化伝送技術を用いて光ファイバーの伝送率を画
期的に増加させることができる。
光ファイバーの吸収損失によって減少するため、信号光
を効果的に伝送するためには所定の距離間隔ごとに信号
光を増幅する必要がある。例えば、希土類イオンが含ま
れた光ファイバーに励起光を信号光と共に入射させると
希土類イオンが励起状態になり、励起状態の希土類イオ
ンによって信号光と同一の波長と位相を有する蛍光が放
出され、信号光を増幅する。希土類元素を含む光ファイ
バーによって増幅できる波長は、希土類元素の種類に依
存する。波長が１．５５μｍである信号光を増幅するた
めにＥｒ3+が含まれた光ファイバーが広く用いられてい
る。また、多数のチャンネルを介して信号光を送る波長
分割多重化伝送技術を用いて光ファイバーの伝送率を画
期的に増加させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長分
割多重化伝送技術で用いられているＥｒ3+イオンが含ま
れた光ファイバーには、均一な光利得増幅が得られる波
長帯域の幅が小さく、それによって波長の小さい変化に
よってもチャンネル利得の変化量が大きくなるため、結
果的に、利用可能なチャンネル数が制限される問題点が
ある。従って、波長によるチャンネル利得の変化量を減
らし、利用可能なチャンネル数を増やすために、Ｅｒ3+
イオンが放出する蛍光スペクトルの波長帯域の幅を拡大
する必要がある。亜テルル酸塩(tellurite)タイプのガ
ラスのような特殊の組成を有する光ファイバーでは、蛍
光スペクトル幅がシリケートタイプのガラスより多少増
加するが、熱的安定性及び機械的安定性が弱くなる問題
点がある。
割多重化伝送技術で用いられているＥｒ3+イオンが含ま
れた光ファイバーには、均一な光利得増幅が得られる波
長帯域の幅が小さく、それによって波長の小さい変化に
よってもチャンネル利得の変化量が大きくなるため、結
果的に、利用可能なチャンネル数が制限される問題点が
ある。従って、波長によるチャンネル利得の変化量を減
らし、利用可能なチャンネル数を増やすために、Ｅｒ3+
イオンが放出する蛍光スペクトルの波長帯域の幅を拡大
する必要がある。亜テルル酸塩(tellurite)タイプのガ
ラスのような特殊の組成を有する光ファイバーでは、蛍
光スペクトル幅がシリケートタイプのガラスより多少増
加するが、熱的安定性及び機械的安定性が弱くなる問題
点がある。
【０００４】本発明はこのような従来技術の欠点を解決
するために案出されたものであり、広帯域光学的導波管
増幅器内に含まれた希土類イオンから放出される蛍光ス
ペクトルの帯域幅を拡大させる広帯域光学的導波管増幅
器及び電気的分極による広帯域光学的導波管増幅器製造
方法を提供することにその目的がある。
するために案出されたものであり、広帯域光学的導波管
増幅器内に含まれた希土類イオンから放出される蛍光ス
ペクトルの帯域幅を拡大させる広帯域光学的導波管増幅
器及び電気的分極による広帯域光学的導波管増幅器製造
方法を提供することにその目的がある。
【０００５】本発明のさらに異なる目的は希土類イオン
を含むガラスを用いて、光増幅が可能になるように蛍光
スペクトルの波長帯域を拡大させることによって、数十
テラビット以上の光伝送を可能にする方法を提供するこ
とである。
を含むガラスを用いて、光増幅が可能になるように蛍光
スペクトルの波長帯域を拡大させることによって、数十
テラビット以上の光伝送を可能にする方法を提供するこ
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、希土類イオンと、前記希土類イ
オンを含み、前記希土類イオンの蛍光スペクトルの波長
帯域幅を拡大するように分極処理された光学的媒体とを
有することを特徴とする広帯域光学的導波管増幅器が提
供される。
めに、本発明によれば、希土類イオンと、前記希土類イ
オンを含み、前記希土類イオンの蛍光スペクトルの波長
帯域幅を拡大するように分極処理された光学的媒体とを
有することを特徴とする広帯域光学的導波管増幅器が提
供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、添付の図を参照して本発明
の好適な実施の形態について詳細に説明する。
の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【０００８】図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の平板形試片
１５に対する分極が可能である装置を示す概念図であ
る。例えば、アルミナからなる２つの基板１２の表面に
それぞれ白金材質の上部電極１１及び下部電極１３を相
対向するように付着する。上部電極１１に電源１８の陽
極(anode)を接続し、下部電極１３に電源１８の陰極(ca
thode)を接続するが、電極を逆に設けることもできる。
試片１５を上部電極１１と下部電極１３の間に配置す
る。試片１５の表面に流れる漏れ電流を遮断するために
下部電極１３の外部を環状の接地電極１４で取囲む。電
源１８として示す直流電源装置を用いて上部電極１１と
下部電極１３の間に数ｋＶのバイアス電圧を印加する。
分極処理を行う間に表面漏れ電流が検知されると、表面
漏れ電流を発生するに必要な閾電源の９５％未満のバイ
アス電圧を印加するように電源１８を制御する。
１５に対する分極が可能である装置を示す概念図であ
る。例えば、アルミナからなる２つの基板１２の表面に
それぞれ白金材質の上部電極１１及び下部電極１３を相
対向するように付着する。上部電極１１に電源１８の陽
極(anode)を接続し、下部電極１３に電源１８の陰極(ca
thode)を接続するが、電極を逆に設けることもできる。
試片１５を上部電極１１と下部電極１３の間に配置す
る。試片１５の表面に流れる漏れ電流を遮断するために
下部電極１３の外部を環状の接地電極１４で取囲む。電
源１８として示す直流電源装置を用いて上部電極１１と
下部電極１３の間に数ｋＶのバイアス電圧を印加する。
分極処理を行う間に表面漏れ電流が検知されると、表面
漏れ電流を発生するに必要な閾電源の９５％未満のバイ
アス電圧を印加するように電源１８を制御する。
【０００９】図２は本発明によってＥｒドーピングされ
たＤ型光ファイバーを分極処理する装置を示す概念図で
ある。電極に隣接した領域で分極作用が活発になるの
で、光ファイバーのコア２３と電極の間の間隔を縮める
ために光ファイバーを側面に沿って研磨する。円形(cyl
indrical)光ファイバーのコア２３が露出されないよう
に長手方向に円形光ファイバーのクラッディング層２４
部分を研磨することによって、研磨面を有するＤ型光フ
ァイバーを製造する。スパッタリング法を用いて研磨面
に、例えば、白金からなる金属薄膜２１を塗布して電極
を形成する。このように生成されたＤ型光ファイバーを
下部電極として役割を果たす白金金属板２２上に整列さ
せた後、白金金属薄膜２１と白金金属板２２の間に電圧
を印加してコア２３に電界が形成されるようにする。
たＤ型光ファイバーを分極処理する装置を示す概念図で
ある。電極に隣接した領域で分極作用が活発になるの
で、光ファイバーのコア２３と電極の間の間隔を縮める
ために光ファイバーを側面に沿って研磨する。円形(cyl
indrical)光ファイバーのコア２３が露出されないよう
に長手方向に円形光ファイバーのクラッディング層２４
部分を研磨することによって、研磨面を有するＤ型光フ
ァイバーを製造する。スパッタリング法を用いて研磨面
に、例えば、白金からなる金属薄膜２１を塗布して電極
を形成する。このように生成されたＤ型光ファイバーを
下部電極として役割を果たす白金金属板２２上に整列さ
せた後、白金金属薄膜２１と白金金属板２２の間に電圧
を印加してコア２３に電界が形成されるようにする。
【００１０】図３は本発明によってクラッディングバイ
ポーラファイバー(cladding bi-polar fiber)を分極処
理する装置を示す概念図である。光ファイバー母材のコ
アを取囲んでいるクラッディング部分に、例えば、超音
波穿孔法を用いて母材の中心付近にあるコアに平行であ
り、長手方向に沿って対向する２つの円筒孔を穿孔す
る。２つの円筒孔にそれぞれ、例えば、白金からなる金
属線３１、３２を挿入する。こうして生産された母材を
引っ張ることによって、内部に１つのコア３３と２つの
金属線３１、３２を含むクラッデリング層３４を有する
光ファイバー３０を得ることができる。対向する２つの
白金電極線３１、３２を電源供給装置に連結して高い電
圧を印加することによってコア３３を分極処理する。光
ファイバー３０で電極線３１、３２はコア３３に隣接し
て配置され、光ファイバー３０の表面に露出されない。
従って、表面漏れ電流を発生しないで高い電界を印加す
ることができるので分極処理効果を改善することができ
る。
ポーラファイバー(cladding bi-polar fiber)を分極処
理する装置を示す概念図である。光ファイバー母材のコ
アを取囲んでいるクラッディング部分に、例えば、超音
波穿孔法を用いて母材の中心付近にあるコアに平行であ
り、長手方向に沿って対向する２つの円筒孔を穿孔す
る。２つの円筒孔にそれぞれ、例えば、白金からなる金
属線３１、３２を挿入する。こうして生産された母材を
引っ張ることによって、内部に１つのコア３３と２つの
金属線３１、３２を含むクラッデリング層３４を有する
光ファイバー３０を得ることができる。対向する２つの
白金電極線３１、３２を電源供給装置に連結して高い電
圧を印加することによってコア３３を分極処理する。光
ファイバー３０で電極線３１、３２はコア３３に隣接し
て配置され、光ファイバー３０の表面に露出されない。
従って、表面漏れ電流を発生しないで高い電界を印加す
ることができるので分極処理効果を改善することができ
る。
【００１１】図４はＥｒ3+イオンのエネルギー準位を示
す図である。８００ｎｍ、９８０ｎｍ、１４８０ｎｍ波
長の光ポンピング(optical pumping)吸収は、希土類金
属イオンのＥｒ3+イオンを基底準位4Ｉ15/2からそれぞ
れ4Ｉ9/2、4Ｉ11/2、4Ｉ13/2準位に遷移して励起状態に
する。励起状態のエネルギー準位4Ｉ9/2、4Ｉ11/2、こ
れらの準位に隣接する4Ｉ13/2準位の間の遷移は多重フ
ォノン緩和メカニズムによって発生する。4Ｉ13/2準位
と4Ｉ15/2準位の間のエネルギー遷移は１．５５μｍ波
長帯域の蛍光放出によって達成される。従って、１．５
５μｍ波長帯域を用いる光通信では、Ｅｒ3+イオンの誘
導放出作用によるＥｒドーピングされた光ファイバー増
幅器を用いることができる。
す図である。８００ｎｍ、９８０ｎｍ、１４８０ｎｍ波
長の光ポンピング(optical pumping)吸収は、希土類金
属イオンのＥｒ3+イオンを基底準位4Ｉ15/2からそれぞ
れ4Ｉ9/2、4Ｉ11/2、4Ｉ13/2準位に遷移して励起状態に
する。励起状態のエネルギー準位4Ｉ9/2、4Ｉ11/2、こ
れらの準位に隣接する4Ｉ13/2準位の間の遷移は多重フ
ォノン緩和メカニズムによって発生する。4Ｉ13/2準位
と4Ｉ15/2準位の間のエネルギー遷移は１．５５μｍ波
長帯域の蛍光放出によって達成される。従って、１．５
５μｍ波長帯域を用いる光通信では、Ｅｒ3+イオンの誘
導放出作用によるＥｒドーピングされた光ファイバー増
幅器を用いることができる。
【００１２】一般的に、ランタニド系列（57Ｌａ〜71Ｌ
ｕ）に属する希土類元素の３イオン化原子を用いて光信
号を増幅し、レーザーを活性させることができる。希土
類イオンはそれぞれ少なくとも１種の特定の波長を有す
る蛍光を放出し、このような性質を用いて放出される蛍
光の波長に対応する信号光を増幅することができる。代
表的にＰｒ3+イオンは波長が１．３４μｍ（1Ｇ4→
3Ｈ5）、１．５０μｍ（1Ｄ2→1Ｇ4）、１．６４μｍ（
3Ｆ3→3Ｈ4）である蛍光を放出する。Ｎｄ3+イオンは波
長が１．０６μｍ（4Ｆ3/2→4Ｉ11/2）、１．３６μｍ
（4Ｆ3/2→4Ｉ13/2）、１．８７μｍ（4Ｆ3/2→
4Ｉ15/2）である蛍光を放出する。Ｓｍ3+イオンは波長
が０．６５μｍ（4Ｇ5/2→4Ｈ9/2）である蛍光を放出す
る。Ｅｕ3+イオンは波長が０．６１５μｍ（5Ｄ0→
7Ｆ2）である蛍光を放出する。Ｄｙ3+イオンは波長が
１．３２μｍ（6Ｆ11/2→6Ｈ15/2）、１．７５μｍ（6
Ｈ11/2→6Ｈ15/2）である蛍光を放出する。Ｈｏ3+イオ
ンは波長がそれぞれ１．１８μｍ（5Ｉ6→5Ｉ8）、１．
４５μｍ（5Ｆ5→5Ｉ6）、１．５０μｍ（5Ｆ4→
5Ｉ5）、１．６５μｍ（5Ｉ5→5Ｉ7）、２．１０μｍ（
5Ｉ7→5Ｉ8）である蛍光を放出する。Ｅｒ3+イオンは波
長が０．９８μｍ（4Ｉ11/2→4Ｉ15/2）、１．５５μｍ
（4Ｉ13/2→4Ｉ 15/2）、１．７０μｍ（4Ｉ9/2→4Ｉ
13/2）、２．７５μｍ（4Ｉ11/2→4Ｉ13/2）である蛍光
を放出する。Ｔｍ3+イオンは波長が１．２０μｍ（3Ｈ5
→3Ｈ6）、１．４５μｍ（3Ｈ4→3Ｆ4）、１．８０μｍ
（3Ｆ4→3Ｈ6）である蛍光を放出する。Ｙｂ3+イオンは
波長が１．００μｍ（２Ｆ5/2→２Ｆ7/2）である蛍光を
放出する。従って、蛍光スペクトルの波長帯域によって
希土類元素を選択することができる。
ｕ）に属する希土類元素の３イオン化原子を用いて光信
号を増幅し、レーザーを活性させることができる。希土
類イオンはそれぞれ少なくとも１種の特定の波長を有す
る蛍光を放出し、このような性質を用いて放出される蛍
光の波長に対応する信号光を増幅することができる。代
表的にＰｒ3+イオンは波長が１．３４μｍ（1Ｇ4→
3Ｈ5）、１．５０μｍ（1Ｄ2→1Ｇ4）、１．６４μｍ（
3Ｆ3→3Ｈ4）である蛍光を放出する。Ｎｄ3+イオンは波
長が１．０６μｍ（4Ｆ3/2→4Ｉ11/2）、１．３６μｍ
（4Ｆ3/2→4Ｉ13/2）、１．８７μｍ（4Ｆ3/2→
4Ｉ15/2）である蛍光を放出する。Ｓｍ3+イオンは波長
が０．６５μｍ（4Ｇ5/2→4Ｈ9/2）である蛍光を放出す
る。Ｅｕ3+イオンは波長が０．６１５μｍ（5Ｄ0→
7Ｆ2）である蛍光を放出する。Ｄｙ3+イオンは波長が
１．３２μｍ（6Ｆ11/2→6Ｈ15/2）、１．７５μｍ（6
Ｈ11/2→6Ｈ15/2）である蛍光を放出する。Ｈｏ3+イオ
ンは波長がそれぞれ１．１８μｍ（5Ｉ6→5Ｉ8）、１．
４５μｍ（5Ｆ5→5Ｉ6）、１．５０μｍ（5Ｆ4→
5Ｉ5）、１．６５μｍ（5Ｉ5→5Ｉ7）、２．１０μｍ（
5Ｉ7→5Ｉ8）である蛍光を放出する。Ｅｒ3+イオンは波
長が０．９８μｍ（4Ｉ11/2→4Ｉ15/2）、１．５５μｍ
（4Ｉ13/2→4Ｉ 15/2）、１．７０μｍ（4Ｉ9/2→4Ｉ
13/2）、２．７５μｍ（4Ｉ11/2→4Ｉ13/2）である蛍光
を放出する。Ｔｍ3+イオンは波長が１．２０μｍ（3Ｈ5
→3Ｈ6）、１．４５μｍ（3Ｈ4→3Ｆ4）、１．８０μｍ
（3Ｆ4→3Ｈ6）である蛍光を放出する。Ｙｂ3+イオンは
波長が１．００μｍ（２Ｆ5/2→２Ｆ7/2）である蛍光を
放出する。従って、蛍光スペクトルの波長帯域によって
希土類元素を選択することができる。
【００１３】図５は結晶構造による蛍光スペクトルの拡
大原理を説明するための図である。希土類イオンのエネ
ルギー準位は自由空間内では一定である反面、結晶内で
は結晶場によって多数のシュタルク(Stark)準位に分割
される。２つの隣接したシュタルク準位の間の間隔は結
晶場の強度に比例して増加する。結晶内に存在する希土
類イオンは結晶内で実質的に所定の場所に位置するよう
になり、一定の結晶場を経験する。従って、規則的な形
態のシュタルク準位を形成するようになり、狭くて鋭い
形態の蛍光スペクトルを得る。しかし、ガラスのように
根本的に不規則な構造を有する非晶質内に存在する希土
類イオンは不規則な構造による多様な結晶場を経験する
ようになる。従って、非晶質内に存在する希土類イオン
のシュタルク準位が多様に分布するようになり、このよ
うな不均一な広がり(inhomogeneous broadening)によっ
て非晶質内で希土類イオンの蛍光スペクトルの波長帯域
の半価幅(full width half maximum)が広くなる。
大原理を説明するための図である。希土類イオンのエネ
ルギー準位は自由空間内では一定である反面、結晶内で
は結晶場によって多数のシュタルク(Stark)準位に分割
される。２つの隣接したシュタルク準位の間の間隔は結
晶場の強度に比例して増加する。結晶内に存在する希土
類イオンは結晶内で実質的に所定の場所に位置するよう
になり、一定の結晶場を経験する。従って、規則的な形
態のシュタルク準位を形成するようになり、狭くて鋭い
形態の蛍光スペクトルを得る。しかし、ガラスのように
根本的に不規則な構造を有する非晶質内に存在する希土
類イオンは不規則な構造による多様な結晶場を経験する
ようになる。従って、非晶質内に存在する希土類イオン
のシュタルク準位が多様に分布するようになり、このよ
うな不均一な広がり(inhomogeneous broadening)によっ
て非晶質内で希土類イオンの蛍光スペクトルの波長帯域
の半価幅(full width half maximum)が広くなる。
【００１４】一般的に、ガラスのような非晶質内に含ま
れた希土類イオンは励起光源を受けて活性化され、信号
光によって誘導放出される。光増幅現象は、このような
誘導放出によって信号光の総光量の増加を表す。光ファ
イバーの製造が可能である例示的な希土類元素がドーピ
ングされたガラスベースは次のようである。
れた希土類イオンは励起光源を受けて活性化され、信号
光によって誘導放出される。光増幅現象は、このような
誘導放出によって信号光の総光量の増加を表す。光ファ
イバーの製造が可能である例示的な希土類元素がドーピ
ングされたガラスベースは次のようである。
【００１５】シリカガラスは純粋なＳｉＯ2からなる非
晶質材料であり、１モル％未満の不純物が必要によって
添加されていてもよい。不純物が添加されていない純粋
ＳｉＯ2の希土類元素に対する溶解度は０．０１モル％
であるが、０．５モル％以内のＡｌ2Ｏ3を不純物として
添加する場合、希土類元素の溶解度は０．５モル％まで
大きく増加する。Ａｌ2Ｏ3の代わりにＧｅＯ2、Ｐ
2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3を添加しても希土類イオンの溶解度が増加
する。Ａｌ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3をそれぞれ
０．０１モル％〜０．１モル％の範囲内でシリカガラス
内に添加することによって、希土類元素の溶解度及び媒
質であるシリカガラスの屈折率を調節することができ
る。前記シリカガラス光ファイバーの製造方法として
は、変形化学蒸着法(modified chemical vapor deposit
ion:MCVD)、外側垂直軸方向蒸着法(outervertical axia
lly deposition:OVAD)、プラズマ促進化学蒸着法(plasm
a enhanced chemical vapor deposition:PECVD)があ
る。
晶質材料であり、１モル％未満の不純物が必要によって
添加されていてもよい。不純物が添加されていない純粋
ＳｉＯ2の希土類元素に対する溶解度は０．０１モル％
であるが、０．５モル％以内のＡｌ2Ｏ3を不純物として
添加する場合、希土類元素の溶解度は０．５モル％まで
大きく増加する。Ａｌ2Ｏ3の代わりにＧｅＯ2、Ｐ
2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3を添加しても希土類イオンの溶解度が増加
する。Ａｌ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3をそれぞれ
０．０１モル％〜０．１モル％の範囲内でシリカガラス
内に添加することによって、希土類元素の溶解度及び媒
質であるシリカガラスの屈折率を調節することができ
る。前記シリカガラス光ファイバーの製造方法として
は、変形化学蒸着法(modified chemical vapor deposit
ion:MCVD)、外側垂直軸方向蒸着法(outervertical axia
lly deposition:OVAD)、プラズマ促進化学蒸着法(plasm
a enhanced chemical vapor deposition:PECVD)があ
る。
【００１６】シリケートガラスはシリカガラスに０．１
モル％以上の不純物がドーピングされたガラスを言い、
光ファイバー及び平板形光導波管に広く用いられてい
る。ＳｉＯ2と類似な四面体構造を形成してガラス網目
を構成させるガラス網目形成成分であるＧｅＯ2が０．
１モル％〜２５モル％の範囲で添加できる。ＧｅＯ2の
代わりにＰ2Ｏ5またはＢ2Ｏ3が０．１モル％〜２５モル
％の範囲で添加できる。四面体構造において、分子間結
合をカットオフする役割を果たすガラス網目修飾成分と
してアルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物
であるＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｚ
ｎＯが０．１モル％〜３０モル％の範囲で添加できる。
ガラス網目のカットオフされた分子間結合を再連結する
役割を果たすガラス網目中間成分であるＡｌ2Ｏ3、Ｇａ
2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3が０．１モル％〜２５モル％の
範囲内で添加できる。代表的な平板形シリケートガラス
導波管には、組成比が７０：１５：１０：５であるＳｉ
Ｏ2：Ｎａ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：Ｂ 2Ｏ3が用いられている。
モル％以上の不純物がドーピングされたガラスを言い、
光ファイバー及び平板形光導波管に広く用いられてい
る。ＳｉＯ2と類似な四面体構造を形成してガラス網目
を構成させるガラス網目形成成分であるＧｅＯ2が０．
１モル％〜２５モル％の範囲で添加できる。ＧｅＯ2の
代わりにＰ2Ｏ5またはＢ2Ｏ3が０．１モル％〜２５モル
％の範囲で添加できる。四面体構造において、分子間結
合をカットオフする役割を果たすガラス網目修飾成分と
してアルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物
であるＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｚ
ｎＯが０．１モル％〜３０モル％の範囲で添加できる。
ガラス網目のカットオフされた分子間結合を再連結する
役割を果たすガラス網目中間成分であるＡｌ2Ｏ3、Ｇａ
2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3が０．１モル％〜２５モル％の
範囲内で添加できる。代表的な平板形シリケートガラス
導波管には、組成比が７０：１５：１０：５であるＳｉ
Ｏ2：Ｎａ2Ｏ：Ａｌ2Ｏ3：Ｂ 2Ｏ3が用いられている。
【００１７】亜テルル酸塩(tellurite)ガラスは純粋の
ＴｅＯ2と１０モル％〜４０モル％の範囲内の不純物と
を含み、光ファイバー及び平板形光導波管に広く用いら
れている。四面体構造において、分子間結合をカットオ
フする役割を果たすガラス網目修飾成分としてアルカリ
金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物であるＬｉ2
Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＺｎＯが０．
１モル％〜３０モル％の範囲で添加できる。ガラス網目
のカットオフされた分子間結合を再連結する役割を果た
すガラス網目中間成分であるＡｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｐｂ
Ｏ、Ｂｉ2Ｏ3が０．１モル％〜２５モル％の範囲で添加
できる。代表的な亜テルル酸塩光ファイバーには、組成
比が７０：１０：５：５：５であるＴｅＯ2：Ｎａ2Ｏ：
ＧｅＯ2：Ｂｉ2Ｏ3：ＺｎＯが用いられている。
ＴｅＯ2と１０モル％〜４０モル％の範囲内の不純物と
を含み、光ファイバー及び平板形光導波管に広く用いら
れている。四面体構造において、分子間結合をカットオ
フする役割を果たすガラス網目修飾成分としてアルカリ
金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物であるＬｉ2
Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＺｎＯが０．
１モル％〜３０モル％の範囲で添加できる。ガラス網目
のカットオフされた分子間結合を再連結する役割を果た
すガラス網目中間成分であるＡｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｐｂ
Ｏ、Ｂｉ2Ｏ3が０．１モル％〜２５モル％の範囲で添加
できる。代表的な亜テルル酸塩光ファイバーには、組成
比が７０：１０：５：５：５であるＴｅＯ2：Ｎａ2Ｏ：
ＧｅＯ2：Ｂｉ2Ｏ3：ＺｎＯが用いられている。
【００１８】硫化物(Sulfide)ガラスはガラス網目形成
に寄与する陰イオン原子が酸素ではなく硫黄で構成され
たガラスである。代表的にＧｅＳ2ガラス、Ａｓ2Ｓ3ガ
ラス、Ｐ3Ｓ5ガラスがある。硫化物ガラスは陽イオンで
ある金属原子と陰イオンである硫黄原子が電気的に中性
の化学量論組成領域だけではなく、硫黄原子が化学量論
状態より過剰かまたは不足である組成領域でも容易にガ
ラスを形成できる。従って、硫化物ガラスは一般的な酸
化物ガラスより広いガラス形成組成領域を有する。ま
た、硫化物ガラスは多重フォノン緩和速度が酸化物ガラ
スより非常に低くて、希土類イオンの励起エネルギーを
光エネルギーに転換する効率を向上させるため、光増幅
材料として優れた特性を示す。硫化物ガラス網目形成成
分の複合組成物は熱的化学的特性の向上を示す。例え
ば、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓガラス組成物は高い熱的安定性と化
学的耐久性を示し、光ファイバー製造に適切な特性を示
す。この場合、Ｇｅ：Ａｓ：Ｓの組成比が２５：１０：
６５である時、熱的化学的特性が最も優れていることが
知られている。
に寄与する陰イオン原子が酸素ではなく硫黄で構成され
たガラスである。代表的にＧｅＳ2ガラス、Ａｓ2Ｓ3ガ
ラス、Ｐ3Ｓ5ガラスがある。硫化物ガラスは陽イオンで
ある金属原子と陰イオンである硫黄原子が電気的に中性
の化学量論組成領域だけではなく、硫黄原子が化学量論
状態より過剰かまたは不足である組成領域でも容易にガ
ラスを形成できる。従って、硫化物ガラスは一般的な酸
化物ガラスより広いガラス形成組成領域を有する。ま
た、硫化物ガラスは多重フォノン緩和速度が酸化物ガラ
スより非常に低くて、希土類イオンの励起エネルギーを
光エネルギーに転換する効率を向上させるため、光増幅
材料として優れた特性を示す。硫化物ガラス網目形成成
分の複合組成物は熱的化学的特性の向上を示す。例え
ば、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓガラス組成物は高い熱的安定性と化
学的耐久性を示し、光ファイバー製造に適切な特性を示
す。この場合、Ｇｅ：Ａｓ：Ｓの組成比が２５：１０：
６５である時、熱的化学的特性が最も優れていることが
知られている。
【００１９】一般的に硫化物ガラスは希土類元素に対す
る溶解度が非常に低い短所があるが、Ｇａ2Ｓ3を添加す
れば、希土類イオンの溶解度を大きく向上させることが
できる。従って、１モル％〜３０モル％範囲のＧａ2Ｓ3
を添加したＡｓ−Ｇａ−Ｓ、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ、Ｇｅ−Ａ
ｓ−Ｇａ−Ｓガラス組成物は希土類が添加された硫化物
ガラスとして広く研究されている。一方、Ｇａ2Ｓ3の代
わりにＡｌ2Ｓ3を添加しても希土類イオンの溶解度を増
加させる効果が報告されている。特に、光ファイバーの
製造が可能である代表的な硫化物ガラス組成比は、Ｇ
ｅ：Ａｓ：Ｇａ：Ｓの組成比が３０：８：１：６２の場
合である。その他にアルカリ金属硫化物をガラス網目修
飾成分として添加する場合、粘性度及び結晶化特性の改
善が報告されており、代表的に５モル％〜３０モル％範
囲のＮａ2Ｓが添加されたＮａ−Ｇａ−Ｓ組成に関する
研究も多数報告されている。Ｌｉ2Ｓ及びＬａ2Ｓ3はＮ
ａ2Ｓと類似な役割を果たす。
る溶解度が非常に低い短所があるが、Ｇａ2Ｓ3を添加す
れば、希土類イオンの溶解度を大きく向上させることが
できる。従って、１モル％〜３０モル％範囲のＧａ2Ｓ3
を添加したＡｓ−Ｇａ−Ｓ、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ、Ｇｅ−Ａ
ｓ−Ｇａ−Ｓガラス組成物は希土類が添加された硫化物
ガラスとして広く研究されている。一方、Ｇａ2Ｓ3の代
わりにＡｌ2Ｓ3を添加しても希土類イオンの溶解度を増
加させる効果が報告されている。特に、光ファイバーの
製造が可能である代表的な硫化物ガラス組成比は、Ｇ
ｅ：Ａｓ：Ｇａ：Ｓの組成比が３０：８：１：６２の場
合である。その他にアルカリ金属硫化物をガラス網目修
飾成分として添加する場合、粘性度及び結晶化特性の改
善が報告されており、代表的に５モル％〜３０モル％範
囲のＮａ2Ｓが添加されたＮａ−Ｇａ−Ｓ組成に関する
研究も多数報告されている。Ｌｉ2Ｓ及びＬａ2Ｓ3はＮ
ａ2Ｓと類似な役割を果たす。
【００２０】前記硫化物ガラスにアルカリハロゲン化合
物を添加する場合、希土類イオンの多重フォノン緩和速
度が著しく減少し、ほとんどの励起エネルギーがフォト
ンエネルギーに転換できる。多重フォノン緩和速度を減
少させるために、アルカリハロゲン化合物元素として１
モル％〜２５モル％範囲内のＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＢ
ｒ、ＫＩ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩ、ＲｂＢｒ、ＲｂＩが添加
されたＭＨ−Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ及びＭＨ−Ｇｅ−Ａｓ−Ｇ
ａ−Ｓ（ＭはＮａ、Ｋ、ＣｓまたはＲｂ、ＨはＩまたは
Ｂｒ）硫化物化合物を用いることができる。例えば、組
成比が７０：３０であるＧｅＳ2：ＧａＳ3/2ガラスに添
加されたＤｙ3+イオンの蛍光寿命は３５μｓであった
が、組成比が５０：２０：１５：１５であるＧｅＳ2：
ＡｓＳ3/2：ＧａＳ3/2：ＣｓＢｒガラスではＤｙ3+イオ
ンの蛍光寿命が１８６０μｓに増加する。また、Ｐｒ3+
の場合は、蛍光寿命が３６０μｓから１８００μｓに増
加する。
物を添加する場合、希土類イオンの多重フォノン緩和速
度が著しく減少し、ほとんどの励起エネルギーがフォト
ンエネルギーに転換できる。多重フォノン緩和速度を減
少させるために、アルカリハロゲン化合物元素として１
モル％〜２５モル％範囲内のＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＢ
ｒ、ＫＩ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩ、ＲｂＢｒ、ＲｂＩが添加
されたＭＨ−Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ及びＭＨ−Ｇｅ−Ａｓ−Ｇ
ａ−Ｓ（ＭはＮａ、Ｋ、ＣｓまたはＲｂ、ＨはＩまたは
Ｂｒ）硫化物化合物を用いることができる。例えば、組
成比が７０：３０であるＧｅＳ2：ＧａＳ3/2ガラスに添
加されたＤｙ3+イオンの蛍光寿命は３５μｓであった
が、組成比が５０：２０：１５：１５であるＧｅＳ2：
ＡｓＳ3/2：ＧａＳ3/2：ＣｓＢｒガラスではＤｙ3+イオ
ンの蛍光寿命が１８６０μｓに増加する。また、Ｐｒ3+
の場合は、蛍光寿命が３６０μｓから１８００μｓに増
加する。
【００２１】図６は外部電界とシュタルク準位との関係
を説明するための図である。結晶質または非晶質材料内
に内在する結晶場とは別に外部から電界が加えられる
と、希土類イオンが経験する有効結晶場の強度が変化す
る。陽イオンである希土類イオンが結晶場の中心から負
極の方に引き寄せられ、有効結晶場の強度が変化するよ
うになり、これによって図６に示すようにシュタルク準
位も移動し、シュタルク準位に遷移する蛍光スペクトル
も移動するようになる。
を説明するための図である。結晶質または非晶質材料内
に内在する結晶場とは別に外部から電界が加えられる
と、希土類イオンが経験する有効結晶場の強度が変化す
る。陽イオンである希土類イオンが結晶場の中心から負
極の方に引き寄せられ、有効結晶場の強度が変化するよ
うになり、これによって図６に示すようにシュタルク準
位も移動し、シュタルク準位に遷移する蛍光スペクトル
も移動するようになる。
【００２２】図７は本発明による少なくとも１種の希土
類元素を含むガラス及び光ファイバーを分極処理するた
めに、時間に対する温度及び印加電圧のプロファイルを
示すグラフである。Ｅｒ3+イオンが含まれたガラスまた
は光ファイバーを分極処理装置に配置した後、約１時間
に渡って所定温度、例えば３００℃に到達するまで徐々
に加熱する。所定温度に到達した後、しきい電圧（２．
０ｋＶ）より高い電圧を加えて、表面漏れ電流を検出す
る。表面漏れ電流が検出されると、しきい電圧の８０％
〜９５％に該当する電圧を維持しながら、ガラスまたは
光ファイバーを３００℃で約３０分維持した後、徐々に
室温まで冷却させる。しきい電圧の８０％〜９５％に該
当する電圧を維持することによって、高温から移動した
電荷が室温で固定される。光ファイバーが室温に冷却さ
れるまで所定の電圧を印加する。表面に移動して固定さ
れた電荷によって分極が発生するので、外部の電界を除
去してもガラス及び光ファイバー内に強い残留電界が形
成される。
類元素を含むガラス及び光ファイバーを分極処理するた
めに、時間に対する温度及び印加電圧のプロファイルを
示すグラフである。Ｅｒ3+イオンが含まれたガラスまた
は光ファイバーを分極処理装置に配置した後、約１時間
に渡って所定温度、例えば３００℃に到達するまで徐々
に加熱する。所定温度に到達した後、しきい電圧（２．
０ｋＶ）より高い電圧を加えて、表面漏れ電流を検出す
る。表面漏れ電流が検出されると、しきい電圧の８０％
〜９５％に該当する電圧を維持しながら、ガラスまたは
光ファイバーを３００℃で約３０分維持した後、徐々に
室温まで冷却させる。しきい電圧の８０％〜９５％に該
当する電圧を維持することによって、高温から移動した
電荷が室温で固定される。光ファイバーが室温に冷却さ
れるまで所定の電圧を印加する。表面に移動して固定さ
れた電荷によって分極が発生するので、外部の電界を除
去してもガラス及び光ファイバー内に強い残留電界が形
成される。
【００２３】図８Ａ〜８Ｃは、本発明によって分極処理
した後のガラス及び光ファイバーにおける電荷の移動に
よる分極過程を説明するための図である。
した後のガラス及び光ファイバーにおける電荷の移動に
よる分極過程を説明するための図である。
【００２４】図８Ａは分極処理の前の負極での距離に対
するガラス及び光ファイバーの印加電圧と電界の分布を
示す。印加電圧が小さくて一定に維持され、電界はほと
んど０になる。
するガラス及び光ファイバーの印加電圧と電界の分布を
示す。印加電圧が小さくて一定に維持され、電界はほと
んど０になる。
【００２５】図８Ｂは所定温度まで加熱した状態で所定
電圧を印加しながら分極処理を行う間のガラス及び光フ
ァイバーの電位と電界を示す。負極と正極の周りで電位
が急激に変化し、これによって電界の大きさも負極及び
正極の周りで急激に変わる。
電圧を印加しながら分極処理を行う間のガラス及び光フ
ァイバーの電位と電界を示す。負極と正極の周りで電位
が急激に変化し、これによって電界の大きさも負極及び
正極の周りで急激に変わる。
【００２６】図８Ｃは分極処理した後、室温に温度を下
げて外部電界を除去した後のガラス及び光ファイバーの
電荷密度とこれによる電界を示す。室温で電荷の移動度
が急激に低下するため、外部電界を除去しても、負極及
び正極の周りで分極処理過程を介して形成された急激に
変化する電荷分布が維持でき、従って分極工程以後にも
２つの対向表面で急激に変化する電界も維持される。
げて外部電界を除去した後のガラス及び光ファイバーの
電荷密度とこれによる電界を示す。室温で電荷の移動度
が急激に低下するため、外部電界を除去しても、負極及
び正極の周りで分極処理過程を介して形成された急激に
変化する電荷分布が維持でき、従って分極工程以後にも
２つの対向表面で急激に変化する電界も維持される。
【００２７】電荷の移動度は温度に比例して上昇する。
高温を維持しながら強い電界を印加すれば、正電荷は負
極の方向に、負電荷は正極の方向に移動する。負極の近
くでは正電荷が表層に移動するので、負極と接触してい
る領域に正電荷が足りない薄い層が生じる。正極の近く
では負電荷が表層に移動するので、正極と接触している
領域に負電荷が足りない薄い層が生じる。
高温を維持しながら強い電界を印加すれば、正電荷は負
極の方向に、負電荷は正極の方向に移動する。負極の近
くでは正電荷が表層に移動するので、負極と接触してい
る領域に正電荷が足りない薄い層が生じる。正極の近く
では負電荷が表層に移動するので、正極と接触している
領域に負電荷が足りない薄い層が生じる。
【００２８】従って、正極の近くの負電荷不足層では電
位が急激に増加し、負極の近くの正電荷不足層では電位
が急激に減少する。電位が急激に変わる領域には強い電
流分極が形成され、これによって電流分極内に存在する
希土類元素のシュタルク準位が移動する。従って、正極
と負極に隣接した領域では光ファイバーとガラスベース
の２つの対向表面でシュタルク準位の移動による蛍光ス
ペクトル波長幅が大きく増加する。換言すれば、このよ
うな電界の分布によって正極と負極に隣接した領域で希
土類イオンが経験する電界の強度が多様に分布するよう
になり、このような多様な強度の電界環境で希土類イオ
ンのシュタルク準位スペクトルが重ね合わせて観察され
るので、光増幅波長帯域が拡大されて平坦化される。
位が急激に増加し、負極の近くの正電荷不足層では電位
が急激に減少する。電位が急激に変わる領域には強い電
流分極が形成され、これによって電流分極内に存在する
希土類元素のシュタルク準位が移動する。従って、正極
と負極に隣接した領域では光ファイバーとガラスベース
の２つの対向表面でシュタルク準位の移動による蛍光ス
ペクトル波長幅が大きく増加する。換言すれば、このよ
うな電界の分布によって正極と負極に隣接した領域で希
土類イオンが経験する電界の強度が多様に分布するよう
になり、このような多様な強度の電界環境で希土類イオ
ンのシュタルク準位スペクトルが重ね合わせて観察され
るので、光増幅波長帯域が拡大されて平坦化される。
【００２９】実施例１ ＮａＯ：ＳｉＯ2：Ｅｒ2Ｏ3の組成が２４：７５：１モ
ル％である原料を白金坩堝で１６００℃で１時間溶融し
た後、青銅鋳型に注いで急冷する方法でガラス試片を製
造した。ガラス試片をそれぞれ１５ｍｍ×１５ｍｍ×１
ｍｍの大きさで切り、表面を研磨した。図１に示す平板
形試片の分極処理装置にガラス試片を装着して３００℃
で１０００Ｖの電圧を３０分間加えた後、ガラス試片の
温度のみを室温に落とした。
ル％である原料を白金坩堝で１６００℃で１時間溶融し
た後、青銅鋳型に注いで急冷する方法でガラス試片を製
造した。ガラス試片をそれぞれ１５ｍｍ×１５ｍｍ×１
ｍｍの大きさで切り、表面を研磨した。図１に示す平板
形試片の分極処理装置にガラス試片を装着して３００℃
で１０００Ｖの電圧を３０分間加えた後、ガラス試片の
温度のみを室温に落とした。
【００３０】図９は本発明によってガラスベースから検
出される蛍光を説明するための概念図である。波長が８
００ｎｍであるチタン−サファイアレーザー励起光源を
Ａｒ +レーザーで励起した後、顕微鏡対物レンズ９１で
集束してガラス試片の断面に対して分極処理装置の正極
が上部に位置する陽極(anode)表面９２、分極処理装置
の負極が上部に位置する陰極(cathode)表面９３、中心
部分９４に入射させることによって、３つの領域のそれ
ぞれから放出されるガラス試片の蛍光スペクトルを測定
した。放出される蛍光は入射面の垂直方向に設けられた
回折格子分光器とＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ検知器を用いて
測定した。
出される蛍光を説明するための概念図である。波長が８
００ｎｍであるチタン−サファイアレーザー励起光源を
Ａｒ +レーザーで励起した後、顕微鏡対物レンズ９１で
集束してガラス試片の断面に対して分極処理装置の正極
が上部に位置する陽極(anode)表面９２、分極処理装置
の負極が上部に位置する陰極(cathode)表面９３、中心
部分９４に入射させることによって、３つの領域のそれ
ぞれから放出されるガラス試片の蛍光スペクトルを測定
した。放出される蛍光は入射面の垂直方向に設けられた
回折格子分光器とＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ検知器を用いて
測定した。
【００３１】図１０は本発明によって分極処理した平板
形試片の波長による蛍光スペクトルを示すグラフであ
り、図１０において、黒四角はガラス試片の中心部分に
対する蛍光スペクトルであり、分極処理されていないガ
ラス試片の蛍光スペクトルと同様である。図１０におい
て、黒丸は分極処理したガラス試片の陽極表面で測定し
た蛍光スペクトルであり、黒三角は分極処理したガラス
試片の陰極表面で測定した蛍光スペクトルである。分極
処理したガラス試片の陰極表面で、蛍光スペクトルの波
長帯域半価幅は１８０ｎｍであり、分極処理されていな
いガラス試片の蛍光スペクトルの波長帯域半価幅５０ｎ
ｍと比べて大きく増加した。
形試片の波長による蛍光スペクトルを示すグラフであ
り、図１０において、黒四角はガラス試片の中心部分に
対する蛍光スペクトルであり、分極処理されていないガ
ラス試片の蛍光スペクトルと同様である。図１０におい
て、黒丸は分極処理したガラス試片の陽極表面で測定し
た蛍光スペクトルであり、黒三角は分極処理したガラス
試片の陰極表面で測定した蛍光スペクトルである。分極
処理したガラス試片の陰極表面で、蛍光スペクトルの波
長帯域半価幅は１８０ｎｍであり、分極処理されていな
いガラス試片の蛍光スペクトルの波長帯域半価幅５０ｎ
ｍと比べて大きく増加した。
【００３２】実施例２ ＮａＯ：ＳｉＯ2：Ｅｒ2Ｏ３の組成が２４：７５：１モ
ル％である原料を白金坩堝で１６００℃で１時間溶融し
た後、青銅鋳型に注いで急冷させる方法でガラス試片を
製造した。ガラス試片をそれぞれ１５ｍｍ×１５ｍｍ×
１ｍｍの大きさで切り、表面を光学研磨した。図１に示
した平板形試片の分極処理装置にガラス試片を装着し、
３００℃で８００Ｖの電圧を３０分間印加した後、ガラ
ス試片の温度のみを室温に落とした。この実施例で用い
られた印加電圧８００Ｖは実施例１で印加された１００
０Ｖより小さい。
ル％である原料を白金坩堝で１６００℃で１時間溶融し
た後、青銅鋳型に注いで急冷させる方法でガラス試片を
製造した。ガラス試片をそれぞれ１５ｍｍ×１５ｍｍ×
１ｍｍの大きさで切り、表面を光学研磨した。図１に示
した平板形試片の分極処理装置にガラス試片を装着し、
３００℃で８００Ｖの電圧を３０分間印加した後、ガラ
ス試片の温度のみを室温に落とした。この実施例で用い
られた印加電圧８００Ｖは実施例１で印加された１００
０Ｖより小さい。
【００３３】図９に示すように、波長が８００ｎｍであ
るチタン−サファイアレーザー励起光源をＡｒ+レーザ
ーで励起させた後、顕微鏡対物レンズで集束９１してガ
ラス試片の断面に対して陽極表面９２、陰極表面９３、
中心部分９４にそれぞれ入射させることによって、ガラ
ス試片の蛍光スペクトルを測定した。放出される蛍光は
入射面の垂直方向に設けられた回折格子分光器とＩｎＧ
ａＡｓ−ＰＩＮ検知器を用いて測定した。
るチタン−サファイアレーザー励起光源をＡｒ+レーザ
ーで励起させた後、顕微鏡対物レンズで集束９１してガ
ラス試片の断面に対して陽極表面９２、陰極表面９３、
中心部分９４にそれぞれ入射させることによって、ガラ
ス試片の蛍光スペクトルを測定した。放出される蛍光は
入射面の垂直方向に設けられた回折格子分光器とＩｎＧ
ａＡｓ−ＰＩＮ検知器を用いて測定した。
【００３４】図１１は本発明によって分極処理が完了さ
れていない平板形試片の波長に対する蛍光スペクトルを
示す。図１１において黒四角はガラス試片の中心部分に
対する蛍光スペクトルであり、分極処理されていないガ
ラス試片の蛍光スペクトルと同一である。図１１におい
て黒丸は分極処理されたガラス試片の陽極表面で測定し
た蛍光スペクトルであり、黒三角は分極処理されたガラ
ス試片の陰極表面で測定した蛍光スペクトルである。分
極処理されたガラス試片の陽極表面で蛍光スペクトルの
波長帯域半価幅は６０ｎｍであり、分極処理されていな
いガラス試片の蛍光スペクトルの波長帯域半価幅５０ｎ
ｍに比べて少し増加した。従って、図１０及び図１１を
比較すると蛍光スペクトルの増加を通じて分極効果を確
認することができる。
れていない平板形試片の波長に対する蛍光スペクトルを
示す。図１１において黒四角はガラス試片の中心部分に
対する蛍光スペクトルであり、分極処理されていないガ
ラス試片の蛍光スペクトルと同一である。図１１におい
て黒丸は分極処理されたガラス試片の陽極表面で測定し
た蛍光スペクトルであり、黒三角は分極処理されたガラ
ス試片の陰極表面で測定した蛍光スペクトルである。分
極処理されたガラス試片の陽極表面で蛍光スペクトルの
波長帯域半価幅は６０ｎｍであり、分極処理されていな
いガラス試片の蛍光スペクトルの波長帯域半価幅５０ｎ
ｍに比べて少し増加した。従って、図１０及び図１１を
比較すると蛍光スペクトルの増加を通じて分極効果を確
認することができる。
【００３５】実施例３ ＰｂＯ：ＳｉＯ2：Ｅｒ2Ｏ3の組成が２４：７５：１モ
ル％である原料を白金坩堝で１５００℃で３０分間溶融
させた後、青銅鋳型に注いで急冷させる方法でガラス試
片を製造した。ガラス試片をそれぞれ１５ｍｍ×１５ｍ
ｍ×１ｍｍの大きさで切り、表面を光学研磨した。図１
に示す平板形試片の分極処理装置にガラス試片を装着し
て３００℃で１８００Ｖの電圧を３０分間印加した後、
ガラス試片の温度のみを室温に落とした。
ル％である原料を白金坩堝で１５００℃で３０分間溶融
させた後、青銅鋳型に注いで急冷させる方法でガラス試
片を製造した。ガラス試片をそれぞれ１５ｍｍ×１５ｍ
ｍ×１ｍｍの大きさで切り、表面を光学研磨した。図１
に示す平板形試片の分極処理装置にガラス試片を装着し
て３００℃で１８００Ｖの電圧を３０分間印加した後、
ガラス試片の温度のみを室温に落とした。
【００３６】図９に示すように、波長が８００ｎｍであ
るチタン−サファイアレーザー励起光源をＡｒ+レーザ
ーで励起した後、顕微鏡対物レンズ９１で集束してガラ
ス試片の断面に対して上部に分極処理装置の正極が位置
した陽極表面９２、上部に分極処理装置の負極が位置す
る陰極表面９３、中心部分９４にそれぞれ入射すること
によって、３つの領域のそれぞれでガラス試片の蛍光ス
ペクトルを測定した。放出される蛍光は入射面の垂直方
向に設けられた回折格子分光器とＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ
検知器を用いて測定した。
るチタン−サファイアレーザー励起光源をＡｒ+レーザ
ーで励起した後、顕微鏡対物レンズ９１で集束してガラ
ス試片の断面に対して上部に分極処理装置の正極が位置
した陽極表面９２、上部に分極処理装置の負極が位置す
る陰極表面９３、中心部分９４にそれぞれ入射すること
によって、３つの領域のそれぞれでガラス試片の蛍光ス
ペクトルを測定した。放出される蛍光は入射面の垂直方
向に設けられた回折格子分光器とＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮ
検知器を用いて測定した。
【００３７】図１２は本発明によってしきい電圧より大
きい電圧を印加して分極処理された平板形試片の波長に
対する蛍光スペクトルを示す。図１２において黒四角は
ガラス試片の中心部分に対する蛍光スペクトルであり、
分極処理されていないガラス試片の蛍光スペクトルと同
一である。図１２において黒丸は分極処理されたガラス
試片の陽極表面で測定した蛍光スペクトルであり、黒三
角は分極処理されたガラス試片の陰極表面で測定した蛍
光スペクトルである。分極処理されたガラス試片の陰極
表面で蛍光スペクトルの波長帯域半価幅は１５０ｎｍで
あり、分極処理されたガラス試片の蛍光スペクトルの波
長帯域半価幅９５ｎｍに比べて大きく増加した。
きい電圧を印加して分極処理された平板形試片の波長に
対する蛍光スペクトルを示す。図１２において黒四角は
ガラス試片の中心部分に対する蛍光スペクトルであり、
分極処理されていないガラス試片の蛍光スペクトルと同
一である。図１２において黒丸は分極処理されたガラス
試片の陽極表面で測定した蛍光スペクトルであり、黒三
角は分極処理されたガラス試片の陰極表面で測定した蛍
光スペクトルである。分極処理されたガラス試片の陰極
表面で蛍光スペクトルの波長帯域半価幅は１５０ｎｍで
あり、分極処理されたガラス試片の蛍光スペクトルの波
長帯域半価幅９５ｎｍに比べて大きく増加した。
【００３８】実施例４ 変形化学蒸着法(modified chemical vapor deposition:
MVCD)を用いて９９．２：０．５：０．２：０．２モル
％の組成比を有するＳｉＯ2：Ａｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：Ｅｒ
2Ｏ3成分のコアとＳｉＯ2成分のクラッディングから構
成された光ファイバー母材を製造した。光ファイバー母
材をそれぞれ２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの大きさで切
って試片を作り、表面を光学研磨した。図３に示す分極
装置に試片を装着して３００℃で１８００Ｖの電圧を印
加した状態で３０分間維持した後、試片の温度を室温に
落とした。
MVCD)を用いて９９．２：０．５：０．２：０．２モル
％の組成比を有するＳｉＯ2：Ａｌ2Ｏ3：ＧｅＯ2：Ｅｒ
2Ｏ3成分のコアとＳｉＯ2成分のクラッディングから構
成された光ファイバー母材を製造した。光ファイバー母
材をそれぞれ２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの大きさで切
って試片を作り、表面を光学研磨した。図３に示す分極
装置に試片を装着して３００℃で１８００Ｖの電圧を印
加した状態で３０分間維持した後、試片の温度を室温に
落とした。
【００３９】図９に示すように、波長が８００ｎｍであ
るチタン−サファイアレーザー励起光源をＡｒ+レーザ
ーで励起した後、顕微鏡対物レンズ９１で集束して試片
の端面に対して上部に分極処理装置の正極が位置した陽
極表面９２、上部に分極処理装置の負極が位置する陰極
表面９３、中心部分９４にそれぞれ入射させることによ
って、３つの領域のそれぞれで試片の蛍光スペクトルを
測定した。放出される蛍光は入射面の垂直方向に設けら
れた回折格子分光器とＩｎＧａＡｓ‐ＰＩＮ検知器を用
いて測定した。
るチタン−サファイアレーザー励起光源をＡｒ+レーザ
ーで励起した後、顕微鏡対物レンズ９１で集束して試片
の端面に対して上部に分極処理装置の正極が位置した陽
極表面９２、上部に分極処理装置の負極が位置する陰極
表面９３、中心部分９４にそれぞれ入射させることによ
って、３つの領域のそれぞれで試片の蛍光スペクトルを
測定した。放出される蛍光は入射面の垂直方向に設けら
れた回折格子分光器とＩｎＧａＡｓ‐ＰＩＮ検知器を用
いて測定した。
【００４０】図１３は本発明によって分極処理された光
ファイバー試片の波長に対する蛍光スペクトルを示す。
図１３において黒四角は試片の中心部分に対する蛍光ス
ペクトルであり、分極処理されていない試片の蛍光スペ
クトルと同一である。図１３において黒丸は分極処理さ
れたガラス試片の陽極表面で測定した蛍光スペクトルで
あり、黒三角は分極処理された試片の陰極表面で測定し
た蛍光スペクトルである。分極処理された試片の陰極表
面で蛍光スペクトルの波長帯域半価幅は６５ｎｍであ
り、分極処理されていない試片の蛍光スペクトルの波長
帯域半価幅５０ｎｍに比べて増加し、最大蛍光の近くで
多少平らな形態を示した。
ファイバー試片の波長に対する蛍光スペクトルを示す。
図１３において黒四角は試片の中心部分に対する蛍光ス
ペクトルであり、分極処理されていない試片の蛍光スペ
クトルと同一である。図１３において黒丸は分極処理さ
れたガラス試片の陽極表面で測定した蛍光スペクトルで
あり、黒三角は分極処理された試片の陰極表面で測定し
た蛍光スペクトルである。分極処理された試片の陰極表
面で蛍光スペクトルの波長帯域半価幅は６５ｎｍであ
り、分極処理されていない試片の蛍光スペクトルの波長
帯域半価幅５０ｎｍに比べて増加し、最大蛍光の近くで
多少平らな形態を示した。
【００４１】図１４は本発明による広帯域光学的導波管
増幅器を用いて光学的通信を行う装置に対する１実施例
を示す。本発明による広帯域光学的導波管増幅器は光学
的信号を生成する信号ソース５００、光学的ポンピング
を生成するレーザーソース５１０、光ファイバー５３０
に光を供給する分散結合器５２０、光ファイバー５３０
から放出された光５５０が光ファイバー５３０に再び反
射されないようにする手段５４０を含むが、光ファイバ
ー５３０は光増幅のためにＥｒ3+イオンでドーピングさ
れ分極処理されたガラスベースを含む。信号ソース５０
０から供給された光学的信号及びレーザーソース５１０
から供給された光学的ポンピングは分散結合器５２０で
１つに結合される。結合された光は光ファイバー５３０
に供給される。
増幅器を用いて光学的通信を行う装置に対する１実施例
を示す。本発明による広帯域光学的導波管増幅器は光学
的信号を生成する信号ソース５００、光学的ポンピング
を生成するレーザーソース５１０、光ファイバー５３０
に光を供給する分散結合器５２０、光ファイバー５３０
から放出された光５５０が光ファイバー５３０に再び反
射されないようにする手段５４０を含むが、光ファイバ
ー５３０は光増幅のためにＥｒ3+イオンでドーピングさ
れ分極処理されたガラスベースを含む。信号ソース５０
０から供給された光学的信号及びレーザーソース５１０
から供給された光学的ポンピングは分散結合器５２０で
１つに結合される。結合された光は光ファイバー５３０
に供給される。
【００４２】
【発明の効果】本発明によって、希土類イオンが含まれ
た光学的媒体を分極処理することによって、希土類イオ
ンが放出する蛍光スペクトルの波長帯域半価幅を拡大さ
せてより広い範囲の波長帯域半価幅での使用を提供する
ことができる。
た光学的媒体を分極処理することによって、希土類イオ
ンが放出する蛍光スペクトルの波長帯域半価幅を拡大さ
せてより広い範囲の波長帯域半価幅での使用を提供する
ことができる。
【図１Ａ】本発明による平板形試片の分極処理装置を示
す概念図である。
す概念図である。
【図１Ｂ】本発明による平板形試片の分極処理装置を示
す概念図である。
す概念図である。
【図２】本発明によるＤ型光ファイバーの分極処理装置
を示す概念図である。
を示す概念図である。
【図３】本発明によるクラッディングバイポーラファイ
バーの分極処理装置を示す概念図である。
バーの分極処理装置を示す概念図である。
【図４】希土類イオンであるＥｒ3+イオンのエネルギー
準位を示す図面である。
準位を示す図面である。
【図５】結晶電界による希土類イオンのシュタルク準位
を示す概念図である。
を示す概念図である。
【図６】外部電界による希土類イオンのシュタルク準位
の変化を説明するための概念図である。
の変化を説明するための概念図である。
【図７】分極処理された希土類含有ガラス及び光ファイ
バーの時間に対する分極処理温度及び印加電圧のプロフ
ァイルを示すグラフである。
バーの時間に対する分極処理温度及び印加電圧のプロフ
ァイルを示すグラフである。
【図８Ａ】本発明によって分極処理したガラス及び光フ
ァイバーで電荷の移動による分極過程を説明するための
図面である。
ァイバーで電荷の移動による分極過程を説明するための
図面である。
【図８Ｂ】本発明によって分極処理したガラス及び光フ
ァイバーで電荷の移動による分極過程を説明するための
図面である。
ァイバーで電荷の移動による分極過程を説明するための
図面である。
【図８Ｃ】本発明によって分極処理したガラス及び光フ
ァイバーで電荷の移動による分極過程を説明するための
図面である。
ァイバーで電荷の移動による分極過程を説明するための
図面である。
【図９】本発明による蛍光測定装置の原理を説明するた
めの概念図である。
めの概念図である。
【図１０】本発明によって分極処理された平板形試片の
波長による蛍光スペクトルである。
波長による蛍光スペクトルである。
【図１１】本発明によって分極処理されていない平板形
試片の波長による蛍光スペクトルである。
試片の波長による蛍光スペクトルである。
【図１２】本発明によって分極処理された平板形試片の
波長による蛍光スペクトルである。
波長による蛍光スペクトルである。
【図１３】本発明によって分極処理された光ファイバー
母材の波長による蛍光スペクトルである。
母材の波長による蛍光スペクトルである。
【図１４】本発明による広帯域光学的導波管増幅器を用
いて光学的通信を行う装置に対する１実施例である。
いて光学的通信を行う装置に対する１実施例である。
【符号の説明】 １１…上部電極 １２…基板 １３…下部電極 １４…接地電極 １５…試片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０３Ｃ 3/32 Ｃ０３Ｃ 3/32 4/12 4/12 Ｈ０１Ｓ 3/06 Ｈ０１Ｓ 3/06 Ｂ 3/10 3/10 Ｚ (72)発明者 徐 永 範 大韓民国、慶尚北道浦項市南区孝子洞山31 番地、浦項工科大学校 材料金属工学科 Ｆターム(参考） 4G062 AA04 BB01 BB11 BB18 CC04 CC07 DA06 DA07 DA10 DB01 DB02 DB03 DB04 DC01 DC02 DC03 DD01 DD02 DD03 DE01 DE02 DE03 DF01 DF02 DF03 DF04 EA01 EA02 EA03 EA10 EB01 EB02 EB03 EC01 EC02 EC03 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EE03 FA10 FD01 FD02 FD03 FD04 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA02 GA03 GA04 GA10 GB01 GB02 GB03 GB04 GB05 GB06 GC01 GD01 GD02 GD03 GD04 GD05 GD06 GE01 HH01 HH02 HH03 HH05 HH06 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH18 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ08 JJ10 KK01 KK02 KK03 KK04 KK05 KK06 KK07 KK08 KK10 MM04 NN19 NN21 5F072 AB07 AB09 AK03 AK06 JJ20 RR01 YY17
Claims (14)
- 【請求項１】 希土類イオンと、前記希土類イオンを含
み、前記希土類イオンの蛍光スペクトルの波長帯域幅を
拡大するように分極処理された光学的媒体とを有するこ
とを特徴とする広帯域光学的導波管増幅器。 - 【請求項２】 前記希土類イオンはＥｒ3+、Ｔｍ3+、Ｎ
ｄ3+、Ｐｒ3+、Ｄｙ 3+、Ｈｏ3+、Ｅｕ3+からなる群より
選択される少なくとも１種のイオンを含むことを特徴と
する請求項１に記載の広帯域光学的導波管増幅器。 - 【請求項３】 前記光学的媒体はシリカガラス、シリケ
ートガラス、亜テルル酸塩ガラス、硫化物ガラスからな
る群より選択される少なくとも１種の材料からなること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の広帯域光
学的導波管増幅器。 - 【請求項４】 前記シリケートガラス及び前記亜テルル
酸塩ガラスはＧｅＯ 2、Ｐ2Ｏ5、Ｂ2Ｏ3からなる群より
選択される少なくとも１種のガラス網目形成成分を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の広帯域光学的導波管
増幅器。 - 【請求項５】 前記シリケートガラス及び前記亜テルル
酸塩ガラスは、Ａｌ 2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3
からなる群より選択される少なくとも１種のガラス網目
中間成分を含むことを特徴とする請求項３に記載の広帯
域光学的導波管増幅器。 - 【請求項６】 前記シリケートガラス及び前記亜テルル
酸塩ガラスはＬｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＢａＯ、ＺｎＯからなる群より選択される少なくと
も１種のガラス網目修飾成分を含むことを特徴とする請
求項３に記載の広帯域光学的導波管増幅器。 - 【請求項７】 前記硫化物ガラスは、ＧｅＳ2、Ａｓ2Ｓ
3、Ｐ2Ｓ5、Ｂ2Ｓ3からなる群より選択される少なくと
も１種のガラス網目形成成分を含むことを特徴とする請
求項３に記載の広帯域光学的導波管増幅器。 - 【請求項８】 前記硫化物ガラスはＡｌ2Ｓ3、Ｇａ2Ｓ3
からなる群より選択される少なくとも１種のガラス網目
中間成分を含むことを特徴とする請求項３に記載の広帯
域光学的導波管増幅器。 - 【請求項９】 前記硫化物ガラスはＬｉ2Ｓ、Ｎａ2Ｓか
らなる群より選択される少なくとも１種のガラス網目修
飾成分を含むことを特徴とする請求項３に記載の広帯域
光学的導波管増幅器。 - 【請求項１０】 前記硫化物ガラスは多重フォノン緩和
速度を減少させるために、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＢｒ、
ＫＩ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩ、ＲｂＢｒ、ＲｂＩからなる群
より選択される少なくとも１種のアルカリハロゲン化合
物を含むことを特徴とする請求項３に記載の広帯域光学
的導波管増幅器。 - 【請求項１１】 前記広帯域光学的導波管増幅器は光フ
ァイバーまたは平板形光増幅器からなることを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の広帯域光学的導波管
増幅器。 - 【請求項１２】 希土類イオンを含む光学的媒体を含む
広帯域光学的導波管増幅器を分極処理する方法であっ
て、 前記光学的導波管を所定温度まで加熱する段階と、 所定温度を維持しながら、前記光学的導波管の光伝達経
路に垂直に所定電圧を印加する段階と、 所定時間の経過後、前記光学的導波管を室温まで冷却さ
せる段階とを含むことを特徴とする広帯域光学的導波管
増幅器の分極処理方法。 - 【請求項１３】 前記希土類イオンはＥｒ3+、Ｔｍ3+、
Ｎｄ3+、Ｐｒ3+、Ｄｙ3+、Ｈｏ3+、Ｅｕ3+からなる群よ
り選択される少なくとも１種のイオンを含むことを特徴
とする請求項１２に記載の広帯域光学的導波管増幅器の
分極処理方法。 - 【請求項１４】 前記光学的媒体はシリカガラス、シリ
ケートガラス、亜テルル酸塩ガラス、硫化物ガラスから
なる群より選択される少なくとも１種の材料を含むこと
を特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の広帯
域光学的導波管増幅器の分極処理方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2001-654 | 2001-01-05 | ||
| KR20010000654 | 2001-01-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002223022A true JP2002223022A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=19704309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001175295A Ceased JP2002223022A (ja) | 2001-01-05 | 2001-06-11 | 広帯域光学的導波管増幅器及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1221747A2 (ja) |
| JP (1) | JP2002223022A (ja) |
| CN (1) | CN1363848A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005210072A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-08-04 | Japan Science & Technology Agency | 光ファイバおよび広帯域光増幅器 |
| WO2005077851A1 (ja) * | 2004-02-18 | 2005-08-25 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | 赤外波長域で蛍光を発するガラス組成物、およびこれを用いた信号光の増幅方法 |
| JP2007527840A (ja) * | 2004-03-11 | 2007-10-04 | エリクソン テレコムニカソンイス ソシエダット アノニマ | 多成分テルライトガラス組成物、光増幅器及びレーザ機器 |
| US7515332B2 (en) | 2004-02-18 | 2009-04-07 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Glass composition that emits fluorescence in infrared wavelength region and method of amplifying signal light using the same |
| CN103043902A (zh) * | 2013-01-04 | 2013-04-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 具有超宽带近红外发光的Bi2O3/GeO2玻璃及制备方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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