JP2003283028A - 赤外発光体および光増幅媒体 - Google Patents
赤外発光体および光増幅媒体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 赤外波長域、とくに光通信に用いられる広い
波長範囲で発光、あるいは光増幅機能を示す希土類を含
まず、かつ安定なガラス材料を得る。 【解決手段】 本発明の発光ガラス体または光増幅媒
体は、ビスマスの酸化物、二酸化ケイ素、酸化アルミニ
ウムおよび２価金属酸化物を必須成分とし、励起光の照
射により赤外波長域で蛍光を呈するガラス組成物からな
る。このガラス組成物を熱処理して結晶化ガラスとする
ことにより、さらに熱的安定性が改善される。励起光の
波長は、４００ｎｍから８５０ｎｍの範囲で、蛍光の強
度が最大になる波長は１０００ｎｍから１６００ｎｍの
範囲にある。光増幅媒体としては、波長範囲１０００〜
１４００ｎｍの少なくとも一部の波長領域で増幅利得を
有する。
波長範囲で発光、あるいは光増幅機能を示す希土類を含
まず、かつ安定なガラス材料を得る。 【解決手段】 本発明の発光ガラス体または光増幅媒
体は、ビスマスの酸化物、二酸化ケイ素、酸化アルミニ
ウムおよび２価金属酸化物を必須成分とし、励起光の照
射により赤外波長域で蛍光を呈するガラス組成物からな
る。このガラス組成物を熱処理して結晶化ガラスとする
ことにより、さらに熱的安定性が改善される。励起光の
波長は、４００ｎｍから８５０ｎｍの範囲で、蛍光の強
度が最大になる波長は１０００ｎｍから１６００ｎｍの
範囲にある。光増幅媒体としては、波長範囲１０００〜
１４００ｎｍの少なくとも一部の波長領域で増幅利得を
有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信分野で利
用される赤外波長域での発光体および光増幅媒体に関
し、とくにガラス材料を用いた赤外発光体および光増幅
媒体に関する。
用される赤外波長域での発光体および光増幅媒体に関
し、とくにガラス材料を用いた赤外発光体および光増幅
媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、赤外域で蛍光を呈するガラス材料
として、希土類、例えばＮｄ（ネオジム）、Ｅｒ（エル
ビウム）やＰｒ（プラセオジム）などのイオンを添加し
たガラスや結晶化ガラスがよく知られている。これらの
ガラスを用いたレーザ発光や光増幅については、１９９
０年代頃を中心に精力的に研究開発が行なわれた。その
結果、ガラスレーザやエルビウムドープ光ファイバ増幅
器に代表されるように、実際に大出力レーザ応用や光通
信など種々の分野で利用されている。
として、希土類、例えばＮｄ（ネオジム）、Ｅｒ（エル
ビウム）やＰｒ（プラセオジム）などのイオンを添加し
たガラスや結晶化ガラスがよく知られている。これらの
ガラスを用いたレーザ発光や光増幅については、１９９
０年代頃を中心に精力的に研究開発が行なわれた。その
結果、ガラスレーザやエルビウムドープ光ファイバ増幅
器に代表されるように、実際に大出力レーザ応用や光通
信など種々の分野で利用されている。
【０００３】希土類のイオンを添加したガラス材料の発
光は、希土類イオンの４ｆ電子の輻射遷移によって生じ
る。４ｆ電子は外殻電子によって効果的に遮蔽されてい
るため、発光が得られる波長域が狭い傾向を有する。こ
の傾向は、光増幅に応用する場合に、増幅ができる波長
範囲が狭くなり、レーザとして用いた場合にはレーザ発
振が可能な波長範囲が狭くなる。この特性は、利用でき
る波長範囲が限定されるという重大な欠点となる。
光は、希土類イオンの４ｆ電子の輻射遷移によって生じ
る。４ｆ電子は外殻電子によって効果的に遮蔽されてい
るため、発光が得られる波長域が狭い傾向を有する。こ
の傾向は、光増幅に応用する場合に、増幅ができる波長
範囲が狭くなり、レーザとして用いた場合にはレーザ発
振が可能な波長範囲が狭くなる。この特性は、利用でき
る波長範囲が限定されるという重大な欠点となる。
【０００４】この波長範囲を広げるため、例えば特許文
献１または特許文献２などで開示されているガラス組成
物が提案されている。これらの組成物は、Ｂｉ2Ｏ3を多
量（例えば２０モル％以上）に含み、さらにＥｒを発光
元素として含み、利用できる波長範囲が８０ｎｍ以上と
広いことが特徴である。
献１または特許文献２などで開示されているガラス組成
物が提案されている。これらの組成物は、Ｂｉ2Ｏ3を多
量（例えば２０モル％以上）に含み、さらにＥｒを発光
元素として含み、利用できる波長範囲が８０ｎｍ以上と
広いことが特徴である。
【０００５】また、例えば特許文献３、特許文献４およ
び特許文献５にそれぞれ開示されているガラス組成物が
提案されている。この組成物は、希土類を用いないこと
を特徴とし、ＣｒまたはＮｉを発光元素として含有して
いる。発光の波長幅が広いことが特徴である。
び特許文献５にそれぞれ開示されているガラス組成物が
提案されている。この組成物は、希土類を用いないこと
を特徴とし、ＣｒまたはＮｉを発光元素として含有して
いる。発光の波長幅が広いことが特徴である。
【０００６】さらに特許文献６に開示されているＢｉド
ープ石英ガラスが提案されている。この組成物は、Ｂｉ
がゼオライト中にクラスタ化されていることを特徴と
し、発光の波長幅が広いことを特徴としている。
ープ石英ガラスが提案されている。この組成物は、Ｂｉ
がゼオライト中にクラスタ化されていることを特徴と
し、発光の波長幅が広いことを特徴としている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３１７５６１号公報
【特許文献２】特開２００１−２１３６３６号公報
【特許文献３】特開平６−２９６０５８号公報
【特許文献４】特開２０００−５３４４２号公報
【特許文献５】特開２０００−３０２４７７号公報
【特許文献６】特開平１１−２９３３４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記Ｂｉを多
量に含むガラス組成物は、発光の起源がＥｒであるた
め、発光波長範囲を広げることができるが、１００ｎｍ
程度が限度であり、それ以上に広い波長範囲で発光させ
ることは困難である。さらに、それらの組成物は屈折率
が約２と非常に高く、通常光通信で用いられている石英
ガラス製光ファイバとの接続時に界面での反射などの問
題が生じやすい、という欠点がある。
量に含むガラス組成物は、発光の起源がＥｒであるた
め、発光波長範囲を広げることができるが、１００ｎｍ
程度が限度であり、それ以上に広い波長範囲で発光させ
ることは困難である。さらに、それらの組成物は屈折率
が約２と非常に高く、通常光通信で用いられている石英
ガラス製光ファイバとの接続時に界面での反射などの問
題が生じやすい、という欠点がある。
【０００９】また、上記Ｃｒを含むガラス組成物は、Ａ
ｌ2Ｏ3を主成分とし、その組成にガラス形成能力のある
成分がまったく含まれていないか、あるいは少量（２０
モル％以下）しか含まれていない。したがって、このガ
ラス組成物はガラス形成能力が低く、ガラスの融解時ま
たは成型時に極めて失透しやすいという大きな欠点があ
る。
ｌ2Ｏ3を主成分とし、その組成にガラス形成能力のある
成分がまったく含まれていないか、あるいは少量（２０
モル％以下）しか含まれていない。したがって、このガ
ラス組成物はガラス形成能力が低く、ガラスの融解時ま
たは成型時に極めて失透しやすいという大きな欠点があ
る。
【００１０】上記Ｎｉを含むガラス組成物は、組成物中
にＮｉ+イオン、Ｎｉ2+イオンを含む微細結晶、あるい
は６配位構造をとるＮｉイオン、のいずれか一つまたは
それら複数を含有させることが必要で、同時に金属Ｎｉ
の微粒子が析出する。したがって、このガラス組成物は
金属Ｎｉの析出による失透、あるいは透明性の喪失が起
こりやすいという欠点がある。
にＮｉ+イオン、Ｎｉ2+イオンを含む微細結晶、あるい
は６配位構造をとるＮｉイオン、のいずれか一つまたは
それら複数を含有させることが必要で、同時に金属Ｎｉ
の微粒子が析出する。したがって、このガラス組成物は
金属Ｎｉの析出による失透、あるいは透明性の喪失が起
こりやすいという欠点がある。
【００１１】さらに、Ｂｉがクラスタ化されている石英
ガラスは、Ｂｉがクラスタ化、つまり互いに極めて近接
しているため、近接Ｂｉ間でのエネルギーの失活が起こ
りやすく、光増幅の効率が低い。また、この石英ガラス
はゾルゲル法を用い、ゲルを乾燥してガラス化するた
め、乾燥時の収縮・焼結時のクラックなどの発生が甚だ
しく、大型のガラス、あるいは光ファイバを安定的に製
造することが困難という大きな欠点がある。
ガラスは、Ｂｉがクラスタ化、つまり互いに極めて近接
しているため、近接Ｂｉ間でのエネルギーの失活が起こ
りやすく、光増幅の効率が低い。また、この石英ガラス
はゾルゲル法を用い、ゲルを乾燥してガラス化するた
め、乾燥時の収縮・焼結時のクラックなどの発生が甚だ
しく、大型のガラス、あるいは光ファイバを安定的に製
造することが困難という大きな欠点がある。
【００１２】したがって光通信分野で使用される波長の
うち、現状ではＮｄ、Ｅｒ、Ｐｒといった希土類元素で
カバーできる波長範囲の光増幅媒体しかなく、これ以外
の広い波長域では伝送損失を光増幅によって補償できな
いため、光通信用の波長として利用しにくいという問題
があった。
うち、現状ではＮｄ、Ｅｒ、Ｐｒといった希土類元素で
カバーできる波長範囲の光増幅媒体しかなく、これ以外
の広い波長域では伝送損失を光増幅によって補償できな
いため、光通信用の波長として利用しにくいという問題
があった。
【００１３】本発明は、このような従来技術における問
題点に着目してなされたものであり、その目的とすると
ころは、赤外波長域、とくに光通信に用いられる広い波
長範囲で発光、あるいは光増幅機能を示す安定なガラス
材料を提供することにある。
題点に着目してなされたものであり、その目的とすると
ころは、赤外波長域、とくに光通信に用いられる広い波
長範囲で発光、あるいは光増幅機能を示す安定なガラス
材料を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ガラス体ま
たは光増幅媒体は、ビスマスの酸化物、二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2）および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）およ
び２価金属酸化物を必須成分とし、励起光の照射により
赤外波長域で蛍光を呈するガラス組成物からなる。上記
の２価金属酸化物は、少なくともＭｇＯ、ＣａＯ、Ｓｒ
Ｏ、ＢａＯ、ＺｎＯの何れか１つであることが望まし
い。
たは光増幅媒体は、ビスマスの酸化物、二酸化ケイ素
（ＳｉＯ2）および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）およ
び２価金属酸化物を必須成分とし、励起光の照射により
赤外波長域で蛍光を呈するガラス組成物からなる。上記
の２価金属酸化物は、少なくともＭｇＯ、ＣａＯ、Ｓｒ
Ｏ、ＢａＯ、ＺｎＯの何れか１つであることが望まし
い。
【００１５】励起光の波長は、４００ｎｍから８５０ｎ
ｍの範囲であるが、４００ｎｍから６００ｎｍおよび６
５０ｎｍから７５０ｎｍの２つの範囲がとくに好まし
い。このとき蛍光の強度が最大になる波長は１０００ｎ
ｍから１６００ｎｍの範囲にある。また、蛍光の強度の
波長に対する半値幅は１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下で
ある。
ｍの範囲であるが、４００ｎｍから６００ｎｍおよび６
５０ｎｍから７５０ｎｍの２つの範囲がとくに好まし
い。このとき蛍光の強度が最大になる波長は１０００ｎ
ｍから１６００ｎｍの範囲にある。また、蛍光の強度の
波長に対する半値幅は１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下で
ある。
【００１６】光増幅媒体としては、波長範囲１０００〜
１６００ｎｍの少なくとも一部の波長領域で増幅利得を
有する。とくに波長範囲１０００〜１４００ｎｍの少な
くとも一部の波長領域で増幅利得を有することが好まし
い。
１６００ｎｍの少なくとも一部の波長領域で増幅利得を
有する。とくに波長範囲１０００〜１４００ｎｍの少な
くとも一部の波長領域で増幅利得を有することが好まし
い。
【００１７】上記のガラス組成物は、酸化物の組成が、
含有率の単位をモル％として、下記で示される範囲にあ
ることが望ましい。 ＳｉＯ2 ５５〜８０ Ａｌ2Ｏ3 ５〜２５ Ｌｉ2Ｏ ０〜１５ Ｎａ2Ｏ ０〜 ５ Ｋ2Ｏ ０〜 ５ ＭｇＯ ０〜４０ ＣａＯ ０〜３０ ＳｒＯ ０〜 ５ ＢａＯ ０〜 ５ ＺｎＯ ０〜２５ ＴｉＯ2 ０〜１０ ＺｒＯ2 ０〜 ５ Ｂ2Ｏ3 ０〜１０ これに加えて、２価金属酸化物の含有率の総和 ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ が、０．１〜４０モル％の範囲にあり、かつ、ビスマス
の酸化物のＢｉ2Ｏ3に換算した含有率が、０．０１〜５
モル％の範囲にあることが望ましい。さらに酸化物とし
てＬｉ2Ｏを含むことがとくに望ましい。上記ガラス組
成物を母ガラスとする透明結晶化ガラスを形成でき、こ
れを本発明の赤外発光体または光増幅媒体に適用でき
る。
含有率の単位をモル％として、下記で示される範囲にあ
ることが望ましい。 ＳｉＯ2 ５５〜８０ Ａｌ2Ｏ3 ５〜２５ Ｌｉ2Ｏ ０〜１５ Ｎａ2Ｏ ０〜 ５ Ｋ2Ｏ ０〜 ５ ＭｇＯ ０〜４０ ＣａＯ ０〜３０ ＳｒＯ ０〜 ５ ＢａＯ ０〜 ５ ＺｎＯ ０〜２５ ＴｉＯ2 ０〜１０ ＺｒＯ2 ０〜 ５ Ｂ2Ｏ3 ０〜１０ これに加えて、２価金属酸化物の含有率の総和 ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ が、０．１〜４０モル％の範囲にあり、かつ、ビスマス
の酸化物のＢｉ2Ｏ3に換算した含有率が、０．０１〜５
モル％の範囲にあることが望ましい。さらに酸化物とし
てＬｉ2Ｏを含むことがとくに望ましい。上記ガラス組
成物を母ガラスとする透明結晶化ガラスを形成でき、こ
れを本発明の赤外発光体または光増幅媒体に適用でき
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて詳細に説明する。本発明の赤外域の広い波長範囲で
発光、あるいは光増幅機能を示すガラス材料はＢｉを含
有するガラスおよびその結晶化ガラスである。発明者ら
が見いだしたそのガラス組成物はＢｉ2Ｏ3およびＳｉＯ
2、Ａｌ2Ｏ3、２価金属酸化物を必須成分とし、安定に
ガラス組成物を得ることができ、またそのガラス組成物
を母ガラスとする透明結晶化ガラスを得ることができ
た。
いて詳細に説明する。本発明の赤外域の広い波長範囲で
発光、あるいは光増幅機能を示すガラス材料はＢｉを含
有するガラスおよびその結晶化ガラスである。発明者ら
が見いだしたそのガラス組成物はＢｉ2Ｏ3およびＳｉＯ
2、Ａｌ2Ｏ3、２価金属酸化物を必須成分とし、安定に
ガラス組成物を得ることができ、またそのガラス組成物
を母ガラスとする透明結晶化ガラスを得ることができ
た。
【００１９】さらに、より容易に赤外発光を生じさせ、
光増幅機能を起こさせるためには、本発明のガラス組成
物および結晶化ガラスには、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム
（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）から選ばれる１種類または２種類以上の２価金属酸
化物が含まれることが好ましく、さらに酸化リチウム
（Ｌｉ2Ｏ）を同時に含むことがより好ましい。
光増幅機能を起こさせるためには、本発明のガラス組成
物および結晶化ガラスには、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム
（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）から選ばれる１種類または２種類以上の２価金属酸
化物が含まれることが好ましく、さらに酸化リチウム
（Ｌｉ2Ｏ）を同時に含むことがより好ましい。
【００２０】本発明のガラス組成物および結晶化ガラス
は、赤外域における発光が、波長１０００ｎｍから１６
００ｎｍに極めて広い範囲に及び、しかも強い発光強度
と長い蛍光寿命を示した。これは光増幅機能やレーザ機
能の発現に好ましい。
は、赤外域における発光が、波長１０００ｎｍから１６
００ｎｍに極めて広い範囲に及び、しかも強い発光強度
と長い蛍光寿命を示した。これは光増幅機能やレーザ機
能の発現に好ましい。
【００２１】また、本発明のガラス組成物および結晶化
ガラスは、光透過スペクトルの３つの波長範囲、４５０
〜５５０ｎｍ、６６０〜７５０ｎｍのうちのいずれかの
範囲に光吸収ピークをもち、また４５０〜５５０ｎｍの
範囲の光吸収ピークの波長において、光吸収の吸光係数
のベースラインのそれに対する比が０．１以上であるた
め、光励起が容易であるという効果が得られる。
ガラスは、光透過スペクトルの３つの波長範囲、４５０
〜５５０ｎｍ、６６０〜７５０ｎｍのうちのいずれかの
範囲に光吸収ピークをもち、また４５０〜５５０ｎｍの
範囲の光吸収ピークの波長において、光吸収の吸光係数
のベースラインのそれに対する比が０．１以上であるた
め、光励起が容易であるという効果が得られる。
【００２２】本発明のガラス組成物については、上記の
透過スペクトルのほか、光増幅特性の基礎となる蛍光ス
ペクトル、蛍光寿命を評価し、さらに光増幅特性および
発光特性を評価した。そのほか、基本的な特性として、
屈折率、熱膨張係数、ガラス転移点および屈伏点を測定
した。主な測定、評価方法を以下に説明する。
透過スペクトルのほか、光増幅特性の基礎となる蛍光ス
ペクトル、蛍光寿命を評価し、さらに光増幅特性および
発光特性を評価した。そのほか、基本的な特性として、
屈折率、熱膨張係数、ガラス転移点および屈伏点を測定
した。主な測定、評価方法を以下に説明する。
【００２３】（光透過・吸収スペクトル）試料ガラスを
切断し、２０ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ３ｍｍの平行平板に
なるように表面を鏡面研磨し板状試料を作製した。市販
の分光光度計を用い、板状試料の光透過スペクトルを波
長２９０〜２５００ｎｍの範囲で測定した。同時に光透
過スペクトルの波長４５０〜５５０ｎｍ、６５０〜７５
０ｎｍのそれぞれの範囲に光吸収ピークが現れているか
どうかを観察した。
切断し、２０ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ３ｍｍの平行平板に
なるように表面を鏡面研磨し板状試料を作製した。市販
の分光光度計を用い、板状試料の光透過スペクトルを波
長２９０〜２５００ｎｍの範囲で測定した。同時に光透
過スペクトルの波長４５０〜５５０ｎｍ、６５０〜７５
０ｎｍのそれぞれの範囲に光吸収ピークが現れているか
どうかを観察した。
【００２４】また、光透過スペクトルを、モル吸光係数
に換算して（つまり、ビスマスの酸化物をＢｉ2Ｏ3に換
算し、Ｂｉ2Ｏ3を１モル％含み、光路長が１ｃｍである
ときの吸光係数に換算した）光吸収スペクトルを求め、
光吸収ピークの両側に接線を引いてベースラインとし、
光吸収ピークのベースラインに対する吸収係数の比を求
めた。
に換算して（つまり、ビスマスの酸化物をＢｉ2Ｏ3に換
算し、Ｂｉ2Ｏ3を１モル％含み、光路長が１ｃｍである
ときの吸光係数に換算した）光吸収スペクトルを求め、
光吸収ピークの両側に接線を引いてベースラインとし、
光吸収ピークのベースラインに対する吸収係数の比を求
めた。
【００２５】（蛍光スペクトル）蛍光スペクトルは上記
と同じ板状試料を用い、市販の分光蛍光光度計により測
定した。 励起光の波長は、５００ｎｍ、７００ｎｍお
よび近赤外域の８３３ｎｍの３種類とし、それぞれの励
起波長の下で、蛍光の発光の波長は８００ｎｍ〜１６０
０ｎｍの範囲について測定した。 なお、測定時の試料
温度は室温である。 測定された蛍光スペクトルに現れ
た発光ピーク波長、および発光強度がピーク値の半分以
上になる波長幅（以下半値全幅と呼ぶ）、および発光ピ
ーク波長における発光強度を求めた。発光強度は任意単
位ではあるが、試料形状および測定時の試料の設置位置
を同一としているため、強度の比較が可能である。
と同じ板状試料を用い、市販の分光蛍光光度計により測
定した。 励起光の波長は、５００ｎｍ、７００ｎｍお
よび近赤外域の８３３ｎｍの３種類とし、それぞれの励
起波長の下で、蛍光の発光の波長は８００ｎｍ〜１６０
０ｎｍの範囲について測定した。 なお、測定時の試料
温度は室温である。 測定された蛍光スペクトルに現れ
た発光ピーク波長、および発光強度がピーク値の半分以
上になる波長幅（以下半値全幅と呼ぶ）、および発光ピ
ーク波長における発光強度を求めた。発光強度は任意単
位ではあるが、試料形状および測定時の試料の設置位置
を同一としているため、強度の比較が可能である。
【００２６】（蛍光寿命）蛍光寿命も上記と同じ板状試
料を用いて分光蛍光光度計により測定した。波長５００
ｎｍのパルス光によって励起し、波長１１４０ｎｍでの
発光の時間的減衰を測定した。その減衰曲線に対して指
数関数をフィッティングすることにより蛍光寿命を算出
した。
料を用いて分光蛍光光度計により測定した。波長５００
ｎｍのパルス光によって励起し、波長１１４０ｎｍでの
発光の時間的減衰を測定した。その減衰曲線に対して指
数関数をフィッティングすることにより蛍光寿命を算出
した。
【００２７】（光増幅特性）光増幅特性の測定装置を図
１に示す。光増幅のエネルギー源となる励起光の波長は
５３２ｎｍ、増幅すべき信号光の波長は１０６４ｎｍお
よび１３１４ｎｍの２種類を用いた。基本的な構成は、
励起光と信号光とを試料ガラス中で空間的に重ね、試料
ガラスを透過してきた信号光の強度の変化を測定するも
のである。
１に示す。光増幅のエネルギー源となる励起光の波長は
５３２ｎｍ、増幅すべき信号光の波長は１０６４ｎｍお
よび１３１４ｎｍの２種類を用いた。基本的な構成は、
励起光と信号光とを試料ガラス中で空間的に重ね、試料
ガラスを透過してきた信号光の強度の変化を測定するも
のである。
【００２８】波長５３２ｎｍの励起光２０の光源２６に
は半導体レーザ（ＬＤ）励起Ｎｄ−ＹＡＧ緑色レーザか
らの連続光を用いた。励起光は焦点距離３００ｍｍの凸
レンズ５２で集光し、試料ガラス１０の厚み方向中央部
に焦点位置６２がくるように調整した。
は半導体レーザ（ＬＤ）励起Ｎｄ−ＹＡＧ緑色レーザか
らの連続光を用いた。励起光は焦点距離３００ｍｍの凸
レンズ５２で集光し、試料ガラス１０の厚み方向中央部
に焦点位置６２がくるように調整した。
【００２９】一方信号光３０は、波長が１０６４ｎｍの
場合には、励起光源２６とは別の半導体レーザ励起Ｎｄ
−ＹＡＧレーザを光源３６とし、パルス幅数ｎｓのパル
ス光を用いた。波長が１３１４ｎｍの場合には、その波
長の半導体レーザからの連続光を用いた。信号光３０
は、励起光２０とは逆方向から試料ガラス１０に入射す
るようにし、焦点距離５００ｍｍまたは１０００ｍｍの
凸レンズ５４で集光して試料ガラス１０の厚み方向中央
部に焦点位置がくるように調整した。両レンズ５２、５
４の焦点距離の組み合わせは、信号光ビームが通過する
空間が励起光ビームが通過する空間内に十分含まれるよ
うに選択した。
場合には、励起光源２６とは別の半導体レーザ励起Ｎｄ
−ＹＡＧレーザを光源３６とし、パルス幅数ｎｓのパル
ス光を用いた。波長が１３１４ｎｍの場合には、その波
長の半導体レーザからの連続光を用いた。信号光３０
は、励起光２０とは逆方向から試料ガラス１０に入射す
るようにし、焦点距離５００ｍｍまたは１０００ｍｍの
凸レンズ５４で集光して試料ガラス１０の厚み方向中央
部に焦点位置がくるように調整した。両レンズ５２、５
４の焦点距離の組み合わせは、信号光ビームが通過する
空間が励起光ビームが通過する空間内に十分含まれるよ
うに選択した。
【００３０】また、信号光３０と励起光２０の合波・分
波は、反射鏡７２、７４を利用して行った。基本的な光
学系は、図１に示すように励起光２０は反射鏡７４、７
２を通過するように、信号光３０は反射させるように構
成した。
波は、反射鏡７２、７４を利用して行った。基本的な光
学系は、図１に示すように励起光２０は反射鏡７４、７
２を通過するように、信号光３０は反射させるように構
成した。
【００３１】信号光波長が１０６４ｎｍの場合は、信号
光の反射鏡として、通常の透明な板ガラスを用いた。透
明な板ガラスの場合、表面で数％の反射が生じるので、
それを利用した。光源（Ｎｄ−ＹＡＧレーザ）３６から
出た波長１０６４ｎｍの信号光３０は、反射鏡７２で一
部が反射され、試料ガラス１０中に入射され、これを透
過した信号光３２、すなわち増幅された信号光は反射鏡
７４でその一部が反射され、レンズ５６を介して光検出
系８０に導かれる。
光の反射鏡として、通常の透明な板ガラスを用いた。透
明な板ガラスの場合、表面で数％の反射が生じるので、
それを利用した。光源（Ｎｄ−ＹＡＧレーザ）３６から
出た波長１０６４ｎｍの信号光３０は、反射鏡７２で一
部が反射され、試料ガラス１０中に入射され、これを透
過した信号光３２、すなわち増幅された信号光は反射鏡
７４でその一部が反射され、レンズ５６を介して光検出
系８０に導かれる。
【００３２】２枚の反射鏡７２、７４における波長１０
６４ｎｍの光の反射率は高くはないが、信号光３０はパ
ルス光であり、その尖頭値が非常に大きい（レーザの出
射位置でメガワットクラス）のため、測定は容易であ
る。なお、励起光２０は反射鏡７４をほとんど損失なく
通過して試料ガラス１０に達する。試料で光増幅に寄与
しなかった励起光２２は、反射鏡７２に達するが、この
反射鏡での反射量はわずかであるので、信号光光源３６
に悪影響を与えることはない。
６４ｎｍの光の反射率は高くはないが、信号光３０はパ
ルス光であり、その尖頭値が非常に大きい（レーザの出
射位置でメガワットクラス）のため、測定は容易であ
る。なお、励起光２０は反射鏡７４をほとんど損失なく
通過して試料ガラス１０に達する。試料で光増幅に寄与
しなかった励起光２２は、反射鏡７２に達するが、この
反射鏡での反射量はわずかであるので、信号光光源３６
に悪影響を与えることはない。
【００３３】信号光波長が１０６４ｎｍの場合の光検出
系８０の詳細を図２に示す。遮光カバー８８で覆った光
検出系８０に導かれた信号光３２を、可視光カットフィ
ルタ８２を通し、さらに波長１０６４ｎｍの光のみ通過
する干渉フィルタ８４を用いて信号光成分以外の光を除
去する。信号光は光検出器８６で光信号強度に対応した
電気信号９２に変換され、オシロスコープ９０上に表示
される。光検出器８６としてはＳｉ系フォトダイオード
を使用することができる。
系８０の詳細を図２に示す。遮光カバー８８で覆った光
検出系８０に導かれた信号光３２を、可視光カットフィ
ルタ８２を通し、さらに波長１０６４ｎｍの光のみ通過
する干渉フィルタ８４を用いて信号光成分以外の光を除
去する。信号光は光検出器８６で光信号強度に対応した
電気信号９２に変換され、オシロスコープ９０上に表示
される。光検出器８６としてはＳｉ系フォトダイオード
を使用することができる。
【００３４】信号光の波長が１３１４ｎｍの場合は、反
射鏡７２、７４として、波長１３１４ｎｍに対して高反
射率をもつ誘電体多層膜を用いた。波長１３１４ｎｍの
ＬＤから出射された信号光３０は、反射鏡７２で反射さ
れ、試料ガラス１０中に入射される。光増幅された信号
光３２は反射鏡７４で反射されて光検出系８０に導かれ
る。励起光２０は反射鏡７４をほとんど損失なく通過し
て試料ガラス１０に達する。試料で光増幅に寄与しなか
った励起光２２は、反射鏡７２に達し、わずかに反射さ
れる。この反射光が信号光光源３０に入射するのを防ぐ
ため、波長５３２ｎｍに対して高反射率をもつように構
成した誘電体多層膜（図示しない）を挿入した。
射鏡７２、７４として、波長１３１４ｎｍに対して高反
射率をもつ誘電体多層膜を用いた。波長１３１４ｎｍの
ＬＤから出射された信号光３０は、反射鏡７２で反射さ
れ、試料ガラス１０中に入射される。光増幅された信号
光３２は反射鏡７４で反射されて光検出系８０に導かれ
る。励起光２０は反射鏡７４をほとんど損失なく通過し
て試料ガラス１０に達する。試料で光増幅に寄与しなか
った励起光２２は、反射鏡７２に達し、わずかに反射さ
れる。この反射光が信号光光源３０に入射するのを防ぐ
ため、波長５３２ｎｍに対して高反射率をもつように構
成した誘電体多層膜（図示しない）を挿入した。
【００３５】信号光波長が１３１４ｎｍの場合の光検出
系８０の詳細を図３に示す。光検出系８０に導かれた信
号光３２は、焦点距離の長い（１０００ｍｍ）のレンズ
５８でピンホール８３上に集光される。ピンホールを通
すことで信号光以外の方向に進む成分、すなわちＡＳＥ
光および散乱光成分を除去できる。さらに分光プリズム
５５を通過させることにより、波長５３２ｎｍの励起光
成分を除去し、信号光成分のみを光検出器８６に入射す
る。光信号はそれに対応した電気信号９２に変換され、
オシロスコープ９０上に表示される。光検出器８６とし
てはＧｅ系フォトダイオードを使用することができる。
系８０の詳細を図３に示す。光検出系８０に導かれた信
号光３２は、焦点距離の長い（１０００ｍｍ）のレンズ
５８でピンホール８３上に集光される。ピンホールを通
すことで信号光以外の方向に進む成分、すなわちＡＳＥ
光および散乱光成分を除去できる。さらに分光プリズム
５５を通過させることにより、波長５３２ｎｍの励起光
成分を除去し、信号光成分のみを光検出器８６に入射す
る。光信号はそれに対応した電気信号９２に変換され、
オシロスコープ９０上に表示される。光検出器８６とし
てはＧｅ系フォトダイオードを使用することができる。
【００３６】図１に示した光学系では、励起光２０の進
行方向と信号光３０の進行方向とが逆向きであるが、こ
れに限定されるものではなく、例えば両方の光の進行方
向を一致させてもよい。
行方向と信号光３０の進行方向とが逆向きであるが、こ
れに限定されるものではなく、例えば両方の光の進行方
向を一致させてもよい。
【００３７】上述の光学系を用いた光増幅の測定は以下
のようにして行った。試料ガラス１０を平行平板になる
ように両面を鏡面研磨しブロック状試料を作製した。試
料ガラスの厚みは、励起光の波長、例えば波長５２３ｎ
ｍにおいて、透過率が約９５％になる厚みとした。この
試料ガラス１０を図１の位置にセットし、信号光３０と
励起光２０とが試料中でよく重なるように調整を行っ
た。
のようにして行った。試料ガラス１０を平行平板になる
ように両面を鏡面研磨しブロック状試料を作製した。試
料ガラスの厚みは、励起光の波長、例えば波長５２３ｎ
ｍにおいて、透過率が約９５％になる厚みとした。この
試料ガラス１０を図１の位置にセットし、信号光３０と
励起光２０とが試料中でよく重なるように調整を行っ
た。
【００３８】まず、信号光３０を試料ガラス１０に照射
し、試料ガラスを透過してきた信号光３２の強度をオシ
ロスコープ９０で測定する。つぎに、信号光３０の照射
を続けたまま、励起光２０を試料ガラス１０に照射し、
同様に信号光３２の強度をオシロスコープ９０で測定し
た。信号光だけを照射したときと、信号光と励起光とを
同時に照射したときの、透過信号光の強度を比較するこ
とにより、光増幅現象を確認することができる。以下、
実施例および比較例により、この発明をさらに詳細に説
明する。
し、試料ガラスを透過してきた信号光３２の強度をオシ
ロスコープ９０で測定する。つぎに、信号光３０の照射
を続けたまま、励起光２０を試料ガラス１０に照射し、
同様に信号光３２の強度をオシロスコープ９０で測定し
た。信号光だけを照射したときと、信号光と励起光とを
同時に照射したときの、透過信号光の強度を比較するこ
とにより、光増幅現象を確認することができる。以下、
実施例および比較例により、この発明をさらに詳細に説
明する。
【００３９】（実施例１〜２３）表１、表２に示した各
組成成分の含有率となるように、通常のガラス原料であ
るシリカ、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、
炭酸カリウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭
酸ストロンチウム、炭酸バリウム、チタニア、ジルコニ
ア、酸化ホウ素、および三酸化ビスマスなどを用いてバ
ッチを調合した。
組成成分の含有率となるように、通常のガラス原料であ
るシリカ、アルミナ、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、
炭酸カリウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭
酸ストロンチウム、炭酸バリウム、チタニア、ジルコニ
ア、酸化ホウ素、および三酸化ビスマスなどを用いてバ
ッチを調合した。
【００４０】なお、三酸化ビスマスの不要な還元の防止
と、ガラスの清澄を目的として、ＭｇＯ成分の一部を試
薬として市販されている硫酸マグネシウム（ＭｇＳ
Ｏ4）に振り替え、またガラス組成にＮａ2Ｏが含まれて
いる場合は、Ｎａ2Ｏ成分の一部を硫酸ナトリウム（ボ
ウ硝、Ｎａ2ＳＯ4）に振り替えて導入した。振り替えた
硫酸マグネシウムや硫酸ナトリウムの量は、三酸化ビス
マスに対するモル比で１／２０とした。
と、ガラスの清澄を目的として、ＭｇＯ成分の一部を試
薬として市販されている硫酸マグネシウム（ＭｇＳ
Ｏ4）に振り替え、またガラス組成にＮａ2Ｏが含まれて
いる場合は、Ｎａ2Ｏ成分の一部を硫酸ナトリウム（ボ
ウ硝、Ｎａ2ＳＯ4）に振り替えて導入した。振り替えた
硫酸マグネシウムや硫酸ナトリウムの量は、三酸化ビス
マスに対するモル比で１／２０とした。
【００４１】調合したバッチを白金ルツボを用いて１６
００℃で１８時間保持し、その後鉄板上に流し出した。
流し出したガラス熔融液は１０数秒で固化し、このガラ
スを電気炉中で８００℃、３０分保持した後、炉の電源
を切り、室温まで放冷して試料ガラスとした。
００℃で１８時間保持し、その後鉄板上に流し出した。
流し出したガラス熔融液は１０数秒で固化し、このガラ
スを電気炉中で８００℃、３０分保持した後、炉の電源
を切り、室温まで放冷して試料ガラスとした。
【００４２】つぎに、上記試料ガラスを用いて色調、透
過スペクトル、蛍光スペクトル、蛍光寿命、屈折率、熱
膨張係数、ガラス転移点および屈伏点を以下のように測
定し、結果を表１、表２に示した。
過スペクトル、蛍光スペクトル、蛍光寿命、屈折率、熱
膨張係数、ガラス転移点および屈伏点を以下のように測
定し、結果を表１、表２に示した。
【００４３】実施例１〜２３のガラスは、表１、表２に
示すように、何れも目視観察において赤色ないし赤褐色
を示した。これらの試料ガラスは、図４に示すように、
波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ、および６５０〜７５０ｎ
ｍの範囲に光吸収ピークを示した。図４は実施例１およ
び４の例を示しているが、実施例１〜２３のいずれも同
様な特性を示した。
示すように、何れも目視観察において赤色ないし赤褐色
を示した。これらの試料ガラスは、図４に示すように、
波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ、および６５０〜７５０ｎ
ｍの範囲に光吸収ピークを示した。図４は実施例１およ
び４の例を示しているが、実施例１〜２３のいずれも同
様な特性を示した。
【００４４】図５は光透過スペクトルから求めた光吸収
ピークの例を示している。図示するようにベースライン
を引き、光吸収ピークのベースラインに対する吸収係数
の比の求めた。波長４５０〜５５０ｎｍの範囲にある光
吸収ピークの波長において、光吸収の吸光係数のベース
ラインのそれに対する比が０．１以上であった。図５は
実施例７および１１について示したが、表１、表２に示
すように、実施例１〜２３はほぼ同様の特性を示した。
ピークの例を示している。図示するようにベースライン
を引き、光吸収ピークのベースラインに対する吸収係数
の比の求めた。波長４５０〜５５０ｎｍの範囲にある光
吸収ピークの波長において、光吸収の吸光係数のベース
ラインのそれに対する比が０．１以上であった。図５は
実施例７および１１について示したが、表１、表２に示
すように、実施例１〜２３はほぼ同様の特性を示した。
【００４５】実施例１〜２３のすべてのガラスにおい
て、表１、表２に示すように赤外域での蛍光が観測され
た。図６には実施例１０の蛍光スペクトルを示す。波長
５００ｎｍ、７００ｎｍ、８３３ｎｍの各波長の光照射
による励起によって、波長１０００〜１６００ｎｍに及
ぶ波長範囲の極めて広い発光が得られている。
て、表１、表２に示すように赤外域での蛍光が観測され
た。図６には実施例１０の蛍光スペクトルを示す。波長
５００ｎｍ、７００ｎｍ、８３３ｎｍの各波長の光照射
による励起によって、波長１０００〜１６００ｎｍに及
ぶ波長範囲の極めて広い発光が得られている。
【００４６】さらに、発光半値全幅については、実施例
１５のガラスを８３３ｎｍの波長の光で励起した場合、
本実施例中最大の波長幅３４９ｎｍが得られた。その他
全ての実施例においても波長幅１５０ｎｍ以上であり、
本発明のガラスは広い波長範囲で強く発光していると言
える。
１５のガラスを８３３ｎｍの波長の光で励起した場合、
本実施例中最大の波長幅３４９ｎｍが得られた。その他
全ての実施例においても波長幅１５０ｎｍ以上であり、
本発明のガラスは広い波長範囲で強く発光していると言
える。
【００４７】算出した蛍光寿命の値も表１、表２に同時
に示した。実施例１８では蛍光寿命は５０８μｓに達す
る長寿命を示し、その他の実施例１、３、４、７、９、
１０、１２〜２２において、２００μｓ以上の長い蛍光
寿命が得られている。すなわち、本発明のガラスは効率
よく赤外域で発光していることが分かる。
に示した。実施例１８では蛍光寿命は５０８μｓに達す
る長寿命を示し、その他の実施例１、３、４、７、９、
１０、１２〜２２において、２００μｓ以上の長い蛍光
寿命が得られている。すなわち、本発明のガラスは効率
よく赤外域で発光していることが分かる。
【００４８】さらに、本発明のガラスの光増幅特性を測
定した。図７は実施例１０のガラスに対して、波長１０
６４ｎｍの信号光のみを照射した場合と、波長１０６４
ｎｍの信号光に加えて５３２ｎｍのレーザ光を重ねて照
射した場合について、それぞれ観測された透過光強度を
示している。信号光だけを照射したときに比べ、波長５
３２ｎｍの光を同時に照射したときの方が、透過光強度
が明らかに増加しており、光増幅の効果を確認すること
ができる。
定した。図７は実施例１０のガラスに対して、波長１０
６４ｎｍの信号光のみを照射した場合と、波長１０６４
ｎｍの信号光に加えて５３２ｎｍのレーザ光を重ねて照
射した場合について、それぞれ観測された透過光強度を
示している。信号光だけを照射したときに比べ、波長５
３２ｎｍの光を同時に照射したときの方が、透過光強度
が明らかに増加しており、光増幅の効果を確認すること
ができる。
【００４９】また、図８は上記と同じ実験を、信号光の
波長を１３１４ｎｍのレーザ光に変えて行った結果を示
す。信号光波長が１０６４ｎｍの場合と同様に、信号光
だけを照射したときに比べ、波長５３２ｎｍの光を同時
に照射したときの方が、透過してきた信号光の強度が明
らかに増加しており、信号光波長が１３１４ｎｍの場合
にも、光増幅の効果を確認することができる。
波長を１３１４ｎｍのレーザ光に変えて行った結果を示
す。信号光波長が１０６４ｎｍの場合と同様に、信号光
だけを照射したときに比べ、波長５３２ｎｍの光を同時
に照射したときの方が、透過してきた信号光の強度が明
らかに増加しており、信号光波長が１３１４ｎｍの場合
にも、光増幅の効果を確認することができる。
【００５０】また、このガラスの発光が最大になる発光
波長は約１１４０ｎｍであり、１０６４ｎｍと同じ発光
強度になる波長は約１３５０ｎｍであるため、少なくと
も１０６４ｎｍから１３５０ｎｍにわたる波長範囲のな
かで、２５０ｎｍ以上の波長範囲で光増幅を行なわせる
ことが可能である。これ以外の実施例１〜２３について
も同様の結果を得た。
波長は約１１４０ｎｍであり、１０６４ｎｍと同じ発光
強度になる波長は約１３５０ｎｍであるため、少なくと
も１０６４ｎｍから１３５０ｎｍにわたる波長範囲のな
かで、２５０ｎｍ以上の波長範囲で光増幅を行なわせる
ことが可能である。これ以外の実施例１〜２３について
も同様の結果を得た。
【００５１】（実施例２４）実施例２４は、結晶化ガラ
スの例である。その製法と特性について以下に説明す
る。実施例１１のガラスに対して、７８０℃に設定した
電気炉の中で１時間保持し、その後、電気炉内の温度を
５℃/分で昇温して８５０℃にまで上げてさらに１時間
保持し、炉の電源を切り室温まで冷却する処理を施した
ものである。
スの例である。その製法と特性について以下に説明す
る。実施例１１のガラスに対して、７８０℃に設定した
電気炉の中で１時間保持し、その後、電気炉内の温度を
５℃/分で昇温して８５０℃にまで上げてさらに１時間
保持し、炉の電源を切り室温まで冷却する処理を施した
ものである。
【００５２】上記の熱処理によって、試料ガラスは変形
することなく、また色調も熱処理前とほとんど変化しな
かった。しかし、熱処理後のガラスのガラス転移点およ
び屈伏点を測定すると、熱膨張曲線には室温から１００
０℃までの間に変曲点や極大値がみられなかった。 こ
のことから熱処理によって結晶化ガラスが得られ、さら
にこの結晶化ガラスは耐熱性に優れるものであることが
分かる。
することなく、また色調も熱処理前とほとんど変化しな
かった。しかし、熱処理後のガラスのガラス転移点およ
び屈伏点を測定すると、熱膨張曲線には室温から１００
０℃までの間に変曲点や極大値がみられなかった。 こ
のことから熱処理によって結晶化ガラスが得られ、さら
にこの結晶化ガラスは耐熱性に優れるものであることが
分かる。
【００５３】この実施例２４の結晶化ガラスに対して
も、上記の各測定を行ない、その結果を同じく表２に記
載した。表２に見られるように、 波長４５０ｎｍ〜５
５０ｎｍ、および６５０〜７５０ｎｍの各々の範囲に光
吸収ピークを示した。また５００ｎｍ、７００ｎｍ、８
３３ｎｍの各波長の光照射による励起によって、波長１
０００〜１６００ｎｍに及ぶ極めて広い波長範囲の発光
が得られ、 しかも蛍光寿命も２０３μｓと長く、高効
率で赤外発光および光増幅の効果を得た。
も、上記の各測定を行ない、その結果を同じく表２に記
載した。表２に見られるように、 波長４５０ｎｍ〜５
５０ｎｍ、および６５０〜７５０ｎｍの各々の範囲に光
吸収ピークを示した。また５００ｎｍ、７００ｎｍ、８
３３ｎｍの各波長の光照射による励起によって、波長１
０００〜１６００ｎｍに及ぶ極めて広い波長範囲の発光
が得られ、 しかも蛍光寿命も２０３μｓと長く、高効
率で赤外発光および光増幅の効果を得た。
【００５４】（比較例１〜４）表３に示した組成となる
ように、実施例と同様の方法で試料ガラスを作製した。
ただし、比較例４では、調合したバッチを白金ルツボを
用いて１４５０℃で４時間保持し、その後鉄板上に流し
出した。このガラスを電気炉中、５５０℃で３０分保持
した後、炉の電源を切り、室温まで放冷して徐冷し試料
ガラスとした。
ように、実施例と同様の方法で試料ガラスを作製した。
ただし、比較例４では、調合したバッチを白金ルツボを
用いて１４５０℃で４時間保持し、その後鉄板上に流し
出した。このガラスを電気炉中、５５０℃で３０分保持
した後、炉の電源を切り、室温まで放冷して徐冷し試料
ガラスとした。
【００５５】これらの試料ガラスを用いて、実施例と同
様に色調、透過スペクトル、蛍光スペクトルを測定し、
表３にその結果を示した。比較例１および２では、流し
出した後、徐冷して得た固化物は、表面につやがなく、
内部まで完全に失透しており、ガラスが得られなかっ
た。 比較例３は、得られた試料ガラスは濃褐色を示
し、その透過スペクトルには光吸収ピークが観察され
ず、波長４００ｎｍから８５０ｎｍの何れの波長の光を
照射しても赤外域での発光は観察されなかった。 比較
例４は、一般的なソーダライムガラスであるが、得られ
た試料ガラスは無色透明で、その透過スペクトルにも光
吸収ピークは観察されず、波長４００ｎｍから８５０ｎ
ｍの何れの波長の光を照射しても赤外域での発光は観察
されなかった。
様に色調、透過スペクトル、蛍光スペクトルを測定し、
表３にその結果を示した。比較例１および２では、流し
出した後、徐冷して得た固化物は、表面につやがなく、
内部まで完全に失透しており、ガラスが得られなかっ
た。 比較例３は、得られた試料ガラスは濃褐色を示
し、その透過スペクトルには光吸収ピークが観察され
ず、波長４００ｎｍから８５０ｎｍの何れの波長の光を
照射しても赤外域での発光は観察されなかった。 比較
例４は、一般的なソーダライムガラスであるが、得られ
た試料ガラスは無色透明で、その透過スペクトルにも光
吸収ピークは観察されず、波長４００ｎｍから８５０ｎ
ｍの何れの波長の光を照射しても赤外域での発光は観察
されなかった。
【００５６】以下に実施例、比較例から得られる組成の
限定理由を説明する。まず、ビスマスの酸化物は本発明
のガラス組成物が発光ないし光増幅を呈するための必須
成分である。ビスマスの酸化物は、三酸化ビスマス（Ｂ
ｉ2Ｏ3）あるいは五酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ5）であるこ
とが好ましい。その含有量が０．０１モル％未満の場合
は、ビスマスの酸化物による赤外発光の強度が弱くなり
すぎてしまう。
限定理由を説明する。まず、ビスマスの酸化物は本発明
のガラス組成物が発光ないし光増幅を呈するための必須
成分である。ビスマスの酸化物は、三酸化ビスマス（Ｂ
ｉ2Ｏ3）あるいは五酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ5）であるこ
とが好ましい。その含有量が０．０１モル％未満の場合
は、ビスマスの酸化物による赤外発光の強度が弱くなり
すぎてしまう。
【００５７】一方５モル％を越える場合は、光透過スペ
クトルに波長４５０〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピーク
が現れなくなり、赤外発光が発現しなくなる。つまり、
ビスマスの酸化物を三酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）に換算
した含有量で示して、０．０１〜５モル％であるのが好
ましく、さらには０．０１〜３モル％であることがより
好ましい。
クトルに波長４５０〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピーク
が現れなくなり、赤外発光が発現しなくなる。つまり、
ビスマスの酸化物を三酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）に換算
した含有量で示して、０．０１〜５モル％であるのが好
ましく、さらには０．０１〜３モル％であることがより
好ましい。
【００５８】また、ガラスを溶融する途中でビスマス酸
化物の一部が還元された場合、そのガラス組成物は赤外
域で発光しなくなり、また濃褐色ないし黒色を呈するよ
うになる。しかも白金あるいは白金系合金製の溶融容器
（ルツボなど）が侵食される可能性があるため、ガラス
原料の一部には、金属硫酸塩や金属硝酸塩など、酸化性
の高い原料を用いることが好ましい。なお、金属硫酸塩
や金属硝酸塩などとして用いるべき原料の量は、モル比
で表示して、ビスマス酸化物の１／２０以上であること
が好ましい。
化物の一部が還元された場合、そのガラス組成物は赤外
域で発光しなくなり、また濃褐色ないし黒色を呈するよ
うになる。しかも白金あるいは白金系合金製の溶融容器
（ルツボなど）が侵食される可能性があるため、ガラス
原料の一部には、金属硫酸塩や金属硝酸塩など、酸化性
の高い原料を用いることが好ましい。なお、金属硫酸塩
や金属硝酸塩などとして用いるべき原料の量は、モル比
で表示して、ビスマス酸化物の１／２０以上であること
が好ましい。
【００５９】ＳｉＯ2は、ガラスの網目構造を構成する
必須成分である。ＳｉＯ2の含有率が高くなるにしたが
い、ガラス組成物および結晶化ガラスはより強く赤外発
光を示すようになるが、同時にガラス融液の粘度が高く
なり、ガラス組成物の製造が困難になる。また、ＳｉＯ
2の含有率が低いと、ガラス組成物および結晶化ガラス
の赤外発光強度が低下し、さらにＳｉＯ2の含有率が低
くなると、ガラス製造時に失透が発生し、ガラス組成物
および結晶化ガラスを得ることができなくなる。したが
って、ＳｉＯ2の含有率は５５〜８０モル％であること
が好ましく、さらに６０〜７５モル％の範囲がより好適
である。
必須成分である。ＳｉＯ2の含有率が高くなるにしたが
い、ガラス組成物および結晶化ガラスはより強く赤外発
光を示すようになるが、同時にガラス融液の粘度が高く
なり、ガラス組成物の製造が困難になる。また、ＳｉＯ
2の含有率が低いと、ガラス組成物および結晶化ガラス
の赤外発光強度が低下し、さらにＳｉＯ2の含有率が低
くなると、ガラス製造時に失透が発生し、ガラス組成物
および結晶化ガラスを得ることができなくなる。したが
って、ＳｉＯ2の含有率は５５〜８０モル％であること
が好ましく、さらに６０〜７５モル％の範囲がより好適
である。
【００６０】Ａｌ2Ｏ3は、ビスマスの酸化物がガラス組
成物および結晶化ガラス中において赤外発光を呈するた
めに必須の成分である。 その含有量が５モル％未満の
場合は、この効果が現れない。一方、Ａｌ2Ｏ3の含有率
が高くなるにしたがい、ガラス組成物および結晶化ガラ
スの赤外発光強度は強くなるが、含有量が２５モル％を
超えるとバッチをいくら加熱しても熔解し切れなくなる
など、溶解性が悪化する。また、バッチが完全に熔解し
た場合でも、冷却固化の際に極めて失透し易くなり、ガ
ラス形成が困難となる。 したがって、Ａｌ2Ｏ3の含有
率は５〜２５モル％である必要があり、５〜２０モル％
が好ましく、さらには１０〜２０モル％がより好適であ
る。なお、「バッチ」とは、各組成成分が所定の含有率
になるようにガラス原料を調合したものをいう。
成物および結晶化ガラス中において赤外発光を呈するた
めに必須の成分である。 その含有量が５モル％未満の
場合は、この効果が現れない。一方、Ａｌ2Ｏ3の含有率
が高くなるにしたがい、ガラス組成物および結晶化ガラ
スの赤外発光強度は強くなるが、含有量が２５モル％を
超えるとバッチをいくら加熱しても熔解し切れなくなる
など、溶解性が悪化する。また、バッチが完全に熔解し
た場合でも、冷却固化の際に極めて失透し易くなり、ガ
ラス形成が困難となる。 したがって、Ａｌ2Ｏ3の含有
率は５〜２５モル％である必要があり、５〜２０モル％
が好ましく、さらには１０〜２０モル％がより好適であ
る。なお、「バッチ」とは、各組成成分が所定の含有率
になるようにガラス原料を調合したものをいう。
【００６１】２価金属酸化物ＲＯ（ＲＯ＝ＭｇＯ＋Ｃａ
Ｏ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）は、ガラスの溶解性を向
上させるために必須の成分である。 ＲＯを全く含まな
い場合は、ガラス融液の粘性が極めて高くなり、均質な
ガラスを得ることが困難になり、またバッチの熔融が遅
く溶解性が劣化する。ＲＯを少なくとも０．１モル％添
加すれば、上記のＲＯの好ましい効果を得ることができ
る。
Ｏ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）は、ガラスの溶解性を向
上させるために必須の成分である。 ＲＯを全く含まな
い場合は、ガラス融液の粘性が極めて高くなり、均質な
ガラスを得ることが困難になり、またバッチの熔融が遅
く溶解性が劣化する。ＲＯを少なくとも０．１モル％添
加すれば、上記のＲＯの好ましい効果を得ることができ
る。
【００６２】一方、ＲＯの含有量の増加に伴い、ガラス
の均質化は容易になるが、含有量が４０モル％を越える
と、まずガラス組成物が濃褐色を示し、波長４５０〜５
５０ｎｍの範囲に光吸収ピークが観察されなくなり、同
時に赤外発光が得られなくなる。またガラス熔融液の粘
度が必要以上に低下し、冷却固化の際に失透が起こりガ
ラスが形成されなくなる。したがって、ＲＯの含有量は
０．１〜４０モル％である必要があり、０．１〜３５モ
ル％がより好ましく、さらに０．２〜３０モル％の範囲
がより好適である。
の均質化は容易になるが、含有量が４０モル％を越える
と、まずガラス組成物が濃褐色を示し、波長４５０〜５
５０ｎｍの範囲に光吸収ピークが観察されなくなり、同
時に赤外発光が得られなくなる。またガラス熔融液の粘
度が必要以上に低下し、冷却固化の際に失透が起こりガ
ラスが形成されなくなる。したがって、ＲＯの含有量は
０．１〜４０モル％である必要があり、０．１〜３５モ
ル％がより好ましく、さらに０．２〜３０モル％の範囲
がより好適である。
【００６３】さらに、ＲＯの原料の一部に硫酸塩（ＲＳ
Ｏ4）や硝酸塩（Ｒ（ＮＯ3）2）など、酸化性の高い原
料を用いることが好ましい。これは、これら酸化性の高
い原料を用いると、バッチの溶解途中やガラス融液の溶
融中に酸化性の高い化合物を発生し、ビスマスの酸化物
が不必要に還元されるのを防ぐことができるという優れ
た効果を発揮する。なお、上記原料は、溶解途中または
溶融中に一部が分解されることで清澄剤としての効果も
期待される。
Ｏ4）や硝酸塩（Ｒ（ＮＯ3）2）など、酸化性の高い原
料を用いることが好ましい。これは、これら酸化性の高
い原料を用いると、バッチの溶解途中やガラス融液の溶
融中に酸化性の高い化合物を発生し、ビスマスの酸化物
が不必要に還元されるのを防ぐことができるという優れ
た効果を発揮する。なお、上記原料は、溶解途中または
溶融中に一部が分解されることで清澄剤としての効果も
期待される。
【００６４】ＲＯのうち、ＭｇＯは、ガラス中において
網目修飾酸化物としてはたらく最も重要な必須の成分で
ある。ＭｇＯバッチの熔融を速め熔解性を高める成分で
ある。ＭｇＯの含有率が高いほどこれらの機能がよく発
揮されるが、一定値を越えると、まずガラス組成物が濃
褐色を示し、波長４５０〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピ
ークが観察されなくなるようになり、それと同時に赤外
発光強度が激減し、発光しなくなる。それを越えて含有
量が大きくなるとガラス熔融液の粘度が必要以上に低下
し、冷却固化の際に失透が起こりガラスが形成されなく
なる。したがって、ＭｇＯの含有率は、０．１〜４０モ
ル％である必要があり、０．１〜３５モル％がより好ま
しく、０．１〜３０モル％がさらに好適である。
網目修飾酸化物としてはたらく最も重要な必須の成分で
ある。ＭｇＯバッチの熔融を速め熔解性を高める成分で
ある。ＭｇＯの含有率が高いほどこれらの機能がよく発
揮されるが、一定値を越えると、まずガラス組成物が濃
褐色を示し、波長４５０〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピ
ークが観察されなくなるようになり、それと同時に赤外
発光強度が激減し、発光しなくなる。それを越えて含有
量が大きくなるとガラス熔融液の粘度が必要以上に低下
し、冷却固化の際に失透が起こりガラスが形成されなく
なる。したがって、ＭｇＯの含有率は、０．１〜４０モ
ル％である必要があり、０．１〜３５モル％がより好ま
しく、０．１〜３０モル％がさらに好適である。
【００６５】ＣａＯは、ＭｇＯと同様にバッチの熔解性
を高める成分であるが、任意の成分である。また、ガラ
スの耐失透性を高める性能においてはＭｇＯより優れる
成分である。 しかし、ＣａＯの含有量が大きくなりす
ぎると、ガラスは濃褐色を示すようになり、波長４５０
〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピークが観察されなり、同
時に赤外発光を示さなくなる。そのため、ＣａＯの含有
率が決定され、０〜３０モル％である必要があり、０〜
２０モル％が好ましく、０〜１８モル％の範囲がよりに
好ましく、さらには０〜１０モル％がもっとも好適であ
る。
を高める成分であるが、任意の成分である。また、ガラ
スの耐失透性を高める性能においてはＭｇＯより優れる
成分である。 しかし、ＣａＯの含有量が大きくなりす
ぎると、ガラスは濃褐色を示すようになり、波長４５０
〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピークが観察されなり、同
時に赤外発光を示さなくなる。そのため、ＣａＯの含有
率が決定され、０〜３０モル％である必要があり、０〜
２０モル％が好ましく、０〜１８モル％の範囲がよりに
好ましく、さらには０〜１０モル％がもっとも好適であ
る。
【００６６】ＳｒＯは、ＭｇＯやＣａＯと同様にバッチ
の熔解性を高める任意の成分である。ＳｒＯは少量（例
えば０．１モル％）でも含有されれば、ガラスの耐失透
性を大幅に改善することができる。しかし、ＳｒＯはビ
スマス含有ガラスの赤外発光強度を急激に低下をさせる
はたらきが強く、組成物が赤色ないし赤褐色と赤外発光
を示すＳｒＯの含有量の範囲は狭い。そのため、ＳｒＯ
の含有率が決定され、０〜５モル％である必要がある。
の熔解性を高める任意の成分である。ＳｒＯは少量（例
えば０．１モル％）でも含有されれば、ガラスの耐失透
性を大幅に改善することができる。しかし、ＳｒＯはビ
スマス含有ガラスの赤外発光強度を急激に低下をさせる
はたらきが強く、組成物が赤色ないし赤褐色と赤外発光
を示すＳｒＯの含有量の範囲は狭い。そのため、ＳｒＯ
の含有率が決定され、０〜５モル％である必要がある。
【００６７】ＢａＯは、ＭｇＯやＣａＯ、ＳｒＯと同様
にバッチの熔解性を高める任意の成分である。 また、
ＢａＯは他の２価金属酸化物よりも屈折率を高める効果
が高い。ガラスは屈折率が高い方が、表面の光沢が強
く、本発明の赤色ないし赤褐色の効果を高めることがで
きる。したがって、本発明のガラス組成物にはＢａＯを
含有させることが好ましい。しかし、ＢａＯはビスマス
含有ガラスの赤外発光強度を急激に低下をさせるはたら
きが強く、組成物が赤色ないし赤褐色と赤外発光を示す
ＢａＯの含有量の範囲は狭い。そのため、ＢａＯの含有
率が決定され、０〜５モル％である必要がある。
にバッチの熔解性を高める任意の成分である。 また、
ＢａＯは他の２価金属酸化物よりも屈折率を高める効果
が高い。ガラスは屈折率が高い方が、表面の光沢が強
く、本発明の赤色ないし赤褐色の効果を高めることがで
きる。したがって、本発明のガラス組成物にはＢａＯを
含有させることが好ましい。しかし、ＢａＯはビスマス
含有ガラスの赤外発光強度を急激に低下をさせるはたら
きが強く、組成物が赤色ないし赤褐色と赤外発光を示す
ＢａＯの含有量の範囲は狭い。そのため、ＢａＯの含有
率が決定され、０〜５モル％である必要がある。
【００６８】ＺｎＯもまたバッチの熔解性を高める任意
の成分である。ＺｎＯはＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯと比べ
て、ビスマス含有ガラスを赤色ないし赤褐色に呈色させ
る効果が高い好ましい成分である。また、ＺｎＯはＭｇ
Ｏと比べて、ガラスの屈折率を高めることはたらきが強
い。ＺｎＯの含有率が高いほどこれらの機能がよく発揮
されるが、一定値を越えると、まずガラス組成物が濃褐
色を示し、波長４５０〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピー
クが観察されなくなるようになり、さらに含有量が大き
くなると、ガラスは分相して乳濁し、透明なガラスが得
られなくなる。したがって、ＺｎＯの含有率は、０〜２
５モル％である必要があり、０．１〜２０モル％がより
好ましく、０．１〜１８モル％の範囲がさらに好適であ
る。
の成分である。ＺｎＯはＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯと比べ
て、ビスマス含有ガラスを赤色ないし赤褐色に呈色させ
る効果が高い好ましい成分である。また、ＺｎＯはＭｇ
Ｏと比べて、ガラスの屈折率を高めることはたらきが強
い。ＺｎＯの含有率が高いほどこれらの機能がよく発揮
されるが、一定値を越えると、まずガラス組成物が濃褐
色を示し、波長４５０〜５５０ｎｍの範囲に光吸収ピー
クが観察されなくなるようになり、さらに含有量が大き
くなると、ガラスは分相して乳濁し、透明なガラスが得
られなくなる。したがって、ＺｎＯの含有率は、０〜２
５モル％である必要があり、０．１〜２０モル％がより
好ましく、０．１〜１８モル％の範囲がさらに好適であ
る。
【００６９】Ｌｉ2Ｏは、ガラス中において網目修飾酸
化物としてはたらく重要な任意の成分である。Ｌｉ2Ｏ
は、とくに熔解温度を下げて熔解性を高める成分でもあ
るとともに、ガラスの屈折率を高めることができる成分
でもある。また、適量の添加は光吸収強度を増進し、赤
外発光強度を高める効果がある。上記の目的には、Ｌｉ
2Ｏの含有量は多いほどよいが、一定値を越えると、ま
ずガラス組成物が濃褐色を示し、波長４５０〜５５０ｎ
ｍの範囲に光吸収ピークが観察されなくなるようにな
り、同時に赤外発光強度が激減する。それを越えて含有
量が大きくなるとガラス熔融液の粘度が必要以上に低下
し、冷却固化の際に失透が起こりガラスが形成されなく
なる。したがって、Ｌｉ2Ｏの含有率は、０〜１５モル
％である必要があり、０〜１２モル％がより好ましい。
化物としてはたらく重要な任意の成分である。Ｌｉ2Ｏ
は、とくに熔解温度を下げて熔解性を高める成分でもあ
るとともに、ガラスの屈折率を高めることができる成分
でもある。また、適量の添加は光吸収強度を増進し、赤
外発光強度を高める効果がある。上記の目的には、Ｌｉ
2Ｏの含有量は多いほどよいが、一定値を越えると、ま
ずガラス組成物が濃褐色を示し、波長４５０〜５５０ｎ
ｍの範囲に光吸収ピークが観察されなくなるようにな
り、同時に赤外発光強度が激減する。それを越えて含有
量が大きくなるとガラス熔融液の粘度が必要以上に低下
し、冷却固化の際に失透が起こりガラスが形成されなく
なる。したがって、Ｌｉ2Ｏの含有率は、０〜１５モル
％である必要があり、０〜１２モル％がより好ましい。
【００７０】Ｎａ2Ｏは、溶融温度を下げるとともに、
液相温度を下げる効果があり、ガラスの失透を抑えるこ
とができる成分である。しかし、Ｎａ2Ｏはビスマス含
有ガラスを濃褐色に呈色させ赤外発光を弱める働きが強
いため、多量の含有は好ましくない。したがって、Ｎａ
2Ｏの好ましい含有率の範囲は０〜５モル％であり、よ
り好ましくは０〜２モル％である。
液相温度を下げる効果があり、ガラスの失透を抑えるこ
とができる成分である。しかし、Ｎａ2Ｏはビスマス含
有ガラスを濃褐色に呈色させ赤外発光を弱める働きが強
いため、多量の含有は好ましくない。したがって、Ｎａ
2Ｏの好ましい含有率の範囲は０〜５モル％であり、よ
り好ましくは０〜２モル％である。
【００７１】Ｋ2Ｏは、液相温度を下げる効果があり、
ガラスの失透を抑えることができる成分である。しか
し、Ｋ2Ｏは比較的少量の添加で、ビスマス含有ガラス
の赤外発光を弱め、組成物を濃褐色に呈色させるはたら
きが強いため、多量の含有は好ましくない。したがっ
て、Ｋ2Ｏの好ましい含有率の範囲は０〜５モル％であ
り、より好ましくは０〜２モル％である。
ガラスの失透を抑えることができる成分である。しか
し、Ｋ2Ｏは比較的少量の添加で、ビスマス含有ガラス
の赤外発光を弱め、組成物を濃褐色に呈色させるはたら
きが強いため、多量の含有は好ましくない。したがっ
て、Ｋ2Ｏの好ましい含有率の範囲は０〜５モル％であ
り、より好ましくは０〜２モル％である。
【００７２】さらに、上記Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏで
示されるアルカリ金属Ｍの酸化物の原料の一部に硫酸塩
（Ｍ2ＳＯ4）や硝酸塩（ＭＮＯ3）など、酸化性の高い
原料を用いることが好ましい。これは、これら酸化性の
高い原料を用いると、バッチの溶解途中やガラス融液の
溶融中に酸化性の高い化合物を発生し、ビスマスの酸化
物が不必要に還元されるのを防ぐことができるという優
れた効果を発揮する。なお、上記原料は、溶解途中また
は溶融中に一部が分解されることで清澄剤としての効果
も期待される。また、とくに硫酸塩はバッチの溶解初期
に先に融解し、バッチ中のＳｉＯ2の融解を助けるはた
らきがあり、ガラスの溶解性を高めることができる。
示されるアルカリ金属Ｍの酸化物の原料の一部に硫酸塩
（Ｍ2ＳＯ4）や硝酸塩（ＭＮＯ3）など、酸化性の高い
原料を用いることが好ましい。これは、これら酸化性の
高い原料を用いると、バッチの溶解途中やガラス融液の
溶融中に酸化性の高い化合物を発生し、ビスマスの酸化
物が不必要に還元されるのを防ぐことができるという優
れた効果を発揮する。なお、上記原料は、溶解途中また
は溶融中に一部が分解されることで清澄剤としての効果
も期待される。また、とくに硫酸塩はバッチの溶解初期
に先に融解し、バッチ中のＳｉＯ2の融解を助けるはた
らきがあり、ガラスの溶解性を高めることができる。
【００７３】ＴｉＯ2は、ガラス組成物の屈折率を高め
るとともに、ビスマスの酸化物の赤外発光を助ける任意
の成分である。前述したＢａＯは、ビスマス含有ガラス
の赤外発光強度を低下させるはたらきが強いが、ＴｉＯ
2は逆に赤外発光強度を高める効果があるため、ＢａＯ
よりも好ましい成分である。しかし、ＴｉＯ2は、乳白
色のガラスに比較的多量に含まれることから判るよう
に、ガラスを乳濁させる機能（副作用）がある。そのた
め、その含有率は１０モル％以下である必要がある。し
たがって、ＴｉＯ2の含有率は、０〜１０モル％である
必要があり、０〜５モル％の範囲がより好ましい。
るとともに、ビスマスの酸化物の赤外発光を助ける任意
の成分である。前述したＢａＯは、ビスマス含有ガラス
の赤外発光強度を低下させるはたらきが強いが、ＴｉＯ
2は逆に赤外発光強度を高める効果があるため、ＢａＯ
よりも好ましい成分である。しかし、ＴｉＯ2は、乳白
色のガラスに比較的多量に含まれることから判るよう
に、ガラスを乳濁させる機能（副作用）がある。そのた
め、その含有率は１０モル％以下である必要がある。し
たがって、ＴｉＯ2の含有率は、０〜１０モル％である
必要があり、０〜５モル％の範囲がより好ましい。
【００７４】ＺｒＯ2は、ＴｉＯ2と同様にガラス組成物
の屈折率を高めるとともに、ビスマスの酸化物の赤外発
光を助ける任意の成分である。 しかし、ＺｒＯ2は、結
晶化ガラスの核生成剤として用いられることが示すよう
に、ガラスの結晶化を促し、またガラス組成物の密度を
高める機能（副作用）を備える。したがって、不必要な
結晶化（失透）と密度の上昇とを避けるため、ＺｒＯ2
の含有率は５モル％以下である必要がある。したがっ
て、ＺｒＯ2の含有率は０〜５モル％である必要があ
り、０〜３モル％が好ましい。
の屈折率を高めるとともに、ビスマスの酸化物の赤外発
光を助ける任意の成分である。 しかし、ＺｒＯ2は、結
晶化ガラスの核生成剤として用いられることが示すよう
に、ガラスの結晶化を促し、またガラス組成物の密度を
高める機能（副作用）を備える。したがって、不必要な
結晶化（失透）と密度の上昇とを避けるため、ＺｒＯ2
の含有率は５モル％以下である必要がある。したがっ
て、ＺｒＯ2の含有率は０〜５モル％である必要があ
り、０〜３モル％が好ましい。
【００７５】Ｂ2Ｏ3は、任意の成分であるが、ガラス融
液の粘性を下げ、ガラスの均質化に役立つ成分である。
この効果は、特にＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3が多量に含まれて
いる場合に顕著である。ただし、Ｂ2Ｏ3の含有量が多量
になると、ガラスは分相し、乳濁する傾向が高くなる。
したがって、Ｂ2Ｏ3の含有率は０〜１０モル％である必
要がある。
液の粘性を下げ、ガラスの均質化に役立つ成分である。
この効果は、特にＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3が多量に含まれて
いる場合に顕著である。ただし、Ｂ2Ｏ3の含有量が多量
になると、ガラスは分相し、乳濁する傾向が高くなる。
したがって、Ｂ2Ｏ3の含有率は０〜１０モル％である必
要がある。
【００７６】これらの成分以外に、屈折率の制御、温度
粘性特性の制御、失透の抑制などを目的として、Ｙ
2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＧｅＯ2、Ｉｎ2
Ｏ3などの成分が合計で５モル％を上限として含有され
ていてもよい。さらに、上記成分以外に、熔解時の清
澄、ビスマスの酸化物の還元の防止などを目的として、
Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳＯ3、ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｌ
またはＦなどの成分が合計で１モル％を上限として含有
されていてもよい。
粘性特性の制御、失透の抑制などを目的として、Ｙ
2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＧｅＯ2、Ｉｎ2
Ｏ3などの成分が合計で５モル％を上限として含有され
ていてもよい。さらに、上記成分以外に、熔解時の清
澄、ビスマスの酸化物の還元の防止などを目的として、
Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＳＯ3、ＳｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｌ
またはＦなどの成分が合計で１モル％を上限として含有
されていてもよい。
【００７７】なお、産業上利用し得るガラス原料に微量
不純物として含まれる他の成分が混入する場合もある。
これら不純物の合計含有率が１モル％未満の場合は、ガ
ラス組成物の物性に及ぶ影響は小さく、実質上問題とな
らない。
不純物として含まれる他の成分が混入する場合もある。
これら不純物の合計含有率が１モル％未満の場合は、ガ
ラス組成物の物性に及ぶ影響は小さく、実質上問題とな
らない。
【００７８】以上より、本発明の発光体または光増幅媒
体は、現在光通信で主に用いられている波長領域の一つ
である１３１０ｎｍ帯で有効に利用できる。これに加
え、これまで適切な光増幅材料が報告されていないた
め、光通信で利用することのできなかった、１１００〜
１３００ｎｍの範囲の波長で動作する新たな光増幅媒体
を提供することができる。また図４に示すように、１０
００ｎｍから１６００ｎｍにわたる蛍光スペクトルの広
がりから、極めて広い波長範囲で動作する光増幅器が実
現できる。
体は、現在光通信で主に用いられている波長領域の一つ
である１３１０ｎｍ帯で有効に利用できる。これに加
え、これまで適切な光増幅材料が報告されていないた
め、光通信で利用することのできなかった、１１００〜
１３００ｎｍの範囲の波長で動作する新たな光増幅媒体
を提供することができる。また図４に示すように、１０
００ｎｍから１６００ｎｍにわたる蛍光スペクトルの広
がりから、極めて広い波長範囲で動作する光増幅器が実
現できる。
【００７９】
【表１】
【００８０】
【表２】
【００８１】
【表３】
【００８２】
【発明の効果】本発明の発光体または光増幅媒体は、安
定なガラス材料によって構成されるため、現在光通信で
主に用いられている波長領域の一つである１３１０ｎｍ
帯で有効に利用できる。これに加え、蛍光スペクトルの
広がりから、さらに極めて広い波長範囲で動作する光増
幅器が実現できる。
定なガラス材料によって構成されるため、現在光通信で
主に用いられている波長領域の一つである１３１０ｎｍ
帯で有効に利用できる。これに加え、蛍光スペクトルの
広がりから、さらに極めて広い波長範囲で動作する光増
幅器が実現できる。
【図１】 光増幅特性評価用光学系を示す概略図であ
る。
る。
【図２】 光増幅特性評価用光学系における１１００ｎ
ｍ帯用光検出系を示す図である。
ｍ帯用光検出系を示す図である。
【図３】 光増幅特性評価用光学系における１３００ｎ
ｍ帯用光検出系を示す図である。
ｍ帯用光検出系を示す図である。
【図４】 本発明の実施例における光透過スペクトルを
示す図である。
示す図である。
【図５】 本発明の実施例における光吸収スペクトルを
示す図である。
示す図である。
【図６】 本発明の実施例における蛍光スペクトルを示
す図である。
す図である。
【図７】 本発明の実施例における光増幅特性の一例を
示す図である。
示す図である。
【図８】 本発明の実施例における光増幅特性の他の例
を示す図である。
を示す図である。
１０ 試料ガラス
２０ 励起光
２６ 励起光源
３０ 信号光
３６ 信号光源
５２、５４、５６、５８ 凸レンズ
５５ プリズム
７２、７４ 反射鏡
８０ 光検出系
８２、８４ フィルタ
８３ ピンホール
８６ 光検出器
９０ オシロスコープ
─────────────────────────────────────────────────────
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 4/12 Ｃ０３Ｃ 4/12
(72)発明者 岸本 正一
大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板
硝子株式会社内
(72)発明者 坂口 浩一
大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板
硝子株式会社内
(72)発明者 津田 正宏
大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板
硝子株式会社内
(72)発明者 中垣 茂樹
大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板
硝子株式会社内
(72)発明者 吉井 成和
大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板
硝子株式会社内
(72)発明者 藤本 靖
大阪府茨木市島２−14−39 島千歳ハイツ
202
(72)発明者 中塚 正大
奈良県生駒市緑ヶ丘1425−78
Ｆターム(参考） 4G062 AA04 AA11 BB01 BB06 CC10
DA06 DA07 DB03 DB04 DC01
DC02 DC03 DD01 DE01 DE02
DE03 DE04 DF01 EA01 EA02
EA03 EA04 EA10 EB01 EB02
EB03 EC01 EC02 EC03 ED01
ED02 ED03 ED04 ED05 EE01
EE02 EE03 EE04 EF01 EF02
EF03 EG01 EG02 EG03 FA01
FA10 FB01 FB02 FB03 FC01
FC02 FC03 FD01 FE01 FF01
FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01
GA01 GA02 GA03 GA10 GB01
GC01 GD01 GE01 HH01 HH03
HH05 HH07 HH09 HH11 HH13
HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03
JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03
KK05 KK07 KK10 MM04 NN19
NN21
5F072 AB07 AK03 JJ05 JJ20 KK09
KK15 KK26 PP10 RR01 SS06
YY17
Claims (12)
- 【請求項１】ビスマスの酸化物、二酸化ケイ素（ＳｉＯ
2）および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）および２価金
属酸化物を必須成分とし、励起光の照射により赤外波長
域で蛍光を呈するガラス組成物からなることを特徴とす
る赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項２】前記２価金属酸化物が、少なくともＭｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯの何れか１つであ
る請求項１に記載の赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項３】前記励起光の波長が、４００ｎｍから８５
０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２
に記載の赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項４】前記励起光の波長が、４００ｎｍから６０
０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の
赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項５】前記励起光の波長が、６５０ｎｍから７５
０ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の
赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項６】前記蛍光の強度が最大になる波長が１００
０ｎｍから１６００ｎｍの範囲にあることを特徴とする
請求項３、４または５に記載の赤外発光体または光増幅
媒体。 - 【請求項７】前記蛍光の強度の波長に対する半値全幅が
１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする
請求項６に記載の赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項８】波長範囲１０００〜１６００ｎｍの少なく
とも一部の波長領域で増幅利得を有する請求項１ないし
７に記載の光増幅媒体。 - 【請求項９】波長範囲１０００〜１４００ｎｍの少なく
とも一部の波長領域で増幅利得を有する請求項８に記載
の光増幅媒体。 - 【請求項１０】前記ガラス組成物において、酸化物の組
成が、含有率の単位をモル％として、下記で示される範
囲にあり、 ＳｉＯ2 ５５〜８０ Ａｌ2Ｏ3 ５〜２５ Ｌｉ2Ｏ ０〜１５ Ｎａ2Ｏ ０〜 ５ Ｋ2Ｏ ０〜 ５ ＭｇＯ ０〜４０ ＣａＯ ０〜３０ ＳｒＯ ０〜 ５ ＢａＯ ０〜 ５ ＺｎＯ ０〜２５ ＴｉＯ2 ０〜１０ ＺｒＯ2 ０〜 ５ Ｂ2Ｏ3 ０〜１０ かつ、２価金属酸化物の含有率の総和 ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ が、０．１〜４０モル％の範囲にあり、かつ、ビスマス
の酸化物のＢｉ2Ｏ3に換算した含有率が、０．０１〜５
モル％の範囲にあることを特徴とする請求項１または２
に記載の赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項１１】前記ガラス組成物において、酸化物とし
てＬｉ2Ｏを含むことを特徴とする請求項１０に記載の
赤外発光体または光増幅媒体。 - 【請求項１２】請求項１０または１１に記載のガラス組
成物を母ガラスとする透明結晶化ガラスからなる赤外発
光体または光増幅媒体。
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