JP2004277252A

JP2004277252A - Optical amplification glass and optical waveguide

Info

Publication number: JP2004277252A
Application number: JP2003073744A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sasai; 淳笹井; Setsuo Ito; 節郎伊藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical amplification glass and an optical waveguide which can amplify to a broad band in a wavelength region of 1.52-1.63 μm. <P>SOLUTION: The optical amplification glass is composed of a matrix glass and Er which is added into the matrix in an amount of 0.01-10 wt.%. The matrix glass contains, by molar percentage, 20-80% SiO<SB>2</SB>, 2-50% Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, at least two kinds selected from the group of La<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, Yb<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, Ce<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, and Gd<SB>2</SB>O<SB>3</SB>with the proviso that the total content of La<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, Yb<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, Ce<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, and Gd<SB>2</SB>O<SB>3</SB>is 1-40%, and at least one kind selected from the group of Li<SB>2</SB>O, Na<SB>2</SB>O, K<SB>2</SB>O, Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, and Ga<SB>2</SB>O<SB>3</SB>with the proviso that the total content of Li<SB>2</SB>O, Na<SB>2</SB>O, K<SB>2</SB>O, Y<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, and Ga<SB>2</SB>O<SB>3</SB>is 3-40%. The optical waveguide is manufactured by using the optical amplification glass as a core. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍの波長域で広帯域に増幅可能で、かつ熱的に損傷することが少ない光増幅ガラスおよびこの光増幅ガラスを用いた光導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信量の増大のため、効率よく大量の情報量を送ることができる光通信方式として、波長多重のチャンネル数を増加させて伝送容量の増大を図る波長多重光通信方式（ＷＤＭ）等が提案されている。
【０００３】
ところでこのＷＤＭ等においては、基幹系に用いられている石英ガラスの損失がもっとも小さな領域を使用しており、現在はＣバンド（波長：１５３０〜１５６０ｎｍ）またはＬバンド（波長：１５７０〜１６２０ｎｍ）の光を信号光としている。しかしながら、これらの信号光は光ファイバ内を長距離伝播する際に減衰するため、これら信号光を増幅する光ファイバ増幅器が必須である。
【０００４】
ＥＤＦＡ（Ｅｒｕｂｉｕｍｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とは、その光ファイバのコアがＥｒ添加ガラスからなる光ファイバ増幅器であり、Ｅｒイオンの１．５μｍ帯の発光を利用することにより、これら信号光を効率よく増幅できるため有効な増幅器として用いられている。このような光ファイバとしては、Ｅｒ添加石英系ファイバ、Ｅｒ添加フッ化物ガラスファイバ、および、Ｅｒ添加テルライト系ガラスファイバが例示される。
【０００５】
従来知られているＥｒ添加石英系ファイバの場合、利得の波長依存性が急峻であり、十分な利得が得られる波長幅は１０〜３０ｎｍ程度と狭い。その結果、従来のＥＤＦＡを使用する限り、波長多重チャンネル数は、３０〜４０チャンネル程度に限られる。
【０００６】
この問題を解決するために、石英系ファイバにＡｌを添加してブロードな１５００ｎｍ帯発光を得る方法が取られているが、この石英系ファイバにおいては増幅波長の十分な広帯域化は実現されていない。
また、Ｅｒ添加フッ化物ファイバには、光増幅のための励起光強度が大きくなると熱的に損傷する恐れがあった。これは、フッ化物ガラスのガラス転移点Ｔｇが低く、典型的には３２０℃以下であることによる。
【０００７】
近年ＷＤＭシステムの開発の進展に伴い、コンパクトで消費電力の小さい光増幅器が求められており、そのような光増幅器に用いられる光増幅媒体のコンパクト化および高効率化が望まれている。光増幅媒体のコンパクト化、すなわち短い光増幅媒体によって所望の光増幅を得るためには、濃度消光やアップコンバージョン発光による発光効率の低下が起こりにくいこと、および励起光による熱的損傷の恐れが無いことが求められる。
【０００８】
このような問題を解決するために、波長に対する増幅利得特性が異なる増幅器を直列や並列に配置することによって、広い波長域で使用可能な光増幅器が提案されているが、構造が煩雑になったり、波長域の中心付近に増幅できない領域が存在する問題があった。そのため、広帯域の増幅可能なガラスが必要であり、酸化テルライト系ガラス（特許文献１参照）が、酸化ビスマス系ガラス（特許文献２参照）がそれぞれ提案されている。一般に、マトリクスガラスにＥｒが添加されている光増幅ガラスにおいては、利得波長幅はマトリクスガラスの屈折率に依存し、該屈折率が高くなると利得波長幅は大きくなると考えられてきた。これは、Ｅｒがマトリクスガラス中で受ける電場が、屈折率が高くなることによって強くなり、その結果Ｅｒのエネルギー準位が広がって発光スペクトルがブロードになるためである、と解釈されている。そのため、これらテルライト系ガラスおよび酸化ビスマス系ガラスは一般に１．９以上の高い屈折率を持ち、ブロードな発光スペクトルを示す。
【０００９】
一方で、高い屈折率を持つことは、石英ガラスの屈折率（約１．４９）との屈折率差が大きくなるために、石英系光ファイバーとテルライト系ガラスまたは酸化ビスマス系光増幅ガラスファイバーとの接続部分でのロスが非常に大きくなるという問題があり、また四光波混合等の非線形光学現象が起こりやすい特徴があった。
【００１０】
加えて、ガラス転移点が低いフッ化物ガラスやテルライト系ガラスは石英ガラスファイバとの融着ができないが、これは石英ガラスのガラス転移点（およそ１０１０℃）との温度差が大きいためである。また前述の酸化ビスマス系ガラスでは石英ガラスとの融着が可能であるが、融着強度を上げることや、融着プロセスを容易にするためにはさらに高いガラス転移点であることが好ましい。
【００１１】
更に、光増幅器の増幅利得を向上させるためには高強度の励起レーザー光をガラス中に入射する必要があるが、ガラス転移点が低いガラスでは強いレーザー光によって熱的に損傷を生じたり、屈折率の高いガラスでは非線形光学現象によるノイズが大きくなったりする可能性があった。
【００１２】
これらの光増幅器は一般的に励起波長として１４８０ｎｍもしくは９８０ｎｍが用いられている。９８０ｎｍ波長での励起は増幅された信号のノイズが小さく、高効率な増幅が可能な方法であるが、マトリクスガラスのフォノンエネルギーが小さい前述のフッ化物ガラス、テルライト系ガラス、酸化ビスマス系ガラスでは、９８０ｎｍ励起時の吸収準位における蛍光寿命が長いため励起状態吸収を起こしやすく、それに伴う強い緑色のアップコンバージョン蛍光が見られる。
【００１３】
このアップコンバージョン蛍光は、９８０ｎｍ励起時の効率を落とす大きな原因である。この解決手段として、吸収準位の寿命を短くするためにＣｅＯ_２を添加しエネルギー移動を利用する方法や、励起波長に９７０ｎｍを用いることで励起状態吸収の影響を少なくする方法があり、これらを用いることで効率が上がることが知られているが、未だ十分な効率は得られていない。
【００１４】
【特許文献１】
特開平８−１１０５３５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１３６３５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１５２０ｎｍ〜１６３０ｎｍの波長域で広帯域に利得が得られる光増幅ガラス、さらに転移点が６００℃以上で、屈折率が１．８０未満の、利得が得られる波長幅が大きな光増幅ガラス、およびこの光増幅ガラスを用いた光導波路を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、質量百分率表示（酸化物基準）でマトリクスガラスに０．０１〜１０％のＥｒが添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがモル％表示（酸化物基準）でＳｉＯ_２を２０〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を２〜５０％、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３からなる群から選ばれる少なくとも２種類を含有し、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３およびＧｄ_２Ｏ_３の含有量の合計が１〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３からなる群から選ばれる少なくとも１種類以上を含有し、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の含有量の合計が３〜４０％である光増幅ガラスを提供する。
【００１７】
また、質量百分率表示（酸化物基準）でマトリクスガラスに０．０１〜１０％のＥｒが添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスが本質的に下記酸化物基準のモル％表示で、
ＳｉＯ_２３０〜７０％、
Ａｌ_２Ｏ_３５〜３５％、
Ｙ_２Ｏ_３０〜３０％、
Ｌｉ_２Ｏ０〜３０％、
Ｎａ_２Ｏ０〜３０％、
Ｋ_２Ｏ０〜３０％、
Ｇａ_２Ｏ_３０〜３０％、
Ｌａ_２Ｏ_３０〜３５％、
Ｙｂ_２Ｏ_３０〜３５％、
Ｃｅ_２Ｏ_３０〜２０％、
Ｇｄ_２Ｏ_３０〜３５％、
からなり、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３からなる群から選ばれる少なくとも２種類を含有し、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３およびＧｄ_２Ｏ_３の含有量の合計が１〜４０％であり、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の含有量の合計が３〜４０％である光増幅ガラスを提供する。
【００１８】
また、上記光増幅ガラスにおいて少なくともＬａ_２Ｏ_３を含有する光増幅ガラスを提供する。
また、上記光増幅ガラスにおいてＬａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量の合計が、モル％表示で４〜３０％である光増幅ガラスを提供する。
【００１９】
また、上記光増幅ガラスにおいてＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の含有量の合計が、モル％表示で６〜３０％である光増幅ガラスを提供する。
また、上記光増幅ガラスであって、ガラス転移点が６００℃以上、屈折率が１．８０未満の光増幅ガラスを提供する。
また、コアとクラッドを有する光導波路において、前記光増幅ガラスをコアとする光導波路を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の光増幅ガラス（以下本発明のガラスという。）は、通常コアとクラッドとを有するコア／クラッド構造の光導波路、たとえば中心軸がコア、その周囲がクラッドで覆われた構造のガラス光ファイバのコアとして、あるいはコアとクラッドとが積層された平面導波路のコアとして使用される。なお、このような光導波路は本発明の光導波路である。
【００２１】
本発明の光導波路は１５２０〜１６３０ｎｍの波長の光、特に１５３０〜１５６０ｎｍの波長帯のＣバンドの光を短い長さで増幅するのに好適である。
【００２２】
この増幅は、増幅されるべき光（信号光）とともに励起光をコアに入射することによって行われ、前記励起光としては通常、波長が９７０〜９９０ｎｍまたは１４７０〜１４９０ｎｍのレーザー光が使用される。
【００２３】
本発明のガラスを中心軸、すなわちコアとし、その周囲をクラッドで覆った光ファイバタイプの光導波路（以下本発明の光ファイバという。）においては、そのコア径、クラッド径はそれぞれ典型的には２〜１０μｍ、１００〜２００μｍである。
【００２４】
本発明の光ファイバのクラッドの屈折率ｎ_２とコアすなわち本発明のガラスの屈折率ｎ_１とは次式を満足することが好ましい。
０．０００５≦（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_１≦０．１。
【００２５】
また、前記クラッドはガラスからなることが好ましく、該ガラスは酸化物基準のモル％表示で本質的に、ＳｉＯ_２：２０〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３：２〜５０％、Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙｂ_２Ｏ_３＋Ｃｅ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３：１〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ｙ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３：３〜４０％からなることがより好ましい。このクラッドのガラスも、ガラス転移点が６００℃以上であるものが好ましい。
【００２６】
本発明の光ファイバは、たとえばコアガラスとクラッドガラスを複合化したプリフォームを延伸して作製したり、二重ルツボ法によって作製できる。
【００２７】
本発明のガラスのガラス転移点Ｔ_ｇは６００℃以上であることが好ましい。Ｔ_ｇが６００℃未満では、励起光として強度の大きいレーザー光を使用したときにガラスの温度が局所的に高くなって熱的に損傷し、その結果光損失が増加して光増幅が不充分となる恐れがある。加えて、石英系ガラスの光ファイバのＴ_ｇと本発明による光増幅ガラスファイバーのＴ_ｇとの差が大きくなりすぎて、両者を融着することが困難になる可能性がある。より好ましくは７００℃以上、特に好ましくは７５０℃以上である。
【００２８】
さらに、本発明のガラスの屈折率ｎは１．８０未満であることが好ましい。ｎが１．８０以上では、励起光として強度の大きいレーザー光を使用したときに、四光波混合などの非線形光学効果が発現し、ノイズが大きくなる可能性がある。加えて、石英系ガラスの光ファイバと本発明による光増幅ガラスファイバーとの屈折率差が大きくなり、両者の接続部分でのロスが大きくなる可能性がある。より好ましくは１．７０以下、特に好ましくは１．６５以下である。
【００２９】
以下、本発明のガラスについて説明する。
本発明のガラスにおけるマトリクスガラスは、Ｅｒが添加されたガラスからなる。
マトリクスガラスに対するＥｒは、質量百分率表示（質量％）でマトリクスガラスに対し０．０１〜１０％添加されている。マトリクスガラスに対して０．０１質量％未満では十分な利得が得られない。好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％、特に好ましくは０．５質量％以上である。１０質量％超では、濃度消光のためにかえって利得が低下する。好ましくは７質量％以下、より好ましくは４質量％以下、特に好ましくは３質量％以下である。
【００３０】
次に、本発明のガラスにおけるマトリクスガラスの組成についてモル％表示を単に％と表示して説明する。
ＳｉＯ_２はネットワークフォーマであり、２０〜８０％含有される。ＳｉＯ_２は、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にする効果を有し、また、Ｔ_ｇを上げる効果を有し、必須である。ＳｉＯ_２の含有量が２０％未満では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透する。より好ましくは３０％以上、さらに好ましくは４０％以上である。８０％超ではガラス作製が難しくなる。より好ましくは７０％以下、さらに好ましくは６５％以下である。
【００３１】
Ａｌ_２Ｏ_３は２〜５０％含有される。Ａｌ_２Ｏ_３はガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にする。更に、Ｔ_ｇを高くし、Δλ（利得が得られる波長幅、規格化した蛍光強度が０．５以上であるスペクトルの波長幅）を大きくし、濃度消光を抑制する効果を有し、必須である。好ましくは５％以上、より好ましくは７％以上である。５０％超ではガラス形成が困難になる。好ましくは４０％以下、より好ましくは３５％以下である。
【００３２】
Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３からなる群から選ばれる少なくとも１種類以上を含有される。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の含有量の合計は３〜４０％である。Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２ＯおよびＧａ_２Ｏ_３はガラスの液相温度を下げ、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にする成分であり、これら５成分の１種以上を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｙ_２Ｏ_３＋Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ｇａ_２Ｏ_３が３％未満ではガラス形成が困難になる。好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上である。４０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは３５％以下、より好ましくは３０％以下である。
なお、光増幅ガラスの光増幅帯域を広くしたい場合、Ｙ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３を含有することが好ましい。
【００３３】
Ｙ_２Ｏ_３の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下である。Ｙ_２Ｏ_３を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００３４】
Ｇａ_２Ｏ_３の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下である。Ｇａ_２Ｏ_３を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００３５】
Ｌｉ_２Ｏの含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。Ｌｉ_２Ｏを含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００３６】
Ｎａ_２Ｏの含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。Ｎａ_２Ｏを含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００３７】
Ｋ_２Ｏの含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。Ｋ_２Ｏを含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００３８】
Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３からなる群から選ばれる少なくとも２種類が含有される。Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３およびＧｄ_２Ｏ_３の含有量の合計は１〜４０％である。Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３およびＧｄ_２Ｏ_３は濃度消光を抑制し、利得が得られる波長幅Δλを十分に大きくする成分であり、４成分の２種以上を含有しなければならない。特に、少なくともＬａ_２Ｏ_３を含有していることが好ましい。
【００３９】
これらの含有量の合計Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｙｂ_２Ｏ_３＋Ｃｅ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３が１％未満では濃度消光が起こりやすい。好ましくは３％以上、より好ましくは７％以上、特に好ましくは１０％以上である。また４０％超では、ガラス作成が困難になる。好ましくは３０％以下である。また、利得が得られる波長幅Δλを十分に大きくするためには、これら成分のカチオンの数がＥｒイオン数の少なくとも２０倍以上であることが好ましい。これにより、当該カチオンがエルビウムイオンの周囲に配位してクラスターを作り、その中にＥｒイオンが入り込むことによって、従来から知られている濃度消光を抑制する効果だけでなく、Ｅｒイオンの周囲のみでの屈折率の上昇をもたらすことで、バルクガラスの屈折率を低く抑えつつ利得波長幅を広げることができる。
【００４０】
また、当該カチオンの含有する種類が多ければ多いほどエルビウムの周囲の環境が変化するためスペクトルの不均一広がりの幅が大きくなり、大きな利得波長幅を得ることができる。
【００４１】
Ｌａ_２Ｏ_３の含有量は３５％以下であることが好ましい。より好ましくは３０％以下である。Ｌａ_２Ｏ_３を含有する場合、その含有量は、好ましくは３％以上、より好ましくは７％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００４２】
Ｙｂ_２Ｏ_３の含有量は３５％以下であることが好ましい。より好ましくは３０％以下である。Ｙｂ_２Ｏ_３を含有する場合、その含有量は、好ましくは３％以上、より好ましくは７％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００４３】
Ｃｅ_２Ｏ_３の含有量は２０％以下であることが好ましい。より好ましくは１５０％以下、特に好ましくは１０％以下である。Ｃｅ_２Ｏ_３を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００４４】
Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量は３５％以下であることが好ましい。より好ましくは３０％以下である。Ｇｄ_２Ｏ_３を含有する場合、その含有量は、好ましくは３％以上、より好ましくは７％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００４５】
本発明におけるマトリクスガラスは、本質的に下記酸化物基準で、
ＳｉＯ_２３０〜７０％、
Ａｌ_２Ｏ_３５〜３５％、
Ｙ_２Ｏ_３０〜３０％、
Ｌｉ_２Ｏ０〜３０％、
Ｎａ_２Ｏ０〜３０％、
Ｋ_２Ｏ０〜３０％、
Ｇａ_２Ｏ_３０〜１５％、
Ｌａ_２Ｏ_３０〜３５％、
Ｙｂ_２Ｏ_３０〜３５％、
Ｃｅ_２Ｏ_３０〜３５％、
Ｇｄ_２Ｏ_３０〜３５％、
からなることが好ましい。
【００４６】
また、上記光増幅ガラスにおいてＬａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３の含有量の合計が、モル％表示で４〜３０％であることが好ましい。
また、上記光増幅ガラスにおいてＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｙ_２Ｏ_３およびＧａ_２Ｏ_３の含有量の合計が、モル％表示で６〜３０％であることが好ましい。
【００４７】
本発明における好ましいマトリクスガラスは本質的に上記成分からなるが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。この「他の成分」の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。たとえば、ファイバ加工時の失透を抑制するため、またはガラス化を容易にするために、ＧｅＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＰｂＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５等を含有してもよい。また、屈折率を上昇させる目的で、Ｔａ_２Ｏ_３、Ａｇ_２Ｏなどを含有してもよい。
【００４８】
本発明のガラスの製造方法については特に制限はなく、たとえば、原料を調合して混合し、金ルツボ、白金ルツボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中に入れ、１２００〜１６５０℃で空気中で溶解し、得られた融液を所定のモールドにキャストする溶融法によって製造できる。また、ゾルゲル法や気相蒸着法などの溶融法以外の方法で製造してもよい。このようにして作成したガラスからプリフォームを作成してファイバ化したり、二重ルツボ法によってファイバ化することによって光増幅ガラスファイバを作成できる。その他にも、イオン交換法によって、光増幅平面導波路を作成できる。
【００４９】
【実施例】
表１のＳｉＯ_２からＣｅ_２Ｏ_３までの欄にモル％表示で示す組成のマトリクスガラスに、表１に質量％表示で示す割合のＥｒを添加したガラスを１６００℃で溶解する溶融法により作製した。例１〜７は実施例、例８、例９は比較例である。
【００５０】
例１および例３のガラスと、比較例としての例８のガラスおよび例９の従来から知られている石英系ガラス（Ｅｒ添加石英系ガラス）の、平板状のサンプルについて、波長９８０ｎｍのレーザー光を照射して発光スペクトルを測定した。発光強度の単位を任意単位として、発光スペクトルを図に示す。また、波長１５５０ｎｍにおける屈折率ｎをエリプソメータにより、ガラス転移点Ｔ_ｇ（単位：℃）を示差膨張計によりそれぞれ測定した。結果を表に示す。
【００５１】
表１の例１〜７は本発明の光増幅ガラスの好ましい態様の例であり、例８は比較例である。図１は例１および例３の光増幅ガラス中のＥｒ^３＋イオンの上順位^４Ｉ_１３／２順位から下順位^４Ｉ_１５ _／ _２への発光における発光強度、例８および従来から知られている石英系ガラス（Ｅｒ添加石英系ガラス）中のＥｒ^３＋イオンの同様の発光における発光強度の波長依存性を比較したものである。発光強度は規格化してある。
【００５２】
典型的な石英系ガラスの場合、利得が得られる波長は１５２０〜１５６０ｎｍであり、その幅は４０ｎｍである事が知られている。これは図１において、規格化した蛍光強度が０．５以上であるスペクトルの波長幅Δλに対応する。一方、例１の光増幅ガラスの場合１５２２〜１５６９ｎｍであり、その幅Δλは４７ｎｍに、例３の光増幅ガラスの場合１５１８〜１５７１ｎｍであり、その幅Δλは５３ｎｍにも達する。例２〜例７の光増幅ガラスについても４２〜５１ｎｍの値を示している。また、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｃｅ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３からなる群のうちの１種類であるＬａ_２Ｏ_３のみを含有する例８においては３８ｎｍという値を示している。
さらに、例１〜７のガラスはガラス転移点Ｔ_ｇの値が７００℃以上であり、熱的な損傷を抑制するために望まれる６００℃以上のＴ_ｇの値を持つことが示されている。
【００５３】
【表１】

【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、励起光として強度の大きいレーザー光を使用しても熱的な損傷が起りにくく、かつ広帯域で増幅可能な光増幅ガラスおよびより広帯域の増幅機能を有する光導波路が得られる。また、本発明の光ファイバータイプの光導波路はより高いガラス転移点を有するので、石英ガラスファイバとの融着が容易にでき、この光ファイバーはＥＤＦＡに好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例１および例３に係る光増幅ガラスと、例８のＬａ_２Ｏ_３を含有しないガラスと、例９の従来から知られている石英系ガラスの発光スペクトルをそれぞれ示す図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifying glass that can be amplified in a wide band particularly in a wavelength range of 1520 nm to 1630 nm and is hardly thermally damaged, and an optical waveguide using the optical amplifying glass.
[0002]
[Prior art]
In order to increase the amount of information communication, a wavelength division multiplexing optical communication system (WDM) that increases the transmission capacity by increasing the number of wavelength multiplexing channels is proposed as an optical communication system that can send large amounts of information efficiently. Has been.
[0003]
By the way, in this WDM or the like, the region where the loss of quartz glass used in the backbone system is the smallest is used, and currently the C band (wavelength: 1530 to 1560 nm) or L band (wavelength: 1570 to 1620 nm). Light is used as signal light. However, since these signal lights are attenuated when propagating through the optical fiber for a long distance, an optical fiber amplifier for amplifying these signal lights is essential.
[0004]
The EDFA (Erubium doped fiber amplifier) is an optical fiber amplifier whose optical fiber core is made of Er-doped glass, and can efficiently amplify these signal lights by using the emission of 1.5 μm band of Er ions. Therefore, it is used as an effective amplifier. Examples of such optical fibers include Er-doped silica-based fibers, Er-doped fluoride glass fibers, and Er-doped tellurite-based glass fibers.
[0005]
In the case of a conventionally known Er-doped silica-based fiber, the wavelength dependence of gain is steep, and the wavelength width for obtaining a sufficient gain is as narrow as about 10 to 30 nm. As a result, as long as the conventional EDFA is used, the number of wavelength multiplexing channels is limited to about 30 to 40 channels.
[0006]
In order to solve this problem, a method has been adopted in which Al is added to a silica-based fiber to obtain broad 1500 nm band light emission. However, in this silica-based fiber, a sufficiently wide bandwidth of an amplification wavelength has not been realized. .
Further, the Er-doped fluoride fiber may be thermally damaged when the excitation light intensity for optical amplification increases. This is because the glass transition point Tg of fluoride glass is low, typically 320 ° C. or lower.
[0007]
In recent years, with the progress of development of WDM systems, compact and low power consumption optical amplifiers have been demanded, and compact and high efficiency optical amplification media used in such optical amplifiers are desired. In order to obtain a desired optical amplification with a compact optical amplifying medium, that is, with a short optical amplifying medium, there is no possibility of a decrease in luminous efficiency due to concentration quenching or up-conversion emission, and there is no fear of thermal damage due to excitation light Is required.
[0008]
In order to solve such problems, optical amplifiers that can be used in a wide wavelength range have been proposed by arranging amplifiers having different amplification gain characteristics with respect to wavelengths in series or in parallel, but the structure becomes complicated. There is a problem that there is a region that cannot be amplified near the center of the wavelength region. Therefore, a broadband amplifiable glass is necessary, and tellurite oxide glass (see Patent Document 1) and bismuth oxide glass (see Patent Document 2) have been proposed. In general, in an optical amplification glass in which Er is added to a matrix glass, the gain wavelength width depends on the refractive index of the matrix glass, and it has been considered that the gain wavelength width increases as the refractive index increases. This is interpreted to be because the electric field that Er receives in the matrix glass increases as the refractive index increases, and as a result, the energy level of Er broadens and the emission spectrum becomes broader. Therefore, these tellurite-based glass and bismuth oxide-based glass generally have a high refractive index of 1.9 or more and show a broad emission spectrum.
[0009]
On the other hand, having a high refractive index increases the refractive index difference from the refractive index of quartz glass (about 1.49), so that the silica-based optical fiber and the tellurite-based glass or the bismuth oxide-based optical amplification glass fiber There is a problem that the loss at the connection portion becomes very large, and there is a feature that nonlinear optical phenomena such as four-wave mixing are likely to occur.
[0010]
In addition, fluoride glass or tellurite glass having a low glass transition point cannot be fused with the quartz glass fiber because the temperature difference from the glass transition point of quartz glass (approximately 1010 ° C.) is large. The bismuth oxide glass described above can be fused with quartz glass, but a higher glass transition point is preferable in order to increase the fusion strength and facilitate the fusion process.
[0011]
Furthermore, in order to improve the amplification gain of an optical amplifier, high-intensity excitation laser light needs to be incident on the glass. However, glass with a low glass transition point is thermally damaged or refracted by strong laser light. With high-rate glass, noise due to nonlinear optical phenomena may increase.
[0012]
These optical amplifiers generally use 1480 nm or 980 nm as an excitation wavelength. Excitation at a wavelength of 980 nm is a method in which the noise of the amplified signal is small and high-efficiency amplification is possible, but in the above-described fluoride glass, tellurite-based glass, and bismuth oxide-based glass in which the phonon energy of the matrix glass is small, Since the fluorescence lifetime at the absorption level at 980 nm excitation is long, absorption in the excited state is likely to occur, and strong green up-conversion fluorescence associated therewith is observed.
[0013]
This up-conversion fluorescence is a major cause of reducing the efficiency when excited at 980 nm. In order to shorten the lifetime of the absorption level, there are a method of adding CeO ₂ and using energy transfer, and a method of reducing the influence of excited state absorption by using 970 nm as an excitation wavelength. Although it is known that the efficiency is improved by using it, sufficient efficiency has not been obtained yet.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-8-110535 [Patent Document 2]
JP 2001-213635 A
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is an optical amplifying glass capable of obtaining a gain in a wide band in a wavelength range of 1520 nm to 1630 nm, and a light having a large wavelength width capable of obtaining a gain having a transition point of 600 ° C. or higher and a refractive index of less than 1.80. An object of the present invention is to provide an amplification glass and an optical waveguide using the optical amplification glass.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a light amplification glass in which 0.01 to 10% of Er is added to a matrix glass in terms of mass percentage (based on oxide), and the matrix glass is represented by SiO 2 in terms of mol% (based on oxide). ₂ to 20%, Al ₂ O ₃ to 2 to 50%, La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ , Gd ₂ O ₃ The total content of ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ and Gd ₂ O ₃ is 1 to 40%, Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ A light amplifying glass containing at least one selected from the group consisting of Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ in a total content of ₃ to 40% I will provide a.
[0017]
Further, it is a light amplifying glass in which 0.01 to 10% of Er is added to the matrix glass in terms of mass percentage (oxide basis), and the matrix glass is essentially represented by mol% on the following oxide basis. ,
SiO ₂ 30~70%,
Al ₂ O ₃ 5~35%,
Y ₂ O ₃ 0-30%,
Li ₂ O 0-30%,
Na ₂ O 0-30%,
K ₂ O 0-30%,
Ga ₂ O ₃ 0~30%,
La ₂ O ₃ 0-35%,
Yb ₂ O ₃ 0-35%,
Ce ₂ O ₃ 0-20%,
Gd ₂ O ₃ 0-35%,
And containing at least two selected from the group consisting of La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ , Gd ₂ O ₃ , La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ and The total content of Gd ₂ O ₃ is 1 to 40%, and the total content of Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ is ₃ to 40%. A light amplification glass is provided.
[0018]
Moreover, the optical amplification glass containing at least La ₂ O ₃ in the optical amplification glass is provided.
Moreover, the optical amplification glass in which the total content of La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ and Gd ₂ O ₃ in the optical amplification glass is 4 to 30% in terms of mol% is provided.
[0019]
Moreover, the optical amplification glass in which the total content of Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ in the optical amplification glass is 6 to 30% in terms of mol% is provided. To do.
The present invention also provides an optical amplification glass having the glass transition point of 600 ° C. or higher and the refractive index of less than 1.80.
In addition, an optical waveguide having a core and a clad as a core is provided.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical amplifying glass of the present invention (hereinafter referred to as the glass of the present invention) is usually an optical waveguide having a core / clad structure having a core and a clad, for example, a glass light having a structure in which the central axis is a core and the periphery thereof is covered with a clad. It is used as a core of a fiber or as a core of a planar waveguide in which a core and a clad are laminated. Such an optical waveguide is the optical waveguide of the present invention.
[0021]
The optical waveguide of the present invention is suitable for amplifying light having a wavelength of 1520 to 1630 nm, particularly C-band light having a wavelength band of 1530 to 1560 nm with a short length.
[0022]
This amplification is performed by making excitation light enter the core together with light to be amplified (signal light), and laser light having a wavelength of 970 to 990 nm or 1470 to 1490 nm is usually used as the excitation light.
[0023]
In an optical fiber type optical waveguide (hereinafter referred to as an optical fiber of the present invention) in which the glass of the present invention is a central axis, that is, a core and the periphery thereof is covered with a cladding, the core diameter and the cladding diameter are typically 2 to 10 μm and 100 to 200 μm.
[0024]
It is preferable that the refractive index n ₁ of glass having a refractive index n ₂ and the core i.e. the invention of the cladding of the optical fiber of the present invention satisfies the following equation.
0.0005 ≦ (n ₁ −n ₂ ) / n ₁ ≦ 0.1.
[0025]
Moreover, the clad is preferably made of glass, the glass is essentially in mol% based on _{_{_{oxides, SiO 2: 20~80%, Al}}} 2 O 3: 2~50%, La 2 O 3 + Yb ₂ O ₃ + Ce ₂ O ₃ + Gd ₂ O ₃ : 1 to 40%, Li ₂ O + Na ₂ O + K ₂ O + Y ₂ O ₃ + Ga ₂ O ₃ : More preferably _{3 to} 40%. This clad glass also preferably has a glass transition point of 600 ° C. or higher.
[0026]
The optical fiber of the present invention can be produced, for example, by stretching a preform in which a core glass and a clad glass are combined, or by a double crucible method.
[0027]
Glass transition point T _g of the glass of the present invention is preferably 600 ° C. or higher. The T _g of less than 600 ° C., the temperature of the glass when using a large laser beam intensity as the excitation light is locally thermally damaged is high, insufficient optical amplification result of light loss is increased There is a risk of becoming. In addition, the difference between the T _g of the optical amplifying glass fiber by T _g and the invention of the optical fiber of silica glass becomes too large, it may become difficult to fuse the two. More preferably, it is 700 degreeC or more, Most preferably, it is 750 degreeC or more.
[0028]
Furthermore, the refractive index n of the glass of the present invention is preferably less than 1.80. When n is 1.80 or more, when laser light having a high intensity is used as excitation light, a nonlinear optical effect such as four-wave mixing may appear and noise may increase. In addition, the refractive index difference between the silica-based optical fiber and the optical amplifying glass fiber according to the present invention is increased, and there is a possibility that the loss at the connection portion between the two is increased. More preferably, it is 1.70 or less, Especially preferably, it is 1.65 or less.
[0029]
Hereinafter, the glass of the present invention will be described.
The matrix glass in the glass of the present invention is made of glass to which Er is added.
Er with respect to the matrix glass is added in an amount of 0.01 to 10% with respect to the matrix glass in terms of mass percentage (mass%). If it is less than 0.01% by mass with respect to the matrix glass, a sufficient gain cannot be obtained. Preferably it is 0.1 mass% or more, More preferably, it is 0.2 mass%, Most preferably, it is 0.5 mass% or more. If it exceeds 10% by mass, the gain is reduced due to concentration quenching. Preferably it is 7 mass% or less, More preferably, it is 4 mass% or less, Most preferably, it is 3 mass% or less.
[0030]
Next, the composition of the matrix glass in the glass of the present invention will be described by simply indicating mol% as%.
SiO ₂ is a network former and is contained in 20 to 80%. SiO ₂ is to suppress crystal deposition during the glass making has the effect of facilitating glass formation, also has the effect of increasing the T _g, is essential. When the content of SiO ₂ is less than 20%, vitrification becomes difficult or devitrification occurs during fiber processing. More preferably, it is 30% or more, More preferably, it is 40% or more. If it exceeds 80%, glass production becomes difficult. More preferably, it is 70% or less, More preferably, it is 65% or less.
[0031]
Al ₂ O ₃ is contained in an amount of 2 to 50%. Al ₂ O ₃ facilitates glass formation by suppressing crystal precipitation during glass production. Furthermore, a higher T _g, increased the [Delta] [lambda] (wavelength width gain is obtained, the wavelength width of the spectrum normalized fluorescence intensity is 0.5 or more), it has an effect of suppressing concentration quenching, essential is there. Preferably it is 5% or more, More preferably, it is 7% or more. If it exceeds 50%, glass formation becomes difficult. Preferably it is 40% or less, More preferably, it is 35% or less.
[0032]
At least one selected from the group consisting of Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ is contained. The total content of Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ is ₃ to 40%. Y ₂ O ₃ , Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, and Ga ₂ O ₃ are components that lower the liquidus temperature of the glass and suppress crystal precipitation during glass production to facilitate glass formation, It must contain one or more of these five components. If the total of these contents Y ₂ O ₃ + Li ₂ O + Na ₂ O + K ₂ O + Ga ₂ O ₃ is less than 3%, glass formation becomes difficult. Preferably it is 3% or more, more preferably 5% or more. If it exceeds 40%, vitrification becomes difficult. Preferably it is 35% or less, More preferably, it is 30% or less.
When it is desired to widen the optical amplification band of the optical amplification glass, it is preferable to contain Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ .
[0033]
The content of Y ₂ O ₃ is preferably 30% or less. More preferably, it is 20% or less. When Y ₂ O ₃ is contained, the content is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, and particularly preferably 10% or more.
[0034]
The Ga ₂ O ₃ content is preferably 30% or less. More preferably, it is 20% or less. When Ga ₂ O ₃ is contained, its content is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, and particularly preferably 10% or more.
[0035]
The content of Li ₂ O is preferably 30% or less. More preferably, it is 20% or less, and particularly preferably 10% or less. When Li ₂ O is contained, the content is preferably 1% or more, more preferably 3% or more.
[0036]
The content of Na ₂ O is preferably 30% or less. More preferably, it is 20% or less, and particularly preferably 10% or less. When Na ₂ O is contained, the content is preferably 1% or more, more preferably 3% or more.
[0037]
The content of K ₂ O is preferably 30% or less. More preferably, it is 20% or less, and particularly preferably 10% or less. When it contains K ₂ O, its content is preferably 1% or more, more preferably 3% or more.
[0038]
At least two kinds selected from the group consisting of La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ and Gd ₂ O ₃ are contained. The total content of La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ and Gd ₂ O ₃ is 1 to 40%. _{_{_{_{La 2 O 3, Yb 2 O}}}} 3, Ce 2 O 3 and _Gd 2 _{O 3} is suppressed concentration quenching, the gain is a component to sufficiently increase the wavelength width Δλ obtained is, contain more than one four-component Must. In particular, at least La ₂ O ₃ is preferably contained.
[0039]
If the total of these contents is La ₂ O ₃ + Yb ₂ O ₃ + Ce ₂ O ₃ + Gd ₂ O ₃ is less than 1%, concentration quenching tends to occur. Preferably it is 3% or more, More preferably, it is 7% or more, Most preferably, it is 10% or more. If it exceeds 40%, glass production becomes difficult. Preferably it is 30% or less. In order to sufficiently increase the wavelength width Δλ for obtaining gain, it is preferable that the number of cations of these components is at least 20 times the number of Er ions. As a result, the cation is coordinated around the erbium ion to form a cluster, and the Er ion enters into the cluster, so that not only the conventionally known effect of suppressing concentration quenching but also only the periphery of the Er ion. As a result, the gain wavelength width can be increased while keeping the refractive index of the bulk glass low.
[0040]
In addition, the more kinds the cation contains, the more the surrounding environment of erbium changes, so the width of the non-uniform spread of the spectrum increases, and a large gain wavelength width can be obtained.
[0041]
The content of La ₂ O ₃ is preferably 35% or less. More preferably, it is 30% or less. When La ₂ O ₃ is contained, the content is preferably 3% or more, more preferably 7% or more, and particularly preferably 10% or more.
[0042]
The content of Yb ₂ O ₃ is preferably 35% or less. More preferably, it is 30% or less. When Yb ₂ O ₃ is contained, its content is preferably 3% or more, more preferably 7% or more, and particularly preferably 10% or more.
[0043]
The content of Ce ₂ O ₃ is preferably 20% or less. More preferably, it is 150% or less, and particularly preferably 10% or less. When Ce ₂ O ₃ is contained, its content is preferably 1% or more, more preferably 3% or more.
[0044]
The content of Gd ₂ O ₃ is preferably 35% or less. More preferably, it is 30% or less. When Gd ₂ O ₃ is contained, the content is preferably 3% or more, more preferably 7% or more, and particularly preferably 10% or more.
[0045]
The matrix glass in the present invention is essentially based on the following oxide standards:
SiO ₂ 30~70%,
Al ₂ O ₃ 5~35%,
Y ₂ O ₃ 0-30%,
Li ₂ O 0-30%,
Na ₂ O 0-30%,
K ₂ O 0-30%,
Ga ₂ O ₃ 0~15%,
La ₂ O ₃ 0-35%,
Yb ₂ O ₃ 0-35%,
Ce ₂ O ₃ 0-35%,
Gd ₂ O ₃ 0-35%,
Preferably it consists of.
[0046]
Further, the total content of _{_{_{_{La 2 O 3, Yb 2 O}}}} 3, Ce 2 O 3, Gd 2 O 3 in the optical amplifying glass is preferably 4 to 30% by mol%.
Further, _Li 2 _O in said optical amplifying _{_{Garasu, Na 2 O, K 2 O}} , the total content of Y 2 _{O 3} and _Ga 2 _{O 3,} is preferably 6-30% by mol%.
[0047]
A preferred matrix glass in the present invention consists essentially of the above components, but may contain other components within a range not impairing the object of the present invention. The total content of these “other components” is preferably 10% or less. For example, in order to suppress devitrification during fiber processing or to facilitate vitrification, GeO ₂ , MgO, CaO, SrO, BaO, ZrO ₂ , ZnO, CdO, In ₂ O ₃ , PbO, B ₂ O ₃ , P ₂ O _{5 and the} like may be contained. For the purpose of increasing the refractive index _may contain such _{_{Ta 2 O 3, Ag 2 O}} .
[0048]
There are no particular restrictions on the method for producing the glass of the present invention. For example, the raw materials are prepared and mixed, and placed in a gold crucible, platinum crucible, alumina crucible, quartz crucible or iridium crucible, and in the air at 1200 to 1650 ° C. It can be produced by a melting method that melts and casts the obtained melt into a predetermined mold. Moreover, you may manufacture by methods other than melting methods, such as a sol-gel method and a vapor deposition method. An optically amplified glass fiber can be prepared by forming a preform from the glass thus prepared and forming a fiber, or forming a fiber by a double crucible method. In addition, an optical amplification planar waveguide can be created by an ion exchange method.
[0049]
【Example】
Prepared by a melting method in which a glass having a composition expressed by mol% in the columns from SiO ₂ to Ce ₂ O ₃ in Table 1 and Er having a ratio shown by mass% in Table 1 is added at 1600 ° C. did. Examples 1 to 7 are examples, and examples 8 and 9 are comparative examples.
[0050]
Laser light with a wavelength of 980 nm for the flat glass samples of Examples 1 and 3 and the glass of Example 8 as a comparative example and the conventionally known quartz glass (Er-added quartz glass) of Example 9 Was irradiated to measure the emission spectrum. The emission spectrum is shown in the figure with the unit of emission intensity as an arbitrary unit. Further, the refractive index n at a wavelength of 1550 nm was measured with an ellipsometer, and the glass transition point T _g (unit: ° C.) was measured with a differential dilatometer. The results are shown in the table.
[0051]
Examples 1 to 7 in Table 1 are examples of preferred embodiments of the light amplification glass of the present invention, and Example 8 is a comparative example. Figure 1 is known from the emission intensity, Examples 8 and conventional in the light emitting from the top rank ⁴ I _13/2 order of ^{Er 3+} ions in an optical amplifying glass of Example 1 and Example 3 to the lower order ⁴ I _{_{_15/2}} This is a comparison of the wavelength dependence of the emission intensity in the same emission of Er ³⁺ ions in quartz glass (Er-added quartz glass). The emission intensity is standardized.
[0052]
In the case of typical quartz-based glass, it is known that the wavelength at which gain is obtained is 1520 to 1560 nm, and the width is 40 nm. This corresponds to the wavelength width Δλ of the spectrum having a normalized fluorescence intensity of 0.5 or more in FIG. On the other hand, in the case of the light amplification glass of Example 1, it is 1522 to 1569 nm, its width Δλ is 47 nm, and in the case of the light amplification glass of Example 3, it is 1518 to 1571 nm, and its width Δλ reaches 53 nm. The values of 42 to 51 nm are shown for the light amplification glasses of Examples 2 to 7. Further, Example 8 containing only La ₂ O ₃ which is one kind of the group consisting of La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ and Gd ₂ O ₃ shows a value of 38 nm. .
Furthermore, the glasses of Examples 1 to 7 is the value of the glass transition point T _g is 700 ° C. or higher, it has been shown to have a value of 600 ° C. or higher T _g of desired to reduce thermal damage .
[0053]
[Table 1]

[0054]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain an optical amplifying glass that can hardly be thermally damaged even when laser light having a high intensity is used as excitation light, and that can be amplified in a wide band, and an optical waveguide having a wider band amplifying function. Further, since the optical fiber type optical waveguide of the present invention has a higher glass transition point, it can be easily fused with a quartz glass fiber, and this optical fiber can be suitably used for an EDFA.
[Brief description of the drawings]
1 shows emission spectra of the optical amplification glass according to Examples 1 and 3 of the present invention, the glass not containing La ₂ O ₃ of Example 8, and the conventionally known quartz-based glass of Example 9, respectively. Figure.

Claims

A light amplifying glass in which 0.01 to 10% of Er is added to a matrix glass in terms of mass percentage, wherein the matrix glass represents 20 to 80% of SiO ₂ and Al ₂ in terms of mol% of oxide basis. O ₃ of _{_{_{_{2~50%, La 2 O 3,}}}} Yb 2 O 3, Ce 2 O 3, containing at least two kinds selected from the group consisting of _{_{_{_{Gd 2 O 3, La 2 O}}}} 3, Yb 2 O 3, The total content of Ce ₂ O ₃ and Gd ₂ O ₃ is 1 to 40%, and at least one selected from the group consisting of Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ It contains more _{_{_{than, Li 2 O, Na 2 O}}} , K 2 O, the optical amplifying glass total content of Y 2 _{O 3} and _Ga 2 _{O 3} is 3 to 40%.

Essentially, the matrix glass is expressed in mol% based on the following oxides:
SiO ₂ 30~70%,
Al ₂ O ₃ 5~35%,
Y ₂ O ₃ 0-30%,
Li ₂ O 0-30%,
Na ₂ O 0-30%,
K ₂ O 0-30%,
Ga ₂ O ₃ 0~30%,
La ₂ O ₃ 0-35%,
Yb ₂ O ₃ 0-35%,
Ce ₂ O ₃ 0-20%,
Gd ₂ O ₃ 0-35%,
The light amplification glass according to claim 1, comprising:

Optical amplifying glass according to claim 1 or 2 containing La ₂ O _3.

The light according to any one of claims 1 to 3, wherein the total content of La ₂ O ₃ , Yb ₂ O ₃ , Ce ₂ O ₃ and Gd ₂ O ₃ is 4 to 30% in terms of mol%. Amplified glass.

5. The total content of Li ₂ O, Na ₂ O, K ₂ O, Y ₂ O ₃ and Ga ₂ O ₃ is 6 to 30% in terms of mol%. 5. Light amplification glass.

The light amplification glass according to any one of claims 1 to 5, having a glass transition point of 600 ° C or higher and a refractive index of less than 1.80.

An optical waveguide having a core and a clad, wherein the optical amplification glass according to any one of claims 1 to 6 is used as a core.