JP2005145759A

JP2005145759A - 光増幅ガラス製造方法および光導波路

Info

Publication number: JP2005145759A
Application number: JP2003386167A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Hayashi; 英明林; Naoki Sugimoto; 直樹杉本; Katsuhiro Ochiai; 克弘落合; Yasushi Fukazawa; 寧司深澤; Moriteru Ohara; 盛輝大原
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】溶融急冷法で製造されたＥｒ_２Ｏ_３またはＴｍ_２Ｏ_３を含有するＢｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスの光増幅利得のロット変動を抑制する。
【解決手段】溶融雰囲気の露点を−３８℃以下としてＥｒ_２Ｏ_３含有Ｂｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスを溶融急冷法で製造する方法。前記光増幅ガラスがモル％で、Ｂｉ_２Ｏ_３２０〜８０％、ＳｉＯ_２５〜７０％、Ｂ_２Ｏ_３０〜３０％、Ｉｎ_２Ｏ_３０〜２０％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３０〜４５％、ＷＯ_３０〜３０％、Ｔａ_２Ｏ_５０〜３０％、ＴｅＯ_２０〜３０％、Ｙ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙｂ_２Ｏ_３０〜１５％、ＧｅＯ_２０〜３０％、ＴｉＯ_２０〜３０％、ＳｎＯ_２０〜３０％、ＣｅＯ_２０〜２％、Ｅｒ_２Ｏ_３０．１〜４％、からなる前記光増幅ガラス製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明はＥｒ_２Ｏ_３またはＴｍ_２Ｏ_３を含有するＢｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスを溶融急冷法で製造する方法に関する。

Ｓバンドの光（波長：１４６０〜１５１０ｎｍ）、Ｃバンドの光（波長：１５３０〜１５６０ｎｍ）、Ｌバンドの光（波長：１５７０〜１６２０ｎｍ）等を信号光とする波長多重光通信方式（ＷＤＭ）においてはこの光を増幅する増幅器（典型的には光ファイバ増幅器）が必須である。
Ｃバンド用光ファイバ増幅器においてはＥｒ添加石英系光ファイバが従来用いられているがその長さは通常２０ｍ以上となり、これを増幅器容器の中に収容するためにはボビン状に巻かなければならない問題があった。

このような問題を解決するべく、Ｃバンドの光をたとえば８ｃｍ以下の長さで増幅できるガラスとして、モル％でＢｉ_２Ｏ_３４２．７％、ＳｉＯ_２３１．４％、Ｇａ_２Ｏ_３１７．８％、Ｌａ_２Ｏ_３４．３％、Ａｌ_２Ｏ_３３．６％、ＣｅＯ_２０．２％からなるマトリクスガラス１００質量部に１．２２質量部の割合でＥｒが添加されているＢｉ_２Ｏ_３系ガラスが提案されている（特許文献１参照）。
また、Ｓバンド用光増幅ガラスとして好適なＴｍ_２Ｏ_３含有Ｂｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスも提案されている（特許文献２参照）。

特開２００３−１８３０４９号公報（表１）特開２００２−２１１９５０号公報

Ｅｒ添加Ｂｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスは先に述べたいわゆる短尺光増幅ファイバに適したものに限られず種々の特性を有するものが知られているが、Ｔｍ_２Ｏ_３含有Ｂｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスも含めて典型的には溶融急冷法で製造される。
しかし、溶融急冷法で製造された前記光増幅ガラスにはロットによって光増幅利得が変動する（低くなる）問題があった。
本発明はこのような問題を解決できる前記光増幅ガラスの製造方法および光導波路の提供を目的とする。

本発明は、Ｅｒ_２Ｏ_３またはＴｍ_２Ｏ_３を含有するＢｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラス（以下、本発明のガラスと総称することがある。）を溶融急冷法で製造する方法であって、溶融雰囲気の露点を−３８℃以下とすることを特徴とする光増幅ガラス製造方法を提供する。
また、前記光増幅ガラス製造方法によって製造されたＢｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスをコアとする光導波路を提供する。
本発明者は前記ロットによって光増幅利得が変動する問題は光増幅ガラス中の水分量の変動（増大）に起因するものであると考え、本発明に至った。

本発明によればＥｒ_２Ｏ_３またはＴｍ_２Ｏ_３を含有するＢｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスの水分含有量を顕著に減少させることができ、ロット毎の光増幅利得の変動を抑制できる。

本発明における溶融急冷法とは典型的には、目標とする本発明のガラスの組成が得られるように原料を調合して混合し、これを金ルツボ、アルミナルツボ、石英ルツボ、イリジウムルツボ等に入れ、雰囲気式電気炉またはグローブボックス付電気炉を用いて８００〜１３００℃で溶解し、得られたガラス融液を所定のモールドにキャストするものである。このとき、溶解雰囲気は電気炉内に乾燥ガスを充満させること等によりその露点を−３８℃以下として行われる。露点は、好ましくは−６０℃以下、より好ましくは−８０℃以下である。

前記乾燥ガスとしてはたとえば酸素および窒素の混合ガスが用いられる。この場合、酸素／窒素の体積比は０．０１〜０．３であることが好ましい。０．０１未満ではガラス中のＢｉが還元しガラスが黒色化するおそれがある。０．３超ではガラス中のＢｉ^５＋の割合が増加し、茶色の着色が強くなってコアの伝搬損失が大きくなるおそれがある。

本発明のガラスは光学活性成分としてＥｒ_２Ｏ_３またはＴｍ_２Ｏ_３（ＥｒイオンおよびＴｍイオンは光学活性イオン）を含有する。
本発明のガラスのうちＥｒ_２Ｏ_３を含有するものは典型的には、下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ_２Ｏ_３２０〜８０％、ＳｉＯ_２５〜７０％、Ｂ_２Ｏ_３０〜３０％、Ｉｎ_２Ｏ_３０〜２０％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３０〜４５％、ＷＯ_３０〜３０％、Ｔａ_２Ｏ_５０〜３０％、ＴｅＯ_２０〜３０％、Ｙ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙｂ_２Ｏ_３０〜１５％、ＧｅＯ_２０〜３０％、ＴｉＯ_２０〜３０％、ＳｎＯ_２０〜３０％、ＣｅＯ_２０〜２％、Ｅｒ_２Ｏ_３０．１〜４％、から本質的になる。この典型的な態様においては本発明のガラスは上記成分から本質的になるがその他の成分をこのガラスの使用目的を損なわない範囲で含有してもよく、その場合それら成分の含有量は合計で１０モル％以下であることが好ましい。

これを短尺光増幅ファイバのコア等に使用する場合には、Ｂｉ_２Ｏ_３２０〜８０％、ＳｉＯ_２１５〜５０％、Ｂ_２Ｏ_３０〜１０％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３＋Ｉｎ_２Ｏ_３８〜３０％、Ｙ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙｂ_２Ｏ_３０．１〜１５％、ＣｅＯ_２０〜２％、Ｅｒ_２Ｏ_３０．１〜４％、から本質的になることが好ましい。

本発明のガラスのうちＴｍ_２Ｏ_３を含有するものは典型的には、Ｂｉ_２Ｏ_３１５〜８０％、ＧｅＯ_２５〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜３０％、Ｇａ_２Ｏ_３０〜３０％、ＷＯ_３０〜１０％、ＴｅＯ_２０〜２０％、ＴｉＯ_２０〜１０％、ＺｒＯ_２０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ０〜２０％、ＭｇＯ０〜２０％、ＣａＯ０〜２０％、ＳｒＯ０〜２０％、ＢａＯ０〜２０％、ＺｎＯ０〜２０％、ＳｎＯ_２０〜１０％、ＣｅＯ_２０〜２％、Ｔｍ_２Ｏ_３０．００１〜４％、から本質的になる。この典型的な態様においては本発明のガラスは上記成分から本質的になるがその他の成分をこのガラスの使用目的を損なわない範囲で含有してもよく、その場合それら成分の含有量は合計で１０モル％以下であることが好ましい。

本発明のガラスのガラス転移点Ｔ_ｇは３６０℃以上であることが好ましい。Ｔ_ｇが３６０℃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、その結果伝搬損失が増加して光増幅が不充分となるおそれがある。より好ましくは４００℃以上である。

光ファイバ形状の本発明の光導波路は、たとえば本発明の光増幅ガラス製造方法によって製造された光増幅ガラスをコアとしクラッドガラスと複合化したプリフォームを周知の押出し成形法によって作製し、このプリフォームを延伸して製造される。

本発明の光導波路はコア／クラッド構造の光導波路であり、同構造のガラスファイバ（光ファイバ）に限定されず、同構造の平面導波路であってもよい。
本発明の光導波路は、たとえばＳバンド、ＣバンドまたはＬバンドの光を増幅するのに好適である。
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る。Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンドの光の増幅には励起光として通常、波長が１０１０〜１０２０ｎｍ、９７０〜９９０ｎｍ、１４７０〜１４９０ｎｍの光がそれぞれ使用されるがこれに限定されない。

本発明の光導波路が光ファイバである場合（以下、この光ファイバを本発明の光ファイバという。）におけるコア径、クラッド径はそれぞれ典型的には２〜１０μｍ、１００〜２００μｍである。
コアがＥｒ_２Ｏ_３を含有する本発明のガラスである本発明の光ファイバをボビン状に巻かずに光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）に使用する場合、その長さは８ｃｍ以下であることが好ましい。より好ましくは６ｃｍ以下、特に好ましくは５ｃｍ以下である。

本発明の光ファイバにおいてクラッドの屈折率ｎ_２とコアの屈折率ｎ_１とは次式を満足することが好ましい。なお、ｎ_１は典型的には１．８〜２．２である。
０．０００５≦（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_１≦０．１。
また、前記クラッドはガラスからなることが好ましい。

表１にモル％表示で示す組成のガラス１、１ｃを、１２００℃に１２０分間保持して溶解する溶融法により作製した。溶解には雰囲気式電気炉（モトヤマ社製、型式ＳＢＡ）を用い、酸素／窒素体積比が０．１７である酸素・窒素混合ガスを電気炉内に導入し露点が−３８℃および＋１０℃の２水準で溶解した。
ガラス１、１ｃの、露点が−３８℃の条件で溶解したものについて、ガラス転移点Ｔ_ｇ（単位：℃）を示差熱分析（ＤＴＡ）により、波長１．５５μｍにおける屈折率ｎをプリズムカプラによりそれぞれ測定した。結果を表１に示す。

前記２水準で溶解して得られた２種のガラス１についてα_ＯＨ（単位：ｃｍ^−１）を測定したところ、露点が−３８℃および＋１０℃の条件で溶解したもののα_ＯＨはそれぞれ、０．４５ｃｍ^−１、２．１３ｃｍ^−１であった。なお、α_ＯＨはガラス中の水分に起因する吸収バンド（典型的には波長が２７００〜３５００ｎｍの領域に存在）のピークにおける吸収係数であり、ガラス中の水分量に比例する。

次に、前記２水準で溶解したガラス１、１ｃをそれぞれコア、クラッドとするプリフォームを周知の押出し成形法によって作製し、得られたプリフォームを延伸して、コア径が４μｍ、クラッド径が１２４μｍ、長さが５ｃｍである光ファイバを２本製造した。
この光ファイバに、波長９８０ｎｍ、強度３００ｍＷのレーザー光（励起光）と波長が１５６０ｎｍの信号光（強度＝１ｍＷ）とを入射して利得Ｇ（単位：ｄＢ）を測定した。その結果、露点が−３８℃および＋１０℃の条件で溶解したコアを用いた光ファイバのＧはそれぞれ１０．２ｄＢ、１．０ｄＢであった。

一方、溶融雰囲気の露点を管理しないで作製した２種のガラス１（α_ＯＨが０．６２ｃｍ^−１と１．２０ｃｍ^−１であるもの）を用いて製造した２本の光ファイバのＧは表２に示すようなものであった。
表２の結果から、α_ＯＨが０ｃｍ^−１のときのＧはＧ_０＝１２．２ｄＢになると推定される。ロット間変動として問題になるのはＧがＧ_０から３ｄＢ以上低下する場合であるので、前記露点を−３８℃以下とすることによってロット間変動の問題は解決される。

Claims

Ｅｒ_２Ｏ_３またはＴｍ_２Ｏ_３を含有するＢｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスを溶融急冷法で製造する方法であって、溶融雰囲気の露点を−３８℃以下とすることを特徴とする光増幅ガラス製造方法。
Ｂｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ_２Ｏ_３２０〜８０％、ＳｉＯ_２５〜７０％、Ｂ_２Ｏ_３０〜３０％、Ｉｎ_２Ｏ_３０〜２０％、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｇａ_２Ｏ_３０〜４５％、ＷＯ_３０〜３０％、Ｔａ_２Ｏ_５０〜３０％、ＴｅＯ_２０〜３０％、Ｙ_２Ｏ_３＋Ｌａ_２Ｏ_３＋Ｇｄ_２Ｏ_３＋Ｙｂ_２Ｏ_３０〜１５％、ＧｅＯ_２０〜３０％、ＴｉＯ_２０〜３０％、ＳｎＯ_２０〜３０％、ＣｅＯ_２０〜２％、Ｅｒ_２Ｏ_３０．１〜４％、から本質的になる請求項１に記載の光増幅ガラス製造方法。
Ｂｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスが下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ_２Ｏ_３１５〜８０％、ＧｅＯ_２５〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜３０％、Ｇａ_２Ｏ_３０〜３０％、ＷＯ_３０〜１０％、ＴｅＯ_２０〜２０％、ＴｉＯ_２０〜１０％、ＺｒＯ_２０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ０〜２０％、ＭｇＯ０〜２０％、ＣａＯ０〜２０％、ＳｒＯ０〜２０％、ＢａＯ０〜２０％、ＺｎＯ０〜２０％、ＳｎＯ_２０〜１０％、ＣｅＯ_２０〜２％、Ｔｍ_２Ｏ_３０．００１〜４％、から本質的になる請求項１に記載の光増幅ガラス製造方法。
請求項１、２または３に記載の光増幅ガラス製造方法によって製造されたＢｉ_２Ｏ_３系光増幅ガラスをコアとする光導波路。