JP2006222403A - Optical amplifier - Google Patents

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JP2006222403A
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Toshimi Fukui
Hiroyuki Matagi
俊巳 福井
宏至 股木
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Kri Inc
株式会社Kri
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical amplifier using an organic inorganic complex containing rare earth metals in which (1) the rare earth metals can be heavily doped, (2) quenching is controlled, (3) optical transparency is ensured, and (4) economical efficiency is improved. <P>SOLUTION: An optical transmission channel consists of an organic polymer made by dispersing the rare earth metal. The rare earth metals form an inorganic dispersed phase in which another metal kind which makes configuration with at least one rare earth metal through oxygen. Preferably, the diameter of the inorganic dispersed phase, which consists of the rare earth metal and another metal kind is 0.1 to 1,000 nm which makes configuration therewith through oxygen. Preferably, the proportion of the rare earth metal is 90 wt% or less, by solid content conversion of total amount of the organic polymer and the rare earth metal dispersed phase. The metal which makes configuration with the rare earth metal through oxygen is one or more sorts of elements selected from group 3B, group 4A, and group 5A metals. As an example of a construction of the rare earth metal dispersed phase, a formation is shown by a rare earth metal salt and another metal alkoxide. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、特定の波長または波長帯の光(信号光)の強度を、これとは異なる波長または波長帯を有する光(励起光)によって増幅する光増幅器に関するものであって、特に、光通信、光インターコネクションなどにおいて、励起光および/または信号光が光ファイバや光導波路などを伝搬させる様態に好適に用いられる光増幅器に関する。 The present invention, the intensity of a specific wavelength or waveband light (signal light), is a relates to an optical amplifier for amplifying the light (excitation light) having different wavelengths or wavelength bands and which, in particular, optical communication in such optical interconnection, to suitably optical amplifier used in the manner in which the excitation light and / or signal light to propagate such as an optical fiber or an optical waveguide.

高度情報化社会が広がりを見せる中で、情報量の大容量化と情報処理および伝送速度の高速化に伴って、光通信技術の役割が重要になり、日本国内の幹線系はもとより、地球規模での光通信網が構築されつつある。 Among the advanced information society show a spread, with the high speed of large capacity and information processing and transmission rate of the amount of information, it is important the role of optical communication technology, Japan domestic trunk lines, as well as global scale optical communication network is being built in. 1990年代になると、1本の光ファイバ中に波長の異なる多数の光信号を同時に伝送させる波長分割多重(WDM)伝送方式が商用化され、大容量高速情報通信網の構築が加速された。 In the 1990s, a wavelength division multiplexing (WDM) transmission system for transmitting a plurality of optical signals of different wavelengths at the same time are commercialized, the construction of large-capacity high-speed information networks has been accelerated during a single optical fiber. このようなWDM伝送方式の商用化を可能にした要素技術のひとつとして、光増幅技術があげられる。 One such element technology that enables commercialization of WDM transmission system, optical amplification technology and the like. すでに商用化されている光増幅技術においては、波長1550nm帯の信号光を、波長980nm、1480nmなどの半導体レーザで励起して用いられている。 In the optical amplification technology that has already been commercialized, the signal light of the wavelength 1550nm band, a wavelength 980 nm, are used to excite the semiconductor laser, such as 1480 nm. このとき、これら信号光と励起光が伝搬する光ファイバ中に希土類金属がドープされており、この希土類金属が励起光によって励起されたのち放出する1550nnm帯の光を信号光に重畳することによって、長距離伝送過程で減衰する信号光強度を補っている。 At this time, the signal light and the excitation light has a rare earth metal is doped in an optical fiber that propagates, by superimposing the light of 1550nnm band to release after the rare earth metal is excited by the excitation light to the signal light, It is compensated signal light intensity attenuated by long-distance transmission process. このように、光ファイバ中にドープされる希土類金属としてはエルビウムが最もよく知られており、エルビウム・ドープ光ファイバ増幅器(EDFA)として広く商用に供せられている。 Thus, the rare earth metal to be doped in the optical fiber erbium are best known, are subjected to wide commercial as erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA). また、エルビウムのほか、利用する信号光波長帯に応じて、プラセオジウム、ツリウムなどの希土類金属を利用した光増幅器の開発が、活発に進められている。 In addition to erbium, in response to the signal light wavelength band to be utilized, praseodymium, development of an optical amplifier using a rare earth metal such as thulium have actively been promoted.
一般的に、希土類金属は、石英系光ファイバ中に500〜1000ppm程度の濃度でドープされている。 Generally, rare earth metal is doped at a concentration of about 500~1000ppm in a quartz-based optical fiber. これ以上の濃度で添加すると希土類金属同士が凝集し、励起光によって励起された希土類金属のエネルギーが、信号光波長相当の光を放射する前に隣接する希土類金属に移動してしまい、所望の発光を得られないという現象がおこる。 When added more concentrations aggregated rare earth metals with each other, the energy of the rare earth metal which is excited by the excitation light, will go to the rare earth metal adjacent the leading to emit signal light wavelength corresponding light, desired light emission a phenomenon that can not be obtained a occurs. これは「濃度消光」と呼ばれており、石英系光ファイバ中に希土類金属をドープできる限界を左右している。 This has left the limits that can be are called "concentration quenching", doped with a rare earth metal into the silica-based optical fiber. このため、励起光によって実用上必要な強度まで信号光を増幅するために、100m程度の長尺な光ファイバが必要となり、光増幅器の小型化を阻む要因となっている。 Therefore, in order to amplify the signal light until practically necessary strength by the excitation light, elongated optical fiber of about 100m is required, which is a factor that prevents a reduction in the size of the optical amplifier. (非特許文献1参照。) (See Non-Patent Document 1.)
一方、各種レンズがガラスから有機重合体成形品に置き換えられているように、光増幅器に関しても、石英系母材から有機重合体母材に置き換えることによって、長距離幹線系光ファイバ網にとどまらず加入者系光ファイバなど一般家庭にまで普及しつつある膨大な光ファイバ伝送路中において必要となる低価格光増幅器を実用化して経済性を高めようとする検討が進められている。 On the other hand, as various lenses are replaced by an organic polymer molded article from the glass, even with respect to the optical amplifier, by replacing the organic polymeric matrix of silica-based matrix, not only long-distance trunk line optical fiber network It is underway to consider to attempt to increase the economic efficiency and practical low-cost optical amplifiers needed in vast optical fiber transmission path which is spreading to the general households such as subscriber optical fiber. (特許文献1〜5参照)。 (See Patent Documents 1 to 5). しかし、希土類金属は、有機媒質中に溶解分散しにくいという問題がある。 However, rare earth metals, there is a problem that it is difficult to dissolve dispersed in an organic medium. このため、プラスチック光ファイバのように経済性に優れた有機重合体母材に希土類金属をドープできず、低価格光増幅器の実用化による光伝送網の経済性改善を困難にしている。 Therefore, it can not be doped with a rare earth metal excellent organic polymeric matrix on the economics as plastic optical fibers, making it difficult to economically improving the optical transmission network according to the practical application of low-cost optical amplifiers.

一般的に、有機重合体中にドープできる希土類金属として、希土類金属含有蛍光体があげられる。 Generally, rare earth metals which can be doped into the organic polymer, a rare earth metal-containing phosphor and the like. ここでいう蛍光体とは、ホスト材料、活性剤(activator)、活性助剤(coactivator)の3成分からなり、ホスト材料としては、酸化物結晶やイオン化合物結晶が用いられている。 Here, the phosphor say, the host material, the active agent (Activator), consists of three components of the active auxiliaries (coactivator), as the host material, oxide crystals, ion compound crystal is used. (非特許文献2参照。)すなわち、活性剤成分としてそれ自体で蛍光性を有する希土類金属を有機重合体中に直接ドープするのではなく、希土類金属を、イットリウム・アルミガーネット(YAG)などの酸化物結晶に一旦ドープしたのち、この結晶を粉砕して有機重合体に混ぜ込むことによって目的を達成している。 (Non-Patent Document 2 referred to.) In other words, the oxidation of themselves as active component instead of directly doping the organic polymer in the rare earth metals having fluorescence, rare earth metals, such as yttrium aluminum garnet (YAG) After once doped into an object crystal, and achieve the object by Komu mixed into the organic polymer by grinding the crystals. しかしながら、このような手法に拠った場合、YAG結晶を形成するために1400℃程度の高温で焼成する必要があり、プロセスコストが高くなる。 However, the results under such a technique, it is necessary to baking at a high temperature of about 1400 ° C. to form a YAG crystal, the process cost is high. また、粉砕された希土類金属含有蛍光体の粒径は、一般的に1000nm(1μm)以上であり、光増幅器への応用を目的として高濃度で分散させた場合、光散乱による透明性低下をきたし、光伝送路として機能しなくなる。 The particle size of milled rare earth metal-containing phosphor is a generally 1000 nm (1 [mu] m) or more, when the application to the optical amplifier is dispersed at a high concentration for the purpose, Kitaichi lowering transparency due to light scattering , it does not function as an optical transmission line. したがって、結晶などのホスト材料に希土類金属含有蛍光体を有機重合体にドープできる濃度には限界があり、ドープ量の高濃度化に伴う光増幅器の小型化と、光伝送媒質として有機材料を利用することによる経済性改善を両立させることができない。 Therefore, use is limited to a host material of rare earth metal-containing phosphor concentration can be doped into the organic polymers, such as crystal, and miniaturization of the optical amplifier with a high concentration of doping amount, the organic material as an optical transmission medium it is not possible to achieve both economy improvement due to.

一方、希土類金属を直接有機重合体中にドープする手法として、(a)ピリジン類、フェナントロリン類、キノリン類、β−ジケトンなどの有機配位子と希土類金属との有機錯体を形成して、有機重合体中に希土類金属を分散させる、(b)希土類金属を有機包摂化合物中にとりこんだものを有機重合体に分散させる、などの有機無機複合体合成手法が提案されてきた。 On the other hand, as a method of doping directly into the organic polymer a rare earth metal, to form an organic complex of (a) pyridines, phenanthrolines, quinolines, organic ligand and the rare earth metals such as β- diketones, organic dispersing the rare earth metal in the polymer have been proposed organic-inorganic composite synthetic procedures such as, dispersed in an organic polymer that taken in the organic inclusion compound (b) a rare earth metal. (特許文献1、2、非特許文献3参照。) (See Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Document 3.)
上記(a)、(b)に示された手法は、希土類金属の種類や濃度の制御幅を広げられる特徴を有している。 Above (a), method given in (b) has a feature to be spread control range of types and concentrations of the rare earth metals. また、このようにして得られた希土類金属含有分散相は分子オーダーであるため、この分散相が多少凝集しても数nmから20nm程度の大きさに抑えることができるので、光散乱に伴う透明性の低下を来たすことなく高濃度ドープできるという特徴を有する。 Further, since the thus obtained rare earth metal-containing dispersion phase is a molecular order, it is possible to suppress several nm even this dispersed phase slightly agglomerated to a size of about 20 nm, a transparent due to light scattering It has a feature that can highly doped without causing a decrease in sex. しかしながら、これらの方法に拠った場合、励起光によって励起された希土類金属の励起状態エネルギーが、量子力学で知られるフランク−コンドン原理によって希土類金属に直結する有機包摂化合物や有機配位子中のCH基やOH基の分子振動へと移行してしまい、希土類金属固有の発光過程が阻害される(消光される)という問題がある。 However, the results under these methods, the excited state energy of the rare earth metal which is excited by the excitation light, Frank known in quantum mechanics - organic clathrate directly linked to rare earth metal by Condon principle and CH in the organic ligand will be shifted to molecular vibration of the base and OH groups, there is a problem that the rare earth metal-specific emission process is inhibited (is quenched). (非特許文献4、5参照。) (See Non-Patent Documents 4 and 5.)
このような問題を解決する手段として、希土類金属錯体の有機配位子や有機包摂化合物のCH基をフッ素化する、または重水素化することによって希土類金属の励起エネルギー準位と有機配位子や有機包摂化合物中の励起エネルギー準位とが重ならないようにして、消光を抑制する手法が提案されている。 As means for solving such a problem, fluorinating CH groups of an organic ligand and an organic inclusion compound of a rare earth metal complex, or Ya excitation energy level and an organic ligand of the rare earth metal by deuteration so as not to overlap the excitation energy level of the organic inclusion compounds, a method of suppressing quenching have been proposed. (特許文献6、非特許文献5、6参照)。 (See Patent Document 6, Non-Patent Documents 5 and 6). このような手法は、希土類金属を高濃度で有機媒質中へ溶解分散することを可能にしつつ消光を抑制する上で効果的であるが、原料として用いられるフッ化物や重水素化物が非情に高価であるため、有機重合体を母材とする光増幅器を実用化することによって期待される光伝送網の経済性改善の効果を招来できないという問題が残る。 Such an approach is effective in suppressing the while being quench it possible to dissolve the dispersion of rare earth metal to a high concentration in an organic medium, cruel expensive fluoride or deuteride used as the starting material because it is a problem that can not lead to the effect of economic improvement of the optical transmission network that is expected by the practical use of optical amplifier for a base material of the organic polymer remains.

特開平05−088026号公報 JP 05-088026 discloses 特開2000−208851号公報 JP 2000-208851 JP US Patent6292292号公報 US Patent6292292 No. US Patent6538805号公報 US Patent6538805 No. US Patent6751396号公報 US Patent6751396 No. 特開2000−256251号公報 JP 2000-256251 JP

以上のように、さまざまな方法によって希土類金属材料を有機重合体中にドープされてなる有機無機複合体の合成手法が提案されてきたが、希土類金属の高濃度ドープ化、消光の抑制、光学的透明性の確保、経済性の確保の4点をすべて満たしながら光増幅器に応用しえる材料は知られていない。 As described above, have been proposed synthesis method of the organic-inorganic composite comprising doped with a rare earth metal material in an organic polymer by a variety of methods, highly doped of a rare earth metal, suppression of extinction, optical ensuring transparency, the material that may be applied to an optical amplifier while meeting all four points ensuring economy is unknown.

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、(1)希土類金属の高濃度ドープが可能で、(2)消光の抑制、(3)光学的透明性の確保、および(4)経済性の改良が満たされた希土類金属含有有機無機複合体を用いた光増幅器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and its object is (1) capable of highly doped rare-earth metals, (2) inhibiting the quenching, securing (3) optical clarity , and (4) and to provide an optical amplifier using an economical rare earth metal-containing organic-inorganic composite which improvements were satisfied.

本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。 The present inventors have conducted intensive studies in order to achieve the above object. その結果、本発明者等が発明し、特願2004−197711にて出願した有機無機複合体を適用することによって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result, invented by the present inventors, by applying the organic-inorganic composite, filed in Japanese Patent Application No. 2004-197711, it found that the object can be achieved, thereby completing the present invention. すなわち、本発明にかかわる光増幅器においては、希土類金属が、希土類金属に他の金属種が酸素を介して配位されてなる無機分散相からなり、これが有機重合体と複合化されて用いられる。 That is, in the optical amplifier according to the present invention, a rare earth metal, an inorganic dispersed phase other metal species to the rare earth metal is formed by coordinated through oxygen, which is used in complexed with organic polymers.
請求項1に記載の光増幅器は、特定の波長または波長帯の光(信号光)、及びこれとは異なる波長または波長帯を有する光(励起光)を伝搬させる光伝送路を有し、該信号光強度が該励起光によって増幅される光増幅器において、光伝送路が希土類金属を分散してなる有機重合体からなり、該希土類金属が、少なくとも1種の希土類金属に他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相を形成していることを特徴とする。 The optical amplifier of claim 1 has an optical transmission path for propagating light (excitation light) having different wavelengths or wavelength bands specific wavelength or waveband light (signal light), and with this, the in an optical amplifier signal light intensity is amplified by excitation light from an organic polymer optical transmission path are dispersed rare earth metals, the rare earth metal, other metal species in at least one rare earth metal is oxygen and wherein the forming the inorganic dispersed phase consisting coordinated through.

上記の構成によれば、希土類金属に他の金属種を酸素を介して配位させることによって、希土類金属の有機重合体中への高濃度ドープが可能になる。 According to the above structure, by coordinated through oxygen and other metal species to the rare earth metal, it is possible to heavily doped to rare earth metal organic polymer. また、他の金属種が酸素を介して配位されることにより、有機重合体中のCH基やOH基と希土類金属との間のエネルギー移動による消光を抑制する。 Further, since the other metal species is coordinated through oxygen, suppress quenching by energy transfer between the CH groups or OH groups and a rare earth metal in an organic polymer. 同時に、酸素を介して配位されている金属種が、希土類金属の近接相互作用および/またはクラスタ形成に伴う濃度消光を抑制する。 At the same time, the metal species via oxygen are coordination, suppress concentration quenching due to proximity interaction and / or cluster formation of rare earth metals.

希土類金属の有機重合体中への分散を目的とした配位化合物の適用は、上記従来技術にも記載されており、一般的に金属配位可能な酸素又は窒素を介して有機化合物の配位が行われる。 Application of coordination compounds for the purpose of dispersion of the rare earth metals of an organic polymer, said prior art is also described in commonly coordination of the organic compound through the metal can coordinate oxygen or nitrogen It is carried out. しかしながら、有機化合物を配位子とした配位では、上記に示した有機重合体中のCH基やOH基と希土類金属との間のエネルギー移動による消光を抑制する事が出来ない。 However, the coordination with the organic compound as a ligand, it is impossible to suppress the quenching by energy transfer between the CH groups or OH groups and rare earth metal organic polymer shown above.

酸素を介した他の金属種による配位を行わなければ、希土類金属間での凝集が起こり、実質的な有機重合体中への分散は出来ない。 Without coordination by other metal species through oxygen, occurs agglomeration among rare earth metals, it can not be distributed to the substantial organic polymer. 希釈濃度で分散することが出来たとしても、希土類金属の近接相互作用および/またはクラスタ形成に伴う消光により、目的とする希土類金属含有有機無機複合体を形成することが出来ない。 Even could be dispersed in dilute concentrations, by quenching with a close interaction and / or cluster formation of rare earth metals, it can not form a rare earth metal-containing organic-inorganic composite of interest.

本発明において希土類金属は、その他の金属種に結合した酸素を介して配位されている。 Rare earth metals in the present invention, is coordinated via the oxygen bonded to the other metal species. 本発明の無機分散相は、模式的に図1のように示される。 Inorganic dispersed phase of the present invention is schematically illustrated as in FIG. 同図に示すように、本発明の希土類金属含有有機無機複合体は、酸素を介して他の金属種(2)が配位してなる希土類金属(1)からなる無機分散相と、図示しない有機重合体とを含む複合体によって形成されている。 As shown in the figure, a rare earth metal-containing organic-inorganic composite of the present invention, the inorganic dispersant phase consisting of rare earth metal other metal species through an oxygen (2) is coordinated (1), not shown It is formed by a composite comprising an organic polymer. ここで、該分散相において重要なことは、酸素を介した隣接位置への同種の希土類金属の存在を可能な限り低減することである。 Here, what is important in the dispersed phase, is to reduce as much as possible the presence of a rare earth metal of the same kind to adjacent positions through oxygen. 従って、酸素および他の金属種からなる配位子の数や種は固定されたものではなく、化学量論的に見て厳密に図1のような分子構造に限られるものではない。 Therefore, the number and type of ligands consisting of oxygen and other metal species is not fixed, but is not limited to the precise molecular structure as shown in FIG. 1 when viewed stoichiometrically.
本発明に係る有機重合体は、光学材料等に用いられる場合には、光学的に透明(透過性)であることが望ましい。 The organic polymer according to the present invention, when used for an optical material or the like, it is desirable that the optically clear (transparent). 有機重合体の透過率は透過性を有している範囲であれば特に限定されないが、透過率として30〜100%であることが好ましく、80〜100%であることがさらに好ましい。 Transmittance of the organic polymer is not particularly limited as long as it has permeability is preferably 30 to 100% by transmittance, more preferably 80 to 100%.
また、本発明の希土類金属を含有する無機分散相は、酸素を介した隣接位置に同種の希土類金属の存在を可能な限り低減することが可能であれば、会合構造をとることも可能である。 The inorganic dispersed phase containing a rare earth metal of the present invention is that the adjacent positions through the oxygen reducing as much as possible the presence of the same type of rare earth metals is possible, it is also possible to adopt an association structure . ここで、図1中のRは、アルキル基、アセチル基などのアルキルカルボニル基、水素などである。 Here, R in 1 is an alkyl group, an alkylcarbonyl group such as acetyl group, hydrogen and the like.
請求項2に記載の光増幅器は、希土類金属と、これに他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相全体の直径が0.1〜1000nmであることを特徴としている。 Optical amplifier according to claim 2 is characterized in that the rare earth metals, other metal species which is coordinated inorganic dispersed phase overall diameter formed by via the oxygen is 0.1 to 1,000.
上記の構成によれば、酸素を介して他の金属が希土類金属に配位してなる希土類金属分散相の平均直径が上記範囲内であることで、希土類金属含有有機無機複合体中を透過する光の波長と比較して同直径が相対的に小さくなるため、希土類含有有機無機複合体の高い透明性を確保することができる。 According to the above configuration, other metals via oxygen that the average diameter of the rare earth metal dispersed phase are coordinated to the rare earth metal is within the above range, transmitted through a rare earth metal-containing organic-inorganic complex since the diameter compared to the wavelength of light is relatively small, it is possible to secure a high rare earth-containing organic-inorganic composite transparency.
請求項3に記載の発光装置は、上記の課題を解決するために、希土類金属の割合が、固形分換算で、有機重合体、および希土類金属とこれに他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相の総量の90重量%以下であることを特徴としている。 Distributing the light emitting device according to claim 3, in order to solve the above problems, the ratio of the rare earth metals, in terms of solid content, organic polymers, and rare earth metals and this other metal species through an oxygen it is characterized in that at position 90 wt% of the total amount of the inorganic dispersion phase formed by the following.
上記の構成によれば、他の金属種が酸素を介して配位された希土類金属の2次凝集による光の散乱損失を来たすことがなく、本発明が深くかかわる光学機能応用分野において高い光透過性を発現させることができる。 According to the above configuration, without causing the scattering loss of light due to secondary agglomeration of rare earth metal other metal species is coordinated through oxygen, high light transmission in the optically functional applications of the present invention is deeply involved it can be expressed sex. このように、希土類金属の割合が、固形分換算で、有機重合体、および希土類金属とこれに他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相の総量の90重量%以下であれば本発明の目的を達成することができるが、本発明によって得られる希土類含有有機無機複合体の用途によっては、希土類含有有機無機複合体中を透過させる光の波長に対する吸光度を抑制する必要が生じるため、希土類金属の割合が、固形分換算で、有機重合体、および希土類金属とこれに他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相の総量の30重量%以下であることが好ましい。 Thus, the ratio of the rare earth metals, in terms of solid content, organic polymers, and rare earth metals and thereto below 90% by weight of the total amount of the inorganic dispersed phase other metal species is coordinated through the oxygen Although it is possible to achieve the object of the present invention, if, depending on the application of the rare earth-containing organic-inorganic composite obtained by the present invention, is necessary to suppress the absorbance for the wavelength of light to be transmitted through the rare earth-containing organic-inorganic complex occurs because the proportion of the rare earth metals, in terms of solid content, organic polymers, and rare earth metals and which other metal species is less than 30 wt% of the total amount of the inorganic dispersion phase consisting coordinated through oxygen it is preferable.
請求項4に記載の発光装置は、上記の課題を解決するために、希土類金属に酸素を介して配位する金属が、3B族、4A族、5A族金属より選ばれた1種もしく2種以上の元素であることを特徴としている。 The light emitting device according to claim 4, in order to solve the above problems, the metal coordinated via the oxygen to the rare earth metals, 3B Group, 4A Group, also one selected from the Group 5A metal properly 2 it is characterized in that it is a species or more elements.
上記の構成によれば、酸素を介してなる希土類金属への他の金属種の配位を容易にし、有機重合体中への分散と、希土類金属の発光過程における消光の抑制を効果的に発現しえる。 According to the arrangement, to facilitate coordination of the other metal species into the rare earth metal of via oxygen, effectively expressed and dispersed in an organic polymer, suppression of extinction in the emission process of a rare earth metal Ciel.
請求項5に記載の発光装置は、希土類金属と、これに酸素を介して他の金属種を希土類金属に配位してなる無機分散相が、希土類金属塩と他の金属アルコキシドとによって形成されてなることを特徴とする。 The light emitting device according to claim 5, and a rare earth metal, to which an inorganic dispersion phase which are coordinated with other metal species to the rare earth metals via oxygen is formed by a rare earth metal salt and other metal alkoxides characterized in that it comprises Te.
上記構成により、酸素を介して他の金属種が希土類金属に配意してなる分散相が効率よく形成される。 With the above configuration, the dispersion phase other metal species through the oxygen formed by due consideration to the rare earth metal can be formed efficiently.

本発明の光増幅器は、以上のように、特定の波長または波長帯の光(信号光)、及びこれとは異なる波長または波長帯を有する光(励起光)を伝搬させる光伝送路、希土類金属に他の金属種が酸素を介して配位された希土類金属含有無機分散相、および有機重合体とを含む構成である。 The optical amplifier of the present invention, as described above, a specific wavelength or waveband light (signal light), and the optical transmission path for propagating light (excitation light) having different wavelengths or wavelength bands to this, the rare earth metals other metal species rare earth metal-containing inorganic dispersed phase which is coordinated via the oxygen, and a structure including an organic polymer.
それゆえ、(1)希土類金属の高濃度ドープが可能で、(2)消光の抑制、(3)光学的透明性の確保を達成できる。 Thus, (1) it can be heavily doped rare earth metal, (2) inhibiting the quenching, the securing of (3) optical clarity can be achieved. また、酸化物結晶などのホスト材料形成のための高温プロセスや消光抑制のためのフッ化物、重水素化物のような高価な原料を要しないので、(4)経済性の確保が満たされるという効果を奏する。 Further, a fluoride for oxide crystal high temperature process or quenching inhibition for the host material forming such, does not require expensive raw materials such as deuteride, (4) the effect of ensuring economy are met achieve the.

本発明の希土類金属含有有機無機複合体の構成としては、希土類金属、希土類金属に酸素を介して配位可能な金属、および有機重合体とを含む複合体であれば、どのような組合せであってもよい。 The structure of a rare earth metal-containing organic-inorganic composite of the present invention, rare earth metals, if the complex comprising a metal capable coordinating via oxygen to the rare earth metals, and an organic polymer, there in any combination it may be.
希土類金属に他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相の形成手法は、特に限定されるものではないが、例えば、希土類金属塩と金属アルコキシドの反応により形成される。 Formation method of the inorganic dispersed phase other metal species to the rare earth metal is coordinated through the oxygen, it is not particularly limited, for example, formed by reaction of the rare earth metal salt and a metal alkoxide.
酸素を介して他の金属に配位されてなる無機分散相と有機重合体との複合体は、例えば、上記の金属アルコキシドと希土類金属塩との反応で形成された無機分散相と有機重合体とを混合・分散することにより調整できる。 Via the oxygen complex of the inorganic dispersion phase and an organic polymer formed by coordination with other metals, for example, inorganic dispersing phase and an organic polymer formed by reaction of the metal alkoxide and the rare earth metal salt preparative be adjusted by mixing and dispersing.

[光伝送路] [Optical transmission path]
光伝送路としては、図2(a)、(b)に示したような構造を有するものが用いられる。 The optical transmission line, FIG. 2 (a), the one having a structure as shown in (b) is used. 通常、図2(a)は光ファイバ型、図2(b)は光導波路型と呼ばれる。 Usually, 2 (a) is an optical fiber type, FIG. 2 (b) are referred to as optical waveguide. いずれも場合も、相対的に屈折率の高い部位(コア)に光を閉じ込めて伝搬させる。 In either case, to propagate to confine light to a relatively high refractive index region (core).

光増幅器(3)においては、信号光(4)が伝搬するが、同時に励起光(5)も伝搬する。 In the optical amplifier (3), the signal light (4) is propagated also propagates simultaneously pumping light (5). 通常、光増幅器の前後に光カプラが接続され、信号光(4)が伝搬する光伝送路中に励起光を導入して光増幅し、あるいは、光増幅後に励起光(5)を同伝送路から分離する。 Usually, an optical coupler is connected to the front and rear of the optical amplifier, and an optical amplification by introducing a pumping light signal light (4) is the optical transmission path for propagating, or the transmission path of the excitation light (5) after optical amplification to separate from.

また、本発明にかかわる光伝送路は、希土類金属含有有機無機複合体によって形成されている。 Further, the optical transmission line according to the present invention is formed by a rare earth metal-containing organic-inorganic composite.

[希土類金属] [Rare earth metal]
希土類金属としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、プロムチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホロミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムのすべてが用いられる。 Examples of the rare earth metals, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, Puromuchiumu, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, all lutetium is used.
[酸素を介して希土類金属に配位する他の金属種] [Other metal species coordinated to rare earth metal via oxygen]
他の金属種は、酸素を介して希土類金属に配位可能な元素であり、目的とする特性に悪影響を与えなければ特に限定されないが、好ましくは、3B族、4A族、5A族金属が用いられる。 Other metal species is capable of coordinating element for the rare earth metal via oxygen, is not particularly limited unless adversely affect the properties of interest, preferably, 3B Group, 4A Group, 5A Group metal is used It is. より好ましくは、アルミニウム、ガリウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタルが用いられる。 More preferably, aluminum, gallium, titanium, zirconium, niobium, tantalum is used.

[無機分散相の作製] [Preparation of inorganic dispersed phase]
無機分散相の形成方法は、目的とする希土類への酸素を介した金属の配位が形成可能であれば特に限定されるものではない。 For forming the inorganic dispersed phase it is not particularly limited as long as it can form coordination metal via oxygen to earth for the purpose. 例えば、希土類原料と配位可能な金属原料を混合した後、加熱処理、粉砕する方法(出発原料としては、金属塩、水酸化物、酸化物などが用いられる)、希土類金属塩と配位可能な金属塩を溶剤に溶かした後、加水分解により沈殿析出させる方法、有機溶剤中で希土類金属塩と配位可能な金属のアルコキシドを反応させる方法などがある。 For example, after mixing the rare earth material and capable of coordinating with a metal source, heat treatment, grinding methods (as a starting material, metal salts, hydroxides, such as oxides are used), capable of coordinating a rare earth metal salt It was dissolved metal salt in a solvent, a method of precipitation by hydrolysis, and a method of reacting a rare earth metal salt and capable of coordinating metal alkoxide in an organic solvent.

ナノメートルサイズの希土類金属分散相を得るためには、有機溶剤中で希土類金属塩と配位可能な金属のアルコキシドを反応させる方法が、好ましく用いられる。 To obtain a rare earth metal dispersed phase of a nanometer size, a method of reacting a rare earth metal salt and capable of coordinating metal alkoxide in an organic solvent is preferably used. 使用される溶剤は特に限定されるものではなく、配位構造を形成した最終生成物を有機重合体に分散できるものであれば何を用いてもよい。 The solvent used is not particularly limited, a final product to form a coordination structure may be used any material as long as it can be dispersed in an organic polymer. このような溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、1プロパノール、2プロパノール、1ブタノール、2ブタノール、tブタノールなどの1級アルコール;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールーα-モノメチルエーテル、プロピレングリコールーα-モノエチルエーテルなどのグリコールエーテル;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピルなどのエステル;アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族化合物;ペンタン Examples of such solvents include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, a primary alcohol such as t-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, polyhydric alcohols such as glycerin, ethylene glycol monomethyl ether , ethylene glycol mono ethyl Lutheran, ethylene glycol monopropyl ether, propylene glycol chromatography α- monomethyl ether, glycol ethers such as propylene glycol over α- monoethyl ether; acetone, ketones such as methyl ethyl ketone; acetate; a cyclic ether such as tetrahydrofuran and dioxane methyl, ethyl acetate, esters such as propyl acetate; acetonitrile, benzene, toluene, aromatic compounds such as xylene; pentane ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの炭化水素化合物;などが用いられる。 Hexane, heptane, hydrocarbon compounds such as cyclohexane; and the like are used.

配位化合物を形成するために、溶剤の還流温度まで加熱する方法を用いることが可能であり、この方法は、多くの場合反応速度を促進することができるので有効な手段となる。 To form a coordination compound, it is possible to use a method of heating to the reflux temperature of the solvent, this method is an effective means can promote the often kinetics. 得られた配位形成物に水を添加し、加水分解することで無機分散相のサイズを制御することも可能である。 The resulting water was added to the coordination formation, it is also possible to control the size of the inorganic dispersed phase by hydrolysis.

希土類金属の出発原料として、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、塩化物などの鉱酸塩や蟻酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩、アルコキシド等が用いられる。 As a starting material of a rare earth metal, nitrate, sulfate, carbonate, mineral acid salt or formate salts such as chlorides, acetates, organic acid salts such as oxalates, alkoxides and the like are used. アニオン不純物の低減などを考えると、蟻酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩などの有機酸塩やアルコキシドの使用が好ましい。 Given such reduction of anion impurities, formate, acetate, use of organic acid salts and alkoxides such as oxalic acid salt is preferred. より好ましくは、酢酸塩が用いられる。 More preferably, acetic acid salt is used.

希土類金属の酢酸塩は、通常結晶水を含んでおり、配位させる金属の種類によってはそのまま使用することも可能であるが、反応前に脱水処理を行った方が好ましい。 Acetates of the rare earth metals, typically contains water of crystallization, although depending on the type of metal to be coordinated is also possible to use as is, it is preferable to perform the dehydration process prior to the reaction.

図1に示された分散相の官能基Rは、複合化する有機重合体の種類により選定され特に限定されない。 The functional group R of the dispersed phase shown in FIG. 1 is not particularly limited is selected depending on the type of the organic polymer to be complexed. 有機重合体との相溶性を向上するため、有機重合体又は有機重合体を形成可能なモノマー成分との重合性の付与を目的として選択することが可能である。 To improve compatibility with the organic polymer, it is possible to select for the purpose of polymerizing imparting the formed monomer component an organic polymer or an organic polymer. 例えば、Rとして、水素、アルキル基、反応性を有するビニル基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基、シンナモイル基、アクリロイル基、イミド基、エポキシ基、シアノ基又はこれらの官能基を含有するアルキル基、アルキルシリル基、アルキルカルボニル基などがある。 For example, the R, hydrogen, an alkyl group, a vinyl group having reactivity, allyl group, diazo group, a nitro group, a cinnamoyl group, an acryloyl group, an imido group, an epoxy group, an alkyl group containing cyano group or these functional groups , alkylsilyl group, and the like alkyl group.

また、複合化する有機重合体と均質な複合化が可能であれば、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、セルロース類などのカルボキシレート基、水酸基、アミノ基、アミド基などの活性水素を含む官能基を有する重合体も使用可能である。 Further, if an organic polymer and a homogeneous composite of composite, poly (meth) acrylic acid, polyethylene glycol, polyethylene oxide, carboxylate groups, such as celluloses, hydroxyl group, an amino group, the activity of an amide group polymer having a functional group containing a hydrogen can be used.

無機分散相への官能基Rの導入方法としては、<1>無機分散相を形成した後の反応で導入する方法、又は<2>予め酸素を介して希土類金属又は/及び第4周期遷移金属に配位可能な出発原料としてのアルコキシドにR基を導入した後に希土類金属塩又は/及び第4周期遷移金属塩と反応させる方法がある。 As a method for introducing the functional group R of the inorganic dispersion phase, <1> a method of introducing a reaction after the formation of the inorganic dispersion phase, or <2> in advance oxygen through a rare earth metal or / and the fourth period transition metal a method of reacting a rare earth metal salt or / and the fourth period transition metal salt after introducing the R group into an alkoxide as capable of coordinating starting material.

無機分散相と反応させる化合物は、上記目的の構造を形成可能であれば特に限定されないが、<1>の手法としては末端にカルボキシレート基、水酸基、アミノ基、アミド基などの活性水素を有する化合物、<2>の手法としてはアルキル基、反応性を有するビニル基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基、シンナモイル基、アクリロイル基、イミド基、エポキシ基、シアノ基又はこれらの官能基を含有するアルキル基を含むアルコキシシラン(R1R2R3SiOR4:R1はアルキル基、反応性を有するビニル基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基、シンナモイル基、アクリロイル基、イミド基、エポキシ基、シアノ基又はこれらの官能基を含有するアルキル基、R2、R3はアルキル基、反応性を有するビニル基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基、 Compound to be reacted with the inorganic dispersion phase is not particularly limited as long as it can form the structure of the object, having an active hydrogen such as a carboxylate group, a hydroxyl group, an amino group, an amide group at the terminal as a method of <1> compound, <2> alkyl groups as a method, a vinyl group having reactivity, containing an allyl group, a diazo group, a nitro group, a cinnamoyl group, an acryloyl group, an imido group, an epoxy group, a cyano group, or a functional group alkoxysilane containing an alkyl group (R1R2R3SiOR4: R1 is an alkyl group, a vinyl group having reactivity, allyl group, diazo group, a nitro group, a cinnamoyl group, an acryloyl group, an imido group, an epoxy group, a cyano group, or a functional group alkyl group containing, R2, R3 is an alkyl group, a vinyl group having reactivity, allyl group, diazo group, a nitro group, シンナモイル基、アクリロイル基、イミド基、エポキシ基、シアノ基又はこれらの官能基を含有するアルキル基、アルコキシル基、R4は、アルキル基)、アルコキシゲルマン(R1R2R3GeOR4:R1はアルキル基、反応性を有するビニル基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基、シンナモイル基、アクリロイル基、イミド基、エポキシ基、シアノ基又はこれらの官能基を含有するアルキル基、R2、R3はアルキル基、反応性を有するビニル基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基、シンナモイル基、アクリロイル基、イミド基、エポキシ基、シアノ基又はこれらの官能基を含有するアルキル基、アルコキシル基、R4は、アルキル基)などの縮重合により無機分散相と反応可能な化合物が好ましく用いられる。 Vinyl R1 is having an alkyl group, a reactive: cinnamoyl group, an acryloyl group, an imido group, an epoxy group, an alkyl group containing a cyano group or the functional group, an alkoxyl group, R4 is an alkyl group), alkoxy germane (R1R2R3GeOR4 group, an allyl group, a diazo group, a nitro group, a cinnamoyl group, an acryloyl group, an imido group, an epoxy group, an alkyl group containing a cyano group or the functional groups, R2, R3 represents a vinyl group having an alkyl group, a reactive, allyl group, a diazo group, a nitro group, a cinnamoyl group, an acryloyl group, an imido group, an epoxy group, an alkyl group containing a cyano group or such a functional group, an alkoxyl group, R4 is an inorganic dispersion by condensation polymerization such as an alkyl group) a compound capable of reacting with the phase is preferably used.

[有機重合体] [Organic polymer]
有機重合体としては、他の金属種が配位されてなる希土類金属を凝集させることなく分散できるものであれば特に限定されるものではないが、好ましくは、光学機能の発現が利用される波長帯域において実質的に透明性を有するものが用いられる。 The organic polymer is not particularly limited as long as it can disperse without aggregating the rare earth metal other metal species, which are coordinated, preferably, the wavelength at which the expression of the optical function is used It is used having a substantially transparent in the band. ここで、光学機能の発現が利用される波長帯域とは、紫色〜赤色の可視帯に限られるものではなく、波長約400nmの紫色よりも波長が短い紫外線やX線、および波長約750nmの赤色よりも波長が長い赤外線の帯域であってもよい。 Here, the wavelength band in which the expression of the optical function is available, not limited to the visible band of violet to red, short wavelength ultraviolet rays and X-rays than the purple wavelength of about 400 nm, and red wavelength of about 750nm wavelength than may be the bandwidth of the long infrared.
このような有機重合体としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレート、ポリベンジルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ−4−メチルペンテン−1、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリオレフィン、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリシロキサン、ポリシラン、ポリアミド、環状オレフィン樹脂などが例示できるが、これらに限定されるものではない。 Examples of such organic polymers, such as polymethyl methacrylate, polymethyl cyclohexyl methacrylate, poly benzyl methacrylate, polyphenyl methacrylate, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polystyrene, polytetrafluoroethylene, poly-4-methylpentene-1, polyvinyl alcohol , polyethylene, polyacrylonitrile, styrene - acrylonitrile copolymer, polyvinyl chloride, polyvinyl carbazole, styrene - maleic anhydride copolymer, polyolefin, polyimide, epoxy resin, polysiloxane, polysilane, polyamide, and cyclic olefin resins can be exemplified but it is not limited thereto. また、これらの有機重合体は、単独で用いてもよく2種以上組み合わせて用いることもできる。 These organic polymers may be used in combination may more be used alone. また、これらの有機重合体を溶媒に溶解し、あるいは加熱などによって溶融したものを目的とする希土類金属含有有機無機複合体の形態に加工できるが、有機重合体の前駆体となるモノマ、オリゴマ、モノマやオリゴマと有機重合体との混合体を出発原料として目的とする希土類金属含有有機無機複合体の形態に加工する過程で重合化することもできる。 Further, these organic polymers are dissolved in a solvent, or the heating those melted by like can be processed into the form of a rare earth metal-containing organic-inorganic composite of interest, monomer is a precursor of the organic polymer, oligomer, It can also be polymerized in the course of processing in the form of a rare earth metal-containing organic-inorganic composite of interest as a starting material a mixture of monomers and oligomers and an organic polymer.

さらには、これらの有機重合体は、その主鎖や側鎖に、光や熱によって付加、架橋、重合などの反応を促す官能基を有していてもよい。 Further, these organic polymers, in its main chain or side chain, addition by light or heat, cross-linking, may have a functional group to promote the reaction, such as polymerization. このような官能基としては、ヒドロキシル基、カルボニル基、カルボキシル基、ジアゾ基、ニトロ基、シンナモイル基、アクリロイル基、イミド基、エポキシ基などが例示できる。 Examples of such a functional group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, a diazo group, a nitro group, a cinnamoyl group, an acryloyl group, an imido group, an epoxy group can be exemplified.

有機重合体は、可塑剤、酸化防止剤などの安定剤、界面活性剤、溶解促進剤、重合禁止剤、染料や顔料などの着色剤などの添加物を含んでいても良い。 Organic polymers, plasticizers, stabilizers such as antioxidants, surfactants, dissolution accelerator, a polymerization inhibitor, may contain additives such as colorants such as dyes and pigments. さらに、有機重合体は、塗布性などの成型加工性を高めるために、溶媒(水、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、ケトン類、エステル類、エーテル類、アミド類、炭化水素類などの有機溶媒)を含んでいてもよい。 Further, the organic polymer, in order to improve the moldability, such as coating properties, solvent (water, alcohols, glycols, cellosolves, ketones, esters, ethers, amides, organic such as hydrocarbons solvent) may be contained.

以下に、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 The following examples illustrate the present invention in more detail, the present invention should not be construed as being limited thereto.

<無機分散相の作製> 2−ブタノール中に110℃で1時間脱水処理した酢酸エルビウムとトリ−s−ブトキシアルミニウム(Er/Al=3モル、ErとAlの合計酸化物換算濃度5重量%)とを加え1時間還流した結果、薄ピンク透明な溶液を得た。 1 hour dehydrated erbium acetate and tri -s- butoxy aluminum 110 ° C. in 2-butanol <Preparation of Inorganic dispersed phase> (Er / Al = 3 moles, total oxides of Er and Al concentration in terms of 5% by weight) as a result of reflux preparative added for 1 hour to obtain a pale pink transparent solution. 得られた反応物の粒径を動的散乱法で測定し、粒径分布のピークトップが1.7nmの複合ナノ粒子である事を確認した。 The particle size of the resulting reaction was measured by a dynamic scattering method, it was confirmed that the peak top of the particle size distribution is a composite nanoparticles 1.7 nm. また、トリ−s−ブトキシアルミニウムの反応前後の27Al-NMRスペクトルの変化よりErへの酸素を介したAlの配位を確認した。 It was also confirmed coordinated Al through oxygen to Er than the change of 27Al-NMR spectra before and after the reaction of tri -s- butoxy aluminum.

<無機分散相と透明有機重合体との複合体の作製> 透明有機重合体として、光重合性アクリル樹脂「サイクロマー」(ダイセル化学社製)を用いた。 As <Inorganic disperse phase and a transparent Preparation of the complex of the organic polymer> transparent organic polymer, using a photopolymerizable acrylic resin "Cyclomer" (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.). この有機重合体と、前記の方法にて作製したEr−Al含有複合ナノ粒子、および光ラジカル発生剤「Irgacure369」(商品名,チバガイギー社製)をプロピレングリコールモノメチルエーテルエステルアセテート中で混合し、室温にて2時間攪拌させ混合液を得た。 And the organic polymer, Er-Al-containing composite nanoparticles were prepared by the method as described above, and an optical radical generator "Irgacure369" (trade name, manufactured by Ciba-Geigy) were mixed with propylene glycol monomethyl ether ester acetate, room temperature at was stirred for 2 hours to obtain a mixed solution. 混合比は複合組成中のエルビウムの割合が、総固形分に対して5.2%、0.52%の重量分率となるよう調整した。 Mixing ratio ratio of erbium in the composite composition, 5.2% of the total solids was adjusted to 0.52% of the weight fraction.

このように調整した混合液を、スピンナーを用いて溶融石英板上に回転塗布したのち、90℃のプレートヒータ上に1分間乾燥して残留溶媒を除去し、光重合性アクリル樹脂を母材とする、Er−Al含有有機無機複合薄膜を得た。 Thus the adjusted mixture, after spin coating on a fused quartz plate using a spinner and dried to remove residual solvent for one minute on a plate heater 90 ° C., a photopolymerizable acrylic resin and the base material to give the Er-Al-containing organic-inorganic composite film. さらに、幅7μmの直線導波路パターンが描き込まれたフォトマスクを介して、超高圧水銀灯でこの薄膜を露光した。 Moreover, through a photomask incorporated drawn linear waveguide pattern having a width of 7 [mu] m, and exposing the thin film with ultra-high pressure mercury lamp. 次いで、アルカリ水(TMAH2.3%水溶液)に10秒間浸漬して超高圧水銀灯で露光されなかった部分を溶解除去した。 Then, the portion not exposed was immersed for 10 seconds in an alkali water (TMAH2.3% aqueous solution) in an ultra-high pressure mercury lamp to dissolve away. 最後に90℃で2分間乾燥して、光重合性アクリル樹脂とEr-Al無機分散相からなる幅7μm、厚さ2.8μmの有機無機複合体導波路を石英基板上に得た。 Finally dried for 2 minutes at 90 ° C., the width 7μm consisting photopolymerizable acrylic resin and Er-Al mineral dispersed phase to obtain an organic inorganic composite waveguide having a thickness of 2.8μm on a quartz substrate.

<光増幅特性の測定> <Measurement of optical amplification characteristics>
このようにして得られた光重合性アクリル樹脂とEr-Al無機分散相からなる有機無機複合体導波路の光増幅特性を、図3に示すような光学系を用いて測定した。 The optical amplification characteristics of the thus made of the resulting photopolymerizable acrylic resin and Er-Al mineral dispersed phase organic-inorganic composite waveguide was measured by using an optical system such as shown in FIG. 信号光(4)用光源としては波長1550nm、出力3mWの半導体レーザ(6)を用い、励起光(5)用光源としては波長983nm、尖頭出力150mWのパルス半導体レーザ(7)を用いた。 Wavelength 1550 nm, a semiconductor laser (6) of the output 3mW used as a light source for signal light (4), was used wavelength 983Nm, the pulse semiconductor laser peak output 150 mW (7) as the light source for excitation light (5). また、励起光(5)は、波長980nm付近でのみ高反射率を有するダイクロイックミラー(8)を用いて信号光(4)の光軸と重ね、両光ともに作製した希土類金属含有有機無機複合体導波路(9)の端面から結合した。 The excitation light (5) is a dichroic mirror signal light using a (8) (4) superimposed on the optical axis, a rare earth metal-containing organic-inorganic composite produced in both light both having only high reflectivity near a wavelength of 980nm bound from the end face of the waveguide (9). さらに、ふたつの光が導波路中を伝搬したのち信号光(4)だけ取り出して強度を測定するために、SF6ガラスからなるプリズム(11)を用いて、波長によって出射角度が異なることを利用して励起光(5)を分離した。 Furthermore, in order to measure the intensity removed two light waveguides signal light after having propagated through the only (4), using a prism (11) consisting of SF6 glass, utilizing the fact that the output angle by the wavelength different It was separated excitation light (5) Te. そして、ピンホール(12)を通過した信号光(4)のみを受光器(13)で受光し、オシロスコープを用いて光強度を測定した。 The received signal light having passed through the pinhole (12) only (4) by the light receiver (13), to measure the light intensity by using an oscilloscope.

その結果、励起光用パルス半導体レーザが点灯していないときに比べて、点灯しているときの信号強度が3.8dB相当の利得をもって増幅されていることが確認でき、光増幅器として機能していることが検証できた。 As a result, compared to when the excitation light pulse semiconductor laser is not lit, the signal strength when it is lit can be confirmed to be amplified with a gain substantial 3.8 dB, and functions as an optical amplifier it was possible to verify you are.

本発明は、信号光強度を励起光によって増幅する光増幅器に関して好適に用いられる。 The present invention is suitably used for light amplifier for amplifying a signal light intensity by the excitation light. このような光増幅器の例として、すでに石英系無機材料を母材として商用化されているEDFAがあげられるが、本発明により、石英系無機材料を有機重合体によって置換え、低価格化を可能にする。 Examples of such an optical amplifier, already a silica-based inorganic materials although EDFA which is commercialized as a base material like, the present invention, replacing the silica-based inorganic material with an organic polymer, to allow cost reduction to. また、従来50〜100ppm程度しかドープできなかった希土類金属を10%(100000ppm)以上ドープできることから、長尺ものでしか実現できなかった光増幅器の小型化を可能にする。 Further, since the conventional 50~100ppm only about a rare earth metal which can not be doped can be doped 10% (100000 ppm) or more, to enable downsizing of an optical amplifier could only achieve one long. このことから、従来用いられてきた長距離幹線系の光ファイバ網だけでなく、加入者系光通信網など、伝送路の後段分岐数が増え、分岐による光伝送損失が問題となるような用途においてもその効果を発揮しえる。 Therefore, not only the optical fiber network for long-distance trunk line that has been used conventionally, such as a subscriber optical communication network, subsequent number of branches is increased in the transmission path, applications such as optical transmission loss becomes a problem by the branch It can also exert their effect in.
さらに、今後、コンピュータ内ボード間伝送やボード内伝送を従来の電子にかわって光に担わせることによって、情報処理容量や速度のボトルネックを打破しようとして研究が進められている光インターコネクション分野においても、本発明の効果が発揮し得る。 Furthermore, future transmission in board between transmission and the board computer by causing borne to light instead of the conventional electronic, in the optical interconnection field research trying break processing capacity and speed bottleneck is in progress also, it can exert the effect of the present invention.

本発明にかかわる希土類金属含有有機無機複合体のうち、希土類金属に他の金属種が酸素を介して配位してなる希土類金属蛍光材料の模式図である。 Among the rare earth metal-containing organic-inorganic composite according to the present invention, it is a schematic diagram of a rare earth metal fluorescent material other metal species to the rare earth metal is coordinated through the oxygen. (a)は光ファイバ型光増幅器である光増幅器の基本構成を示す模式図である。 (A) is a schematic diagram showing the basic structure of the optical amplifier is an optical fiber type optical amplifier. (b)は光導波路型光増幅器である光増幅器の基本構成を示す模式図である。 (B) is a schematic diagram showing the basic structure of the optical amplifier is an optical waveguide type optical amplifier. 本発明にかかわる光増幅器のうち、実施例1にて作製したEr−Al系有機無機複合体からなる光導波路型光増幅器を用いて光増幅特性を測定する光学系図である。 Of the optical amplifier according to the present invention, an optical pedigree measuring the optical amplification characteristics by using an optical waveguide type optical amplifier consisting of Er-Al-based organic-inorganic composite prepared in Example 1.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 希土類金属2 酸素を介して希土類金属に配位する他の金属種3 光増幅器4 信号光5 励起光6 半導体レーザ(信号光光源) Other metal species 3 optical amplifier for coordinated to rare earth metal via one rare earth metal 2 oxygen fourth signal light 5 excitation light 6 semiconductor laser (signal light source)
7 パルス半導体レーザ(励起光光源) 7 pulsed laser (pumping light source)
8 ダイクロイックミラー9 希土類金属含有有機無機複合体導波路10 溶融石英基板11 プリズム12 ピンホール13 受光器 8 dichroic mirror 9 a rare earth metal-containing organic-inorganic composite waveguide 10 fused silica substrate 11 prism 12 pinhole 13 photodetector

Claims (5)

  1. 特定の波長または波長帯の信号光、及びこれとは異なる波長または波長帯を有する励起光を伝搬させる光伝送路を有し、該信号光強度が該励起光によって増幅される光増幅器において、光伝送路が希土類金属を分散してなる有機重合体からなり、該希土類金属が、少なくとも1種の希土類金属に他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相を形成していることを特徴とする光増幅器。 Signal light of a particular wavelength or wavelength band, and has an optical transmission path for propagating an excitation light having a different wavelength or wavelength band than this, in the optical amplifier the signal intensity is amplified by the excitation light, light transmission line made of an organic polymer having dispersed rare earth metals, the rare earth metal, to form an inorganic dispersed phase other metal species in at least one rare earth metal is coordinated through the oxygen an optical amplifier, characterized in that.
  2. 希土類金属と、これに他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相の直径が平均0.1〜1000nmであることを特徴とする請求項1に記載の光増幅素器。 And rare earth metals, light amplification Motoki according to claim 1, this diameter of the inorganic dispersed phase other metal species is coordinated through the oxygen, characterized in that an average 0.1 to 1,000.
  3. 希土類金属の割合が、固形分換算で、有機重合体および希土類金属とこれに他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相の総量の90重量%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の光増幅器。 The proportion of the rare earth metals, in terms of solid content, and equal to or less than 90% by weight of the total amount of the inorganic dispersed phase organic polymer and a rare earth metal and which other metal species is coordinated through the oxygen according to claim 1 or 2, wherein the optical amplifiers.
  4. 希土類金属に酸素を介して配位する他の金属種が、3B族、4A族、5A族金属より選ばれた1種または2種以上の元素の組合せである請求項1〜3のいずれか1項に記載の光増幅器。 Other metal species coordinated through oxygen to the rare earth metals, 3B Group, 4A Group, claim 1 is a combination of one or more elements selected from the Group 5A metal 1 optical amplifier according to claim.
  5. 希土類金属と、これに他の金属種が酸素を介して配位してなる無機分散相が、希土類金属塩と他の金属アルコキシドとにより形成された事を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光増幅器。 And rare earth metals, which other metal species is coordinated through the oxygen in the inorganic dispersed phase, one of the claims 1 to 4, characterized in that formed by a rare earth metal salt and other metal alkoxides the optical amplifier according to item 1 or.


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