JP3415088B2 - 光増幅器用光ファイバ - Google Patents
光増幅器用光ファイバInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
-
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- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/041—Non-oxide glass compositions
- C03C13/043—Chalcogenide glass compositions
- C03C13/044—Chalcogenide glass compositions containing halogen, e.g. chalcohalide glass compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06716—Fibre compositions or doping with active elements
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光増幅器用光ファイ
バに係り、より詳細には１．３１μｍ波長帯の光増幅効
率が改善されたＤｙ3+含有光増幅器用光ファイバに関す
る。
バに係り、より詳細には１．３１μｍ波長帯の光増幅効
率が改善されたＤｙ3+含有光増幅器用光ファイバに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】シリカガラスの零分散帯域の１．３１μ
ｍ波長の光増幅器製造時、ガラス基地にドーピングする
稀土類元素としてＮｄ3+、Ｐｒ3+、Ｄｙ3+を使用するこ
とが一般的である。ところが、稀土類元素としてＮｄ3+
を使用する場合には次のような問題がある。
ｍ波長の光増幅器製造時、ガラス基地にドーピングする
稀土類元素としてＮｄ3+、Ｐｒ3+、Ｄｙ3+を使用するこ
とが一般的である。ところが、稀土類元素としてＮｄ3+
を使用する場合には次のような問題がある。
【０００３】即ち、4Ｆ3/2準位から4Ｉ13/2準位に遷移
される過程で発生する蛍光の中心波長が１．３１μｍで
あって、零分散帯域からだいぶ離れているし、4Ｆ3/2準
位で発生する他の波長８９０ｎｍ、１０６４ｎｍの蛍光
に比べて１．３１μｍ領域での蛍光の強度が非常に弱く
て、4Ｆ3/2準位での励起準位吸収によって１．３６μｍ
より短い波長での光利得が非常に低下する。前述した問
題を解決するために基地材料としてシリカガラスの代わ
りにフッ化物系ガラスを使用する方法が提案された。し
かしこの方法も１．３１μｍ波長領域での光利得を大き
く向上させることはできなかった。
される過程で発生する蛍光の中心波長が１．３１μｍで
あって、零分散帯域からだいぶ離れているし、4Ｆ3/2準
位で発生する他の波長８９０ｎｍ、１０６４ｎｍの蛍光
に比べて１．３１μｍ領域での蛍光の強度が非常に弱く
て、4Ｆ3/2準位での励起準位吸収によって１．３６μｍ
より短い波長での光利得が非常に低下する。前述した問
題を解決するために基地材料としてシリカガラスの代わ
りにフッ化物系ガラスを使用する方法が提案された。し
かしこの方法も１．３１μｍ波長領域での光利得を大き
く向上させることはできなかった。
【０００４】反面、ガラスにドーピングする稀土類元素
としてＰｒ3+を使用する場合、1Ｇ4準位と3Ｈ5準位との
間の遷移過程で放出される蛍光が用いられる。この場
合、このような遷移の確率は他の遷移確率に比べてずっ
と高いため、光増幅効率が高いことが予想される。
としてＰｒ3+を使用する場合、1Ｇ4準位と3Ｈ5準位との
間の遷移過程で放出される蛍光が用いられる。この場
合、このような遷移の確率は他の遷移確率に比べてずっ
と高いため、光増幅効率が高いことが予想される。
【０００５】しかし実質的にＰｒ3+を適用すれば、1Ｇ4
準位と真下の位置の準位の3Ｆ4準位とのエネルギー差は
３０００ｃｍ-1程度で小さく、基地材料として格子振動
エネルギーが大きい酸化物ガラス８００ｃｍ-1を使用す
る場合、多重格子振動緩和によって1Ｇ4準位に励起され
たＰｒ3+が非放射遷移される確率が非常に高く、その結
果、光増幅効率が低下する。従って、Ｐｒ3+を用いた光
増幅器で、格子振動エネルギーが低い物質を基地材料と
して使用する場合に、良好な光増幅効率を得ることがで
きる。
準位と真下の位置の準位の3Ｆ4準位とのエネルギー差は
３０００ｃｍ-1程度で小さく、基地材料として格子振動
エネルギーが大きい酸化物ガラス８００ｃｍ-1を使用す
る場合、多重格子振動緩和によって1Ｇ4準位に励起され
たＰｒ3+が非放射遷移される確率が非常に高く、その結
果、光増幅効率が低下する。従って、Ｐｒ3+を用いた光
増幅器で、格子振動エネルギーが低い物質を基地材料と
して使用する場合に、良好な光増幅効率を得ることがで
きる。
【０００６】格子振動エネルギーが低い物質としては、
ＺｒＦ4を含むフッ化物系ガラスが知られている。とこ
ろが、このようなフッ化物系ガラスは量子効率が４％以
下で、蛍光寿命のような性能が満足すべき水準に至らな
い問題がある。これにより最近は基地材料として、フッ
化物系ガラスより格子振動エネルギーがより低い硫化物
系ガラスを利用しようとする研究が活発になされてい
る。
ＺｒＦ4を含むフッ化物系ガラスが知られている。とこ
ろが、このようなフッ化物系ガラスは量子効率が４％以
下で、蛍光寿命のような性能が満足すべき水準に至らな
い問題がある。これにより最近は基地材料として、フッ
化物系ガラスより格子振動エネルギーがより低い硫化物
系ガラスを利用しようとする研究が活発になされてい
る。
【０００７】図１はＤｙ3+のエネルギー準位図である。
これを参照すれば、Ｄｙ3+から放出される１．３１μｍ
蛍光は、励起準位の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位から基底準位
の6Ｈ 15/2準位に遷移する過程で発生する。
これを参照すれば、Ｄｙ3+から放出される１．３１μｍ
蛍光は、励起準位の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位から基底準位
の6Ｈ 15/2準位に遷移する過程で発生する。
【０００８】一方、下記表１はＧｅ−Ｇａ−Ｓガラス基
地を使用した場合、Ｄｙ3+とＰｒ3+で発生する１．３１
μｍ蛍光の光増幅性能を比較して示したものである。
地を使用した場合、Ｄｙ3+とＰｒ3+で発生する１．３１
μｍ蛍光の光増幅性能を比較して示したものである。
【０００９】
【表１】
【００１０】表１によると、Ｄｙ3+の場合、Ｐｒ3+に比
べて誘導放出断面積が４倍以上も大きく、分岐率も大き
いことが分かった。また、Ｄｙ3+はＰｒ3+とは異なり近
赤外線領域に多数の大きい吸収帯が存在しており、励起
が容易であるという長所を有している。しかし、Ｄｙ3+
の蛍光寿命を実際に測定すると、Ｐｒ3+の１０％程度に
過ぎず、蛍光効率が非常に低い。これによって光増幅に
必要な利得係数が非常に小さいという短所がある。
べて誘導放出断面積が４倍以上も大きく、分岐率も大き
いことが分かった。また、Ｄｙ3+はＰｒ3+とは異なり近
赤外線領域に多数の大きい吸収帯が存在しており、励起
が容易であるという長所を有している。しかし、Ｄｙ3+
の蛍光寿命を実際に測定すると、Ｐｒ3+の１０％程度に
過ぎず、蛍光効率が非常に低い。これによって光増幅に
必要な利得係数が非常に小さいという短所がある。
【００１１】Ｄｙ3+の蛍光寿命が短いのは多重フォノン
緩和現象に起因したことであるが、これをより詳細に説
明すれば次の通りである。即ち、励起準位の6Ｆ11/2、6
Ｈ9/ 2準位と、これと最隣接している下位準位の6Ｆ11/2
準位との間のエネルギー差が約１８００ｃｍ-1であり、
これはＰｒ3+の場合よりもっと小さく、多重フォノン緩
和速度が１．３１μｍ蛍光の放出速度をはるかに超え
る。そのため励起されたイオンエネルギーの大部分がイ
オンとフォノンとの間の相互作用によって損失する。従
ってＤｙ3+の基地材料として、フォノンエネルギーが大
きい酸化物系ガラスはもちろん、フォノンエネルギーが
比較的小さなフッ化物系ガラスでも１．３１μｍ蛍光発
生が不可能であり、一方で硫化物系ガラスを使用した場
合にだけ蛍光発生が確認された。
緩和現象に起因したことであるが、これをより詳細に説
明すれば次の通りである。即ち、励起準位の6Ｆ11/2、6
Ｈ9/ 2準位と、これと最隣接している下位準位の6Ｆ11/2
準位との間のエネルギー差が約１８００ｃｍ-1であり、
これはＰｒ3+の場合よりもっと小さく、多重フォノン緩
和速度が１．３１μｍ蛍光の放出速度をはるかに超え
る。そのため励起されたイオンエネルギーの大部分がイ
オンとフォノンとの間の相互作用によって損失する。従
ってＤｙ3+の基地材料として、フォノンエネルギーが大
きい酸化物系ガラスはもちろん、フォノンエネルギーが
比較的小さなフッ化物系ガラスでも１．３１μｍ蛍光発
生が不可能であり、一方で硫化物系ガラスを使用した場
合にだけ蛍光発生が確認された。
【００１２】前述したように、Ｄｙ3+は光増幅の活性イ
オンとして充分な可能性を有しているにもかかわらず、
その可能性が確認できる基地材料が開発されていないた
めに、１．３１μｍ波長帯光増幅器の活性イオンとして
の応用が制限されてきた。
オンとして充分な可能性を有しているにもかかわらず、
その可能性が確認できる基地材料が開発されていないた
めに、１．３１μｍ波長帯光増幅器の活性イオンとして
の応用が制限されてきた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が達成しようと
する技術的課題は、前記問題点を解決して１．３１μｍ
波長帯の光増幅効率を改善させたＤｙ3+含有光増幅器用
光ファイバを提供することである。
する技術的課題は、前記問題点を解決して１．３１μｍ
波長帯の光増幅効率を改善させたＤｙ3+含有光増幅器用
光ファイバを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】従って、本発明が解決し
ようとする前記技術的課題は、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス
とＫＢｒまたはＣｓＢｒからなるアルカリ金属−ハロゲ
ン化物を含み、Ｄｙがドーピングされており、さらに該
アルカリ金属−ハロゲン化物の含量が該Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラスのＧａの含量より多いことを特徴とする光増幅
器用光ファイバによって解決される。
ようとする前記技術的課題は、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス
とＫＢｒまたはＣｓＢｒからなるアルカリ金属−ハロゲ
ン化物を含み、Ｄｙがドーピングされており、さらに該
アルカリ金属−ハロゲン化物の含量が該Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラスのＧａの含量より多いことを特徴とする光増幅
器用光ファイバによって解決される。
【００１５】さらに本発明は、前記アルカリ金属−ハロ
ゲン化物の含量が、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスとアルカリ
金属−ハロゲン化物の総量を基準として１〜２０モル％
であり、前記Ｄｙの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスと
アルカリ金属−ハロゲン化物とＤｙの総量を基準として
０．０１〜０．１モル％であることを特徴とする前記光
増幅器用光ファイバである。
ゲン化物の含量が、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスとアルカリ
金属−ハロゲン化物の総量を基準として１〜２０モル％
であり、前記Ｄｙの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスと
アルカリ金属−ハロゲン化物とＤｙの総量を基準として
０．０１〜０．１モル％であることを特徴とする前記光
増幅器用光ファイバである。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】また、本発明の前記技術的課題は、Ｇｅ−
Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスとＫＢｒまたはＣｓＢｒからな
るアルカリ金属−ハロゲン化物を含み、Ｄｙがドーピン
グされており、さらに該アルカリ金属−ハロゲン化物の
含量が該Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスのＧａの含量よ
り多いことを特徴とする光増幅器用光ファイバによって
も達成される。
Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスとＫＢｒまたはＣｓＢｒからな
るアルカリ金属−ハロゲン化物を含み、Ｄｙがドーピン
グされており、さらに該アルカリ金属−ハロゲン化物の
含量が該Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスのＧａの含量よ
り多いことを特徴とする光増幅器用光ファイバによって
も達成される。
【００２２】さらに本発明は、前記アルカリ金属−ハロ
ゲン化物の含量が、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスとア
ルカリ金属−ハロゲン化物の総量を基準として１〜２０
モル％であり、前記Ｄｙの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−
Ｓ系ガラスとアルカリ金属−ハロゲン化物とＤｙの総量
を基準として０．０１〜０．１モル％であることを特徴
とする前記光増幅器用光ファイバである。
ゲン化物の含量が、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスとア
ルカリ金属−ハロゲン化物の総量を基準として１〜２０
モル％であり、前記Ｄｙの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−
Ｓ系ガラスとアルカリ金属−ハロゲン化物とＤｙの総量
を基準として０．０１〜０．１モル％であることを特徴
とする前記光増幅器用光ファイバである。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
発明の望ましい実施例について詳細に説明する。
【００２９】Ｄｙ3+の１．３１μｍの蛍光寿命及び光増
幅効率は、6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位に励起されたエネルギ
ーが光以外の他の形態に変換されて消耗する非放射遷移
程度によって大きく変わる。このような非放射遷移現象
は、図１に示されたように、ガラスの格子振動エネルギ
ーによる多重格子振動緩和現象（図１の（Ａ））と近接
Ｄｙ3+イオン間のエネルギー伝達現象（図１の（Ｂ））
に大別される。
幅効率は、6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位に励起されたエネルギ
ーが光以外の他の形態に変換されて消耗する非放射遷移
程度によって大きく変わる。このような非放射遷移現象
は、図１に示されたように、ガラスの格子振動エネルギ
ーによる多重格子振動緩和現象（図１の（Ａ））と近接
Ｄｙ3+イオン間のエネルギー伝達現象（図１の（Ｂ））
に大別される。
【００３０】Ｄｙ3+内6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位の電子密度
を縮めて光増幅効率を阻害する要因の一つは、前述した
非放射遷移現象中格子振動による多重フォノン緩和現象
である。従ってＤｙ3+を１．３１μｍ光増幅用活性イオ
ンとして使用するためには、多重フォノン緩和速度を最
小化することが先決課題である。ここで多重フォノン緩
和とは、稀土類イオンのような発光イオンが、結晶、ガ
ラスのような固体基地内に存在する場合、外部のエネル
ギーを吸収してイオンが浮き出した状態になった後、底
状態または下位準位に遷移する過程で発生する有用な光
エネルギーが、格子振動、即ち、フォノンエネルギーに
消耗されることを意味する。このような多重フォノン緩
和において、イオンを取り囲んでいる基地構成元素の準
位と、その最隣接下位準位との間のエネルギー差は非常
に重要である。一般的に二つのエネルギー準位のエネル
ギー差は、基地の格子振動エネルギーの数倍以上大きい
ので、励起されたイオンのエネルギーを基地の格子振動
によって消耗させるためには複数のフォノンが必要であ
る。この際の多重フォノン緩和速度は、フォノン個数に
対し指数関数的に反比例する。従ってエネルギー準位間
差が一定な場合、基地の格子振動エネルギーをできるだ
け小さくすることで、フォノン個数が増加して多重フォ
ノン緩和速度を下げることができる。
を縮めて光増幅効率を阻害する要因の一つは、前述した
非放射遷移現象中格子振動による多重フォノン緩和現象
である。従ってＤｙ3+を１．３１μｍ光増幅用活性イオ
ンとして使用するためには、多重フォノン緩和速度を最
小化することが先決課題である。ここで多重フォノン緩
和とは、稀土類イオンのような発光イオンが、結晶、ガ
ラスのような固体基地内に存在する場合、外部のエネル
ギーを吸収してイオンが浮き出した状態になった後、底
状態または下位準位に遷移する過程で発生する有用な光
エネルギーが、格子振動、即ち、フォノンエネルギーに
消耗されることを意味する。このような多重フォノン緩
和において、イオンを取り囲んでいる基地構成元素の準
位と、その最隣接下位準位との間のエネルギー差は非常
に重要である。一般的に二つのエネルギー準位のエネル
ギー差は、基地の格子振動エネルギーの数倍以上大きい
ので、励起されたイオンのエネルギーを基地の格子振動
によって消耗させるためには複数のフォノンが必要であ
る。この際の多重フォノン緩和速度は、フォノン個数に
対し指数関数的に反比例する。従ってエネルギー準位間
差が一定な場合、基地の格子振動エネルギーをできるだ
け小さくすることで、フォノン個数が増加して多重フォ
ノン緩和速度を下げることができる。
【００３１】ところが、格子振動エネルギーは格子を構
成する原子の質量の自乗根に反比例し、各原子間の結合
定数の自乗根に比例するので、構成原子質量が大きく原
子間の結合力が弱い基地を使用することにより、多重フ
ォノン緩和速度を下げることができる。また多重フォノ
ン緩和速度は、基地内に存在する稀土類イオン内の電子
とフォノンとの間のカップリング強度により変化する。
従って多重フォノン緩和速度を下げるためには、稀土類
イオン内の電子とフォノンとの間の相互作用を縮めて、
これら間のカップリング強度を極小化させることが望ま
しい。
成する原子の質量の自乗根に反比例し、各原子間の結合
定数の自乗根に比例するので、構成原子質量が大きく原
子間の結合力が弱い基地を使用することにより、多重フ
ォノン緩和速度を下げることができる。また多重フォノ
ン緩和速度は、基地内に存在する稀土類イオン内の電子
とフォノンとの間のカップリング強度により変化する。
従って多重フォノン緩和速度を下げるためには、稀土類
イオン内の電子とフォノンとの間の相互作用を縮めて、
これら間のカップリング強度を極小化させることが望ま
しい。
【００３２】一方、硫化物系ガラスは、格子振動エネル
ギーが約３５０ｃｍ-1程度で、酸化物系ガラスやフッ化
物系ガラスに比べて顕著に小さいため、多重フォノン緩
和速度が遅いと期待される。しかし、基地として硫化物
系ガラスを使用した場合、Ｄｙ3+内の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2
準位の蛍光寿命が約３８μｓで、これは非常に小さく、
量子効率が１７％未満になる問題がある。従って硫化物
系ガラス内電子とフォノンの間のカップリング強度を最
小化させることが必要である。
ギーが約３５０ｃｍ-1程度で、酸化物系ガラスやフッ化
物系ガラスに比べて顕著に小さいため、多重フォノン緩
和速度が遅いと期待される。しかし、基地として硫化物
系ガラスを使用した場合、Ｄｙ3+内の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2
準位の蛍光寿命が約３８μｓで、これは非常に小さく、
量子効率が１７％未満になる問題がある。従って硫化物
系ガラス内電子とフォノンの間のカップリング強度を最
小化させることが必要である。
【００３３】従って本発明における前記問題点の解決手
段は、一般的な硫化物系ガラスを使用して格子振動エネ
ルギーを下げると同時に、硫化物系ガラスの構成元素に
比べて質量が大きく、電子−フォノンカップリング強度
が顕著に弱い臭素化物またはヨウ素化物を添加して、Ｄ
ｙ3+の電子とフォノンとの間の相互作用を最小化し、Ｄ
ｙ3+で発生する１．３１μｍ波長帯蛍光の効率を増大さ
せることである。
段は、一般的な硫化物系ガラスを使用して格子振動エネ
ルギーを下げると同時に、硫化物系ガラスの構成元素に
比べて質量が大きく、電子−フォノンカップリング強度
が顕著に弱い臭素化物またはヨウ素化物を添加して、Ｄ
ｙ3+の電子とフォノンとの間の相互作用を最小化し、Ｄ
ｙ3+で発生する１．３１μｍ波長帯蛍光の効率を増大さ
せることである。
【００３４】以下、本発明の光増幅器用光ファイバに対
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【００３５】本発明の光増幅器用光ファイバはＧｅ−Ｇ
ａ−Ｓ系ガラスまたはＧｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラス
と、アルカリ金属−ハロゲン化物を含み、ＤｙがＤｙ3+
イオンの状態でドーピングされている。ここでアルカリ
金属−ハロゲン化物は特別に限られてはいないが、ＫＢ
ｒ、ＣｓＢｒ、ＫＩまたはＣｓＩであることが望まし
く、その含量はＧｅ−Ｇａ−Ｓ系またはＧｅ−Ｇａ−Ａ
ｓ−Ｓ系ガラスと、アルカリ金属−ハロゲン化物の総合
を基準として１〜２０モル％であることが望ましい。ア
ルカリ金属−ハロゲン化物の含量は１〜１０モル％であ
ることがより望ましい。もしアルカリ金属−ハロゲン化
物の含量が１モル％未満の場合、光ファイバの蛍光効率
特性が優れず、２０モル％を超える場合、熱的及び化学
的性質が低下して望ましくない。
ａ−Ｓ系ガラスまたはＧｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラス
と、アルカリ金属−ハロゲン化物を含み、ＤｙがＤｙ3+
イオンの状態でドーピングされている。ここでアルカリ
金属−ハロゲン化物は特別に限られてはいないが、ＫＢ
ｒ、ＣｓＢｒ、ＫＩまたはＣｓＩであることが望まし
く、その含量はＧｅ−Ｇａ−Ｓ系またはＧｅ−Ｇａ−Ａ
ｓ−Ｓ系ガラスと、アルカリ金属−ハロゲン化物の総合
を基準として１〜２０モル％であることが望ましい。ア
ルカリ金属−ハロゲン化物の含量は１〜１０モル％であ
ることがより望ましい。もしアルカリ金属−ハロゲン化
物の含量が１モル％未満の場合、光ファイバの蛍光効率
特性が優れず、２０モル％を超える場合、熱的及び化学
的性質が低下して望ましくない。
【００３６】Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスは、Ｇｅ−
Ｇａ−Ｓ系ガラスの光ファイバ製造時に問題になる結晶
化性向を最小化するために考案された組成である。Ｇｅ
−Ｇａ−Ｓ系ガラスで、Ｇｅはガラス形成能力が良い元
素である反面、Ｇａはガラス形成能力が不良である。従
って、Ｇａの添加でＧｅ−Ｇａ−Ｓガラスは全体的に結
晶化性向が強い傾向があり、光ファイバ製造時にガラス
化し難い場合がある。このような現象を予防するため
に、ガラス形成能力に優れたＡｓを付加することで、硫
化物系ガラスで結晶化性向を抑え、ガラス化過程を容易
にした。Ｇｅの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラス
またはＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスの全体総合を基準として
２５〜３０モル％、Ｇａは２〜１０モル％、Ａｓは５〜
１０％、Ｓは６０〜６５モル％である。
Ｇａ−Ｓ系ガラスの光ファイバ製造時に問題になる結晶
化性向を最小化するために考案された組成である。Ｇｅ
−Ｇａ−Ｓ系ガラスで、Ｇｅはガラス形成能力が良い元
素である反面、Ｇａはガラス形成能力が不良である。従
って、Ｇａの添加でＧｅ−Ｇａ−Ｓガラスは全体的に結
晶化性向が強い傾向があり、光ファイバ製造時にガラス
化し難い場合がある。このような現象を予防するため
に、ガラス形成能力に優れたＡｓを付加することで、硫
化物系ガラスで結晶化性向を抑え、ガラス化過程を容易
にした。Ｇｅの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラス
またはＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスの全体総合を基準として
２５〜３０モル％、Ｇａは２〜１０モル％、Ａｓは５〜
１０％、Ｓは６０〜６５モル％である。
【００３７】Ｄｙのドーピング量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系
ガラスまたはＧｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスと、アルカ
リ金属−ハロゲン化物とＤｙの総量を基準として０．０
１〜０．１モル％であることが望ましい。ここでＤｙの
ドーピング量が０．０１モル％未満の場合、１．３μｍ
における蛍光強度が小さくて光増幅効果率が劣化し、
０．１モル％を超える場合には、交差緩和による濃度消
光現象が発生して光増幅効率が落ちるので望ましくな
い。ここでＤｙの供給源としてはＤｙ2Ｓ3を、Ｇｅ供給
源としてはＧｅインゴットを、Ｇａ供給源としてはＧａ
粉末を、Ａｓ供給源としてはＡｓ金属塊（ｍｅｔａｌ
ｌｕｍｐ）を使用する。
ガラスまたはＧｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスと、アルカ
リ金属−ハロゲン化物とＤｙの総量を基準として０．０
１〜０．１モル％であることが望ましい。ここでＤｙの
ドーピング量が０．０１モル％未満の場合、１．３μｍ
における蛍光強度が小さくて光増幅効果率が劣化し、
０．１モル％を超える場合には、交差緩和による濃度消
光現象が発生して光増幅効率が落ちるので望ましくな
い。ここでＤｙの供給源としてはＤｙ2Ｓ3を、Ｇｅ供給
源としてはＧｅインゴットを、Ｇａ供給源としてはＧａ
粉末を、Ａｓ供給源としてはＡｓ金属塊（ｍｅｔａｌ
ｌｕｍｐ）を使用する。
【００３８】前記アルカリ金属−ハロゲン化物がＫＢｒ
またはＣｓＢｒの場合、アルカリ金属−ハロゲン化物と
してＣｓＩまたはＫＩを使用する場合に比べて蛍光寿命
改善効果に優れる。そしてアルカリ金属−ハロゲン化物
の含量は、Ｇａの含量と同一か多い場合が望ましく、特
にアルカリ金属−ハロゲン化物の含量はＧａの含量と同
じであることがより望ましい。その理由は、このような
条件の時、ガラスの化学的安定性と稀土類元素の溶解度
特性が最も優れるためである。もしアルカリ金属−ハロ
ゲン化物の含量がＧａの含量に比べて過度に多い場合、
ガラスの熱的安定性と稀土類元素の溶解度が急激に低下
するので望ましくない。
またはＣｓＢｒの場合、アルカリ金属−ハロゲン化物と
してＣｓＩまたはＫＩを使用する場合に比べて蛍光寿命
改善効果に優れる。そしてアルカリ金属−ハロゲン化物
の含量は、Ｇａの含量と同一か多い場合が望ましく、特
にアルカリ金属−ハロゲン化物の含量はＧａの含量と同
じであることがより望ましい。その理由は、このような
条件の時、ガラスの化学的安定性と稀土類元素の溶解度
特性が最も優れるためである。もしアルカリ金属−ハロ
ゲン化物の含量がＧａの含量に比べて過度に多い場合、
ガラスの熱的安定性と稀土類元素の溶解度が急激に低下
するので望ましくない。
【００３９】具体的な例をあげれば、０．９５［Ｇｅ32
Ｇａ5Ｓ63］−０．０５ＫＢｒ及び０．９５［Ｇｅ32Ｇ
ａ5Ｓ63］−０．０５ＣｓＢｒの場合が、０．９５［Ｇ
ｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．０５ＫＢｒ及び０．９５［Ｇｅ
25Ｇａ10Ｓ65］−０．０５ＣｓＢｒの場合に比べて、
１．３１μｍ蛍光寿命増加幅が大きい。
Ｇａ5Ｓ63］−０．０５ＫＢｒ及び０．９５［Ｇｅ32Ｇ
ａ5Ｓ63］−０．０５ＣｓＢｒの場合が、０．９５［Ｇ
ｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．０５ＫＢｒ及び０．９５［Ｇｅ
25Ｇａ10Ｓ65］−０．０５ＣｓＢｒの場合に比べて、
１．３１μｍ蛍光寿命増加幅が大きい。
【００４０】そして前記アルカリ金属−ハロゲン化物が
ＣｓＩとＫＩの場合、Ｇａの含量はガラス全体総合を基
準として１０モル％以上であることが望ましい。そして
アルカリ金属−ハロゲン化物の含量が、Ｇａの含量と同
一または多い場合、１．３１μｍ蛍光寿命改善効果が優
れる。もしアルカリ金属−ハロゲン化物の含量がＧａの
含量に比べて小さい場合、１．３１μｍ蛍光寿命増加幅
があまり大きくならず望ましくない。
ＣｓＩとＫＩの場合、Ｇａの含量はガラス全体総合を基
準として１０モル％以上であることが望ましい。そして
アルカリ金属−ハロゲン化物の含量が、Ｇａの含量と同
一または多い場合、１．３１μｍ蛍光寿命改善効果が優
れる。もしアルカリ金属−ハロゲン化物の含量がＧａの
含量に比べて小さい場合、１．３１μｍ蛍光寿命増加幅
があまり大きくならず望ましくない。
【００４１】一方、本発明に係る光ファイバの製造方法
は次の通りである。
は次の通りである。
【００４２】光ファイバ製造物質として、高純度のＧ
ｅ、Ｇａ、Ｓと、Ｄｙ2Ｓ3等のＤｙ3+供給源と、アルカ
リ金属−ハロゲン化物とを、酸素が排除された不活性ガ
ス雰囲気のグローブボックス内で混合する。その際、ま
ずＧｅ、Ｇａ、Ｓと、Ｄｙ3+供給源を、希望する含量比
で混合した後、この混合物に所定含量のアルカリ金属−
ハロゲン化物を付加して混合する。
ｅ、Ｇａ、Ｓと、Ｄｙ2Ｓ3等のＤｙ3+供給源と、アルカ
リ金属−ハロゲン化物とを、酸素が排除された不活性ガ
ス雰囲気のグローブボックス内で混合する。その際、ま
ずＧｅ、Ｇａ、Ｓと、Ｄｙ3+供給源を、希望する含量比
で混合した後、この混合物に所定含量のアルカリ金属−
ハロゲン化物を付加して混合する。
【００４３】前記混合物を一定量称量した後、シリカア
ンプルに充填し、真空状態で封じる。この結果物を炉で
９００〜１１００℃、好ましくは９５０〜１０００℃で
溶融させる。ここで、溶融温度が１１００℃を超過する
場合、密封されたシリカアンプルが蒸気圧に耐えられず
に爆発し、９００℃未満の場合、溶融点が高い稀土類元
素が溶融されないため望ましくない。
ンプルに充填し、真空状態で封じる。この結果物を炉で
９００〜１１００℃、好ましくは９５０〜１０００℃で
溶融させる。ここで、溶融温度が１１００℃を超過する
場合、密封されたシリカアンプルが蒸気圧に耐えられず
に爆発し、９００℃未満の場合、溶融点が高い稀土類元
素が溶融されないため望ましくない。
【００４４】次に溶融された結果物を冷却する。この際
冷却方法は特別に限定されないが、本発明では空気中で
放置して冷却する方法を用いる。
冷却方法は特別に限定されないが、本発明では空気中で
放置して冷却する方法を用いる。
【００４５】冷却された結果物を基地ガラスのガラス転
移温度、即ち、３００〜４００℃付近で熱処理する。次
にシリカアンプルを割り、棒状のガラスを得て、これを
熱処理した後、延伸することによって、本発明に係る光
ファイバを完成する。
移温度、即ち、３００〜４００℃付近で熱処理する。次
にシリカアンプルを割り、棒状のガラスを得て、これを
熱処理した後、延伸することによって、本発明に係る光
ファイバを完成する。
【００４６】以下、本発明を実施例をあげて詳細に説明
するが、本発明が下記実施例に限定されるものではな
い。
するが、本発明が下記実施例に限定されるものではな
い。
【００４７】
【実施例】＜実施例１＞アルゴン雰囲気のグローブボッ
クス内で、純度９９．９９９％のＧｅ、Ｇａ、Ｓと、９
９．９％のＫＢｒを称量して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ
65］−０．１０ＫＢｒを形成した。このように形成され
た０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒに、
０．０５モル％のＤｙ2Ｓ3（純度：９９．９％）を付加
してＤｙ 3+をドーピングした。
クス内で、純度９９．９９９％のＧｅ、Ｇａ、Ｓと、９
９．９％のＫＢｒを称量して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ
65］−０．１０ＫＢｒを形成した。このように形成され
た０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒに、
０．０５モル％のＤｙ2Ｓ3（純度：９９．９％）を付加
してＤｙ 3+をドーピングした。
【００４８】前記結果物を称量して１０ｇを得た後、こ
れをシリカアンプルに充填し、真空状態で封じた。これ
を炉で９５０℃で１２時間溶融させた後、空冷した。前
記結果物を３５０℃で２時間熱処理した後、シリカアン
プルを割って棒状のガラスを得た。得られた棒状のガラ
スを熱処理した後、これを延伸して光ファイバを製造し
た。
れをシリカアンプルに充填し、真空状態で封じた。これ
を炉で９５０℃で１２時間溶融させた後、空冷した。前
記結果物を３５０℃で２時間熱処理した後、シリカアン
プルを割って棒状のガラスを得た。得られた棒状のガラ
スを熱処理した後、これを延伸して光ファイバを製造し
た。
【００４９】＜実施例２＞ＫＢｒの代わりにＫＩを使用
して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＫＩを形
成したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実
施した。
して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＫＩを形
成したことを除いては、実施例１と同じ方法によって実
施した。
【００５０】＜実施例３＞ＫＢｒの代わりにＣｓＢｒを
使用して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０Ｃｓ
Ｂｒを形成したことを除いては、実施例１と同じ方法に
よって実施した。
使用して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０Ｃｓ
Ｂｒを形成したことを除いては、実施例１と同じ方法に
よって実施した。
【００５１】＜実施例４＞ＫＢｒの代わりにＣｓＩを使
用して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＣｓＩ
を形成したことを除いては、実施例１と同じ方法によっ
て実施した。
用して０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＣｓＩ
を形成したことを除いては、実施例１と同じ方法によっ
て実施した。
【００５２】＜実施例５＞０．９０［Ｇｅ25Ｇａ
10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５［Ｇｅ25
Ｇａ10Ｓ65］−０．０５ＫＢｒを形成したことを除いて
は、実施例１と同じ方法によって実施した。
10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５［Ｇｅ25
Ｇａ10Ｓ65］−０．０５ＫＢｒを形成したことを除いて
は、実施例１と同じ方法によって実施した。
【００５３】＜実施例６＞ＫＢｒの代わりにＣｓＢｒを
使用して０．９５［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．０５Ｃｓ
Ｂｒを形成したことを除いては、実施例５と同じ方法に
よって実施した。
使用して０．９５［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．０５Ｃｓ
Ｂｒを形成したことを除いては、実施例５と同じ方法に
よって実施した。
【００５４】＜実施例７＞０．９０［Ｇｅ25Ｇａ
10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５［Ｇｅ32
Ｇａ5Ｓ63］−０．０５ＫＢｒを形成したことを除いて
は、実施例１と同じ方法によって実施した。
10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５［Ｇｅ32
Ｇａ5Ｓ63］−０．０５ＫＢｒを形成したことを除いて
は、実施例１と同じ方法によって実施した。
【００５５】＜実施例８＞ＫＢｒの代わりにＣｓＢｒを
使用して０．９５［Ｇｅ32Ｇａ5Ｓ63］−０．０５Ｃｓ
Ｂｒを形成したことを除いては、実施例７と同じ方法に
よって実施した。
使用して０．９５［Ｇｅ32Ｇａ5Ｓ63］−０．０５Ｃｓ
Ｂｒを形成したことを除いては、実施例７と同じ方法に
よって実施した。
【００５６】＜実施例９＞０．９０［Ｇｅ25Ｇａ
10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９６［Ｇｅ32
Ｇａ5Ｓ63］−０．０４ＣｓＢｒを形成したことを除い
ては、実施例１と同じ方法によって実施した。
10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９６［Ｇｅ32
Ｇａ5Ｓ63］−０．０４ＣｓＢｒを形成したことを除い
ては、実施例１と同じ方法によって実施した。
【００５７】＜実施例１０＞０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ
65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９７［Ｇｅ32Ｇａ
5Ｓ63］−０．０３ＣｓＢｒを形成したことを除いて
は、実施例１と同じ方法によって実施した。
65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９７［Ｇｅ32Ｇａ
5Ｓ63］−０．０３ＣｓＢｒを形成したことを除いて
は、実施例１と同じ方法によって実施した。
【００５８】＜実施例１１＞０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ
65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５２３８［Ｇｅ
29Ｇａ5Ｓ66］−０．０４７６２ＣｓＢｒを形成したこ
とを除いては、実施例１と同じ方法によって実施した。
65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５２３８［Ｇｅ
29Ｇａ5Ｓ66］−０．０４７６２ＣｓＢｒを形成したこ
とを除いては、実施例１と同じ方法によって実施した。
【００５９】＜実施例１２＞０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ
65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５［Ｇｅ29Ｇａ
5Ｓ66］−０．０５ＫＩを使用したことを除いては、実
施例１と同じ方法によって実施した。
65］−０．１０ＫＢｒの代わりに０．９５［Ｇｅ29Ｇａ
5Ｓ66］−０．０５ＫＩを使用したことを除いては、実
施例１と同じ方法によって実施した。
【００６０】＜実施例１３＞ＫＩの代わりにＣｓＩを使
用して０．９５［Ｇｅ29Ｇａ5Ｓ66］−０．０５ＣｓＩ
を形成したことを除いては、実施例１２と同じ方法によ
って実施した。
用して０．９５［Ｇｅ29Ｇａ5Ｓ66］−０．０５ＣｓＩ
を形成したことを除いては、実施例１２と同じ方法によ
って実施した。
【００６１】＜実施例１４＞９９．９９９％純度のＡｓ
を使用し、０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０Ｋ
Ｂｒの代わりに０．９５［Ｇｅ30Ａｓ9Ｇａ1Ｓ60］−
０．０５ＣｓＢｒを形成したことを除いては、実施例１
と同じ方法によって実施した。
を使用し、０．９０［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０Ｋ
Ｂｒの代わりに０．９５［Ｇｅ30Ａｓ9Ｇａ1Ｓ60］−
０．０５ＣｓＢｒを形成したことを除いては、実施例１
と同じ方法によって実施した。
【００６２】＜比較例＞ＫＢｒを付加せずに０．９０
［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりにＧｅ
25Ｇａ10Ｓ65を形成したことを除いては、実施例１と同
じ方法によって実施した。
［Ｇｅ25Ｇａ10Ｓ65］−０．１０ＫＢｒの代わりにＧｅ
25Ｇａ10Ｓ65を形成したことを除いては、実施例１と同
じ方法によって実施した。
【００６３】前記実施例１〜１４及び比較例に従って製
造された光ファイバを、Ｄｙ3+の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位
の蛍光寿命を測定することによって試験した。
造された光ファイバを、Ｄｙ3+の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位
の蛍光寿命を測定することによって試験した。
【００６４】蛍光寿命（τ：測定値）は、デジタル化オ
シロスコープを用いて蛍光強度が初期の１／ｅになる地
点の時間と定義した。また蛍光寿命（τR：計算値）
は、電子遷移による光放出だけを仮定した時の蛍光強度
が、初期の１／ｅになる地点の時間と定義した。そして
量子効率ηは、蛍光寿命の測定値と計算値の割合と定義
した。
シロスコープを用いて蛍光強度が初期の１／ｅになる地
点の時間と定義した。また蛍光寿命（τR：計算値）
は、電子遷移による光放出だけを仮定した時の蛍光強度
が、初期の１／ｅになる地点の時間と定義した。そして
量子効率ηは、蛍光寿命の測定値と計算値の割合と定義
した。
【００６５】励起光源は、Ａｒ+1レーザーで駆動される
Ｔｉ−サファイアレーザー（波長：９１４ｎｍ）を使用
した。またＧｅ−Ｇａ−Ｓ−アルカリ金属ハロゲン化物
ガラス（またはＧｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ−アルカリ金属ハ
ロゲン化物ガラス）内のＤｙ 3+を6Ｆ7/2準位に励起させ
た後に発生する蛍光は、ＩｎＳｂフォト検出器で感知し
た。そして１／４ｍダブルモノクロメータで波長を選別
し、感知された蛍光をロックイン増幅器で分析した。
Ｔｉ−サファイアレーザー（波長：９１４ｎｍ）を使用
した。またＧｅ−Ｇａ−Ｓ−アルカリ金属ハロゲン化物
ガラス（またはＧｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ−アルカリ金属ハ
ロゲン化物ガラス）内のＤｙ 3+を6Ｆ7/2準位に励起させ
た後に発生する蛍光は、ＩｎＳｂフォト検出器で感知し
た。そして１／４ｍダブルモノクロメータで波長を選別
し、感知された蛍光をロックイン増幅器で分析した。
【００６６】分析結果は次の通りである。実施例１の光
ファイバは蛍光寿命が４２０μｓであり、比較例の場合
（蛍光寿命：３８μｓ、量子効率：１６．６％）に比べ
て蛍光寿命が延び、かつ量子効率は９０％であった。こ
れはＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスにＫＢｒを添加することに
よって、Ｄｙ3+の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位から6Ｆ11/2準位
への多重フォノン緩和速度が激減したためである。
ファイバは蛍光寿命が４２０μｓであり、比較例の場合
（蛍光寿命：３８μｓ、量子効率：１６．６％）に比べ
て蛍光寿命が延び、かつ量子効率は９０％であった。こ
れはＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスにＫＢｒを添加することに
よって、Ｄｙ3+の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位から6Ｆ11/2準位
への多重フォノン緩和速度が激減したためである。
【００６７】実施例２の光ファイバは蛍光寿命が２７０
μｓであり、実施例３の光ファイバは蛍光寿命が１．２
６ｍｓで最大値を示した。実施例３ではＧｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラスにＣｓＢｒを添加することによってＤｙ3+の6
Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位から6Ｆ11/2準位への多重フォノン
緩和速度をより下げることができた。
μｓであり、実施例３の光ファイバは蛍光寿命が１．２
６ｍｓで最大値を示した。実施例３ではＧｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラスにＣｓＢｒを添加することによってＤｙ3+の6
Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位から6Ｆ11/2準位への多重フォノン
緩和速度をより下げることができた。
【００６８】実施例４の光ファイバの蛍光寿命は１９０
μｓ、実施例５の光ファイバの蛍光寿命は４４μｓ、実
施例６の場合は蛍光寿命が６０μｓ、実施例７の場合は
蛍光寿命が６５０μｓ、実施例８の場合は蛍光寿命が
１．１２ｍｓであった。
μｓ、実施例５の光ファイバの蛍光寿命は４４μｓ、実
施例６の場合は蛍光寿命が６０μｓ、実施例７の場合は
蛍光寿命が６５０μｓ、実施例８の場合は蛍光寿命が
１．１２ｍｓであった。
【００６９】前記結果から、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスに
ＫＢｒまたはＣｓＢｒを添加した場合（実施例５〜６）
には比較例の場合に比べて蛍光寿命の増加幅があまり大
きくなかったが、ガラス基地の組成を変化させた。また
ＫＢｒまたはＣｓＢｒを添加する場合（実施例７及び
８）は蛍光寿命の増加幅が大きかった。
ＫＢｒまたはＣｓＢｒを添加した場合（実施例５〜６）
には比較例の場合に比べて蛍光寿命の増加幅があまり大
きくなかったが、ガラス基地の組成を変化させた。また
ＫＢｒまたはＣｓＢｒを添加する場合（実施例７及び
８）は蛍光寿命の増加幅が大きかった。
【００７０】また、実施例９の蛍光寿命は１０７μｓ
で、実施例１０の場合は７２μｓであり、実施例１〜４
及び実施例７〜８の場合のように蛍光寿命が顕著に延び
る現象は生じなかった。
で、実施例１０の場合は７２μｓであり、実施例１〜４
及び実施例７〜８の場合のように蛍光寿命が顕著に延び
る現象は生じなかった。
【００７１】前記実施例１、３、５〜１０の結果を総合
すると、臭素化物の含量がＧａの含量に比べて小さな場
合、１．３１μｍ蛍光寿命の増加があまりないことが分
かった。これを確認するために実施例１１ではＧａ／Ｃ
ｓＢｒ＝１になるようにＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスにＣｓ
Ｂｒを添加した。その結果、蛍光寿命は１．１３ｍｓ
で、顕著に増加した。この結果により、ＣｓＢｒの含量
がＧａの含量と同じか多い場合にだけ、多重フォノン緩
和速度が下がる現象が生じることが判明した。
すると、臭素化物の含量がＧａの含量に比べて小さな場
合、１．３１μｍ蛍光寿命の増加があまりないことが分
かった。これを確認するために実施例１１ではＧａ／Ｃ
ｓＢｒ＝１になるようにＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスにＣｓ
Ｂｒを添加した。その結果、蛍光寿命は１．１３ｍｓ
で、顕著に増加した。この結果により、ＣｓＢｒの含量
がＧａの含量と同じか多い場合にだけ、多重フォノン緩
和速度が下がる現象が生じることが判明した。
【００７２】実施例１２の蛍光寿命は５５μｓで、実施
例１３の蛍光寿命は５９μｓであり、比較例の場合に比
べて蛍光寿命がやや延びた。このような結果からＧｅ29
Ｇａ 5Ｓ66ガラス９５モル％にＫＩまたはＣｓＩ５モル
％を添加した場合、ＣｓＢｒを添加する場合とは違っ
て、蛍光寿命改善現象があまり大きくなかった。
例１３の蛍光寿命は５９μｓであり、比較例の場合に比
べて蛍光寿命がやや延びた。このような結果からＧｅ29
Ｇａ 5Ｓ66ガラス９５モル％にＫＩまたはＣｓＩ５モル
％を添加した場合、ＣｓＢｒを添加する場合とは違っ
て、蛍光寿命改善現象があまり大きくなかった。
【００７３】実施例１４の場合は７２０μｓであり、比
較例の場合に比べてＤｙ3+の１．３１μｍ蛍光寿命が顕
著に延びた。
較例の場合に比べてＤｙ3+の１．３１μｍ蛍光寿命が顕
著に延びた。
【００７４】一方、前記実施例１〜４及び比較例に従っ
て製造された光増幅器用光ファイバを９１４ｎｍの励起
光源でＤｙ3+の6Ｆ7/2準位に励起した時、6Ｆ11/2、6Ｈ
9/2準位から基底準位に遷移しながら発生する１．３１
μｍ蛍光と6Ｆ11/2準位から基底準位に遷移しながら発
生する１．７５μｍ蛍光スペクトルとを図２に示した。
て製造された光増幅器用光ファイバを９１４ｎｍの励起
光源でＤｙ3+の6Ｆ7/2準位に励起した時、6Ｆ11/2、6Ｈ
9/2準位から基底準位に遷移しながら発生する１．３１
μｍ蛍光と6Ｆ11/2準位から基底準位に遷移しながら発
生する１．７５μｍ蛍光スペクトルとを図２に示した。
【００７５】図２を参照すれば、比較例の場合、１．３
１μｍ蛍光強度が１．７５μｍ蛍光強度に比べて非常に
小さい。これは多重フォノン緩和速度がＧｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラスでは約２００００ｓｅｃ-1で１．３１μｍ蛍光
の自発放出速度（約４０００ｓｅｃ-1）の５倍に至るの
で、6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位に励起された大部分のＤｙ3 +
イオンが１．３１μｍ蛍光を放出できなく、下位準位の
6Ｆ11/2に遷移して１．７５μｍ蛍光を放出するからで
ある。
１μｍ蛍光強度が１．７５μｍ蛍光強度に比べて非常に
小さい。これは多重フォノン緩和速度がＧｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラスでは約２００００ｓｅｃ-1で１．３１μｍ蛍光
の自発放出速度（約４０００ｓｅｃ-1）の５倍に至るの
で、6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位に励起された大部分のＤｙ3 +
イオンが１．３１μｍ蛍光を放出できなく、下位準位の
6Ｆ11/2に遷移して１．７５μｍ蛍光を放出するからで
ある。
【００７６】その反面、実施例１及び３の場合は、Ｇｅ
−Ｇａ−Ｓ系ガラスに臭素化物が添加されて多重フォノ
ン緩和速度が非常に下がって１．３１μｍ蛍光強度が
１．７５μｍ蛍光強度より非常に大きい。Ｇｅ−Ｇａ−
Ｓ系ガラスにヨウ素化物を添加した場合（実施例２及び
４）は１．７５μｍ蛍光に対する１．３１μｍ蛍光の相
対的な強度の増大幅が臭素化物を添加した場合（実施例
１及び３）に比べて小さかった。
−Ｇａ−Ｓ系ガラスに臭素化物が添加されて多重フォノ
ン緩和速度が非常に下がって１．３１μｍ蛍光強度が
１．７５μｍ蛍光強度より非常に大きい。Ｇｅ−Ｇａ−
Ｓ系ガラスにヨウ素化物を添加した場合（実施例２及び
４）は１．７５μｍ蛍光に対する１．３１μｍ蛍光の相
対的な強度の増大幅が臭素化物を添加した場合（実施例
１及び３）に比べて小さかった。
【００７７】一方、前記実施例１〜４及び比較例に従っ
て製造された光増幅器用光ファイバを９１４ｎｍの励起
光源でＤｙ3+の6Ｆ7/2準位に励起した場合、6Ｆ11/２、
6Ｈ9/2準位から基底準位に遷移しながら発生する１．３
１μｍ蛍光強度が、時間が経過するにつれて変化するグ
ラフを図３に示した。図３を参照すれば、実施例１〜４
の場合は、比較例の場合に比べて蛍光強度が非常に遅く
減少するので蛍光寿命が延びたことが確認できた。
て製造された光増幅器用光ファイバを９１４ｎｍの励起
光源でＤｙ3+の6Ｆ7/2準位に励起した場合、6Ｆ11/２、
6Ｈ9/2準位から基底準位に遷移しながら発生する１．３
１μｍ蛍光強度が、時間が経過するにつれて変化するグ
ラフを図３に示した。図３を参照すれば、実施例１〜４
の場合は、比較例の場合に比べて蛍光強度が非常に遅く
減少するので蛍光寿命が延びたことが確認できた。
【００７８】
【発明の効果】本発明に係るＤｙ3+イオン含有光増幅器
は、Ｄｙ3+イオンがドーピングされるガラス基地として
格子振動エネルギーが小さい硫化物系ガラスを使用して
おり、かつアルカリ金属−ハロゲン化物を添加してＤｙ
3+イオンの電子とフォノンとの間の相互作用を最小化す
ることによって、Ｄｙ3+の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位と最隣
接下位準位の6Ｈ11/2準位との間で発生する多重フォノ
ン緩和速度を極小化させることができる。その結果、
１．３１μｍ蛍光準位の寿命を延びることによって蛍光
効率が非常に改善される。
は、Ｄｙ3+イオンがドーピングされるガラス基地として
格子振動エネルギーが小さい硫化物系ガラスを使用して
おり、かつアルカリ金属−ハロゲン化物を添加してＤｙ
3+イオンの電子とフォノンとの間の相互作用を最小化す
ることによって、Ｄｙ3+の6Ｆ11/2、6Ｈ9/2準位と最隣
接下位準位の6Ｈ11/2準位との間で発生する多重フォノ
ン緩和速度を極小化させることができる。その結果、
１．３１μｍ蛍光準位の寿命を延びることによって蛍光
効率が非常に改善される。
【図１】Ｄｙ3+のエネルギー準位図である。
【図２】本発明の実施例１〜４及び比較例に従って製造
された光増幅器用光ファイバに９１４ｎｍ波長のレーザ
ーを照射した場合の、Ｄｙ3+の蛍光放出スペクトルを示
す図面である。
された光増幅器用光ファイバに９１４ｎｍ波長のレーザ
ーを照射した場合の、Ｄｙ3+の蛍光放出スペクトルを示
す図面である。
【図３】本発明の実施例１〜４及び比較例に従って製造
された光増幅器用光ファイバに９１４ｎｍ波長のレーザ
ーを照射した場合の、Ｄｙ3+の１．３１μｍ蛍光におい
て時間経過に従う蛍光強度の減殺曲線である。
された光増幅器用光ファイバに９１４ｎｍ波長のレーザ
ーを照射した場合の、Ｄｙ3+の１．３１μｍ蛍光におい
て時間経過に従う蛍光強度の減殺曲線である。
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フロントページの続き
(72)発明者 金 賢 洙
大韓民国京畿道城南市盆唐区二梅洞111
番地 振興アパート801棟1002号
(56)参考文献 欧州特許出願公開676378（ＥＰ，Ａ
１)
国際公開97／003028（ＷＯ，Ａ１)
国際公開98／001401（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 3/30
G02B 6/00 - 6/02
G02B 6/10
G02B 6/16 - 6/22
G02B 6/44
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスとＫＢｒまたは
ＣｓＢｒからなるアルカリ金属−ハロゲン化物を含み、
Ｄｙがドーピングされており、さらに該アルカリ金属−
ハロゲン化物の含量が該Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスのＧａ
の含量より多いことを特徴とする光増幅器用光ファイ
バ。 - 【請求項２】 前記アルカリ金属−ハロゲン化物の含量
が、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスとアルカリ金属−ハロゲン
化物の総量を基準として１〜２０モル％であり、 前記Ｄｙの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスとアルカリ
金属−ハロゲン化物とＤｙの総量を基準として０．０１
〜０．１モル％であることを特徴とする請求項１に記載
の光増幅器用光ファイバ。 - 【請求項３】 Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスとＫＢｒ
またはＣｓＢｒからなるアルカリ金属−ハロゲン化物を
含み、Ｄｙがドーピングされており、さらに該アルカリ
金属−ハロゲン化物の含量が該Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系
ガラスのＧａの含量より多いことを特徴とする光増幅器
用光ファイバ。 - 【請求項４】 前記アルカリ金属−ハロゲン化物の含量
が、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスとアルカリ金属−ハ
ロゲン化物の総量を基準として１〜２０モル％であり、 前記Ｄｙの含量は、Ｇｅ−Ｇａ−Ａｓ−Ｓ系ガラスとア
ルカリ金属−ハロゲン化物とＤｙの総量を基準として
０．０１〜０．１モル％であることを特徴とする請求項
３に記載の光増幅器用光ファイバ。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| KR99P1647 | 1999-01-20 | ||
| KR1019990001647A KR100322129B1 (ko) | 1999-01-20 | 1999-01-20 | 광증폭기용 광섬유 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216469A JP2000216469A (ja) | 2000-08-04 |
| JP3415088B2 true JP3415088B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=19571867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000010391A Expired - Fee Related JP3415088B2 (ja) | 1999-01-20 | 2000-01-19 | 光増幅器用光ファイバ |
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|---|---|
| US (1) | US6480663B1 (ja) |
| EP (1) | EP1022823B1 (ja) |
| JP (1) | JP3415088B2 (ja) |
| KR (1) | KR100322129B1 (ja) |
| CN (1) | CN1174267C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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-
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| CN1174267C (zh) | 2004-11-03 |
| DE60012380D1 (de) | 2004-09-02 |
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