JP4044200B2 - Bismuth-doped quartz glass, manufacturing method thereof, optical fiber using the glass, and optical amplifier - Google Patents

Bismuth-doped quartz glass, manufacturing method thereof, optical fiber using the glass, and optical amplifier Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラス中にBi(ビスマス)をドープするための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、光通信システムにおいては、信号伝送用として、通常、安価で入手容易なシングルモードの石英系光ファイバが使用されている。また、このような光ファイバ中を伝送する途中で減衰した光を増幅するために、誘導放出効果によって信号光を光電変換することなく直接に増幅する増幅用光ファイバが使用される場合がある。
【0003】
ところで、信号伝送用の通常の石英系の光ファイバの零分散波長は1.3μm帯にある。
【0004】
したがって、増幅用光ファイバとしても、信号歪みの少ない1.3μm帯に増幅特性を有するものを使用したいという要求がある。
【0005】
このような1.3μm帯に増幅特性を有する光ファイバとして、従来、たとえば、弗化物ガラスにPr(プラセオジウム)をドープした構成のものが提供されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような弗化物ガラスを主体とした増幅用光ファイバは、水分の影響を受けて強度劣化を起こして信頼性に欠けるきらいがあり、また、通常の伝送用の石英系の光ファイバとの融着接続が成分構成が異なるために困難で、しかも、石英系のものに比較して高価である。
【0007】
このため、1.3μm帯に増幅特性を有する石英系の光ファイバを得たいという要求がある。
【0008】
一方、核融合などに使用されるレーザ媒質として、1.3μm帯で高輝度、高出力のレーザ光を発生できるものを得たいという要求もある。
【0009】
そこで、本発明は、このような要求に応えることができる石英系のガラス、それを用いた光ファイバ、および光増幅器を提供できるようにすることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、次の構成を採る。
【0011】
すなわち、請求項1記載に係るビスマスドープ石英ガラスは、石英ガラス中にゼオライトが均一分散されており、ゼオライトを構成するユニットセル内の中央サイトにビスマスがクラスタ化されてドープされていることを特徴とする。
【0012】
また、請求項2記載に係るビスマスドープ石英ガラスの製造方法では、硝酸ビスマスの水溶液にゼオライトを混合し、この水溶液を室温下で所定時間にわたって撹拌した後、これを乾燥させてビスマスドープゼオライトを生成し、このビスマスドープゼオライトを石英を主成分とするゾル中に混入し、このゾルをゲル化してから、乾燥、焼結してガラス化することを特徴とする。
【0013】
請求項3記載の光ファイバは、請求項1記載のビスマスドープ石英ガラスを使用して構成されている。
【0014】
請求項4記載の光増幅器は、請求項3記載の光ファイバが増幅素子として使用されている。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明のビスマスドープ石英ガラスは、石英ガラス中にゼオライトが均一分散されており、図1に示すように、そのゼオライトを構成するユニットセル内の中央サイトにビスマスがクラスタ化されてドープされている。
【0016】
また、本発明のビスマスドープ石英ガラスの製造方法は、硝酸ビスマスの水溶液にゼオライトを混合し、この水溶液を室温下で所定時間にわたって撹拌した後、これを乾燥させてビスマスドープゼオライトを生成する。次に、ゾル・ゲル法を適用して、このビスマスドープゼオライトを石英を主成分とするゾル中に混入し、このゾルをゲル化してから、乾燥、焼結してガラス化する。
【0017】
また、本発明の光ファイバは、請求項1記載のビスマスドープ石英ガラスを使用して構成されている。
【0018】
さらに、本発明の光増幅器は、請求項3記載の光ファイバが増幅素子として使用されている。
【0019】
このようなビスマスドープ石英ガラスで構成された光ファイバを増幅素子として用いた光増幅器の構成を図2に示す。
【0020】
図2において、aは増幅素子としての光ファイバ、bは光ファイバaをポンピングする励起光を発生する励起光源としてのレーザダイオード、cは励起光を光ファイバaに導くための光カプラ、dは信号光のみを一方向にのみ通過させる偏波無依存型のアイソレータ、e1,e2は信号光の入射端および出射端である。
【0021】
そして、増幅素子となる光ファイバaの前後には、通常の石英系の光ファイバが接続される。
【0022】
この構成では、レーザダイオードbからの励起光(たとえば、0.81μm)が光カプラcを経由して増幅用の光ファイバaに入射されてこれがポンピングされている状態で、信号光(たとえば波長1.3μm)がアイソレータdを通過して光ファイバaに入射されると、この信号光が誘導放出効果によって増幅され、増幅された信号光のみが光カプラc、アイソレータdを経由して出射される。
【0023】
なお、図2に示したものは、いわゆる後方励起型のものであるが、信号光と励起光とを同じ方向から入射する前方励起型のものであってもよい。
【0024】
【実施例】
次に、ビスマスドープ石英ガラスを製造する方法について具体例を挙げて説明するとともに、製造後のビスマスドープ石英ガラスの特性についても説明する。
【0025】
(製造方法)
1.前処理工程
工程 a
まず、原料のゼオライト(ここでは特にタイプX)を飽和塩化アンモニュウム水溶液中に投入する。
【0026】
そして、このゼオライトが混入された水溶液を十分な時間をかけて撹拌し、これを静置した後、上澄み液を捨てる。
【0027】
これにより、ゼオライト中のNa+がNH4 +と置換されたゼオライトが得られる。
【0028】
工程 b
工程aで得られたゼオライトを、硝酸ビスマス[Bi(NO)3]の水溶液中に混合し、これを室温(25℃前後)下で十分な時間をかけて(たとえば1時間程度)撹拌する。
【0029】
この場合のゼオライト、硝酸ビスマス、および水の混合割合としては、たとえば、重量比で(ゼオライト)、(硝酸ビスマス):(水)=2:1:10の割合に設定する。
【0030】
これにより、ゼオライト中のN4 +がBi3+と置換されたビスマスドープゼオライトが得られる。しかも、この場合のビスマスドープゼオライトは、図1に示すように、ゼオライトを構成するユニットセル内の中央サイト(Super cage)にビスマスがクラスタ化された状態となって存在することになる。
【0031】
工程 c
次に、このビスマスドープゼオライトを濾過して水分を除き、さらに、これを乾燥器などを用いて十分に乾燥させる。
【0032】
なお、工程aを省略して工程bから、すなわち、原料のゼオライトを硝酸ビスマスの水溶液中に直接に混合する工程から始めることもできる。
【0033】
また、工程aに代えて、次の処理を行うこともできる。
【0034】
まず、原料のゼオライト(ここでは特にタイプX)を塩化イットリウム[YCl3]の100℃の水溶液中に投入し、この水溶液を十分な時間をかけて(たとえば2週間)撹拌し、これを静置した後、上澄み液を捨てる。これにより、Na+がY+と完全に置換されたゼオライトが得られる。続いて、このゼオライトを飽和塩化アンモニュウムの水溶液中に混合し、この水溶液を十分な時間をかけて(たとえば4時間)撹拌してから、これを静置した後、上澄み液を捨てる。これにより、ゼオライトを構成するユニットセル内の中央サイト(Super cage)に存在するY+の大部分が取り出される。その後は、工程bに移行する。
【0035】
このように塩化イットリウムを用いた処理を行うと、ゼオライト中のナトリウムを一層少なくできるので、耐水性が向上するなどの特性改善を図ることができる。
【0036】
2.本工程
この本工程では、いわゆるゾル・ゲル法(たとえば、作花済夫著:アグネ承風社発行.『ゾル・ゲル法の科学』参照)が適用される。以下、具体的に説明する。
【0037】
工程 d
シリコンアルコレートと水とを所定の割合で混合し、塩酸で酸度を調整(たとえばpH=1.5に調整)した後、所定時間(たとえば1週間程度)にわってこれを撹拌する。
【0038】
この場合のシリコンアルコレートとしては、テトラ・エチル・オルソ・シリケート(TEOS)や、テトラ・メチル・オルソ・シリケート(TMOS)等を使用することができる。また、TEOSを使用する場合の水との混合割合としては、たとえば、重量比で(TEOS):(水)=208:180≒10:9の割合に設定する。
【0039】
工程 e
一方、市販のテグサOX50等やTEOS、エタノールとアンモニア水溶液(pH≒11.5)の混合により生成する石英粒子と、水とを所定の割合で混合し、所定時間(たとえば2時間程度)にわたってこれを撹拌する。
【0040】
工程 f
工程dで得られた水溶液と、工程eで得られた水溶液とを所定の割合で混合してこれを撹拌する。
【0041】
工程d,eでそれぞれ得られた水溶液の混合割合としては、たとえば、SiO2の量に換算して1:1に設定する。
【0042】
工程 g
先の工程a〜工程cによって得られたビスマスドープゼオライトを重量比で5倍の水で溶く。
【0043】
工程 h
引き続いて、先の工程fで得られた水溶液と、先の工程gで得られた水溶液とを、所望のビスマス濃度等量に合致するように混合した後、これに0.1規定のアンモニア溶液を添加してゲル化させる。
【0044】
工程 i
このゲルを十分に乾燥させて水分等を除く。たとえば、ゲルを80℃で24時間かけて乾燥させ、続いて110℃で2週間かけて乾燥させる。
【0045】
工程 j
次に、このゲルを比較的低温で所定時間をかけて(たとえば1200℃で4時間)仮焼結して多孔質スートの状態とし、続いて、比較的高温で所定時間をかけて(たとえば1750℃で1.5時間)本焼結して透明ガラス化する。
【0046】
このようにして得られたビスマスドープ石英ガラスにおいて、ゼオライトは非晶質になるが、ゼオライトのユニットセル内の中央サイト(Super cage)に存在するビスマスはあまり拡散させずにクラスタ化した状態のままとなっている。
【0047】
これは、外観上からもある程度判断可能である。すなわち、ゼオライトを含まない場合には全体が薄黄色をしているのに対して、本発明のように、ゼオライトを含むビスマスドープ石英ガラスの場合には、全体が薄桃色をしている点からも特性の違いを判別することができる。
【0048】
なお、上記の製造工程における各種条件はあくまで一例であって、そのような条件に必ずしも限定されるものではない。
【0049】
たとえば、この実施例では、ゼオライト(ここでは特にタイプX)はナトリュウムイオンを含むことを前提としているが、カルシュウムイオン等の他の元素を含むタイプの異なるゼオライトでも本発明は適用可能である。
【0050】
また、上記の実施例に代えて、次の変形例も考えられる。
【0051】
1.ゼオライトについて
ゼオライトは、通常、イオン交換特性をもつ結晶であって、天然・合成の物を含めると数百種以上の存在が確認されている。それらすべてが適用の可能性をもつ。つまり、Xタイフの代わりとなり得る。特に、Y、Aタイプなどは結晶構造が同じであるから、Xタイプと同様の利用が可能である。
【0052】
ゼオライトは、SiとAlにより構成されている物がほとんどを占めるが、特殊な物として、PとAlにより構成された物(アルミノリン系ゼオライト)もあるので、Pの混合の必要がある場合は、このようなゼオライトを用いることも可能である。
【0053】
2.Naイオンの少ないゼオライトの製作
上述のようにYイオンで置換することにより、Naイオンの混入の少ないゼオライトの製作が可能であるが、Laイオンによっても同様の効果を得ることができる。
【0054】
(ビスマスドープ石英ガラスの特性)
上記の製造方法に基づいて得られたビスマスドープ石英ガラスについて、その蛍光特性を調べた結果を図3に、吸収特性を調べた結果を図4にそれぞれ示す。
【0055】
これらの図中、実線はゼオライトを使用してビスマスをドープした本発明に係るビスマスドープ石英ガラス(以下、本発明品という)を、また、破線はゼオライトを使用することなく単にビスマスを石英ガラス中にドープしたもの(以下、従来品という)を示している。
【0056】
なお、蛍光特性の測定条件としては、励起光源:Xeランプ(ピーク波長500nm、半値全幅50nm)、受光器:Ge半導体、分光器の分解能は1nm程度、試料の寸法は、5×5×1mmのものを使用した。
【0057】
また、吸収特性の測定条件としては、ハロゲンランプの透過光を測定したもので、受光器は光電子増倍管を使用し、分光器の分解能は1nm程度、試料の厚みは1〜2mm程度のものである。
【0058】
図3から分かるように、従来品では、1.3μm帯には蛍光が認められないのに対して、本発明品では、1.3μm帯において大きな蛍光強度を示す。しかも、長い寿命(τrad=650μs)と、広い幅(Δλ=250nm)と、適度の誘導放出断面積(≒1.0×1.0-20cm2)とを有している。
【0059】
このため、低分散領域(λ=1.3μm帯)での増幅が可能な石英系の増幅用光ファイバを製作でき、しかも、高輝度、高熱耐力、高出力用レーザ媒質としての応用も可能である。
【0060】
また、図4から分かるように、BandXとBandYは本発明品で、吸収のピークが500nmと700nmの2本ある。特に、光ファイバ増幅媒質として用いる場合は、680nm付近の半導体レーザーによる励起が可能であり、また、核融合用レーザー媒質としては、従来のフラッシュランプの励起でも十分に対応することができる。
【0061】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
【0062】
(1) 低分散領域(λ=1.3μm帯)での増幅が可能な石英系の増幅用光ファイバを製作することが可能である。
【0063】
(2) 高輝度、高熱耐力、高出力用レーザ媒質としての応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のビスマスドープ石英ガラスの製造に際して、その工程途中で得られるビスマスドープゼオライトのユニットセルの構造を示す模式図である。
【図2】本発明のビスマスドープ石英ガラスで構成された光ファイバを増幅素子として用いた光増幅器の構成図である。
【図3】本発明のビスマスドープ石英ガラスの蛍光特性を示す図である。
【図4】本発明のビスマスドープ石英ガラスの吸収特性を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for doping Bi (bismuth) into quartz glass.
[0002]
[Prior art]
In general, in an optical communication system, a single-mode silica-based optical fiber that is inexpensive and easily available is usually used for signal transmission. In addition, in order to amplify light attenuated during transmission through such an optical fiber, an amplification optical fiber that directly amplifies signal light without photoelectric conversion due to a stimulated emission effect may be used.
[0003]
By the way, the zero-dispersion wavelength of a normal silica-based optical fiber for signal transmission is in the 1.3 μm band.
[0004]
Therefore, there is a demand to use an optical fiber for amplification having amplification characteristics in the 1.3 μm band with little signal distortion.
[0005]
As such an optical fiber having amplification characteristics in the 1.3 μm band, conventionally, for example, a structure in which a fluoride glass is doped with Pr (praseodymium) is provided.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, such an optical fiber for amplification mainly composed of fluoride glass tends to be unreliable due to the deterioration of strength due to the influence of moisture. The fusion splicing is difficult due to the difference in the component composition, and is more expensive than the quartz-based one.
[0007]
For this reason, there is a demand to obtain a silica-based optical fiber having amplification characteristics in the 1.3 μm band.
[0008]
On the other hand, there is a demand for obtaining a laser medium that can generate high-intensity and high-power laser light in the 1.3 μm band as a laser medium used for nuclear fusion.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a quartz glass that can meet such a demand, an optical fiber using the glass, and an optical amplifier.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention adopts the following configuration in order to solve the above problems.
[0011]
That is, the bismuth-doped quartz glass according to claim 1 is characterized in that zeolite is uniformly dispersed in the quartz glass, and bismuth is clustered and doped at the central site in the unit cell constituting the zeolite. And
[0012]
In the method for producing bismuth-doped quartz glass according to claim 2, a zeolite is mixed with an aqueous solution of bismuth nitrate, the aqueous solution is stirred at room temperature for a predetermined time, and then dried to produce a bismuth-doped zeolite. The bismuth-doped zeolite is mixed in a sol containing quartz as a main component, the sol is gelled, dried, sintered, and vitrified.
[0013]
An optical fiber according to a third aspect is constituted by using the bismuth-doped quartz glass according to the first aspect.
[0014]
The optical amplifier according to claim 4 uses the optical fiber according to claim 3 as an amplifying element.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the bismuth-doped quartz glass of the present invention, zeolite is uniformly dispersed in the quartz glass, and as shown in FIG. 1, bismuth is clustered and doped at the central site in the unit cell constituting the zeolite. .
[0016]
Moreover, the manufacturing method of the bismuth dope quartz glass of this invention mixes a zeolite with the aqueous solution of bismuth nitrate, after stirring this aqueous solution for a predetermined time at room temperature, this is dried and the bismuth dope zeolite is produced | generated. Next, by applying a sol-gel method, the bismuth-doped zeolite is mixed into a sol containing quartz as a main component, the sol is gelled, dried, sintered, and vitrified.
[0017]
The optical fiber of the present invention is configured using the bismuth-doped quartz glass according to claim 1.
[0018]
Furthermore, in the optical amplifier of the present invention, the optical fiber according to claim 3 is used as an amplifying element.
[0019]
FIG. 2 shows a configuration of an optical amplifier using such an optical fiber made of bismuth-doped quartz glass as an amplifying element.
[0020]
In FIG. 2, a is an optical fiber as an amplifying element, b is a laser diode as a pumping light source that generates pumping light for pumping the optical fiber a, c is an optical coupler for guiding the pumping light to the optical fiber a, and d is Polarization-independent isolators that allow only signal light to pass in only one direction, e 1 and e 2, are an incident end and an output end of the signal light.
[0021]
A normal silica-based optical fiber is connected before and after the optical fiber a serving as an amplifying element.
[0022]
In this configuration, pumping light (for example, 0.81 μm) from the laser diode b is incident on the amplification optical fiber a via the optical coupler c and is pumped. .3 μm) passes through the isolator d and enters the optical fiber a, this signal light is amplified by the stimulated emission effect, and only the amplified signal light is emitted via the optical coupler c and isolator d. .
[0023]
2 is a so-called backward pumping type, but it may be a forward pumping type in which signal light and pumping light are incident from the same direction.
[0024]
【Example】
Next, a method for producing bismuth-doped quartz glass will be described with a specific example, and characteristics of the bismuth-doped quartz glass after production will also be described.
[0025]
(Production method)
1. Pretreatment process
Process a
First, a raw material zeolite (here, particularly type X) is charged into a saturated ammonium chloride aqueous solution.
[0026]
Then, the aqueous solution mixed with the zeolite is stirred for a sufficient time and left to stand, and then the supernatant is discarded.
[0027]
Thereby, a zeolite in which Na + in the zeolite is replaced with NH 4 + is obtained.
[0028]
Step b
The zeolite obtained in step a is mixed in an aqueous solution of bismuth nitrate [Bi (NO) 3 ] and stirred for a sufficient time (for example, about 1 hour) at room temperature (around 25 ° C.).
[0029]
In this case, the mixing ratio of zeolite, bismuth nitrate, and water is set to a ratio of (zeolite), (bismuth nitrate) :( water) = 2: 1: 10, for example, in a weight ratio.
[0030]
Thereby, a bismuth-doped zeolite in which N 4 + in the zeolite is replaced with Bi 3+ is obtained. In addition, as shown in FIG. 1, the bismuth-doped zeolite in this case is present in a state where bismuth is clustered at a central site (super cage) in the unit cell constituting the zeolite.
[0031]
Process c
Next, the bismuth-doped zeolite is filtered to remove moisture, and further dried sufficiently using a drier or the like.
[0032]
It is also possible to omit the step a and start from the step b, that is, the step of directly mixing the raw material zeolite in the aqueous solution of bismuth nitrate.
[0033]
Moreover, it can replace with the process a and can also perform the following process.
[0034]
First, the raw material zeolite (here, particularly type X) is put into a 100 ° C. aqueous solution of yttrium chloride [YCl 3 ], and this aqueous solution is stirred for a sufficient time (for example, 2 weeks) and left to stand. After that, discard the supernatant. Thereby, a zeolite in which Na + is completely substituted with Y + is obtained. Subsequently, the zeolite is mixed in an aqueous solution of saturated ammonium chloride, and the aqueous solution is stirred for a sufficient time (for example, 4 hours). After allowing to stand, the supernatant is discarded. As a result, most of the Y + existing in the central site (Super cage) in the unit cell constituting the zeolite is extracted. Thereafter, the process proceeds to step b.
[0035]
When the treatment using yttrium chloride is performed in this way, sodium in the zeolite can be further reduced, so that improvement in characteristics such as improvement in water resistance can be achieved.
[0036]
2. Main Step In this main step, a so-called sol-gel method (for example, written by Sakuo Sakuo: published by Agne Sefu Co., Ltd., see “Science of Sol-Gel Method”) is applied. This will be specifically described below.
[0037]
Process d
Silicon alcoholate and water are mixed at a predetermined ratio, and the acidity is adjusted with hydrochloric acid (for example, adjusted to pH = 1.5), and then stirred for a predetermined time (for example, about one week).
[0038]
In this case, tetraethylorthosilicate (TEOS), tetramethylorthosilicate (TMOS), or the like can be used as the silicon alcoholate. Further, the mixing ratio with water when TEOS is used is, for example, set to a ratio of (TEOS) :( water) = 208: 180≈10: 9 by weight ratio.
[0039]
Process e
On the other hand, commercially available Tegusa OX50, etc., TEOS, quartz particles produced by mixing ethanol and aqueous ammonia (pH≈11.5) and water are mixed at a predetermined ratio, and this is mixed for a predetermined time (for example, about 2 hours). Is stirred.
[0040]
Process f
The aqueous solution obtained in step d and the aqueous solution obtained in step e are mixed at a predetermined ratio and stirred.
[0041]
The mixing ratio of the aqueous solutions obtained in steps d and e is set to 1: 1 in terms of the amount of SiO 2 , for example.
[0042]
Process g
The bismuth-doped zeolite obtained in the previous step a to step c is dissolved with 5 times the weight ratio of water.
[0043]
Process h
Subsequently, the aqueous solution obtained in the previous step f and the aqueous solution obtained in the previous step g are mixed so as to meet the desired equivalent bismuth concentration, and then added to the 0.1N ammonia solution. Is added to gel.
[0044]
Process i
The gel is sufficiently dried to remove moisture and the like. For example, the gel is dried at 80 ° C. for 24 hours, followed by drying at 110 ° C. for 2 weeks.
[0045]
Process j
Next, the gel is pre-sintered at a relatively low temperature for a predetermined time (for example, 1200 ° C. for 4 hours) to be in a porous soot state, and subsequently, is heated at a relatively high temperature for a predetermined time (for example, 1750). It is sintered at 1.5 ° C for 1.5 hours to form a transparent glass.
[0046]
In the bismuth-doped quartz glass obtained in this way, the zeolite becomes amorphous, but the bismuth present in the central site (Superer cage) in the unit cell of the zeolite remains in a clustered state without much diffusion. It has become.
[0047]
This can be determined to some extent from the appearance. That is, in the case of bismuth-doped quartz glass containing zeolite as in the present invention, the whole is light pink when it does not contain zeolite, whereas the whole is light pink. The difference in characteristics can also be determined.
[0048]
In addition, the various conditions in said manufacturing process are an example to the last, Comprising: It is not necessarily limited to such conditions.
[0049]
For example, in this embodiment, it is assumed that the zeolite (here, particularly type X) contains sodium ions, but the present invention can also be applied to different types of zeolite containing other elements such as calcium ions.
[0050]
Further, instead of the above embodiment, the following modification can be considered.
[0051]
1. About Zeolite Zeolite is usually a crystal having ion exchange characteristics, and when natural and synthetic substances are included, it has been confirmed that several hundred or more kinds exist. All of them have applicability. That is, it can be used instead of the X type. In particular, the Y, A type and the like have the same crystal structure, and can be used in the same manner as the X type.
[0052]
Most of the zeolite is composed of Si and Al, but there is also a special material composed of P and Al (aluminoline zeolite), so if you need to mix P, It is also possible to use such a zeolite.
[0053]
2. Manufacture of zeolite with less Na ions By replacing with Y ions as described above, it is possible to manufacture zeolite with less Na ions mixed in, but the same effect can be obtained with La ions.
[0054]
(Characteristics of bismuth-doped quartz glass)
FIG. 3 shows the results of examining the fluorescence characteristics of the bismuth-doped quartz glass obtained based on the above manufacturing method, and FIG. 4 shows the results of examining the absorption characteristics.
[0055]
In these figures, the solid line shows the bismuth-doped quartz glass according to the present invention doped with bismuth using zeolite (hereinafter referred to as the present invention), and the broken line simply shows bismuth in the quartz glass without using zeolite. 1 shows what is doped (hereinafter referred to as conventional product).
[0056]
The measurement conditions for the fluorescence characteristics are as follows: excitation light source: Xe lamp (peak wavelength 500 nm, full width at half maximum 50 nm), light receiver: Ge semiconductor, spectrometer resolution is about 1 nm, and sample size is 5 × 5 × 1 mm. I used something.
[0057]
In addition, the measurement conditions of the absorption characteristics are those obtained by measuring the light transmitted through a halogen lamp. The photoreceiver uses a photomultiplier tube, the resolution of the spectrometer is about 1 nm, and the thickness of the sample is about 1 to 2 mm. It is.
[0058]
As can be seen from FIG. 3, in the conventional product, no fluorescence is observed in the 1.3 μm band, whereas in the product of the present invention, the fluorescence intensity is large in the 1.3 μm band. Moreover, it has a long lifetime (τrad = 650 μs), a wide width (Δλ = 250 nm), and a moderate stimulated emission cross section (≈1.0 × 1.0 −20 cm 2 ).
[0059]
This makes it possible to manufacture quartz-based amplification optical fibers that can be amplified in the low dispersion region (λ = 1.3 μm band), and can also be used as laser media for high brightness, high heat resistance, and high output. is there.
[0060]
As can be seen from FIG. 4, BandX and BandY are products of the present invention, and there are two absorption peaks, 500 nm and 700 nm. In particular, when used as an optical fiber amplifying medium, it can be excited by a semiconductor laser having a wavelength of about 680 nm, and as a laser medium for fusion, it can sufficiently cope with excitation of a conventional flash lamp.
[0061]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
[0062]
(1) It is possible to manufacture a silica-based amplification optical fiber capable of amplification in a low dispersion region (λ = 1.3 μm band).
[0063]
(2) Application as a laser medium for high brightness, high heat resistance, and high output is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a unit cell of bismuth-doped zeolite obtained in the course of the production of bismuth-doped quartz glass of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an optical amplifier using an optical fiber composed of bismuth-doped quartz glass of the present invention as an amplifying element.
FIG. 3 is a graph showing fluorescence characteristics of the bismuth-doped quartz glass of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the absorption characteristics of the bismuth-doped quartz glass of the present invention.

Claims (4)

石英ガラス中にゼオライトが均一分散されており、ゼオライトを構成するユニットセル内の中央サイトにビスマスがクラスタ化されてドープされていることを特徴とするビスマスドープ石英ガラス。A bismuth-doped quartz glass, wherein zeolite is uniformly dispersed in quartz glass, and bismuth is clustered and doped at a central site in a unit cell constituting the zeolite. 硝酸ビスマスの水溶液にゼオライトを混合し、この水溶液を室温下で所定時間にわたって撹拌した後、これを乾燥させてビスマスドープゼオライトを生成し、このビスマスドープゼオライトを石英を主成分とするゾル中に混入し、このゾルをゲル化してから、乾燥、焼結してガラス化することを特徴とするビスマスドープ石英ガラスの製造方法。Zeolite is mixed with an aqueous solution of bismuth nitrate, and this aqueous solution is stirred for a predetermined time at room temperature, and then dried to produce bismuth-doped zeolite. This bismuth-doped zeolite is mixed in a sol mainly composed of quartz. A method for producing bismuth-doped quartz glass, characterized in that the sol is gelled and then dried, sintered and vitrified. 請求項1記載のビスマスドープ石英ガラスを使用して構成されている光ファイバ。An optical fiber configured using the bismuth-doped quartz glass according to claim 1. 請求項3記載の光ファイバが増幅素子として使用されていることを特徴とする光増幅器。An optical amplifier, wherein the optical fiber according to claim 3 is used as an amplifying element.
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AU2003273027A1 (en) * 2002-12-25 2004-07-22 Yasushi Fujimoto Glass composition fluorescent in infrared wavelength region
JP2005210072A (en) * 2003-12-25 2005-08-04 Japan Science & Technology Agency Optical fiber and broadband light amplifier
JP4914037B2 (en) * 2005-07-19 2012-04-11 住友電気工業株式会社 Optical fiber, optical coherence tomography apparatus, and optical fiber laser
RU2302066C1 (en) * 2005-09-22 2007-06-27 Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук Fiber optic conductor for optical intensification of radiation at wavelengths ranging between 1000 and 1700 nm, methods for its manufacture, and fiber laser
JP6085788B2 (en) * 2012-11-27 2017-03-01 フォトニックサイエンステクノロジ株式会社 Light shielding fiber, bundle fiber, light shielding fiber manufacturing method, and bundle fiber manufacturing method
CN108751964B (en) * 2018-08-20 2020-07-31 徐州华焰特种陶瓷有限公司 Heat-insulating wear-resistant quartz ceramic
CN111302618A (en) * 2020-02-17 2020-06-19 北京工业大学 Process method for preparing bismuth-doped quartz glass by sol-gel method

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