JP4232414B2 - 光増幅ガラスおよび光導波路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は１５３０〜１６３０ｎｍの波長の光の増幅に好適な光増幅ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信サービスの多様化に対応できる光通信方式として、波長多重のチャンネル数を増加させて伝送容量の増大を図る波長多重光通信方式（ＷＤＭ）等が提案されている。
ところで、Ｃバンド（波長：１５３０〜１５６０ｎｍ）またはＬバンド（波長：１５７０〜１６２０ｎｍ）の光を信号光とするＷＤＭ等においてはこれら信号光を増幅する光ファイバ増幅器が必須であり、このような増幅器としてＥＤＦＡの開発が行われている。
【０００３】
ＥＤＦＡとは、その光ファイバのコアがＥｒ添加ガラスである光ファイバ増幅器である。このような光ファイバとして、コアが石英ガラスであるＥｒ添加石英系ファイバ、および、コアがフッ化物ガラスであるＥｒ添加フッ化物ガラスファイバが例示される。
【０００４】
しかし、Ｅｒ添加石英系ファイバを用いたＥＤＦＡには、その光ファイバの長さが典型的には２０ｍ以上であり、３０ｃｍ程度の大きさのＥＤＦＡ容器の中に収容するためにはこれをボビン状に巻かなければならない問題があった。
また、Ｅｒ添加フッ化物ガラスファイバを用いたＥＤＦＡは、そのガラス転移点が典型的には３２０℃以下であり、そのために、光増幅のための励起光の強度が大きくなると熱的な損傷がおこるおそれがあった。
【０００５】
これらの問題を解決するために、特開２００１−１０２６６１号公報には、波長が１．５０μｍ以上１．５９μｍ以下、強度が０．００１ｍＷである信号光について９ｄＢ以上の利得が得られる、長さ６ｃｍの樹脂コートガラスファイバが開示されている。なお、長さが６ｃｍであればボビン状に巻く必要はない。また、前記樹脂コートガラスファイバのコアは、酸化ビスマス系マトリクスガラス（モル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３：４２．８％、Ｂ２Ｏ３：２８．５％、ＳｉＯ２：１４．３％、Ｇａ２Ｏ３：７．１％、Ａｌ２Ｏ３：７．１％、ＣｅＯ２：０．２％）１００質量部に０．６質量部の割合でＥｒが添加されたＥｒ添加酸化ビスマス系ガラス（以下、従来ガラスという。）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来ガラスの前記利得はファイバ長さが６ｃｍ、信号光強度が０．００１ｍＷの場合についてのものであるが、一般に利得は信号光強度が大きくなるほど低下することが知られており、通常ＷＤＭ等で使用される強度が約０．１ｍＷの信号光については従来ガラスによっては所望の利得が得られないおそれがある。
【０００７】
また、従来ガラスをＬバンドを含む波長帯の光の増幅に用いると所望の変換効率が得られないおそれがある。
本発明は、以上の課題を解決できる光増幅ガラスおよび光導波路の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マトリクスガラス１００質量部に０．１〜１０質量部の割合でＥｒが添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがＢｉ２Ｏ３と、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方と、Ｇａ２Ｏ３、ＷＯ３およびＴｅＯ２からなる群の１種以上と、Ｌａ２Ｏ３とを含有し、Ｂｉ２Ｏ３が２０〜８０モル％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が５〜７５モル％、Ｇａ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＴｅＯ２が０．１〜３５モル％、Ｌａ２Ｏ３が０．０１〜１５モル％である光増幅ガラスを提供する。
また、マトリクスガラス１００質量部に０．１〜３質量部の割合でＥｒが添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがＢｉ ２ Ｏ ３ と、Ｂ ２ Ｏ ３ およびＳｉＯ ２ の少なくともいずれか一方と、Ｇａ ２ Ｏ ３ と、Ｌａ ２ Ｏ ３ とを含有し、Ｂｉ２Ｏ３が３５〜５０モル％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が２５〜４０モル％、Ｇａ２Ｏ ３ が１０〜２０モル％、Ｌａ２Ｏ３が１〜４．３モル％である光増幅ガラスを提供する。
また、前記光増幅ガラスをコアとする光導波路を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の光増幅ガラス（以下本発明のガラスという。）は通常、コア／クラッド構造の光導波路、たとえば同構造のガラスファイバまたは同構造の平面導波路のコアとして使用される。なお、このような光導波路は本発明の光導波路である。
【００１０】
本発明の光導波路は１５３０〜１６３０ｎｍの波長の光、特にＣバンドの光を短い長さで増幅するのに好適である。また、Ｌバンドの光を高変換効率で増幅するのに好適である。
この増幅は、増幅されるべき光（信号光）とともに励起光をコアに入射することによって行われ、前記励起光としては通常、波長が９７０〜９９０ｎｍまたは１４７０〜１４９０ｎｍのレーザー光が使用される。通常、Ｃバンドの光の増幅には波長が９７０〜９９０ｎｍの励起光が、Ｌバンドの光の増幅には波長が１４７０〜１４９０ｎｍの励起光がそれぞれ使用されるがこれに限定されない。
【００１１】
本発明の光導波路を８ｃｍまたはそれ以下の長さでＣバンドの光の増幅に用いる場合、波長が１５３０ｎｍ以上１５６０ｎｍ以下、強度が０．１ｍＷの光に対する利得が、該光導波路の長さが５ｃｍのときに８ｄＢ以上であることが好ましい。長さが５ｃｍのときの前記利得が８ｄＢ未満では、前記課題を解決できないおそれがある、すなわち、長さが８ｃｍまたはそれ以下のときに強度が０．１ｍＷの信号光について充分な利得が得られないおそれがある。長さが５ｃｍのときの前記利得はより好ましくは９ｄＢ以上である。
【００１２】
本発明の光導波路を、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合、波長が１６００ｎｍの光に対する変換効率ηが１０％以上であることが好ましい。１０％未満では所望の利得が得られないおそれがある。より好ましくは１５％以上である。ここでηは信号光出射強度と励起光強度の比の百分率表示である。
【００１３】
ηが１０％以上であり、かつ１５３０〜１６２０ｎｍの波長帯において強度が１ｍＷの光に対する３ｄＢバンド幅が５５ｎｍ以上であることがより好ましい。特に好ましくは６０ｎｍ以上である。
また、ηが１０％以上であり、かつ波長が１６２０ｎｍであって強度が１ｍＷの光に対する利得が１０ｄＢ以上であることがより好ましい。特に好ましくは１５ｄＢ以上である。
【００１４】
ηが１０％以上であり、１５３０〜１６２０ｎｍの波長帯において強度が１ｍＷの光に対する３ｄＢバンド幅が５５ｎｍ以上であり、かつ波長が１６２０ｎｍであって強度が１ｍＷの光に対する利得が１０ｄＢ以上であることが特に好ましい。
【００１５】
本発明のガラスをコアとする光ファイバ（以下本発明の光ファイバという。）におけるコア径、クラッド径はそれぞれ典型的には２〜１０μｍ、１００〜２００μｍである。
【００１６】
本発明の光ファイバをボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用する場合、その長さは８ｃｍ以下であることが好ましい。より好ましくは６ｃｍ以下、特に好ましくは５ｃｍ以下である。
【００１７】
本発明の光ファイバのクラッドの屈折率ｎ２とコアすなわち本発明のガラスの屈折率ｎ１とは次式を満足することが好ましい。なお、ｎ１は典型的には１．８〜２．２である。
０．０００５≦（ｎ１−ｎ２）／ｎ１≦０．１
また、前記クラッドはガラスからなることが好ましく、該ガラスはモル％表示で本質的に、Ｂｉ２Ｏ３：２５〜７０％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２：５〜７４．８９％、Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３：０．１〜３０％、ＣｅＯ２：０．０１〜１０％からなることがより好ましい。
【００１８】
本発明の光ファイバは、たとえばコアガラスとクラッドガラスを複合化したプリフォームを周知の押出し成形法によって作製し、このプリフォームを延伸して作製される。
【００１９】
本発明のガラスのガラス転移点Ｔｇは３６０℃以上であることが好ましい。Ｔｇが３６０℃未満では、励起光として強度の大きいレーザー光を使用したときにガラスの温度が局所的に高くなって熱的に損傷し、その結果光損失が増加して光増幅が不充分となるおそれがある。より好ましくは４００℃以上、特に好ましくは４２０℃以上である。
【００２０】
本発明のガラスはマトリクスガラスおよびＥｒからなる。
マトリクスガラスに対するＥｒの添加量が、マトリクスガラスを１００質量部して０．１質量部未満では充分な利得が得られない。好ましくは０．２質量部以上である。１０質量部超では、ガラス化が困難になる、または、濃度消光のためにかえって利得が低下する。好ましくは７質量部以下、より好ましくは４質量部以下、特に好ましくは３質量部以下である。
【００２１】
本発明のガラスを、ボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用される光ファイバ（その長さは典型的には８ｃｍ以下）に使用する場合またはＥＤＦＡに使用されるコンパクトな平面導波路（その長さは典型的には８ｃｍ以下）に使用する場合、Ｅｒはマトリクスガラス１００質量部に０．５質量部以上添加されていることが好ましい。より好ましくは０．８質量部以上、特に好ましくは１．０質量部以上である。
【００２２】
これらの場合におけるＥｒの添加割合はマトリクスガラス１００質量部に対して１〜３質量部であることが好ましい。より好ましくは１．２〜３質量部、特に好ましくは１．５〜３質量部である。
【００２３】
本発明のガラスを、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合、Ｅｒはマトリクスガラス１００質量部に０．１質量部以上１質量部未満の割合で添加されていることが好ましい。より好ましくは０．２質量部以上、特に好ましくは０．３質量部以上である。また、より好ましくは０．９質量部以下、特に好ましくは０．８質量部以下である。
【００２４】
次に、本発明のガラスにおけるマトリクスガラスの組成についてモル％を単に％と表示して説明する。
Ｂｉ２Ｏ３は必須成分である。その含有量が２０％未満では利得が得られる波長幅Δλが小さい。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、特に好ましくは４０％以上である。８０％超では、ガラス化が困難になる、ファイバ加工時に失透する、またはＴｇが低くなりすぎる。好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下、特に好ましくは５０％以下である。ここでいう失透とは結晶析出の顕著なものであり、ファイバ加工時にファイバ切れを起こしたり、光ファイバとしての使用時にファイバ破壊を起こしたりするものである。
【００２５】
Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はネットワークフォーマであり、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が５％未満では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透する。より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。７５％超では利得が低下する。より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５５％以下、特に好ましくは４５％以下、最も好ましくは４０％以下である。
【００２６】
Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは６０％以下、より好ましくは４５％以下、特に好ましくは３０％以下である。耐水性を向上させたい場合または利得をより高めたい場合、その含有量を２０％以下とすることが好ましく、Ｂ２Ｏ３を含有しないことがより好ましい。
【００２７】
ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下、特に好ましくは４５％以下、最も好ましくは４０％以下である。ＳｉＯ２を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは１０％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。
【００２８】
Ｇａ２Ｏ３、ＷＯ３およびＴｅＯ２はΔλを大きくする成分であり、これら３成分の１種以上を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｇａ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＴｅＯ２が０．１％未満ではΔλが小さくなる。好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。３５％超では利得が低下する。好ましくは３０％以下、より好ましくは２５％以下である。
なお、Δλを大きくしたい場合、Ｇａ２Ｏ３を含有することが好ましい。
【００２９】
Ｇａ２Ｏ３の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下である。Ｇａ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００３０】
ＷＯ３の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＷＯ３を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００３１】
ＴｅＯ２の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下である。ＴｅＯ２を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００３２】
Ｌａ２Ｏ３は濃度消光を起こりにくくする効果または利得を増大させる効果を有し、必須である。０．０１％未満では前記効果が小さい。好ましくは０．１％以上である。１５％超ではガラス化が困難になる、または光損失が増加しやすくなる。好ましくは１２％以下、より好ましくは１０％以下である。
【００３３】
本発明のガラスを、ボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用される光ファイバに使用する前述の場合またはＥＤＦＡに使用されるコンパクトな平面導波路に使用する前述の場合、Ｅｒのマトリクスガラスへの添加割合が典型的には１質量部以上と高くなるので、Ｅｒによる濃度消光を抑制するためにＬａ２Ｏ３は１％以上とすることが好ましい。より好ましくは２％以上である。
【００３４】
本発明のガラスを、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合、Ｌａ２Ｏ３は０．５〜４％であることが好ましい。この場合光ファイバまたは平面導波路の長さ（典型的には８０ｃｍ以上）が長いので４％超では光損失のために所望の光増幅を得にくくなる。より好ましくは３％以下、特に好ましくは２．５％以下である。
【００３５】
本発明におけるマトリクスガラスは、下記酸化物基準で、
Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜８０％、
Ｂ２Ｏ３ ０〜６０％、
ＳｉＯ２ ０〜６０％、
Ｇａ２Ｏ３ ０〜３０％、
ＷＯ３ ０〜３０％、
ＴｅＯ２ ０〜３０％、
Ｌａ２Ｏ３ ０．０１〜１５％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、
ＧｅＯ２ ０〜３０％、
ＴｉＯ２ ０〜３０％、
ＳｎＯ２ ０〜３０％、
ＣｅＯ２ ０〜２％、
から本質的になることが好ましい。
【００３６】
上記好ましいマトリクスガラスの、先に説明したＢｉ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＷＯ３、ＴｅＯ２およびＬａ２Ｏ３以外の成分について以下に説明する。
Ａｌ２Ｏ３は必須ではないが、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために１０％まで含有してもよい。１０％超では光増幅率が低下するおそれがある。より好ましくは９％以下、さらに好ましくは８％以下、特に好ましくは７％以下、最も好ましくは５％以下である。Ａｌ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。より好ましくは１％以上、特に好ましくは２％以上である。
【００３７】
ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために、Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を含有し、これらの含有量の合計Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３が３０％以下であることが好ましい。３０％超ではガラス化が困難になるおそれがある、またはＴｇが低くなるおそれがある。より好ましくは２５％以下である。また、Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３は好ましくは３％以上、より好ましくは８％以上、特に好ましくは１２％以上である。
【００３８】
ＧｅＯ２は必須ではないが、ガラス形成を容易にする効果、または屈折率を高くする効果を有し、３０％まで含有してもよい。３０％超ではガラスが結晶化しやすくなる。好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。ＧｅＯ２を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。より好ましくは１％以上である。
【００３９】
ＣｅＯ２は必須ではないが、Ｂｉ２Ｏ３がガラス融液中で金属ビスマスとなって析出しガラスの透明性を低下させるのを防止するために、２％まで含有してもよい。２％超ではガラスの黄色またはオレンジ色の着色が顕著になり透過率が低下する。好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下である。ＣｅＯ２を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。なお、透過率を高めたい場合はＣｅＯ２を含有しないことが好ましい。
【００４０】
ＴｉＯ２およびＳｎＯ２はいずれも必須ではないが、ファイバ加工時の失透を抑制するために、それぞれ３０％までの範囲で含有してもよい。それぞれの含有量は１０％以下であることがより好ましい。
【００４１】
本発明における好ましいマトリクスガラスは本質的に上記成分からなるが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。該「他の成分」の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。たとえば、ファイバ加工時の失透を抑制するため、またはガラス化を容易にするために、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ等を、濃度消光または失透を抑制するためにＹｂ２Ｏ３を含有してもよい。なお、Ｙｂ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は５％以下であることが好ましい。
【００４２】
本発明のガラスの製造方法については特に制限はなく、たとえば、原料を調合して混合し、金ルツボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中に入れ、８００〜１３００℃で空気中で溶解し、得られた融液を所定のモールドにキャストする溶融法によって製造できる。また、ゾルゲル法や気相蒸着法などの溶融法以外の方法で製造してもよい。
【００４３】
【実施例】
表１〜３のＢｉ２Ｏ３からＣｅＯ２までの欄にモル％表示で示す組成のマトリクスガラスに、マトリクスガラスを１００質量部として表に質量部表示で示す割合のＥｒを添加したガラスを、１２００℃で溶解する溶融法により作製した。なお、例１（クラッド）、例２（クラッド）、例３（クラッド）、例４（クラッド）、例５（クラッド）および例６（クラッド）においてはＥｒを添加しなかった。
【００４４】
例１（コア）、例３（コア）、例４（コア）および例５（コア）は本発明のガラスの実施例である。その他のガラスは比較例である。
これらガラスについて、波長１．５５μｍにおける屈折率ｎをエリプソメータにより、ガラス転移点Ｔｇ（単位：℃）を示差熱分析（ＤＴＡ）によりそれぞれ測定した。結果を表に示す。
【００４５】
例１（コア）および例１（クラッド）からコア径が４μｍ、クラッド径が１２４μｍ、長さが５ｃｍである光ファイバ１を、例２（コア）および例２（クラッド）からコア径が４μｍ、クラッド径が１２４μｍ、長さが５ｃｍである光ファイバ２を、例３（コア）および例３（クラッド）からコア径が４．５μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが９８ｃｍである光ファイバ３を、例４（コア）および例４（クラッド）からコア径が４．９μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが２５４ｃｍである光ファイバ４を、例５（コア）および例５（クラッド）からコア径が４．７μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが２５３ｃｍである光ファイバ５を、例６（コア）および例６（クラッド）からコア径が４．０μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが１１８ｃｍである光ファイバ６を、それぞれ周知の押出し成形法によって作製したプリフォームを延伸して作製した。光ファイバ１、３、４、５は本発明の光導波路の実施例、光ファイバ２、６は比較例である。
【００４６】
光ファイバ１、２に、波長９８０ｎｍ、強度２３０ｍＷのレーザー光（励起光）と表４、５に示す波長（単位：ｎｍ）の信号光（強度＝０．１ｍＷ）とを入射して、また光ファイバ３〜６に、波長１４８０ｎｍ、強度２８０ｍＷのレーザー光（励起光）と表４、５に示す波長の信号光（強度＝１ｍＷ）とを入射して、利得Ｇ（単位：ｄＢ）を測定した。Ｇの測定結果を表４、５に示す。
【００４７】
Ｇは、信号光の光ファイバへの入射強度Ｉｉｎと光ファイバからの出射強度Ｉｏｕｔとから次式によって算出され、その測定誤差は±０．５ｄＢである。
Ｇ＝１０×ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ−Ｉｉｎ／Ｉｉｎ）。
【００４８】
表４、５から、強度が１ｍＷの光に対する３ｄＢバンド幅が光ファイバ３、４、５、６においてそれぞれ７５ｎｍ、７５ｎｍまたはそれ以上、７０ｎｍまたはそれ以上、７０ｎｍまたはそれ以上であることがわかる。
【００４９】
また、光ファイバ１、２に、波長が９８０ｎｍであり、表６に示す強度（単位：ｍＷ）を有するレーザー光（励起光）と波長が１５６０ｎｍの信号光（強度＝１ｍＷ）とを入射してＧ（単位：ｄＢ）を測定した。表６に示す測定結果から、長さが５ｃｍの光ファイバ１においては、励起光強度が１２０ｍＷ以上のときに８ｄＢ以上のＧが得られることがわかる。
【００５０】
また、光ファイバ３〜６に、波長が１４８０ｎｍであり表７または表８に示す強度（単位：ｍＷ）を有するレーザー光（励起光）と波長が１６００ｎｍの信号光（強度＝１ｍＷ）とを入射してＧ（単位：ｄＢ）およびＩｏｕｔ（単位：ｍＷ）を測定した。表７にＧの測定結果を、表８にＩｏｕｔの測定結果をそれぞれ示す。
【００５１】
表８から、光ファイバ３は励起光強度が１８６ｍＷ以上で、光ファイバ４は励起光強度が１００ｍＷ以上で、光ファイバ５は励起光強度が７９ｍＷ以上で、それぞれ前記ηが１０％以上となることがわかる。一方、比較例である光ファイバ６は励起光強度が４００ｍＷでもηは８．２％、すなわち１０％未満である。
【００５２】
なお、表６、７、８において強度が０ｍＷの場合は、レーザー光を入射せず信号光のみを入射した場合である。
【００５３】
光ファイバ１はボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用される光ファイバに使用する前述の場合またはＥＤＦＡに使用されるコンパクトな平面導波路に使用する前述の場合に好適である。
光ファイバ３、４、５はＬバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合に好適である。
【００５４】
また、Ｌａ２Ｏ３の含有量と光損失の関係を次のようにして調べた。すなわち、例３（コア）、例３（クラッド）のＬａ２Ｏ３含有量４．３モル％を２．８モル％に減少させた例７（コア）、例７（クラッド）、１．４モル％に減少させた例８（コア）、例８（クラッド）、０モル％に減少させた例９（コア）、例９（クラッド）のガラスを先に述べたと同様に作製した。なお、Ｌａ２Ｏ３含有量の減少分だけＳｉＯ２の含有量を増加させた。表９に、表１〜３と同様にして例７（コア）〜例９（クラッド）のガラスの組成を示す。
【００５５】
光ファイバ３と同様にして、例７（コア）および例７（クラッド）から光ファイバ７を、例８（コア）および例８（クラッド）から光ファイバ８を、例９（コア）および例９（クラッド）から光ファイバ９を作製した。同様に光ファイバ、９を作製した。
光ファイバ３、７、８、９の波長１３１０ｎｍの光に対する光損失をカットバック法により測定した結果、それぞれ２．１ｄＢ／ｍ、１．４ｄＢ／ｍ、０．７ｄＢ／ｍ、０．７ｄＢ／ｍであった。すなわち、Ｌａ２Ｏ３含有量が４モル％超では光損失が２ｄＢ／ｍ以上であり、長さの長い光ファイバではその光損失が無視できなくなるおそれがある。なお、Ｅｒによる吸収を避けるために前記波長の光を使用して光損失を測定した。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
【表３】
【００５９】
【表４】
【００６０】
【表５】
【００６１】
【表６】
【００６２】
【表７】
【００６３】
【表８】
【００６４】
【表９】
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、励起光として強度の大きいレーザー光を使用しても熱的な損傷が起りにくく、かつ、濃度消光の起こりにくい光増幅ガラスおよび増幅機能を有する光導波路が得られる。
また、長さが短くとも所望の増幅機能を有し、ボビン状に巻くことなくＥＤＦＡに使用できる光ファイバが得られる。
【００６６】
また、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅においても高い変換効率を有する光導波路が得られる。さらに、同増幅において広い３ｄＢバンド幅を有する光導波路得ることも可能となり、また１６２０ｎｍにおける利得が１０ｄＢ以上である光導波路得ることも可能となる。
【発明の属する技術分野】
本発明は１５３０〜１６３０ｎｍの波長の光の増幅に好適な光増幅ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信サービスの多様化に対応できる光通信方式として、波長多重のチャンネル数を増加させて伝送容量の増大を図る波長多重光通信方式（ＷＤＭ）等が提案されている。
ところで、Ｃバンド（波長：１５３０〜１５６０ｎｍ）またはＬバンド（波長：１５７０〜１６２０ｎｍ）の光を信号光とするＷＤＭ等においてはこれら信号光を増幅する光ファイバ増幅器が必須であり、このような増幅器としてＥＤＦＡの開発が行われている。
【０００３】
ＥＤＦＡとは、その光ファイバのコアがＥｒ添加ガラスである光ファイバ増幅器である。このような光ファイバとして、コアが石英ガラスであるＥｒ添加石英系ファイバ、および、コアがフッ化物ガラスであるＥｒ添加フッ化物ガラスファイバが例示される。
【０００４】
しかし、Ｅｒ添加石英系ファイバを用いたＥＤＦＡには、その光ファイバの長さが典型的には２０ｍ以上であり、３０ｃｍ程度の大きさのＥＤＦＡ容器の中に収容するためにはこれをボビン状に巻かなければならない問題があった。
また、Ｅｒ添加フッ化物ガラスファイバを用いたＥＤＦＡは、そのガラス転移点が典型的には３２０℃以下であり、そのために、光増幅のための励起光の強度が大きくなると熱的な損傷がおこるおそれがあった。
【０００５】
これらの問題を解決するために、特開２００１−１０２６６１号公報には、波長が１．５０μｍ以上１．５９μｍ以下、強度が０．００１ｍＷである信号光について９ｄＢ以上の利得が得られる、長さ６ｃｍの樹脂コートガラスファイバが開示されている。なお、長さが６ｃｍであればボビン状に巻く必要はない。また、前記樹脂コートガラスファイバのコアは、酸化ビスマス系マトリクスガラス（モル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３：４２．８％、Ｂ２Ｏ３：２８．５％、ＳｉＯ２：１４．３％、Ｇａ２Ｏ３：７．１％、Ａｌ２Ｏ３：７．１％、ＣｅＯ２：０．２％）１００質量部に０．６質量部の割合でＥｒが添加されたＥｒ添加酸化ビスマス系ガラス（以下、従来ガラスという。）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来ガラスの前記利得はファイバ長さが６ｃｍ、信号光強度が０．００１ｍＷの場合についてのものであるが、一般に利得は信号光強度が大きくなるほど低下することが知られており、通常ＷＤＭ等で使用される強度が約０．１ｍＷの信号光については従来ガラスによっては所望の利得が得られないおそれがある。
【０００７】
また、従来ガラスをＬバンドを含む波長帯の光の増幅に用いると所望の変換効率が得られないおそれがある。
本発明は、以上の課題を解決できる光増幅ガラスおよび光導波路の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マトリクスガラス１００質量部に０．１〜１０質量部の割合でＥｒが添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがＢｉ２Ｏ３と、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方と、Ｇａ２Ｏ３、ＷＯ３およびＴｅＯ２からなる群の１種以上と、Ｌａ２Ｏ３とを含有し、Ｂｉ２Ｏ３が２０〜８０モル％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が５〜７５モル％、Ｇａ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＴｅＯ２が０．１〜３５モル％、Ｌａ２Ｏ３が０．０１〜１５モル％である光増幅ガラスを提供する。
また、マトリクスガラス１００質量部に０．１〜３質量部の割合でＥｒが添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがＢｉ ２ Ｏ ３ と、Ｂ ２ Ｏ ３ およびＳｉＯ ２ の少なくともいずれか一方と、Ｇａ ２ Ｏ ３ と、Ｌａ ２ Ｏ ３ とを含有し、Ｂｉ２Ｏ３が３５〜５０モル％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が２５〜４０モル％、Ｇａ２Ｏ ３ が１０〜２０モル％、Ｌａ２Ｏ３が１〜４．３モル％である光増幅ガラスを提供する。
また、前記光増幅ガラスをコアとする光導波路を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の光増幅ガラス（以下本発明のガラスという。）は通常、コア／クラッド構造の光導波路、たとえば同構造のガラスファイバまたは同構造の平面導波路のコアとして使用される。なお、このような光導波路は本発明の光導波路である。
【００１０】
本発明の光導波路は１５３０〜１６３０ｎｍの波長の光、特にＣバンドの光を短い長さで増幅するのに好適である。また、Ｌバンドの光を高変換効率で増幅するのに好適である。
この増幅は、増幅されるべき光（信号光）とともに励起光をコアに入射することによって行われ、前記励起光としては通常、波長が９７０〜９９０ｎｍまたは１４７０〜１４９０ｎｍのレーザー光が使用される。通常、Ｃバンドの光の増幅には波長が９７０〜９９０ｎｍの励起光が、Ｌバンドの光の増幅には波長が１４７０〜１４９０ｎｍの励起光がそれぞれ使用されるがこれに限定されない。
【００１１】
本発明の光導波路を８ｃｍまたはそれ以下の長さでＣバンドの光の増幅に用いる場合、波長が１５３０ｎｍ以上１５６０ｎｍ以下、強度が０．１ｍＷの光に対する利得が、該光導波路の長さが５ｃｍのときに８ｄＢ以上であることが好ましい。長さが５ｃｍのときの前記利得が８ｄＢ未満では、前記課題を解決できないおそれがある、すなわち、長さが８ｃｍまたはそれ以下のときに強度が０．１ｍＷの信号光について充分な利得が得られないおそれがある。長さが５ｃｍのときの前記利得はより好ましくは９ｄＢ以上である。
【００１２】
本発明の光導波路を、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合、波長が１６００ｎｍの光に対する変換効率ηが１０％以上であることが好ましい。１０％未満では所望の利得が得られないおそれがある。より好ましくは１５％以上である。ここでηは信号光出射強度と励起光強度の比の百分率表示である。
【００１３】
ηが１０％以上であり、かつ１５３０〜１６２０ｎｍの波長帯において強度が１ｍＷの光に対する３ｄＢバンド幅が５５ｎｍ以上であることがより好ましい。特に好ましくは６０ｎｍ以上である。
また、ηが１０％以上であり、かつ波長が１６２０ｎｍであって強度が１ｍＷの光に対する利得が１０ｄＢ以上であることがより好ましい。特に好ましくは１５ｄＢ以上である。
【００１４】
ηが１０％以上であり、１５３０〜１６２０ｎｍの波長帯において強度が１ｍＷの光に対する３ｄＢバンド幅が５５ｎｍ以上であり、かつ波長が１６２０ｎｍであって強度が１ｍＷの光に対する利得が１０ｄＢ以上であることが特に好ましい。
【００１５】
本発明のガラスをコアとする光ファイバ（以下本発明の光ファイバという。）におけるコア径、クラッド径はそれぞれ典型的には２〜１０μｍ、１００〜２００μｍである。
【００１６】
本発明の光ファイバをボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用する場合、その長さは８ｃｍ以下であることが好ましい。より好ましくは６ｃｍ以下、特に好ましくは５ｃｍ以下である。
【００１７】
本発明の光ファイバのクラッドの屈折率ｎ２とコアすなわち本発明のガラスの屈折率ｎ１とは次式を満足することが好ましい。なお、ｎ１は典型的には１．８〜２．２である。
０．０００５≦（ｎ１−ｎ２）／ｎ１≦０．１
また、前記クラッドはガラスからなることが好ましく、該ガラスはモル％表示で本質的に、Ｂｉ２Ｏ３：２５〜７０％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２：５〜７４．８９％、Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３：０．１〜３０％、ＣｅＯ２：０．０１〜１０％からなることがより好ましい。
【００１８】
本発明の光ファイバは、たとえばコアガラスとクラッドガラスを複合化したプリフォームを周知の押出し成形法によって作製し、このプリフォームを延伸して作製される。
【００１９】
本発明のガラスのガラス転移点Ｔｇは３６０℃以上であることが好ましい。Ｔｇが３６０℃未満では、励起光として強度の大きいレーザー光を使用したときにガラスの温度が局所的に高くなって熱的に損傷し、その結果光損失が増加して光増幅が不充分となるおそれがある。より好ましくは４００℃以上、特に好ましくは４２０℃以上である。
【００２０】
本発明のガラスはマトリクスガラスおよびＥｒからなる。
マトリクスガラスに対するＥｒの添加量が、マトリクスガラスを１００質量部して０．１質量部未満では充分な利得が得られない。好ましくは０．２質量部以上である。１０質量部超では、ガラス化が困難になる、または、濃度消光のためにかえって利得が低下する。好ましくは７質量部以下、より好ましくは４質量部以下、特に好ましくは３質量部以下である。
【００２１】
本発明のガラスを、ボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用される光ファイバ（その長さは典型的には８ｃｍ以下）に使用する場合またはＥＤＦＡに使用されるコンパクトな平面導波路（その長さは典型的には８ｃｍ以下）に使用する場合、Ｅｒはマトリクスガラス１００質量部に０．５質量部以上添加されていることが好ましい。より好ましくは０．８質量部以上、特に好ましくは１．０質量部以上である。
【００２２】
これらの場合におけるＥｒの添加割合はマトリクスガラス１００質量部に対して１〜３質量部であることが好ましい。より好ましくは１．２〜３質量部、特に好ましくは１．５〜３質量部である。
【００２３】
本発明のガラスを、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合、Ｅｒはマトリクスガラス１００質量部に０．１質量部以上１質量部未満の割合で添加されていることが好ましい。より好ましくは０．２質量部以上、特に好ましくは０．３質量部以上である。また、より好ましくは０．９質量部以下、特に好ましくは０．８質量部以下である。
【００２４】
次に、本発明のガラスにおけるマトリクスガラスの組成についてモル％を単に％と表示して説明する。
Ｂｉ２Ｏ３は必須成分である。その含有量が２０％未満では利得が得られる波長幅Δλが小さい。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、特に好ましくは４０％以上である。８０％超では、ガラス化が困難になる、ファイバ加工時に失透する、またはＴｇが低くなりすぎる。好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下、特に好ましくは５０％以下である。ここでいう失透とは結晶析出の顕著なものであり、ファイバ加工時にファイバ切れを起こしたり、光ファイバとしての使用時にファイバ破壊を起こしたりするものである。
【００２５】
Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はネットワークフォーマであり、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が５％未満では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透する。より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。７５％超では利得が低下する。より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５５％以下、特に好ましくは４５％以下、最も好ましくは４０％以下である。
【００２６】
Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは６０％以下、より好ましくは４５％以下、特に好ましくは３０％以下である。耐水性を向上させたい場合または利得をより高めたい場合、その含有量を２０％以下とすることが好ましく、Ｂ２Ｏ３を含有しないことがより好ましい。
【００２７】
ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下、特に好ましくは４５％以下、最も好ましくは４０％以下である。ＳｉＯ２を含有する場合、その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは１０％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。
【００２８】
Ｇａ２Ｏ３、ＷＯ３およびＴｅＯ２はΔλを大きくする成分であり、これら３成分の１種以上を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｇａ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＴｅＯ２が０．１％未満ではΔλが小さくなる。好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。３５％超では利得が低下する。好ましくは３０％以下、より好ましくは２５％以下である。
なお、Δλを大きくしたい場合、Ｇａ２Ｏ３を含有することが好ましい。
【００２９】
Ｇａ２Ｏ３の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下である。Ｇａ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００３０】
ＷＯ３の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＷＯ３を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００３１】
ＴｅＯ２の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下である。ＴｅＯ２を含有する場合、その含有量は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上である。
【００３２】
Ｌａ２Ｏ３は濃度消光を起こりにくくする効果または利得を増大させる効果を有し、必須である。０．０１％未満では前記効果が小さい。好ましくは０．１％以上である。１５％超ではガラス化が困難になる、または光損失が増加しやすくなる。好ましくは１２％以下、より好ましくは１０％以下である。
【００３３】
本発明のガラスを、ボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用される光ファイバに使用する前述の場合またはＥＤＦＡに使用されるコンパクトな平面導波路に使用する前述の場合、Ｅｒのマトリクスガラスへの添加割合が典型的には１質量部以上と高くなるので、Ｅｒによる濃度消光を抑制するためにＬａ２Ｏ３は１％以上とすることが好ましい。より好ましくは２％以上である。
【００３４】
本発明のガラスを、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合、Ｌａ２Ｏ３は０．５〜４％であることが好ましい。この場合光ファイバまたは平面導波路の長さ（典型的には８０ｃｍ以上）が長いので４％超では光損失のために所望の光増幅を得にくくなる。より好ましくは３％以下、特に好ましくは２．５％以下である。
【００３５】
本発明におけるマトリクスガラスは、下記酸化物基準で、
Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜８０％、
Ｂ２Ｏ３ ０〜６０％、
ＳｉＯ２ ０〜６０％、
Ｇａ２Ｏ３ ０〜３０％、
ＷＯ３ ０〜３０％、
ＴｅＯ２ ０〜３０％、
Ｌａ２Ｏ３ ０．０１〜１５％、
Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、
ＧｅＯ２ ０〜３０％、
ＴｉＯ２ ０〜３０％、
ＳｎＯ２ ０〜３０％、
ＣｅＯ２ ０〜２％、
から本質的になることが好ましい。
【００３６】
上記好ましいマトリクスガラスの、先に説明したＢｉ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＷＯ３、ＴｅＯ２およびＬａ２Ｏ３以外の成分について以下に説明する。
Ａｌ２Ｏ３は必須ではないが、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために１０％まで含有してもよい。１０％超では光増幅率が低下するおそれがある。より好ましくは９％以下、さらに好ましくは８％以下、特に好ましくは７％以下、最も好ましくは５％以下である。Ａｌ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。より好ましくは１％以上、特に好ましくは２％以上である。
【００３７】
ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために、Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を含有し、これらの含有量の合計Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３が３０％以下であることが好ましい。３０％超ではガラス化が困難になるおそれがある、またはＴｇが低くなるおそれがある。より好ましくは２５％以下である。また、Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３は好ましくは３％以上、より好ましくは８％以上、特に好ましくは１２％以上である。
【００３８】
ＧｅＯ２は必須ではないが、ガラス形成を容易にする効果、または屈折率を高くする効果を有し、３０％まで含有してもよい。３０％超ではガラスが結晶化しやすくなる。好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。ＧｅＯ２を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。より好ましくは１％以上である。
【００３９】
ＣｅＯ２は必須ではないが、Ｂｉ２Ｏ３がガラス融液中で金属ビスマスとなって析出しガラスの透明性を低下させるのを防止するために、２％まで含有してもよい。２％超ではガラスの黄色またはオレンジ色の着色が顕著になり透過率が低下する。好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下である。ＣｅＯ２を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。なお、透過率を高めたい場合はＣｅＯ２を含有しないことが好ましい。
【００４０】
ＴｉＯ２およびＳｎＯ２はいずれも必須ではないが、ファイバ加工時の失透を抑制するために、それぞれ３０％までの範囲で含有してもよい。それぞれの含有量は１０％以下であることがより好ましい。
【００４１】
本発明における好ましいマトリクスガラスは本質的に上記成分からなるが、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。該「他の成分」の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。たとえば、ファイバ加工時の失透を抑制するため、またはガラス化を容易にするために、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＰｂＯ等を、濃度消光または失透を抑制するためにＹｂ２Ｏ３を含有してもよい。なお、Ｙｂ２Ｏ３を含有する場合、その含有量は５％以下であることが好ましい。
【００４２】
本発明のガラスの製造方法については特に制限はなく、たとえば、原料を調合して混合し、金ルツボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中に入れ、８００〜１３００℃で空気中で溶解し、得られた融液を所定のモールドにキャストする溶融法によって製造できる。また、ゾルゲル法や気相蒸着法などの溶融法以外の方法で製造してもよい。
【００４３】
【実施例】
表１〜３のＢｉ２Ｏ３からＣｅＯ２までの欄にモル％表示で示す組成のマトリクスガラスに、マトリクスガラスを１００質量部として表に質量部表示で示す割合のＥｒを添加したガラスを、１２００℃で溶解する溶融法により作製した。なお、例１（クラッド）、例２（クラッド）、例３（クラッド）、例４（クラッド）、例５（クラッド）および例６（クラッド）においてはＥｒを添加しなかった。
【００４４】
例１（コア）、例３（コア）、例４（コア）および例５（コア）は本発明のガラスの実施例である。その他のガラスは比較例である。
これらガラスについて、波長１．５５μｍにおける屈折率ｎをエリプソメータにより、ガラス転移点Ｔｇ（単位：℃）を示差熱分析（ＤＴＡ）によりそれぞれ測定した。結果を表に示す。
【００４５】
例１（コア）および例１（クラッド）からコア径が４μｍ、クラッド径が１２４μｍ、長さが５ｃｍである光ファイバ１を、例２（コア）および例２（クラッド）からコア径が４μｍ、クラッド径が１２４μｍ、長さが５ｃｍである光ファイバ２を、例３（コア）および例３（クラッド）からコア径が４．５μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが９８ｃｍである光ファイバ３を、例４（コア）および例４（クラッド）からコア径が４．９μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが２５４ｃｍである光ファイバ４を、例５（コア）および例５（クラッド）からコア径が４．７μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが２５３ｃｍである光ファイバ５を、例６（コア）および例６（クラッド）からコア径が４．０μｍ、クラッド径が１２５μｍ、長さが１１８ｃｍである光ファイバ６を、それぞれ周知の押出し成形法によって作製したプリフォームを延伸して作製した。光ファイバ１、３、４、５は本発明の光導波路の実施例、光ファイバ２、６は比較例である。
【００４６】
光ファイバ１、２に、波長９８０ｎｍ、強度２３０ｍＷのレーザー光（励起光）と表４、５に示す波長（単位：ｎｍ）の信号光（強度＝０．１ｍＷ）とを入射して、また光ファイバ３〜６に、波長１４８０ｎｍ、強度２８０ｍＷのレーザー光（励起光）と表４、５に示す波長の信号光（強度＝１ｍＷ）とを入射して、利得Ｇ（単位：ｄＢ）を測定した。Ｇの測定結果を表４、５に示す。
【００４７】
Ｇは、信号光の光ファイバへの入射強度Ｉｉｎと光ファイバからの出射強度Ｉｏｕｔとから次式によって算出され、その測定誤差は±０．５ｄＢである。
Ｇ＝１０×ｌｏｇ（Ｉｏｕｔ−Ｉｉｎ／Ｉｉｎ）。
【００４８】
表４、５から、強度が１ｍＷの光に対する３ｄＢバンド幅が光ファイバ３、４、５、６においてそれぞれ７５ｎｍ、７５ｎｍまたはそれ以上、７０ｎｍまたはそれ以上、７０ｎｍまたはそれ以上であることがわかる。
【００４９】
また、光ファイバ１、２に、波長が９８０ｎｍであり、表６に示す強度（単位：ｍＷ）を有するレーザー光（励起光）と波長が１５６０ｎｍの信号光（強度＝１ｍＷ）とを入射してＧ（単位：ｄＢ）を測定した。表６に示す測定結果から、長さが５ｃｍの光ファイバ１においては、励起光強度が１２０ｍＷ以上のときに８ｄＢ以上のＧが得られることがわかる。
【００５０】
また、光ファイバ３〜６に、波長が１４８０ｎｍであり表７または表８に示す強度（単位：ｍＷ）を有するレーザー光（励起光）と波長が１６００ｎｍの信号光（強度＝１ｍＷ）とを入射してＧ（単位：ｄＢ）およびＩｏｕｔ（単位：ｍＷ）を測定した。表７にＧの測定結果を、表８にＩｏｕｔの測定結果をそれぞれ示す。
【００５１】
表８から、光ファイバ３は励起光強度が１８６ｍＷ以上で、光ファイバ４は励起光強度が１００ｍＷ以上で、光ファイバ５は励起光強度が７９ｍＷ以上で、それぞれ前記ηが１０％以上となることがわかる。一方、比較例である光ファイバ６は励起光強度が４００ｍＷでもηは８．２％、すなわち１０％未満である。
【００５２】
なお、表６、７、８において強度が０ｍＷの場合は、レーザー光を入射せず信号光のみを入射した場合である。
【００５３】
光ファイバ１はボビン状に巻かずにＥＤＦＡに使用される光ファイバに使用する前述の場合またはＥＤＦＡに使用されるコンパクトな平面導波路に使用する前述の場合に好適である。
光ファイバ３、４、５はＬバンドを含む波長帯の光の増幅に用いる場合に好適である。
【００５４】
また、Ｌａ２Ｏ３の含有量と光損失の関係を次のようにして調べた。すなわち、例３（コア）、例３（クラッド）のＬａ２Ｏ３含有量４．３モル％を２．８モル％に減少させた例７（コア）、例７（クラッド）、１．４モル％に減少させた例８（コア）、例８（クラッド）、０モル％に減少させた例９（コア）、例９（クラッド）のガラスを先に述べたと同様に作製した。なお、Ｌａ２Ｏ３含有量の減少分だけＳｉＯ２の含有量を増加させた。表９に、表１〜３と同様にして例７（コア）〜例９（クラッド）のガラスの組成を示す。
【００５５】
光ファイバ３と同様にして、例７（コア）および例７（クラッド）から光ファイバ７を、例８（コア）および例８（クラッド）から光ファイバ８を、例９（コア）および例９（クラッド）から光ファイバ９を作製した。同様に光ファイバ、９を作製した。
光ファイバ３、７、８、９の波長１３１０ｎｍの光に対する光損失をカットバック法により測定した結果、それぞれ２．１ｄＢ／ｍ、１．４ｄＢ／ｍ、０．７ｄＢ／ｍ、０．７ｄＢ／ｍであった。すなわち、Ｌａ２Ｏ３含有量が４モル％超では光損失が２ｄＢ／ｍ以上であり、長さの長い光ファイバではその光損失が無視できなくなるおそれがある。なお、Ｅｒによる吸収を避けるために前記波長の光を使用して光損失を測定した。
【００５６】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【発明の効果】
本発明によれば、励起光として強度の大きいレーザー光を使用しても熱的な損傷が起りにくく、かつ、濃度消光の起こりにくい光増幅ガラスおよび増幅機能を有する光導波路が得られる。
また、長さが短くとも所望の増幅機能を有し、ボビン状に巻くことなくＥＤＦＡに使用できる光ファイバが得られる。
【００６６】
また、Ｌバンドを含む波長帯の光の増幅においても高い変換効率を有する光導波路が得られる。さらに、同増幅において広い３ｄＢバンド幅を有する光導波路得ることも可能となり、また１６２０ｎｍにおける利得が１０ｄＢ以上である光導波路得ることも可能となる。
Claims (10)
- マトリクスガラス１００質量部に０．１〜３質量部の割合でＥｒが添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがＢｉ２Ｏ３と、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の少なくともいずれか一方と、Ｇａ２Ｏ ３ と、Ｌａ２Ｏ３とを含有し、Ｂｉ２Ｏ３が３５〜５０モル％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が２５〜４０モル％、Ｇａ２Ｏ ３ が１０〜２０モル％、Ｌａ２Ｏ３が１〜４．３モル％である光増幅ガラス。
- マトリクスガラスにおけるＳｉＯ２含有量が２５〜４０モル％である請求項１に記載の光増幅ガラス。
- マトリクスガラスがＡｌ２Ｏ３を１〜８モル％含有するものである請求項１または２に記載の光増幅ガラス。
- マトリクスガラスがＣｅＯ２を０．１〜０．５モル％含有するものである請求項１、２または３に記載の光増幅ガラス。
- マトリクスガラスにおけるＬａ２Ｏ３含有量が４モル％以下である請求項１、２、３または４に記載の光増幅ガラス。
- Ｅｒがマトリクスガラス１００質量部に１質量部未満の割合で添加されている請求項１、２、３、４または５に記載の光増幅ガラス。
- 請求項１〜６のいずれかに記載の光増幅ガラスをコアとする光導波路。
- 請求項７に記載の光導波路であって、波長が１５３０ｎｍ以上１５６０ｎｍ以下であって強度が０．１ｍＷの光に対する利得が、該光導波路の長さが５ｃｍのときに８ｄＢ以上である光導波路。
- １５３０〜１６２０ｎｍの波長帯において強度が１ｍＷの光に対する３ｄＢバンド幅が５５ｎｍ以上であり、かつ波長が１６００ｎｍの光に対する変換効率が１０％以上である請求項７に記載の光導波路。
- 波長が１６２０ｎｍであって強度が１ｍＷの光に対する利得が１０ｄＢ以上であり、かつ波長が１６００ｎｍの光に対する変換効率が１０％以上である請求項７または９に記載の光導波路。
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