JP4250830B2

JP4250830B2 - Light amplification glass

Info

Publication number: JP4250830B2
Application number: JP28735499A
Authority: JP
Inventors: 勢津久田部; 直樹杉本; 節郎伊藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: JP2001144358A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅ガラスに関する。特に、１．５〜１．６μｍの波長の光に対し、広帯域で増幅可能な光増幅ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおける光増幅器への応用を目的として、コアガラスとクラッドガラスからなり、該コアガラスが希土類元素が添加されたガラスである光増幅媒体（光増幅ファイバ、光増幅導波路、等）の開発が進められている。特に、前記希土類元素がＥｒ（エルビウム）である光増幅媒体が盛んに開発されている。
【０００３】
一方、将来見込まれる通信サービスの多様化に対応するために、伝送容量の拡大を図る波長多重光通信方式（ＷＤＭ）が提案されている。ＷＤＭにおいては、波長多重のチャンネル数が増加するほど伝送容量が大きくなる。そのため、ＷＤＭで使用される１．５〜１．６μｍの波長の光に対し広帯域で増幅可能な光増幅媒体が求められている。
【０００４】
従来知られているＥｒ添加石英系ガラスファイバの場合、１．５〜１．６μｍの波長の光に対し利得が得られる波長幅は狭く、１０〜３０ｎｍ程度である。その結果、波長多重チャンネル数は３０〜４０チャンネル程度に限られる。
この他にＥｒ添加フッ化物ファイバも提案されているが、前記波長幅はやはり３０ｎｍ程度であり、充分ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記波長幅をより大きくするために、波長に対する増幅利得特性が異なる光増幅器を直列や並列に配置することによって広帯域で増幅可能とした光増幅器が提案されている。しかしこの光増幅器には、構造が煩雑になったり、波長域の中心付近に増幅できない領域が存在したりする問題があった。
【０００６】
また、特開平８−１１０５３５には、Ｅｒが添加された酸化テルライド系ガラスをコアガラスとする光増幅媒体が開示されている。たとえば、ＴｅＯ₂：７５モル％、ＺｎＯ：１３モル％、Ｎａ₂Ｏ：３モル％、Ｂｉ₂Ｏ₃：４モル％、Ｐ₂Ｏ₅：５モル％、からなるガラスにＥｒを１０００ｐｐｍ添加したコアガラスを有する光増幅ガラスファイバにおいて、利得が得られる波長幅は７０ｎｍであった、とされている。
【０００７】
一方、光増幅のための励起光として強度の大きいレーザー光を使用するとガラスが熱的に損傷する問題もあった。
本発明は、１．４５〜１．６４μｍの波長の光に対し利得が得られる波長幅が８０ｎｍ以上であり、また、前記熱的損傷が起りにくい光増幅ガラス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、マトリクスガラスに０．０１〜１０重量％のＥｒを添加した光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスが、実質的にモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ２０〜８０、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜７４．８９、
ＳｉＯ₂ ０〜７９．９９、
ＣｅＯ₂ ０．０１〜１０、
Ｌｉ₂Ｏ０〜５０、
ＴｉＯ₂ ０〜５０、
ＺｒＯ₂ ０〜５０、
ＳｎＯ₂ ０〜５０、
ＷＯ₃ ０〜３０、
ＴｅＯ₂ ０〜３０、
Ｇａ₂Ｏ₃ ０〜３０、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１０、
からなり、かつ、Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂の内の少なくともいずれか一方を含有することを特徴とする光増幅ガラスを提供する。
また、前記光増幅ガラスであって、マトリクスガラスがＧａ ₂ Ｏ ₃ およびＡｌ ₂ Ｏ ₃ の少なくとも一方を含有しそれらの含有量の合計が２〜３０％である光増幅ガラスを提供する。
また、マトリクスガラスに０．０１〜１０重量％のＥｒを添加した光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスが、実質的にモル％表示で、Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ ２５〜７０、Ｂ ₂ Ｏ ₃ ０〜７４．７９、ＳｉＯ ₂ ０〜７４．７９、ＣｅＯ ₂ ０．０１〜１０、ＷＯ ₃ ０〜３０、ＴｅＯ ₂ ０〜３０、Ｇａ ₂ Ｏ ₃ ０〜３０、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ０．１〜１０、からなり、前記マトリクスガラスにおいて、Ｂ ₂ Ｏ ₃ およびＳｉＯ ₂ の含有量の合計が５〜７４．７９モル％、かつ、ＷＯ ₃ 、ＴｅＯ ₂ およびＧａ ₂ Ｏ ₃ の含有量の合計が０．１〜３０モル％である光増幅ガラスを提供する。
【０００９】
本発明の光増幅ガラスは、典型的には、１．４５〜１．６４μｍの波長の光に対し利得が得られる波長幅は８０ｎｍ以上である。また、そのガラス転移点は、典型的には３６０℃以上である。
【００１０】
本発明の光増幅ガラスは、マトリクスガラスにＥｒが添加されたものであり、Ｅｒの⁴Ｉ_13/2準位から⁴Ｉ_15/2準位への誘導放出遷移を利用する。図５はＥｒ³⁺イオンのエネルギー準位を示す図であり、上準位⁴Ｉ_13/2準位から下準位⁴Ｉ_15/2準位への遷移により発光することを示している。
【００１１】
なお、本発明の光増幅ガラスが、従来知られているＥｒ添加石英系ガラスに比べより広い波長範囲で発光するのは、以下の理由によるものと推定される。すなわち、本発明の光増幅ガラスには重元素イオンであるＢｉイオンが高濃度で含有されているため、ガラス中の光−電場相互作用が大きい。そのため、シュタルク効果により⁴Ｉ_13/2準位や⁴Ｉ_15/2準位等のＥｒのエネルギー準位の幅が広くなっており、より広い波長範囲で発光する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光増幅ガラスは、１．４５〜１．６４μｍの波長の光に対し利得が得られる波長幅が８０ｎｍ以上であることが好ましい。より好ましくは９０ｎｍ以上、さらに好ましくは１００ｎｍ以上、特に好ましくは１１０ｎｍ以上である。
【００１３】
Ｅｒを含有する本発明の光増幅ガラスを光増幅器として使用する場合、通常は励起光および信号光としてレーザー光が使用され、前記信号光はＥｒの⁴Ｉ_13/2準位から⁴Ｉ_15/2準位への誘導放出遷移を利用して増幅される。
【００１４】
本発明の光増幅ガラスのガラス転移点は３６０℃以上であることが好ましい。その理由は、光増幅のための励起光として強度の大きいレーザー光を使用するとガラスの温度が局所的に高くなり、ガラス転移点が３６０℃未満では、ガラスが熱的に損傷し、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からである。より好ましくは３８０℃以上、さらに好ましくは４００℃以上、特に好ましくは４１０℃以上である。
【００１５】
光増幅を目的としてマトリクスガラスに添加されるＥｒの量は、コアガラスとクラッドガラスとからなる光増幅媒体（光増幅ファイバ、光増幅媒体、等）が長い場合は少なく、光増幅媒体が短い場合は多くされる。
本発明におけるＥｒの添加量は０．０１〜１０重量％である。０．０１重量％未満では、期待する光増幅特性が得られない、特に光増幅率が低下する。好ましくは０．１重量％以上、より好ましくは０．２重量％である。１０重量％超では、ガラス化が困難になる、または、濃度消光が起こり光増幅特性、特に光増幅率が不充分となる。好ましくは８重量％以下、より好ましくは６重量％以下である。なお、Ｅｒの添加量は外掛けで表示する、すなわち、マトリクスガラスを１００重量％として表示する。また、ここでいう光増幅特性は、光増幅率、利得が得られる波長幅、等を含む。
【００１６】
次に、マトリクスガラスの成分について、モル％を単に％と表示して以下に説明する。
Ｂｉ₂Ｏ₃は必須成分である。その含有量が２０％未満では光増幅特性、特に光増幅率が不充分になる。好ましくは２５％以上、より好ましくは３０％以上である。８０％超では、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、または、ガラス転移点が低くなりすぎる。好ましくは７０％以下、より好ましくは６５％以下、特に好ましくは６０％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したり、光増幅ガラスファイバとしての使用時にファイバ破壊を起したりするものである。
【００１７】
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。この場合、Ｂ₂Ｏ₃のみを含有しＳｉＯ₂を含有しなくてもよいし、ＳｉＯ₂のみを含有しＢ₂Ｏ₃を含有しなくてもよいし、Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂の両者を含有してもよい。Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂のいずれをも含有しないと、ガラス化が困難になる。なお、ＳｉＯ₂はガラス作製時の結晶析出を抑制してＢｉ₂Ｏ₃含有量を高くする効果も有する。
【００１８】
Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂の含有量の合計は、５〜７４．８９％の範囲にあることが好ましい。５％未満では、ガラス化が困難になるおそれがある、または、光増幅率が不充分になるおそれがある、または、ファイバ加工時に失透するおそれがある。より好ましくは１０％以上、特に好ましくは１５％以上である。７４．８９％超では、光増幅率が不充分となるおそれがある。より好ましくは７４．７９％以下、さらに好ましくは６３％以下、特に好ましくは６０％以下、最も好ましくは５５％以下である。
【００１９】
Ｂ₂Ｏ₃を含有する場合、その含有量の上限は７４．８９％である。７４．８９％超では光増幅特性が不充分になる。好ましくは７４．７９％以下、より好ましくは６９％以下である。
【００２０】
また、Ｂ₂Ｏ₃を含有する場合、その含有量は１５％以上であることが好ましい。１５％未満ではガラス化が困難になるおそれがある。より好ましくは２０％以上、特に好ましくは２４％以上である。
【００２１】
また、ＳｉＯ₂の含有量が１５％以上の場合、Ｂ₂Ｏ₃の含有量は１４．９９％以下であることが好ましい。１４．９９％超では光増幅特性が不充分になるおそれがある。より好ましくは１０％以下である。
【００２２】
ＳｉＯ₂を含有する場合、その含有量の上限は７９．９９％である。７９．９９％超では光増幅特性が不充分になる。好ましくは７４．８９％以下、より好ましくは７４．７９％以下、さらに好ましくは７０％以下、特に好ましくは６０％以下、最も好ましくは５０％以下である。
【００２３】
また、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が１４．９９％以下の場合、ＳｉＯ₂の含有量は１５％以上であることが好ましい。１５％未満ではガラス化が困難になるおそれがある。より好ましくは２０％以上、特に好ましくは３０％以上である。
【００２４】
ＣｅＯ₂は、ガラス組成中のＢｉ₂Ｏ₃がガラス溶融中に還元して金属ビスマスとして析出しガラスの透明性を低下させることを抑制する効果を有し、必須である。ＣｅＯ₂の含有量が０．０１％未満では、その効果が不充分となる。好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．１５％以上である。１０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは５％以下、より好ましくは１％以下、特に好ましくは０．５％以下である。
【００２５】
Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂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してＢｉ₂Ｏ₃の含有量を高くするために、それぞれ５０％までの範囲で含有してもよい。
【００２６】
ＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂およびＳｎＯ₂はいずれも必須ではないが、これらからなる群から選ばれる１種以上を合計で５０％まで含有してもよい。５０％超では光増幅特性が不充分になるおそれがある。
【００２７】
ＷＯ₃は必須ではないが、利得が得られる波長幅を大きくするために３０％まで含有してもよい。その含有量が３０％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２０％以下、特に好ましくは１５％以下である。
【００２８】
ＴｅＯ₂も必須ではないが、利得が得られる波長幅を大きくするために３０％まで含有してもよい。その含有量が３０％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２０％以下、特に好ましくは１７％以下である。
【００２９】
Ｇａ₂Ｏ₃も必須ではないが、利得が得られる波長幅を大きくするために、またはファイバ加工時の失透を抑制するために、３０％まで含有してもよい。その含有量が３０％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２０％以下、特に好ましくは１７％以下である。Ｇａ₂Ｏ₃を含有する場合はその含有量は０．１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上である。
【００３０】
ＷＯ₃、ＴｅＯ₂およびＧａ₂Ｏ₃の含有量の合計は０．１〜３０％であることが好ましい。０．１％未満では、利得が得られる波長幅が小さくなりすぎるおそれがある。より好ましくは１％以上、特に好ましくは２％以上、最も好ましくは４％以上である。３０％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２７％以下、特に好ましくは２５％以下である。
【００３１】
ＷＯ₃およびＴｅＯ₂の含有量の合計は２７％以下であることが好ましい。２７％超では結晶が析出しやすくなり、ガラス化やファイバ加工が困難になるおそれがある。より好ましくは２５％以下である。
【００３２】
ＴｅＯ₂およびＧａ₂Ｏ₃の含有量の合計は２０％以下であることが好ましい。２０％超ではガラス転移点が低くなりすぎるおそれがある。より好ましくは１８％以下である。
【００３３】
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、または、ファイバ加工時の失透を抑制するために１０％まで含有してもよい。その含有量が１０％超では光増幅特性が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、特に好ましくは８％以下である。Ａｌ₂Ｏ₃を含有する場合はその含有量は０．１％以上であることがより好ましい。さらに好ましくは１％以上、特に好ましくは５．１％以上、最も好ましくは６％以上である。
【００３４】
Ｇａ₂Ｏ₃およびＡｌ₂Ｏ₃の少なくとも一方を含有し、それらの含有量の合計が２〜３０％であることが好ましい。２％未満ではファイバ加工時にガラスが失透するおそれがある。より好ましくは４％以上、特に好ましくは７％以上である。３０％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２５％以下、特に好ましくは２０％以下である。
【００３５】
本発明の光増幅ガラスは実質的に上記成分からなるが、上記成分以外の成分を合計で１０％まで含有してもよい。たとえば、ファイバ加工時の失透を抑制したり、ガラス化を容易にしたりするために、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、Ｌａ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＰｂＯ、などを含有してもよい。
【００３６】
本発明の光増幅ガラスの第１の好ましい態様においては、マトリクスガラスが実質的にモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ２０〜７０、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜１４．９９、
ＳｉＯ₂ １５〜７９．９９、
ＣｅＯ₂ ０．０１〜１０、
からなる。前記マトリクスガラスは、上記４成分以外の成分を合計で１０モル％まで含有してもよい。
【００３７】
本発明の光増幅ガラスの第２の好ましい態様においては、マトリクスガラスが、実質的にモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ３０〜８０、
Ｂ₂Ｏ₃ １５〜６９、
ＳｉＯ₂ ０〜５０、
ＣｅＯ₂ ０．０１〜１０、
Ｌｉ₂Ｏ０〜５０、
ＴｉＯ₂ ０〜５０、
ＺｒＯ₂ ０〜５０、
ＳｎＯ₂ ０〜５０、
からなり、前記マトリクスガラスにおけるＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂およびＳｎＯ₂の含有量の合計が０〜５０モル％である。
【００３８】
第２の好ましい態様における、より好ましい態様２Ａにおいては、マトリクスガラスは、実質的にモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ３０〜８０、
Ｂ₂Ｏ₃ １５〜４０、
ＳｉＯ₂ ０〜５０、
ＣｅＯ₂ ０．０１〜１０、
Ｌｉ₂Ｏ０〜５０、
ＴｉＯ₂ ０〜５０、
ＺｒＯ₂ ０〜５０、
ＳｎＯ₂ ０〜５０、
からなり、前記マトリクスガラスにおけるＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂およびＳｎＯ₂の含有量の合計が２モル％以上５０モル％以下である。
【００３９】
より好ましい態様２Ａにおいては、利得が得られる波長幅は８０ｎｍ以上であり、利得に対応する後述の発光強度ピーク値は６以上であり、利得が大きい光増幅ガラスを提供できることに特徴がある。
【００４０】
第２の好ましい態様における、より好ましい他の態様２Ｂにおいては、マトリクスガラスは、実質的にモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ３０〜５９、
Ｂ₂Ｏ₃ ４０超６９以下、
ＳｉＯ₂ ０以上２９．９未満、
ＣｅＯ₂ ０．０１〜１０、
Ｌｉ₂Ｏ０以上２９．９未満、
ＴｉＯ₂ ０以上２９．９未満、
ＺｒＯ₂ ０以上２９．９未満、
ＳｎＯ₂ ０以上２９．９未満、
からなり、前記マトリクスガラスにおけるＳｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂およびＳｎＯ₂の含有量の合計が０モル％以上２９．９モル％未満である。
【００４１】
より好ましい態様２Ｂにおいては、利得が得られる波長幅は９０ｎｍ以上であり、発光強度ピーク値は５以上であり、利得が得られる波長幅が大きい光増幅ガラスを提供できることに特徴がある。
【００４２】
第２の好ましい態様におけるマトリクスガラスは実質的に上記８成分からなり、これ以外の成分は合計で１０モル％まで含有してもよい。この制限内であれば、たとえば、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を合計で１０重量％まで添加してもよい。ここでは、上記８成分の含有量の合計を１００重量％とする。
【００４３】
本発明の光増幅ガラスの第３の好ましい態様においては、マトリクスガラスが、実質的にモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ２５〜７０、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜７４．８９、
ＳｉＯ₂ ０〜７４．８９、
ＣｅＯ₂ ０．０１〜１０、
ＷＯ₃ ０〜３０、
ＴｅＯ₂ ０〜３０、
Ｇａ₂Ｏ₃ ０〜３０、
からなり、前記マトリクスガラスにおいて、Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂の含有量の合計が５〜７４．８９モル％、かつ、ＷＯ₃、ＴｅＯ₂およびＧａ₂Ｏ₃の含有量の合計が０．１〜３０モル％である。前記マトリクスガラスは上記７成分以外の成分を合計で５モル％まで含有してもよく、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、がそのような成分として例示される。
【００４４】
本発明の光増幅ガラスの第４の好ましい態様においては、マトリクスガラスが、実質的にモル％表示で、
Ｂｉ₂Ｏ₃ ２５〜７０、
Ｂ₂Ｏ₃ ０〜７４．７９、
ＳｉＯ₂ ０〜７４．７９、
ＣｅＯ₂ ０．０１〜１０、
ＷＯ₃ ０〜３０、
ＴｅＯ₂ ０〜３０、
Ｇａ₂Ｏ₃ ０〜３０、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０．１〜１０、
からなり、前記マトリクスガラスにおいて、Ｂ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂の含有量の合計が５〜７４．７９モル％、かつ、ＷＯ₃、ＴｅＯ₂およびＧａ₂Ｏ₃の含有量の合計が０．１〜３０モル％である。前記マトリクスガラスは上記８成分以外の成分を合計で５モル％まで含有してもよい。たとえば、ガラス作製時の結晶化を抑制しガラス形成をより容易にするために、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＺｎＯなどを含有してもよい。
【００４５】
本発明の光増幅ガラスの第３または第４の好ましい態様においてはＢｉイオンの他に、やはり重元素イオンであるＷイオン、Ｔｅイオン、Ｇａイオンの内の少なくとも１種が含まれている。そのためにガラス中の光−電場相互作用がより大きくなり、その結果本質的にブロードな遷移である電気双極子遷移の寄与がより大きくなり、より広い波長範囲で発光する可能性が高い。
【００４６】
本発明の光増幅ガラスの作製法については特に制限はない。たとえば、原料を混合し、白金ルツボ、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て８００〜１３００℃で空気中で溶融し、得られた融液（溶融ガラス）を所定のモールドにキャストする溶融法によって本発明の光増幅ガラスを作製できる。また、溶融法以外の方法、たとえばゾルゲル法や気相蒸着法などにより本発明の光増幅ガラスを作製してもよい。なお、このようにして作製した本発明の光増幅ガラスをもとに、プリフォームを作成してファイバ化したり、または二重るつぼ法によってファイバ化したりすることによって光増幅ガラスファイバを作成できる。
【００４７】
【実施例】
表１〜６に本発明の光増幅ガラスの組成と特性を示す。
組成は、表のＢｉ₂Ｏ₃からＥｒまでの欄に示されている。Ｅｒについては重量％で表示した添加量であり、他の成分についてはモル％で表示されている。
特性については、示差熱分析（ＤＴＡ）により測定したガラス転移点（Ｔ_g、単位：℃）、発光強度ピーク値（Ｉ_p、任意単位）、利得が得られる波長幅（Δλ、単位：ｎｍ）、ファイバ加工時の失透性（Ｄ）、を表示する。Ｄについては以下に説明する。なお、Ｔ_g、Ｉ_p、Ｄについては一部の光増幅ガラスについてのみ測定または評価した。
【００４８】
ファイバ加工時の失透性（Ｄ）・・・光増幅ガラスをプリフォームに成形し、５５０℃でファイバ化する。得られたガラスファイバの表面を光学顕微鏡で観察し、結晶析出が認められない場合を○、問題はないが結晶析出が若干認められる場合を△、によりそれぞれ表わす。
【００４９】
表１の例１〜例５は本発明の光増幅ガラスの第１の好ましい態様の例であり、参考例である。図１は、例１の光増幅ガラス中のＥｒ³⁺イオンの上準位⁴Ｉ_13/2準位から下準位⁴Ｉ_15/2準位への発光における発光強度、および従来から知られている石英系ガラス（Ｅｒ添加石英系ガラス）中のＥｒ³⁺イオンの同様の発光における発光強度の波長依存性を比較したものである。発光強度の単位は任意単位である。
【００５０】
図１において、発光強度が２．５以上の場合に利得が得られることがわかっている。利得が得られる波長範囲は、石英系ガラスの場合１５２０〜１５６０ｎｍであり、そのΔλは４０ｎｍである。これに対し、例１の光増幅ガラスの場合１４８０〜１６２０ｎｍで利得が得られ、そのΔλは１４０ｎｍである。すなわち、例１の光増幅ガラスのΔλは石英系ガラスのΔλの３．５倍に達する。
例２〜例５の光増幅ガラスのΔλも表１に示すが、いずれも石英系ガラスのΔλの約３．５倍であった。
【００５１】
【表１】

【００５２】
表２および表３に示される例６〜例１５は、本発明の光増幅ガラスの第２の好ましい態様の例であり、参考例である。例６〜例１０は、より好ましい態様２Ａの例である。例１１〜例１５は、より好ましい態様２Ｂの例である。図２は、例６および例１１の光増幅ガラス中のＥｒ³⁺イオンの上準位⁴Ｉ_13/2準位から下準位⁴Ｉ_15/2準位への発光における発光強度、および従来から知られている石英系ガラス（Ｅｒ添加石英系ガラス）中のＥｒ³⁺イオンの同様の発光における発光強度の波長依存性を比較したものである。発光強度の単位は任意単位である。
【００５３】
図２において、発光強度が２．５以上の場合に光増幅利得が得られることがわかっている。例６の光増幅ガラスの発光強度ピーク値Ｉ_pは６．２、例１１の光増幅ガラスのＩ_pは５．７であり、いずれも利得が得られる。一方、石英系ガラスのＩ_pは５．４である。
【００５４】
利得が得られる波長範囲は、例６の光増幅ガラスの場合、１４８０〜１５８０ｎｍであり、そのΔλは１００ｎｍである。例１１の光増幅ガラスの場合１４８０〜１６００ｎｍで利得が得られ、そのΔλは１２０ｎｍである。例６、例１１の光増幅ガラスのΔλは、石英系ガラスのΔλのそれぞれ２．５倍、３倍に達する。
【００５５】
例７〜例１０および例１２〜例１５の光増幅ガラスについてもＩ_pおよびΔλを測定した。測定結果を、例６および例１１に対する結果とともに表に示す。例７〜例１０の光増幅ガラスのΔλは、石英系ガラスの約２．５倍、例１２〜例１５の光増幅ガラスのΔλは、石英系ガラスの約３倍であった。
また、例６〜例１０の光増幅ガラスのＩ_pは６．１以上であり、石英系ガラスに比べより大きな利得が得られる。
【００５６】
【表２】

【００５７】
【表３】

【００５８】
表４および表５に示される例１６〜例２７は、本発明の光増幅ガラスの第３の好ましい態様の例であり、例１６〜２１は参考例である。図３は、例１６の光増幅ガラス中のＥｒ³⁺イオンの上準位⁴Ｉ_13/2準位から下準位⁴Ｉ_15/2準位への発光における発光強度、および従来から知られている石英系ガラス（Ｅｒ添加石英系ガラス）中のＥｒ³⁺イオンの同様の発光における発光強度の波長依存性を比較したものである。発光強度の単位は任意単位である。
【００５９】
図３において、発光強度が２．７以上の場合に利得が得られることがわかっている。利得が得られる波長範囲は、例１６の光増幅ガラスの場合、１４８６〜１６０４ｎｍであり、そのΔλは１１８ｎｍである。このΔλは石英系ガラスのΔλの約３倍に達する。
例１７〜例２７の光増幅ガラスについてもΔλを測定した。測定結果を表に示す。いずれのΔλも石英系ガラスの約３倍である。
【００６０】
【表４】

【００６１】
【表５】

【００６２】
表６に示される例２８〜例３１は、本発明の光増幅ガラスの第４の好ましい態様の例である。図４は、例３０の光増幅ガラス中のＥｒ³⁺イオンの上準位⁴Ｉ_13/2準位から下準位⁴Ｉ_15/2準位への発光における発光強度、および従来から知られている石英系ガラス（Ｅｒ添加石英系ガラス）中のＥｒ³⁺イオンの同様の発光における発光強度の波長依存性を比較したものである。発光強度の単位は任意単位である。
【００６３】
図４において、発光強度が２．７以上の場合に利得が得られることがわかっている。利得が得られる波長範囲は、例３０の光増幅ガラスの場合１４８７〜１６１０ｎｍであり、そのΔλは１２３ｎｍである。これは石英系ガラスのΔλの約３倍である。
例２８、例２９、例３１のΔλも表６に示すが、いずれも石英系ガラスのΔλの約３倍である。
【００６４】
また、例２８〜例３１の光増幅ガラスは、ファイバ加工時における結晶の析出が認められずファイバ成形性に優れている。第４の好ましい態様には属さない前掲の例２２の光増幅ガラスは、ファイバ加工時に結晶の析出が若干認められた。
【００６５】
【表６】

【００６６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の光増幅ガラスにより、より広帯域の光増幅が可能になり、波長多重伝送方式による大容量の情報伝送が可能になる。また、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い。さらにファイバ加工時における結晶析出が起りにくくファイバ加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅ガラスと従来から知られている石英系ガラスの発光スペクトルを示す図。
【図２】本発明の光増幅ガラスと従来から知られている石英系ガラスの発光スペクトルを示す図。
【図３】本発明の光増幅ガラスと従来から知られている石英系ガラスの発光スペクトルを示す図。
【図４】本発明の光増幅ガラスと従来から知られている石英系ガラスの発光スペクトルを示す図。
【図５】Ｅｒ³⁺イオンのエネルギー準位を示す図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplification glass. In particular, the present invention relates to an optical amplification glass capable of amplifying in a wide band with respect to light having a wavelength of 1.5 to 1.6 μm.
[0002]
[Prior art]
For the purpose of application to an optical amplifier in an optical communication system, an optical amplifying medium (optical amplifying fiber, optical amplifying waveguide, etc.) comprising a core glass and a clad glass, the core glass being a glass doped with a rare earth element. Development is underway. In particular, an optical amplification medium in which the rare earth element is Er (erbium) has been actively developed.
[0003]
On the other hand, in order to cope with diversification of communication services expected in the future, a wavelength division multiplexing optical communication system (WDM) for increasing the transmission capacity has been proposed. In WDM, the transmission capacity increases as the number of wavelength multiplexing channels increases. Therefore, there is a demand for an optical amplification medium that can amplify in a wide band with respect to light having a wavelength of 1.5 to 1.6 μm used in WDM.
[0004]
In the case of a conventionally known Er-doped silica glass fiber, the wavelength width at which a gain is obtained with respect to light having a wavelength of 1.5 to 1.6 μm is narrow, about 10 to 30 nm. As a result, the number of wavelength multiplexing channels is limited to about 30 to 40 channels.
Besides this, an Er-doped fluoride fiber has also been proposed, but the wavelength width is still about 30 nm, which is not sufficient.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to further increase the wavelength width, there has been proposed an optical amplifier capable of amplifying in a wide band by arranging optical amplifiers having different amplification gain characteristics with respect to the wavelength in series or in parallel. However, this optical amplifier has problems such as a complicated structure and a region that cannot be amplified near the center of the wavelength region.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-110535 discloses an optical amplifying medium having core glass made of telluride oxide glass to which Er is added. For example, 1000 ppm of Er was added to a glass composed of TeO ₂ : 75 mol%, ZnO: 13 mol%, Na ₂ O: 3 mol%, Bi ₂ O ₃ : 4 mol%, P ₂ O ₅ : 5 mol%. In the optical amplifying glass fiber having the core glass, the wavelength width at which gain is obtained is 70 nm.
[0007]
On the other hand, when laser light having a high intensity is used as excitation light for light amplification, there is also a problem that the glass is thermally damaged.
It is an object of the present invention to provide a light amplifying glass in which a wavelength width capable of obtaining a gain with respect to light having a wavelength of 1.45 to 1.64 μm is 80 nm or more, and the thermal damage hardly occurs.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a light amplification glass obtained by adding 0.01 to 10% by weight of Er to a matrix glass, and the matrix glass is substantially represented by mol%.
Bi ₂ O ₃ 20-80,
B ₂ O ₃ 0-74.89,

SiO

₂ 0~79.99,
CeO ₂ 0.01 to 10,
Li ₂ O 0-50,
TiO ₂ 0-50,
ZrO ₂ 0-50,
SnO ₂ 0-50,

WO

₃ 0~30,
TeO ₂ 0-30,
Ga ₂ O ₃ 0~30,
Al ₂ O ₃ 0-10,
And a light amplification glass comprising at least one of B ₂ O ₃ and SiO ₂ .
Also, a said optical amplifying glass matrix glass total content thereof containing at least one of Ga ₂ O ₃ and Al ₂ O ₃ is to provide an optical amplifying glass which is 2 to 30%.
Further, it is a light amplifying glass in which 0.01 to 10% by weight of Er is added to a matrix glass, and the matrix glass is substantially expressed by mol%, and Bi ₂ O ₃ 25 to 70, B ₂ O ₃ 0. ˜74.79, SiO _{2 0 to} 74.79, CeO ₂ 0.01 to 10, WO ₃ 0 to 30, TeO ₂ 0 to 30, Ga ₂ O ₃ 0 to 30, Al ₂ O ₃ 0.1 to 10 In the matrix glass, the total content of B ₂ O ₃ and SiO ₂ is 5 to 74.79 mol%, and the total content of WO ₃ , TeO ₂ and Ga ₂ O ₃ is 0.00 . Provided is an optical amplification glass that is 1 to 30 mol%.
[0009]
The optical amplification glass of the present invention typically has a wavelength width of 80 nm or more with which gain can be obtained with respect to light having a wavelength of 1.45 to 1.64 μm. The glass transition point is typically 360 ° C. or higher.
[0010]
The light amplifying glass of the present invention is obtained by adding Er to a matrix glass, and utilizes a stimulated emission transition of Er from the ⁴ I _13/2 level to the ⁴ I _15/2 level. FIG. 5 is a diagram showing the energy level of Er ³⁺ ions, and shows that light is emitted by transition from the upper level ⁴ I _13/2 level to the lower level ⁴ I _15/2 level.
[0011]
In addition, it is estimated that the light amplification glass of the present invention emits light in a wider wavelength range than the conventionally known Er-added quartz-based glass for the following reason. That is, since the light amplification glass of the present invention contains Bi ions, which are heavy element ions, at a high concentration, the light-electric field interaction in the glass is large. Therefore, the width of Er energy levels such as the ⁴ I _13/2 level and the ⁴ I _15/2 level is wide due to the Stark effect, and light is emitted in a wider wavelength range.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the light amplification glass of the present invention, it is preferable that the wavelength width at which gain is obtained with respect to light having a wavelength of 1.45 to 1.64 μm is 80 nm or more. More preferably, it is 90 nm or more, More preferably, it is 100 nm or more, Most preferably, it is 110 nm or more.
[0013]
When the optical amplifying glass of the present invention containing Er is used as an optical amplifier, laser light is usually used as excitation light and signal light, and the signal light is from the ⁴ I _13/2 level to ⁴ I _{15 /} of Er. Amplified using stimulated emission transition to _two levels.
[0014]
The glass transition point of the light amplification glass of the present invention is preferably 360 ° C. or higher. The reason for this is that when a laser beam having a high intensity is used as excitation light for light amplification, the glass temperature locally increases, and if the glass transition point is less than 360 ° C., the glass is thermally damaged, resulting in light This is because loss may increase and optical amplification may become insufficient. More preferably, it is 380 degreeC or more, More preferably, it is 400 degreeC or more, Most preferably, it is 410 degreeC or more.
[0015]
The amount of Er added to the matrix glass for the purpose of optical amplification is small when the optical amplifying medium (optical amplifying fiber, optical amplifying medium, etc.) composed of the core glass and the clad glass is long, and when the optical amplifying medium is short. Will be more.
The amount of Er added in the present invention is 0.01 to 10% by weight. If it is less than 0.01% by weight, the expected optical amplification characteristics cannot be obtained, and in particular, the optical amplification factor decreases. Preferably it is 0.1 weight% or more, More preferably, it is 0.2 weight%. If it exceeds 10% by weight, vitrification becomes difficult, or concentration quenching occurs and the light amplification characteristics, particularly the light amplification factor, become insufficient. Preferably it is 8 weight% or less, More preferably, it is 6 weight% or less. In addition, the addition amount of Er is displayed as an outer scale, that is, the matrix glass is displayed as 100% by weight. The optical amplification characteristics here include an optical amplification factor, a wavelength width at which a gain is obtained, and the like.
[0016]
Next, regarding the components of the matrix glass, mol% is simply expressed as% and will be described below.
Bi ₂ O ₃ is an essential component. If the content is less than 20%, the optical amplification characteristics, particularly the optical amplification factor, are insufficient. Preferably it is 25% or more, more preferably 30% or more. If it exceeds 80%, vitrification becomes difficult, devitrification occurs during fiber processing, or the glass transition point becomes too low. Preferably it is 70% or less, More preferably, it is 65% or less, Most preferably, it is 60% or less.
The devitrification here means remarkable crystal precipitation, which causes fiber breakage during fiber processing or fiber breakage when used as an optical amplification glass fiber.
[0017]
B ₂ O ₃ and SiO ₂ are network formers, and must contain at least one of them in order to suppress crystal precipitation during glass production and facilitate glass formation. In this case, only B ₂ O ₃ may be contained and SiO ₂ may not be contained, only SiO ₂ may be contained and B ₂ O ₃ may not be contained, both B ₂ O ₃ and SiO ₂ It may contain. If neither B ₂ O ₃ nor SiO ₂ is contained, vitrification becomes difficult. Incidentally, SiO ₂ also has the effect of increasing the content of Bi ₂ O ₃ by suppressing precipitation of crystals during glass making.
[0018]
The total content of B ₂ O ₃ and SiO ₂ is preferably in the range of 5 to 74.89%. If it is less than 5%, vitrification may be difficult, the optical amplification factor may be insufficient, or devitrification may occur during fiber processing. More preferably, it is 10% or more, and particularly preferably 15% or more. If it exceeds 74.89%, the optical amplification factor may be insufficient. More preferably, it is 74.79% or less, More preferably, it is 63% or less, Especially preferably, it is 60% or less, Most preferably, it is 55% or less.
[0019]
When B ₂ O ₃ is contained, the upper limit of its content is 74.89%. If it exceeds 74.89%, the optical amplification characteristics become insufficient. Preferably it is 74.79% or less, More preferably, it is 69% or less.
[0020]
Further, when containing B ₂ O _3, its content is preferably 15% or more. If it is less than 15%, vitrification may be difficult. More preferably, it is 20% or more, and particularly preferably 24% or more.
[0021]
When the content of SiO ₂ is 15% or more, the content of B ₂ O ₃ is preferably 14.99% or less. If it exceeds 14.99%, the optical amplification characteristics may be insufficient. More preferably, it is 10% or less.
[0022]
When SiO ₂ is contained, the upper limit of the content is 79.99%. If it exceeds 79.99%, the optical amplification characteristics become insufficient. It is preferably 74.89% or less, more preferably 74.79% or less, further preferably 70% or less, particularly preferably 60% or less, and most preferably 50% or less.
[0023]
When the content of B ₂ O ₃ is 14.99% or less, the content of SiO ₂ is preferably 15% or more. If it is less than 15%, vitrification may be difficult. More preferably, it is 20% or more, and particularly preferably 30% or more.
[0024]
CeO ₂ has an effect of suppressing Bi ₂ O ₃ in the glass composition from being reduced during glass melting and precipitated as metallic bismuth to lower the transparency of the glass, and is essential. If the CeO ₂ content is less than 0.01%, the effect is insufficient. Preferably it is 0.1% or more, More preferably, it is 0.15% or more. If it exceeds 10%, vitrification becomes difficult. Preferably it is 5% or less, More preferably, it is 1% or less, Most preferably, it is 0.5% or less.
[0025]
Li ₂ O, TiO ₂ , ZrO ₂ and SnO ₂ are not essential, but in order to suppress devitrification during fiber processing and increase the content of Bi ₂ O ₃ , each up to 50%. You may contain.
[0026]
SiO ₂ , Li ₂ O, TiO ₂ , ZrO ₂ and SnO ₂ are not essential, but one or more selected from the group consisting of these may be contained up to 50% in total. If it exceeds 50%, the optical amplification characteristics may be insufficient.
[0027]
WO ₃ is not essential, but may be contained up to 30% in order to increase the wavelength width at which gain can be obtained. If the content exceeds 30%, the optical amplification factor may decrease. More preferably, it is 20% or less, and particularly preferably 15% or less.
[0028]
TeO ₂ is not essential, but may be contained up to 30% in order to increase the wavelength width at which gain can be obtained. If the content exceeds 30%, the optical amplification factor may decrease. More preferably, it is 20% or less, and particularly preferably 17% or less.
[0029]
Ga ₂ O ₃ is not essential, but may be contained up to 30% in order to increase the wavelength width at which gain is obtained or to suppress devitrification during fiber processing. If the content exceeds 30%, the optical amplification factor may decrease. More preferably, it is 20% or less, and particularly preferably 17% or less. When Ga ₂ O ₃ is contained, the content is preferably 0.1% or more. More preferably, it is 2% or more.
[0030]
The total content of WO ₃ , TeO ₂ and Ga ₂ O ₃ is preferably 0.1 to 30%. If it is less than 0.1%, there is a possibility that the wavelength width at which gain can be obtained becomes too small. More preferably, it is 1% or more, particularly preferably 2% or more, and most preferably 4% or more. If it exceeds 30%, the optical amplification factor may decrease. More preferably, it is 27% or less, and particularly preferably 25% or less.
[0031]
The total content of WO ₃ and TeO ₂ is preferably 27% or less. If it exceeds 27%, crystals tend to precipitate, and vitrification and fiber processing may be difficult. More preferably, it is 25% or less.
[0032]
The total content of TeO ₂ and Ga ₂ O ₃ is preferably 20% or less. If it exceeds 20%, the glass transition point may be too low. More preferably, it is 18% or less.
[0033]
Al ₂ O ₃ is not essential, but may be contained up to 10% in order to suppress crystal precipitation during glass production and facilitate glass formation, or to suppress devitrification during fiber processing. . If the content exceeds 10%, the optical amplification characteristics may reduce the optical amplification factor. More preferably, it is 9% or less, and particularly preferably 8% or less. When Al ₂ O ₃ is contained, the content is more preferably 0.1% or more. More preferably, it is 1% or more, particularly preferably 5.1% or more, and most preferably 6% or more.
[0034]
It is preferable that at least one of Ga ₂ O ₃ and Al ₂ O ₃ is contained, and the total content thereof is 2 to 30%. If it is less than 2%, the glass may be devitrified during fiber processing. More preferably, it is 4% or more, and particularly preferably 7% or more. If it exceeds 30%, the optical amplification factor may decrease. More preferably, it is 25% or less, and particularly preferably 20% or less.
[0035]
The light amplification glass of the present invention substantially comprises the above components, but may contain up to 10% of components other than the above components. For example, in order to suppress devitrification during fiber processing or to facilitate vitrification, BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, Na ₂ O, K ₂ O, Cs ₂ O, La ₂ O ₃ , ZnO, CdO, In ₂ O ₃ , GeO ₂ , PbO, etc. may be contained.
[0036]
In the first preferred embodiment of the light amplification glass of the present invention, the matrix glass is substantially displayed in mol%,
Bi ₂ O ₃ 20-70,
B ₂ O _{3 0 to} 14.99,
SiO ₂ 15 to 79.99,
CeO ₂ 0.01 to 10,
Consists of. The matrix glass may contain up to 10 mol% of components other than the above four components.
[0037]
In the second preferred embodiment of the light amplification glass of the present invention, the matrix glass is substantially expressed in mol%,
Bi ₂ O ₃ 30-80,
B ₂ O ₃ 15-69,
SiO ₂ 0-50,
CeO ₂ 0.01 to 10,
Li ₂ O 0-50,
TiO ₂ 0-50,
ZrO ₂ 0-50,
SnO ₂ 0-50,
And the total content of SiO ₂ , Li ₂ O, TiO ₂ , ZrO ₂ and SnO _{2 in} the matrix glass is 0 to 50 mol%.
[0038]
In a more preferred embodiment 2A of the second preferred embodiment, the matrix glass is substantially expressed in mol%,
Bi ₂ O ₃ 30-80,
B ₂ O ₃ 15-40,
SiO ₂ 0-50,
CeO ₂ 0.01 to 10,
Li ₂ O 0-50,
TiO ₂ 0-50,
ZrO ₂ 0-50,
SnO ₂ 0-50,
The total content of SiO ₂ , Li ₂ O, TiO ₂ , ZrO ₂ and SnO _{2 in} the matrix glass is 2 mol% or more and 50 mol% or less.
[0039]
The more preferable mode 2A is characterized in that the wavelength width with which gain can be obtained is 80 nm or more, the later-described emission intensity peak value corresponding to the gain is 6 or more, and an optical amplification glass having a large gain can be provided.
[0040]
In another more preferable embodiment 2B of the second preferred embodiment, the matrix glass is substantially expressed in mol%,
Bi ₂ O ₃ 30-59,
B ₂ O ₃ > 40 to 69,
SiO ₂ 0 or more and less than 29.9,
CeO ₂ 0.01 to 10,
Li ₂ O 0 or more and less than 29.9,

TiO

₂ 0 or more and less than 29.9,

ZrO

₂ 0 or more and less than 29.9,

SnO

₂ 0 or more and less than 29.9,
The total content of SiO ₂ , Li ₂ O, TiO ₂ , ZrO ₂ and SnO _{2 in} the matrix glass is 0 mol% or more and less than 29.9 mol%.
[0041]
A more preferable aspect 2B is characterized in that it can provide an optical amplification glass having a wavelength range in which a gain can be obtained is 90 nm or more, a light emission intensity peak value is 5 or more, and a wavelength width in which a gain can be obtained is large.
[0042]
The matrix glass in the second preferred embodiment is substantially composed of the above 8 components, and other components may be contained up to 10 mol% in total. Within this limit, for example, MgO, ZnO, BaO, Al ₂ O ₃ may be added up to a total of 10% by weight. Here, the total content of the eight components is 100% by weight.
[0043]
In the third preferred embodiment of the light amplification glass of the present invention, the matrix glass is substantially expressed in mol%,
Bi ₂ O ₃ 25-70,
B ₂ O ₃ 0-74.89,
SiO ₂ 0~74.89,
CeO ₂ 0.01 to 10,
WO ₃ 0~30,
TeO ₂ 0-30,
Ga ₂ O ₃ 0~30,
In the matrix glass, the total content of B ₂ O ₃ and SiO ₂ is 5 to 74.89 mol%, and the total content of WO ₃ , TeO ₂ and Ga ₂ O ₃ is 0.1. ˜30 mol%. The matrix glass may contain up to 5 mol% of components other than the above seven components, and examples of such components include MgO, BaO, ZnO, and Al ₂ O ₃ .
[0044]
In a fourth preferred embodiment of the light amplification glass of the present invention, the matrix glass is substantially expressed by mol%,
Bi ₂ O ₃ 25-70,
B ₂ O ₃ 0-74.79,
SiO ₂ 0~74.79,
CeO ₂ 0.01 to 10,
WO ₃ 0~30,
TeO ₂ 0-30,
Ga ₂ O ₃ 0~30,
Al ₂ O ₃ 0.1-10,
In the matrix glass, the total content of B ₂ O ₃ and SiO ₂ is 5 to 74.79 mol%, and the total content of WO ₃ , TeO ₂ and Ga ₂ O ₃ is 0.1. ˜30 mol%. The matrix glass may contain up to 5 mol% in total of components other than the above eight components. For example, MgO, BaO, ZnO, or the like may be contained in order to suppress crystallization during glass production and make glass formation easier.
[0045]
In the third or fourth preferred embodiment of the light amplification glass of the present invention, in addition to Bi ions, at least one of W ions, Te ions, and Ga ions, which are also heavy element ions, is included. Therefore, the light-electric field interaction in the glass becomes larger, and as a result, the contribution of the electric dipole transition, which is essentially a broad transition, becomes larger, and the possibility of emitting light in a wider wavelength range is high.
[0046]
There is no restriction | limiting in particular about the preparation methods of the optical amplification glass of this invention. For example, raw materials are mixed, put in a platinum crucible, alumina crucible, quartz crucible or iridium crucible and melted in air at 800 to 1300 ° C., and the resulting melt (molten glass) is cast into a predetermined mold. The light amplification glass of the present invention can be produced by the method. Moreover, you may produce the optical amplification glass of this invention by methods other than a melting method, for example, a sol-gel method, a vapor deposition method, etc. In addition, based on the light amplification glass of the present invention produced as described above, a preform can be made to make a fiber, or fiberized by a double crucible method to make a light amplification glass fiber.
[0047]
【Example】
Tables 1 to 6 show the composition and characteristics of the light amplification glass of the present invention.
The composition is shown in the column from Bi ₂ O ₃ to Er in the table. For Er, the addition amount is expressed in wt%, and for the other components, it is expressed in mol%.
As for characteristics, glass transition point (T _g , unit: ° C.), emission intensity peak value (I _p , arbitrary unit) measured by differential thermal analysis (DTA), wavelength width (Δλ, unit: nm) at which gain is obtained , Devitrification (D) during fiber processing is displayed. D will be described below. In addition, about _Tg , _Ip , and D, it measured or evaluated only about some optical amplification glass.
[0048]
Devitrification at the time of fiber processing (D): An optical amplification glass is formed into a preform and formed into a fiber at 550 ° C. When the surface of the obtained glass fiber is observed with an optical microscope, the case where no crystal precipitation is observed is represented by ○, and the case where there is no problem but some crystal deposition is observed is represented by Δ.
[0049]
Examples 1 of Table 1 5 Ri example der of the first preferred embodiment of the optical amplifying glass of the present invention, Ru Reference Example der. FIG. 1 shows the emission intensity in the emission from the upper level ⁴ I _13/2 level to the lower level ⁴ I _15/2 level of the Er ³⁺ ion in the light-amplifying glass of Example 1, and conventionally known. 2 is a comparison of the wavelength dependence of the emission intensity in the same emission of Er ³⁺ ions in quartz glass (Er-added quartz glass). The unit of emission intensity is an arbitrary unit.
[0050]
In FIG. 1, it is known that a gain is obtained when the emission intensity is 2.5 or more. The wavelength range in which gain can be obtained is 1520 to 1560 nm in the case of quartz glass, and Δλ is 40 nm. On the other hand, in the case of the light amplification glass of Example 1, a gain is obtained at 1480 to 1620 nm, and its Δλ is 140 nm. That is, Δλ of the light amplification glass of Example 1 reaches 3.5 times that of silica glass.
The Δλ of the light amplification glasses of Examples 2 to 5 are also shown in Table 1, and each was about 3.5 times Δλ of the quartz glass.
[0051]
[Table 1]

[0052]
Example 6 Example are shown in Tables 2 and 3 15, examples der of the second preferred embodiment of the optical amplifying glass of the present invention is, Ru Reference Example der. Examples 6 to 10 are examples of the more preferable embodiment 2A. Examples 11 to 15 are examples of the more preferable embodiment 2B. FIG. 2 shows the emission intensity in the emission from the upper level ⁴ I _13/2 level to the lower level ⁴ I _15/2 level of the Er ³⁺ ion in the optical amplification glasses of Examples 6 and 11. 2 is a comparison of the wavelength dependence of the emission intensity in the same emission of Er ³⁺ ions in quartz glass (Er-added quartz glass) known from US Pat. The unit of emission intensity is an arbitrary unit.
[0053]
In FIG. 2, it is known that an optical amplification gain can be obtained when the emission intensity is 2.5 or more. Emission intensity peak value I _p of the optical amplifying glass of Example 6 6.2, I _p of the optical amplifying glass of Example 11 is 5.7, both gain. On the other hand, I _{p of} quartz-based glass is 5.4.
[0054]
In the case of the light amplification glass of Example 6, the wavelength range in which gain is obtained is 1480 to 1580 nm, and Δλ is 100 nm. In the case of the light amplification glass of Example 11, a gain is obtained at 1480 to 1600 nm, and its Δλ is 120 nm. Δλ of the light amplification glasses of Examples 6 and 11 reaches 2.5 times and 3 times of Δλ of the quartz glass, respectively.
[0055]
I _p and Δλ were also measured for the light amplification glasses of Examples 7 to 10 and Examples 12 to 15. The measurement results are shown in the table together with the results for Examples 6 and 11. The Δλ of the light amplification glasses of Examples 7 to 10 was about 2.5 times that of the quartz glass, and the Δλ of the light amplification glasses of Examples 12 to 15 was about 3 times that of the quartz glass.
Moreover, I _p of the light amplification glasses of Examples 6 to 10 is 6.1 or more, and a larger gain can be obtained as compared with the quartz glass.
[0056]
[Table 2]

[0057]
[Table 3]

[0058]
Example 16 Example are shown in Tables 4 and 5 27, examples der of the third preferred embodiment of the optical amplifying glass of the present invention is, examples 16-21 Ru Reference Example der. FIG. 3 shows the emission intensity in the emission from the upper level ⁴ I _13/2 level to the lower level ⁴ I _15/2 level of the Er ³⁺ ion in the light-amplifying glass of Example 16, and conventionally known. 2 is a comparison of the wavelength dependence of the emission intensity in the same emission of Er ³⁺ ions in quartz glass (Er-added quartz glass). The unit of emission intensity is an arbitrary unit.
[0059]
In FIG. 3, it is known that a gain can be obtained when the emission intensity is 2.7 or more. The wavelength range in which gain can be obtained is 1486 to 1604 nm in the case of the optical amplification glass of Example 16, and its Δλ is 118 nm. This Δλ reaches about three times ΔΔ of quartz glass.
Δλ was also measured for the light amplification glasses of Examples 17 to 27. The measurement results are shown in the table. Any Δλ is about three times that of quartz glass.
[0060]
[Table 4]

[0061]
[Table 5]

[0062]
Examples 28 to 31 shown in Table 6 are examples of the fourth preferred embodiment of the light amplification glass of the present invention. FIG. 4 shows the emission intensity in the emission from the upper level ⁴ I _13/2 level to the lower level ⁴ I _15/2 level of the Er ³⁺ ion in the light-amplifying glass of Example 30, and conventionally known. 2 is a comparison of the wavelength dependence of the emission intensity of similar emission of Er ³⁺ ions in quartz glass (Er-added quartz glass). The unit of emission intensity is an arbitrary unit.
[0063]
In FIG. 4, it is known that a gain can be obtained when the emission intensity is 2.7 or more. The wavelength range in which gain can be obtained is 1487 to 1610 nm in the case of the optical amplification glass of Example 30, and its Δλ is 123 nm. This is about 3 times Δλ of quartz glass.
The Δλ of Example 28, Example 29, and Example 31 are also shown in Table 6, and all are about three times the Δλ of quartz glass.
[0064]
In addition, the optical amplification glasses of Examples 28 to 31 are excellent in fiber moldability because no precipitation of crystals is observed during fiber processing. In the light amplifying glass of the above-mentioned Example 22 which does not belong to the fourth preferred embodiment, some crystal precipitation was observed during fiber processing.
[0065]
[Table 6]

[0066]
【The invention's effect】
As described above, the optical amplification glass of the present invention enables optical amplification over a wider band and enables large-capacity information transmission by the wavelength division multiplex transmission method. Further, even when a laser beam having a high intensity is used as excitation light, thermal damage hardly occurs. Furthermore, crystal precipitation hardly occurs during fiber processing, and fiber processing becomes easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing an emission spectrum of an optical amplification glass of the present invention and a conventionally known quartz glass.
FIG. 2 is a graph showing emission spectra of the light amplification glass of the present invention and a conventionally known quartz-based glass.
FIG. 3 is a graph showing an emission spectrum of the light amplification glass of the present invention and a conventionally known quartz-based glass.
FIG. 4 is a graph showing emission spectra of the light amplification glass of the present invention and a conventionally known quartz-based glass.
FIG. 5 is a diagram showing energy levels of Er ³⁺ ions.

Claims

A light amplifying glass in which 0.01 to 10% by weight of Er is added to a matrix glass, and the matrix glass is substantially expressed in mol%.
Bi ₂ O ₃ 20-80,
B ₂ O ₃ 0-74.89,
SiO ₂ 0~79.99,
CeO ₂ 0.01 to 10,
Li ₂ O 0-50,
TiO ₂ 0-50,
ZrO ₂ 0-50,
SnO ₂ 0-50,
WO ₃ 0~30,
TeO ₂ 0-30,
Ga ₂ O ₃ 0~30,
Al ₂ O ₃ 0-10,
And contains at least one of B ₂ O ₃ and SiO ₂ , contains at least one of Ga ₂ O ₃ and Al ₂ O ₃ , and the total content thereof is 2 to 30%. optical amplifying glass according to claim Rukoto Oh.

Optical amplifying glass according to claim 1 Bi ₂ O ₃ content of said matrix glass is Ru der 70 mol% or less.

The matrix glass is substantially in mol%,
Bi ₂ O ₃ 25-70,
B ₂ O ₃ 0-74.89,
SiO ₂ 0~74.89,
CeO ₂ 0.01 to 10,
WO ₃ 0~30,
TeO ₂ 0-30,
Ga ₂ O ₃ 0~30,
In the matrix glass, the total content of B ₂ O ₃ and SiO ₂ is 5 to 74.89 mol%, and the total content of WO ₃ , TeO ₂ and Ga ₂ O ₃ is 0.1. The light amplification glass according to claim 1 or 2 , which is -30 mol%.

A light amplifying glass in which 0.01 to 10% by weight of Er is added to a matrix glass , and the matrix glass is substantially expressed in mol%.
Bi ₂ O ₃ 25-70,
B ₂ O ₃ 0-74.79,
SiO ₂ 0~74.79,
CeO ₂ 0.01 to 10,
WO ₃ 0~30,
TeO ₂ 0-30,
Ga ₂ O ₃ 0~30,
Al ₂ O ₃ 0.1-10,
In the matrix glass, the total content of B ₂ O ₃ and SiO ₂ is 5 to 74.79 mol%, and the total content of WO ₃ , TeO ₂ and Ga ₂ O ₃ is 0.1. 30 mol% der Ru optical amplifying glass.

The wavelength width with which gain can be obtained for light having a wavelength of 1.45 to 1.64 μm is 80 nm or more. The light amplification glass according to claim 1.

The light amplification glass according to claim 1, which has a glass transition point of 360 ° C. or higher.