JPH03275529A

JPH03275529A - レーザーガラス

Info

Publication number: JPH03275529A
Application number: JP7613490A
Authority: JP
Inventors: Osamu Maruyama; 修丸山; Hiroshi Aoki; 宏青木
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1991-12-06
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: JPH07108790B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、波長１．５膚帯光通信用素子として使用され
るレーザー発振器及び増幅器用のガラスの組成に関し、
特に、ファイバーレーザーや導波型レーザーなどの小型
固体レーザー媒体として好ましく用いられる。

［従来の技術１現在石英ファイバーを用いる光通信においては、ファイ
バーの伝搬損失が低いことから波長１．５−帯の光が有
効と考えられている。その波長１゜５鵬帯の発振器、増
幅器としては、効率や小型化の点を考慮するとレーザー
媒体としてレーザーガラスを用いたファイバーレーザー
や導波型レーザーが有効である。ここで導波型レーザー
とは、Ｎｄ３＋やＥｒ””＠の希土類イオンを含むガラ
スに火災堆積法やイオン交換法（溶融塩法や電界移入払
等）によってガラス表面、あるいはガラス内にシングル
モードやマルチモードの光導波路を作成し、レーザーダ
イオード（Ｌ　Ｄ　）等の光源で上記のイオンの励起を
行いレーザー光を発振する小型レーザーである。ファイ
バーレーザーや導波型レーザーを光増幅器として利用す
る場合、０ＥＩＣ（Ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）化を考慮し
、小型化する必要がある。例えば、素子長は、数α以下
、望むべくはＩＣ１１前後で使用できることが必要であ
る。

従来、ファイバーレーザーや導波型レーザー等に使用さ
れるガラスとしては、シリカガラス、リン酸塩系ガラス
等が用いられてきたが、中でもリン酸塩系のレーザーガ
ラスがレーザー特性に優れている点で有効である。

例えば、波長１．５趨帯のレーザーを発振するためのＥ
　ｒ３＋をドープしたリンｌ！ＩＭＡレーザーガラレー
ザー特性特公昭６３−５１９８２号がある。この公報に
は、Ｆｒ２０３が０．０１〜０．５−Ｔニル％、Ｙｂ２
Ｏ３が５〜９モル％、Ｎｄ２Ｏ３が０−０゜５モル％、
Ｃｒ２Ｏ３が０〜０．１５モル％含有するリン酸塩ガラ
スが記載されており、蛍光寿命が長く誘導放出断面積が
大きく、屈折率ｍ１１Ｉ係数が小さい波長１．５膚のレ
ーザーが得られると開示されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、前記公報のレーザーガラスでＥｒ２Ｏ３
、Ｃｒ２Ｏ３のそれぞれの限定理由が次のように記載さ
れている。Ｅｒ２Ｏ３では、この量が０．５モル％以上
となるとｍ度消光による蛍光寿命が減少し、レーザー発
振のしきい値が上昇する。Ｃｒ２Ｏ３では、この聞が０
．１５モル％以上となるとフォノンによるガラスの温度
上昇に伴う熱歪によりレーザーの光路長が変化する。

そして、前記公報記載のレーザーガラスで、半径８０膚
、長さ１１程度の導波型レーザー媒体を作成した場合、
媒体中のＥｒイオン（Ｅｒ３＋）の開（密度×体積）が
少ないために、例えば励起光源としてレーザーダイオー
ド（ＬＤ）波長λ−８０Ｏｆ１ｍ（数百ａｌｔ）を使用
して励起を行っても増幅率１）が約０．４Ｘ１０−’ｄ
Ｂとなりほとんどレーザー発振が得られない。また、こ
のλ−８０Ｏｎ−で励起をする際にこのガラス中にはＥ
ｒの増感剤としてＣｒが添加されるが、上記したＣｒ２
Ｏ３のｍではこの波長において充分な吸収率が得られな
いので励起効率が向上しないという欠点がある。

そこで本発明の目的は、励起光の吸収率を増加させ、長
い蛍光寿命を維持し、大きな蛍光強度が得られるファイ
バーレーザーや導波型レーザー等の小便固体レーザーに
適したレーザーガラスを提供することにある。

［課題を解決するための手段］したがって、本発明は上記目的を達成するためになされ
たものであり、本発明のレーザーガラスは、モル％表示
で、Ｐ２０ｓが５５〜７５％、△互２０３が３〜１０％
、Ｋ２ＯとＮａ２ＯとＬｉ２Ｏとの合口が１０〜２０％
、ＢａＯとＳｒＯとＣａＯとＭｏｏとの合口が２〜１５
％、Ｆｒ２０３が０．２〜１％、Ｙｂ２Ｏ３が５〜９％
、Ｃｒ２Ｏ３が０．２〜０．７％、Ｎｂ２Ｏ５が０．２
〜１％含有していることを特徴としている。

次に、各成分の限定理由を述べる。

Ｐ２０５は５５モル％未満ではガラスが結晶化し易く、
７５モル％を超えるとガラス溶融時に揮発が多くなり、
ガラス中に脈理が生じ良好なガラスが得られなくなるの
で５５〜７５モル％に限定される。Ａｌ２Ｏ２は３モル
％未満では化学的耐久性が悪くなり、１０モル％を超え
るとＥ　、　３４の発光の誘導放出断面積が減少し耐熱
特性が悪くなるので３〜１０モル％に限定される。Ｋ２
ＯとＮａ２ＯとＬｉ２Ｏとの合口は１０モル％未満では
誘導放出断面積を増大させて耐熱特性を高める効果が少
なく、２０モル％を超えると化学的耐久性が悪くなるの
で１０〜２０モル％に限定される。

ＢａＯとＳｒＯとＣａＯとＭａＯとの合Ｒは２モル％未
満ではガラスの結晶化を抑制する効果が少なく、１５モ
ル％を超えると逆に結晶化し易くなるので２〜１５モル
％に限定される。Ｅｒ２Ｏ３は０．２モル％未満では増
幅率が低すぎ、１モル％を超えると濃度消光による蛍光
寿命の減少が生じるので０．２〜１モル％に限定される
。Ｙｂ２Ｏ３は５モル％未満ではボンピング光を吸収す
る効果が少なく、９モル％を超えるとガラスが結晶し易
くなるので５〜９モル％に限定される。Ｃｒ２Ｏ３は、
可Ｉ！４域に強い吸収帯をもち、Ｃｒ　”−＋３÷ Ｙｂ　　のエネルギ伝達によりＹｂ３＋を励起し、し３
＋　　　　　３＋かもこの場合Ｅｒ−）Ｃｒ　　のようなＥ　、　３＋の
励起エネルギーを減少させるエネルギー伝達過程がない
ためより有効な増感剤であるが、Ｃｒ３−Ｙｂ３＋のエ
ネルギー伝搬に伴って放出されるフォノンによるガラス
の温度上昇に伴う熱歪がバルクガラスでは大きな問題と
なる。しかし、本発明のように、小型固体レーザーでは
ＬＤ励起を行うので励起波長を限定することができるの
でエネルギーの吸収がｘｅクランプ起等と比べると小さ
く、放出されるフォノンによる温度上性は抑えられる。

更に、小型であるため光路長の変化も殆ど問題とならな
い。

したがって、Ｃｒ＋Ｏａは０．２モル％未満ではＹｂ３
＋を励起する効果が少なく、０．７モル％を超えてもＹ
ｂ”ｔｒ励起する効果が飽和するので０．２〜０．７モ
ル％に限定される。好ましくは、０．３〜０．６モル％
である。Ｎｂ２Ｏ５は０゜２モル％未満ではソーラリゼ
ーションを防止する効果が少なく、１モル％を超えても
ソーラリゼーションを防止する効果は＾くならないので
０．２〜１モル％に限定される。

その他に任意成分としてＮｄ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３、Ｓｉ
Ｏ２等の可視域に吸収帯をもつ成分、ソーラリゼーショ
ンを防止する効果のある成分、ガラスの強度を＾める成
分を添加することができる。

［実施例１次に、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。

（実施例１及び比較例）実施例１：出発原料として、Ｐ２０５　、Ａ皇（ＰＯ３）３、Ｋ２
ＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、Ｆｒ２０３、Ｙｂ２
Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｂ２ｏ５を使用して、Ｐ２０５が
６５モル％、Ａｌ２Ｏ３が３モル％、Ｋ２Ｏが１１モル
％、ＢａＯが１０モル％、ＭＱＯが２モル％、Ｅｒ２Ｏ
３が０．７モル％、Ｙｂ２Ｏ３が７モル％、Ｃｒ２Ｏ３
が０．５モル％、Ｎｂ２Ｏ５が０．８モル％となるよう
に１０００を調整混合したものを白金ルツボに入れ１３
００℃で２時間ガラスの溶融を行った。その後、あらか
じめ５４０℃に加熱しておいたカーボン類のキャストワ
クにガラス融液をキャストし、約５４０℃に設定された
アニール炉に入れ室温まで徐冷してレーザーガラスを得
た。

得られたガラスから、１０履Ｘ４ｓ＋Ｘ２ａｍのガラス
を切り出して、電解移入法（例えば特開昭５８−９７０
０５参照）により第１図に示すような半径６０趨長さ１
　ｃｍの導波型レーザーガラス媒体を作製した。

又、比較例として、実施例１と同様の原料を使用し、Ｃ
ｒ２Ｏ３の量を本発明外の０．０５モル％にした他は実
施例１と同様にして第１図に示すような半径６０趨長さ
１αの導波型レーザーガラス媒体を作製した。

これらのレーザーガラス媒体を使用して、蛍光寿命（Ｉ
ｆ）蛍光ピーク強度（Ｉｆ）を測定した。

これを表１に示す。実施例１ではＩｆが９．４ｍｓであ
り比較例ではτｔが９．６ｍｓでこれらはほぼ同じ値で
あった。又、Ｉｆは実施例１のＩｆを１００としたとき
の相対値で示した。このとき比較例は５８であった。

（実施例２〜１５）出発原料として、実施例１に示した原料の他にＮａ２Ｃ
Ｏ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３を原料と
して用いて、ガラスの組成を表１に示すように種々変化
させた他は実施例１と同様にして導波型レーザーガラス
媒体を作製し、実施例１と同様にして蛍光寿命（Ｉｆ）
、蛍光ピーク強１（Ｉｆ）を測定した。これらの値を実
施例１と共に表１に示す。このときの１ｆの値は実施例
１の１ｆの値を１００として相対的に示した。

これらの結果から、本発明のレーザーガラスはＩｆは８
．８〜９．９ａ＋ｓとＥｒイオンの増加による低下はＷ
１認されず充分長い値が得られた。又、１ｔは９７〜１
１５と＾いものであった。

又、第２図に実施例１を基にしで、実施例１中のＥｒ２
Ｑ３の壷を増減したときの蛍光寿命（Ｉｆ）、蛍光ピー
ク強度（Ｉｆ＞を測定した。この結果から、Ｅｒ２Ｏ３
の同が多くなれば蛍光ピーク強度（実［１４）が＾くな
るが、蛍光寿命（実線３）は０．２〜１％の間で極大と
なることがわかる。

さらに、第３図に実施例１を基にして、実施例１中のＣ
ｒ２Ｏ３の山を増減したときの蛍光ピーク強ｆｉ（Ｉｆ
）を測定した。この結果から、Ｃｒ２Ｏ３は０．２モル
％未満では蛍光ピーク強度（実線５）が弱く、０．７モ
ル％を超えると蛍光ピーク強度は飽和していることがわ
かる。

本実施例では小型固体レーザー媒体として導波型レーザ
ー媒体を作製したが、特に、本発明のレーザーガラスは
導波型レーザーに限定されるものではなく、ファイバー
レーザーとして使用しても熱論かまわない。

（以下余白）［発明の効５Ｇ！］以上詳述したように、本発明のレーザーガラスによれば
、Ｃｒ２Ｏ３の含有量を増加させ、長い蛍光寿命を維持
し、かつ大きな蛍光強度が得られるようにしたので、フ
ァイバーレーザーや導波型等の小型固体レーザーに適し
たレーザーガラスが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は導波型レーザー媒体の斜視図である。第２図はＥｒ２０３−と蛍光寿命又は蛍光ピーク強度の
関係を示す図である。第３図はＣｒ２Ｏ３聞と蛍光ピー
ク強度の関係を示す図である。１・・・レーザーガラス、２・・・導波路部３・・・蛍
光寿命曲線、４．５・・・蛍光ピーク強度曲線

Claims

【特許請求の範囲】

１、モル％表示で、Ｐ＿２Ｏ＿５が５５〜７５％、Ａｌ
＿２Ｏ＿３が３〜１０％、Ｋ＿２ＯとＮａ＿２ＯとＬｉ
＿２Ｏとの合量が１０〜２０％、ＢａＯとＳｒＯとＣａ
ＯとＭｇＯとの合量が２〜１５％、Ｅｒ＿２Ｏ＿３が０
．２〜１％、Ｙｂ＿２Ｏ＿３が５〜９％、Ｃｒ＿２Ｏ＿
３が０．２〜０．７％、Ｎｂ＿２Ｏ＿５が０．２〜１％
含有していることを特徴とするレーザーガラス。