JPH0450134A - Functional multi-component glass, optical fiber and fiber amplifier - Google Patents

Functional multi-component glass, optical fiber and fiber amplifier

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JPH0450134A
JPH0450134A JP2161781A JP16178190A JPH0450134A JP H0450134 A JPH0450134 A JP H0450134A JP 2161781 A JP2161781 A JP 2161781A JP 16178190 A JP16178190 A JP 16178190A JP H0450134 A JPH0450134 A JP H0450134A
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JP
Japan
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glass
optical fiber
fiber
oxide
optical
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Application number
JP2161781A
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Japanese (ja)
Inventor
Masashi Onishi
正志 大西
Yoshiki Chigusa
佳樹 千種
Koji Nakazato
浩二 中里
Minoru Watanabe
稔 渡辺
Masaharu Ohashi
正治 大橋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/048Silica-free oxide glass compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • C03C3/12Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/16Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus

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Abstract

PURPOSE:To improve light amplification in 1.3mum band by adding an oxide of element of Lanthanoids other than Nd to an oxide-based functional multi- component glass obtained by adding Nd<3+> used as an active substance to a host glass at a specific amount. CONSTITUTION:Nd<3+> used as an active substance is added to a host glass to provide the oxide based functional multi-component capable of amplifying light in 1.3mum wavelength band. An oxide of element belonging to Lanthanoids other than Nd is added as a component of the host glass to the above-mentioned multi-component glass at an amount of >=5mol% and to the extent that the glass forming function is not deteriorated, preferably at an amount of about 5-50mol%. Thereby a glass suitable in light amplification in 1.3mum band is obtained. The aimed optical fiber applicable to optical fiber amplifier having low light loss and high regain is obtained from a core consisting of the functional multicomponent glass obtained therefrom and clad having refraction index lower than that of the core.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物系の機能性多成分ガラスに関するもの
で、例えば1,3μm帯光増幅に使用される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an oxide-based functional multi-component glass, which is used, for example, for light amplification in the 1.3 μm band.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

希土類元素を添加した機能性多成分ガラスは、一般に1
.310±0.025μmの範囲で行われる1、3μm
帯の光通信に使用する光ファイバ増幅器、光ファイバセ
ンサ等への応用が考えられている。例えば、このような
機能性多成分ガラスとして、酸化物系多成分ガラスをホ
ストガラスとし、これにネオジムイオン(Nd3+)を
活性物質として添加したものが既に知られている。具体
的には、ホストガラスである燐酸塩ガラスにN d ”
”を添加したガラスを準備し、このガラスがら形成した
光ファイバのレーザ発振特性について評価した旨の報告
がなされている( ElectronicsLette
rs vol、2B、No、2.PL21) oこの報
告では、光ファイバの特性に関して、蛍光ピーク波長1
、323μm、 ESA (excited 5tat
eabsorpt ton) ピーク波長1.310μ
rn、 レーザ発振ピーク波長1.360μmという結
果が得られたことが示されている。
Functional multi-component glasses doped with rare earth elements generally contain 1
.. 1,3μm carried out in the range of 310±0.025μm
Applications are being considered for optical fiber amplifiers, optical fiber sensors, etc. used in broadband optical communications. For example, as such a functional multi-component glass, one in which an oxide-based multi-component glass is used as a host glass and neodymium ions (Nd3+) are added thereto as an active substance is already known. Specifically, N d ” is added to the phosphate glass that is the host glass.
It has been reported that glass doped with `` was prepared and the laser oscillation characteristics of an optical fiber formed from this glass glass were evaluated (Electronics Letter
rs vol, 2B, No, 2. PL21) o In this report, regarding the characteristics of optical fiber, the fluorescence peak wavelength 1
, 323μm, ESA (excited 5tat
peak wavelength 1.310μ
It is shown that a result of rn, laser oscillation peak wavelength of 1.360 μm was obtained.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、上記の報告に示される機能性多成分ガラスでは
、蛍光ピークが1.323μmであっても、ESA遷移
による吸収ピークがちょうど1.310μmに存在する
ため、発振ピーク波長が長波長側にシフトしてしまうの
みならず、1.3μm帯で利得が得られない。
However, in the functional multi-component glass shown in the above report, even though the fluorescence peak is 1.323 μm, the absorption peak due to ESA transition exists at exactly 1.310 μm, so the oscillation peak wavelength shifts to the longer wavelength side. Not only this, but also no gain can be obtained in the 1.3 μm band.

そこで、上述の事情に鑑み、本発明は、1.3μm帯で
光増幅を可能にする酸化物系の機能性多成分ガラスを提
供することを目的としている。
Therefore, in view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide an oxide-based functional multi-component glass that enables optical amplification in the 1.3 μm band.

また、本発明は、上記機能性多成分ガラスを用いた光フ
ァイバを提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide an optical fiber using the above functional multi-component glass.

更に、本発明は、上記光ファイバを用いたファイバ増幅
器を提供することを目的とする。
A further object of the present invention is to provide a fiber amplifier using the above optical fiber.

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者は上記
課題の解決のため、鋭意研究を重ねた結果、Nd3+を
活性物質として含む酸化物系の機能性多成分ガラスであ
って、1.3μm帯での光増幅を可能にするガラスを見
出した。
[Means and Effects for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research and have developed an oxide-based functional multi-component glass containing Nd3+ as an active substance.1. We have discovered a glass that enables optical amplification in the 3 μm band.

本発明に係る機能性多成分ガラスにあっては、ホストガ
ラス中のNd以外のランタノイド系列に属する元素の酸
化物の濃度を5mo 1%以上であってガラス形成能を
劣化させない程度の量としている。例えば、好適には、
ホストガラス中のNd以外のランタノイド系列に属する
元素の酸化物の濃度を5から50mo1%とすることが
望ましい。
In the functional multi-component glass according to the present invention, the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanoid series other than Nd in the host glass is 5 mo 1% or more, which is an amount that does not deteriorate the glass forming ability. . For example, preferably
It is desirable that the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanide series other than Nd in the host glass is 5 to 50 mo1%.

ホストガラス(マトリックスガラス)となる酸化物系の
機能性多成分ガラスとしては、燐酸塩ガラスの他、硼酸
塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス等の使用が可能である
As the oxide-based functional multi-component glass serving as the host glass (matrix glass), in addition to phosphate glass, borate glass, aluminosilicate glass, etc. can be used.

上記の機能性多成分ガラスによれば、ホストガラス中の
Nd以外のランタノイド系列に属する元素の酸化物の濃
度を5mol%以上であってガラス形成能を劣化させな
い程度の量の範囲で変化させることにより、Nd3+の
1.3μm近傍の蛍光スペクトル及びESAスペクトル
について、その波長のシフト又は強度の増減を起こさせ
ることができる。この結果、1.3μm帯での光増幅に
適したガラスを得ることが、後述のように判明した。
According to the above-mentioned functional multi-component glass, the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanide series other than Nd in the host glass is changed within a range of 5 mol% or more and within an amount that does not deteriorate the glass forming ability. Accordingly, it is possible to shift the wavelength or increase/decrease the intensity of the fluorescence spectrum and ESA spectrum of Nd3+ near 1.3 μm. As a result, it was found that a glass suitable for optical amplification in the 1.3 μm band could be obtained, as described below.

上記の現象に関し、本発明者は次のような仮説を立てて
検討した。即ち、Nd”+の1.3μm近傍の蛍光スペ
クトル及びESAスペクトルのこの様な変化は、N d
 ”(1)受ける静電場等の配位子基の変化に起因する
ものと考えることが可能である。
Regarding the above phenomenon, the present inventor formulated and studied the following hypothesis. That is, such changes in the fluorescence spectrum and ESA spectrum near 1.3 μm of Nd''+
(1) It can be considered that this is caused by changes in the ligand group, such as the electrostatic field that it receives.

つまり、ホストガラス中のNd以外のランタノイド系列
に属する元素の酸化物の濃度の変化の影響を受けて、N
 d ”(7)配位子基の対称性、周囲酸素との共有結
合性等が変化するものと考えられる。
In other words, under the influence of changes in the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanide series other than Nd in the host glass, N
d'' (7) It is thought that the symmetry of the ligand group, covalent bonding with surrounding oxygen, etc. change.

この結果、Nd3+イオンのエネルギー準位が変動し、
或いは、その縮退が解け、Nd3+イオンの輻射・吸収
の遷移確率が変化し、更には、その輻射・吸収のビーク
波長がシフトするものと考えられる。
As a result, the energy level of Nd3+ ions fluctuates,
Alternatively, it is considered that the degeneracy is resolved, the transition probability of radiation/absorption of Nd3+ ions changes, and furthermore, the peak wavelength of the radiation/absorption shifts.

以上のことは一つの仮説であるが、本発明者は、後に述
べる実施例及びこれに対する検討に基づき、この現象を
利用し又は制御して、Nd3+添加ガラスの1.3μm
帯での増幅特性の向上を図ることとしたのである。以下
、第6図及び第7図に基づいて、このような現象の利用
について説明する。
The above is a hypothesis, but based on the examples and studies described later, the present inventors utilized or controlled this phenomenon to increase the thickness of Nd3+-doped glass to 1.3 μm.
The aim was to improve the amplification characteristics in the band. Hereinafter, the use of such a phenomenon will be explained based on FIGS. 6 and 7.

第6図は、比較用のガラス試料に添加されたNd3+o
工ネルギー準位を示した図である。
Figure 6 shows Nd3+o added to a glass sample for comparison.
FIG.

比較用のガラス試料としては、Nd3+をドープしたZ
r−Ba−La−AI−Na−Fガラスのファイバを用
いた。図示のエネルギー準位は、このファイバを自記分
光光度計及び光スペクトルアナライザを用いて測定する
ことにより算出されたものである。この内の代表的な遷
移について説明する。約0.80μmの励起光により、
基底準位る。このようなポンピングにより、準位4F3
/2 と I  との間に反転分布が形成されると、波13/
2 長1.32μmをピークとした発光が可能になる。
As a comparative glass sample, Nd3+ doped Z
An r-Ba-La-AI-Na-F glass fiber was used. The illustrated energy levels were calculated by measuring this fiber using a self-recording spectrophotometer and an optical spectrum analyzer. Typical transitions among these will be explained. With excitation light of approximately 0.80 μm,
Base level. By such pumping, the level 4F3
When a population inversion is formed between /2 and I, the wave 13/
2 Emission of light with a peak length of 1.32 μm becomes possible.

1.31μmの光を吸収し、準位 G  に励起7/2 される可能性もある。このため、このようなガラスでは
電子が準位 F  にポンピングされても、3/2 波長1.32μmで効率よく発光させることができなく
なってしまう。このためレーザ利得も1.31μm帯で
は得られないこととなってしま比較用ガラス試料のこの
ような利得喪失を模式的に示したのが第7図(a)であ
る。
There is also a possibility that it absorbs light of 1.31 μm and is excited to the G level 7/2. Therefore, in such a glass, even if electrons are pumped to the level F, it is no longer possible to efficiently emit light at a 3/2 wavelength of 1.32 μm. For this reason, laser gain could not be obtained in the 1.31 μm band. FIG. 7(a) schematically shows such gain loss in the comparison glass sample.

水平線の上側の点線1aは準位 F  から準3/2 し、水平線の下側の点線2aは準位 F  から3/2 準位 G  への遷移による吸光スペクトルに対7/2 応する。これらスペクトルのピークは、それぞれ波長1
,32μmと波長1.31μmとに存在する。これらの
強度が等しいと仮定して、平均値を求めると、実線3a
が与えられる。この実線3aは二のガラスの光増幅の利
得の波長依存性に対応するものと考えられる。このよう
なモデルによって、1.31μmで利得が得られない事
か説明され、これより長波長側である程度の利得が得ら
れることが説明される。
The dotted line 1a above the horizontal line corresponds to the quasi 3/2 level from the level F, and the dotted line 2a below the horizontal line corresponds to the absorption spectrum due to the transition from the level F to the 3/2 level G. The peaks of these spectra each have a wavelength of 1
, 32 μm and a wavelength of 1.31 μm. Assuming that these intensities are equal and calculating the average value, the solid line 3a
is given. This solid line 3a is considered to correspond to the wavelength dependence of the gain of the second glass optical amplification. Such a model explains why no gain can be obtained at 1.31 μm, and explains why a certain amount of gain can be obtained at wavelengths longer than this.

本発明者はこのような仮定から、逆にNd”+の眼中発
光のスペクトルを制御することにより、波長1.3μm
帯での光増幅を十分な利得を有するものにできるのでは
ないかと考えた。ここで、例えばホストガラスを構成す
るNd以外のランタノイド系列に属する元素の酸化物の
濃度を変化させることで、Nd3”の周囲の配位子場を
変化させることになり、この配位子場の中にあるN d
 3”17)エネルギー準位も相対的に変化させること
になり、この結果、Nd3+l171+吸・発光のスペ
クトルの特性を変化させることか可能になるものと考え
られる。
Based on this assumption, the present inventor conversely controlled the spectrum of the intraocular emission of Nd''+ to achieve a wavelength of 1.3 μm.
We thought that it might be possible to achieve sufficient gain for optical amplification in the band. Here, for example, by changing the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanoid series other than Nd that constitute the host glass, the ligand field around Nd3'' will be changed, and this ligand field will change. Nd inside
3''17) The energy level is also relatively changed, and as a result, it is thought that it becomes possible to change the spectral characteristics of Nd3+l171+ absorption/emission.

第7図(b)〜(f)により、このような着想について
説明する。
This idea will be explained with reference to FIGS. 7(b) to 7(f).

第7図(a)の吸・発光スペクトルに対し、そのピーク
波長のみをシフトさせて1.3μm帯での利得を得る方
法を示したのが第7図(b)、(C)である。第7図(
b)は、吸光スペクトル2bのみを長波長側にシフトさ
せ、吸・発光のスペクトルlb、2bの和である実線3
bに対応する利得特性のピークを1.31μmにシフト
させようというものである。第7図(C)は、吸・発光
スペクトルIC,2Cともに短波長側にシフトさせ1、
吸・発光のスペクトルIC12Cの和である実線3Cに
対応する利得特性のピークを1.31μmにシフトさせ
ようというものである。
FIGS. 7(b) and (C) show a method for obtaining a gain in the 1.3 μm band by shifting only the peak wavelength of the absorption/emission spectrum shown in FIG. 7(a). Figure 7 (
In b), only the absorption spectrum 2b is shifted to the longer wavelength side, and the solid line 3 is the sum of the absorption and emission spectra lb and 2b.
The purpose is to shift the peak of the gain characteristic corresponding to b to 1.31 μm. FIG. 7(C) shows that both the absorption and emission spectra IC and 2C are shifted to the short wavelength side.
The purpose is to shift the peak of the gain characteristic corresponding to the solid line 3C, which is the sum of the absorption and emission spectra IC12C, to 1.31 μm.

第7図(a)の吸・発光スペクトルに対し、そのピーク
強度を変化させて1.3μm帯での利得を得る方法を示
したのが第7図(d)〜(f)である。第7図(d)は
、吸・発光スペクトルld。
FIGS. 7(d) to (f) show a method of obtaining a gain in the 1.3 μm band by changing the peak intensity of the absorption/emission spectrum shown in FIG. 7(a). FIG. 7(d) shows absorption and emission spectra ld.

2dのピーク波長自体を変化させず、吸収・発光スペク
トルld、2dの相対強度のみを変化させたものである
。これにより、吸・発光のスペクトルld、2dの和で
ある実線3dに対応する利得特性のピーク波長はほとん
ど変化しないものの、波長1.31μmでも利得が得ら
れる。第7図(e)は、吸・発光スペクトルl e 1
2 eのピーク波長を短波長側に移動〜させ、それらの
相対強度を変化させたものである。これにより、吸・発
光のスペクトルle、2eの和である実線3eに対応す
る利得特性のピーク波長は短波長側にシフトし、全体の
利得も増大し、1.31μmで大きな利得が得られる。
The peak wavelength of 2d itself is not changed, but only the relative intensities of the absorption/emission spectra ld and 2d are changed. As a result, although the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3d, which is the sum of the absorption and emission spectra ld and 2d, hardly changes, a gain can be obtained even at a wavelength of 1.31 μm. FIG. 7(e) shows the absorption/emission spectrum l e 1
The peak wavelength of 2e is shifted to the shorter wavelength side, and their relative intensities are changed. As a result, the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3e, which is the sum of the absorption and emission spectra le and 2e, shifts to the shorter wavelength side, and the overall gain also increases, resulting in a large gain at 1.31 μm.

第7図(f)は、吸・発光スペクトルIf、2fのピー
ク波長を長波長側に移動させ、それらの相対強度を大き
く変化させたものである。これにより、吸・発光のスペ
クトルIf。
In FIG. 7(f), the peak wavelengths of the absorption and emission spectra If and 2f are moved to the longer wavelength side, and their relative intensities are greatly changed. As a result, the absorption/emission spectrum If.

2fの和である実線3fに対応する利得特性のピーク波
長は長波長側にシフトするが、全体の利得が増大するた
め、1.31μmでも利得が得られる。
Although the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3f, which is the sum of 2f, shifts to the longer wavelength side, the overall gain increases, so a gain can be obtained even at 1.31 μm.

ホストガラス中のNd以外のランタノイド系列に属する
元素の酸化物の濃度を所定範囲で変化させることにより
、第7図(b)〜(f)の現象のいずれが生じているか
は不明である。即ち、以下の実施例で得た増幅ピーク特
性からは、主に第7図(C)若しくは(e)の現象が生
じているものと考えられるが、吸・発光スペクトルのシ
フトが一様でないということ等を考慮すると、複合した
現象が生じている可能性もある。
It is unclear which of the phenomena shown in FIGS. 7(b) to 7(f) is caused by changing the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanoid series other than Nd in the host glass within a predetermined range. That is, from the amplification peak characteristics obtained in the following examples, it is thought that the phenomenon shown in FIG. Considering these factors, it is possible that a complex phenomenon is occurring.

配位子場内な考察からこのような吸・発光スペクトルの
変動現象を説明すると、ホストガラス中のNd以外のラ
ンタノイド系列に属する元素の酸化物の濃度を変化させ
ることにより、Nd3+の周囲のイオンがNd以外のラ
ンタノイド系列に属する元素のイオンに置換され、N 
d ””(7)配位子基が大きく変化するものと考える
ことができる。また、Nd以外のランタノイド系列に属
する元素の酸化物の濃度を変化させることにより、Nd
”+の周囲の原子の配置構造等に間接的な変化が生じる
ことも考えうる。この様な構造の変化がNd以外のラン
タノイド系列に属する元素の酸化物の添加量に応じて蓄
積され、ホストガラスの形成する配位子基は非対称性を
増減させられ、或いはNd−0結3+4 合の共有性に変化が生じ、Nd  自体の F3/2変
化するものと考えられる。したがって、Nd3+の配位
子基の変動現象は複合的であると考えられ、そのメカニ
ズムの詳細は不明であるが、いずれにせよ、本発明者の
実験・検討によれば、Nd以外のランタノイド系列に属
する元素の酸化物の濃度を5mol%以上であってガラ
ス形成能を劣化させない程度の量とすることにより、N
 d ””(7)吸・発光スペクトルを変動させること
ができ、ホストガラスを構成する他の成分とN d 3
”(!:の濃度に合わせてNd以外のランタノイド系列
に属する元素の酸化物の濃度を選択することにより、波
長1.3μm帯での光増幅を可能にする有望なガラスが
得られた。
To explain this variation in absorption and emission spectra from considerations within the ligand field, by changing the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanide series other than Nd in the host glass, the ions surrounding Nd3+ Substituted with ions of elements belonging to the lanthanide series other than Nd, N
d"" (7) It can be considered that the ligand group changes greatly. In addition, by changing the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanoid series other than Nd, Nd
It is also conceivable that indirect changes may occur in the arrangement structure of atoms around the +.Such structural changes accumulate depending on the amount of oxides of elements belonging to the lanthanoid series other than Nd, and the host It is thought that the asymmetry of the ligand group formed by the glass increases or decreases, or the covalent nature of the Nd-0 bond changes, and the F3/2 of Nd itself changes.Therefore, the coordination of Nd3+ The phenomenon of variation in child groups is thought to be complex, and the details of the mechanism are unknown, but in any case, according to the experiments and studies of the present inventors, oxides of elements belonging to the lanthanoid series other than Nd By setting the concentration of N to an amount of 5 mol% or more that does not deteriorate the glass forming ability,
(7) The absorption and emission spectra can be varied, and N d 3 can be combined with other components constituting the host glass.
By selecting the concentration of the oxide of an element belonging to the lanthanoid series other than Nd in accordance with the concentration of (!), a promising glass capable of optical amplification in the wavelength band of 1.3 μm was obtained.

上記の酸化物系機能性多成分ガラスは光伝送路用の素材
として用いられ、例えば平面導波路等に形成しても良い
が、上記の酸化物系機能性多成分ガラスからなるコアと
、該コアを取り囲み該コアより低い屈折率を有するクラ
ッドと、を備えた光ファイバを作製することが、長尺の
光伝送路を得る上では望ましい。
The above oxide-based functional multi-component glass is used as a material for optical transmission lines, and may be formed into, for example, a planar waveguide. In order to obtain a long optical transmission path, it is desirable to produce an optical fiber that includes a cladding that surrounds a core and has a refractive index lower than that of the core.

上記光ファイバは、具体的には下記のようにして作製さ
れる。まず、Nd3+添加の酸化物系機能性多成分ガラ
スをコアとするプリフォームをロッドインチューブ法等
により準備する。次に、準備したプリフォームを第3図
のような線引き装置にセットし、光ファイバに線引きす
る。第3図に示すように、プリフォーム11は送り装置
12に固定されて徐々に降下する。このとき、プリフォ
ーム11はヒータ13で加熱され、軟化して線引きが開
始される。線引きされたファイバ10は、キャプスタン
14を経由して、巻取ドラム15に巻き取られる。こう
して得られた光ファイバ10を拡大して示したのが第4
図である。光ファイバ10は、Nd3+を添加したコア
10aと、コア10aよりも相対的に屈折率が低くNd
3+が添加されていないクラッド層10bとを備えてい
る。
Specifically, the above optical fiber is manufactured as follows. First, a preform having a core of oxide-based functional multi-component glass doped with Nd3+ is prepared by a rod-in-tube method or the like. Next, the prepared preform is set in a drawing device as shown in FIG. 3, and drawn into an optical fiber. As shown in FIG. 3, the preform 11 is fixed to a feeding device 12 and gradually lowers. At this time, the preform 11 is heated by the heater 13, softened, and wire drawing is started. The drawn fiber 10 is wound onto a winding drum 15 via a capstan 14. The fourth image shows an enlarged view of the optical fiber 10 obtained in this way.
It is a diagram. The optical fiber 10 includes a core 10a doped with Nd3+ and a core 10a doped with Nd3+, which has a relatively lower refractive index than the core 10a.
and a cladding layer 10b to which 3+ is not added.

上記のような酸化物系の機能性多成分ガラスをコアとし
た光ファイバによれば、ファイバレーザ、ファイバ増幅
器、ファイバ検出器等への応用が可能になる。即ち、コ
アガラス中のNd以外のランタノイド系列に属する元素
の酸化物の濃度を5mol%以上であってガラス形成能
を劣化させない程度の量としているため1、波長1.3
μm帯でも光増幅利得が得られる。更には、コアに光が
効率的に閉じ込められ、かつ、閉じ込められた光の損失
が極めて低いこととから、低閾値で反転分布を形成する
ことができる。したがって、高利得の光増幅装置等への
応用が可能になるのである。
An optical fiber having a core made of oxide-based functional multicomponent glass as described above can be applied to fiber lasers, fiber amplifiers, fiber detectors, and the like. That is, since the concentration of oxides of elements belonging to the lanthanoid series other than Nd in the core glass is set to 5 mol% or more, an amount that does not deteriorate the glass forming ability1, and the wavelength is 1.3.
Optical amplification gain can be obtained even in the μm band. Furthermore, since light is efficiently confined in the core and the loss of the confined light is extremely low, population inversion can be formed with a low threshold value. Therefore, it becomes possible to apply it to high-gain optical amplification devices and the like.

更に、上記の光ファイバ10は、一つの応用例として1
.3μm帯の光ファイバ増幅器に使用することができる
。第5図に示すように、ファイバ増幅器は1,3μm帯
のレーザ光の導波路となるファイバ30と、0.8μm
帯の励起光を発生するレーザ光源32と、信号光を励起
光によって増幅するため、その励起光をレーザ光源から
光ファイバ内に入射させる光学手段33とを備える。レ
ーザ光源32からの励起光は、光学手段33であるファ
イバカプラ等により、信号光源31からの信号光と結合
される。結合された信号光及び励起光は、ファイバ30
内にコネクタ等を介して導入される。
Furthermore, the optical fiber 10 described above can be used in one application example.
.. It can be used for 3 μm band optical fiber amplifiers. As shown in FIG.
It includes a laser light source 32 that generates a band of excitation light, and an optical means 33 that causes the excitation light to enter the optical fiber from the laser light source in order to amplify the signal light with the excitation light. The excitation light from the laser light source 32 is combined with the signal light from the signal light source 31 by an optical means 33 such as a fiber coupler. The combined signal light and pumping light are transmitted through the fiber 30.
The device is introduced into the device via a connector or the like.

因みに、光ファイバ30の出力側に設けられた0、8μ
mフィルタ36は、励起光をカットするためのものであ
り、光スペクトラムアナライザ35は、増幅された信号
光を測定するための装置である。マツチングオイル37
は、融着延伸により形成されたファイバカブラ33から
の戻り光を防止するためのものである。
Incidentally, the 0.8μ provided on the output side of the optical fiber 30
The m filter 36 is for cutting the excitation light, and the optical spectrum analyzer 35 is a device for measuring the amplified signal light. Matching oil 37
is for preventing return light from the fiber coupler 33 formed by fusion drawing.

上記のような光ファイバと、レーザ光源及び光学手段と
を備えた1、3μm帯のファイバ増幅器によれば、光学
手段によりファイバ内に導入された0、8μmのレーザ
光によってNd”+が励起される。この励起されたNd
”+は、これと同時に光ファイバ内に導入された1、3
μm帯の信号光等に誘導されて、1.3μm帯の光を発
生し、波長1.3μm帯での光増幅が可能になる。
According to a 1.3 μm band fiber amplifier equipped with an optical fiber as described above, a laser light source, and an optical means, Nd''+ is excited by a 0.8 μm laser beam introduced into the fiber by the optical means. This excited Nd
”+ means 1, 3 introduced into the optical fiber at the same time.
Guided by signal light in the μm band, it generates light in the 1.3 μm band, making it possible to amplify light in the 1.3 μm wavelength band.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.

まず、ホストガラス原料として、Nd以外のランタノイ
ド系列に属する元素の酸化物であるLa  O又はEr
2O3と、他の成分となるNa  O,AI  O,5
in2とを用意し、それぞれを各種の組成比となるよう
に調合する。これに希土類元素Ndの酸化物であるN 
d 20 gを所定量添加し、白金ルツボ中で溶融させ
る。
First, as a host glass raw material, LaO or Er, which is an oxide of an element belonging to the lanthanide series other than Nd, is used.
2O3 and other components Na O, AI O,5
In2 is prepared and mixed to have various composition ratios. This is combined with N, which is an oxide of the rare earth element Nd.
A predetermined amount of d 20 g is added and melted in a platinum crucible.

Nd  Oの添加量は、Nd3+の濃度がホストガラス
に対して、重量で1%ととなるように調整する。溶融し
た原料は、十分な混合が完了した後に急冷処理し、ガラ
ス化する。ガラス化したこれらの試料を、その組成比に
応じて試料A、B、C。
The amount of Nd 2 O added is adjusted so that the concentration of Nd 3+ is 1% by weight based on the host glass. After sufficient mixing, the molten raw materials are rapidly cooled and vitrified. These vitrified samples were classified into Samples A, B, and C depending on their composition ratios.

D、E及びFと名付け、その組成を第1図に示した。試
料B−EはLa2O3の濃度を変化させた試料であり、
試料FはLa2O3の代りにE r 203の濃度を変
化させた試料である。Nd以外のランタノイド系列に属
する元素の酸化物としては、上記I、a、Erのみなら
ず、Yb5Ho、Pm。
They were named D, E and F, and their compositions are shown in FIG. Samples B-E are samples with varying concentrations of La2O3,
Sample F is a sample in which the concentration of E r 203 was changed instead of La2O3. Oxides of elements belonging to the lanthanide series other than Nd include not only I, a, and Er, but also Yb5Ho and Pm.

Eu等の酸化物を使用してもよい。Oxides such as Eu may also be used.

これらのガラスの光増幅特性を評価するため、下記のよ
うにして光ファイバを作製した。まず、上記の組成のガ
ラスを棒状に成形し、コア用のガラスロッドとする。次
に、このガラスロッドと組成がほぼ等しく、屈折率がわ
ずかに低いガラスを溶融・成形し、クラッドバイブとす
る。クラッドパイプのガラスにはNd3+を添加してい
ない。これらのコアロッド及びクラッドバイブはロッド
インチューブ法によりプリフォームに形成され、第3図
の装置によって線引きすることでコア径6μmで外径1
25μmの8Mファイバが得られた。
In order to evaluate the optical amplification characteristics of these glasses, optical fibers were fabricated as follows. First, glass having the above composition is formed into a rod shape to form a glass rod for a core. Next, a glass having approximately the same composition as this glass rod and a slightly lower refractive index is melted and molded to form a clad vibe. Nd3+ is not added to the glass of the clad pipe. These core rods and clad vibes are formed into preforms using the rod-in-tube method, and drawn using the apparatus shown in Figure 3 to have a core diameter of 6 μm and an outer diameter of 1.
A 25 μm 8M fiber was obtained.

この8Mファイバは、測定のため10mの長さのファイ
バ試料に切り出した。
This 8M fiber was cut into 10m long fiber samples for measurement.

このようなファイバ試料の特性の評価は、蛍光ピーク波
長、ESAピーク波長、増幅ピーク波長及び1.3μm
帯でのゲインを対象として、第4図のファイバ増幅器等
によって行った。結果は第2図の表に示す。
Evaluation of the characteristics of such a fiber sample was performed using the fluorescence peak wavelength, ESA peak wavelength, amplification peak wavelength, and 1.3 μm
A fiber amplifier such as that shown in Fig. 4 was used to measure the gain in the band. The results are shown in the table in Figure 2.

増幅ピーク及びゲインは、ファイバ増幅器の信号光源3
1及びレーザ光源32をオンとして、光スペクトラムア
ナライザ35でファイバ試料の蛍光を測定することによ
り得られた。ただし、第1図に示したゲインは1.31
0μmにおけるものである。レーザ光源32としては、
励起波長が0.78μmで、励起出力が10mWのTi
−サファイアレーザ(アルゴン励起)を用いた。入力信
号の強度は、−30dBmとし、ピーク波長を1.31
0μmとした。ESAビーク波長は自記分光光度計でフ
ァイバ試料の吸収波長を求め、エネルギーを割り出すこ
とにより求めた。蛍光ピーク波長は信号光の入力をオフ
として、増幅ピークと同様に光スペクトラムアナライザ
35を用いて測定することにより求めた。
The amplification peak and gain are determined by the signal light source 3 of the fiber amplifier.
1 and the laser light source 32 were turned on, and the fluorescence of the fiber sample was measured with the optical spectrum analyzer 35. However, the gain shown in Figure 1 is 1.31
This is at 0 μm. As the laser light source 32,
Ti with excitation wavelength of 0.78 μm and excitation power of 10 mW
- A sapphire laser (argon excitation) was used. The input signal strength is -30 dBm, and the peak wavelength is 1.31
It was set to 0 μm. The ESA peak wavelength was determined by determining the absorption wavelength of the fiber sample using a self-recording spectrophotometer and calculating the energy. The fluorescence peak wavelength was determined by turning off the input of the signal light and measuring it using the optical spectrum analyzer 35 in the same way as the amplification peak.

1.310μmでのゲインに注目すると、La2O3の
濃度が5〜50mo1%の範囲では、所定値以上の利得
が得られることがわかる。
Paying attention to the gain at 1.310 μm, it can be seen that a gain greater than a predetermined value can be obtained when the concentration of La2O3 is in the range of 5 to 50 mo1%.

La2O3の濃度が5mol%未満では顕著な効果が得
られない。La2O3の濃度が低いため、配位場に効果
的な変化を生じさせることができないものと考えられる
。他方、La2O3の濃度が55mol%を超えてしま
うと、ガラスは結晶化してしまう。ただし、La等のラ
ンタノイド元素の酸化物の濃度が増大することに起因す
るこれらの問題は、ガラス形成時の冷却温度の変更、組
成の改良等により、ある程度は改善できるものと考えら
れる。
If the concentration of La2O3 is less than 5 mol%, no significant effect can be obtained. It is believed that due to the low concentration of La2O3, it is not possible to cause effective changes in the coordination field. On the other hand, if the concentration of La2O3 exceeds 55 mol%, the glass will crystallize. However, it is thought that these problems caused by an increase in the concentration of oxides of lanthanide elements such as La can be improved to some extent by changing the cooling temperature during glass formation, improving the composition, etc.

La2O3の濃度の増大に応じて、蛍光ピーク、ESA
ピーク、及び増幅ピークが次第に短波長側に移動するこ
とが観察される。これは、N d ”(1)周囲に配置
されるLaイオンの量が増大し、Nd3+の配位子場等
に及ぼすこれらLaイオンの影響が増大し、大きな波長
シフトが生じるものと考えられる。
Depending on the increasing concentration of La2O3, the fluorescence peak, ESA
It is observed that the peak and the amplification peak gradually move to the shorter wavelength side. This is considered to be because the amount of La ions arranged around N d ''(1) increases, and the influence of these La ions on the ligand field of Nd 3+ increases, resulting in a large wavelength shift.

本発明に係る光ファイバは、例えばファイバレーザ等の
装置にも応用することができる。
The optical fiber according to the present invention can also be applied to devices such as fiber lasers, for example.

具体的には、ファイバレーザを、上記光ファイバと、レ
ーザ光源と、光学手段と、光共振器とを備えるように構
成する。ここに、レーザ光源は波長0.8μm帯の励起
光を発生する。また、光学手段は励起光をレーザ光源か
ら光ファイバ内に入射させる。さらに、光共振器は光フ
ァイバ内からの波長1.3μm帯の放射光を光ファイバ
にフィードバックする。
Specifically, the fiber laser is configured to include the above-mentioned optical fiber, a laser light source, optical means, and an optical resonator. Here, the laser light source generates excitation light with a wavelength band of 0.8 μm. The optical means also causes excitation light to enter the optical fiber from the laser light source. Further, the optical resonator feeds back the 1.3 μm wavelength band emitted light from within the optical fiber to the optical fiber.

上記のようなファイバレーザによれば、光学手段により
ファイバ内に導入された波長0.8μm帯のレーザ光に
よってNd3+が励起される。この励起されたN d 
3”O一部は、光ファイバ内からの波長1.3μm帯の
放出光と、光りファイバ内にフィードバックされた波長
1.3μm帯の光とによって誘導され、波長1.3μm
帯の放出光を発生する。これを繰り返すことにより、波
長1.3μm帯でのレーザ発光が可能になる。
According to the above-described fiber laser, Nd3+ is excited by the laser light in the wavelength band of 0.8 μm introduced into the fiber by optical means. This excited N d
3"O part is guided by the 1.3 μm wavelength band emitted light from within the optical fiber and the 1.3 μm wavelength light fed back into the optical fiber, and the 1.3 μm wavelength band
Generates a band of emitted light. By repeating this, laser emission in the wavelength band of 1.3 μm becomes possible.

以下に、ファイバレーザの実施例について説明する。Examples of fiber lasers will be described below.

具体的な構成は、Erをドープした公知のファイバレー
ザと同様である(rErドープファイバーJ、Oplu
s  E、1990年1月、pp。
The specific configuration is similar to known Er-doped fiber lasers (rEr-doped fiber J, Oplu
s E, January 1990, pp.

112〜118等参照。)。ただし本実施例の場合、光
ファイバとして、Ndをドープした上記実施例の光ファ
イバを使用する。また、励起光源として、波長0.8μ
m帯の励起光を発生するレザダイオードを使用する。
See 112-118, etc. ). However, in the case of this embodiment, the Nd-doped optical fiber of the above embodiment is used as the optical fiber. In addition, as an excitation light source, a wavelength of 0.8 μ
A laser diode that generates m-band excitation light is used.

レーザダイオードからの波長0.8μm帯の励起光は、
レンズ等の適当な光学手段によって上記実施例に示した
光ファイバ内に導入される。光ファイバ内のNd3+は
所定の状態に励起され、波長1.3μm帯の発光が可能
になる。ここで、ファイバの出力端を鏡面に仕上げてい
るため、この出力端とレーザダイオードの端面とは共振
器を構成する。この結果、励起光の出力が所定値を超え
ると波長1.3μm帯でレーザ発振が生じる。
The excitation light in the wavelength band of 0.8 μm from the laser diode is
It is introduced into the optical fiber shown in the above embodiments by suitable optical means such as a lens. Nd3+ in the optical fiber is excited to a predetermined state, and light emission in the 1.3 μm wavelength band becomes possible. Here, since the output end of the fiber is finished with a mirror finish, this output end and the end face of the laser diode constitute a resonator. As a result, when the output of the excitation light exceeds a predetermined value, laser oscillation occurs in the wavelength band of 1.3 μm.

なお、共振器は、誘電体ミラー等を使用するタイプのも
のであってもよい。
Note that the resonator may be of a type that uses a dielectric mirror or the like.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明に係る酸化物系の機能性多
成分ガラスによれば、励起光の存在により1.3μm帯
での発光・光増幅が可能になる。
As explained above, according to the oxide-based functional multi-component glass according to the present invention, the presence of excitation light makes it possible to emit light and amplify light in the 1.3 μm band.

更に、これを導波路、ファイバ等に形成することにより
、光増幅装置、レーザ等に応用できる。特に、ファイバ
に形成した場合、低閾値で高利得の光増幅器が得られる
Furthermore, by forming this into a waveguide, fiber, etc., it can be applied to optical amplification devices, lasers, etc. In particular, when formed into a fiber, an optical amplifier with a low threshold and high gain can be obtained.

ラスの実施例を示した図、第2図は第1図のガラスの吸
・発光特性を示した図、第3図は本発明による酸化物系
の機能多成分ガラスを使用したファイバの形成方法を示
した図、第4図は特性評価に用いたファイバ試料を示し
た図、第5図はファイバ試料の特性を評価するための装
置及び光増幅器の構成を示した図、第6図はNd3+イ
オンの励起準位の一例を示した図、第7図は1.310
μmでのゲインについて説明した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the absorption/emission characteristics of the glass in FIG. 1, and FIG. 3 is a method for forming a fiber using the oxide-based functional multi-component glass according to the present invention. Figure 4 is a diagram showing the fiber sample used for characteristic evaluation, Figure 5 is a diagram showing the configuration of the apparatus and optical amplifier for evaluating the characteristics of the fiber sample, and Figure 6 is Nd3+. A diagram showing an example of the excited level of an ion, Figure 7 is 1.310
FIG. 2 is a diagram illustrating gain in μm.

10.30・・・Nd3+をドープしたガラスをコアと
する光ファイバ、32・・・励起用のレーザ光源、33
・・・光学手段であるカブラ。
10.30... Optical fiber having Nd3+ doped glass as its core, 32... Laser light source for excitation, 33
...Cabra is an optical means.

代理人弁理士   長谷用  芳  樹Representative Patent Attorney Yoshi Itsuki Hase

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による酸化物系の機能多成分ガ各試料に
使用したホストガラスの組成 光ファイバ司肩蜆51名、【1 第3図 実施例の各種試料とその1゜ 31ドm帯でのゲイン N(lJtイオンのN7L孕准 第6図 1.31μm 1.31/Am 弗・− 図
Figure 1 shows the composition of the host glass used in each sample of the oxide-based functional multicomponent according to the present invention. Gain N (lJt ion's N7L fertilization)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、波長1.3μm帯での光増幅のため、 Nd^3^+を活性物質としてホストガラスに添加した
酸化物系の機能性多成分ガラスであって、 前記ホストガラスは、その構成成分として、Nd以外の
ランタノイド系列に属する元素の酸化物を5mol%以
上であってガラス形成能を劣化させない程度の量で含む
ことを特徴とする機能性多成分ガラス。 2、請求項1に記載の機能性多成分ガラスからなるコア
と、該コアを取り囲み該コアより低い屈折率を有するク
ラッドと、を備えた光ファイバ。 3、波長1.3μm帯の信号光を伝搬する請求項2の光
ファイバと、波長0.8μm帯の励起光を発生するレー
ザ光源と、前記信号光を前記励起光で増幅させるため、
該励起光を前記レーザ光源から前記光ファイバ内に入射
させる光学手段と、を備えるファイバ増幅器。
[Claims] 1. An oxide-based functional multi-component glass in which Nd^3^+ is added as an active substance to a host glass for optical amplification in the 1.3 μm wavelength band, the host glass comprising: is a functional multi-component glass characterized by containing as a constituent component an oxide of an element belonging to the lanthanoid series other than Nd in an amount of 5 mol % or more, which is an amount that does not deteriorate the glass forming ability. 2. An optical fiber comprising a core made of the functional multi-component glass according to claim 1, and a cladding surrounding the core and having a lower refractive index than the core. 3. The optical fiber according to claim 2, which propagates signal light in the wavelength band of 1.3 μm, a laser light source that generates pump light in the wavelength band of 0.8 μm, and for amplifying the signal light with the pump light,
A fiber amplifier comprising: optical means for causing the excitation light to enter the optical fiber from the laser light source.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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