JPH0450135A - Functional multi-component glass, optical fiber and fiber amplifier - Google Patents

Functional multi-component glass, optical fiber and fiber amplifier

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JPH0450135A
JPH0450135A JP2161782A JP16178290A JPH0450135A JP H0450135 A JPH0450135 A JP H0450135A JP 2161782 A JP2161782 A JP 2161782A JP 16178290 A JP16178290 A JP 16178290A JP H0450135 A JPH0450135 A JP H0450135A
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JP
Japan
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glass
optical fiber
fiber
wavelength
functional multi
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Application number
JP2161782A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Chigusa
佳樹 千種
Masashi Onishi
正志 大西
Shigeru Hirai
茂 平井
Minoru Watanabe
稔 渡辺
Koji Nakazato
浩二 中里
Yoshiaki Miyajima
宮島 義昭
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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
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/32Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
    • C03C3/325Fluoride glasses
    • 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
    • C03C13/041Non-oxide glass compositions
    • C03C13/042Fluoride glass compositions

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Abstract

PURPOSE:To obtain a functional multi-component glass enabling amplification of light in 1.3mum wavelength band by adding a fluoride containing Nd<3+> as an active substance and containing NdF3 having a specific concentration as a main component. CONSTITUTION:Nd<3+> used as an active substance is added to a functional multi- component glass consisting essentially of a fluoride to carry out amplification of light in 1.3mum wavelength band. In the above-mentioned functional multi- component glass, concentration of NdF3 is kept to 100-10000 mol ppm. Thereby the peak wavelength of fluorescent spectrum and ESA spectrum in the vicinity of 1.3mum wavelength band of Nd<3+> is shifted or strength of the peak wavelength is increased or decreased to provide the glass matched in amplification of light in 1.3mum band. The above-mentioned functional multi-component glass is used as a core and clad having refraction index lower than that of the core is provided to afford an optical fiber capable of efficiently enclosing in low loss. Therefore, in the aimed optical fiber, application to light amplifier having high gain is made possible.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、弗化物を主成分とする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 [Field of Industrial Application] The present invention relates to a functional multi-component glass containing fluoride as a main component, and is used, for example, for optical 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。
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.

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(N d 3+)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Nd3+を添加したガラスを準備し、この
ガラスから形成した光フアイμの光増幅特性について評
価した旨の報告がなされているにューガラスフォーラム
、°90年1月発表)。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 5tate absorputio
n ) ピーク波長1.310μm1増幅ピーク波長1
.360μmという結果が得られたことが示されている
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 (N d 3+) are added as an active substance is already known. Specifically, New Glass Forum reported that they prepared a glass in which Nd3+ was added to phosphate glass as a host glass, and evaluated the optical amplification characteristics of an optical fiber μ formed from this glass. °Announced in January 1990). In this report, regarding the characteristics of the optical fiber, the fluorescence peak wavelength is 1.323 μm, the ESA
(excited 5tate absorputio
n) Peak wavelength 1.310 μm 1 Amplification peak wavelength 1
.. It is shown that a result of 360 μm was obtained.

更に、弗化物系多成分ガラスをホストガラスとし、Nd
3+を活性物質として11000pp添加したファイバ
の光増幅特性に関する報告(OFC90Po5t De
adline Paper” )もなされている。この
報告では、波長的1.33μmに増幅ピークを有するZ
r−Ba−La−AI−Fガラスが報告されており、蛍
光ビーク波長を1,32μmと評価している。
Furthermore, a fluoride-based multicomponent glass is used as a host glass, and Nd
Report on the optical amplification characteristics of a fiber doped with 11,000 pp of 3+ as an active substance (OFC90Po5t De
adline Paper”) has also been made. In this report, Z
r-Ba-La-AI-F glass has been reported, and the fluorescence peak wavelength is estimated to be 1.32 μm.

C発明が解決しようとする課題〕 しかし、前者の報告に示される酸化物系の多成分ガラス
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、増幅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。
Problem to be solved by invention C] However, in the oxide-based multi-component glass shown in the former report, even though the fluorescence peak is 1.323 μm, the ESA
Since the absorption peak due to the transition exists exactly at 1.310 μm, not only does the amplification peak wavelength shift to the longer wavelength side, but also no gain can be obtained in the 1.3 μm band.

同様に、後者の報告に示される弗化物系の多成分ガラス
でも、増幅ピーク波長が長波長側にシフトしてしまい、
1.3μm帯で十分な利得が得られない。
Similarly, in the case of the fluoride-based multi-component glass shown in the latter report, the amplification peak wavelength shifts to the longer wavelength side.
Sufficient gain cannot 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 a 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、Nd”+を
活性物質として含み弗化物を主成分とする機能性多成分
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 problem] In order to solve the above problem, the present inventor has conducted extensive research and has developed a functional multi-component glass containing Nd''+ as an active substance and having fluoride as its main component. They discovered a glass that enables optical amplification in the 1.3 μm band.

この弗化物を主成分とする機能性多成分ガラスにあって
は、NdF3の濃度を100 mol ppm乃至10
000mol ppmとしている。ただし、N d ”
(7)添加は、必ずしも弗化物よるものでなくてよく、
例えばNd  O等を用いてNd3+を添加してもよい
。ホストガラス(マトリックスガラス)となる多成分ガ
ラスの成分としては、ジルコニウム、バリウム、ランタ
ン等の各種弗化物の使用が可能である。また、補助的に
珪素、アルミニウム、アルカリ等の酸化物を加えてもよ
い。
In this functional multi-component glass containing fluoride as the main component, the concentration of NdF3 is 100 mol ppm to 10 mol ppm.
000 mol ppm. However, Nd”
(7) The addition does not necessarily have to be based on fluoride,
For example, Nd3+ may be added using Nd2O or the like. Various fluorides such as zirconium, barium, and lanthanum can be used as components of the multicomponent glass serving as the host glass (matrix glass). Further, oxides of silicon, aluminum, alkali, etc. may be added as an auxiliary agent.

本発明の機能性多成分ガラスによれば、NdF3の濃度
を100mol ])I)s 乃至10000100O
0層の範囲で変化させることにより、Nd3+の1.3
μm近傍の蛍光スペクトル及びESAスペクトルについ
て、そのピーク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 functional multi-component glass of the present invention, the concentration of NdF3 is 100 mol])I)s to 10000100O
By changing the range of 0 layer, 1.3 of Nd3+
For fluorescence spectra and ESA spectra in the vicinity of μm, the peak wavelength can be shifted or the intensity can be increased or decreased. 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、Nd3+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
 ”+77)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 Nd3+
"+77) It is possible to think that this is caused by changes in the ligand group, such as the electrostatic field that it receives.

つまり、Nd3+の濃度の影響を受けて、その配位子基
の対称性、周囲弗素との共有結合性等が変化するものと
考えられる。この結果、Nd3+イオンのエネルギー準
位が変動し、或いは、その縮退体が解け、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
・吸収のピーク波長がシフトするものと考えられる。
In other words, it is considered that the symmetry of the ligand group, the covalent bonding property with surrounding fluorine, etc. change under the influence of the concentration of Nd3+. As a result, the energy level of the Nd3+ ion changes, or its degenerate body dissolves, and the radiation/absorption transition probability of the Nd3+ ion changes, and furthermore, the peak wavelength of the radiation/absorption shifts. It will be done.

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+した多成分ガラスの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。
Although the above is a hypothesis, the present inventors utilized or controlled this phenomenon based on the examples described later and studies thereof, and the 1.
The aim was to improve the amplification characteristics in the 3 μm 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N d ”
Oエネルギー準位を示した図である。
Figure 6 shows the amount of N d ” added to a glass sample for comparison.
FIG. 3 is a diagram showing O energy levels.

比較用のガラス試料としては、Nd”+をドープしたZ
 r−Ba−La−A I−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 
F3/2と 1  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, Nd''+ doped Z
A fiber of r-Ba-La-A I-Na-F glass 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. The ground level is reached by excitation light of approximately 0.80 μm. Such pumping causes the level
When a population inversion is formed between F3/2 and 1,
It becomes possible to emit light with a peak wavelength of 13/2 and a length of 1.32 μm.

一方、準位 F  に存在する電子は、波長3/2 1.31μmの光を吸収し、準位 G7/2に励起され
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つO 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。
On the other hand, there is a possibility that the electrons existing at level F absorb light with a wavelength of 3/2, 1.31 μm, and be excited to level G7/2. 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 cannot be obtained in the 1.31 μm band either. FIG. 7(a) schematically shows such gain loss in the O 2 comparative glass sample.

位 1  への遷移による発光スペクトルに対応13/
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はこ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、1.3μmで利得が得られない事が
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。
Corresponds to the emission spectrum due to the transition to position 1 13/
2 corresponds to the absorption spectrum due to the transition to the G level. The peaks of these spectra each have a wavelength of 1
.. It exists at a wavelength of 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 optical amplification gain of this glass. Such a model explains why no gain is obtained at 1.3 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N d ”L7)
吸・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、例えば活性物質である
Nd3+の濃度を変化させることで、一方でNd3+の
周囲の配位子基を変化させることになり、他方でこの配
位子基の中にあるNd3+のエネルギー準位も相対的に
変化することになり、この結果、N d ”O吸・発光
のスペクトルの特性を変化させることが可能になるもの
と考えられる。
Based on this assumption, the inventor conversely concluded that N d "L7)
By controlling absorption and emission spectra, wavelength 1.
We thought that it might be possible to achieve sufficient gain for optical amplification in the 3 μm band. Here, for example, by changing the concentration of Nd3+, which is an active substance, on the one hand, the ligand group around Nd3+ will be changed, and on the other hand, the energy level of Nd3+ in this ligand group will be changed. It is thought that this results in a relative change in the spectral characteristics of N d ''O absorption and emission.

m7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. m7 (b) to (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の和として与えら
れる実線3bに対応する利得特性のピークを1,31μ
m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lc、2cともに短波長側にシフ
トさせ、吸・発光のスペクトル1cs2cの和として与
えられる実線3Cに対応する利得特性のピークを1.3
1μm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 long wavelength side, and the peak of the gain characteristic corresponding to the solid line 3b given as the sum of the absorption and emission spectra lb and 2b is shifted to 1.31μ.
The idea is to shift it to m. FIG. 7(C) shows that both the absorption and emission spectra lc and 2c are shifted to the short wavelength side, and the peak of the gain characteristic corresponding to the solid line 3C given as the sum of the absorption and emission spectra 1cs2c is 1.3.
The idea is to shift it to 1 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の和と
して与えられる実線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。
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 given as the sum of absorption and emission spectra ld and 2d hardly changes, a gain can be obtained even at a wavelength of 1.31 μm.

第7図(e)は、吸・発光スペクトル1es2e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の和として与えられる実線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。第7
図(f)は、吸・発光スペクトル1f、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、2fの和として与えられる実線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こととな
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。
In FIG. 7(e), the peak wavelengths of the absorption and emission spectra 1es2e are 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 given as the sum of the absorption and emission spectra le and 2e shifts to the shorter wavelength side, and the overall gain increases, resulting in a large gain at 1.31 μm. . 7th
In Figure (f), the peak wavelengths of the absorption and emission spectra 1f and 2f are moved to the longer wavelength side, and their relative intensities are greatly changed. As a result, the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3f, which is given as the sum of the absorption and emission spectra If and 2f, shifts to the longer wavelength side, but since the overall gain increases, even at 1.31 μm. gain is obtained.

NdF 、したがってNd3+の濃度を多成分ガラス中
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(f)の
現象が生じているものと考えられるが、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 in FIGS. 7(b) to (f) are occurring by varying the concentration of NdF, and therefore Nd3+, in the multicomponent glass. That is, from the amplification peak characteristics obtained in the following examples, it is considered that the phenomenon shown in FIG. 7(f) is mainly occurring, but there is also a possibility 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、カチオン(N d 3+)はホ
ストガラスの影響を受けてその電子軌道のエネルギー準
位が分裂又は変動することが考えられる。同時に、大き
な半径を有するカチオンの強い相互作用の影響を受けて
、周囲の原子の配置構造等にも変化が生じることも考え
られる。
To explain this variation in absorption and emission spectra from considerations within the ligand field, it is thought that the energy level of the electron orbit of the cation (N d 3+) splits or fluctuates under the influence of the host glass. It will be done. At the same time, changes may occur in the arrangement structure of surrounding atoms due to the strong interaction of cations with large radii.

この様な構造の変化がNd3+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場は非対称性を増減
させられ、或いはNd−F結合の共有3+4 性に変化が生じ、Nd  自体の F  準位及び3/
2 同様の現象が生じている可能性もある。したがって、N
 d3”co配位子場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。
Such structural changes accumulate depending on the amount of Nd3+ added, and the asymmetry of the ligand field formed by the host glass increases or decreases, or the covalent 3+4 nature of the Nd-F bond changes, and Nd itself F level and 3/
2 It is possible that a similar phenomenon is occurring. Therefore, N
The fluctuation phenomenon of the d3''co ligand field is thought to be complex, and the details of the mechanism are unknown.

いずれにせよ、本発明者の実験・検討によれば、NdF
3の濃度を100111ol ppm乃至100001
IO1pp11とすることによりN d 3”O吸・発
光スペクトルを変動させることができ、ホストガラスの
組成に合わせてNdF3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。
In any case, according to the inventor's experiments and studies, NdF
3 concentration from 100111 ol ppm to 100001
By setting IO1pp11, the N d 3"O absorption/emission spectrum can be varied, and by selecting the concentration of NdF3 according to the composition of the host glass,
A promising glass that enables optical amplification in the 1.3 μm wavelength band was obtained.

上記の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-mentioned functional multi-component glass is used as a material for optical transmission paths, and may be formed into, for example, a planar waveguide. In order to obtain a long optical transmission line, it is desirable to produce an optical fiber equipped with a cladding having a low refractive index.

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。
Specifically, the above optical fiber is manufactured as follows. First, a preform having a core of functional multicomponent 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. Third
As shown in the figure, the preform 11 is fixed to a feeding device 12 and gradually lowers. At this time, preform 11
is heated by the heater 13, softens, and starts drawing. The drawn fiber 10 is wound onto a winding drum 15 via a capstan 14.

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
Nd3+が添加されていないクラッド層10bとを備え
ている。
FIG. 4 shows an enlarged view of the optical fiber 10 thus obtained. The optical fiber 10 includes a core 10a doped with Nd3+ and a cladding layer 10b having a relatively lower refractive index than the core 10a and not doped with Nd3+.

上記のような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。
An optical fiber having a core made of functional multi-component glass as described above can be applied to fiber lasers, fiber amplifiers, fiber detectors, etc.

即ち、弗化物を主成分とするコアガラスのNdF3の濃
度を100 a+ol ppm乃至10000mo11
00O0としているため、1.31μm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。
That is, the concentration of NdF3 in the core glass whose main component is fluoride is 100 a+ol ppm to 10000 mo11.
Since it is set to 00O0, an optical amplification gain can be obtained even in the 1.31 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, application to high gain optical amplification devices and the like becomes possible.

更に、上記の光ファイバ10は、一つの応用例として1
.3μm帯のファイバ増幅器に使用することができる。
Furthermore, the optical fiber 10 described above can be used in one application example.
.. It can be used for 3 μm band fiber amplifiers.

第5図に示すように、ファイバ増幅器は1.3μmμm
−ザの導波路となる光ファイバ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
バカブラ等により、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。
As shown in Figure 5, the fiber amplifier has a diameter of 1.3μmμm.
- an optical fiber 30 that serves as a waveguide for the laser, a laser light source 32 that generates excitation light in the 0.8 μm band, and in order to amplify the signal light with the excitation light, the excitation light is input from the laser light source into the optical fiber; Optical means 33. 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 excitation light are introduced into the fiber 30 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、励起光を力・ソ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3
7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 filtering and sorting the excitation light, and the optical spectrum analyzer 35 is a device for measuring the amplified signal light. Matching oil 3
7 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Nd3+が励起される。この励起されたNd
3+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、レーザ光を発生し、波
長1.3μm帯での光増幅が可能になる。
According to a 1.3 .mu.m band fiber amplifier including an optical fiber as described above, a laser light source, and an optical means, Nd3+ is excited by a 0.8 .mu.m laser beam introduced into the fiber by the optical means. This excited Nd
3+ means 1, 3 introduced into the optical fiber at the same time.
It generates laser light by being guided by signal light in the .mu.m band, making it possible to amplify light in the 1.3 .mu.m 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、ホストガラスの原料としてZ r F s、Ba
F  、LaF  5AIF3及びNaFを用意し、そ
れぞれを53:20:4:3:20の組成比となるよう
に調合する。これに希土類元素Ndの弗化物であるNd
F3を所定量添加し、雰囲気を制御して白金ルツボ中で
溶融させる。NdF3の添加量は、NdF3の濃度がホ
ストガラスに対して、モル濃度で50.100.100
0.5000.10000.30000pp■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、急冷し、ガラス化する。ガラス化したこれらの試
料は、その濃度に応じて試料A、B。
First, Z r F s, Ba
F 2 , LaF 5AIF3, and NaF are prepared and mixed in a composition ratio of 53:20:4:3:20. This is combined with Nd, which is a fluoride of the rare earth element Nd.
A predetermined amount of F3 is added, and the atmosphere is controlled to melt it in a platinum crucible. The amount of NdF3 added is such that the concentration of NdF3 is 50.100.100 molar concentration relative to the host glass.
Adjust so that it becomes 0.5000.10000.30000pp■. After sufficient mixing, the molten raw materials are rapidly cooled and vitrified. These vitrified samples are called Samples A and B depending on their concentration.

C,D、ESFと命名した。その組成を第1図に示す。They were named C, D, and ESF. Its composition is shown in FIG.

このガラス試料の光増幅特性を評価するため、下記のよ
うにして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、クラッドパイプとする
。クラッドパイプのガラスにはNdF3を添加していな
い。これらのコアロッド及びクラッドパイプはロッドイ
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12
5μmの5Mファイバが得られた。
In order to evaluate the optical amplification characteristics of this glass sample, a fiber was fabricated as follows. First, glass having the above composition is formed into a rod shape to form a glass rod for a core. Next, glass having approximately the same composition as this glass rod and a slightly lower refractive index is melted and formed into a clad pipe. NdF3 is not added to the glass of the clad pipe. These core rods and clad pipes 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 12
A 5M fiber of 5 μm was obtained.

この5M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 5M fiber was cut into 10 m 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ビーク波長、増幅ピーク波長及び1.310
μmでのゲインを対象として、第5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 is based on the fluorescence peak wavelength, ESA peak wavelength, amplification peak wavelength, and 1.310
A fiber amplifier shown in FIG. 5 was used to measure the gain in μm. 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2図の表に示したゲインは1.
31μmにおけるものである。レーザ光源32としては
、励起波長が0.7’8um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.
310μmとした。ESAピ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、エネルギー波長を割
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 the table of FIG. 2 is 1.
This is at 31 μm. As the laser light source 32, a Ti-sapphire laser (argon excitation) with an excitation wavelength of 0.7'8 um and an excitation output of 10 mW was used. The intensity of the input signal is -30 dBm, and the peak wavelength is 1.
It was set to 310 μm. The ESA peak wavelength was determined by determining the absorption wavelength of the fiber sample using a self-recording spectrophotometer and determining the energy wavelength. 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.

1.3μm帯でのゲインに注目すると、NdF3の濃度
が100mol ppm 〜10000molppsの
範囲では、所定値以上の利得が得られることがわかる。
Focusing on the gain in the 1.3 μm band, it can be seen that a gain greater than a predetermined value can be obtained when the concentration of NdF3 is in the range of 100 mol ppm to 10000 mol pps.

また、N d F aの濃度に応じて、蛍光ピーク、E
SAビーク及び増幅ピークは漸次長波長側に移動して行
く。尚、100 mol ppm以下では活性イオンと
なるNd3+が少なく、高い効率の光増幅が行えないも
のと考えられる。他方、10000mol ppm以上
では、次第に増幅ピークが長波長側に移動してしまって
、1.31μmで有効な利得が得られない。これは、N
 d ”4オンの濃度が増大し、イオンの配位子場等に
及ぼす影響が大きくなり過ぎ、大きな波長シフトが生じ
てしまうものと考えられる。この結果、波長シフトの影
響が遷移確率の及ぼす影響よりも大きくなり、十分な増
幅が得られないものと考えられる。
In addition, depending on the concentration of N d Fa, the fluorescence peak, E
The SA peak and the amplification peak gradually move toward longer wavelengths. It should be noted that if it is less than 100 mol ppm, there will be less Nd3+, which becomes active ions, and it is considered that highly efficient optical amplification cannot be performed. On the other hand, at 10,000 mol ppm or more, the amplification peak gradually shifts to the longer wavelength side, and no effective gain can be obtained at 1.31 μm. This is N
It is thought that as the concentration of 4-on increases, the influence on the ion's ligand field becomes too large, resulting in a large wavelength shift.As a result, the influence of the wavelength shift becomes smaller than the influence of the transition probability. It is considered that the amplification becomes larger than the above, and sufficient amplification cannot be obtained.

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 
”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
”O Part of the light is emitted light in the 1.3 μm wavelength band from within the optical fiber, and the wavelength 1 that is fed back into the optical fiber.
.. It is guided by light in the 3 μm band and generates emitted light in the 1.3 μm wavelength band. 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(「ErトープファイバーJ、Oplu
s  E、1990年1月、pp。
The specific configuration is similar to a known Er-doped fiber laser (“Er-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ー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 0.8μ
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Nd”+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. The Nd''+ in the optical fiber is excited to a predetermined state, making it possible to emit light in the wavelength band of 1.3 μm.Since the output end of the fiber is finished with a mirror finish, this output end and the end face of the laser diode are constitutes 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、弗化物を主成分とする本発明の機
能性多成分ガラスによれば、励起光の存在により1.3
μm帯での発光・光増幅が可能になる。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。
As explained above, according to the functional multi-component glass of the present invention containing fluoride as the main component, due to the presence of excitation light,
It becomes possible to emit light and amplify light in the μm band. Furthermore, by forming this into waveguides, fibers, etc., optical amplification devices,
Can be applied to lasers, etc. In particular, when formed into a fiber, an optical amplifier with a low threshold and high gain can be obtained.

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.

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

第1図は本発明による機能多成分ガ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等を示した
図、第3図は本発明による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1.310μmでのゲインについて説明し
た図である。
Fig. 1 is a diagram showing an example of the functional multi-component glass according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the absorption/emission characteristics etc. of the glass in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing an example of the functional multi-component glass according to the present invention. Figure 4 shows the method of forming the fiber used, Figure 4 shows the fiber sample used for characteristic evaluation, and Figure 5 shows the configuration of the device and optical amplifier for evaluating the characteristics of the fiber sample. , FIG. 6 is a diagram showing an example of the excitation level of Nd3+ ions, and FIG. 7 is a diagram explaining the gain at 1.310 μm.

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^+を活性物質として含み、弗化物を主成分と
する機能性多成分ガラスであって、 NdF_3の濃度が100molppm乃至10000
molppmである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. A functional multi-component glass containing Nd^3^+ as an active substance and containing fluoride as a main component for optical amplification in the wavelength band of 1.3 μm, wherein the concentration of NdF_3 is is 100molppm to 10000
A functional multi-component glass characterized by having mol ppm. 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,
and an optical means for causing the excitation light to enter the optical fiber from the laser light source.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7985339B2 (en) 2008-08-25 2011-07-26 General Electric Company Polyarylether compositions bearing zwitterion functionalities

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