JPH0656468A - Laser glass - Google Patents

Laser glass

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JPH0656468A
JPH0656468A JP21178892A JP21178892A JPH0656468A JP H0656468 A JPH0656468 A JP H0656468A JP 21178892 A JP21178892 A JP 21178892A JP 21178892 A JP21178892 A JP 21178892A JP H0656468 A JPH0656468 A JP H0656468A
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JP
Japan
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ions
glass
ion
band
fluoride
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Withdrawn
Application number
JP21178892A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Yanagida
裕昭 柳田
Hisayoshi Toratani
久良 虎溪
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Publication of JPH0656468A publication Critical patent/JPH0656468A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a fluoride-based laser glass capable of emitting the 1.5mum band luminescence of Er<+3> in high efficiency by 0.8mum band excitation. CONSTITUTION:This fluoride-based laser glass contains at least Zr and/or Hf and Al ions as constituent, and, besides, Er ion and Eu and/or P ion as the sensitizer for Er ion and, F ion as constituent. The proportions of the respective ions in the total cations are, in terms of cationic %, an follows : Er ion, 0.2-15%; Eu ion, 0-5%; P ion, 0-5%; and Eu ion plus P ion, 0.1-10%. In case P ion is contained as a cation, O ion is also contained as an anion.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はレーザーガラスに係り、
特に1.5μm帯に発振波長を有するフッ化物レーザー
ガラスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a laser glass,
In particular, it relates to a fluoride laser glass having an oscillation wavelength in the 1.5 μm band.

【0002】[0002]

【従来の技術】1.5μm帯発振レーザーは、石英ガラ
スの最小損失波長域にあるため長距離光通信用光源とし
て盛んに用いられている。また、この波長域は、人間の
眼に対し、損傷を与えるレーザー光強度のしきい値が高
く、したがって安全性の高い特長を利用して測距器光源
などのセンサ光源にも利用されている。更に近年、Er
ドープ光ファイバが、伝搬する1.5μm帯光を直接増
幅でき、すぐれた特性を有することが明らかにされ、無
中継伝送距離を大幅に延長できる技術として注目されて
いる。1.5μm帯発振または増幅用レーザーガラスと
しては、従来Erドープガラスが用いられていた。これ
は、Er3+ 413/2から 415/2(基底準位)への発
光遷移を利用するものである。
2. Description of the Related Art A 1.5 μm band oscillation laser is widely used as a light source for long-distance optical communication because it is in the minimum loss wavelength range of silica glass. This wavelength range is also used as a sensor light source such as a rangefinder light source by taking advantage of the high threshold of the laser light intensity that causes damage to the human eye and thus has high safety. . More recently, Er
It is clarified that a doped optical fiber can directly amplify propagating 1.5 μm band light and has excellent characteristics, and it is attracting attention as a technique capable of greatly extending a non-repeatered transmission distance. Er-doped glass has been conventionally used as a laser glass for oscillation or amplification in the 1.5 μm band. This utilizes the luminescence transition of Er 3+ from 4 I 13/2 to 4 I 15/2 (ground level).

【0003】ところで、レーザーガラスマトリックスに
は、ケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、フツリン酸塩ガ
ラス、重金属フッ化物ガラス、硼酸塩ガラスなどが用い
られている。しかし、硼酸塩ガラスでは、室温でEr3+
に結合するフォノンエネルギが大きく、 413/2から 4
15/2への非輻射確率が高まるので、効率上あまり実用
的ではない。
Incidentally, silicate glass, phosphate glass, fluorophosphate glass, heavy metal fluoride glass, borate glass and the like are used for the laser glass matrix. However, with borate glass, Er 3+
The phonon energy coupled to is large, 4 I 13/2 to 4
Since the probability of non-radiation to I 15/2 increases, it is not very practical in terms of efficiency.

【0004】一方、ケイ酸塩ガラスは長距離光伝送用フ
ァイバ材料であり、広く実用化が検討されている。この
場合、Er3+ドープGe,P共添加ケイ酸塩ガラスなど
が用いられ、1.48μmLDによる直接励起によっ
て、1.5μm帯信号光に対して高利得(30dB以
上)、低雑音の増幅特性が得られている。
On the other hand, silicate glass is a fiber material for long-distance optical transmission, and its practical application has been widely studied. In this case, Er 3+ doped Ge, P co-doped silicate glass or the like is used, and by direct pumping with 1.48 μm LD, high gain (30 dB or more) and low noise amplification characteristics for 1.5 μm band signal light. Has been obtained.

【0005】一般に、Er3+をドープしたガラスマトリ
ックスからの1.5μm帯発光スペクトルは、ケイ酸塩
ガラスおよびリン酸塩ガラスにおいて半値幅が狭く、逆
にフッ化物ガラス、特に重金属フッ化物ガラスにおいて
広い。これは、たとえばW.J.Miniscalc
o,J.Lightwave Tech,Vol.9,
No.2,(1991)234〜250頁によれば、フ
ッ化物ガラスでは希土類イオンは網目構成元素しか置換
できないため、酸化物ガラスの場合に比べて結晶場の影
響が弱く、シュタルク分裂よりもシュタルク準位間遷移
によって発光帯の形状が決まり、スペクトルの対称性が
より高くなるためであると説明されている。
In general, the 1.5 μm band emission spectrum from an Er 3+ -doped glass matrix has a narrow half-width in silicate glass and phosphate glass, and conversely in fluoride glass, particularly heavy metal fluoride glass. wide. This is for example the case of W. J. Miniscalc
o, J. Lightwave Tech, Vol. 9,
No. 2, (1991) 234 to 250, since rare earth ions can substitute only network elements in fluoride glass, the influence of the crystal field is weaker than in the case of oxide glass, and the Stark level is better than Stark splitting. It is explained that the shape of the emission band is determined by the inter-transition and the symmetry of the spectrum becomes higher.

【0006】ところで、1.5μm帯レーザーを用いて
同一伝送路内に複数の信号光を伝搬させる、いわゆる波
長多重導波技術が開発されている。この技術は、光通信
において高密度情報処理や大容量化にとってきわめて重
要であり、また測距などリモートセンシングにおいても
複数対象物の情報を同時に得るために重要である。
By the way, a so-called wavelength multiplex waveguide technique has been developed in which a plurality of signal lights are propagated in the same transmission line using a 1.5 μm band laser. This technique is extremely important for high-density information processing and large capacity in optical communication, and is also important for simultaneously obtaining information of multiple objects in remote sensing such as distance measurement.

【0007】1.5μm帯のEr3+ 413/2 415/2
遷移を、この波長多重導波に利用する場合には、ガラス
マトリックスの性質として1.5μm発光帯半値幅が広
い方が狭い方より望ましいことになる。すなわち、発光
帯半値幅の広いフッ化物ガラスの方が、半値幅の狭いケ
イ酸塩ガラスやリン酸塩ガラスよりも高利得の帯域幅が
広くとれて、増幅や発振波長の多重化に有利になる。
Er 3+ 4 I 13/24 I 15/2 in 1.5 μm band
When the transition is used for this wavelength-division-multiplexed waveguide, it is preferable that the half width of the emission band of 1.5 μm is wider than the narrow one as a property of the glass matrix. That is, a fluoride glass having a wide half-width of emission band has a wider bandwidth of high gain than a silicate glass or a phosphate glass having a narrow half-width, which is advantageous for amplification and multiplexing of oscillation wavelengths. Become.

【0008】実際、ZrF4 −BaF2 −LaF3 −A
lF3 −NaF(以下ZBLANという)ガラス系光フ
ァイバにおいて、Er3+の1.55μm帯光増幅特性と
して30dB以上の高利得帯域幅が3.5nmに達する
と報告されている(深作ら,1992年電子情報通信学
会春季講演会C−308予稿集分冊4,P.4−35
0)。これに対して石英ガラス系ファイバでは、高利得
帯域幅は10nm程度である。
In fact, ZrF 4 --BaF 2 --LaF 3 --A
lF 3 in -NaF (hereinafter referred ZBLAN) glass-based optical fiber, high-gain bandwidth of more than 30dB as 1.55μm band optical amplification characteristics of the Er 3+ is reported to reach 3.5 nm (Fukasaku et al, 1992 IEICE Spring Conference C-308 Proceedings Separate Volume 4, P.4-35
0). On the other hand, in the silica glass fiber, the high gain bandwidth is about 10 nm.

【0009】[0009]

【発明が解決すべき課題】前記したように広い高利得帯
域幅を有するEr3+のマトリックスガラスであるフッ化
物から成るファイバの発光準位 413/2への励起光源に
は、通常1.48μm又は0.8μmのLDが用いられ
る。しかし、1.48μmLDはInGaAsP/In
P組成から成り、高エネルギ電子の閉じ込め効果がGa
AlAs/GaAs組成より小さいために、高出力化が
困難である。したがって、励起には複数個のLDを同時
に用いており、励起源サイズが大きくなり、また高価格
になるという問題点がある。
As described above, a fiber made of fluoride, which is a matrix glass of Er 3+ having a wide high gain bandwidth, usually has an excitation light source of 4 I 13/2 at an emission level of 4 I 13/2 . An LD of 0.48 μm or 0.8 μm is used. However, 1.48 μm LD is InGaAsP / In
It is composed of P composition and has a high energy confinement effect of Ga.
Since it is smaller than the AlAs / GaAs composition, it is difficult to increase the output. Therefore, since a plurality of LDs are used for excitation at the same time, there are problems that the size of the excitation source becomes large and the cost becomes high.

【0010】一方、0.8μmGaAlAs/GaAs
LDを用いた励起は、 415/2から49/2 への遷移を
利用したものであり、図3に示すように 49/2 4
11/2 413/2の2段階非輻射遷移を経て 413/2 4
15/2の輻射遷移過程で1.53μm光を放出する。し
かるに図3で示したように、0.8μm帯励起には強い
励起準位吸収があり、また、基底準位の0.8μm光吸
収は一般に励起準位吸収よりも弱い。このために、0.
8μm帯LDは大出力のものが容易に得られ、安価であ
るにもかかわらず、これを励起源に用いたEr3+の1.
5μm帯光の増幅利得は小さいと従来指摘されていた。
On the other hand, 0.8 μm GaAlAs / GaAs
The excitation using the LD utilizes the transition from 4 I 15/2 to 4 I 9/2 , and as shown in FIG. 3, 4 I 9/24 I
11/24 through a two-stage non-radiative transition of I 13/2 4 I 13/24
In the radiation transition process of I 15/2 , 1.53 μm light is emitted. However, as shown in FIG. 3, 0.8 μm band excitation has strong excitation level absorption, and 0.8 μm optical absorption of the ground level is generally weaker than excitation level absorption. For this reason, 0.
Although an 8 μm band LD can easily obtain a large output and is inexpensive, Er 3+ of 1.
It has been conventionally pointed out that the amplification gain of 5 μm band light is small.

【0011】本発明の目的は、0.8μm帯励起によっ
てEr3+の1.5μm帯発光を高効率で生ぜしめるフッ
化物レーザーガラスを提供することである。
An object of the present invention is to provide a fluoride laser glass capable of highly efficiently emitting Er 3+ in the 1.5 μm band by excitation in the 0.8 μm band.

【0012】[0012]

【課題を達成するための手段】従来のフッ化物ガラスで
あるAZF(フツアルミノジルコン酸塩)ガラスに適量
のEr3+をドープした場合の0.8μm帯LD励起蛍光
スペクトルを、図4に示す。図4(A)では、E1 ,E
2 ,E3 の3発光帯が示されており、それぞれのオリジ
ンは図4(B)に示す通りである。
FIG. 4 shows a 0.8 μm band LD excitation fluorescence spectrum when AZF (fluoroalumino zirconate) glass which is a conventional fluoride glass is doped with an appropriate amount of Er 3+ . . In FIG. 4A, E 1 , E
Two emission bands of 2 and E 3 are shown, and their origins are as shown in FIG. 4 (B).

【0013】すなわち、目的とする1.53μm蛍光
(E3 )よりも 411/2 415/2の遷移に相当するE
2 がはるかに強い。この結果は、0.8μm帯LDで励
起した場合のEr3+1.5μm帯発光の低効率原因が、
図3で説明した励起準位吸収以外に 411/2準位の寿命
が長い点にもあることを示している。
That is, E which corresponds to the transition of 4 I 11/24 I 15/2 rather than the desired 1.53 μm fluorescence (E 3 ).
2 is much stronger. This result is due to the low efficiency of Er 3+ 1.5 μm band emission when excited by 0.8 μm band LD.
In addition to the excitation level absorption explained in FIG. 3, there is a point that the 4 I 11/2 level has a long lifetime.

【0014】1.5μm帯発光を高効率で生ぜしめる本
発明のレーザーガラスは、ガラスを構成する陽イオンと
して少なくともZr及び/又はHfイオンとAlイオン
を含有し、かつガラスを構成する陰イオンとしてFイオ
ンを含有するフッ化物ガラスであって、さらにガラスを
構成する陽イオンとして、Erイオンと、Erイオンの
増感剤としてのEuイオン及び/又はPイオンとを含
み、全陽イオン中の各イオンの割合がカチオニック%表
示で、Erイオンが0.2〜15%、Euイオンが0〜
5%、Pイオンが0〜5%、EuイオンとPイオンとの
合量が0.1〜10%であり、陽イオンとしてPイオン
を含むときは陰イオンとしてOイオンも含むことを特徴
とするレーザーガラスである。
The laser glass of the present invention capable of highly efficiently emitting in the 1.5 μm band emits at least Zr and / or Hf ions and Al ions as cations constituting the glass, and as an anion constituting the glass. A fluoride glass containing F ions, further containing Er ions as cations constituting the glass and Eu ions and / or P ions as a sensitizer for Er ions, and each of the total cations The ratio of ions is expressed in Cationic%, Er ions are 0.2 to 15%, Eu ions are 0 to
5%, P ions are 0 to 5%, the total amount of Eu ions and P ions is 0.1 to 10%, and when P ions are included as cations, O ions are also included as anions. It is a laser glass.

【0015】以下本発明を詳説する。図5は、本発明の
原理を説明するための図である。フッ化物ガラスの発光
中心であるErイオンにEuイオンを共付活すると、図
5(A)で示したように近接したErイオンからEuイ
オンへ共鳴伝達によるエネルギ遷移が生ずる。すなわ
ち、Er3+ 411/2準位に滞留する励起電子波がEu
3+との量子論的交換作用の結果、エネルギをEu3+に与
え、フォノンが関与しないでEr3+ 411/2 4
13/2に相当するEu3+の励起、すなわちEu3+ 70
75 への遷移を生ずる。励起されたEu3+は、非輻
射過程を経てエネルギ緩和する。
The present invention will be described in detail below. FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the present invention. When Eu ions are co-activated with Er ions, which are the luminescence center of the fluoride glass, energy transition due to resonance transfer occurs from the adjacent Er ions to the Eu ions as shown in FIG. 5 (A). That is, the excitation electron wave staying at the 4 I 11/2 level of Er 3+ is Eu
3+ results of quantum mechanical exchange interaction with, giving energy to Eu 3+, 4 I 11/2 → 4 I of Er 3+ in phonons is not involved
Excitation of Eu 3+ corresponding to 13/2 , ie 7 F 0 of Eu 3+
→ A transition to 7 F 5 occurs. The excited Eu 3+ relaxes its energy through a non-radiative process.

【0016】一方、フッ化物ガラスマトリックスにおけ
る最大フォノンエネルギは、図4(B)で示したように
500〜600cm-1であるため、Er3+ 413/2
位とEu3+ 76 準位間のエネルギ差ΔE(=150
0cm-1)を埋めるにはマルチフォノン過程が必要であ
り、したがって近接したEr3+ 413/2準位からEu
3+ 76 準位へのフォノン関与エネルギ緩和は殆んど
生じない。したがって 413/2 415/2遷移による
1.53μm発光効率が低下することはない。
On the other hand, since the maximum phonon energy in the fluoride glass matrix is 500 to 600 cm -1 as shown in FIG. 4B, the 4 I 13/2 level of Er 3+ and the Eu 3+ level . Energy difference ΔE (= 150 between 7 F 6 levels)
0 cm -1) are required multi-phonon processes to fill and therefore Eu from 4 I 13/2 level closely spaced Er 3+
Almost no relaxation of energy involved in phonon to the 7 F 6 level of 3+ occurs. Therefore, the 1.53 μm emission efficiency does not decrease due to the 4 I 13/24 I 15/2 transition.

【0017】この結果、Eu3+の共付活によってEr3+
411/2準位からの非輻射遷移過程が増え、 411/2
準位の寿命は低下する。したがって、 411/2 4
15/2の発光遷移(図4のE2 発光帯)および 411/2
43/2 の励起準位吸収(図3)は抑制される。
As a result, by co-activating Eu 3+ , Er 3+
Increased non-radiative transition process from the 4 I 11/2 level of, 4 I 11/2
Level life is reduced. Therefore, 4 I 11/24 I
Emission transition of 15/2 (E 2 emission band in FIG. 4) and 4 I 11/2
Excitation level absorption of 4 F 3/2 (Fig. 3) is suppressed.

【0018】しかし、 411/2準位からの遷移過程は、
互いに競合過程であるので、発光準位 413/2への非輻
射遷移が優勢になるような工夫を更に付加することがよ
り望ましい。
However, the transition process from the 4 I 11/2 level is
Since they are competing processes with each other, it is more desirable to add a device to make the non-radiative transition to the emission level 4 I 13/2 dominant.

【0019】これが、図5(B)に示すPイオンの共付
活である。すなわち、フッ化物ガラスマトリックスにP
イオンを含有させると、フッ化物ガラスマトリックスの
フォノンエネルギが増大する。フォノンエネルギが、前
記したEr3+ 413/2とEu3+ 76 のエネルギ差
ΔE(=1500cm-1)に比べて充分小さな値(<1
000cm-1)であるようにPイオンの含有量を5ca
t,%以下に調整する。
This is the co-activation of P ions shown in FIG. 5 (B). That is, P is added to the fluoride glass matrix.
Inclusion of ions increases the phonon energy of the fluoride glass matrix. The phonon energy is sufficiently smaller than the energy difference ΔE (= 1500 cm -1 ) between 4 I 13/2 of Er 3+ and 7 F 6 of Eu 3+ (<1
000 cm -1 ) so that the content of P ions is 5 ca
Adjust to t,% or less.

【0020】Pイオンの添加によって、前記したEr3+
411/2 413/2の非輻射遷移確率は増大する。す
なわち、この非輻射遷移はマルチフォノン過程であるた
め、その緩和速度をWMPとすれば、 411/2準位の観測
寿命τは 1/τ=1/A31+1/A32+WMP+1/PESA +1/PRT で与えられる。ここに、A31,A32はそれぞれ
415/2 413/2への自然光放出確率であり、PESA
43/2 への励起準位吸収確率、PRTはEu3+への共
鳴伝達確率である。
By adding P ions, the above-mentioned Er 3+
4 I 11/24 I 13/2 non-radiative transition probability increases. That is, since this non-radiative transition is a multiphonon process, if the relaxation rate is W MP , the observed lifetime τ of the 4 I 11/2 level is 1 / τ = 1 / A 31 + 1 / A 32 + W MP + 1 / P ESA + 1 / P RT Here, A 31 and A 32 are respectively
Probability of natural light emission to 4 I 15/2 and 4 I 13/2 , and P ESA
Is the excitation level absorption probability to 4 F 3/2 , and P RT is the resonance transfer probability to Eu 3+ .

【0021】Pイオンの添加によってWMPを増大させれ
ば、それだけ他の競合過程の重要度を低下させ、 4
13/2へのエネルギ蓄積を増加させることが出来る。Pイ
オンの添加によってフッ化物ガラスマトリックスのフォ
ノンエネルギを増大させても、Er3+ 413/2 4
15/2のエネルギ差は 411/2 413/2に比べて十分大
きいので、1.53μm輻射の遷移確率に影響を与える
ことは避けられる。
Increasing W MP by adding P ions reduces the importance of other competing processes to the extent that 4 I
The energy storage on 13/2 can be increased. Even if the phonon energy of the fluoride glass matrix is increased by the addition of P ions, 4 I 13/24 I of Er 3+
Since the energy difference of 15/2 is sufficiently larger than 4 I 11/24 I 13/2 , it is possible to avoid affecting the transition probability of 1.53 μm radiation.

【0022】Pイオンは、原料中にP2 5 として含有
させても、PO3 3-として含有させても有効である。前
記Eu3+の共付活とPイオンの共付活は、それぞれ別の
効果を与えるので、どちらか一方のみを共付活してもよ
く、両者を共付活してもよい。
P ion is effective whether contained in the raw material as P 2 O 5 or PO 3 3- . Since the Eu 3+ co-activation and the P ion co-activation have different effects, either one of them may be co-activated, or both may be co-activated.

【0023】本発明で、フッ化物ガラスマトリックス中
の各陽イオン濃度を上記の如く所定範囲に限定したの
は、次のような理由による。発光中心のEr3+濃度[E
3+]は1.5μm帯の光増幅で十分高い利得を得るに
は、全陽イオンに対して0.2カチオニック%(以下c
at.%という)以上必要であり、また15cat.%
を越えると濃度消光が顕著なため、0.2〜15ca
t.%に限定される。より好ましくは[Er3+]は0.
5〜12cat.%である。
In the present invention, the concentration of each cation in the fluoride glass matrix is limited to the predetermined range as described above for the following reason. Er 3+ concentration at emission center [E
r 3+ ] is 0.2 cationic% (hereinafter c) for all cations in order to obtain a sufficiently high gain in optical amplification in the 1.5 μm band.
at. %) Or more, and 15 cat. %
If it exceeds, the concentration quenching is remarkable, so 0.2 to 15 ca
t. Limited to%. More preferably, [Er 3+ ] is 0.
5-12 cat. %.

【0024】EuイオンとPイオンは前記したようにE
3+の1.5μm帯発光に対して増感作用を有する。し
かし、[Eu3+]および/又は[P5+]が、0.1ca
t.%未満では増感効果が小さく、また10cat.%
を越えるとEr3+ 413/2 415/2で非輻射遷移が
顕著になる。したがって[Eu3+]および/又は
[P5+]は0.1〜10cat.%に限定され、より好
ましくは0.1〜7cat.%である。
Eu ions and P ions are E as described above.
It has a sensitizing effect on the 1.5 μm band emission of r 3+ . However, when [Eu 3+ ] and / or [P 5+ ] is 0.1 ca
t. %, The sensitizing effect is small, and 10 cat. %
Beyond that, the non-radiative transition becomes prominent in Er 3+ 4 I 13/24 I 15/2 . Therefore, [Eu 3+ ] and / or [P 5+ ] is 0.1-10 cat. %, More preferably 0.1 to 7 cat. %.

【0025】Euイオンを単独で増感剤として用いる場
合、[Eu3+]が5cat.%を超えるとEr3+の1.
5μm帯発光が失活し、一方0.1cat.%未満では
増感効果が小さいので、[Eu3+]は0.1〜5ca
t.%にするのが好ましい。また[Eu3+]が3ca
t.%を超えると、増感作用が飽和するので、[E
3+]は0.1〜3cat.%が特に好ましい。またP
イオンを単独で増感剤として用いる場合、[P5+]が5
cat.%を超えると 413/2から 415/2への非輻射
遷移確率が大きくなり、発光強度が低下し、またガラス
マトリックスの十分な脱水が困難になり、一方0.1c
at.%未満では増感効果が小さいので、[P5+]は
0.1〜5cat.%にするのが好ましい。また
[P5+]が4cat.%を超えると効果が飽和してしま
うので、[P5+]は0.1〜4cat.%が特に好まし
い。
When Eu ions are used alone as a sensitizer, [Eu 3+ ] is 5 cat. When it exceeds%, Er 3+ is 1.
The 5 μm band emission is deactivated, while 0.1 cat. %, The sensitizing effect is small, so [Eu 3+ ] is 0.1 to 5 ca.
t. % Is preferable. Also, [Eu 3+ ] is 3 ca
t. If it exceeds%, the sensitizing effect will be saturated, so [E
u 3+ ] is 0.1 to 3 cat. % Is particularly preferred. Also P
When an ion is used alone as a sensitizer, [P 5+ ] is 5
cat. % By weight, the non-radiative transition probability from 4 I 13/2 to 4 I 15/2 is increased, the emission intensity is lowered, it is difficult enough dehydration of the glass matrix, whereas 0.1c
at. %, The sensitizing effect is small, so [P 5+ ] is 0.1 to 5 cat. % Is preferable. Also, [P 5+ ] is 4 cat. %, The effect is saturated, so [P 5+ ] is 0.1 to 4 cat. % Is particularly preferred.

【0026】本発明のレーザーガラスは、他の必須ガラ
ス構成陽イオンとしてZr及び/又はHfイオンおよび
Alイオンを含む。これらの陽イオンの全陽イオン中の
割合は臨界的ではないが、Zr及び/RはHfイオンは
0.5〜70cat.%、Alイオンは2〜45ca
t.%とするのが好ましい。
The laser glass of the present invention contains Zr and / or Hf ions and Al ions as other essential glass constituent cations. The proportion of these cations in the total cations is not critical, but Zr and / R are 0.5 to 70 cat. %, Al ions are 2-45 ca
t. % Is preferable.

【0027】本発明のレーザーガラスは、上記した陽イ
オン以外その他の陽イオンを含有することができる。こ
れらの陽イオンとしては、Y、La、Mg、Ca、S
r、Ba、Na、Li、Pb、Cd、Zn、Inイオン
などの各陽イオンが挙げられる。
The laser glass of the present invention may contain cations other than the above-mentioned cations. As these cations, Y, La, Mg, Ca, S
Examples include cations such as r, Ba, Na, Li, Pb, Cd, Zn and In ions.

【0028】また本発明のレーザーガラスにおいて陰イ
オンは基本的にFイオンからなるが、陽イオンとしてP
イオンを含む場合には陰イオンとしてO(酸素)イオン
も含まれる。全陰イオン中のOイオンの割合は、アニオ
ニック%(以下an.%という)で6%以下とするのが
好ましい。その理由は、6an.%を超えると、ガラス
が不安定化し、均質なガラスが得られなくなるからであ
る。
In the laser glass of the present invention, the anions basically consist of F ions, but the cations are P ions.
When it contains ions, O (oxygen) ions are also included as anions. The proportion of O ions in all the anions is preferably 6% or less in terms of anionic% (hereinafter referred to as an.%). The reason is 6an. If it exceeds%, the glass becomes unstable and a homogeneous glass cannot be obtained.

【0029】また上記Fイオンの一部をClイオンに置
き換えることができるが、FイオンとClイオンの含量
に対するClイオンの割合がan.%で6%を超えると
ガラスが不安定化し、均質なガラスが得られなくなるの
で、Clイオンは6an.%以下とするのが好ましい。
Although a part of the F ions can be replaced with Cl ions, the ratio of Cl ions to the content of F ions and Cl ions is an. %, If it exceeds 6%, the glass becomes unstable and a homogeneous glass cannot be obtained. % Or less is preferable.

【0030】本発明のレーザーガラスのマトリックスで
あるフッ化物ガラスとしては、Zr−Ba−La−Al
−Na系フッ化物ガラスであるZBLANガラス;Zr
−Al系フッ化物ガラスであるAZFガラスが挙げられ
る。
The fluoride glass which is the matrix of the laser glass of the present invention includes Zr-Ba-La-Al.
-ZBLAN glass, which is Na-based fluoride glass; Zr
-AZF glass which is an Al type fluoride glass is mentioned.

【0031】前者のZBLANガラスとしては、特公昭
61−24349号公報に記載された、フッ化ジルコニ
ウム52〜69mol%、フッ化バリウム10〜24m
ol%、フッ化ナトリウム9〜25mol、フッ化ラン
タン1〜7mol%及びフッ化アルミニウム2〜5mo
l%を含有するものが具体例として挙げられる。
As the former ZBLAN glass, zirconium fluoride 52 to 69 mol% and barium fluoride 10 to 24 m described in Japanese Patent Publication No. 61-24349 are used.
ol%, sodium fluoride 9-25 mol, lanthanum fluoride 1-7 mol% and aluminum fluoride 2-5 mo
Specific examples include those containing 1%.

【0032】また後者のAZFガラスとしては、特開昭
62−275039号公報や特公平4−37015号公
報に記載された、AlF3 20〜45mol%、ZrF
4 及び/又はHfF4 0.5〜25mol%、CaF2
0〜42mol%、SrF2O〜25mol%、BaF
2 0〜25mol%、CaF2 とSrF2 とBaF2
の合量20〜70mol%を含有するフッ化物ガラス
や、このフッ化物ガラスのFイオンの一部を、Clイオ
ンで置き換えたガラスが具体例として挙げられる。更に
Electronics Letters 26,N
o.22,1837(1990)に記載されたAZFガ
ラスを用いることもできる。
As the latter AZF glass, AlF 3 of 20 to 45 mol% and ZrF described in JP-A-62-175039 and JP-B-4-37015 are used.
4 and / or HfF 4 0.5 to 25 mol%, CaF 2
0-42 mol%, SrF 2 O-25 mol%, BaF
2 0~25mol%, and fluoride glass containing total amount 20 to 70 mol% of CaF 2 and SrF 2 and BaF 2, a part of the F ion in the fluoride glass, glass concrete was replaced with Cl ions Take as an example. Furthermore, Electronics Letters 26 , N
o. It is also possible to use the AZF glass described in 22, 18, 37 (1990).

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてより詳しく
述べる。フッ化物マトリックス用原料として、Zr
4 、AlF3 、YF3 、MgF2、CaF2 、SrF
2 、BaF2 、NaF、NaClを用意し、更に添加重
金属原料としてHfF4 ,LaF3 を用意した。また、
発光中心Er3+の原料としてErF3 を、本発明の増感
剤原料としてEuF3 およびBa(PO3 2 を用意し
た。これらの原料成分を表1のA−1〜A−5および表
2のA−6〜A10に示すような所定のモル濃度となる
ように秤量し、十分に混合してガラス原料組成物を得
た。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail based on examples. Zr as a raw material for fluoride matrix
F 4 , AlF 3 , YF 3 , MgF 2 , CaF 2 , SrF
2 , BaF 2 , NaF and NaCl were prepared, and HfF 4 and LaF 3 were further prepared as added heavy metal raw materials. Also,
ErF 3 was prepared as the raw material for the emission center Er 3+ , and EuF 3 and Ba (PO 3 ) 2 were prepared as the sensitizer raw materials of the present invention. These raw material components were weighed so as to have a predetermined molar concentration as shown in A-1 to A-5 of Table 1 and A-6 to A10 of Table 2, and sufficiently mixed to obtain a glass raw material composition. It was

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】[0035]

【表2】 表3および表4は、表1および表2に原料成分の組成
(mol%)を示したガラス原料混合物A−1〜A−1
0について、各陽イオンの割合をカチオニック%(ca
t.%)、各陰イオンの割合をアニオニック%(an.
%)で表示したものである。
[Table 2] Tables 3 and 4 are glass raw material mixtures A-1 to A-1 in which the composition (mol%) of the raw material components is shown in Tables 1 and 2.
For 0, the ratio of each cation is expressed as Cationic% (ca
t. %), And the ratio of each anion is anionic% (an.
%).

【0036】[0036]

【表3】 [Table 3]

【0037】[0037]

【表4】 ガラス原料組成物A−1〜A−10をそれぞれ40g採
り、カーボンルツボに入れた後、カーボンルツボを加熱
炉内に設置し、炉内にアルゴンガスを2リットル/mi
n、NF3 ガスを50mリットル/minの割合で供給
しながら昇温した。そのまま、900〜950℃に2時
間保持し、次いで340〜360℃まで急冷し、以降室
温付近まで徐冷して直径30mm、厚さ10mmの円板
状フッ化物ガラスサンプルを得た。
[Table 4] 40 g of each of the glass raw material compositions A-1 to A-10 was taken and placed in a carbon crucible, and then the carbon crucible was placed in a heating furnace, and 2 liters / mi of argon gas was placed in the furnace.
The temperature was raised while supplying n and NF 3 gas at a rate of 50 ml / min. The sample was kept at 900 to 950 ° C. for 2 hours as it was, then rapidly cooled to 340 to 360 ° C., and then gradually cooled to around room temperature to obtain a disc-shaped fluoride glass sample having a diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm.

【0038】なお、本発明のフッ化物ガラスと比較する
ためにEuおよびPイオンをいずれもドープしない比較
のフッ化物ガラスサンプルB−1,B−2を上記と同様
にして作製した。表5に原料成分の組成(mol%)
を、表6に各陽イオンの割合(cat.%)と各陰イオ
ンの割合(an.%)を示す。
For comparison with the fluoride glass of the present invention, comparative fluoride glass samples B-1 and B-2 which were not doped with Eu and P ions were prepared in the same manner as above. Table 5 shows the composition of the raw material components (mol%)
Table 6 shows the proportion of each cation (cat.%) And the proportion of each anion (an.%).

【0039】[0039]

【表5】 [Table 5]

【0040】[0040]

【表6】 前記のようにして作製した各ガラスサンプルを、23×
12×3mmのサイズの柱状ガラスに加工し、更に各柱
状面を6面とも鏡面研磨した。各サンプルを0.8μm
発振LDで励起し、輻射される1.5μm帯の蛍光のピ
ーク発光強度を同一条件下で測定、比較した。LDから
のレーザ光はチョッパーを経由し断続光としてサンプル
に照射し、蛍光はレンズで集光後分光した。分光された
各波長成分は、予め較正したGe検知器に入力して光電
変換し、信号電圧は前記チョッパーに同期させたロック
イン増幅器で増幅して記録した。
[Table 6] Each glass sample prepared as described above is
The columnar glass having a size of 12 × 3 mm was processed, and each of the six columnar surfaces was mirror-polished. 0.8 μm for each sample
The peak emission intensity of the fluorescence in the 1.5 μm band that was excited by the oscillation LD and radiated was measured and compared under the same conditions. The laser light from the LD passed through the chopper and was applied to the sample as intermittent light, and the fluorescence was condensed by the lens and then dispersed. Each of the separated wavelength components was input to a Ge detector that was calibrated in advance for photoelectric conversion, and the signal voltage was amplified and recorded by a lock-in amplifier synchronized with the chopper.

【0041】図1は[Er3+]を1.0cat.%に固
定し、増感剤としてEu3+のみ共付活したサンプルの
1.5μm帯発光強度の[Eu3+]依存性を示す。図1
には、Eu3+をドープしない場合の比較サンプルB−1
の発光強度を併せて示した。
FIG. 1 shows that [Er 3+ ] is 1.0 cat. %, And the [Eu 3+ ] dependence of the emission intensity of the 1.5 μm band of the sample co-activated with Eu 3+ as the sensitizer is shown. Figure 1
Is a comparative sample B-1 which is not doped with Eu 3+.
The emission intensity of is also shown.

【0042】なお、図示したようにサンプルA−1〜A
−4のマトリックス組成は、いわゆるAZFガラスとい
われるZr−Al系フッ化物ガラスであり、サンプルA
−5のマトリックス組成は、いわゆるZBLANガラス
である。
As shown in the figure, samples A-1 to A
-4 has a matrix composition of Zr-Al-based fluoride glass, so-called AZF glass.
The matrix composition of -5 is so-called ZBLAN glass.

【0043】図1によればAZFガラスの場合、1ca
t.%のEu3+の共付活によって、発光強度が約16倍
増加することを示している。また、ZBLANガラスは
この効果の飽和を生じ難く、2.5cat.%のEuの
共付活によって発光強度は約20倍増大する。
According to FIG. 1, in the case of AZF glass, 1 ca
t. It is shown that the emission intensity is increased about 16-fold by the co-activation of Eu 3+ in%. Further, ZBLAN glass is less likely to cause saturation of this effect, and is 2.5 cat. The emission intensity is increased about 20 times by the co-activation of Eu of 10%.

【0044】図1のサンプルに比べて[Er3+]を10
倍に高めたサンプルA−6では濃度消光がみられるが、
それでもEuを全く共付活しない比較サンプルB−2と
比較して、1.5μm帯発光強度は約2.5倍増大する
のが認められた。
Compared to the sample of FIG. 1, [Er 3+ ] is 10
Although the concentration quenching is seen in the sample A-6 which is doubled in height,
Even so, it was observed that the emission intensity in the 1.5 μm band increased about 2.5 times as compared with the comparative sample B-2 in which no Eu was co-activated.

【0045】次に、比較サンプルB−1とほぼ同じマト
リックス組成で、EuのかわりにPイオンを共付活した
サンプルA−7〜A〜10の発光強度を比較サンプルB
−1の発光強度を比較したのが、図2である。
Next, the emission intensities of Samples A-7 to A-10 in which the matrix composition was almost the same as that of Comparative Sample B-1 and P ions were co-activated instead of Eu were compared with Comparative Sample B
FIG. 2 compares the emission intensities of −1.

【0046】1.5μm帯発光強度はPイオン濃度と共
に増加し、[P5+]2.0cat.%添加で無添加の場
合より約5倍増加することがわかる。図2のデータ範囲
では、なお、輝度飽和が観測されていない。
The emission intensity in the 1.5 μm band increases with the concentration of P ions, and [P 5+ ] 2.0 cat. It can be seen that the addition of 5% increases about 5 times as compared with the case of no addition. In the data range of FIG. 2, still no brightness saturation is observed.

【0047】別にPイオン共付活によるEr3+ 4
11/2 413/2遷移効率増加のデータをとり、そのデー
タから外挿すると図2のデータのピーク値は、[P5+
4cat.%付近にあり、その時の発光強度は無添加の
場合の約10倍になると推測される。
Separately, 4 I of Er 3+ by P ion co-activation
Taking the data of 11/24 I 13/2 transition efficiency increase and extrapolating from that data, the peak value of the data in Fig. 2 is [P 5+ ].
4 cat. %, And the luminescence intensity at that time is estimated to be about 10 times that of the case of no addition.

【0048】Eu3+を1cat.%、P5+を2cat.
%共付活した[Er3+]=1cat.%ドープZBLA
Nガラスでは、EuおよびPイオン無添加の場合に比べ
て1.5μm帯発光強度が約18倍にも増加するのが認
められた。
Eu 3+ was added to 1 cat. %, P 5+ at 2 cat.
% Co-activated [Er 3+ ] = 1cat. % -Doped ZBLA
It was observed that the N glass has a luminescence intensity of 1.5 μm band increased by about 18 times as compared with the case where no Eu and P ions were added.

【0049】以上実施例を用いて本発明を説明したが、
本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、
様々な改良、組み合せ、変更などが可能なことは、当業
者にとって容易である。
The present invention has been described above with reference to the examples.
The present invention is not limited to these. For example,
It is easy for those skilled in the art to make various improvements, combinations, and changes.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
波長多重光伝送に好適なフッ化物ガラスにおいて、Er
3+の1.5μm帯発光強度を従来より大幅に高めること
が出来る。この結果、光通信用の1.5μm帯光増幅器
や測距用の1.5μm帯発振レーザーガラスとしてきわ
めて有用な特性を示すフッ化物レーザーガラスが提供さ
れる。
As described above, according to the present invention,
In a fluoride glass suitable for wavelength division multiplexing optical transmission, Er
3+ 1.5μm band emission intensity can be significantly increased compared to the conventional. As a result, there is provided a fluoride laser glass exhibiting extremely useful characteristics as a 1.5 μm band optical amplifier for optical communication and a 1.5 μm band oscillation laser glass for distance measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例によるEuイオンの増感効果を示すデー
タである。
FIG. 1 is data showing a sensitizing effect of Eu ions according to an example.

【図2】実施例によるPイオンの増感効果を示すデータ
である。
FIG. 2 is data showing the sensitizing effect of P ions according to the example.

【図3】0.8μmLD励起Er3+1.5μm帯発光の
遷移過程を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a transition process of 0.8 μm LD-excited Er 3+ 1.5 μm band emission.

【図4】0.8μmLD励起Er3+ドープフッ化物ガラ
スの蛍光を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing fluorescence of 0.8 μm LD-excited Er 3+ -doped fluoride glass.

【図5】本発明によるEuイオンまたはPイオンの増感
作用に関する原理説明図である。
FIG. 5 is a principle explanatory diagram relating to a sensitizing action of Eu ions or P ions according to the present invention.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラスを構成する陽イオンとして少なく
ともZr及び/又はHfイオンとAlイオンを含有し、
かつガラスを構成する陰イオンとしてFイオンを含有す
るフッ化物ガラスであって、さらにガラスを構成する陽
イオンとして、Erイオンと、Erイオンの増感剤とし
てのEuイオン及び/又はPイオンとを含み、全陽イオ
ン中の各イオンの割合がカチオニック%表示で、Erイ
オンが0.2〜15%、Euイオンが0〜5%、Pイオ
ンが0〜5%、EuイオンとPイオンとの合量が0.1
〜10%であり、陽イオンとしてPイオンを含むときは
陰イオンとしてOイオンも含むことを特徴とするレーザ
ーガラス。
1. A glass containing at least Zr and / or Hf ions and Al ions as cations,
A fluoride glass containing F ions as anions constituting the glass, further comprising Er ions as cations constituting the glass and Eu ions and / or P ions as a sensitizer for Er ions. The ratio of each ion in the total cations is represented by Cationic%, Er ion is 0.2 to 15%, Eu ion is 0 to 5%, P ion is 0 to 5%, and Eu ion and P ion are Total amount is 0.1
Laser glass characterized in that it is 10%, and when it contains P ions as cations, it also contains O ions as anions.
【請求項2】 Erイオンの増感剤としてEuイオンの
みを含み、Euイオンの全陽イオン中の割合が、カチオ
ニック%表示で0.1〜5%である、請求項1に記載の
レーザーガラス。
2. The laser glass according to claim 1, which contains only Eu ions as a sensitizer for Er ions, and the ratio of Eu ions in the total cations is 0.1 to 5% in terms of Cationic%. .
【請求項3】 Erイオンの増感剤としてPイオンのみ
を含み、Pイオンの全陽イオン中の割合が、カチオニッ
ク%表示で0.1〜5%である、請求項1に記載のレー
ザーガラス。
3. The laser glass according to claim 1, which contains only P ions as a sensitizer for Er ions, and the ratio of P ions in the total cations is 0.1 to 5% in terms of Cationic%. .
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