JPH07101749A - Chalcogenide glass - Google Patents

Chalcogenide glass

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JPH07101749A
JPH07101749A JP27311893A JP27311893A JPH07101749A JP H07101749 A JPH07101749 A JP H07101749A JP 27311893 A JP27311893 A JP 27311893A JP 27311893 A JP27311893 A JP 27311893A JP H07101749 A JPH07101749 A JP H07101749A
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JP
Japan
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glass
mol
rare earth
ges
added
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Application number
JP27311893A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasutake Oishi
泰丈 大石
Atsushi Mori
淳 森
Teruhisa Kanamori
照寿 金森
Shoichi Sudo
昭一 須藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a glass capable of the addition of rare earth elements by improving the composition of the conventional chalcogenide glass. CONSTITUTION:In a Ge based or Ge-As based chalcogenide glass, the composition except rare earth elements is 0<A2-xSaSeb or As2-xSaSeb+A2-xSa'Seb'<75(mol%), 25<GeSa'Seb'<100(mol%) (where, 1<=a+b<=5, 1<=a'+b'<=5, -0.2<=x<=1.5, A is one or two kinds selected from a group of Al, Ga, Tl, In, Sb and Bi) and is in the range of A2-xSaSeb+GeSa'Seb=100mol%. As a result, a rare earth adding glass using the chalcogenide glass small in lattice vibration energy as a matrix is provided.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はカルコゲナイドガラ
ス、さらに詳細には希土類元素が添加された光ファイバ
レーザまたは光ファイバ増幅器用のカルコゲナイド光フ
ァイバ材料に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to chalcogenide glass, and more particularly to chalcogenide optical fiber materials for rare-earth element-doped optical fiber lasers or optical fiber amplifiers.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバのコアに希土類イオン
を添加した光ファイバレーザや光ファイバ増幅器の研究
開発が盛んに行なわれている。これは希土類イオンの4
f殻内遷移による誘導放出遷移を利用したものであり、
希土類添加石英ファイバやフッ化物ファイバが増幅媒体
として用いられてきた。4f殻内遷移による誘導放出の
量子効率は、レーザ始準位のエネルギーレベルとそのレ
ベル直下の位置するエネルギーレベルとのエネルギー間
隔によって決まる。これは、希土類が添加された母体の
格子振動による多音子放出によるためである。すなわ
ち、そのエネルギー間隔が狭いと多音子放出によるため
である。すなわち、そのエネルギー間隔が狭いと多音子
放出によるレーザ始準位からその直下のレベルへの無軸
射遷移による緩和が起こりやすく量子効率が低下してし
まう。このような多音子放出緩和による量子効率の低い
量子効率を改善するには希土類が添加される母体として
格子振動エネルギーの低いものを用いればよい。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development of optical fiber lasers and optical fiber amplifiers in which rare earth ions are added to the core of an optical fiber have been actively conducted. This is a rare earth ion 4
It utilizes the stimulated emission transition due to the transition in the f shell,
Rare earth doped quartz fibers and fluoride fibers have been used as amplification media. The quantum efficiency of stimulated emission due to the transition in the 4f shell is determined by the energy interval between the energy level of the laser energy level and the energy level located immediately below the energy level. This is due to the emission of multitones due to the lattice vibration of the base material to which the rare earth element is added. That is, when the energy interval is narrow, the multi-tone emission occurs. That is, if the energy interval is narrow, relaxation due to the non-axial radiation transition from the laser initial level to the level immediately below due to multi-phonon emission is likely to occur and the quantum efficiency decreases. In order to improve the quantum efficiency with low quantum efficiency due to the relaxation of multi-phonon emission as described above, a matrix with low lattice vibration energy may be used as a matrix to which rare earths are added.

【0003】格子振動エネルギーの低いファイバ素材と
してカルコゲナイドガラスが知られている。カルコゲナ
イドガラスの格子振動エネルギーは300〜400cm
-1であり、石英ガラスの格子振動エネルギー(1100
cm-1)と比較すると3分の1から4分の1に近い値を
もち、またフッ化物ガラス(500cm-1)と比較して
も20%から70%程度小さい値であるため、多音子放
出緩和による量子効率の低い遷移の量子効率を上げるに
は適したファイバ素材といえる。
Chalcogenide glass is known as a fiber material having low lattice vibration energy. The lattice vibration energy of chalcogenide glass is 300 to 400 cm.
-1, which is the lattice vibration energy of quartz glass (1100
cm -1 ) has a value close to one-third to one-quarter, and compared with fluoride glass (500 cm -1 ) it is about 20% to 70% smaller. It can be said that this fiber material is suitable for increasing the quantum efficiency of transitions with low quantum efficiency due to relaxation of child emission.

【0004】しかし、これまでファイバ化できる素材と
して知られているAsS系ガラスやGeS系ガラスへの
希土類の溶解度は低く、希土類を添加したカルコゲナイ
ドガラスファイバは得られていないというのが現状であ
る。
However, the solubility of rare earths in AsS-based glass and GeS-based glass, which have been known as fiber-forming materials, is low, and the chalcogenide glass fiber doped with rare earths has not yet been obtained.

【0005】[0005]

【発明の目的】本発明の目的は、従来のカルコゲナイド
ガラスの組成を改良し、希土類元素の添加が可能なガラ
スを実現するとともに、希土類添加カルコゲナイド光フ
ァイバを提供することにある。
OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the composition of conventional chalcogenide glass, realize a glass to which a rare earth element can be added, and to provide a rare earth-added chalcogenide optical fiber.

【0006】[0006]

【発明の特徴と従来技術との差異】上述の問題点を解決
するため、本発明による希土類添加カルコゲナイドガラ
スは、S、Se元素を陰イオンとし、Geを陽イオンと
し、かつAl、Ga、Tl、In、Sb、Biの一種又
は二種の元素と希土類元素の少なくとも一種類以上を含
んだカルコゲナイドガラスにおいて、希土類元素を除い
た組成が 0<A2-XaSeb≦75(モル%) 25≦GeSa'Seb'≦100(モル%) (ただし1≦a+b≦5、1≦a’+b’≦5、−0.
2≦x≦1.5、Aは、Al、Ga、Tl、In、S
b、Biの群より選択された一種または二種)であり、
2-XaSeb+GeSa'Seb'=100モル%となる
範囲内にあることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the rare earth-doped chalcogenide glass according to the present invention uses S and Se elements as anions, Ge as cations, and Al, Ga, and Tl. , in, Sb, in chalcogenide glass containing at least one or more of one or two elements and rare earth elements Bi, the composition excluding the rare earth element is 0 <a 2-X S a Se b ≦ 75 ( mol% 25 ≦ GeS a ′ Se b ′ ≦ 100 (mol%) (where 1 ≦ a + b ≦ 5, 1 ≦ a ′ + b ′ ≦ 5, −0.
2 ≦ x ≦ 1.5, A is Al, Ga, Tl, In, S
b, one or two selected from the group of Bi),
A 2−X S a Se b + GeS a ′ Se b ′ = 100 mol%.

【0007】また、本発明によるカルコゲナイドガラス
は、S、Se元素を陰イオンとし、GeおよびAsを陽
イオンとし、かつAl、Ga、Tl、In、Sb、Bi
のいずれか元素と少なくとも一種類以上の希土類元素を
含んだカルコゲナイドガラスにおいて、希土類元素を除
いたガラス成分Ge、As、S、Se、Aの割合が 0<As2-XaSeb+A2-Xa'Seb'≦75(モル
%) 25≦GeSa"Seb"≦100(モル%) (ただし1≦a+b≦5、1≦a’+b’≦5、1≦
a”+b”≦5、−0.2≦x≦1.5、Aは、Al、
Ga、Tl、In、Sb、Biのいずれか)であり、A
2-XaSeb+A2-Xa'Seb'+GeSa"Seb"+=
100モル%となる範囲内にあることを特徴とする。
Further, the chalcogenide glass according to the present invention uses S and Se elements as anions, Ge and As as cations, and Al, Ga, Tl, In, Sb and Bi.
In any element and including at least one or more rare earth elements chalcogenide glass, the glass component Ge excluding the rare earth elements, As, S, Se, the proportion of A is 0 <As 2-X S a Se b + A 2 -X Sa ' Se b' ≤ 75 (mol%) 25 ≤ GeS a " Se b" ≤ 100 (mol%) (where 1 ≤ a + b ≤ 5, 1 ≤ a '+ b' ≤ 5, 1 ≤
a ″ + b ″ ≦ 5, −0.2 ≦ x ≦ 1.5, A is Al,
Ga, Tl, In, Sb, or Bi), and A
s 2-X S a Se b + A 2-X S a 'Se b' + GeS a "Se b" + =
It is characterized by being in the range of 100 mol%.

【0008】すなわち、本発明は、As−S系、Ge−
S系、Ge−S−Se系のカルコゲナイドガラスまたは
これらの2つ以上のガラス系の混合ガラスにIn、G
a、Sb、Al、Tl、Bi等の周期律表上のIIIb族、
Vb族の元素を添加することを最も主要な特徴とする。
That is, the present invention is based on As-S system, Ge-
S, Ge—S—Se chalcogenide glass or a mixed glass of two or more of these glasses is used as In, G
a, Sb, Al, Tl, III b group on the periodic table such as Bi,
The main feature is to add a Vb group element.

【0009】従来のAs−S系、Ge−S系、Ge−S
−Se系等のカルコゲナイドガラスへの希土類元素の溶
解度は低く、希土類元素をこれらガラスに添加すると希
土類の析出や析出相が核となった結晶化が起こり、透明
ガラスが得にくいという欠点があった。しかし、III
b族、またはVb族の元素をガラス成分に加えることによ
りカルコゲナイドガラス中への希土類元素の溶解を増加
させることができ、透過性の良好なファイバ用ガラス素
材が得られた。これは、IIIb族、Vb族の硫化物にLn3+
(Ln:希土類)が添加されるとガラス中でIIIb族、Vb
族元素と共有結合をもたないS2-イオンが生じ、ガラス
形成に適したAS4(A:IIIb族、またはVb族元素)構
造と希土類(Ln3+)の位置エネルギーが低くなるイオ
ンサイトが同時に形成される。したがって、IIIb族、ま
たはVb族の硫化物を上記のカルコゲナイドガラスに添加
するとガラスが安定化すると共に、希土類の溶解度が上
がることになる。また、本発明により、従来知られてい
ないファイバ化可能な熱安定性に優れた希土類添加カル
コゲナイドガラスを量産化に適した溶融法により作製す
ることが可能になった。
Conventional As-S system, Ge-S system, Ge-S
The solubility of rare earth elements in chalcogenide glass such as -Se system is low, and when rare earth elements are added to these glasses, there is a drawback that precipitation of rare earth elements or crystallization with the precipitation phase as a nucleus occurs, and transparent glass is difficult to obtain. . But III
b group, or V and b elements of group can increase the solubility of the rare earth element into the chalcogenide glass in by adding a glass component, the glass material was obtained for permeability good fiber. This, III b group, a sulfide of V b group Ln 3+
When (Ln: rare earth) is added, III b group, V b in the glass
S 2- ions occurs without a covalent bond with group element, AS 4 suitable for glass formation: potential energy (A III b or Group V b group element) structure and rare earth (Ln 3+) is reduced Ion sites are formed at the same time. Accordingly, III b group, or V b group of sulfides as well as stabilizing the glass when added to the above chalcogenide glass, so that the solubility of the rare earth is increased. Further, according to the present invention, it has become possible to produce a rare-earth-doped chalcogenide glass excellent in thermal stability, which has not been heretofore known, by a melting method suitable for mass production.

【0010】上述の本発明の第一の発明において、A
は、Al、Ga、Tl、In、Sb、Biの群より選択
された一種または二種であることができ、その割合は0
<A2- XaSeb≦75(モル%)(したがって25≦
GeSa'Seb'≦100モル%)である。A2-XaSe
bが75モル%を越えると、後述の実施例より明らかな
ように、ガラス化しにくい恐れを生じるからである。さ
らに、−0.2≦x≦1.5の範囲である。この範囲を
逸脱すると、全体のガラスの安定性が悪化するからであ
る。
In the above-mentioned first invention of the present invention, A
Can be one or two selected from the group consisting of Al, Ga, Tl, In, Sb and Bi, and the ratio thereof is 0.
<A 2- X S a Se b ≦ 75 (mol%) (hence 25 ≦
GeS a ′ Se b ′ ≦ 100 mol%). A 2-X S a Se
This is because if b exceeds 75 mol%, it may be difficult to vitrify, as will be apparent from the examples described later. Further, the range is −0.2 ≦ x ≦ 1.5. If it deviates from this range, the stability of the whole glass will be deteriorated.

【0011】またS、Seの割合は、1≦a+b≦5、
1≦a’+b’≦5であるが、この範囲を逸脱すると、
同様に、全体のガラスの安定性が損なわれる恐れがあ
る。
The ratio of S and Se is 1≤a + b≤5,
1 ≦ a ′ + b ′ ≦ 5, but if deviating from this range,
Similarly, the stability of the overall glass may be compromised.

【0012】本発明における第二の発明においては、G
e−As系のガラスを対象とするものであり、この発明
においてはAは、Al、Ga、Tl、In、Sb、Bi
のいずれかであることができ、その割合は、Asとの関
係において0<As2-XaSeb+A2-Xa'Seb'≦7
5(モル%)(したがって25≦GeSa'Seb'≦10
0モル%)である。As2-XaSeb+A2-Xa'Seb'
が75モル%を越えると、後述の実施例より明らかなよ
うに、ガラス化しにくい恐れを生じるからである。さら
に、−0.2≦x≦1.5の範囲である。この範囲を逸
脱すると、全体のガラスの安定性が悪化するからであ
る。
In the second invention of the present invention, G
The present invention is intended for e-As type glass, and in the present invention, A is Al, Ga, Tl, In, Sb, Bi.
Can be any of, the ratio is 0 in relation to the As <As 2-X S a Se b + A 2-X S a 'Se b' ≦ 7
5 (mol%) (hence 25 ≦ GeS a ′ Se b ′ ≦ 10
0 mol%). As 2-X S a Se b + A 2-X S a 'Se b'
Is more than 75 mol%, vitrification tends to be difficult, as will be apparent from the examples described later. Further, the range is −0.2 ≦ x ≦ 1.5. If it deviates from this range, the stability of the whole glass will be deteriorated.

【0013】またS、Seの割合は、1≦a+b≦5、
1≦a’+b’≦5、1≦a”+b”≦5であるが、こ
の範囲を逸脱すると、同様に、全体のガラスの安定性が
損なわれる恐れがある。
The ratio of S and Se is 1≤a + b≤5,
1 ≦ a ′ + b ′ ≦ 5, 1 ≦ a ″ + b ″ ≦ 5, but if it deviates from this range, the stability of the entire glass may be similarly deteriorated.

【0014】希土類元素としては、La、Pr、Ce、
Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Gd、Dy、Er、H
o、Tm、Ybのうちの一種以上を挙げることができ
る。
As rare earth elements, La, Pr, Ce,
Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Gd, Dy, Er, H
One or more of o, Tm, and Yb can be mentioned.

【0015】[0015]

【実施例】以下、実施例により説明するが、本発明は実
施例により限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.

【0016】[0016]

【実施例1】 0<A2-XaSeb≦75(モル%) 25≦GeSa'Seb'≦100(モル%) (ただし1≦a+b≦5、1≦a’+b’≦5、−0.
2≦x≦1.5、Aは、Al、Ga、Tl、In、S
b、Biのいずれか)(各成分の合計は100モル%)
Example 1 0 <A 2-X S a Se b ≦ 75 (mol%) 25 ≦ GeS a ′ Se b ′ ≦ 100 (mol%) (1 ≦ a + b ≦ 5, 1 ≦ a ′ + b ′ ≦ 5, -0.
2 ≦ x ≦ 1.5, A is Al, Ga, Tl, In, S
b or Bi) (total of each component is 100 mol%)

【0017】の組成範囲に混合した原料にPr23を加
え、石英アンプル中で1000℃で4時間溶融した後、
空気中で石英アンプルを放冷してガラスを作製した。P
rの添加量(c)が、0<c≦1重量%のときに均一度
の高いガラスが得られた。
Pr 2 S 3 was added to the raw material mixed in the composition range of (1), and the mixture was melted in a quartz ampoule at 1000 ° C. for 4 hours.
A quartz ampoule was allowed to cool in air to produce glass. P
When the added amount (c) of r was 0 <c ≦ 1% by weight, a glass with high uniformity was obtained.

【0018】Prの添加原料としては、PrCl3、P
rBr3、PrI3を用いてもガラス化することができ
た。また、希土類元素としては、Pr以外にCe、N
d、Sm、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、Ho、T
m、Ybを0<c≦1(c:希土類元素添加量、以下同
じ)添加した場合でも透明ガラスを得ることができた。
PrCl 3 and P are used as raw materials for adding Pr.
It was also possible to vitrify using rBr 3 and PrI 3 . Further, as the rare earth element, in addition to Pr, Ce, N
d, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Er, Ho, T
Even when m and Yb were added in the range of 0 <c ≦ 1 (c: the amount of rare earth element added, the same applies hereinafter), transparent glass could be obtained.

【0019】[0019]

【実施例2】Sb23(20)−GeS2.5(80モル
%)をコアガラスとしてPrを500ppm添加し、S
23(10)−GeS2.5(90モル%)をクラッド
ガラスとして、ルツボ線引き法により、単一モード光フ
ァイバを作製し、1.31μmでの光増幅実験を行なっ
たところ、励起光20mW(波長1.02μm)で20
dBの利得が得られた。
[Example 2] Sb 2 S 3 (20) -GeS 2.5 (80 mol%) was used as a core glass, Pr was added at 500 ppm, and S was added.
Using b 2 S 3 (10) -GeS 2.5 (90 mol%) as a cladding glass, a single-mode optical fiber was prepared by a crucible drawing method, and an optical amplification experiment at 1.31 μm was performed. 20 at (wavelength 1.02 μm)
A gain of dB was obtained.

【0020】実施例1で述べたようにSbの代わりにA
l.Tl、In、Ga、Bi等をガラス成分として用い
てもファイバは実施例1で述べた組成範囲において作製
可能であり、利得を確認することができた。
As described in Embodiment 1, instead of Sb, A
l. Even if Tl, In, Ga, Bi or the like was used as the glass component, the fiber could be produced in the composition range described in Example 1, and the gain could be confirmed.

【0021】[0021]

【実施例3】実施例2においてPrの代わりDyを添加
して単一モードファイバを作製し、波長1.09μmで
励起したところ、100mWの励起で1.34μmにお
いて10dBの利得が得られた。
Example 3 A single mode fiber was manufactured by adding Dy in place of Pr in Example 2 and pumped at a wavelength of 1.09 μm. When pumping 100 mW, a gain of 10 dB was obtained at 1.34 μm.

【0022】[0022]

【実施例4】0<(Ga23+Sb23)または(Sb
23+In23)または(In23+Ga23)または
(Sb23+Al23)または(Ga23+Al23
または(In23+Al23)または(Sb23+Tl
23)または(Ga23+Tl23)または(Ga23
+Tl23)または(In23+Tl23)または(S
23+Bi23)または(Sb23+Ga23)また
は(In23+Bi23)≦75(モル%)
Fourth Embodiment 0 <(Ga 2 S 3 + Sb 2 S 3 ) or (Sb
2 S 3 + In 2 S 3 ) or (In 2 S 3 + Ga 2 S 3 ) or (Sb 2 S 3 + Al 2 S 3 ) or (Ga 2 S 3 + Al 2 S 3 )
Or (In 2 S 3 + Al 2 S 3 ) or (Sb 2 S 3 + Tl
2 S 3 ) or (Ga 2 S 3 + Tl 2 S 3 ) or (Ga 2 S 3
+ Tl 2 S 3 ) or (In 2 S 3 + Tl 2 S 3 ) or (S
b 2 S 3 + Bi 2 S 3 ) or (Sb 2 S 3 + Ga 2 S 3 ) or (In 2 S 3 + Bi 2 S 3 ) ≦ 75 (mol%)

【0023】25≦GeSa'≦100(モル%) (1
≦a’≦5)
25 ≦ GeS a ′ ≦ 100 (mol%) (1
≦ a ′ ≦ 5)

【0024】の組成範囲に混合した原料(各成分の合計
は100モル%)にPr23を加え、石英アンプル中で
1000℃で4時間溶融した後、空気中で石英アンプル
を放冷してガラスを作製した。Prの添加量(c)が、
0<c≦1重量%のときに均一度の高いガラスが得られ
た。
Pr 2 S 3 was added to the raw materials mixed in the composition range (total of each component was 100 mol%), and the mixture was melted in a quartz ampule at 1000 ° C. for 4 hours, and then the quartz ampule was allowed to cool in air. To produce glass. The amount of Pr added (c) is
When 0 <c ≦ 1% by weight, a glass with high uniformity was obtained.

【0025】Prの添加原料としては、PrCl3、P
rBr3、PrI3を用いてもガラス化することができ
た。また、希土類元素としては、Pr以外にLa、C
e、Nd、Sm、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、H
o、Tm、Ybを0<c≦1添加した場合でも透明ガラ
スを得ることができた。
As a raw material for adding Pr, PrCl 3 , P
It was also possible to vitrify using rBr 3 and PrI 3 . Further, as the rare earth element, in addition to Pr, La, C
e, Nd, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Er, H
Even when 0, Tm and Yb were added in the range of 0 <c ≦ 1, transparent glass could be obtained.

【0026】[0026]

【実施例5】Sb23(10)−Ga23(10)−G
eS2.5(80モル%)をコアガラスとしてPrを50
0ppm添加し、Sb23(10)−GeS2.5(90
モル%)をクラッドガラスとして、ルツボ線引き法によ
り、単一モード光ファイバを作製し、1.31μmでの
光増幅実験を行なったところ、励起光20mW(波長
1.02μm)で20dBの利得が得られた。
Example 5 Sb 2 S 3 (10) -Ga 2 S 3 (10) -G
eS 2.5 (80 mol%) as the core glass and Pr of 50
0 ppm added, Sb 2 S 3 (10) -GeS 2.5 (90
(Mol%) as the cladding glass, a single-mode optical fiber was produced by the crucible drawing method, and an optical amplification experiment at 1.31 μm was performed. A gain of 20 dB was obtained with 20 mW of pumping light (wavelength 1.02 μm). Was given.

【0027】実施例4で述べたように、GeSa'以外の
成分としては(Sb23+In23)、(In23+G
23)、(Sb23+Al23)、(Ga23+Al
23)、(In23+Al23)、(Sb23+Tl2
3)、(Ga23+Tl23)、(In23+Tl2
3)、(Sb23+Bi23)、(Sb23+Bi
23)、(In23+Bi23)をガラス成分として加
えても、ファイバは実施例4で述べた組成範囲において
作製可能であり、利得を確認することができた。
As described in Example 4, the components other than GeS a ' are (Sb 2 S 3 + In 2 S 3 ), (In 2 S 3 + G
a 2 S 3 ), (Sb 2 S 3 + Al 2 S 3 ), (Ga 2 S 3 + Al
2 S 3 ), (In 2 S 3 + Al 2 S 3 ), (Sb 2 S 3 + Tl 2
S 3 ), (Ga 2 S 3 + Tl 2 S 3 ), (In 2 S 3 + Tl 2 S
3 ), (Sb 2 S 3 + Bi 2 S 3 ), (Sb 2 S 3 + Bi
2 S 3), be added as a glass component (In 2 S 3 + Bi 2 S 3), the fiber is capable of producing in the composition range described in Example 4, it was possible to check the gain.

【0028】[0028]

【実施例6】実施例1において、GeSa'の代わりにG
eSa'Seb'を用いて、
Sixth Embodiment In the first embodiment, G is replaced by Gs instead of GeS a ′.
using the eS a 'Se b',

【0029】0<A2-XaSeb≦75(モル%) 25≦GeSa'Seb'≦100(モル%) (ただし1≦a+b≦5、1≦a’+b’≦5、−0.
2≦x≦1.5、Aは、Al、Ga、Tl、In、S
b、Biのいずれか)
0 <A 2-X S a Se b ≦ 75 (mol%) 25 ≦ GeS a ′ Se b ′ ≦ 100 (mol%) (where 1 ≦ a + b ≦ 5, 1 ≦ a ′ + b ′ ≦ 5, -0.
2 ≦ x ≦ 1.5, A is Al, Ga, Tl, In, S
b or Bi)

【0030】の組成範囲に混合した原料(各成分の合計
は100モル%)にPr23を加え、石英アンプル中で
1000℃で4時間溶融した後、空気中で石英アンプル
を放冷してガラスを作製した。Prの添加量(c)が0
<c≦1重量%のときに均一度の高いガラスが得られ
た。
Pr 2 S 3 was added to the raw materials mixed in the composition range (total of each component was 100 mol%) and melted in a quartz ampule at 1000 ° C. for 4 hours, and then the quartz ampule was allowed to cool in air. To produce glass. Pr addition amount (c) is 0
A glass having a high degree of uniformity was obtained when <c ≦ 1% by weight.

【0031】Prの添加原料としては、PrCl3、P
rBr3、PrI3を用いてもガラス化することができ
た。また、希土類元素としては、Pr以外にLa、C
e、Nd、Sm、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、H
o、Tm、Ybを0<c≦1添加した場合でも透明ガラ
スを得ることができた。
As a raw material for adding Pr, PrCl 3 , P
It was also possible to vitrify using rBr 3 and PrI 3 . Further, as the rare earth element, in addition to Pr, La, C
e, Nd, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Er, H
Even when 0, Tm and Yb were added in the range of 0 <c ≦ 1, transparent glass could be obtained.

【0032】[0032]

【実施例7】Ga23(20)−GeS3.5Se0.5(8
0モル%)をコアガラスとしてPrを500ppm添加
し、Ga23(10)−GeS3.5Se0.5(90モル
%)をクラッドガラスとしてルツボ線引き法により単一
モード光ファイバを作製し、1.31μmでの光増幅実
験を行なったところ、励起光20mW(波長1.02μ
m)で20dBの利得が得られた。
Example 7 Ga 2 S 3 (20) -GeS 3.5 Se 0.5 (8
0 mol%) was used as the core glass and Pr was added at 500 ppm, and Ga 2 S 3 (10) -GeS 3.5 Se 0.5 (90 mol%) was used as the cladding glass to prepare a single mode optical fiber by the crucible drawing method. When an optical amplification experiment was performed at 31 μm, the pumping light was 20 mW (wavelength 1.02 μm).
A gain of 20 dB was obtained in m).

【0033】実施例6で述べたように、Gaの代わりに
Al、Tl、In、Sb、Br等をガラス成分として用
いてもファイバは実施例6で述べた組成範囲において作
製可能であり、利得を確認することができた。
As described in Example 6, even if Al, Tl, In, Sb, Br or the like is used as the glass component instead of Ga, the fiber can be produced in the composition range described in Example 6, and the gain can be improved. I was able to confirm.

【0034】[0034]

【実施例8】0<(As23+Al23)または(As
23+Ga23)または(As23+Tl23)または
(As2+In23)または(As23+Sb23)ま
たは(As23+Bi23)≦75(モル%)
Example 8 0 <(As 2 S 3 + Al 2 S 3 ) or (As
2 S 3 + Ga 2 S 3 ) or (As 2 S 3 + Tl 2 S 3 ) or (As 2 + In 2 S 3 ) or (As 2 S 3 + Sb 2 S 3 ) or (As 2 S 3 + Bi 2 S 3 ) ≤75 (mol%)

【0035】25≦GeSa"またはGe(Sa"Seb"
x≦100(モル%) (1≦a”またはa”+b”≦
5)
25≤GeS a " or Ge (S a" Se b " )
x ≦ 100 (mol%) (1 ≦ a ″ or a ″ + b ″ ≦
5)

【0036】の組成範囲に混合した原料(各成分の合計
は100モル%)にPr23を加え、石英アンプル中で
1000℃で4時間溶融した後、空気中で石英アンプル
を放冷してガラスを作製した。Prの添加量(c)が、
0<c≦1重量%のときに均一度の高いガラスが得られ
た。
Pr 2 S 3 was added to the raw materials mixed in the composition range (100 mol% in total of each component), and the mixture was melted in a quartz ampule at 1000 ° C. for 4 hours, and then the quartz ampule was allowed to cool in air. To produce glass. The amount of Pr added (c) is
When 0 <c ≦ 1% by weight, a glass with high uniformity was obtained.

【0037】Prの添加原料としては、PrCl3、P
rBr3、PrI3を用いてガラス化することができた。
また、希土類元素としては、Pr以外にLa、Ce、N
d、Sm、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、Ho、T
m、Ybを0<c≦1添加した場合でも透明ガラスを得
ることができた。
PrCl 3 and P are added as raw materials for addition of Pr.
It was possible to vitrify using rBr 3 and PrI 3 .
Further, as the rare earth element, other than Pr, La, Ce, N
d, Sm, Eu, Tb, Gd, Dy, Er, Ho, T
A transparent glass could be obtained even when 0 <c ≦ 1 was added to m and Yb.

【0038】以上の実施例では希土類添加濃度を1重量
%以下としたが、これに限定されるものではない。つま
り、ガラスを溶融後、急冷すれば1重量%以上の希土類
元素の添加も可能である。
Although the rare earth addition concentration is set to 1% by weight or less in the above examples, the concentration is not limited to this. That is, if the glass is melted and then rapidly cooled, it is possible to add 1% by weight or more of a rare earth element.

【0039】実施冷1、4、6、8で述べたカルコゲナ
イドガラスにPrを500ppm添加したガラスをコア
ガラスとし、クラッドガラスとしてZrF4系フッ化物
ガラス("Fluoride glass fiber optics" l. Aggarwal
編集 Academic Press 1991参照)、リン酸ガラスまたは
鉛ガラス(”ガラスハンドブック”作花他編集、朝倉書
店、昭和50年)、またはカルコゲナイドガラスをクラ
ッドガラスとしてロッドインチューブ法によりコア径2
μmのファイバを作製した。このファイバ20mを増幅
用ファイバとして1.3μm帯の光増幅を行なったとこ
ろ、1.02μmの励起光20mWで20dB以上の信
号利益を得ることができた。
The glass obtained by adding 500 ppm of Pr to the chalcogenide glass described in Examples 1, 4 , 6 and 8 was used as the core glass, and the cladding glass was ZrF 4 type fluoride glass (“Fluoride glass fiber optics” l. Aggarwal).
Edit Academic Press 1991), phosphate glass or lead glass (edited by "Glass Handbook" by Sakuhana et al., Asakura Shoten, 1975), or chalcogenide glass as the cladding glass by the rod-in-tube method.
A μm fiber was prepared. When optical amplification in the 1.3 μm band was performed using this fiber 20 m as an amplification fiber, a signal benefit of 20 dB or more could be obtained with 20 mW of pumping light of 1.02 μm.

【0040】Prの代わりにCe(5μmのレーザ発
振)、Nd(1.08μm、1.38μm、2.5μ
m、5μmのレーザ発振)、Sm(0.59μmのレー
ザ発振)、Eu(0.61μmのレーザ発振)、Tb
(0.54μmのレーザ発振)、Dy(3μm、4.2
μmのレーザ発振)、Ho(2μmのレーザ発振)、E
r(1.5μm、2.7μmのレーザ発振)、Tm
(1.9μm、2.2μmのレーザ発振)、Yb(1μ
mのレーザ発振)、Dy(1.34μm)を添加したカ
ルコゲナイドガラスをコアとしてそれぞれの波長で発振
するファイバレーザおよびファイバ増幅器を構成するこ
とができた。
Ce (5 μm laser oscillation), Nd (1.08 μm, 1.38 μm, 2.5 μ) instead of Pr
m, 5 μm laser oscillation), Sm (0.59 μm laser oscillation), Eu (0.61 μm laser oscillation), Tb
(Laser oscillation of 0.54 μm), Dy (3 μm, 4.2)
μm laser oscillation), Ho (2 μm laser oscillation), E
r (1.5 μm, 2.7 μm laser oscillation), Tm
(1.9 μm, 2.2 μm laser oscillation), Yb (1 μm
m laser oscillation), Dy (1.34 μm) -added chalcogenide glass as a core, and a fiber laser and a fiber amplifier that oscillate at each wavelength could be constructed.

【0041】[0041]

【実施例9】As23(20)−Al23(3)−Ge
2(77モル%)をコアガラスとしてPrを500p
pm添加し、As23(10)−Al23(3)−Ge
2(87モル%)をクラッドガラスとしてルツボ線引
き法により単一モード光ファイバを作製し、1.31μ
mでの光増幅実験を行なったところ、励起光20mW
(波長1.02μm)で20dBの利得が得られた。
Example 9 As 2 S 3 (20) -Al 2 S 3 (3) -Ge
Pr of 500 p with S 2 (77 mol%) as the core glass
pm added, As 2 S 3 (10) -Al 2 S 3 (3) -Ge
A single mode optical fiber was produced by a crucible drawing method using S 2 (87 mol%) as a cladding glass, and 1.31 μ
When an optical amplification experiment was conducted at m, the pumping light was 20 mW.
A gain of 20 dB was obtained at (wavelength 1.02 μm).

【0042】実施例6で述べたように、Gaの代わりに
Al、Tl、In、Sb、Br等をガラス成分として用
いてもファイバは実施例6で述べた組成範囲において作
製可能であり、利得が得られた。
As described in Example 6, even if Al, Tl, In, Sb, Br or the like is used as the glass component instead of Ga, the fiber can be produced in the composition range described in Example 6, and the gain is increased. was gotten.

【0043】実施例8で述べたように、(As23+G
23)、(As23+Tl23)、(As23+In
23)、(As23+Sb23)、(As23+Bi2
3)をガラス成分として加えても、ファイバは実施例
8で述べた組成範囲において作製可能であり、利得を確
認することができた。
As described in Example 8, (As 2 S 3 + G
a 2 S 3 ), (As 2 S 3 + Tl 2 S 3 ), (As 2 S 3 + In
2 S 3 ), (As 2 S 3 + Sb 2 S 3 ), (As 2 S 3 + Bi 2
Even if S 3 ) was added as a glass component, the fiber could be produced in the composition range described in Example 8, and the gain could be confirmed.

【0044】実施例1、4、6、8で述べた組成領域で
は、臨界冷却速度(参考文献:J.M.Barandiaran and J.
Colmenero J. Non-Cryst. Sobds. vol. 46 (1981) p.2
77)(小さいほどガラスが安定なことを表わす)は、3
00K/minになり、ファイバガラスとして用いるこ
とができる。しかし、外側の組成領域では、300K/
min以上になり、ファイバガラスとして用いることは
困難になる。
In the composition region described in Examples 1, 4, 6, and 8, the critical cooling rate (reference: JM Barandiaran and J.
Colmenero J. Non-Cryst. Sobds. Vol. 46 (1981) p.2
77) (the smaller the more stable the glass is), 3
It becomes 00 K / min and can be used as fiber glass. However, in the outer composition region, 300K /
It becomes more than min, and it becomes difficult to use as fiber glass.

【0045】したがって、ファイバアンプまたはファイ
バレーザのホスト用いる場合には実施例1、4、6、8
で述べた組成領域が適している。
Therefore, when the host of the fiber amplifier or the fiber laser is used, the first, fourth, sixth and eighth embodiments are used.
The compositional range mentioned in 1. is suitable.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、格子
振動エネルギーの小さなカルコゲナイドガラスを母体と
した希土類添加ガラスを提供することができ、このガラ
スを希土類添加光ファイバのコア素材として用いれば、
希土類元素の4f殻内遷移の量子効果を飛躍的に高めた
高効率なファイバレーザまたはファイバ増幅器を構成す
ることができる。特に希土類元素のうち、Prを添加し
たカルコゲナイドガラスをコア素材として用いれば、将
来的には1.3μm溶の光ファイバ増幅器用のファイバ
として現在使用されているPr添加ファイバよりも量子
効率が10倍以上高いPr添加ファイバを得ることがで
き、高効率な1.3μm帯光ファイバ増幅器を構成でき
るという利点がある。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a rare earth-doped glass having a chalcogenide glass having a small lattice vibration energy as a matrix, and using this glass as a core material of a rare earth-doped optical fiber,
It is possible to construct a highly efficient fiber laser or fiber amplifier in which the quantum effect of the transition in the 4f shell of the rare earth element is dramatically enhanced. Among the rare earth elements, if chalcogenide glass doped with Pr is used as the core material, the quantum efficiency will be 10 times higher than that of Pr-doped fiber currently used as a fiber for 1.3 μm melted optical fiber amplifier in the future. As described above, there is an advantage that a high Pr-doped fiber can be obtained and a highly efficient 1.3 μm band optical fiber amplifier can be configured.

【0047】また、光ファイバ増幅器以外にも、Tmや
Erなどを添加したカルコゲナイドガラスを用いれば高
効率なアップコンバージョンファイバレーザ等を構成で
きるという利点もある
In addition to the optical fiber amplifier, the use of chalcogenide glass doped with Tm, Er, etc. has the advantage that a highly efficient up-conversion fiber laser can be constructed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 昭一 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shoichi Sudo 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】S、Se元素を陰イオンとし、Geを陽イ
オンとし、かつAl、Ga、Tl、In、Sb、Biの
一種又は二種の元素と希土類元素の少なくとも一種類以
上を含んだカルコゲナイドガラスにおいて、希土類元素
を除いた組成が 0<A2-XaSeb≦75(モル%) 25≦GeSa'Seb'≦100(モル%) (ただし1≦a+b≦5、1≦a’+b’≦5、−0.
2≦x≦1.5、Aは、Al、Ga、Tl、In、S
b、Biの群より選択された一種または二種)であり、
2-XaSeb+GeSa'Seb'=100モル%となる
範囲内にあることを特徴とするカルコゲナイドガラス。
1. An S and Se element as an anion, a Ge as a cation, and at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, Tl, In, Sb, and Bi, and at least one of rare earth elements. In the chalcogenide glass, the composition excluding the rare earth element is 0 <A 2-X S a Se b ≦ 75 (mol%) 25 ≦ GeS a ′ Se b ′ ≦ 100 (mol%) (where 1 ≦ a + b ≦ 5, 1 ≦ a ′ + b ′ ≦ 5, −0.
2 ≦ x ≦ 1.5, A is Al, Ga, Tl, In, S
b, one or two selected from the group of Bi),
A chalcogenide glass characterized by being in a range of A 2−x S a Se b + GeS a ′ Se b ′ = 100 mol%.
【請求項2】 S、Se元素を陰イオンとし、Geおよ
びAsを陽イオンとし、かつAl、Ga、Tl、In、
Sb、Biのいずれか元素と少なくとも一種類以上の希
土類元素を含んだカルコゲナイドガラスにおいて、希土
類元素を除いたガラス成分Ge、As、S、Se、Aの
割合が、 0<As2-XaSeb+A2-Xa'Seb'≦75(モル
%) 25≦GeSa"Seb"≦100(モル%) (ただし1≦a+b≦5、1≦a’+b’≦5、1≦
a”+b”≦5、−0.2≦x≦1.5、Aは、Al、
Ga、Tl、In、Sb、Biのいずれか)であり、A
2-XaSeb+A2-Xa'Seb'+GeSa"Seb"+=
100モル%となる範囲内にあることを特徴とするカル
コゲナイドガラス。であり、As2-XaSeb+A2-X
a'Seb'+GeSa"Seb"=100モル%となる範囲内
にあることを特徴とするカルコゲナイドガラス。
2. S and Se elements as anions, Ge and As as cations, and Al, Ga, Tl, In,
In the chalcogenide glass containing any one element of Sb and Bi and at least one kind of rare earth element, the ratio of the glass components Ge, As, S, Se and A excluding the rare earth element is 0 <As 2-X Sa Se b + A 2−x S a ′ Se b ′ ≦ 75 (mol%) 25 ≦ GeS a ” Se b” ≦ 100 (mol%) (1 ≦ a + b ≦ 5, 1 ≦ a ′ + b ′ ≦ 5, 1 ≤
a ″ + b ″ ≦ 5, −0.2 ≦ x ≦ 1.5, A is Al,
Ga, Tl, In, Sb, or Bi), and A
s 2-X S a Se b + A 2-X S a 'Se b' + GeS a "Se b" + =
A chalcogenide glass characterized by being in a range of 100 mol%. And As 2-X S a Se b + A 2-X S
a 'Se b' + GeS a "Se b" = chalcogenide glass, characterized in that in the 100 mol% and comprised within the range.
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