KR20020005939A - 어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물 - Google Patents

어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20020005939A
KR20020005939A KR1020000039552A KR20000039552A KR20020005939A KR 20020005939 A KR20020005939 A KR 20020005939A KR 1020000039552 A KR1020000039552 A KR 1020000039552A KR 20000039552 A KR20000039552 A KR 20000039552A KR 20020005939 A KR20020005939 A KR 20020005939A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oxide
glass
optical fiber
glass composition
tellurite glass
Prior art date
Application number
KR1020000039552A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100381009B1 (ko
Inventor
조두희
최용규
김경헌
Original Assignee
오길록
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오길록, 한국전자통신연구원 filed Critical 오길록
Priority to KR10-2000-0039552A priority Critical patent/KR100381009B1/ko
Publication of KR20020005939A publication Critical patent/KR20020005939A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100381009B1 publication Critical patent/KR100381009B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/0071—Compositions for glass with special properties for laserable glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
    • C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/048—Silica-free oxide glass compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/122—Silica-free oxide glass compositions containing oxides of As, Sb, Bi, Mo, W, V, Te as glass formers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/14—Silica-free oxide glass compositions containing boron
    • C03C3/15—Silica-free oxide glass compositions containing boron containing rare earths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

본 발명은 어븀 이온이 첨가된 텔루라이트 유리 조성물을 제공한다. 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물은 40~80 몰%의 산화텔루륨(TeO2), 1~20 몰%의 산화붕소(B2O3), 5~30 몰%의 2가 금속 산화물, 1~15 몰%의 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 또한, 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물은 상기 기지 유리에 0.05~5 몰%의 어븀 이온(Er3+)가 첨가된 것이다. 또한, 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물은 0~20 몰%의 산화저마늄(GeO2)과 0~10 몰%의 산화인듐(In2O3)을 더 포함할 수 있다. 본 발명은 어븀 텔루라이트 유리 조성물에 산화붕소 또는 산화붕소와 산화저마늄 및 산화인듐을 첨가함으로써 형광 방출 단면적이 크고 이득 파장 대역이 넓은 텔루라이트 유리의 장점을 유지하면서도 광섬유 광증폭기에서 980 nm 대역의 펌핑 효율을 향상시킬 수 있고 광섬유 제조시 발생할 수 있는 결정화를 억제할 수 있다. 본 발명은 또한, 상기의 텔루라이트 유리 조성물에 의하여 제조되는 광섬유, 이 광섬유를 사용하는 광증폭기 및 광발진기를 포함한다.

Description

어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성 향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물{Tellurite glass composition for enhancing 980 nm excitation efficiency of erbium ion and fiberization characteristics}
본 발명은 어븀 이온(Er3+)이 첨가된 텔루라이트 유리 조성물, 및 이것에 의해 제조되는 광섬유에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 형광 방출 단면적이 크고 이득 파장 대역이 넓은 텔루라이트 유리의 장점을 유지하면서도 980 nm 대역의 펌핑 효율이 향상되고 광섬유 제조시 발생할 수 있는 결정화가 억제된, 어븀 이온(Er3+)이 첨가된 텔루라이트 유리 조성물, 및 이것에 의해 제조되는 광섬유에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 광섬유를 사용하는 광증폭기 및 광발진기를 포함한다.
텔루라이트 유리는 굴절률이 실리카를 주성분으로 하는 유리에 비하여 약 1.5배 크기 때문에 유도 방출 단면적이 증가한다. 따라서, 어븀 첨가 텔루라이트 유리를 이용한 광섬유 증폭기는 어븀 첨가 실리카 광섬유 증폭기에 비하여 매우 넓은 파장 영역에 걸쳐 높은 이득을 나타낸다.
반면에, 일반적인 어븀 첨가 실리카 광섬유 증폭기는 980 nm 또는 1480 nm 영역의 레이저로 모두 효과적인 펌핑을 할 수 있으나 어븀 첨가 텔루라이트 유리를 이용한 광섬유 광증폭기의 경우는 980 nm 레이저로는 효과적인 펌핑을 할 수 없다. 어븀 첨가 실리카 광섬유 광증폭기에서 980 nm 대역의 펌핑이 효과적인 이유는 실리카 유리의 높은 포논 에너지 때문이다. 도 1을 참조하면, 실리카 유리의 포논 에너지는 약 1100 cm-1로 어븀 이온이 980 nm에 의해4I11/2준위로 여기된 후 다중 포논 완화 과정을 통하여4I13/2준위로 매우 빠르게 천이하므로4I13/2준위의 전자 밀도를 효과적으로 충분히 높일 수 있게 된다. 그러나, 텔루라이트 유리의 포논 에너지는 일반적으로 700~800 cm-1로 작기 때문에 다중 포논 완화에 의한4I11/2준위에서4I13/2준위로의 효과적인 여기 전자 이동의 확률이 급격히 감소하게 된다. 따라서, 형광 방출 전이만을 고려할 경우,4I11/2준위에서4I13/2준위로의 전이 분배율(branching ratio)은 약 15% 이하이기 때문에 텔루라이트 유리에서 대부분의 여기광이 효율적으로4I13/2준위로의 여기에 사용되지 못하고 소모되고 만다. 또한, 여기 전자들이 여기광의 여기 상태 흡수(excited state absorption)나4I11/2:4I11/2→4F7/2:4I15/2에 해당하는 교차 완화(cross-relaxation)에 의하여 빠져 나갈 확률이 증가하므로 결국 980 nm에 의한 펌핑 효율이 감소하게 되는 것이다.
1480 nm 대역의 흡수 단면적이 980 nm 대역에 비하여 크기 때문에 고출력을 요구하는 어븀 첨가 광섬유 증폭기의 경우에는 1480 nm 여기 방법을 주로 사용한다. 그러나 이 경우에 여기 파장에서 유도 방출 현상이 발생하기 때문에 100% 밀도 반전을 이룰 수 없으며 신호/잡음 비를 감소시키는 원인이 된다. 따라서, 신호/잡음 비가 높은 효과적인 어븀 첨가 광섬유 광증폭기 펌핑 구도로서 980 nm 대역의 펌핑이 반드시 필요하다.
또한, 텔루라이트 유리는 실리카 등의 규산염계 유리에 비하여 결정화 경향이 매우 크다. 광섬유 내에 미세한 결정 입자들이 존재하면 광손실이 크게 증가하여 광증폭기와 같은 광소자로 이용할 수 없게 된다. 산화텔루륨은 결정화 속도가 매우 빠르기 때문에 단독으로는 유리를 형성할 수 없고 소량의 알칼리 산화물이나 알칼리토류 산화물, 산화아연, 산화납 등을 첨가해야 유리를 얻을 수 있다. 그러나, 광증폭기 매질 또는 레이저 유리로 개발된 종래의 TeO2-MO 이성분계와 TeO2-MO-R2O (여기에서, M은 2가 금속이고, R은 1가 금속임)삼성분계 유리는 유리 전이 온도 위의 일정한 온도로 가열하면 급속히 결정화되는 경향이 있다. 모든 유리는 열역학적으로 준안정 상태에 있으므로 일정한 조건을 갖추면 결정으로 변화하려고 하지만 실제적인 결정화의 문제는 열역학적 과정이 아니라 반응속도론적 과정으로 얼마나 빠른 시간에 결정을 석출시키는가가 중요한 관건이 된다. 일반적으로 광증폭기 및 레이저 소재로서 광섬유는 필수적으로 광섬유 연신 공정을 거쳐야 하는데, 이 때 둥근 막대형의 모재 유리를 적당한 점도(104~107poise)로 연화되도록 가열하여 섬유로 인발하는 공정이 수반된다. 불행히도 많은 유리에서 섬유화온도는 결정화온도에 근접해 있어서 결정화 성향이 강한 유리 조성은 섬유화 과정에서 결정화가 일어나 결함을 만들거나 심지어는 끊어지기도 한다. 텔루라이트 유리는 규산계 유리에 비해 결정화 성향이 강한 편이어서 상기와 같은 방식으로 제조된 광섬유 내에 미세한 결정 입자들이 존재할 가능성이 있어 광섬유 제조 공정이 매우 까다롭고, 엄격하게 공정 인자들을 제어해야 하는 어려움이 있다.
그러므로, 형광 방출 단면적이 크고 이득 파장 대역이 넓은 텔루라이트 유리의 장점을 유지하면서도 높은 980 nm 펌핑 효율을 가지고 결정 생성의 문제가 없는 텔루라이트 유리가 요구된다.
본 발명의 목적은 형광 방출 단면적이 크고 이득 파장 대역이 넓은 텔루라이트 유리의 장점을 유지하면서 980 nm 대역의 펌핑 효율이 향상되고 광섬유 제조시 발생할 수 있는 결정화가 억제되는 어븀 이온이 첨가된 텔루라이트 유리 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 텔루라이트 유리 조성물에 의하여 제조되는 광섬유를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 광섬유를 포함하는 광증폭기 및 광발진기를 제공하는 것이다.
도 1은 여기 및 형광 방출 기구가 표시된 3가 어븀 이온의 에너지 준위도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 붕소산화물을 포함하는, 3가 어븀이온이 첨가된 텔루라이트 유리의 형광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 붕소산화물을 포함하는, 3가 어븀이온이 첨가된 텔루라이트 유리의 시차 열량 분석(DSC) 그래프이다.
도 4는 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물에 의하여 제조된 광섬유를 사용하는 광증폭기(optical amplifier)의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물에 의하여 제조된 광섬유를 사용하는 광발진기(optical oscillator)의 개략도이다.
본 발명은 어븀 이온이 첨가된 텔루라이트 유리 조성물을 제공한다. 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물은 40~80 몰%의 산화텔루륨(TeO2), 1~20 몰%의 산화붕소(B2O3), 5~30 몰%의 2가 금속 산화물, 1~15 몰%의 알칼리 금속 산화물을 포함한다. 또한, 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물은 상기 기지 유리에 0.05~5 몰%의 어븀 이온(Er3+)이 첨가된 것이다.
또한, 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물은 0~20 몰%의 산화저마늄(GeO2)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물은 0~10 몰%의 산화인듐(In2O3)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 어븀 이온 첨가 텔루라이트 유리는 광증폭기 매질 또는 레이저 유리로 개발된 종래의 TeO2-MO (여기에서, M은 2가 금속임) 이성분계 및 TeO2-MO-R2O (여기에서, M은 2가 금속이고, R은 1가 금속임) 삼성분계 유리의 물성을 개선한 것이다. 상기에서, M은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 아연, 납 등을 포함한다. R은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 등을 포함한다. 종래의 이성분계 또는 삼성분계 텔루라이트 유리는 결정화 경향이 강하여 광섬유 제조시 결정화가 발생할 가능성이 높고, 결정화가 발생되지 않게 하기 위해서는 엄격하게 공정 인자들을 제어해야 하는 등의 공정상의 어려움이 있었다. 또한, 종래의 텔루라이트 유리 광섬유를 매질로 한 어븀 첨가 광섬유 증폭기는 낮은 포논 에너지로 인하여 980 nm 대역의 레이저로는 효과적인 펌핑을 할 수 없다는 문제점이 있었다. 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 이성분계 또는 삼성분계 텔루라이트 유리 조성물에 산화붕소 또는 산화붕소와 산화저마늄 및 산화인듐을 더 첨가한 것이다. 이러한 산화붕소 또는 산화붕소와 산화저마늄 및 산화인듐의 첨가에 의하여 텔루라이트 유리의 결정화가 억제되고 다중 포논 완화에 의한4I11/2→4I13/2천이 확률이 증가하여4I11/2의 형광수명이 크게 낮아지고 980 nm 대역의 펌프 효율이 증대된다. 산화붕소는 비교적 소량을 첨가하여도 980 nm 대역의 펌프 효율의 문제를 해결하는데 효과적이나 결정화를 억제하기 위해서는 10 몰% 이상 첨가하는 것이 효과적이다. 그러나 다량 첨가할 경우 기지 유리 전체에 높은 포논 에너지의 밀도가 너무 증가하여4I13/2의 형광수명까지 감소되므로 20 몰% 이상 첨가하는 것은 바람직하지 않다. 산화규소도 산화붕소와 같은 작용을 할 수 있을 것으로 기대되지만 산화규소를 텔루라이트 유리에 첨가할 경우 상분리를 일으켜 불투명해지므로 극소량 밖에는 첨가할 수 없어 효과적이지 않다. 산화저마늄은 단독으로 첨가할 경우 결정화 성향을 억제하는 기능은 효과적이지만 기지 유리의 포논 에너지를 높이는 기능은 미미하여 단독으로 첨가할 수 없고 산화붕소와 공동으로 첨가하여야 한다. 산화붕소를 2~10 몰%로 비교적 소량 첨가하고 산화 저마늄을 5~15 몰% 공동으로 첨가하면 결정화를 효과적으로 억제하고 다중 포논 완화에 의한4I11/2→4I13/2천이 확률이 증가하지만4I13/2의 형광수명까지 현저히 감소하는 것은 방지할 수 있다. 또한 산화저마늄을 텔루라이트 유리에 다량 첨가할 경우 산화규소와 마찬가지로 상분리를 일으키므로 20 몰% 이상 첨가하는 것은 바람직하지 않다. 산화인듐은 산화저마늄과 마찬가지로 텔루라이트 유리의 결정화를 억제하는 역할을 한다. 그러나 단독으로 첨가할 경우 포논에너지를 높이는 기능은 약하여 단독으로 첨가할 수없고 산화붕소와 공동으로 첨가하여야 한다. 산화붕소와 산화저마늄이 공동 첨가된 텔루라이트 유리에 산화인듐을 2~8 몰% 첨가하면 결정화를 더욱 효과적으로 억제할 수 있고4I11/2의 형광수명은 약간 감소하며4I13/2의 형광수명은 거의 변화하지 않는다. 산화인듐의 경우도 텔루라이트 유리에 다량 첨가할 경우 상분리를 일으키므로 10 몰% 이상 첨가하는 것은 바람직하지 않다.
본 발명은 상기의 어븀 이온 첨가 텔루라이트 유리 조성물을 사용하여 제조되는 광섬유를 포함한다. 본 발명의 광섬유는 통상적으로 코어와 코어를 둘러싸는 클래딩을 포함할 수 있다. 코어 및 클래딩은 상기 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물에 의하여 제조될 수 있다. 코어와 클래딩은 통상적으로 서로 다른 조성을 가진다. 즉, 클래딩은 기지 유리로만 되어 있고 기지 유리에 포함되어 광을 여기할 수 있는 희토류 금속 이온인 어븀 이온을 포함하지 않으며, 코어를 통하여 광이 안정적으로 전달되도록 하기 위하여 클래딩의 굴절율이 코어의 굴절률보다 작다. 본 발명의 광섬유는 통상적인 유리 섬유 제조방법에 따라 제조될 수 있다. 즉, 고순도의 분말상 원료 물질을 계량하여 고상 혼합하고, 900~1200℃로 가열하여 용융한 후 주조법으로 성형하고 300~400℃에서 서냉 처리하여 필요한 형상으로 모재 유리를 제조한다. 이렇게 제조된 괴상의 모재 유리는 광섬유 연신장치에서 선단부를 재가열한 후 연화된 유리를 고속으로 인발하여 광섬유로 제조하거나 용융후 백금 노즐 등을 이용하여 떨어지는 적절한 점도의 유리를 바로 고속 인발함으로써 광섬유를 얻을 수 있다. 코어와 클래딩을 갖는 광섬유는 이중 도가니, 봉이 든 튜브(rod-in-tube) 등을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 이중 도가니를 사용하는 경우, 녹아 있는 상태의 코아 유리를 안쪽 용기에 담고 바깥 용기에는 용융상태의 클레딩 유리를 담아서, 두 가지 종유의 유리가 바깥 용기의 바닥으로 나오면서 유리 코아-클레딩을 형성하는데, 이 용융상태의 혼합물을 뽑아내면 광섬유가 된다. 봉이 든 튜브(rod-in-tube)를 사용하는 경우, 코아 유리 막대를 이보다 직경이 큰 클레딩 유리 튜브 속에 넣고, 이렇게 결합된 끝을 가열하면 유리가 녹아 부드러워지며 이때 뽑아내면 광섬유가 된다. 원료물질로는 산화텔루륨(TeO2), 산화붕소(B2O3), 산화저마늄(GeO2), 및 1가 금속 및 2가 금속의 산화물 또는 탄산염 등을 사용할 수 있다. 1가 금속 및 2가 금속의 산화물 및 탄산염의 예로는 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화스트론튬(SrO), 산화바륨(BaO), 산화아연(ZnO), 산화납(PbO), 탄산리튬(Li2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산스트론튬(SrCO3), 탄산바륨(BaCO3) 등을 들 수 있다. 용융 공정은 수분의 오염 등을 방지하기 위하여 밀폐된 고순도의 질소나 아르곤 분위기에서 행하는 것이 바람직하며 매우 희석된 염소가스를 사용하는 것이 좋다.
또한, 본 발명은 코어와 클레딩을 포함하는 상기의 광섬유를 사용하는 광증폭기 및 광발진기를 포함한다.
도 4는 본 발명의 광섬유를 사용하는 광증폭기의 개략도이다. 도 4에서 보는 바와 같이, 신호광은 1500 nm 대역의 신호광을 제공한다. 펌프 레이저는 바람직하게 반도체 레이저 다이오드에 의하여 제공되며, 980 nm 대역의 광을 방출한다. 광커플러는 두 개의 입사되는 광을 커플링하여 하나의 광으로 광섬유에 입사시킨다. 그러면, 광섬유에 입사된 펌프광에 의하여 여기된 어븀 이온은 신호광의 자극에 의하여 천이하면서 1500 nm 대역의 형광을 유도 방출한다. 그리하여 결과적으로 신호광이 증폭된다.
도 5는 본 발명의 광섬유를 사용하는 광발진기의 개략도이다. 도 5에서 보는 바와 같이, 좁은 광 대역폭은 광섬유의 양 끝에 반사기를 설치함으로써 광의 피드백에 의하여 달성될 수 있다. 펌프로부터의 광은 렌즈를 통하여 광섬유로 초점이 맞추어진다. 입구 반사기의 반사율은 펌프광의 주파수에서 10% 보다 적어야 하며, 방출광의 주파수에서 90% 이상이어야 한다. 또한 출구 반사기의 반사율은 50% 이상이어야 한다. 이 때, 펌프광은 넓은 파장 범위의 광이어도 무방하지만 980 nm 대역을 중심으로 하는 좁은 파장 범위의 광이 바람직하며, 출력광은 1500 nm 대역이다.
이하에서는 본발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위하여 제시되는 것이며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
실시예 1
대표적인 광섬유 증폭기용 어븀 첨가 텔루라이트 계열 유리 조성인 75TeO2-20ZnO-5K2O-0.2Er2O3에서 5~15 몰%의 TeO2를 B2O3로 치환한 유리를 일반적인 용융-냉각법으로 제조하였다. 도 2에서 보는 바와 같이, 텔루라이트 유리에 산화붕소를 첨가할 경우 980 nm 형광 방출 세기가 급격히 감소한다. 이것은 산화붕소 첨가에 의하여 다중 포논 완화에 의한4I11/2→4I13/2비복사천이 확률이 크게 높아지므로 980 nm 형광 천이(4I11/2→4I15/2) 확률이 현저히 감소됨을 의미한다. 이러한 사실은 표 1에서 보는 바와 같이, 산화붕소의 첨가에 따라4I11/2의 형광 수명이 급격히 감소하는 반면에4I13/2의 형광수명은 약간만 감소하는 것을 통하여 확인할 수 있다. 또한 산화붕소를 첨가하면, 도 3에서 보는 바와 같이, 유리전이온도는 낮아지고 결정화온도는 높아진다. 일반적으로 [결정화 시작온도(Tx) - 유리전이온도(Tg)]의 값은 결정화 경향의 상대적 비교를 위한 수치로 사용되고 있다. 즉, 상기의 값이 크면 클수록 결정화 경향이 감소하여 열간 공정중 유리 소재가 결정화될 확률이 낮아진다. 75TeO2-20ZnO-5K2O 조성의 유리전이온도는 235±5℃이고 결정화 시작온도는 342±2℃인 반면에, 65TeO2-10B2O3-20ZnO-5K2O 조성의 유리의 유리전이온도 및 결정화 시작온도는 각각 200±5℃ 및 360±2℃로 10 몰%의 산화텔루륨을 산화붕소로 치환한 결과 [결정화 시작온도(Tx) - 유리전이온도(Tg)]의 값이 약 53℃ 증가하였다. 따라서, 산화붕소를 텔루라이트 유리에 첨가하면 결정화 경향이 억제됨을 알 수 있다.
어븀 첨가 텔루라이트 유리의 형광수명
유리조성 75TeO2-20ZnO-5K2O 70TeO2-5B2O3-20ZnO-5K2O 65TeO2-10B2O3-20ZnO-5K2O 60TeO2-15B2O3-20ZnO-5K2O
4I11/2형광수명 190μs 89μs 50μs 40μs
4I13/2형광수명 4.3ms 4.0ms 3.7ms 3.6ms
* 상기 모든 유리 시편의 Er2O3첨가 농도는 0.2 몰%임.
실시예 2
대표적인 광섬유 증폭기용 어븀 첨가 텔루라이트 유리 조성인 75TeO2-20ZnO-5K2O-0.2Er2O3에서 15 몰%의 TeO2를 GeO2로 치환한 유리를 일반적인 용융-냉각법으로 제조하였다. 표 2에서 보는 바와 같이, GeO2를 다량 첨가하여도4I11/2의 형광수명이 크게 감소하지 않는다. 그러나 여기에 B2O3를 소량 첨가하면4I11/2의 형광수명이 급격히 감소한다.4I13/2의 형광수명의 경우는 GeO2치환시 오히려 증가하며, B2O3를 소량 첨가하는 경우에도 약간의 감소만이 일어날 뿐이다. 또한, GeO2의 치환은 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, [결정화 시작온도(Tx) - 유리전이온도(Tg)]의 값을 증가시킴으로써 열간 공정 중 결정화 경향을 억제한다. 따라서, 텔루라이트 유리에 GeO2및 B2O3를 공동으로 첨가하면 유리의 열적 안정성을 강화하여 섬유화 특성을 향상시키며, 다중 포논 완화에 의한4I11/2→4I13/2비복사 천이 확률을 크게 높여 980 nm 펌핑 효율을 극대화할 수 있다.
어븀 첨가 텔루라이트 유리의 형광수명
유리조성 60TeO2-15GeO2-20ZnO-5K2O 60TeO2-12GeO2-3B2O3-20ZnO-5K2O 60TeO2-7.5GeO2-7.5B2O3-20ZnO-5K2O
4I11/2형광수명 156μs 91μs 55μs
4I13/2형광수명 4.5ms 4.3ms 4.0ms
* 상기 모든 유리 시편의 Er2O3첨가 농도는 0.2 몰%임.
텔루라이트 유리의 유리 특성 온도
유리조성 60TeO2-15GeO2-20ZnO-5K2O 60TeO2-12GeO2-3B2O3-20ZnO-5K2O 60TeO2-7.5GeO2-7.5B2O3-20ZnO-5K2O
Tg(유리전이온도) 215±5℃ 210±5℃ 195±5℃
Tx(결정화 시작온도) 373±2℃ 375±2℃ 378±2℃
Tc(결정화 정점온도) 404±2℃ 404±2℃ 410±2℃
실시예 3
실시예 2의 대표적인 유리 조성인 60TeO2-12GeO2-3B2O3-20ZnO-5K2O-0.2Er2O3의 유리에서 GeO2의 5 몰%를 In2O3로 치환한 60TeO2-7GeO2-5In2O3-3B2O3-20ZnO-5K2O-0.2Er2O3조성의 유리를 일반적인 용융-냉각법으로 제조하여 형광수명과 시차 열량 분석에 의한 열적 특성 온도를 측정하였다.4I11/2의 형광수명은 87μs 로 약간 감소한 반면4I13/2의 형광수명은 4.3ms로 In2O3로 치환 전에 비하여 변화가 없었다. 그러나 유리전이온도(Tg)는 210±5℃, 결정화 시작온도(Tx)는 390±2℃로 [결정화 시작온도(Tx) - 유리전이온도(Tg)]의 값이 In2O3로 치환 전에 비해 약 15℃ 증가하였다.
본 발명은 종래의 이성분계 및 삼성분계 텔루라이트 유리 조성물에 산화붕소 또는 산화붕소 및 산화저마늄, 산화인듐을 더 첨가한 어븀 이온 첨가 텔루라이트 유리 조성물을 제공한다. 본 발명의 텔루라이트 유리 조성물에 의하여 광섬유를 제조할 수 있고, 이 광섬유를 사용하여 광증폭기 및 광발진기를 제조할 수 있다. 본 발명은 산화붕소 또는 산화붕소 및 산화저마늄, 산화인듐 첨가에 의하여 형광 방출 단면적이 크고 이득 파장 대역이 넓은 텔루라이트 유리의 장점을 유지하면서도 980 nm 대역 펌프 효율을 향상시킬 수 있고 열간 결정화 경향을 낮출 수 있다.

Claims (11)

  1. 40~80 몰%의 산화텔루륨(TeO2), 1~20 몰%의 산화붕소(B2O3), 5~30 몰%의 2가 금속 산화물, 1~15 몰%의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 기지 유리에 0.05~5 몰%의 어븀 이온(Er3+)가 첨가된 텔루라이트 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    0~20 몰%의 산화저마늄(GeO2) 및/또는 0~10 몰%의 산화인듐(In2O3)이 더 첨가된 텔루라이트 유리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    5~15 몰%의 산화저마늄(GeO2)과 2~8 몰%의 산화인듐(In2O3)이 공동으로 더 첨가된 텔루라이트 유리 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 2가 금속 산화물의 금속은 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 아연, 납으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 최소한 하나인
    텔루라이트 유리 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 알칼리 금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 최소한 하나인
    텔루라이트 유리 조성물.
  6. 제1항 또는 제2항 또는 제3항의 텔루라이트 유리 조성물로 형성된 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 클래딩을 포함하는 광섬유.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광섬유의 코어 및 클래딩은 원통형이고, 상기 클래딩의 굴절율은 상기 코어의 굴절률보다 작은 광섬유.
  8. 제6항의 광섬유, 신호광,
    상기 어븀 이온을 여기시키는 펌프 레이저, 및
    상기 신호광과 상기 펌프 레이저를 커플링하여 상기 광섬유로 전달하는 광 커플러를 포함하는 광증폭기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 펌프 레이저는 980 nm 대역의 레이저인
    광증폭기.
  10. 제6항의 광섬유,
    상기 어븀 이온을 여기시키는 펌프 레이저, 및
    상기 펌프 레이저를 상기 광섬유의 코어로 커플링시키기 위한 광 커플러를 포함하는 광발진기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 펌프 레이저는 980 nm 대역의 레이저인
    광발진기.
KR10-2000-0039552A 2000-07-11 2000-07-11 어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물 KR100381009B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0039552A KR100381009B1 (ko) 2000-07-11 2000-07-11 어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2000-0039552A KR100381009B1 (ko) 2000-07-11 2000-07-11 어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020005939A true KR20020005939A (ko) 2002-01-18
KR100381009B1 KR100381009B1 (ko) 2003-04-23

Family

ID=19677336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2000-0039552A KR100381009B1 (ko) 2000-07-11 2000-07-11 어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100381009B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101334136B1 (ko) * 2011-12-29 2013-11-28 전자부품연구원 나노 입자를 포함하는 비등방성 광전달 소재
CN113860750A (zh) * 2021-10-21 2021-12-31 中国计量大学 一种1-5微米超连续激光输出的氧卤玻璃及其制备方法
CN116589183A (zh) * 2023-05-19 2023-08-15 东北大学 一种基于荧光强度比的碲酸盐玻璃、温度传感系统及其制作方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3316660B2 (ja) * 1994-08-17 2002-08-19 日本電信電話株式会社 光増幅器およびレーザ装置
JP3730775B2 (ja) * 1997-02-14 2006-01-05 日本電信電話株式会社 テルライトガラス、該テルライトガラスを用いた光増幅器および光源
JP3860647B2 (ja) * 1997-08-04 2006-12-20 日立電線株式会社 希土類元素添加光ファイバおよびその製造方法、およびその希土類元素添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器
KR100267861B1 (ko) * 1997-10-15 2000-10-16 윤종용 광섬유증폭기
KR20000027961A (ko) * 1998-10-30 2000-05-15 이병규 어븀이온 및 툴륨이온이 공동 첨가된 코어를 이용한 광소자

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101334136B1 (ko) * 2011-12-29 2013-11-28 전자부품연구원 나노 입자를 포함하는 비등방성 광전달 소재
CN113860750A (zh) * 2021-10-21 2021-12-31 中国计量大学 一种1-5微米超连续激光输出的氧卤玻璃及其制备方法
CN113860750B (zh) * 2021-10-21 2023-03-14 中国计量大学 一种1-5微米超连续激光输出的氧卤玻璃及其制备方法
CN116589183A (zh) * 2023-05-19 2023-08-15 东北大学 一种基于荧光强度比的碲酸盐玻璃、温度传感系统及其制作方法
CN116589183B (zh) * 2023-05-19 2024-04-26 东北大学 一种基于荧光强度比的碲酸盐玻璃、温度传感系统及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR100381009B1 (ko) 2003-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100340047B1 (ko) 할로겐이 첨가된 다성분계 산화물 조성의 광증폭기 및 레이저용 유리
EP1180835B1 (en) Optical amplifying glass
Wang et al. Tellurite glass: a new candidate for fiber devices
Wang et al. Fabrication and optical properties of lead‐germanate glasses and a new class of optical fibers doped with Tm3+
US5955388A (en) Transparent oxyflouride glass-ceramic composition and process of making
JP4240721B2 (ja) 光増幅ガラスおよびその製造方法
US6410467B1 (en) Antimony oxide glass with optical activity
JP4773948B2 (ja) 酸化ビスマスガラスおよびそれを製造するプロセス
JP2001213635A (ja) 光増幅ガラス
US6515795B1 (en) Borosilicate cladding glasses for germanate core thulium-doped amplifiers
WO2001056944A2 (en) Antimony oxide glass with optical activity
US6376399B1 (en) Tungstate, molybdate, vanadate base glasses
KR20010023536A (ko) 희토류가 첨가된 저 포논 에너지 유리 및 섬유
EP1732856B1 (en) Glass for optical amplifier fiber
KR100381009B1 (ko) 어븀 이온의 980 나노미터 여기 효율과 섬유화 특성향상을 위한 텔루라이트 유리 조성물
JP5516413B2 (ja) 光増幅ガラス
US6344425B1 (en) Fluorotellurite, amplifier glasses
JP2002211950A (ja) 光増幅ガラス
JP2004277252A (ja) 光増幅ガラスおよび光導波路
KR100477802B1 (ko) 툴륨 이온 첨가 규산염 유리 및 그 용도
JP2001144358A (ja) 光増幅ガラス
JP2004168578A (ja) 光増幅ガラスおよび光導波路
JP2005145741A (ja) 光増幅ガラスおよび光導波路
WO2004028992A1 (en) Tellurite glass, optical fibre, optical amplifier and light source
Sanghera et al. Rare earth doped infrared-transmitting glass fibers

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100401

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee