KR20060008926A

KR20060008926A - 희토류 산화물, 알루미나, 지르코니아 및 도핑제를함유하는 유리의 광학 도파관에서의 용도

Info

Publication number: KR20060008926A
Application number: KR1020057020395A
Authority: KR
Inventors: 마크 티. 앤더슨; 켄튼 디. 버드; 아나톨리 제트. 로젠플란츠; 크레이그 알. 샤르트
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2006-01-27
Also published as: DE602004022033D1; CN100377449C; US7292766B2; WO2004098002A1; EP1618632B1; JP2006524628A; CN1781223A; EP1618632A1; US20040213539A1

Abstract

본 발명은 기판의 표면 상의 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하며, 여기서 유리는 (a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나; (b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나(여기서, 유리는 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유함); 또는 (c) 유리의 총 중량을 기준하여 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물(여기서, Al₂O₃ 및 제1 금속 산화물은 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성함)을 포함하는 광학 도파관을 제공한다.

광학 도파관, 광학 증폭기, 희토류 산화물, 산화알루미늄

Description

희토류 산화물, 알루미나, 지르코니아 및 도핑제를 함유하는 유리의 광학 도파관에서의 용도{USE OF GLASSES CONTAINING RARE EARTH OXIDE, ALUMINA, AND ZIRCONIA AND DOPANT IN OPTICAL WAVEGUIDES}

본 발명은 희토류 산화물 및 산화알루미늄을 함유하는 유리의 광학 도파관에서의 용도에 관한 것이다.

광학 도파관은 당업계에 공지되어 있으며 소정의 경로를 따라 광학 신호를 운반하는데 사용된다. 도파관은 평면 형상이거나 또는 섬유의 형태일 수 있다. 이들 광학 도파관은 전형적으로 기판 상에 증착된 물질의 박막 또는 클래딩(cladding)으로 둘러싸여진 코어 물질을 갖는다. 이 물질은 광학 신호에 대한 도파관 경로를 형성하기 위한 형태 및 광학 특성들을 갖는다. 일부 유형의 광학 도파관은 또한 도파관 내로 입력되는 광학 신호에 대한 증폭을 제공할 수 있다. 일반적으로, 도파관 증폭기는 외부의 간섭광원, 즉 레이저로 펌핑되어 전자가 보다 고에너지 밴드로 들어갈 수 있게 한다. 일단 보다 고에너지 밴드 내에서는, 보다 저에너지 밴드로의 전이는 도파관을 통과하는 광학 신호가 증폭되도록 하는 것이다.

작은 고전력 밀도 장치의 제조는 균질한 매질 중에 많은 양의 도핑제(dopant)를 용해시키는 물질을 필요로 한다. 도핑제 이온의 클러스터링(clustering)은 실리카-기재 유리의 용도를 낮은 도핑제 농도가 사용될 수 있는 분 야, 즉 비교적 큰 장치로 제한한다. 광학 신호 처리, 광학 신호 증폭, 및 고전력 밀도 레이저 분야를 위한 소형 장치에 대한 계속되는 열망은 현재 사용되는 유리보다 높은 농도의 도핑제를 지지할 수 있는 신규의 광학 도파관 물질의 개발을 촉구하였다.

<요약>

한 면에서, 본 발명은 광학 도파관을 제공한다. 광학 도파관은 기판 및 기판 상의 희토류 도핑된 유리를 포함하며, 여기서 유리는 (a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나; (b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나(여기서, 유리는 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유함); 또는 (c) 유리의 총 중량을 기준하여 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물(여기서, Al₂O₃ 및 제1 금속 산화물은 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성함)을 포함한다.

다른 면에서, 본 발명은 코어 물질 및 코어 물질을 둘러싸는 클래딩을 갖는 유리 섬유를 포함하는 광학 도파관을 제공하는데, 여기서 코어 물질은 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하며, 여기서 유리는 (a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나; (b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나(여기서, 유리는 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유함); 또는 (c) 유리의 총 중량을 기준하여 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물(여기서, Al₂O₃ 및 제1 금속 산화물은 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성함)을 포함한다.

다른 면에서, 본 발명은 광학 펌프 광을 제공하는 광학 펌프 공급원 및 광학 펌프 공급원으로부터 상기 광학 펌프 광을 수용하도록 커플링된 광학 도파관을 포함하는 광학 증폭기를 제공하는데, 여기서 상기 광학 도파관은 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하며, 여기서 유리는 (a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나; (b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나(여기서, 유리는 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유함); 또는 (c) 유리의 총 중량을 기준하여 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물(여기서, Al₂O₃ 및 제1 금속 산화물은 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성함)을 포함한다.

다른 면에서, 본 발명은 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하는 광학 도파관에 유용한 유리를 제공하는데, 여기서 유리는 (a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나; (b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나(여기서, 유리는 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유함); 또는 (c) 유리의 총 중량을 기준하여 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물(여기서, Al₂O₃ 및 제1 금속 산화물은 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성함)을 포함한다.

다른 면에서, 본 발명은 (1) (a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나; (b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나(여기서, 유리는 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유함); 또는 (c) 유리의 총 중량을 기준하여 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물(여기서, Al₂O₃ 및 제1 금속 산화물은 집합적 으로 유리의 80 중량% 이상을 구성함)을 포함하는, 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하는 광학 도파관에 광학 신호를 입력시키는 단계; 및 (2) 상기 광학 도파관에 펌프 광을 가하여 상기 도파관이 광학 입력 신호에 대한 광학적 이득을 제공하도록 하는 단계를 포함하는 광학 신호의 증폭 방법을 제공한다.

도 1은 본 명세서에 기재된 광학 도파관의 한 실시태양을 예시하는 횡단면도이다.

도 2는 본 명세서에 기재된 광학 도파관의 다른 실시태양을 예시하는 횡단면도이다.

도 3은 본 명세서에 기재된 광학 도파관의 다른 실시태양을 예시하는 횡단면도이다.

도 4는 본 명세서에 기재된 광학 도파관의 다른 실시태양을 예시하는 횡단면도이다.

도 5는 본 명세서에 기재된 광학 도파관의 다른 실시태양을 예시하는 횡단면도이다.

도 6은 본 명세서에 기재된 광학 도파관의 다른 실시태양을 예시하는 횡단면도이다.

도 7은 본 발명의 광학 도파관 증폭기 구성형태의 한 실시태양을 예시하는 도면이다.

"희토류 도핑제"는 그의 전자의 여기에 반응하여 광 발광을 제공하고 REO와는 상이한 물질인 도핑제를 말한다. 희토류 도핑제는 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 또는 이들의 다른 화합물 및 이들의 혼합물을 함유하는 것을 포함한다.

"유리"는 유리 전이 온도를 나타내는 비정질 물질을 말한다.

"희토류 산화물"은 산화세륨(예를 들면 CeO₂), 산화디스프로슘(예를 들면 Dy₂O₃), 산화에르븀(예를 들면 Er₂O₃), 산화유로퓸(예를 들면 Eu₂O₃), 산화가돌리늄(예를 들면 Gd₂O₃), 산화홀뮴(예를 들면 Ho₂O₃), 산화란탄(예를 들면 La₂O₃), 산화루테튬(예를 들면 Lu₂O₃), 산화네오디뮴(예를 들면 Nd₂O₃), 산화프라세오디뮴(예를 들면 Pr₆O₁₁), 산화사마륨(예를 들면 Sm₂O₃), 산화테르븀(예를 들면 Tb₂O₃), 산화토륨(예를 들면 Th₄O₇), 산화툴륨(예를 들면 Tm₂O₃) 및 산화이테르븀(예를 들면 Yb₂O₃), 및 이들의 조합물을 말한다.

"REO"는 희토류 산화물(들)을 말한다.

"Tg"는 시차 열 분석에 의해 측정되는 유리 전이 온도를 말한다.

도파관 및 증폭기

도 1은 본 발명의 한 실시태양에 따른 광학 도파관 (10)의 횡단면도이다. 광학 도파관 (10)은 규소 기판 (12) 상에 증착되어 나타나 있으며 희토류 도핑된 층 (14)을 포함한다. 희토류 도핑된 층 (14)은 2개의 클래딩 층인 하부 저굴절율 층 (16) 및 상부 저굴절율 층 (18) 사이에 샌드위치된다. 도 1의 광학 도파관은 단지 예시를 위한 것이다. 본 명세서에서 기재된 유리는 도핑된 물질을 이용하는 임의의 도파관 구성형태에 사용될 수 있다.

본 발명의 광학 도파관은 또한 "채널" 도파관, "융기(ridge)" 도파관, "스트립-로딩된(strip-loaded)" 도파관 및 "확산" 또는 "이온 교환" 도파관 및 섬유 형태의 도파관으로 알려진 구성형태를 포함할 수 있다. 도 2 내지 6은 도파관 (100, 200, 300, 400 및 500)으로 묘사된 상기 실시태양들의 횡단면의 예시를 보여준다. 도 2 내지 4에서, 희토류 도핑된 유리 (102, 202, 302, 402)는 규소 기판 (104, 204, 304, 404) 상에 증착된 하부 저굴절율 층에 인접한다. 일부 실시태양에서 상부 저굴절율 층 (206, 306)은 희토류 도핑된 유리 (202, 302)와 접촉하고 있다. 도 6에서, 희토류 도핑된 유리 코어 (502)는 저굴절율 클래딩 (506)에 의해 둘러싸여진다. 본 발명의 광학 도파관에 사용하기에 유용한 저굴절율 물질의 예는, 예를 들면 란탄, 알루미늄, 및(또는) 지르코늄 산화물을 포함하는 SiO₂, SiON 및 유리(도핑되지 않음)를 포함한다. 몇몇 경우에, 광학 도파관의 유리로서, 하기되는 바와 같은 도핑되지 않은 유리를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

도 7은 광학 도파관 (22)을 함유하는 예시적인 표준 도파관 증폭기 구성형태 (20)를 예시한다. 광학 신호는 광학 단로기 (24) 및 도파관 분할 다중화(WDM) 커플러 (26)를 통해 광학 도파관 (22) 내로 입력된다. 광학 펌프원 (28)으로부터의 광학 펌프 신호도 또한 WDM 커플러 (26)를 통해 광학 도파관 (22) 내로 입력된다. 광학 도파관 (22)로부터의 증폭된 출력 신호는 제2 광학 단로기 (30)를 통해 출력된다. 광학 단로기 (22, 30)는 각각 출력구로부터 및 광학 도파관 (22)로부터 입력구로의 역반사를 제거하기 위해 포함된다. 상기 도파관 증폭기 구성형태는 단지 예시의 목적을 위한 것이다. 도파관 증폭기에 관한 보다 상세한 정보는 미국 특허 제6,490,081 B1호에서 찾아볼 수 있다. 본 발명의 광학 도파관은 광학 신호를 증폭시키는데 사용된 임의의 구성형태에 유용할 수 있다.

유리

본 발명의 도파관에 사용된 유리는 희토류 도핑제에 대한 호스트 물질로서 사용된다. "희토류 도핑제" 및 "REO"가 모두 본 발명의 유리에 존재할 때, 희토류 도핑제와 REO는 상이하다.

본 발명에 따른 일부 실시태양에서, 유리는 Al₂O₃, 및 REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 각각 유리의 총 중량을 기준하여 유리의 80(몇몇 실시태양에서는, 85, 90, 95 또는 심지어는 100) 중량% 이상은 각각 집합적으로 Al₂O₃, 및 REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명에 따른 몇몇 실시태양에서, 유리는 Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 각각 유리의 총 중량을 기준하여 유리의 80(몇몇 실시태양에서는, 85, 90, 95 또는 심지어는 100) 중량% 이상은 각각 집합적으로 Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명에 따른 일부 실시태양에서, 유리는 Al₂O₃, 및 REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 각각 유리의 총 중량을 기준하여 유리의 60(몇몇 실시태양에서는, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 심지어는 100) 중량% 이상은 각각 집합적으로 Al₂O₃, 및 REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 유리는 각각 유리의 총 중량을 기준하여 20(일부 실시태양에서는, 15, 10, 5 또는 심지어는 0) 중량% 이하의 SiO₂ 및 20(일부 실시태양에서는, 15, 10, 5 또는 심지어는 0) 중량% 이하의 B₂O₃을 각각 함유한다.

본 발명에 따른 몇몇 실시태양에서, 유리는 Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 각각 유리의 총 중량을 기준하여 유리의 60(몇몇 실시태양에서는, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 심지어는 100) 중량% 이상은 각각 집합적으로 Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 유리는 각각 유리의 총 중량을 기준하여 20(일부 실시태양에서는, 15, 10, 5 또는 심지어는 0) 중량% 이하의 SiO₂ 및 20(일부 실시태양에서는, 15, 10, 5 또는 심지어는 0) 중량% 이하의 B₂O₃을 각각 함유한다.

본 발명에 따른 일부 실시태양에서, 유리는 Al₂O₃, 및 REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 각각 유리의 총 중량을 기준하여 유리의 60(몇몇 실시태양에서는, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 심지어는 100) 중량% 이상은 각각 Al₂O₃, 및 REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 유리는 각각 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 40(일부 실시태양에서는, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 또는 심지어는 0) 중량% 이하의 SiO₂ 및 B₂O₃을 각각 함유한다.

본 발명에 따른 몇몇 실시태양에서, 유리는 Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 각각 유리의 총 중량을 기준하여 유리의 60(몇몇 실시태양에서는, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 또는 심지어는 100) 중량% 이상은 각각 집합적으로 Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하고, 여기서 유리는 각각 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 40(일부 실시태양에서는, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 또는 심지어는 0) 중량% 이하의 SiO₂ 및 B₂O₃을 각각 함유한다.

본 발명에 따른 몇몇 실시태양에서, 유리는 유리의 총 중량을 기준하여 35(몇몇 실시태양에서는, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70 또는 심지어는 75) 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물(예를 들면, Y₂O₃, REO, MgO, TiO₂, Cr₂O₃, CuO, NiO, 및 Fe₂O₃) 및 임의로 Al₂O₃와는 상이한 제2(제3, 등등) 금속 산화물(예를 들면, Y₂O₃, REO, MgO, TiO₂, Cr₂O₃, CuO, NiO, 및 Fe₂O₃)을 포함하며, 여기서, Al₂O₃, 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물은 각각 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80(몇몇 실시태양에서는, 85, 90, 95 또는 100) 중량% 이상을 구성하고, 여기서 유리는 각각 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 20(일부 실시태양에서는, 15, 10, 5, 4, 3, 2, 1 또는 심지어는 0) 중량% 이하의 B₂O₃, GeO₂, SiO₂, TeO₂, 및 V₂O₅을 함유한다.

유리 및 도핑된 유리는 예를 들면 적절한 금속 산화물 공급원을 가열(화염 중에서 포함)시켜 용융물, 바람직하게는 균질한 용융물을 형성한 다음, 용융물을 급속하게 냉각시켜 비정질 물질을 제공함으로써 제조될 수 있다. 금속 산화물 공급원 및 다른 첨가제는 유리를 제조하는데 사용된 방법 및 장치에 적합한 임의의 형태일 수 있다. 바람직한 냉각 속도는 10K/s 및 그 이상의 것을 포함한다. 비정질 물질의 실시태양들은 예를 들면, 금속 산화물을 임의의 적합한 로(예를 들면, 유도 가열된 로, 기체-연소된 로 또는 전기 로) 또는 예를 들면 플라즈마 중에서 용융시킴으로써 제조될 수 있다. 생성된 용융물을 냉각시킨다(예를 들면, 용융물을 냉각 매질(예를 들면, 고속 에어 젯, 액체, 금속판(냉각된 금속판 포함), 금속 롤(냉각된 금속 롤 포함), 금속 볼(냉각된 금속 볼 포함) 등 내로 배출시킨다).

추가로, 용융물 및 유리를 제조하기 위한 다른 기술은 증기상 켄칭, 용융-추출, 플라즈마 용사, 및 기체 또는 원심분리 분무를 포함한다. 플라즈마 용사에 관한 추가의 상세한 설명은 예를 들면, 그의 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는, 2002년 8월 2일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제10/211,640호를 갖는 동시계류중인 출원을 참조한다.

기체 분무는 공급물 입자들을 용융시켜 이들을 용융물로 변환시키는 것을 포함한다. 이러한 용융물의 얇은 스트림은 파열 에어 젯과의 접촉을 통해 분무된다(즉, 스트림이 미세한 액적들로 나누어진다). 이어서, 입자(예를 들면, 비드)를 포함하는 실질적으로 독립적이고 일반적으로 타원형인 생성되는 비정질 물질들이 회수된다. 비드 크기의 예로는 약 5 ㎛ 내지 약 3 ㎜ 범위내의 직경을 갖는 것이 포함된다. 용융-압출은 예를 들면, 그의 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제5,605,870호에 개시되어 있는 바와 같이 수행될 수 있다. 예를 들면, 그의 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제6,482,758호에 개시되어 있는 바와 같이 레이저 빔 가열을 이용하는 무용기 유리 형성 기술도 또한 유리를 제조하는데 유용할 수 있다.

예를 들면, 그의 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제6,254,981호에 개시되어 있는 바와 같은 화염 융합을 이용하여 유리를 제조할 수 있다. 이 방법에서는, 금속 산화물 공급원 물질을 직접 버너(예를 들면, 메탄-공기 버너, 아세틸렌-산소 버너, 수소-산소 버너 등)에 공급(예를 들면 입자의 형태로, 종종 "공급물 입자"로 언급됨)한 다음, 예를 들면 물, 냉각유, 공기 등에서 켄칭시킨다. 공급물 입자는 예를 들면 금속 산화물 공급원을 분쇄, 응집(예를 들면, 분무-건조), 용융 또는 소결시켜 형성할 수 있다. 화염내로 공급되는 공급물 입자의 크기는 일반적으로 입자를 포함하는 생성되는 비정질 물질의 크기를 결정한다.

유리의 실시태양들은 또한 다른 기술, 예를 들면 자유 낙하 냉각을 갖는 레이저 회전 용융, 테일러(Taylor) 와이어 기술, 플라즈마트론(plasmatron) 기술, 해머 및 앤빌 기술, 원심분리 켄칭, 공기총 스플랫(splat) 냉각, 단일 롤러 및 이중 롤러 켄칭, 롤러-플레이트 켄칭 및 펜던트 드롭 용융물 추출에 의해 얻어질 수도 있다[예를 들면, 그의 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는 문헌(Rapid Solidification of Ceramics, Brockway et. al, Metals And Ceramics Information Center, A Department of Defense Information Analysis Center, Columbus, OH, January, 1984) 참조]. 유리의 실시태양들은 또한 다른 기술, 예를 들면 적합한 전구체의 열에 의한(화염 또는 레이저 또는 플라즈마-보조 포함) 고온분해, 금속 전구체의 물리적 증기 합성(PVS), 스퍼터링과 같은 물리적 증착법(PVD), 및 기계화학적 가공처리에 의해 얻어질 수도 있다.

냉각 속도는 켄칭된 비정질 물질의 특성에 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 예를 들면, 유리 전이 온도, 밀도 및 다른 유리의 특성들은 전형적으로 냉각 속도에 따라 변화한다.

신속한 냉각은 또한 냉각 동안에 바람직한 산화 상태 등을 유지하고(하거나) 그에 영향을 미치도록 환원, 중성 또는 산화 환경과 같은 조절된 대기 하에서 수행될 수도 있다. 대기는 또한 과냉(undercooled) 액체로부터의 결정화 반응 속도에 영향을 미침으로써 비정질 물질 형성에 영향을 미칠 수도 있다. 예를 들면, 공기 중에서와 비교하였을 때, 아르곤 대기에서는 결정화없이 Al₂O₃ 용융물의 보다 큰 과냉이 보고되었다.

유리는 또한 졸-겔 방법에 의해서도 제조될 수 있다. 졸-겔 방법은 수성 또는 유기 액체 매질 중에서의 분산액, 졸 또는 용액 형태의 전구체 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 이들 방법에 대한 추가의 상세한 설명은 그의 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는 문헌[Sol-Gel Science by C. Jeffrey Brinker and George W. Scherer(Academic Press, 1990)]에서 찾아볼 수 있다. 분말을 제조하는 다른 방법은 휘발성 유기 용매 중에 용해된 1종 이상의 글리콜라토 폴리메탈로옥산을 함유하는 전구체의 분무 열분해에 의한 것으로; 이 방법에 관한 상세한 설명은 그의 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제5,958,361호에서 찾아볼 수 있다.

(이론적 산화물 기준으로) Al₂O₃의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 바욱사이트(천연 발생 바욱사이트 및 합성적으로 제조된 바욱사이트를 모두 포함), 소성된 바욱사이트, 수화 알루미나(예를 들면, 보헤마이트 및 기브사이트), 알루미늄, 바이엘 공정 알루미나, 알루미늄 광석, 감마 알루미나, 알파 알루미나, 알루미늄염, 질산알루미늄, 및 이들의 조합물을 포함한다. Al₂O₃ 공급원은 Al₂O₃를 함유할 수 있거나 또는 Al₂O₃만을 제공할 수 있다. 다르게는, Al₂O₃ 공급원은 Al₂O₃ 이외의 1종 이상의 금속 산화물(착체 Al₂O₃·금속산화물(예를 들면, Dy₃Al₅O₁₂, Y₃Al₅O₁₂, CeAl₁₁O₁₈ 등)의 또는 이를 함유하는 물질 포함)과 함께 Al₂O₃을 함유 또는 제공할 수 있다.

희토류 산화물의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 희토류 산화물 분말, 희토류 금속, 희토류-함유 광석(예를 들면, 바스트나사이트 및 모나자이트), 희토류 염, 희토류 질산염, 및 희토류 탄산염을 포함한다. 희토류 산화물(들) 공급원은 희토류 산화물(들)을 함유하거나 또는 희토류 산화물(들)만을 제공할 수 있다. 다르게는, 희토류 산화물(들) 공급원은 희토류 산화물(들) 이외의 1종 이상의 금속 산화물(착체 희토류 산화물 또는 다른 금속 산화물(예를 들면, Dy₃Al₅O₁₂, CeAl₁₁O₁₈ 등)의 또는 이를 함유하는 물질 포함)과 함께 희토류 산화물(들)을 함유 또는 제공할 수 있다.

(이론적 산화물 기준으로) Y₂O₃의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화이트륨 분말, 이트륨, 이트륨-함유 광석, 및 이트륨염(예를 들면, 이트륨 탄산염, 질산염, 염화물, 수산화물 및 이들의 조합물)을 포함한다. Y₂O₃ 공급원은 Y₂O₃를 함유할 수 있거나 또는 Y₂O₃만을 제공할 수 있다. 다르게는, Y₂O₃ 공급원은 Y₂O₃ 이외의 1종 이상의 금속 산화물(착체 Y₂O₃·금속산화물(예를 들면, Y₃Al₅O₁₂)의 또는 이를 함유하는 물질 포함)과 함께 Y₂O₃을 함유 또는 제공할 수 있다.

(이론적 산화물 기준으로) ZrO₂의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화지르코늄 분말, 지르콘 모래, 지르코늄, 지르코늄-함유 광석, 및 지르코늄염(예를 들면, 지르코늄 탄산염, 아세트산염, 질산염, 염화물, 수산화물, 및 이들의 조합물)을 포함한다. 또한, 또는 다르게는, ZrO₂ 공급원은 하프니아와 같은 다른 금속 산화물과 함께, ZrO₂를 함유 또는 제공할 수 있다. (이론적 산화물 기준으로) HfO₂의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화하프늄 분말, 하프늄, 하프늄-함유 광석, 및 하프늄염을 포함한다. 또한, 또는 다르게는, HfO₂ 공급원은 ZrO₂와 같은 다른 금속 산화물과 함께, HfO₂를 함유 또는 제공할 수 있다.

다른 유용한 금속 산화물은 또한, 이론적 산화물 기준으로, BaO, CaO, Cr₂O₃, CoO, Fe₂O₃, GeO₂, Li₂O, MgO, MnO, NiO, Na₂O, Sc₂O₃, SiO₂, SnO₂, SrO, TiO₂, ZnO 및 이들의 조합물을 포함할 수도 있다. 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화물 그자체, 착체 산화물, 광석, 탄산염, 아세트산염, 질산염, 염화물, 수산화물 등을 포함한다. 이들 금속 산화물은 생성되는 유리의 물리적 특성을 개질시키고(시키거나) 가공처리를 개선시키기 위하여 첨가된다. 이들 금속 산화물은 전형적으로는, 예를 들면 바람직한 특성에 따라, 유리의 0 내지 50 중량%, 일부 실시태양에서는 바람직하게는 0 내지 25 중량% 및 보다 바람직하게는 0 내지 20 중량%로 첨가된다.

도파관의 제조 방법

본 발명의 도파관은 일반적으로 당업계의 통상의 숙련인에게 공지된 제작 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들면, 채널 도파관(도 2 참조)은 저-굴절율 클래딩 상에 도핑된 유리 층을 증착시킨 후 표준 또는 포토리소그래피에 의해 라인을 형성함으로써 제작될 수 있다. 일반적으로 포토리소그래피 후에 저굴절율 상부 클래딩의 증착이 이어진다. 융기 도파관(도 3 참조)은 도핑된 유리 층이 완전히 후면 에칭되지 않는 것을 제외하고는 채널 도파관과 유사하다. 스트립-로딩된 도파관(도 4 참조)은 도핑된 유리의 평면층 상에 저굴절율 클래딩의 스트립을 위치시킴으로써 제조될 수 있다. 확산된 도파관(도 5 참조)은 도핑된 유리를 저굴절율 기판 내로 확산시킴으로써 제조될 수 있다. 도핑된 유리를 스퍼터링과 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 저굴절율 층 또는 클래딩 상에 증착시킨 후, 포토리소그래피에 의해 라인 또는 융기를 형성할 수 있다. 다르게는, 도핑된 유리를 스퍼터링과 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 저굴절율 층 또는 클래딩 상에 증착시킨 다음, 도핑된 유리 층을 저굴절율 층으로 덮을 수 있다(도 6 참조). 섬유의 코어로서 본 명세서에서 설명된 도핑된 유리를 사용하는 유리 섬유는 문헌["Rare earth doped fiber lasers and amplifiers", Ed., M.J.F. Digonnet, 1993, Marcel Dekker, Inc.] 및 미국 특허 제6,484,539 B1호 및 제6,490,081 B1호에 기재된 바와 같은 공지된 방법에 의해 제작될 수 있다.

본 발명의 이점 및 실시태양들은 하기하는 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 예에 인용된 특정 물질 및 그의 양, 뿐만 아니라 다른 조건 및 세부사항들이 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 모든 부 및 %는 달리 언급되지 않는 한 중량기준이다.

비교예 A-E 및 실시예 1-18

폴리에틸렌 병에 표 1에 나타낸 성분 100 그램(g)을 충전시켰다. 약 400 g의 지르코니아 밀링 매질(뉴저지주 브루크의 토소 세라믹스, 디비젼 오브 바운드 (Tosoh Ceramics, Division of Bound)로부터 상표명 "YTZ" 하에 얻음)을 100 mL 증류수 및 탈이온수와 함께 병에 첨가하였다. 혼합물을 120 rpm에서 24시간 동안 밀링하였다. 사용된 원료의 공급원을 하기 표 2에 열거하였다. Er 공급원을 대략 43 중량%의 산화물 수율을 고려하여 Er(NO₃)·5H₂O(위스콘신주 밀워키의 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Company)로부터 얻음)로서 도입하였다. 밀링 후, 밀링 매질을 제거하고 슬러리를 유리("파이렉스(PYREX)") 팬 상에 붓고 여기서 가열-건(heat-gun)을 사용하여 건조시켰다. 화염 중에서 용융시키기 전에, 건조된 입자를 전기적으로 가열된 로(캘리포니아주 피코 리베라의 키이쓰 퍼니스즈(Keith Furnaces)로부터 상표명 "모델(Model) KKSK-666-3100" 하에 얻음) 내에서 공기 중에서 1 시간 동안 1300℃에서 소성시켰다. 출발 성분들을 65-70 중량%의 수성 슬러리로서 스제그바리(Szegvari) 마쇄기 밀(오하이오주 아크론의 유니온 프로세스(Union Process)) 중에서 밀링시킨 것을 제외하고는 비교예 A의 방법과 유사한 방법으로 실시예 1 및 2를 제조하였다. 밀링 시간은 50% 동력에서 2시간이었다. 실시예 15는 비드 형성 후 1시간 동안 공기 중에서 990℃에서 어닐링시켰다.

막자사발과 막자로 분쇄한 후에, 다중상 입자들 중 일부를 수소/산소 토치(torch) 화염에 공급하였다. 다중상 입자들을 용융시키고, 이에 의해 용융된 유리 비드를 생성시키는데 사용된 수소 토치는 베들레헴(Bethlehem) 벤치(bench) 버너(필라델피아주 헬러타운의 베들레헴 어패러터스 캄파니(Bethlehem Apparatus Co.)로부터 얻은 PM2D Model B)이었다. 내부 고리의 경우, 수소 유량은 분 당 8 표준 리터 (SLPM)이었고, 산소 유량은 3 SLPM이었다. 외부 고리의 경우, 수소 유량은 23 SLPM이었고, 산소 유량은 9.8 SLPM이었다. 건조된 및 분립된 입자를 직접 수소 토치 화염에 공급하고, 여기서 이들을 용융시켜 냉수가 그 위를 흐르는(대략 2 gl/분) 경사진 스텐레스 강 표면(45도의 경사각을 갖는 대략 20 인치 폭)으로 이동시켰다.

생성된 용융 및 켄칭된 입자들을 팬 중에서 수집하여 110℃에서 건조시켰다. 입자들은 그 형상이 구형이었고, 그 크기가 수 십 ㎛로부터 최대 250 ㎛까지 다양하였다. 이어서, 입자들을 -140+230 메쉬 분획물들을 보유하도록 분류하였다(USA Standard Testing Sieves)

실시예 8은 다음과 같이 아크-용융(arc-melting)에 의해 제조하였다: 소량의 건조된 분말을 아크 방전 로(모델 번호 5T/A 39420; 뉴햄프셔주 내슈아의 센토르 배큠 인더스트리이즈(Centorr Vacuum Industries)) 중에서 용융시켰다. 약 1 g의 건조된 분말을 로 챔버 내에 위치한 냉각된 구리판 상에 두었다. 로 챔버를 배기시킨 다음 2 psi(13.8 kPa) 압력에서 아르곤 기체로 도로메웠다. 아크를 전극과 플레이트 사이에서 켰다. 아크 방전에 의해 생성된 온도는 소성된 플레이크를 재빨리 용융시킬 수 있도록 충분히 높았다. 용융이 완료된 후, 물질을 용융 상태에서 약 10초 동안 유지시켜 용융물을 균질화시켰다. 아크를 멈춤으로써 생성된 용융물을 신속하게 냉각시키고, 용융물이 스스로 냉각되도록 하였다. 작은 질량의 샘플 및 수 냉각된 구리판의 큰 열 강하력에 의해 신속한 냉각이 보장되었다. 로에 대한 동력을 끈 후 1분 이내에 로에서 융합된 물질을 꺼냈다. 수 냉각된 구리판의 표면 상에서의 용융물의 냉각 속도는 100℃/초 초과인 것으로 추정되었다. 융합된 물질은 투 명한 유리 비드의 형태이었다(비드의 최대 직경은 2.8 ㎜로 측정되었다).

원료 공급원

원료	공급원
알루미나(Al₂O₃)	아리조나주 턱선의 콘데아 비스타(Condea Vista)로부터 상표명 "APA-0.5" 하에 얻음
질산에르븀 6수화물 ((ErNO₃)₃·5H₂O)	위스콘신주 밀워키의 알드리치 케미칼 캄파니로부터 얻음
플루오르화에르븀(ErF₃)	알드리치 케미칼 캄파니로부터 입수가능함
산화란탄(La₂O₃)	캘리포니아주 마운틴 패스의 몰리코프, 인크.(Molycorp Inc.)로부터 얻음
이산화규소(SiO₂)	메사추세츠주 워드 힐의 알파 애사르(Alfa Aesar)로부터 얻음
산화스트론튬(SrO)	위스콘신주 밀워키의 알드리치 케미칼 캄파니로부터 얻음
이산화티탄(TiO₂)	미저리주 세인트루이스의 시그마 케미칼즈(Sigma Chemicals)로부터 얻음
이트리아-안정화된 산화지르코늄 (ZrO₂)	조지아주 마리에타의 지르코니아 세일즈, 인크.(Zirconia Sales, Inc.)로부터 상표명 "HSY-3" 하에 얻음

광발광

섬유 펌프/수집 방식을 사용하여 광발광 데이타를 얻었다. 시험되는 조성물의 비드를 x-y-z 번역기 상에 장착된 제1 광학 섬유의 단부 상에 매달았다. 번역기를 사용하여 비드를 수평으로 배향된 제2 광학 섬유의 절단된 단부에 근접하고 그의 축이 제1 섬유의 축과 수직이 되도록 비드를 위치시켰다. 대략 980 ㎚의 파장에서 발광하는 펌프 레이저를 파장-분할 다중화기(WDM)를 통해 제2 섬유의 다른 단부와 커플링시켰다. 펌프 광은 제2 섬유의 절단된 단부를 빠져나가 비드에 충돌하였다. 비드에 의해 발광된 형광을 제2 섬유에 의해 수집하여 WDM으로 보냈다. WDM에서, 1450 내지 1700 ㎚의 파장 범위 내에서의 빛을 측정을 위한 광학 스펙트럼 분석기로 보냈다. 장착 및 초기 정렬 작업을 광학 현미경 하에 관찰하고 비드 위치를 최대 형광에 대해 최적화하였다(OSA 상에서 모니터링함). OSA 상에 기록된 형광 데이타를 전폭 1/2 최대치(FWHM)에 의해 측정된, 피크 너비 및 피크 파장에 대해 분석하였다. 주어진 형광 데이타는 유사한 조성물을 갖는 3개의 비드의 평균이다.

발광 감쇠 곡선의 분석으로부터 여기 상태 수명을 측정하였다. WDM으로부터 1450 내지 1700 ㎚ 광을 디지털화 오실로스코프에 연결된 신속 포토다이오드로 보냈다. 외부 신호 발생기를 사용하여 약 10 Hz의 반복율로 약 25 밀리초(ms) 지속의 방형(square) 펄스의 펌프 레이저를 구동하였다. 오실로스코프 상에서 10 내지 128개 측정치들을 평균한 후, 데이타를 컴퓨터로 보내어 분석하였다. 보고된 수명은 펌프 펄스의 말단으로부터 형광 신호가 그의 피크 값의 36.8%(1/e)로 감소될 때의 시간까지의 시간으로 정의된, 1/e 수명이다. 주어진 수명 값은 유사한 조성물을 갖는 3개의 비드의 평균이다.

표 3은 모든 샘플에 대한 광발광 데이타를 나타낸다. L_피크는 비드로부터의 발광 에너지의 피크 파장(㎚)이고, FWHM는 피크의 1/2 최대치에서의 전폭이고, 수명은 발광 감쇠 곡선의 분석으로부터 측정된 여기 상태 수명이다.

실시예 19 - 도파관 증폭기

폴리우레탄-라이닝된 용기에 267.6 g의 La₂O₃, 207.78 g의 Al₂O₃, 118.56 g의 ZrO₂ 및 13.92 g의 Er(NO₃)·5H₂O를 충전시켰다(사용된 원료의 공급원은 표 2에 열거된 것이다). 약 1000 g의 지르코니아 밀링 매질(뉴저지주 브루크의 토소 세라믹스, 디비젼 오브 바운드로부터 상표명 "YTZ" 하에 얻음)을 600 mL 증류수 및 탈이온수와 함께 용기에 첨가하였다. 혼합물을 120 rpm에서 24시간 동안 밀링하였다. 밀링 후, 밀링 매질을 제거하고 슬러리를 유리("파이렉스") 팬 상에 붓고 여기서 가열-건을 사용하여 건조시켰다. 화염 중에서 용융시키기 전에, 건조된 입자를 전기적으로 가열된 로(캘리포니아주 피코 리베라의 키이쓰 퍼니스즈로부터 상표명 "모델 KKSK-666-3100" 하에 얻음) 내에서 공기 중에서 1 시간 동안 1300℃에서 소성시켰다.

실시예 19 구형 입자들을 실시예 1 내지 18에서 기재된 바와 같이 제조하였다.

구형 입자들을 스퍼터드 필름즈, 인크. 리써치(Sputtered Films, Inc. Research) S-건, 터보-펌핑된 스퍼터 시스템 내에 맞도록 기계가공된 스텐레스 강 배킹(미네소타주 세인트 폴의 프리시젼 코팅즈, 인크,(Precision Coatings, Inc.)에서 입수가능한 플라즈마-용사 서비스) 상에 플라즈마 용사시켜 RF 스퍼터 표적을 제조하였다. 플라즈마-용사는 광학 현미경을 사용하여 측정하였을 때 대략 1.1 ㎜의 두께를 갖는 표적 물질의 필름을 생성하였다.

RF 스퍼터링 챔버는 최대 6개의 웨이퍼가 동일한 배치 내에서 코팅될 수 있게 하는 행성 톱니바퀴식 셋-업을 갖는다. 13.56 MHz RF 전력 공급 출력이 전력을 표적과 행성 톱니바퀴식 시스템 사이에 분배시켜 기판이 바이어스되도록 하는 전력 스플릿터(power splitter)로 가게 된다. 2개의 전극은 모두 전용 RF 정합 네트워크를 갖는다. 플라즈마 용사된 표적 물질을 850 와트의 표적 전력에서 0.23 Pa(1.7 mTorr)의 압력으로 증착하였다. 아르곤 및 산소를 각각 분 당 25 표준 입방 센티미터(sccm) 및 5 sccm의 유량으로 스퍼터링 기체로서 사용하였다. 증착된 필름의 치밀화를 돕기 위하여 대략 40 와트의 전력에서 행성 톱니바퀴식 시스템을 바이어스하였다.

표적 물질의 0.9 ㎛ 두께 필름을 패턴화된 3 인치 직경의 규소 웨이퍼 상에 스퍼터링하였다. 이 웨이퍼는 PECVD 방법을 사용하여 규소 표면 상에 직접 증착된 8 ㎛ 두께의 SiO₂ 클래딩 층을 가졌다. SiO₂ 클래딩 층의 상부에 포지티브 포토레지스트(쉽플리(Shipley) S1818, 메사추세츠주 말보로의 쉽플리 캄파니(Shipley Company)로부터 입수가능함)를 패턴화하였다. 이 패턴은 2 내지 100 ㎛ 범위의 다양한 폭의 도파관 융기의 네가티브 상을 가졌다. 실시예 19 물질의 증착 후에 포토레지스트의 박리(lift-off)를 용이하게 하기 위하여 완충된 플루오르화수소산(1:6 HF:NH₄F) 중에서 6.5 분 동안 습식 에칭하여 노광된 SiO₂ 클래딩에 0.4 ㎛의 언더컷(undercut)을 만들었다.

증착 후, 웨이퍼를 대략 50℃에서 포토레지스트 리무버(쉽플리 1165)를 함유하는 초음파조 중에 침지시켰다. 포토레지스트가 웨이퍼로부터 박리되어 표적 물질이 직접 그의 상부에 오게 되고, 이에 의해 포토레지스트 패턴화가 증착 전에 채널을 만들어놓은 도핑된 유리의 도파관 융기가 남게 된다.

Claims

기판; 및

기판의 표면 상의 희토류 도핑제로 도핑된 유리

를 포함하며, 여기서 유리는,

(a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하거나;

(b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유하거나; 또는

(c) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물을 포함하는 광학 도파관.
제1항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 또는 이들의 다른 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 광학 도파관.
제1항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 에르븀을 포함하는 것인 광학 도파관.
제1항에 있어서, 상기 REO가 La₂O₃을 포함하는 것인 광학 도파관.
제1항에 있어서, 상기 제1 금속 산화물이 BaO, CaO, Cr₂O₃, CoO, Fe₂O₃, GeO₂, Li₂O, MgO, MnO, NiO, Na₂O, Sc₂O₃, SrO, TiO₂, ZnO 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 광학 도파관.
제1항에 있어서, 상기 기판이 규소 또는 SiO₂를 포함하는 것인 광학 도파관.
희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하는 코어 물질 및 코어 물질을 둘러싸는 클래딩을 갖는 유리 섬유를 포함하고, 여기서 유리는,

(a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하거나;

(b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유하거나; 또는

(c) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물을 포함하는 광학 도파관.
제7항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 또는 이들의 다른 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 광학 도파관.
제7항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 에르븀을 포함하는 것인 광학 도파관.
제7항에 있어서, 상기 REO가 La₂O₃을 포함하는 것인 광학 도파관.
제7항에 있어서, 상기 제1 금속 산화물이 BaO, CaO, Cr₂O₃, CoO, Fe₂O₃, GeO₂, Li₂O, MgO, MnO, NiO, Na₂O, Sc₂O₃, SiO₂, SnO₂, SrO, TiO₂, ZnO 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 광학 도파관.
제7항에 있어서, 상기 클래딩 층이 SiO₂를 포함하는 것인 광학 도파관.
광학 펌프 광을 제공하는 광학 펌프 공급원; 및

광학 펌프 공급원으로부터 상기 광학 펌프 광을 수용하도록 커플링된 광학 도파관을 포함하고, 여기서 상기 광학 도파관은 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하며, 유리는,

(a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하거나;

(b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유하거나; 또는

(c) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하 는, 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물을 포함하는 광학 증폭기.
제13항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 또는 이들의 다른 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 광학 증폭기.
제13항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 에르븀을 포함하는 것인 광학 증폭기.
제13항에 있어서, 상기 REO가 La₂O₃을 포함하는 것인 광학 증폭기.
제13항에 있어서, 상기 제1 금속 산화물이 BaO, CaO, Cr₂O₃, CoO, Fe₂O₃, GeO₂, Li₂O, MgO, MnO, NiO, Na₂O, Sc₂O₃, SrO, TiO₂, ZnO 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 광학 증폭기.
(a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하 는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하거나;

(b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유하거나; 또는

(c) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물을 포함하는, 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하는 광학 도파관에 유용한 유리.
제18항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 또는 이들의 다른 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 유리.
제18항에 있어서, 상기 희토류 도핑제가 에르븀을 포함하는 것인 유리.
제18항에 있어서, 상기 REO가 La₂O₃을 포함하는 것인 유리.
제18항에 있어서, 상기 제1 금속 산화물이 BaO, CaO, Cr₂O₃, CoO, Fe₂O₃, GeO₂, Li₂O, MgO, MnO, NiO, Na₂O, Sc₂O₃, SiO₂, SnO₂, SrO, TiO₂, ZnO 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 유리.
제18항에 있어서,

(a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하고;

(b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유하고;

(c) Al₂O₃, REO, ZrO₂ 또는 HfO₂ 이외의 금속 산화물을 포함하는 유리.
제23항에 있어서, 상기 다른 금속 산화물이 TiO₂를 포함하는 것인 유리.
(1) (a) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구 성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하거나;

(b) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 70 중량% 이상을 구성하는, Al₂O₃, REO 또는 Y₂O₃ 중 적어도 하나, 및 ZrO₂ 또는 HfO₂ 중 적어도 하나를 포함하며, 유리의 총 중량을 기준하여 20 중량% 이하의 SiO₂ 및 20 중량% 이하의 B₂O₃을 함유하거나; 또는

(c) 유리의 총 중량을 기준하여 집합적으로 유리의 80 중량% 이상을 구성하는, 40 중량% 이상의 Al₂O₃, 및 Al₂O₃ 이외의 제1 금속 산화물을 포함하는, 희토류 도핑제로 도핑된 유리를 포함하는 광학 도파관에 광학 신호를 입력시키는 단계; 및

(2) 상기 광학 도파관에 펌프 광을 가하여 상기 도파관이 광학 입력 신호에 대한 광학적 이득을 제공하도록 하는 단계

를 포함하는 광학 신호의 증폭 방법.
제1항에 있어서, 상기 기판이 하부 저굴절율 층이고, 상부 저굴절율 층을 추가로 포함하는 광학 도파관.