RU2211812C2

RU2211812C2 - Оптическое волокно для оптического усилителя

Info

Publication number: RU2211812C2
Application number: RU2001110076/03A
Authority: RU
Inventors: Дзонг ХЕО; Донг-чин ЛИ; Се-хо ПАРК; Сун-тае ДЗУНГ; Хиоун-соо КИМ
Original assignee: Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date: 1998-10-13
Filing date: 1999-10-11
Publication date: 2003-09-10
Also published as: AU747960B2; AU6125499A; DE69919733D1; CA2346851C; EP1129043A1; WO2000021898A1; US6347177B1; KR100283954B1; EP1129043B1; KR20000025572A; JP2002527332A; CN1159244C; CA2346851A1; CN1323282A; DE69919733T2

Abstract

Оптическое волокно, используемое для оптического усилителя, которое формируется посредством легирования стекла ионами редкоземельных металлов. Ионы празеодимия (Pr⁺³) и ионы эрбия (Er⁺³) используются в качестве ионов редкоземельных металлов, и стекло является сульфидным стеклом системы Ge-As-Ga-S, Ge-Ga-S, Ge-As-S. Техническая задача изобретения - обеспечение возможности использования волокна на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм. Эффективность усиления света оптического усилителя, изготовленного из оптического волокна, можно увеличить по сравнению с оптическим усилителем, сформированным только из Pr⁺³ или только из Er⁺³. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к оптическим волокнам для использования в оптическом усилителе, а более конкретно к оптическому волокну для использования в оптическом усилителе, который можно применять на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм.

Длина волны света, которая используется в оптической связи, имеет сдвиг относительно длины волны 1,3 мкм в сторону длины волны 1,55 мкм. Обычно ионы празеодимия (Pr⁺³), которые используются для легирования оптического волокна, применяются для усиления оптического сигнала, имеющего длину волны 1,3 мкм, тогда как ионы эрбия (Еr⁺³), которые используются для легирования оптического волокна, применяются для усиления оптического сигнала, имеющего длину волны 1,55 мкм.

В патенте США 5486947 раскрыто оптическое волокно для использования в оптическом усилителе, который может работать с достаточным оптическим коэффициентом усиления на длине волны 1,3 мкм. Оптическое волокно представляет собой оптическое волокно из фторидного стекла, в стеклянной сердцевине которого содержатся ионы редкоземельных металлов и в котором разность показателей преломления между сердцевиной и слоем оболочки превышает 1,4%, и стекло содержит дифторид свинца (PbF₂) в пропорции 25 мол.% или менее, основанной на общем составе для формирования стекла.

В настоящее время излучение с длинами волн 1,3 мкм и 1,55 мкм используется во многих областях, связанных с оптической связью. Таким образом, различные части, которые подходят для каждой длины волны, требуются для построения оптической схемы, при этом дополнительно увеличивается стоимость разработки с учетом стоимости коммутационных блоков для коммутации длин волн.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить оптическое волокно для использования в оптическом усилителе, которое можно применять в диапазонах 1,3 мкм и 1,55 мкм.

Согласно аспекту настоящего изобретения обеспечивается оптическое волокно для оптического усилителя, полученное из стекла, легированного ионами редкоземельных металлов Рr⁺³ и Еr⁺³, и стекло является германий-арсенид-галий-сульфидным (Ge- As-Ga-S), германий-галий-сульфидным (Ge-Ga-S) или германий- арсенид-сульфидным (Ge-As-S) стеклом.

При этом весовое отношение смешивания Рr⁺³ с Еr⁺³ составляет в пределах 1:1 и 1:3.

Кроме того, лазер, имеющий длину волны с возможностью поглощения Еr⁺³, используется в качестве источника света для возбуждения оптического волокна.

При этом в указанном волокне содержание Рr⁺³ составляет 100~1000 частей на миллион и содержание Рr⁺³ составляет 100~5000 частей на миллион.

Содержание Pr⁺³ предпочтительно составляет 100-1000 частей на миллион (ррm), и содержание Еr⁺³ - 100~5000 частей на миллион. Если содержание Pr⁺³ и Еr⁺³ превышает границы указанного диапазона, эффективность усиления света уменьшается незначительно. Кроме того, отношение смешивания Рr⁺³ к Еr⁺³ по весу может находиться в пределах 1:1 и 1:3. Если отношение Рr⁺³ к Еr⁺³ превышает вышеуказанное отношение, количество флуоресцентного излучения на длине волны 1,55 мкм уменьшается. И наоборот, если отношение Рr⁺³ к Еr⁺³ меньше вышеуказанного отношения, усиление на длине волны 1,3 мкм неблагоприятным образом уменьшается.

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает спектр флуоресцентного излучения на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм, соответствующий количеству Еr⁺³ в оптических волокнах, в случае, когда лазерный луч с длиной волны 980 нм облучает оптическое волокно, которое сформировано путем легирования стекла на основе Ge₂₉As₈Ga₁S₆₂ с примесями Рr⁺³ и Er⁺³, в котором флуоресцентное излучение на длине волны 1,3 мкм вызвано электронным переходом Рr⁺³ с уровня ¹G₄ на уровень ³Н₅, в волокнах с примесями Pr⁺³, и флуоресцентное излучение на длине волны 1,55 мкм вызвано переходом ⁴I_13/2-->⁴I_15/2 в волокнах с примесями Еr⁺³;
фиг. 2 изображает график, показывающий время жизни флуоресценции Рr⁺³ на уровне ¹G₄ и Еr⁺³ на уровне ⁴I_13/2 и уровне ⁴I_11/2 в зависимости от количества Еr⁺³ в оптических волокнах в случае, когда лазерный луч, имеющий длину волны 980 нм, облучает оптическое волокно, сформированное путем легирования стекла на основе Ge₂₉As₈Ga₁S₆₂ с примесями Рr⁺³ и Еr⁺³;
фиг. 3 изображает схему, иллюстрирующую передачу энергии между ионами Pr⁺³ и Еr⁺³;
фиг.4 показывает спектр флуоресцентного излучения на длине волны 1,3 мкм при электронном переходе Рr⁺³ с уровня ¹G₄ на уровень ³H₅, когда лазерный луч, имеющий длину волны 1020 нм, облучает оптическое волокно, сформированное путем легирования стекла на основе Ge₂₉As₈Ga₁S₆₂ с примесями Рr⁺³;
фиг. 5 изображает спектр флуоресцентного излучения на длине волны 1,55 мкм при электронном переходе Еr⁺³ с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2 в случае, когда лазерный луч, имеющий длину волны 980 нм, облучает оптическое волокно, сформированное путем легирования стекла Ge₂₉As₈Ga₁S₆₂ с примесями Er⁺³; и
фиг.6 изображает спектр флуоресцентного излучения на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм в соответствии с величиной Рr⁺³ в оптических волокнах, когда лазерный луч, имеющий длину волны 980 нм, попадает в оптическое волокно, которое сформировано путем легирования стекла Ge₂₉As₈Ga₁S₆₂ с примесями Рr⁺³ и Еr⁺³, в котором флуоресцентное излучение на длине волны 1,3 мкм происходит благодаря электронному переходу Рr⁺³ с уровня ¹G₄ на уровень ³Н₅, и флуоресцентное излучение на длине волны 1,55 мкм происходит благодаря электронному переходу Er⁺³ с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2.

Настоящее изобретение предусматривает оптическое волокно для использования в оптическом усилителе, который можно применять на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм, при использовании лазерного луча с длиной волны 980 нм в качестве источника света для возбуждения оптического волокна, сформированного на основе примесей Рr⁺³ и Еr⁺³. В настоящем изобретении термин "волокна" относится к формам волокон, имеющих широкий диапазон диаметров, а не только к тонким волокнам, например волокно может иметь диаметр 5-100 мм. В настоящем изобретении волокно содержит Pr⁺³ и Er⁺³, в котором максимальный пик поглощения Er⁺³ в лазерном луче с длиной волны 980 нм находится на уровне ⁴I_11/2. В этом случае два иона возбуждаются одновременно, при этом Pr⁺³ излучает флуоресценцию на длине волны 1,3 мкм, и Er⁺³ излучает флуоресценцию на длине волны 1,55 мкм. В частности, как показано на фиг.3, время жизни флуоресценции Pr⁺³ на уровне ¹G₄ увеличивается благодаря переносу энергии от Er⁺³, при этом эффективность усиления света увеличивается по сравнению с известным оптическим волокном, который содержит только Pr⁺³.

В настоящем изобретении фторидное или сульфидное стекло предпочтительно используется для того, чтобы минимизировать релаксацию колебаний кристаллической решетки Pr⁺³ с уровня ¹G₄ на уровень ³F₄. Фторидное стекло может быть стеклом ZBLAN, которое является фторидом, содержащим цирконий (Zr), барий (Ва), лантан (La), алюминий (Аl) и натрий (Na), и сульфидное стекло может быть стеклом на основе германий-арсенид-галий-серы (Ge-As-Ga-S) или Ge-As-S. В этом случае при использовании сульфидного стекла можно дополнительно минимизировать релаксацию колебаний решетки Pr⁺³ с уровня ¹G₄ на уровень ³F₄ по сравнению со случаем использования фторидного стекла. Однако при использовании фторидного стекла, а не сульфидного стекла, обычно упрощается производство оптического волокна.

Для того чтобы максимизировать эффективность усиления света на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм, весовое отношение смешивания Рr⁺³ и Еr⁺³ регулируется в пределах 1:1 и 1:3.

Настоящее изобретение описывается с использованием следующих ниже примеров, однако эти примеры являются только иллюстративными и не ограничивают настоящее изобретение.

Сравнительный пример 1
Ge, As, Ga и S, имеющие чистоту 99,999% или более, были взвешены при атомном отношении 29:8:1:62 в защитной камере, где содержание группы гидроокиси (ОН) и кислорода поддерживалось на уровне 10 частей на миллион или менее, и порошок металла Рr добавляли в количестве 300 частей на миллион для того, чтобы добавить Pr⁺³.

После заполнения пробирки из SiO₂ вышеупомянутым составом пробирка оставалась в условиях вакуума 0,1 мТорр в течение предварительно определенного периода времени. Затем пробирку делали воздухонепроницаемой путем запайки ее с помощью пропанокислородного пламени.

После этого пробирку вводили в качающуюся печь для окончательного перемешивания состава, который содержится в пробирке, и полученный в результате состав поддерживался при температуре 950^oС в течение 12 часов. Затем пробирку закаляли на воздухе и нагревали в печи, в которой поддерживалась температура 400^oС в течение 1 часа. После процесса нагревания пробирку медленно охлаждали до комнатной температуры и разламывали на куски, получая в результате оптическое волокно, сформированное из сульфидного стекла Ge₂₉As₈Ga₁S₆₂ с примесями Pr⁺³, в котором величина релаксации колебаний решетки была незначительной. Оптическое волокно вырезали в виде диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали.

Затем измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча, имеющего длину волны 1017 нм, в качестве источника возбуждения света. При этой длине волны Pr⁺³ на уровне ¹G₄ имел максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение наблюдалось на длине волны 1,3 мкм (фиг.4), что вызвано электронным переходом Рr⁺³ с уровня ¹G₄ на уровень ³H₅, и время жизни флуоресценции составило 305 мкс (фиг.2).

Сравнительный пример 2
Оптическое волокно было изготовлено тем же самым способом, как и в сравнительном примере 1, за исключением того, что вместо Рr⁺³ использовался Er⁺³. В качестве источника Er⁺³ использовался Еr₂S₃. Затем оптическое волокно разрезали в форме диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. Затем измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча, имеющего длину волны 980 нм, в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Er⁺³ на уровне ⁴I_11/2 имел максимальное поглощение света.

В результате наблюдалось (фиг.5) флуоресцентное излучение на длине волны 1,55 мкм, которое вызвано электронным переходом Еr⁺³ с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2, и время жизни флуоресценции на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 составило соответственно 2100 мкс и 3400 мкс (фиг.2).

Пример 1
Оптическое волокно было изготовлено тем же самым способом, как и в сравнительном примере 1, за исключением того, что Er⁺³ был дополнительно добавлен в количестве 300 частей на миллион вместе с 300 частей на миллион Pr⁺³. Затем оптическое волокно разрезали в форме диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. После этого измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча, имеющего длину волны 980 нм, в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Еr⁺³ на уровне ⁴I_11/2 показал максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение Рr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ¹G₄ на уровень ³H₅, и флуоресцентное излучение Еr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2 наблюдалось одновременно на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм соответственно (фиг.1 - (а)). Интенсивность флуоресценции увеличивалась на каждой длине волны по сравнению со сравнительными примерами 1 и 2. Кроме того, время жизни флуоресценции Pr⁺³ на уровне ¹G₄ составило 605 мкс, и время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 составило соответственно 824 мкс и 3120 мкс (фиг.2).

В соответствии с примером 1 (фиг.3) одновременное излучение флуоресценции на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм происходило благодаря эффективному переносу энергии, который показан "b". Таким образом, оптическое волокно, полученное в примере 1, можно использовать на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм.

Кроме того, время жизни флуоресценции Рr⁺³ на уровне ¹G₄ было значительно увеличено до 605 мкс по сравнению со сравнительным примером 1, и эффективность усиления света на длине волны 1,3 мкм была дополнительно увеличена путем добавления Рr⁺³ и Er⁺³. Однако время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровне ⁴I_11/2 составило 3120 мкс, что меньше, чем в сравнительном примере 2, и, таким образом, ниже эффективность усиления света. Это происходит из-за переноса энергии, который показан "е".

Пример 2
Оптическое волокно было изготовлено тем же самым способом, как и в сравнительном примере 1, за исключением того, что 500 частей на миллион Еr⁺³ было дополнительно добавлено вместе с 300 частями на миллион Pr⁺³. Затем оптическое волокно разрезали на диски (имеющие диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. После этого измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча, имеющего длину волны 980 нм, в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Er⁺³ на уровне ⁴I_11/2 показал максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение Pr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ¹G₄ на уровень ³H₅, и флуоресцентное излучение Er⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2, наблюдалось одновременно на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм соответственно (фиг.1 - (b)). Интенсивность флуоресценции была увеличена на каждой длине волны по сравнению со сравнительными примерами 1-2. Кроме того, время жизни флуоресценции Рr⁺³ на уровне ¹G₄ составило 760 мкс, и время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 составило 1740 мкс и 2910 мкс соответственно (фиг.2).

Согласно примеру 2 (фиг. 3) одновременное флуоресцентное излучение на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм происходило благодаря эффективному переносу энергии, показанному с помощью "b". Кроме того, время жизни флуоресценции Рr⁺³ на уровне ¹G₄ было значительно увеличено до 760 мкс по сравнению со сравнительным примером 1 и примером 1, и время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровне ⁴I_13/2 было уменьшено до 2910 мкс по сравнению со сравнительным примером 2 и примером 1.

Из приведенного выше результата можно увидеть, что перенос энергии, обозначенный с помощью "b" и "е", происходит более эффективно в том случае, когда содержание Еr⁺³ увеличивается. Однако время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровне ⁴I_11/2 было увеличено до 1740 мкс по сравнению с примером 1. В результате, было сделано заключение, что так как Еr⁺³, который не участвует в переносе энергии, который показан с помощью "b", увеличивается, то степень переноса энергии в направлении, показанном с помощью "b", уменьшается.

Пример 3
Оптическое волокно было изготовлено тем же самым способом, как и в сравнительном примере 1, за исключением того, что 700 частей на миллион Еr⁺³ было дополнительно добавлено вместе с 300 частями на миллион Рr⁺³. Затем оптическое волокно вырезали в виде диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. После этого измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча, имеющего длину волны 980 нм, в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Еr⁺³ на уровне ⁴I_11/2 показал максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение Pr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ¹G₄ на уровень ³Н₅, и флуоресцентное излучение Еr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2, наблюдалось одновременно на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм соответственно (фиг.1 - (с)). Интенсивность флуоресценции увеличивалась на каждой длине волны по сравнению с примерами 1-2. Кроме того, время жизни флуоресценции Pr⁺³ на уровне ¹G₄ составило 769 мкс, и время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 составило 1760 мкс и 2920 мкс соответственно (фиг.2).

В соответствии с примером 3, так как содержание Еr⁺³ увеличилось, то время жизни флуоресценции Рr⁺³ на уровне ¹G₄ немного возросло. Это происходит из-за увеличения переноса энергии, которая обозначена как "b" (фиг.3). Однако Er⁺³ добавляли для увеличения времени жизни флуоресценции на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2, таким образом получая в результате небольшое увеличение времени жизни флуоресценции Pr⁺³ на уровне ¹G₄. То есть эффективность усиления света на длине волны 1,55 мкм имела тенденцию к увеличению при увеличении времени жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровне ⁴I_13/2.

Пример 4
Оптическое волокно было изготовлено тем же самым способом, как и в сравнительном примере 1, за исключением того, что 1000 частей на миллион Еr⁺³ было дополнительно добавлено вместе с 300 частями на миллион Pr⁺³. Затем оптическое волокно вырезали в виде диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. После этого измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча с длиной волны 980 нм в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Er⁺³ на уровне ⁴I_11/2 показал максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение Pr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ¹G₄ на уровень ³H₅, и флуоресцентное излучение Еr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2, наблюдали одновременно на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм соответственно (фиг.1 - (d)). Интенсивность флуоресценции увеличилась на каждой длине волны по сравнению с примерами 1-3. Кроме того, время жизни флуоресценции Рr⁺³ на уровне ¹G₄ составило 881 мкс, и время жизни флуоресценции Er⁺³ на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 составило соответственно 2030 мкс и 3340 мкс (фиг.2).

Согласно примеру 4 (фиг. 3) одновременное флуоресцентное излучение на длине волны 1,3 мкм с помощью Pr⁺³ на уровне ¹G₄ и на длине волны 1,55 мкм с помощью Er⁺³ на уровне ⁴I_13/2 происходило благодаря эффективному переносу энергии, обозначенному как "b". Кроме того, время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 показало максимальные уровни. Таким образом, можно увидеть, что соотношения смешивания Pr⁺³ и Еr⁺³ в этом варианте осуществления показывает максимальную эффективность усиления света на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм.

Пример 5
Оптическое волокно было изготовлено тем же самым способом, как и в сравнительном примере 1, за исключением того, что 1500 частей на миллион Еr⁺³ было дополнительно добавлено вместе с 300 частями на миллион Pr⁺³. Затем оптическое волокно вырезали в виде диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. После этого измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча с длиной волны 980 нм в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Еr⁺³ на уровне ⁴I_11/2 проявлял максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение Pr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ¹G₄ на уровень ³Н₅, и флуоресцентное излучение Еr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2, наблюдалось одновременно на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм соответственно (фиг. 1 - (е)). Интенсивность флуоресценции была насыщенной, то есть на максимальном уровне при каждой длине волны. Кроме того, время жизни флуоресценции Рr⁺³ на уровне ¹G₄ составило 794 мкс, и время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровням ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 составило 1870 мкс и 3240 мкс соответственно (фиг.2).

В соответствии с примером 5 (фиг.3) одновременное флуоресцентное излучение на длине волны 1,3 мкм у Рr⁺³ на уровне ¹G₄ и на длине волны 1,55 мкм у Еr⁺³ на уровне ⁴I_13/2 происходило благодаря эффективному переносу энергии, обозначенному как "b". Время жизни флуоресценции Еr⁺³ на уровнях ⁴I_11/2 и ⁴I_13/2 немного уменьшилось по сравнению с примером 4, так как передача энергии, показанная с помощью "b" и "е", была насыщенной.

Пример 6
Ge, Ga и S, имеющие чистоту 99,999% или более, были взвешены при атомном отношении 25:5:70 в защитной камере, где содержание гидроокиси группы (ОН) и кислорода поддерживалось на уровне 10 частей на миллион или менее, и было добавлено 300 частей на миллион Pr⁺³ и 300 частей на миллион Еr⁺³.

После заполнения пробирки из SiO₂ составом, пробирка находилась в условиях вакуума под давлением 0,1 мТорр в течение предварительно определенного периода времени. Затем пробирку герметизировали путем запайки ее при помощи пропанокислородного пламени.

После этого пробирку вводили в качающуюся печь для полного перемешивания состава, содержащегося в пробирке, и полученный в результате продукт поддерживался при температуре 950^oС в течение 12 часов. Затем пробирку закаляли на воздухе и нагревали в печи, при температуре 260^oС в течение 1 часа. После процесса нагревания пробирку медленно охлаждали до комнатной температуры и разламывали на куски, получая в результате оптическое волокно, сформированное из сульфидного стекла Ge₂₅Ga₅S₇₀ с примесями Pr⁺³ и Er⁺³, в котором величина релаксации колебаний решетки была небольшой.

Оптическое волокно вырезали в виде диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. Затем измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча, имеющего длину волны 980 нм, в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Еr⁺³ на уровне ⁴I_11/2 имел максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение Pr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ¹G₄ на уровень ³Н₅, и флуоресцентное излучение Еr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2, наблюдали одновременно на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм соответственно (фиг.6 - (а)).

Из примера 6 видно, что стекло Ge-Ga-S с примесями Pr⁺³ и Еr⁺³ и стекло Ge-As-Ga-S с примесями Рr⁺³ и Еr⁺³ можно использовать в качестве материала оптического усилителя, который можно применять на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм.

Пример 7
Оптическое волокно было изготовлено тем же самым способом, как и в примере 6, за исключением того, что количество Pr⁺³ было увеличено до 500 частей на миллион.

Затем оптическое волокно вырезали в виде диска (имеющего диаметр 10 мм и толщину 3 мм) и полировали. Затем измеряли полученный в результате спектр флуоресценции и время жизни флуоресценции с использованием лазерного луча, имеющего длину волны 980 нм, в качестве источника возбуждения света. На этой длине волны Еr⁺³ на уровне ⁴I_11/2 имел максимальное поглощение света.

В результате, флуоресцентное излучение Pr⁺³, которое вызвано электронным переходом с уровня ¹G₄ на уровень ³H₅, и флуоресцентное излучение Еr⁺³, которое было вызвано электронным переходом с уровня ⁴I_13/2 на уровень ⁴I_15/2, наблюдалось одновременно на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм соответственно (фиг. 6 - (b)). Кроме того, так как количество Pr⁺³ было увеличено, передача энергии в направлениях, показанных с помощью "b" и "е" (фиг. 3), увеличилась. В результате, интенсивность флуоресценции Pr⁺³ на уровне ¹G₄ увеличилась на длине волны 1, 3 мкм, тогда как интенсивность флуоресценции Еr⁺³ на уровне ⁴I_13/2 уменьшилась на длине волны 1,55 мкм. Однако скорость, при которой интенсивность флуоресценции возрастает на длине волны 1,3 мкм, стала меньше, чем скорость, при которой интенсивность флуоресценции уменьшается на длине волны 1,55 мкм, и, таким образом, можно сделать вывод, что передача энергии, показанная с помощью "е", имеет большую скорость по сравнению со скоростью, показанной с помощью "b".

Суммируя результаты, ясно, что увеличение концентрации Рr⁺³ нежелательно.

Как описано выше, оптическое волокно, которое используется в оптическом усилителе согласно настоящему изобретению, можно применять на длинах волн 1,3 мкм и 1,55 мкм, увеличивая при этом эффективность усиления света по сравнению с известным волоконно-оптическим усилителем, содержащим только Pr⁺³.

Claims

1. Оптическое волокно для оптического усилителя, полученное из стекла, легированного ионами редкоземельных металлов Рr⁺³ и Er⁺³, и стекло является германий-арсенид-галий-сульфидным (Ge-As-Ga-S), германий-галий-сульфидным (Ge- Ga -S) или германий-арсенид-сульфидным (Ge-As-S) стеклом.

2. Оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что весовое отношение смешивания Рr⁺³ с Еr⁺³ составляет в пределах 1: 1 и 1: 3.

3. Оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что лазер, имеющий длину волны с возможностью поглощения Еr⁺³, используется в качестве источника света для возбуждения оптического волокна.

4. Оптическое волокно по п. 1, отличающееся тем, что содержание Рr⁺³ составляет 100~ 1000 частей на миллион, и содержание Еr⁺³ составляет 100~ 5000 частей на миллион.