TW482746B - SPCVD silicate glasses - Google Patents

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 482746 公告本 五、發明叙明（丨） … 本發明係關於藉由表面電漿化學汽相沉積法製造出氟 化以及氮化之矽酸鹽玻璃。新穎的玻璃有用於作為增益平 坦化摻雜Er3光纖放大器。本發明包含使用表面電漿化學 汽相沉積法製造出摻雜稀土族元素含氟之玻璃。 相關技術： 摻雜Er3+光纖放大器藉由提供全光學高增益低噪訊放 大而不需要電子再發器已促使光學通訊產生巨大改變。不 過目前放大器並不適合於多頻道放大，其由於增益與波長 之函數有強烈關連性所致。氟鋁矽酸鹽玻璃在153〇_156{) run波長頻帶產生良妤的增益平坦性優於形式!及形式丨j之 矽石。此能夠促使同時地均勻放大多個波長，以在光纖以 及平面裝置中提高4-32x頻帶寬度。此亦使高數據傳輸率 通訊系統實用以及產生優點。例如，總容量為16〇Gb/S216 頻道10Gb/s(0(H92標準）或甚至於76· 8Gb/s之32頻道2.4 Gb/s(0O48標準）為可能的。 最近發：展顯示出摻雜Er3+氟化矽石增強1550nm螢光頻 寬發射。該方式顯示出添加Al2〇3將提高螢光線性寬度以 及Er3+溶解度。 發明大要： 本發明將氟，Al2〇3及/或Ge203加入以產生較為寬廣E产 勞光及改善155〇nm通訊頻窗之增益平坦性。除此，SPCVD能 夠加入大量F，A1203以及N於低損耗之光纖内，其將影響稀 土族元素之特性。SPCVD產生具有高含量氟，A1203，及氮之 先纖預製侔。這些高度氟化玻璃產生較為寬廣Er3+發射優 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公酱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

482746 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（：？） 於加強式多頻道放大器形式I或形式II矽石。SPCVD成功地 使矽石氣代化，其損耗低於5dB/km以及提高Er3+發射寬度。 本發明摻雜稀土族元素玻璃組成份以重量百分比表示包含:0-95% Si02，0-95% Ge02，0-15% Ai203，0-15% Ga203, 2- 10%F，0- 10%N，0·0卜2·0%¾03，其中Si02+Ge02在80- 95%範圍内，F在2-10%範圍内以及R203為稀土族元素氧化物。 例如為Si02+Ge02—和為完全地可相互的、除此，每一 3丨02及 GeO#0-95%範圍内以及Si02+Ge02界於80與95%之間。 附圖簡單說明： 第一圖為曲線圖顯示出本發明之Er3+螢光效應。 第二圖為曲線圖顯示出本發明氟化以及氮化預製件之 徼探測組成份數據。 詳細說明： 大部份由CVD製造摻雜氟之鋁矽酸鹽粉塵常導致失去 A1203以及Ge02,其由於AF3以及GeF4高蒸汽壓所致。此得 到較大螢光線性寬度以及提高稀土族元素溶解度。SPCVD 處理法沉積出密實之玻璃以及為非粉塵。不像外側汽相沉 積法(OVD)，SPCVD將防止揮#性成份例如為F溢失。電漿環 境產生獨特的化學性，其藉由將原料解離為電漿。SPCVD亦 能夠將氮加入，其對Er3+作用產生優點，其係藉由將稀土族 元素置於高電場環境中而達成。 高達55nm FWHM之寬廣Er螢光發射已在熔融坩堝玻璃 中達成，但是熔融坩堝並無法製造出光纖損耗小於100dB/ km。SPCVD製造出高純度以及低損耗(<5dB/km)高氟含量玻 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、νφ·

τ

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21〇Χ297公釐） 4482746 A7 B7 五、發明説明（3 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 璃因並得到具有CVD低損耗熔融坩堝玻璃‘寬度。 Si〇2為玻璃主要成份以保持與現存光纖以及處理過程 相匹配。加入3%重量比Al#3可相當地擴寬Er3+發射，同時 F添加將填充1540nm區域以及更進一步擴展Er3+發射範圍。 優先地，加入N含量在2· 5至5.0%重量比範圍内。優先實 施例只考慮F，只有N或F與N同時存在。 利用一種稀土族元素掺雜玻璃以提昇發射及吸收頻譜 為需要的，如先前所說明。因而，本發明玻璃包含稀土族元 素氧化物例如為 Y，La，Ce, Pr，Nd，Pm，Sbi，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho， Er，Tm，Yb或Lu。優先地，稀土族元素為Er，Pr，Eu或Dy。優 先地稀土族元素為Er(例如為Er203)。 玻璃亦可包含各種其他成份。例如，玻璃可更進一步 包含0-5%重量比之其他氧化物例如為Ta2〇5, B2〇3, SnO， Zr02, P2〇5, Sb205, As2034Bi203。 所有光學放大器以及特別是摻雜餌光纖放大器由於具 有多項優點而已廣泛地配置於光纖通訊系統令，該形式之 裝置優於再發器形式之放大方式。例如，摻雜餌光纖放大 器（EDFA)很方便地操作於1550nm第三通訊頻窗中，其具有 高度地對偏極性並不靈敏之增益，在不同波長間為低串音 的，良好飽和輸出功率，以及嗓訊特性與基本量子限制接近 。良好嗓訊特性能夠使數百個放大器沿著通訊幹線長度加 入，其距離能夠超過數千公里。光學放大器，以及特別是與 電子再發器成對比之EDFA對數據傳輸速率，訊號傳送袼式 以及限制範圍波長為人們清楚地了解，其特別有用於作為 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

本紙張尺度通用宁國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 482746 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（十） ，. 波長多工通訊系統，其同時地傳送大量訊號，每一訊號使用 不同的波長。 範例1: 圖1顯示出標準化Er3+發射強度為波長之函數。在純 Si02(曲線I)中Er3+發射頻譜為最狹窄的。添加氟（曲線π) 以及Al2〇3(曲線III)顯著地擴展發射分別地由23nm至28及 44nm FWHM。小於2dB/km損耗在兩種系統中達成。籍由合 併F以及A1203，寬度更進一步提高至5〇nm(曲線IV)。藉由 添加適當的玻璃改善劑例如為CaO以及Ta205或心0及Sb203 將可達成超過55nm發射FWHM。曲線V顯示出由CaO-Ta205-Al2〇3 - Si02玻璃發出之螢光。 圖2顯示出F，N及Er能夠同時地摻雜於預製件中。N3— 陰離子具有高電荷，其顯著地改變放大特性。共同加入F及 N亦為有益的，因為一個F—以及一個N3—能夠替代兩個02—以 形成類似氧化物之結構。 範例II (先前技術） 摻雜Al2〇3為目前使用於形式11 EDFA以提高Er3+溶解 度以及增益平坦性而優於純Si02。不過，這些組成份只產 生30%之40簡頻帶增益漣波以及在高含量（大於數個重量百 分比）之A1203將有傾向產生失透化。本發明玻璃產生小於 20%之40咖頻帶增益漣波因而對多頻道EDFA為所需要的。 氟化物玻璃例如為 ZBLAN(53ZrF4-20BaF2-4LaFf3A1F3 -20NaF，以莫耳百分比表示）亦已知為增益平坦性以及低光 子能量。‘其必需以1480nm泵運，其由於向上反轉所致，以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

482746 五、發明説明（) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 以1480ηιη泵運，其將會提高噪訊。其十分難以纖維化，難以 融合拼接以及容易產生失透化以及耐久性不良。 這些玻璃提供一種方式以產生低損耗摻雜豨土族光纖 ，其具有改良增益平坦性以提高頻道容量。由該方法產生 之光纖可作融合拼接，與現有抽拉方法相匹配以及可應用 於纖維以及平面放大器。 本發明包含製造摻雜稀土族元素表面電漿化學沉積摻 雜氟之玻璃，其藉由電漿沉積密集高純度玻璃達成，其中揮 發性玻璃損耗將被抑制。電漿被形成以及使用電漿環境以 解離將產生反應作用之玻璃成份原料以及形成密實玻璃沉 積物，同時抑制揮發成份例如為F之損失。除了提供摻雜稀 土族玻璃，其包含有益的氟含量以及含氟玻璃組成份，因為 揮發性氟成份之揮發損耗被抑制。本發明亦包含藉由使用 反應作用電漿環境摻雜氮而將氮加入該玻璃中。製造該摻 雜稀土族元素之表面電漿化學汽相沉積以摻雜氟玻璃包含 製造光學放大器玻璃，其藉由電漿化學沉積摻雜稀土族元 素及氟光學放大玻璃製造出，其中抑制揮發性玻璃成份例 如為氟之揮發損失。該電漿沉積包含產生有益的高純度摻 雜氟之氧化物玻璃化學特性，其將形成有益的光學放大特 性例如為小於100 dB/kffl之低損耗;在1550咖波長區域$ 5 dB/km及寬廣Er3+發射頻譜以及FWHM大於44nm及40nm Er3+ 頻帶增益漣波小於20%。 除了這些實施例，熟知此技術者能夠由上述說明作許 多變化及'改變，但是其並不會脫離本發明之精神及範圍。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 482746

   經濟部中央標準局員工消費合作社印製 1. 一種摻雜稀土族元素表面電漿化學汽相沉積摻雜氟之破 璃，該玻璃以重量百分比表示包含:0-95% Si02，0-95% Ge02, 0-15% Al2〇3，0-15% Ga203, 2-10% F, 0-10% N, 0.01:2.0% R203，其中SiO2+GeO#80_95%重量比範圍内， Al203+GaA在5-15%重量比範圍内，以及R2〇3為稀土族元 素氧化物，其中摻雜氟玻璃為高純度沉積密實玻璃，其中 將防止氟之揮發損失。 2. 依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中F及N在2· 5¾至5. 0% 重量比範圍内。 3·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中玻璃之1550施損耗 小於 100 dB/kin。 4·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中含有至少3%重量比 Al2 〇3 ° 5·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中R203為Y,La，Ce，Pr ，Nd, Pm，Sm，Eu，Gd, Tb, Dy，Ho, Er，Tm，Yb，或Lu之稀土族元素 氧化物。 6·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中R為Er，Pr，Eu或Dy 之稀土族元素氧化物。 7·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中R203為Er203。 8·依據申請專利範圍第3項之玻璃，其中玻璃使用作為光纖 放大器。 9·依據申請專利範圍第8項之玻璃，其中玻璃光纖構成光學 放大裝置。 10·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中玻璃製造出電子 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ——·——， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— 482746 A8 B8 C8 ______ D8 六、申請專利範圍

   經濟部中央標率局貝工消費合作社印製 光學裝置。 11· 一種摻雜稀土族元素铒及氟之表面電漿化學汽相沉積 玻璃，該玻璃以重量百分比表示包含:〇_95% Si〇2，〇 —95% Ge〇2，3-15% Al2〇3，0-12% Ga2〇3，2-10% F，0-10% N, 〇· 01 -2· 0% IM)3,其中Si〇2+Ge〇2在80-95%重量比範圍内， Al2〇3+Ga2〇3在5-15%重量比範圍内，以及心〇3為如〇3,其 中摻雜氟玻璃由解離電漿所構成，其中將防止氟之揮發損 失。 12·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中玻璃155〇nm損耗 小於100 dB/km以及Er3+發射頻譜FWHM>44nm。 13.依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中玻璃i55〇nm損耗 小於5 dB/km以及Er3+發射頻譜之FWHM-50nm。 14·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中玻璃i550nm損耗 小於5 dB/km以及Er3+發射頻譜之FWHM^55nm。 15·依據申請專利範圍第1項之玻璃，其中玻璃具有4〇nm Er3+頻帶增益漣波小於20°/〇。 16. 依據申請專利範圍第13項之玻璃，其中玻璃具有40nm Er3+頻帶增益漣波小於20°/〇。 17. 依據申請專利範圍第1項之破璃，其中玻璃同時地摻雜 F，N以及Er，以Γ以及N3_替代氧以形成類似氧化物玻璃結 構。 18. 依據申請專利範圍第16項之玻璃，其中玻璃構成光學放 大器。 19. 依據申請專利範圍第11項之玻璃，其中玻璃具有1550nm (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ -—I--夂訂----- 木紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X W7公瘦）

   482746 A8 B8 C8 ----— D8 六、申請專利範圍 損耗小於5 dB/km，Er3+發射頻譜之丽祕咖及仙蘭Er3+ 頻帶增益漣波小於20%。 20· -種製造雜稀土料素麵之方法，該綠包含提供 稀土族元素摻_原料以錄補，碱反應侧電聚，將 原料解離為錢以及沉難密實摻雜稀土族元素及敗玻璃 ，其中將防止氟之揮發損失。 21· —種製造摻雜稀土族元素光學波導放大器之方法，該玻 璃具有寬廣Er3+發射頻譜之FWHM>44nm以及1550nm損耗< 100 dB/km，該方法包含提供稀土族元素摻雜劑原料以及氟 原料，开>成反應作用電漿，將原料解離為電漿以及沉積密實 摻雜稀土族元素及氟玻璃，其中將防止氟之揮發損失。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 雜· 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 一 s 適 準 ί榡I家 國 國 A4 VH/ S N 一嗜 29