(57)【要約】【課題】利得特性を更に改善し得る増幅用光ファイバを提供する。【解決手段】本発明の蛍光ガラス体は、ＳｉＯ２ベースのガラス中にＥｒ元素および特定元素が添加される。特定元素は、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.２８ｎｍ以上となる２価の元素、または、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.１８ｎｍ以上となる３価の元素である。さらにＡｌ元素およびＢ元素の添加濃度が特定元素の添加濃度より小さいのが好ましい。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２ベースのガラス中にＥｒ元素および特定元素が添加され、
前記特定元素の原子が、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.２８ｎｍ以上となる２価の元素、または、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.１８ｎｍ以上となる３価の元素である、
ことを特徴とする蛍光ガラス体。
【請求項２】
前記ガラス中においてＡｌ元素およびＢ元素の添加濃度が前記特定元素の添加濃度より小さいことを特徴とする請求項１に記載の蛍光ガラス体。
【請求項３】
前記ガラス中においてＥｒ原子数がＳｉ原子数に対して１／１００〜１／６０００の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ガラス体。
【請求項４】
前記ガラス中において前記特定元素の原子数がＳｉ原子数に対して７／２０以下であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ガラス体。
【請求項５】
前記ガラス中に１価のカチオンが添加されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光ガラス体。
【請求項６】
前記ガラス中においてカチオン数がＳｉ原子数に対して１／１０００以下であることを特徴とする請求項５に記載の蛍光ガラス体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の蛍光ガラス体を導波部に有する増幅用光導波体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＯ２ベースのガラス中にＥｒ元素が添加された蛍光ガラス体およびそれを導光部として有する増幅用光導波体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、大容量の情報を高速に長距離伝送するため、多波長の信号光を多重化して光ファイバ伝送路により伝送するとともに、中継局において多波長の信号光を一括して光増幅する。一般に、信号光波長帯域として１.５５μｍ帯が用いられ、また、この波長帯域の信号光を光増幅する光増幅器としてＥｒ元素添加光ファイバ増幅器が用いられる。
【０００３】
Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器は、ＳｉＯ２ベースのガラス中にＥｒ元素が添加されたコアを有する増幅用光ファイバ（ＥＤＦ: Erbium-Doped Fiber）を光増幅媒体として備える。Ｅｒ元素添加光ファイバ増幅器は、Ｅｒ元素を励起し得る波長（０.９８μｍ帯または１.４８μｍ帯）の励起光を増幅用光ファイバに供給して、この増幅用光ファイバにおいて信号光（１.５５μｍ帯）を光増幅する。
【０００４】
Ｅｒ元素添加ガラスを導波部に有する増幅用光ファイバは、Ｅｒ元素添加ガラス中にＡｌ元素が共添加されることにより、利得特性が改善することが知られている（特許文献１、非特許文献１）。すなわち、Ａｌ元素の共添加により、Ｅｒ蛍光スペクトルがブロード化するとともに、光増幅器としての利得平坦性が改善されることが知られている。これは、Ａｌ元素の共添加によりＥｒ-Ｏ配位数が増加し、この構造変化により配位子場が変化することによると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２７９０６６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】春名徹也、他、「Ｅｒ添加ファイバにおけるＥｒ配位構造の解析」、２００８年１月、ＳＥＩテクニカルレビュー、第１７２号、第１２５頁〜第１２９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、更に大容量の情報を高速に長距離伝送するには、Ｅｒ元素添加ガラスを用いた増幅用光ファイバの利得特性を更に改善（利得平坦化による広帯域化）する必要があるが、Ｅｒ元素に加えてＡｌ元素が共添加されたＥｒ元素添加ガラスを用いた増幅用光ファイバでは限界がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、利得特性を更に改善し得る蛍光ガラス体およびそれを導光部として有する増幅用光導波体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る蛍光ガラス体は、ＳｉＯ２ベースのガラス中にＥｒ元素および特定元素が添加され、特定元素の原子が、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.２８ｎｍ以上となる２価の元素、または、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.１８ｎｍ以上となる３価の元素であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る蛍光ガラス体は、ガラス中においてＡｌ元素およびＢ元素の添加濃度が特定元素の添加濃度より小さいのが好適である。ガラス中においてＥｒ原子数がＳｉ原子数に対して１／１００〜１／６０００の範囲であるのが好適である。また、ガラス中において特定元素の原子数がＳｉ原子数に対して７／２０以下であるのが好適である。
【００１１】
本発明に係る蛍光ガラス体は、１価のカチオンが添加されているのが好適であり、この場合、カチオン数がＳｉ原子数に対して１／１０００以下であるのが好適である。
【００１２】
本発明に係る増幅用光導波体は、上記の本発明に係る蛍光ガラス体を導波部に有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る蛍光ガラス体およびそれを導波部に有する増幅用光導波体は利得特性を更に改善し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＥＤＦにおける波長１.５５μｍ帯での発光に寄与するエネルギーダイアグラムを示す図である。
【図２】Ａｌ元素が共添加された場合と、そうでない場合とで、Ｅｒ元素添加ガラスの蛍光スペクトルを比較して示す図である。
【図３】結晶とガラスとでＥｒ原子に対するＯイオン配位構造を比較して示す模式図である。
【図４】分子動力学シミュレーションを説明する図である。
【図５】分子動力学シミュレーションにより得られたＥｒ元素添加ガラス構造モデルの一例を示す図である。
【図６】分子動力学シミュレーションにより得られたＥｒ原子の周囲に存在する酸素の配位数を示すグラフである。
【図７】分子動力学シミュレーションにより得られたＥｒ-Ｏペア数とＥｒ-Ｏ距離との関係を模式的に示す図である。
【図８】分子動力学シミュレーションにより得られたＥＤＦ構造から計算される蛍光スペクトルを示す図である。
【図９】Ｅｒ-Ｏペア数とＥｒ-Ｏ距離との関係を模式的に示す図である。
【図１０】Ｓｉ-Ｏ、Ａｌ-Ｏ、Ｅｒ-Ｏの各原子間の力と距離との関係を模式的に示す図である。
【図１１】ＳｉＯ２ガラスのネットワークにおけるＥｒ原子の周辺の配位を模式的に示す図である。
【図１２】１価の元素Ｍを共添加した場合の、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２９ｎｍ以内でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。
【図１３】２価の元素Ｍを共添加した場合の、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２９ｎｍ以内でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。
【図１４】３価の元素Ｍを共添加した場合の、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２９ｎｍ以内でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。
【図１５】４価の元素Ｍを共添加した場合の、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２９ｎｍ以内でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。
【図１６】２価の元素Ｍを共添加した場合の、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２４ｎｍ以内でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。
【図１７】３価の元素Ｍを共添加した場合の、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２４ｎｍ以内でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。
【図１８】特定元素の一例としてＢａ元素が共添加されたＥｒ元素添加ガラスの蛍光スペクトルを示す図である。
【図１９】２価の特定元素に加えてＡｌ元素をも共添加したＥｒ元素添加ガラスにおけるＡｌ元素共添加量とＥｒ-Ｏ積算配位数との関係を示す図である。
【図２０】３価の特定元素に加えてＡｌ元素をも共添加したＥｒ元素添加ガラスにおけるＡｌ元素共添加量とＥｒ-Ｏ積算配位数との関係を示す図である。
【図２１】ＳｉＯ２ガラスのネットワークにおけるＥｒ原子の周辺の配位を模式的に示す図である。
【図２２】本実施形態に係る増幅用光ファイバの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
本発明者は、ＳｉＯ２ベースのガラス中にＥｒ元素が添加された導波部を有する増幅用光ファイバ（以下「ＥＤＦ」という。）の利得平坦性の改善について研究・開発を行っている中で、Ｅｒ元素添加ガラス中に共添加されるＡｌ元素が利得特性改善に寄与するメカニズムの解析を行った。また、本発明者は、その解析により得られた知見に基づいて、Ａｌ元素と比べて優れた利得特性改善の効果が得られる共添加元素を新たに見出した。
【００１７】
この新たに見出した共添加元素を「特定元素」と呼ぶことにする。特定元素は、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.２８ｎｍ以上となる２価の元素（例えば、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ等）、または、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.１８ｎｍ以上となる３価の元素（例えば、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｌａ等）である。
【００１８】
さらに、本発明者は、種々の目的で添加されることがある他の元素のうち或る種の元素をＥｒ元素添加ガラスに共添加すると、上記の特定元素の共添加による利得平坦性改善の機能発現が阻害されることを見出した。この機能発現を阻害する元素を「阻害元素」と呼ぶことにする。Ｅｒ元素添加ガラスにおいて阻害元素の添加濃度が特定元素の添加濃度より小さいことが好ましい。阻害元素はＡｌ元素またはＢ元素である。
【００１９】
以下では、上記の特定元素および阻害元素を見出すに至った経緯について更に詳細に説明するとともに、本実施形態に係る蛍光ガラス体および増幅用光導波体について詳細に説明する。
【００２０】
Ｅｒ元素添加ガラスにおける波長１.５５μｍ帯での発光は、図１のエネルギーダイアグラムに示されるように、Ｅｒ元素の４ｆ軌道の４Ｉ１３／２準位から４Ｉ１５／２準位への遷移による。Ｅｒ元素の４ｆ軌道のエネルギーは、配位子場、即ち、Ｅｒ元素周囲の酸素イオン（Ｏ２−）などによる電場の影響を受けて、幾つかの準位に分裂する。この現象はシュタルク効果として知られている。Ｅｒ-Ｏ距離および配位数は、蛍光スペクトルに大きく影響する要素である。したがって、図２に示されるように、Ｅｒ元素添加ガラスにおいてＡｌ元素が共添加された場合と、そうでない場合とでは、Ｅｒ-Ｏ距離および配位数が異なり、蛍光スペクトルが異なる。
【００２１】
Ｅｒ-Ｏ距離および配位数は、例えばＥｒ２Ｏ３などの結晶である場合には一義的に決まる（図３（ａ））。しかし、ガラス（すなわち、非晶質）であるＥＤＦでは、その構造は結晶のように一義的ではなく、Ｅｒ-Ｏ距離および配位数は或る範囲に分布して存在する（図３（ｂ））。既に述べたようなＡｌ元素共添加によるＥＤＦの蛍光スペクトルのブロード化は、Ｅｒ-Ｏ配位構造の変化が関与していると推定されていたが、その詳細なメカニズムについては明らかにされていなかった。
【００２２】
本発明者は、分子動力学シミュレーションを用いて、Ｅｒ元素添加ガラスへの元素の添加によるＥｒ-Ｏ距離および配位数の変化を解析した。分子動力学シミュレーションでは、まず、Ｅｒ-ＯやＳｉ-Ｏなど各原子間のポテンシャルエネルギーが設定される。その後、ポテンシャルを距離で微分して原子間に働く力を計算するステップ（図４（ａ））と、力に応じて短時間だけ原子を動かすステップ（図４（ｂ））とが、繰り返される。これにより、当該組成での安定な原子配列が求められる。
【００２３】
図５は、分子動力学シミュレーションにより得られたＥＤＦ構造モデルの一例を示す図である。このモデルはＳｉ元素，Ｏ元素およびＥｒ元素など合計で約３０００個の原子を含んでいる。このモデルのうちＥｒ原子の近傍が拡大されて図５に示されている。
【００２４】
図６は、分子動力学シミュレーションにより得られたＥｒ原子の周囲に存在する酸素の配位数を示すグラフである。ここで、縦軸のＥｒ-Ｏ積算配位数は、Ｅｒ原子を中心とし横軸のＥｒ-Ｏ距離を半径とする球殻内に存在するＯ原子の数に相当する。なお、分子動力学シミュレーションでは、初期構造として複数の異なる乱数パターンを用いて計算を行った。図６に示された結果は、複数のケースで得られたＥｒ-Ｏ積算配位数の平均値をとったものである。
【００２５】
ここで、Ｅｒ元素に対して第一配位となるＥｒ-Ｏ距離として０.２９ｎｍ以内を想定して、この範囲でのＥｒ-Ｏ積算配位数の増加に着目すると、Ａｌ元素の共添加の効果として、図６から以下のような特徴を見出すことができる。すなわち、ＳｉＯ２単独では、Ｅｒ-Ｏ距離０.２４ｎｍ付近でＥｒ-Ｏ積算配位数は急峻に立ち上がり、それ以降はＥｒ-Ｏ距離が大きくなってもＥｒ-Ｏ積算配位数の増加は少ない。一方、ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３系では、Ｅｒ-Ｏ距離の増加に対してＥｒ-Ｏ積算配位数の立ち上がりは緩やかではあるが、Ｅｒ-Ｏ距離０.２９ｎｍ付近までＥｒ-Ｏ積算配位数の増加が続く。最終的に、Ｅｒ-Ｏ距離０.２９ｎｍでのＥｒ-Ｏ積算配位数は、ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３系の方が多くなっている。
【００２６】
図７は、分子動力学シミュレーションにより得られたＥｒ-Ｏペア数とＥｒ-Ｏ距離との関係を模式的に示す図である。図６に示された結果を模式的に説明すると、図７に示されるように、ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３系の方が、Ｅｒ-Ｏ距離０.２９ｎｍまでのトータルのＥｒ-Ｏペア数が多く、かつ、広い距離範囲にＥｒ-Ｏペアが分布している。また、ＳｉＯ２-Ａｌ２Ｏ３系の方が、分布の中心距離が大きい。
【００２７】
図８は、分子動力学シミュレーションにより得られたＥｒ元素添加ガラス構造から計算される蛍光スペクトルを示す図である。なお、この蛍光スペクトルを計算する方法は、Judd-Ofelt解析と呼ばれており、量子力学の摂動論に基づいている。この計算方法は、一種の近似計算であるので、図１に示された実測の蛍光スペクトルと完全に一致する訳ではないが、Ａｌ元素共添加によるＥｒ元素添加ガラスの蛍光スペクトルのブロード化の傾向を定性的に再現することができる。
【００２８】
これまでに説明してきたことから判るように、Ａｌ元素共添加によるＥｒ元素添加ガラスの蛍光スペクトルのブロード化はＥｒ-Ｏ構造変化に起因する。図７に示されたように、Ｅｒ-Ｏ配位数が増加し、Ｅｒ-Ｏ距離の分布範囲が拡大すれば、Ｅｒ-Ｏ配位構造および配位子場のバリエーションが増える。これにより、Ｅｒ元素の４ｆ軌道のエネルギーのバリエーションも増え、蛍光スペクトルのブロード化が得られる。
【００２９】
Ａｌ元素共添加の場合と比較して更なる蛍光スペクトルのブロード化を実現することができる特定元素が共添加されたＥｒ元素添加ガラスの配位構造は以下のとおりである。基本的には、Ｅｒ-Ｏの配位数が同数である場合、特定元素の共添加によってＥｒ-Ｏ距離の分布が短い方に広がっていれば、Ｅｒ元素の４ｆ軌道が感じる電場が大きくなって、配位子場のバリエーションを増やす効果が高くなる。従って、図９に示されるように、特定元素は、Ａｌ元素共添加の場合と比較して、「Ｅｒ-Ｏ積算配位数が同等以上で、Ｅｒ-Ｏ距離の分布の中心が短いもの」が好適である。図９は、Ｅｒ-Ｏペア数とＥｒ-Ｏ距離との関係を模式的に示す図である。
【００３０】
図１０は、Ｓｉ-Ｏ、Ａｌ-Ｏ、Ｅｒ-Ｏの各原子間の力と距離との関係を模式的に示す図である。この図に示されるように、一般に、正イオン（Ｓｉ、Ａｌ、Ｅｒ）と負イオン（Ｏ）とのペアの場合、両イオンの間には或る安定距離が存在し、その安定距離で両イオンの間の力は極小（すなわち、引力は最大）となり、安定距離より短距離側では反撥力が増大し、安定距離より長距離側では引力がゼロに漸近する。
【００３１】
Ｓｉ-ＯとＡｌ-Ｏとを対比すると、Ａｌ-Ｏの安定距離はＳｉ-Ｏの安定距離より若干大きく、安定距離での引力はＡｌ-Ｏの方が小さい。これは、Ｓｉの価電子数は４であり、Ａｌの価電子数は３であり、Ｓｉ-Ｏと比べてＡｌ-Ｏはクーロン引力が弱いことに起因している。また、Ｅｒイオンはサイズが大きいので、Ｅｒ-Ｏの力の極小点の距離はＳｉ-ＯおよびＡｌ-Ｏと比べて極端に大きい。
【００３２】
Ａｌ元素共添加によるＥｒ-Ｏ配位数の増加の理由は、次のように考えられる。即ち、ＳｉＯ２ガラス中で突出してサイズが大きいＥｒ元素を配位する際、剛直なＳｉ-Ｏ結合のみからなるネットワークでは、Ｅｒ元素の周辺はエネルギー的に不安定な配位構造になる（図１１（ａ））。しかし、Ａｌ元素が共添加されると、伸縮しやすいＡｌ-Ｏ結合がＥｒ元素の周辺に存在することになって、Ｅｒ元素の周辺でエネルギー的に無理のかからない配位が可能になる（図１１（ｂ））。このことから、Ａｌ元素共添加によりＥｒ-Ｏ配位数が増加する。
【００３３】
以上のことから、ＥＤＦの利得特性の改善に有効な特定元素は以下のようなものとなる。基本的には、Ｅｒ元素添加ガラスに添加する特定元素は、Ａｌ-Ｏより伸縮し易い結合をＯ元素との間で有する元素が好適である。その実現には、特定元素は、「価数が小さく、あるいは、酸素との安定距離（Ｍ-Ｏ距離）が大きい」ものが有利である。その効果を予測するため、分子動力学シミュレーションで解析した。
【００３４】
具体的には、特定元素の候補となる元素Ｍの価電子数として＋１、＋２、＋３、＋４の４水準を設定し、Ｍ-Ｏ間の距離を０.１５〜０.３４ｎｍの範囲に存在すると想定して、力と距離との関係を計算した。その上で、総当り的に分子動力学シミュレーションを実施し、Ｅｒ-Ｏ積算配位数を算出した。評価には、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２９ｎｍ以下及び０.２４ｎｍ以下での場合のＥｒ-Ｏ積算配位数を用いて、その何れもがＡｌ元素共添加の場合のＥｒ-Ｏ積算配位数を上回ることを有効性の指標とした。
【００３５】
図１２〜図１５それぞれは、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２９ｎｍ以下でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。図１２は１価の元素Ｍを共添加した場合を示し、図１３は２価の元素Ｍを共添加した場合を示し、図１４は３価の元素Ｍを共添加した場合を示し、また、図１５は４価の元素Ｍを共添加した場合を示す。これらの図から判るように、２価の元素Ｍを共添加してＭ-Ｏ距離が０.２８ｎｍ以上である場合、および、３価の元素Ｍを共添加してＭ-Ｏ距離が０.１８ｎｍ以上である場合の何れも、Ａｌ元素共添加の場合より配位数を増加させることができる。一方、１価または４価の元素Ｍを共添加した場合には、Ｍ-Ｏ距離を０.３ｎｍ以上にする必要があるが、これに該当する元素は実在しない。
【００３６】
図１６および図１７それぞれは、Ｅｒ-Ｏ距離が０.２４ｎｍ以下でのＥｒ-Ｏ積算配位数とＭ-Ｏ距離との関係を示すグラフである。図１６は２価の元素Ｍを共添加した場合を示し、また、図１７は３価の元素Ｍを共添加した場合を示す。これらの図から判るように、２価の元素Ｍを共添加してＭ-Ｏ距離が０.２８ｎｍ以上である場合、および、３価の元素Ｍを共添加してＭ-Ｏ距離が０.１８ｎｍ以上である場合の何れも、Ａｌ元素共添加の場合より配位数を増加させることができる。
【００３７】
以上の結果から、Ａｌ元素と比べて優れた利得特性改善の効果が得られる共添加元素（特定元素）は、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.２８ｎｍ以上となる２価の元素（例えば、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ等）、または、ＳｉＯ２ガラス中においてＯ原子との距離が０.１８ｎｍ以上となる３価の元素（例えば、Ｇａ、Ｉｎ、Ｙ、Ｌａ等）であると結論付けられる。
【００３８】
図１８は、特定元素の一例としてＢａ元素が共添加されたＥｒ元素添加ガラスの蛍光スペクトルを示す図である。同図（ａ）にシミュレーション結果が示されるように、Ａｌ元素が共添加されたＥｒ元素添加ガラスと比較して、Ｂａ元素が共添加されたＥｒ元素添加ガラスの蛍光スペクトルは、ブロード化が実現されている。なお、この蛍光スペクトルもJudd-Ofelt解析により計算された。
【００３９】
次に、Ａｌ元素またはＢａ元素が共添加されたＳｉＯ２ガラス試料を作成した結果を示す。ガラス原料として粉末状のＳｉＯ２、Ｅｒ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３またはＢａＣＯ３を混合し、摂氏約１７００度に加熱溶融後、急冷した。このようにして得られたガラス試料の蛍光スペクトル測定を行った。ＩｎＧａＡｓ系フォトダイオードを内蔵した分光器を用い、励起光源には波長０.９８μmのレーザーを用いて測定した。その測定結果を同図（ｂ）に示す。Ａｌ元素のみが共添加されたＳｉＯ２ガラス試料に比べ、いずれもＥｒ蛍光スペクトルのブロード化が実現された。以上より、上記Ｅｒ元素添加ガラスを用いることで、増幅帯域が波長１５６５ｎｍ〜１６２５ｎｍ超まで拡大可能なことが予想される。
【００４０】
ところで、Ｅｒ元素添加ガラスを導波部に有する光ファイバ（ＥＤＦ）は、種々の目的の為に導波部にＥｒ元素以外の元素が添加されることが多い。例えば、屈折率増加の為に上記のＡｌ元素の他にＧｅ元素などが共添加され、逆に、屈折率低減の為にＢ元素やＦ元素が添加されることがある。しかし、本発明者は、或る種の元素がＥＤＦの導波部（Ｅｒ元素添加ガラス）に添加されると、上記の特定元素の共添加による利得特性改善の機能発現が阻害されることを見出した。この機能発現を阻害する元素（阻害元素）は、具体的には、Ａｌ元素またはＢ元素である。導波部において阻害元素の添加濃度が特定元素の添加濃度より小さいことが好ましい。
【００４１】
図１９および図２０それぞれは、特定元素に加えてＡｌ元素をも共添加したＥｒ元素添加ガラスにおけるＡｌ元素共添加量とＥｒ-Ｏ積算配位数との関係を示す図である。図１９は２価の特定元素およびＡｌ元素を共添加した場合を示し、また、図２０は３価の特定元素およびＡｌ元素を共添加した場合を示す。これらの図から判るように、特定元素に加えて阻害元素であるＡｌ元素をも共添加した場合、特にＥｒ-Ｏ距離が０.２４ｎｍ以内であるときのＥｒ-Ｏ積算配位数の減少が顕著である。
【００４２】
この阻害元素の共添加による現象は以下のようなメカニズムで生じると考えられる。図１１を用いて説明したように、Ａｌ-Ｏ結合は伸縮し易いので、Ｅｒ元素のような大きな原子を配位するのに適している。一方、特定元素もまた比較的サイズが大きい。したがって、阻害元素であるＡｌ元素は、Ｅｒ元素だけでなく、特定元素にも配位し易いと考えられる。
【００４３】
特定元素がＥｒ-Ｏ配位数を増加させる機能を発現するには、Ｅｒ元素と特定元素Ｍ１は、Ｏ元素を介して互いに第二配位の位置に存在する必要がある（図２１（ａ））。しかし、阻害元素Ｍ２が共存すれば、Ｅｒ元素及び特定元素Ｍ１のいずれに対しても、Ｏ元素を介した第二配位の位置に阻害元素Ｍ２が入り易くなる（図２１（ｂ））。このため、Ｅｒ元素と特定元素Ｍ１が互いに第二配位の位置に入る確率が、低下してしまうと考えられる。
【００４４】
Ｂ元素もＡｌ元素と同様にサイズが大きな原子に配位しやすい性質を持っており、阻害元素になる。結論として、特定元素の機能発現のために、阻害元素の濃度を特定元素の濃度より低い範囲に制御することが好ましい。
【００４５】
本実施形態に係る増幅用光導波体１は、図２２に示されるように、これまでに説明したようなＳｉＯ２ベースのガラス中にＥｒ元素および上記の特定元素が添加されたＥｒ元素添加ガラスからなる導波部（コア）１１と、このコア１１を取り囲みＳｉＯ２ベースのガラスからなるクラッド１２とを有する光ファイバであって、従来方法と同様の製造方法により製造され得る。図２２（ａ）は光軸に垂直な断面を示し、図２２（ｂ）は光軸を含む断面を示す。本実施形態に係る増幅用光ファイバは、例えば、液浸法や化学気相堆積（ＣＶＤ）法により好適に製造され得る。
【００４６】
なお、増幅用光導波体としては、所謂、平面導波路の形態であって、導波部（コア）が上記Ｅｒ元素添加ガラスからなるものであってもよい。
【００４７】
増幅用光導波体の導波部において、Ｅｒ原子数がＳｉ原子数に対して１／１０００〜１／６０００の範囲であるのが好適であり、また、特定元素の原子数がＳｉ原子数に対して３／１０以下であるのが好適である。また、屈折率調整のため使用されるＧｅ元素やＦ元素が導波部に添加されていてもよい。
【００４８】
Ｙ元素やＬａ元素が添加されたＳｉＯ２の融点は高いので、母材から線引して本実施形態に係る増幅用光導波体を製造する際に割れや残留歪みが生じ易い恐れがある。このような事態の発生を抑制するために、導波部に１価のカチオン（例えば、Ｎａ，Ｋ）が微量添加されているのが好適である。このとき、導波部においてカチオン数がＳｉ原子数に対して１／１０００以下であるのが好適である。
【符号の説明】
【００４９】
１…増幅用光導波体、１１…コア、１２…クラッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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