(57)【要約】【課題】充分に高濃度のＥｒを添加することができ、紫外吸収端の長波長側へシフトがなく、低損失ファイバ化に必要な熱安定性と加工性を有し、９８０ｎｍの励起光で十分効率良い光増幅が可能なフォノンエネルギーを持つテルライトガラスの提供。【解決手段】３５＜ＴｅＯ２＜９０（モル％）；１０＜ＷＯ３＜３５（モル％）；０＜Ｌａ２Ｏ３＜２５（モル％）；０＜Ｂ２Ｏ３＜１０（モル％）；および０＜Ｍ２Ｏ＜３０（モル％）からなる組成、または３５＜ＴｅＯ２＜９０（モル％）；１０＜ＷＯ３＜３５（モル％）；０＜Ｐ２Ｏ５＜２０（モル％）；０＜Ａｌ２Ｏ３＜１５（モル％）；および０＜Ｍ２Ｏ＜３０（モル％）からなる組成を有することを特徴とするテルライトガラス。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３５＜ＴｅＯ２＜９０（モル％）；
１０＜ＷＯ３＜３５（モル％）；
０＜Ｌａ２Ｏ３＜２５（モル％）；
０＜Ｂ２Ｏ３＜１０（モル％）；および
０＜Ｍ２Ｏ＜３０（モル％）（Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓからなる群から選択される少なくとも１つ以上の金属である）；
からなる組成を有することを特徴とする光ファイバまたは光導波路用テルライトガラス。
【請求項２】
Ａｌ２Ｏ３を
０＜Ａｌ２Ｏ３＜１５（モル％）
の量でさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバまたは光導波路用テルライトガラス。
【請求項３】
３５＜ＴｅＯ２＜９０（モル％）；
１０＜ＷＯ３＜３５（モル％）；
０＜Ｐ２Ｏ５＜２０（モル％）；
０＜Ａｌ２Ｏ３＜１５（モル％）；および
０＜Ｍ２Ｏ＜３０（モル％）（Ｍは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓからなる群から選択される少なくとも１つ以上の金属である）；
からなる組成を有することを特徴とする光ファイバまたは光導波路用テルライトガラス。
【請求項４】
Ｂｉ２Ｏ３をさらに含み、その量が
０＜Ｂｉ２Ｏ３＜２５（モル％）
であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバまたは光導波路用テルライトガラス。
【請求項５】
ＢａＯまたはＧｅＯ２の少なくとも１種をさらに含み、その量が
０＜ＢａＯ＜３０（モル％）
０＜ＧｅＯ２＜３０（モル％）
であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバまたは光導波路用テルライトガラス。
【請求項６】
前記テルライトガラスの全重量を基準として
０．５＜Ｅｒ３＋＜１０（質量％）
の量でＥｒ３＋が添加されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバまたは光導波路用テルライトガラス。
【請求項７】
前記テルライトガラスの全重量を基準として
０．５＜Ｙｂ３＋＜１５（質量％）
の量でＹｂ３＋が添加されていることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバまたは光導波路用テルライトガラス。
【請求項８】
コアおよびクラッドを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、前記コアおよび前記クラッドは請求項１から７のいずれかに記載のテルライトガラスから形成されていることを特徴とする光増幅媒体。
【請求項９】
前記コアのテルライトガラスまたは前記クラッドのテルライトガラスの少なくとも一方に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選択される元素が添加されていることを特徴とする請求項８に記載の光増幅媒体。
【請求項１０】
光増幅媒体と、信号光と該光増幅媒体を励起する励起光とを該光増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器であって、該光増幅媒体が請求項８または請求項９に記載の光増幅媒体であることを特徴とする光増幅器。
【請求項１１】
並列に配列された複数の光増幅媒体と、信号光と該複数の光増幅媒体を励起する励起光とを該複数の光増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器であって、該複数の光増幅媒体のそれぞれは請求項８または請求項９に記載の光増幅媒体であることを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバまたは光導波路用の材料ガラスであるテルライトガラス、該テルライトガラスを用い、特に１．５μｍから１．６μｍの広い波長域で動作可能であり、かつ１０ｃｍ以下の短尺で充分な利得が得られる光増幅媒体、該増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムの伝送容量の拡大および機能向上のために、１本の光ファイバの中に複数の波長の光信号を合波して伝送したり、逆に１本の光ファイバを伝搬してきた複数の波長の光信号を各波長ごとに分波したりする波長多重伝送技術（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の研究開発が現在行われている。この伝送方式では、１本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送し、伝送距離に応じて中継増幅する必要がある。そこで、光信号に用いることができる波長数を増し伝送容量を上げるには、広い増幅波長帯域を持つ光増幅器が必要になる。また、光通信システムは長距離・幹線系への導入から、メトロ系、アクセス系への導入へとシフトしていることから、小型で高性能な光増幅器を安価に開発することが望まれている。
【０００３】
近年、メトロ系、アクセス系光通信への適用を目指して、コアにエルビウムを添加した光ファイバまたは光導波路を増幅媒体とした小型の光増幅器（Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ＥＤＦＡ，  Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＥＤＷＡ）の研究開発が進められている。この中で、Ｅｒを添加するホスト材料として代表的なものは３つ報告されている。
【０００４】
第１のものは、アルミニウムを添加した石英系のファイバであり、従来から広く用いられている。この石英系ファイバは、Ｅｒの添加濃度が１０００ｐｐｍを超えると効率が劣化することが知られていたが、Ｌａ２Ｏ３を添加することにより、添加濃度を２７００ｐｐｍとしても効率が劣化しないことが最近報告された（非特許文献１参照）。しかしながら、このファイバを用いても光増幅器を構成するには１０ｍ程度を必要とする。このため、ファイバ外径を１２５μｍから８０μｍに小さくすることにより、曲げ応力をかかりにくくして直径５ｃｍ以下のボビンに巻き、光増幅器の小型化をある程度実現している。
【０００５】
第２には、リン酸系のホストを用いたＥＤＦＡおよびＥＤＷＡが報告されている。リン酸系ガラスは希土類を多量に添加しても効率が劣化しないホストガラスとしてよく知られており、報告においてもＥｒを２〜３．５質量％添加したファイバ（導波路）３．６〜８ｃｍを用いて、１５〜２０ｄＢ程度の利得が得られている（たとえば非特許文献２参照）。しかしながら、Ｅｒ添加リン酸系ガラスを用いた場合、１．５μｍ帯の利得スペクトルは、１．５３５μｍに鋭いピークを有するために利得偏差が大きく、ＷＤＭ伝送のような多波長信号を一括増幅するには使いにくいという問題点がある。
【０００６】
第３には、ビスマス系光ファイバを用いたＥＤＦＡの研究が進められている（たとえば非特許文献３参照）。このＥＤＦＡはテルライト系ＥＤＦＡと同様に広帯域増幅が可能であることが報告されているが、Ｅｒの添加濃度としては６５００ｐｐｍ程度であり、２２〜２６ｃｍのファイバ長が必要なことから光増幅器の小型化にはファイバをボビンに巻く必要があり、結局小型化という観点から、石英系ファイバを用いた場合と大きな違いが得られない。
【０００７】
ところで、テルライトＥＤＦＡを用いると、従来の石英系ＥＤＦＡと比べて２倍以上広い１５３０〜１６１０ｎｍの波長帯域における一括増幅が可能となることが報告されている（特許文献１、非特許文献４参照）。そのテルライトＥＤＦＡでは、Ｅｒの添加濃度として５００〜５０００ｐｐｍが通常用いられているが、添加濃度が５０００ｐｐｍを超えると効率が劣化する。Ｅｒの添加濃度と効率の関係を調べるために、バルクガラスに添加したＥｒの４Ｉ１３／２レベルからの発光寿命を図１に示す。図１は、バルクガラス中ではＥｒが１質量％を超えると、濃度消光によって発光寿命が短くなり、効率が劣化することを示している。さらに、ガラスをファイバに加工すると、Ｅｒのクラスタリングが起こると共に、ファイバコア内での強い励起密度によって、効率はＥｒ添加濃度５０００ｐｐｍから劣化し始めていると考えられる。
【０００８】
メトロ系、アクセス系を中心としたＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして要求されている性能として、（１）小型であること、（２）広い帯域をもつこと、（３）雑音指数が低いこと、の３つが挙げられる。前述のとおり、これまで報告されている石英系ＥＤＦＡおよびビスマス系ＥＤＦＡでは、（２）と（３）が満たされているが、（１）に関しては問題がある。一方、リン酸系ＥＤＦＡおよびＥＤＷＡでは（１）と（３）が満たされているが、（２）に関して問題がある。
【０００９】
最近では、Ｅｒの高濃度添加を目的としてＴｅＯ２−ＷＯ３系のガラスの開発が行われてきている。
【００１０】
泉谷らは、テルライトガラスにＮｄ２Ｏ３を添加してＱスイッチ機能を備えたレーザガラスとする特許を公開している（特許文献２参照）。本特許において望ましいテルライトガラスの例として、安定にテルライトガラスが作製できるほとんど全てのガラス組成について記述されているが、レーザガラスはバルクガラスのまま使用するため、ファイバ化についての言及はなく、光増幅器への応用についても触れられていない。
【００１１】
一方、Ｈｅｃｋｒｏｏｄｔ（非特許文献５）らは、Ｓｔａｎｗｏｒｔｈ（非特許文献６および７参照）およびＹａｋｈｋｉｎｄ（非特許文献８参照）のＴｅＯ２−ＷＯ３−ＰｂＯ系およびＴｅＯ２−ＷＯ３−ＰｂＯ−Ｅｒ２Ｏ３系ガラスの報告から、そのＥｒ添加限界を調べ、最大３０質量％まで添加できることを明らかにした。しかしながら、Ｈｅｃｋｒｏｏｄｔらはファイバ化や光増幅器への応用について言及しておらず、基本的な特性を示すのみであった。
【００１２】
大石らのテルライトＥＤＦＡに関する特許においても、ＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｂｉ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系のガラスについて記述がある（特許文献１）。しかしながら、この記述にはガラスの構成要素のみ記されており、組成比についての情報はなく、またＥｒを高濃度添加で使用することについても触れられていない。
【００１３】
すなわち、Ｅｒを高濃度に添加したＴｅＯ２−ＷＯ３系のガラスを用いた短尺のテルライトファイバによるＥＤＦＡはまだ実現されていない。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−２３６２４０号公報
【特許文献２】
特開昭５１−３０８１１号公報
【非特許文献１】
Ａｉｓｏ  ｅｔ  ａｌ．  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ＆  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ  ２００１  ＴｕＡ６
【非特許文献２】
Ｙ．Ｈｕ  ｅｔ  ａｌ．  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ｌｅｔｔｅ．  １３，  ｐｐ．  ６５７−６５９（２００１）
【非特許文献３】
Ｙ．Ｋｕｒｏｉｗａ  ｅｔ  ａｌ．  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ＆  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ  ２００１  Ｔｕｌ５
【非特許文献４】
Ａ．  Ｍｏｒｉ  ｅｔ  ａｌ．  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ＆  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ  １９９７  ＰＤ１
【非特許文献５】
Ｐｈｙｓ．  Ｃｈｅｍｉ．  Ｇｌａｓｓ，  １７，  ｐｐ．  ２１７−２１９  （１９７５）
【非特許文献６】
Ｊ．Ｓｏｃ．Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ３６，  ｐｐ．  ２１７−２４１（１９５２）
【非特許文献７】
Ｊ．Ｓｏｃ．Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ３８，  ｐｐ．  ４２５−４３５（１９５４）
【非特許文献８】
Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｅｒａｍ，  Ｓｏｃ．  ４９，  ｐｐ．  ６７０−６７５  （１９６６）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
Ｅｒを高濃度に添加したＴｅＯ２−ＷＯ３系のガラスを用いた短尺テルライトファイバによるＥＤＦＡを実現するためには、材料となるＴｅＯ２−ＷＯ３系のガラスにおける以下の課題（１）−（５）を解決する必要がある。
【００１６】
（１）Ｅｒの添加濃度の最適化が必要である。ＴｅＯ２−ＷＯ３系のガラスには、最大３０質量％まで添加できることが上記Ｈｅｃｋｒｏｏｄｔらの論文（非特許文献５）に記されている。しかしながら、Ｅｒを多量に含んで透明なガラスになることは、短尺のＥＤＦＡを実現するための必要条件ではあるが十分条件ではない。さらに、ガラス中に溶け込んだＥｒイオンが効率よく発光することが必要である。実際には、ガラス母材が得られた後、それを再加熱することによってファイバ線引きし、細径のファイバを得る。この再加熱加工によってＥｒイオン同士のクラスタリングによって発光効率が劣化する場合もある。
【００１７】
（２）ＷＯ３の添加量の最適化が必要である。ＷＯ３は単体で黄色もしくは黄緑色をしている。すなわち、これは紫外吸収端が４００−５００ｎｍにあることを示す。このＷＯ３を多量に添加するとガラスが黄色に着色し、ファイバの吸収ロスを増大させる。さらにＷＯ３の紫外吸収端とＥｒイオンの４Ｆや２Ｈレベルが近いため、アップコンバージョンによるこれらのレベルへの吸収が、紫外吸収端を形成するホストガラスの結合に変化を与え、ファイバのロスを急激に悪化させるなどの悪影響を及ぼす。したがって、Ｈｅｃｋｒｏｏｄｔらの論文（非特許文献５）に記されているように、Ｅｒを大量に溶解させるためにＷＯ３を多量に添加するのではなく、できるだけ多くのＥｒを効率よく発光させることのできる最小限度量のＷＯ３添加量を見出す必要がある。
【００１８】
（３）ファイバ化に必要なだけの熱安定性と加工性（ここではガラスの温度に対する粘性曲線）を伴わなくてはならない。ファイバ加工においては、加工時の結晶核成長によるファイバの散乱損失を防止するため、結晶化温度Ｔｘとガラス転移温度Ｔｇとの差（Ｔｘ−Ｔｇ）をできる限り大きくする必要がある。また、できる限り低い温度で、加工に最適な粘性を有することが必要である。Ｈｅｃｋｒｏｏｄｔら（非特許文献５）は、ガラス転移温度と軟化温度に関するデータを示している。しかしながら、非特許文献５は結晶化温度に対するデータを示していないので、これらのガラス系においてファイバ加工が可能かどうかは不明である。したがって、熱安定性と加工性に優れたガラス組成を見出す必要がある。
【００１９】
（４）雑音特性に優れたＥＤＦＡを実現するため、Ｅｒ４Ｉ１１／２レベル（９８０ｎｍ）への励起で十分効率良い光増幅が可能なホストガラスである必要がある。そのためには、ホストガラスは、Ｅｒの４Ｉ１１／２レベルを緩和するが、Ｅｒの４Ｉ１３／２レベルは緩和しない程度のフォノンエネルギー（９００〜１１００ｃｍ−１）を実現する必要がある。特許文献１は、リン酸、ホウ酸、水酸基の添加が前述のフォノンエネルギーを実現するのに有効であることを記載しているが、それらの明確な添加量についての記載はない。また、Ｈｅｃｋｒｏｏｄｔらの論文（非特許文献５）ではまったく考慮されていない。
【００２０】
（５）利得スペクトルに関して、テルライトガラスが元来持つ広帯域性を維持するホストガラスである必要がある。言い換えると、目的とする利得スペクトルの範囲内で平坦な利得特性を有することが望ましい。この点で、Ｐ２Ｏ５添加はＥｒのスペクトルに影響を及ぼし易く、前述の非特許文献２のＥｒ添加リン酸系ガラスを用いた場合と同様に、多量に添加すると１．５μｍ帯の利得スペクトル範囲内の１．５３５μｍに鋭いピークを持ち、ＷＤＭ伝送のような多波長信号を一括増幅するには使いにくくなる。したがって、Ｐ２Ｏ５添加はその添加量を最適化すると共に、スペクトルの変化に対応してそれを補償することが必要となる。
【００２１】
したがって、本発明の課題は、利得効率が劣化しない程度にＥｒ濃度が十分高く、紫外吸収端が長波長側へシフトすることに起因したファイバの損失増やアップコンバーション光によるファイバの損失劣化が起こらないＥＤＦＡ用テルライトガラスを提供することにある。また、同時に低損失ファイバ化に必要な熱安定性と加工性を有し、Ｅｒの４Ｉ１１／２レベル（９８０ｎｍ）への励起で十分効率良い光増幅が可能なフォノンエネルギーを持つテルライトガラスを提供することである。さらに、Ｃ帯（１５３０〜１５６５ｎｍ）およびＣ＋Ｌ帯（１５３０〜１６２５ｎｍ）の広い帯域において平坦な利得が得られるテルライトガラスを提供することにある。最後に、これらの課題を同時に満たすＥｒ高濃度添加短尺テルライトファイバにより、これまでにない小型のＥＤＦＡを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、希土類が大量に添加できるＴｅＯ２−ＷＯ３系のガラスを用い、上記三つの条件を満たすＥＤＦＡを開発するための光ファイバ又は光導波路に関するものである。本発明にもとづくテルライトガラス、該テルライトガラスを用いた光増幅媒体、および該光増幅媒体を用いた光増幅器は、以下のような構成を有する。
【００２３】
（１）本発明のテルライトガラスは、光ファイバ、光導波路用の材料ガラスであって
３５＜ＴｅＯ２＜９０（モル％）
１０＜ＷＯ３＜３５（モル％）
０＜Ｌａ２Ｏ３＜２５（モル％）
０＜Ｂ２Ｏ３＜１０（モル％）
０＜Ｍ２Ｏ＜３０（モル％）
からなる組成を持ち、さらに、前記ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓからなる群から選択される少なくとも１種類以上の一価金属であることを特徴とする。
【００２４】
（２）本発明の（１）に記載のテルライトガラスは、０＜Ａｌ２Ｏ３＜１５（モル％）の量でＡｌ２Ｏ３をさらに含んでもよい。
【００２５】
（３）本発明のテルライトガラスは、光ファイバ、光導波路用の材料ガラスであって
３５＜ＴｅＯ２＜９０（モル％）
１０＜ＷＯ３＜３５（モル％）
０＜Ｐ２Ｏ５＜２０（モル％）
０＜Ａｌ２Ｏ３＜１５（モル％）
０＜Ｍ２Ｏ＜３０（モル％）
からなる組成を持ち、さらに、前記ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃａからなる群から選択される少なくとも１種類以上の一価金属であることを特徴とする。
【００２６】
（４）本発明の（１）から（３）に記載のテルライトガラスは、
０＜Ｂｉ２Ｏ３＜２０（モル％）
の量でＢｉ２Ｏ３をさらに含んでもよい。
【００２７】
（５）本発明の（１）から（３）に記載のテルライトガラスは、ＢａＯ、ＧｅＯ２のうち少なくとも１種類をさらに含み、その量は、
０＜ＢａＯ＜３０（モル％）
０＜ＧｅＯ２＜３０（モル％）
であってもよい。
【００２８】
（６）本発明の（１）から（５）に記載のテルライトガラスは、テルライトガラスの全重量を基準として、
０．５＜Ｅｒ３＋＜１０（質量％）
の量でＥｒ３＋を添加されていてもよい。
【００２９】
（７）本発明の（６）に記載のテルライトガラスは、テルライトガラスの全重量を基準として
０．５＜Ｙｂ３＋＜１５（質量％）
の量でＹｂ３＋が添加されててもよい。
【００３０】
（８）本発明の光増幅媒体は、コアおよびクラッドを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、前記コアおよび前記クラッドは（１）から（７）のいずれかに記載のテルライトガラスから形成されていることを特徴とする。
【００３１】
（９）本発明の（８）に記載の光増幅媒体において、前記コアのテルライトガラスまたは前記クラッドのテルライトガラスの少なくとも一方に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選択される元素が添加されていてもよい。
【００３２】
（１０）本発明の光増幅器は、光増幅媒体と、信号光と該光増幅媒体を励起する励起光とを該光増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器であって、該光増幅媒体が（８）または（９）に記載の光増幅媒体であることを特徴とする。
【００３３】
（１１）本発明の光増幅器は、並列に配列された複数の光増幅媒体と、信号光と該複数の光増幅媒体を励起する励起光とを該複数の光増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器であって、該複数の光増幅媒体のそれぞれは（８）または（９）に記載の光増幅媒体であることを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態のテルライトガラスは、光ファイバのコアまたはクラッドとして用いることができるＴｅＯ２−ＷＯ３系ガラスであり、より詳細にはＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ系ガラスである。
【００３５】
ＴｅＯ２は本発明のガラスの主成分であり、１．５μｍ帯において平坦な利得スペクトルを与える機能を発現するための成分である。ＴｅＯ２の添加量は、ガラスを構成する酸化物の全モル数を基準として３５モル％より大きく９０モル％未満である。
【００３６】
ＷＯ３は、１．５μｍ帯の光増幅に必要なＥｒ３＋の励起準位の寿命を増大させ、光増幅の効率を向上させるために必要である。Ｅｒ３＋の添加量をＥｒを１０質量％添加し、ＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ組成において、Ｌｉ２Ｏ＝１５モル％とした場合の組成領域および紫外吸収端の組成依存性を図２に示す。図２において、ＷＯ３の添加量が大きくなるにつれて、紫外吸収端が長波長化していることがわかる。紫外吸収端とは、サンプル長１ｃｍのガラスにおける紫外領域から裾を引く吸収の吸光度が５０％まで低下する波長を意味する。Ｅｒ３＋イオンのアップコンバージョンにより生成する２Ｈ１１／２および４Ｆ７／２準位は２Ｈ１１／２→４Ｉ１５／２：５２０ｎｍおよび４Ｆ７／２→４Ｉ１５／２：４９０ｎｍのエネルギーを有するため、紫外吸収端がこれらの波長よりも長波長となるとＥｒ３＋からホストガラスへのエネルギー移動が発生し、光ファイバの吸収ロスの増大およびホストガラスの結合への影響が発生する。したがって、紫外吸収端は好ましくは４９０ｎｍ以下、より好ましくは４８０ｎｍ以下、最も好ましくは４４５ｎｍ以下であることが望ましい。所望されるＥｒ３＋添加量、紫外吸収端およびガラスの熱安定性を得るためには、ＷＯ３添加量は、１０モル％より大きく３５モル％より小さいことが望ましい。
【００３７】
アルカリ金属酸化物Ｍ２Ｏ（Ｍ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋａ、ＲｂまたはＣｓ）は、ガラスの熱安定性および加工性を向上させるために必要な成分である。ファイバ化に対するガラスの熱安定性はＤＳＣ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量測定）の測定により評価でき、そのＴｘ−Ｔｇの値（Ｔｘ：結晶化温度、Ｔｇ：ガラス転移温度）が大きい値を持つガラスがより安定なガラスである。すなわち、単一モードファイバの作製時には、母材延伸と線引き工程の２回にわたってＴｇ以上の加工温度にガラス母材を加熱するため、ＴｘがＴｇに近い温度であれば結晶核が次々に成長し、ファイバの散乱損失が増大する。逆にＴｘ−Ｔｇの値が大きければ低損失なファイバが作製できる。Ｔｘ−Ｔｇは、好ましくは９０℃以上、より好ましくは１２０℃以上であることが望ましい。最も好ましいことは、ガラスが結晶化しない、すなわち結晶化温度Ｔｘが存在しないことである。
【００３８】
また、母材延伸および線引き工程における加工温度において、ガラス母材は加工に適切な粘度特性を有する必要がある。アルカリ金属酸化物の添加は、ガラス母材の粘度を低下させて加工温度をＴｇに近づける効果もある。加工温度をＴｇに近づけることは、結晶核の成長を防止して、散乱損失を低下させるのに有効である。しかしながら、アルカリ金属酸化物Ｍ２Ｏの過剰の添加は、ガラスの耐候性を低下させる恐れがある。上記の効果は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋａ、ＲｂおよびＣｓのアルカリ金属元素に共通している。大きいＴｘ−Ｔｇ、Ｔｇに近い加工温度および良好な耐候性を実現するためには、Ｍ２Ｏの添加量は、０モル％を越え３０モル％未満であることが望ましい。なお、本発明のガラスにおいては、アルカリ金属酸化物は、単一の酸化物であってもよいし、複数の酸化物の混合物であってもよい。複数のアルカリ金属酸化物を用いる場合には、アルカリ金属酸化物の総モル数を０モル％を越え３０モル％未満とすることが望ましい。
【００３９】
Ｂ２Ｏ３は、雑音特性向上のためにホストガラスのフォノンエネルギーを調整するために添加されるものである。雑音特性を向上させるためには、９８０ｎｍの光を用いたＥｒ３＋イオンの４Ｉ１５／２から４Ｉ１１／２への励起による光増幅を行うことが有効である。この光増幅の効率を向上させるためには、ガラスのフォノンエネルギーを９００〜１１００ｃｍ−１程度に調整して、４Ｉ１１／２レベルを４Ｉ１３／２レベルへと緩和して該レベルのポピュレーションを減少させるが、４Ｉ１３／２レベルから４Ｉ１５／２レベルへの緩和が起きないようにする必要がある。４Ｉ１１／２レベルの寿命（τ４Ｉ１１／２）を、好ましくは０．１２ｍｓ以下、より好ましくは０．１ｍｓ以下、最も好ましくは０．８ｍｓ以下とすることが望ましい。ただし、Ｂ−Ｏの振動エネルギーが１４００ｃｍ−１であるので、Ｂ２Ｏ３の過剰の添加は光増幅に用いる上準位である４Ｉ１３／２レベルをクエンチしてしまう恐れがある。所望されるフォノンエネルギーを実現するためには、Ｂ２Ｏ３の添加量は、０モル％を越え１０モル％未満であることが望ましい。なお、τ４Ｉ１１／２は、ガラスサンプルを９８０ｎｍの光源を用いてパルス励起し、１０００ｎｍ付近の蛍光の減衰から測定することができる。
【００４０】
Ｌａ２Ｏ３は、Ｅｒを高濃度添加した場合のガラスの熱安定性を向上させるために添加されるものである。所望されるガラスの熱安定性を得るためには、Ｌａ２Ｏ３の添加量は０モル％を越え２５モル％未満であることが望ましい。
【００４１】
本発明の第２の実施の形態は、光ファイバのコアまたはクラッドとして用いることができるＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系ガラスである。
【００４２】
Ａｌ２Ｏ３は、利得スペクトルを平坦化させて、より小さい利得偏差を実現するために添加されるものである。多数の波長を用いるＷＤＭ通信を行うためには、利得偏差が小さいことが重要である。ただし、Ａｌ２Ｏ３の過剰な添加は熱安定性（Ｔｘ−Ｔｇ）の低下をもたらす恐れがある。本実施形態のＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３系ガラスにおいて、平坦な利得スペクトルと良好な熱安定性を実現するためには、Ａｌ２Ｏ３の添加量は、０モル％を越え１５モル％未満であることが望ましい。
【００４３】
本発明の第３の実施形態は、光ファイバのコアまたはクラッドとして用いることができるＴｅＯ２−ＷＯ３系ガラスであり、より詳細にはＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｐ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ２Ｏ系ガラスである。
【００４４】
ＴｅＯ２、ＷＯ３、Ｍ２Ｏの機能および添加量については、第１の実施形態のガラスと同様である。Ａｌ２Ｏ３の機能および添加量については、第２の実施形態のガラスと同様である。
【００４５】
Ｐ２Ｏ５は、Ｅｒを高濃度添加した場合のガラスの熱安定性を向上させるために添加されるものである。しかしながら、Ｐ２Ｏ５の過剰な添加は、利得スペクトルの急峻化を招き、ＷＤＭ通信で用いられる複数の波長の信号間の増幅率の不均衡をもたらす恐れがある。平坦な利得スペクトルおよび良好なガラスの熱安定性を得るために、Ｐ２Ｏ５の添加量は０モル％を越え２０モル％未満であることが望ましい。
【００４６】
前述のＰ２Ｏ５による効果に加えて、ガラスの熱安定性はＭ２Ｏの添加によりさらに向上され、利得スペクトルはＡｌ２Ｏ３の添加により平坦化されるので、本実施形態のガラスは、光ファイバ用または光導波路用ガラスとして優れたものである。
【００４７】
上記の本発明の第１〜第３の実施形態のガラスを用いて光ファイバを形成する場合、コアを形成するガラスとクラッドを形成するガラスとの間に比屈折率差をつけることが必要である。
【００４８】
本発明の第４の実施形態のガラスは、Ｂｉ２Ｏ３をさらに含む本発明の第１〜第３の実施形態のガラスである。Ｂｉ２Ｏ３をさらに含むことにより、ガラスの屈折率を増大させることが可能となる。ガラスの他の特性（熱安定性、利得スペクトルの平坦性など）を維持して屈折率を増大させることができるＢｉ２Ｏ３の含有量は、０％を越え２０モル％未満である。
【００４９】
本発明の第５の実施形態のガラスは、ＢａＯまたはＧｅＯ２の少なくとも１種をさらに含む本発明の第１〜第３の実施形態のガラスである。ＢａＯおよび／またはＧｅＯ２をさらに含むことにより、ガラスの屈折率を減少させることが可能となる。ガラスの他の特性（熱安定性、利得スペクトルの平坦性など）を維持して屈折率を減少させることができるＢａＯの含有量は、０％を越え３０モル％未満である。また、ＧｅＯ２の含有量は、０％を越え３０モル％未満であることが望ましい。ＢａＯまたはＧｅＯ２のいずれか一方を含んでもよいし、あるいはＢａＯおよびＧｅＯ２の両方を含んでもよい。
【００５０】
本発明の第１〜第５の実施形態のガラスを適宜用いることにより、最大で６％までの比屈折率差（Δｎ）を実現することが可能となる。
【００５１】
本発明の第６の実施形態のガラスは、光増幅を行うための希土類元素としてＥｒが添加される第１〜第５の実施形態のガラスである。本実施形態のガラスを光ファイバまたは光導波路のコアまたはクラッドのいずれかに用いることによって、光増幅媒体を形成することが可能となる。
【００５２】
短尺のファイバまたは光導波路を用いて充分な増幅率を得るためにはＥｒの添加量を増大させることが必要であるが、添加量が過剰となるとＥｒ３＋イオンのクラスタリングが起こり、いわゆる濃度消光が発生するおそれがある。本発明の第１〜第５の実施形態のガラスにＥｒを添加する場合、その添加量は、ガラスの総重量を基準として０．５質量％より大きく１０質量％未満であることが望ましい。そのような範囲の添加量とすることによって、高い効率を維持しつつ充分な増幅率を得ることが可能となる。本実施形態のガラスは、Ｃ帯（１５３０〜１５６５ｎｍ）およびＣ＋Ｌ帯（１５３０〜１６２５ｎｍ）の広い帯域において平坦な利得スペクトルを与える。目的とする帯域における最大利得と最小利得との差を利得偏差とすると、本実施形態のガラスは、８ｄＢ以下、より望ましくは３ｄＢ以下の利得偏差を達成することが可能となる。
【００５３】
本発明の第７の実施形態のガラスは、Ｅｒに加えて、光増幅を行うための希土類元素としてＹｂが添加される第６の実施形態のガラスである。Ｅｒ３＋の励起光源である９８０ｎｍの光を用いて励起することが可能であり、かつＥｒ３＋とは異なる利得スペクトルを有するＹｂの添加は、利得スペクトルの平坦化および利得帯域の広帯域化に有効である。濃度消光などを起こすことなく利得スペクトルの平坦化を行うためには、Ｙｂの添加量は、ガラスの総重量を基準として０．５％より大きく１５質量％未満であることが望ましい。本実施形態のガラスにおいても、８ｄＢ以下、より望ましくは３ｄＢ以下の利得偏差を達成することが可能となる。
【００５４】
本発明の第８の実施形態は、コアとクラッドとを有する光ファイバまたは光導波路からなる光増幅媒体であって、コアおよびクラッドが第１〜第７の実施形態のいずれかのガラスから形成されている光増幅媒体である。好ましい光増幅媒体は、コアまたはクラッドの一方が第６または第７の実施形態のガラスから形成され、他方が第１〜第５の実施形態のガラスから形成される。より好ましい光増幅媒体は、コアが第６または第７の実施形態のガラスから形成され、クラッドが第１〜第５の実施形態のガラスから形成される。
【００５５】
本実施形態の光増幅媒体において、コアはクラッドより大きい比屈折率を有するべきであり、その比屈折率差はコアの比屈折率の０．３％以上、より好ましくは１％以上であることが望ましい。
【００５６】
本実施形態の光ファイバからなる光増幅媒体において、単一モードにおいて１．５μｍ帯の光を導波する場合、コアは、直径２〜１０μｍの円形断面を有することが望ましい。あるいはまた、多重モードにおいて１．５μｍ帯の光を導波する場合、コアは、直径１０〜５０μｍの円形断面を有することが望ましい。取り扱い性と省スペース性を考慮すれば、クラッドは、直径１００〜１５０μｍの円形断面を有することが好ましい。
【００５７】
一方、本発明の光導波路からなる光増幅媒体において、単一モードにおいて１．５μｍ帯の光を導波する場合、コアは、幅および高さが２〜１０μｍの矩形断面（正方形を含む）または直径２〜１０μｍの円形断面を有することが望ましい。あるいはまた、多重モードにおいて１．５μｍ帯の光を導波する場合、コアは、幅および高さが１０〜５０μｍの矩形断面（正方形を含む）または直径１０〜５０μｍの円形断面を有することが望ましい。光導波路は、リッジ構造であっても、埋め込み構造であってもよい。クラッドは、当該技術において通常用いられる形状を有することが可能である。
【００５８】
本実施形態の光増幅媒体の両端面には、必要に応じてコーティングを行ってもよい。該コーティングは、反射防止（ＡＲ）コート、半反射／反射防止（ＨＲ／ＡＲ）コート、または反射ミラーであってもよい。施されるコーティングの種類は、光増幅媒体の使用法に依存する。
【００５９】
本実施形態の光増幅媒体は、好ましくは１０ｃｍ以下、より好ましくは３ｃｍ以下の長さにおいて、１．５μｍ帯の光を充分に増幅できることが望ましい。
【００６０】
本発明の第９の実施形態は、第８の実施形態の光増幅媒体のコアまたはクラッドの少なくとも一方に、光増幅を行うための希土類元素を添加した光増幅媒体である。本実施形態において添加することのできる希土類元素は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏ、ＴｍまたはＹｂである。希土類元素を光増幅媒体のコアに添加することがより好ましい。
【００６１】
本実施形態における前述の希土類元素の添加量は、添加する元素にも依存するが、一般的にはガラスの総重量を基準として０％を超え、１５％未満であることが望ましい。
【００６２】
本発明の第１０の実施形態は、第８または第９の実施形態の光増幅媒体と、信号光と該光増幅媒体を励起する励起光とを該光増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器である。
【００６３】
入力手段は、信号光および励起光の両方を光増幅媒体に入力する入力手段であってもよいし、信号光または励起光のいずれか一方を光増幅媒体に入力する入力手段であってもよい。信号光および励起光の両方を光増幅媒体に入力する入力手段を使用する場合には、方向性結合器、ＷＤＭカップラなど当該技術において知られている任意の手段を用いて、信号光と励起光とをあらかじめ合波しておいてもよい。入力手段は、反射防止が施された光増幅媒体の端面であってもよいし、光コネクタ、スプライス、またはマイクロレンズなど当該技術において知られている任意の手段を用いてもよい。ここで、光増幅媒体の端面は、平面、球面、またはテーパ状のいずれであってもよい。また、マイクロレンズを用いる場合には、１つまたは複数のレンズを用いてもよい。
【００６４】
出力手段は、増幅された信号光を出力するために当該技術において知られている任意の手段であってもよい。出力手段は、反射防止が施された光増幅媒体の端面であってもよいし、光コネクタ、スプライス、またはマイクロレンズなどであってもよい。ここで、光増幅媒体の端面は、平面、球面、またはテーパ状のいずれであってもよい。また、マイクロレンズを用いる場合には、１つまたは複数のレンズを用いてもよい。
【００６５】
励起光は、信号光が入射する端部から光増幅媒体に入力されてもよいし、あるいは信号光が入射する端部とは反対側の端部から光増幅媒体に入射されてもよい。本発明の光増幅器において望ましい励起光は９８０ｎｍの光であり、それはレーザーダイオード（ＬＤ）を用いて所望の強度で得ることができる。
【００６６】
本実施形態においては、信号光を一端から他端へ通過させるシングルパスの光増幅媒体を用いてもよいし、あるいは一端に反射ミラーを設けて、他端から入力される信号光を往復させるダブルパスの光増幅媒体を用いてもよい。あるいはまた、１．５μｍ帯の信号光を反射し、９８０ｎｍの励起光に対して反射防止コートとして機能するＨＲ／ＡＲコートを一端に施した光増幅媒体を用い、ＨＲ／ＡＲコート側から励起光を入力し、その反対側から信号光を入力して信号光を往復させる構成を用いることもできる。光増幅媒体は、好ましくは１０ｃｍ以下、より好ましくは３ｃｍ以下の長さを有することが望ましい。
【００６７】
さらに、本実施形態の光増幅器に対して、必要に応じてレンズ、アイソレータ、サーキュレータ、ハーフミラー、ダイクロイックミラーなど当該技術において知られている任意の素子を組み込むことができるのはもちろんである。
【００６８】
本発明の第１１の実施形態は、並列に配列された複数の第８または第９の実施形態の光増幅媒体と、信号光と該複数の光増幅媒体を励起する励起光とを該複数の光増幅媒体に入力する入力手段とを備えた光増幅器である。
【００６９】
本実施形態においては、入力手段は、別個のＷＤＭ信号光を複数の光増幅媒体のそれぞれに入力するものでもよい。あるいはまた、波長選択的分波器などを用いて１つのＷＤＭ信号光を１つまたは複数の波長の信号光を含む複数の部分に分割して、該複数の部分のそれぞれを複数の光増幅媒体のそれぞれに入力するものであってもよい。さらに、信号光を分割する場合には、信号光波長による伝搬速度の分散を補償してもよい。これは、長距離かつ高速度における通信を行う際に特に有効である。
【００７０】
本実施形態においては、１つの励起光源から発せられる励起光を分配してそれぞれの光増幅媒体に入力してもよいし、あるいはそれぞれの光増幅媒体に対応して複数の励起光源を設置してもよい。それぞれの光増幅媒体に対応する複数の励起光源を用いる場合には、励起光源のオンオフを制御することによって、本実施形態の光増幅器を波長セレクタとして機能させることも可能である。
【００７１】
用いることができる入力手段および励起光源、励起光の入射方向、ならびに任意選択的に組み込んでもよい素子は、第１０の実施形態の光増幅器と同様である。また、光増幅媒体は、シングルパスであってもダブルパスであってもよい。本実施形態においては、シングルパスがより好ましい。
【００７２】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明に基づくテルライトガラス、光増幅媒体および該光増幅媒体を用いた小型光増幅器の実施例を詳細に説明する。
【００７３】
（実施例１）
本願の発明にかかるテルライトガラスの組成例（Ｎｏ．１〜２０）および従来のガラスの比較組成例（Ａ〜Ｄ）を、これらガラスの熱安定性（Ｔｘ−Ｔｇ：℃）、紫外吸収端（ＵＶ端：ｎｍ）、Ｅｒの４Ｉ１１／２および４Ｉ１３／２レベルの寿命τ（ｍｓ）、発光スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ：ｎｍ）についての測定試験結果とともに第１表に記す。なお、Ｔｘ−Ｔｇにおける「∞」は、結晶化温度Ｔｘが存在しないことを示す。また、第１表においてガラスの組成は全原料化合物に占めるモル％で示し、添加物はガラスの総重量を基準とした質量％で示した。窒素ガスを充填したグローブボックス内で原料を混合し、金坩堝を用いて酸素雰囲気下８００℃で溶融し、得られる融液を３００℃に予加熱した鋳型中に流し込むことにより、ガラスを作製した。
【００７４】
第１表から、本発明のテルライトガラス（Ｎｏ．１〜２０）は、１２０℃以上のＴｘ−Ｔｇを有し、単一モードファイバに加工するのに十分な熱安定性を有していることがわかる。比較組成例Ｂによって、過剰のＢｉ２Ｏ３の存在が熱安定性が損うことが分かる。
【００７５】
比較組成例Ａは、ＷＯ３が３５モル％を超えているため、紫外吸収端が４９０ｎｍとなり、Ｅｒの４Ｆ７／２→４Ｉ１５／２吸収（４９０ｎｍ）および２Ｈ１１／２→４Ｉ１５／２吸収（５２０ｎｍ）と重なるため、オプティカルダメージによるファイバ損失劣化が起こりやすい。これに対して、本発明のテルライトガラスは、いずれも４４５ｎｍ以下の紫外吸収端を有し、ファイバ損失を起こす恐れはない。
【００７６】
組成５３ＴｅＯ２−２０ＷＯ３−８Ｌａ２Ｏ−４Ｂ２Ｏ３−１５Ｌｉ２Ｏを持つテルライトガラスに、Ｅｒを０．５，２，５，７，１０質量％添加した組成例を、Ｎｏ．１０〜１５に示した。この例のτ４Ｉ１３／２（光増幅の上凖位の寿命）に着目すると、Ｎｏ．１０〜１４については、添加量の増加に従い、わずかに短寿命化するがそれほど大きな変化はない。しかしながら、１０質量％添加（Ｎｏ．１５）では、極端に寿命が短くなっている。これは、濃度消光が顕著になっているためと考えられる。したがって、Ｅｒ添加濃度としては１０質量％以下が望ましいことがわかる。
【００７７】
また、本発明のテルライトガラスは、いずれも０．１２ｍｓ以下のτ４Ｉ１１／２、および３．３ｍｓ以上のτ４Ｉ１３／２を有し、９８０ｎｍの励起光を用いる光増幅に適当であることが分かる。これに対して比較組成例Ａ〜Ｄは、０．４ｍｓ以上のτ４Ｉ１１／２を有し、９８０ｎｍ光の励起によっては効率的な光増幅ができない。
【００７８】
さらに、本発明のテルライトガラスは、４３ｎｍ以上（多くの例は６０ｎｍ以上）の半値全幅を有し、広帯域の利得スペクトルを与えることが分かる。これに対して比較組成例Ｄは、過剰のＰ２Ｏ５の含有により、半値全幅が３５ｎｍと狭くなり、広帯域の波長の信号光の増幅には不適当であることが分かる。
【００７９】
【表１】
2004244280.tif 000003
【００８０】
【表２】
2004244280.tif 000004
【００８１】
【表３】
2004244280.tif 000005
【００８２】
（実施例２）
コアガラスとしてＮｏ．１２のガラスを用いた。この組成物を金坩堝を用いて酸素雰囲気で溶融し、吸引成型（サクションキャスティング）法により、プリフォームを作製した。クラッドガラスとして、Ｎｏ．１２ガラスの１０モル％のＴｅＯ２をＧｅＯ２を置換し、Ｅｒを添加しないガラス（４３ＴｅＯ２−２０ＷＯ３−８Ｌａ２Ｏ−４Ｂ２Ｏ３−１５Ｌｉ２Ｏ−１０ＧｅＯ２：Ｅｒ無添加）を用いた。該クラッドガラスを用いて、回転成型（ローテショナル・キャスティング）法でジャケット管を作製した。これらプリフォーム・ジャケット管を用いてコア直径５μｍ、クラッド外径１２０μｍの単一モードのテルライトファイバ１を作製した。テルライトファイバ１は、０．１ｄＢ／ｍ以下の最低損失、０．９μｍのカットオフ波長、１％のコア・クラッドの比屈折率差Δｎを有した。
【００８３】
コアガラスとしてＣガラス、クラッドガラスとしてＣガラスの１０モル％のＴｅＯ２をＧｅＯ２で置換し、Ｅｒを添加しないガラスを用いたことを除いて同様な方法で、テルライトファイバ２を作製した。テルライトファイバ２のコアおよびクラッドに、Ｂ２Ｏ３は含まれていない。
【００８４】
図３は、本発明の光増幅器の一例の概略的構成図である。信号光源１０１および９８０ｎｍの励起光源１０２は光カップラ１０３を介してファイバ状光増幅媒体１０４の一端に接続され、光増幅媒体１０４の他端には光アイソレータ１０５が接続されている。なお、各部品の接続は光ファイバ１０６ａ〜ｄで行われている。
【００８５】
上記で作製した長さ２ｃｍのテルライトファイバ１および２を光増幅媒体１０４として用いて、増幅特性を測定した。励起パワー１００ｍＷ、信号波長１５３５ｎｍ、信号光量−３０ｄＢｍの場合において、テルライトファイバ２を用いた場合には利得が６ｄＢであったのに対し、テルライトファイバ１を用いた場合には２０ｄＢという充分に大きな利得が得られた。また、信号光量を０ｄＢｍとした場合、テルライトファイバ２では３ｄＢの利得であったのに対し、テルライトファイバ１では１２ｄＢの利得が得られた。エネルギー変換効率に換算すると、ファイバ２では１％であるのに対し、ファイバ１では１５％であった。したがって、本実施例により、ＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ−Ｍ２Ｏ系ガラスを用いて９８０ｎｍ励起で効率の良い光増幅器を構成するためにはＢ２Ｏ３の添加が不可欠であることが判明した。
【００８６】
（実施例３）
コアガラスとしてＮｏ．１９のガラス、クラッドガラスとしてＮｏ．１９ガラスの１０モル％のＴｅＯ２をＧｅＯ２で置換し、Ｅｒを添加しないガラスを用いて、実施例２と同様な方法でテルライトファイバ３を作製した。また、コアガラスとしてＤガラス、クラッドガラスとしてＤガラスの１０モル％のＴｅＯ２をＧｅＯ２で置換し、Ｅｒを添加しないガラスを用いたことを除いて同様の方法で、本発明の範囲外の過剰なＰ２Ｏ５を含有するテルライトファイバ４を作製した。
【００８７】
光増幅媒体１０４として長さ３ｃｍのテルライトファイバ３および４を用いて、図３と同様な９８０ｎｍ前方励起の光増幅器を構成し、増幅特性を測定した。励起パワー１５０ｍＷ，信号光量−３０ｄＢｍの場合において、テルライトファイバ３および４を用いた場合の利得スペクトルを図４に示す。テルライトファイバ４を用いた場合、１５３０〜１５６０ｎｍ帯域における利得偏差が１３ｄＢであるのに対し、テルライトファイバ３では利得偏差が３ｄＢであった。この結果から、この帯域におけるＷＤＭ通信に関してテルライトファイバ３が有利であることがわかった。
【００８８】
本実施例から、光増幅媒体としてＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｐ２Ｏ５−Ｍ２Ｏ系ガラスを用いる場合、Ｐ２Ｏ５の添加は２０モル％以上になると利得スペクトルが鋭いピークを持ち、ＷＤＭ通信用光増幅器としては使いづらいことがわかった。また、Ｐ２Ｏ５の添加を２０モル％以下とした場合、Ａｌ２Ｏ３の添加によって利得スペクトルの平坦性が改善され、より小さい利得偏差が得られることがわかった。
【００８９】
（実施例４）
コアガラスとしてＮｏ．９のガラス、クラッドガラスとしてＮｏ．９ガラスのＢｉ２Ｏ３をＧｅＯ２４モル％で置換し、Ｅｒを添加しないガラスを用いて、これまでと同様な方法でテルライトファイバ５を作製した。長さ７ｍｍのテルライトファイバ５を用いて小型集積光増幅器を構成した。
【００９０】
図５は、本発明の光増幅器の一例の概略的構成を示す図である。入力ファイバ２０１から入射した信号は、レンズ２０２、アイソレータ２０３を通って、ＷＤＭカップラ２０６に入射する。また、励起用ＬＤ２０４を発する波長９８０ｎｍの励起光は、レンズ２０５で集光され、ＷＤＭカップラ２０６に入射される。ＷＤＭカップラ２０６で合波された信号光および励起光はレンズ２０７を介して、フェルール中に格納された光増幅媒体２０８に入射する。本実施例において、光増幅媒体２０８として、両端にＡＲコート２０９が施された長さ７ｍｍのテルライトファイバ５を用いた。光増幅媒体２０８から出た信号はレンズ２１０を介してアイソレータ２１１を通り、利得等化フィルタ２１２で利得等化された後、レンズ２１３で集光されて出力ファイバ２１４に結合される。
【００９１】
本増幅器のトータルロスは光増幅媒体のロスを除いて１．２ｄＢであった。１５０ｍＷの励起パワーを用いた場合に１７ｄＢの利得が得られた。また、１５３０〜１５６５ｎｍ帯域における利得偏差は０．２ｄＢであった。また、最大出力は１２ｄＢｍであり、エネルギー変換効率は１０％程度であった。なお、本実施例においては、ＷＤＭカップラ２０６の特性を変更することにより、励起用ＬＤ２０４およびレンズ２０５の配置と、入射用レンズ２０２およびアイソレータ２０３の配置とを、構造的に入れ替えることができる。
【００９２】
（実施例５）
コアガラスとしてＮｏ．９のガラスを用いた。この組成物を金坩堝を用いて酸素雰囲気で溶融し、吸引成型（サクションキャスティング）法により、プリフォームを作製した。クラッドガラスとして、Ｎｏ．９ガラスのＢｉ２Ｏ３を４モルＧｅＯ２を置換し、Ｅｒを添加しないガラスを用いた。該クラッドガラスを用いて、回転成型（ローテショナル・キャスティング）法でジャケット管を作製した。これらプリフォームおよびジャケット管を用いる延伸工程により、外径１ｍｍ、コア径４μｍの光増幅用ガラスロットを作製した。該ロットの最低損失は０．２ｄＢ／ｍ以下、カットオフ波長は０．９μｍ、Δｎは０．７％であった。
【００９３】
光増幅媒体２０８として長さ１ｃｍの前記ガラスロットを用いて、実施例４と同様な小型集積光増幅器を構成した。本増幅器のトータルロスは光増幅媒体のロスを除いて１．０ｄＢであった。１５０ｍＷの励起パワーを用いた場合、１９ｄＢの利得が得られ、１５３０〜１５６５ｎｍ帯域における利得偏差は０．２ｄＢであった。また、最大出力は１２．５ｄＢｍであり、エネルギー変換効率は１２％程度であった。
【００９４】
（実施例６）
コアガラスとしてＮｏ．４のガラスを用い、クラッドガラスとしてＮｏ．４ガラスの５モル％のＴｅＯ２をＢａＯで置換し、Ｅｒを添加しないガラスを用い、実施例５と同様な方法で外径１ｍｍ、コア径４μｍの光増幅用ガラスロットを作製した。得られたガラスロットの最低損失は０．２ｄＢ／ｍ以下であり、カットオフ波長は０．９μｍであり、Δｎは０．７％であった。
【００９５】
光増幅媒体３０８として長さ１ｃｍの前記ガラスロットを用いて小型集積光増幅器を構成した。図６は、本発明のダブルパスの光増幅器の一例の概略的構成を示す図である。入力ファイバ３０１ａから入射した信号は、２芯コリメータ系３０２およびサーキュレータ３０３を通って、ＷＤＭカップラ３０６に入射する。また、励起用ＬＤ３０４を発する波長９８０ｎｍの励起光は、レンズ３０５で集光され、ＷＤＭカップラ３０６に入射される。ＷＤＭカップラ３０６で合波された信号光および励起光は、レンズ３０７を介して、光増幅媒体３０８に入射する。光増幅媒体３０８は、入力端にＡＲコート３０９が施され、終端に反射ミラー３１０が蒸着されている。光増幅媒体３０８に入射した光は反射ミラー３１０で反射し、再び光増幅媒体３０８内を伝搬するダブルパス構成となっている。光増幅媒体から出力される増幅された光信号は、サーキュレータ３０３を通り２芯コリメータ系３０２を介して出力ファイバ３０１ｂ側から出力される。
【００９６】
本実施例の増幅器のトータルロスは光増幅媒体３０８のロスを除いて１．３ｄＢであった。１２０ｍＷの励起光を用いた場合、１５ｄＢの利得が得られ、１５３０〜１５６５ｎｍ帯域における利得偏差は３ｄＢであった。また、最大出力は１２．６ｄＢｍであり、エネルギー変換効率は１５％程度であった。
【００９７】
（実施例７）
外径を０．５ｍｍに変更したことを除いて実施例６と同様の方法を用いて、長さ２ｃｍのガラスロットを作製した。このガラスロットを光増幅媒体３０８として用いて、実施例６と同様な小型集積光増幅器を構成した。
【００９８】
本光増幅器のトータルロスは光増幅器のロスを除いて１．４ｄＢであった。２５０ｍＷの励起光を用いた場合、１５３０〜１６０５ｎｍの７５ｎｍ帯域において１５ｄＢ以上の広帯域利得が得られ、利得偏差は５ｄＢであった。また、最大出力は１５ｄＢｍであり、エネルギー変換効率は１２％程度であった。
【００９９】
（実施例８）
外径を０．５ｍｍに変更したことを除いて実施例６と同様の方法を用いて、長さ３ｃｍのガラスロットを作製した。このガラスロットを光増幅媒体３０８として用いて、実施例６と同様な小型集積光増幅器を構成した。
【０１００】
本光増幅器のトータルロスは光増幅器のロスを除いて１．５ｄＢであった。２５０ｍＷの励起光を用いた場合、１５５５〜１６２０ｎｍの６５ｎｍ帯域において１５ｄＢ以上の広帯域利得が得られ、利得偏差は３ｄＢであった。また、最大出力は１３ｄＢｍであり、エネルギー変換効率は８％程度であった。
【０１０１】
（実施例９）
実施例６の方法で作製される光増幅用ガラスロットを用いて、異なる構造の小型集積光増幅器を構成した。図７は、本発明の光増幅器の一例の概略的構成を示す図である。入力ファイバ４０１ａから入射した信号は２芯コリメータ系４０２を介してサーキュレータ４０３を通り、レンズ４０４で集光されて、光増幅媒体４０５に入射する。光増幅媒体４０５の信号光入力端はＡＲコート４０６が施され、終端（励起光入力端）はＨＲ／ＡＲコート４０７が蒸着されている。本実施例においては、実施例６の方法で作製される長さ１．２ｃｍのガラスロットにＡＲコート４０６およびＨＲ／ＡＲコート４０７を施したものを、光増幅媒体４０５として用いた。ＬＤ４０８から発せられる波長９８０ｎｍの励起光はレンズ４０９で集光されて光増幅媒体４０５終端から入射される。ここで、ＨＲ／ＡＲコート４０７は、信号光であるＣ帯（１５３０〜１５６５ｎｍ）およびＣ＋Ｌ帯（１５３０〜１６２５ｎｍ）の光に対しては反射ミラーとして機能し、励起光として用いられる９８０ｎｍの光に対してはＡＲコートとして機能する。本実施例の光増幅器は、光増幅媒体４０５に入射した信号光はＨＲ／ＡＲコート４０７で反射され、再び光増幅媒体４０５内を伝搬するダブルパス構成となっている。光増幅媒体４０５から出力される増幅された信号光は、サーキュレータ４０３を通り２芯コリメータ系４０２を介して出力ファイバ４０１ｂ側から出力される。
【０１０２】
本アンプのトータルロスは増幅用ファイバのロスを除いて１．２ｄＢであった。利得は１４０ｍＷ励起に対して１６ｄＢが得られ、１５３０−１５６５ｎｍ帯域において利得偏差は３ｄＢであった。また、最大出力は１２．６ｄＢｍであり、エネルギー変換効率は１３％程度であった。
【０１０３】
（実施例１０）
外径を０．５ｍｍに変更し、端面を光軸に対して８゜傾斜させたことを除いて実施例６と同様の方法を用いて、長さ１．５ｃｍのガラスロットを作製した。このガラスロットをアレイ状に８本集積したアレイ型光増幅器を構成した。
【０１０４】
図８に、本実施例のアレイ型光増幅器の主要部を示した。石英系のＰＬＣプラットフォーム５０１の導波路部分は曲げ角度を１２°とし、左右対称のハの字構造となっている。光増幅媒体である両端面を８゜傾斜させたガラスロット５０２のそれぞれを、ＰＬＣプラットフォームの１２°の端面とフィジカルコンタクトにより接合し、反射を防いでいる。励起用ＬＤ５０３から発せられる９８０ｎｍの励起光は、８チャンネルのスプリッターにより分岐され、ＰＬＣプラットフォーム上に設けられたＷＤＭカップラにより信号光と合波されて、各ガラスロット５０２に挿入される。３２０ｍＷの励起光を８チャネルに分岐し、１チャンネルあたり４０ｍＷの励起光を用いた場合、波長１５３６ｎｍの小信号（光量−３０ｄＢｍ）に関して１２ｄＢの利得が得られた。
【０１０５】
本実施例において、ＰＬＣプラットフォーム５０１の光導波路部分に信号光を入力するための入力手段は、任意のものを用いることができる。それぞれのガラスロット５０２に対して、別個のＷＤＭ信号光を入力してもよい。あるいはまた、１つのＷＤＭ信号光を、１つまたは複数の波長の信号光を含む複数の部分に分割して、該複数の部分のそれぞれをガラスロット５０２のそれぞれに入力してもよい。
【０１０６】
また、図３または図５の実施形態の相当する部分を本実施例のアレイ型光増幅器主要部とするようなシングルパスの光増幅器を構成してもよいし、図６または図７の実施形態の相当する部分を本実施例のアレイ型光増幅器主要部とするようなダブルパスの光増幅器を構成してもよい。また、アレイ状に配列される光増幅媒体の数は８個に限定されるものではなく、所望される任意の数の光増幅媒体を用いることが可能である。
【０１０７】
（実施例１１）
本実施例は、実施例１０のアレイ型光増幅器の変形例（図９参照）である。光増幅部６０１は、励起ＬＤが光増幅媒体ごとに個別にオン・オフができるように設置されること以外は実施例１０の光増幅器主要部と同様である。この光増幅部６０１を、アレイ導波路格子分波器６０２と同合波器６０３の間に配置することによって、アレイ型ゲインセレクタを構成した。増幅部の利得は、各光増幅媒体について８０ｍＷの励起光を用いた場合に１５ｄＢであり、アレイ型ゲインセレクタの損失を補償することができる。また、光増幅器は励起光を入れない場合にはロス媒体となるため、励起光のオン・オフにより波長セレクタとして機能することができる。さらに、図９のアレイ導波路格子分波器６０２および同合波器６０３においては、信号光の伝送速度分散を補償するように、分割後の光路長を変更している例を示した。この構成は、特に２つのゲインセレクタ（増幅器）間の距離が長い場合、高周波数のパラレル通信を行う場合に有効である。
【０１０８】
以上の実施例では光ファイバ用の組成として光増幅用テルライトガラスの例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。さらに、光増幅器は、光増幅媒体と、この光増幅媒体を励起する励起光源と、信号光入力および出力手段を有するものであれば上述した構成に限定されるものではない。
【０１０９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、Ｅｒの高濃度添加が可能であり、１．５μｍ帯の利得スペクトルが広帯域かつ平坦であり、Ｅｒの４Ｉ１１／２凖位への励起で十分効率の良い増幅を行うことができる光増幅用テルライトガラスが提供される。該テルライトガラスは、光ファイバまたは光導波路のホストガラスとして有用である。さらに、該テルライトガラスを光増幅媒体として用いることにより、小型のＥＤＦＡまたはＥＤＷＡを提供することが可能となる。特に、本発明のテルライトガラスは、１．５３μｍから１．６２μｍの波長域でも動作可能な広帯域の光増幅媒体、および該増幅媒体を用いた広帯域かつ低雑音特性を有する小型のＥＤＦＡまたはＥＤＷＡを提供することを可能にする。
【０１１０】
したがって、本発明のテルライトガラス、光増幅媒体、および光増幅器は、波長多重光伝送システムにおいて高性能化、低価格化を進めることに有効であり、その結果、特にメトロ系、アクセス系においてそれらのシステムを用いたサービスの高度化、経済化に大きく寄与できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のテルライトガラスに添加した種々の量のＥｒを添加した場合の４Ｉ１３／２レベルからの発光寿命を示す図である。
【図２】ＴｅＯ２−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系においてＬｉ２Ｏ＝１５モル％とした場合の、安定ガラス組成領域および紫外吸収端の組成依存性を示す相図である。
【図３】本発明の光増幅器の一例を示す模式的構成図である。
【図４】実施例３で得られたテルライトファイバ光増幅器の利得スペクトルを表すグラフである。
【図５】本発明の光増幅器の一例を示す模式的構成図である。
【図６】本発明の光増幅器の一例を示す模式的構成図である。
【図７】本発明の光増幅器の一例を示す模式的構成図である。
【図８】本発明のアレイ型光増幅器の一例を示す模式的構成図である。
【図９】本発明のアレイ型光増幅器を用いたゲインセレクタの一構成例を示す模式的構成図である。
【符号の説明】
１０１  信号光源
１０２  励起光源
１０３  光カップラ
１０４  光増幅媒体
１０５  アイソレータ
１０６  光ファイバ
２０１、３０１ａ、４０１ａ  入力ファイバ
２０２、２０５、２０７、２１０、２１３  レンズ
２０３、２１１  アイソレータ
２０４、３０４、４０８、５０３  励起用ＬＤ
２０６、３０６  ＷＤＭカップラ
２０８、３０８、４０５  光増幅媒体
２０９、３０９、４０６  ＡＲコート
２１２  利得等化フィルタ
２１４、３０１ｂ、４０１ｂ  出力ファイバ
３０２、４０２  ２芯コリメータ系
３０３、４０３  サーキュレータ
３０５、３０７、４０４、４０９  レンズ
３１０  反射ミラー
４０７  ＨＲ／ＡＲコート
５０１  ＰＬＣプラットフォーム
５０２  ガラスロット
６０１  光増幅部
６０２  アレイ導波路格子分波器
６０３  アレイ導波路格子合波器
【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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