(57)【要約】【課題】熱的に安定で、イオン交換に適した酸化ビスマス系光増幅ガラスおよび光増幅導波路製造方法の提供。【解決手段】モル％表示でＢｉ２Ｏ３を５〜５５％、ＳｉＯ２を１０〜８５％、Ｇａ２Ｏ３を２〜４０％含有し、かつ、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＞７０％、ＴｅＯ２が２１モル％未満であるマトリクスガラスに、Ｅｒ、Ｔｍ、ＰｒおよびＤｙからなる群から選ばれた１種以上が添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがアルカリ金属酸化物を７．６％以上含有する光増幅ガラス。また、前記光増幅ガラスに対し２段階熱イオン交換を行うことを特徴とする光増幅導波路製造方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル％表示でＢｉ２Ｏ３を５〜５５％、ＳｉＯ２を１０〜８５％、Ｇａ２Ｏ３を２〜４０％含有し、かつ、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＞７０％、ＴｅＯ２が２１モル％未満であるマトリクスガラスに、Ｅｒ、Ｔｍ、ＰｒおよびＤｙからなる群から選ばれた１種以上が添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがアルカリ金属酸化物を７．６％以上含有する光増幅ガラス。
【請求項２】
液相温度が１１００℃以下である請求項１に記載の光増幅ガラス。
【請求項３】
マトリクスガラス１００質量部にＥｒが０．０１〜１０質量部添加されている請求項１または２に記載の光増幅ガラス。
【請求項４】
マトリクスガラス１００質量部にＹｂが０．０１〜１０質量部添加されている請求項１、２または３に記載の光増幅ガラス。
【請求項５】
マトリクスガラスが、下記酸化物基準のモル％表示で、
Ｂｉ２Ｏ３５〜５５％、
ＳｉＯ２１０〜８５％、
Ｇａ２Ｏ３２〜４０％、
Ａｌ２Ｏ３０〜３０％、
Ｌｉ２Ｏ　　０〜３０％、
Ｎａ２Ｏ　　０〜３０％、
Ｋ２Ｏ　　　０〜３０％、
Ｒｂ２Ｏ　　０〜３０％、
Ｆｒ２Ｏ　　０〜３０％、
ＣｅＯ２０〜１０％、
ＺｎＯ　　　０〜２０％、
ＭｇＯ　　　０〜２０％、
ＣａＯ　　　０〜２０％、
ＳｒＯ　　　０〜２０％、
ＢａＯ　　　０〜２０％、
ＧｅＯ２０〜２０％、
Ｐ２Ｏ５０〜２０％、
Ｌａ２Ｏ３０〜１０％、
Ｂ２Ｏ３０〜２０％、
ＷＯ３０〜１０％、
ＴｅＯ２０〜２０％、
ＴｉＯ２０〜１０％、
ＺｒＯ２０〜１０％、
ＳｎＯ２０〜１０％、
Ｙ２Ｏ３０〜１０％、
から本質的になり、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｒｂ２Ｏ＋Ｆｒ２Ｏが７．６〜３０％である請求項１、２、３または４に記載の光増幅ガラス。
【請求項６】
マトリクスガラスがＮａ２Ｏを１１〜２０モル％含有する請求項１〜５に記載の光増幅ガラス。
【請求項７】
マトリクスガラスがＫ２Ｏを含有しない請求項１〜６のいずれかに記載の光増幅ガラス。
【請求項８】
マトリクスガラスがモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３：９．９９〜３４．９５％、ＳｉＯ２：２４．９６〜５４．９１％、Ｇａ２Ｏ３：１４．９７〜２４．９６％、Ａｌ２Ｏ３０〜６．９４％、Ｎａ２Ｏ：１１．５６〜１４．９８％、ＣｅＯ２：０．１４〜０．１５％、ＢａＯ：２．３１〜２．５０％、Ｐ２Ｏ５：０〜２．９１％、Ｂ２Ｏ３：０〜７．４０％からなる請求項１に記載の光増幅ガラス。
【請求項９】
イオン交換温度における電気伝導度が、１．０×１０−８Ｓ／ｃｍ以上である請求項１〜８のいずれかに記載の光増幅ガラス。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の光増幅ガラスに対し２段階熱イオン交換を行うことを特徴とする光増幅導波路製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱的に安定で、イオン交換に適した酸化ビスマス系光増幅ガラスおよび光増幅導波路製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重光通信方式において使用される光増幅器への応用等を目的として、濃度消光が起りにくく短い長さで所望の光増幅が得られるコア／クラッド構造のＥｒ添加酸化ビスマス系光増幅ガラスファイバが提案されているが、前記ファイバ用光増幅ガラスには、ファイバ加工時に失透しないことが求められる。一方、このような制約は光増幅ガラスの光増幅機能を低下させるおそれがある。そこで、ファイバ加工を行うことなく酸化ビスマス系光増幅導波路が得られる光増幅ガラスおよび前記光増幅導波路の製造方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
酸化ビスマス系光増幅導波路を得るための手段として、熱イオン交換が適用されている（特願２００１−１２５５５４）が、この光増幅ガラスは液相温度（失透温度）が高く熱的に不安定であった。一方、熱的安定性を求めると、ガラスの電気伝導度が低くなり、イオン交換され難くなる、もしくは、Ｔｇが低くなり、熱イオン交換時にガラスの化学的耐久性が悪くなるといった問題を抱えていた。本発明は、熱的に安定で、イオン交換に適した酸化ビスマス系光増幅ガラスおよび光増幅導波路製造方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
モル％表示でＢｉ２Ｏ３を５〜５５％、ＳｉＯ２を１０〜８５％、Ｇａ２Ｏ３を２〜４０％含有し、かつ、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３＋ＳｉＯ２＞７０％、ＴｅＯ２が２１モル％未満であるマトリクスガラスに、Ｅｒ、Ｔｍ、ＰｒおよびＤｙからなる群から選ばれた１種以上が添加されている光増幅ガラスであって、該マトリクスガラスがアルカリ金属酸化物を７．６％以上含有する光増幅ガラスを提供する。
また、前記光増幅ガラスに対し２段階熱イオン交換を行うことを特徴とする光増幅導波路製造方法を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の光増幅ガラス（以下本発明のガラスという。）は、通常、後述する２段階熱イオン交換等によって光増幅導波路とされ、該光増幅導波路は石英系ガラスファイバと接続される。
本発明のガラスは、石英系ガラスファイバの低損失波長領域（概ね１３００〜１６５０ｎｍの波長領域）、特に、Ｓ＋バンド（波長：１４５０〜１４９０ｎｍ）、Ｓバンド（波長：１４９０〜１５３０ｎｍ）、Ｃバンド（波長：１５３０〜１５６０ｎｍ）またはＬバンド（波長：１５７０〜１６００ｎｍ）において光増幅機能を有することが好ましい。なお、光増幅を行わせるための励起光としては通常、波長が９００〜１４９０ｎｍの光が用いられる。
【０００６】
本発明のガラスはマトリクスガラスおよび添加成分からなり、該添加成分となり得るのはＥｒ、Ｔｍ、Ｐｒ、ＤｙおよびＹｂである。なお、添加成分の含有量は、酸化物基準ではなく元素基準を用いて表し、かつマトリクスガラスを１００質量部とする質量部表示で示す。以下、質量部を単に部と表示する。
【０００７】
本発明のガラスは、ＣバンドまたはＬバンドにおいて光増幅を行う場合はＥｒを、Ｓ＋バンドまたはＳバンドにおいて光増幅を行う場合はＴｍを、１３００ｎｍ帯において光増幅を行う場合はＰｒまたはＤｙを、それぞれ含有することが好ましい。
【０００８】
Ｅｒの含有量は０．０１〜１０部であることが好ましい。０．０１部未満では、ＣバンドまたはＬバンドにおける光増幅率が低下するおそれがある。より好ましくは０．１部以上、特に好ましくは０．５部以上である。１０部超ではガラス化が困難になるおそれがある。より好ましくはそれぞれ５部以下、特に好ましくはそれぞれ４部以下である。
【０００９】
Ｔｍ、ＰｒおよびＤｙの含有量はそれぞれ１０部以下であることが好ましい。１０部超ではガラス化が困難になるおそれがある。より好ましくはそれぞれ５部以下、特に好ましくはそれぞれ４部以下である。
Ｔｍを含有する場合、Ｐｒを含有する場合、または、Ｄｙを含有する場合、それぞれの含有量は０．０１部以上であることが好ましい。より好ましくは０．０５部以上、特に好ましくは０．１部以上である。
【００１０】
本発明のガラスは必須ではないが光増幅率をより増大させるためにＹｂを１０部まで含有してもよい。１０部超ではガラス化が困難になる。好ましくは５部以下である。Ｙｂの前記光増幅率を増大させる効果は、本発明のガラスがＥｒを含有する場合に顕著である。
Ｙｂを含有する場合、その含有量は好ましくは０．０１部以上、より好ましくは０．１部以上、特に好ましくは０．５部以上である。
【００１１】
本発明のガラスは、特開平６−１９４５３３号公報等によって公知の２段階熱イオン交換法を適用して光増幅導波路とするのに好適である。
前記２段階熱イオン交換法とは、導波路を構成すべき部分以外にマスクをしたガラス（被イオン交換ガラス）をイオン交換用融液Ａに浸漬して前記マスクをされていない部分に高屈折率イオン交換層（以下高屈折率層という。）を形成し、次に、前記高屈折率層をガラス内部に移動させるべく別のイオン交換用融液Ｂにガラスを浸漬し、かつ電場を印加するものである。たとえば、前記ガラスはＮａを含有し、前記イオン交換用融液ＡはＡｇＮＯ３融液であり、前記イオン交換融液ＢはＮａＮＯ３融液である。
【００１２】
２段階熱イオン交換法により導波路を形成するには、ガラスの電気伝導度がイオン交換温度において、１．０×１０−８Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。電気伝導度が低いと、Ａｇ＋イオンの移動度が低下し、所望のコア／クラッド構造が得られない可能性がある。より好ましくは、５．０×１０−８Ｓ／ｃｍ以上、特に好ましくは、１．０×１０−７Ｓ／ｃｍ以上である。
【００１３】
本発明のガラスに対し２段階熱イオン交換法を適用して製造した光増幅導波路においては、波長が１３００〜１６５０ｎｍであって光通信の信号光に用いられる光がシングルモードで伝播できることが好ましい。波長が９００〜１４９０ｎｍである励起光もシングルモードで伝播できることがより好ましい。以下、前記信号光および前記励起光の波長範囲を包含する波長範囲９００〜１６５０ｎｍを伝播波長帯という。
【００１４】
高屈折率層の、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率ｎ６３３から被イオン交換ガラスのｎ６３３を減じたΔｎ６３３は０．００２〜０．５５であることが好ましい。この範囲外では伝播波長帯の光をシングルモードで伝播させることが困難になるおそれがある。高屈折率層の厚さが３μｍの場合Δｎ６３３は０．００５〜０．２７、同厚さが４μｍの場合Δｎ６３３は０．００５〜０．１６、同厚さが５μｍの場合Δｎ６３３は０．００５〜０．１０であることがそれぞれ好ましい。なお、高屈折率層を形成するために被イオン交換ガラスをイオン交換用融液に浸漬する時間は、好ましくは１０時間以下、より好ましくは６時間以下である。
【００１５】
なお、本発明において、伝播波長帯に属さない波長６３３ｎｍの光に対する屈折率によって高屈折率層の屈折率を評価したのは次の理由による。すなわち、後述するプリズムカプラを用いて伝播波長帯の光に対する屈折率を高精度で測定する場合、高屈折率層の厚さは５μｍ超でなければならない。したがって、厚さが典型的には２〜５μｍである高屈折率層について、伝播波長帯の光に対する屈折率の高精度測定は困難である。一方、ｎ６３３の高精度測定には高屈折率層の厚さは１．５μｍあれば充分であり、ｎ６３３の高精度測定は可能である。
【００１６】
本発明のガラスのガラス転移点Ｔｇは３６０℃以上であることが好ましい。３６０℃未満では光増幅のための励起光として強度の大きいレーザー光を使用した場合ガラスが熱的に損傷するおそれ、またはイオン交換する場合に融液の温度を高くできずイオン交換効率が低下するおそれがある。Ｔｇは好ましくは４００℃以上、より好ましくは４３０℃以上、特に好ましくは４６０℃以上である。
【００１７】
本発明のガラスの液相温度は、１１００℃以下であることが好ましい。１１００℃超では大バッチでガラスを溶解した際、結晶化してしまうおそれがある。好ましくは１０７５℃以下、特に好ましくは１０５０℃以下である。
【００１８】
本発明における液相温度を以下で説明する。すなわち、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍの白金皿にのせたガラス小片約５ｇを、所定の温度に保持された炉に入れ２時間保持した後、炉から取り出して空冷する。その後、ガラスサンプルの結晶析出の有無を偏光顕微鏡を用いて観察する。結晶析出が認められる場合前記温度は液相温度より低く、結晶析出が認められない場合前記温度は液相温度より高いとする。液相温度は前記炉の温度を変えて上記実験を繰り返して求められる。
【００１９】
次に、マトリクスガラスについてモル％を単に％と表示して以下に説明する。Ｂｉ２Ｏ３は光増幅を得るために必須であるが、アルカリ金属酸化物を含有する系では５５％超では液相温度が高くなり、ガラス化が困難になる、Ｔｇが低くなる、またはイオン交換層の高屈折率化が困難になる。５〜５５％の範囲にあることが好ましい。またＢｉ２Ｏ３が多いと電気伝導度は低下する。より好ましくは４０％以下、特に好ましくは３０％以下、最も好ましくは２０％以下である。
【００２０】
ＳｉＯ２はネットワークフォーマであり必須である。１０％未満では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透するおそれがある。より好ましくは２０％以上である。８５％超では、光増幅率が低下する、またはガラス作製時の溶融温度が高くなる。より好ましくは８０％以下、さらに好ましくは７５％以下、さらに好ましくは７０％以下、特に好ましくは６０％以下、最も好ましくは５５％以下である。
【００２１】
Ｇａ２Ｏ３は低Ｂｉ２Ｏ３含有ガラス系において、光増幅及び利得が得られる波長幅を大きくするために必須である。好ましくは２％以上、より好ましくは５％以上、特に好ましくは１０％以上である。４０％超ではガラス作製時に結晶が析出しガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは３５％以下、より好ましくは３０％以下、特に好ましくは２５％以下である。
【００２２】
アルカリ金属酸化物はイオン交換のための必須成分である。アルカリ金属酸化物の含有量の合計、すなわちＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２ＯおよびＦｒ２Ｏの含有量の合計は７．６〜３０モル％であることが好ましい。７．６％未満ではイオン交換層の高屈折率化が困難になる。より好ましくは１１％以上である。３０％超では、ガラス化が困難になる、Ｔｇが低くなる、または耐候性が低下するおそれがある。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１５％以下である。
【００２３】
Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏの少なくともいずれか一方を含有することが好ましく、Ｎａ２Ｏを含有することがより好ましい。Ｎａ２Ｏを含有する場合、その含有量は１１〜２０％であることが好ましい。１１％未満では高屈折率化が困難になるおそれがある。より好ましくは１１．５％以上である。２０％超ではＴｇが低くなる、または耐候性が低下するおそれがある。より好ましくは１３．５％以下である。なお、この場合、Ｎａ２Ｏ以外のアルカリ金属酸化物を含有してもよいし、含有しなくてもよい。
【００２４】
本発明のガラスをより失透しにくくしたい等の場合には、Ｋ２Ｏは含有しないことが好ましい。
【００２５】
マトリクスガラスは、下記酸化物基準で、Ｂｉ２Ｏ３５〜５５％、ＳｉＯ２１０〜８５％、Ｇａ２Ｏ３２〜４０％、Ａｌ２Ｏ３０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ０〜３０％、Ｎａ２Ｏ　０〜３０％、Ｋ２Ｏ　０〜３０％、Ｒｂ２Ｏ　０〜３０％、Ｆｒ２Ｏ　０〜３０％、ＣｅＯ２０〜１０％、ＺｎＯ　０〜２０％、ＭｇＯ　０〜２０％、ＣａＯ　０〜２０％、ＳｒＯ　０〜２０％、ＢａＯ　０〜２０％、ＧｅＯ２０〜２０％、Ｐ２Ｏ５０〜２０％、Ｌａ２Ｏ３０〜１０％、Ｂ２Ｏ３０〜２０％、ＷＯ３０〜１０％、ＴｅＯ２０〜２０％、ＴｉＯ２０〜１０％、ＺｒＯ２０〜１０％、ＳｎＯ２０〜１０％、Ｙ２Ｏ３０〜１０％、から本質的になり、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｒｂ２Ｏ＋Ｆｒ２Ｏが７．６〜３０モル％であることが好ましい。
【００２６】
次に、この好ましいマトリクスガラスについて説明する。なお、Ｂｉ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３およびアルカリ金属酸化物については先に説明したので省略する。
Ａｌ２Ｏ３は必須ではないが、電気伝導度を上げるために３０％まで含有してもよい。３０％超ではガラス作製時に結晶が析出しガラスの透過率が低下するおそれがある。より好ましくは２０％以下である。Ａｌ２Ｏ３を含有する場合その含有量は１％以上であることが好ましい。より好ましくは２％以上、特に好ましくは５％以上である。
【００２７】
ＣｅＯ２は必須ではないが、ガラス組成中のＢｉ２Ｏ３がガラス溶融中に還元されて金属ビスマスとして析出しガラスの透明性を低下させることを抑制するために、１０％まで含有してもよい。１０％超では、ガラス化が困難になる、または、黄色またはオレンジ色の着色が強くなってガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下、特に好ましくは０．３％以下である。ＣｅＯ２を含有する場合、その含有量は０．０１％以上であることが好ましい。より好ましくは０．０５％以上、特に好ましくは０．１％以上である。なお、ガラスの透過率の低下を避けたい場合、ＣｅＯ２の含有量は０．１５％未満とすることが好ましく、実質的にＣｅＯ２を含有しないことがより好ましい。
【００２８】
ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯはいずれも必須ではないが、ガラスを安定化させるためにそれぞれ２０％まで含有してもよい。２０％超ではガラスが結晶化しやすくなるおそれがある。
【００２９】
ＧｅＯ２は必須ではないが、ガラス形成を容易にするとともに屈折率を高くする効果があり、２０％まで含有してもよい。２０％超ではガラスが結晶化しやすくなるおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。ＧｅＯ２を含有する場合、その含有量は０．１％以上であることが好ましい。より好ましくは１％以上である。
【００３０】
Ｐ２Ｏ５は必須ではないが、Ｅｒの分散性を上げ、濃度消光を防ぐために２０％まで含有してもよい。２０％超ではガラス作製時にＥｒやＹｂと結晶を形成し、ガラス化を困難にするおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。
【００３１】
Ｌａ２Ｏ３は必須ではないが、Ｅｒの分散性を上げ、濃度消光を防ぐために２０％まで含有してもよい。２０％超ではガラス作製時に結晶が析出しガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。
【００３２】
Ｂ２Ｏ３は必須ではないが、液相温度を下げ、ガラス形成を容易にするとともに、利得が得られる波長幅を大きくするために、２０％まで含有してもよい。２０％超ではマルチフォノン緩和を増大させ、蛍光寿命を短くするおそれがある。
【００３３】
ＷＯ３は必須ではないが、利得が得られる波長幅を大きくするために１０％まで含有してもよい。１０％超では光増幅率が低下するおそれがある。
【００３４】
ＴｅＯ２は必須ではないが、光増幅率を増大させるために２１％未満の範囲で含有してもよい。２１％以上ではガラス作製時に結晶が析出しガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。ＴｅＯ２を含有する場合、その含有量は好ましくは１％以上、より好ましくは２％以上である。
【００３５】
ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２およびＹ２Ｏ３はいずれも必須ではないが、ガラス作製時の失透を抑制するために、または屈折率を調整するためにそれぞれ１０％まで含有してもよい。１０％超ではガラスが結晶化しやすくなるおそれがある。
【００３６】
前記好ましいマトリクスガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。該「他の成分」の含有量の合計は１０％以下であることが好ましい。
前記「他の成分」としては、たとえばガラス形成を容易にするために、または屈折率を調整するために、ＣｄＯ、ＰｂＯ等を含有してもよい。
【００３７】
【実施例】
表１、２のＢｉ２Ｏ３からＢ２Ｏ３までの欄にモル％表示で示した組成のマトリクスガラス１００質量部に、同表に質量部表示で示される量のＥｒ、Ｙｂが添加されている組成のガラスを次のようにして作製した。すなわち、１５ｇバッチで原料を調合、混合して白金ルツボに入れ、大気雰囲気中で１２００℃に１時間保持して溶解し、得られた溶融ガラスを板状に流し出し、そのまま空冷した。例４、６、７、９、１０、１２〜１４は実施例、例１〜３、５、８、１１は比較例である。
【００３８】
このようにして作製したガラスのガラス転移点Ｔｇ（単位：℃）を示差熱分析により、液相温度Ｔｐ（単位：℃）を以下のようにして測定した。すなわち、１１００℃、１０７５℃、１０５０℃に保持された炉各々にガラス小片約５ｇを入れ、２時間保持した後、炉から取り出して空冷し、結晶析出の有無を偏光顕微鏡（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｆｉｎｅ　ｓｃｏｏｐｅ　ＭＦ２００）を用いて観察した。
【００３９】
比較例である例１、２、８のガラスは、特願２００１−１２５５５４に記載されている請求項の範囲に含まれる組成であるが、液相温度が高いために大バッチで溶解し、流し出すといずれも結晶化した。つまり、これらのガラスは大バッチでのガラス形成が困難であり、大量生産には向かないと考えられる。
【００４０】
【表１】
2004002060.tif 000002
【００４１】
【表２】
2004002060.tif 000003
【００４２】
次に、１１００℃で結晶の析出が認められなかった組成、すなわち液相温度が１１００℃未満の組成について、２００ｇバッチで原料を調合、混合して白金ルツボに入れ、大気雰囲気中で１２００℃に１時間保持して溶解し、得られた溶融ガラスを板状に流し出し、各々のガラスのＴｇで４時間保持後常温まで冷却する徐冷を行った。
【００４３】
このようにして作製したガラスの電気伝導度を直流三端子法を用いて測定した。すなわち、ガラスを大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍの板状に加工し、清浄な最大面にＡｌ金属を真空蒸着により、片側に主電極とガードリング電極、反対側に対電極を取り付け、定電圧を電極にかけて、１００℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃それぞれにおける電流値を測定して求めることができる。
【００４４】
表３のσ３７０の欄には、後述するイオン交換時の設定温度である３７０℃における電気伝導度を上記各々の温度における測定値から外挿して求めた値を示す。なお、同欄中のたとえば「９．９０ｅ−８」は「９．９０×１０−８」である。
【００４５】
また、波長１３０４ｎｍ、波長６３３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１３０４、ｎ６３３をメトリコン社製モデル２０１０プリズムカプラ（商品名）により測定した。この測定結果からｎ１３０４がｎ６３３の約０．９８倍であることがわかる。
【００４６】
さらに、各々のガラスを大きさ１５ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍの板状に加工し、発光ピーク強度Ｉｐと半値幅ΔＩｈを次のようにして測定した。すなわち、出力１Ｗの半導体レーザーダイオードを用いて波長９８０ｎｍの光をガラスに照射し、ＰｂＳ検出器を用いて波長１３００〜１７００ｎｍにおける発光スペクトルを測定し、発光ピーク強度Ｉｐと半値幅ΔＩｈを求めた。表３には、例３のガラスの発光ピーク強度Ｉ３Ｇで規格化した発光ピーク強度Ｉｐ／Ｉ３Ｇを示す。
【００４７】
発光スペクトル測定と同様な光学系で、発光レーザーダイオードの光をパルスジェネレータによりパルス化してガラスに照射し、分光器で１５３０ｎｍに分光した光をＩｎＧａＡｓ検出器で検出し、オシロスコープに取り込むことによって蛍光寿命ｌｅを測定した。
【００４８】
これらの測定結果から、Ｂｉ２Ｏ３が多いと電気伝導度が低くなることがわかる。またＧａ２Ｏ３フリーである例３、５、１１ガラスは、発光ピーク強度Ｉｐ／Ｉ３Ｇと半値幅ΔＩｈがともに低く光増幅媒体としての特性を満たしていない。
【００４９】
【表３】
2004002060.tif 000004
【００５０】
【表４】
2004002060.tif 000005
【００５１】
次に、例３、４、６、１１、１２、１４のガラスについて、該ガラスを大きさ２０ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍの板状に加工し、３７０℃のＡｇＮＯ３とＬｉＮＯ３を１モル：１モルの割合で含有する融液に４時間浸漬する処理を行った。次に、該処理されたガラスをイオン交換水内で超音波洗浄後ｎ６３３を測定した。
【００５２】
前記処理前後の屈折率差Δｎ６３３を表５に示す。例３のガラスは前記処理中に表面荒れが起きたため、屈折率の測定ができなかった。この測定結果からも、処理温度に対してＴｇの低いガラスはイオン交換に適さないことがわかる。
【００５３】
また、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて前記処理を行ったガラスの表面近傍のＡｇ濃度プロファイルを測定した。Ａｇの浸透深さｔＡｇも表５に示す。
【００５４】
例６のガラスは電気伝導度が低く、さらにＴｇが高いため、処理温度において交換されるべきＮａ＋イオンの移動度が低く、Ａｇ＋イオンがガラス中に入らなかったと考えられる。
【００５５】
【表５】
2004002060.tif 000006
【００５６】
さらに、例６、１０のガラスについて、前記処理と処理温度Ｔｉを変え、融液、処理時間については同じにして屈折率差Δｎ６３３を測定した。結果を表６に示す。また、同表にはそれぞれの処理温度における電気伝導度σｉも示す。以上の結果より、電気伝導度が高ければ、所望の屈折率差と浸透深さがより低温、短時間で得られ、製造プロセス上も有利であることがわかる。
【００５７】
【表６】
2004002060.tif 000007
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、熱的に安定で、イオン交換に適した酸化ビスマス系光増幅ガラスが得られる。