(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクスガラスに質量百分率表示で０．１〜４％のＥｒ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モル％表示で、Ｂｉ2Ｏ3を３５〜５０％、Ｙｂ2Ｏ3を０．５〜５％、ＳｉＯ2を２５〜４０％、Ｇａ2Ｏ3を１０〜２０％、Ａｌ2Ｏ3を０〜５％、ＣｅＯ2を０〜０．５％含有する光増幅ガラス。
【請求項２】
マトリクスガラスのＧａ2Ｏ3およびＡｌ2Ｏ3の含有量の合計がモル％表示で１８．８％以上である請求項１に記載の光増幅ガラス。
【請求項３】
ガラス転移点が４２０℃以上である請求項１または２に記載の光増幅ガラス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光増幅ガラスに関する。特に、１．５３〜１．６３μｍの波長の光に対し広帯域で増幅可能な光増幅ガラスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野への応用を目的として、マトリクスガラスにＥｒ（エルビウム）を添加した光増幅ガラスをコアとした光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の研究開発が進められている。従来提案されている代表的なＥＤＦＡとして、前記マトリクスガラスが石英系ガラスであるＥｒ添加石英系ファイバ、前記マトリクスガラスがフッ化物ガラスであるＥｒ添加フッ化物ファイバが挙げられる。
一方、将来見込まれる通信サービスの多様化に対応するために、伝送容量の拡大が可能な波長多重光通信方式（ＷＤＭ）が提案されている。ＷＤＭは、波長多重のチャンネル数を増加させて伝送容量の増大を図るものであり、前記ＥＤＦＡのＷＤＭへの応用も検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来知られているＥｒ添加石英系ファイバには、そのファイバ単位長さあたりの光増幅率を増大させるためにＥｒ添加量を増加していくと濃度消光によって発光効率が低下し、かえってファイバ単位長さあたりの光増幅率が低下する問題があった。たとえば、１９９９年にＡｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ社から発行されたＥｒｂｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（Ｅｒドープファイバ増幅器）という書物の１１３頁には、Ｅｒ添加石英系ファイバにおいてＥｒ3+の濃度が０．０４モル％でも濃度消光が起こる旨の記載がある。石英系ガラスであるマトリクスガラスを１００％としたときの質量百分率表示で前記濃度を表すと０．１１％である。
【０００４】
Ｅｒ添加石英系ファイバにおいては、濃度消光のため、Ｅｒ添加量増加によってファイバ単位長さあたりの光増幅率を増大させ短いファイバによって所望の光増幅率を得ることは困難であり、その使用長は典型的には１０〜３０ｍまたはそれ以上であった。
【０００５】
また、Ｅｒ添加フッ化物ファイバには、光増幅のための励起光の強度が大きくなると熱的に損傷するおそれがあった。これはフッ化物ガラスのガラス転移点Ｔgが低く、典型的には３２０℃以下であることによる。
【０００６】
近年、ＷＤＭシステムの開発の進展にともなってコンパクトな光増幅器が求められており、そのような光増幅器に用いられる光増幅媒体のコンパクト化が望まれている。光増幅媒体のコンパクト化、すなわち短い光増幅媒体によって所望の光増幅を得るためには、濃度消光による発光効率の低下が起こりにくいこと、および、励起光による熱的損傷のおそれがないことが求められる。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決し、濃度消光による発光効率の低下が起こりにくく、かつＴgが高い光増幅ガラスの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マトリクスガラスに質量百分率表示で０．０１〜１０％のＥｒ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モル％表示で、Ｂｉ2Ｏ3を２０〜８０％、Ｙｂ2Ｏ3を０．０１〜１０％含有し、かつ、Ｂ2Ｏ3およびＳｉＯ2の少なくともいずれか一方を含有し、Ｂ2Ｏ3およびＳｉＯ2の含有量の合計が５〜７５％であり、Ｇａ2Ｏ3、ＷＯ3およびＴｅＯ2からなる群の１種以上を含有し、Ｇａ2Ｏ3、ＷＯ3およびＴｅＯ2の含有量の合計が０．１〜３５％である光増幅ガラスを提供する。
【０００９】
【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。）は光増幅媒体であり、通常、コア／クラッド構造を有するガラスファイバまたは同構造を有する平面導波路のコアガラスとして使用される。
【００１０】
本発明のガラスのＴgは３６０℃以上であることが好ましい。その理由は、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するとガラスの温度が局所的に高くなり、Ｔgが３６０℃未満では、ガラスが熱的に損傷し、その結果光損失が増加して光増幅が不充分となるおそれがあるからである。より好ましくは４００℃以上、特に好ましくは４２０℃以上である。
【００１１】
本発明におけるマトリクスガラスには光増幅機能を付与するためにＥｒが添加される。マトリクスガラスを１００％としたときのＥｒの質量百分率表示の添加量（Ｅｒ添加量）が０．０１％未満では、所望の光増幅が得られない。好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．３％以上である。１０％超では、ガラス化が困難になる、または、濃度消光のためにかえって光増幅率が低下する。好ましくは８％以下、より好ましくは５％以下、特に好ましくは４％以下である。光増幅媒体の長さを小さくしたい場合にはＥｒ添加量を多くすることが好ましく、たとえば１％以上とすることが好ましい。
【００１２】
次に、本発明におけるマトリクスガラスの成分について、モル％を単に％と表示して以下に説明する。
Ｂｉ2Ｏ3は必須成分である。その含有量が２０％未満では利得が得られる波長幅Δλが小さい。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上、特に好ましくは４０％以上である。８０％超では、ガラス化が困難になる、ファイバ加工時に失透する、またはＴgが低くなりすぎる。好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下、特に好ましくは５０％以下である。ここでいう失透とは結晶析出の顕著なものであり、ファイバ加工時にファイバ切れを起こしたり、光増幅ガラスファイバとしての使用時にファイバ破壊を起こしたりするものである。
【００１３】
Ｙｂ2Ｏ3は濃度消光を起こりにくくする効果または光増幅率を増大させる効果を有し、必須である。０．０１％未満では前記効果が小さい。好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．５％以上である。１０％超ではガラス化が困難になる。好ましくは８％以下、より好ましくは５％以下である。
【００１４】
Ｂ2Ｏ3およびＳｉＯ2はネットワークフォーマであり、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために、少なくともいずれか一方は含有しなければならない。これらの含有量の合計が５％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。より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。７５％超では光増幅率が低下する。より好ましくは６０％以下、さらに好ましくは５５％以下、特に好ましくは４５％以下、最も好ましくは４０％以下である。
【００１５】
Ｂ2Ｏ3の含有量は７５％以下でなければならないが、好ましくは６０％以下、より好ましくは４５％以下、特に好ましくは３０％以下である。Ｂ2Ｏ3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。
【００１６】
ＳｉＯ2の含有量は７５％以下でなければならないが、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下、特に好ましくは４５％以下、最も好ましくは４０％以下である。ＳｉＯ2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１０％以上、特に好ましくは１９％以上、最も好ましくは２５％以上である。
【００１７】
Ｇａ2Ｏ3、ＷＯ3およびＴｅＯ2はΔλを大きくする成分であり、これら３成分の１種以上を含有しなければならない。これらの含有量の合計が０．１％未満ではΔλが小さくなる。好ましくは３％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。３５％超では光増幅率が低下する。好ましくは３０％以下、より好ましくは２５％以下である。
【００１８】
Ｇａ2Ｏ3の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下である。Ｇａ2Ｏ3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５％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００１９】
ＷＯ3の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。ＷＯ3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３％以上である。
【００２０】
ＴｅＯ2の含有量は３０％以下であることが好ましい。より好ましくは２０％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３％以上である。
【００２１】
本発明におけるマトリクスガラスは、下記酸化物基準で、
Ｂｉ2Ｏ3      ２０〜８０％、
Ｙｂ2Ｏ3  ０．０１〜１０％、
Ｂ2Ｏ3          ０〜６０％、
ＳｉＯ2         ０〜６０％、
Ｇａ2Ｏ3        ０〜３０％、
ＷＯ3           ０〜３０％、
ＴｅＯ2         ０〜３０％、
Ａｌ2Ｏ3        ０〜１０％、
ＧｅＯ2         ０〜３０％、
ＣｅＯ2         ０〜２％、
ＴｉＯ2         ０〜３０％、
ＳｎＯ2         ０〜３０％、
から本質的になることが好ましい。
【００２２】
Ｂｉ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｇａ2Ｏ3、ＷＯ3およびＴｅＯ2については先に説明したのでこれら７成分以外の成分について以下に説明する。
【００２３】
Ａｌ2Ｏ3は必須ではないが、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために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。より好ましくは９％以下、さらに好ましくは８％以下、特に好ましくは７％以下、最も好ましくは５％以下である。Ａｌ2Ｏ3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、特に好ましくは２％以上である。
【００２４】
ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために、Ａｌ2Ｏ3およびＧａ2Ｏ3の少なくともいずれか一方を含有し、これらの含有量の合計が３０％以下であることが好ましい。３０％超ではガラス化が困難になるおそれがある、またはガラス転移点が低くなりすぎるおそれがある。より好ましくは２５％以下である。また、前記含有量の合計は、好ましくは１％以上、より好ましくは３％以上、特に好ましくは１０％以上である。
【００２５】
ＧｅＯ2は必須ではないが、ガラス形成を容易にする効果、または屈折率を高くする効果を有し、３０％まで含有してもよい。３０％超ではガラスが結晶化しやすくなる。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。
【００２６】
ＣｅＯ2は必須ではないが、Ｂｉ2Ｏ3がガラス融液中で金属ビスマスとなって析出しガラスの透明性を低下させるのを防止するために、２％まで含有してもよい。２％超ではガラスの黄色またはオレンジ色の着色が顕著になり透過率が低下する。好ましくは１％以下、より好ましくは０．５％以下である。ＣｅＯ2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。透過率を高めたい場合はＣｅＯ2を実質的に含有しないことが好ましい。
【００２７】
ＴｉＯ2およびＳｎＯ2はいずれも必須ではないが、ファイバ加工時の失透を抑制するために、それぞれ３０％までの範囲で含有してもよい。それぞれの含有量は１０％以下であることがより好ましい。
【００２８】
本発明における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、他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有してもよい。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。たとえば、ファイバ加工時の失透を抑制するため、またはガラス化を容易にするために、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｒＯ2、Ｌａ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＰｂＯ等を含有してもよい。
【００２９】
本発明のガラスの製造方法については特に制限はなく、たとえば、原料を調合して混合し、白金ルツボ、アルミナルツボ、石英ルツボやイリジウムルツボ中に入れ、８００〜１３００℃で空気中で溶解し、得られた融液を所定のモールドにキャストする溶融法によって製造できる。また、ゾルゲル法や気相蒸着法などの溶融法以外の方法で製造してもよい。
このようにして作製したガラスからプリフォームを作成してファイバ化したり、二重ルツボ法によってファイバ化することによって光増幅ガラスファイバを作製できる。
【００３０】
【実施例】
表のＢｉ2Ｏ3からＣｅＯ2までの欄にモル％表示で示す組成のマトリクスガラスにＥｒを添加したガラスを、１２００℃で溶解する溶融法により作製した。Ｅｒ添加量は、マトリクスガラスを１００％とする質量百分率表示で示す。例１〜４は実施例、例５は比較例である。
【００３１】
例１〜５のガラスに、波長９８０ｎｍのレーザ光を照射して発光スペクトルを測定した。発光強度の単位を任意単位として、発光スペクトルを図１に、発光強度のピーク値を表に、それぞれ示す。
また、波長１．５５μｍにおける屈折率ｎをエリプソメータにより、ガラス転移点Ｔg（単位：℃）を示差熱分析（ＤＴＡ）により、それぞれ測定した。結果を表に示す。
【００３２】
例１〜５のガラスのＥｒ添加量は質量百分率表示で２．５％であって、前記Ｅｒ添加石英系ファイバにおいて濃度消光が起るＥｒ添加量０．１１％よりも大きいにもかかわらず、例１〜５においては顕著な濃度消光は認められず光増幅が可能であることを示す。これは例１〜５におけるマトリクスガラスがＢｉ2Ｏ3系ガラスであることによると考えられる。なかでも例１〜４のガラスの発光強度は、Ｅｒ添加量が例１〜４と同じであって、かつＹｂ2Ｏ3を含有しない例５のガラスの発光強度に比べて大きく、より濃度消光が起りにくいものであることがわかる。
【００３３】
【表１】
0004686844.tif 000002
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、励起光として強度の大きいレーザー光を使用しても熱的な損傷が起りにくく、かつ、濃度消光の起こりにくい光増幅ガラスが得られ、光増幅媒体のコンパクト化、さらには光増幅器のコンパクト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】例１〜例５の光増幅ガラスの発光スペクトルを示す図。
【図１】
0004686844.tif 000003