(57)【要約】【課題】広範囲の波長帯域においてブロードな発光スペクトルを有し、発光効率が高い結晶化ガラスとそれを用いてなる利得媒体を提供する。【解決手段】本発明の結晶化ガラスは、Ｅｒを含有し、ガーネット結晶を析出してなるため、広範囲の波長帯域においてブロードな発光スペクトルを有し、発光効率が高くなる。光増幅器やレーザー発信器に用いられる様々な波長帯域の利得媒体として使用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｅｒを含有し、ガーネット結晶を析出してなる結晶化ガラス。
【請求項２】
ガーネット結晶がＹＡＧ結晶である請求項１に記載の結晶化ガラス。
【請求項３】
ＣａＯ及びＳｉＯ2を含有してなる請求項１又は２に記載の結晶化ガラス。
【請求項４】
Ｅｒ2Ｏ3を０．０１〜５モル％含有する請求項１〜３のいずれかに記載の結晶化ガラス。
【請求項５】
Ｙ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3を合量で２〜３０モル％含有する請求項１〜４のいずれかに記載の結晶化ガラス。
【請求項６】
モル％で、ＳｉＯ2を１０〜８０％、Ａｌ2Ｏ3とＧａ2Ｏ3を合量で５〜５０％、ＣａＯを０〜６０％、Ｙ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3を合量で２〜３０％、Ｅｒ2Ｏ3を０．０１〜５％含有してなる請求項１〜５のいずれかに記載の結晶化ガラス。
【請求項７】
１４００〜１７００ｎｍの波長帯域において発光スペクトルを有する請求項１〜６のいずれかに記載の結晶化ガラス。
【請求項８】
１４００〜１５００ｎｍの波長帯域において発光波長を有する請求項１〜７のいずれかに記載の結晶化ガラス。
【請求項９】
１５００〜１５６０ｎｍの波長帯域において発光波長を有する請求項１〜８のいずれかに記載の結晶化ガラス。
【請求項１０】
１５６０〜１７００ｎｍの波長帯域において発光波長を有する請求項１〜９のいずれかに記載の結晶化ガラス。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の結晶化ガラスを用いてなる利得媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化ガラスに関し、特に光通信分野で使用される光増幅器の利得媒体用の結晶化ガラスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信において、通信距離が長くなると、光ファイバーを伝播する光信号は減衰するため、減衰した光信号の強度を元の強度に回復させることができる光増幅器は必要不可欠である。現在の光通信には、主に１５５０ｎｍの波長を有する光信号が用いられ、この波長の光信号の光増幅には光ファイバー中にＥｒ3+イオンをドープしたエルビウムドープ光ファイバー（例えば、特許文献１参照）を用いた増幅器（ＥＤＦＡ）が使用されている。
【０００３】
尚、この光増幅器は、予め高出力半導体レーザーからのレーザー光によって、電子を高エネルギー準位に励起しておき、その励起された電子がエネルギーを失って低エネルギー準位に遷移する際に、入射された光信号と同じ波長の光を放出する、いわゆる誘導放出によって光信号を増幅するものである。
【０００４】
光通信システムはこのＥＤＦＡにより飛躍的な進歩を遂げたが、ＥＤＦＡが急速に進歩した理由は、Ｅｒ3+イオンの発光波長が光通信における１５５０ｎｍの通信波長に適していたことと、Ｅｒ3+イオンの励起波長が高出力半導体レーザーの発光波長と良く一致していたこと、などがあげられる。
【０００５】
また、今後の通信情報量の飛躍的な増大が予想される中、膨大な情報量を送ることが可能な広帯域ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信システムが期待され、その実現へ向けての研究が着実に進行している。
【０００６】
しかしながら、上記したＥＤＦＡは、増幅利得帯域が約３０ｎｍと狭いため、広範囲の波長帯域を利用するＷＤＭ通信システムにおいて、広帯域の波長の光信号を増幅することができない。したがって、ＷＤＭ通信システムにおいて、広範囲の波長帯域で利得が得られる利得媒体が必要とされている。
【０００７】
このような利得媒体としては、Ｃｒ4+をドーパントとして含む結晶化ガラスからなる利得媒体が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−８５７５５号公報
【特許文献２】特表２００３−５１２７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２に開示の利得媒体は、広範囲の波長帯域にわたってブロードな発光スペクトルを有するものの、Ｃｒ4+イオンの発光効率がＥｒ3+イオンの１／１０〜１／１００程度と非常に低いため、Ｃｒ4+イオンを用いた利得媒体の発光効率も非常に低くなり、この利得媒体を用いて光増幅させることは事実上困難である。
【０００９】
本発明の目的は、広範囲の波長帯域においてブロードな発光スペクトルを有し、発光効率が高い結晶化ガラスとそれを用いてなる利得媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の結晶化ガラスは、Ｅｒを含有し、ガーネット結晶を析出してなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の利得媒体は、Ｅｒを含有し、ガーネット結晶を析出してなる結晶化ガラスを用いてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の結晶化ガラスは、Ｅｒを含有し、ガーネット結晶を析出してなるため、広範囲の波長帯域においてブロードな発光スペクトルを有し、発光効率が高くなる。すなわち、Ｅｒ3+イオンは、発光効率が高いため、それを含有する結晶化ガラスの発光効率も高くなる。またＥｒ3+イオンは、シリカガラス中ではエネルギー準位の分裂が少ないため、１５２０〜１５６０ｎｍ程度の狭い波長帯域にのみ発光波長を有するが、結晶化ガラス中では、Ｅｒ3+イオンがガーネット結晶中に固溶することができるため、Ｅｒ3+イオンのエネルギー準位の分裂が非常に多くなり、１４００〜１７００ｎｍの広範囲の波長帯域において多くの発光波長を有することができる。さらに、Ｅｒ3+イオンは、結晶化ガラス中においては、ガーネット結晶の他にもガラスマトリックスにも存在することができ、種々のＥｒ3+イオンが存在するようになるため、Ｅｒ3+イオンのエネルギー準位の分裂がさらに多くなり、Ｅｒ3+イオンの発光波長の数が増える。
【００１３】
また、Ｅｒ3+イオンは、少量ながら、ガラスマトリックスとガーネット結晶との界面及びガーネット結晶の粒界にも存在し、周りの元素（配位元素）の種類や配位元素との距離が異なるＥｒ3+イオンが形成されるため、このＥｒ3+イオンのエネルギー準位が微妙に変化し、結果として全体のＥｒ3+イオンの発光波長の重なりが多くなって、発光スペクトルがよりブロードになる。
【００１４】
尚、ガーネット結晶とは、一般的にはＡ3Ｂ2Ｃ3Ｏ12で表される結晶（Ａ＝Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｙ、Ｇｄ等：Ｂ＝Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｓｃ等：Ｃ＝Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ等）であり、上記したガーネット結晶として、特に、ＹＡＧ結晶（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12結晶）、ＹＧＧ結晶（Ｙ3Ｇａ5Ｏ12結晶）、ＹＳＧＧ結晶（Ｙ3Ｓｃ2Ｇａ3Ｏ12結晶）、ＧＧＧ結晶（Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12結晶）であると、Ｅｒ3+イオンのエネルギー準位の分裂が非常に多くなりやすくなるため好ましい。
【００１５】
また、本発明の結晶化ガラスがＣａＯ及びＳｉＯ2を含有してなると、Ｅｒ3+イオンのエネルギー準位の分裂がさらに多くなるため好ましい。すなわちＣａ2+はＹ3+とイオン半径がほぼ等しく、Ｓｉ4+はＡｌ3+とイオン半径がほぼ等しいため、Ｃａ2+はＹ3+の一部の位置に、またＳｉ4+はＡｌ3+の一部の位置に入って固溶することができる。従って、ＹＡＧ結晶中において、周りの元素（配位元素）の種類が異なるＥｒ3+イオンが形成されるため、このＥｒ3+イオンのエネルギー準位が微妙に変化し、結果として全体のＥｒ3+イオンの発光波長の重なりが多くなって、発光スペクトルがよりブロードになりやすい。
【００１６】
また、ＣａＯは、ガラスの修飾酸化物であり、化学耐久性を向上させ、ガラスの溶融温度を低下させる成分であり、その含有量は、０〜６０モル％であることが好ましい。
【００１７】
ＳｉＯ2は、ガラスの網目形成酸化物であり、その含有量は、１０〜８０モル％であることが好ましい。
【００１８】
Ｅｒ2Ｏ3は、発光を得るために必須の成分（発光中心成分）であり、その含有量は、０．０１〜５モル％であることが好ましい。Ｅｒ2Ｏ3の含有量が０．０１モル％よりも少ないと発光中心成分としての役割を果たさず、又は５モル％よりも多いと濃度消光により発光効率が低くなるため好ましくない。
【００１９】
Ｙ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3は、ガーネット結晶の構成成分であるとともに、Ｅｒの均一分散能を向上させ、濃度消光を抑制する成分であり、Ｙ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3の含有量は合量で２〜３０モル％であることが好ましい。Ｙ2Ｏ3とＧｄ2Ｏ3の含有量が合量で２モル％よりも少ないと、ガーネット結晶が析出しにくく、３０モル％よりも多いと、ガラス化しにくくなるため好ましくない。
【００２０】
Ａｌ2Ｏ3とＧａ2Ｏ3も、ガーネット結晶の構成成分であるとともに、化学的耐久性を向上させる成分であり、Ａｌ2Ｏ3とＧａ2Ｏ3の含有量は合量で５〜５０モル％であることが好ましい。Ａｌ2Ｏ3とＧａ2Ｏ3の含有量が合量で５モル％よりも少ないと、ガーネット結晶が析出しにくく、化学的耐久性が低下する。また５０モル％よりも多いと、ガラス化しにくくなるため好ましくない。
【００２１】
本発明の結晶化ガラスは、上記した成分以外にも、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2等を含有させることができる。
【００２２】
また、本発明の結晶化ガラスは、１４００〜１７００ｎｍの波長帯域においてブロードな発光スペクトルを有するため、ＳバンドからＵバンドまで（１４６０〜１６８０ｎｍ）の広範囲の波長帯域に適した利得媒体として使用することができるが、特に、１４００〜１５００ｎｍの波長帯域において発光波長を有すると、Ｓバンド（１４６０〜１５２５ｎｍ）の波長帯域に適した利得媒体として使用することができる。また、１５００〜１５６０ｎｍの波長帯域において発光波長を有すると、Ｓバンド又はＣバンド（１５２５〜１５６５ｎｍ）の波長帯域に適した利得媒体として使用することができる。また、１５６０〜１７００ｎｍの波長帯域において発光波長を有すると、Ｌバンド（１５６５〜１６２０ｎｍ）又はＵバンド（１６２０〜１６８０ｎｍ）の波長帯域に適した利得媒体として使用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の結晶化ガラスは、広範囲の波長帯域においてブロードな発光スペクトルを有し、発光効率が高くなるため、光増幅器やレーザー発信器に用いられる様々な波長帯域の利得媒体として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００２５】
表１は本発明の実施例１〜６及び比較例１、２を示す。また、図１は、実施例１、比較例１及び比較例２の発光スペクトルを示すグラフである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
実施例の結晶化ガラスは以下のようにして作製した。
【００２８】
まず、表１に示した組成となるように調合したガラス原料をガラス溶解窯に投入し、１６５０℃にて５時間溶融した後、融液をステンレス板上に流し出すことによって母ガラスを得た。次いでこれらのガラスを再溶融し、所定の温度域で２４時間保持することによって実施例１〜６の結晶化ガラスを得た。
【００２９】
また、比較例１はＥｒ3+イオンをドープしたアルミナ含有シリカガラスであり、ＶＡＤ法によって得られたＡｌ2Ｏ3を含有する多孔質シリカガラス母材に塩化エルビウムを含浸させ、電気炉中においてＨｅガス中で１４７０℃で加熱処理することによって作製した。また、比較例２はＥｒ3+イオンをドープしたＹＡＧ結晶であり、表１に示した組成となるように調合した原料混合物を固相反応させることによって作製した。
【００３０】
実施例１は、ＹＡＧ結晶が析出し、図１に示すように１４００〜１７００ｎｍの波長帯域において、多くの発光波長を有し、その結果としてブロードな発光スペクトルが得られた。また実施例２〜６についても、実施例１と同様の発光スペクトルが得られた。
【００３１】
一方、比較例１は、１４００〜１５００ｎｍの波長帯域や１６００〜１７００ｎｍの波長帯域に発光波長を有していなかった。また比較例２は、１４００〜１７００ｎｍの波長帯域において多くの発光波長を有していたが、その結果得られた発光スペクトルはシャープであった。
【００３２】
尚、析出結晶種の同定は、粉末Ｘ線回折法により行なった。また、発光特性（スペクトル）は励起波長９７０ｎｍの半導体レーザーを試料に照射し、試料から発せられた光を検出器により検出して測定し、１５００ｎｍ以下及び１６００ｎｍ以上の波長帯域に発光波長を有し、且つ得られた発光スペクトルがブロードである場合を○とし、それ以外は×とした。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１、比較例１及び比較例２の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  実施例１
２  比較例１
３  比較例２
【図１】
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