(57)【要約】幅広い帯域幅にわたって光入力信号を増幅する方法では、希土類が添加されたアモルファス材料（たとえばエルビウム添加イットリウムアルミウム酸化物材料）から作られた光導波路（８１０）に、光入力信号が加えられる。光入力信号は、少なくとも８０ナノメートルの範囲にわたる、好ましくは少なくとも１６０ナノメートルの範囲にわたる波長を有する光信号を含む。励起光（８３０）が光導波路（８１０）に加えられ、導波路（８１０）に光利得を光入力信号へ提供させる。光利得は光信号が導波路（８１０）内で増幅されるようにし、増幅された光信号を延長された８０−１６０ナノメートル範囲にわたって提供する。この光信号は特に、この範囲の一方の端の波長を有する光信号と、この範囲の第２の端の波長を有する光信号とを含む。
2004505458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＹ２ＳｉＯ５材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項２】
前記アモルファスＹ２ＳｉＯ５材料はエルビウムが添加されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アモルファスＹ２ＳｉＯ５材料はエルビウムおよびイッテルビウムが添加されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＹ２ＳｉＯ５材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項５】
前記アモルファスＹ２ＳｉＯ５材料はエルビウムが添加されている、請求項４に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記アモルファスＹ２ＳｉＯ５材料はエルビウムおよびイッテルビウムが添加されている、請求項４に記載の光増幅器。
【請求項７】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項８】
前記アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料はエルビウムおよびイッテルビウムが添加されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料はエルビウムおよびクロムが添加されている、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項１２】
前記アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項１１に記載の光増幅器。
【請求項１３】
前記アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料はエルビウムおよびイッテルビウムが添加されている、請求項１１に記載の光増幅器。
【請求項１４】
前記アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料はエルビウムおよびクロムが添加されている、請求項１１に記載の光増幅器。
【請求項１５】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項１６】
前記アモルファスＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項１８】
前記アモルファスＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項１７に記載の光増幅器。
【請求項１９】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＹ３Ｇａ５Ｏ１２材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１４０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項２０】
前記アモルファスＹ３Ｇａ５Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＹ３Ｇａ５Ｏ１２材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１４０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項２２】
前記アモルファスＹ３Ｇａ５Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項２１に記載の光増幅器。
【請求項２３】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＣａ２Ａｌ２ＳｉＯ７材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項２４】
前記アモルファスＣａ２Ａｌ２ＳｉＯ７材料はエルビウムが添加されている、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＣａ２Ａｌ２ＳｉＯ７材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項２６】
前記アモルファスＣａ２Ａｌ２ＳｉＯ７材料はエルビウムが添加されている、請求項２５に記載の光増幅器。
【請求項２７】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項２８】
前記アモルファスＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項３０】
前記アモルファスＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項２９に記載の光増幅器。
【請求項３１】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＧｄＡｌＯ３材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項３２】
前記アモルファスＧｄＡｌＯ３材料はエルビウムが添加されている、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＧｄＡｌＯ３材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項３４】
前記アモルファスＧｄＡｌＯ３材料はエルビウムが添加されている、請求項３３に記載の光増幅器。
【請求項３５】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＳｒＹ４（ＳｉＯ４）３Ｏ材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項３６】
前記アモルファスＳｒＹ４（ＳｉＯ４）３Ｏ材料はエルビウムが添加されている、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＳｒＹ４（ＳｉＯ４）３Ｏ材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項３８】
前記アモルファスＳｒＹ４（ＳｉＯ４）３Ｏ材料はエルビウムが添加されている、請求項３７に記載の光増幅器。
【請求項３９】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＬｉＹＦ４材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項４０】
前記アモルファスＬｉＹＦ４材料はエルビウムが添加されている、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＬｉＹＦ４材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項４２】
前記アモルファスＬｉＹＦ４材料はエルビウムが添加されている、請求項４１に記載の光増幅器。
【請求項４３】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＣａＦ２−ＹＦ３材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項４４】
前記アモルファスＣａＦ２−ＹＦ３材料はエルビウムが添加されている、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＣａＦ２−ＹＦ３材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項４６】
前記アモルファスＣａＦ２−ＹＦ３材料はエルビウムが添加されている、請求項４５に記載の光増幅器。
【請求項４７】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＹＶＯ４材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約９０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項４８】
前記アモルファスＹＶＯ４材料はエルビウムが添加されている、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＹＶＯ４材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約９０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項５０】
前記アモルファスＹＶＯ４材料はエルビウムが添加されている、請求項４９に記載の光増幅器。
【請求項５１】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法であって、
希土類が添加されたアモルファスＬｉＥｒＹＰ４Ｏ１２材料を含む光導波路に該光入力信号を入力するステップを含み、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約８０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記方法はさらに、
前記光導波路に励起光を加えて、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように、前記導波路に光利得を前記光入力信号へ提供させるステップを含む、方法。
【請求項５２】
前記アモルファスＬｉＥｒＹＰ４Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器であって、
光学的励起光を提供する光励起源と、
希土類が添加されたアモルファスＬｉＥｒＹＰ４Ｏ１２材料を含む光導波路とを含み、前記光導波路は光学的に結合されて前記光励起源から前記光学的励起光を受け、前記光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受け、前記光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、前記第１の波長よりも約８０ナノメートル大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、前記励起光は、励起波長と、少なくとも前記第１の光信号および前記第２の光信号が増幅されるように前記光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する、光増幅器。
【請求項５４】
前記アモルファスＬｉＥｒＹＰ４Ｏ１２材料はエルビウムが添加されている、請求項５３に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
（発明の分野）
この発明は光増幅器の分野に関連し、より特定的には、励起光に応答して蛍光を発する活性ドーパントを有する或る長さの光ファイバを含む光増幅器の分野に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、商用光通信システムにおいて、全光中継器およびプリアンプの双方として幅広く用いられている。情報がコード化された信号は、長い通信ファイバ（典型的に数十キロメートル）を通って進行した後では、ファイバ損失によって強力に減衰されており、信号を適当なパワーレベルに増幅することがエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の役割である。ＥＤＦＡは現在、そのエネルギ効率に関して、励起パワーに対するその要件（費用がかかる）を最小限に抑えるよう最適化されてきたという点に達している。ＥＤＦＡは、そのノイズ性能に関して、最良の場合の理論上の限界である３ｄＢに接近するノイズ数値が現在可能であるよう、さらに最適化されてきた。最適化されたＥＤＦＡの利得平坦性は、現在、数十ナノメートルの帯域幅にわたって数十ｄＢを上回っている。ＥＤＦＡは現在、その利得が入力信号の偏波にほとんど依存しないよう設計可能である。
【０００３】
依然として非常に活発なＥＤＦＡ研究の一分野は、利得帯域幅である。利得帯域幅パラメータは、所与のＥＤＦＡによって増幅可能な異なる波長の信号の数を最終的に決めるため、重要である。帯域幅が広いほど、増幅可能な個々の信号の数は多くなり、したがって、単一のファイバによって搬送可能な帯域幅（単位時間ごとの情報のビット）はより広く（ｈｉｇｈｅｒ）なる。ホストはエルビウムイオンの分光学に影響を与えるため、Ｅｒ３＋の４Ｉ１３／２→４Ｉ１５／２遷移に対してより大きな利得帯域幅を提供するホストを識別しようとして、シリカ、フルオロジルコネートガラスおよびカルコゲニドを含む数々のファイバホスト材料が、これまで研究され、引続き研究されている。シリカベースのガラスでは、帯域幅は一般に、ＣバンドおよびＬバンドとして公知のものに分割される。大まかにいうと、Ｃバンドは光スペクトルの約１，５６５ナノメートルより下の部分であり、一方、いわゆるＬバンドは光スペクトルの約１，５６５ナノメートルより上の部分である。シリカベースのファイバでは、組合わされたＣおよびＬバンドの全帯域幅はおよそ８０ナノメートルであるが、この数値はこれまでのところ、２つのＥＤＦＡを縦続接続することによってしか達成されていない（たとえば、Ｙ．サン（Ｓｕｎ）他、「８０ｎｍ超広帯域エルビウム添加シリカファイバ増幅器（８０ ｎｍ ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅｂａｎｄ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｒｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」、エレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第３３巻、第２３号、１９９７年１１月、１９６５−１９６７頁を参照）。状況はフルオロジルコネートホストでも同様である（たとえば、Ｓ．カワイ（Ｋａｗａｉ）他、「高度利得平坦化ハイブリッド増幅器を用いた広帯域幅および長距離ＷＤＭ伝送（Ｗｉｄｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈｌｙ ｇａｉｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄ ｈｙｂｒｉｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」、光ファイバ通信ＯＦＣ’９９議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＯＦＣ’９９）、論文ＦＣ３、１９９９年２月、５６−５８頁を参照）。亜テルル酸塩ガラスファイバでは、全帯域幅は同様に約８０ナノメートルであるが、それは単一のファイバで達成可能である（たとえば、Ｙ．オオイシ（Ｏｈｉｓｈｉ）他、「ＷＤＭ伝送用の光ファイバ増幅器（Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」、ＮＴＴ　Ｒ＆Ｄ、第４６巻、第７号、６９３−６９８頁、１９９７年；およびＹ．オオイシ他、「１．５−μｍ広帯域増幅用の亜テルル酸塩ベースのエルビウム添加ファイバ増幅器の利得特性（Ｇａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ−ｂａｓｅｄ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ １．５−μｍ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」、オプティクスレターズ（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第２３巻、第４号、１９９８年２月、２７４−２７６頁を参照）。
【０００４】
図１は、エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）１１０を含む例示的な標準ＥＤＦＡ構成１００を示す。光信号は、第１の光アイソレータ１２０と波長分割多重（ＷＤＭ）カップラ１２２とを介してエルビウム添加ファイバ１１０に入力される。光励起源１２４からの光励起信号も、ＷＤＭカップラ１２２を介してエルビウム添加光ファイバ１１０に入力される。エルビウム添加光ファイバ１１０からの増幅された出力信号は、第２の光アイソレータ１２６を通って出力される。光アイソレータ１２６、１２０はそれぞれ、出力ポートからのエルビウム添加ファイバ１１０への後方向反射をなくすこと、およびエルビウム添加ファイバ１１０から入力ポートへの後方向反射をなくすことが含まれる。エルビウム添加光ファイバ１１０は、図１に示されるように前方向に、または後方向に（図示せず）もしくは双方向に励起可能である。ファイバ利得媒体の幅広い性質のため、図１の構成は大きな帯域幅にわたって利得を作り出す。たとえば、図１の構成では、エルビウム添加亜テルル酸塩ファイバとエルビウム添加カルコゲニドファイバとが用いられた。Ｙ．オオニシ他「１．５−μｍ広帯域増幅用の亜テルル酸塩ベースのエルビウム添加ファイバ増幅器の利得特性」、オプティクスレターズ、第２３巻、第４号、１９９８年２月、２７４−２７６頁に述べられたように、亜テルル酸塩ファイバを用いて約８０ナノメートルの利得帯域幅が生じた。
【０００５】
ファイバホストがシリカベースのガラスである場合、単一のファイバでは、全帯域幅（約１，５２５ナノメートル〜約１，６１０ナノメートル）にわたって利得を提供することはできない。代わりに、２つの隣接するスペクトル領域にわたって利得を発生する必要があり、それから利得に起因する出力が組合される。より幅広い利得帯域幅を達成するための一般的な方法はハイブリッド増幅器を用いることであり、そこでは異なるホストから作られた２つ以上の増幅器が縦続接続されている。増幅器は、それらが互いを補完する利得スペクトルを提供するよう設計されており、このためそれらのうちのいずれか１つよりも大きな全体的利得帯域幅を生じる。この方法はシリカベースのＥＤＦＡで首尾よく実証され、次に、１７ナノメートルの０．５ｄＢ帯域幅を発生するフッ化物ベースのＥＤＦＡが続いた（Ｐ．Ｆ．ウィソッキー（Ｗｙｓｏｃｋｉ）他、「最大＋２６ｄＢｍ出力パワーおよび１７ｎｍ平坦スペクトルを有する２段形エルビウム添加、エルビウム／イッテルビウム共添加ファイバ増幅器（Ｄｕａｌ−ｓｔａｇｅ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ， ｅｒｂｉｕｍ／ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｃｏｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ ｕｐ ｔｏ ＋２６−ｄＢｍ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ａ １７−ｎｍ ｆｌａｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）」、オプティクスレターズ、第２１巻、１９９６年１１月、１７４４−１７４６頁を参照）。より最近では、同様の概念が２つのフッ化物ベースのＥＤＦＡに適用された（Ｙ．サン他、「８０ｎｍ超広帯域エルビウム添加シリカファイバ増幅器」、エレクトロニクスレターズ、第３３巻、第２３号、１９９７年１１月、１９６５−１９６７頁を参照）。
【０００６】
図２は、２つのＥＤＦＡ２１０、２２０を有する例示的な構成２００を示す。一方のＥＤＦＡ（下部ＥＤＦＡ２１０）はＣバンド（約１，５２５ナノメートル〜約１，５６５ナノメートル）を増幅するよう設計され、他方のＥＤＦＡ（上部ＥＤＦＡ２２０）はＬバンド（約１，５６５ナノメートル〜約１，６２０ナノメートル）を増幅するよう設計されている。２つのＥＤＦＡ２１０、２２０は、図１に示すように、それぞれのＷＤＭカップラを用いてエルビウム添加ファイバに結合されているそれぞれの励起源（図示せず）を有利に含む。特定の量だけ間隔が離れた異なる波長λｉを有する入力信号は、ＷＤＭカップラ２３０で２つの枝路に分割され、増幅された出力信号は出力カップラ２３２において組合される。入力光アイソレータ２４０と出力光アイソレータ２４２とは上述のように動作する。ＷＤＭカップラ２３０のため、約１，５６５ナノメートル未満の波長を有する信号は下部枝路に結合されてＣバンドＥＤＦＡ２１０に伝搬し、約１，５６５ナノメートルよりも大きい波長を有する信号は上部枝路に結合されてＬバンドＥＤＦＡ２２０に伝搬する。（実際には、ＣバンドとＬバンドとの間には狭い防護バンドがあり、２つのアームにおける重複する信号を回避する）。たとえば、シリカベースのＥＤＦＡは、利得スペクトルが１，５６８ナノメートル〜１，６０２ナノメートルの範囲にわたって０．５ｄＢ内で平坦な利得スペクトルを有するＬバンドを有するよう設計可能である。利得平坦性は、たとえば、適切なファイバ長を選択することによって、またはフィルタの使用によって部分的に達成される。双方の方法は当該技術分野では周知である。
【０００７】
ＣバンドＥＤＦＡ２１０およびＬバンドＥＤＦＡ２２０は、同じエルビウム添加ファイバから、または違うファイバから、もしくは違うホスト材料から作ることができる。ＣバンドＥＤＦＡ２１０およびＬバンドＥＤＦＡ２２０は、それらのそれぞれの設計が、特に励起波長、励起構成、およびファイバ長に関して異なっていてもよい。
【０００８】
一般に、ＬバンドＥＤＦＡ２２０の上限は約１，６１０ナノメートルである。研究機関では、この限界をホスト材料を調整することによって押し進める相当な努力がなされている。この限界をさらに延ばす際の困難は、亜テルル酸塩ガラスについては約１，６２０ナノメートルより上での、シリカガラスについては約１，６１０ナノメートルより上での信号の励起状態における吸収（ＥＳＡ）の存在にある。ＥＳＡは望ましくない信号損失メカニズムを構成する。これらの結果に基づき、シリカベース（上述のＹ．サン他）およびフッ化物ベース（上述のＳ．カワイ他）のＥＤＦＡについての現在の帯域幅記録は、約８０−８５ナノメートル（つまり、上述のＹ．オオイシ他による２つの論文に開示された亜テルル酸塩ベースのＥＤＦＡのものと同様）である。
【０００９】
【発明の概要】
この発明の一局面は、拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅するための方法である。この方法は、希土類が添加されたアモルファスＹ２ＳｉＯ５材料を含む光導波路に光入力信号を入力するステップを含む。光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含み、第２の波長は第１の波長よりも大きい。この方法は、励起光を光導波路に加えて、少なくとも第１の光信号および第２の光信号が増幅されるように、導波路に光利得を光入力信号へ提供させるステップを含む。
【００１０】
この方法の一実施形態では、アモルファス材料はエルビウムが添加されたＹ２ＳｉＯ５であり、第２の波長は第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい。代替的に、アモルファスＹ２ＳｉＯ５材料は、エルビウムおよびイッテルビウムが添加されている。
【００１１】
この方法の第２の実施形態では、アモルファス材料はＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい。
【００１２】
この方法の第３の実施形態では、アモルファス材料はＹ３Ｇａ５Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１４０ナノメートル大きい。
【００１３】
この方法の第４の実施形態では、アモルファス材料はＣａ２Ａｌ２ＳｉＯ７であり、第２の波長は第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい。
【００１４】
この方法の第５の実施形態では、アモルファス材料はＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい。また、これに代えて、アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料は、エルビウムおよびイッテルビウムが添加されている。さらに代替的に、アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料は、エルビウムおよびクロムが添加されている。
【００１５】
この方法の第６の実施形態では、アモルファス材料はＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい。
【００１６】
この方法の第７の実施形態では、アモルファス材料はＧｄＡｌＯ３であり、第２の波長は第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい。
【００１７】
この方法の第８の実施形態では、アモルファス材料はＳｒＹ４（ＳｉＯ４）３Ｏであり、第２の波長は第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい。
【００１８】
この方法の第９の実施形態では、アモルファス材料はＬｉＹＦ４であり、第２の波長は第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい。
【００１９】
この方法の第１０の実施形態では、アモルファス材料はＣａＦ２−ＹＦ３であり、第２の波長は第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい。
【００２０】
この方法の第１１の実施形態では、アモルファス材料はＹＶＯ４であり、第２の波長は第１の波長よりも約９０ナノメートル大きい。
【００２１】
この方法の第１２の実施形態では、アモルファス材料はＬｉＥｒＹＰ４Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約８０ナノメートル大きい。
【００２２】
この発明の別の局面は、拡大された光帯域幅にわたって光入力信号を増幅する光増幅器である。この光増幅器は、光学的励起光を提供する光励起源と、希土類が添加されたアモルファス材料を含む光導波路とを含む。光導波路は光学的に結合されて光励起源から光学的励起光を受ける。光導波路は複数の波長を有する光入力信号を受ける。光入力信号は、第１の波長を有する少なくとも第１の光信号と、第１の波長よりも大きい第２の波長を有する少なくとも第２の光信号とを含む。励起光は、励起波長と、少なくとも第１の光信号および第２の光信号が増幅されるように光導波路に光利得を提供させる該励起波長での強度とを有する。
【００２３】
この装置の一実施形態では、アモルファス材料はエルビウムが添加されたＹ２ＳｉＯ５であり、第２の波長は第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい。代替的に、アモルファスＹ２ＳｉＯ５材料は、エルビウムおよびイッテルビウムが添加されている。
【００２４】
この装置の第２の実施形態では、アモルファス材料はＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１６０ナノメートル大きい。
【００２５】
この装置の第３の実施形態では、アモルファス材料はＹ３Ｇａ５Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１４０ナノメートル大きい。
【００２６】
この装置の第４の実施形態では、アモルファス材料はＣａ２Ａｌ２ＳｉＯ７であり、第２の波長は第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい。
【００２７】
この装置の第５の実施形態では、アモルファス材料はＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１３０ナノメートル大きい。代替的に、アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料は、エルビウムおよびイッテルビウムが添加されている。さらにそれに代えて、アモルファスＹ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２材料は、エルビウムおよびクロムが添加されている。
【００２８】
この装置の第６の実施形態では、アモルファス材料はＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい。
【００２９】
この装置の第７の実施形態では、アモルファス材料はＧｄＡｌＯ３であり、第２の波長は第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい。
【００３０】
この装置の第８の実施形態では、アモルファス材料はＳｒＹ４（ＳｉＯ４）３Ｏであり、第２の波長は第１の波長よりも約１２５ナノメートル大きい。
【００３１】
この装置の第９の実施形態では、アモルファス材料はＬｉＹＦ４であり、第２の波長は第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい。
【００３２】
この装置の第１０の実施形態では、アモルファス材料はＣａＦ２−ＹＦ３であり、第２の波長は第１の波長よりも約１１０ナノメートル大きい。
【００３３】
この装置の第１１の実施形態では、アモルファス材料はＹＶＯ４であり、第２の波長は第１の波長よりも約９０ナノメートル大きい。
【００３４】
この装置の第１２の実施形態では、アモルファス材料はＬｉＥｒＹＰ４Ｏ１２であり、第２の波長は第１の波長よりも約８０ナノメートル大きい。
【００３５】
この発明のこれらおよび他の局面を以下に、図面に関連して説明する。なお、図１６−２３は、１９９７年１月９日に提出され１９９７年７月１７日に国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４として公開された国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ９７／００４６６からの図面の複写であり、これらの図面および説明は、この発明を実現する際に使用するファイバを作るための方法を説明するために、ここに含まれる。
【００３６】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
この発明は、より幅広い利得帯域幅にわたって光信号を増幅する方法に関する。この方法は、より幅広い蛍光帯域幅を有する光ファイバを用いることに部分的に依存する。特に、コンテナレスリサーチ社（ＣＲＩ）は最近、固体の平衡融点でほぼ無粘性の液体を形成する材料からファイバおよび小さなバルクサンプルを作るプロセスを開発した（Ｊ．Ｋ．Ｒ．ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ）他、「純粋なおよびエルビウムまたはネオジウム添加イットリア−アルミナ組成物のガラスファイバ（Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓ ｏｆ ｐｕｒｅ ａｎｄ ｅｒｂｉｕｍ ｏｒ ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｙｔｔｒｉａ−ａｌｕｍｉｎａ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）」、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、第３９３巻、１９９８年、７６９−７７１頁；およびポール　Ｃ．ノーディン（Ｐａｕｌ Ｃ． Ｎｏｒｄｉｎｅ）他、「過冷却溶融材料からのファイバ線引（Ｆｉｂｅｒ Ｄｒａｗｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｅｄ Ｍｏｌｔｅｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、ＷＩＰＯ国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４、１９９７年７月１７日公開を参照）。ＷＩＰＯ国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４をここに引用により援用する。国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４からの詳細な説明を、この出願の開示の一部として記載する。
【００３７】
このプロセスは、固体を完全に溶解して、均一な組成の液体を結晶性材料の平衡融点で、またはその少し上で形成するステップを含む。ファイバ引張りを支持するのに必要な粘度を達成するため、液体は過冷却される（つまり、その平衡融点より下で冷却される）。粘度増加を達成するために過冷却を用いることは、このプロセスにおいて本質的なステップである。次に、ガラスファイバが粘性の過冷却された液体から引張られる。
【００３８】
このファイバ合成方法の一実施形態は無容器処理技術を用いており、この技術は固体容器壁との接触による不均質な核形成を回避し、結晶質前駆体材料の融点より下の温度まで深い過冷却を可能にする。無容器処理技術は外部物体（坩堝など）との接触による液体の化学的汚染をなくす。また、これらの手法を用いて、直径が２−３ミリメートルのガラススフェロイドをさまざまな酸化物材料から合成することもできる（たとえば、Ｊ．Ｋ．Ｒ．ウェーバー他、「無容器処理によるカルシア−ガリアガラスの向上した形成（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｌｃｉａ−Ｇａｌｌｉａ Ｇｌａｓｓ ｂｙ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｌｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、Ｊ． Ａｍ． Ｃｅｒａｍ． Ｓｏｃ．、第７６巻、第９号、１９９３年、２１３９−２１４１頁；およびＪ．Ｋ．Ｒ．ウェーバー他、「空中音響浮上−高温での無容器液相処理のための方法（Ａｅｒｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃ ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ − Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｎｔａｉｎｅｒｌｅｓｓ ｌｉｑｕｉｄ−ｐｈａｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ）」、Ｒｅｖ． Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ．、第６５巻、１９９４年、４５６−４６５頁を参照）。新しいファイバ製作プロセスは、二酸化シリコン（シリカ）も、従来のファイバ製造技術によって作られたガラスファイバの典型的な成分である他の「ネットワーク」形成材のいずれも含有しない、さまざまな酸化物材料に応用されてきた。このプロセスにより、典型的に直径が１０〜３０ミクロン、長さが最大１メートルのファイバが生成されるようになる。
【００３９】
このプロセスによって使用可能となる原型材料のうちの１つは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２組成物のガラスである。この出願で説明される材料は、ランタン（Ｌａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）および／またはエルビウム（Ｅｒ）でその材料のイットリウム（Ｙ）原子を置換することによって形成される、この組成物の変更である。これらの材料は、総質量が約０．５グラムの各成分において容量誤差が約０．５ミリグラムで調製された純酸化物Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、およびＥｒ２Ｏ３の秤量混合物から合成された。純粋な成分酸化物は、純度が９９．９９９％、３２５メッシュパウダー未満であり、ウィスコンシン（Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ）のセラック（Ｃｅｒａｃ）から入手可能である。０．５モル％以下のＥｒ２Ｏ３を含有する組成物については、Ｙｂ２Ｏ３：Ｅｒ２Ｏ３が９：１の「マスタ合金」を用いてドーパントのより簡単な秤量が可能となる。これらの成分酸化物の混合物はレーザ炉溶解装置内で溶解され、まず０．５グラムのサンプルを溶解および均質化し、次に溶解された塊から破断された破片を再溶解することによって約３ミリメートルのスフェロイドを得る。（たとえば、Ｊ．Ｋ．Ｒ．ウェーバー他、「セラミック材料のレーザ炉溶解処理（Ｌａｓｅｒ ｈｅａｒｔｈ ｍｅｌｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、Ｒｅｖ． Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒｕｍ．、第６７巻、１９９６年、５２２−５２４頁を参照）。スフェロイドは次に、空中音響浮上装置 （たとえば、Ｊ．Ｋ．Ｒ．ウェーバー他、「空中音響浮上−高温での無容器液相処理のための方法」、Ｒｅｖ． Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎ．、第６５巻、１９９４年、４５６−４６５頁に記載）において、または円錐形ノズル浮上装置（たとえばＪ．Ｐ．クチュールズ（Ｃｏｕｔｕｒｅｓ）他、「レーザ加熱下での空気力学浮上装置による大きな温度範囲での液体の無接触処理（Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｌｉｑｕｉｄｓ ｉｎ ａ Ｌａｒｇｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒａｎｇｅ ｂｙ ａｎ Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｕｎｄｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｈｅａｔｉｎｇ）」、微小重力条件下での材料についての第６回欧州シンポジウム議事録（Ｐｒｏｃ． ６ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｕｎｄｅｒ Ｍｉｃｒｏｇｒａｖｉｔｙ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）、フランス、ボルドー（Ｂｏｒｄｅａｕｘ）、１９８６年１２月２日−５日、４２７−３０頁；および、Ｊ．Ｋ．Ｒ．ウェーバー他、「セラミック材料の無容器液相処理（Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｌｅｓｓ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｐｈａｓｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、微小重力（Ｍｉｃｒｏｇｒａｖｉｔｙ）Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．、第７巻、１９９５年、２７９−２８２頁；および、Ｓ．クリシュナン（Ｋｒｉｓｈｎａｎ）他、「シンクロトロン放射を用いた高温液体の構造的研究のための浮上装置（Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｌｉｑｕｉｄｓ ｕｓｉｎｇ ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｒａ��ｉａｔｉｏｎ）」、Ｒｅｖ． Ｓｃｉ． Ｉｎｓｔｒｕｍ．、第６８巻、１９９７年、３５１２−３５１８頁に記載）において、浮上され、レーザビーム加熱によって溶解される。
【００４０】
ガラススフェロイドは、加熱レーザビームのパワーをオフにして、無容器条件下での液体サンプルの室温への急速な冷却を可能にすることによって調製される。ガラスファイバは、液体粘度がファイバ引張り動作を可能にするのに十分である１，６００°Ｋ−１，７００°Ｋの範囲に液体温度がなるまで加熱レーザのパワーを下げることによって調製される。タングステンの針金が次に溶解物に急速に挿入され、約１００センチメートル／秒の一定速度で引出されて、ファイバを溶解物から引張る。上述のプロセスの一部は、その一部がここに開示されている、ポール　Ｃ．ノーディン他、「過冷却溶融材料からのファイバ線引」、ＷＩＰＯ国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４、１９９７年７月１７日公開に記載されている。
【００４１】
純粋なＹ３Ａｌ５Ｏ１２の結晶質の形態は、イットリウムアルミウムガーネット、短縮してＹＡＧとして公知である。ここで用いられているように、「ＹＡＧ」はこの結晶質材料に称される。ネオジウムイオン（Ｎｄ３＋）が添加されたＹＡＧは、実証されるべき最も初期のかつ最も成功を収めたレーザ材料のうちの１つであった。ネオジウム−ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザは２５年を超える間実用的に利用可能であり、それらは引続き、最も効率よく最も高パワーで最も幅広く用いられるレーザのうちの１つであり続けている。これに対し、ここで説明されるＹ３Ａｌ５Ｏ１２の組成物のアモルファスファイバはアモルファスＹＡＧとして称され、ランタン置換Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２ファイバはアモルファスランタン置換（またはＬａ置換）ＹＡＧファイバとして称される。
【００４２】
ＹＡＧとここで説明される材料には２つの主な違いがある。まず、本明細書で説明される材料は、結晶質材料であるＹＡＧと対照的に、アモルファスガラス材料であるため異なる。第２に、本明細書で説明される材料は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２組成物のイットリウム（Ｙ）原子のいくつかを置換したランタン（Ｌａ）原子、イッテルビウム（Ｙｂ）原子および／またはエルビウム（Ｅｒ）原子を有する。本明細書で説明される材料は、エルビウム添加アモルファスＹＡＧ、イッテルビウム添加アモルファスＹＡＧ、アモルファスランタン置換ＹＡＧまたはアモルファスＹＡＧとして称される。この命名は、イットリウム原子の代わりにエルビウム原子、イッテルビウム原子およびランタン原子で置換する目的が異なることに由来する。エルビウム原子およびイッテルビウム原子は、ホストガラス材料へ置換された光活性ドーパントである。
【００４３】
元素イットリウム、ランタン、エルビウムおよびイッテルビウムは、元素の「希土類」族のメンバー、つまり原子番号が２１、３９、および５７〜７１の元素である。希土類元素は典型的に、＋３の原子価を有するが、希土類元素のいくつか、特にイッテルビウムは、＋２の原子価も示す。この開示において合成される材料のすべてについての包括的な化学式はＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２と書くことができ、ここで、「ＲＥ」上の添字「３」はＹ、Ｌａ、ＥｒおよびＹｂの総含有量を示す。ランタンおよび／またはエルビウムを含有するガラススフェロイドならびにファイバは、空気中、純アルゴンガス中または純酸素ガス中で製作される。ここでは前述の希土類元素に関して説明されているが、他の希土類材料も使用可能であると考えられる。
【００４４】
イットリウム原子をランタン、エルビウムおよびイッテルビウム原子で置換して合成されたアモルファスＹＡＧ組成物材料の化学組成物を、以下の表１に示す。
【００４５】
【表１】
2004505458.tif 000003
【００４６】
添加されたおよび置換されたアモルファスＹＡＧ材料の最も魅力的な特徴のうちの１つは、それらには非常に高濃度のＥｒ３＋、Ｙｂ３＋または他の希土類イオンが添加可能であるということである。ガラスにおいて達成可能な最大濃度は、このガラスにおけるＥｒ２Ｏ３の溶解度に依存する。あまりに高濃度の希土類酸化物がガラス溶解物に置かれ、溶解度を超えると、結晶質の酸化物粒子がホスト内で沈殿する。これらの結晶質粒子は一般に、材料のレーザおよび増幅器特性にとって有害である。いくつかの材料、特にシリカベースのガラスにおけるドーパントの濃度を制限する第２の現象は、ホスト材料中に溶解されたドーパントイオンのクラスタの形成であり、それは酸化物粒子を沈殿させるのに必要な濃度よりも低い濃度で起こり得る。
【００４７】
ホスト内に均一に分布されているエルビウムイオンとは異なり、クラスタ化されたエルビウムイオンは、交差緩和として知られる有害なプロセスを受けやすい（たとえば、Ｊ．Ｌ．ワーゲナー（Ｗａｇｅｎｅｒ）他、「エルビウム添加ファイバ増幅器におけるイオン対のモデル化（Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｉｏｎ ｐａｉｒｓ ｉｎ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ）」、オプティクスレターズ、第１９巻、１９９４年３月、３４７−３４９頁を参照）。このプロセスにより、２つのイオンがそれらの準安定（レーザ）状態へ光励起されると、イオンのうちの一方はそのエネルギを他方のイオンに急速に奪われ、それは反転分布の望ましくない損失および光利得の激しい減少をもたらす。シリカベースのガラスでは、この影響が顕著となる前に使用可能な最大エルビウム濃度は、およそ百万分の１００（１００ｐｐｍ）モルのＥｒ２Ｏ３である。この影響を回避するため、大抵のシリカベースのファイバレーザおよび増幅器は５００ｐｐｍモル未満のＥｒ２Ｏ３を利用している。この数値は、数千ｐｐｍの濃度が受容可能なフッ化ベースファイバでは、実質的により高い（たとえば、Ｊ．Ｓ．サンゲラ（Ｓａｎｇｈｅｒａ）他、「希土類添加重金属フッ化物ガラスファイバ（Ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｄｏｐｅｄ ｈｅａｖｙ−ｍｅｔａｌ ｆｌｕｏｒｉｄｅ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓ）」、希土類添加ファイバレーザおよび増幅器（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ）、Ｍ．Ｊ．Ｆ．ディゴネット（Ｄｉｇｏｎｎｅｔ）編、マーセルデッカー（Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ）社、Ｎ．Ｙ．、１９９３年を参照）。亜テルル酸塩ファイバでは、この数値は約数千ｐｐｍ、つまり数千分の１モルパーセントである（たとえば、Ｙ．オオイシ他、「１．５−μｍ広帯域増幅用の亜テルル酸塩ベースのエルビウム添加ファイバ増幅器の利得特性」、オプティクスレターズ、第２３巻、第４号、１９９８年２月、２７４−２７６頁を参照）。これらの濃度限界の主な結果は、単位長さ当り限られた数のイオンしかファイバに混合できないということであり、有用な装置を作るために長い長さのファイバが必要とされるが、それは費用もかさも高くつく。たとえば、典型的なシリカベースのＥＤＦＡは数十メートルの添加ファイバ長を必要とする。
【００４８】
Ｅｒ３＋が添加された新しいガラス材料の分光特性の初期の実験研究が行なわれてきた。この研究の１つの目的は、スフェロイドまたはファイバ形態のいずれかであるこれらの材料のいくつかの基本的な光学特性を特徴付けることであった。特に、この研究は、材料の吸収および放出断面、クラスタ（および交差緩和）が存在するかどうかならびにどんな濃度か、および蛍光スペクトルの帯域幅（材料の利得帯域幅を反映する）に向けられた。
【００４９】
光学的特徴付けのため、短い長さのエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバを毛細管に挿入し、次にＵＶ硬化性エポキシで接合し、それから末端研磨した。典型的に、同じホストおよびエルビウム濃度の４〜５つのファイバを同じ毛細管に取り付ける。いくつかの毛細管を、いくつかの濃度（０．５、１、２、５および８モル％Ｅｒ２Ｏ３）の各々について１つずつ準備する。ファイバは被膜されていない。ファイバの外径は約３０ミクロン〜約１５ミクロンの範囲またはそれより小さく、研磨後のファイバの長さは約５ミリメートルまたは約１０ミリメートルのいずれかである。２つの新しい酸化物ガラスホスト組成物が試験されてきた−つまり、アモルファスＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＹをＥｒで置換）、およびイットリウムの５０％がランタンにより置換されたアモルファスランタン置換ＹＡＧファイバ（Ｌａ１．５Ｙ１．５Ａｌ５Ｏ１２、ＬａおよびＹをＥｒで置換）である。全測定のため、ファイバのリード線が付いた市販のレーザダイオードからの最大５０ミリワットの９８０ナノメートルの光パワーで、ファイバを励起する。
【００５０】
ファイバ吸収測定は、出力対入力励起パワーの比率を測定し、次にファイバへの励起の１００％結合を仮定して各ファイバ端でフレネル反射（約８．３％）を訂正することによって実行される。フレネル反射は、材料の屈折率がこれらの波長でおよそ１．８である結晶質ＹＡＧのものと同じであると仮定して計算される。これらのデータから、吸収係数αａおよび吸収断面積σａ＝αａ／Ｎ０が推測されたが、ここでＮ０はファイバにおけるエルビウム濃度である。２つの異なる濃度のいくつかのサンプルにおいて観察された平均値は、σａ＝２．４×１０−２１ｃｍ２である。それは、エルビウム添加シリカファイバに対する典型的な値である２．２×１０−２１ｃｍ２と比べて遜色がない。
【００５１】
図３は、さまざまな濃度のエルビウムが添加され、９８０ナノメートルで約４５ミリワットで励起された、長さが０．５センチメートル〜１．０センチメートル、直径が約３０ミクロンのアモルファスＹＡＧファイバおよびアモルファスランタン置換ＹＡＧファイバにおいて測定された蛍光スペクトルを示す。これらのスペクトルは前方向で測定され、つまり、スペクトルはファイバに沿った励起の伝搬方向と同じ方向に放出された蛍光を表わす。スペクトルはすべて幅広く、エルビウム添加結晶に典型的なより細い遷移線がない。この観察は、ＹＡＧ組成物を有する過冷却液体から引張られたファイバはアモルファスであることを示す、Ｘ線回折分析の結果に準拠する（たとえば、Ｊ．Ｋ．Ｒ．ウェーバー他、「純粋なおよびエルビウムまたはネオジウム添加イットリア−アルミナ組成物のガラスファイバ」、ネイチャー、第３９３巻、１９９８年、７６９−７７１頁を参照）。エルビウム濃度の低いファイバでは、スペクトルは、他の酸化物ガラスにおけるＥｒ３＋の低パワー蛍光スペクトルに典型的な特徴、つまり１，５３０ナノメートルあたりでのピークおよび１，５５０ナノメートルあたりでの平坦な肩を示す。濃度がより高い場合、これらの特徴はそれほど明白ではなくなり、励起パワーがすべてのエルビウムイオンを励起させるには十分ではないためにスペクトルはより長い波長へ移行し、基底状態の吸収が１，５３０−１，５５０ナノメートルのバンド（Ｃバンド）を遮る。これらのファイバでは、Ｌバンド（約１，５６５ナノメートルよりも大きい波長）が結果としてより顕著である。この材料のＬバンドは極めて幅広い。１センチメートル、８％添加のファイバでは、Ｌバンドは１，６５３ナノメートルにまで延びる。１センチメートル、５％添加のアモルファスＹＡＧファイバでは、３ｄＢの蛍光帯域幅が１１６ナノメートルにもなることが観察されてきた。これは、あらゆるホストにおいてこのエルビウム遷移について前に報告されたいかなる帯域幅よりもはるかに広い（ｈｉｇｈｅｒ）。比較点として、１，６５０ナノメートルでの標準エルビウム添加シリカベースファイバでは、蛍光パワーは通常、１，５３０ナノメートルのピークでのものから５０ｄＢ減少する。これに対し、この発明に従ったアモルファスＹＡＧファイバでは、蛍光パワーはたった約１２ｄＢしか減少しない（図３参照）。これは、エルビウム添加シリカベースファイバよりも長波長へさらに２０ナノメートル〜４０ナノメートルの範囲で延びる蛍光スペクトルとして解釈できる。
【００５２】
図４に示す後方向蛍光スペクトルは、予想通り、大抵Ｃバンドの特徴を示すが、ここでもまた、スペクトルは非常に幅広い。０．５センチメートル、８％添加のＹＡＧファイバでは、後方向スペクトルについて観察された最も広い（ｈｉｇｈｅｒ）３ｄＢ帯域幅は、１２１ナノメートルである。
【００５３】
図５に示すように、前方向および後方向双方の蛍光の帯域幅は一般に、濃度の増加とともに増加することがわかる。菱形はエルビウム添加アモルファスＹＡＧを表わし、一方、円はエルビウム添加アモルファスランタン置換ＹＡＧを表わす。前方向および後方向蛍光はそれぞれ、黒塗りされた記号および白抜きの記号によって示される。実験誤差内で、２つの材料はほぼ同一の性能を作り出す。
【００５４】
蛍光の時間的緩和は、８０ＭＨｚの音響光学変調器を入力励起ビームの経路に置くことにより、長さが約２０ミリ秒で立下がり時間が短い（約５マイクロ秒）方形パルスに励起強度を変調することによって測定される。各励起パルスの後にファイバによって放出される蛍光の時間的減衰は、次に高速光検出器を用いて記録される。エルビウム濃度が低い場合、図６Ａにおいて１％エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバについて示すように、緩和曲線は単一指数関数的減衰を呈する。エルビウム濃度が高い場合、緩和曲線はもはや単一指数関数的ではなく、むしろ時間とともに増加する時定数を有する指数関数的減衰である。これを５％エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバについての図６Ｂに示す。曲線は時定数τ１で減衰し始める。時間が経つにつれ、この定数は、減衰曲線の下端で時定数が漸近値τ２（τ１より大きい）に達するまで、増加する（減少勾配）。
【００５５】
図６Ａおよび図６Ｂから明らかな別の重要な結果は、ファイバは、最高濃度においても、エルビウムクラスタが本質的にないということである。クラスタが存在したならば、緩和曲線はまずクラスタ化されたイオンによる非常に速い緩和成分を示し、次にクラスタ化されていないイオンによる遅い成分を示したであろう（たとえば、Ｐ．Ｆ．ウィソッキー他、「エルビウム添加シリカファイバにおけるイオン対および他の損失メカニズムの証拠およびモデル化（Ｅｖｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｐａｉｒｅｄ ｉｏｎｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｌｏｓｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎ ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒｓ）」、ファイバレーザ源および増幅器についてのＳＰＩＥ議事録ＩＶ（ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ＩＶ）、第１７８９巻、１９９３年、６６−７９頁を参照）。他の材料では、この速い成分は典型的に、放射寿命時間よりも２〜３桁小さい（つまり、１００マイクロ秒以下の範囲にあることが予想される）。そのような成分が観察されないということは、シリカベースのガラスでクラスタがない濃度よりも約６００倍高い、アモルファスＹＡＧ中８％の濃度までは、これらの２つの新しいホスト中にはエルビウムイオンのクラスタ化はごくわずかであることを示す。
【００５６】
すべての利用可能な濃度について測定された減衰曲線から推測された寿命時間τ１およびτ２を図７にプロットする。正方形は速い成分（τ１）についての寿命時間を表わし、円は遅い成分（τ２）についての寿命時間を表わしており、黒塗りの記号および白抜きの記号はそれぞれ、アモルファスＹＡＧホストファイバおよびアモルファスランタン置換ＹＡＧホストファイバを表わす。他のホストで一般に観察されるように、寿命時間は双方とも、エルビウム濃度の増加とともにほぼ単調に減少する。遅い成分τ２は放射性寿命時間である。５％および８％のＹＡＧファイバでは、最低の測定された放射性寿命時間は約４ミリ秒であり、一方、最短寿命時間は（同様にこれらの材料において）０．６−１．０ミリ秒の範囲にある。比較のため、商用ＥＤＦＡ用に現在考えられているホストである亜テルル酸塩ガラスにおけるエルビウムの寿命時間は数ミリ秒の範囲にあり、一方、シリカベースのガラスでは、それは典型的に８〜１０ミリ秒である。
【００５７】
２つの材料の相対的な性能をよりよく評価するため、図１５は、図６Ａおよび図６Ｂと同じ蛍光減衰曲線から測定された、蛍光パワーの１／ｅ減衰時定数を示す。１／ｅ時定数は速い時定数と遅い時定数との平均を表わし、ある意味では、それはエルビウムイオンの励起状態の平均寿命時間の目安を提供する（この平均寿命時間は特に、増幅器の動力学および飽和挙動を部分的に制御する）。図１５は、１／ｅ寿命時間がエルビウム濃度の増加とともに単調に減少すること、およびランタン置換材料におけるエルビウムの方が寿命時間は若干短いが、２つの材料間の差は実験誤差内にあるということを示す。結論は、双方の材料におけるエルビウムはほぼ同じ帯域幅および同じ寿命時間を示し、若干アモルファスＹＡＧが有利であるということである。
【００５８】
ガラスファイバはまた、２種類以上の希土類イオンを添加されて、２つ以上のドーパント種間での有利な相互作用を利用してきた。たとえば、エルビウム添加ファイバはＹｂ３＋を共添加されて、１．０６ミクロン近傍でのエルビウムイオンの励起が可能になった（たとえば、Ｊ．Ｅ．タウンゼント（Ｔｏｗｎｓｅｎｄ）他、「極めて高い伝達効率および利得を有するＹｂ３＋増感Ｅｒ３＋添加シリカ光ファイバ（Ｙｂ３＋ ｓｅｎｓｉｔｉｓｅｄ Ｅｒ３＋ ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｇａｉｎ）」、エレクトロニクスレターズ、第１０巻、第２１号、１９９１年、１９５８−１９５９頁を参照）。この開発の理由は、ＥＤＦＡ（および他のエルビウム添加ファイバ装置）を、より大きなパワーおよびより低コストで利用可能なレーザ波長である１．０６ミクロン近傍で、市販のＮｄ：ＹＡＧレーザまたはクラッディング励起ネオジウム添加ファイバレーザから励起することが、現在励起源として用いられている９８０ナノメートルおよび１，４８０ナノメートルのレーザダイオードよりも、いくつかの点で有利であるためである。１．０６ミクロン近傍では、Ｅｒ３＋は吸収帯域を示さないが、Ｙｂ３＋は示す。Ｅｒ３＋およびＹｂ３＋が共添加され、１．０６ミクロン近傍で励起されたファイバでは、励起エネルギはＹｂ３＋イオンによって吸収される。Ｙｂ３＋（２Ｆ５／２）の励起状態はＥｒ３＋の４Ｉ１１／２準位のものに近いエネルギを有するため、励起されたＹｂ３＋イオンのエネルギは隣接するＥｒ３＋イオンの４Ｉ１１／２準位へ急速に移動される。この４Ｉ１１／２準位からの引き続く緩和は、エルビウムイオンをその下にある励起準位（４Ｉ１３／２準位）に導く。実際、イッテルビウムイオンは、励起を吸収して得られたエネルギをエルビウムイオンに移動させることによって、仲介物として作用する。この原理は、上述の表Ｉの最後の項目で識別されるイッテルビウム／エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバと同様のファイバにおいて、同じ目的のために使用できる。
【００５９】
潜在的な実用的重要性を持つ他の光ファイバおよび導波路装置が、Ｅｒ３＋以外の希土類イオンが添加されたガラスファイバにおいて実証されてきた。特に、紫外線から遠赤外線へのどこででも動作する連続波（ＣＷ）、Ｑスイッチおよびモード同期ファイバレーザが実証されてきた（たとえば「希土類添加ファイバレーザおよび増幅器」、Ｍ．Ｊ．Ｆ．ディゴネット編、マーセルデッカー社、Ｎ．Ｙ．、１９９３年を参照）。上述の実験結果は、Ｅｒ３＋の４Ｉ１３／２→４Ｉ１５／２遷移で収集されたものであるが、それらの普遍性を見落とすべきではない。
【００６０】
ここに記載されるエルビウム添加アモルファスＹＡＧ光ファイバの特徴は、前の装置および方法によって提供される帯域幅よりも幅広い帯域幅にわたって入力光信号を増幅する方法を提供するために有利に用いられる。前に公知の増幅器の上限が約１，６２０ナノメートルであるのに対し、公知のシリカベースのエルビウム添加ファイバをエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバで置換することによって、同様の増幅器構成は約１，６５０ナノメートルまで延びる帯域幅にわたって増幅を提供する。
【００６１】
この発明の方法で使用される第１の構成８００を図８に示す。図８は図１と同様であるが、図８では、従来のエルビウム添加ファイバ１１０はエルビウム添加アモルファスＹＡＧ光ファイバ８１０に置き換えられている。第１の光アイソレータ８２０、波長分割多重（ＷＤＭ）カップラ８２２、第２の光アイソレータ８２４および光励起源８３０は、図１に関連して上に説明された理由により含まれる。
【００６２】
図８の構成に関連するこの発明の方法の動作は、図１のＥＤＦＡ１００の動作と同様である。しかしながら、図１の構成の動作の方法とは異なり、図８の実施形態に適用される光信号は、約１，６１０ナノメートル〜約１，６５３ナノメートルのＬバンドの上部範囲における波長を含む。エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ８１０の蛍光帯域幅が拡大されているため、１，６１０−１，６５３ナノメートル範囲の波長を有する光信号は、エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ８１０内で増幅される。このため、図８の構成の動作の方法は、前の構成の動作の方法に比べ、拡大された利得帯域幅を提供する。代替的に、励起が後方向に、または前方向と後方向の双方に送られること以外は図８のものと同じ構成を用いることができる。
【００６３】
図３は、アモルファスＹＡＧ材料およびアモルファスランタン置換ＹＡＧ材料の双方のＣバンドが極めて幅広いこと、およびＣバンドが下は約１，４８１ナノメートル（３ｄＢポイント）に至るまで延びていることを示している。たとえば、０．５センチメートル、８％のエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバでは、４Ｉ１３／２→４Ｉ１５／２遷移スペクトルのより短い波長部分を再度優先的に含有する後方向蛍光スペクトルが、約１，４８２ナノメートル〜約１，６０３ナノメートル（３ｄＢポイント）に延びている。この発明の別の局面は、図８の構成を用いてＣバンド増幅器を動作させ、約１，４８０ナノメートル以上〜約１，５６５ナノメートル以下の範囲の波長を有する複数の信号を増幅する方法である。この範囲の下部波長、つまり約１，４８０ナノメートルは、他の公知のホストにおけるＥｒ３＋の同じ遷移について報告されている値よりも実質的に低い。
【００６４】
図９は、この発明の方法で用いられるさらなる構成９００を示す。図９の構成９００は図２の構成２００と同様であり、下部ＣバンドＥＤＦＡ９１０および上部ＬバンドＥＤＦＡ９２０を含む。入力光信号はＷＤＭカップラ９３０によって２つのＥＤＦＡ９１０、９２０の入力に結合される。２つのＥＤＦＡ９１０、９２０の出力はＷＤＭカップラ９３２において組合され、組合された出力は出力ポートに提供される。各ＥＤＦＡ９１０、９２０は１つ以上のそれぞれの励起源（図示せず）を有する。図９では、上部（Ｌバンド）ＥＤＦＡ９２０は、上述のエルビウム添加アモルファスＹＡＧ光ファイバ９４０を含む。下部（Ｃバンド）ＥＤＦＡ９１０も有利にエルビウム添加アモルファスＹＡＧ光ファイバ９５０を含む。しかしながら、下部ＥＤＦＡ９１０または上部ＥＤＦＡ９２０のいずれかは、従来のシリカベースまたは他のガラスベースの光ファイバを用いた従来のＥＤＦＡであってもよい。第１の光アイソレータ９６０は、ＥＤＦＡ９１０、９２０からの入力ポートへの後方向反射を防止する。第２の光アイソレータ９６２は、出力ポートからＥＤＦＡ９１０、９２０への後方向反射を防止する。
【００６５】
この発明は図９の構成９００を用いて、約１，４８１ナノメートル以下から約１，６５３ナノメートル以上までの範囲の波長を有する入力光信号を加えることによって動作する。ＷＤＭカップラ９３０は、約１，５６５ナノメートル未満の波長を有する入力光信号は下部ＥＤＦＡ９１０に結合され、約１，５６５ナノメートルより大きい波長を有する入力光信号は上部ＥＤＦＡ９２０に結合されるように、入力光信号を分割する。下部ＥＤＦＡ９１０は約１，４８１ナノメートル〜約１，５６５ナノメートルの範囲の信号を増幅し、増幅した出力信号をカップラ９３２を介して出力ポートへ提供する。上部ＥＤＦＡ９２０は約１，５６５ナノメートル〜約１，６５３ナノメートルの範囲の信号を増幅し、増幅した出力信号をカップラ９３２を介して出力ポートへ提供する。当業者であれば、光入力信号におけるデッドバンドが約１，５６５ナノメートルあたりに提供されて、双方のＥＤＦＡ９１０、９２０によるその波長の信号の増幅を除外できることを理解するであろう。前と同様、上部ＥＤＦＡ９２０または下部ＥＤＦＡ９１０のいずれか、もしくは双方のＥＤＦＡにおいてエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ９４０を使用することは、前に利用可能であったものよりも幅広い帯域幅にわたって増幅を提供する。
【００６６】
図９の上部Ｌバンド（ＥＤＦＡ）９２０は、図１０−１４において説明される実施形態のうちの１つとして有利に構成されてもよい。
【００６７】
図１０は、上述のような単一の長さのエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ１０１０を含む前方向Ｌバンド増幅器１０００を示す。ファイバ１０１０は第１のＷＤＭカップラ１０２２の１入力を介して光励起源１０２０によって励起される。入力ポート１０３０上の入力光信号は、第１の光アイソレータ１０３２と第１のＷＤＭカップラ１０２２の第２の入力とを介してファイバ１０１０へ加えられる。ファイバ１０１０の出力は第２の光アイソレータ１０３６を介して出力ポート１０３４へ提供される。図１０の増幅器１０００の入力ポート１０３０は、図９のＷＤＭカップラ９３０の上部出力ポートと結合されており、出力ポート１０３４は図９のカップラ９３２の上部入力ポートに結合されている。図１０では、光励起源１０２０は、第１の光励起波長λｐ１で励起光を提供する第１の光励起源（ｐｕｍｐ）１０５０と、第２の光励起波長λｐ２で励起光を提供する第２の光励起源（ｐｕｍｐ）１０５２とを含む。２つの励起源１０５０、１０５２の出力は第２のＷＤＭカップラ１０５４において組合される。第２のＷＤＭカップラ１０５４の出力は複合励起信号として第１のＷＤＭカップラ１０２２の第１の入力に提供される。２つの励起信号は他の公知の方法で多重化可能である。動作の好ましい一方法では、第１の励起波長λｐ１は９８０ナノメートルまたは１，４８０ナノメートルのいずれか（あるいは、好ましくは励起状態吸収がないＥｒ３＋の別の励起波長）で、第２の励起波長λｐ２は約１，５５５ナノメートルである。これらの励起信号は半導体レーザまたは他のソリッドステートレーザを用いて生成可能である。２つの波長λｐ１およびλｐ２は、第１のＷＤＭカップラ１０２２からファイバ１０１０へ投入される。第１の励起波長λｐ１は、ＣバンドＥＤＦＡにおける励起波長と同じ役割を有する。特に、第１の励起波長λｐ１はファイバ１０１０において反転分布を生じ、したがって利得を提供する。しかしながら、利得スペクトルはＣバンドでは最大であり、Ｌバンドでは比較的弱い。その結果、Ｃバンドでは自然放出が強力に増幅され、Ｌバンドにおける利得を含め、ファイバ１０１０の全利得帯域幅にわたって利得を消耗する強力なＣバンド増幅自然放出（ＡＳＥ）を発生する。このためＬバンドにおける利得は減少し、一般に、Ｌバンドにおける利得は低くなりすぎて実用には使えない。Ｌバンドの利得を改良するには、ＣバンドのＡＳＥを減少させる。図１０の構成を用いた動作の方法では、ＣバンドのＡＳＥは波長λｐ２での第２の光励起源によって減少される。第２の光励起源の波長は、Ｃバンドにおける高利得領域と一致するよう、約１，５５５ナノメートルとなるように選択される。ファイバ１０１０に投入される波長λｐ２での励起は強力に増幅され、それはＣバンドとＬバンドの双方において利得の消耗を引き起こす。しかし、波長λｐ２での励起は、ＣバンドのＡＳＥにおけるパワーも劇的に減少させる（たとえば、Ｊ．Ｆ．マシコット（Ｍａｓｓｉｃｏｔｔ）他、「１．６μｍあたりでのＥｒ３＋添加シリコンファイバ増幅器の低ノイズ動作（Ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｒ３＋ ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｒｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｒｏｕｎｄ １．�� μｍ）」、エレクトロニクスレターズ、第２８巻、第２０号、１９９２年９月、１９２４−１９２５頁を参照）。ＣバンドのＡＳＥにおけるパワーの減少は、双方のバンドにおける利得を増加させる。これらの２つの相反する影響のうち、後者が優位となり、そのためＬバンド利得が増加し、後者はＣバンド利得についても優位となる。この種のＬバンド増幅器は良好な（低い）ノイズ数値を有するが、その利得効率は低い（それは或る利得を生じるのに高い励起パワーを必要とする）。
【００６８】
図１１は、図８の構成と同様の構成１１００を示す。構成１１００は、前方向に励起されるエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ１１１０を含む。ファイバ１１１０は、光励起源１１２０からＷＤＭカップラ１１３０を介して、９８０ナノメートルまたは１，４８０ナノメートルのいずれか（あるいはエルビウムの励起ＥＳＡがない別の励起波長）で励起可能である。第１および第２の光アイソレータ１１４０、１１４２は上述のように動作する。
【００６９】
図１１に示す構成は前方向に励起される。後方向励起および双方向励起も可能である。エルビウムはＣバンドでは強力な基底状態吸収（ＧＳＡ）を示すが、ＬバンドではＧＳＡをほとんどまたは全く呈しない。ＧＳＡはＬバンドでは波長の増加とともに減少する。結果として、ファイバ１１１０の長さが増加すると、ある点で、Ｃバンド波長に対するＧＳＡは非常に大きくなり、そのため所与の励起パワーに対し、Ｃバンドでは利得はなく、むしろ損失がある。他方、Ｌバンドでは、ＧＳＡははるかに少なく、利得が得られる。そのため、Ｌバンドにおいて相当大きい利得を有する増幅器を設計する一般的な方法は、十分長い、たとえば同種のファイバにおいてＣバンド増幅器に対して要求されるものの２倍の長さのファイバ１１１０を選択することである。このアプローチはＣバンドにおける利得を破壊し、ＣバンドにおけるＡＳＥを激減させる。このため、図１１の構成は、図９の構成の上部アームに組込まれてもよいＬバンド増幅器となる。
【００７０】
図１２は、図１１に示された増幅器と同様のＬバンド増幅器のさらなる構成１２００を示す。構成１２００は、２つのＷＤＭカップラ１２２０、１２２２間にエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ１２１０を含む。第１のＷＤＭカップラ１２２０は、第１の光アイソレータ１２３２を介して入力ポート１２３０に結合されている。第２のＷＤＭカップラ１２２２は、第２の光アイソレータ１２４２を介して出力ポート１２４０に結合されている。第１の光励起源１２５０は第１のＷＤＭカップラ１２２０を介してファイバ１２１０に結合され、ファイバ１２１０における励起光を第１のＷＤＭカップラ１２２０から第２のＷＤＭカップラ１２２２へ向かう方向に伝搬する。第２の光励起源１２５２は第２のＷＤＭカップラ１２２２を介してファイバ１２１０に結合され、ファイバ１２１０における励起光を第２のＷＤＭカップラ１２２２から第１のＷＤＭカップラ１２２０へ向かう方向に伝搬する。このため、ファイバ１２１０では、２つの源からの励起光が双方向に伝搬する。従来のエルビウム添加ファイバを用いた同様の双方向構成は、たとえば、Ｈ．オノ（Ｏｎｏ）他、「１．５７−１．６０μｍ波長領域におけるＷＤＭ信号用の利得平坦化Ｅｒ３＋添加ファイバ増幅器（Ｇａｉｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄ Ｅｒ３＋−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ ａ ＷＤＭ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｔｈｅ １．５７−１．６０−μｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｅｇｉｏｎ）」、ＩＥＥＥフォトニクステクノロジーレターズ（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第９巻、第５号、１９９７年５月、５９６−５９８頁に記載されており、それは従来のエルビウム添加シリカファイバを用いた同様の実施形態を示している。図１２の構成は図１１の構成と同様の態様で動作する。励起光を後方向に提供する第２の励起源１２５２は、利得スペクトルの調整を可能にするために用いられる。特に、利得スペクトルは、後方向励起パワーを適切に調節することによって、Ｌバンド帯域幅の大半にわたって平坦化され得る。
【００７１】
図１３は、Ｌバンド増幅器のさらなる構成１３００を示す。構成１３００は、ＷＤＭカップラ１３２０を介して直列に接続された２つのエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ１３１０、１３１２を含む。特に、入力ポート１３３０は第１の光アイソレータ１３３２を介して第１のファイバ１３１０の一方の端に結合されている。第１のファイバ１３１０の他方の端はＷＤＭカップラ１３２０の１入力に接続されている。励起源１３４０はＷＤＭカップラ１３２０の第２の入力に接続されている。ＷＤＭカップラ１３２０の出力は第２のファイバ１３１２の一方の端に接続されている。第２のファイバ１３１２の他方の端は第２の光アイソレータ１３５２を介して出力ポート１３５０に接続されている。励起源１３４０によって提供される励起光の波長は、有利には約９８０ナノメートルまたは約１，４８０ナノメートルである。励起源１３４０は第２のファイバ１３１２を励起し、そのことは第２のファイバ１３１２において利得を生じる。第２のファイバ１３１２は後方向の、つまりＷＤＭカップラ１３２０へ向けて放出される増幅自然放出（ＡＳＥ）を生じる。第２のファイバ１３１２からのＡＳＥはＷＤＭカップラ１３２０によって第１のファイバ１３１０へ結合される。このＡＳＥは約１，５５０ナノメートル（Ｃバンド）あたりに中心に置き、ＡＳＥは第１のファイバ１３１０によって吸収される。第１のファイバ１３１０はこのため光励起され、Ｌバンド領域に利得を生成する。たとえば、従来のエルビウム添加シリカファイバを用いた同様の一実施形態を示す、Ｊ．リー（Ｌｅｅ）他、「非励起ＥＤＦセクションで２次励起効果を有するＬバンドＥＤＦＡ用のパワー変換効率の向上（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ａｎ Ｌ−ｂａｎｄ ＥＤＦＡ ｗｉｔｈ ａ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｕｍｐｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｐｕｍｐｅｄ ＥＤＦ ｓｅｃｔｉｏｎ）」、ＩＥＥＥフォトニクステクノロジーレターズ、第１１巻、第１号、１９９９年１月、４２−４４頁を参照されたい。
【００７２】
図１４は、図１３の構成１３００と同様の構成１４００を示す。構成１４００は、ＷＤＭマルチプレクサ１４２０を介して直列に接続された第１のエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ１４１０と第２のエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバ１４１２とを含む。特に、入力ポート１４３０は第１の光アイソレータ１４３２を介して第１のファイバ１４１０の一方の端に結合されている。第１のファイバ１４１０の他方の端はＷＤＭカップラ１４２０の入力に接続されている。励起源１４４０はＷＤＭカップラ１４２０の第２の入力に接続されている。しかしながら、図１３の実施形態とは異なり、励起源１４４０は、ＷＤＭカップラ１４２０の第１の入力とは反対のＷＤＭカップラ１４２０の第２の入力に接続されている。ＷＤＭカップラ１４２０の出力は第２のファイバ１４１２の一方の端に接続されている。第２のファイバ１４１２の他方の端は第２の光アイソレータ１４５２を介して出力ポート１４５０に接続されている。構成１４００では、励起源１４４０からの励起光は第１のファイバ１４１０へ向けられ、第１のファイバ１４１０のおよそ１，５５５ナノメートルのＡＳＥ出力が第２のファイバ１４１２に励起光を提供する。図１４の後方向励起されたデュアルＥＤＦＡは、図１３の前方向励起ＥＤＦＡよりも有利に若干効率がよい。たとえば、従来のエルビウム添加シリカファイバを用いた同様の一実施形態を示す、Ｊ．リー他、「非励起ＥＤＦセクションで２次励起効果を有するＬバンドＥＤＦＡ用のパワー変換効率の向上」、ＩＥＥＥフォトニクステクノロジーレターズ、第１１巻、第１号、１９９９年１月、４２−４４頁を参照されたい。
【００７３】
これらのさまざまな構成が、効率およびノイズ数値の点だけでなく、大きさ、複雑性、コスト、製造における再現性などの点でも何らかの利点を提示することは、当該技術分野では理解される。さらに、或る種の用途では特定の構成が好ましい場合があり、別の用途では別の構成が好ましい場合がある。
【００７４】
この発明に従った方法は、たとえばシリカ、フルオロジルコネート、亜テルル酸塩などを含む他のファイバまたは導波路から構築された増幅器を用いた公知の方法に比べ、多くの有利な特徴を有する。たとえば、この方法の１つの有利な特徴は、Ｃバンドの帯域幅が他の公知の広帯域材料におけるエルビウムの帯域幅より幅広いことである。いくつかの材料組成物では、蛍光が下は約１，４８１ナノメートル（３ｄＢポイント）に至るまで観察されており、そのことはＣバンドの短波長末尾における拡大された帯域幅を示す。このため、これらのアモルファスＹＡＧ組成物材料では、利得帯域幅はＣバンドの短波長末尾において実質的に広がっている。
【００７５】
この方法の第２の特徴は、Ｌバンドの帯域幅が他の公知の広帯域材料におけるエルビウムの帯域幅よりも幅広いことである。いくつかの材料組成物では、蛍光が上は約１，６５３ナノメートル（３ｄＢポイント）に至るまで観察されており、そのことはＬバンドの長波長末尾における拡大された帯域幅を示す。Ｌバンド帯域幅は他のいかなる公知のファイバ材料におけるエルビウムの帯域幅よりも約６０％幅が広い。
【００７６】
この方法の第３の特徴は、図９に示された概略的な回路を利用して前述のＬバンド増幅器と前述のＣバンド増幅器とを組合せることによって、または図８の回路を利用することによって、結果として得られる増幅器が他の公知の広帯域材料におけるエルビウムの帯域幅よりも幅広い帯域幅にわたってＣバンドおよびＬバンド利得を提供することである。たとえば、図９の回路を用いて、蛍光は約１，４８１ナノメートル〜約１，６５３ナノメートル、つまり約１７２ナノメートルの３ｄＢ帯域幅で観察でき、それは他の公知の広帯域材料におけるエルビウムで観察される最大幅の蛍光帯域幅よりも約２倍幅が広い。
【００７７】
この方法の第４の特徴は、この方法が非常に短いＬバンドおよびＣバンドファイバ増幅器を用いて実行されてもよいということであり、たとえば小型性およびコスト削減などのいくつかの利点を有する特性である。別の重要な技術的利点は、この方法が、公知のＬバンド増幅器にとって懸念事項である有害な非線形効果の低減を示すことである。どの光ファイバでも、進行信号強度と信号が進行する長さとの積が大きくなりすぎると、たとえば誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）および相互位相変調（ＸＰＭ）などのいくつかの非線形効果が起こり始める。双方の効果はＥＤＦＡの動作にとって有害である。ＳＢＳは、関連する周波数偏移を用いて、前方向に伝搬する信号光を後方向に伝搬する信号光に変換する。後方向に伝搬する光の発生および周波数偏移は双方とも有害である。ＸＰＭ効果は１つの信号上にコード化された情報を別の信号に部分的に転送させる場合があり、それは望ましくないクロストークにつながる。ＳＢＳ効果およびＸＰＭ効果は、ＥＤＦＡ自体においてだけでなく、ファイバリングの通信部分において起こる。通信ファイバは非常に長い（数十キロメートル）が、通信ファイバのモードフィールドは比較的大きく（つまり、所与の励起パワーに対し、強度はより低い）、それは通信ファイバにおけるＸＰＭおよびＳＢＳ効果の双方を減少させる。他方では、ＥＤＦＡははるかに短い長さのファイバを伴うが、そのモードフィールドは一般に相当より小さい（つまり、エルビウム添加ファイバは通信ファイバよりもはるかに高い信号強度を搬送する）。このため、ＸＰＭ効果は、ＥＤＦＡにおいて、特に従来のＣバンドＥＤＦＡよりも長いエルビウム添加ファイバを伴う従来のＬバンドＥＤＦＡにおいて、強力であり得る。この発明の方法に従って用いられるエルビウム添加アモルファスＹＡＧ材料は、典型的に１００以上の因数であるエルビウム濃度比において大まかに必要とされるファイバ長を減少させることによって、これらの問題を回避する。したがって、これらのファイバにおけるＸＰＭ効果およびＳＢＳ効果の効率も、ファイバ長の減少のため低下する。
【００７８】
ここに提示された構成の各々について、さまざまなエルビウム添加ファイバの長さ、さまざまな励起源（ｐｕｍｐ）のパワー、および他のパラメータを、文献に記載されている、および当該技術分野では周知である理論的モデルおよび実験手法を用いて理論的および実験的に評価し、利得、利得プロファイル、ノイズ数値、励起効率などの特定のＥＤＦＡパラメータを最適化することができる。
【００７９】
この発明の方法はエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバに関連して上に説明されているが、この方法は平面導波路技術を用いても同様に実行可能であることが理解されるべきである。特に、平面チャネル導波路がエルビウム添加アモルファスＹＡＧ材料を用いて構築されている場合、この方法はそのような導波路を用いて実行可能である。
【００８０】
この発明の方法は、一部はアモルファスＹＡＧにおけるＥｒ３＋の４Ｉ１３／２→４Ｉ１５／２遷移が極めて幅広い、つまり８％のエルビウムが添加されたファイバでは約１２１ナノメートルの蛍光帯域幅を示すという発見から、一部はＥｒ３＋（およびおそらく他の希土類イオン）のより高い濃度がより幅広い蛍光帯域幅およびより幅広い光利得スペクトルにつながるという発見から生じている。
【００８１】
出願人は、他のいかなる公知の材料よりもＥｒ３＋の４Ｉ１３／２→４Ｉ１５／２遷移に対して実質的により幅広いＬバンドスペクトルを生じる新しい部類の材料を用いるＬバンドエルビウム添加ファイバ増幅器についての増幅方法を説明してきた。出願人はまた、他のいかなる公知の材料よりもＥｒ３＋の４Ｉ１３／２→４Ｉ１５／２遷移に対して実質的により幅広いＣバンドスペクトルを生じる新しい部類の材料を用いるＣバンドエルビウム添加ファイバ増幅器についての増幅方法も説明してきた。
【００８２】
【国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４からの説明】
この発明を実現するために有利に用いられ得るファイバを製造する例示的な一方法は、１９９７年７月１７日に公開された、ポール　Ｃ．ノーディン他による「過冷却溶融材料からのファイバ線引」、ＷＩＰＯ国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４に開示されている。その方法の記載全体をここに引用により援用する。ＷＯ９７／２５２８４の図１−８に対応する図１６−２３に関連して、以下に詳細な説明を述べる。
【００８３】
国際公開番号ＷＯ９７／２５２８４によれば、ポール　Ｃ．ノーディン他は、制御された条件下での特定の液体溶解物の過冷却は、バルク液体が再結晶化することなくファイバ線引を可能とするのに十分な粘度を有する溶解物の形成をもたらすことができ、融点粘度が低すぎてそのような操作ができない溶解物も含まれるということを発見して驚いた。ここに説明されるのは、融点以上で溶解物からファイバを線引できなかったであろういくつかの酸化物材料の過冷却溶解物から線引されたファイバの例である。ＷＯ９７／２５２８４の方法を利用して、平衡溶解温度を２０％までおよび２０％を超えて下回った温度の過冷却条件下にあるそのような溶解物からファイバが簡単に線引された。また、驚くべきことに、ガラスファイバは、先行技術のファイバ中に存在するものよりも高濃度の添加物を含有する化学組成物の過冷却溶解物から線引され得る。さらに、ＷＯ９７／２５２８４の方法に従って線引されたファイバは、ＷＯ９７／２５２８４のファイバの比較的無傷の表面によるものと仮定された、驚くほど高い引張り強度を有することに留意されたい。
【００８４】
ＷＯ９７／２５２８４の方法は「スティンガ」を利用して線引を開始する。ファイバを成長させる能力は、スティンガの物理的特性によって、およびスティンガを用いるいくつかの条件、たとえば材料、寸法、表面仕上げ、スティンガ先端の液体への挿入深さ、ならびに線引を開始する前のスティンガの液体中への滞留時間によって、著しく影響される。これらの特性およびプロセスの制御は、表面湿潤および粘着に影響を及ぼし、ファイバ線引プロセスに対する相当な制御を可能にする。
【００８５】
簡単に述べると、ＷＯ９７／２５２８４の方法のステップは、（ｉ）選択された材料の試料を、浮遊した液滴を作り出す無容器条件下、またはたとえば坩堝内などの収容された条件下のいずれかにおいて溶解するステップと、（ｉｉ）融点より下の温度に液体を冷却する、つまり液体を過冷却するステップと、（ｉｉｉ）過冷却した液体をスティンガプローブと接触させ、所望の条件下でプローブを引出して液体からファイバを線引するステップとを含む。
【００８６】
すべての場合、ファイバ径の制御は、（ｉ）液体粘度（溶解温度および／またはガス環境を変えることによって制御される）、および（ｉｉ）ファイバ線引速度を制御することによって得られる。以下に記載される実験で使用するガスは、たとえば酸素、空気およびアルゴンを含むが、たとえば窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気などの他のガスも使用してもよい。一般に、線引速度が速いほど、および／または粘度が小さいほど、より小さい直径のファイバにとって好都合であった。ファイバ径の上限は、バルク過冷却溶解物において結晶化を誘導せずに使用可能な最小線引速度によって決定された。ファイバ径の下限は、ファイバを破壊せずにまたはファイバを溶解物から引き離さずに達成可能な最大線引速度によって決定された。
【００８７】
加えて、ＷＯ９７／２５２８４の方法に従って線引されたガラスファイバは、特定のガラスの結晶化が起こる温度にガラスファイバを加熱することによって、結晶質ファイバに変換されてもよい。
【００８８】
ＷＯ９７／２５２８４に記載された方法により、高い強度および剛性、低いクリープ速度、高い耐酸化性、または高温での複合材料の成分との化学的融和性を示すことが公知である数々の材料から、高純度のファイバを製造することが可能になる。それにより、電気通信用途においておよびファイバ光導波路として用いられる材料など（それらに限定されず）電磁放射の低吸収を示す材料から、および高純度の材料からファイバを形成できるようになる。また、ＷＯ９７／２５２８４に開示された方法により、ファイバレーザおよびファイバレーザ増幅器用途など（それらに限定されず）に用いる高濃度のドーパント元素を含んでいるかもしれない均質なガラスファイバの合成も可能になる。ＷＯ９７／２５２８４によれば、ファイバは急速に線引されてもよく、より低価格な生産を可能にし、また、結晶化されて、たとえば、タービン燃焼チャンバライナーおよびスラストデフレクタなどの非常に高温の構造的用途を有する耐酸化性複合材料において用いられてもよい安定した材料を形成してもよい。ＷＯ９７／２５２８４の方法はまた、ポリマーマトリックス複合材料用途において用いる、引張り強度および剛性が改良されたファイバの合成も可能にする。さらに、ＷＯ９７／２５２８４の方法は、生体内での医療用途用にファイバを生物適合性材料から形成することができる。したがって、ＷＯ９７／２５２８４の方法は、液体溶解物から線引することによってファイバにされ得る材料の幅を非常に広げている。
【００８９】
（実施例１−ファイバ線引装置）
図１６は、ＷＯ９７／２５２８４に開示された原理を利用して、収容されているかまたは無容器のいずれかである溶解物条件下で、過冷却された溶解物からファイバを線引するための好ましい構成を示す。重要なことには、ＷＯ９７／２５２８４のスティンガ装置の新規で肝要な特徴は、ファイバが形成の後でダイまたは同様の形成装置を通って線引きされないということである。この実施例では無容器条件が描写されているが、この原理およびファイバ線引方法は、収容された溶解物を含む、そこから線引されたファイバが所望されるいかなる溶解物ででも用いられてもよい。
【００９０】
図１６に描写された無容器条件は、ファイバを線引する液滴を浮上させる空中音響浮上装置（ＡＡＬ）の使用によって得られる。この方法はガスジェット３２からの動的空気力を利用しており、浮上は、３軸音響位置付けシステム３３から音響力を加えることによって安定化される。ＷＯ９７／２５２８４によれば、サンプルを浮上させるこの手段および他の手段は先行技術に記載されており、過冷却されたサンプルを浮上させるいかなる手段の使用もＷＯ９７／２５２８４の範囲内にあることが意図されている。そのような方法は、たとえば電磁浮上および静電浮上を含む。これらの手段は高真空条件下での溶解物の浮上および保持を伴い、それにより、ＷＯ９７／２５２８４のファイバ線引方法は、ガス環境に存在する空気またはガス状種との反応に敏感な金属、合金、および材料にすぐに適用できるようになる。
【００９１】
浮上した液滴１は、ＣＯ２レーザからのビームでサンプルを加熱および溶解することによって形成されるが、たとえば、白熱灯またはアーク灯、マイクロ波加熱、誘導加熱、炉、または熱いガス流内での浮上などのいかなる加熱手段もＷＯ９７／２５２８４の範囲内にあると考えられる。加えて、十分な熱をサンプルに提供可能ないかなるレーザビームも、ＷＯ９７／２５２８４の方法で使用してもよい。この特定の実施例では、ＣＯ２レーザビームは、浮上したサンプルの両側に合焦される２つのビーム３４に分割され、サンプルを溶解させる。溶解物は次に、十分溶解されるまで高温に保たれ、それから、入射する加熱パワーをオフに切換えたりまたは減少させることによって、溶融した滴の過冷却が誘発および保持される。
【００９２】
ソレノイドアクチュエータ４を用いて動作されるロッド３に取付けられた直径０．０１ｃｍのタングステンワイヤスティンガ２からなるスティンガおよびファイバ線引装置３１は、ソレノイドを作動させるとタングステンワイヤスティンガの先端が浮上した液滴１に挿入されるように位置付けられている。タングステンワイヤスティンガと過冷却溶解物間の接触は、スティンガとの接触による過冷却溶解物中の結晶の不均質な核形成を回避するため、注意深く制御されなければならない。核形成はＷＯ９７／２５２８４のファイバ線引動作によって一般に誘導されないものの、前に形成されたガラスファイバをスティンガ材料として用いる場合には、不均質な核形成に関連する問題は緩和されるかもしれない。この実施形態ではタングステンワイヤをスティンガとして用いているが、ＷＯ９７／２５２８４は、溶解物の組成、粘度および所望のファイバ特性に依存して、さまざまな材料および大きさのスティンガが利用されることを予期しており、そのような他のスティンガはＷＯ９７／２５２８４の範囲内にある。
【００９３】
この実施例では、ばね作動の線引機構５が、規定された長さのファイバを線引するための線引力を提供しているが、ファイバを線引するいかなる手段もＷＯ９７／２５２８４の範囲内にある。ばねの線引力は、その力定数がｋ＝０．１−０．２５ｌｂ／ｉｎの範囲にあるよう調整される。ファイバ線引速度は摩擦ダンパ６によりさらに制御される。電子制御回路７を用いて、ソレノイドアクチュエータを始動し、スティンガが解放されてファイバ線引動作が可能となる前に、スティンガを、液滴中に予め設定された時間保持する。高速パイロメータ３５を用いて浮上したサンプルの温度をモニタし、その温度はリアルタイムでコンピュータスクリーン上に温度対時間のグラフとして表示可能である。溶融した滴の温度は、レーザビームの強度、またはレーザビームへのサンプルの露出時間を増加または減少させることによって、所望の過冷却温度に維持される。
【００９４】
もちろん、所望の寸法のファイバを達成するため、ばねの力定数と、したがってファイバ線引速度とを必要に応じて調整してもよいということが意図されている。加えて、ファイバ線引手段はたとえばモータおよびホイールアセンブリなどのいかなる好適な手段であってもよいということ、および、線引力は所望のファイバの物理的特性とファイバを線引するのに用いる方法とに従って調整されてもよいということが意図されている。
【００９５】
ファイバ線引は、まずレーザビーム加熱を遮断し、液滴の温度をそれが冷却さするにつれてモニタする（コンピュータスクリーン上に温度対時間のグラフとして表示される）ことによって始動される。ソレノイドアクチュエータ４は、好ましくは最適線引温度範囲内にある予め選択された値に温度が達すると、手動で作動される。この特定の実施形態では、ソレノイドは、試料をスティンガで突き刺した後自動的にオフとなるよう設計されている。次に、スティンガが線引機構の作用によって引出され、ファイバが液滴から線引される。液滴の温度制御はＷＯ９７／２５２８４の方法の肝要な部分である。ファイバを線引するのに最適な温度範囲よりも高い温度では、スティンガはファイバを線引することなく液滴から引き離される。最適温度範囲よりも低い温度では、液体の粘度が非常に高いため、スティンガによって液滴上に及ぼされる力は、その力が浮上装置の復元力を上回る点まで増加されなければならず、スティンガの動きは、液体からファイバを線引するというよりも、液滴を押すかまたは引張って浮上位置から外す役割を果たす。さらに、溶解物温度が低すぎる場合、結果として生じるファイバは所望のものよりも短くなる。中間の過冷却温度では、さまざまな長さのファイバが、１マイクロメートル未満から６０マイクロメートルを超すまでの範囲の直径で形成され得る。
【００９６】
この実施例では特定の範囲のファイバのサイズが報告されているが、線引条件に依存して、幅広い範囲のサイズを有するファイバが生成されてもよいということが考えられる。より低い速度で線引が起こると、ファイバの直径はより大きくなる。より高い速度で線引が起こると、ファイバの直径はより小さくなる。ファイバの長さは２つの効果によって制限される。第１に、より低い温度では、液滴上の力は次第に液滴をその浮上位置から引き離す。第２に、より高い温度では、ファイバ径は引張り速度が増加するにつれて減少し、そのため引張り力はもはや表面張力に打ち勝てず、液体からのファイバの引張りは終了する。適切な線引温度範囲内では、極めて長い長さのファイバが線引され得る。たとえば、直径が０．３５ｃｍの滴が直径０．２５ｃｍに減少するまで、直径が１０マイクロメートルのファイバを線引することは、１８，０００ｃｍよりも長いファイバをもたらす。
【００９７】
図１７は、ＷＯ９７／２５２８４の原理に従った、無容器条件下で浮遊した液滴からファイバを１を超える方向から線引する好ましい方法を示す。この方法では、最初に、浮上した液滴１５が、浮上ノズル１６内にまたは別の浮上溶解技術を用いて形成される。ファイバ１７は、モータおよびホイール１８またはスティンガ動作とファイバ線引速度とを制御可能な他の線引装置の作用によって、液滴の対向する側面から反対方向に同時に線引される。引張り力は反対向きであり、それらがほぼ等しくかつ反対となるように制御可能で、そのため、液滴上の生じる力は減少し、滴はその最初の位置から引き離されない。図はまた、浮上した液滴の上部表面上にレンズ２０を用いて集束されるレーザビーム１９または他の放射熱源による加熱も示す。加熱領域における温度は融点よりも上に維持できるが、液滴の他の領域では温度は低下し、液滴の側面ではファイバ線引を可能にするのに十分に過冷却され得る。滴から取り除かれたファイバ材料は、放射加熱された領域に固体材料２１を追加し溶解することによって補充可能であり、それは固体材料の粉末流または１つ以上の薄い棒として、制御された速度で浮上液体に加えられてもよい。ファイバ線引速度の制御、放射加熱された領域における材料の添加および溶解を組み込み、ファイバを線引する過冷却領域を維持することによって、連続したプロセスを達成して長く連続したファイバを作製することが可能である。当然のことながら、ＷＯ９７／２５２８４に開示された方法は、溶解物をその浮上位置から著しくずらすことのない位置から線引する、単一方向からの単一ファイバの線引または多数方向からの多数ファイバの線引を考えている。
【００９８】
スティンガの条件および動作は、過冷却溶解物からのファイバ線引に使用する前にスティンガを融点よりも上の温度での溶解物との接触によって準備すること、および、スティンガが溶融した滴との接触を可能とされる時間（典型的に１−５０ミリ秒、ただし準備時間はスティンガ、溶解物の組成、および溶解物の粘度に依存して変わる場合がある）、スティンガが溶解物に挿入される距離、およびスティンガを溶解物に挿入する速度と溶解物から引出す速度とを含む。温度が高すぎると、スティンガによる核形成はスティンガの急速な挿入／引出によって回避され得るが、線引の速度はファイバを溶解物から線引するのに早すぎてはならない。適切な過冷却温度では、溶解物の粘度はファイバが線引され得るところまで増加し、結晶化の速度はその材料の融点近傍で観察されるものよりも低い速度へ低下する。
【００９９】
（実施例２−円錐形ノズル浮上装置を用いたファイバ線引）
図１８は、モータおよびホイールアセンブリと円錐形ノズル浮上（ＣＮＬ）装置とを用いて直径が０．２５−０．４０ｃｍの試料を浮上させてファイバを線引する、溶解物からファイバを線引するための構成を示しているが、試料の表面張力および密度に依存して、より大きな試料が浮上されてもよい。浮上ガス流８がプレナムチャンバ９、ノズル１０を通って、浮上した試料１１へと通過する。浮上した試料は、ＺｎＳｅレンズ１３を用いて試料の上部表面上に集束されたＣＯ２レーザビーム１２で加熱および溶解される。試料の温度は、任意の利用可能な信号遮断手段を用いてレーザ加熱ビームを遮断することによって、またはレーザパワーの変化によって制御される。ファイバ７６は、ノズルを通って送り込まれ可逆ステッピングモータおよびホイールアセンブリ１４によって駆動されるタングステンワイヤスティンガ７７を用いて、過冷却溶解物の底部表面から線引される。スティンガはホイールに取付けられた長いタングステンワイヤを含み、それはファイバ引張りが起こるにつれてホイール上に巻かれる。もちろん、たとえば連続波Ｎｄ−イットリウム−アルミニウム−ガーネット（Ｎｄ−ＹＡＧ）レーザなどの他のレーザを試料の加熱に用いてもよいことが考えられる。当然のことながら、レーザに加え、材料を効率よく溶解し線引動作を妨害しないいかなる加熱方法を使用してもよい。また、実施例１のスティンガ方法と上述のステッピングモータおよびホイールアセンブリとに加え、線引プロセスに動力を供給するいかなる手段も使用してもよいことが考えられる。
【０１００】
モータおよびホイールアセンブリ１４の方向および加速はコンピュータ制御されて、スティンガを動作し、ファイバ引張り速度の加速を変化させ、一定のファイバ引張り速度を達成する。高速パイロメータを用いてサンプル温度をモニタし、冷却挙動を観察する。スティンガと生じるファイバとは、ダイを通った線引などのさらなる機械的処理を受けることなく、モータ１４に取付けられたホイール上に巻かれる。この実施形態では、ファイバは最大１２０ｃｍ／秒の速度で線引されるが、ファイバ線引速度は線引に動力を供給するために用いる個々の手段（ここではモータおよびホイール）に依存する。スティンガの加速はコンピュータ制御され、１２００ｃｍ／ｓｅｃ２に等しい加速が用いられるが、ＷＯ９７／２５２８４は、線引される特定の材料および所望のファイバ特性に依存して他の加速速度を用いてもよいということを意図している。長さが最大６０ｃｍで５−２０マイクロメートルの均一な直径を有するファイバがこの装置を用いて線引され得るが、異なる線引条件を用いることによって他の長さおよび直径を得ることができる。スティンガを突き刺す動作およびファイバ線引動作は典型的に、０．６秒未満の期間に完了されるが、この時間は溶解物の粘度、結晶化の速度、およびファイバを引張る速度に依存して変化してもよい。最初にファイバを、溶解物のスティンガとの接触が溶解物の結晶化を誘導しない速度で引張ることが必要である。
【０１０１】
ＣＮＬ装置を用いたファイバ線引は、実施例１に上述されたＡＡＬ装置を用いる場合よりも低い温度で開始および継続され得る。なぜなら、引張り力が大きい場合に液体の試料がファイバによって引き離されないからである。溶解物の粘度がより大きい場合でより低い温度では、および、ファイバ線引力がより大きい場合でより高い線引速度では、線引力は溶解物をずらすのに十分となり、そのため溶解物は浮上ノズルの側面と接触する。ノズルとのこの接触により溶解物の結晶化が誘導されるが、ファイバの線引は溶解物がファイバ線引点まで結晶化するまで続く。溶解物がノズルと接触するのに十分なほど線引力が大きい場合の温度では、結晶成長速度は典型的に十分低く、そのため試料の中央は、６０ｃｍよりも長い長さの連続するファイバを線引するのに十分な期間、液体のままである。
【０１０２】
たとえば、ムライトまたはイットリウム−アルミニウムガーネット（ＹＡＧ）組成物の液滴が１２０ｃｍ／秒の線引速度の下でずらされてノズルと接触した場合のより低い温度では、結晶成長速度は実質的に１ｃｍ／秒未満である。液体とノズルとの接触点は、ファイバを線引した点から約０．２ｃｍ離れていた。したがって、ファイバ線引はノズルとの接触後０．２秒よりも長い期間続き、２４〜６０ｃｍの長さのファイバを生じた。過冷却液体を、ファイバ線引力によるずれの結果として、機械的拘束装置と接触させるというアプローチは、有用な長さのファイバを引張るためにこうして用いられてもよい。驚くべきことに、機械的拘束装置との接触により核形成された結晶は限定された速度で伝搬し、これらの結晶が液体からファイバを線引する点に達するまで、ファイバの連続する線引を妨害しない。
【０１０３】
線引されたストランドの冷却速度は概算してもよい。たとえば、直径が１０マイクロメートルで、ＣＮＬ装置を用いて１００ｃｍ／秒の速度で空気中で線引されたファイバについては、冷却速度は以下のように計算する。
【０１０４】
たとえば、温度が１５００℃である酸化物液滴を考慮されたい。液滴の熱境界層の厚さは、液体からファイバを線引したのと同じ点である浮上ガス流の岐点での試料の直径よりも相当小さい。典型的な直径０．３ｃｍの液滴および線引速度１００ｃｍ／秒については、ファイバ材料は境界層を介して０．００３秒未満の間線引された。ファイバ材料がガスとの熱平衡を維持していると仮定すると、冷却速度はおよそ５００，０００℃／秒となるであろう。この冷却速度は、ファイバ表面での熱流速が、単位表面積当りの直径１０マイクロメートルのファイバのエンタルピー変化率から計算されるように、およびたとえば酸化アルミニウムの熱特性に基づいて計算されるように約７００ワット／ｃｍ２であれば、起こるであろう。
【０１０５】
ここでファイバが熱いままであると仮定する。１５００℃のファイバから冷たい周囲ガスへの対流熱流速ｑ″は、以下の式により与えられる。
【０１０６】
【数１】
2004505458.tif 000004
【０１０７】
ここで、ＴｆおよびＴａはファイバ温度および周囲温度であり、ｋｆは平均ガス「フィルム」温度＝（Ｔｆ＋Ｔａ）／２でのガス熱伝導性であり、ｄはファイバ径であり、Ｎｕｈは熱伝達に対するヌッセルト数である。
【０１０８】
仮定された条件については、ｋｆは約４×１０−４ワット／（ｃｍ℃）、Ｎｕｈは約１、ｑ″は約６００ワット／ｃｍ２である。このため、ファイバが冷めないという仮定は、周囲ガスと熱平衡を維持するために必要なものに相当する熱流速につながる。したがって、ＣＮＬファイバ線引方法は直径が１０マイクロメートルのファイバに対し、線引されたファイバにおける数十万℃／秒の冷却速度を達成すると結論付けてもよい。直径がより大きなファイバについては、冷却速度はファイバ径の自乗にほぼ比例して小さくなる。このため、４，０００℃／秒を上回る冷却速度が、直径５０マイクロメートルのファイバについて起こるであろう。
【０１０９】
（実施例３／ムライト溶解物からのファイバ線引）
図１９は、ＷＯ９７／２５２８４のファイバ線引方法を用いて、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル分率が６０：４０であるムライト組成物の過冷却溶解物からファイバを線引する時間および温度条件を示す。
【０１１０】
図１９は、ファイバ線引実験中の浮上サンプルの典型的な温度−時間履歴を、光パイロメータを用いて時間の関数として測定された温度のグラフとして示す。図示された期間の前に、試料をＣＯ２レーザビームで溶解し、同時にＡＡＬ装置内でアルゴンガス流中に浮上させ、一定の温度に保つ。ファイバ線引のための温度範囲は、図１６に図示し実施例１で説明したファイバ突き刺しおよび線引装置を用いて、さまざまな温度でファイバを線引することによって決定される。記録された時間間隔の０〜２．０秒の時間での温度の低下は、レーザ加熱ビームの遮断の際の液体の冷却を示す。この冷却期間中に過冷却液体からファイバをうまく線引し得る温度範囲を図に示す。約２．０〜２．２秒の期間中、サンプルの融点までの急速な温度上昇が示されている。この温度上昇は、過冷却液体が自然に結晶化する際に起こる。結晶化により放出されたエネルギは、結晶化が続く間温度がほぼ一定のままだった融点までサンプルを加熱するのに十分である。最後に、液体のすべてが消費された後、固体試料からの熱損失により温度は低下する。
【０１１１】
図２２からわかるように、より高い温度で液体と平衡状態にある結晶質ムライトの組成物は、より低い温度ではムライト相フィールド内に含有されていない。このためこの図は、最も高い温度で液体と平衡して形成されたムライトが、より低い温度では熱力学的に安定しないことを示している。より高い温度で液体と平衡状態にあるムライトは過度の酸化アルミニウムを含有し、それはムライトがより低い温度での用途において冷却または使用される際に、第２の相を沈殿させる傾向がある。これに対し、ＷＯ９７／２５２８４の原理に従って形成されたガラスファイバの組成物は、意図された適用温度でムライト相フィールド内にあるよう独立して選択することができる。ガラスファイバを加熱して、それらを、適用温度での第２の相の沈殿に関して安定している純粋な結晶質のムライトファイバに変換することが可能である。
【０１１２】
再輝（結晶化によって放出され、融点への温度上昇をもたらす熱）が観察される多くの場合においてガラスファイバを線引することも可能である。たとえば、再輝が観察される場合でも、ムライト組成物のガラスファイバをこの実施例に記載するように得ることができる。
【０１１３】
（実施例４−収容システムを用いて過冷却溶解物から線引されるファイバ）
ＷＯ９７／２５２８４における記載は、収容システムにおいて線引されたファイバも意図している。図２１は、再結晶化なく過冷却溶解物からのファイバ線引を容易にする、容器を用いて液体を支持する方法の好ましい実施例を示す。この方法の重要な特徴は、溶融した塊の一部が過冷却されるように、容器内の温度勾配を設定および維持することを含む。この方法では、対象となる材料３０を坩堝などの開いた容器２２内に置き、その容器を融点よりも上の温度に維持する。同様に融点よりも上の温度に維持したカバー２５を最初に容器の上に置いて、容器内の熱平衡および材料の完全な溶解を達成してもよい。次にカバーを持ち上げるかまたは取外して、溶解物表面の熱損失および冷却を可能にしてもよい。露出した溶解物表面の中央領域が過冷却されるように溶解物表面２３での熱伝達条件を制御することができ、過冷却液体からのファイバの線引が可能になる。容器２８の内壁と、容器の壁近傍の液体の小さな部分２７とは、結晶の不均質な核形成が壁で起こり得ないよう、融点よりも上の温度で維持可能である。
【０１１４】
図２１は加熱坩堝２２と溶融した材料３０とを示しており、そこからいくつかのファイバ２４を、持ち上げられたカバー２５にあるファイバよりも大きな開口部を通して、または別個のガイドにある開口部を通して、たとえばモータおよびホイール２６または他の線引手段の作用によって線引してもよい。溶解物から取り除かれたファイバ材料は、溶解温度が融点を上回る領域に固体材料を添加および溶解することによって補充可能である。線引は、上述の実施例１に記載されたように１つ以上のスティンガ（図示せず）の使用によって、ならびに、モータおよびホイールアセンブリまたは他の線引手段の作用によって、開始される。
【０１１５】
図２１の底部に、液体および坩堝の上部表面の温度を、坩堝および収容された液体の上部表面での横断位置の関数として概略的に示す。図２１のこの部分の縦座標上に、平衡溶解温度をＴｍによって示す。坩堝および坩堝の壁近傍の液体部分の温度はＴｍよりも上で、一方、容器の壁からより離れた液体表面の温度はＴｍ未満の値に低下している。露出した液体表面の中央での温度は、容器の直径が液体の深さよりもはるかに大きく、そのため熱が底から表面へ伝導されると仮定すると、以下のように概算できる。温度勾配の大きさを概算するため、対流熱損失は些細であること、熱は液体表面から放射によってのみ損失されること、および放射熱は液体表面上へ反射して戻ってこないことも仮定される。液体の温度低下は次に以下の式により概算されるが、ここで、右辺は坩堝の温度に維持された液体の底部表面から液体の上部表面への熱流速を与え、左辺は液体表面からの放射熱損失を与える。
【０１１６】
【数２】
2004505458.tif 000005
【０１１７】
ここで、シュテファン−ボルツマン定数σ＝５．６７×１０−１２ワット／（ｃｍ２°Ｋ４）であり、液体表面の放射率εは液体酸化物に対し約０．８であり、ＴＳは液体表面の温度、ＴＣは坩堝の温度、およびｈは液体層の深さである。
【０１１８】
高温での酸化物の熱伝導率ｋの典型的な値は、０．０２〜０．２ワット／（ｃｍ℃）の範囲にある。
【０１１９】
ムライトを一例として用いると、ＴＣ＝１，９００℃（融点の若干上）およびＴＳ＝１，６７０℃（約２００℃の過冷却）で、ノーディン他は、ｋの実際値に依存して、ｈ＝０．０４５〜０．４５ｃｍを得た。
【０１２０】
上の計算は、０．５ｃｍ未満の概算された液体深さが、融点より上に維持された容器内の液体の表面で深い過冷却を得るのに十分であることを示している。この深さは十分小さいため、容器の直径よりもはるかに小さい液体深さの仮定は簡単に満たすことができる。
【０１２１】
（実施例５−ガス状環境および再輝の効果）
過冷却の度合い、バルクガラスの形成、およびファイバ線引のための条件はガス状環境に依存することがわかった。この実施例では、空気、純酸素、および純アルゴンガスという３つの異なるガス状環境の下でのファイバ線引を報告する。しかしながら、たとえば、とりわけ窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および水蒸気などの他のガスを利用してもよいということが考えられる。
【０１２２】
たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２組成物のバルクガラスは結晶化なくアルゴン中で形成され得る。空気または酸素中では、液体のＹ３Ａｌ５Ｏ１２組成物は、過冷却されると自然に結晶化する。第２の例は純酸化アルミニウムによって提供されるが、それについては、自然結晶化が起こる前に、アルゴン中では融点の４５０℃下に、空気中または酸素中では融点のわずか３６０℃下に液体を冷却できる。結晶化によって放出される熱は再輝をもたらす。溶解物を冷却したときにバルクガラスサンプルが形成されて結晶化が起こらない場合にはすべて、ガラスファイバを線引することが可能である。再輝が観察される多くの場合では、ガラスファイバを線引することがしばしば可能である。たとえば、酸素環境では、再輝も観察された場合にムライト組成物のガラスファイバを得ることができる。これらのファイバは、溶解物から核形成された結晶と溶解物の自然結晶化とが生じた温度よりも上の温度で過冷却された溶解物から線引された。
【０１２３】
再輝を有する過冷却溶解物の自然結晶化をもたらした条件の下では、典型的なバルク液体冷却速度は１００−５００℃／秒であった。冷却速度がガラス形成のための臨界冷却速度を上回る場合には溶解物からのガラス形成が起こることは公知である。このため、再輝が観察されることは、臨界冷却速度がバルク液体内で達成されなかったことを示す。しかしながら、自然結晶化が起こった温度よりも液体温度が高い場合、ファイバを線引することによってガラスファイバを依然として得ることができる。これらの結果は、ファイバを線引するプロセスが、液滴の自由冷却速度を上回るファイバの冷却速度をもたらすことを実証している。
【０１２４】
（実施例６−新規のファイバ組成物）
表ＩＩは、ＷＯ９７／２５２８４の方法を用いて得ることができる新規のファイバのいくつかの組成物を列挙している。表ＩＩに列挙されたファイバは、実施例１に記載されたスティンガおよび線引装置と、図１８に示され実施例２に記載されたスティンガおよびモータホイールアセンブリとを含むさまざまな方法を用いて線引されてもよい。溶解物を浮遊させるのに上述のＡＡＬおよびＣＮＬ装置の双方を含むいかなる浮上手段を用いてもよく、または、溶解物をたとえば上述の実施例４に記載されるように収容してもよい。固体サンプルは純粋な単体酸化物から、当該技術分野では周知のプロセスであるレーザ炉溶解によって形成される。ネオジウムまたはエルビウムの添加剤を、５０：５０のＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２、６３：３７のＡｌ２Ｏ３：Ｙ２Ｏ３、および他の材料で使用する。
【０１２５】
融点以上の温度については、浮上した溶解物に観察される振動および流体流は、溶解物が、液体酸化アルミニウムの粘度に匹敵し、純粋な二酸化シリコンまたはシリコンに富む溶解物などの典型的なガラス形成材料の粘度よりもはるかに小さい、低い粘度を有することを示す。これらの溶解物の低い粘度は、融点より上の温度で溶解物からファイバを線引できないことによっても示される。しかしながら、ここに記載されたすべての場合、ガラスファイバの線引はＷＯ９７／２５２８４の方法を用いて過冷却溶解物から達成され得る。すべての場合において溶解物から線引されたガラスファイバは外観が均一である。顕微鏡下での目視検査は、ファイバにおける２次相の沈殿の証拠がないことを明らかにしている。
【０１２６】
光活性ドーパントの濃度が高いガラスファイバの合成は、Ｎｄ２Ｏ３およびＥｒ２Ｏ３を５０：５０のＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２材料および６３：３７のＡｌ２Ｏ３：Ｙ２Ｏ３材料へ添加することによって得ることができる。使用される添加剤濃度は、先行技術のファイバにおいて典型的な濃度である１％以下よりもはるかに大きい。ＷＯ９７／２５２８４の方法は、まずすべての成分が完全に溶解した液体を形成する温度まで材料を加熱することによって、添加剤濃度の高いこれらのファイバを得る。過冷却すると、粘度が十分に増加するため、ガラスファイバを溶解物から線引し得る。過冷却溶解物は結晶化しないため、それは均質なままであり、添加剤の濃度が高いガラスファイバが形成されるのを可能とする。
【０１２７】
加えて、非常に高純度のファイバおよび添加剤の濃度が極めて低いファイバの合成も可能である。溶解物を保持するために無容器条件を用いることにより、溶解物は、（ｉ）不純物のエバポレーション、および（ｉｉ）不純物の反応性ガス化によって精製されるようになる。たとえば、最初に約０．０００５モル％のクロム（５ｐｐｍのクロム）を含有する酸化アルミニウムを、最大２４００℃の温度への液体の無容器溶解および加熱によって精製してもよい。分析されたクロム濃度は数分間の処理中に最大１００万分の１に減少する。同様に、エバポレーションによる多くの酸化物の精製は、先行技術において公知の手段によって可能である。材料を容器内で非常に高温で処理する場合、溶解物における容器材料の溶解は液体の精製を妨げるであろう。したがって、無容器条件下で液体を精製することにより、不純物を０．０００１モル％（１ｐｐｍ）未満しか含有しないファイバが形成可能である。同様に、まず液体を精製することにより、添加剤を用いて、液体から引張られるファイバにおいて０．０００１モル％未満から５０モル％までの範囲で制御された添加剤濃度を達成してもよい。
【０１２８】
化学組成物ＣａＡｌ２Ｏ４を有するガラスファイバは、ＷＯ９７／２５２８４の方法に従って無容器条件下で、ファイバを線引できるよう十分に溶解物を過冷却して合成される。ファイバ引張り方法は図１８に示されたものであり、浮上は酸素ガス中である。材料の溶解温度の約２００℃下の温度に過冷却された溶解物からファイバを引張る。さらに過冷却すると、結晶化は起こらず、ＣａＡｌ２Ｏ４のバルクガラスサンプルが得られた。たとえば図１６に示されたスティンガ線引装置などの他のファイバ引張り方法を用いてもよいことが予期されており、引張られたファイバをもたらすいかなる方法もＷＯ９７／２５２８４の範囲内にあると考えられる。
【０１２９】
ＷＯ９７／２５２８４の方法を用いて、ガラスファイバをＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３溶解物から合成してもよく、そのファイバを、その開示をここに援用する米国特許第５，５５２，２１３号に開示されるように、吸入した場合に珪肺を起こさない生物適合性構造的材料として用いてもよい。
【０１３０】
ＷＯ９７／２５２８４の方法を用いて、ガラスファイバを鉱物フォルステライトＭｇ２ＳｉＯ４の化学組成物を用いて形成してもよい。この鉱物は、強化複合材料に使用される相間軟化コーティングであることが先行技術において公知である鉱物エンスタタイトＭｇ２Ｓｉ２Ｏ６と、熱動力学的に適合性がある。フォルステライトファイバは、図１６に示されたファイバ−スティンガ装置を用いて、および円錐形ノズル浮上装置において浮上され過冷却された溶解物から形成される。
【０１３１】
図２０は、純粋な酸化シリコンと酸化アルミニウム間の全範囲の組成物を示す、アルミナ−シリカ系の平衡相図を示す。表ＩＩからは、ＷＯ９７／２５２８４に開示された研究が、純粋なムライトがより低い温度で安定している組成物を含む幅広い範囲の組成物全体にわたってガラスファイバ形成を達成したことがわかる。
【０１３２】
（実施例７−ファイバの結晶化）
ＷＯ９７／２５２８４に従って作られたファイバは結晶化もされ得る。表ＩＩＩは、たとえば１１００℃および１２００℃の温度での６０：４０のＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のムライト組成物ガラスファイバの結晶化を報告している。これらの結果は、過冷却溶解物からガラスファイバを線引し、次に中間温度に加熱するプロセスが、中間温度で安定している、制御された化学組成物を有する結晶質ファイバを産出することを実証している。
【０１３３】
ファイバ線引速度は、過冷却溶解物の結晶化速度を通常上回るよう制御され、ファイバにおいて達成された冷却速度は通常、線引されてファイバになる材料におけるガラス形成のための臨界冷却速度よりも速い。結晶化速度またはガラス形成のための臨界冷却速度は、温度の関数として正確には公知でない。ムライトファイバについては、３０ｃｍ／ｓのファイバ線引速度が溶解物の結晶化を回避するのに十分である。ムライトの結晶化速度は、融点より２００Ｋ下で約３ｃｍ／ｓである。
【０１３４】
結晶化速度は、液体ムライト組成物よりも液体イットリア−アルミナの方が大きい。純アルゴンガス流内で図１８に示されたモータおよびホイールアセンブリを用いて、長さが数ｍｍのイットリア−アルミナガラスファイバを３０ｃｍ／ｓで線引し、最大６０ｃｍの長さのファイバを１００ｃｍ／ｓで線引した。液体を融点の約２００℃下に冷却した。
【０１３５】
実施例２に示すように、ファイバにおいて達成された冷却速度は、ファイバ径が増加するにつれて低下する。所与の直径を有するファイバを得るのに必要な線引速度も、ファイバ径が増加するにつれて低下する。このため、大きな直径のファイバを線引する際、ファイバにおいて達成された冷却速度がガラス形成のための臨界冷却速度未満である条件が起こるかもしれない。この条件下で得られたファイバはその場合、少なくとも何らかの結晶質材料を含有するであろう。さらに、ファイバ線引条件下での結晶化速度がファイバ線引速度を上回る場合、ファイバ中に形成される結晶はファイバ中を伝搬して、ファイバを形成する過冷却液体の結晶化を引き起こし、このためファイバ線引プロセスを終了させる。
【０１３６】
表ＩＩＩは、過冷却溶解物から線引されたガラスファイバ、および線引されたファイバを空気中で加熱することにより形成された結晶質ファイバについての引張り試験データを表わす。興味深いことに、引張られたままのファイバは非常に高い引張り強度を有する。ＷＯ９７／２５２８４の原理に従って得られたムライト組成物のファイバにおける引張り強度が最大６．４ＧＰａであるのに比べ、同様の組成物を有する先行技術の市販されているファイバの引張り強度は３ＧＰａ未満に限定されている。
【０１３７】
【表２】
2004505458.tif 000006
【０１３８】
【表３】
2004505458.tif 000007
【０１３９】
【代替的なホストファイバ材料の説明】
大抵の結晶質酸化物レーザホストはアモルファスの形態で製造されておらず、したがって、それぞれのアモルファス形態の光学特性はまだ試験されていない。そのようなホストの光学特性に関し、現在のところ文献には利用可能なデータがない。特に、文献はアモルファス形態の蛍光帯域幅を示唆していない。出願人は多くのエルビウム添加レーザ結晶の報告された蛍光スペクトルを研究し、出願人は所与の結晶におけるエルビウムの蛍光スペクトルを、それぞれの材料の対応するアモルファス形態の蛍光帯域幅を最初に予測するための情報として用いてきた。たとえば、Ｅｒ３＋が所与の結晶において幅広い蛍光帯域幅を示す場合、その結晶質材料のアモルファス形態も幅広い蛍光帯域幅を示すことが予想される。
【０１４０】
たとえば、Ａ．Ａ．カミンスキー（Ｋａｍｉｎｓｋｙ）他、「Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋およびＴｍ３＋イオンを有するＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２結晶からの誘導放出の研究（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２ ｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔｈ Ｈｏ３＋， Ｅｒ３＋ ａｎｄ Ｔｍ３＋ ｉｏｎｓ）」、ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ）、第１８巻、Ｋ３１、１９７３年に記載されているように、エルビウム添加結晶質ルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ）は図２４に示された蛍光スペクトルを有する。ＬｕＡＧスペクトルは一連の離散的ピークを呈する。どの結晶でもそうであるように、各ピークはＥｒ３＋の４Ｉ１３／２準位および４Ｉ１５／２準位のシュタルク副準位間のさまざまな放射性緩和遷移の１つ以上に対応する。この材料におけるＥｒ３＋の全蛍光帯域幅Δλは、その蛍光スペクトルにおける最長蛍光波長と最短蛍光波長との差であると規定される。図２４から、エルビウム添加ＬｕＡＧについては、これらの波長はそれぞれ１，５２０ナノメートルおよび１，６７０ナノメートルであり、帯域幅はしたがって１５０ナノメートルである。次に、アモルファスＬｕＡＧにおけるエルビウムの蛍光帯域幅は測定された結晶帯域幅Δλに近づいていることが仮定される。言い換えれば、ＬｕＡＧ結晶におけるエルビウムの１，５５０ｎｍあたりの離散的蛍光スペクトルは、ＬｕＡＧのアモルファス形態において、たとえばエルビウム添加結晶質ＹＡＧの特徴とエルビウム添加アモルファスＹＡＧの特徴とを比較する際に見られるのと同様の態様で、全面的に連続するスペクトルに変わることが仮定される。
【０１４１】
前述の研究は多数のエルビウム添加結晶に適用され、潜在的に大きな蛍光帯域幅を有する数々の材料を識別してきた。特に、この研究はＹＡＧの変更に適用された。なぜなら、ＹＡＧホストの若干の化学的変更（たとえばルテチウムからイットリウムへの置換）はエルビウム添加アモルファスＹＡＧの有利に広帯域である蛍光および利得特性を実質的に修正しないことが予想されるためである。
【０１４２】
表ＩＶは、これまで識別された最大帯域幅を有する材料を列挙している。表ＩＶの第１の列はホストファイバ材料の化学式を列挙し、表ＩＶの第２の列はホストファイバ材料に含有されるドーパントおよびコドーパントを列挙している。表ＩＶの第３の列は、発表された蛍光スペクトルから上述の方法を用いて推論される蛍光帯域幅Δλを示す。表ＩＶの第４の列は、ＥＳＡがこの結晶において９８０ナノメートルあたりで観察されるかどうかを示す。表ＩＶは、１，５５０ナノメートルあたりで幅広い蛍光帯域幅を示すと信じられているアモルファス材料を報告している。
【０１４３】
【表４】
2004505458.tif 000008
【０１４４】
表ＩＶは現在のところ、これまで研究された結晶の励起ＥＳＡ特性についての比較的少ない情報しか提供していないが、表ＩＶはＥＤＦＡ用の広帯域アモルファスホストについての調査の開始点を提供している。
【０１４５】
光ファイバ増幅器に関連してここに説明してきたが、この発明に従って光信号を増幅するための方法は、当該技術分野において周知のいくつかの手法のうちの１つを適用することによってアモルファスＹＡＧのバルクサンプルから作られる集積光増幅器を用いても、行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エルビウム添加ファイバを含む例示的な標準ＥＤＦＡ構成を示す図である。
【図２】２つのＥＤＦＡを有する例示的な構成を示し、一方のＥＤＦＡはＣバンドを増幅し、他方のＥＤＦＡはＬバンドを増幅する図である。
【図３】さまざまな濃度のエルビウムが添加され、９８０ナノメートルで約４５ミリワットで励起されたアモルファスＹＡＧファイバおよびアモルファスランタン置換ＹＡＧファイバにおいて測定された前方向蛍光スペクトルを示す図である。
【図４】アモルファスＹＡＧファイバおよびアモルファスランタン置換ＹＡＧファイバの測定された後方向蛍光スペクトルを示す図である。
【図５】エルビウム添加アモルファスＹＡＧおよびエルビウム添加アモルファスランタン置換ＹＡＧの前方向および後方向蛍光双方の帯域幅に対する、エルビウムモル濃度の増加の効果を示す図である。
【図６Ａ】１％エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバによって放出された蛍光の時間的減衰（緩和）を示す図である。
【図６Ｂ】５％エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバによって放出された蛍光の時間的減衰（緩和）を示す図である。
【図７】エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバの蛍光の速い成分（下部曲線における正方形の印）および遅い成分（上部曲線における丸い印）に対するエルビウム濃度の効果を示す図である。
【図８】この発明の方法の第１の実施形態を実現するための増幅器の第１の構成を示す図である。
【図９】この発明の方法の第２の実施形態を実現するための増幅器システムの第２の構成を示す図である。
【図１０】単一の長さのエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバを含む前方向Ｌバンド増幅器を示す図である。
【図１１】図８の構成と同様であるが、Ｌバンド増幅器として用いられる、より長いエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバを有する増幅器構成を示す図である。
【図１２】エルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバが２つのＷＤＭカップラ間に位置付けられ、ＷＤＭカップラはそれぞれの励起信号を受けてエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバを前方向および後方向の双方に励起するＬバンド増幅器の一構成を示す図である。
【図１３】ＷＤＭカップラを介して直列に接続された２つのエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバを含み、励起光が第２のファイバを前方向励起するよう導入されるＬバンド増幅器の一構成を示す図である。
【図１４】ＷＤＭマルチプレクサを介して直列に接続された第１のエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバと第２のエルビウム添加アモルファスＹＡＧファイバとを含み、励起光が第１のファイバを後方向励起するよう導入される増幅器構成を示す図である。
【図１５】図６Ａおよび図６Ｂと同じ蛍光減衰曲線から測定された蛍光パワーの１／ｅ減衰時定数を示し、１／ｅ時定数は速い時定数および遅い時定数の平均を表わす図である。
【図１６】ファイバを作製する方法に従ったファイバスティンガ−線引システムの一実施形態の概略図である。
【図１７】ＷＯ９７／２５２８４の原理に従った、過冷却され浮上した溶解物から反対方向にファイバを線引するための方法の一実施形態を示す図である。
【図１８】ＷＯ９７／２５２８４の原理に従った、円錐形ノズル浮上装置内に保持された過冷却溶解物からファイバを線引するための方法の一実施形態を示す図である。
【図１９】空中音響浮上装置内に浮上され溶解された直径が０．３ｃｍのムライト試料に対する典型的な冷却曲線を示す図である。
【図２０】典型的なアルミナ−シリカ相図である。
【図２１】非恒温容器に保持された過冷却溶解物からファイバを線引するための方法の一実施形態を示す図である。
【図２２】溶解温度近傍のムライトの挙動を示す典型的なアルミナ−シリカ相図の一部を示す図である。
【図２３】ムライト組成物ガラスファイバについての典型的な引張り試験の結果を表わすグラフである。
【図２４】エルビウム添加結晶質アルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ）の蛍光スペクトルを示す図である。
【図１】
2004505458.tif 000009
【図２】
2004505458.tif 000010
【図３】
2004505458.tif 000011
【図４】
2004505458.tif 000012
【図５】
2004505458.tif 000013
【図６Ａ】
2004505458.tif 000014
【図６Ｂ】
2004505458.tif 000015
【図７】
2004505458.tif 000016
【図８】
2004505458.tif 000017
【図９】
2004505458.tif 000018
【図１０】
2004505458.tif 000019
【図１１】
2004505458.tif 000020
【図１２】
2004505458.tif 000021
【図１３】
2004505458.tif 000022
【図１４】
2004505458.tif 000023
【図１５】
2004505458.tif 000024
【図１９】
2004505458.tif 000025
【図２０】
2004505458.tif 000026
【図２１】
2004505458.tif 000027
【図２２】
2004505458.tif 000028
【図２３】
2004505458.tif 000029
【国際公開パンフレット】
2004505458.tif 000030
2004505458.tif 000031
2004505458.tif 000032
2004505458.tif 000033
2004505458.tif 000034
2004505458.tif 000035
2004505458.tif 000036
2004505458.tif 000037
2004505458.tif 000038
2004505458.tif 000039
2004505458.tif 000040
2004505458.tif 000041
2004505458.tif 000042
2004505458.tif 000043
2004505458.tif 000044
2004505458.tif 000045
2004505458.tif 000046
2004505458.tif 000047
2004505458.tif 000048
2004505458.tif 000049
2004505458.tif 000050
2004505458.tif 000051
2004505458.tif 000052
2004505458.tif 000053
2004505458.tif 000054
2004505458.tif 000055
2004505458.tif 000056
2004505458.tif 000057
2004505458.tif 000058
2004505458.tif 000059
2004505458.tif 000060
2004505458.tif 000061
2004505458.tif 000062
2004505458.tif 000063
2004505458.tif 000064
2004505458.tif 000065
2004505458.tif 000066
2004505458.tif 000067
2004505458.tif 000068
2004505458.tif 000069
2004505458.tif 000070
2004505458.tif 000071
2004505458.tif 000072
2004505458.tif 000073
2004505458.tif 000074
2004505458.tif 000075
2004505458.tif 000076
2004505458.tif 000077
2004505458.tif 000078
2004505458.tif 000079
2004505458.tif 000080
2004505458.tif 000081
2004505458.tif 000082
2004505458.tif 000083
2004505458.tif 000084
2004505458.tif 000085
2004505458.tif 000086
2004505458.tif 000087
2004505458.tif 000088
2004505458.tif 000089
2004505458.tif 000090
2004505458.tif 000091
2004505458.tif 000092
2004505458.tif 000093
2004505458.tif 000094
2004505458.tif 000095
2004505458.tif 000096
2004505458.tif 000097
2004505458.tif 000098
2004505458.tif 000099
2004505458.tif 000100
2004505458.tif 000101
2004505458.tif 000102
2004505458.tif 000103
2004505458.tif 000104
2004505458.tif 000105
2004505458.tif 000106
2004505458.tif 000107
【国際調査報告】
2004505458.tif 000108
2004505458.tif 000109
2004505458.tif 000110
2004505458.tif 000111