JPH012005A - 光導波管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザー［１ａｓｉｎｇｌ装置に用いるのに適
した特性を有する導波管［ｖａｖｅ　ｇｕｌｄｅｌに関
する。従って、これは例えば光遠隔通信システムにおけ
る信号源及び信号増幅器の要素として用いることができ
る。

［従来の技術］ 遠隔通信における潜在的重要性のため、ファイバー　レ
ーザー及びファイバー増幅器のようなファイバー構造で
装置を実施することに重大な関心がある。この作業の多
くはＮｄ３＋イオンのようなレーザー特性を有するイオ
ンを含むガラスを用いている。これらのイオンはガラス
の一部として含まれ２例えば無定形相又は固溶体に含ま
れる。

これらの特殊ガラスは光ファイバーのコアのような光導
波管の経路部を構成する。使用の間、装置はレーザーが
生じるような活性イオンの反転分布を生じるようにポン
ピングされる。

従来はガラスの相変化が起る前にガラスに均質に分散し
た活性イオンの限られた濃度を含むガラスが製造できた
だけであった６例えば高ゲインで長さの短い装置をつく
るため、その濃度を増大することは望ましいことである
。ウイーバ等［Ｗ　ｅａｖｅｒ、　Ｓ　ｔｅｖａｒｔ　
ａｎｄ　　Ｎ　ｅｉｌｓｏｎ、　　“Ｊ　ｏｕｒｎａｌ
ｏｒ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｌｃａｎ　Ｃｅｒａｓ１ｃＳｏ
ｃｌｅｔｙ’　　ｖｏｌ　５６ｎｏ　Ｌ　１９７３年２
月発行、　ｐａｇｅｓ　８ｇ−７２］は相分離ガラスで
のレーザー因子を論じている。少量の相分離はレーザー
効率を増大するが、−膜内効率は減少すると報告してい
る。オーゼル等［Ａ　ｕｚｅｌｅｔａｌ、フランス特許
第２２３８６７９号明細書、及び″　Ｊ　　ｏｕｒｎａ
ｌ　　ｏｒ　　ｔｈｅ　　Ｅ　　Ｉｅｃｔｒｏｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　Ｓ　ｏｅ１ｅｔｙ’ｖｏｌ　１２２．　ｎｏ
、１．１９７５年１月発行、　ｐａｇｅｓ　１０１−１
０７］は赤外アップコンバージラン用の希土類ドープガ
ラスセラミックスを論じている。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、蛍光及びレーザー特性を有する光導波
管は蛍光又はレーザー特性を有する結晶子［ｃｒｙｓｔ
ａｌ　ｌ　１ｔｅｓ］をその中に分散した連続ガラス相
を包含するガラス組成物で形成された経路部を有する。

驚くべきことに、このような性質の導波管がレーザー［
及び光増幅器］に有用な特性を有することが見出だされ
た。経路部の分散相は散乱を生じ。

ポンピング［ｐｕｍｐｌ及び信号波長の両者に許容され
ないほど高い減衰を生じると考えられた。然しながら、
結晶子の大きさ及び濃度を制御すると散乱減衰は許容さ
れる程度の低い水準１例えばガラスからつくったファイ
バーを基準にして１０ｄＢ／ｍ以下、好ましくは１ｄＢ
／ｍ以下に保つことができる０分散相の使用は溶解度限
界を避け、活性レーザー位置の高濃度が可能であること
が認められる。

レーザーイオンが相互に影響することも報告されている
。従って、固溶体が化学的に安定である場合でも、極め
て接近した活性位置は互いに愚作用し、レーザーの成果
は貧弱である。濃度減衰として知られる現象である。結
晶子は各種の機構で実施することができ問題は避けられ
る。従って。

結晶子の使用は良好なレーザー作用を生じる。

［従来の］シリカ　ベース　ガラスは連続相に適する。

これらの主成分は５ｉ０２であるが、他の成分も、特に
ＧｅＯ２は屈折率を増大させるためにしばしば存在する
。他のドーパントも存在し得る０例えば融点を調整して
低い処理温度を可能にしホスト　ガラスの選択を増大す
るためであり。

例えばＰ２Ｏ５，Ｆ、Ａ１２ｏ３である。

結晶子に適した化学種は希土類酸化物及び燐酸塩を含む
、該燐酸塩は便利には式Ｘ″Ｐ５０１４［式中、Ｘ′は
１以上の希土類元素を表わす］を有する。該酸化物はＸ
’２０３［式中、Ｘ′は１以上の希土類元素を表わす］
である１次ぎに適当な化学種の特定の例を示す。

ｄＰ５０ｚ ＬａＰ５０＋４ Ｃｅ　Ｐ　５０１４ ＬａｗＮｄ＋＋−ｘ＋Ｐ５０１４ ［Ｘは０と１との間である］ Ｃｅ、　Ｎｄ（１−ｖ＞　Ｐｓ　Ｏｔ　４［ｙは０と１
との間である］ ［Ｘ　’　ｇ　Ｎ　ｄ　＜、−ｇ＋　］　２０３［２は
０から１（含んで）までであり　Ｘ　ｊはＬａ、Ｇａ及
びＹから選ぶ］ 分散相は、その履歴にある時期に、連続相と化学的平衡
にあったので、連続相は通常は溶解種として希土類を含
む。

本発明は光ファイバーの形態での光導波管をも包含し、
これは信号波長で多モード又は単モードであり、該コア
は上記のガラス組成物からつくられ、かつ該クラッドは
低屈折率の異なるガラス組成物からつくられる。

例えば、ファイバーは本質的に５ｉ０２からなるクラッ
ドと本質的にＳ　ｉ　０２　＋ｃ　ｅ　０２　　［屈折
率をあげるため］及び他の分散レーザー　ドーパントか
らなるコアを包含する。減衰を最小にするため、ファイ
バーが上記成分、即ち、のみからなることが望ましい、
然しなから１通常は処理添加剤１例えばＰ２Ｏ５及びＦ
を導入することが便利であり、これはガラスの本質的特
性を変えることなく行ない得る。

本発明による導波管の経路部を形成するガラス組成物は
単相組成物のような先駆体組成物から結晶子を調製して
つくることが便利である。この調製は、Ｓ　ｉ　０２　
＋ＧｅＯ２のような酸化物ガラスから溶解希土類の沈澱
のような溶解種の単純沈澱を含む６あるいは、新種を生
じる先駆体の反応。

例えば沈澱燐酸塩を生じる酸化物とＰ２Ｏ５との反応を
含み得る。

光ファイバーを製造する最近の方法は通常気相酸化反応
から沈着による各種ガラスの製造を含む。

沈着はファイバーの機械的製造に適した構造を得るため
に制御される。典型的な製造反応には次のものがある。

（１）　　Ｓ　Ｉ　Ｃ１４＋０２−ｓ　ｉ　０２　＋２
Ｃ１２（ｉｌ）　　ＧｅＣ１４＋０２−Ｇｅ０２　＋２
Ｃ１２（１口）　４ＸＣｌ　３　＋０２− ２Ｘ２　ｏ３＋６Ｃ１２ ［式中、Ｘは希土類］ 他の反応体も用いることができる１例えば高温及び酸素
の存在下で酸化物に変換する揮発性有機金属化合物等で
ある。

［実施例］ 本発明の各種の態様を実施例として図面を引用して説明
する。

第１図は通常のＭＣＶＤ法を示し、基質管ｌＯがガラス
　ブローろくろ［図示しない］及び０２及び５ＩＣ１４
をＰＯＣｌ３　　［融点を調整するためコ及びＧｅＣｌ
４　　［屈折率を増大させるため］のようなドーパント
と共に包含する反応体気体中で回転する。護管の短い部
分、約２（至）の長さを移動炎１１で約１６００℃に加
熱する。この部分で塩化物は酸化物に変換し多孔管の形
態で炎１１の下流に沈澱する。炎が通過すると沈澱は融
解し基質管１０の内表面に非多孔性ガラスの薄層を形成
する。

沈澱帯１４の上流で、基質管ｌＯは、希土類金属の塩化
物を含浸したガラス　スポンジ１２を含む源室１５を形
成する。独立バーナー１３が源室１５を加熱するために
設けられている。

第２図において、スポンジ１２は非多孔性ガラスの外層
２０及びスポンジ　ガラスの内層２１を有する。

内層２１は希土類金属塩化物で含浸されている。該スポ
ンジは上記のＭＣＶＤ技術を用い約１ｍの長さの基質管
の内表面に多孔性層を沈澱させて製造した、該スポンジ
は水和塩化物のアルコール性溶液に浸漬した。過剰の溶
液を除き溶媒を蒸発させた。結晶化の水は塩素の存在下
で加熱して除いた。

長い管状スポンジは約２ｃｍ長さの部分に切断した。

［：ｔｃスポンジ及びその製造及び用途はＢＴ特許出願
ケースＡ　２３４１３８に記載されている］。

上記のＭＣＶＤ技術を用いて通常の反応体１例えばＳ　
ｉｃ　１４　、ＰＯＣ１３、ＣＣ１２Ｆ２及び０２、を
基質管の孔に通過させ、数種のガラス層をその内面に沈
澱させた。これらの層はファイバーのクラッドの先駆体
を構成し融点変性剤としてＦ及びＰ２Ｏ５でドープした
５ｉ０２ガラスの化学組成を有した。

その後９反応体を５ｉＣ１４，ＰＯＣｌ３゜ＧｅＣ１，
ｓ及び０２に変更してファイバーのコアの先駆体を構成
する数種の層を沈澱させた。この沈澱の間に独立バーナ
ー１３を用いて反応体流にＮｄＣ１３を揮発させた６即
ちコア先駆体の化学組成はＧｅＯ２、Ｆ２０５及びＮｄ
３＋でドープした５ｉ０２ガラスであった。最後に肢管
を潰して通常の方法でファイバーに延伸した。希土類が
高濃度であるため、酸化物は該工程のある段階でコロイ
ドとして沈澱した。

ファイバーの減衰は５００〜１７００ｎｉ帯の関心のあ
る波長で測定した。測定された減衰を生じる２の機構が
ある。即ち、吸収［希土類イオンによる］及び散乱であ
る。連続相及び分散粒子の両者が吸収に寄与するが、散
乱は分散粒子のみが起こす９次の減衰が記録された。

波長［ｎｍｌ　　　減衰［ｄＢ／ｍ］ １０６０　　　　　０．１未満 ８００　ｎｍはボンピング［ｐｕｍｐ］波長である［モ
して１０６０ｎｓは信号波長である］、ＮｄＢ＋はその
ボンピング波を吸収するので高い［５０ｄＢ／　ｍ　］
減衰がある。Ｎｄ３＋はその信号波長で吸収せず、低い
減衰［０，１ｄＢ／ｍ未満］は散乱による。

この減衰はレーザー装置に許容される。これらの高濃度
のレーザー物質の使用で装置の長さは多分１ｍ未満、は
ぼ確実に１０ｍ未満になるからである。利得が損失にま
さる場合には、従って装置の長さの僅かな増加は損失を
補償する。

驚くべきことに、この２相システムは損失の少ないファ
イバーを得る０粒子径が１例えばボンピング波長の０．
１未満のように小さいため減衰が低いと考えられる。透
過電子顕微鏡を用いてガラス　マトリックスに埋め込ま
れた粒子径が典型的に２０ｎｉ直径であることを測定し
た。コアのＮｄ３＋の平均濃度を０１定して約１０３重
量ｐｐｇｇであったに のコア　ガラスの蛍光スペクトルを測定して広い蛍光帯
に重ねられた鋭い放射スパイクを観察した。これは結晶
子［鋭いピーク成分］及びガラス［広い成分］に均質に
分散したＮｄ３＋イオンからの蛍光によるものであると
考えられる。

例２として、ＮｄＣｌ３の代りにＥｒＣｌ３を用いた外
は上記の方法に極めて類似した方法でＥｒ’＋ドープ　
ファイバーを製造した。

Ｓ　ｉ０２　　Ｆ２０５−ＧｅＯ２ホスト　ガラスを用
いて７Ｘ１０３Ｅｒ３＋の平均濃度を得た１強白光照射
の下でプレフォームの肉眼観察でプレフォーム　コアの
側から０光を観察することができることが示された。フ
ァイバーにして、散乱損失を７５０ｒｖ［Ｅｒ３＋は吸
収しない］で測定したが、極めて低く　［０，２ｄＢ／
ｍ未満］、吸収帯は極めて強かった６ 波長［ｎｍｌ　　損失［ｄＢ／ｍ］ ５２０〜５３０　ｎｍｌこ位置する強力帯も分解するに
は強すぎた。

ＭＣＶＤによってファイバーを製造する他の方法［図示
しない］はクラッド先駆体を常法で沈澱させた後、希土
類を用いず、かつコア先駆体が多孔性であるような低温
でコア先駆体を沈澱させることを包含する。冷却後、ク
ラッド先駆体の多孔層を希土類ハライドのアルコール溶
液に浸漬する。

過剰の液体を流出させ、溶媒を蒸発させて塩化物をＣｌ
　２　／　０２の混合物と加熱して脱水する。この段階
で多孔性層は融解し、その後潰す、最初に述べた技術で
ファイバーを製造する。

第３図は本発明によるファイバーの増幅性を説明する装
置を示す。

ファイバー３０は、ガラス　マトリックスに埋められた
希土類ドーパント結晶子からなるコアを有し、　［非レ
ーザー］光ファイバー３１及び３２と接合部３６で接続
している。ファイバー３２はファイバー３０のコアにポ
ンピング周波数を供給するレーザー３４と結合している
。ファイバー３１は光信号を発生するレーザー３３と接
続している。

ファイバー３０の出力端はファイバー３７に熔岩されて
いる、 検波器３５はファイバー３７の末端に接続されている。

この装置に使用において、ポンプ３４はファイバー３０
のコアに含まれた希土類原子に反転分布を生じ、信号の
光子は、レーザー３３から１反転からの放出を誘導して
増幅信号が検波器３５の検波のためファイバー３７には
いる。

本出願人の次の２件の特許出願に注意を喚起したい。

ケース２３４６８　［上記］は光ファイバーに希土類を
配合するガラス　スポンジに関する。優先権出願は英国
に１９８８年４月２４日に出願された。出願番号は８６
１００５３号［現在は放棄されている］である。

対応出願は、カナダ［１９８７年３月１８日コ、ＥＰＯ
［１９８７年３月２７日、　　８７３０２６γ４］９日
本［１９８７年３月２３日、　８７−１０１１３９９１
　、米国［１９８７年３月２０日。

０２ｇ２１３］に存在する。

ケース２３４９２は、［特に］そのコア及び／又はクラ
ッドにコロイド粒子を含む光ファイバーに関する。優先
権出願は英国に１９８６年６月４日に出願された、出願
番号はＨ１３５２５である。対応出願はカナダ、日本及
び米国にされた。ＥＰＯ出願は１９８７年５月２０日［
８７３０４５００コにされた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるファイバーを製造するに用いるＭ
ＣＶＤの概略図である。第２図は第１図に示すＭＣＶＤ
に用いるための希土類源を示す図である。第３図は本発
明によるファイバーを有する増幅器の図である。 １０は基質管、　１２はガラス　スポンジ、　１４は沈
澱帯、２０は外層、２１は内層、３３はレーザー、３４
はポンプ、３５は検波管、３７はファイバー。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　蛍光又はレーザー特性を有する結晶子を分散させた
   連続ガラス相を包含するガラス組成物で形成された経路
   部を有する蛍光又はレーザー特性を有する光導波管。 ２　該結晶子が希土類金属の酸化物又は燐酸塩を包含す
   る請求項１に記載のガラス組成物。 ３　ファイバーが蛍光又はレーザー特性を有する結晶子
   を分散させた連続ガラス相を包含するガラス組成物で形
   成されたコアを有する蛍光又はレーザー特性を有する光
   ファイバー。 ４　該結晶子が希土類金属の酸化物又は燐酸塩を包含す
   る請求項３に記載のファイバー。 ５　該酸化物が式Ｘ″＿２Ｏ＿３［式中、Ｘ″は希土類
   金属を表わす］を有する請求項４に記載のファイバー。 ６　該燐酸塩が式Ｘ′Ｐ＿５Ｏ＿１＿４［式中、Ｘ′は
   希土類金属を表わす］を有する請求項４に記載のファイ
   バー。 ７　該希土類金属がＮｄ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ及びＹから
   選ばれる請求項４、５、又は６のいずれかに記載のファ
   イバー。 ８　該結晶子が、 ＮｄＰ＿５Ｏ＿１＿４ ＬａＰ＿５Ｏ＿１＿４ ＣｅＰ＿５Ｏ＿１＿４ Ｌａ＿ｘＮｄ＿（＿１＿−＿ｘ＿）Ｐ＿５Ｏ＿１＿４［
   ｘは０と１との間である］ Ｃｅ＿ｒＮｄ＿（＿１＿−＿ｙ＿）Ｐ＿５Ｏ＿１＿４［
   ｙは０と１との間である］ ［Ｘ″＿ｚＮｄ＿（＿１＿−＿ｚ＿）］＿２Ｏ＿３［ｚ
   は０から１までであり、Ｘ″はＬａ、Ｇａ及びＹから選
   ぶ］ から選ばれる請求項４に記載のファイバー。 ９　該コアのガラス組成物が１重量ｐｐｍ及び１０＾５
   重量ｐｐｍの間の希土類元素を含む請求項３〜８のいず
   れかに記載のファイバー。 １０　該連続層が本質的にＳｉＯ＿２及びＧｅＯ＿２の
   混合物からなる請求項３〜９のいずれかに記載のファイ
   バー。 １１　該ファイバーのクラッドが本質的に ＳｉＯ＿２からなる請求項１０に記載のファイバー。 １２　信号波長における散乱減衰が１０ｄＢ／ｍ未満で
   ある請求項３〜１１のいずれかに記載の光ファイバー。 １３　該散乱減衰が１ｄＢ／ｍ未満である請求項１２に
   記載の光ファイバー。 １４　請求項３〜１３のいずれかに記載の光導波管又は
   光ファイバー、及びその経路部にポンピング周波数放射
   線を供給する手段を備えたレーザー装置。 １５　請求項１４に記載のレーザー装置、その経路部に
   入力光信号を供給する手段、及びその経路部から増幅信
   号を取出す手段を備えた光増幅器。