JPH075505A - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JPH075505A JPH075505A JP6084996A JP8499694A JPH075505A JP H075505 A JPH075505 A JP H075505A JP 6084996 A JP6084996 A JP 6084996A JP 8499694 A JP8499694 A JP 8499694A JP H075505 A JPH075505 A JP H075505A
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- C09K11/06—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing organic luminescent materials
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/17—Solid materials amorphous, e.g. glass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 すぐれた性能を有し、非常に安価で、「構
内」光ネットワークに使用するのに非常に適当な光増幅
器を提供する。 【構成】 希土類イオンと配位子との錯体を含み、前記
錯体がポリマーマトリックスの中に溶解される光増幅
器、および前記の1つまたは複数のポリマー型光増幅器
を含む光通信ネットワーク。
内」光ネットワークに使用するのに非常に適当な光増幅
器を提供する。 【構成】 希土類イオンと配位子との錯体を含み、前記
錯体がポリマーマトリックスの中に溶解される光増幅
器、および前記の1つまたは複数のポリマー型光増幅器
を含む光通信ネットワーク。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光増幅器および前記光増
幅器を含む光通信ネットワークに関するものである。
幅器を含む光通信ネットワークに関するものである。
【0002】
【従来の技術】特に光ガラスファイバによる通信などの
光通信が非常に公知となった。光信号が光ファイバを通
して伝送される際に、損失が生じ、この損失が信号を弱
化させる。この信号弱化を補償するため、光ファイバま
たは光ケーブルは規則的に離間された増幅器を備えなけ
ればならない。このような増幅器の基本的システムにお
いては、まず光信号が例えばホトダイオードによって電
気信号に変換され、次に前記電気信号が増幅され、次に
再び増幅された光信号に例えばレーザによって変換され
る。
光通信が非常に公知となった。光信号が光ファイバを通
して伝送される際に、損失が生じ、この損失が信号を弱
化させる。この信号弱化を補償するため、光ファイバま
たは光ケーブルは規則的に離間された増幅器を備えなけ
ればならない。このような増幅器の基本的システムにお
いては、まず光信号が例えばホトダイオードによって電
気信号に変換され、次に前記電気信号が増幅され、次に
再び増幅された光信号に例えばレーザによって変換され
る。
【0003】過去5年の間に、中間電気増幅器を使用す
ることなく、いわゆる光増幅器によって光信号を直接に
増幅する傾向が見られる。
ることなく、いわゆる光増幅器によって光信号を直接に
増幅する傾向が見られる。
【0004】本発明は特に弱い光信号の光増幅器におい
て、希土類イオンを含む増幅媒体と、前記増幅媒体を通
して光信号を送る第1光学手段と、前記希土類イオンを
励起するためのレーザポンプと、前記レーザポンプから
出るポンプ信号を前記増幅媒体を通して送る第2光学手
段と、前記増幅媒体から出る増幅された光信号を通過さ
せる第3光学手段とを含む光信号の光増幅器に関するも
のである。
て、希土類イオンを含む増幅媒体と、前記増幅媒体を通
して光信号を送る第1光学手段と、前記希土類イオンを
励起するためのレーザポンプと、前記レーザポンプから
出るポンプ信号を前記増幅媒体を通して送る第2光学手
段と、前記増幅媒体から出る増幅された光信号を通過さ
せる第3光学手段とを含む光信号の光増幅器に関するも
のである。
【0005】このような増幅器は例えば、「光および量
子エレクトロニクス(Optical andQuantum Electronics
)」、24(1992)、pp.517−538から
公知である。
子エレクトロニクス(Optical andQuantum Electronics
)」、24(1992)、pp.517−538から
公知である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】公知の光増幅器の増幅
媒体はガラスファイバであって、このガラスファイバは
通常、コアとガラスクラッドとを含み、希土類イオン、
特にEr3+が前記コアの中に溶解されている。このよう
なガラスファイバは光ファイバと呼ばれる。
媒体はガラスファイバであって、このガラスファイバは
通常、コアとガラスクラッドとを含み、希土類イオン、
特にEr3+が前記コアの中に溶解されている。このよう
なガラスファイバは光ファイバと呼ばれる。
【0007】公知の光増幅器の問題点は、ガラスファイ
バのコアガラス中のEr3+などの希土類イオン濃度が非
常に低いことである。さもなければ、いわゆる濃度消失
が生じるであろう。これは適度の増幅度を得るために
は、ガラスファイバの増幅媒体の長さを長くする必要の
あることを意味する。例えば、「電子レター(Elctroni
c Letters )」、Vol.25,No.24,pp.1656-1657 (Nov.198
9)において、100メートルの長さを有するEr3+ドー
プト ガラスファイバが記載されている。濃度は100
ppm Er3+であった。このようにして40dB以上
の利得が達成された。
バのコアガラス中のEr3+などの希土類イオン濃度が非
常に低いことである。さもなければ、いわゆる濃度消失
が生じるであろう。これは適度の増幅度を得るために
は、ガラスファイバの増幅媒体の長さを長くする必要の
あることを意味する。例えば、「電子レター(Elctroni
c Letters )」、Vol.25,No.24,pp.1656-1657 (Nov.198
9)において、100メートルの長さを有するEr3+ドー
プト ガラスファイバが記載されている。濃度は100
ppm Er3+であった。このようにして40dB以上
の利得が達成された。
【0008】光ファイバを分岐する際に、約3dBの信
号ロスが生じる。この信号ロスを補償するため、1メー
トル乃至数メートルの光ガラスファイバ増幅媒体が必要
である。このようなガラスファイバ増幅媒体の価格は高
く、メートルあたり約500−600米ドルに達する。
光システムの一部の用途においては、この価格は容認で
きないものとなる。
号ロスが生じる。この信号ロスを補償するため、1メー
トル乃至数メートルの光ガラスファイバ増幅媒体が必要
である。このようなガラスファイバ増幅媒体の価格は高
く、メートルあたり約500−600米ドルに達する。
光システムの一部の用途においては、この価格は容認で
きないものとなる。
【0009】この状況において、出願人は光通信、すな
わち光ファイバによる伝送を構内光ネットワークに適用
することが非常に好ましいことを発見した。もちろんこ
のようなネットワークは多くの分岐を有し、その結果と
して信号弱化を生じ、これが光増幅によって補償されな
ければならない。現在入手される増幅器の価格は構内ネ
ットワークを商業的に実施不能とする程度に高い。
わち光ファイバによる伝送を構内光ネットワークに適用
することが非常に好ましいことを発見した。もちろんこ
のようなネットワークは多くの分岐を有し、その結果と
して信号弱化を生じ、これが光増幅によって補償されな
ければならない。現在入手される増幅器の価格は構内ネ
ットワークを商業的に実施不能とする程度に高い。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、すぐれ
た性能を有し、非常に安価で、「構内」光ネットワーク
に使用するのに非常に適当な光増幅器を提供するにあ
る。
た性能を有し、非常に安価で、「構内」光ネットワーク
に使用するのに非常に適当な光増幅器を提供するにあ
る。
【0011】本発明によれば、文頭に記載の型の光増幅
器において、前記増幅媒体は前記希土類イオンの錯体と
配位子とを含み、前記錯体はポリマーマトリックス中に
溶解され、また前記配位子が前記希土類イオンを包含し
て、この希土類イオンを前記ポリマーマトリックスの化
学結合の高周波数振動から遮断し、また前記配位子は低
周波数振動の化学結合を含み、このようにして励起中の
希土類イオンの励起エネルギーレベルと基底エネルギー
レベルとの間のエネルギーギャップが前記低周波数振動
エネルギーの少なくとも4倍であるようになされた光増
幅器によって前記目的が達成される。
器において、前記増幅媒体は前記希土類イオンの錯体と
配位子とを含み、前記錯体はポリマーマトリックス中に
溶解され、また前記配位子が前記希土類イオンを包含し
て、この希土類イオンを前記ポリマーマトリックスの化
学結合の高周波数振動から遮断し、また前記配位子は低
周波数振動の化学結合を含み、このようにして励起中の
希土類イオンの励起エネルギーレベルと基底エネルギー
レベルとの間のエネルギーギャップが前記低周波数振動
エネルギーの少なくとも4倍であるようになされた光増
幅器によって前記目的が達成される。
【0012】本発明による光増幅器の好ましい実施態様
においては、前記配位子は下記の式(1)によるβ−ジ
ケトンであり、
においては、前記配位子は下記の式(1)によるβ−ジ
ケトンであり、
【0013】
【数4】 ここに、XとYは同等または相異なりまたそれぞれ芳香
族炭化水素基、特にベンゼン基、または脂肪族炭化水素
基、特に1つまたは複数のハロゲン原子によって置換さ
れうる1−10C原子を有するアルキル基を代表し、Z
は水素原子、ハロゲン原子、1つまたは複数のハロゲン
原子によって置換されうる1−10C原子を有するアル
キル基、またはニトロ基を代表することを特徴とし、あ
るいは前記配位子はクリプタート、シナマート、ジカル
ボン酸2,6−ピリジン、フタロシアニン化合物または
その混合物とする。
族炭化水素基、特にベンゼン基、または脂肪族炭化水素
基、特に1つまたは複数のハロゲン原子によって置換さ
れうる1−10C原子を有するアルキル基を代表し、Z
は水素原子、ハロゲン原子、1つまたは複数のハロゲン
原子によって置換されうる1−10C原子を有するアル
キル基、またはニトロ基を代表することを特徴とし、あ
るいは前記配位子はクリプタート、シナマート、ジカル
ボン酸2,6−ピリジン、フタロシアニン化合物または
その混合物とする。
【0014】本発明の好ましい実施態様による光増幅器
は満足に信号を増幅し、また光ネットワークの中に合体
させるのに非常に好適である。
は満足に信号を増幅し、また光ネットワークの中に合体
させるのに非常に好適である。
【0015】これは特に、前記配位子が下記の式(2)
に対応し、
に対応し、
【0016】
【数5】 ここに、X’とY’は同一または相異なるものであっ
て、それぞれ1つまたは複数のフッ素原子によって置換
されうる1−10C原子を有するアルキル基を代表する
ようになされた光増幅器に適用される。
て、それぞれ1つまたは複数のフッ素原子によって置換
されうる1−10C原子を有するアルキル基を代表する
ようになされた光増幅器に適用される。
【0017】希土類イオンとしてユーロピウムイオン
(Eu3+)が使用され、これと共にヘキサフルオロアセ
チルアセタート、ジカルボン酸2,6−ピリジンまたは
ヘキサフルオロアセチルアセトナートとクリプタートと
の混合物からなるグループから選定される配位子が使用
されれば、最もよい増幅結果が得られる。
(Eu3+)が使用され、これと共にヘキサフルオロアセ
チルアセタート、ジカルボン酸2,6−ピリジンまたは
ヘキサフルオロアセチルアセトナートとクリプタートと
の混合物からなるグループから選定される配位子が使用
されれば、最もよい増幅結果が得られる。
【0018】本発明のさらに好ましい増幅器の実施態様
において、マトリックスとしてのポリマーが、それぞれ
1乃至20C原子を含むアルキル基を有するポリアルキ
ルアクリラートおよびポリアルキルメタクリラートと、
ポリビニル アルコールと、ポリ−[n−ビニルピリジ
ン]と、ポリ−[n−ビニルピロリドン]と、ポリカー
ボネートとからなるグループから選定されるようになさ
れた増幅媒体を含む。
において、マトリックスとしてのポリマーが、それぞれ
1乃至20C原子を含むアルキル基を有するポリアルキ
ルアクリラートおよびポリアルキルメタクリラートと、
ポリビニル アルコールと、ポリ−[n−ビニルピリジ
ン]と、ポリ−[n−ビニルピロリドン]と、ポリカー
ボネートとからなるグループから選定されるようになさ
れた増幅媒体を含む。
【0019】これらの好ましいポリマーは、その中に溶
解された希土類イオンの集合体形成が低減され、ルミネ
ッセンス放射の増大に導くような極性を有する。常温に
おいて液状の非常に適当なポリマーはポリラウリル メ
タクリラートである。
解された希土類イオンの集合体形成が低減され、ルミネ
ッセンス放射の増大に導くような極性を有する。常温に
おいて液状の非常に適当なポリマーはポリラウリル メ
タクリラートである。
【0020】本発明による光増幅器においては、好まし
くは、Eu3+、Tb3+、Ho3+、Er3+、Nd3+、Tm
3+、およびDy3+からなるグループから選定される希土
類イオンが使用される。
くは、Eu3+、Tb3+、Ho3+、Er3+、Nd3+、Tm
3+、およびDy3+からなるグループから選定される希土
類イオンが使用される。
【0021】有機マトリックス中の二、三の希土類イオ
ン(Eu3+およびTb3+)のメーザ作用はそれ自体公知
である。約30年前に、このようなメーザ作用を取り扱
った2論文が公表された。前記論文は、N.E.ウオル
フおよびR.J.プレスリー著「Eu3+含有マトリック
ス中の光メーザ作用」(Optical maser action in anEu
3+-containing organic matrix)、Applied Physics Le
tters,Vol.2, No.8,pp.152-154,(15 April 1963)、およ
びE.H.ホフマン著「ビニル樹脂マトリックス中のT
b3+キレートの刺激光放出」("Stimulated optical em
ission of aTb3+ chelate in a vinylic resin matrix"
)、Physics Letters, Vol.7, No.4, pp.237-239,(1 D
ecember 1963)である。
ン(Eu3+およびTb3+)のメーザ作用はそれ自体公知
である。約30年前に、このようなメーザ作用を取り扱
った2論文が公表された。前記論文は、N.E.ウオル
フおよびR.J.プレスリー著「Eu3+含有マトリック
ス中の光メーザ作用」(Optical maser action in anEu
3+-containing organic matrix)、Applied Physics Le
tters,Vol.2, No.8,pp.152-154,(15 April 1963)、およ
びE.H.ホフマン著「ビニル樹脂マトリックス中のT
b3+キレートの刺激光放出」("Stimulated optical em
ission of aTb3+ chelate in a vinylic resin matrix"
)、Physics Letters, Vol.7, No.4, pp.237-239,(1 D
ecember 1963)である。
【0022】前記の第1論文は特殊のEu3+キレート、
すなわちPMMAの中に溶解されたユーロピウム トリ
ス[4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニ
ル)]−1,3−ブタンジオン(PMMA中のEu.T
TA溶液)のメーザ作用について報告している。このメ
ーザ作用は77Kの非常に低い温度を必要とするので、
液体窒素の中で実験が実施された。前記論文において
は、光増幅のためにキレートを使用することは記載もさ
れず、暗示されてもいない。光増幅が発明されたのは、
その25年後にすぎない。さらに77Kの操作温度は実
質的にどのような用途についても不利である。また例え
ば蛍光灯およびTVスクリーンの製造用のルミネッセン
ス物質(蛍光物質)として希土類元素を使用することは
以前から公知であることを注意しよう。1960年代ま
たはその以前に蛍光を研究し改良するため、あらゆる種
類の希土類元素について多くの研究がなされた。前記第
2論文において同一の主題が取り扱われ、この第2論文
は第2物質Tb3+を研究の対象としたこと以外は第1論
文に対応する。この場合にも操作温度は77Kであっ
た。この論文は、PMMA中のTb.TTAの蛍光が3
00Kで消失したと報告している。前述のように本発明
によれば、ポリマー希土類システムに基づき中程度のポ
ンプエネルギーレベルと常温において満足な利得を生じ
る光増幅器が提供される。
すなわちPMMAの中に溶解されたユーロピウム トリ
ス[4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニ
ル)]−1,3−ブタンジオン(PMMA中のEu.T
TA溶液)のメーザ作用について報告している。このメ
ーザ作用は77Kの非常に低い温度を必要とするので、
液体窒素の中で実験が実施された。前記論文において
は、光増幅のためにキレートを使用することは記載もさ
れず、暗示されてもいない。光増幅が発明されたのは、
その25年後にすぎない。さらに77Kの操作温度は実
質的にどのような用途についても不利である。また例え
ば蛍光灯およびTVスクリーンの製造用のルミネッセン
ス物質(蛍光物質)として希土類元素を使用することは
以前から公知であることを注意しよう。1960年代ま
たはその以前に蛍光を研究し改良するため、あらゆる種
類の希土類元素について多くの研究がなされた。前記第
2論文において同一の主題が取り扱われ、この第2論文
は第2物質Tb3+を研究の対象としたこと以外は第1論
文に対応する。この場合にも操作温度は77Kであっ
た。この論文は、PMMA中のTb.TTAの蛍光が3
00Kで消失したと報告している。前述のように本発明
によれば、ポリマー希土類システムに基づき中程度のポ
ンプエネルギーレベルと常温において満足な利得を生じ
る光増幅器が提供される。
【0023】下記に本発明とその原理を説明する。
【0024】ポリマーシステム中の希土類イオンのルミ
ネッセンス効果は非常に不確実であることが発見され
た。レーザポンプによって励起された希土類イオンは、
いわゆる放射プロセスによってまたは非放射性プロセス
によって崩壊することができる。この放射プロセスと非
放射性プロセスとの比率はルミネッセンス効果にとって
重要なファクタである。ポリマーマトリックスが使用さ
れる場合、非放射性崩壊が生じやすいので、ルミネッセ
ンスが測定されない場合がある。この非放射性崩壊には
多くの原因がある。本発明によれば、重要な原因は、ポ
リマー中のまたはポリマーに吸収された水中の化学結
合、特にO−HおよびC−Hの高周波数振動の存在であ
る。非放射性崩壊はエネルギーの伝達によってまたは振
動によって生じる。従ってこのような高周波数振動では
なく低周波数振動を有する配位子を使用することによっ
て希土類を高周波数振動から遮断することがきわめて重
要である。さらに、配位子の低周波数振動は、励磁され
た希土類イオンのエネルギーギャップ(励起状態と基底
状態とのエネルギー差)が前記低周波数振動エネルギー
の少なくとも4倍であるようになされなければならな
い。
ネッセンス効果は非常に不確実であることが発見され
た。レーザポンプによって励起された希土類イオンは、
いわゆる放射プロセスによってまたは非放射性プロセス
によって崩壊することができる。この放射プロセスと非
放射性プロセスとの比率はルミネッセンス効果にとって
重要なファクタである。ポリマーマトリックスが使用さ
れる場合、非放射性崩壊が生じやすいので、ルミネッセ
ンスが測定されない場合がある。この非放射性崩壊には
多くの原因がある。本発明によれば、重要な原因は、ポ
リマー中のまたはポリマーに吸収された水中の化学結
合、特にO−HおよびC−Hの高周波数振動の存在であ
る。非放射性崩壊はエネルギーの伝達によってまたは振
動によって生じる。従ってこのような高周波数振動では
なく低周波数振動を有する配位子を使用することによっ
て希土類を高周波数振動から遮断することがきわめて重
要である。さらに、配位子の低周波数振動は、励磁され
た希土類イオンのエネルギーギャップ(励起状態と基底
状態とのエネルギー差)が前記低周波数振動エネルギー
の少なくとも4倍であるようになされなければならな
い。
【0025】ポリマー希土類システムに基づく光増幅に
おいて重要な他のファクタは下記のようにまとめられ
る。
おいて重要な他のファクタは下記のようにまとめられ
る。
【0026】光増幅を生じるためには、もちろん発生さ
れるルミネッセンスが増幅される光信号の波長を含む帯
域幅を有しなければならない。また発生されたルミネッ
センスの光子が同一位相を有しなければならない。言い
換えれば、これらの光子は同位相でなければならない。
さらに前記位相は増幅される信号の位相に対応しなけれ
ばならない。励起された希土類イオンの母集団が基底状
態の希土類イオンの母集団を超えれば同位相放射性崩壊
が得られる。また配位子と希土類イオンの間の配位度が
重要である。高い配位度は水分子の進入を防止しまたは
大幅に妨害する。また配位子とポリマー・マトリックス
との間の相互作用が重要なファクタである。前記相互作
用を利用して希土類イオンの凝集を防止することができ
る。このような凝集は相互エネルギー移動を生じ、非放
射性崩壊を促進する。また配位子は光ポンプによる励起
に対して抵抗性でなければならない。
れるルミネッセンスが増幅される光信号の波長を含む帯
域幅を有しなければならない。また発生されたルミネッ
センスの光子が同一位相を有しなければならない。言い
換えれば、これらの光子は同位相でなければならない。
さらに前記位相は増幅される信号の位相に対応しなけれ
ばならない。励起された希土類イオンの母集団が基底状
態の希土類イオンの母集団を超えれば同位相放射性崩壊
が得られる。また配位子と希土類イオンの間の配位度が
重要である。高い配位度は水分子の進入を防止しまたは
大幅に妨害する。また配位子とポリマー・マトリックス
との間の相互作用が重要なファクタである。前記相互作
用を利用して希土類イオンの凝集を防止することができ
る。このような凝集は相互エネルギー移動を生じ、非放
射性崩壊を促進する。また配位子は光ポンプによる励起
に対して抵抗性でなければならない。
【0027】また好ましくは配位子はポンプ光または励
起光の波長において高吸収性を有しなければならない。
これにより配位子が非常に効率的に励起され、その後
に、励起された希土類イオンがエネルギー移動によって
所望の高エネルギーレベルに高められる。多くの場合、
希土類イオンのこの間接励起が直接励起よりはるかに効
果的であるので、ルミネッセンス効果が増大される。こ
れは、衝撃された(励起された)希土類イオンの母集団
が基底状態のイオンの母集団の減少において増大するの
で、同位相ルミネッセンスの確率が増大することを意味
する。また配位子と希土類イオンとの錯体が選定された
ポリマーの中に溶解しなければならない。ポリマーの選
択に際しては、やや極性化したポリマーが好ましい。高
い極性は、原則としてポリマー中のH2 O濃度を増大さ
せる。これはそれ自体としては、非放射性崩壊がOH振
動によって増大されるので好ましくない。しかし、H2
O濃度の増大によって希土類イオンの錯体の集合の形成
のリスクが減少する。この後者の作用は前者の好ましく
ない作用よりはるかに重要である。
起光の波長において高吸収性を有しなければならない。
これにより配位子が非常に効率的に励起され、その後
に、励起された希土類イオンがエネルギー移動によって
所望の高エネルギーレベルに高められる。多くの場合、
希土類イオンのこの間接励起が直接励起よりはるかに効
果的であるので、ルミネッセンス効果が増大される。こ
れは、衝撃された(励起された)希土類イオンの母集団
が基底状態のイオンの母集団の減少において増大するの
で、同位相ルミネッセンスの確率が増大することを意味
する。また配位子と希土類イオンとの錯体が選定された
ポリマーの中に溶解しなければならない。ポリマーの選
択に際しては、やや極性化したポリマーが好ましい。高
い極性は、原則としてポリマー中のH2 O濃度を増大さ
せる。これはそれ自体としては、非放射性崩壊がOH振
動によって増大されるので好ましくない。しかし、H2
O濃度の増大によって希土類イオンの錯体の集合の形成
のリスクが減少する。この後者の作用は前者の好ましく
ない作用よりはるかに重要である。
【0028】また使用されるポリマーは、ポンプ光と増
幅される信号の波長に対して低吸収性でなければならな
い。ポリマー、すなわち有機化合物を使用する利点は、
置換によって吸収特性を任意に変更できることにある。
例えば、ポリメチルメタクリラートは630−700n
mの吸収性ウインド(ウインドI)(ほとんどまたは全
く吸収性を有しないウインド)と760−780nmの
吸収性ウインド(ウインドII)とを有する。これらの
吸収性ウインドは、PMMA中のH原子を重水素によっ
て置換することによって、または例えばフッ素置換によ
って、例えばIR領域に向かって移動させることができ
る。
幅される信号の波長に対して低吸収性でなければならな
い。ポリマー、すなわち有機化合物を使用する利点は、
置換によって吸収特性を任意に変更できることにある。
例えば、ポリメチルメタクリラートは630−700n
mの吸収性ウインド(ウインドI)(ほとんどまたは全
く吸収性を有しないウインド)と760−780nmの
吸収性ウインド(ウインドII)とを有する。これらの
吸収性ウインドは、PMMA中のH原子を重水素によっ
て置換することによって、または例えばフッ素置換によ
って、例えばIR領域に向かって移動させることができ
る。
【0029】また使用されるポリマーは所望形状、特に
繊維形状または薄膜形状に加工できるものでなければな
らない。このような形状は光増幅器においてルミネッセ
ンス媒体として使用するために非常に重要である。この
ような形状により、光増幅される信号またはポンプ信号
が媒体に対して局限されうるからである。繊維形状にお
いては、このような局限は「有段または次数つきの指数
プロフィル」によって達成される。フィルム形状におい
ては、これは周囲との屈折率の差の選択またはフィルム
厚さの選択によって達成される。
繊維形状または薄膜形状に加工できるものでなければな
らない。このような形状は光増幅器においてルミネッセ
ンス媒体として使用するために非常に重要である。この
ような形状により、光増幅される信号またはポンプ信号
が媒体に対して局限されうるからである。繊維形状にお
いては、このような局限は「有段または次数つきの指数
プロフィル」によって達成される。フィルム形状におい
ては、これは周囲との屈折率の差の選択またはフィルム
厚さの選択によって達成される。
【0030】出願人は各請求項、特にその特徴部に記載
のようにして前記の問題点および要求点を解決した。
のようにして前記の問題点および要求点を解決した。
【0031】
実施例 1 図1において、参照数字1は、波長356nmを有する
ポンプ光2を発生するポンプレーザ(Kr+ レーザ)で
ある。ポンプ光2は二色性ビームスプリッター3とレン
ズ4を介して増幅媒体5のファイバ状端部上に集束され
る。Hg放電ランプ6から出た信号ビーム7が、ピンホ
ール9とチョッパ10とを含むレンズシステム8を通し
て二色性ビームスプリッター3上に集束される。
ポンプ光2を発生するポンプレーザ(Kr+ レーザ)で
ある。ポンプ光2は二色性ビームスプリッター3とレン
ズ4を介して増幅媒体5のファイバ状端部上に集束され
る。Hg放電ランプ6から出た信号ビーム7が、ピンホ
ール9とチョッパ10とを含むレンズシステム8を通し
て二色性ビームスプリッター3上に集束される。
【0032】信号ビーム7はビームスプリッター3を通
過し、その結果、ポンプ光2に対して平行に進行する。
この信号ビーム7とポンプ光2は共にレンズ4によって
前記増幅媒体5の一端に集束される。この増幅媒体はフ
ァイバ状である。このようなファイバの形状は、光増幅
システムの中において媒体が配向されやすいという利点
を示す。さらにこのような増幅媒体は簡単に製造するこ
とができる。そのため、錯化合物ユーロピウム ヘキサ
フルオロアセチルアセトナート{Eu(hfa)3 }を
常温で液状のポリ(ラウリル メタクリレート)(PL
MA)の中に溶解する。この錯化合物は、ポリマーPL
MAの低粘度の故に、より高い70乃至80℃の温度で
溶解しやすい。溶解されるEu(hfa)3 の量は、E
u(hfa)3 とPLMAとの合計量の2重量%Euに
対応する。得られた溶液を高温で合成樹脂毛管の中に吸
い上げる。前記合成樹脂毛管は180μmの内径を有
し、好ましくはテフロンの商品名で市販されるポリ(フ
ルオロエチレン)からなる。冷却後に、ポリマー(合成
樹脂)光ファイバに対応する構造および形状の増幅媒体
が得られる。前記ファイバは、屈折率nk =1.476
のPLMA中に溶解されたEu(hfa)のコアと、屈
折率nm =1.370を有し前記コアを包囲するテフロ
ンクラッドとを有する。コアとクラッドの屈折率の差は
0.106であるので、ファイバ中に導入された光はこ
のファイバに局限される。
過し、その結果、ポンプ光2に対して平行に進行する。
この信号ビーム7とポンプ光2は共にレンズ4によって
前記増幅媒体5の一端に集束される。この増幅媒体はフ
ァイバ状である。このようなファイバの形状は、光増幅
システムの中において媒体が配向されやすいという利点
を示す。さらにこのような増幅媒体は簡単に製造するこ
とができる。そのため、錯化合物ユーロピウム ヘキサ
フルオロアセチルアセトナート{Eu(hfa)3 }を
常温で液状のポリ(ラウリル メタクリレート)(PL
MA)の中に溶解する。この錯化合物は、ポリマーPL
MAの低粘度の故に、より高い70乃至80℃の温度で
溶解しやすい。溶解されるEu(hfa)3 の量は、E
u(hfa)3 とPLMAとの合計量の2重量%Euに
対応する。得られた溶液を高温で合成樹脂毛管の中に吸
い上げる。前記合成樹脂毛管は180μmの内径を有
し、好ましくはテフロンの商品名で市販されるポリ(フ
ルオロエチレン)からなる。冷却後に、ポリマー(合成
樹脂)光ファイバに対応する構造および形状の増幅媒体
が得られる。前記ファイバは、屈折率nk =1.476
のPLMA中に溶解されたEu(hfa)のコアと、屈
折率nm =1.370を有し前記コアを包囲するテフロ
ンクラッドとを有する。コアとクラッドの屈折率の差は
0.106であるので、ファイバ中に導入された光はこ
のファイバに局限される。
【0033】ポンプ光2に露出される結果、増幅媒体5
の中に存在するEu3+が配位子hfaを介して、より高
いエネルギーレベル 5Doにポンプアップされ、次に6
15nmの波長のルミネッセンス光を放出しながら 7F
2 レベルまで崩壊する。従って配位子がポンプ光を吸収
し、高いレベル、すなわち一重項1レベルまでポンプア
ップし、次にエネルギーを放出しながら三重項状態を通
して低レベルまで崩壊し、このエネルギーがEu3+を前
記のエネルギーレベル 5Doに高める。
の中に存在するEu3+が配位子hfaを介して、より高
いエネルギーレベル 5Doにポンプアップされ、次に6
15nmの波長のルミネッセンス光を放出しながら 7F
2 レベルまで崩壊する。従って配位子がポンプ光を吸収
し、高いレベル、すなわち一重項1レベルまでポンプア
ップし、次にエネルギーを放出しながら三重項状態を通
して低レベルまで崩壊し、このエネルギーがEu3+を前
記のエネルギーレベル 5Doに高める。
【0034】増幅媒体5の他端から出る光全部がレンズ
11によって集束され、615nmのインタフェースフ
ィルタ12を通過し、デテクタ13に到達し、このデテ
クタ13がロックイン増幅器14に対して信号を送る。
前記のロックイン増幅器14は前記の信号ビームに対す
るチョッパ10に結合されているので、信号光のみが検
出される。
11によって集束され、615nmのインタフェースフ
ィルタ12を通過し、デテクタ13に到達し、このデテ
クタ13がロックイン増幅器14に対して信号を送る。
前記のロックイン増幅器14は前記の信号ビームに対す
るチョッパ10に結合されているので、信号光のみが検
出される。
【0035】この測定結果が図3に図示され、この図に
おいて横軸上にmWによってプロットされたポンプエネ
ルギーの関数として縦軸上に光利得がdBで示されてい
る。増幅媒体の長さ(毛管の長さ)は1.5cmであっ
た。このグラフは、利得がポンプエネルギーと共に増大
することを示す。グラフの傾斜は0.1309dB/m
Wである。40mWのポンプ出力において4.11dB
の利得が得られる。実験装備においては、ポンプ出力の
約50%のみが毛管の中に結合されたので、実際に極大
値利得は2倍となることを注意しよう。他の毛管長さお
よび/またはより高いポンプ出力を使用すれば、より高
い利得率が得られる。
おいて横軸上にmWによってプロットされたポンプエネ
ルギーの関数として縦軸上に光利得がdBで示されてい
る。増幅媒体の長さ(毛管の長さ)は1.5cmであっ
た。このグラフは、利得がポンプエネルギーと共に増大
することを示す。グラフの傾斜は0.1309dB/m
Wである。40mWのポンプ出力において4.11dB
の利得が得られる。実験装備においては、ポンプ出力の
約50%のみが毛管の中に結合されたので、実際に極大
値利得は2倍となることを注意しよう。他の毛管長さお
よび/またはより高いポンプ出力を使用すれば、より高
い利得率が得られる。
【0036】光利得のスペクトル特性を決定するため、
図2に図示の実験装備を使用して実験を実施した。この
実験装備は全体として図1の装備に対応している。しか
し検出方法が相違する。図2において、参照数字21は
クリプトンポンプレーザを示し、ポンプ光22が二色性
ミラー23とレンズ24とを通して増幅媒体25上に集
束され、この増幅媒体25は図1の増幅媒体5に対応す
る。Hg放電ランプ26から信号ビーム27が出る。信
号ビーム27は、600乃至620nmの値に調整され
たファブリペロー干渉計28によってろ過され、次に前
記信号ビームはピンホール29を通過し、レンズシステ
ム30、二色性ミラー23およびレンズ24を通して増
幅媒体25の末端に集束される。前記の増幅媒体におい
て、図1の場合と同様にしてルミネッセンスが発生され
る。増幅媒体25の他端(放出端部)から出る光はレン
ズ31、615nmフィルタ32および中密度フィルタ
33を通して光ファイバ34上に集束され、この光ファ
イバ34が光をモノクロメータ35の入力スリット上に
投射する。モノクロメータにおいて得られた信号がPM
T36によって検出され、次にOMA(光学マルチチャ
ンネル分析装置)によって分析され、このOMAがプロ
ッター38に接続されている。前記のOMAの中で、1
024チャンネルを使用して、580乃至640nmの
範囲内のスペクトルが分析される。増幅媒体25につい
て得られた発光スペクトルを図4に示す。このグラフに
おいて、nmで示された波長λがX軸(横軸)上にプロ
ットされ、カウントで示す強度IがY軸に示されてい
る。放射ピークは618nmにある。また図2に図示の
光増幅器の実験装備を使用して、レーザポンプを切って
信号ビーム27のみが記録されるテストを実施した。ポ
ンプを増幅光信号オンにした時に得られる増幅光信号
は、増幅媒体25の放出端部から出る受信光信号全部か
らポンプ光放射を差し引くことによって直接に記録され
た。またポンプの放射量を別個に記録した。得られた結
果を図5に示す。これらのグラフにおいては、波長λを
X軸に示し、光強度をY軸にカウントで示す。aで示さ
れたグラフはオリジナル信号ビームを示し、グラフbは
増幅光信号、グラフcはポンプから出る光のみを示す。
図2に図示の実験装備を使用して実験を実施した。この
実験装備は全体として図1の装備に対応している。しか
し検出方法が相違する。図2において、参照数字21は
クリプトンポンプレーザを示し、ポンプ光22が二色性
ミラー23とレンズ24とを通して増幅媒体25上に集
束され、この増幅媒体25は図1の増幅媒体5に対応す
る。Hg放電ランプ26から信号ビーム27が出る。信
号ビーム27は、600乃至620nmの値に調整され
たファブリペロー干渉計28によってろ過され、次に前
記信号ビームはピンホール29を通過し、レンズシステ
ム30、二色性ミラー23およびレンズ24を通して増
幅媒体25の末端に集束される。前記の増幅媒体におい
て、図1の場合と同様にしてルミネッセンスが発生され
る。増幅媒体25の他端(放出端部)から出る光はレン
ズ31、615nmフィルタ32および中密度フィルタ
33を通して光ファイバ34上に集束され、この光ファ
イバ34が光をモノクロメータ35の入力スリット上に
投射する。モノクロメータにおいて得られた信号がPM
T36によって検出され、次にOMA(光学マルチチャ
ンネル分析装置)によって分析され、このOMAがプロ
ッター38に接続されている。前記のOMAの中で、1
024チャンネルを使用して、580乃至640nmの
範囲内のスペクトルが分析される。増幅媒体25につい
て得られた発光スペクトルを図4に示す。このグラフに
おいて、nmで示された波長λがX軸(横軸)上にプロ
ットされ、カウントで示す強度IがY軸に示されてい
る。放射ピークは618nmにある。また図2に図示の
光増幅器の実験装備を使用して、レーザポンプを切って
信号ビーム27のみが記録されるテストを実施した。ポ
ンプを増幅光信号オンにした時に得られる増幅光信号
は、増幅媒体25の放出端部から出る受信光信号全部か
らポンプ光放射を差し引くことによって直接に記録され
た。またポンプの放射量を別個に記録した。得られた結
果を図5に示す。これらのグラフにおいては、波長λを
X軸に示し、光強度をY軸にカウントで示す。aで示さ
れたグラフはオリジナル信号ビームを示し、グラフbは
増幅光信号、グラフcはポンプから出る光のみを示す。
【0037】図6において、エネルギー量がcm-1で縦
軸上にプロットされている。種々の化学結合(O−H,
O−D,C−H,C−F,C・・・O,C・・・C)お
よび対応の振動エネルギーレベルが最後の行に水平に示
されている。これらのエネルギーレベルは括弧で示され
cm-1で表示される。C・・・OおよびC・・・C化合
物はβ−ジケトン配位子の中に存在する。Er3+とEu
3+の垂直エネルギーレベルダイヤグラムが付図の右側に
示されている。化学結合(O−H...など)の上方の
垂直列において、振動数(ν=1、ν=2...ν=1
0)の全体エネルギーが列挙されている。この図から明
かなように、Er3+の 4I13/2と 4I15 /2の間の比較的
小さいエネルギーギャップ(エネルギー差)はC−F、
C・・・OおよびC・・・C結合の低周波数振動エネル
ギーの少なくとも4倍である。Eu3+はEr3+よりはる
かに大きなエネルギーギャップを有する。一般に、エネ
ルギーギャップを橋かけするに必要な振動エネルギー量
が増大するに従って、非放射性崩壊のリスクが減少す
る。 実施例 2 直径3cm、厚さ3mmの石英プレートの1側面に光増
幅媒体の薄膜を備える。この薄膜は、希土類イオンと配
位子との錯化合物をポリマー物質と共に水または有機溶
媒の中に溶解することによって得られる。溶媒の型は、
錯化合物の型およびポリマーの型によって決定される。
適当な溶媒は例えば、クロロベンゼン、キシレン、ジオ
キサン、アセトニトリル、水、クロロフォルム、ジメチ
ルフォルムアミド、メタノールおよびそれらの混合物で
ある。得られた溶媒を前記プレートの中心に配置し、ス
ピンコーティングプロセスによってプレート表面上に拡
張する。その際に、溶媒が蒸発し、フィルムが形成され
る。残留溶媒は真空炉の中において高温で除去される。
フィルムの厚さは0.5−3μmであった。フィルム組
成を下記の表に示す。
軸上にプロットされている。種々の化学結合(O−H,
O−D,C−H,C−F,C・・・O,C・・・C)お
よび対応の振動エネルギーレベルが最後の行に水平に示
されている。これらのエネルギーレベルは括弧で示され
cm-1で表示される。C・・・OおよびC・・・C化合
物はβ−ジケトン配位子の中に存在する。Er3+とEu
3+の垂直エネルギーレベルダイヤグラムが付図の右側に
示されている。化学結合(O−H...など)の上方の
垂直列において、振動数(ν=1、ν=2...ν=1
0)の全体エネルギーが列挙されている。この図から明
かなように、Er3+の 4I13/2と 4I15 /2の間の比較的
小さいエネルギーギャップ(エネルギー差)はC−F、
C・・・OおよびC・・・C結合の低周波数振動エネル
ギーの少なくとも4倍である。Eu3+はEr3+よりはる
かに大きなエネルギーギャップを有する。一般に、エネ
ルギーギャップを橋かけするに必要な振動エネルギー量
が増大するに従って、非放射性崩壊のリスクが減少す
る。 実施例 2 直径3cm、厚さ3mmの石英プレートの1側面に光増
幅媒体の薄膜を備える。この薄膜は、希土類イオンと配
位子との錯化合物をポリマー物質と共に水または有機溶
媒の中に溶解することによって得られる。溶媒の型は、
錯化合物の型およびポリマーの型によって決定される。
適当な溶媒は例えば、クロロベンゼン、キシレン、ジオ
キサン、アセトニトリル、水、クロロフォルム、ジメチ
ルフォルムアミド、メタノールおよびそれらの混合物で
ある。得られた溶媒を前記プレートの中心に配置し、ス
ピンコーティングプロセスによってプレート表面上に拡
張する。その際に、溶媒が蒸発し、フィルムが形成され
る。残留溶媒は真空炉の中において高温で除去される。
フィルムの厚さは0.5−3μmであった。フィルム組
成を下記の表に示す。
【0038】特にルミネッセンスなど、光増幅に関して
重要なフィルム特性を決定するため、ルミネッセンス分
光測光器を使用した。そのため、前記分光測光器から出
る周波数調節可能の励起光ビームに対して前記フィルム
を露出した。フィルムの発生した放射線をデテクタによ
って測定し、励起光ビームの任意波長において前記放射
線の強度を全波長範囲にわたって記録した。前記の分光
測光器によってフィルムを励起光パルスに露出し、次に
放射線の強度がミニマム標準値に達するまでの経過時間
Tを測定する事により、放射線の寿命を決定した。
重要なフィルム特性を決定するため、ルミネッセンス分
光測光器を使用した。そのため、前記分光測光器から出
る周波数調節可能の励起光ビームに対して前記フィルム
を露出した。フィルムの発生した放射線をデテクタによ
って測定し、励起光ビームの任意波長において前記放射
線の強度を全波長範囲にわたって記録した。前記の分光
測光器によってフィルムを励起光パルスに露出し、次に
放射線の強度がミニマム標準値に達するまでの経過時間
Tを測定する事により、放射線の寿命を決定した。
【0039】その測定結果を下記の表1−6に示す。
【0040】
【表1】 この表における略号は下記の意味を有する: テフロン:ポリフルオロエチレン、商品名「テフロン」
R MMA: メチルメタクリラート。錯化合物は溶解モノ
マーであり、これが次に重合される。 PMMA:ポリメチルメタクリラート。錯化合物とPM
MAが溶媒中に溶解され、 次にこの溶媒が除
去される。 Eu(fod)3 :ユーロピウムとヘプタフルオロジメ
チルオクタンジオンのキレ ート化合
物。 Eu(bzac)3 :ユーロピウムとベンゾイルアセト
ンとのキレート化合物。 Eu(hfa)3 :ユーロピウムとヘキサフルオロアセ
チルアセトンとのキレート 化合物。
R MMA: メチルメタクリラート。錯化合物は溶解モノ
マーであり、これが次に重合される。 PMMA:ポリメチルメタクリラート。錯化合物とPM
MAが溶媒中に溶解され、 次にこの溶媒が除
去される。 Eu(fod)3 :ユーロピウムとヘプタフルオロジメ
チルオクタンジオンのキレ ート化合
物。 Eu(bzac)3 :ユーロピウムとベンゾイルアセト
ンとのキレート化合物。 Eu(hfa)3 :ユーロピウムとヘキサフルオロアセ
チルアセトンとのキレート 化合物。
【0041】ルミネッセンスの寿命(T)はミリ秒で示
される。比較的高いTの値は、比較的小さい非放射性崩
壊を伴う遅い崩壊を意味する。従って、比較的低いTの
値は、比較的大きい非放射性崩壊を伴う急速崩壊を意味
する。
される。比較的高いTの値は、比較的小さい非放射性崩
壊を伴う遅い崩壊を意味する。従って、比較的低いTの
値は、比較的大きい非放射性崩壊を伴う急速崩壊を意味
する。
【0042】
【表2】 この表から明かなように、約5%またはこれ以上のEu
重量%から、強度増大はもはや比例せず、集合体形成に
よる濃度消失が作用しはじめる。
重量%から、強度増大はもはや比例せず、集合体形成に
よる濃度消失が作用しはじめる。
【0043】
【表3】 1.00μmの厚さにおいて測定された強度値はかなり
低く、これは測定装置の調整の偶然の変化によると思わ
れる。±1.3μm以上の厚さにおいては、ルミネッセ
ンス放射強度に対するフィルム厚さの影響は実質的に低
下する。
低く、これは測定装置の調整の偶然の変化によると思わ
れる。±1.3μm以上の厚さにおいては、ルミネッセ
ンス放射強度に対するフィルム厚さの影響は実質的に低
下する。
【0044】
【表4】 クリプタートの構造式と種々の型のクリプタートのコー
ドを図7に示す。
ドを図7に示す。
【0045】希土類イオンのクリプタート含有錯化合物
は下記の式(3)によって表わされる新規物質である。 RE(β−ジケトン)3 ・クリプタート (3) ここに、REは希土類イオン、またβ−ジケトンは前記
の式(1)による化合物である。
は下記の式(3)によって表わされる新規物質である。 RE(β−ジケトン)3 ・クリプタート (3) ここに、REは希土類イオン、またβ−ジケトンは前記
の式(1)による化合物である。
【0046】
【数6】 ここに、X、Y、Zは前記の意味を有する。また本発明
は、下記の式(4)の化合物を、 RE(β−ジケトン)3 (4) 図7に図示のクリプタートと、高温で、溶媒の存在にお
いて反応させることによって得られた新規物質に関する
ものである。適当な溶媒は特に塩素化炭化水素である。
は、下記の式(4)の化合物を、 RE(β−ジケトン)3 (4) 図7に図示のクリプタートと、高温で、溶媒の存在にお
いて反応させることによって得られた新規物質に関する
ものである。適当な溶媒は特に塩素化炭化水素である。
【0047】一例として、RE(β−ジケトン)3 ・ク
リプタートは下記のようにして調製される。100ml
のCHCl3 中に1 mmolのEu(hfa)3 を溶
解した溶液を還流する。1 mmolのクリプタートを
添加し、次にこの溶液を2時間沸騰させる。冷却後に、
溶媒を真空の中で蒸発させる。このようにして得られた
錯体をさらに精製することなく、PMMAの中に溶解し
て増幅媒体フィルムの製造に使用することができよう。
リプタートは下記のようにして調製される。100ml
のCHCl3 中に1 mmolのEu(hfa)3 を溶
解した溶液を還流する。1 mmolのクリプタートを
添加し、次にこの溶液を2時間沸騰させる。冷却後に、
溶媒を真空の中で蒸発させる。このようにして得られた
錯体をさらに精製することなく、PMMAの中に溶解し
て増幅媒体フィルムの製造に使用することができよう。
【0048】表4から、クリプタートの添加が増幅媒体
のルミネッセンス特性に対して非常に有利な影響を示す
ことが明かである。
のルミネッセンス特性に対して非常に有利な影響を示す
ことが明かである。
【0049】
【表5】 前記の表において使用された略号は下記の意味を有す
る。 PMMA=ポリメチルメタクリラート PVAC=ポリ酢酸ビニル PVP= ポリビニルピロリドン CTAC=酢酸セルローズ P2 VP= ポリ−2−ビニルピリジン PC= ポリカーボネート PVA= ポリビニル アルコール(88%加水分解) PS= ポリスチレン PO= ポリオレフィン この表から明かなように、PMMAはすぐれた選択であ
る。フィルム厚さを考慮すれば、ポリマーPVP、P2
VP、PVAもルミネッセンス強度に関しては満足な結
果を生じる。
る。 PMMA=ポリメチルメタクリラート PVAC=ポリ酢酸ビニル PVP= ポリビニルピロリドン CTAC=酢酸セルローズ P2 VP= ポリ−2−ビニルピリジン PC= ポリカーボネート PVA= ポリビニル アルコール(88%加水分解) PS= ポリスチレン PO= ポリオレフィン この表から明かなように、PMMAはすぐれた選択であ
る。フィルム厚さを考慮すれば、ポリマーPVP、P2
VP、PVAもルミネッセンス強度に関しては満足な結
果を生じる。
【0050】
【表6】 略号DPAはジピコリン酸、すなわち、ジカルボン酸
2.6−ピリジンを意味する。略号Buはブチル基を意
味する。希土類イオンとジカルボン酸2.6−ピリジン
との錯体は下記の式(5)によって表わされる新規化合
物である: {RE(dpa)3 }3-Cat3 + (5) ここにREは希土類イオン、dpaはジカルボン酸2.
6−ピリジン、またCatはカチオンである。
2.6−ピリジンを意味する。略号Buはブチル基を意
味する。希土類イオンとジカルボン酸2.6−ピリジン
との錯体は下記の式(5)によって表わされる新規化合
物である: {RE(dpa)3 }3-Cat3 + (5) ここにREは希土類イオン、dpaはジカルボン酸2.
6−ピリジン、またCatはカチオンである。
【0051】適当なカチオンはアルカリ土類金属イオ
ン、例えばNa+ およびN(アルキル)4 + イオン、こ
こにアルキルは1−10炭素を有するアルキル基、例え
ばブチル基とする。
ン、例えばNa+ およびN(アルキル)4 + イオン、こ
こにアルキルは1−10炭素を有するアルキル基、例え
ばブチル基とする。
【0052】また本発明は前記の新規物質(5)に関す
るものである。。前記物質は、希土類酸化物と、等モル
量のジカルボン酸2.6−ピリジンおよび水酸化カチオ
ンとを高温で溶媒の存在において反応させ、次に溶媒を
除去することによって製造される。適当溶媒はアルコー
ルおよびその水との混合物である。
るものである。。前記物質は、希土類酸化物と、等モル
量のジカルボン酸2.6−ピリジンおよび水酸化カチオ
ンとを高温で溶媒の存在において反応させ、次に溶媒を
除去することによって製造される。適当溶媒はアルコー
ルおよびその水との混合物である。
【0053】錯体Eu(dpa)3 NBu4 は、Eu酸
化物と等モル量のジピコリンおよび水酸化テトラブチル
アンモニウム(メタノール中30%溶液)とを70℃の
水−メタノール混合物の中に溶解することによって簡単
に製造することができる。次に溶媒を50℃で真空除去
する。得られた固体物質はさらに精製することなく、本
発明による光増幅媒体の中に使用することができる。
化物と等モル量のジピコリンおよび水酸化テトラブチル
アンモニウム(メタノール中30%溶液)とを70℃の
水−メタノール混合物の中に溶解することによって簡単
に製造することができる。次に溶媒を50℃で真空除去
する。得られた固体物質はさらに精製することなく、本
発明による光増幅媒体の中に使用することができる。
【0054】ルミネッセンス強度曲線のピーク部分の面
積はルミネッセンス強度のピーク値よりもすぐれた測定
値であることを注意しなければならない。
積はルミネッセンス強度のピーク値よりもすぐれた測定
値であることを注意しなければならない。
【0055】注目すべき機能は、錯体(dpa)3 Na
3 および(dpa)3 (NBu4 )3 を含む増幅媒体が
非常に高いT値を有することである。これは放射性崩壊
に対して非放射性崩壊が比較的少ないことを意味する。
表に示すdpa錯体を含む増幅媒体は270nmの吸収
ピークを有する。現在、ポンプレーザによって前記波長
の吸収ピークを達成することは困難である。他の顕著な
機能は、錯体hfaを含みまたクリプタート211を含
有する増幅媒体が実質的に改良されたルミネッセンスを
示すことである。しかし、クリプタートを含有しないフ
ィルム状増幅媒体は、hfa−クリプタートを含有する
フィルム状増幅媒体よりもすぐれた光信号伝播性を示
す。結局、希土類イオン錯体Eu(hfa)3 が好まし
い。 実施例 3 本発明による光増幅器を使用した簡単な光通信ネットワ
ークの実施例のブロックダイヤグラムを図8に示す。こ
の図8において参照数字40で示す光トランスミッター
はポリマー光ファイバ41を通して光信号を送る。ある
いは、好ましいポリマー光ファイバの代わりにガラスフ
ァイバを使用することができる。この光ファイバの端部
はスプリッター42に接続され、このスプリッター42
が光信号をこの場合には3サブ信号に分割し、これらの
サブ信号が光ファイバ43を通して受信機43に達す
る。
3 および(dpa)3 (NBu4 )3 を含む増幅媒体が
非常に高いT値を有することである。これは放射性崩壊
に対して非放射性崩壊が比較的少ないことを意味する。
表に示すdpa錯体を含む増幅媒体は270nmの吸収
ピークを有する。現在、ポンプレーザによって前記波長
の吸収ピークを達成することは困難である。他の顕著な
機能は、錯体hfaを含みまたクリプタート211を含
有する増幅媒体が実質的に改良されたルミネッセンスを
示すことである。しかし、クリプタートを含有しないフ
ィルム状増幅媒体は、hfa−クリプタートを含有する
フィルム状増幅媒体よりもすぐれた光信号伝播性を示
す。結局、希土類イオン錯体Eu(hfa)3 が好まし
い。 実施例 3 本発明による光増幅器を使用した簡単な光通信ネットワ
ークの実施例のブロックダイヤグラムを図8に示す。こ
の図8において参照数字40で示す光トランスミッター
はポリマー光ファイバ41を通して光信号を送る。ある
いは、好ましいポリマー光ファイバの代わりにガラスフ
ァイバを使用することができる。この光ファイバの端部
はスプリッター42に接続され、このスプリッター42
が光信号をこの場合には3サブ信号に分割し、これらの
サブ信号が光ファイバ43を通して受信機43に達す
る。
【0056】実施例1について記載したような本発明に
よるファイバ光増幅器45がトランスミッター40とス
プリッター42との間に、またスプリッター42と受信
機44との間に配置されている。
よるファイバ光増幅器45がトランスミッター40とス
プリッター42との間に、またスプリッター42と受信
機44との間に配置されている。
【図1】光増幅度を測定するための光増幅器の実験装備
を示すブロックダイヤグラム。
を示すブロックダイヤグラム。
【図2】使用される増幅媒体の放射スペクトルを測定す
るための光増幅器の実験装備のブロックダイヤグラム。
るための光増幅器の実験装備のブロックダイヤグラム。
【図3】ポンプ出力(X軸)の関数として光利得を示す
グラフ。
グラフ。
【図4】増幅媒体の放射スペクトルを示すグラフ。
【図5】信号ビーム、増幅された信号ビームおよびポン
プ光の放射スペクトルを示すグラフ。
プ光の放射スペクトルを示すグラフ。
【図6】一連の化学結合の振動エネルギーのダイヤグラ
ムおよびEr3+とEu3+のエネルギーレベルダイヤグラ
ム。
ムおよびEr3+とEu3+のエネルギーレベルダイヤグラ
ム。
【図7】クリプタートの構造式。
【図8】本発明の光増幅器を使用した簡単な光通信ネッ
トワークのブロックダイヤグラム。
トワークのブロックダイヤグラム。
1、21 レーザポンプ 2、22 ポンプ光 3、23 ビームスプリッター 4、24 レンズ 5、25 増幅媒体 6、26 Hgランプ 7、27 ビーム信号 8 レンズシステム 9、29 ピンホール 10 チョッパ 11、31 レンズ 12、32 フィルタ 13 デテクタ 14 ロックイン増幅器 28 干渉計 33 フィルタ 34 光ファイバ 35 モノクロメータ 36 PMT 37 OMA 38 プロッター 40 トランスミッター 41 ポリマーファイバ 42 スプリッター 43 光ファイバ 44 受信機 45 増幅器 a 信号ビーム b 増幅光信号 c ポンプ光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アリエ、ロンベルタス、フアン、ドールン オランダ国5621、ベーアー、アインドーフ ェン、フルーネヴァウツウェッハ、1 (72)発明者 エミリアヌス、グラドゥス、ヨハンヌス、 スターリング オランダ国5621、ベーアー、アインドーフ ェン、フルーネヴァウツウェッハ、1
Claims (9)
- 【請求項1】希土類イオンを含む増幅媒体と、前記増幅
媒体を通して光信号を送る第1光学手段と、前記希土類
イオンを励起するためのレーザポンプと、前記レーザポ
ンプから出るポンプ信号を前記増幅媒体を通して送る第
2光学手段と、前記増幅媒体から出る増幅された光信号
を通過させる第3光学手段とを含む光信号の光増幅器に
おいて、前記増幅媒体は前記希土類イオンと配位子との
錯体を含み、前記錯体はポリマーマトリックス中に溶解
され、また前記配位子が前記希土類イオンを包含して、
この希土類イオンを前記ポリマーマトリックスの化学結
合の高周波数振動から遮断し、また前記配位子は低周波
数振動の化学結合を含み、このようにして励起中の希土
類イオンのエネルギーレベルと基底エネルギーレベルと
の間のエネルギーギャップが前記低周波数振動エネルギ
ーの少なくとも4倍であることを特徴とする光増幅器。 - 【請求項2】配位子は下記の式(1)によるβ−ジケト
ンであり、 【数1】 ここに、XとYは同等または相異なり、またそれぞれ芳
香族炭化水素基、特にベンゼン基、または脂肪族炭化水
素基、特に1つまたは複数のハロゲン原子によって置換
されうる1−10C原子を有するアルキル基を代表し、
Zは水素原子、ハロゲン原子、1つまたは複数のハロゲ
ン原子によって置換されうる1−10C原子を有するア
ルキル基、またはニトロ基を代表することを特徴とし、 あるいは前記配位子はクリプタート、シナマート、ジカ
ルボン酸2,6−ピリジン、フタロシアニン化合物また
はその混合物とすることを特徴とする請求項1に記載の
光増幅器。 - 【請求項3】前記配位子は下記の式(2)に対応し、 【数2】 ここに、X’とY’は同一または相異なるものであっ
て、それぞれ1つまたは複数のフッ素原子によって置換
されうる1−10C原子を有するアルキル基を代表する
ことを特徴とする請求項1に記載の光増幅器。 - 【請求項4】希土類イオンはユーロピウムイオン(Eu
3+)であり、前記配位子はヘキサフルオロアセチルアセ
タート、ジカルボン酸2,6−ピリジンまたはヘキサフ
ルオロアセチルアセトナートとクリプタートとの混合物
から成るグループから選定されることを特徴とする請求
項1または2に記載の光増幅器。 - 【請求項5】前記ポリマー・マトリックスは、それぞれ
1乃至20C原子を含むアルキル基を有するポリアルキ
ルアクリラートおよびポリアルキルメタクリラートと、
ポリビニル アルコールと、ポリ−[n−ビニルピリジ
ン]と、ポリ−[n−ビニルピロリドン]とポリカーボ
ネートとからなるグループから選定されることを特徴と
する請求項1乃至4のいずれかに記載の光増幅器。 - 【請求項6】ポリラウリルメタクリラートが使用される
ことを特徴とする請求項5に記載の光増幅器。 - 【請求項7】光ファイバと請求項1乃至6のいずれかに
記載の光増幅器とを含み、前記光増幅器はファイバの形
状を有することを特徴とする光通信ネットワーク。 - 【請求項8】下記の一般式(3)によって表わされ、 RE(β−ジケトン)3 ・クリプタート (3) ここに、REは希土類イオン、またβ−ジケトンは下記
の式(1)による化合物であり、 【数3】 ここにX、YおよびZは前記の意味を有することを特徴
とする化合物。 - 【請求項9】下記の一般式(5)によって表わされ、 {RE(dpa)3 }3-Cat3 + (5) ここに、REは希土類イオンであり、 dpaはジカルボン酸2,6−ピリジンであり、 Catはカチオンであることを特徴とする化合物。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE9300431A BE1007071A3 (nl) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | Optische versterker. |
| BE9300431 | 1993-04-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH075505A true JPH075505A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=3887011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6084996A Pending JPH075505A (ja) | 1993-04-28 | 1994-04-22 | 光増幅器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5490010A (ja) |
| EP (1) | EP0622878B1 (ja) |
| JP (1) | JPH075505A (ja) |
| BE (1) | BE1007071A3 (ja) |
| DE (1) | DE69416031T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5657156A (en) * | 1994-08-19 | 1997-08-12 | Akzo Nobel Nv | Polymeric optical amplifier doped with lanthanide |
| EP0965154A1 (en) * | 1997-03-03 | 1999-12-22 | Akzo Nobel N.V. | Polymeric optical waveguide doped with a lanthanide-sensitizer complex |
| DE19723833A1 (de) * | 1997-06-06 | 1998-12-10 | Alsthom Cge Alcatel | Verstärkungslichtwellenleiter und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE69915466T2 (de) * | 1998-05-05 | 2005-01-20 | Massachusetts Institute Of Technology, Cambridge | Lichtemittierende polymere und vorrichtungen, die diese enthalten |
| US8198096B2 (en) * | 1998-05-05 | 2012-06-12 | Massachusetts Institute Of Technology | Emissive polymers and devices incorporating these polymers |
| US20050147534A1 (en) * | 1998-05-05 | 2005-07-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Emissive sensors and devices incorporating these sensors |
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| EP1072905A1 (en) * | 1999-07-22 | 2001-01-31 | Yasuhiro Koike | Refractive index distribution type light transmitting device |
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| US6456429B1 (en) * | 2000-11-15 | 2002-09-24 | Onetta, Inc. | Double-pass optical amplifier |
| KR100561134B1 (ko) * | 2001-03-08 | 2006-03-16 | 다이킨 고교 가부시키가이샤 | 경화성 불소 함유 중합체를 포함하는 광학 재료 |
| DE60226713D1 (de) | 2001-03-08 | 2008-07-03 | Daikin Ind Ltd | Funktionelles fluorpolymer enthaltendes optisches material |
| US6899703B2 (en) * | 2001-03-13 | 2005-05-31 | Clemson University | Intraurethral device for treating or detecting various diseases or infections of the urinary system |
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| US20040121337A1 (en) * | 2002-12-19 | 2004-06-24 | Nomadics, Inc. | Luminescent polymers and methods of use thereof |
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| WO2008019086A2 (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Detection of explosives, toxins and other compositions |
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|---|---|---|---|---|
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| US5220012A (en) * | 1984-09-26 | 1993-06-15 | Compagnie Oris Industrie Sa | Macropolycyclic rare earth complexes and application as fluorescent tracers |
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| US5252740A (en) * | 1987-11-06 | 1993-10-12 | Baxter Diagnostics Inc. | Fluorescent poly(arylpyridine) rare earth chelates |
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-
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-
1994
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- 1994-04-20 DE DE69416031T patent/DE69416031T2/de not_active Expired - Fee Related
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- 1994-04-22 JP JP6084996A patent/JPH075505A/ja active Pending
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1995
- 1995-06-07 US US08/488,307 patent/US5554747A/en not_active Expired - Fee Related
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040615 |