JPH08208268A - レーザーガラス及び光ファイバー - Google Patents

レーザーガラス及び光ファイバー

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JPH08208268A
JPH08208268A JP7275190A JP27519095A JPH08208268A JP H08208268 A JPH08208268 A JP H08208268A JP 7275190 A JP7275190 A JP 7275190A JP 27519095 A JP27519095 A JP 27519095A JP H08208268 A JPH08208268 A JP H08208268A
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裕昭 柳田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光効率が高く、かつホストであるガラスの
安定性が高く、ガラスを作製し易いレーザーガラス、こ
のレーザーガラスを用いた光ファイバー及び光ファイバ
ー増幅器の提供。 【解決手段】 Ｇａ−Ｎａ−Ｓ系のガラスに１種又は２
種以上の発光種イオン、例えば希土類イオンを含有する
レーザーガラス。コアとクラッドとからなる光ファイバ
ーであって、前記コアが上記本発明のレーザーガラスか
ら構成されている光ファイバー。励起光源、信号光源、
光ファイバー及び前記励起光源から発生する励起光と前
記信号光源から発生する信号光とを前記光ファイバーに
入射させる手段を構成要素として含む光増幅器であっ
て、前記光ファイバーが上記本発明の光ファイバーであ
る光増幅器。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザーガラス、こ
のレーザーガラスを用いた光ファイバー及びこの光ファ
イバーを用いた光増幅器に関する。本発明のレーザーガ
ラスは、例えば、光通信システムで使用される１．３μ
ｍ帯の光増幅用ガラス、可視光レーザー用のアップコン
バージョンガラス、長波長レーザーガラス等として有用
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、結晶又はガラスに希土類イオン
を導入し、レーザー材料として利用する場合、その多フ
ォノン緩和による非輻射緩和速度（Ｗｎｒ）は、次式で
示されることが知られている。 Ｗｎｒ＝Ｗｎｒ（０）／ｅｘｐ〔−α・ΔＥ／（ｈω／２π）〕 ここで、Ｗｎｒ（０）およびαは、その材料に特有な定
数、ΔＥは発光準位とその直下の準位との間のエネルギ
ー差、ｈω／２πはガラスのもつ格子振動エネルギーで
ある。これらの因子のうちガラス中のＷｎｒに支配的な
のは、ｈω／２πである。いいかえれば、大きなｈω／
２πをもつガラス中では、非輻射緩和速度が大きく、発
光の効率が小さくなってしまうということができる。一
方、ガラスのもつ格子振動エネルギーは、そのガラスの
長波長域の透明限界によって決定されるため、より長波
長に透明限界が存在するガラスほど、小さい格子振動エ
ネルギーを有する。従来、酸化物ガラスやフッ化物ガラ
スがレーザー材料として一般に用いられてきたが、上述
の理由から、ΔＥの小さい準位間の発光を必要とする場
合、即ち、長波長の発光あるいは発光始準位と直下の準
位のエネルギー差が小さい場合、十分な発光の効率が得
られないという欠点がある。
【０００３】カルコゲナイドガラスは、酸化物ガラスや
フッ化物ガラスに比べて透明限界長がより長波長側に存
在する。そのため、より小さい格子振動エネルギーを有
することが知られており、これらのガラスをレーザー材
料として用いることで発光の効率を増大させることがで
きる。これまでに、カルコゲナイドガラスに発光種とし
て希土類イオンを導入したＧａ−Ｌａ−Ｓ系のガラス
（P.C.Becker, M.M.Broder, V.G.Lambrecht, A.J.Bruce
and G.Nykolak, OSA, 1992, postdeadline paper PD5,P
20-23) が報告されている。この報告によれば、Ｐｒイ
オンの１．３μｍの発光の効率は、ＺｒＦ4 系のフッ化
物ガラス（ＺＢＬＡＮ）を用いた場合の約１５倍に相当
する。また、ＺＢＬＡＮでは発光が確認されなかったＤ
ｙイオンについても１．３μｍの発光が確認されており
(Electron. Lett.,1994,30.P12) 、Ｐｒイオンとともに
注目を集めている。しかしながら、この系のガラスは熱
的な安定性が十分でないため、結晶化が起こりやすく、
ファイバーにしたときに光の透過損失の低下が難しいと
いう欠点がある。Ａｓ−Ｓ系ガラス(S.Q.Gu, Q.Xu, S.R
amachandran, E.E.Reuter, J.T.Verdeyen, S.G.Bishop,
CLEO, 1994, technical digest series volume 8, P33
6)においては、ガラスに対する希土類イオンの溶解性が
悪いため、ガラスの均質性が低下するなどの欠点があ
る。Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス(E.Snitzer, K.Wei and Pr
ohaska, The 4th International Symposium on New Gla
ss, 1993, P57)においても、ガラスの安定性に問題があ
り、ファイバー化がなされていない。また、さらに、カ
ルコゲナイドガラスは、その蒸気圧の高さから、一般的
に原料をガラスアンプルに真空封入して溶解しなければ
ならないため、ガラス作製時の作業手順が多く複雑であ
る上に、大型なガラスを得ることが難しいといった欠点
があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の第１の
目的は、発光効率が高く、かつホストであるガラスの安
定性が高く、ガラスを作製し易いレーザーガラスを提供
することにある。さらに本発明の第２の目的は、上記レ
ーザーガラスを用いた光ファイバー及び光ファイバー増
幅器を提供することにある。特に、本発明では、１．３
μｍ帯で効率良く動作する光ファイバー増幅器を提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
Ｇａ−Ｎａ−Ｓ系のガラスに１種又は２種以上の発光種
イオンを含有することを特徴とするレーザーガラスに関
する。さらに本発明の第２の態様は、コアとクラッドと
からなる光ファイバーであって、前記コアが本発明のレ
ーザーガラスで構成されていることを特徴とする光ファ
イバーに関する。本発明の第３の態様は、励起光源、信
号光源、光ファイバー及び前記励起光源から発生する励
起光と前記信号光源から発生する信号光とを前記光ファ
イバーに入射させる手段を構成要素として含む光増幅器
であって、前記光ファイバーが本発明の光ファイバーで
あることを特徴とする光増幅器に関する。以下本発明を
詳説する。
【０００６】本発明のレーザーガラスのホストガラスは
Ｇａ−Ｎａ−Ｓ系のガラスである。Ｇａ−Ｎａ−Ｓ系の
ガラス(M.Palazzi, C.R.Acal. Sci.(Paris) Serie II,
299(1984)529) は、透明限界波長が１２〜１３μｍとフ
ッ化物ガラスよりも長波長側に存在することから格子振
動エネルギーが小さく、非輻射緩和速度が小さいため、
発光の効率を増大させることができ、さらに、発光種で
ある希土類イオンの溶解度が大きく、均質なガラスが得
られるという利点がある。Ｇａイオンはガラスの骨格を
形成し、Ｎａイオンはそのガラス骨格を修飾する必須成
分であり、それぞれ、５０〜８０モル％、及び５〜４５
モル％の範囲で含有される。この範囲外では結晶化し易
くなり安定なガラスが得られにくくなる。また陰イオン
としてはＳイオンのみが含まれるか、又はＳイオンに加
えてＣｌイオンを含有することができ、Ｃｌイオンを含
有させることで安定性を向上させることができる。Ｃｌ
イオンを含有する場合、その量は１５モル％以下である
ことが適当である。この値を越えた場合、結晶化し易く
なり安定なガラスが得られにくくなる。
【０００７】本発明のレーザーガラスは、上記ホストガ
ラス中に１種又は２種以上の発光種イオンを含有する。
発光種イオンは、主に希土類元素のイオンから選ばれ
る。例えばＰｒ3+（０．６、１．０、１．３μｍ）、Ｎ
ｄ3+（０．９、１．０、１．３、１．８μｍ）、Ｓｍ3+
（０．６、１．３μｍ）、Ｅｕ3+（０．６μｍ）、Ｔｂ
3+（０．５μｍ）、Ｄｙ3+（１．３、３．０μｍ）、Ｈ
ｏ3+（０．７、１．０、１．２、１．３、１．４、１．
５、１．７、２．１、２．４、２．９、３．９μｍ）、
Ｅｒ3+（０．７、０．９、１．３、１．６、１．７、
２．８μｍ）、Ｔｍ3+（２．０、２．４μｍ）、Ｙｂ3+
（１．０μｍ）を挙げることができる。尚、括弧内は主
な発光波長である。また、発光種イオンは、希土類元素
のイオン以外に遷移金属元素のイオンから選ぶことでき
る。
【０００８】発光種イオンの含有量は、０．０１〜４０
モル％（２種以上の場合は合量で）の範囲（ただし、Ｇ
ａとＮａと発光種イオンの合計は１００％である）とす
ることが適当である。発光種イオンの含有量が０．０１
モル％に満たない場合、発光種のイオン密度が低すぎる
ために、このガラスをレーザー発振や光増幅に利用する
際、低い励起効率しか得られず、結果として励起に高い
エネルギーが必要となる。一方、発光種イオンの含有量
が４０モル％を越えると、ガラスが結晶化し易くなるこ
とから、４０モル％以下であることが適当である。
【０００９】本発明のレーザーガラスは、上記発光種イ
オンを増感させる増感イオンを含有させることもでき
る。増感イオンの種類は、発光種イオンにより適宜選択
することができる。発光種イオンと増感イオンの組み合
わせの例を以下に示す。括弧内に増感イオン、括弧の前
に発光種イオンを示す。 Ｎｄ3+（Ｃｅ3+、Ｃｒ3+）、Ｓｍ3+（Ｔｂ3+）、Ｔｂ3+
（Ｇｄ3+）、Ｄｙ3+（Ｅｒ3+）、Ｈｏ3+（Ｃｒ3+、Ｙｂ
3+、Ｅｒ3+、Ｔｍ3+）、Ｅｒ3+（Ｙｂ3+、Ｃｒ3+）、Ｔ
ｍ3+（Ｃｒ3+、Ｅｒ3+、Ｙｂ3+）、Ｙｂ3+（Ｎｄ3+、Ｃ
ｒ3+） 増感イオンの添加量は、発光種イオンの種類及び添加
量、並びに励起効率等を考慮して適宜決められる。尚、
増感イオンを含有するレーザーガラスの場合、ＧａとＮ
ａと発光種イオンと増感イオンの合計は１００％であ
る。
【００１０】さらに本発明のレーザーガラスには、ガラ
スの耐失透性を向上させる目的、あるいはガラスの特
性、すなわち屈折率、ガラス転移点などを調整する目的
のために、追加の陽イオンを導入することができる。ガ
ラスの特性の調整は、このガラスをファイバー化して利
用する場合、特に重要である。また、このようにして特
性を調整したガラスは、発光種イオンを含有せずにファ
イバーのクラッドガラス等にも利用できる。
【００１１】追加して含有できる陽イオンおよびその量
をモル％で表示すると以下のとおりである。 Ｌｉ：０〜１７％、Ｋ ：０〜２２％ Ｍｇ：０〜１２％、Ｃａ：０〜１７％、Ｓｒ：０〜１７
％ Ｂａ：０〜１２％、Ｚｎ：０〜１２％、Ｃｄ：０〜１７
％ Ｓｎ：０〜１７％、Ｐｂ：０〜１７％ Ｙ ：０〜１２％、Ｌａ：０〜４０％、Ｃｅ：０〜３７
％ Ｇｄ：０〜１７％、Ｌｕ：０〜１２％、Ａｌ：０〜１２
％ Ｉｎ：０〜１２％ Ｔｉ：０〜１２％、Ｚｒ ０〜１２％、Ｓｉ：０〜１２
％ Ｇｅ：０〜１７％
【００１２】これら陽イオンのうち、ガラスの耐失透性
を向上させる働きをもつイオンとしては、Ｌｉ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｌ
ｕ、Ｇｅ等のイオンが挙げられる。また、上述のイオン
の導入により屈折率を変化させることができる。例え
ば、Ｎａの一部をＫ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｇｄ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｂ
等のイオンを導入することにより、ガラスの屈折率を上
げることができる。また、Ｇａの一部をＬｉ、Ｋ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ａｌ等のイオンで置換したり、Ｎａの一部を
Ｌｉで置換することにより、ガラスの屈折率を下げるこ
ともできる。
【００１３】前記追加の陽イオンは、合量を０．０１〜
４５モル％の範囲とすることが適当である。上記追加の
陽イオンの合量が０．０１％に満たない場合、耐失透性
の向上あるいは特性の効果が小さい。一方、４５％を超
えると結晶化しやすくなるので好ましくない。ただし、
ＧａとＮａと発光種イオンと前記陽イオンの合計、又は
ＧａとＮａと発光種イオンと増感イオンと前記陽イオン
の合計は１００モル％である。
【００１４】前記の追加陽イオンの好ましい含有量の範
囲は以下のとおりである。 Ｌｉ：０〜１２％、Ｋ ：０〜１７％ Ｍｇ：０〜 ７％、Ｃａ：０〜１２％、Ｓｒ：０〜１２
％ Ｂａ：０〜 ７％、Ｚｎ：０〜 ７％、Ｃｄ：０〜１２
％ Ｓｎ：０〜１２％、Ｐｂ：０〜１２％ Ｙ ：０〜 ７％、Ｌａ：０〜３５％、Ｃｅ：０〜３０
％ Ｇｄ：０〜１２％、Ｌｕ：０〜 ７％、Ａｌ：０〜 ７
％ Ｉｎ：０〜 ７％ Ｔｉ：０〜 ７％、Ｚｒ：０〜 ７％、Ｓｉ：０〜 ７
％ Ｇｅ：０〜１２％ さらに、前記陽イオンの合量は５〜４０モル％であるこ
とが好ましい。ただし、ＧａとＮａと発光種イオンと前
記陽イオンの合計、又はＧａとＮａと発光種イオンと増
感イオンと前記陽イオンの合計は１００モル％である。
【００１５】本発明のレーザーガラスは、各種元素の硫
化物を原料として用い、不活性ガス雰囲気下において、
例えばカーボンるつぼ中で加熱溶融し、徐冷することに
より得られる。本発明のガラスは超急冷を必要としない
安定なガラスであり、かつ、蒸気圧が一般のカルコゲナ
イドガラスに比べてはるかに低いため、石英アンプルな
どを用いて真空封入する必要がなく、フッ化物ガラスの
ようにグローブボックス中で溶解できる。このため、例
えば、硫化水素のような硫化剤を用いることでガラス中
の酸化物濃度を減少させ、非輻射緩和速度を小さくする
ことができる他、不活性ガスに塩素や酸素等の酸化性ガ
スを混合することで、Ｇａイオン等の還元を防ぎ、均質
なガラスを作製することができる。また、陰イオンとし
て塩素を含有する場合には、加熱溶融雰囲気中に適量
（例えば３〜１０モル％）の塩素を含有させ、原料であ
る各種元素の硫化物を加熱溶融し、徐冷することにより
陰イオンとしてイオウと塩素とを含むガラスを得ること
ができる。
【００１６】本発明の光ファイバーは、コアとクラッド
とからなる光ファイバーであり、前記コアが本発明のレ
ーザーガラスで構成されている。コアとするレーザーガ
ラスに含まれる発光種は、光ファイバーを使用する目的
に応じて適宜選択することができる。例えば、１．３μ
ｍ帯増幅用の光ファイバーの場合、前記レーザーガラス
として、１．３μｍ帯に発光波長を有するＰｒ、Ｎｄ、
Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＥｒからなる群から選ばれる１種
又は２種以上の発光種イオンを含有するレーザーガラス
を用いることができる。また、本発明の光ファイバーを
構成するクラッドとしては、特に制限はない。但し、ガ
ラス転移温度、熱膨張係数、粘性曲線等の熱的な特性や
コアガラスとの界面反応、屈折率等を考慮すると、本発
明のレーザーガラスのホストガラスとして用いられてい
るＧａ−Ｎａ−Ｓ系のガラス（発光種イオンを含有しな
い）やその他のカルコゲナイド系ガラスやオキシカルコ
ゲナイド系ガラス等のガラスを用いることが適当であ
る。
【００１７】上記本発明の光ファイバーは、本発明のレ
ーザーガラスと適当なクラッド用ガラスとを用いて、常
法により作製することができる。例えば、まずコア用ガ
ラスとクラッド用ガラスの２層構造のロッド状のプリフ
ォームを作製し、次いでこのロッド状のプリフォームを
線引きしてファイバーとすることができる。ファイバー
の形状及び寸法等には特に制限はない。一般には、外径
１００〜５００μｍ、コア径１〜１５μｍ、コア−クラ
ッド間の屈折率差（Δｎ）０．２〜３．５％とすること
が適当である。但し、これらに限定されるものではな
く、ファイバーの用途等を考慮して適宜決定することが
できる。
【００１８】次に、本発明の光増幅器について説明す
る。本発明の光増幅器は、発振器で得られたレーザー光
の干渉性を維持したまま、出力をさらに増強するために
使用することができる。光ファイバー増幅器は、信号
光、励起光が長さ方向にわたって小さなコアに閉じこめ
られるため、比較的小さな利得係数でもファイバーを長
くすることで大きな利得が得られる。
【００１９】本発明の光増幅器は、励起光源、信号光
源、光ファイバー及び前記励起光源から発生する励起光
と前記信号光源から発生する信号光とを前記光ファイバ
ーに入射させる手段を構成要素として含み、前記光ファ
イバーが本発明の光ファイバーであることを特徴とす
る。光ファイバー増幅器は、例えば特開平５−６３２８
５号公報や特開平５−１３６５１６号公報などに詳しく
説明されている。但し、本発明の光増幅器は、これら公
報に記載されている光ファイバー増幅器において、光フ
ァイバーとして本発明の光ファイバーを用いたものであ
る。特に発光種としてＰｒイオンやＤｙイオンなどをド
ープしたガラスをコアとする光ファイバーを用いた光フ
ァイバー増幅器は、１．３μｍ帯の光増幅器として実用
化されることが期待されている。前述のように、格子振
動エネルギーの小さい本発明のレーザーガラスを用いる
ことで、高い利得を得ることができる。
【００２０】図６は、本発明の光ファイバー２０を用い
た光ファイバー増幅器の一構成例を示す。図に示すよう
に、ファイバー増幅器は信号光を増幅する本発明の光フ
ァイバー２０と、信号光源２１と、レーザ光源である励
起光源２２と、励起光源２２から発生する励起光と信号
光源２１から発生する信号光とを光ファイバー２０内に
入射させる手段である光カプラ２３とを備える。２本の
光ファイバー２８、２９の融着延伸により形成したカプ
ラ２３の一方の入力用ファイバー２８ａには、信号光源
２１が接続される。他方の入力ファイバー２９ａには、
上述の励起光源２２が接続される。また、光カプラ２３
の他方の出力用ファイバー２９ｂは、戻り光を防止する
ためにマッチングオイル２７に浸漬されることもでき
る。光カプラ２３の他方の出力用ファイバー２９ａは、
コネクタ等を介して光ファイバー２０に結合され、信号
光及び励起光をファイバー２０内に導く。光ファイバー
２０からの出力光は、光スペクトラムアナライザ２５に
導かれる。光スペクトラムアナライザ２５は、増幅され
た信号光の強度、波長等を測定する。尚、励起光をカッ
トする目的でフィルタ２６を介した出力光を、光スペク
トラムアナライザ２５に導くこともできる。
【００２１】図６の光ファイバー増幅器の動作につい
て、信号光が波長１．３μｍ帯の場合について簡単に説
明する。信号光源２１からの波長１．３μｍ帯の信号光
は、光カプラ２３をへて光ファイバー２０内に入射す
る。同時に、レーザ光源２２からの励起光もカプラ２３
をへて光ファイバー２０内に入射する。この励起光は光
ファイバー２０内の発光種イオンを励起する。発光種イ
オンがＰｒ3+である場合、波長１．０２μｍの励起光を
用いてＰｒ3+の電子を準位 1Ｇ4 に励起する。この状態
のＰｒ3+は、信号光に誘導された遷移 1Ｇ4 → 3Ｈ5 に
対応する波長１．３μｍ帯の放射光を発生する。したが
って、励起光が所定の強度を超えると、信号光は増幅さ
れることとなる。
【００２２】以上、波長１．３μｍ帯の信号光の例につ
いて説明したが、その他の波長の場合、信号光の波長に
発光波長を有する発光種イオンを含有するレーザーガラ
スをコアガラスとして用いた光ファイバーを用いること
で、光ファイバー増幅器を構成することができる。ま
た、励起光源の波長は、発光種イオン又は増感イオンの
種類により適宜決定でき、例えば発光種イオンがＤｙの
場合、１．２５μｍの励起光源を用いることもできる。
また、前記の光カプラ２３に代えて、励起光源２２から
発生する励起光と信号光源２１から発生する信号光とを
光ファイバー２０内に入射させる手段として、例えばハ
ーフミラー等を用いることもできる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明す
る。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例１ 原料として、Ｇａ2 Ｓ3 、Ｎａ2 Ｓ、Ｐｒ2 Ｓ3 を用
い、表１の実施例１の欄に示した組成となるよう秤量、
混合されたバッチ５ｇをカーボン製るつぼに入れ、窒素
ガスを雰囲気として９５０℃で１時間加熱溶融した。炉
からるつぼを取り出し後、そのまま室温まで徐冷を行
い、約１５ｍｍφ×３ｍｍ厚の円板状のガラスを得た。
結晶化に対する安定性は、ガラスの一部を破砕し、約３
５ｍｇのガラス片を試料として、昇温速度１０℃／分に
て、アルゴンガス雰囲気下でＤＳＣ（走査型示差熱分
析）測定を行い、その結果から得られる熱安定性指標に
より判定した。その結果、このガラスのガラス転移温度
（Ｔｇ）は４７０℃、結晶化開始温度（Ｔｘ）は５７２
℃であり、このことから実施例１のガラスは、熱安定性
指標であるΔＴ＝Ｔｘ−Ｔｇが１０２℃であることが分
かった。
【００２４】また、上記で得られたガラスの一部を８ｍ
ｍ×８ｍｍ×３ｍｍに成型し、両面を研磨して、光透過
スペクトル測定を行った。結果を図１に示す。図１に示
すように、上記ガラスは１２．５μｍ付近まで透過特性
を有することが確認された。また、この試料片を用いて
ラマン散乱スペクトル測定を行い、そのスペクトルのピ
ークが４００ｃｍ-1付近にあり、小さい格子振動エネル
ギーをもつことを確認した。
【００２５】実施例２ 雰囲気として窒素ガスに４％のＣ１2 ガスを含む気体を
用いた以外は実施例１と同様にして本発明のガラスを得
た。このガラスのＤＳＣ測定を行った結果、ΔＴは１２
２℃となり安定性が実施例１に比べて向上することを確
認した。また、図２に示すＸ線光電子スペクトルの測定
の結果、１６４ｅＶ付近にＧａ−Ｓ結合の増加による肩
が生じ、実施例１のガラスと比較してＧａイオンの還元
が抑制されていることを確認した。さらに、実施例１と
同様にして、ラマン散乱測定を行い、そのスペクトルの
ピークが４００ｃｍ-1付近にあることを確認した。
【００２６】実施例３ 雰囲気として窒素ガスに２０％の硫化水素ガスを含む気
体を用いた以外は実施例１と同様にして本発明のガラス
を得た。このガラスの蛍光寿命を測定した結果、蛍光寿
命は３４５μｓから３５５μｓとなり、非輻射緩和速度
が小さくなり、発光効率が増大することを確認した。
【００２７】実施例４〜１５ 原料として、Ｇａ2 Ｓ3 、Ｎａ2 Ｓ、Ｐｒ2 Ｓ3 、Ｎｄ
2 Ｓ3 、Ｓｍ2 Ｓ3 、Ｅｕ2 Ｓ3 、Ｔｂ2 Ｓ3 、Ｄｙ2
Ｓ3 、Ｈｏ2 Ｓ3 、Ｅｒ2 Ｓ3 、Ｔｍ2 Ｓ3 、Ｙｂ2 Ｓ
3 を用い、表１に示す組成となるようにした以外は、実
施例２と同様にして本発明の各ガラスを得た。この結
果、Ｇａ−Ｎａ−Ｓ系のガラスは発光種イオンである希
土類イオンを多量に含有することができ、溶解性が高い
ことを確認した。また、これら実施例のガラスのいくつ
かについてラマンスペクトル測定を行った。結果は表１
に示す。いずれもそのピークが４００ｃｍ-1付近にある
ことを確認した。
【００２８】実施例１６〜１７ 原料として、Ｇａ2 Ｓ3 、Ｎａ2 Ｓ、Ｐｒ2 Ｓ3 、Ｐｒ
Ｃ１3 を用い、表２に示す組成となるようにした以外
は、実施例２と同様にして本発明の各ガラスを得た。こ
の結果、陰イオンとしてＳとＣｌを含む実施例１７のガ
ラスは、陰イオンとしてＳのみを含む実施例１６のガラ
スと比較してΔＴ値が大きくなり、陰イオンとしてＣｌ
を添加することでガラスの安定性が向上することを確認
した。
【００２９】実施例１８〜５９ 原料として、Ｇａ2 Ｓ3 、Ｎａ2 Ｓ、Ｐｒ2 Ｓ3 、Ｌｉ
2 Ｓ、Ｋ2 Ｓ、ＭｇＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ、Ｚｎ
Ｓ、ＣｄＳ、ＳｎＳ、ＰｂＳ、Ｙ2 Ｓ3 、Ｌａ2 Ｓ3 、
Ｃｅ2 Ｓ3 、Ｇｄ2 Ｓ3 、Ｌｕ2 Ｓ3 、Ａｌ2 Ｓ3 、Ｉ
ｎ2 Ｓ3 、ＴｉＳ2 、ＺｒＳ2 、ＳｉＳ2 、ＧｅＳ2 を
用い、表２〜５に示した組成となるようにした以外は、
実施例２と同様にして本発明の各ガラスを得た。この結
果、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｇｄ、Ｌｕ、Ｇｅを添加した各ガラスにおいてΔ
Ｔ値が実施例２と比較して大きくなり、ガラスの安定性
が向上することを確認した。また、これら実施例のガラ
スのいくつかについてラマンスペクトル測定を行ったと
ころ、いずれもそのピークが４００ｃｍ-1付近にあるこ
とを確認した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
【表５】
【００３５】実施例６０ 表５にコア用として示した組成のガラス２０ｇを実施例
２と同様の方法により作製した。また、表５にクラッド
用として示した組成のガラス５０ｇを実施例２と同様の
方法で５枚作製した。これらのガラスを用い、押し出し
成形法によってプリフォームを作製した。その詳細は以
下のとおりである。プリフォームの作製は、図３および
図４に示すような押し出し成形装置により行った。ま
ず、５枚のクラッド用ガラス１のそれぞれの両面とコア
用ガラス２の一面（片面）をλ／２以上の面精度で研磨
し、クリーンブース内でガラスの研磨面をオプティカル
コンタクトさせた後、内径約３５ｍｍのシリンダー３内
にコア用ガラス２が押し出しパンチ４側に位置するよう
にガラス１、２を入れ、４９０℃まで加熱した。そし
て、図４に示すように押し出しパンチ４に５００Ｂａｒ
の圧力を加え成形部５の直径５ｍｍφの形成穴５ａから
二層構造のロッド状ガラスをライナー部６に沿って押し
出し、プリフォームを得た。得られたプリフォームは、
クラッド径５．４ｍｍφ、コア径０．１７ｍｍφ、長さ
１２０ｍｍであった。
【００３６】このようにして得られたプリフォームを線
引きし、外径１２５μｍのファイバーを得た。ファイバ
ーは、長さ８ｍ、コア径４μｍ、コア−クラッド間屈折
率差（Δｎ）０．５％、カットオフ波長１μｍであっ
た。このファイバーの１．３μｍ帯光増幅特性を図５に
模式的に示す装置で測定した。図中の参照数字の説明は
以下のとおりである。７は１．０２μｍの励起光源であ
り、８は１．３１μｍの信号光源である。９は光カプラ
として作用するハーフミラーである。１０は集光レン
ズ、１１及び１２は励起光及び信号光導光用石英ファイ
バーであり、１３は試験用の光ファイバーである。１４
は光スペクトラムアナライザである。また、図中の点線
は、光（励起光、信号光）の進行を模式的に示すもので
ある。
【００３７】光信号増幅の測定は次のような方法で行っ
た。信号光源８からの１．３１μｍ信号光と励起光源７
からの１．０２μｍ励起光とを、ハーフミラー９を介し
て合波した後、集光レンズ１０により集光し、導光用石
英ファイバー１１に入射する。この導光用石英ファイバ
ー１１の末端を試験用ファイバー１３の端面につきあわ
せて信号光と励起光とを、同時に試験用ファイバー１３
に入射することができる。試験用ファイバー１３から出
力される光出力は、試験用ファイバー１３の末端につき
合わせた導光用石英ファイバー１２によって導かれ、光
スペクトラムアナライザ１４に入力される。光スペクト
ラムアナライザ１４は、信号光の強度、波長等を測定す
る。このような光学系を用い、励起光のオン、オフ時に
おける信号光強度を測定し、利得を求めた。この測定に
より、励起光１００ｍＷの入力に対し、８ｄＢの１．３
１μｍ光増幅が得られた。
【００３８】比較例１ 実施例６０と比較するために、同様の方法でコア用ガラ
スに０．０４モル％のＰｒＦ3 をドープしたＺＢＬＡＮ
（ＺｒＦ4 −ＢａＦ2 −ＬａＦ3 −ＡｌＦ3 −ＮａＦ）
系フッ化物ガラスファイバーを作製した。なお、用いた
コア用ガラスとクラッド用ガラスの組成は以下のとおり
である。 コア用ガラス クラッド用ガラス ＺｒＦ4 ５１ ３９．７５ ＨｆＦ4 ── １３．２５ ＢａＦ2 ２３ １８ ＬａＦ3 ４ ４ ＡｌＦ3 ３ ３ ＮａＦ １８ ２２ ＰｂＦ2 １ ── ＰｒＦ3 ０．０４ ──
【００３９】ファイバーは、外径１２５μｍ、コア径４
μｍ、コアークラッド間屈折率差（Δｎ）０．８％、長
さ８ｍ、カットオフ波長１μｍであった。このファイバ
ーの１．３１μｍ帯光増幅特性を実施例６０と同様に測
定したところ、１００ｍＷの入力に対し、３．５ｄＢの
増幅しか得られなかった。実施例６０と比較例１の比較
で明らかなように、本発明のレーザーガラス中では、発
光種イオンである希土類イオンの非輻射緩和速度が抑え
られ、発光の効率が高まることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガラス
は、従来のカルコゲナイドガラスと比較して、希土類イ
オン等の発光種イオンの溶解性が大きいためにガラスの
均質度が高く、また、フッ化物ガラスと同様にグローブ
ボックス内で作製されるため、容易にガラスを作製する
ことが可能である。さらに、従来知られているＺｒＦ4
系ガラスより格子振動エネルギーが小さいため発光効率
が高く、可視−近赤外のレーザー材料、特に１．３μｍ
帯の光ファイバー増幅器としての応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のガラス材料の光透過率曲
線図である。
【図２】 本発明の実施例１および２のレーザーガラス
のＸ線光電子スペクトルである。
【図３】 ガラスプリフォーム成形に用いる押し出し成
形装置においてコア用ガラスおよびクラッド用ガラスを
装着した状態を示す説明図である。
【図４】 ガラスプリフォーム成形に用いる押し出し成
形装置においてガラスを押し出している状態を示す説明
図である。
【図５】 本発明の実施例６０および比較例１のガラス
ファイバーの光増幅測定装置の説明図である。
【図６】 本発明の光増幅器の説明図である。
【符号の説明】
７：１．０２μｍ励起光源 ８：１．３１μｍ信号光源 ９：ハーフミラー １０：集光レンズ １１、１２：励起光及び信号光導光用石英ファイバー １３、２０：本発明の光ファイバー １４、２５：光スペクトラムアナライザ ２１：信号光源 ２２：励起光源 ２３：光カプラ ２６：フィルター ２８ａ、２９ａ：入力用ファイバー ２８ｂ、２９ｂ：出力用ファイバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/17 (72)発明者 虎渓 久良 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｇａ−Ｎａ−Ｓ系のガラスに１種又は２
    種以上の発光種イオンを含有することを特徴とするレー
    ザーガラス。
  2. 【請求項２】 発光種イオンがＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅ
    ｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂからなる群
    から選ばれる１種又は２種以上の元素のイオンである請
    求項１記載のレーザーガラス。
  3. 【請求項３】 発光種イオンを増感させる増感イオンを
    含有する請求項１又は２記載のレーザーガラス。
  4. 【請求項４】 ガラスを構成する陽イオンとして５０〜
    ８０モル％のＧａ及び５〜４５モル％のＮａを含有し、
    ガラスを構成する陰イオンとしてＳまたはＳおよびＣｌ
    を含有し、Ｃｌの含有量は１５モル％以下であり、発光
    種イオンを合量で０．０１〜４０モル％含有する（ただ
    し、ＧａとＮａと発光種イオンの合計、又はＧａとＮａ
    と発光種イオンと増感イオンの合計は１００モル％であ
    る）請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザーガラ
    ス。
  5. 【請求項５】 ガラスを構成する陽イオンとしてモル％
    で表示して Ｌｉ：０〜１７％、Ｋ ：０〜２２％ Ｍｇ：０〜１２％、Ｃａ：０〜１７％、Ｓｒ：０〜１７
    ％ Ｂａ：０〜１２％、Ｚｎ：０〜１２％、Ｃｄ：０〜１７
    ％ Ｓｎ：０〜１７％、Ｐｂ：０〜１７％ Ｙ ：０〜１２％、Ｌａ：０〜４０％、Ｃｅ：０〜３７
    ％ Ｇｄ：０〜１７％、Ｌｕ：０〜１２％、Ａｌ：０〜１２
    ％ Ｉｎ：０〜１２％ Ｔｉ：０〜１２％、Ｚｒ ０〜１２％、Ｓｉ：０〜１２
    ％ Ｇｅ：０〜１７％ を更に含有し、かつ前記陽イオンの合量が０．０１〜４
    ５モル％である（ただし、ＧａとＮａと発光種イオンと
    前記陽イオンの合計、又はＧａとＮａと発光種イオンと
    増感イオンと前記陽イオンの合計は１００モル％であ
    る）請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザーガラ
    ス。
  6. 【請求項６】 ガラスを構成する陽イオンとしてモル％
    で表示して Ｌｉ：０〜１２％、Ｋ ：０〜１７％ Ｍｇ：０〜 ７％、Ｃａ：０〜１２％、Ｓｒ：０〜１２
    ％ Ｂａ：０〜 ７％、Ｚｎ：０〜 ７％、Ｃｄ：０〜１２
    ％ Ｓｎ：０〜１２％、Ｐｂ：０〜１２％ Ｙ ：０〜 ７％、Ｌａ：０〜３５％、Ｃｅ：０〜３０
    ％ Ｇｄ：０〜１２％、Ｌｕ：０〜 ７％、Ａｌ：０〜 ７
    ％ Ｉｎ：０〜 ７％ Ｔｉ：０〜 ７％、Ｚｒ：０〜 ７％、Ｓｉ：０〜 ７
    ％ Ｇｅ：０〜１２％ を更に含有し、かつ前記陽イオンの合量が５〜４０モル
    ％である（ただし、ＧａとＮａと発光種イオンと前記陽
    イオンの合計、又はＧａとＮａと発光種イオンと増感イ
    オンと前記陽イオンの合計が１００モル％である）請求
    項１〜４のいずれか１項に記載のレーザーガラス。
  7. 【請求項７】 コアとクラッドとからなる光ファイバー
    であって、前記コアが請求項１〜６いずれか一項に記載
    のレーザーガラスで構成されていることを特徴とする光
    ファイバー。
  8. 【請求項８】 コアとクラッドとからなる光ファイバー
    であって、前記コアが請求項１〜６いずれか一項に記載
    のレーザーガラスで構成され、前記レーザーガラスが発
    光種イオンとして、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ及び
    Ｅｒからなる群から選ばれる１種又は２種以上を含有す
    ることを特徴とする１．３μｍ帯増幅用光ファイバー。
  9. 【請求項９】 励起光源、信号光源、光ファイバー及び
    前記励起光源から発生する励起光と前記信号光源から発
    生する信号光とを前記光ファイバーに入射させる手段を
    構成要素として含む光増幅器であって、前記光ファイバ
    ーが請求項７又は８記載の光ファイバーであることを特
    徴とする光増幅器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999014168A1 (fr) * 1997-09-12 1999-03-25 Hoya Corporation Verre sulfure et procede de fabrication
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