JPH11220192A - 光増幅用特性を有するＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス組成物及びこれを用いた光通信用装置 - Google Patents
光増幅用特性を有するＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス組成物及びこれを用いた光通信用装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光通信に利用される光増幅用Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラス組成物及びこれを用いた光通信用装置を提供す
る。 【解決手段】 Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地に蛍光作用
及び光増幅作用をする希土類系活性剤が添加されるとと
もに、光増幅利得分布を移動させる転移金属イオンが
０．０１モル％ないし０．２モル％範囲で添加され、本
発明に係るガラス組成物を具備する。
系ガラス組成物及びこれを用いた光通信用装置を提供す
る。 【解決手段】 Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地に蛍光作用
及び光増幅作用をする希土類系活性剤が添加されるとと
もに、光増幅利得分布を移動させる転移金属イオンが
０．０１モル％ないし０．２モル％範囲で添加され、本
発明に係るガラス組成物を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学的な作用を果た
すガラス組成物に係り、特に、光増幅及び蛍光作用を果
たす活性剤（active material）を含むＧｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラス組成物及び前記ガラス組成物を利用する光通信
用装置に関する。
すガラス組成物に係り、特に、光増幅及び蛍光作用を果
たす活性剤（active material）を含むＧｅ−Ｇａ−Ｓ
系ガラス組成物及び前記ガラス組成物を利用する光通信
用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信に利用される短波長のレーザー共
振器（laser oscillator of radiation）、蛍光装置（s
uperluminescent source of radiation）及び光増幅
装置（radiation amplifier）などの光源装置に用いら
れる光素子材料の開発が進んでいる。しかしながら、今
までは光信号を、シリカガラス光繊維のヤング分散帯域
（Young's dispersion waveband）の１．３１μｍ波長
帯域の光信号に増幅するのに適した光増幅用光繊維の成
功的な開発はなされていないのが現状である。
振器（laser oscillator of radiation）、蛍光装置（s
uperluminescent source of radiation）及び光増幅
装置（radiation amplifier）などの光源装置に用いら
れる光素子材料の開発が進んでいる。しかしながら、今
までは光信号を、シリカガラス光繊維のヤング分散帯域
（Young's dispersion waveband）の１．３１μｍ波長
帯域の光信号に増幅するのに適した光増幅用光繊維の成
功的な開発はなされていないのが現状である。
【０００３】現在１．３１μｍ波長帯域の光増幅に利用
される光繊維の製造には、２種類の希土類系元素が蛍光
及び光増幅作用をする活性剤として提示されている。す
なわち、ガラス基地（glass host）にネオシム（neodym
ium;Nd）及びプラセオジム（praseodymium;Pr）がドー
ピングされたガラス組成物を用いた光繊維が提示されて
いる。
される光繊維の製造には、２種類の希土類系元素が蛍光
及び光増幅作用をする活性剤として提示されている。す
なわち、ガラス基地（glass host）にネオシム（neodym
ium;Nd）及びプラセオジム（praseodymium;Pr）がドー
ピングされたガラス組成物を用いた光繊維が提示されて
いる。
【０００４】希土類系元素は、シリカガラスと同様のガ
ラス基地に、Ｎｄ3+イオンまたはＰｒ3+イオンなどのイ
オン状態でドーピングされている。希土類系イオン中に
Ｐｒ3+イオンを活性剤として利用する場合が、光利得効
率において優れた特性を示す。以下、活性剤がドーピン
グされていない状態のガラスをガラス基地と言い、活性
剤がガラス基地にドーピングされている状態をガラス組
成物と称する。
ラス基地に、Ｎｄ3+イオンまたはＰｒ3+イオンなどのイ
オン状態でドーピングされている。希土類系イオン中に
Ｐｒ3+イオンを活性剤として利用する場合が、光利得効
率において優れた特性を示す。以下、活性剤がドーピン
グされていない状態のガラスをガラス基地と言い、活性
剤がガラス基地にドーピングされている状態をガラス組
成物と称する。
【０００５】しかしながら、Ｐｒ3+イオンが励起され光
を放出するとき、ガラス基地、例えば、シリカガラス基
地の格子振動（lattice vibration）により、ガラス組
成物内のＰｒ3+イオンのエネルギーは緩和（relaxatio
n）できる。この緩和のおこる確率が高いほど光増幅効
率は低まるので、これを防止するためには、前記ガラス
基地として低い格子振動エネルギーを有する物質が要望
される。
を放出するとき、ガラス基地、例えば、シリカガラス基
地の格子振動（lattice vibration）により、ガラス組
成物内のＰｒ3+イオンのエネルギーは緩和（relaxatio
n）できる。この緩和のおこる確率が高いほど光増幅効
率は低まるので、これを防止するためには、前記ガラス
基地として低い格子振動エネルギーを有する物質が要望
される。
【０００６】上記のように格子振動エネルギーの低いガ
ラス基地としては、Ｐｒ3+イオンが活性剤として添加さ
れ、硫（S）が過剰添加されたゲルマニウム（Ge）、ガ
リウム（Ga）及び硫（S）の三成分系組成のガラスが挙
げられる。上記したガラス基地は、米国特許公報第５，
３７９，１４９号に出願公開されている。しかし、上記
したガラス基地の光利得分布の中心は１３３０ｎｍ波長
に位置する。したがって、要求される光通信帯域の１３
１０ｎｍ波長では低い光利得となり、光増幅効率が著し
く低下する。
ラス基地としては、Ｐｒ3+イオンが活性剤として添加さ
れ、硫（S）が過剰添加されたゲルマニウム（Ge）、ガ
リウム（Ga）及び硫（S）の三成分系組成のガラスが挙
げられる。上記したガラス基地は、米国特許公報第５，
３７９，１４９号に出願公開されている。しかし、上記
したガラス基地の光利得分布の中心は１３３０ｎｍ波長
に位置する。したがって、要求される光通信帯域の１３
１０ｎｍ波長では低い光利得となり、光増幅効率が著し
く低下する。
【０００７】前記光利得分布の中心波長は、図１のＰｒ
3+イオンのエネルギー準位図に示されたように、Ｐｒ3+
イオンの励起準位である 1Ｇ4 準位と、真下の準安定準
位（metastable state）である 3Ｈ5 準位間のエネルギ
ー差によって決せられる。このエネルギー差は、既存の
酸化物組成のガラス基地よりも硫化物組成のガラス基地
において一層小さい。したがって、硫化物組成のガラス
基地は光利得分布の中心波長が目的とする光通信帯域の
１３１０ｎｍに一層近づく。
3+イオンのエネルギー準位図に示されたように、Ｐｒ3+
イオンの励起準位である 1Ｇ4 準位と、真下の準安定準
位（metastable state）である 3Ｈ5 準位間のエネルギ
ー差によって決せられる。このエネルギー差は、既存の
酸化物組成のガラス基地よりも硫化物組成のガラス基地
において一層小さい。したがって、硫化物組成のガラス
基地は光利得分布の中心波長が目的とする光通信帯域の
１３１０ｎｍに一層近づく。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明が果たそうとす
る技術的課題は、光増幅される光の中心波長を１３１０
ｎｍの波長帯に移動させることができ、光増幅効率を高
めうる光増幅特性を有するＧｅ−Ｇａ−Ｓ系組成のガラ
ス組成物を提供することにある。
る技術的課題は、光増幅される光の中心波長を１３１０
ｎｍの波長帯に移動させることができ、光増幅効率を高
めうる光増幅特性を有するＧｅ−Ｇａ−Ｓ系組成のガラ
ス組成物を提供することにある。
【０００９】本発明が果たそうとする他の技術的課題
は、上記したガラス組成物を使用して光増幅効率を高め
うる光通信用装置を提供するにある。
は、上記したガラス組成物を使用して光増幅効率を高め
うる光通信用装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を達成す
るために、本発明の一観点は、ガラス基地と、前記ガラ
ス基地に添加され、蛍光作用及び光増幅作用を果たす活
性剤と、前記ガラス基地に添加され、光増幅利得分布を
変化させる転移金属イオンとを含むガラス組成物を提供
する。
るために、本発明の一観点は、ガラス基地と、前記ガラ
ス基地に添加され、蛍光作用及び光増幅作用を果たす活
性剤と、前記ガラス基地に添加され、光増幅利得分布を
変化させる転移金属イオンとを含むガラス組成物を提供
する。
【００１１】前記ガラス基地はＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス
であり、前記活性剤としてはランタン系希土類イオンを
利用する。前記ランタン系希土類イオンとしてはＰｒ3+
イオンを利用する。前記転移金属イオンは１３１０ｎｍ
波長帯を吸収するエネルギー準位を有しないのが好まし
く、１０１７ｎｍ波長帯を吸収するエネルギー準位を有
しないのが好ましい。前記転移金属イオンとしてはＰｄ
4+イオン、Ａｇ+ イオンまたはＣｕ+ イオンを利用し、
前記転移金属イオンは前記ガラス基地に０．０１モル％
ないし０．２モル％範囲で含まれる。
であり、前記活性剤としてはランタン系希土類イオンを
利用する。前記ランタン系希土類イオンとしてはＰｒ3+
イオンを利用する。前記転移金属イオンは１３１０ｎｍ
波長帯を吸収するエネルギー準位を有しないのが好まし
く、１０１７ｎｍ波長帯を吸収するエネルギー準位を有
しないのが好ましい。前記転移金属イオンとしてはＰｄ
4+イオン、Ａｇ+ イオンまたはＣｕ+ イオンを利用し、
前記転移金属イオンは前記ガラス基地に０．０１モル％
ないし０．２モル％範囲で含まれる。
【００１２】上記他の技術的課題を達成するために、本
発明の一観点は、信号光及び励起光を生成し光繊維へ供
給する手段と、ガラス基地と、前記ガラス基地に添加さ
れ蛍光作用及び光増幅作用を果たす活性剤、及び前記ガ
ラス基地に添加され光増幅利得分布を変化させる転移金
属イオンを含むガラス組成物からなる光繊維と、前記光
繊維からの光が前記光繊維へ照り返されることを防止す
る手段とを光通信用装置を提供する。
発明の一観点は、信号光及び励起光を生成し光繊維へ供
給する手段と、ガラス基地と、前記ガラス基地に添加さ
れ蛍光作用及び光増幅作用を果たす活性剤、及び前記ガ
ラス基地に添加され光増幅利得分布を変化させる転移金
属イオンを含むガラス組成物からなる光繊維と、前記光
繊維からの光が前記光繊維へ照り返されることを防止す
る手段とを光通信用装置を提供する。
【００１３】前記ガラス基地はＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス
であり、前記活性剤としてはランタン系希土類イオンを
利用する。前記ランタン系希土類イオンとしてはＰｒ3+
イオンを利用する。前記転移金属イオンは１３１０ｎｍ
波長帯を吸収するエネルギー準位を有しないのが好まし
く、前記転移金属イオンは１０１７ｎｍ波長帯を吸収す
るエネルギー準位を有しないのが好ましい。前記転移金
属イオンとしてはＰｄ4+イオン、Ａｇ+ イオンまたはＣ
ｕ+ イオンを利用し、前記転移金属イオンは前記ガラス
基地に０．０１モル％ないし０．２モル％範囲で含まれ
る。
であり、前記活性剤としてはランタン系希土類イオンを
利用する。前記ランタン系希土類イオンとしてはＰｒ3+
イオンを利用する。前記転移金属イオンは１３１０ｎｍ
波長帯を吸収するエネルギー準位を有しないのが好まし
く、前記転移金属イオンは１０１７ｎｍ波長帯を吸収す
るエネルギー準位を有しないのが好ましい。前記転移金
属イオンとしてはＰｄ4+イオン、Ａｇ+ イオンまたはＣ
ｕ+ イオンを利用し、前記転移金属イオンは前記ガラス
基地に０．０１モル％ないし０．２モル％範囲で含まれ
る。
【００１４】前記信号光及び励起光を生成し光繊維へ供
給する手段は、前記信号光及び励起光を生成するサブ手
段と、前記信号光及び励起光をカップリングするカップ
ラとを含む。前記光が前記光繊維ヘ照り返されることを
防止する手段は、ファラデーアイソレータを含む。
給する手段は、前記信号光及び励起光を生成するサブ手
段と、前記信号光及び励起光をカップリングするカップ
ラとを含む。前記光が前記光繊維ヘ照り返されることを
防止する手段は、ファラデーアイソレータを含む。
【００１５】本発明によれば、１３１０ｎｍ波長帯にお
ける光利得断面積が増大でき、しかも１３１０ｎｍ波長
帯における光増幅効率を効果的に向上させることができ
る。
ける光利得断面積が増大でき、しかも１３１０ｎｍ波長
帯における光増幅効率を効果的に向上させることができ
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づき本発明
の好適な実施例について詳細に説明する。但し、本発明
の実施例は種々の形態に変形可能であり、本発明の範囲
が後述する実施例によって限定されることはない。本発
明の実施例は当業界において通常の知識を有した者に、
本発明を一層完全たるものとして説明するために提供さ
れる。図面において、同一の要素には同一の符号が付さ
れている。
の好適な実施例について詳細に説明する。但し、本発明
の実施例は種々の形態に変形可能であり、本発明の範囲
が後述する実施例によって限定されることはない。本発
明の実施例は当業界において通常の知識を有した者に、
本発明を一層完全たるものとして説明するために提供さ
れる。図面において、同一の要素には同一の符号が付さ
れている。
【００１７】本発明に係る蛍光特性及び光増幅特性を有
するガラス組成物は、ガラス基地、ガラス基地に添加さ
れ蛍光作用及び光増幅作用を果たす活性剤、及びガラス
基地に０．０１モル％ないし０．２モル％範囲で添加さ
れる転移金属イオン（transition metal ion）を含む。
ガラス基地としてＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスが利用され、
活性剤としては希土類系イオン、さらに好ましくはラン
タン系希土類イオン（Ｌｎ3+イオン）、すなわち、周期
率表におけるＣｅ3+イオンからＹｂ3+イオンまでを利用
する。さらに好ましくは、イオン半径が大で、転移金属
の添加効果が最も明らかなＰｒ3+イオンを活性剤として
利用する。転移金属イオンは光増幅利得分布を移動させ
る作用を果たし、Ｐｄ4+、Ａｇ+ イオンなどが利用可能
であるが、Ｃｕ+ イオンを利用するのが望ましい。
するガラス組成物は、ガラス基地、ガラス基地に添加さ
れ蛍光作用及び光増幅作用を果たす活性剤、及びガラス
基地に０．０１モル％ないし０．２モル％範囲で添加さ
れる転移金属イオン（transition metal ion）を含む。
ガラス基地としてＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスが利用され、
活性剤としては希土類系イオン、さらに好ましくはラン
タン系希土類イオン（Ｌｎ3+イオン）、すなわち、周期
率表におけるＣｅ3+イオンからＹｂ3+イオンまでを利用
する。さらに好ましくは、イオン半径が大で、転移金属
の添加効果が最も明らかなＰｒ3+イオンを活性剤として
利用する。転移金属イオンは光増幅利得分布を移動させ
る作用を果たし、Ｐｄ4+、Ａｇ+ イオンなどが利用可能
であるが、Ｃｕ+ イオンを利用するのが望ましい。
【００１８】図１を参照すれば、Ｐｒ3+イオンの添加さ
れたＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス組成物に、略１３１０ｎｍ
の信号光（signal radiation）及び略１０１７ｎｍの励
起光（pumping radiation）が入射すれば、励起光によ
って 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位への電子の励起がなされ
る。前記励起された 1Ｇ4 準位と、下位のエネルギー準
位の 3Ｈ5 準位との間における電子の遷移（transmissi
on）によって、略１３１０ｎｍ波長の光が発生し、光増
幅が行われる。
れたＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス組成物に、略１３１０ｎｍ
の信号光（signal radiation）及び略１０１７ｎｍの励
起光（pumping radiation）が入射すれば、励起光によ
って 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位への電子の励起がなされ
る。前記励起された 1Ｇ4 準位と、下位のエネルギー準
位の 3Ｈ5 準位との間における電子の遷移（transmissi
on）によって、略１３１０ｎｍ波長の光が発生し、光増
幅が行われる。
【００１９】しかし、Ｐｒ3+イオンのドーピングされた
ガラス基地、すなわち、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地の
格子振動による格子振動の緩和、及び前記励起された 1
Ｇ4準位から一層高い 1Ｄ2 準位への励起がなされる励
起状態の吸収が発生できる。この格子振動の緩和及び励
起状態の吸収によって光増幅効率が低下する。したがっ
て、光通信用として前記Ｐｒ3+イオンの添加されたＧｅ
−Ｇａ−Ｓ系ガラス組成物が利用されるには、一層高い
光増幅の効率が望まれる。
ガラス基地、すなわち、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地の
格子振動による格子振動の緩和、及び前記励起された 1
Ｇ4準位から一層高い 1Ｄ2 準位への励起がなされる励
起状態の吸収が発生できる。この格子振動の緩和及び励
起状態の吸収によって光増幅効率が低下する。したがっ
て、光通信用として前記Ｐｒ3+イオンの添加されたＧｅ
−Ｇａ−Ｓ系ガラス組成物が利用されるには、一層高い
光増幅の効率が望まれる。
【００２０】この光増幅の効率を増加させる方法とし
て、本実施例からは以下の如き方法が提供される。すな
わち、 1Ｇ4 準位と 3Ｈ5 準位との間のエネルギー差を
変化させ、前記 1Ｇ4 準位と 3Ｈ5 準位との間の遷移に
よって発生する波長の光利得分布の中心を前記１３１０
ｎｍの波長帯へ移動させる。光利得分布の中心を１３１
０ｎｍの波長帯へ移動させるために、転移金属イオンを
添加する。
て、本実施例からは以下の如き方法が提供される。すな
わち、 1Ｇ4 準位と 3Ｈ5 準位との間のエネルギー差を
変化させ、前記 1Ｇ4 準位と 3Ｈ5 準位との間の遷移に
よって発生する波長の光利得分布の中心を前記１３１０
ｎｍの波長帯へ移動させる。光利得分布の中心を１３１
０ｎｍの波長帯へ移動させるために、転移金属イオンを
添加する。
【００２１】さらに詳しくは、Ｐｒ3+イオンの４ｆ2 軌
道電子の波動関数は、Ｐｒ3+イオンの中心に集中してあ
る。またＰｒ3+イオンとリガンド（ligand）との結合に
関知する波動関数は、Ｐｒ3+イオンの外郭に主に分布す
る。したがって、中心の４ｆ2 軌道電子（orbital elec
tron）と結合電子（coupled electron）とは、前記Ｐｒ
3+イオンの別の閉塞された軌道の電子によって遮へいさ
れる。これにより、Ｐｒ3+イオンのドーピングされたガ
ラス基地の化学結合特性が変化しても、Ｐｒ3+イオンの
４ｆ2 軌道電子の波動関数とエネルギー準位への影響は
ごく僅かである。すなわち、Ｎａ+ イオンまたはＣａ+
イオンなどのアルカリまたはアルカリ土類金属イオン
が、ガラス基地の網目修飾剤として添加されても、前記
Ｐｒ3+イオンの４ｆ2 軌道電子のエネルギー準位への影
響はごく僅かである。
道電子の波動関数は、Ｐｒ3+イオンの中心に集中してあ
る。またＰｒ3+イオンとリガンド（ligand）との結合に
関知する波動関数は、Ｐｒ3+イオンの外郭に主に分布す
る。したがって、中心の４ｆ2 軌道電子（orbital elec
tron）と結合電子（coupled electron）とは、前記Ｐｒ
3+イオンの別の閉塞された軌道の電子によって遮へいさ
れる。これにより、Ｐｒ3+イオンのドーピングされたガ
ラス基地の化学結合特性が変化しても、Ｐｒ3+イオンの
４ｆ2 軌道電子の波動関数とエネルギー準位への影響は
ごく僅かである。すなわち、Ｎａ+ イオンまたはＣａ+
イオンなどのアルカリまたはアルカリ土類金属イオン
が、ガラス基地の網目修飾剤として添加されても、前記
Ｐｒ3+イオンの４ｆ2 軌道電子のエネルギー準位への影
響はごく僅かである。
【００２２】しかし、本実施例においては、３ｄn ある
いは４ｄn 軌道電子を有する転移金属イオンをガラス基
地に添加する。このとき、前記３ｄn あるいは４ｄn 軌
道電子の波動関数は前記転移金属の外郭へ取り広がる。
したがって、前記転移金属イオンは、Ｐｒ3+イオンの４
ｆ2 軌道電子に大いに影響することがある。例えば、転
移金属イオンとＰ3+イオンとの相互作用によってＰｒ3+
イオンの４ｆ2 軌道電子間の反発力は増大する。また、
Ｐｒ3+イオンとリガンドとの間の部分共有結合性が減少
される。したがって、Ｐｒ3+イオンの励起準位の 1Ｇ4
準位と準安定準位の 3Ｈ5 準位との間のエネルギー差は
増大する。
いは４ｄn 軌道電子を有する転移金属イオンをガラス基
地に添加する。このとき、前記３ｄn あるいは４ｄn 軌
道電子の波動関数は前記転移金属の外郭へ取り広がる。
したがって、前記転移金属イオンは、Ｐｒ3+イオンの４
ｆ2 軌道電子に大いに影響することがある。例えば、転
移金属イオンとＰ3+イオンとの相互作用によってＰｒ3+
イオンの４ｆ2 軌道電子間の反発力は増大する。また、
Ｐｒ3+イオンとリガンドとの間の部分共有結合性が減少
される。したがって、Ｐｒ3+イオンの励起準位の 1Ｇ4
準位と準安定準位の 3Ｈ5 準位との間のエネルギー差は
増大する。
【００２３】一方、上記したように、希土類系イオンの
添加されたガラス基地、例えば、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラ
ス基地に添加される転移金属イオンは、該固溶度以下の
量を以て添加される。添加される転移金属イオンの量が
ガラス基地への転移金属イオンの固溶度以上となれば、
添加された転移金属イオンが微細結晶状に析出（precip
itation）されることがある。この析出された微細結晶
状は信号光を散乱させ光損失を増加させる。したがっ
て、添加される転移金属イオンの量はガラス基地への固
溶限界以下に調節する。
添加されたガラス基地、例えば、Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラ
ス基地に添加される転移金属イオンは、該固溶度以下の
量を以て添加される。添加される転移金属イオンの量が
ガラス基地への転移金属イオンの固溶度以上となれば、
添加された転移金属イオンが微細結晶状に析出（precip
itation）されることがある。この析出された微細結晶
状は信号光を散乱させ光損失を増加させる。したがっ
て、添加される転移金属イオンの量はガラス基地への固
溶限界以下に調節する。
【００２４】加えて、転移金属イオン中、光通信用光増
幅装置において望まれる１３１０ｎｍの波長帯の波長を
吸収するエネルギー準位を有するものは、本実施例の目
的と無関係であるから、排除するのが望ましい。加え
て、励起光、例えば、１０１７ｎｍ波長帯の波長を吸収
する転移金属イオンも排除されるのが望ましい。
幅装置において望まれる１３１０ｎｍの波長帯の波長を
吸収するエネルギー準位を有するものは、本実施例の目
的と無関係であるから、排除するのが望ましい。加え
て、励起光、例えば、１０１７ｎｍ波長帯の波長を吸収
する転移金属イオンも排除されるのが望ましい。
【００２５】上記条件を満足する本発明に係る、添加さ
れる転移金属イオンとしては、銅イオン（Ｃｕ+ ）、パ
ラジウムイオン（Ｐｒ4+）または銀イオン（Ａｇ+ ）な
どが挙げられる。さらに好ましくは、Ｃｕ+ イオンを添
加する。このとき、前記Ｃｕ+ イオンは、上記した希土
類系イオン、例えば、Ｐｒ3+イオンの添加されたＧｅ−
Ｇａ−Ｓ系ガラス基地に固溶限界まで添加可能である。
例えば、略０．２モル％以下に前記ガラス基地へ添加さ
れる。このように添加される転移金属イオン、例えば、
Ｃｕ+ イオンは、上記したように、前記Ｐｒ3+イオンの
励起準位の 1Ｇ4 準位と準安定準位の 3Ｈ5 準位との間
のエネルギー差を増大させる。これにより、遷移によっ
て光増幅がなされる光の光利得分布が変化する。すなわ
ち、前記光利得分布の中心が１３１０ｎｍの波長帯へ移
動するようになる。これにより、１３１０ｎｍの波長に
おける光増幅効率を高めることができる。
れる転移金属イオンとしては、銅イオン（Ｃｕ+ ）、パ
ラジウムイオン（Ｐｒ4+）または銀イオン（Ａｇ+ ）な
どが挙げられる。さらに好ましくは、Ｃｕ+ イオンを添
加する。このとき、前記Ｃｕ+ イオンは、上記した希土
類系イオン、例えば、Ｐｒ3+イオンの添加されたＧｅ−
Ｇａ−Ｓ系ガラス基地に固溶限界まで添加可能である。
例えば、略０．２モル％以下に前記ガラス基地へ添加さ
れる。このように添加される転移金属イオン、例えば、
Ｃｕ+ イオンは、上記したように、前記Ｐｒ3+イオンの
励起準位の 1Ｇ4 準位と準安定準位の 3Ｈ5 準位との間
のエネルギー差を増大させる。これにより、遷移によっ
て光増幅がなされる光の光利得分布が変化する。すなわ
ち、前記光利得分布の中心が１３１０ｎｍの波長帯へ移
動するようになる。これにより、１３１０ｎｍの波長に
おける光増幅効率を高めることができる。
【００２６】以下、前述したように本発明に係るガラス
組成物の光増幅効果を以下に開示された実験例に基づい
て詳細に説明する。
組成物の光増幅効果を以下に開示された実験例に基づい
て詳細に説明する。
【００２７】具体的に、以下の方法を利用し本発明に係
るガラス組成物の光学的な特性を測定分析した。さら
に、本発明に係るガラス組成物は以下の如く形成され該
光学的な特性が測定された。しかし、本発明に係るガラ
ス組成物は後述される方法に限られて形成されるもので
はなく、通常のガラス製造技術によって形成可能であ
る。
るガラス組成物の光学的な特性を測定分析した。さら
に、本発明に係るガラス組成物は以下の如く形成され該
光学的な特性が測定された。しかし、本発明に係るガラ
ス組成物は後述される方法に限られて形成されるもので
はなく、通常のガラス製造技術によって形成可能であ
る。
【００２８】本実験例においては、活性剤の添加された
Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地を利用している。例えば、
前記Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地中ガラス化能に優れ、
しかも化学的な耐久性に強いＧｅ25Ｇａ5 Ｓ70ガラス基
地を利用している。活性剤としては希土類系イオンが利
用可能であるが、波長帯域の移動が望まれる代表的な場
合であるＰｒ3+イオンを利用している。このとき、前記
Ｐｒ3+イオンは略２０モル％まで添加可能であるが、光
通信用素子に適するよう略０．１モル％程度添加した。
Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地を利用している。例えば、
前記Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス基地中ガラス化能に優れ、
しかも化学的な耐久性に強いＧｅ25Ｇａ5 Ｓ70ガラス基
地を利用している。活性剤としては希土類系イオンが利
用可能であるが、波長帯域の移動が望まれる代表的な場
合であるＰｒ3+イオンを利用している。このとき、前記
Ｐｒ3+イオンは略２０モル％まで添加可能であるが、光
通信用素子に適するよう略０．１モル％程度添加した。
【００２９】さらに、前記希土類系イオンと共に前記ガ
ラス基地に添加される転移金属イオン、例えばＣｕ+ イ
オンは、前記ガラス基地に対する固溶限界まで添加可能
であるが、略０．２モル％程度まで添加した。このと
き、Ｃｕ+ イオンを０．０５モル％、０．１０モル％及
び０．１５モル％で互いに別々に添加した三つのガラス
組成物試料の光学的な特性と、Ｃｕ+ イオンを添加せ
ず、単にＰｒ3+イオンのみ０．１モル％添加したガラス
組成物の光学的な特性とを比較分析した。
ラス基地に添加される転移金属イオン、例えばＣｕ+ イ
オンは、前記ガラス基地に対する固溶限界まで添加可能
であるが、略０．２モル％程度まで添加した。このと
き、Ｃｕ+ イオンを０．０５モル％、０．１０モル％及
び０．１５モル％で互いに別々に添加した三つのガラス
組成物試料の光学的な特性と、Ｃｕ+ イオンを添加せ
ず、単にＰｒ3+イオンのみ０．１モル％添加したガラス
組成物の光学的な特性とを比較分析した。
【００３０】図２、図３及び図４において■の曲線はＧ
ｅ25Ｇａ5 Ｓ70ガラス基地に０．１モル％のＰｒ3+イオ
ンが添加された場合であり、●の曲線は前記ガラス基地
に０．１モル％のＰｒ3+イオン及び０．０５モル％のＣ
ｕ+ イオンが添加された場合を、▲の曲線はガラス基地
に０．１モル％のＰｒ3+イオン及び０．１モル％のＣｕ
+ イオンが添加された場合、及び▼の曲線はガラス基地
に０．１モル％のＰｒ3+イオン及び０．１５モル％のＣ
ｕ+ イオンが添加された場合を表す。
ｅ25Ｇａ5 Ｓ70ガラス基地に０．１モル％のＰｒ3+イオ
ンが添加された場合であり、●の曲線は前記ガラス基地
に０．１モル％のＰｒ3+イオン及び０．０５モル％のＣ
ｕ+ イオンが添加された場合を、▲の曲線はガラス基地
に０．１モル％のＰｒ3+イオン及び０．１モル％のＣｕ
+ イオンが添加された場合、及び▼の曲線はガラス基地
に０．１モル％のＰｒ3+イオン及び０．１５モル％のＣ
ｕ+ イオンが添加された場合を表す。
【００３１】図２は、ガラス組成物夫々の波長による誘
導放出断面積の測定結果を示す図である。図２の結果か
ら明らかなように、添加されるＣｕ+ イオンの量が増大
するにつれて誘導放出断面積の分布の中心波長が次第に
減少する。したがって、このように前記誘導放出断面積
分布の中心波長が減少することにより、１３１０ｎｍ波
長帯における誘導放出断面積の増大が具現可能なことが
明らかである。
導放出断面積の測定結果を示す図である。図２の結果か
ら明らかなように、添加されるＣｕ+ イオンの量が増大
するにつれて誘導放出断面積の分布の中心波長が次第に
減少する。したがって、このように前記誘導放出断面積
分布の中心波長が減少することにより、１３１０ｎｍ波
長帯における誘導放出断面積の増大が具現可能なことが
明らかである。
【００３２】図３は、ガラス組成物夫々の波長による励
起状態吸収断面積の測定結果を示す図である。図３の結
果から明らかなように、添加されるＣｕ+ イオンの量が
増大しても、励起状態吸収断面積の分布の中心波長はほ
とんど移動しない。したがって、前記添加される転移金
属イオン、すなわち、Ｃｕ+ イオンによる励起状態吸収
が生じないことが明らかである。すなわち、これは、前
記転移金属イオンによって非輻射遷移が増大することは
ないということを意味する。
起状態吸収断面積の測定結果を示す図である。図３の結
果から明らかなように、添加されるＣｕ+ イオンの量が
増大しても、励起状態吸収断面積の分布の中心波長はほ
とんど移動しない。したがって、前記添加される転移金
属イオン、すなわち、Ｃｕ+ イオンによる励起状態吸収
が生じないことが明らかである。すなわち、これは、前
記転移金属イオンによって非輻射遷移が増大することは
ないということを意味する。
【００３３】図４は、ガラス組成物夫々の波長による利
得断面積の計算結果を示す図である。光利得断面積の波
長分布は、図２及び図３の結果から得られる。すなわ
ち、光利得断面積は、前記図２に示された誘導放出断面
積と、図３に示された励起状態吸収断面積との差分によ
り計算される。図４の結果から明らかなように、添加さ
れるＣｕ+ イオンの量が増大することにより、光利得断
面積の最大値が得られる波長が略１３３０ｎｍ波長帯か
ら１３２５ｎｍ波長帯へ下がる。特に、光通信帯域とし
て利用される１３１０ｎｍの波長帯における夫々の光利
得断面積が表１に示してある。
得断面積の計算結果を示す図である。光利得断面積の波
長分布は、図２及び図３の結果から得られる。すなわ
ち、光利得断面積は、前記図２に示された誘導放出断面
積と、図３に示された励起状態吸収断面積との差分によ
り計算される。図４の結果から明らかなように、添加さ
れるＣｕ+ イオンの量が増大することにより、光利得断
面積の最大値が得られる波長が略１３３０ｎｍ波長帯か
ら１３２５ｎｍ波長帯へ下がる。特に、光通信帯域とし
て利用される１３１０ｎｍの波長帯における夫々の光利
得断面積が表１に示してある。
【００３４】
【表１】
【００３５】図４及び表１を参照すれば、光通信帯域と
して利用される１３１０ｎｍ波長帯における夫々の光利
得断面積は、Ｃｕ+ イオンの添加量が増大するにつれて
広くなる向きがある。特に、Ｃｕ+ イオンが０．１５モ
ル％添加された場合には、Ｃｕ+ イオンの添加されてな
い場合に比べ、１３１０ｎｍ波長帯の光利得断面積が略
２５％増大した。
して利用される１３１０ｎｍ波長帯における夫々の光利
得断面積は、Ｃｕ+ イオンの添加量が増大するにつれて
広くなる向きがある。特に、Ｃｕ+ イオンが０．１５モ
ル％添加された場合には、Ｃｕ+ イオンの添加されてな
い場合に比べ、１３１０ｎｍ波長帯の光利得断面積が略
２５％増大した。
【００３６】以上の結果から明らかなように、Ｇｅ−Ｇ
ａ−Ｓ系ガラス基地、添加される転移金属イオン、例え
ば、Ｃｕ+ イオン及び希土類系イオンの活性剤からなる
ガラス組成物は、入射される信号光の光透過損失なしに
光利得分布の中心を略１３２５ｎｍ波長帯まで移動させ
ることができる。これにより、１３１０ｎｍの波長帯に
おける光利得断面積が増大でき、これによる１３１０ｎ
ｍの波長帯における光増幅効率の効果的な向上を図るこ
とができる。
ａ−Ｓ系ガラス基地、添加される転移金属イオン、例え
ば、Ｃｕ+ イオン及び希土類系イオンの活性剤からなる
ガラス組成物は、入射される信号光の光透過損失なしに
光利得分布の中心を略１３２５ｎｍ波長帯まで移動させ
ることができる。これにより、１３１０ｎｍの波長帯に
おける光利得断面積が増大でき、これによる１３１０ｎ
ｍの波長帯における光増幅効率の効果的な向上を図るこ
とができる。
【００３７】図５は、本発明に係るガラス組成物を利用
した光増幅装置を説明するための概略図である。
した光増幅装置を説明するための概略図である。
【００３８】以下、本実施例においては、本発明に係る
ガラス組成物が適用される光学的な装置の実施例として
光通信用光増幅器について説明するが、これに本発明が
限定されることはない。したがって、本発明に係るガラ
ス組成物は、レーザー共振器及び蛍光装置などの光源装
置にも適用可能である。
ガラス組成物が適用される光学的な装置の実施例として
光通信用光増幅器について説明するが、これに本発明が
限定されることはない。したがって、本発明に係るガラ
ス組成物は、レーザー共振器及び蛍光装置などの光源装
置にも適用可能である。
【００３９】具体的に、本発明に係る光増幅器は、信号
光及び励起光を生成し、光繊維５３０へ前記光を供給す
る手段５００、５１０、５２０と、本発明に係るガラス
組成物からなる光繊維５３０及び前記光繊維５３０から
の光が前記光繊維５３０へ照り返されることを防止する
手段５４０を含む。
光及び励起光を生成し、光繊維５３０へ前記光を供給す
る手段５００、５１０、５２０と、本発明に係るガラス
組成物からなる光繊維５３０及び前記光繊維５３０から
の光が前記光繊維５３０へ照り返されることを防止する
手段５４０を含む。
【００４０】このとき、信号光ソース５００から供給さ
れる信号光と、レーザーソース５１０から供給される励
起光、例えば、略１０１７ｎｍ波長帯の波長を有する励
起光とは、分散カップラ５２０において決せられ、かつ
カップリングされ前記光繊維５３０へ供給される。この
とき、分散カップラ５２０において決せられ、かつカッ
プリングされた光の一部は、前記モニター５３５に割り
当てられモニターリングされる。そして、残りの、例え
ば、略９０％の光は前記光繊維５５０へ導入される。ま
た、前記光繊維５３０からの光が前記光繊維５３０へ照
り返されることを防止する手段５４０として、ファラデ
ーアイソレータ（Faraday isolator）を利用する。この
ように、前記光繊維５３０及び前記ファラデーアイソレ
ータを経た光５５０は、略１３１０ｎｍの波長帯を有す
る。
れる信号光と、レーザーソース５１０から供給される励
起光、例えば、略１０１７ｎｍ波長帯の波長を有する励
起光とは、分散カップラ５２０において決せられ、かつ
カップリングされ前記光繊維５３０へ供給される。この
とき、分散カップラ５２０において決せられ、かつカッ
プリングされた光の一部は、前記モニター５３５に割り
当てられモニターリングされる。そして、残りの、例え
ば、略９０％の光は前記光繊維５５０へ導入される。ま
た、前記光繊維５３０からの光が前記光繊維５３０へ照
り返されることを防止する手段５４０として、ファラデ
ーアイソレータ（Faraday isolator）を利用する。この
ように、前記光繊維５３０及び前記ファラデーアイソレ
ータを経た光５５０は、略１３１０ｎｍの波長帯を有す
る。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
希土類系イオンなどの活性剤が添加されたＧｅ−Ｇａ−
Ｓ系ガラス組成物に、Ｃｕ+ イオンなどの転移金属イオ
ンを添加することにより、１３１０ｎｍ波長帯における
光利得断面積を増大させることができる。したがって、
光通信等において利用される１３１０ｎｍ波長帯におけ
る光増幅効率の効果的な向上を図ることができる。
希土類系イオンなどの活性剤が添加されたＧｅ−Ｇａ−
Ｓ系ガラス組成物に、Ｃｕ+ イオンなどの転移金属イオ
ンを添加することにより、１３１０ｎｍ波長帯における
光利得断面積を増大させることができる。したがって、
光通信等において利用される１３１０ｎｍ波長帯におけ
る光増幅効率の効果的な向上を図ることができる。
【００４２】以上、本発明を具体的な実施例を通じて詳
細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、
本発明の技術的な思想内で、かつ当分野における通常の
知識を有した者にとってその変形や改良が可能であるこ
とは自明である。
細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、
本発明の技術的な思想内で、かつ当分野における通常の
知識を有した者にとってその変形や改良が可能であるこ
とは自明である。
【図１】 Ｐｒ3+イオンのエネルギー準位を概略的に示
す図面である。
す図面である。
【図２】 転移金属イオン添加量が別のガラス組成物の
波長による誘導放出断面積を示すグラフである。
波長による誘導放出断面積を示すグラフである。
【図３】 転移金属イオン添加量が別のガラス組成物の
波長による励起状態吸収断面積を示すグラフである。
波長による励起状態吸収断面積を示すグラフである。
【図４】 転移金属イオン添加量が別のガラス組成物の
波長による利得断面積を示すグラフである。
波長による利得断面積を示すグラフである。
【図５】 本発明に係るガラス組成物を光繊維として利
用した光増幅器を説明するための概略図である。
用した光増幅器を説明するための概略図である。
５００、５１０、５２０…光繊維への光供給手段、 ５３０…光繊維、 ５４０…光繊維からの光が光へ照り返されることを防止
する手段
する手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 賢 洙 大韓民国京畿道城南市盆唐區二梅洞111番 地 進興アパート801棟1002號
Claims (18)
- 【請求項１】 ガラス基地と、 前記ガラス基地に添加され、蛍光作用及び光増幅作用を
果たす活性剤と、 前記ガラス基地に添加され、光増幅利得分布を変化させ
る転移金属イオンとを含むことを特徴とするガラス組成
物。 - 【請求項２】 前記ガラス基地は、 Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスであることを特徴とする請求項
１に記載のガラス組成物。 - 【請求項３】 前記活性剤は、 ランタン系希土類イオンであることを特徴とする請求項
１に記載のガラス組成物。 - 【請求項４】 前記ランタン系希土類イオンは、 Ｐｒ3+イオンであることを特徴とする請求項３に記載の
ガラス組成物。 - 【請求項５】 前記転移金属イオンは、 １３１０ｎｍ波長帯を吸収するエネルギー準位を有しな
いことを特徴とする請求項１に記載のガラス組成物。 - 【請求項６】 前記転移金属イオンは、 １０１７ｎｍ波長帯を吸収するエネルギー準位を有しな
いことを特徴とする請求項５に記載のガラス組成物。 - 【請求項７】 前記転移金属イオンは、 Ｐｄ4+イオン、Ａｇ+ イオンまたはＣｕ+ イオンである
ことを特徴とする請求項１に記載のガラス組成物。 - 【請求項８】 前記転移金属イオンは、 前記ガラス基地に０．０１モル％ないし０．２モル％範
囲で含まれることを特徴とする請求項１に記載のガラス
組成物。 - 【請求項９】 信号光及び励起光を生成し光繊維へ供給
する手段と、 ガラス基地と、前記ガラス基地に添加され蛍光作用及び
光増幅作用を果たす活性剤、及び前記ガラス基地に添加
され光増幅利得分布を変化させる転移金属イオンを含む
ガラス組成物からなる光繊維と、 前記光繊維からの光が前記光繊維へ照り返されることを
防止する手段とを含むことを特徴とする光通信用装置。 - 【請求項１０】 前記ガラス基地は、 Ｇｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラスであることを特徴とする請求項
９に記載の光通信用装置。 - 【請求項１１】 前記活性剤は、 ランタン系希土類イオンであることを特徴とする請求項
９に記載の光通信用装置。 - 【請求項１２】 前記ランタン系希土類イオンは、 Ｐｒ3+イオンであることを特徴とする請求項１１に記載
の光通信用装置。 - 【請求項１３】 前記転移金属イオンは、 １３１０ｎｍ波長帯を吸収するエネルギー準位を有しな
いことを特徴とする請求項９に記載の光通信用装置。 - 【請求項１４】 前記転移金属イオンは、 １０１７ｎｍ波長帯を吸収するエネルギー準位を有しな
いことを特徴とする請求項１３に記載の光通信用装置。 - 【請求項１５】 前記転移金属イオンは、 Ｐｄ4+イオン、Ａｇ+ イオンまたはＣｕ+ イオンである
ことを特徴とする請求項９に記載の光通信用装置。 - 【請求項１６】 前記転移金属イオンは、 前記ガラス基地に０．０１モル％ないし０．２モル％範
囲で含まれることを特徴とする請求項９に記載の光通信
用装置。 - 【請求項１７】 前記信号光及び励起光を生成し光繊維
へ供給する手段は、 前記信号光及び励起光を生成するサブ手段と、 前記信号光及び励起光をカップリングするカップラとを
含むことを特徴とする請求項９に記載の光通信用装置。 - 【請求項１８】 前記光が前記光繊維ヘ照り返されるこ
とを防止する手段は、 ファラデーアイソレータを含むことを特徴とする請求項
９に記載の光通信用装置。
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|---|---|---|---|
| KR1019970057995A KR100450323B1 (ko) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | 광증폭용 gegas계 유리 조성물 |
| KR97P57995 | 1997-11-04 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10313216A Expired - Fee Related JP3032187B2 (ja) | 1997-11-04 | 1998-11-04 | 光増幅用特性を有するＧｅ−Ｇａ−Ｓ系ガラス組成物及びこれを用いた光通信用装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3032187B2 (ja) |
| KR (1) | KR100450323B1 (ja) |
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| CA (1) | CA2252722C (ja) |
| FR (1) | FR2770516B1 (ja) |
| GB (1) | GB2330831B (ja) |
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| RU2237029C2 (ru) * | 2002-11-18 | 2004-09-27 | НИИ Российский центр лазерной физики | Халькогенидное стекло |
| US7570055B1 (en) * | 2006-03-21 | 2009-08-04 | The University Of Vermont And State Agricultural College | Molecular identification and electron resonance system and method |
| CN103979792B (zh) * | 2014-04-25 | 2016-01-06 | 宁波大学 | 一种金掺杂的硫系玻璃及其制备方法 |
| CN108101363A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-01 | 宁波大学 | 一种中红外Ge-Ga-La-S硫系玻璃及其制备方法 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4044315A (en) * | 1962-01-16 | 1977-08-23 | American Optical Corporation | Means for producing and amplifying optical energy |
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| US4015217A (en) * | 1961-10-27 | 1977-03-29 | American Optical Corporation | Means for producing and amplifying optical energy |
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