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JPH0450137A - Functional multi-component glass, optical fiber and fiber amplifier - Google Patents

Functional multi-component glass, optical fiber and fiber amplifier

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Publication number
JPH0450137A
JPH0450137A JP2161784A JP16178490A JPH0450137A JP H0450137 A JPH0450137 A JP H0450137A JP 2161784 A JP2161784 A JP 2161784A JP 16178490 A JP16178490 A JP 16178490A JP H0450137 A JPH0450137 A JP H0450137A
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JP
Japan
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glass
fiber
optical
optical fiber
wavelength
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Application number
JP2161784A
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Japanese (ja)
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JP3036788B2 (en
Inventor
Yoshiki Chigusa
佳樹 千種
Masashi Onishi
正志 大西
Shigeru Hirai
茂 平井
Minoru Watanabe
稔 渡辺
Koji Nakazato
浩二 中里
Yoshiaki Miyajima
宮島 義昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/32Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/041Non-oxide glass compositions
    • C03C13/042Fluoride glass compositions

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、弗化物を主成分とする機能性多成分ガラスに
関するもので、例えば1.3μm帯光増幅に使用される
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a functional multi-component glass containing fluoride as a main component, and is used, for example, for optical amplification in the 1.3 μm band.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

希土類元素を添加した機能性多成分ガラスは、一般に1
.310±0.025μmの範囲で行われる1、3μm
帯の光通信に使用する先ファイバ増幅器、光ファイバセ
ンサ等への応用が考えられている。
Functional multi-component glasses doped with rare earth elements generally contain 1
.. 1,3μm carried out in the range of 310±0.025μm
Applications are being considered for optical fiber amplifiers, optical fiber sensors, etc. used in optical communications.

例えば、このような機能性多成分ガラスとして、酸化物
系多成分ガラスをホストガラスとし、これにネオジムイ
オン(N d ””)を活性物質として添加したものが
既に知られている。具体的には、ホストガラスである燐
酸塩ガラスにNd3+を添加したガラスを準備し、この
ガラスから形成した光ファイバの光増幅特性について評
価した旨の報告がなされているにューガラスフォーラム
、°90年1月発表)。この報告では、光ファイバの特
性に関して、蛍光ピーク波長1.323μm % E 
SA (excited 5tate absorpu
Non )ピーク波長1.310μm1増幅ピーク波長
1.360μmという結果か得られたことが示されてい
る。
For example, as such a functional multi-component glass, one in which an oxide-based multi-component glass is used as a host glass and neodymium ions (N d "") are added as an active substance is already known. Specifically, New Glass Forum, ° (Announced in January 1990). In this report, regarding the characteristics of optical fiber, the fluorescence peak wavelength is 1.323 μm % E
SA (excited 5tate absorption)
It is shown that results were obtained with a peak wavelength of 1.310 μm and an amplification peak wavelength of 1.360 μm.

更に、弗化物系多成分ガラスをホストガラスとし、Nd
3+を活性物質として11000pp添加したファイバ
の光増幅特性に関する報告(OFC90Po5t De
adline Paper” )もなされている。この
報告では、波長約1.33μmに増幅ピークを有するZ
r−Ba−La−AI−Fガラスが報告されており、蛍
光ビーク波長を1.32μmと評価している。
Furthermore, a fluoride-based multicomponent glass is used as a host glass, and Nd
Report on the optical amplification characteristics of a fiber doped with 11,000 pp of 3+ as an active substance (OFC90Po5t De
adline Paper”) has also been made. In this report, Z
r-Ba-La-AI-F glass has been reported, and the fluorescence peak wavelength is estimated to be 1.32 μm.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、前者の報告に示される酸化物系の多成分ガラス
では、蛍光ピークが1.323μmであっても、ESA
遷移による吸収ピークがちょうど1.310μmに存在
するため、増幅ピーク波長が長波長側にシフトしてしま
うのみならず、1.3μm帯で利得が得られない。
However, in the oxide-based multicomponent glass shown in the former report, even though the fluorescence peak is 1.323 μm, the ESA
Since the absorption peak due to the transition exists exactly at 1.310 μm, not only does the amplification peak wavelength shift to the longer wavelength side, but also no gain can be obtained in the 1.3 μm band.

同様に、後者の報告に示される弗化物系の多成分ガラス
でも、増幅ピーク波長が長波長側にシフトしてしまい、
1.3μm帯で十分な利得が得られない。
Similarly, in the case of the fluoride-based multi-component glass shown in the latter report, the amplification peak wavelength shifts to the longer wavelength side.
Sufficient gain cannot be obtained in the 1.3 μm band.

そこで、上述の事情に鑑み、本発明は、1,3μm帯で
光増幅を可能にする機能性多成分ガラスを提供すること
を目的としている。
Therefore, in view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide a functional multi-component glass that enables optical amplification in the 1.3 μm band.

また、本発明は、上記機能性多成分ガラスを用いた光フ
ァイバを提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide an optical fiber using the above functional multi-component glass.

更に、本発明は、上記光ファイバを用いたファイバ増幅
器を提供することを目的とする。
A further object of the present invention is to provide a fiber amplifier using the above optical fiber.

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者は上記
課題の解決のため、鋭意研究を重ねた結果、弗化物を主
成分とするホストガラスにNd”+を活性物質として添
加した機能性多成分ガラスであって、1.3μm帯での
光増幅を可能にするガラスを見出した。
[Means and effects for solving the problem] In order to solve the above problem, the present inventor has conducted intensive research and has developed a functional product in which Nd''+ is added as an active substance to a host glass mainly composed of fluoride. We have discovered a multi-component glass that enables optical amplification in the 1.3 μm band.

この弗化物を主成分とする機能性多成分ガラスにあって
は、Nd以外のランタノイド元素の弗化物の濃度を3m
ol%以上であってガラス形性能を劣化させない程度の
量としている。このようなランタノイド元素としては、
La、、Er、Yb。
In this functional multi-component glass containing fluoride as the main component, the concentration of fluoride of lanthanide elements other than Nd is 3 m
The amount is set to be at least 0.1 ol % and to an extent that does not deteriorate the glass shape performance. As such lanthanide elements,
La,,Er,Yb.

HoSPm55m5Eu等を使用することができる。ま
た、これらのランタノイド元素の弗化物は、その一部を
酸化物に置き換えてもよい。ホストガラス(マトリック
スガラス)となる多成分ガラスの成分としては、ジルコ
ニウム、バリウム、アルカリ等の各種弗化物の使用が可
能である。また、補助的に珪素、アルミニウム、アルカ
リ等の酸化物を加えてもよい。
HoSPm55m5Eu etc. can be used. Further, a part of the fluoride of these lanthanoid elements may be replaced with an oxide. Various fluorides such as zirconium, barium, and alkali can be used as components of the multicomponent glass serving as the host glass (matrix glass). Further, oxides of silicon, aluminum, alkali, etc. may be added as an auxiliary agent.

本発明の機能性多成分ガラスによれば、Nd以外のラン
タノイド元素の弗化物の濃度を3mol%以上であって
ガラス形性能を劣化させない程度の量までの範囲で変化
させることにより、Nd3+の1,3μm近傍の蛍光ス
ペクトル及びESAスペクトルについて、そのピーク波
長のシフト又は強度の増減を起こさせることができる。
According to the functional multi-component glass of the present invention, by changing the concentration of fluoride of a lanthanoid element other than Nd within a range of 3 mol% or more and an amount that does not deteriorate the glass form performance, 1 of Nd3+ , the peak wavelength of the fluorescence spectrum and the ESA spectrum near 3 μm can be shifted or the intensity can be increased or decreased.

この結果、1.3μm帯での光増幅に適したガラスを得
ることが、後述のように判明した。
As a result, it was found that a glass suitable for optical amplification in the 1.3 μm band could be obtained, as described below.

上記の現象に関し、本発明者は次のような仮説を立てて
検討した。即ち、Nd3+の1.3μm近傍の蛍光スペ
クトル及びESAスペクトルのこの様な変化は、N d
 ””(7)受ける静電場等の配位子場の変化に起因す
るものと考えることが可能である。
Regarding the above phenomenon, the present inventor formulated and studied the following hypothesis. That is, such changes in the fluorescence spectrum and ESA spectrum near 1.3 μm of Nd3+
``'' (7) It is possible to consider that this is caused by a change in the ligand field such as the electrostatic field that is received.

つまり、ホストガラスの一部を構成するNd以外のラン
タノイド元素の弗化物の濃度の変化の影響を受けて、N
 d ”0’:)配位子場の対称性、周囲弗素との共有
結合性等が変化するものと考えられる。
In other words, N
d"0':) It is thought that the symmetry of the ligand field, covalent bonding with surrounding fluorine, etc. change.

この結果、N d 3〜オンのエネルギー準位が変動し
、或いは、その縮退が解け、Nd3+イオンの輻射・吸
収の遷移確率が変化し、更には、その輻射・吸収のピー
ク波長がシフトするものと考えられる。
As a result, the energy level of Nd3-on changes or its degeneracy is resolved, the transition probability of radiation/absorption of Nd3+ ions changes, and furthermore, the peak wavelength of the radiation/absorption shifts. it is conceivable that.

以上のことは一つの仮説であるが、本発明者は、後に述
べる実施例及びこれに対する検討に基づき、この現象を
利用し又は制御して、Nd3+添加の機能性多成分ガラ
スの1,3μm帯での増幅特性の向上を図ることとした
のである。以下、第6図及び第7図に基づいて、このよ
うな現象の利用について説明する。
The above is a hypothesis, but based on the examples and studies described later, the present inventors utilized or controlled this phenomenon to create a 1.3 μm band of Nd3+-doped functional multi-component glass. The aim was to improve the amplification characteristics. Hereinafter, the use of such a phenomenon will be explained based on FIGS. 6 and 7.

第6図は、比較用のガラス試料に添加されたNd3+O
工ネルギー準位を示した図である。
Figure 6 shows Nd3+O added to a glass sample for comparison.
FIG. 3 is a diagram showing the energy level.

比較用のガラス試料としては、Nd3+をドープしたZ
r−Ba−La−AI−Na−Fガラスのファイバを用
いた。図示のエネルギー準位は、このファイバを自記分
光光度計及び光スペクトルアナライザを用いて測定する
ことにより算出されたものである。この内の代表的な遷
移について説明する。約0.80μmの励起光により、
基底準位れ、フォノンを放出した後準位 F  に遷移
す3/2 る。このようなポンピングにより、準位4F3/2 と 1  との間に反転分布が形成されると、波13/
2 長1.32μmをピークとした発光が可能になる。
As a comparative glass sample, Nd3+ doped Z
An r-Ba-La-AI-Na-F glass fiber was used. The illustrated energy levels were calculated by measuring this fiber using a self-recording spectrophotometer and an optical spectrum analyzer. Typical transitions among these will be explained. With excitation light of approximately 0.80 μm,
After emitting a phonon, it transitions to the ground level F. When a population inversion is formed between the levels 4F3/2 and 1 due to such pumping, the wave 13/
2 Emission of light with a peak length of 1.32 μm becomes possible.

1.31μmの光を吸収し、準位 G  に励起7/2 される可能性もある。このため、このようなガラスでは
電子が準位 F  にポンピングされても、3/2 波長1.32μmで効率よく発光させることができなく
なってしまう。このためレーザ利得も1.31μm帯で
は得られないこととなってしまつ0 比較用ガラス試料のこのような利得喪失を模式的に示し
たのが第7図(a)である。
There is also a possibility that it absorbs light of 1.31 μm and is excited to the G level 7/2. Therefore, in such a glass, even if electrons are pumped to the level F, it is no longer possible to efficiently emit light at a 3/2 wavelength of 1.32 μm. Therefore, laser gain cannot be obtained in the 1.31 μm band. FIG. 7(a) schematically shows such gain loss in the comparison glass sample.

水平線の上側の点線1aは準位 F  から準3/2 し、水平線の下側の点線2aは準位 F  から3/2 準位 G  への遷移による吸光スペクトルに対7/2 応する。これらスペクトルのピークは、それぞれ波長1
.32μmと波長1.31μmとに存在する。これらの
強度が等しいと仮定して、平均値を求めると、実線3a
か与えられる。この実線3aはこのガラスの光増幅の利
得の波長依存性に対応するものと考えられる。このよう
なモデルによって、1.3μmで利得が得られない事が
説明され、これより長波長側である程度の利得が得られ
ることが説明される。
The dotted line 1a above the horizontal line corresponds to the quasi 3/2 level from the level F, and the dotted line 2a below the horizontal line corresponds to the absorption spectrum due to the transition from the level F to the 3/2 level G. The peaks of these spectra each have a wavelength of 1
.. It exists at a wavelength of 32 μm and a wavelength of 1.31 μm. Assuming that these intensities are equal and calculating the average value, the solid line 3a
or given. This solid line 3a is considered to correspond to the wavelength dependence of the optical amplification gain of this glass. Such a model explains why no gain is obtained at 1.3 μm, and explains why a certain amount of gain can be obtained at wavelengths longer than this.

本発明者はこのような仮定から、逆にN d ””(7
)吸・発光のスペクトルを制御することにより、波長1
.3μm帯での光増幅を十分な利得を有するものにでき
るのではないかと考えた。ここで、例えばホストガラス
を構成するNd以外のランタノイド元素の弗化物の濃度
を変化させることで、N d 3”+7)周囲の配位子
基を変化させることになり、この配位子基の中にあるN
d3+のエネルギー準位も相対的に変化させることにな
り、この結果、Nd3+の吸・発光のスペクトルの特性
を変化させることが可能になるものと考えられる。
Based on this assumption, the inventor conversely calculated that N d "" (7
) By controlling the absorption and emission spectra, wavelength 1
.. We thought that it might be possible to achieve sufficient gain for optical amplification in the 3 μm band. Here, for example, by changing the concentration of fluoride of a lanthanide element other than Nd that constitutes the host glass, the surrounding ligand group of N d 3"+7) can be changed, and the N inside
It is thought that the energy level of d3+ is also relatively changed, and as a result, it becomes possible to change the absorption/emission spectrum characteristics of Nd3+.

第7図(b)〜(f)により、このような着想について
説明する。
This idea will be explained with reference to FIGS. 7(b) to 7(f).

第7図(a)の吸・発光スペクトルに対し、そのピーク
波長のみをシフトさせて1.3μm帯での利得を得る方
法を示したのが第7図(b)、(c)である。第7図(
b)は、吸光スペクトル2bのみを長波長側にシフトさ
せ、吸・発光のスペクトル1b、2bの和として与えら
れる実線3bに対応する利得特性のピークを1,31μ
mにシフトさせようというものである。第7図(C)は
、吸・発光スペクトルIC12Cともに短波長側にシフ
トさせ、吸・発光のスペクトルIC%2cの和として与
えられる実u 3 cに対応する利得特性のピークを1
.31μmにシフトさせようというものである。
FIGS. 7(b) and 7(c) show a method for obtaining a gain in the 1.3 μm band by shifting only the peak wavelength of the absorption/emission spectrum shown in FIG. 7(a). Figure 7 (
In b), only the absorption spectrum 2b is shifted to the longer wavelength side, and the peak of the gain characteristic corresponding to the solid line 3b given as the sum of absorption and emission spectra 1b and 2b is shifted to 1.31μ.
The idea is to shift it to m. FIG. 7(C) shows that both the absorption and emission spectra IC12C are shifted to the short wavelength side, and the peak of the gain characteristic corresponding to the real u 3 c given as the sum of the absorption and emission spectra IC%2c is 1.
.. The idea is to shift it to 31 μm.

第7図(a)の吸・発光スペクトルに対し、そのピーク
強度を変化させて1.3μm帯での利得を得る方法を示
したのが第7図(d)〜(f)である。第7図(d)は
、吸・発光スペクトルld。
FIGS. 7(d) to (f) show a method of obtaining a gain in the 1.3 μm band by changing the peak intensity of the absorption/emission spectrum shown in FIG. 7(a). FIG. 7(d) shows absorption and emission spectra ld.

2dのピーク波長自体を変化させず、吸収・発光スペク
トルld、2dの相対強度のみを変化させたものである
。これにより、吸・発光のスペクトルld、2dの和と
して与えられる実線3dに対応する利得特性のピーク波
長はほとんど変化しないものの、波長1,31μmでも
利得か得られる。
The peak wavelength of 2d itself is not changed, but only the relative intensities of the absorption/emission spectra ld and 2d are changed. As a result, although the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3d given as the sum of the absorption and emission spectra ld and 2d hardly changes, a gain can be obtained even at a wavelength of 1.31 μm.

第7図(e)は、吸・発光スペクトルle、2eのピー
ク波長を短波長側に移動させ、それらの相対強度を変化
させたものである。これにより、吸・発光のスペクトル
1 es 2 eの和として与えられる実線3eに対応
する利得特性のピーク波長は短波長側にシフトし、全体
の利得も増大し、1.31μmで大きな利得が得られる
。第7図(f)は、吸・発光スペクトルif、2fのピ
ーク波長を長波長側に移動させ、それらの相対強度を大
きく変化させたものである。これにより、吸・発光のス
ペクトルif、2fの和として与えられる実線3fに対
応する利得特性のピーク波長は長波長側にシフトするこ
ととなるが、全体の利得が増大するため、1.31μm
でも利得が得られる。
In FIG. 7(e), the peak wavelengths of absorption and emission spectra le and 2e are shifted to the shorter wavelength side, and their relative intensities are changed. As a result, the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3e given as the sum of absorption and emission spectra 1 es 2 e shifts to the shorter wavelength side, and the overall gain also increases, and a large gain is obtained at 1.31 μm. It will be done. In FIG. 7(f), the peak wavelengths of the absorption and emission spectra if and 2f are moved to the longer wavelength side, and their relative intensities are greatly changed. As a result, the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3f given as the sum of the absorption and emission spectra if and 2f shifts to the long wavelength side, but the overall gain increases by 1.31 μm.
But there are gains.

ホストガラスの一部を構成するNaF又はAlF3の濃
度を所定範囲で変化させることにより、第7図(b)〜
(f)の現象のいずれが生じているかは不明である。以
下の実施例で得た増幅ピーク特性からは、主に第7図(
C)若しくは(e)の現象が生じているものと考えられ
るが、複合した現象が生じている可能性もある。
By changing the concentration of NaF or AlF3 constituting a part of the host glass within a predetermined range,
It is unclear which of the phenomena (f) is occurring. From the amplification peak characteristics obtained in the following examples, mainly Fig. 7 (
It is thought that the phenomenon of C) or (e) is occurring, but there is also a possibility that a combination of phenomena is occurring.

配位子場内な考察からこのような吸・発光スペクトルの
変動現象を説明すると、ホストガラスの一部を構成する
Nd以外のランタノイド元素の弗化物の濃度を変化させ
ることにより、Nd”+の周囲のイオンか一部Ndイオ
ンに置換され、Nd3+の配位子基が大きく変化するも
のと考えることができる。また、Nd以外のランタノイ
ド元素の弗化物の濃度を変化させることにより、N d
 ”0’:)周囲の原子の配置構造等に間接的な変化が
生じることも考えうる。この様な構造の変化かNd以外
のランタノイド元素の弗化物の添加量に応じて蓄積され
、ホストガラスの形成する配位子基は非対称性を増減さ
せられ、或いはNd−F結合の共有性3+4 に変化が生じ、Nd  自体のの F3/2準位及びは
複合的であると考えられ、そのメカニズムの詳細は不明
であるが、いずれにせよ本発明者の実験・検討によれば
、Nd以外のランタノイド元素の弗化物の濃度を3mo
l%以上であってガラス形性能を劣化させない程度の量
とすることにより、Nd3+の吸・発光スペクトルを変
動させることができ、ホストガラスを構成する他の成分
とN d ”との濃度に合わせてNd以外のランタノイ
ド元素の弗化物の濃度を選択することにより、波長1.
3μm帯での光増幅を可能にする有望なガラスが得られ
ることがわかった。
To explain the fluctuation phenomenon of absorption and emission spectra from considerations within the ligand field, by changing the concentration of fluoride of lanthanide elements other than Nd, which constitute a part of the host glass, It can be considered that some of the ions of Nd are replaced by Nd ions, and the ligand group of Nd3+ changes greatly.Also, by changing the concentration of fluoride of lanthanoid elements other than Nd, Nd
"0":) It is also possible that an indirect change occurs in the arrangement structure of surrounding atoms.This change in structure may be caused by accumulation depending on the amount of fluoride of lanthanide elements other than Nd, and the formation of the host glass. The asymmetry of the ligand group formed by Nd is increased or decreased, or the covalentity 3+4 of the Nd-F bond is changed, and the F3/2 level of Nd itself is thought to be complex, and the mechanism is Although the details of
By setting the amount to be 1% or more and not deteriorating the glass form performance, the absorption and emission spectra of Nd3+ can be varied, and the absorption and emission spectra of Nd3+ can be varied to match the concentration of Nd'' and other components constituting the host glass. By selecting the concentration of fluoride of a lanthanoid element other than Nd, wavelength 1.
It was found that a promising glass capable of optical amplification in the 3 μm band could be obtained.

上記の機能性多成分ガラスは光伝送路用の素材として用
いられ、例えば平面導波路等に形成しても良いが、上記
の機能性多成分ガラスからなるコアと、該コアを取り囲
み該コアより低い屈折率を有するクラッドと、を備えた
光ファイバを作製することが、長尺の光伝送路を得る上
では望ましい。
The above-mentioned functional multi-component glass is used as a material for optical transmission paths, and may be formed into, for example, a planar waveguide. In order to obtain a long optical transmission line, it is desirable to produce an optical fiber equipped with a cladding having a low refractive index.

上記光ファイバは、具体的には下記のようにして作製さ
れる。まず、Nd3+添加の機能性多成分ガラスをコア
とするプリフォームをロッドインチューブ法等により準
備する。次に、準備したプリフォームを第3図のような
線引き装置にセットし、先ファイバに線引きする。第3
図に示すように、プリフォーム11は送り装置12に固
定されて徐々に降下する。このとき、プリフォーム11
はヒータ13で加熱され、軟化して線引きが開始される
。線引きされたファイバ10は、キャプスタン14を経
由して、巻取ドラム15に巻き取られる。
Specifically, the above optical fiber is manufactured as follows. First, a preform having a core of functional multicomponent glass doped with Nd3+ is prepared by a rod-in-tube method or the like. Next, the prepared preform is set in a drawing device as shown in FIG. 3, and drawn into a final fiber. Third
As shown in the figure, the preform 11 is fixed to a feeding device 12 and gradually lowers. At this time, preform 11
is heated by the heater 13, softens, and starts drawing. The drawn fiber 10 is wound onto a winding drum 15 via a capstan 14.

こうして得られた光ファイバ10を拡大して示したのが
第4図である。光ファイバ10は、Nd3+を添加した
コア10aと、コア10aよりも相対的に屈折率が低く
Nd3+が添加されていないクラッド層10bとを備え
ている。
FIG. 4 shows an enlarged view of the optical fiber 10 thus obtained. The optical fiber 10 includes a core 10a doped with Nd3+ and a cladding layer 10b having a relatively lower refractive index than the core 10a and not doped with Nd3+.

上記のような機能性多成分ガラスをコアとした光ファイ
バによれば、ファイバレーザ、ファイバ増幅器、ファイ
バ検出器等への応用が可能になる。
An optical fiber having a core made of functional multi-component glass as described above can be applied to fiber lasers, fiber amplifiers, fiber detectors, etc.

即ち、弗化物を主成分とするコアガラス中のNd以外の
ランタノイド元素の弗化物の濃度を3mol%以上であ
ってガラス形性能を劣化させない程度の量としているた
め、1.31帯でも光増幅利得が得られる。更には、コ
アに光が効率的に閉じ込められ、かつ、閉じ込められた
光の損失が極めて低いこととから、低閾値で反転分布を
形成することができる。したがって、高利得の光増幅装
置等への応用が可能になる。
That is, since the concentration of fluoride of lanthanoid elements other than Nd in the core glass mainly composed of fluoride is set to 3 mol% or more, which is an amount that does not deteriorate the glass form performance, optical amplification is possible even in the 1.31 band. gain is obtained. Furthermore, since light is efficiently confined in the core and the loss of the confined light is extremely low, population inversion can be formed with a low threshold value. Therefore, application to high gain optical amplification devices and the like becomes possible.

更に、上記の光ファイバ10は、一つの応用例として1
.3μm帯のファイバ増幅器に使用することができる。
Furthermore, the optical fiber 10 described above can be used in one application example.
.. It can be used for 3 μm band fiber amplifiers.

第5図に示すように、ファイバ増幅器は1.3μmμm
−ザの導波路となる光ファイバ30と、0.8μm帯の
励起光を発生するレーザ光源32と、信号光を励起光に
よって増幅するため、その励起光をレーザ光源から光フ
ァイバ内に入射させる光学手段33とを備える。レーザ
光源32からの励起光は、光学手段33であるファイバ
カプラ等により、信号光源31からの信号光と結合され
る。結合された信号光及び励起光は、ファイバ30内に
コネクタ等を介して導入される。
As shown in Figure 5, the fiber amplifier has a diameter of 1.3μmμm.
- an optical fiber 30 that serves as a waveguide for the laser, a laser light source 32 that generates excitation light in the 0.8 μm band, and in order to amplify the signal light with the excitation light, the excitation light is input from the laser light source into the optical fiber. and optical means 33. The excitation light from the laser light source 32 is combined with the signal light from the signal light source 31 by an optical means 33 such as a fiber coupler. The combined signal light and excitation light are introduced into the fiber 30 via a connector or the like.

因みに、光ファイバ30の出力側に設けられた0、8μ
mフィルタ36は、励起光をカットするためのものであ
り、光スペクトラムアナライザ35は、増幅された信号
光を測定するための装置である。マツチングオイル37
は、融着延伸により形成されたファイバカブラ33から
の戻り光を防止するためのものである。
Incidentally, the 0.8μ provided on the output side of the optical fiber 30
The m filter 36 is for cutting the excitation light, and the optical spectrum analyzer 35 is a device for measuring the amplified signal light. Matching oil 37
is for preventing return light from the fiber coupler 33 formed by fusion drawing.

上記のような光ファイバと、レーザ光源及び光学手段と
を備えた1、3μm帯のファイバ増幅器によれば、光学
手段によりファイバ内に導入された0、8μmのレーザ
光によってNd3+が励起される。この励起されたNd
”+は、これと同時に光ファイバ内に導入された1、3
μm帯の信号光等に誘導されて、レーザ光を発生し、波
長1.3μm帯での光増幅が可能になる。
According to a 1.3 .mu.m band fiber amplifier including an optical fiber as described above, a laser light source, and an optical means, Nd3+ is excited by a 0.8 .mu.m laser beam introduced into the fiber by the optical means. This excited Nd
”+ means 1, 3 introduced into the optical fiber at the same time.
It generates laser light by being guided by signal light in the .mu.m band, making it possible to amplify light in the 1.3 .mu.m wavelength band.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.

まず、ホストガラスの原料としてZ r F a、Ba
F  、LaF  5ErF  5AIF3及びNaF
を用意し、それぞれを各種の組成比となるように調合す
る。これに希土類元素Ndの弗化物であるNdF3を所
定量添加し、雰囲気を制御して白金ルツボ中で溶融させ
る。溶融した原料は、十分な混合が完了した後に、ガラ
ス化する。ガラス化したこれらの試料は、その組成比に
応じて試料A1、A2、B1、B2、C1、C2、Dl
及びB2と命名した。これらの試料A1〜D2の組成と
別に作製された比較試料の組成とを第1図に示す。
First, as raw materials for host glass, Z r F a, Ba
F, LaF 5ErF 5AIF3 and NaF
are prepared and mixed in various composition ratios. A predetermined amount of NdF3, which is a fluoride of the rare earth element Nd, is added to this, and the atmosphere is controlled to melt it in a platinum crucible. The molten raw materials are vitrified after sufficient mixing is completed. These vitrified samples are classified into samples A1, A2, B1, B2, C1, C2, and Dl according to their composition ratios.
and B2. The compositions of these samples A1 to D2 and the composition of a separately prepared comparative sample are shown in FIG.

このガラス試料の光増幅特性を評価するため、下記のよ
うにしてファイバを作製した。マス、上記の組成のガラ
スを棒状に成形し、コア用のガラスロッドとする。次に
、このガラスロッドと組成がほぼ等しく、屈折率がわず
かに低いガラスを溶融・成形し、クラッドバイブとする
。クラッドバ3+ イブのガラスにはNd  を添加していない。これらの
コアロッド及びクラッドバイブはロッドインチューブ法
によりプリフォームに形成され、第3図の装置によって
線引きすることでコア径6μmで外径125μmの3M
ファイバが得られた。この3Mファイバは、測定のため
10mの長さのファイバ試料に切り出した。
In order to evaluate the optical amplification characteristics of this glass sample, a fiber was fabricated as follows. A glass rod having the above composition is formed into a rod shape to form a glass rod for the core. Next, a glass having approximately the same composition as this glass rod and a slightly lower refractive index is melted and molded to form a clad vibe. Cladva 3+ Eve glass does not contain Nd. These core rods and clad vibes are formed into preforms using the rod-in-tube method, and drawn using the apparatus shown in Figure 3 to form 3M wires with a core diameter of 6 μm and an outer diameter of 125 μm.
fiber was obtained. This 3M fiber was cut into 10 m long fiber samples for measurement.

このようなファイバ試料の特性の評価は、蛍光ピーク波
長、ESAピーク波長、増幅ピーク波長及び1.310
μmでのゲインを対象として、第5図のファイバ増幅器
等によって行った。結果は第2図の表に示す。
Evaluation of the characteristics of such a fiber sample is based on the fluorescence peak wavelength, ESA peak wavelength, amplification peak wavelength, and 1.310
A fiber amplifier shown in FIG. 5 was used to measure the gain in μm. The results are shown in the table in Figure 2.

増幅ピーク及びゲインは、ファイバ増幅器の信号光源3
1及びレーザ光源32をオンとして、光スペクトラムア
ナライザ35でファイバ試料の蛍光を測定することによ
り得られた。ただし、第2図の表に示したゲインは1.
31μmにおけるものである。レーザ光源32としては
、励起波長が0.78.czmで、励起出力が10mW
のTi−サファイアレーザ(アルゴン励起)を用いた。
The amplification peak and gain are determined by the signal light source 3 of the fiber amplifier.
1 and the laser light source 32 were turned on, and the fluorescence of the fiber sample was measured with the optical spectrum analyzer 35. However, the gain shown in the table of FIG. 2 is 1.
This is at 31 μm. The laser light source 32 has an excitation wavelength of 0.78. czm, excitation output is 10mW
A Ti-sapphire laser (argon excitation) was used.

入力信号の強度は、−30dBmとし、ピーク波長を1
.310μmとした。ESAピーク波長は自記分光光度
計でファイバ試料の吸収波長を求め、エネルギー波長を
割り出すことにより求めた。蛍光ピーク波長は信号光の
入力をオフとして、増幅ピークと同様に光スペクトラム
アナライザ35を用いて測定することにより求めた。
The input signal strength is -30 dBm, and the peak wavelength is 1
.. It was set to 310 μm. The ESA peak wavelength was determined by determining the absorption wavelength of the fiber sample using a self-recording spectrophotometer and determining the energy wavelength. The fluorescence peak wavelength was determined by turning off the input of the signal light and measuring it using the optical spectrum analyzer 35 in the same way as the amplification peak.

1.3μm帯でのゲインに注目すると、LaF3の濃度
が3〜15mo1%の範囲、又はErF3の濃度か3〜
15mo 1%の範囲では、所定値以上の利得が得られ
ることがわかる。また、この範囲では、増幅ピークが1
.310±0.015μmの範囲に収まる。この場合、
LaF3若しくはE r F 3の濃度に応して、蛍光
ピーり、ESAピーク及び増幅ピークは漸次短波長側に
移動して行く。
Focusing on the gain in the 1.3 μm band, the concentration of LaF3 is in the range of 3 to 15 mo1%, or the concentration of ErF3 is in the range of 3 to 15 mo1%.
It can be seen that in the range of 15mo 1%, a gain greater than a predetermined value can be obtained. Also, in this range, the amplification peak is 1
.. It falls within the range of 310±0.015 μm. in this case,
Depending on the concentration of LaF3 or E r F3, the fluorescence peak, ESA peak, and amplification peak gradually move toward shorter wavelengths.

尚、L a F 3及びErF3の濃度が3 m o 
1%以下では顕著な効果が得られない。L a F 3
及びE r F sの濃度が低いため、配位子基に効果
的な変化を生しさせることができないものと考えられる
。他方、L a F aの濃度が15mo1%を越える
とガラスは結晶化してしまう。また、E r F aの
濃度が15mo1%を越えてもガラスは結晶化してしま
う。ただし、このような結晶化はガラス組成の改良、冷
却法の改良等によりある程度改善されるものと考えられ
る。
In addition, the concentration of L a F 3 and ErF 3 is 3 m o
If it is less than 1%, no significant effect can be obtained. L a F 3
It is believed that the low concentrations of E r F s and E r F s are unable to cause effective changes in the ligand groups. On the other hand, if the concentration of L a F a exceeds 15 mo1%, the glass will crystallize. Further, even if the concentration of E r Fa exceeds 15 mo1%, the glass will crystallize. However, it is thought that such crystallization can be improved to some extent by improving the glass composition, improving the cooling method, etc.

すでに述べたように、LaF  及びE r F 3の
濃度が増大すると、次第に増幅ピークが短波長側に移動
することか観察される。これは、Nd3+の周辺に配置
され大きな半径を有するLaイオン又はErイオンの量
が増大し、Nd3+の配位子基等に及はすこれらLa、
Erイオンの影響が増大し、大きな波長シフトが生じる
ものと考えられる。
As already mentioned, it is observed that as the concentration of LaF and E r F 3 increases, the amplification peak gradually shifts to the shorter wavelength side. This is because the amount of La ions or Er ions that are arranged around Nd3+ and have a large radius increases, and these La ions, which affect the ligand groups of Nd3+,
It is thought that the influence of Er ions increases and a large wavelength shift occurs.

本発明に係る光ファイバは、例えばファイバレーザ等の
装置にも応用することができる。
The optical fiber according to the present invention can also be applied to devices such as fiber lasers, for example.

具体的には、ファイバレーザを、上記光ファイバと、レ
ーザ光源と、光学手段と、光共振器とを備えるように構
成する。ここに、レーザ光源は波長0.8μm帯の励起
光を発生する。また、光学手段は励起光をレーザ光源か
ら光ファイバ内に入射させる。さらに、光共振器は光フ
ァイバ内からの波長1.3μm帯の放射光を光ファイバ
にフィードバックする。
Specifically, the fiber laser is configured to include the above-mentioned optical fiber, a laser light source, optical means, and an optical resonator. Here, the laser light source generates excitation light with a wavelength band of 0.8 μm. The optical means also causes excitation light to enter the optical fiber from the laser light source. Further, the optical resonator feeds back the 1.3 μm wavelength band emitted light from within the optical fiber to the optical fiber.

上記のようなファイバレーザによれば、光学手段により
ファイバ内に導入された波長0.8μm帯のレーザ光に
よってNd3+か励起される。この励起されたNd”(
r)一部は、光ファイバ内からの波長1.3μm帯の放
出光と、光りファイバ内にフィードバックされた波長1
.3μm帯の光とによって誘導され、波長1゜3μm帯
の放出光を発生する。これを繰り返すことにより、波長
1.3μm帯でのレーザ発光が可能になる。
According to the above-described fiber laser, Nd3+ is excited by the laser light in the wavelength band of 0.8 μm introduced into the fiber by optical means. This excited Nd” (
r) Part of the light is emitted from within the optical fiber in the wavelength band of 1.3 μm and the wavelength 1 that is fed back into the optical fiber.
.. It is guided by light in the 3 μm band and generates emitted light with a wavelength of 1° and 3 μm. By repeating this, laser emission in the wavelength band of 1.3 μm becomes possible.

以下に、ファイバレーザの実施例について説明する。Examples of fiber lasers will be described below.

具体的な構成は、Erをドープした公知のファイバレー
ザと同様である(rErドープファイバーJ、Oplu
s  E、1990年1月、pp。
The specific configuration is similar to known Er-doped fiber lasers (rEr-doped fiber J, Oplu
s E, January 1990, pp.

112〜118等参照。)。ただし本実施例の場合、光
ファイバとして、Ndをドープした上記実施例の光ファ
イバを使用する。また、励起光源として、波長0.8μ
m帯の励起光を発生するレーザダイオードを使用する。
See 112-118, etc. ). However, in the case of this embodiment, the Nd-doped optical fiber of the above embodiment is used as the optical fiber. In addition, as an excitation light source, a wavelength of 0.8 μ
A laser diode that generates m-band excitation light is used.

レーザダイオードからの波長0.8μm帯の励起光は、
レンズ等の適当な光学手段によって上記実施例に示した
光ファイバ内に導入される。光ファイバ内のNd3+は
所定の状態に励起され、波長1.3μm帯の発光が可能
になる。ここで、ファイバの出力端を鏡面に仕上げてい
るため、この出力端とレーザダイオードの端面とは共振
器を構成する。この結果、励起光の出力が所定値を超え
ると波長1.3μm帯でレーザ発振が生じる。
The excitation light in the wavelength band of 0.8 μm from the laser diode is
It is introduced into the optical fiber shown in the above embodiments by suitable optical means such as a lens. Nd3+ in the optical fiber is excited to a predetermined state, and light emission in the 1.3 μm wavelength band becomes possible. Here, since the output end of the fiber is finished with a mirror finish, this output end and the end face of the laser diode constitute a resonator. As a result, when the output of the excitation light exceeds a predetermined value, laser oscillation occurs in the wavelength band of 1.3 μm.

なお、共振器は、誘電体ミラー等を使用するタイプのも
のであってもよい。
Note that the resonator may be of a type that uses a dielectric mirror or the like.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、弗化物を主成分とする本発明の機
能性多成分ガラスによれば、励起光の存在により1.3
μm帯での発光・光増幅か可能になる。更に、これを導
波路、ファイバ等に形成することにより、光増幅装置、
レーザ等に応用できる。特に、ファイバに形成した場合
、低閾値で高利得の光増幅器が得られる。
As explained above, according to the functional multi-component glass of the present invention containing fluoride as the main component, due to the presence of excitation light,
It becomes possible to emit light and amplify light in the μm band. Furthermore, by forming this into waveguides, fibers, etc., optical amplification devices,
Can be applied to lasers, etc. In particular, when formed into a fiber, an optical amplifier with a low threshold and high gain can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による弗化物を主成分とする機能多成分
ガラスの実施例を示した図、第2図は第1図のガラスの
吸発光特性等を示した図、第3図は本発明による機能多
成分ガラスを使用したファイバの形成方法を示した図、
第4図は特性評価に用いたファイバ試料を示した図、第
5図はファイバ試料の特性を評価するための装置及び光
増幅器の構成を示した図、第6図はNd3+イオンの励
起準位の一例を示した図、第7図は1.310μmでの
ゲインについて説明した図である。 10. 0 ・・ 3+ Nd  をドープしたガラスをコア とする光ファイバ、 2・・・励起用のレーザ光源、 3・・・光学手段であるカプラ。
Figure 1 is a diagram showing an example of the functional multi-component glass containing fluoride as the main component according to the present invention, Figure 2 is a diagram showing the absorption and emission characteristics of the glass in Figure 1, and Figure 3 is a diagram showing the present invention. A diagram illustrating a method of forming a fiber using the functional multicomponent glass according to the invention,
Figure 4 shows the fiber sample used for characteristic evaluation, Figure 5 shows the configuration of the apparatus and optical amplifier for evaluating the characteristics of the fiber sample, and Figure 6 shows the excitation level of Nd3+ ions. FIG. 7 is a diagram showing an example of the gain at 1.310 μm. 10. 0...3+ Optical fiber having Nd-doped glass as its core, 2...Laser light source for excitation, 3...Coupler as optical means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、波長1.3μm帯での光増幅のため、弗化物を主成
分とするホストガラスにNd^3^+を活性物質として
添加した機能性多成分ガラスであって、Nd以外のラン
タノイド元素の弗化物の濃度が3mol%以上であって
ガラス形性能を劣化させない程度の量であることを特徴
とする機能性多成分ガラス。 2、請求項1に記載の機能性多成分ガラスからなるコア
と、該コアを取り囲み該コアより低い屈折率を有するク
ラッドと、を備えた光ファイバ。 3、波長1.3μm帯の信号光を伝搬する請求項2に記
載の光ファイバと、波長0.8μm帯の励起光を発生す
るレーザ光源と、前記信号光を前記励起光で増幅させる
ため、該励起光を前記レーザ光源から前記光ファイバ内
に入射させる光学手段とを備えるファイバ増幅器。
[Claims] 1. A functional multi-component glass in which Nd^3^+ is added as an active substance to a host glass mainly composed of fluoride for optical amplification in the 1.3 μm wavelength band, A functional multi-component glass characterized in that the concentration of fluoride of a lanthanide element other than Nd is 3 mol % or more and is in an amount that does not deteriorate glass form performance. 2. An optical fiber comprising a core made of the functional multi-component glass according to claim 1, and a cladding surrounding the core and having a lower refractive index than the core. 3. The optical fiber according to claim 2, which propagates signal light in the wavelength band of 1.3 μm, a laser light source that generates pump light in the wavelength band of 0.8 μm, and for amplifying the signal light with the pump light, and an optical means for causing the excitation light to enter the optical fiber from the laser light source.
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