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JPH0459634A - Functional multicomponent glass, optical fiber and fiber amplifier - Google Patents

Functional multicomponent glass, optical fiber and fiber amplifier

Info

Publication number
JPH0459634A
JPH0459634A JP2167406A JP16740690A JPH0459634A JP H0459634 A JPH0459634 A JP H0459634A JP 2167406 A JP2167406 A JP 2167406A JP 16740690 A JP16740690 A JP 16740690A JP H0459634 A JPH0459634 A JP H0459634A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
fiber
wavelength
optical
host
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2167406A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Onishi
正志 大西
Yoshiki Chigusa
佳樹 千種
Koji Nakazato
浩二 中里
Minoru Watanabe
稔 渡辺
Takamasa Yashiro
矢代 隆將
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2167406A priority Critical patent/JPH0459634A/en
Publication of JPH0459634A publication Critical patent/JPH0459634A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain functional multicomponent glass of oxide base capable of amplifying light rays at 1.3mum wavelength band, by blending host glass with Nd<3+> as an active substance and a specific amount of Na2O or Al2O3. CONSTITUTION:Functional multicomponent glass of oxide base which is prepared by blending host glass with Nd<3+> as an active substance to amplify light rays at 1.3mum wavelength band is multicomponent glass wherein the amount of the host glass is >=5mol% as a constituent component thereof the host glass contains such an amount of Na2O or Al2O3 as not to deteriorate glass forming ability. The functional multicomponent glass can emit and amplify light rays at 1.3mum band by existence of excited light. The functional multicomponent glass can be applied to light amplifier, laser, etc., by forming the glass into a wave-guiding channel, fiber, etc. Especially in the case of forming into fiber, a light amplifier having high gain at a low threshold value is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物系の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 [Industrial Application Field] The present invention relates to an oxide-based functional multi-component glass, which is used, for example, for amplification of light 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光ファイバ増幅器、光ファイ/<
センサ等への応用か考えられている。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3+ し、これにネオツムイオン(Nd  )を活性物質とし
て添加したものか既に知られている。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レー
サ発振特性について評価した旨の報告かなされている(
 ElectronicsLetters vol、2
B、No、2.P121) o 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] 、 323 
u m 、 E S A (excited 5tat
eabsorpt 1on)ピーク波長]、、310μ
m、発振ピーク波長1.360μmという結果か得られ
たことか示されている。
Functional multi-component glasses doped with rare earth elements generally contain 1
.. 13μm carried out in the range of 310±0.025μm
Optical fiber amplifier used for optical communication in the band, optical fiber/<
Applications to sensors, etc. are being considered. For example, as such a functional multi-component glass, one is already known in which an oxide-based multi-component glass is combined with a host glass and neotium ions (Nd) are added thereto as an active substance. Specifically, it has been reported that a glass in which Nd3+ was added to a phosphate glass as a host glass was prepared, and the laser oscillation characteristics of an optical fiber formed from this glass was evaluated (
Electronics Letters vol.2
B.No.2. P121) o In this report, regarding the characteristics of optical fiber, fluorescence peak wavelength], 323
um, ESA (excited 5tat)
eabsorbt 1on) peak wavelength], 310μ
m, and the oscillation peak wavelength was 1.360 μm.

〔発明か解決しようとする課題〕[Invention or problem to be solved]

しかし、上記の報告に示される機能性多成分ガラスでは
、蛍光ピークか1.323μmであっても、ESA遷移
による吸収ピークかちょうと1.310μmに存在する
ため、発振ピーク波長が長波長側にシフトしてしまうの
みならす、1.3μm帯で利得か得られない。
However, in the functional multi-component glass shown in the above report, even though the fluorescence peak is at 1.323 μm, the absorption peak due to ESA transition is at 1.310 μm, so the oscillation peak wavelength is shifted to the long wavelength side. If the shift occurs, only gain can 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酸化物系の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 an oxide-based 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、Nd3+を
活性物質として含む酸化物系の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 Problems] In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research and have developed an oxide-based functional multi-component glass containing Nd3+ as an active substance.1. We have discovered a glass that enables optical amplification in the 3 μm band.

本発明に係る第1の機能性多成分ガラスにあっては、ホ
ストガラス中のN a 2Oの濃度を5mol%以上で
あってガラス形成能を劣化させない程度の量としている
。例えば、好適には、ホストガラス中のN a 2Oの
濃度を5から70mo 10・0とすることか望ましい
。また、本発明に係る第2の機能性多成分ガラスにあっ
ては、ホストガラス中のA ’] Q O3の濃度を5
mol9゜以上であってガラス形成能を劣化させない程
度の量としている。例えば、好適には、ホストガラス中
のA I 2O3の濃度を5から30mo 1%とする
ことか望ましい。尚、ホストガラス(マトリックスガラ
ス)となる酸化物系の機能性多成分ガラスとしては、燐
酸塩ガラスの他、硼酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス
等の使用か可能である。
In the first functional multi-component glass according to the present invention, the concentration of Na 2O in the host glass is 5 mol % or more, which is an amount that does not deteriorate the glass forming ability. For example, it is preferable that the concentration of Na 2 O in the host glass is 5 to 70 mo 10.0. Furthermore, in the second functional multi-component glass according to the present invention, the concentration of A'] Q O3 in the host glass is 5
The mol is 9° or more, and the amount is set to such an extent that the glass forming ability is not deteriorated. For example, it is preferable that the concentration of A I 2 O 3 in the host glass is 5 to 30 mo 1%. Note that as the oxide-based functional multi-component glass serving as the host glass (matrix glass), in addition to phosphate glass, borate glass, aluminosilicate glass, etc. can be used.

第1の機能性多成分ガラスによれば、ホストガラス中の
N a 2Oの濃度を5mol%以上であってガラス形
成能を劣化させない程度の量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、その波長のシフト又は強度
の増減を起こさせることかできる。この結果、1.3μ
m帯での光増幅に適したガラスを得ることか、後述のよ
うに判明した。また、第2の機能性多成分ガラスによれ
ば、ホストガラス中のA I 2O3の濃度を5mo 
1%以上であってガラス形性能を劣化させない程度の量
の範囲で変化させることにより、Nd3+の]、3μm
近傍の蛍光スペクトル及びESAスペクトルについて、
その波長のシフト又は強度の増減を起こさせることがで
き、なおかっ、1.3μm帯での光増幅に適したガラス
を得ることが、同様に判明した。
According to the first functional multi-component glass, by changing the concentration of Na2O in the host glass within a range of 5 mol% or more and not deteriorating the glass forming ability, 1.3 μm of Nd3+ It is possible to cause a wavelength shift or an increase/decrease in intensity of nearby fluorescence spectra and ESA spectra. As a result, 1.3μ
As will be described later, it was found that glass suitable for optical amplification in the m-band could be obtained. Further, according to the second functional multi-component glass, the concentration of A I 2O3 in the host glass is 5 mo
By changing the amount within a range of 1% or more and not deteriorating the glass shape performance, the Nd3+], 3 μm
Regarding the nearby fluorescence spectrum and ESA spectrum,
It has likewise been found that it is possible to cause a shift in the wavelength or an increase or decrease in the intensity and still obtain a glass suitable for optical amplification in the 1.3 μm band.

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
 3”(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+
3" (7) It is possible to consider that this is caused by a change in the ligand field such as an electrostatic field.

つまり、ホストガラスの一部を構成するN a 2O又
はAI  Oの濃度の変化を受けて、Nd3+の配位子
場の対称性、周囲酸素との共有結合性等が変化するもの
と考えられる。この結果、Nd”+イオンのエネルギー
準位が変動し、或いは、その縮退が解け、N d ”宥
オンの輻射・吸収の遷移確率か変化し、更には、その輻
射・吸収のピーク波長かシフトするものと考えられる。
In other words, it is considered that the symmetry of the Nd3+ ligand field, the covalent bonding property with surrounding oxygen, etc. change in response to changes in the concentration of Na 2 O or AI 2 O that constitute a part of the host glass. As a result, the energy level of the Nd''+ ion changes or its degeneracy is broken, the transition probability of Nd''+ radiation and absorption changes, and furthermore, the peak wavelength of the radiation and absorption shifts. It is considered that

以上のことは一つの仮説であるか、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。
Is the above just a hypothesis? Based on the examples and studies described later, the present inventors have determined that the thickness of 1.3 μm of Nd3+ doped glass can be improved by utilizing or controlling this phenomenon.
The aim was to improve the amplification characteristics in the band. 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+の
エネルギー準位を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing the energy level of Nd3+ added to a glass sample for comparison.

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、
基底準位る。このようなポンピングにより、準位 F3
/2と I  との間に反転分布か形成されると、波1
3/2 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,
Base level. Such pumping increases the level F3
When a population inversion is formed between /2 and I, wave 1
3/2 It becomes possible to emit light with a peak length of 1.32 μm.

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
電子か準位 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かてきなく
なってしまう。このためレーサ利得も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 not possible to efficiently emit light at a 3/2 wavelength of 1.32 μm. As a result, laser gain cannot be obtained in the 1.31 μm band. FIG. 7(a) schematically shows such gain loss in the comparative 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、波長1.31μmで利得か得られな
(1事力・説明され、これより長波長側である程度の利
得か得られることか説明される。
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
, 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. With such a model, it is explained that no gain can be obtained at a wavelength of 1.31 μm, and it is explained that a certain amount of gain can be obtained at longer wavelengths.

本発明者はこのような仮定から、逆にNd  の吸・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てきるのでは
ないかと考えた。ここで、例えばホストガラスを構成す
るN a 2O又はA I 2O の濃度を変化させる
ことで、Nd  の周囲の配位子場を変化させることに
なり、この配位子場の中にあるNd3+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
+o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 inventors conversely controlled the absorption and emission spectra of Nd to achieve a wavelength of 1.3 μm.
We thought that it would be possible to achieve sufficient gain for optical amplification in the band. Here, for example, by changing the concentration of N a 2 O or A I 2 O constituting the host glass, the ligand field around Nd will be changed, and the Nd 3+ in this ligand field will change. The energy level is also changed relatively, and as a result, Nd3
It is considered that it becomes possible to change the spectral characteristics of +o absorption and emission.

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の和である実線3
bに対応する利得特性のピークを131μm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1c、2Cの和である実線3C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 of 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 long wavelength side, and the solid line 3 is the sum of absorption and emission spectra 1b and 2b.
The purpose is to shift the peak of the gain characteristic corresponding to b to 131 μm. Figure 7(c) shows that both the absorption and emission spectra IC12C are shifted to the short wavelength side,
The aim is to shift the peak of the gain characteristic corresponding to the solid line 3C, which is the sum of the emission spectra 1c and 2C, to 1.31 μm.

第7図Ca)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 (Ca). 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1d、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1d、2dの和で
ある実線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。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1e、2eの和である実線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で大きな利得か得られる。第7図(
f)は、吸・発光スペクトル1f、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I
f。
The peak wavelength of 2d itself is not changed, but only the relative intensities of the absorption/emission spectra 1d and 2d are changed. As a result, although the peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3d, which is the sum of the absorption and emission spectra 1d and 2d, hardly changes, a gain can be obtained even at a wavelength of 1.31 μm. Figure 7(e) shows absorption and emission spectra le, 2e.
The peak wavelength of the wavelength is 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, which is the sum of the absorption and emission spectra 1e and 2e, shifts to the shorter wavelength side, and the overall gain also increases, and a large gain can be obtained at 1.31 μm. Figure 7 (
In f), the peak wavelengths of the absorption/emission spectra 1f and 2f are shifted to the longer wavelength side, and their relative intensities are greatly changed. As a result, the absorption/emission spectrum I
f.

2fの和である実線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か、全体の利得か増大するた
め、1,31μmでも利得か得られる。
The peak wavelength of the gain characteristic corresponding to the solid line 3f, which is the sum of 2f, shifts to the longer wavelength side, or the overall gain increases, so a gain can be obtained even at 1.31 μm.

ホストガラスの一部を構成するN a 2O又はAt 
 Oの濃度を所定範囲で変化させることにより、第7図
(b)〜(f)の現象のいずれか生しているかは不明で
ある。即ち、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)の現象か生じている
ものと考えられるか、吸・発光スペクトルのシフトか一
様でないということ等を考慮すると、複合した現象か生
じている可能性もある。
Na2O or At that forms part of the host glass
It is unclear whether any of the phenomena shown in FIGS. 7(b) to (f) occur by changing the O concentration within a predetermined range. That is, from the amplification peak characteristics obtained in the following examples, it is thought that the phenomenon shown in FIG. Taking this into account, there is a possibility that a complex phenomenon is occurring.

配位子場的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
N a 90又はA I 2O3の濃度を変化させるこ
とにより、Nd3+o周囲のイオンかNaイオン又はA
Iイオンに置換され、N d 3+O配位子場か大きく
変化するものと考えることかできる。また、Na  O
又はAl2O3の濃度を変化させることにより、Nd3
+o周囲の原子の配置構造等に間接的な変化か生じるこ
とも考えうる。
To explain the fluctuation phenomenon of absorption and emission spectra from a ligand field perspective, by changing the concentration of Na 90 or A I 2 O 3 that constitutes a part of the host glass, the ions surrounding Nd 3 + Na ion or A
It can be considered that the N d 3+ O ligand field changes significantly due to substitution with I ions. Also, NaO
Or by changing the concentration of Al2O3, Nd3
It is also conceivable that indirect changes may occur in the arrangement structure of atoms around +o.

この様な構造の変化かNa  O又はA I 2O3の
添加量に応して蓄積され、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−0結合の
共有性に変化か生じ、N d 3”g体の F  準位
及び I  準位がシフトしその3/2      1
3/2 遷移確率が変化するものと考えられる。したがって、N
d3+の配位子基の変動現象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か、いずれにせよ
、本発明者の実験・検討によれば、N a 2Oの濃度
を5mol%以上であってガラス形成能を劣化させない
程度の量とすること、又はA I 2O3の濃度を5m
ol%以上であってガラス形成能を劣化させない程度の
量とすることにより、N d 3+(7)吸・発光スペ
クトルを変動させることかでき、ホストガラスを構成す
る他の成分とNd  との濃度に合わせてNa  O又
はA−12Oの濃度を選択することにより、波長1.3
μm帯での光増幅を可能にする有望なガラスか得られた
Such structural changes are accumulated depending on the amount of NaO or A I 2 O 3 added, and the asymmetry of the ligand groups formed by the host glass is increased or decreased, or the covalent nature of the Nd-0 bond is changed. occurs, the F level and I level of the N d 3''g body shift, and 3/2 of that 1
3/2 It is considered that the transition probability changes. Therefore, N
The phenomenon of variation in the ligand group of d3+ is thought to be complex, and the details of the mechanism are unknown.In any case, according to the experiments and studies of the present inventors, the concentration of Na2O is reduced to 5 mol. % or more without deteriorating the glass forming ability, or the concentration of A I 2O3 should be 5 m
By setting the amount of Nd3+(7) to an amount that is at least 0.9 mol% and does not deteriorate the glass forming ability, the absorption and emission spectra of Nd3+(7) can be varied, and the concentration of Nd and other components constituting the host glass can be varied. By selecting the concentration of NaO or A-12O according to the wavelength of 1.3
A promising glass that enables optical amplification in the μm band was obtained.

上記の酸化物系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
か、上記の酸化物系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か、長尺の
光伝送路を得る上では望ましい。
The above oxide-based functional multi-component glass is used as a material for optical transmission lines, and may be formed into, for example, a planar waveguide, or a core made of the above-mentioned oxide-based functional multi-component glass and In order to obtain a long optical transmission line, it is desirable to produce an optical fiber including a cladding surrounding a core and having a refractive index lower than that of the core.

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+添加の酸化物系機能性多成分ガラ
スをコアとするプリフォームをロットインチューブ法等
により準備する。次に、l備したプリフォームを第3図
のような線引き装置にでソトし、光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、軟化して線引きか開
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、巻取トラム]5に巻き取られる。こう
して得られた光ファイバ10を拡大して示したのか第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か低くNd
3+か添加されていないクラッド層10bとを備えてい
る。
Specifically, the above optical fiber is manufactured as follows. First, a preform having a core of oxide-based functional multi-component glass doped with Nd3+ is prepared by a lot-in-tube method or the like. Next, the prepared preform is sorted in a drawing device as shown in FIG. 3, and drawn into an optical fiber. As shown in FIG. 3, the preform 11 is fixed to a feeding device 12 and gradually lowers. At this time, the preform 11 is heated by the heater 13, softens, and starts drawing. The drawn fiber 10 passes through a capstan 14 and is wound onto a winding tram 5. The optical fiber 10 obtained in this way is shown enlarged.
It is a diagram. The optical fiber 10 has a core 10a doped with Nd3+ and a core 10a doped with Nd3+, which has a relatively lower refractive index than the core 10a.
3+ or a cladding layer 10b which is not doped.

上記のような酸化物系機能性多成分ガラスをコアとした
光ファイバによれば、ファイバレーサ、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。即ち、コア
ガラス中のN a 2Oの濃度を5mol9ci以上で
あってガラス形成能を劣化させない程度の量としている
ため、或いはA 12F3の濃度を5mol%以上であ
ってガラス形成能を劣化させない程度の量としているた
め、波長1.31μm帯でも光増幅利得か得られる。更
には、コアに光が効率的に閉し込められ、かつ、閉し込
められた光の損失か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か可能になるのである。
An optical fiber having a core made of an oxide-based functional multi-component glass as described above can be applied to fiber lasers, fiber amplifiers, fiber detectors, and the like. That is, the concentration of N a 2 O in the core glass is set to 5 mol 9 ci or more, which is an amount that does not deteriorate the glass forming ability, or the concentration of A 12F3 is set to 5 mol % or more, which is an amount that does not deteriorate the glass forming ability. Since the amount is 1.31 μm, optical amplification gain can be obtained even in the wavelength band of 1.31 μm. 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, it becomes possible to apply it to high-gain optical amplification devices and the like.

更に、上記の光ファイバ10は、一つの応用例として1
,3μm帯の先ファイバ増幅器に使用することかできる
。第5図に示すように、ファイバ増幅器は1.3μm帯
のレーザ光の導波路となるファイバ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
イバカブラ等により、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。
Furthermore, the optical fiber 10 described above can be used in one application example.
, 3μm band fiber amplifier. As shown in FIG.
It includes a laser light source 32 that generates a band of excitation light, and an optical means 33 that causes the excitation light to enter the optical fiber from the laser light source in order to amplify the signal light with the excitation light. 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 pumping light are transmitted through the fiber 30.
The device is introduced into the device via a connector or the like.

因みに、先ファイバ30の出力側に設けられた0、8μ
mフィルタ36は、励起光をカントするためのものであ
り、先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プラ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 fiber 30
The m filter 36 is for canting the excitation light, and the front 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33によりファイバ内に導入された0、  8um
のレーザ光によってNd”+が励起される。この励起さ
れたNd3+は、これと同時に光ファイバ内に導入され
た1、3μm帯の信号光等に誘導されて、レーザ光を発
生し、波長1.3μm帯での光増幅か可能になる。
According to the 1.3 μm band fiber amplifier equipped with the above-mentioned optical fiber, laser light source, and optical means, the 0.8 μm band is introduced into the fiber by the optical means 33.
Nd''+ is excited by the laser beam of .It becomes possible to amplify light in the 3 μm 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、ホストガラス原料としてN a 2O5A12O
3及び5102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の酸化物であ
るNd2o3を所定皿添加し、白金ルツボ中で溶融させ
る。Nd2O3の添加量は、Nd”+の濃度かホストガ
ラスに対して、重量で19oととなるように調整する。
First, N a 2O5A12O is used as a host glass raw material.
3 and 5102 are prepared, and each is blended to have various composition ratios. A predetermined amount of Nd2o3, which is an oxide of the rare earth element Nd, is added to this in a predetermined dish and melted in a platinum crucible. The amount of Nd2O3 added is adjusted so that the concentration of Nd''+ is 19° by weight relative to the host glass.

溶融した原料は、十分な混合か完了した後に急冷処理し
、ガラス化する。ガラス化したこれらの試料を、その組
成比に応じて試料A、B、CSD、ESF、G。
After sufficient mixing, the molten raw materials are rapidly cooled and vitrified. These vitrified samples were classified into samples A, B, CSD, ESF, and G according to their composition ratios.

H1■、J及びKと名付け、その組成を第1図に示した
。試料B−FはA1゜ 03の濃度を変化させた試料であり、試料G〜JはN 
a 2Oの濃度を変化させた試料である。試料Aは5I
O2のみからなる試料であり、試料にはAI  OとN
 a 2Oとをともに添加した試料である。
They were named H1■, J and K, and their compositions are shown in FIG. Samples B-F are samples with varying concentrations of A1゜03, and samples G-J are samples with varying concentrations of A1゜03.
a Samples with varying concentrations of 2O. Sample A is 5I
The sample consists only of O2, and the sample contains AI O and N.
This is a sample in which both a and 2O were added.

これらのガラス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。まず、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かほぼ等しく、屈折率がわす
かに低いガラスを溶融・成形し、クラッドパイプとする
。クラッドパイプのガラスにはNd3+を添加していな
い。これらのコアロッド及びクラッドパイプはロットイ
ンチューブ法によりプリフォームに形成され、第2図の
装置によって線引きすることてコア径6μmで外径12
5μmのS Fv1ファイバが得られた。このS Mフ
ァイバは、測定のため]、Om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 these glasses, fibers were fabricated as follows. First, glass having the above composition is formed into a rod shape to form a glass rod for a core. Next, a glass having approximately the same composition as this glass rod and a slightly lower refractive index is melted and formed into a clad pipe. Nd3+ is not added to the glass of the clad pipe. These core rods and clad pipes are formed into preforms by the lot-in-tube method, and drawn using the apparatus shown in Figure 2 to have a core diameter of 6 μm and an outer diameter of 12
A 5 μm SFv1 fiber was obtained. This SM fiber was cut into fiber samples of length Om for measurements.

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1.3μm
帯でのゲインを対象として、第5図のコアイノ<増幅器
等によって行った。結果は第1図の表に示す。
Evaluation of the characteristics of such a fiber sample was performed using the fluorescence peak wavelength, ESA peak wavelength, amplification peak wavelength, and 1.3 μm
Targeting the gain in the band, this was done using the Core Ino amplifier shown in Figure 5. The results are shown in the table in FIG.

増幅ピーク及びケインは、ファイバ増幅器の信号光源3
]及びレーザ光源32をオンとして、先スペクトラムア
ナライザ35てファイバ試料の蛍光を測定することによ
り得られた。たたし、第2図に示したゲインは1.31
0μmにおけるものである。レーザ光源32としては、
励起波長が0.78μmで、励起出力が10mWのTi
−サファイアレーサ(アルゴン励起)を用いた。入力信
号の強度は、−30dBmとし、ピーク波長を1.31
0μmとした。ESAビ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 amplification peak and cane are the signal light source 3 of the fiber amplifier.
] and by turning on the laser light source 32 and measuring the fluorescence of the fiber sample using the spectrum analyzer 35. However, the gain shown in Figure 2 is 1.31
This is at 0 μm. As the laser light source 32,
Ti with excitation wavelength of 0.78 μm and excitation power of 10 mW
- A sapphire laser (argon excitation) was used. The input signal strength is -30 dBm, and the peak wavelength is 1.31
It was set to 0 μm. The ESA peak wavelength was determined by determining the absorption wavelength of the fiber sample using a self-recording spectrophotometer and calculating the energy. 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帯でのケインに注目すると、N a 2Oの
濃度か5−65mol9ciの範囲、又はAl2O3の
濃度か5〜28mo1%の範囲では、所定値以上の利得
か得られることかわかる。
Focusing on the Cain in the 1.3 μm band, it can be seen that a gain greater than a predetermined value can be obtained when the concentration of Na 2 O is in the range of 5 to 65 mol9ci or the concentration of Al2O3 is in the range of 5 to 28 mol%.

Na  O及びAl2O3の濃度か5mo 1%末満て
は顕著な効果か得られない。N a 2O及びA l 
2O3の濃度か低いため、配位場に効果的な変化を生し
させることかできないものと考えられる。他方、N a
 2Oの濃度か70mo1%を越えるとガラスの潮解性
か高くなる、結晶化し昌くなる等の理由から、試料のフ
ァイバ化が困難となる。
If the concentration of Na 2 O and Al 2 O 3 is less than 5 mo 1%, no significant effect can be obtained. N a 2 O and A l
It is believed that due to the low concentration of 2O3, effective changes in the coordination field cannot occur. On the other hand, N a
If the concentration of 2O exceeds 70 mo1%, it becomes difficult to make the sample into a fiber because the glass becomes deliquescent and becomes crystallized.

また、Al2O3の濃度か30 m o 196を越え
てもガラスか結晶化し易くなってしまう。たたし、Na
 O及びAl2O3か増大することに起因するこれらの
問題は、ガラス形成時の冷却温度の変更、組成の改良等
により、ある程度は改善できるものと考えられる。
Further, even if the concentration of Al2O3 exceeds 30 m o 196, glass tends to crystallize. Tatami, Na
It is thought that these problems caused by the increase in O and Al2O3 can be improved to some extent by changing the cooling temperature during glass formation, improving the composition, etc.

Na90及びA1゜03の濃度の増大に応して、蛍光ピ
ーク、ESAピーク、及び増幅ピークか次第に短波長側
に移動することか観察される。これは、Nd3+の周囲
に配置されるAIイオン又はNaイオンの量か増大し、
N d 3”O配位子場等に及はすこれらAl、Naイ
オンの影響か増大し、大きな波長シフトか生じるものと
考えられる。
It is observed that the fluorescence peak, ESA peak, and amplification peak gradually shift toward shorter wavelengths as the concentration of Na90 and A1°03 increases. This increases the amount of AI ions or Na ions placed around Nd3+,
It is thought that the influence of these Al and Na ions on the N d 3''O ligand field increases, resulting in a large wavelength shift.

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、上記先ファイバと、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
ら先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帯の放射光を先ファイバ
にフィトバックする。
Specifically, the fiber laser is configured to include the aforementioned 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 end fiber from the laser light source. Furthermore, the optical resonator phyto-backs the emitted light in the 1.3 μm wavelength band from within the optical fiber to the destination fiber.

上記のようなファイハレーサによれば、光学手段により
ファイノ・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N d
 ””+7)一部は、光ファイノ・内からの波長1.3
μm帯の放出光と、光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帯でのレーザ発光か可能になる。
According to the above-mentioned Phi laser, Nd3+ is excited by the laser light in the wavelength band of 0.8 μm introduced into the Phi laser by optical means. This excited N d
””+7) Part of the wavelength is 1.3 from inside the optical fiber.
It is guided by the emitted light in the μm band and the light in the wavelength 1.3 μm band that is fed back into the optical fiber.
Generates emitted light in the 3 μm band. By repeating this, it becomes possible to emit laser light in the wavelength band of 1.3 μm.

以下に、フフイハレーサの実施例について説明する。Examples of the fuiharesa 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)<−J、Opl
us  E、1990年1月、pp。
The specific configuration is similar to a known Er-doped fiber laser (rEr-doped phi)<-J, Opl
US E, January 1990, pp.

112〜118等参照。)。たたし本実施例の場合、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.
8μm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 example, the optical fiber doped with Nd"+ of the above example is used as the optical fiber. Also, as the excitation light source, a wavelength of 0.
A laser diode that generates excitation light in the 8 μm band is used.

レーザダイオードからの波長0.8μm帯の励起光は、
レンス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13μm帯の発光か可能に
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、励起光の出力か所定値を超える
と波長1.3μm帯てレーザ発振か生しる。
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 13 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 at a wavelength 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、本発明の第1および第2の酸化物
系機能性多成分ガラスによれば、励起光の存在により1
.3μm帯での発光、光増幅が可能になる。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か得られる。
As explained above, according to the first and second oxide-based functional multi-component glasses of the present invention, due to the presence of excitation light,
.. It becomes possible to emit light and amplify light in the 3 μm band. Furthermore, by forming this into a waveguide, fiber, etc., it can be applied to optical amplification devices, 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 the drawing]

第1図は本発明による酸化物系の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図は本発明による酸化物系の機能
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。 10.30・・・Nd3+をドープしたガラスをコアと
する光ファイバ、32・・・励起用のレーザ光源、33
・・光学手段であるカプラ。 代理人弁理士   長谷用  芳  樹実施例の各種試
料とその1.31pm帯でのゲイン第2図 各試料に使用したホストガラスの組成 第1図 九ファイバめ腺う1名d」 第3図 rJclj士イオンの#7赴、4准 第6図
Fig. 1 is a diagram showing an example of the oxide-based functional multi-component glass according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the absorption/emission characteristics, etc. of the glass in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing an example of the oxide-based functional multi-component glass according to the present invention. Figure 4 shows the method for forming a fiber using oxide-based functional multi-component glass, and Figure 4 shows the fiber sample used for characteristic evaluation.
Figure 5 is a diagram showing the configuration of an apparatus and optical amplifier for evaluating the characteristics of a fiber sample, Figure 6 is a diagram showing an example of the excitation level of Nd3+ ions, and Figure 7 is a diagram showing an example of the excitation level of Nd3+ ions. It is a figure explaining gain. 10.30... Optical fiber having Nd3+ doped glass as its core, 32... Laser light source for excitation, 33
...Coupler is an optical means. Representative Patent Attorney Yoshiki Hase Various samples and their gains in the 1.31 pm band Figure 2 Composition of the host glass used in each sample Figure 1 Nine-fiber meniac 1 person d'' Figure 3 rJclj Aeon's #7 visit, 4th associate Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、波長1.3μm帯での光増幅のため、 Nd^3^+を活性物質としてホストガラスに添加した
酸化物系の機能性多成分ガラスであって、 前記ホストガラスは、その構成成分として、5mol%
以上であってガラス形成能を劣化させない程度の量のN
a_2Oを含むことを特徴とする機能性多成分ガラス。 2、波長1.3μm帯での光増幅のため、 Nd^3^+を活性物質としてホストガラスに添加した
酸化物系の機能性多成分ガラスであって、 前記ホストガラスは、その構成成分として、5mol%
以上であってガラス形成能を劣化させない程度の量のA
l_2O_3を含むことを特徴とする機能性多成分ガラ
ス。 3、請求項1又は請求項2のいずれか一項に記載の機能
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。 4、波長1.3μm帯の信号光を伝搬する請求項3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. An oxide-based functional multi-component glass in which Nd^3^+ is added as an active substance to a host glass for optical amplification in the 1.3 μm wavelength band, the host glass comprising: is 5 mol% as its constituent component.
The amount of N that is above and does not deteriorate the glass forming ability
A functional multi-component glass characterized by containing a_2O. 2. An oxide-based functional multi-component glass in which Nd^3^+ is added as an active substance to a host glass for optical amplification in the 1.3 μm wavelength band, and the host glass has Nd^3^+ as its constituent component. , 5mol%
The amount of A that is above and does not deteriorate the glass forming ability
A functional multi-component glass characterized by containing l_2O_3. 3. An optical fiber comprising a core made of the functional multi-component glass according to claim 1 or 2, and a cladding surrounding the core and having a lower refractive index than the core. 4. The optical fiber according to claim 3, which propagates signal light with a wavelength of 1.3 μm, a laser light source that generates excitation light with a wavelength of 0.8 μm, and for amplifying the signal light with the excitation light,
A fiber amplifier comprising: optical means for causing the excitation light to enter the optical fiber from the laser light source.
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