專(zhuān)利名稱(chēng)：光放大玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于放大1. 0 1. 2μπι的波長(zhǎng)的光的光放大玻璃。
背景技術(shù)：
作為加工用激光器，近年來(lái)，不斷進(jìn)行著代替固體的YAG激光器的由添加％的纖維構(gòu)成的纖維激光器的開(kāi)發(fā)。而纖維激光器的特征有因光的傳送模式受到限定，所以其光束品質(zhì)良好的特征，以及因采用極細(xì)的纖維，所以其散熱良好，不需要冷卻的特征。然而，添加％的纖維通常采用以石英玻璃為基質(zhì)的纖維。而以石英為基質(zhì)的添加有％的單模纖維在975nm附近所出現(xiàn)的的吸收通常是0. 8 3. 5dB/cm左右。另外， 玻璃中的的吸收在975nm附近出現(xiàn)尖銳的峰，而在對(duì)此較短的波長(zhǎng)側(cè)的915nm附近出現(xiàn)其它吸收峰(參考非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。作為添加有％的纖維的激發(fā)波長(zhǎng)，通常采用975nm或 915nm,或低于975nm且超過(guò)915nm的波長(zhǎng)。非專(zhuān)利文獻(xiàn) 1 JEEE J.量子電子(Quantum Electron).，vol. 33，pp. 1049-1056， 199
發(fā)明內(nèi)容
以石英為基質(zhì)的添加有％的單模纖維的所述的吸收最大也只不過(guò)為3. 5dB/ cm左右，所以無(wú)法充分縮短發(fā)光所需的纖維長(zhǎng)度。由此可能會(huì)出現(xiàn)如下問(wèn)題在使脈沖激光振蕩時(shí)，無(wú)法使振蕩的重復(fù)次數(shù)足夠多，也無(wú)法充分地抑制與纖維長(zhǎng)度成正比而增強(qiáng)的感應(yīng)布里淵散射的影響，從而無(wú)法獲得穩(wěn)定的放大。另外，以石英為基質(zhì)的Yb添加單模纖維中，在915nm附近和975nm附近的峰之間形成吸收谷，其吸收量降低至915nm值的一半以下。因此，在采用半導(dǎo)體激光作為激發(fā)光時(shí)，存在因波長(zhǎng)的更替激發(fā)光的吸收效率變化，容易發(fā)生輸出功率變動(dòng)的問(wèn)題。本發(fā)明的目的在于提供能夠解決上述問(wèn)題的光放大玻璃、光波導(dǎo)以及光纖。本發(fā)明提供如下的用于1.0-1. 2 μ m波長(zhǎng)的光放大的光放大玻璃(以下也稱(chēng)為第 1光放大玻璃)以下述氧化物為基準(zhǔn)，以摩爾％表示，含有30-55 %的Bi2O3，25-50 %的SW2 和化03中的至少任一方或者合計(jì)為25-50 %的SW2和4 , 12-27 %的Al2O3和Ga2O3中的至少任一方或者合計(jì)為12-27% Al2O3和Ga2O3，0-4%的La2O3,0. 的Yb2O3，實(shí)質(zhì)上不含有 Er203。另外，例如“含有0-4%的Lii2O3”是指Lii2O3不是必須的，但可以含有其至4%。另外，本發(fā)明提供還提供如下的的光放大玻璃(以下也稱(chēng)為第2光放大玻璃)以下述氧化物為基準(zhǔn)，以摩爾％表示，含有30-55 %的Bi2O3，25-50 %的SW2和B2O3中的至少任一方或者合計(jì)為25-50%的SW2和4 , 12-27%的Al2O3和Ga2O3中的至少任一方或者合計(jì)為 12-27 % 的 Al2O3 和 Gei2O3, 0-4% 的 Lei2O3, 0. 1-4% 的 Yb2O3，實(shí)質(zhì)上不含有 Er2O3 以及 Tm2O3。 另外，所述光放大玻璃典型地用于1. 0-1. 2 μ m的波長(zhǎng)的光的放大。另外，本發(fā)明提供以所述光放大玻璃為芯部的光波導(dǎo)。另外，本發(fā)明提供以所述光放大玻璃為芯部的光纖。
如果通過(guò)本發(fā)明的話，基于％的吸收量大，顯示強(qiáng)發(fā)光，為此就可以縮短所需的纖維長(zhǎng)度，例如，在使脈沖激光振蕩時(shí)，可通過(guò)縮短共振器的長(zhǎng)度，以增加振蕩的重復(fù)數(shù)。另外，通過(guò)抑制與纖維長(zhǎng)度成正比而增強(qiáng)的感應(yīng)布里淵散射的影響，就能夠穩(wěn)定放大。另外，如果吸收峰尖銳的話，則基于激發(fā)波長(zhǎng)的激發(fā)光被吸收的比例改變，所以就需要嚴(yán)密地選擇激發(fā)光波長(zhǎng)，但是如果采用本發(fā)明的良好的方式的話，則可以通過(guò)具有較寬的吸收帶保持激發(fā)波長(zhǎng)的寬度，例如，可以擴(kuò)大半導(dǎo)體激光器的發(fā)光波長(zhǎng)的許可范圍。附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1為表示本發(fā)明的光放大玻璃的吸收光譜的圖。實(shí)施發(fā)明的方式本發(fā)明的光放大玻璃(以下，也稱(chēng)為本發(fā)明的玻璃)通常使用于芯部/包覆層結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)，例如，使用于同結(jié)構(gòu)的玻璃纖維或同結(jié)構(gòu)的平面波導(dǎo)的芯部。另外，這樣的芯部/包覆層結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)是本發(fā)明的光波導(dǎo)，同結(jié)構(gòu)的玻璃纖維為本發(fā)明的光纖。本發(fā)明的光纖中的芯部直徑、包覆層的直徑分別典型地為2-10 μ m，100-400 μ m。 另外，將本發(fā)明的光纖用于高輸出功率用光纖時(shí)，其芯部的直徑較好是10-25 μ m。本發(fā)明的光波導(dǎo)以及光纖適合于1. 0-1. 2μπι的波長(zhǎng)的光的放大。所述放大是通過(guò)同時(shí)將需要被放大的光(信號(hào)光)和激發(fā)光射入芯部而進(jìn)行的， 作為所述激發(fā)光，通常使用波長(zhǎng)為900-1000nm的光。本發(fā)明的玻璃的吸收系數(shù)(吸光度)較好是在對(duì)于940-990nm的波長(zhǎng)區(qū)域中的任一波長(zhǎng)為4dB/cm以上。即，該波長(zhǎng)區(qū)域中的吸收系數(shù)的最大值A(chǔ)(p)較好在4dB/cm以上。本發(fā)明的玻璃對(duì)于940nm的波長(zhǎng)的吸收系數(shù)A(940)較好在ldB/cm以上。低于 ldB/cm 時(shí)，A(p)容易低于 4dB/cm。本發(fā)明的玻璃的玻璃化溫度(Tg)較好為400°C以上。Tg低于400°C的情況下，使用強(qiáng)度大的激光作為激發(fā)光時(shí)，玻璃溫度局部變高而引起熱損傷，其結(jié)果有可能由于光損失增多而光放大變得不充分。更好為430°C以上，特好為450°C以上。以下用摩爾百分比表示含有量，對(duì)本發(fā)明的玻璃的組成進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的玻璃中，利用從的2F5/2能級(jí)感應(yīng)釋放至2F7/2能級(jí)進(jìn)行光放大，Yb2O3 為必要成分。％203低于0. 時(shí)，不能獲得充分的放大。較好是0. 15%以上，更好是0.3% 以上，特好是0.5%以上。另外，如果超過(guò)4%的話，則玻璃化變得困難。較好是3%以下，更好是2%以下。Bi2O3為必要成分。其含量低于30%時(shí)，％的吸收系數(shù)有可能變小。較好的是35% 以上，更好的是40%以上。如果超過(guò)55%，則玻璃化變得困難，纖維加工時(shí)反玻璃化(失透、devitrificat ion)或Tg變得過(guò)低。較好是50%以下，更好是45%以下。這里所說(shuō)的反玻璃化是指結(jié)晶析出的顯著的現(xiàn)象，纖維加工時(shí)引起纖維的切斷或作為光纖使用時(shí)引起纖維破壞的現(xiàn)象。SiO2以及化03為網(wǎng)絡(luò)形成成分，為了抑制制作玻璃時(shí)的結(jié)晶析出而容易形成玻璃，必須含有至少任一方。所述Si02+B203的合計(jì)含量低于25%時(shí)，玻璃化變得困難或加工纖維時(shí)反玻璃化。較好是以上，更好是30%以上。如果超過(guò)50%，則發(fā)光強(qiáng)度降低。 較好是45%以下，更好是40%以下，特好是35%以下。含有SiO2時(shí)，其含量較好是10%以上，更好是20%以上，特好是30%以上。此夕卜，其含量較好是45%以下，更好是40%以下。含有化03時(shí)，其含量較好是35%以上，更好是30%以上，特好是20%以下。希望提高耐熱性時(shí)，B2O3的含量較好是10%以下，更好是不含有化03。希望提高熔化性等時(shí)，較好的是SiO2* 25%以上且化03為0 10%。Al2O3以及Gii2O3具有抑制反玻璃化的效果，所以必須含有任一方。它們含量的合計(jì)Al203+Ga203低于12%時(shí)，反玻璃化抑制的效果弱。較好是15%以上，更好是18%以上， 特好是20%以上。如果超過(guò)27%，反玻璃化反而變得容易。較好是25%以下，更好是23% 以下。另外，希望增強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度時(shí)，較好含有G 03。含有Al2O3時(shí)，其含量較好是以上，特好是3%以上。此外，其含量較好是12% 以下，更好是10%以下。在含有Gii2O3時(shí)，其含量較好是1 %以上，更好是5%以上，特好是10%以上。此外， 其含量較好為25%以下，更好為20%以下。較好的情況是Bi2O3 為；35 50%，SiO2 為 0 45%，B2O3 為 0 ；35%，Al2O3 為 0 12%，Ga203為5 25%。La2O3不是必須的，但是其具有難以引起濃度猝滅的效果或增強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度的效果，可將其含至4%。如果超過(guò)4%，則反玻璃化變得容易。更好是在3%以下。含有La2O3時(shí)，其含量較好為0.5%以上。更好為以上，特好為2%以上。本發(fā)明的玻璃較好是本質(zhì)上由上述成分構(gòu)成，但是在不損害本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，可以典型地含有合計(jì)為10%以下的其它成分，較好是含有5%以下的范圍。例如，為了防止Bi2O3在玻璃融液中以金屬鉍的狀態(tài)析出而降低玻璃的透明性，可以含有最多為的Ce02。如果超過(guò)1%，則玻璃的黃色或橙色的著色變得顯著，透射率降低。較好是0.5%以下。含有CeO2時(shí)，其含量較好為0.1%以上。另外，希望提高透射率時(shí)， 較好是不含CeO2。另外，為了抑制纖維加工時(shí)的反玻璃化或者是為了使得玻璃化變得容易，可以含 W Li20> Na20> K2O> MgO> CaO> SrO> BaO> Zr02> ZnO> CdO> Ge02、Ti02、In203> PbO、TeO2 等。另外，實(shí)質(zhì)上不含有Er2O3，Er2O3的含量典型地為0. 02 %以下，較好是低于
0.01%。如果實(shí)質(zhì)上含有Er2O3的話，發(fā)生由的激發(fā)狀態(tài)至Er3+的能量轉(zhuǎn)移，無(wú)法進(jìn)行
1.0-1. 2 μ m的波長(zhǎng)的光的放大，有可能有損于本發(fā)明的目的。另外，對(duì)于Tm2O3，，因Yb3+的基礎(chǔ)能級(jí)(2F5/2)和上位能級(jí)(2F7/2)之間存在Tm3+的能量的能級(jí)(3H5),能量被Tm3+奪走，有可能降低效率，因此，第1光放大玻璃中較好不含有 Tm2O3，第2光放大玻璃中實(shí)質(zhì)上不含有Tm2O3、Tm2O3的含量典型地為0. 02%以下，較好是低于 0. 01%。對(duì)于本發(fā)明的玻璃制造方法無(wú)特別限制，例如，可以通過(guò)以下方法制造，即調(diào)制原料而混合，將其放入金坩鍋、氧化鋁坩鍋、石英坩鍋或銥坩鍋中，在800-1300°C下空氣中熔化，將獲得的融液通過(guò)在規(guī)定的模中鑄造的熔融法制造。另外，也可通過(guò)除了溶膠凝膠法或氣相蒸鍍法等熔融法以外的方法制造。
實(shí)施例將表1-3中的由Bi2O3至( 的欄中的以摩爾％表示的組成的玻璃，通過(guò)在1150°C下熔化的熔融法制造。另外，將玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg(單位°C)、對(duì)于1064nm的波長(zhǎng)的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度E、對(duì)于1064nm的波長(zhǎng)的發(fā)光壽命τ (單位ms)、對(duì)于915nm的波長(zhǎng)的吸收系數(shù)A(915)(單位dB/cm)、對(duì)于940nm的波長(zhǎng)的吸收系數(shù)A(940)(單位dB/cm)、對(duì)于 940 990nm的波長(zhǎng)的峰的吸收系數(shù)A (ρ)(單位dB/cm)、對(duì)于915 940nm的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域的吸收系數(shù)的平坦性(7，7卜性)指標(biāo)、即該吸收系數(shù)的最大值和最小值的比A’示于表中。例1 20是實(shí)施例，例21、22是比較例。例1 20的玻璃中的任一種玻璃的Tg 均為430°C以上且熱學(xué)上穩(wěn)定，A(p)為4dB/cm以上。另外，例1 7的玻璃中，除了 ％含量以外，其它組分比例均相同，％的含量在變化?？梢悦鞔_如果增加％的含量，則發(fā)光強(qiáng)度E以及吸收系數(shù)單調(diào)地增加。另外，可以得知在例1 20的實(shí)施例中發(fā)光強(qiáng)度E強(qiáng)，但在含有Er的比較例的 21、22中，發(fā)光強(qiáng)度E顯著降低。另外，圖1顯示例8的吸收光譜?？v軸為吸收系數(shù)(單位dB/cm)、橫軸為波長(zhǎng)(單位nm)。從圖1可知對(duì)于915 965nm的波長(zhǎng)呈現(xiàn)出平緩的吸收光譜。另外，例1 20中，因所述A’為1.5以下，所以可以通過(guò)將激發(fā)光的波長(zhǎng)控制在所述平坦的波長(zhǎng)區(qū)域915 940nm的范圍，可抑制輸出功率的變化。另外，以例8所示的玻璃作為芯部，以如下的玻璃作為包覆層以摩爾％表示，含 W 42. 8% 的 Bi203、34. 2 % 的 Si02、14. 3 % 的 Ga203>7. 1 % 的 Al2O3U. 4% 的 La203>0. 2 % 的 CeO2的玻璃，制作芯部直徑為5. 2 μ m的纖維?？梢源_認(rèn)到通過(guò)使用如上所述的吸收量大的玻璃，即使在僅為19cm長(zhǎng)度的纖維中，也可以在1064nm的波長(zhǎng)下振蕩激光。表1
權(quán)利要求
1.光放大玻璃，以下述氧化物為基準(zhǔn)用摩爾％表示，含有30 55%的Bi203、25 50% 的SW2和4 中的至少任一方或者合計(jì)為25 50%的SW2和4%、12 27%的Al2O3和 Ga2O3中的至少任一方或者合計(jì)為12 27%的Al2O3和Gei203、0 4%的Lei203、0. 1 4% 的％203、實(shí)質(zhì)上不含有Er2O3，并用于1. 0 1. 2 μ m的波長(zhǎng)的光的放大。
2.光放大玻璃，以下述氧化物為基準(zhǔn)用摩爾％表示，含有30 55%的Bi203、25 50% 的SW2和4 中的至少任一方或者合計(jì)為25 50%的SW2和4%、12 27%的Al2O3和 Ga2O3中的至少任一方或者合計(jì)為12 27%的Al2O3和Gei203、0 4%的Lei203、0. 1 4% 的％203、實(shí)質(zhì)上不含有Er2O3以及Tm203。
3.如權(quán)利要求2所述的光放大玻璃，其特征在于，用于1.0 1. 2 μ m的波長(zhǎng)的光的放大。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃，其特征在于，Bi2O3為35 50%、 SiO2 為 0 45%, B2O3 為 0 35%, Al2O3 為 0 12%, Ga2O3 為 5 25%。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃，其特征在于，SiO2為25%以上、B2O3 為0 10%。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃，其特征在于，含有以下的Ce02。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃，其特征在于，對(duì)于940nm的波長(zhǎng)的吸收系數(shù)為ldB/cm以上。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃，其特征在于，對(duì)于940 990nm的波長(zhǎng)區(qū)域中的任一波長(zhǎng)的吸收系數(shù)為4dB/cm以上。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃，其特征在于，玻璃化溫度為400°C以上。
10.光波導(dǎo)，其特征在于，以權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃作為芯部。
11.光纖，其特征在于，以權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的光放大玻璃作為芯部。
全文摘要
提供可以增加Yb3+的吸收的光放大玻璃。該玻璃是以下述氧化物為基準(zhǔn)，以摩爾％表示，含有30-55％的Bi2O3，25-50％的SiO2和B2O3中的至少任一方或者合計(jì)為25-50％的SiO2和B2O3，12-27％的Al2O3和Ga2O3中的至少任一方或者合計(jì)為12-27％Al2O3和Ga2O3，0-4％的La2O3，0.1-4％的Yb2O3，實(shí)質(zhì)上不含有Er2O3，用于1.0-1.2μm波長(zhǎng)的光的放大的光放大玻璃。以所述光放大玻璃為芯部的光波導(dǎo)。
文檔編號(hào)G02B6/12GK102203023SQ200980144679
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者大原盛輝, 近藤裕己 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社