DE69824460T2

DE69824460T2 - Tellurit-Glas, optischer Verstärker und Lichtquelle

Info

Publication number: DE69824460T2
Application number: DE69824460T
Authority: DE
Inventors: Yasutake Ohishi; Atsushi Mori; Makoto Yamada; Hirotaka Ono; Terutoshic/O Ntt Intell. Property Ce Kanamori; Toshiyuki c/o NTT Intell. Property C Shimada
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2018-02-14
Also published as: EP1433761A1; EP1433761B1; EP1285891A1; DE69835466D1; EP1595855A3; DE69824460D1; EP1284247B1; EP1433760A1; EP1284247A1; DE69825640T2; DE69825640D1; US6266181B1; EP1843495A1; US6356387B1; DE69833283T2; EP1285891B1; EP1433762A1; EP1595855A2; EP0858976A3; DE69835466T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tellurit-Glas als Glasmaterial für eine Lichtleitfaser und auf einen optischen Wellenleiter, und insbesondere auf ein Medium zur optischen Breitband-Verstärkung unter Verwendung des Tellurit-Glases, welches funktionsfähig ist sogar bei Wellenlängen von 1,5 μm bis 1,7 μm. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen optischen Breitband-Verstärker und eine Laser-Vorrichtung unter Verwendung des Mediums zur optischen Breitband-Verstärkung.
Die Technik der Wellenlängen-Multiplexierung (WDM) wurde untersucht und entwickelt zur Ausdehnung des Transmissions-Volumens optischer Kommunikationssysteme und für das funktionsgemäße Verbessern derartiger Systeme. Die WDM ist verantwortlich für das Kombinieren mehrerer optischer Signale und für das Aussenden eines kombinierten Signals durch eine einzelne Lichtleitfaser. Zusätzlich ist die WDM in umkehrbarer Weise verantwortlich für das Aufteilen eines kombinierten Signals, welches durch eine einzelne Lichtleitfaser hindurchgeht, in mehrere optische Signale für jede Wellenlänge. Diese Art von Sendetechnik erfordert eine Transit-Verstärkung, wie sie bei der konventionellen Sendetechnik der Fall ist, gemäss der Entfernung des Übermittelns mehrerer optischer Signale verschiedener Wellenlänge durch eine einzelne Lichtleitfaser. Folglich ergibt sich der Bedarf nach einem optischen Verstärker mit einem breiten Verstärkungs-Wellenbereich aus den Anforderungen, Wellenlänge und Transmissionsvolumen des optischen Signals zu erhöhen. Die Wellenlängen von 1,61 μm bis 1,66 μm wurden als angemessen betrachtet, um ein optisches System zu erhalten und zu überwachen, so dass es wünschenswert ist, eine optische Quelle und einen optischen Verstärker für ein solches System zu entwickeln.
In den letzten Jahren wurde beträchtliche Arbeit aufgewendet für die Forschung und Entwicklung eines Lichtleitfaser-Verstärkers mit Lichtleitfasern als Materialien zur optischen Verstärkung, wie mit Erbium (Er) dotierte Lichtleitfaser-Verstärker (EDFAs), mit steigenden Anwendungen im Feld der optischen Kommunikationssysteme. Der EDFA arbeitet bei einer Wellenlänge von 1,5 μm, wo sich ein Verlust der Lichtleitfaser auf Silika-Basis auf ein Minimum reduziert, und er ist ebenfalls bekannt für seine exzellenten Eigenschaften von hoher Verstärkung von 30 dB oder mehr, niedrigem Rauschen, breiter Verstärkungs-Bandbreite, keiner Abhängigkeit von polarisierten Wellen, und hoher Sättigungsleistung.
Wie obenstehend beschrieben, ist eine der bemerkenswerten Tatsachen, die für das Anwenden des obigen EDFA für die WDM-Transmission erforderlich sind, dass der Verstärkungs-Wellenbereich breit ist. Bisher wurde ein Fluorid-EDFA unter Verwendung eines Fluorid-Glases als Wirt eines Erbium-dotierten Lichtleitfaser-Verstärkers entwickelt als Breitverstärkungsband-EDFA.
In US-Patent Nr. 3,836,868, 3,836,871, und 3,883,357 offenbaren Cooley et al. die Möglichkeit, dass Laser-Oszillation erzeugt wird durch Tellurit-Glas, welches ein Seltenerd-Element enthält. Allerdings haben Cooley et al. in diesem Fall nicht die Idee, Tellurit-Glas in einer Lichtleitfaser zu bilden, weil es keine Beschreibung gibt, die befasst ist mit der Abstimmung des Brechungsindexes und der thermischen Stabilität von Tellurit-Glas, die erforderlich sind für eine solche Bildung.
In US-Patent Nr. 5,251,062 beharren Snitzer et al. darauf, dass Tellurit-Glas eine wichtige Rolle spielt bei der Ausweitung des Verstärkungsbandes des EDFA, und gebildet werden sollte in einer Faser, was absolut notwendig ist für die Induktion einer optischen Verstärkung. Somit offenbaren sie die zu erlaubenden Prozentbereiche der Bestandteile in einer Tellurit-Glas-Zusammensetzung auf konkrete Weise. Die Tellurit-Glas-Zusammensetzung beinhaltet ein Seltenerd-Element als ein optisch aktives Element und kann in einer Faser gebildet werden. Insbesondere ist die Tellurit-Glas-Zusammensetzung von Snitzer et al. eine ternäre Zusammensetzung mit TeO₂, R₂O und QO, wobei R ein einbindiges Metall außer Li bezeichnet, und Q ein zweibindiges Metall bezeichnet. Der Grund, warum Li ausgeschlossen ist als das einbindige Metall, ist der, dass Li die thermische Stabilität der Tellurit-Glas-Zusammensetzung herabsetzt.
In US-Patent Nr. 5,251,062 führen Snitzer et al. des Weiteren eine Vergleichsstudie durch über Fluoreszenz-Erbium-Spektren von Silika- und Tellurit-Glas, und entdecken, dass das Tellurit-Glas ein breiteres Erbium-Spektrum zeigt, verglichen mit dem des Silika-Glases. Sie schließen daraus, dass die ternäre Tellurit-Glas-Zusammensetzung eine Breitband-Verstärkung des EDFA zulassen könnte und ein optisch aktives Material wie Praseodym oder Neodym zu dieser Zusammensetzung hinzugefügt werden kann für das Induzieren einer optischen Verstärkung. In dieser Patentschrift gibt es allerdings keine konkrete Beschreibung der Eigenschaften von Verstärkung, Pump-Wellenlänge, Signal-Wellenlänge und dergleichen, was ein wichtiger Beweis dafür ist, dass die optische Verstärkung tatsächlich unten war.
Mit anderen Worten, U.S. Patent Nr. 5,251,062 gibt nur die Prozentbereiche von Bestandteilen der ternären Tellurit-Glas-Zusammensetzung an, die verwendet werden kann in einer Lichtleitfaser.
Des Weiteren beschreiben Snitzer et al. thermische und optische Merkmale verschiedener Arten von Tellurit-Glas, mit Ausnahme derjenigen, beschrieben in U.S. Patent Nr. 5,251,062 in einer technischen Veröffentlichung (Wang et al., Optical Materials, Vol. 3, Seiten 187–203, 1994; nachstehend einfach bezeichnet als "Optical Materials"). In dieser Veröffentlichung existiert allerdings auch keine konkrete Beschreibung der optischen Verstärkung und der Laser-Oszillation.
In einer weiteren technischen Veröffentlichung (J. S. Wang et al., Optics Letters, Vol. 19, Seiten 1448–1449, 1994; nachstehend einfach bezeichnet als "Optics Letters"), veröffentlicht kurz nach der oben erwähnten Veröffentlichung, beschreiben Snitzer et al., dass Laser-Oszillation zum ersten Mal verursacht wurde unter Verwendung einer Single-Mode-Lichtleitfaser aus Neodym-dotierten Tellurit-Glas. Die Single-Mode-Faser hat einen Kern mit der Zusammensetzung 76,9% TeO₂ – 6,0% Na₂O – 15,5% ZnO – 1,5% Bi₂O₃ – 0,1% Nd₂O₃ und einen Mantel mit der Zusammensetzung 75% TeO₂ – 5,0% Na₂O – 20,0 ZnO und ermöglicht 1061 nm Laser-Oszillation durch 81 nm Pumpen. In dieser Veröffentlichung ist keine Beschreibung eines Faserverlusts vorhanden. In Optical Materials ist andererseits eine Beschreibung vorhanden über den Verlust für eine Lichtleitfaser mit einer Mantel-Zusammensetzung von Nd₂O₃ – 77% TeO₂ – 6,0% Na₂O – 15,5% ZnO – 1,5% Bi₂O₃ und einer Keramik-Zusammensetzung von 75% TeO₂ – 5,0% Na₂O – 20,0% ZnO (sie wird erachtet als etwa die gleiche Zusammensetzung wie die von Optics Letters) von 1500 dB/km bei einer Wellenlänge von 1,55 μm (siehe 1, welche einen Vergleich zwischen ⁴I_13/2 bis ⁴I_15/2 Er³⁺-Emission in Tellurit-Glas und ⁴I_13/2 bis ⁴I_15/2 Er³⁺-Emission in Fluorid-Glas veranschaulicht). Die Kern-Zusammensetzung dieser Lichtleitfaser ist verschieden von der einer ternären Zusammensetzung, veröffentlicht in U.S. Patent Nr. 5,251,062, weil erstere Bi₂O₃ beinhaltet. Festzustellen ist, dass keine Beschreibung oder Lehre über die thermische Stabilität einer Bi₂O₃-enthaltenden Glas-Zusammensetzung in den oben erwähnten Beschreibungen von Optics Letters, Optical Materials und U.S. Patent Nr. 5,251,062 vorliegt.
Allerdings hat der Fluorid-basierende EDFA ein Verstärkungsband von etwa 30 nm, was nicht ausreicht, um ein Verstärkungsband des Lichtleitfaser-Verstärkers auszudehnen in der Absicht der Ausdehnung des Bandes der WDM.
Französische Patentanmeldung Nr. 2479180 offenbart eine Infrarotfaser-optische Vorrichtung, aufgebaut aus einem Glas mit TeO₂, WO₃ und Bi₂O₃ (oder Ta₂O₅) als essentielle Bestandteile.
Europäische Patentanmeldung Nr. 0430206 offenbart ein Verschluss-Glas mit TeO₂, B₂O₃, PbO und CdO als essentielle Bestandteile. Wahlweise kann das Glas auch Bi₂O₃ enthalten, unter anderem.
U.S. Patent Nr. 3,661,600 offenbart ein Glas mit hohem Brechungsindex und hoher dispergierenden Fähigkeit, mit TeO₂, WO₃, Li₂O und CdO als essentielle Bestandteile. Wahlweise kann das Glas auch Bi₂O₃ enthalten, unter anderem.
Patent Abstracts of Japan, Vol. 096, Nr. 008, 30. August, 1996, offenbart die Verwendung eines Tellurit-Glases der Zusammensetzung TeO₂ (77 Mol-%)-Na₂O (6 Mol-%)-ZnO (15,5 Mol-%)-Bi₂O₃ (1,5 Mol-%) als Kernmaterial in einer verstärkenden Lichtleitfaser.
Wie obenstehend beschrieben, zeigt Tellurit-Glas eine vergleichsweise breite Fluoreszenz-spektrale Bandbreite, so dass es eine Möglichkeit gibt, das Verstärkungsband zu erweitern, wenn der EDFA das Tellurit-Glas als seinen Wirt verwendet. Zusätzlich wurde die Möglichkeit der Herstellung einer Lichtleitfaser eines ternären Systems unter Verwendung der Zusammensetzung TeO₂, R₂O und QO (wobei R ein einbindiges Metall außer Li ist, und Q ein zweibindiges Atom ist) realisiert, so dass Laser-Oszillation bei einer Wellenlänge von 1061 nm durch eine Neodym-dotierte Single-Mode-Lichtleitfaser, im Wesentlichen mit der obigen Zusammensetzung, erreicht wurde. Dagegen wurde ein EDFA unter Verwendung von Tellurit-Glas noch nicht realisiert.
Daher wird nachfolgend das Problem beschrieben, einen EDFA auf Tellurit-Basis zu realisieren.
Zunächst sollte der Unterschied zwischen dem objektiven EDFA und dem Neodym-dotierten Faser-Laser (d.h. der Unterschied zwischen 1,5 μm Band-Emission von Erbium und 1,06 μm Band-Emission von Neodym in Glas) ausführlich beschrieben werden.
Ein optischer Übergang des objektiven EDFA ist in 2 gezeigt, worin drei verschiedene Energieniveaus durch Niveau 1, Niveau 2 und Niveau 3 angezeigt sind. Für das Erreichen einer objektiv-induzierten Emission von Nivau 2 nach Niveau 1 wird eine Populations-Inversion zwischen Niveau 1 und Niveau 2 erreicht durch Pumpen von Niveau 1 nach Niveau 3 und darauffolgende Relaxation von Niveau 3 nach Niveau 2. Diese Art von induzierter Emission kann bezeichnet werden als Drei-Niveau-System.
Im Falle von Neodym, wie in 3 gezeigt, kann ein Vier-Niveau-System definiert werden, so dass ein finales Niveau der induzierten Emission nicht ein Basis-Niveau, sondern ein erstes Niveau (Niveau 1) ist, welches höher ist als das Basis-Niveau. Wenn man das Drei-Niveau-System mit dem Vier-Niveau-System vergleicht, so ist es bei dem ersteren schwer, eine Populations-Inversion zu erreichen, so dass ein endendes Niveau der induzierten Emission in einem Grundzustand ist.
Demgemäß erfordert der Drei-Niveau-System-EDFA verstärkte optisch pumpende Lichtintensität, und auch die Faser selbst sollte Eigenschaften von niedrigem Verlust und hohem Δn aufweisen. In diesem Fall steht das hohe Δn für effektives optisches Pumpen.
Zweitens werden wir kurz beschreiben, dass ein Verstärkungsband nicht ausgedehnt werden kann, auch wenn es möglich ist, eine optische Verstärkung durchzuführen, wenn ein Transmissionsverlust der Faser groß ist.
Wellenlängen-Abhängigkeiten des EDFA auf Silika-Basis und des EDFA auf Tellurit-Basis sind in 4 veranschaulicht. Wie in der Figur gezeigt, ist zu erwarten, dass der EDFA auf Tellurit-Basis eine optische Breitband-Verstärkung erreichen wird, die breiter ist als die des EDFA auf Silika-Basis. Verglichen mit dem Glas auf Silika-Basis und dem Glas auf Nicht-Silika-Basis ist der Transmissionsverlust bei einer Kommunikations-Wellenlänge des letzteren beträchtlich größer als der des ersteren. In dem Lichtleitfaser-Verstärker führt daher der Verlust zu einer beträchtlichen Abnahme der Verstärkung.
Wie in 5 schematisch gezeigt, ist, wenn der Verlust vergleichsweise gering ist, das Verstärkungsband des Tellurit-Glases nahe an dem in 4 gezeigten. Wenn der Verlust vergleichsweise groß ist, wird dagegen das Verstärkungsband des Tellurit-Glases verengt.
Nebenbei wurde in neuesten technischen Untersuchungen über WDM-Transmission der Versuch unternommen, Transmission über einen Kanal für das Erhöhen der Transmissions-Kapazität zu beschleunigen. Im Hinblick auf die Lösung dieses Problems ist es notwendig, die Farbdispersions-Eigenschaften der Er-dotierten Lichtleitfaser zu optimieren. Bisher wurde diesen Eigenschaften allerdings keine Aufmerksamkeit geschenkt.
Für das Tellurit-Glas ist eine Wellenlänge, bei welcher ein Farbdispersions-Wert den Wert 0 annimmt in den Wellenlängen länger als 2 μm. Im Falle, dass eine Faser von hoher NA (numerische Apertur) in dem EDFA verwendet wird, ist ein Farbdispersions-Wert im allgemeinen –100 ps/km/nm oder weniger bei 1,55 μm Band. Somit nimmt eine Farbdispersion einer kurzen Lichtleitfaser von etwa 10 m Länge ebenfalls den großen Wert von –1 ps/nm oder weniger an.
Für die Verwendung von Tellurit-EDFA in Langstrecken- und Hochgeschwindigkeits-WDM-Transmission ist es daher erforderlich, die Farbdispersion so weit wie möglich an null anzunähern. Wie oben beschrieben, nimmt allerdings der Material-Dispersionswert von Tellurit-Glas den Wert Null an bei Wellenlängen von 2 μm und mehr. Daher kann die Tellurit-basierende Lichtleitfaser nicht die Technik verwenden, die angepasst ist an die Silikabasierende Lichtleitfaser, die den Farbdispersions-Wert bei 1,55 μm Band an Null annähert durch Optimieren der Konstruktionsparameter der Faser.
Des Weiteren kann die Tellurit-basierende Lichtleitfaser verwendet werden als Wirt von Praseodym (Pr) für 1,3 μm Band-Verstärkung. Wie obenstehend beschrieben, hat die Tellurit-basierende Lichtleitfaser allerdings einen großen Farbdispersions-Wert als absoluten Wert. Im Falle des Verstärkens eines optischen Hochgeschwindigkeits-Signals unter Verwendung der Tellurit-basierenden Lichtleitfaser kann eine Verzerrung der Puls-Wellenlänge induziert werden und somit sollte der Farbdispersions-Wert korrigiert werden. Falls nicht, gerät die Verwendung von Tellurit-Glas in einem optischen Kommunikationssystem in Schwierigkeiten.
Als Nächstes wird nachstehend ein Lichtleitfaser-Spleissen zwischen einer Nicht-Silika-basierenden Lichtleitfaser und einer Silika-basierenden Lichtleitfaser beschrieben.
Für die Verwendung der obigen Nicht-Silika-basierenden aktuellen Faser wie einer Tellurit-Lichtleitfaser als optische Verstärkung oder nichtlineare Lichtleitfaser besteht die Notwendigkeit, an eine Silika-basierende Lichtleitfaser anzuschliessen, um die Verbindung zwischen diesen Fasern mit niedrigem Verlust und niedriger Reflexion zu bilden. Allerdings haben diese Fasern ihre eigenen Kern-Brechungsindizes, welche voneinander unterschiedlich sind. Wenn diese Fasern wie in 6 und 7 gezeigt miteinander verbunden sind, kann eine Rest-Reflexion beobachtet werden, so dass eine Verbindung, die in angemessener Weise an die praktische Verwendung angepasst werden kann, nicht realisiert werden kann. In 6 und 7 bezeichnet Bezugsnummer 1 eine Nicht-Silika-basierende Lichtleitfaser, 2 bezeichnet eine Silika-basierende Lichtleitfaser, 5 bezeichnet ein optisches Bindemittel und 6 bezeichnet ein Bindemittel. In 6 ist des Weiteren kein optisches Bindemittel an einer Grenzfläche zwischen den Fasern angewendet. Wie in 8 gezeigt, setzt daher die Existenz von Rest-Reflexion zwischen den Silika-basierenden Lichtleitfasern 2a, 2b und der Nicht-Silika-basierenden Lichtleitfaser 1 die Qualität des Signals herab wegen eines Geistes (welcher als Rauschen wirkt) aufgrund eines reflektierten Signals an den verbundenen Enden der Fasern. Daher erfordert der verbundene Abschnitt zwischen derartigen Fasern –60 dB oder mehr als Rest-Reflexionsfaktor für einen optischen Verstärker (siehe Takei et al. "Optical Amplifier Module", Okidenki Kaihatsu, Band 64, Nr. 1, Seiten 63-66, 1997). Beispielsweise eine Zirkonium-dotierte Fluoridfaser, eine Indium-dotierte Fluoridfaser, Chalcogenid-Glasfaser (d.h. Glas-Zusammensetzung: As-S), und eine Tellurit-Glasfaser mit ihren eigenen Kern-Brechungsindizes von jeweils 1,4 bis 1,5, 1,45 bis 1,65 und 2,4 und 2,1, abhängig von den Abweichungen in ihren Glas-Zusammensetzungen. Wenn eine dieser Fasern mit einer Silika-basierenden Lichtleitfaser verbunden ist (Brechungsindex des Kerns ist etwa 1,50 oder weniger), kann ein Return-Verlust R erhalten werden durch die nachstehend beschriebene Formel (2). In diesem Fall hat R die Einheit dB, und der Rest-Reflexionsindex wird ausgedrückt in einer negativen Form, während der Return-Verlust ausgedrückt wird in einer positiven Form als ein absoluter Wert des Rest-Reflexionsindexes. Der Return-Verlust kann erhalten werden nach Gleichung (1) unten.
wobei n_NS und n_S Brechungsindizes des Kerns sind von Silika- und Nicht-Silika-Lichtleitfasern. Der Return-Verlust zwischen der Silika-basierenden Lichtleitfaser und der Zirkonium-dotierten Fluorid-Lichtleitfaser, Indium-dotierten optischen Fluorid-Faser, Chalcogenid-Glasfaser (d.h. Glas-Zusammensetzung: As-S), oder Tellurit-Glasfaser ist 35 dB oder mehr, 26 dB oder mehr, 13 dB, oder 16 dB. Im Falle von Zr-basierenden und In-basierenden Fluorid-Lichtleitfasern kann der Return-Verlust erhöht werden (während der Rest-Reflexionskoeffizient erniedrigt wird) durch Annähern ihrer Brechungsindizes an den Kern der Silika-basierenden Lichtleitfaser durch Modifizieren ihrer Glas- Zusammensetzungen. Allerdings führt die Modifizierung der Glas-Zusammensetzung zur Bildung einer praktischen Lichtleitfaser unter dem Zwang, dass die Glas-Zusammensetzung präzise formuliert sein sollte im Prozess des Bildens einer Faser, auf eine Art und Weise, die vereinbar ist mit einer idealen Glas-Zusammensetzung für den Prozess des Bildens einer Faser von niedrigem Verlust). Eine Kupplung zwischen der Silika-basierenden Lichtleitfaser und der Nicht-Silika-basierenden Lichtleitfaser hat die folgenden Probleme. Das heißt, konventionelle Fusions-Spleiss-Prozeduren können nicht angewendet werden wegen des Unterschieds in der Erweichungstemperatur beider Fasern (d.h. 1400°C für die Silika-basierende Lichtleitfaser und weniger als 500°C für die Nicht-Silika-basierende); die konventionelle kuppelnde Technik optischer Anschlüsse kann nicht anwendet werden, weil es kein geeignetes Kupplungsverfahren gibt für die Nicht-Silika-basierende Lichtleitfaser; usw. Somit ist ein allgemeines Kupplungsverfahren für das Kuppeln der Zr-basierenden oder In-basierenden Lichtleitfaser an die Silikabasierende Lichtleitfaser gefragt, ohne abzuhängen von deren Glas-Zusammensetzung. Zusätzlich ein allgemeines Kupplungsverfahren für das verlässliche Kuppeln der Chalcogenidglas-Lichtleitfaser oder der Tellurit-Lichtleitfaser an die Silika-basierende Lichtleitfaser mit niedrigem Verlust und niedriger Reflexion.
Eine der konventionellen Kupplungstechniken zur Lösung derartiger Probleme, offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 6-27343, ist in 9 und 10 veranschaulicht. In dieser Technik werden eine Nicht-Silika-basierende Lichtleitfaser 1 und eine Silikabasierende Lichtleitfaser 2 jeweils in Gehäusen 7a und 7b festgehalten. Die Fasern 1, 2 sind angeordnet in ihren entsprechenden V-förmigen Furchen auf Substraten 8a, 8b und befestigt auf ihren jeweiligen Gehäusen 7a, 7b durch Bindemittel 10a, 10b und Faser-fixierende Platten 9a, 9b. Zusätzlich ist ein dielektrischer Film 18 aufgebracht auf ein kuppelndes Ende eines der Gehäuse zur Verhinderung, dass eine Reflexion durch Verknüpfen der Fasern erzeugt wird. Das Kuppeln der Nicht-Silika-basierenden Lichtleitfaser 1 und der Silika-basierenden Lichtleitfaser 2 wird durchgeführt unter Verwendung eines optischen Bindemittels 5, gemacht aus einer Ultraviolett-härtenden Zone nach Anpassen der relativen Positionen der Gehäuse 7a, 7b, um ihre optischen Achsen aufeinander abzustimmen. Zu diesem Zeitpunkt ist das kuppelnde Ende des Gehäuses 7a senkrecht zur optischen Achse der Nicht-Silika-basierenden Lichtleitfaser und auch das kuppelnde Ende des Gehäuses 7b ist senkrecht zur optischen Achse der Silika-basierenden Lichtleitfaser, so dass, falls die Reflexion des Lichtes auftritt an einer Grenzfläche der Verknüpfung, das reflektierte Licht in die entgegengesetzte Richtung zurückkehrt, resultierend in einem Rückgang des Return-Verlusts. Demgemäss verwendet die konventionelle Technik den dielektrischen Film 18, um die Reflexion aus der Grenzfläche der Verknüpfung zu reduzieren. Allerdings erfordert das konventionelle Kuppeln eine Präzisions-Anpassung an einen Brechungsindex des optischen Bindemittels 5 und einen Brechungsindex und Dicke des dielektrischen Filmes 18. Das bedeutet, deren Brechungsindizes müssen die folgenden Gleichungen (2) und (3) erfüllen, wenn ein Brechungsindex des Kerns der Nicht-Silika-basierenden Lichtleitfaser 1 n₁ ist und ein Brechungsindex des Kerns der Silika-basierenden Lichtleitfaser 2 n₂ ist. Ein Brechungsindex des optischen Bindemittels 5 wird auf n₁ eingestellt, während ein Brechungsindex und eine Dicke des dielektrischen Filmes 18 jeweils eingestellt werden auf n₁ und t_f, um die folgenden Gleichungen (2), (3) zu erfüllen.
wobei λ eine Signal-Wellenlänge ist (d.h. die zu verwendende Wellenlänge).
In der konventionellen Technik besteht, wie obenstehend beschrieben, das Erfordernis für präzises Einstellen eines Brechungsindexes des optischen Bindemittels 5 und eines Brechungsindexes und Dicke des dielektrischen Filmes 18 für die Konstruktion eines verknüpfenden Abschnitts mit den Eigenschaften von niedriger Reflexion und niedrigem Verlust unter Verwendung des dielektrischen Filmes 18. Das bedeutet, dass die präzisen Abstimmungen zu Schwierigkeiten beim Einführen einer Verknüpfung zwischen den Fasern, günstigerweise mit einer Verbesserung der Ausbeute, führt.
Ein Verfahren des Verknüpfens zweier verschiedener Lichtleitfasern gemäss einer weiteren konventionellen Technik, wie in 11 gezeigt, umfasst die Schritte: Tragen einer Lichtleitfaser 9a auf einem Gehäuse 7b und ebenfalls Tragen einer Lichtleitfaser 9a auf einem Gehäuse 7b; Positionieren dieser Gehäuse 7a, 7b an ihren richtigen Orten, so dass ein kuppelndes Ende des Gehäuses 7a, welches die Lichtleitfaser 19a trägt, und ein kuppelndes Ende des Gehäuses 7b, welches die Lichtleitfaser 19b trägt, positioniert sind mit einer Null-Grad-Neigung in Bezug auf eine Richtung, die senkrecht ist zu den optischen Achsen der Lichtleitfasern 19a, 19b; und Verbinden des Gehäuses 7a mit dem Gehäuse 7b nach der Positionierung der Gehäuse, um die optischen Achsen in einer geraden Linie in konzentrischer Weise einzustellen. Das Verfahren ist ein sogenanntes Neigungs-verknüpfendes Verfahren für die Realisierung einer Verknüpfung mit niedriger Reflexion und niedrigem Faser-Verlust. Allerdings wird dieses Verfahren nur angewendet bei Fasern, wenn ihre Kern-Brechungsindizes etwa gleich sind, so dass es nicht angewendet werden kann bei der Verknüpfung zwischen der Nicht-Silika-basierenden Lichtleitfaser und der Silika-basierenden Lichtleitfaser, welche verschiedene Kern-Brechungsindizes haben.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tellurit-Glasfaser mit hohem Δn und niedrigem Faser-Verlust bereitzustellen.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tellurit-Glasfaser bereitzustellen, welche dazu fähig ist, einen Breitband-EDFA zu realisieren, dotiert mit einem optisch aktiven Seltenerdelement, der nicht realisiert werden kann durch konventionelle Glas-Zusammensetzungen.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Medium zur optischen Breitband-Verstärkung bereitzustellen, welches dazu fähig ist, bei Wellenlängen, besonders von 1,5 μm bis 1,7 μm, zu funktionieren, und ebenfalls bereitzustellen einen optischen Verstärker und eine Laser-Vorrichtung, welche ein derartiges Medium verwenden und bei Wellenlängen in einem breiten Bereich arbeiten, und niedrige Rauschfaktoren aufweisen.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Tellurit-Glas als Glas-Material für eine Lichtleitfaser oder einen optischen Wellenleiter, gekennzeichnet durch:
4 < Bi₂O₃ ≤ 15 (Mol-%);
0 < Na₂O ≤ 35 (Mol-%);
0 < ZnO ≤ 35 (Mol-%); und
55 ≤ TeO₂ ≤ 90 (Mol-%).
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Medium zur optischen Verstärkung mit einem optischen Verstärker oder einem optischen Wellenleiter mit einem Kern-Glas und einem Mantel-Glas, wobei mindestens eines des Kern-Glases und des Mantel-Glases aus dem oben beschriebenen Tellurit-Glas hergestellt ist.
In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Medium zur optischen Verstärkung mit einem optischen Verstärker oder einem optischen Wellenleiter mit einem Kern-Glas und einem Mantel-Glas, wobei
das Kern-Glas hergestellt ist aus einem Tellurit-Glas mit einer Zusammensetzung:
4 < Bi₂O₃ ≤ 15 (Mol-%), oder weiter bevorzugt
4 < Bi₂O₃ ≤ 7;
0 ≤ Na₂O ≤ 35 (Mol-%);
0 ≤ ZnO ≤ 35 (Mol-%); und
55 ≤ TeO₂ ≤ 90 (Mol-%), und
der Mantel hergestellt ist aus einem Tellurit-Glas mit einer Zusammensetzung, gewählt aus einer Gruppe von:
einer ersten Zusammensetzung mit
5 < Na₂O < 35 (Mol-%),
0 ≤ ZnO < 10 (Mol-%), und
55 < TeO₂ < 85 (Mol-%);
einer zweiten Zusammensetzung mit
5 < Na₂O < 35 (Mol-%),
10 < ZnO ≤ 20 (Mol-%), und
55 < TeO₂ < 85 (Mol-%); und
einer dritten Zusammensetzung mit
0 ≤ Na₂O < 25 (Mol-%),
20 < ZnO ≤ 30 (Mol-%), und
55 < TeO₂ < 75 (Mol-%).
Hierbei können mindestens eines des Kern-Glases und des Mantel-Glases Erbium oder Erbium und Ytterbium enthalten.
Mindestens eines des Kern-Glases und des Mantel-Glases können enthalten mindestens eines, gewählt aus einer Gruppe bestehend aus Bor (B), Phosphor (P) und Hydroxylgruppe.
Mindestens eines des Kern-Glases und des Mantel-Glases können enthalten ein Element, gewählt aus einer Gruppe bestehend aus Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Gd, Eu, Dy, Ho, Tm und Yb.
In einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt eine Laser-Vorrichtung mit einem optischen Hohlraum und einer Erreger-Lichtquelle, wobei mindestens eines der Medien zur optischen Verstärkung im optischen Hohlraum eines der oben beschriebenen neuen Medien zur optischen Verstärkung ist.
In einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt eine Laser-Vorrichtung mit mehreren Medien zur optischen Verstärkung mit Lichtleitfasern, die Erbium in ihren Kernen enthalten und reihenweise angeordnet sind, wobei jedes der optischen Verstärkungsmedien eines der oben beschriebenen neuen Medien zur optischen Verstärkung ist.
In einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt eine Laser-Vorrichtung mit einem Medium zur Verstärkung und einer Erreger-Lichtquelle, wobei das Medium zur Verstärkung eines der oben beschriebenen neuen Medien zur optischen Verstärkung ist.
In einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein optischer Verstärker mit einem Medium zur optischen Verstärkung, einer Eingabe- Vorrichtung, welche ein Erreger-Licht und ein Signal-Licht für das Pumpen des Mediums zur optischen Verstärkung eingibt, wobei das Medium zur optischen Verstärkung eines der oben beschriebenen Medien zur optischen Verstärkung ist.
Die obenstehenden und andere Aufgaben, Wirkungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
1 ist ein spektrales Diagramm, welches die ⁴I_13/2–⁴I_15/2-Emission von Erbium im Tellurit-Glas veranschaulicht;
2 ist ein Energieniveau-Diagramm des 3-Niveau-Systems für Er³⁺ bei um 1,54 μm (N₁ ≠ 0);
3 ist ein Energieniveau-Diagramm des 4-Niveau-Systems für Nd³⁺ bei um 1,06 μm (N₁ = 0);
4 ist eine graphische Darstellung der Wellenlängenabhängigkeiten des Silika-basierenden EDFA (eine unterbrochene Linie) und des Tellurit-basierenden EDFA (eine feste Linie);
5 ist eine graphische Darstellung des Unterschiedes der Verstärkungsbanden des Tellurit-EDFA in Bezug auf große und kleine Faser-Verluste;
6 ist eine schematische Darstellung des konventionellen Spleissens zwischen der Nicht-Silikabasierenden Lichtleitfaser und der Silika-basierenden Lichtleitfaser;
7 ist eine schematische Darstellung des konventionellen Spleissens zwischen der Nicht-Silikabasierenden Lichtleitfaser und der Silika-basierenden Lichtleitfaser;
8 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Mechanismus der Geist-Erzeugung durch Reflexion an den gespleissten Abschnitten;
9 ist eine schematische Darstellung des konventionellen Spleissens zwischen der Nicht-Silikabasierenden Lichtleitfaser und der Silika-basierenden Lichtleitfaser;
10 ist eine schematische Darstellung des konventionellen Spleissens zwischen der Nicht-Silikabasierenden Lichtleitfaser und der Silika-basierenden Lichtleitfaser;
11 ist eine schematische Darstellung des konventionellen Spleissens zwischen der Nicht-Silikabasierenden Lichtleitfaser und der Silika-basierenden Lichtleitfaser;
12 ist eine schematische Darstellung des stabilen Glas-Bildungsbereiches für TeO₂-Na₂O-ZnO-Glas; 13 ist eine schematische Darstellung des stabilen Glas-Bildungsbereiches für TeO₂-Li₂O-ZnO-Glas, wenn Bi₂O₃ = 5 Mol-%;
14 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse der DSC-Messung, wobei die obere Linie steht für 75TeO₂-20ZnO-5Na₂O-Glas in Abwesenheit von Bi₂O₃, die mittlere Linie steht für 77Teo₂-15,5ZnO-6Na₂O-1,5Bi₂O₃-Glas, und die untere Linie steht für 73,5TeO₂-15,5ZnO-6Na₂O-5Bi₂O₃-Glas;
15 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse der DSC-Messung, wobei die obere Linie steht für 83TeO₂-5ZnO-12Li₂O-Glas und die untere Linie steht für 78TeO₂-5ZnO-12Li₂O-5Bi₂O₃-Glas;
16 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit eines Brechungsindexes (n_D) von TeO₂-Na₂O-ZnO-Bi₂O₃-Glas vom Bi₂O₃-Gehalt;
17 ist eine schematische Darstellung des stabilen Glasbildungs-Bereiches für TeO₂-Na₂O-ZnO-Glas;
18 ist ein Energieniveau-Diagramm von Er³⁺;
19 ist eine schematische Darstellung des stabilen Glasbildungs-Bereiches für TeO₂-Li₂O-ZnO-Glas, wenn Bi₂O₃ = 5 Mol-% (Bereich A: Tx – Tg > 120°C, Bereich B: kein Kristallisationspeak);
20 ist eine graphische Darstellung der Resultate der DSC-Messung, wobei die obere Linie (Linie a) steht für 73,5TeO₂-20ZnO-5Na₂O-1,5Bi₂O₃-Glas, und die untere Linie (Linie b) steht für 73TeO₂-23ZnO-5Na₂O-2Bi₂O₃-Glas;
21 ist eine graphische Darstellung des 1,5 μm-Bandemission-Spektrums von jedem von TeO₂-ZnO-Na₂O-Bi₂O₃-Glas, TeO₂-ZnO-Na₂O-Bi₂O₃-Al₂O₃-Glas und TeO₂-ZnO-Li₂O-Bi₂O₃-Al₂O₃-Glas;
22 ist eine schematische Darstellung des stabilen Glas-Bildungsbereiches für Glas mit fünf Bestandteilen als eine Zusammensetzung von TeO₂-ZnO-Li₂O-Na₂O-Bi₂O₃-Glas, wenn TeO₂ = 75 Mol-% und Bi₂O₃ = 5 Mol-%;
23 ist eine schematische Darstellung des stabilen Glas-Bildungsbereiches für Glas mit fünf Bestandteilen als eine Zusammensetzung von TeO₂-ZnO-Li₂O-Na₂O-Bi₂O₃-Glas, wenn TeO₂ = 80 Mol-% und Bi₂O₃ = 5 Mol-%;
24 ist eine schematische Darstellung des stabilen Glas-Bildungsbereiches für Glas mit fünf Bestandteilen als eine Zusammensetzung von TeO₂-ZnO-Li₂O-Al₂O₃-Bi₂O₃-Glas, wenn Al₂O₃ = 2 Mol-% und Li₂O = 12 Mol-%;
Zunächst werden Tellurit-Glas-Zusammensetzungen von Bi₂O₃-Na₂O-ZnO-TeO₂ und Bi₂O₃-Li₂O-ZnO-TeO₂ beschrieben. Jede von 12 und 13 veranschaulichen einen Zusammensetzungsbereich, der die Zwischenbeziehungen zwischen den Bestandteilen der Glas-Zusammensetzung zeigt. Eine stabile Zone bezeichnet einen zu erlaubenden Bereich jedes Bestandteils in der Zusammensetzung, in welcher Bi₂O₃ = 5 Mol-% ist. Das heißt, die Stabilisierung des Glases kann erreicht werden, wenn ein Anteil jedes Bestandteils in diesem Bereich liegt.
Eine thermische Stabilität der Glas-Zusammensetzung für die Herstellung einer Faser kann geschätzt werden durch eine Technik der Differenzial-Abtast-Kalorimetrie (DSC), welche im Allgemeinen verwendet wird um Phasenumwandlungen anzuzeigen, so dass eine Glas-Zusammensetzung, welche einen größeren Wert Tx – Tg (Tx: Kristallisationstemperatur, und Tg: Glasübergangstemperatur) hat, eine stabilere Glas-Zusammensetzung ist. Das Verfahren zur Herstellung einer Single-Mode-Lichtleitfaser beinhaltet die Schritte des Verlängerns und Zeichnens einer Glas-Vorform durch Zuführung von Hitze, so dass die Glas-Vorform zweimal erhöhten Temperaturen unterzogen wird. Wenn eine Kristallisationstemperatur (Tx) der Glas-Vorform etwa dieselbe Größenordnung einer Glasübergangstemperatur (Tg) hat, wächst ein Kristallisationskern nach dem anderen, resultierend in einer Erhöhung des Streu-Verlustes der Lichtleitfaser. Wenn ein Wert Tx – Tg groß ist, kann andererseits eine Lichtleitfaser mit niedrigem Verlust gebildet werden. Im Falle einer Glas-Zusammensetzung, die in der in 12 gezeigten Zone definiert ist, ist ein Wert Tx – Tg 120°C oder höher, und somit kann die Glas-Zusammensetzung verwendet werden für das Verfahren zur Herstellung der Lichtleitfaser mit niedrigem Verlust. Allerdings kann die Lichtleitfaser mit niedrigem Verlust nicht gebildet werden, wenn eine Glas-Zusammensetzung außerhalb dieser Zone verwendet wird in den Schritten der Herstellung von sowohl Kern, als auch Mantel. Unter den Bestandteilen der Zusammensetzung hat das Hinzufügen von Bi₂O₃ die grosse Wirkung der Stabilisierung des Glases.
In 14 sind die Ergebnisse der DSC-Messungen von drei verschiedenen Zusammensetzungen gezeigt:
75TeO₂-20ZnO-5Na₂O, 77 TeO₂-15,5 ZnO-6 Na₂O-1,5 Bi₂O₃, und 73,5TeO₂-15,5ZnO-6Na₂O-5Bi₂O₃, welche gekennzeichnet sind durch ihre jeweiligen Anteile von Bi₂O₃ (d.h. Bi₂O₃ = 0, 1,5 und 5 Mol-%). Jede Messung wird durchgeführt durch Zerbrechen einer Glas-Probe, Überführen der Masse des zerbrochenen Glases (ein Glasstück wiegt 30 mg) in einen geschlossenen, aus Silber gemachten Behälter, und Unterziehen des Glases im Behälter einer DSC-Messung in einer Argon-Atmosphäre bei einer Erwärmungs-Geschwindigkeit von 10°C/Minute. Wie aus 14 hervorgeht, variiert ein Wert Tx – Tg unter den Glas-Zusammensetzungen. Das heißt, der Wert für Bi₂O₃ = 0 lautet 119,2°C, der Wert für Bi₂O₃ = 1,5 Mol-% lautet 121,6°C, und der Wert für Bi₂O₃ = 5 Mol-% lautet 167,5°C. Unter diesen zeigt die Glas-Zusammensetzung 73,5TeO₂-15,5ZnO-6Na₂O-5Bi₂O₃ verglichen mit anderen Zusammensetzungen die beste Wärmestabilität, weil sich ein Peak der Kurve für diese Zusammensetzung (Bi₂O₃ = 5 Mol-%) von den Peaks von anderen um 40°C oder mehr auf die Seite von höheren Temperaturen verschiebt.
15 zeigt die Resultate von DSC-Messungen von zwei verschiedenen Zusammensetzungen, welche beinhalten Li: Bi₂O₃ = 0 Mol-% und Bi₂O₃ = 5 Mol-%. Wie in der Figur gezeigt, hat ein Wert Tx – Tg für Bi₂O₃ = 0 Mol-% den Wert 54,6°C. Andererseits existiert kein Erwärmungs-Peak der Kristallisation für die Zusammensetzung Bi₂O₃ = 5 Mol-%, so dass ein Wert Tx – Tg für Bi₂O₃ = 5 Mol-% unendlich ist, und somit die Wärmestabilität des Glases drastisch erhöht werden kann. Diese Art von Effekt kann auch beobachtet werden, wenn ein dreibindiges Metalloxid (Al₂O₃, La₂O₃, Er₂O₃, Nd₂O₃ oder dergleichen) anstelle von Bi₂O₃ hinzugefügt wird.
Das Hinzufügen von Bi₂O₃ übt auch einen entscheidenden Effekt aus auf eine Anpassung der Brechungsindizes. 16 zeigt die Abhängigkeit eines Brechungsindexes (n_D) von TeO₂-Glas von einem hinzugefügten Anteil von Bi₂O₃. Wie in der Figur gezeigt, existiert eine direkte Proportionalität zwischen dem Brechungsindex (n_D) von TeO₂-Glas und dem hinzugefügten Anteil von Bi₂O₃. Die n_D-Werte variieren von 2,04 bis 2,2, wenn der hinzugefügte Anteil von Bi₂O₃ von 0 bis 20 Mol-% variiert.
Deswegen können durch Verwendung einer derartigen Eigenschaft Lichtleitfasern mit großen und kleinen Werten (von etwa 0,2% bis etwa 6%) für den Unterschied des relativen Brechungsindexes leicht gebildet werden, durch Verändern der hinzugefügten Menge von Bi₂O₃.
Als Nächstes wird ein Medium zur optischen Verstärkung als Hintergrund-Beispiel für die vorliegende Erfindung beschrieben.
Das Medium zur optischen Verstärkung hat einen Kern und einen Mantel.
Der Kern wird bereitgestellt als eine Lichtleitfaser, hergestellt aus einer Tellurit-Zusammensetzung, die besteht aus: 0 < Bi₂O₃ ≤ 20 (Mol-%); 0 < Na₂O < 15 (Mol-%); 5 ≤ ZnO ≤ 35 (Mol-%); und 60 ≤ TeO₂ ≤ 90 (Mol-%).
Der Mantel hat eine der Tellurit-Glas-Zusammensetzungen (B1, C1 oder D1) in der Form einer Lichtleitfaser oder eines optischen Wellenleiters als ein Wirt eines Seltenerdelements, wobei die Zusammensetzung (B1) besteht aus: 5 < Na₂O < 35 (Mol-%); 0 ≤ Zn0 < 10 (Mol-%) und 55 < TeO₂ < 85 (Mol-%), die Zusammensetzung (C1) besteht aus: 5 < Na₂O < 35 (Mol-%); 10 < ZnO ≤ 20 (Mol-%); und 55 < TeO₂ < 85 (Mol-%), und die Zusammensetzung (D1) besteht aus: 0 ≤ Na₂O < 25 (Mol-%); 20 < ZnO ≤ 30 (Mol-%); 55 < TeO₂ < 75 (Mol-%). Die Zusammensetzungs-Bereiche jener Zusammensetzungen B1, C1 und D1, welche das Glas stabilisieren, sind in 17 dargestellt.
Glas, das hergestellt ist aus der Zusammensetzung, definiert in der in 17 gezeigten Zone, zeigt einen Wert Tx – Tg von 100°C. Deswegen wird das Glas nicht kristallisiert während des Faser-bildenden Verfahrens, einschließlich eines zeichnenden Schrittes, so dass es verwendet werden kann in dem Verfahren des Bildens einer optischen Faser mit niedrigem Verlust.
Nebenbei, mindestens eine der Tellurit-Glas-Zusammensetzungen, die für den Kern und für den Mantel verwendet werden, kann dotiert sein mit Erbium oder Erbium und Ytterbium.
Eine Laser-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Medium zur optischen Verstärkung und eine Erregerlichtquelle, und ist hauptsächlich gekennzeichnet durch die effiziente Verwendung von induziertem Emissions-Übergang von Er vom ⁴I_13/2-Niveau auf das ⁴I_15/2-Niveau.
18 ist ein Energieniveau-Diagramm von Er³⁺, welches veranschaulicht eine induzierte Emission von dem oberen Niveau ⁴I_13/2 auf das Grund-Niveau ⁴I_15/2 (nachstehend bezeichnet als ⁴I_13/2 → ⁴I_15/2 Emission).
Zusätzlich, wie in 1 gezeigt, ist bekannt, dass eine Bandbreite, welche ⁴I_13/2 → ⁴I_15/2 Emission von Er³⁺ in dem Fluorid-Glas erlaubt, breiter ist als jene von Er³⁺ in anderem Glas wie einem Silika-Glas. Bei einer Wellenlänge von über 1,6 μm wird allerdings eine Emissions-Intensität niedrig und auch das Auftreten von optischer Verstärkung und Laser-Oszillation wird schwierig.
Im Falle, dass ein vorher festgelegter Betrag von Er zu dem Tellurit-Glas hinzugefügt wird, empfängt das Er ein stärkeres elektrisches Feld als das herkömmliche. Als Folge kann ein akzeptabler Grad von Fluoreszenz-Intensität bei einer Wellenlänge von über 1,6 μm beobachtet werden wegen der zunehmenden Breite der Niveaus, verursacht durch Stokes-Effekte auf Niveaus wie ⁴I_13/2 und ⁴I_15/2.
Folglich kann ein bei Wellenlängen von 1,5 μm bis 1,7 μm funktionierender optischer Verstärker oder eine Laser-Vorrichtung realisiert werden, wenn dessen Medium zur optischen Verstärkung eine Tellurit-Glasfaser ist, bei der Erbium hinzugefügt wird in mindestens dem Kern-Abschnitt.
Wenn das Tellurit-Glas mindestens eines von Bor, Phosphor und Hydroxylgruppe enthält, können Verbesserungen der Eigenschaften des Verstärkungs-Koeffizienten und Rauschfaktors ebenfalls erreicht werden zur Zeit des Pumpens des ⁴I_11/2-Niveaus durch Licht von 0,98 μm. Das heißt, Schwingungs-Energien von B-O, P-O und O-H, welche jeweils ungefähr 1400 cm^–1, 1200 cm^–1 und 3700 cm^–1 sind, während Phonon-Energie des Tellurit-Glases frei von obigem Additiv 600 bis 700 cm^–1 ist, so dass das Tellurit-Glas, welches mindestens eines von Bor, Phosphor und Hydroxylgruppe enthält, mehr als die doppelte Energie des Tellurit-Glases, das frei von dem Additiv ist, erzeugt. Wenn eine optische Verstärkung bei 1,5 μm Band verursacht wird durch einen Übergang ⁴I_13/2 → ⁴I_15/2 durch Pumpen ⁴I_11/2-Niveau von Er durch Licht bei einer Wellenlänge nahe 0,98 μm, tritt folglich eine Relaxation vom ⁴I_11/2-Niveau auf das ⁴I_13/2-Niveau leichter auf, und eine Verringerung des Quantenwirkungsgrads ist relativ gering. Damit tritt eine Verringerung des Pump-Wirkungsgrads des ⁴I_13/2-Niveaus kaum auf (18). Wenn eine Relaxation vom ⁴I_11/2-Niveau auf das ⁴I_13/2-Niveau leichter auftritt, wird bevorzugt, das ⁴I_13/2-Niveau nach Pumpen des ⁴I_11/2-Niveaus zu pumpen, besser als direktes Pumpen des ⁴I_13/2-Niveaus durch Licht bei einer Wellenlänge nahe 1,48 μm, weil das erstere günstig ist, um eine Populationsinversion zwischen dem ⁴I_13/2-Niveau und dem ⁴I_15/2-Niveau zu erreichen. Deswegen besteht ein Vorteil, ausgezeichnete Rausch-Eigenschaften aufzuweisen.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen eines Mediums zur optischen Verstärkung, eines optischen Breitband-Verstärkers unter Verwendung eines derartigen Mediums, und eine Laser-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beispiel 1:
Rohmaterialien von TeO₂, ZnO, Na₂NO₃ und Bi₂O₃ wurden formuliert, um hergestellt zu werden sowohl als Hintergrund-, als auch als erfinderische Zusammensetzungen von TeO₂ (75 Mol-%)-ZnO (20 Mol-%)-Na₂O (5 Mol-%), TeO₂ (77 Mol-%)-ZnO (15,5 Mol-%)-Na₂O (6 Mol-%)-Bi₂O₃ (1,5 Mol-%), und TeO₂ (73,5 Mol-%)-ZnO (15,5 Mol-%)-Na₂O (6 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%) nach Schmelzen. Dann wurden 20 g eines Gemisches der formulierten Rohmaterialien in einen Schmelztiegel gegeben und 2 Stunden lang in einem elektrischen Ofen bei 800°C in einer Sauerstoff-Atmosphäre geschmolzen. Danach wurde ein geschmolzenes Gemisch auf eine vorgewärmte Platte gegossen (200°C), um Glas zu erhalten. Das Glas wurde 4 Stunden lang bei 250°C geglüht, und dann wurde ein Teil des gehärteten Glases zerbrochen. Zwei Proben, ein 30 mg Schütt-Glas und 30 mg Glas-Feinpulver, zerkleinert in einer Achatreibschale, wurden in einen geschlossenen Behälter aus Silber mit Gold-Überzug gegeben, und einer Differenzial-Abtast-Kalorimetrie (DSC) unterzogen bei einer Erwärmungs-Geschwindigkeit von 10°C/min in einer Argongas-Atmosphäre. Im Falle der Schütt-Glasprobe betrugen die erhaltenen Werte Tx – Tg 119,2°C bei Bi₂O₃ = 0, 121,6°C bei Bi₂O₃ = 1,5 Mol-%, und 167,5°C bei Bi₂O₃ = 5 Mol-%. Besonders die Wärmestabilität der Zusammensetzung innerhalb der Grenzen: 1,5 < Bi₂O₃ ≤ 15 (Mol-%); 0 ≤ Na₂O ≤ 35 (Mol-%); und 55 ≤ TeO₂ ≤ 90 (Mol-%) verbesserte sich über 40°C. Im Falle der pulverisierten Glas-Probe waren die erhaltenen Werte Tx – Tg 80,2°C bei Bi₂O₃ = 0, 76,3°C bei Bi₂O₃ = 1,5 Mol-%, und 110,2°C bei Bi₂O₃ = 5 Mol-%, welche geringer sind als diejenigen der Schütt-Glasprobe, allerdings konnte die Wärme-Stabilität des Glases genauer abgeschätzt werden. Dennoch haben wir in beiden Fällen gefunden, dass deren Wärmestabilitäten extrem verbessert wurden durch die Addition von 5 Mol-% Bi₂O₃.
In der vorliegenden Beschreibung basiert der auf die Wärme-Stabilität des Glases bezogene Wert Tx – Tg auf der Messung, die mit der Schütt-Glasprobe durchgeführt wurde, wenn nicht anders angegeben.
Wie obenstehend erwähnt, ist es möglich, eine Lichtleitfaser mit niedrigem Verlust unter Verwendung des Glases herzustellen, welches einen Wert Tx – Tg ≥ 120°C zeigt, mit Bezug auf die DSC-Messung des Schütt-Glases. Ein Faser-Verlust dieser Art von Glas beträgt etwa 1 dB/km oder weniger. Zur Ausführung einer optischen Verstärkung hoher Effizienz unter Verwendung eines optischen Überganges des Drei-Niveau-Systems wird ein stabileres Glas erforderlich sein für die Herstellung einer optischen Faser mit einem Faser-Verlust, der um eine Größenordnung niedriger ist als der des obigen Glases. In diesem Fall ist der DSC-Messungswert des pulverisierten Glases wirksam als Auswertungs-Standard. Somit kann eine Lichtleitfaser mit einem Faser-Verlust von 0,1 dB/km oder weniger erhalten werden, wenn Glas, für das Tx – Tg ≥ 100°C gemessen wird, verwendet wird.
Beispiel 2:
Ein Medium zur optischen Verstärkung wurde hergestellt als Lichtleitfaser. Ein Kern der Lichtleitfaser wurde hergestellt aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (68,6 Mol-%)-Na₂O (7,6 Mol-%)- ZnO (19,0 Mol-%)-Bi₂O₃ (4,8 Mol-%) als Kern-Material und dotiert mit 1000 ppm Erbium. Ebenfalls wurde ein Mantel der Lichtleitfaser hergestellt aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (71 Mol-%)-Na₂O (8 Mol-%)-ZnO (21 Mol-%). Deswegen war die Lichtleitfaser gekennzeichnet durch Aufweisen einer Cut-Off-Wellenlänge von 1,3 μm und eines relativen Brechungsindex-Unterschieds zwischen Kern und Mantel von 2%.
Dann wurde ein optischer Verstärker für 1,5 bis 1,7 μm Band zusammengebaut unter Verwendung dieses Mediums zur optischen Verstärkung. Der optische Verstärker wurde einer Verstärkung unterzogen bei einer Pump-Wellenlänge von 0,98 μm. In diesem Test wurde ein DFB-Laser als Lichtquelle verwendet zur Erzeugung eines Signal-Lichtes bei 1,5 bis 1,7 μm Band.
Beispiel 3:
Eine Faser zur optischen Verstärkung wird hergestellt als eine Lichtleitfaser (4 m in der Länge), dotiert mit 1000 ppm Erbium in dessen Kern, und wird unterzogen einer Messung zur Bestimmung der Verstärkungs-Eigenschaften der Faser bei 1,5 μm-Band. In diesem Fall ist eine Kernglas-Zusammensetzung TeO₂ (68,6 Mol-%)-ZnO (19 Mol-%)-Na₂O (7,6 Mol-%)-Bi₂O₃ (4,8 Mol-%) und dotiert mit 5 Gew-% P₂O₅, und eine Mantel-Zusammensetzung ist TeO₂ (71 Mol-%)-Na₂O (8 Mol-%)-ZnO (21 Mol-%). Die Lichtleitfaser hat einen Kern/Mantel-Brechungsindex-Unterschied von 2,5% und eine Cut-Off-Wellenlänge von 0,96 μm.
Eine kleine Signal-Verstärkung bei 1,5 μm Band der Faser zur optischen Verstärkung wird gemessen unter Verwendung eines 0,98 μm Lichtes als Erregerlicht aus einer Lichtquelle (einem Halbleiter-Laser), resultierend in einer Erhöhung der Verstärkungs-Effizienz der Lichtleitfaser. Das heißt, die Verstärkungs-Effizienz der Lichtleitfaser erreicht einen Wert von 2 dB/mW, was etwa fünf mal so hoch ist wie die einer Lichtleitfaser ohne P₂O₅.
Ein Verstärkungs-Spektrum wird gemessen bei einer gesättigte Zone, wenn ein Eingabesignal-Niveau –10 dBm gemessen wird, resultierend in einer flachen Verstärkung bei einer Bandbreite von 90 nm von 1530 nm bis 1620 nm (eine Erreger-Intensität ist 200 mW). Ein Rauschfaktor von 7 dB wird beobachtet, wenn die Lichtleitfaser nicht P₂O₃ enthält, während ein Rauschen von 4 dB beobachtet wird, wenn die Lichtleitfaser P₂O₃ enthält.
Es wird festgestellt, dass Verbesserungen der Eigenschaften von Verstärkung und Rauschfaktor der Lichtleitfaser auch beobachtet wird, wenn sie B₂O₃ anstelle von P₂O₅ enthält.
Beispiel 4:
Fasern zur optischen Verstärkung werden hergestellt unter Verwendung einer Kernglas-Zusammensetzung von TeO₂ (68,6 Mol-%)-ZnO (19 Mol-%)-Na₂O (7,6 Mol-%)-Bi₂O₃ (4,8 Mol-%) und dotiert mit oder ohne 5000 ppm Hydroxy (OH) Radikal und 1000 ppm Er. Die das OH-Radikal enthaltende Lichtleitfaser zeigt einen Verstärkungs-Faktor, der dreimal so groß ist wie der der Lichtleitfaser ohne das OH-Radikal. Der Grund ist, dass das OH-Radikal eine vergleichsweise große Signal-Energie von 3700 cm^–1 hat, was eine leichte Relaxation des ⁴I_13/2-Niveaus verursacht, welches ein beginnendes Niveau der Verstärkung durch eine multiple Phonon-Emission ist.
Beispiel 5:
In diesem Beispiel bewerkstelligen wir die Funktion eines Super-Lumineszenz-Lasers unter Verwendung der in Beispiel 2 hergestellten Tellurit-Lichtleitfaser. Eine Erregerlichtquelle ist eine Laser-Diode von 1,48 μm, um Licht in ein Ende der Lichtleitfaser einzuführen. Das andere Ende der Lichtleitfaser ist in einem Winkel von 10° abgeschrägt, um Fresnel-Reflexion an der Endoberfläche der Faser zu vermeiden. Danach wird ein Output-Spektrum des Lichtes, das durch die Lichtleitfaser hindurchgeht, gemessen. Als Folge wird ein breites Emissions-Spektrum von 1,46 μm bis 1,64 μm beobachtet, so dass wir gefunden haben, dass die Lichtleitfaser verwendet werden kann als Breitband-Super-Lumineszenz-Laser.
Beispiel 6:
Eine Faser zur optischen Verstärkung wird hergestellt unter Verwendung einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (70 Mol-%)-ZnO (18 Mol-%)-Na₂O (6 Mol-%)-Bi₂O₃ (6 Mol-%) als Kern-Material und dotiert mit 2000 ppm Erbium und einer Glas-Zusammensetzung TeO₂ (68 Mol-%)-ZnO (22 Mol-%)-Na₂O (7 Mol-%)-Bi₂O₃ (3 Mol-%) als Mantel-Material. Die Lichtleitfaser hat eine Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm und einen Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 1,8%, und zeigt auch einen Faser-Verlust bei 1,3 μm von 40 dB/km.
Dann wird ein optischer Verstärker konstruiert unter Verwendung der Lichtleitfaser von 4 m Länge, als ein Medium zur optischen Verstärkung, und wird unterzogen einem Test der optischen Verstärkung. In diesem Fall wird ein bidirektionales Pumpen einer Vorwärts-Pumpwellenlänge von 0,98 μm und einer Rückwärts-Pumpwellenlänge von 1,48 μm verwendet. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 5 dB oder mehr beobachtet bei 110 nm Bandbreite von 1500 nm bis 1630 nm. Zu dieser Zeit wird zusätzlich ein Rauschfaktor von 5 dB oder weniger beobachtet bei einer Wellenlänge von 1530 nm oder mehr.
Beispiel 7:
Ein optischer Verstärker wird konstruiert unter Verwendung der gleichen Lichtleitfaser wie die von Beispiel 6, mit der Ausnahme, dass die Faserlänge dieses Beispiels 15 m beträgt.
Ein Test der optischen Verstärkung wird durchgeführt unter Verwendung des optischen Verstärkers, unter der Bedingung, dass eine bidirektionale Pump-Wellenlänge 1,48 μm ist, mit einer Koinzidenz der Vorwärts- und Rückwärts-Pump-Wellenlängen.
Als Folge wird insbesondere bei 50 nm Bandbreite von 1580 nm bis 1630 nm eine kleine Signal-Verstärkung von 35 dB oder mehr beobachtet. Zu dieser Zeit wird ein Rauschfaktor von 5 dB beobachtet.
Beispiel 8:
Ein Laser wird konstruiert unter Verwendung der gleichen Lichtleitfaser wie die von Beispiel 6, mit der Ausnahme, dass die Faserlänge dieses Beispiels 15 m beträgt. Zusätzlich wird auch ein Hohlraum konstruiert unter Verwendung eines Totalreflexionsspiegels und eines Faser-Bragg-Gitters mit einem Reflexionsvermögen von 3%. Eine bidirektionale Pump-Wellenlänge beträgt 1,48 μm mit einer Koinzidenz der Vorwärts- und Rückwärts-Pump-Wellenlängen.
Als Folge wird ein Output optischer Leistung von 150 mW bei einer Wellenlänge von 1625 nm erreicht, wenn eine einfallende Pump-Intensität 300 mW beträgt. Diese Art von Hochleistung kann nicht erzeugt werden mit konventionellen Silika- und Fluorid-basierenden Lichtleitfasern.
Beispiel 9:
Eine Faser zur optischen Verstärkung wird hergestellt unter Verwendung einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (68 Mol-%)-ZnO (13 Mol-%)-Na₂O (4 Mol-%)-Bi₂O₃ (15 Mol-%) als Kern-Material und dotiert mit 3 Gew-% Erbium und einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (69 Mol-%)-ZnO (21 Mol-%)-Na₂O (8 Mol-%)-Bi₂O₃ (2 Mol-%) als Mantel-Material. Die Lichtleitfaser hat eine Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm, und einen Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 5%.
Dann wird ein optischer Verstärker kleiner Größe konstruiert unter Verwendung eines 3-cm-Stückes der Lichtleitfaser als ein Medium zur optischen Verstärkung und wird einem Test der optischen Verstärkung unterzogen. In diesem Fall wird eine Vorwärts-Pump-Wellenlänge von 1,48 μm verwendet. Zusätzlich wird ein Wellenlängen-abstimmbarer Laser, der bei 1,5 μm bis 1,7 μm Bändern arbeitet, als Signallichtquelle verwendet. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 20 dB oder mehr beobachtet bei 180 nm Bandbreite von 1530 nm bis 1610 nm. Zu dieser Zeit wird zusätzlich ein Rauschfaktor von 7 dB oder weniger beobachtet bei einer Wellenlänge von 1530 nm oder mehr.
Beispiel 10:
50 Glas-Proben werden hergestellt unter Verwendung verschiedener Formulierungen einer Glas-Zusammensetzung eines quadratischen Systems: TeO₂-ZnO-Li₂O-Bi₂O₃ wird formuliert, so dass alle davon Bi₂O₃ enthalten mit einer festen Konzentration (5 Mol-%), und andere Bestandteile mit unterschiedlichen Konzentrationen.
Jede der Glas-Proben wird unterzogen einer Technik der Differenzial-Abtast-Kalorimetrie (DSC), auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1, um deren thermische Stabilität abzuschätzen. Die Ergebnisse sind in 19 gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, werden thermisch stabile Gläser erhalten, wenn die jeweiligen Glas-Zusammensetzung in der Zone A in der Figur enthalten sind. In jedem der thermisch stabilen Gläser beträgt der Unterschied zwischen der Kristallisationstemperatur (Tx) und der Glasübergangstemperatur (Tg), d.h. Tx – Tg, 120°C oder mehr. Im Falle der Glas-Zusammensetzungen entsprechend der Zone B in der Figur erhält man extrem stabile Gläser ohne Verursachen eines erwärmenden Peaks der Kristallisation. Daher lassen die thermisch stabilen optischen Gläser Lichtleitfasern zu mit Eigenschaften von niedrigem Faser-Verlust, und lassen auch die Massenherstellung der Lichtleitfaser mit erhöhten Ausbeuten zu. Daher gelangen Lichtleitfasern mit niedrigem Preis in erreichbare Nähe.
Unter den zu erlaubenden Zusammensetzungen in Zone B wird eine Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (80 Mol-%)-ZnO (5 Mol-%)-Li₂O (10 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%) ausgewählt und als Kern-Material verwendet. Das Kern-Material ist dotiert mit 2000 ppm Erbium. Ebenfalls wird eine Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (75 Mol-%)-ZnO (5 Mol-%)-Li₂O (15 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%) ausgewählt und als Mantel-Material verwendet. Dann wird eine Lichtleitfaser mit einer Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm und einem Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 2,5% gebildet unter Verwendung dieser Materialien. In diesem Beispiel wird die resultierende Lichtleitfaser verwendet als ein Medium zur Verstärkung mit einem Faser-Verlust bei 1,2 μm von 20 dB/km.
Ein optischer Verstärker wird konstruiert unter Verwendung des Mediums zur Verstärkung von 3 m Länge und wird unterzogen einem Test der Verstärkung unter der Bedingung, dass ein bidirektionales Pumpen mit einer Vorwärts-Pump-Wellenlänge von 0,98 μm und einer Rückwärts-Pump-Wellenlänge von 1,48 μm verwendet wird, und ein Wellenlängen-abstimmbarer Laser, der bei 1,5 μm bis 1,7 μm Bändern arbeitet, verwendet wird als Signallichtquelle. Als Folge wird eine kleine Signal- Verstärkung von 20 dB oder mehr beobachtet bei 80 nm Bandbreite von 1530 nm bis 1610 nm. Zu diesem Zeitpunkt wird zusätzlich ein Rauschfaktor von 5 dB oder weniger beobachtet.
Unter den zu erlaubenden Zusammensetzungen in der Zone A wird eine Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (70 Mol-%)-ZnO (10 Mol-%)-Li₂O (15 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%) ausgewählt und verwendet als Kern-Material. Das Kern-Material ist dotiert mit 2000 ppm Erbium. Ebenfalls wird eine Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (70 Mol-%)-ZnO (7 Mol-%)-Li₂O (18 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%) ausgewählt und verwendet als Mantel-Material. Dann wird eine Lichtleitfaser mit einer Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm und einem Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 1,5% gebildet unter Verwendung dieser Materialien. In diesem Beispiel wird die resultierende Lichtleitfaser verwendet als ein Medium zur Verstärkung mit einem Faser-Verlust bei 1,2 μm von 60 dB/km.
Ein optischer Verstärker wird konstruiert unter Verwendung des Mediums zur Verstärkung von 3 m Länge und wird unterzogen einem Test der Verstärkung, auf dieselbe Weise wie die des vorstehend erwähnten optischen Verstärkers mit der Zusammensetzung von Zone B. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 20 dB oder mehr beobachtet bei 80 nm Bandbreite von 1530 nm bis 1610 nm. Zu diesem Zeitpunkt wird zusätzlich ein Rauschfaktor von 5 dB oder weniger beobachtet. Dementsprechend zeigt das Ergebnis an, dass die Glas-Zusammensetzung in Zone A ebenfalls verwendet werden kann im Verfahren des Herstellens eines praktischen Breitband-EDFA.
Beispiel 11:
Eine Faser zur optischen Verstärkung wird hergestellt unter Verwendung einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (68 Mol-%)-ZnO (13 Mol-%)-Na₂O (4 Mol-%)- Bi₂O₃ (15 Mol-%) als ein Kern-Material und dotiert mit 3 Gew-% Erbium und einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (69 Mol-%)-ZnO (21 Mol-%)-Na₂O (8 Mol-%)-Bi₂O₃ (2 Mol-%) als ein Mantel-Material. Die Lichtleitfaser hat eine Cut-Off-Wellenlänge von 1,4 μm, und einen Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 5%.
Dann wird ein optischer Verstärker von kleiner Größe konstruiert unter Verwendung eines 3-cm Stückes der Lichtleitfaser als ein Medium zur optischen Verstärkung und wird unterzogen einem Test der optischen Verstärkung. In diesem Fall wird eine Vorwärts-Pump-Wellenlänge von 1,48 μm verwendet. Zusätzlich wird ein Wellenlängen-abstimmbarer Laser, der bei 1,5 μm bis 1,7 μm Bändern arbeitet, verwendet als Signallichtquelle. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 20 dB oder mehr beobachtet bei 80 nm Bandbreite von 1530 nm bis 1610 nm. Zu dieser Zeit wird zusätzlich ein Rauschfaktor von 5 dB oder weniger beobachtet.
Beispiel 12 (Hintergrund):
Ein Tellurit-Glas wird hergestellt durch ein Verfahren, das die folgenden Schritte beinhaltet. Das heißt, zu Beginn werden Rohmaterialien von TeO₂, ZnO, Na₂CO₃ und Bi₂O₃ formuliert, um eine Formulierung von TeO₂ (73,5 Mol-%)-ZnO (20 Mol-%)-Na₂O (5 Mol-%)-Bi₂O₃ (1,5 Mol-%) und eine Formulierung von TeO₂ (73 Mol-%)-ZnO (20 Mol-%)-Na₂O (5 Mol-%)-Bi₂O₃ (2 Mol-%) nach Schmelzen zu werden. Zwei verschiedene Formulierungen werden in Schmelztiegel mit jeweils 90 g Volumen gefüllt und 2 Stunden in einem elektrischen Ofen bei 800°C in einer Sauerstoff-Atmosphäre erwärmt, um diese Formulierungen zu schmelzen, resultierend in geschmolzenen Materialien. Darauffolgend wird jedes der geschmolzenen Materialien in eine zylindrische Hohl-Form gegossen, und eine Öffnung der Form wird ohne Verzögerung mit einem Verschluss verschlossen. Die verschlossene Form wird in eine horizontale Position gebracht und 2 Minuten lang stehen gelassen, wird danach auf Raumtemperatur gebracht, resultierend in einem Tellurit-Glas von 15 mm Außendurchmesser, 5 mm Innendurchmesser und 130 mm Länge in Form einer zylindrischen Röhre mit einer Endoberfläche. Auf diese Weise werden zwei Glasröhren erhalten.
Die Glas-Röhren werden unter einem Mikroskop untersucht. Als Folge können sie mikroskopisch unterschieden werden. Das heißt, die Glas-Röhre mit 1,5 Mol-% Bi₂O₃ hat mehrere kristallisierte Abschnitte in der Nähe von deren äußerem Rand, während die Glas-Röhre mit 2,0 Mol-% Bi₂O₃ keinen kristallisierten Abschnitt aufweist.
Dann wird ein Teil jeder Glas-Probe in Stücke zerteilt und in einer Achatreibschale zerkleinert. 30 mg des erhaltenen Pulvers wird in einen geschlossenen Behälter gegeben, der aus Silber gemacht ist, und wird dann unterzogen einer DSC-Messung in einer Argon-Atmosphäre bei einer Erwärmungs-Geschwindigkeit von 10°C/min. Die Ergebnisse sind in 25 gezeigt.
20 ist eine graphische Veranschaulichung der Ergebnisse der DSC-Messung. In der Figur steht Linie (a) für das Glas mit einer Zusammensetzung von 73,5 TeO₂-20ZnO-5Na₂O-1,5Bi₂O₃, und Linie (b) steht für das Glas mit einer Zusammensetzung von 73TeO₂-20ZnO-5Na₂O-2Bi₂O₃. Im Falle des Glases mit 1,5 Mol-% Bi₂O₃ beginnt ein Kristallisations-Peak bei einer Temperatur von etwa 350°C, und ein Wert Tx-Tg beträgt 69,2°C. Im Falle des Glases mit 2,0 Mol-% Bi₂O₃ andererseits beginnt ein Kristallisations-Peak bei einer Temperatur von etwa 390°C, und ein Wert Tx – Tg beträgt 110,4°C. Das bedeutet, dass eine thermische Stabilität des Glases drastisch erhöht werden kann durch eine Addition von 2,0 Mol-% Bi₂O₃, im Vergleich mit der von 1,5 Mol-% Bi₂O₃.
Die auffallendsten Eigenschaften der Tellurit-Gläser von Beispielen 1 bis 12 sind, dass jede von diesen formuliert wird als Zusammensetzung von quadratischem System, welche aus vier verschiedenen Bestandteilen besteht, einschließlich Bi₂O₃. Diese Art von Tellurit-Glas zeigt eine exzellente thermische Stabilität, so dass ein Faser-Verlust minimiert werden kann zur Zeit des Bildens einer Faser. Des Weiteren lässt das Tellurit-Glas eine leichte Regelung des Brechungsindexes zu, so dass eine Faser mit hohem Δn gebildet werden kann. Deswegen lässt das Tellurit-Glas das Scale-Up der Verstärkungs-Bandbreite des EDFA mit der Zusammensetzung des ternären Systems zu, was zu einem niedrigen Grad an Effizienz führt.
Wie obenstehend beschrieben, ist die Zusammensetzung des ternären Systems, offenbart in U.S. Patent Nr. 5,251,062, weniger stabil als die des Tellurit-Glases des quadratischen Systems der vorliegenden Erfindung, so dass ein Minimum des Faser-Verlustes bei 1,5 μm 1500 dB/km beträgt. Bei der vorliegenden Erfindung untersuchten wir verschiedene Zusammensetzungen in der Absicht der Reduzierung des Faser-Verlustes, und fanden schließlich, dass die Tellurit-Zusammensetzung des quadratischen Systems mit Bi₂O₃ eine dramatische Reduzierung des Faser-Verlustes zulässt. Ebenso entdeckten wir, dass das Tellurit-Glas eine leichte Regelung des Brechungsindexes zulässt, und eine Faser mit hohem Δn gebildet werden kann. Deswegen realisiert die vorliegende Erfindung als erste den Tellurit-EDFA mit einem niedrigen Faser-Verlust. Für uns ist ersichtlich, dass das Tellurit-Glas mit der Zusammensetzung des ternären Systems von U.S. Patent Nr. 5,251,062 nicht den 3-Niveau-System-EDFA realisieren kann, weil es keine konkrete Beschreibung gibt, nicht nur in der Beschreibung von U.S. Patent Nr. 5,241,062, sondern auch in den darauffolgenden Berichten der technischen Zeitschriften wie Optics Letters und Optical Materials.
In U.S. Patent Nr. 5,251,062 geben Sniitzer et al. an, dass ein Zusammensetzungsbereich von Tellurit-Glas eines ternären Systems, welches zu einer Faser geformt werden kann, mit einer Beschreibung, dass eine Laser-Vorrichtung realisiert werden kann unter Verwendung eines Schütt-Glases, während ein optischer Verstärker eine Faser-Struktur erfordert mit Kern und Mantel Strukturen. Dementsprechend ist klar, dass die Referenz das Tellurit-Glas in der Absicht des Realisierens einer optischen Verstärkung offenbart. Allerdings können Snitzer et al. nicht den Weg des Lösens der Probleme offenbaren, mit Ausnahme der Beschreibung eines Faser-Lasers unter Verwendung von Neodym in oben zitierten Optics Letters. Es ist eine altbekannte Tatsache, dass Neodym nicht angewendet werden kann in einer optischen Verstärkung bei 1,3 μm Band wegen Erregungs-Zustand-Absorption, wie in oben zitierten Optics Letters beschrieben, obwohl es in der Vergangenheit versprach, bei 1,3 μm Band-Verstärkung angewendet werden zu können.
In den oben zitierten Optics Letters hat das Tellurit-Glas, welches Bi₂O₃ enthält, die Zusammensetzung 78% TeO₂ – 18% Bi₂O₃ und 80% TeO₂ – 10% TiO₂. Allerdings ist diese Zusammensetzung gänzlich unterschiedlich von der Zusammensetzung des quadratischen Systems der vorliegenden Erfindung. Des weiteren wird festgestellt, dass keine Beschreibung oder Lehre vorhanden ist über die thermische Stabilität des Glases und den Faser-Verlustes, obwohl diese Eigenschaften sehr wichtig sind.
Des Weiteren ist das Tellurit-Glas des quadratischen Systems mit einer Kern-Zusammensetzung von 77% TeO₂ – 6,0% Na₂O – 15,5% ZnO – 1,5% Bi₂O₃ beschrieben in den oben zitierten Optical Materials und Optic Letters, insbesondere in Optical Materials, welche ebenfalls offenbaren einen Faser-Verlust bei 1,55 μm Band von 1500 dB/km. Allerdings ist dieser Faser-Verlust zu hoch, und ebenso ist keine Beschreibung oder Lehre vorhanden, welche die Verbesserungen der thermischen Stabilität durch Addition von Bi₂O₃ andeutet oder verkündet. Im Feld der Lichtleitfaser ist es eine gut bekannte Tatsache, dass ein Brechungsindex des Glases eingestellt werden kann durch ein geeignetes Justierungsmittel. Die Addition von Bi₂O₃ ist genau das, was die Lichtleitfaser für diese Justierung braucht.
Wie später beschrieben wird, entdecken wir, dass Tellurit-Gläser mit Bi₂O₃-enthaltenden Zusammensetzungen von quadratischem System effektiv sind bei der Reduzierung des Faser-Verlustes. Eine thermische Stabilität des Tellurit-Glases wird dramatisch verbessert durch Addition von Bi₂O₃ in Konzentrationen von über 4%, und somit kann die Tellurit-Glas-Lichtleitfaser bereitgestellt werden als diejenige mit Eigenschaften von niedrigem Faser-Verlust. Zweitens kann eine Faser mit hohem Δn ohne Einschränkung gebildet werden als Folge des Einstellens des Anteils von Bi₂O₃ in Kern- und Mantel-Gläsern. Folglich, das Scale-Up der Verstärkungs-Band-Zone des Drei-Niveau-System-EDFA niedriger Effizienz durch einen synergistischen Effekt dieser Verbesserungen.
Wir ziehen nun eine Glas-Zusammensetzung in Betracht, welche ein Verstärkungs-Spektrum des Tellurit-EDFA ebnet. In den folgenden Beispielen ist das auffallendste Merkmal, dass das Tellurit-Glas oder die Tellurit-Lichtleitfaser Aluminium (Al) als Wirt enthält. Es ist ebenfalls bekannt, dass wenn SiO₂-basierendes Glas Al enthält, ein eingebeulter Abschnitt zwischen 1,53 μm und 1,56 μm eines Querschnitts der stimulierten Emission von Er im Glas verzweifelt, und auch das Verstärkungs-Spektrum abflacht bei Wellenlängen von 1,54 μm bis 1,56 μm (Emmanue Desurvire, „Erbium-Doped Fiber Amplifiers", John Wiley&Sons, 1994). Allerdings ist dies eine Wirkung von Al auf die Silika-basierenden Lichtleitfaser, so dass die Wirkung auf das Tellurit-Glas noch unbekannt ist.
Wie in den folgenden Beispielen beschrieben, haben die gegenwärtigen Erfinder schließlich die folgenden Tatsachen entdeckt. Das heißt, das Hinzufügen von Al im Tellurit-Glas führt zu den Effekten des Verschwindens eines eingebeulten Abschnitts zwischen 1,53 μm und 1,56 μm eines Querschnitts der stimulierten Emission von Er im Glas und zu ansteigenden Veränderungen im Querschnitt, resultierend in der Reduzierung des Verstärkungs-Unterschiedes zwischen 1,55 μm Band und 1,6 μm Band.
Beispiel 13:
21 ist ein Spektrum-Diagramm, welches veranschaulicht jedes 1,5 μm Emissions-Spektrum von Er in Gläsern mit ihren jeweiligen Zusammensetzungen:
TeO₂ (74 Mol-%)-ZnO (16 Mol-%)-Na₂O (6 Mol-%)-Bi₂O₃ (4 Mol-%);
TeO₂ (73 Mol-%)-ZnO 15 Mol-%) – Na₂O (6 Mol-%)-Bi₂O₃ (3 Mol-%)-Al₂O₃ (3 Mol-%) (Hintergrund); und
TeO₂ (79 Mol-%)-ZnO (3 Mol-%)-Li₂O (12 Mol-%)-Bi₂O₃ (3 Mol-%)-Al₂O₃ (3 Mol-%) (Hintergrund).
Wie in der Figur gezeigt, ist eine Intensität des Emissions-Spektrums des Glases mit Al₂O₃ bei einer Wellenlänge von um 1,6 μm stärker als diejenige des Glases ohne Al₂O₃, und auch eine Tiefe der Beule zwischen 1,53 μm und 1,56 μm des ersteren verschwindet oder ist flacher als die des letzteren.
Eine Erbium-dotierte Tellurit-Lichtleitfaser wird hergestellt unter Verwendung des Al₂O₃-enthaltenden Glases (TeO₂-ZnO-Na₂O-Bi₂O₃-System-Glas). Die erhaltene Faser hat eine Cut-Off-Wellenlänge von 1,3 μm, Er-Gehalt von 4000 ppm und eine Länge von 0,9 m. Dann wird die Faser optisch gepumpt bei 1,48 μm mit der Leistung von 200 mW, resultierend in einem Verstärkungs-Unterschied von 10 dB oder weniger zwischen 1,56 μm und 1,60 μm.
Als nächstes wird ein EDFA konstruiert unter Verwendung der obigen Erbium-dotierten Lichtleitfaser als optischer Verstärker und eines Faser-Bragg-Gitters als eine Verstärkungs-ausgleichende Vorrichtung. Der erhaltene EDFA zeigt 1 dB oder weniger Verstärkungs-Unterschied zwischen 1,53 μm und 1,60 μm.
Andererseits zeigte ein EDFA unter Verwendung der Al₂O₃-abwesenden Faser einen Verstärkungs-Unterschied von 15 dB oder mehr zwischen 1,56 μm und 1,60 μm. Des Weiteren konnte in diesem Fall die Verstärkungs-Abweichung bei Wellenlängen von 1,56 μm bis 1,60 μm nicht reduziert werden auf 1 dB oder weniger gegenüber einer Breite von 70 nm, trotz der Verwendung der Verstärkungs-ausgleichenden Vorrichtung.
Die zusätzlichen Wirkungen von Al₂O₃ auf die Verstärkungs-Eigenschaften der Lichtleitfaser werden bestätigt für die Zusammensetzung von TeO₂-ZnO-Li₂O-Bi₂O₃ (55 ≤ TeO₂ ≤ 90, 0 ≤ ZnO ≤ 35, 0 ≤ Na₂O ≤ 35, 0 < Bi₂O₃ ≤ 20, Einheit: Mol-%).
Beispiel 14:
In dieser Ausführungsform werden 100 Glasproben hergestellt aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂-ZnO-Li₂O-Na₂O-Bi₂O₃. Das heißt, die Glasproben werden hergestellt aus Materialien mit 75 Mol-% TeO₂ und 5 Mol-% Bi₂O₃, oder Materialien mit 80 Mol-% TeO₂ und 5 Mol-% Bi₂O₃. In jedem dieser Materialien werden des Weiteren die Anteile anderer Bestandteile variiert. Dann wird jede dieser Glasproben in Teile zerbrochen und pulverisiert in einer Achatreibschale. 30 mg des erhaltenen Pulvers werden in einen geschlossenen Behälter gegeben, der aus Silber gemacht ist, und werden dann unterzogen einer DSC-Messung in einer Argon-Atmosphäre bei einer Erwärmungs-Geschwindigkeit von 10°C/min, resultierend in einem wärmestabilen Glas mit 120°C oder mehr Tx – Tg in der Zone B, gezeigt in 22 und 23. Das wärmestabile Glas lässt die Massenproduktion von Lichtleitfasern zu und niedrigere Preise, die daraus resultieren.
Dann wird ein Medium zur optischen Verstärkung hergestellt als Faser mit einer Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm und einem Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 1,6%. Das heißt, ein Kern der Faser wird gebildet aus einer Glas-Zusammensetzung der Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (75 Mol-%)-ZnO (5 Mol-%)-Li₂O (12 Mol-%)-Na₂O (3 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%), dotiert mit 2000 ppm Erbium, und auch ein Mantel der Faser wird gebildet aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (75 Mol-%)-ZnO (2 Mol-%)-Li₂O (15 Mol-%)-Na₂O (3 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%).
Das erhaltene Medium wird geschnitten auf eine Faser von 3 m Länge, um einen optischen Verstärker zu konstruieren. Der optische Verstärker wird unterzogen einem Verstärkungs-Test.
In dem Verstärkungs-Test wird eine bidirektionale Pump-Prozedur mit einer Vorwärts-Pump-Wellenlänge von 0,98 μm und einer Rückwärts-Pump-Wellenlänge von 1,48 μm verwendet. Zusätzlich wird ein Wellenlängen-abstimmbarer Laser verwendet, welcher 1,5 μm bis 1,7 μm Band abdeckt, als eine optische Signalquelle. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 20 dB oder mehr erhalten bei einer Bandbreite von 80 nm, die von 1530 bis 1610 μm reicht. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Rauschfaktor (NF) 5 dB oder weniger.
Aus einer Zone (welche angibt die Zusammensetzungen, welche fähig sind, in der Faser-Bildung verwendet zu werden), die in 28 gezeigt ist, wird eine Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (80 Mol-%)-ZnO (6 Mol-%)-Li₂O (4 Mol-%)-Na₂O (5 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%) gewählt aus zu erlaubenden Zusammensetzungen in der Zone, um als Kern-Material bereitgestellt zu werden. Des weiteren wird von den Zusammensetzungen in der Zone eine Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (80 Mol-%)-ZnO (2 Mol-%)-Li₂O (6 Mol-%)-Na₂O (7 Mol-%)-Bi₂O₃ (5 Mol-%) gewählt, um als Mantel-Material bereitgestellt zu werden. Das Kern-Material ist dotiert mit 2000 ppm Erbium. Dann eine Lichtleitfaser mit einer Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm und einem Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 1,5%. Die erhaltene Faser wird bereitgestellt als ein Medium zur optischen Verstärkung. Ein Faser-Verlust des Mediums beträgt 0,07 dB/m bei 1,2 μm.
Das Medium wird geschnitten zu einer Faser von 3 m Länge, um einen optischen Verstärker zu konstruieren. Der optische Verstärker wird ebenfalls einem Verstärkungs-Test ausgesetzt. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 20 dB oder mehr erhalten bei einer Bandbreite von 80 nm, die von 1510 bis 1630 nm reicht. Zu dieser Zeit ist ein Rauschfaktor (NF) 5 dB oder weniger. Die Ergebnisse zeigen, dass ein praktischer Breitband-EDFA problemlos hergestellt werden konnte aus einer Glas-Zusammensetzung der B-Zone.
Beispiel 15:
Ein optischer Verstärker wird konstruiert auf dieselbe Weise wie in Beispiel 14, mit der Ausnahme, dass eine Faser von 15 m Länge in diesem Beispiel verwendet wird, und wird einem Verstärkungs-Test unterzogen. Für Pump-Wellenlängen, die von beiden Seiten aus angelegt werden, wird eine bidirektionale Pump-Prozedur, bei welcher die Vorwärts- und die Rückwärts-Wellenlängen identisch sind, verwendet. Zusätzlich wird ein Wellenlängen-abstimmbarer Laser, welcher 1,5 μm bis 1,7 μm Band abdeckt, als eine optische Lichtquelle verwendet. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 20 dB oder mehr erhalten bei einer Bandbreite von 70 nm, die von 1560 bis 1630 nm reicht. Zu diesem Zeitpunkt ist der Rauschfaktor 5 dB oder weniger.
Beispiel 16:
Ein Laser wird konstruiert unter Verwendung einer Faser (15 m Länge), welche hergestellt wird auf dieselbe Weise wie in Beispiel 14. Ein Hohlraum wird konstruiert unter Verwendung eines Faser-Bragg-Gitters, welches einen Brechungsindex von 3% bei einer Wellenlänge von 1625 nm hat in Bezug auf einen Total-Reflexions-Spiegel. Für Pump-Wellenlängen, die von beiden Seiten aus angelegt werden, wird eine bidirektionale Pump-Prozedur, bei welcher die Vorwärts- und die Rückwärts-Wellenlängen 1,48 μm sind, verwendet. Der Laser erzeugte eine Hochleistung von 150 mW bei 1625 nm Wellenlänge, was nicht erreicht werden konnte durch Silika-basierende und Fluorid-basierende Lichtleitfasern.
Beispiel 17 (Hintergrund):
In dieser Ausführungsform werden 50 Glas-Proben hergestellt aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂-ZnO-Li₂O-Al₂O₃-Bi₂O₃. Die Proben haben 2 mol Al₂O₃ und 12 Mol-% Li₂O, mit der Ausnahme, dass jede Probe ihre eigenen Verhältnisse von anderen Bestandteilen hat. Dann wird jede der Glas-Proben in Stücke zerbrochen und in einer Achatreibschale pulverisiert. 30 mg des erhaltenen Pulvers wird in einen geschlossenen Behälter gegeben, der aus Silber gemacht ist, und dann einer DSC-Messung in einer Argon-Atmosphäre bei einer Erwärmungs-Geschwindigkeit von 10°C/min unterzogen, resultierend in einem wärmestabilen Glas mit 120°C oder mehr Tx-Tg, in einer Zone, die in 24 als A definiert ist. Das wärmestabile Glas erlaubt eine Faser mit einem niedrigeren Verlust von 0,1 dB/m oder weniger. Zusätzlich erlauben die Wirkungen des Hinzufügens von Al₂O₃ in die Glas-Zusammensetzung eine breitere Fläche des Querschnittes der induzierten Emission, so dass eine Verstärkungs-Bandbreite des EDFA verbreitert werden kann.
Als nächstes wird ein Medium zur optischen Verstärkung hergestellt als Faser mit einer Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm und einem Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 1,6%. Ein Kern der Faser wird gebildet aus einer Glas-Zusammensetzung der Glas-Zusammensetzung, gewählt aus der Zone in 29, d.h. TeO₂ (82 Mol-%)-ZnO (1 Mol-%)-Li₂O (12 Mol-%)-Al₂O₃ (2 Mol-%)-Bi₂O₃ (3 Mol-%), dotiert mit 2000 ppm Erbium. Ebenfalls wird ein Mantel der Faser gebildet aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (75 Mol-%)-ZnO (3 Mol-%)-Li₂O (18 Mol-%)-Bi₂O₃ (4 Mol-%). Ein Faser-Verlust bei 1,2 μm beträgt 0,07 dB/m.
Das erhaltene Medium wird geschnitten zu einer Faser von 3 m Länge, um einen optischen Verstärker zu konstruieren. Der optische Verstärker wird unterzogen einem Verstärkungs-Test.
In dem Verstärkungs-Test wird eine bidirektionale Pump-Prozedur mit einer Vorwärts-Pump-Wellenlänge von 0,98 μm und einer Rückwärts-Pump-Wellenlänge von 1,48 μm verwendet. Zusätzlich wird ein Wellenlängen-abstimmbarer Laser, der 1,5 μm bis 1,7 μm Band abdeckt, verwendet als eine optische Signal-Quelle. Als Folge wird eine kleine Signal-Verstärkung von 20 dB oder mehr erhalten bei einer Bandbreite von 80 nm, die von 1530 bis 1610 μm reicht. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Rauschfaktor (NF) 5 dB oder weniger.
Beispiel 18 (Hintergrund):
Ein Wellenlängen-abstimmbarer Ring-Laser wird konstruiert unter Verwendung der gleichen Faser (4 m Länge) wie in Ausführungsform 30, und auch ein Wellen-abstimmbarer Filter für Wellenlängen von 1,5 μm bis 1,7 μm wird verwendet als ein Filter. Zusätzlich wird eine bidirektionale Pump-Prozedur, bei welcher die Vorwärts- und die Rückwärts-Wellenlängen identisch sind, verwendet. Bei einer einfallenden Pump-Stärke von 300 mW zeigte der Laser seine Breitband-Laser-Eigenschaften von 5 mW oder mehr bei einer Bandbreite von 135 nm, die von 1500 bis 1635 nm reicht, was nicht erreicht werden konnte mit der Silika-basierenden und Fluorid-basierenden Lichtleitfaser.
Beispiel 19:
Fünf Lichtleitfasern mit 800 m Länge als Faser mit einer Cut-Off-Wellenlänge von 1,1 μm und einem Kern/Mantel relativen Brechungsindex-Unterschied von 1,3 bis 2,2%. In dieser Ausführungsform wird ein Kern der Faser gebildet aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (79,5 – x Mol-%)-ZnO (14,5 Mol-%)-Na₂O (6 Mol-%)-Bi₂O₃ (x Mol-%), dotiert mit 500 ppm Erbium, und fünf Fasern hatten die Werte x = 4, 4,2, 5,4, 6,8 und 7. Ebenfalls wird ein Mantel der Faser gebildet aus einer Glas-Zusammensetzung von TeO₂ (75 Mol-%)-ZnO (17,5 Mol-%)-Na₂O (5 Mol-%)-Bi₂O₃ (2,5 Mol-%). Im Fall der Fasern mit x = 4 und x = 7 Mol-% ist der Abstand zwischen angrenzenden Streuungs-Punkten (d.h. ein Punkt, wo ein Faser-Verlust bemerkenswert erhöht wird durch eine Streuung des Lichtes durch Partikel wie z.B. Kristalle) 15 m oder weniger, und auch ein Faser-Verlust in der Fläche ohne die streuenden Zentren ist 0,07 dB/m bei einer Wellenlänge von 1,2 μm. Im Fall der Fasern mit x = 4,2, 5,4 und 6,8 Mol-% ist andererseits der Abstand zwischen benachbarten Streuungs-Zentren 100 m oder mehr, und auch ein Faser-Verlust in der Fläche ohne die streuenden Zentren ist 0,02 dB/m oder weniger.
Nebenbei beträgt im allgemeinen eine erforderliche Faserlänge zur Konstruktion des EDFA etwa 10 m. Wenn die Fasern x = 4 oder 7 Mol-% verwendet werden, werden nur 20 oder weniger 10-m-lange Fasern erhalten aus einer 800-m-langen Faser. Andererseits werden 70 oder mehr 10-m-lange Fasern erhalten aus einer 800-m-langen Faser, wenn die Fasern mit x = 4,2, 5,4 und 6,8 Mol-% verwendet werden, resultierend in einer dramatischen Verbesserung der Ausbeute.

Claims

Tellurit-Glas als Glasmaterial für eine optische Faser oder einen optischen Wellenleiter, gekennzeichnet durch Aufweisen von: 4 < Bi₂O₃ ≤ 15 (Mol-%); 0 < Na₂O ≤ 35 (Mol-%); 0 < ZnO ≤ 35 (Mol-%); und 55 ≤ TeO₂ ≤ 90 (Mol-%).
Tellurit-Glas als Glasmaterial für eine optische Faser oder einen optischen Wellenleiter, gekennzeichnet durch Aufweisen von: 4 < Bi₂O₃ ≤ 15 (Mol-%); 0 < M₂O ≤ 35 (Mol-%); 0 < ZnO ≤ 35 (Mol-%); und 55 ≤ TeO₂ ≤ 90 (Mol-%), wobei M mindestens zwei einwertige Metalle gewählt aus der Gruppe bestehend aus Na, Li, K, Rb und Cs sind.
Tellurit-Glas nach Anspruch 2, wobei M Na und Li ist und die Na₂O-, Li₂O-, ZnO- und TeO₂-Anteile gegeben sind durch: 0 < Li₂O ≤ 25 (Mol-%); 0 < Na₂O ≤ 15 (Mol-%); 0 < ZnO ≤ 25 (Mol-%) und 60 ≤ TeO₂ ≤ 90 (Mol-%).
Tellurit-Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bi₂O₃-Anteil gegeben ist durch: 4 < Bi₂O₃ < 7 (Mol-%).
Optisches Verstärkungsmedium, das einen optischen Verstärker oder einen optischen Wellenleiter mit einem Kernglas und einem Mantelglas hat, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von dem Kernglas und dem Mantelglas aus dem Tellurit-Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.
Optisches Verstärkungsmedium, das einen optischen Verstärker oder einen optischen Wellenleiter mit einem Kernglas und einem Mantelglas hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernglas aus einem Tellurit-Glas mit einer Zusammensetzung nach Anspruch 1 hergestellt ist, wobei das Mantelglas hergestellt ist aus einem Telluritglas mit einer Zusammensetzung, gewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer ersten Zusammensetzung, die enthält 5 < Na₂O < 35 (Mol-%), 0 ≤ ZnO < 10 (Mol-%), und 55 < TeO₂ < 85 (Mol-%); einer zweiten Zusammensetzung, die enthält 5 < Na₂O < 35 (Mol-%), 10 < ZnO ≤ 20 (Mol-%), und 55 < TeO₂ < 85 (Mol-%); und einer dritten Zusammensetzung, die enthält 5 ≤ Na₂O < 25 (Mol-%), 20 < ZnO ≤ 30 (Mol-%), und 55 < TeO₂ < 75 (Mol-%).
Optisches Verstärkungsmedium nach Anspruch 6, wobei der Bi₂O₃-Anteil gegeben ist durch: 4 < Bi₂O₃ < 7 (Mol-%)
Optisches Verstärkungsmedium nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von dem Kernglas und dem Mantelglas Erbium oder Erbium und Ytterbium enthält.
Optisches Verstärkungsmedium nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von dem Kernglas und dem Mantelglas mindestens eines, gewählt aus einer Gruppe bestehend aus Bor (B), Phosphor (P) und Hydroxygruppe enthält.
Optisches Verstärkungsmedium nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines von dem Kernglas und dem Mantelglas ein Element, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Gd, Eu, Dy, Ho, Tm und Yb enthält.
Optisches Verstärkungsmedium nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Cut-off-Wellenlänge im Bereich vom 0,4 μm bis 2,5 μm ist.
Laser-Vorrichtung mit einem optischen Resonator und einer Erregerlichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der optischen Verstärkungsmedien im optischen Resonator das optische Verstärkungsmedium nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ist.
Laser-Vorrichtung mit einem Verstärkungsmedium und einer Erregerlichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmedium das optische Verstärkungsmedium nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ist.
Optischer Verstärker mit einem optischen Verstärkungsmedium, einer Zuführungsvorrichtung, die ein Erregerlicht und ein Signallicht zum Pumpen des optischen Verstärkungsmediums zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Verstärkungsmedium das optische Verstärkungsmedium nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ist.
Optischer Verstärker mit einer Vielzahl von optischen Verstärkungsmedien mit optischen Fasern, die Erbium in ihren Kernen enthalten und reihenweise angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der optischen Verstärkungsmedien das optische Verstärkungsmedium nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ist.