JP2003511340A - テルライトガラスおよび光学成分 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 テルライトガラスの一群および通信システム用の光学成分が開示されている。ガラスは、カチオンパーセントで計算して、65-97％のＴｅＯ₂、および２より大きい原子価を有し、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ，ＡｌおよびＧａからなる群より選択される元素の少なくとも１つの追加の酸化物から実質的になり、ドーパントとしてランタニド酸化物、特にエルビウム酸化物を含有してもよく、そのようにドープされた場合、比較的広いＦＷＨＭ値を有する蛍光発光スペクトルにより特徴付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野 本発明は、ガラス中の希土類ドーパントの発光スペクトルの増大した帯域幅お
よびガラスの向上した熱安定性を提供する組成を有するテルライトガラス、およ
びそれらのガラスから構成された、通信システムに用いられる光学成分に関する
。

【０００２】発明の背景 光学成分、特に、希土類金属イオンがドープされた光ファイバを用いた成分が
、通信システムにおいて広く用いられている。主な用途は、信号を増幅するため
の蛍光イオン発光を用いた信号増幅器である。イオン発光は、信号と同じ動作波
長領域内で生じる。ポンピングエネルギーが希土類金属イオンを励起して、この
イオンに蛍光を生じさせ、それによって、光学利得を与える。

【０００３】 希土類金属イオンがドープされ、適切なエネルギーによりポンピングされたガ
ラスは、特徴的な蛍光強度ピークを示す。通信システムの発達により、関心のあ
る波長領域に最大幅の潜在的な発光スペクトルを有する希土類ドープ増幅器材料
の必要が生じた。本発明の目的はこの必要性を満たすことにある。

【０００４】 蛍光強度曲線の帯域幅は、任意というよりも、曲線の半値全幅（ＦＷＨＭ）と
してナノメートルとしてとられる。この値は、最大強度の半分、すなわち、曲線
のピークの垂直高さの半分での曲線の横幅である。残念ながら、適切な領域に蛍
光を示す多くのガラスは、かなり狭い帯域幅を示す。本発明のさらなる目的は、
比較的広い帯域幅を示すガラスの群を提供することにある。

【０００５】 エルビウムをドープしたガラスに、1520-1560ｎｍ領域の蛍光を放出させられ
ることがよく知られている。これにより、この波長範囲で動作する信号を増幅で
きる。光通信における1550ｎｍの波長領域の重要性のために、ガラス中の希土類
金属ドーパントとしてのエルビウムの挙動に関する研究が益々行われるようにな
ってきた。また、このために、エルビウムイオンのホストとしての様々なガラス
の研究も行われた。

【０００６】 テルライトガラスの低フォノンエネルギーにより、あるポンピング波長にとっ
て長い発光寿命を導くことができる。例として、テルライトガラス中のエルビウ
ムは、ケイ酸塩と比較して、長いｔａｕ−３２（980ｎｍの発光）値を示す。こ
の実際的なポンピング波長での長い発光寿命により、上部レーザレベルでの不十
分な分布および励起状態の吸収のために、増幅器またはレーザの効率が減少する
ことがある。実際的な980ｎｍのポンピング方法は、ガラスに、980ｎｍと1530ｎ
ｍとの間のエネルギー差で共振するフォノンオーバートーンを有する複数の低質
量成分を共にドーピングすることにより得ることができる。そのような成分とし
ては、Ｈ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅が挙げられる。

【０００７】 ある用途に関して、長いエルビウムのｔａｕ−３２発光値、すなわち、980ｎ
ｍでの長いエルビウムの発光寿命が望ましい。これらの用途としては、基底状態
吸収への直接のポンピングがノイズ形状に影響を与えない長帯域増幅器が挙げら
れ、また、980ｎｍおよび1480ｎｍのポンピングレーザが組み合わせられるチル
トフリー(tilt-free)増幅器も挙げられる。後者の増幅器は、利得スペクトルの
形状に影響を与えずに、利得を力学的に調節する。

【０００８】 中程度に低い最大フォノンエネルギーを有するガラスは、ツリウムをドープし
た場合、1450ｎｍの近傍で蛍光を示すことができる。この波長は現在用いられて
いる通信帯域から外れているが、それでもまだ殆どの市販の光ファイバの透明ウ
インドウ内にある。有用な帯域幅に関するかつてない要望により、エルビウムに
よりカバーされないこのウインドウの残りの部分に亘り動作する追加の増幅器デ
バイスの必要性が生じるであろう。

【０００９】 エルビウムのような希土類金属イオンの濃度が増加するにつれ、光学利得はあ
る点まで上昇することが知られている。この点を超えると、蛍光信号が消光され
、光学利得が減少する。この現象は、クラスタリングと一般に称される様式で互
いに相互作用するドーパントの希土類金属イオンが原因であると考えられている
。エルビウムイオンを容易に溶解でき、クラスタリングが阻害されていることを
示す広い帯域幅を示すガラスの群を提供することが本発明の別の目的である。

【００１０】 エルビウムイオンがドープされたあるテルライトガラスは、スペクトルの1540
ｎｍ領域において非常に広いエルビウム発光帯域を与えることが報告されている
。そこにはガラス組成物は報告されなかったが、他の文献は、それらのガラスは
アルカリ−アルカリ土類−亜鉛−テルライトガラスであることを示している。

【００１１】 テルライトガラス（ＴｅＯ₂をベースとする酸化物ガラス）は、ベースとなる
網状構造成形Ｔｅ−Ｏ多面体が、三方晶系のＴｅＯ₃錐体から歪んだＴｅＯ₄基に
変わることができるといった点で独特である。ＴｅＯ₄基は、赤道結合酸素を欠
いた三方晶系両錐体として見なすことができる。ラマン分光法は、ＴｅＯ₄基は
、高ＴｅＯ₂含有量でこれらのガラスの構造を支配するが、他の酸化物の濃度が
上昇するにつれ、ＴｅＯ₃基により次第に置換されることを示している。

【００１２】 ＴｅＯ_x種の多様性は、エルビウムイオンのようなドーパントイオンを組み入
れるための様々な構造部位を生じると考えられた。これにより、それらのイオン
のクラスタリングを避け、蛍光放出およびその結果としての増幅にとって非効果
的となるのを防ぐであろう。このドーパント部位の多様性は、広がった発光スペ
クトルを生じるはずである。そこで、本発明の基本的な目的は、エルビウムのよ
うな希土類金属の化合物が、それらが結合できる組成部位の多様性のために、そ
の中に容易に溶解できるテルライトガラスの一群を提供することにある。

【００１３】 両方のＴｅＯ_x種は、中央にあるＴｅ⁴⁺イオン上の孤立５ｓ電子対の立体化学
的効果のために非常に非対称的である。後者、並びにＴｅの高い原子数のために
、これらのガラスはおそらく、約1.9から2.2までに及ぶ高屈折率について最もよ
く知られている。Ｔｅ⁴⁺上の立体化学的活性な孤立電子対の別の結果は、1060ｎ
ｍでのほぼ10^-13ｅｓｕである、これらの材料の高光学非線形性である。これは
、溶融シリカのもののおおよそ40倍である。

【００１４】発明の概要 本発明は、一部には、カチオンパーセントで計算して、65-97％のＴｅＯ₂と、
Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ａｌ，Ｇａ
およびそれらの混合物からなる群より選択される元素の少なくとも１つの追加の
酸化物とから実質的になる組成を有するテルライトガラスの一群にある。

【００１５】 本発明はさらに、高い熱安定性（Ｔx−Ｔg）を有し、希土類金属酸化物を容易
に溶解し、カチオンパーセントで計算して、65-97％のＴｅＯ₂と、２より大きい
原子価を有する元素であって、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，
Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ａｌ，Ｇａおよびそれらの混合物からなる群より選択される
元素の少なくとも１つの追加の酸化物と、0.005-10％のランタニド（Ｌｎ）酸化
物とから実質的になる組成を有するテルライトガラスから少なくとも一部が構成
された、通信システムのための光学成分にある。

【００１６】発明の説明 前述したように、1.5μｍの波長ウインドウに広い平坦な帯域幅を有するガラ
スに関する通信分野における要望が益々増えている。そのようなガラスには、一
般的な用途が見出されているが、現在、特に、増幅装置に使用するための線引き
されたファイバが要望されている。本発明は、エルビウムがドープされ、それら
の組成に少なくとも１つの選択された追加の酸化物を含有するテルライトガラス
がこの要望を満たすという発見に基づく。

【００１７】 本発明のベースガラス組成は、主に、65-97カチオン％の量のＴｅＯ₂から構成
される。必要とされる追加の酸化物は、高原子価金属、すなわち、３以上の原子
価を有する金属の酸化物である。これは、3-35カチオン％の、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，
Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ，ＡｌおよびＧａからなる群よ
り選択される１つ以上の元素の酸化物である。

【００１８】 Ｚｒ，ＨｆおよびＹを除いては、これらの追加の酸化物は、ＴｅＯ₂と二成分
ガラスを形成するかもしれない。ＡｌまたはＧａ酸化物により二成分テルライト
ガラスを形成するためには、少なくとも約5カチオン％のＡｌまたはＧａが必要
である。さらに、Ａｌおよび／またはＧａを含有する三成分ガラスにおいて、15
％以下のＺｒまたはＨｆ酸化物を用いても差し支えなく、一方で、Ｙ，Ｇｄ，Ｌ
ｕおよびＳｅの酸化物は20％に制限されている。二成分ガラスを記載したように
溶融してもよいが、最適な特性は、複数の追加の酸化物の混合物を含有するベー
スガラスについて得られる。特に、Ｔａおよび／またはＮｂ酸化物の、Ａｌおよ
び／またはＧａ酸化物との混合物が好ましい。通信目的に関しては、前記組成は
、0.005-10％のランタニド酸化物、特に、酸化エルビウムまたは酸化ツリウムを
さらに含有する。

【００１９】 Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃの酸化物か
らなる酸化物の群の内の１つ以上を含有するエルビウムドープテルライトガラス
が、比較的広い発光特性を示すことが分かった。これらのガラスは、良好な光学
的透明性および良好な熱安定性も有する。Ｔx−Ｔg値により測定された後者は、
ファイバ製造を容易にする。

【００２０】 アルミナまたはガリアをテルル酸化物と共に溶融して、二成分ガラスを形成し
てもよい。アルミナの使用は、「ハード」ガラス、すなわち、高い溶融温度およ
び高い作業温度を有するガラスを製造する傾向により制限されている。ガリウム
テルライト(Gallium Tellurite)ガラスバッチは、対応するアルミニウムテルラ
イト（Aluminum-tellurite）バッチよりも溶融し易い。しかしながら、得られた
ガラスは、対応するアルミニウムテルライトガラスよりも、1.5μｍでのＥｒに
関する発光帯域がわずかに狭い。その結果、これらの酸化物は主に、最初に挙げ
た酸化物の群の内の１つと組み合わせて用いられる。

【００２１】 図１は、通常の工程を用いて本発明のガラスを溶融できる組成区域を示す部分
的三成分図である。図の頂点は、100カチオン％のＴｅＯ₂を表す。水平の基線は
、50カチオン％のＴｅＯ₂含有量の線である。この線の左端は、ＴａＯ_5/2として
表されるＴａの酸化物の50カチオン％を表す。この線の右端は、ＡｌＯ_3/2とし
て表されるＡｌの酸化物の50カチオン％を表す。50％未満のＴｅＯ₂を有する組
成では、ガラスは製造できないので、組成区域を容易に示すために、図の下側部
分は省かれている。

【００２２】 前述したように、二成分組成物を溶融しても差し支えないが、最適な特性は、
その組成が、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃの酸化
物からなる群の内の少なくとも１つの酸化物と共にＡｌおよび／またはＧａ酸化
物を含有するガラスについて得られる。Ｔａ酸化物およびＡｌおよび／またはＧ
ａの酸化物と共にＴｅＯ₂を含有するベース組成が好ましい。

【００２３】 ベースガラス組成を変更して、これらの組成を有するガラスの物理的特性を変
えてもよい。特に、光ファイバのコアおよびクラッドガラスの組合せを提供する
目的のために、それら組成を変更してもよい。その目的のために、それらのガラ
スは、よく知られているように、屈折率の差を示さなければならない。しかしな
がら、他の点では、コアおよびクラッドガラスは、できるだけ近い特性を有する
ことが望ましい。

【００２４】 必要に応じての改質酸化物としては、0-20％のＭＯ（ここで、Ｍは、Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｄおよび／またはＰｂである）、0-25％のＲＯ_1/2（
ここで、ＲはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓおよび／またはＴｌである）、0-20％
のＳｂＯ_3/2および／またはＢｉＯ_3/2が挙げられるであろう。本発明の組成中に
ある様々な酸化物成分は、全ハロゲン化物対全ハロゲン化物に酸素の含有量を加
えたものの比が、原子基準で約１：５を超えない程度まで、対応する金属ハロゲ
ン化物により置換されてもよい。

【００２５】 表Ｉは、酸化物基準のカチオンパーセントで計算された、成分として、ニオブ
および／またはタンタルおよび／またはタングステンの酸化物を含有し、エルビ
ウムがドープされた一連のテルライトガラスの組成を示している。表Ｉはまた、
これらの組成を有するガラスに関する、ｐｐｍ／℃で表された熱膨張係数のデー
タ、および℃で表された熱安定性指数（Ｔx−Ｔg）値も与えている。比較目的の
ために、アルカリ金属およびテルルの酸化物から構成され、エルビウムがドープ
された組成を有する従来技術のガラスが具体例７として含まれている。

【００２６】

【表１】 表IIは、さらにアルミニウムおよび／またはガリウムの酸化物を含有し、1000
重量ｐｐｍの酸化エルビウムがドープされた一連のタンタラ−テルライトガラス
を表形式で示している。これらのガラスは、本発明の好ましい形態を示す。また
、各々のガラスについて、Ｔx−ＴgおよびＦＷＨＭ値も示されている。

【００２７】

【表２】 これらのガラスのＴgは、330から420℃までに及ぶ。Ｔgは、(1)ＴｅＯ₂含有量
が減少するにつれ、または(2)ＴｅＯ₂を一定にしつつＴａ／Ａｌを上昇させるに
つれて、増加する。Ｔxの変動は、最も安定なガラス（Ｔx−Ｔgの量を最大にす
るという意味で）が75-80％のＴｅＯ₂濃度を有するようなものである。これによ
り、ほとんどの安定な組成が、ガラス形成領域の中心に置かれる。熱膨張係数（
α）は約13ｐｐｍ／℃と高く、二成分Ｔａテルライトガラスについては、αはＴ
ａ含有量が上昇するにつれて減少する。後者のガラスについては、密度（ρ）は
ほぼ6ｇ／ｃｃであり、Ｔａの濃度が増加するにつれ上昇する。二成分Ｒ₂Ｏ₅−
ＴｅＯ₂ガラスにおいて、ＴａをＮｂで置換する影響により、Ｔgおよびρが減少
し、αが増加する。

【００２８】 ＥｒドープＴａＡｌおよびＴａＧａテルライトガラスの試料を、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、ＴｅＯ₂およびＥｒ₂Ｏ₃の適切な20-25ｍｇのバッチを混合す
ることにより調製した。これらのバッチは、850-1050℃で15-20分間に亘り、電
気炉内の50ｃｃのVycor（登録商標）または白金坩堝中において、溶融した。こ
れらの溶融物を鋼板上で急冷し、ガラス転移温度（Ｔg）近くでアニールした。

【００２９】 ＴgおよびＴxは、±2℃の精度で、10℃／分の加熱速度でＤＳＣにより測定し
た。熱膨張は、対照としてＡｌ₂Ｏ₃を用いて、膨張計により、室温から300℃ま
でで、±0.1ｐｐｍ／℃の精度で測定した。密度は、アルキメデス法により室温
で水中において±0.005ｇ／ｃｃまで測定した。蛍光スペクトルは、励起光源と
してキセノンランプを用いたＳｐｅｘ蛍光分光光度計で測定した。

【００３０】 これらのガラスは、プレーナデバイス用のバルク形態で用いてもよい。しかし
ながら、分野が広がるにつれ、光ファイバの形態のガラスに現在関心が寄せられ
ている。ファイバの製造に関して、ガラスの熱安定性は、重要な考慮事項である
。したがって、熱安定性指数（Ｔg−Ｔx）の値が大きいことが重要である。

【００３１】 熱安定性指数は、温度（Ｔx）と、ガラス転移温度（Ｔg）との間の温度間隔で
ある。ここで用いているように、Ｔxは結晶形成が始まる温度を表す。ガラス中
に結晶がどのように発達しても有害となり得る。

【００３２】 ファイバの線引きに関して、ガラスの熱安定性指数値は、他の特性に影響を及
ぼさないかぎりできるだけ高いべきである。少なくとも100℃の値が必要である
と考えられるが、125℃を超える値が好ましい。そのような指数値は、これらの
ガラスに関する急勾配の粘度曲線のために、例えば、「ロッド・イン・チューブ
」プレフォームをリドローすることにより、実際的な様式でガラスを繊維化でき
るのに十分である。

【００３３】 表IIが示すように、アルミニウムまたはガリウムの酸化物と共にタンタルの酸
化物を含有するテルライトベースのガラスは、一般に、125℃を超える熱安定性
指数値を与える。ＴｅＯ₂含有量は、好ましくは、70-85％の範囲にあり、最適値
は、75-80％のＴｅＯ₂含有量により得られる。

【００３４】 本発明のガラスのファイバ製造のために、180μｍの直径を有する連続ファイ
バをＴａＧａテルライトガラスの円柱プレフォームからリドローした。ガラスは
、エルビウムがドープされており、129℃のＴg−Ｔx値を有した。このファイバ
は、1.34μｍで1ｄＢ／ｍ未満の減衰を示した。

【００３５】 本発明のガラスの特別な性質は、エルビウムがドープされ、980ｎｍのエネル
ギーによりポンピングされたときの発光スペクトルの広がった帯域幅である。こ
の特性は、典型的なタンタラ−アルミナ−テルライトガラスの発光スペクトルを
従来技術のテルライトガラスのものと比較している図２に示されている。相対的
な発光強度が、比較目的のために、任意の単位（a.u.）で縦軸にプロットされて
いる。ナノメートルで表された波長が、横軸にプロットされている。

【００３６】 曲線Ａは、その組成に本発明の追加の酸化物を全く含まない公知のアルカリ金
属テルライトガラスの発光スペクトルを表す。このガラスは、表Ｉの具体例７の
組成を有する。曲線Ｂは、本発明の典型的なテルライトガラス（表IIの具体例12
）の発光スペクトルを表す。横の点線は、各々のガラスに関するＦＷＨＭ値を表
す。曲線Ｂのより平坦でより広い特性、およびその結果としてのガラスのより大
きいＦＷＨＭ値が明らかである。これは、本発明のガラスの典型的かつ重要な特
性である。

【００３７】 表IIIは、酸化ガリウムの有無にかかわらず、アルミニウムおよびタンタルの
酸化物以外の追加の酸化物を含有するいくつかのテルライトガラスの組成を示し
ている。各々のガラスのＦＷＨＭ値も示されている。

【００３８】 組成20-25は、金属元素が２より大きい原子価を有する酸化物（ＷＯ₃、ＬａＯ _3/2 およびＺｒＯ₂）を含有している。示されているように、これらの酸化物は、
向上したＦＷＨＭ値を提供する上で、特に酸化ガリウムと組み合わされた、その
ような酸化物の有効性を示している。組成26-31は、前記金属元素が３未満の原
子価を有する酸化物のＦＷＨＭ値への影響を示している。

【００３９】 表IIIの具体例26および27は、Ｇａが存在する場合でさえも、ガラスのＦＷＨ
Ｍ値を減少させることへのＢａの影響を示している。この影響は、ＢａＯ対Ｇａ
Ｏ3/2の比が1.5:1よりも大きい場合に大きい。しかしながら、具体例28における
ように、この比がそれより小さい場合、その影響はあったとしても最小である。
具体例29-31は、同じ影響がＮａ₂Ｏについても当てはまることを示している。こ
の減少の影響は、ＡｌＯ_3/2またはＧａＯ_3/2のいずれかに関して、約1.5:1を超
える比で存在する任意の二価または一価の酸化物について一般に生じる。

【００４０】 低原子価元素（３未満の原子価）の酸化物は、屈折率のような物理的特性を調
節するための改質酸化物としての価値を持つ。しかしながら、原子価のより大き
い元素の酸化物のＦＷＨＭ値への効果を無効にすることを避けるために、原子価
のより大きい元素（例えば、ＡｌまたはＧａ）の酸化物の、原子価のより小さい
元素（例えば、ＮａまたはＢａ）の酸化物に対する比は、1:1.5より大きく維持
しなければならない。

【００４１】

【表３】 本発明のガラスの向上した帯域幅（ＦＷＨＭ値）の理由を確かめる努力におい
て、固体状態ＮＭＲ分光研究を行った。アルミニウム含有ガラスおよびガリウム
含有ガラスの両方を調査した。ドーパントとしての希土類金属は、他のガラスに
おいてアルミニウムと構造的に緊密に結合していることが知られている。これに
より、本発明のガラスにおける状況を決定するための研究が促進された。

【００４２】 ＮＭＲ研究により、アルミニウム含有ガラスおよびガリウム含有ガラスの両方
における３つの顕著なピークが示された。これらのピークは、各々の元素の、酸
素に関する６倍、５倍および４倍の配位を示した。

【００４３】 ＴｅＯ₂の含有量が固定された状態で、ピークにより示された３つのＡｌ種の
相対比は比較的一定のままである。しかしながら、それらの比は、ＴｅＯ₂濃度
に強く依存している。したがって、ＴｅＯ₂の含有量が少ない場合、四面体Ａｌ
が前記スペクトルを支配し、一方で、八面体Ａｌは、ＴｅＯ₂含有量が最大のガ
ラスにおける主な種である。いずれにせよ、ＡｌまたはＧａのいずれかに関する
、３つの配位の各々は、元素のＡｌにＧａの含有量を加えたものの少なくとも15
％から55％までの程度まで存在することが示された。

【００４４】 前述したように、様々なＴｅＯx種により、Ｅｒイオンのようなドーパントイ
オンを組み込むための、これらのガラス中の多様な構造部位が作り出されると考
えられる。全く同様にして、ＮＭＲ結果により示されるように、これらのテルラ
イトガラス中の例外的に多様なＡｌＯ_xおよびＧａＯ_x種は、観察される広がった
発光帯域幅に少なくとも寄与すると考えられる。希土類金属ドーパントは、隣接
した最も近い隣接原子としてＡｌまたはＧａのいずれかと優先的に結合すると考
えられているので、特に、アルミニウムおよび／またはガリウムの構造的多様性
は、希土類ドーパントにおける対応する構造的多様性をもたらしそうである。転
じて、この構造的多様性が、観察された広がった発光帯域幅につながる。

【００４５】 図３もグラフであり、これは、タンタラおよびアルミナにより改質されたテル
ライトガラスに関する熱安定性指数を示している。℃で表されたＴxおよびＴgの
温度が縦軸にプロットされ、カチオン％で表されたタンタラ（ＴａＯ_5/2）含有
量が横軸にプロットされている。

【００４６】 図３の曲線ＣおよびＤは、それぞれ、75および80カチオンパーセントのＴｅＯ ₂ を有するガラスに関するＴx温度を表している。ガラス組成の残りはタンタラお
よびアルミナであり、タンタラの含有量がプロットされており、アルミナのその
差である。曲線ＥおよびＦは、タンタラ含有量の同じ範囲に亘る同じガラスに関
する対応する転位温度（Ｔg）を表している。任意の選択されたタンタラ含有量
での差（Ｔx−Ｔg）はそのガラスに関する熱安定性指数である。

【００４７】 この重要な特性は、ＴｅＯ₂の任意の所定の含有量での曲線間での垂直距離で
ある。この垂直差（Ｔx−Ｔg）は、約75％のＴｅＯ₂含有量および約10％のＴａ_{5 /2} 含有量で、約145℃である。前述したように、これは、任意のプレフォームの
リドロー技法によるファイバの線引き中の失透問題を避ける上で非常に重要であ
る。

【００４８】 軽量元素である、水素、ホウ素およびリンは、本発明のガラス中の酸化物添加
剤として望ましい。これは、特にエルビウムがドーパントイオンである場合に、
ドーパントイオンの寿命への好ましい影響のためである。光増幅デバイスにおけ
る実際的な経済性のために、980ｎｍで動作するレーザによりエルビウムをポン
ピングするのが慣例である。レーザは、通常レベル３と称される、実際の蛍光発
生レベルよりも高いレベルまでイオンをポンピングするので、このことは、潜在
的な問題を引き起こす。

【００４９】 1.5μｍで信号を増幅するための効果的な蛍光放出は、レベル２として知られ
ている中間レベルから生じる。イオンが、蛍光を発した後に戻る基底状態は、レ
ベル１と称される。1.5μｍでの最も効果的な増幅は、中間レベル２での放出出
力を最大にすることにより達成される。この目的のために、レベル２および３の
両方のイオンの寿命を制御することが望ましい。

【００５０】 Ｔａｕ−３２、すなわち、レベル２まで減少する前のレベル３でのイオンの寿
命はできるだけ短くあるべきである。この短い寿命により、アップコンバージョ
ンのための望ましくないポンピングパワー損失が避けられる。軽量元素の酸化物
が存在することにより、前記寿命が短くなり、それによって、レベル２までの減
少が促進される。

【００５１】 本発明の組成中に軽量元素を含める効果が表VIに示されている。この表は、カ
チオンパーセントで表された６つの組成を示している。最初の５つは、ホウ素ま
たはリンの酸化物を含有する本発明のガラスの組成である。最後の組成は、比較
ガラスのものである。各々の組成は、追加に、1000重量ｐｐｍのＥｒ₂Ｏ₃を含有
している。

【００５２】

【表４】 マイクロ秒（μｓ）で表されたｔａｒ−３２およびｔａｕ−２１の時間が、各
々のガラスについて示されている。ｔａｕ−２１時間においては比較的小さな減
少しか生じていないが、ｔａｕ−３２時間は、比較時間の三分の一未満まで短縮
されているものもあるのが観察される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 タンタラおよび／またはアルミナを含有するテルライトガラスバッチがその中
に溶融でき、実際的な冷却速度でガラス品に形成できる区域を示す三成分図

【図２】 本発明のガラスの発光スペクトルを公知のテルライトガラスのものと比較した
グラフ

【図３】 本発明の典型的なガラスの熱安定性を示すグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 3/06 Ｈ０１Ｓ 3/06 Ｂ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＧ，Ａ Ｌ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｄ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ヤングマン，ランドール イー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 ホースヘッズ ガーデン レイン 10 Ｆターム(参考） 2H050 AB29Z 4G062 AA04 AA06 BB11 DA01 DA10 DB01 DB02 DB03 DB04 DC01 DC02 DC03 DD01 DD02 DD03 DE01 DF01 EA01 EA10 EB01 EB02 EB03 EB04 EC01 EC02 EC03 EC04 ED01 EE01 EF01 EG01 EG02 EG03 EG04 FA01 FA10 FB01 FC01 FC02 FC03 FD01 FE01 FF01 FG01 FG02 FG03 FG04 FH01 FH02 FH03 FH04 FJ01 FK01 FK02 FK03 FK04 FL01 GA01 GB01 GC01 GD07 GE02 HH01 HH03 HH05 HH06 HH07 HH08 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK06 KK07 KK10 LB04 LB05 LB06 LB07 LB08 MM02 MM04 NN19 NN21 5F072 AB09 AK06

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化物基準のカチオンパーセントで計算して、65-97％のＴ
   ｅＯ₂と、２より大きい原子価を有し、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈ
   ｆ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ，ＡｌおよびＧａからなる群より選択される元素の少
   なくとも１つの追加の酸化物とから実質的になる組成を有するテルライトガラス
   。
2. 【請求項２】 前記選択された追加の酸化物が、35％までの量のＴａ，Ｎｂ
   ，Ｗ，ＴｉまたはＬａの酸化物、15％までの量のＺｒまたはＨｆの酸化物、もし
   くは20％までの量のＹ，Ｇｄ，ＬｕまたはＳｅの酸化物であることを特徴とする
   請求項１記載のガラス。
3. 【請求項３】 前記選択された追加の酸化物が35％までの量のＡｌまたはＧ
   ａの酸化物であることを特徴とする請求項１記載のガラス。
4. 【請求項４】 少なくとも２つの追加の酸化物を含有し、該追加の酸化物の
   内の少なくとも１つが、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｇｄ，
   ＬｕまたはＳｃの酸化物であり、第２の追加の酸化物がＡｌまたはＧａの酸化物
   であることを特徴とする請求項１記載のガラス。
5. 【請求項５】 １つ以上の随意的な改質成分ＭＯを含有し、Ｍが、Ｌｉ，Ｎ
   ａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｔｌ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｓｂ
   ，Ｂｉ，Ｈ，ＢおよびＰの内の１つ以上であることを特徴とする請求項１記載の
   ガラス。
6. 【請求項６】 前記ガラスの組成中の前記改質酸化物（ＭＯ）の含有量に対
   する２より大きい原子価を有する元素の前記追加の酸化物の含有量の比が1:1.5
   より大きいことを特徴とする請求項５記載のガラス。
7. 【請求項７】 0-20％のＲＯから選択される、少なくとも１つの随意的な改
   質成分を含有し、ＲがＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｄおよび／またはＰｂ
   の酸化物であることを特徴とする請求項５記載のガラス。
8. 【請求項８】 ガラス形成中の失透を避けるための高い熱安定性指数（Ｔx
   −Ｔg）を有し、蛍光発生イオンを提供するための希土類金属酸化物を容易に溶
   解し、広い帯域幅を持つ発光スペクトルを有し、ランタニド族の酸化物を0.005-
   10％含有する組成を有することを特徴とする請求項１記載のガラス。
9. 【請求項９】 前記ランタニド族の酸化物が酸化エルビウムまたは酸化ツリ
   ウムであることを特徴とする請求項８記載のガラス。
10. 【請求項１０】 Ａｌおよび／またはＧａを含有し、該Ａｌおよび／または
    Ｇａが、４，５および６の配位形態の各々で前記ガラス中に存在し、該配位形態
    の各々におけるＡｌおよび／またはＧａの量が、該ガラス中のそのような元素の
    総量の少なくとも約15％であることを特徴とする請求項１記載のガラス。
11. 【請求項１１】 前記金属酸化物の一部が金属ハロゲン化物により置換され
    て、該ハロゲン化物の含有量に前記ガラス中の酸素の含有量を加えたものに対す
    る該ハロゲン化物の総含有量の原子比が1:5を超えないことを特徴とする請求項
    １記載のガラス。
12. 【請求項１２】 エルビウムイオンに関してレベル３の蛍光発生寿命を短縮
    するために、Ｂ，Ｈ，Ｐおよびこれらの混合物から選択される軽量元素を含有す
    ることを特徴とする請求項８記載のガラス。
13. 【請求項１３】 高い熱安定性（Ｔx−Ｔg）を有し、希土類金属酸化物を容
    易に溶解し、広い帯域幅を持つ発光スペクトルを有し、カチオンパーセントで計
    算して、65-97％のＴｅＯ₂と、２より大きい原子価を有し、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔ
    ｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ，ＡｌおよびＧａからなる群より
    選択される元素の少なくとも１つの追加の酸化物と、0.005-10％のランタニド族
    の元素の酸化物とから実質的になる組成を有するテルライトガラスから少なくと
    も一部が構成された、通信システム用の光学成分。
14. 【請求項１４】 前記ランタニド族の酸化物がエルビウムまたはツリウムの
    酸化物であることを特徴とする請求項１３記載の光学成分。
15. 【請求項１５】 前記ガラスが、少なくとも40ｎｍのＦＷＨＭ値を持つ1.5
    μｍ発光帯域および少なくとも125℃の熱安定性指数（Ｔx−Ｔg）を有すること
    を特徴とする請求項１３記載の光学成分。
16. 【請求項１６】 前記ガラスの組成が少なくとも２つの追加の酸化物を含有
    し、該追加の酸化物の内の１つが、Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｈｆ，
    Ｙ，Ｇｄ，ＬｕまたはＳｃの酸化物から選択され、第２の追加の酸化物がＡｌま
    たはＧａの酸化物であることを特徴とする請求項１３記載の光学成分。
17. 【請求項１７】 前記ガラスの組成が１つ以上の随意的な改質成分ＭＯを含
    有し、Ｍが、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｔｌ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｚ
    ｎ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｈ，ＢおよびＰの内の１つ以上であることを特徴
    とする請求項１３記載の光学成分。
18. 【請求項１８】 前記ガラスの組成中の前記改質酸化物（ＭＯ）の含有量に
    対する２より大きい原子価を有する元素の前記追加の酸化物の含有量の比が1:1.
    5より大きいことを特徴とする請求項１７記載の光学成分。
19. 【請求項１９】 前記ガラスの組成が、前記エルビウムの発光発生イオンの
    ｔａ−３２時間を短縮するためのＢ，ＨおよびＰから選択される少なくとも１つ
    の軽量元素を含有することを特徴とする請求項１３記載の光学成分。
20. 【請求項２０】 前記テルライトガラスがＡｌおよび／またはＧａを含有し
    、該Ａｌおよび／またはＧａが、４，５および６の配位形態の各々で前記ガラス
    中に存在し、該配位形態の各々におけるＡｌおよび／またはＧａの量が、該ガラ
    ス中のそのような元素の総量の少なくとも約15％であることを特徴とする請求項
    １３記載の光学成分。
21. 【請求項２１】 前記金属酸化物の一部が金属ハロゲン化物により置換され
    て、該ハロゲン化物の含有量に前記ガラス中の酸素の含有量を加えたものに対す
    る該ハロゲン化物の総含有量の原子比が1:5を超えないことを特徴とする請求項
    １３記載の光学成分。
22. 【請求項２２】 前記成分がクラッド光ファイバであることを特徴とする請
    求項１３記載の光学成分。
23. 【請求項２３】 前記クラッド光ファイバが光増幅器中に埋め込まれている
    ことを特徴とする請求項２２記載の光学成分。