專利名稱：光學(xué)放大玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)放大玻璃。具體是涉及能夠在1.4-1.5微米波長的寬波波段光范圍內(nèi)具有放大作用的光學(xué)放大玻璃。
背景技術(shù)：
為了將光學(xué)放大玻璃應(yīng)用于光通訊系統(tǒng)中的光學(xué)放大器，對包含芯玻璃和鞘玻璃而且芯玻璃摻有稀土元素的光學(xué)放大玻璃進行了研究和開發(fā)。
另一方面，為了解決預(yù)計的通訊裝置未來的多樣化問題，有人提出分波長的多路通訊系統(tǒng)(WDM)，以提高傳送容量。在WDM中，當(dāng)波長分開的多路通道數(shù)目增大時，傳輸容量會增高。
迄今，有人提出摻Er(鉺)的光學(xué)放大玻璃作為適于放大C波段(波長1530-1560納米)或L波段(波長1570-1600納米)的光的玻璃。有人提出摻Tm(銩)的光學(xué)放大玻璃作為適于放大S+波段(波長1450-1490納米)或S波段(波長1490-1530納米)的光的玻璃。
與要放大的光即信號光一起，將激發(fā)光通向摻Tm的光學(xué)放大玻璃，信號光可由Tm的受激發(fā)射躍遷而放大。當(dāng)激發(fā)以上變換方法進行時，激發(fā)光的波長一般為1.0-1.6微米。此外，摻Tm的光學(xué)放大玻璃通常以光纖形式使用。
在摻Tm的光學(xué)放大玻璃中，S+波段的光學(xué)放大由3H4-3F4之間的受激發(fā)射轉(zhuǎn)移進行。但是，在3H4能級以下，在約4300cm-1距離有一個鄰近的3H5能級。當(dāng)含有Tm3+的玻璃的聲子能量大時，由于該3H5能級，上述受激發(fā)射轉(zhuǎn)移中的多聲子松弛增大，因此輻射馳豫下降，因此發(fā)射效率會減小，光學(xué)放大率也會下降。
作為摻Tm的光學(xué)放大玻璃，有人提出了將Tm摻到氟化物玻璃中的光學(xué)放大玻璃(氟化物類型的摻Tm的光學(xué)放大玻璃)。氟化物玻璃具有這樣的優(yōu)點，即多聲子松弛小于氧化物玻璃。但是，氟化物類型摻Tm的光學(xué)放大玻璃的玻璃化點Tg低(一般不高于320℃)，因此當(dāng)激發(fā)光的強度高時，它可能受到熱損傷。
此外，氟化物類型摻Tm的光學(xué)放大玻璃的維氏硬度Hv低(一般2.4GPa)，它容易受到劃傷，而且當(dāng)它制成光纖時，這樣的劃傷就可能引起斷裂。
Tm摻到氟化物玻璃中的光學(xué)放大玻璃中，例如摻Tm的氟化物玻璃ZBLAN是已知的，它含有1.19質(zhì)量％摻到基質(zhì)玻璃中的Tm，該玻璃組成以摩爾％表示，含有52.53％ZrF4、20.20％BaF2、3.03％LaF2、4.04％AlF3和20.20％NaF，其Tg為200℃，發(fā)射譜的波長峰值為1452納米，其半峰寬度為76納米(AppliedOptics，39(27)，4979-4984(2000))。
此外，Tm摻到亞碲酸鹽玻璃中的光學(xué)放大玻璃中，例如摻Tm的terlite玻璃是已知的，它含有1.23質(zhì)量％摻到基質(zhì)玻璃中的Tm，該玻璃組成以摩爾％表示，含有75％TeO2、10％ZnO和15％Na2O，它的發(fā)射譜的波長峰值為1458納米，其半峰寬度為114納米。但是它的Tg低至295℃(Applied Optics，39(27)，4979-4984(2000))。
另外，揭示了外層含有0.01質(zhì)量％、0.05質(zhì)量％或1.5質(zhì)量％的Tm摻到基質(zhì)玻璃中的玻璃，所述基質(zhì)玻璃以摩爾％表示含有56％PbO、27％Bi2O3和17％Ga2O3(摻Tm的PbO-Bi2O3-Ga2O3玻璃)(Applied Optics，34(21)，4284-4289(1995))。
上述基質(zhì)玻璃的退火點和努普硬度分別是319℃和2.2GPa(Phys.Chem.Glasses，27，119-123(1986))。退火點可以視為等同于Tg，可以認(rèn)為即使Tm的摻入量高達1.5％，Tg也基本不變化。即上述摻Tm的PbO-Bi2O3-Ga2O3玻璃的Tg也大約為320℃，由此可能導(dǎo)致上述的熱損傷。
另外，在光學(xué)玻璃情形下，努普硬度值比Hv低0.4-1.3GPa(Dictionary ofGlass，p352，Asakura Shoten出版，1985)。因此，上述摻Tm的PbO-Bi2O3-Ga2O3玻璃的Hv可以認(rèn)為在2.6-3.5GPa范圍內(nèi)，不算高。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)放大玻璃，它具有高Tg和Hv，而且能夠放大S+波段和S波段的光。
本發(fā)明提供一種光學(xué)放大玻璃，它含有基質(zhì)玻璃和0.001-10質(zhì)量％摻到基質(zhì)玻璃中的Tm，所述的基質(zhì)玻璃含有15-80摩爾％Bi2O3，還含有至少一種選自SiO2、B2O3和GeO2的組分。


在附圖中圖1是本發(fā)明光學(xué)放大玻璃發(fā)射譜的圖；
圖2是本發(fā)明另一個實施方式光學(xué)放大玻璃發(fā)射譜的圖；發(fā)明的詳細(xì)說明下面，結(jié)合一些優(yōu)選實施方式詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明的光學(xué)放大玻璃的Tg優(yōu)選至少為360℃。因為如果高強度的激光束用作光光學(xué)放大的激發(fā)光，那么玻璃的溫度會局部高，如果Tg低于360℃，玻璃就可能受到熱損傷，結(jié)果光損耗會增大，光學(xué)放大會不充分。Tg更優(yōu)選至少為380℃，尤其優(yōu)選至少為400℃，最優(yōu)選至少為420℃。
本發(fā)明光學(xué)放大玻璃的Hv優(yōu)選至少為3.6GPa。如果它低于3.6GPa，它就會在形成光纖時斷裂。Hv更優(yōu)選至少為3.7GPa，尤其優(yōu)選至少為3.8GPa，最優(yōu)選至少為4.0GPa。
在本發(fā)明中，為了使基質(zhì)玻璃具有光學(xué)放大作用，向基質(zhì)玻璃中摻Tm。當(dāng)基質(zhì)玻璃取作100％時，如果Tm的加入量(Tm量)質(zhì)量％低于0.001％，那么光學(xué)放大率不夠高。優(yōu)選至少為0.01％，更優(yōu)選至少為0.05％。如果用量超過10％，玻璃化就困難，或者由于濃度淬滅作用，光學(xué)放大率很可能會降低。它優(yōu)選至多1％，更優(yōu)選至多0.5％。
下面，對本發(fā)明基質(zhì)玻璃的組成進行說明，其摩爾％簡單表示為％。
Bi2O3是本發(fā)明基質(zhì)玻璃的基本組分。如果它的含量低于15％，那么光學(xué)放大率就會下降，或者會發(fā)生相分離。如果該值超過80％，那么玻璃化就會困難，在加工成光纖的過程中就可能發(fā)生析晶現(xiàn)象，或者Tg會太低。
SiO2、B2O3和GeO2中，每種組分都是網(wǎng)絡(luò)形成組分，必須加入這三種組分中的至少一種。如果三種組分都不加入，在制備玻璃過程中會沉淀出晶體，難以形成玻璃。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，基質(zhì)玻璃含有SiO2和B2O3中的至少一種(基質(zhì)玻璃A)。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，基質(zhì)玻璃含有GeO2(基質(zhì)玻璃B)。
首先描述基質(zhì)玻璃A。
如上所述Bi2O3是基本組分。其含量優(yōu)選至少為21％，更優(yōu)選至少為25％，尤其優(yōu)選至少為30％，最優(yōu)選至少為38％。此外，其含量優(yōu)選至多為70％，更優(yōu)選至多為60％，尤其優(yōu)選至多為55％，最優(yōu)選至多為48％。
基質(zhì)玻璃必須含有SiO2和B2O3中的至少一種。即它可以僅含有SiO2，不含B2O3，或者僅含有B2O3，不含SiO2，或者SiO2和B2O3都可以含有。
SiO2和B2O3的總含量優(yōu)選5-75％。如果總含量低于5％，玻璃化就會困難，即是在加工成光纖過程中可能發(fā)生析晶現(xiàn)象。它優(yōu)選至少為20％，更優(yōu)選至少為25％，尤其優(yōu)選至少為30％，最優(yōu)選至少為40％。如果它超過75％，那么光學(xué)放大率就會下降，或在加工成光纖的過程中可能發(fā)生析晶現(xiàn)象作用。更優(yōu)選至多為70％，尤其優(yōu)選至多為65％，最優(yōu)選至多為60％。
當(dāng)加入SiO2時，其含量優(yōu)選至多為75％。如果它超過75％，那么光學(xué)放大率會下降，或在加工成光纖的過程中可能發(fā)生析晶現(xiàn)象。它更優(yōu)選至多為60％。此外，為了有利于玻璃化，含量優(yōu)選至多為10％。
當(dāng)加入B2O3時，其含量至多為75％。如果它超過75％，那么光學(xué)放大率會下降，或在加工成光纖過程中可能發(fā)生析晶現(xiàn)象。它更優(yōu)選至多為60％。另外，為了有利于玻璃化，其含量優(yōu)選至少為15％，更優(yōu)選至少為20％。
TeO2不是基本組分，但是它可以加入至高達20％，因為它可有效地提高光學(xué)放大率。如果它超過20％，那么在制備玻璃的過程中就可能沉淀出晶體，致使玻璃的透明性降低。它優(yōu)選至多為10％，更優(yōu)選至多為5％。當(dāng)加入TeO2時，其含量優(yōu)選至少為1％，更優(yōu)選至少為2％。
基質(zhì)玻璃A優(yōu)選基本上由下述組分組成，由下述氧化物的摩爾％表示Bi2O321-80％SiO20-75％B2O30-75％CeO20-10％Ga2O30-20％Al2O30-20％TeO20-20％Li2O 0-10％TiO20-10％ZrO20-10％SnO20-10％WO30-10％。
前面已經(jīng)說明了Bi2O3、SiO2、B2O3和TeO2的組成范圍。下面將就這四種組分以外的其他組分進行說明。
CeO2不是基本組分，但是可以加入到最多10％范圍，以便玻璃熔制期間抑制玻璃組成中的Bi2O3發(fā)生還原而致金屬鉍沉淀，使玻璃的透明性下降。如果它超過10％，玻璃化就會困難，或者會使玻璃顯著地帶黃色或橙色，也會使玻璃的透明性降低，而且在激發(fā)光波長或信號光波長下的背景損耗會增大。它優(yōu)選至多為5％，更優(yōu)選至多為1％，尤其優(yōu)選至多為0.5％。當(dāng)加入CeO2時，其含量優(yōu)選至少為0.01％，更優(yōu)選至少為0.05％，尤其優(yōu)選至少為0.1％。若要求玻璃透明性不能下降，CeO2的含量優(yōu)選低于0.15％，更優(yōu)選基本上不加入CeO2。
Ga2O3不是基本組分，但是為了增大可獲得增益的波長寬度，或為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，它可以加入，加入量最多20％。如果它超過20％，在制備玻璃期間就會沉淀出晶體，致使玻璃的透明性下降。它更優(yōu)選至多為18％，尤其優(yōu)選至多為15％，最優(yōu)選至多為10％。當(dāng)加入Ga2O3時，其含量優(yōu)選至少為0.1％，更優(yōu)選至少為1％，尤其優(yōu)選至少為2％。
Al2O3不是基本組分，但是為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，它可以加入，加入量最多20％。如果它超過20％，那么在制備玻璃期間就會沉淀出晶體，致使玻璃的透明性可能下降。它更優(yōu)選至多為15％，尤其優(yōu)選至多為11％。當(dāng)加入Al2O3時，其含量優(yōu)選至少為0.1％，更優(yōu)選至少為1％，尤其優(yōu)選至少為2％。
Ga2O3、Al2O3和TeO2的總含量優(yōu)選至多為40％。如果總含量超過40％，在制備玻璃期間就會沉淀出晶體，致使玻璃的透明性可能下降。總含量更優(yōu)選至多為30％，尤其優(yōu)選至多為25％，最優(yōu)選至多為20％。此外，總含量優(yōu)選至少為2％，更優(yōu)選至少為4％。
Li2O、TiO2、ZrO2和SnO2都不是基本組分，但是為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，可以加入至多達10％。
WO3不是基本組分，但是為了增大可獲得增益的波長寬度，可以加入至多達10％。如果超過10％，那么光學(xué)放大率會下降。
作為一個優(yōu)選實施方式的基質(zhì)玻璃A，它基本上由上述組分組成，但是也可以含有其他組分，只要其含量在不損害本發(fā)明目的范圍內(nèi)。例如，為了有利于形成玻璃或為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，它可以含有ZnO、MgO、CaO、SrO、BaO、Na2O、K2O、Cs2O、GeO2、CdO、PbO、La2O3等。
此外，作為增感劑，可以加入Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Nd2O3、Eu2O3等。當(dāng)加入Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Nd2O3、Eu2O3時，每種組分的含量優(yōu)選至少為0.001％，更優(yōu)選至少為0.01％，尤其優(yōu)選至少為0.1％。
此外，基質(zhì)玻璃A優(yōu)選基本上不含PbO，因為PbO可能使維氏硬度下降。
上述其他組分的總含量優(yōu)選至多為10％。另外，Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Nd2O3、Eu2O3的總含量優(yōu)選至多為2％，更優(yōu)選至多為1.5％，尤其優(yōu)選至多為1％。
下面描述基質(zhì)玻璃A的一個實施方式，它含有Na2O，結(jié)果玻璃化容易，而且在加工成光纖期間幾乎不發(fā)生析晶現(xiàn)象。
首先，這種實施方式基本上由下述組分組成，用以下述氧化物的摩爾％表示Bi2O315-80％SiO21-75％CeO20-10％Ga2O30-25％Al2O30-10％Na2O 1-9％；它更優(yōu)選基本上由下述組分組成Bi2O330-50％SiO25-40％CeO20-0.5％Ga2O35-22％Al2O30-10％Na2O 1-9％；基質(zhì)玻璃A這種實施方式基本上由上述組分組成，但是也可以含有其他組分，只要他組分的含量在不損害本發(fā)明目的的范圍內(nèi)。
基質(zhì)玻璃A的這種實施方式例子A1-A4的組成如表1所示，用摩爾％表示。
表中的Tg由差示熱分析(DTA)(單位℃)測得。
表1

含有Na2O，由此容易玻璃化并在加工成光纖期間幾乎不發(fā)生析晶現(xiàn)象的基質(zhì)玻璃A的另一個實施方式基本上由下述組分組成，用下述氧化物的摩爾％表示Bi2O315-53％SiO222-50％CeO20-10％Ga2O315-35％Al2O30-9％Na2O 9.1-20％；ZnO0-4.5％BaO0-4.5％其中Bi2O3/(SiO2+Ga2O3)(下面該比例稱為Bi2O3比)是0.30-0.80，Na2O/(Bi2O3+Ga2O3+Al2O3+BaO+ZnO)(下面該比例稱為Na2O比)是0.15-0.26?；|(zhì)玻璃A的這種實施方式基本上由上述組分組成，但是也可以含有其他組分，只要其他組分的含量在不損害本發(fā)明目的的范圍內(nèi)。此外，更優(yōu)選的是CeO2為0-0.5％，Bi2O3比為0.30-0.79。
這種實施方式的基質(zhì)玻璃A的例子B1-B11的組成，用摩爾％表示，如表2所示。B1-B6的Tg由DTA(單位℃)測得。
表2

下面描述基質(zhì)玻璃B。
如上所述，Bi2O3是基本組分，其含量優(yōu)選至少為15.5％，更優(yōu)選至少為20％，再更優(yōu)選至少為25％，尤其優(yōu)選至少為30％，最優(yōu)選至少為35％。此外，其含量優(yōu)選至多為70％，更優(yōu)選至多為60％，尤其優(yōu)選至多為55％，最優(yōu)選至多為48％。
GeO2是基本組分。其含量優(yōu)選為5-80％。如果它低于5％，會難以玻璃化，或在加工成光纖期間可能發(fā)生析晶現(xiàn)象。它更優(yōu)選至少為15％，尤其優(yōu)選至少為20％，最優(yōu)選至少為25％。如果它超過80％，那么光學(xué)放大率會下降，或在加工成光纖期間可能發(fā)生析晶現(xiàn)象。它更優(yōu)選至多為75％，尤其優(yōu)選至多為60％，最優(yōu)選至多為55％。
Ga2O3不是基本組分，但是為了增大可獲得增益的波長寬度，或為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，它可以加入最大30％。如果它超過30％，在制備玻璃期間就會沉淀出晶體，致使玻璃的透明性會下降。它更優(yōu)選至多為25％。當(dāng)加入Ga2O3時，其含量優(yōu)選至少為0.5％，更優(yōu)選至少為1％，尤其優(yōu)選至少為3％，最優(yōu)選至少為5％。
CeO2不是基本組分，但是可以加入最多達10％，以便在玻璃熔融期間抑制玻璃組成中的Bi2O3還原，使金屬鉍沉淀，致使玻璃的透明性下降。如果它超過10％，玻璃化會困難，或使玻璃顯著地帶黃色或橙色，使玻璃的透明性降低，而且在激發(fā)光波長或信號光波長下的背景損耗會增大。它優(yōu)選至多為1％，更優(yōu)選至多為0.5％，尤其優(yōu)選至多為0.3％。如果加入CeO2，其含量優(yōu)選至少為0.01％，更優(yōu)選至少為0.05％，尤其優(yōu)選至少為0.1％。此外，若要求玻璃透明性不能下降，CeO2的含量優(yōu)選低于0.15％，更優(yōu)選基本上不加入CeO2。
優(yōu)選含有Ga2O3或CeO2，而且Bi2O3、GeO2、Ga2O3和CeO2的總含量即Bi2O3+GeO2+Ga2O3+CeO2至少為70％。
此外，在基質(zhì)玻璃中更優(yōu)選加入Bi2O315-48摩爾％GeO215-60摩爾％Ga2O30.5-25摩爾％CeO20.1-0.3摩爾％。
再更優(yōu)選加入Bi2O315-48％GeO225-60％Ga2O35-25％CeO20.1-0.3％。
基質(zhì)玻璃B優(yōu)選基本由下述組分組成，用下述氧化物的摩爾％表示Bi2O315-80％GeO25-80％Ga2O30-30％CeO20-10％
WO30-10％TeO20-20％Al2O30-30％Li2O 0-10％Na2O 0-20％K2O 0-20％ZnO 0-20％MgO 0-20％CaO 0-20％SrO 0-20％BaO 0-20％TiO20-10％ZrO20-10％SnO20-10％上面已經(jīng)說明了Bi2O3、GeO2、Ga2O3和CeO2的組成范圍下面將就這四種組分以外的其他組分進行說明。
WO3不是基本組分，但是可以加入至多達10％，以便增大可獲得增益的波長寬度。如果它超過10％，光學(xué)放大率會下降。
TeO2不是基本組分，但是可以加入至多達20％，以便提高光學(xué)放大率。如果它超過20％，那么在制備玻璃的過程中就可能沉淀出晶體，使玻璃的透明性可能下降。它優(yōu)選至多為10％，更優(yōu)選至多為5％。當(dāng)加入TeO2時，其含量優(yōu)選至少為1％，更優(yōu)選至少為2％。
Al2O3不是基本組分，但是為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，它可以加入至多達30％。如果它超過30％，那么在制備玻璃期間就會沉淀出晶體，會使玻璃的透明性下降。它更優(yōu)選至多為20％，尤其優(yōu)選至多為15％。當(dāng)加入Al2O3時，其含量優(yōu)選至少為0.1％，更優(yōu)選至少為1％，尤其優(yōu)選至少為2％。
Ga2O3、Al2O3和TeO2的總含量優(yōu)選至多為50％。如果總含量超過50％，在制備玻璃期間就可能沉淀出晶體，使玻璃的透明性會下降。它更優(yōu)選至多為30％，尤其優(yōu)選至多為25％，最優(yōu)選至多為20％。此外，總含量優(yōu)選至少為2％，更優(yōu)選至少為4％。
Li2O、Na2O和K2O都不是基本組分，但是為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，可以分別加入高達10％、20％或20％。
ZnO、MgO、CaO、SrO和BaO都不是基本組分，但是為了在加工成光纖期間抑制析晶現(xiàn)象，都可以加入高達20％。
TiO2、ZrO2和SnO2都不是基本組分，但是為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，都可以加入高達10％。
基質(zhì)玻璃B的一個優(yōu)選實施方式基本上由上述組分組成，但是還可以含有其他組分，只要其他組分的含量在不損害本發(fā)明目的的范圍內(nèi)。這些其他組分的總含量優(yōu)選至多為10％。
下面描述這些其他組分。
為了有利于形成玻璃，或為了抑制加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象，可以加入Cs2O、CdO、PbO、Y2O、La2O3等。
此外，作為增感劑，可以加入Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Yb2O3等。當(dāng)加入Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3或Yb2O3時，每種組分的含量優(yōu)選至少為0.001％，更優(yōu)選至少為0.01％，尤其優(yōu)選至少為0.1％。
此外，基質(zhì)玻璃B優(yōu)選基本上不含PbO，因為它會使維氏硬度Hv下降。
此外，基質(zhì)玻璃B優(yōu)選基本不加入SiO2或B2O3，因為它們會增大多聲子松弛。
對于制備本發(fā)明光學(xué)放大玻璃的方法，沒有什么限制。例如本發(fā)明的光學(xué)放大玻璃能夠通過熔制方法制備，在該熔制方法中，先將各原料混合，置入鉑坩堝、鉑金坩堝、氧化鋁坩堝、石英坩堝或銥坩堝內(nèi)，在空氣中進行800-1300℃熔制，將得到的熔體(熔化的玻璃)在規(guī)定的模具中澆注。為了降低玻璃中的水含量，以便抑制多聲子松弛的增大，在熔制過程所用的氣氛中，水份應(yīng)盡可能少，為此，優(yōu)選采用干燥氮氣、干燥氧氣或干燥空氣。
此外，本發(fā)明的光學(xué)放大玻璃可以用熔制以外的方法制備，例如溶膠/凝膠方法或蒸氣沉積方法。此外，由這樣制備的本發(fā)明光學(xué)放大玻璃可以先制成預(yù)制品，然后形成光纖，這種玻璃還可以用雙坩堝方法形成光纖，得到光學(xué)放大的玻璃光纖。
下面結(jié)合一些實施例進一步詳細(xì)說明本發(fā)明。但是，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明決不受這些具體實施例的限制。
實施例制備了基質(zhì)玻璃(其中每種都是基質(zhì)玻璃A)中摻Tm的一些玻璃，所述Tm的加入量質(zhì)量％如表3中Tm行所示，所述基質(zhì)玻璃的組成摩爾％如表3中Bi2O3至TeO2列所示。由DTA得到的Tg如表3所示(單位℃)。此外，對于實施例2，也示出了其Hv(單位MPa)。
對于實施例1的玻璃，利用半導(dǎo)體激光二極管(輸出1W)發(fā)射出波長800納米的光，用PbS作檢測器，測試波長1300-1600納米范圍的發(fā)射譜。結(jié)果如圖1所示，發(fā)射強度的單位任意。在1470納米波長附近，觀察到歸因于Tm從3H6躍遷至3F4的發(fā)射峰(半峰寬度約120納米)。因此，S+波段(波長1450-1490納米)和S波段(波長1490-1530納米)的光學(xué)放大例如用上變換方法進行是可以的。
表3

另外，制備了基質(zhì)玻璃(其中每種都是基質(zhì)玻璃B)中摻Tm的一些玻璃，所述Tm的加入量質(zhì)量％如表4-7中Tm列所示，所述基質(zhì)玻璃的組成(摩爾比)如表4-7中Bi2O3至BaO列所示。用DTA得到的Tg和起始結(jié)晶溫度Tx如表所示(單位℃)。此外，對于實施例11-15，也示出了Hv(單位MPa)。
這里，Tx是伴隨結(jié)晶出現(xiàn)的生熱峰開始升高的溫度，它是表示開始結(jié)晶的溫度。
Tx-Tg優(yōu)選至少為50℃。如果它低于50℃，加工成光纖期間的析晶現(xiàn)象就可能發(fā)生。它更優(yōu)選至少為70℃，尤其優(yōu)選至少為130℃，最優(yōu)選至少為150℃。
此外，對于實施例11的玻璃，以與實施例1相同的方法，測試了1300-1600納米波長范圍的發(fā)射譜。結(jié)果如圖2所示，發(fā)射強度的單位任意。在1470納米波長附近，觀察到歸因于Tm從3H4躍遷至3F4的發(fā)射峰(半峰寬度122納米)。因此，象上述實施例1的玻璃一樣，用實施例11的玻璃，S+波段和S波段的光學(xué)放大是可能的。
另外，其半峰寬度Δλ是122納米和可獲得增益的波長寬度都比常規(guī)的摻Tm的玻璃大，所以作為光學(xué)放大玻璃是很好的。對于實施例12-15、20-23和34，也以相同方式測量了Δλ。結(jié)果如表所示(單位納米)。
表4

表5

表6

表7

根據(jù)本發(fā)明，可以獲得這樣一種光學(xué)放大玻璃，它即使在高強度激光束用作激發(fā)光時幾乎不會受到熱損害，而且即使形成光纖時也幾乎不會斷裂，因此就可以用來進行S+波段和S波段的光學(xué)放大，而且其可獲得增益的波長寬度較大，所以可以也用S+波段和S波段用分波長的多路傳輸系統(tǒng)傳送大容量信息。
2000年8月10提出的日本專利申請№2000-242407和2000年11月17日提出的日本專利申請№2000-351621包括其說明書、權(quán)利要求、附圖和概述都參考結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)放大玻璃，它含有基質(zhì)玻璃和0.001-10質(zhì)量％摻到基質(zhì)玻璃中的Tm，其中所述的基質(zhì)玻璃含有15-80摩爾％Bi2O3，還含有至少一種選自SiO2、B2O3和GeO2的組分。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃含有SiO2和B2O2中的至少一種組分。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃含有21-80摩爾％Bi2O3。
4.如權(quán)利要求2或3所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃含有0-20摩爾％TeO2。
5.如權(quán)利要求2、3或4所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃基本上由下述組分組成，用下述氧化物的摩爾％表示Bi2O321-80％SiO20-75％B2O30-75％CeO20-10％Ga2O30-20％Al2O30-20％TeO20-20％Li2O 0-10％TiO20-10％ZrO20-10％SnO20-10％WO30-10％。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃基本上由下述組分組成，用下述氧化物的摩爾％表示Bi2O315-80％SiO21-75％CeO20-10％Ga2O30-25％Al2O30-10％Na2O1-9％。
7.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃基本上由下述組分組成，用下述氧化物的摩爾％表示Bi2O315-53％SiO222-50％CeO20-10％Ga2O315-35％Al2O30-9％Na2O 9.1-20％；ZnO 0-4.5％BaO 0-4.5％其中Bi2O3/(SiO2+Ga2O3)是0.30-0.80，Na2O/(Bi2O3+Ga2O3+Al2O3+BaO+ZnO)是0.15-0.26。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃含有GeO2。
9 .如權(quán)利要求8所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃含有Ga2O3或CeO2，而且Bi2O3+GeO2+Ga2O3+CeO2至少為70摩爾％。
10.如權(quán)利要求8或9所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃基本上由下述組分組成，用下述氧化物的摩爾％表示Bi2O315-80％GeO25-80％Ga2O30-30％CeO20-10％WO30-10％TeO20-20％Al2O30-30％Li2O 0-10％Na2O 0-20％K2O0-20％ZnO 0-20％MgO 0-20％CaO 0-20％SrO 0-20％BaO 0-20％TiO20-10％ZrO20-10％SnO20-10％。
11.如權(quán)利要求8、9或10所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃含有Bi2O315-48摩爾％GeO215-60摩爾％Ga2O30.5-25摩爾％CeO20.1-0.3％摩爾％。
12.如權(quán)利要求8、9、10或11所述的光學(xué)放大玻璃，其中所述的基質(zhì)玻璃既不含SiO2，也不含B2O3。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項所述的光學(xué)放大玻璃，它的玻璃化點至少為360℃。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項所述的光學(xué)放大玻璃，它的維氏硬度至少為3.6GPa。
全文摘要
一種光學(xué)放大玻璃,它含有基質(zhì)玻璃和0.001－10質(zhì)量%摻入到基質(zhì)玻璃中的Tm,所述的基質(zhì)玻璃含有15－80摩爾%Bi
文檔編號C03C4/12GK1338442SQ0112497
公開日2002年3月6日 申請日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者近藤裕己, 伊藤節(jié)郎, 杉本直樹, 長島達雄, 田部勢津久 申請人:旭硝子株式會社