專利名稱：用于光放大器的光纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于光放大器的光纖維，尤其是這樣一種應(yīng)用于放大器中的光纖維，即在其中含有鏑離子(Dy3+)，使在波段1.31微米的光放大率得到提高。
在光放大器制造中，過(guò)去常常是放大一個(gè)具有波長(zhǎng)1.31微米的光信號(hào)，該波長(zhǎng)屬于二氧化硅玻璃的零色散波長(zhǎng)。一些稀土元素，如釹(Nd)、鐠(Pr)或鏑(Dy)的離子態(tài)通常被注入玻璃基材中，可是，當(dāng)將Nd3+攙入玻璃的情況下，在Nd3+的能級(jí)4F3/2向能級(jí)4I13/2躍遷期間，熒光在遠(yuǎn)離零色散波長(zhǎng)的1.31微米波長(zhǎng)被發(fā)射。能級(jí)4F3/2在波長(zhǎng)1.31微米發(fā)射的熒光強(qiáng)度，比起在890納米和1064納米等其它波長(zhǎng)的強(qiáng)度，是非常弱的。且由于在能級(jí)4F3/2激發(fā)態(tài)吸收，故短于波長(zhǎng)1.36微米的光增益減小。為此，一種富氟化物玻璃被建議作為基材，以替代二氧化硅玻璃。然而，富氟化物玻璃的使用，也不能提高波長(zhǎng)1.31微米的光增益達(dá)到要求的水平。
而且，在光纖維制造中，也把稀土元素Pr3+注入進(jìn)玻璃，以便光1G4→3H5躍遷時(shí)有利于產(chǎn)生熒光發(fā)射。這種躍遷比起其它能級(jí)之間的躍遷，發(fā)生的可能性更大，因而將Pr3+用來(lái)作為攙入玻璃的材料時(shí)，可以期待獲得一個(gè)高的光放大率。
然而，能級(jí)1G4和3F4間的能差是很小的，為3000厘米-1。因此使用具有800厘米-1的高的晶格振動(dòng)能的氧化玻璃作為基材，由于受激的Pr3+在級(jí)1G4上有著發(fā)生非發(fā)射躍遷的極大可能性。這是由于多晶格振動(dòng)張弛造成的結(jié)果。其結(jié)果是光放大率減小而不是增加。因此，在光放大器制造中，如果目的在于提高光放大率而使用Pr3+，則應(yīng)該相應(yīng)地選擇具有低的晶格振動(dòng)能的基材。
使用一種含有四氟化鋯(ZrF4)的氟化玻璃作基材，因其具有低的晶格振動(dòng)能而著名?？墒牵@種氟化玻璃有一個(gè)僅為4％或更低的量子效率。因此，從熒光壽命的角度來(lái)看，要獲得令人滿意的性能是困難的。由于這個(gè)原因，對(duì)于利用比氟化玻璃更低的晶格振動(dòng)能的硫化玻璃作為基材的研究，被積極地進(jìn)行。


圖1示出了鏑離子(Dy3+)的一個(gè)能級(jí)圖。按圖1所示，在受激能級(jí)6F11/2和6H9/2向基態(tài)能級(jí)6H15/2躍遷時(shí)，Dy3+在波長(zhǎng)1.31微米發(fā)生熒光發(fā)射。
表1分別地示出將Dy3+和Pr3+(均在1.31微米發(fā)射熒光)注入鍺—鎵—硫化(Ge-Ga-S)玻璃基材而制造的光放大器的性能。
表1
表1顯示，Dy3+中的受激發(fā)射橫截面是Pr3+中的四倍多，Dy3+中的分割比也高于Pr3+中的分割比。另外，與Pr3+相比，Dy3+在具有容易激發(fā)優(yōu)勢(shì)的紅外區(qū)附近呈現(xiàn)幾個(gè)吸收峰值。然而，Dy3+的實(shí)際熒光壽命僅是Pr3+的10％。因此，對(duì)于光放大的要求來(lái)說(shuō)，Dy3+有著非常低的熒光率和非常低的增益系數(shù)的弱點(diǎn)。
Dy3+短的熒光壽命是由于多聲子張弛所致。關(guān)于多聲子張弛的詳情，這里恕不贅述。
Dy3+的激發(fā)能級(jí)6F11/2和6H9/2，向最鄰近的低能級(jí)6H11/2之間的能差，比Pr3+的與上述相應(yīng)的能級(jí)之間的能差，甚至要小約1800厘米-1。所以其多聲子張弛率遠(yuǎn)超過(guò)在1.31微米的發(fā)射率。其結(jié)果，由于離子與聲子的相互作用，使大多數(shù)受激離子的能量被丟失。因此，一個(gè)具有相對(duì)地高聲子能量的氧化玻璃，或一個(gè)具有相對(duì)地低聲子能量的氟化玻璃被用來(lái)充當(dāng)對(duì)于Dy3+的基材，在1.31微米的熒光發(fā)射都是不可能的。然而，一種硫化玻璃允許在波長(zhǎng)1.31微米的熒光發(fā)射，這便提供了使用硫化玻璃對(duì)于Dy3+作為基材的可能性。
如上所述，雖然活性離子Dy3+對(duì)于光放大具有很大的潛力，但由于缺乏能獲得對(duì)于Dy3+的這個(gè)潛力的基材，所以，將活性離子Dy3+可靠地應(yīng)用于具有1.31微米波長(zhǎng)的光放大器，是不切實(shí)際的。
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于光放大器、包含鏑離子(Dy3+)且在波長(zhǎng)1.31微米能提高光放大率的光纖維。
本發(fā)明的目的由于獲得一種應(yīng)用于光放大器的光纖維而達(dá)到，該光纖維包括有一鍺-鎵-硫化(Ge-Ga-S)玻璃，一堿金屬鹵化物和一稀土元素鏑(Dy)。
最好，以Ge-Ga-S玻璃和堿金屬鹵化物的總量為基礎(chǔ)，堿金屬鹵化物的含量約在1-20摩爾％的范圍內(nèi)；而以Ge-Ga-S玻璃、堿金屬鹵化物和稀土元素的總量為基礎(chǔ)，稀土元素的含量約在0.01-0.1摩爾％的范圍內(nèi)。堿金屬鹵化物為溴化鉀(KBr)、CsBr(溴化銫)、碘化鉀(KI)或碘化銫(CsI)則更好。
當(dāng)使用的堿金屬鹵化物為KBr或CsBr時(shí)，在波段1.31微米處的熒光壽命極大地提高而不論堿金屬鹵化物的含量是多少。從提高熒光壽命的角度來(lái)看，堿金屬鹵化物的含量多于或等于鎵的含量，則是更為可取的。
當(dāng)堿金屬鹵化和為KI或CsI時(shí)，以玻璃混合物的總量為基礎(chǔ)，在Ge-Ga-S玻璃中的鎵含量是10摩爾％或更多些，對(duì)于進(jìn)一步提高在波段1.31微米處的熒光壽命則更有利。而以提高波段1.31微米處熒光壽命的觀點(diǎn)來(lái)看，堿金屬鹵化物含量多于或等于鎵含量則更好。
本發(fā)明的目的由于獲得應(yīng)用于光放大器的下述光纖維而達(dá)到。這種光纖維包括一鍺-鎵-砷-硫化(Ge-Ga-As-S)玻璃，一堿金屬鹵化物和一稀土元素鏑(Dy)。
以Ge-Ga-As-S玻璃和堿金屬鹵化物的總量為基礎(chǔ)，堿金屬鹵化物含量約在1-20摩爾％范圍內(nèi)；而以Ge-Ga-As-S玻璃、堿金屬鹵化物和稀土元素的總量為基礎(chǔ)，稀土元素的含量約在0.01-0.1摩爾％范圍內(nèi)，則是更為可取的。
本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)，在參照附圖詳細(xì)描述其實(shí)施例后，將變得更加顯而易見(jiàn)。
圖1是鏑離子(Dy3+)的能級(jí)圖；圖2顯示了當(dāng)一束發(fā)射914納米光的激光輻射在以實(shí)施例1-4和比較例所制造的光纖維上時(shí)，Dy3+的熒光發(fā)射光譜。
圖3顯示了當(dāng)一束發(fā)射914納米光的激光，輻射在以實(shí)施例1-4和比較例所制造的、用于光放大器的光纖維上時(shí)，在波段1.31微米Dy3+的熒光強(qiáng)度隨著時(shí)間的變化。
在波段1.31微米，鏑離子(Dy3+)的熒光壽命和光放大率是隨著非發(fā)射躍遷的強(qiáng)度而變化的。當(dāng)受激能級(jí)6F11/2和6H9/2的能量以某種形式被耗盡時(shí)，就不再以光的形式發(fā)射。這種非發(fā)射躍遷被分類為第一是多聲子張弛，如圖1中的(A)所示，它是由于玻璃的晶格振動(dòng)能引起的；第二是能量在Dy3+的鄰近能級(jí)間的傳輸，如圖1中的(B)所示。
在這些非發(fā)射躍遷現(xiàn)象中，由晶格振動(dòng)引起的多聲子張弛，對(duì)于Dy3+能級(jí)6F11/2和6H9/2上電子密度的減少，從而使光放大率減小起到相當(dāng)大的作用。因此，對(duì)于一個(gè)以Dy3+作為活性離子的1.31微米光放大器，有必要將多聲子張弛率減到最小。在發(fā)光離子，如稀土元素離子被留在象水晶或玻璃等固體基材中的情況下，發(fā)光離子因吸收外來(lái)能量而受激，隨后將能量輸運(yùn)到基態(tài)或者一個(gè)較低能級(jí)上而產(chǎn)生光能。由此可見(jiàn)，多聲子張弛是關(guān)于由于電子與聲子的相互作用而導(dǎo)致有用光能被消耗的現(xiàn)象。在多聲子張弛中，構(gòu)成元素發(fā)光離子的基礎(chǔ)的能級(jí)與靠其最近的低能級(jí)之間的能差，是一個(gè)重要的因素。一般地說(shuō)，兩能級(jí)之間的能差高出基材晶格振動(dòng)能的數(shù)倍，因而多重的聲子由于基材晶格振動(dòng)，從而消耗受激離子的能量。多聲子張弛率還與聲子數(shù)的指數(shù)成反比。因此，如果兩能級(jí)間的能差是常數(shù)，那么應(yīng)該增加聲子數(shù)以減少多聲子張弛率，從而使基材的晶格振動(dòng)能盡可能地降低。
但是，基材的晶格振動(dòng)能與構(gòu)成基材的原子的質(zhì)量的平方根成反比，而與原子間結(jié)合力的平方根成正比。因此，若用一種具有大質(zhì)量原子而其原子間結(jié)合力弱的基材，多聲子張弛率能夠被減小。而且，多聲子張弛率還隨著稀土元素的電子和基材中存在的聲子間的結(jié)合力的不同而變化。因此，由于減少電子與聲子的相互作用致使其結(jié)合力被減到最小，從而使多聲子張弛率被減得更小。
一種硫化玻璃有大約350厘米-1的晶格振動(dòng)能，這比氧化玻璃、氟化玻璃的晶格振動(dòng)能要低得多。因此，硫化玻璃看來(lái)有著低的多聲子張弛率。然而，作為基材的硫化玻璃，減少Dy3+在6F11/2和6H9/2上的熒光壽命到大約38微秒，以及量子效率減小到17％或更小。因此，硫化玻璃中的電子與聲子結(jié)合力必須被減到最小。
為了提高Dy3+在波段1.31微米的熒光效率，本發(fā)明的光纖維采用活性離子Dy3+和具有低的晶格振動(dòng)能的普通硫化玻璃以及具有很弱的電子與聲子結(jié)合力且與硫化玻璃組成元素相比為大質(zhì)量的溴(Br)或碘(I)，以減小硫化玻璃中電子與聲子的相互作用。
根據(jù)本發(fā)明用于光放大器的光纖維，下面將作更詳細(xì)地描述。
本發(fā)明的光纖維包括一鍺-鎵-硫化(Ge-Ga-S)玻璃或一鍺-鎵-砷-硫化(Ge-Ga-As-S)玻璃、一堿金屬鹵化物和一稀土元素鏑(Dy)的離子形態(tài)(Dy3+)。任何堿金屬鹵化物均能被用于該光纖維，然而溴化鉀(KBr)、溴化銫(CsBr)、碘化鉀(KI)或碘化銫(CsI)是堿金屬鹵化物的首選。堿金屬鹵化物含量以玻璃、堿金屬鹵化物的總量為基礎(chǔ)大約是在1-20摩爾％的范圍內(nèi)，而更可取的是約為1-10摩爾％。如果堿金屬鹵化物含量小于1摩爾％，那么光纖維的熒光發(fā)射率便不好。同時(shí)，如果堿金屬鹵化物含量大于20摩爾％，那么光纖維的熱性能和化學(xué)性能便變壞。
鍺-鎵-砷-硫化玻璃已經(jīng)被發(fā)明，以減弱在光纖維制造期間鍺-鎵-硫化玻璃的結(jié)晶化傾向。在鍺-鎵-硫化玻璃中，鍺容易玻璃化，而鎵顯示出高結(jié)晶化傾向和不好的玻璃化性能。因此，在光纖維制造期間，玻璃化被鎵所阻礙。為了防止在使用硫化玻璃中的結(jié)晶化傾向，具有極好玻璃化性能的砷被加入到形成光纖維基材的硫化玻璃之中。以玻璃的混合物總量為基礎(chǔ)，25-30摩爾％的鍺、2-10摩爾％的鎵、5-10摩爾％的砷和60-65摩爾％的硫被包含在鍺-鎵-砷-硫化玻璃或者鍺-鎵-硫化玻璃之中。
更為可取的是，以光纖維的混合物總量，包括鍺-鎵-硫化玻璃或者鍺-鎵-砷-硫化玻璃、堿金屬鹵化物和稀土元素的總量為基礎(chǔ)，稀土元素的Dy3+含量是在0.01-0.1摩爾％的范圍之內(nèi)。如Dy3+含量多于0.1摩爾％，由于交叉張馳的產(chǎn)生而使?jié)饪s冷卻，從而降低光放大率。硫化鏑(Dy2S3)是Dy3+的來(lái)源，鍺錠是鍺的來(lái)源，鎵粉是鎵的來(lái)源，砷塊是砷的來(lái)源。
從提高1.31微米熒光壽命的觀點(diǎn)來(lái)看，堿金屬鹵化物溴化鉀或者溴化銫和比碘化銫或者碘化鉀更好。堿金屬鹵化物含量大于或等于鎵含量較好。以玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和玻璃中稀土元素的可溶性的觀點(diǎn)來(lái)看，堿金屬鹵化物含量等于鎵的含量則更好。如果堿金屬鹵化物的含量相對(duì)于鎵含量過(guò)多，則玻璃的熱穩(wěn)定性和稀土元素的可溶性則急劇地減小。
例如，在混合物0.95[Ge32Ga5S63]-0.05KBr或者0.95[Ge32Ga5S63]-0.05CsBr中比在混合物0.95[Ge25Ga10S65]-0.05KBr或者0.95[Ge25Ga10S65]-0.05CsBr中，前者在1.31微米熒光壽命要比后者提高得多。
此外，當(dāng)堿金屬鹵化物使用碘化銫或者碘化鉀時(shí)，以玻璃的混合物總量為基礎(chǔ)，鎵的含量為10摩爾％或更多一些則更好。以在1.31微米波段提高熒光壽命的觀點(diǎn)來(lái)看，堿金屬鹵化物含量大于或等于鎵的含量則更好。換言之，如果堿金屬鹵化物含量小于鎵的含量，則在波段1.31微米的熒光壽命不會(huì)有大的提高。
在按照本發(fā)明制造的光纖維中，采用的具有高純度的鍺、鎵和硫、來(lái)源于諸如Dy2S3的Dy3+和堿金屬鹵化物，它們?cè)谝粋€(gè)沒(méi)有氧氣但充有惰性氣體的手套式操作箱內(nèi)被混合。
首先，鍺、鎵、硫和提供Dy3+的原料按照要求的比率被混合，一預(yù)定數(shù)量的堿金屬鹵化物被加入到該混合物中。一個(gè)含有堿金屬鹵化物的預(yù)定數(shù)量的上述混合物被放進(jìn)一個(gè)二氧化硅安瓿，然后在真空條件下密封。接著，這個(gè)裝滿混合物的二氧化硅安瓿在溫度900-1100℃的熔爐中熔合，溫度如為950-1000℃則更好。如果熔爐的溫度高于1100℃，裝有混合物的二氧化硅安瓿由于高蒸氣壓可能爆炸。同時(shí)，如果熔爐的溫度低于900℃，則具有高熔點(diǎn)的稀土元素將不能熔化。
接著，裝有被熔合混合物的二氧化硅安瓿被冷卻。任何技術(shù)都可以被采用來(lái)冷卻這個(gè)被加熱的二氧化硅安瓿，然而更可取的辦法是放在空氣中冷卻。
在此之后，以玻璃基材的靠近玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，即在300-400℃的溫度，加熱這個(gè)裝有混合物的二氧化硅安瓿，然后冷卻并打開，便得到一個(gè)玻璃棒。將此玻璃棒加熱并拉絲，便獲得了本發(fā)明制造的光纖維。
利用下述實(shí)施例，本發(fā)明將被更詳細(xì)地描述。然而，這些實(shí)施例僅僅作些說(shuō)明，而本發(fā)明并非限于如此。
實(shí)施例1鍺、鎵和硫，它們的純度均達(dá)99.999％或者更高，和純度為99.9％的溴化鉀，在一個(gè)充有氬氣的手套式操作箱中稱他們的重量，以制備0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr的混合物。然后，將純度為99.9％的Dy2S3的0.05摩爾％加進(jìn)這個(gè)混合物，目的是將Dy3+注入這個(gè)基材混合物。
10克這種混合物被放進(jìn)一個(gè)二氧化硅安瓿，并在真空條件下密封。這個(gè)裝有該混合物的二氧化硅安瓿在950℃的熔爐中熔合達(dá)12小時(shí)，然后在空氣中冷卻。接下來(lái)，該安瓿在350℃下被加熱2小時(shí)，冷卻后便打開，從而獲得一玻璃棒。所獲得的玻璃棒被加熱并拉絲，便得到了本發(fā)明制造的光纖維。
實(shí)施例2一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但以碘化鉀替代實(shí)施例1中所用的溴化鉀，從而制成0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KI。
實(shí)施例3一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但以溴化銫替代實(shí)施例1中所用的溴化鉀，從而配制成0.90[Ge25Ga10S65]-0.10CsBr。
實(shí)施例4
一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但以碘化銫替代實(shí)施例1中所用的溴化鉀，從而配制成0.90[Ge25Ga10S65]-0.10CsI。
實(shí)施例5一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但被配制成0.95[Ge25Ga10S65]-0.05KBr，不是0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
實(shí)施例6一光纖維用如實(shí)施例5的同樣方法制造，但以溴化銫替代實(shí)施例5中所用的溴化鉀，從而配制成0.95[Ge25Ga10S65]-0.05CsBr。
實(shí)施例7一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但被配制成0.95[Ge32Ga5S63]-0.05KBr，而不是0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
實(shí)施例8一光纖維用如實(shí)施例7的同樣方法制造，但以溴化銫替代實(shí)施例7中所用的溴化鉀，從而配制成0.95[Ge32Ga5S63]-0.05CsBr。
實(shí)施例9一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但被配制成0.96[Ge32Ga5S63]-0.04CsBr，而不是0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
實(shí)施例10一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但被配制成0.97[Ge32Ga5S63]-0.03CsBr，而不是0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
實(shí)施例11一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但被配制成0.95238[Ge29Ga5S66]-0.04762CsBr，而不是0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
實(shí)施例12一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但被配制成0.95[Ge29Ga5S65]-0.05KI，而不是0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
實(shí)施例13一光纖維用如實(shí)施例12的同樣方法制造，但以碘化銫替代碘化鉀，從而配制成0.95[Ge29Ga5S66]-0.05CsI。
實(shí)施例14一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但要加入純度為99.999％或更高純度的砷，且以溴化銫替代溴化鉀，從而配制成為0.95[Ge3As9Ga1S60]-0.05CsBr，而不是實(shí)施例1中的0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
比較例一光纖維用如實(shí)施例1的同樣方法制造，但沒(méi)有溴化鉀加進(jìn)Ge25Ga10S65之中，因而不是0.90[Ge25Ga10S65]-0.10KBr。
對(duì)于由實(shí)施例1-14以及比較例制造的光纖維，他們的Dy3+在能級(jí)6F11/2和6H9/2上的熒光壽命均已被測(cè)定。熒光壽命用τ表示，它被定義為熒光強(qiáng)度到達(dá)初始水平1/e的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，τ可用數(shù)字示波器測(cè)定。熒光壽命還用TR表示，它被定義為在假定僅僅由于電子躍遷產(chǎn)生的發(fā)射躍遷的情況下，熒光強(qiáng)度到達(dá)初始水平1/e的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，TR是被計(jì)算出來(lái)的。量子效率以η表示，它被定義為測(cè)定的熒光壽命與計(jì)算的熒光壽命的比率。
在此，一個(gè)由氬離子(Ar+1)激光啟動(dòng)的發(fā)射914納米光的鈦(Ti)-藍(lán)寶石激光器被用來(lái)作為激發(fā)光源。在激發(fā)Dy3+到能級(jí)6F7/2之后，便停留在由Ge-Ga-S或者Ge-Ga-As-S和堿金屬鹵化物組成的玻璃基體的晶格之中，用鈦-藍(lán)寶石激光，可由InSb光電探測(cè)器測(cè)量所產(chǎn)生的熒光，其波長(zhǎng)由1/4m雙倍單色器測(cè)量，且將被測(cè)量到的熒光由一鎖定放大器分析。
得出的結(jié)果是，在實(shí)施例1中制造的光纖維的熒光壽命為420微秒，其量子效率為90％。與比較例制造的光纖維的熒光壽命38微秒和量子效率16.6％相比，實(shí)施例1光纖維的熒光壽命被提高了。這種熒光壽命的提高，是由于將溴化鉀加進(jìn)Ge-Ga-S玻璃從而減少Dy3+從6F11/2和6H9/2對(duì)于6H11/2的多聲子張弛率的緣故。
同樣，實(shí)施例2的光纖維的熒光壽命是270微秒；實(shí)施例3的光纖維顯示最長(zhǎng)的熒光壽命達(dá)1.26毫秒。這個(gè)結(jié)果為使用溴化銫能起進(jìn)一步減小Dy3+從能級(jí)6F11/2和6H9/2對(duì)于6H11/2的多聲子張弛率的作用，提供了證據(jù)。實(shí)施例4的熒光壽命是190微秒；實(shí)施例5是44微秒；實(shí)施例6的熒光壽命是60微秒；實(shí)施例7的熒光壽命是650微秒；實(shí)施例8的熒光壽命是1.12毫秒。
在實(shí)施例5和6中，溴化鉀或溴化銫被加進(jìn)Ge-Ga-S玻璃中，與比較例相比，熒光壽命稍微提高。但是，如在實(shí)施例7和8中一樣，通過(guò)把溴化鉀或溴化銫加進(jìn)具有變化的混合物的Ge-Ga-S玻璃中，由于加入溴化物，熒光壽命顯著地提高。
實(shí)施例9制造的光纖維的熒光壽命是107微秒；實(shí)施例10制造的光纖維的熒光壽命是72微秒。這是由于在加入Ge-Ga-S玻璃的溴化物比率低的情況下，他們的熒光壽命與實(shí)施例1-4，7、8相比較，便沒(méi)有明顯地提高。
從實(shí)施例1、3、5-10的結(jié)果中可以確定，當(dāng)溴化物對(duì)于鎵的比率是低的時(shí)候，在1.31微米處的熒光壽命的提高是非常微小的。為了證實(shí)溴化物與鎵的比率對(duì)于提高熒光壽命所起的作用，在實(shí)施例11中增加了溴化銫的量，使溴化銫含量等于鎵的含量。其結(jié)果是，熒光壽命被提高到1.13毫秒。因此，可以斷定，僅當(dāng)溴化銫含量大于或等于鎵的含量時(shí)，多聲子張弛率減小。
然而，在實(shí)施例12和13中，在碘化鉀或碘化銫的5摩爾％被加進(jìn)Ge29Ga5S66的95摩爾％的情況下，他們對(duì)于提高熒光壽命的作用，與溴化銫的作用相比較，是微不足道的。實(shí)施例12的熒光壽命是55微秒；實(shí)施例13的熒光壽命是59微秒。而實(shí)施例14制造的光纖維，其熒光壽命與比較例的熒光壽命相比較，則顯著地提高，達(dá)到720微秒。
圖2所示為實(shí)施例1-4和比較例制造的光纖維，在使用一個(gè)發(fā)射914納米光的激光器作為激發(fā)光源，將Dy3+激發(fā)到6F7/2時(shí)，在1.31微米和1.75微米的熒光發(fā)射光譜。1.31微米熒光發(fā)射是由于從能級(jí)6F11/2和6H9/2到基(能級(jí))態(tài)的躍遷，而1.75微米熒光發(fā)射則是由于從能級(jí)6H11/2到基(能級(jí))態(tài)的躍遷。
從圖2可以看出，比較例在1.31微米的熒光強(qiáng)度，比在1.71微米的熒光強(qiáng)度小得多。這個(gè)結(jié)果與多聲子張弛率有關(guān)。因?yàn)樵谑褂肎e-Ga-S玻璃作為玻璃基材的情況下，多聲子張弛率達(dá)到20000秒-1，它比在1.31微米的自發(fā)熒光發(fā)射率(大約4000秒-1)高5倍，大多數(shù)受激到能級(jí)6F11/2和6H9/2的Dy3+不能以1.31微米發(fā)射熒光，而被輸運(yùn)到較低能級(jí)6H11/2上，再以1.75微米發(fā)射熒光。因此，1.75微米的熒光強(qiáng)度大于1.31微米的熒光強(qiáng)度。
在實(shí)施例1、3中，溴化物被加進(jìn)Ge-Ga-S玻璃，多聲子張弛率銳減，以致1.31微米的熒光強(qiáng)度比1.75微米的熒光強(qiáng)度大得多。而在實(shí)施例2、4中將碘化物加進(jìn)Ge-Ga-S玻璃的情況下，與實(shí)施例1、3中使用溴化物相比較，1.31微米的熒光強(qiáng)度要比1.75微米的熒光強(qiáng)度小得多。
圖3就是表示實(shí)施例1-4和比較例制造的各個(gè)光放大器1.31微米的熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況，其中由一發(fā)射914納米光的激光器將Dy3+激發(fā)到6F7/2能級(jí)上，而后由于從能級(jí)6F11/2和6H9/2到基能級(jí)的躍遷而產(chǎn)生的1.31微米熒光。
從圖3可知，與比較例相比較，實(shí)施例1至4的熒光強(qiáng)度隨時(shí)間緩慢地減小。這個(gè)結(jié)果證實(shí)了實(shí)施例1至4熒光壽命的提高。
如上所述，按照本發(fā)明的在含有活性離子Dy3+的光纖維制造中，一種具有低的晶格振動(dòng)能的硫化玻璃被用來(lái)作為玻璃基材，并加進(jìn)了能使Dy3+的電子與玻璃晶格中的聲子之間相互作用減到最小程度的堿金屬鹵化物。其結(jié)果，Dy3+從能級(jí)6F11/2和6H9/2對(duì)于他們最為鄰近的低能級(jí)6H11/2的多聲子張弛被放慢，因此，1.31微米熒光壽命被延長(zhǎng)，從而進(jìn)一步提高了該光纖維的熒光效率。
權(quán)利要求
1.一種用于光放大器的光纖維，其特征在于，它包括一鍺-鎵-硫(Ge-Ga-S)化玻璃、一堿金屬鹵化物和一稀土元素鏑(Dy)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖維，其特征在于，基于鍺-鎵-硫化玻璃和堿金屬鹵化物的總量，一堿金屬鹵化物含量是在大約1-20摩爾％的范圍內(nèi)；而基于鍺-鎵-硫化玻璃、堿金屬鹵化物和稀土元素的總量，一稀土元素的含量在大約0.01-0.1摩爾％的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物是溴化鉀、溴化銫、碘化鉀或者碘化銫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物是溴化鉀或者溴化銫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物含量是大于或者等于鎵的含量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖維，其特征在于，當(dāng)堿金屬鹵化物是碘化鉀或者是碘化銫時(shí)，基于玻璃的混合物的總量，在鍺-鎵-硫化玻璃中的鎵的含量是10摩爾％或更多些。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物含量是大于或者等于鎵的含量。
8.一用于光放大器的光纖維，其特征在于，它包括一鍺-鎵-砷-硫(Ge-Ga-As-S)化玻璃、一堿金屬鹵化物和一稀土元素鏑(Dy)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖維，其特征在于，基于鍺-鎵-砷-硫化玻璃和堿金屬鹵化物的總量，堿金屬鹵化物含量是在大約1-20摩爾％的范圍內(nèi)；而基于鍺-鎵-砷-硫化玻璃、堿金屬鹵化物和稀土元素的總量，稀土元素的含量在大約0.01-0.1摩爾％的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物是溴化鉀、溴化銫、碘化鉀或者碘化銫。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物是溴化鉀或者溴化銫。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物含量是大于或者等于鎵的含量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光纖維，其特征在于，當(dāng)堿金屬鹵化物是碘化鉀或者是碘化銫時(shí)，基于玻璃混合物的總量，在鍺-鎵-砷-硫化玻璃中的鎵的含量是10摩爾％或更多些。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光纖維，其特征在于，堿金屬鹵化物含量是大于或者等于鎵的含量。
全文摘要
一種用于光放大器的光纖維,其包含在1.31微米波段能提高光放大率的鏑離子(Dy
文檔編號(hào)H01S3/17GK1262447SQ0010039
公開日2000年8月9日 申請(qǐng)日期2000年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月20日
發(fā)明者許鐘, 慎容范, 鄭善太, 金賢洙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社