希土類添加ガラスのパノスコピック配位子場制御による光増幅器材料の設計

• Project/Area Number: 16080209
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 田部 勢津久 Kyoto University, 大学院・人間・環境学研究科, 准教授 (20222119)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 雅之 大学院人間, 環境学研究科, 助教 (20240525)
• Project Period (FY): 2004 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥35,900,000 (Direct Cost: ¥35,900,000); Fiscal Year 2007: ¥7,400,000 (Direct Cost: ¥7,400,000); Fiscal Year 2006: ¥9,600,000 (Direct Cost: ¥9,600,000); Fiscal Year 2005: ¥9,800,000 (Direct Cost: ¥9,800,000); Fiscal Year 2004: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥9,100,000)
• Keywords: 光増幅器 / 光ファイバ通信 / 希土類 / 結晶化ガラス / ホタル石結晶 / ナノ結晶 / プラセオジム / レーザ / 4f電子 / 電子遷移 / ガラス / 光通信 / 光ファイバ / エルビウム / 蛍光スペクトル

Research Abstract

広帯域波長多重通信用光ファイバ増幅器材料としてのプラセオジム(Pr)ドープガラスおよび結晶に着目し、光通信用0バンド(波長1.29〜1.33μm)光アンプ材料としての応用可能性について検討した。まず、軽希土類でイオン半径の大きなPrイオンのホストとして、希土類イオンを高濃度で固溶することができ、フォノンエネルギーが低いため、高発光効率が期待できるフッ化物蛍石結晶に着目し、オキシフルオライドナノ結晶析出透明結晶化ガラスの作製を行った。SrF_2-CaF_2固溶体結晶を安定なシリケートガラス中に析出することにより、その配位子場を制御し、光通信用0バンド(波長1.29〜1,33μm)光アンプ材料としての応用可能性について検討した。まずアルカリ土類フッ化物とシリカ、アルミナを含む各種Pr-Yb共ドープオキシフルオライドガラスを溶融反応により作成し、各試料について熱処理を行うことにより、フッ化物ナノ結晶単一相の析出と透明性保持に成功した。得られた各試料の常温における発光スペクトル測定から、結晶析出に伴い、1.3μm帯発光が得られること、その割合はSrF_2含有量が高い組成で高くなることを確認した。さらに低温での1.3μm帯発光スペクトルのStark分裂構造から、Sr/Ca割合に関わらず、いずれもフッ化物固溶体中に固溶したPr^<3+>イオンによるものであることが確認された。Ybの1μm発光の蛍光寿命測定から、Yb→Prエネルギー移動効率とその温度依存性を調べたところ、イオン半径の小さな重希土類Ybは、結晶化後もシリケートガラス相にも多く存在していることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] "Quantitative analysis of optical power budget of bismuth oxide-based erbium-doped fiber", (2008)
  • Author(s): H. Hayashi, S. Tanabe, N. Sugimoto
  • Journal Title: Journal of Luminescence 128 Pages: 333-340
  • NAID: 40016464917
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Preparation and 1.3μm emission of Pr^<3+> doped transparent nano-glass ceramics containing SrF_2", (2007)
  • Author(s): T. Murakami, S. Tanabe
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan 115[10] Pages: 605-607
  • NAID: 110006436408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Effect of Lanthanum and Boron Addition on Suppression of Cooperative Upconversion in Bismuth Oxide Based Erbium-Doped Fibers", (2007)
  • Author(s): H. Hayashi, N. Sugimoto, S. Tanabe
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 46[6A] Pages: 3452-3454
  • NAID: 40015421727
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Study of Upconversion Characteristics of Silica-Based Erbium-Doped Fibers Using Integrating Sphere", (2007)
  • Author(s): D. Zhang, S. Tanabe
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 46[10A] Pages: 6676-6678
  • NAID: 40015642852
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 「結晶化ガラス蛍光板による青色LEDの白色化」 (2007)
  • Author(s): 田部 勢津久、藤田俊輔
  • Journal Title: Material Stage [11] Pages: 49-53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Hydroxyl groups on Erbium doped Bismuth Oxide Based Glasses for Fiber Amplifiers (2006)
  • Author(s): H.Hayashi, N.Sugimoto, S.Tanabe, S.Ohara
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 99
• [Journal Article] Fabrication and blue upconversion characteristics of Tm-doped tellurite fiber for S-band amplifier (2006)
  • Author(s): T.Tamaoka, S.Tanabe, S.Ohara, H.Hayashi, N.Sugimoto
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 408 Pages: 848-851
• [Journal Article] Variation of emission spectra of Er3+-doped YAG-based solid solution (2006)
  • Author(s): M.Nishi, S.Tanabe, K.Fujita, K.Hirao
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 408 Pages: 788-790
• [Journal Article] Optical Properties and Local Structure of Rare Earth Doped Amplifier for Broadband Telecommunication (2006)
  • Author(s): S.Tanabe
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 408 Pages: 675-679
• [Journal Article] 広帯域波長多重通信用ガーネット系光増幅器材料の設計 (2006)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Journal Title: セラミックス 41[9] Pages: 691-697
  • NAID: 10018053232
• [Journal Article] High-performance and wideband amplifier using bismuth-oxide-based EDF with cascade configurations (2006)
  • Author(s): H.Hayashi, N.Sugimoto, S.Tanabe
  • Journal Title: Optical Fiber Technology 12 Pages: 282-287
• [Journal Article] Properties of Tm3+ doped Germanotellurite glasses for S-band amplifier (2006)
  • Author(s): Y.Kishi, S.Tanabe
  • Journal Title: Journal of American Ceramic Society 89 Pages: 236-240
• [Journal Article] <研究最先端>光ファイバアンプの原理、開発の現状と展望 (2006)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Journal Title: ニューガラス 21[3] Pages: 47-56
• [Journal Article] Evaluation of quenching effect on gain characteristics in silica-based erbium doped fiber using numerical simulation (2006)
  • Author(s): S.Ono, S.Tanabe
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds 408 Pages: 788-790
• [Journal Article] Properties of Tm3+ doped Germanotellurite glasses for S-band amplifier (2006)
  • Author(s): Yuki Kishi
  • Journal Title: Journal of American Ceramic Society 89[1] Pages: 236-240
• [Journal Article] Fabrication and efficient infrared-to-visible upconversion in transparent glass ceramics of Er-Yb co-doped CaF2 nano-crystals (2005)
  • Author(s): Yuki Kishi
  • Journal Title: Journal of American Ceramic Society 88[12] Pages: 3423-3426
• [Journal Article] Study on the dynamics of gain spectral hole in silica-based erbium-doped fiber at 77K (2005)
  • Author(s): Shunsuke Ono
  • Journal Title: Journal of Optical Society of America B 22[8] Pages: 1594-1599
• [Journal Article] Compositional dependence of fluorescence spectra of the Cr3+/Cr4+-doped calcium alumino-silicate classes for broadband telecommunication (2005)
  • Author(s): Hiroshi Yamazaki
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 44[7A] Pages: 5011-5013
• [Journal Article] Glass Ceramics for Solid State Lighting (2005)
  • Author(s): Setsuhisa Tanabe
  • Journal Title: Advances in Glass and Optical Materials, (The Ameirican Ceramic Society) 178 Pages: 19-25
• [Journal Article] Correlation between emission bandwidth _of Er3+:1.5um band and optical basicity of host oxide glasses, (2005)
  • Author(s): Naoki Sugimoto
  • Journal Title: Journal of Ceramic Society of Japan 113[I] Pages: 120-122
• [Journal Article] ガラスにおける希土類イオンの様々な作用 (2005)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Journal Title: ニューガラス 20[1] Pages: 54-61
• [Journal Article] Correlation between emission bandwidth of Er^<3+> : 1.5マイクロm band and optical basicity of host oxide glasses (2005)
  • Author(s): Naoki Sugimoto
  • Journal Title: J.Ceramic Society of Japan 113[1] Pages: 120-122
• [Journal Article] Optical-telecommunication-band fluorescence properties of Er^<3+>-doped YAG nanocrystals synthesized by glycothermal method (2005)
  • Author(s): Masayuki Nishi
  • Journal Title: Optical Materials 27[4] Pages: 655-662
• [Journal Article] Gain characteristics of Tm-doped fiber amplifier by dual-wavelength pumping with a tunable L-band source (2004)
  • Author(s): Setsuhisa Tanabe
  • Journal Title: Optical Materials 25[2] Pages: 165-169
• [Journal Article] Evidence of enhanced hypersensitive transition in erbium-doped fibers with different Al_2O_3 content, (2004)
  • Author(s): Shunsuke Ono
  • Journal Title: IEEE J.Quantum Electronics 40[12] Pages: 1704-1708
• [Journal Article] Phase-selective cathodoluminescence spectroscopy of Er : YAG glass-ceramics (2004)
  • Author(s): Masayuki Nishi
  • Journal Title: Solid State Communication 132[1] Pages: 19-23
• [Presentation] Fabrication and luminescent properties of Eu^<2+> doped silicate glass ceramic phosphors (2008)
  • Author(s): ○S. Tanabe, T. Nakanishi
  • Organizer: Phosphor Global Summit 2008
  • Place of Presentation: San Diego Hilton Hotel
  • Year and Date: 2008-03-04
• [Presentation] 希土類発光ガラスの光技術における役割と将来 (2008)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Organizer: 第84回ニューガラスセミナー<機能性ガラス材料を支える希土類元素>
  • Place of Presentation: 東京機械振興会館
  • Year and Date: 2008-01-29
• [Presentation] 光ファイバ通信用増幅器や固体照明光源のための希土類含有ガラス (2007)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Organizer: 神戸大学VBL先端研究推進部門ナノフォトニクス技術セミナー
  • Place of Presentation: 神戸大学VBL
  • Year and Date: 2007-12-06
• [Presentation] LAS結晶化ガラス中のErイオンの発光挙動解析 (2007)
  • Author(s): ○藤田俊輔、坂本明彦、田部 勢津久
  • Organizer: 第48回ガラスおよびフォトニクス材料討論
  • Place of Presentation: 豊橋科学技術大学
  • Year and Date: 2007-11-30
• [Presentation] Preparation of BaSi_2O_5: Eu^<2+> glass ceramic phosphors and luminescent properties (2007)
  • Author(s): ○T. Nakanishi, S. Tanabe
  • Organizer: First International Conference on White LEDs and Solid state Lighting (White LEDs-07)
  • Place of Presentation: 東京品川メリディアンホテル
  • Year and Date: 2007-11-28
• [Presentation] Transparent active glass ceramics containing fluorite solid-solution (2007)
  • Author(s): S. Tanabe
  • Organizer: 7th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology
  • Place of Presentation: 上海国際会議場
  • Year and Date: 2007-11-11
• [Presentation] 希土類発光セラミックスの材料科学 (2007)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Organizer: 日本セラミックス協会関西支部 若手フォーラム
  • Place of Presentation: 奈良県明日香村関西大学セミナーハウス
  • Year and Date: 2007-10-20
• [Presentation] Temperature dependence of 1.3μm emission of Pr-Yb codoped transparent glass ceramics (2007)
  • Author(s): ○村上 岳、田部 勢津久
  • Organizer: 文部科学省科学研究費補助金特定領域研究「希土類形態制御」希土類若手研究発表会
  • Place of Presentation: 福岡志賀島国民休暇村
  • Year and Date: 2007-10-11
• [Presentation] 希土類添加オキシフロライド透明ナノ結晶化ガラスの表面プラズモン増強励起アップコンバージョン発光 (2007)
  • Author(s): ○上田純平、田部 勢津久、石田昭人
  • Organizer: 日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2007-09-13
• [Presentation] 白色LED用希土類含有結晶化ガラス蛍光体の開発 (2007)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Organizer: 日本セラミックス協会秋季シンポジウム「フォトセラミックスセッション」
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2007-09-13
• [Presentation] BaSi_2O_5:Eu^<2+>結晶化ガラス蛍光体の作成とその発光特性 (2007)
  • Author(s): 中西貴之、田部勢津久
  • Organizer: 応用物理学会連合講演会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学
  • Year and Date: 2007-09-05
• [Presentation] Glass ceramic phosphors for solid-state lighting (2007)
  • Author(s): S. Tanabe
  • Organizer: Int'l Conf. on Optical and Optoelectronic Properties of Materials and Applications (ICOOPMA2007)
  • Place of Presentation: London大学
  • Year and Date: 2007-08-01
• [Presentation] Preparation and efficient 1.3 μm emission of Pr^<3+>-doped transparent nano-glass ceramics containing SrF_2 (2007)
  • Author(s): T. Murakami, S. Tanabe
  • Organizer: International Congress on Glass 2007 (ICG2007)
  • Place of Presentation: Strasbourg国際会議場
  • Year and Date: 2007-07-04
• [Presentation] Transparent glass ceramics doped with Gr^<4+> for a broadband amplifie (2007)
  • Author(s): S. Tanabe
  • Organizer: 4th DGG Symposium on Novel Optical Technologies
  • Place of Presentation: Aachen Eurogress会議場
  • Year and Date: 2007-06-05
• [Presentation] Spectroscopic properties of Er-doped Y_3Al_5O_12 and Y_3ScAl_4O_12 garnet crystals (2007)
  • Author(s): ○S. Tanabe, H. Yamazaki
  • Organizer: 2nd Workshop on Photoluminescence of Rare Earth Doped Materials and Devices 2007(PRE'07)
  • Place of Presentation: Trento大学
  • Year and Date: 2007-06-01
• [Book] ガラスの百科事典 (2007)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Total Pages: 836
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] "最新 LED部材の開発", 第2章蛍光体:第2節「白色LED用結晶化ガラス蛍光体材料の開発と発光特性評価」 (2007)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 希土類の機能と応用 (2006)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Total Pages: 369
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 機能性ガラス・ナノガラスの最新技術 (2006)
  • Author(s): 田部 勢津久, 杉本直樹
  • Total Pages: 446
  • Publisher: (株)エヌ・ティー・エス
• [Book] 科学立国日本を築く-極限に挑む気鋭の研究者たち (2006)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Total Pages: 326
  • Publisher: 日刊工業新聞社
• [Book] 希土類の機能と応用(足立吟也監修) (2006)
  • Author(s): 田部 勢津久
  • Total Pages: 369
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] Advances in Photonic Materials and Devices (2005)
  • Author(s): Setsuhisa Tanabe
  • Total Pages: 128
  • Publisher: The American Ceramic Society (Westerville, 2005)
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光体材料および白色LED (2007)
  • Inventor(s): 田部 勢津久, 藤田 俊輔
  • Industrial Property Rights Holder: 京都大学, 日本電気硝子
  • Industrial Property Number: 2007-071818
  • Filing Date: 2007-03-20
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光増幅特性シミュレーション装置および方法 (2005)
  • Inventor(s): 林 悦子, 小野 俊介, 田部 勢津久
  • Industrial Property Rights Holder: 京都大学, 富士通研究所
  • Patent Publication Number: 2006-310708
  • Filing Date: 2005-05-02
  • Acquisition Date: 2006-11-09
• [Patent(Industrial Property Rights)] 結晶化ガラス複合体 (2005)
  • Inventor(s): 田部 勢津久, 岸 佑季, 坂本 明彦
  • Industrial Property Rights Holder: 京都大学, 目本電気硝子
  • Patent Publication Number: 2006-321689
  • Filing Date: 2005-05-02
  • Acquisition Date: 2006-11-30