希土類含有ガラスの4f電子遷移確率制御による高利得光増幅器材料の設計

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650989
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 花田 禎一 京都大学, 総合人間学部, 教授 (50111935)
• 研究分担者: 田部 勢津久 京都大学, 総合人間学部, 助手 (20222119)
• キーワード: 希土類 / ガラス / 光増幅器 / 光通信 / 4f電子 / 光ファイバ

研究概要

光通信で用いられる通信波長である、1.5μm帯,1.3μ帯の光ファイバ増幅器ガラス開発を目指し、光増幅を行い得る元素として、それぞれEr^<3+>とDy^<3+>,Pr^<3+>イオンを選び、その光学特性のホストガラス依存性を検討した。ホスト材料候補として、Er^<3+>含有アルミノケイ酸塩ガラス、Dy^<3+>含有硫化物系ガラス、Pr^<3+>含有テルライトガラス試料を溶融法で作製した。波長300-3000nmの範囲で吸光スペクトルを測定し、4f電子遷移に基づく光吸収バンドの積分強度、ガラスの希土類濃度、屈折率から、5本の光学吸収遷移線の吸収断面積を求め、光学遷移確率を決定する3つの配位子場パラメータΩ_tを得た。Ω_tから発光遷移確率を算出した。また1.5μmと1.3μm蛍光減衰曲線から蛍光寿命を求め、Er^<3+>:^4I_<13/2>準位とDy^<8+>:^6F_<11/2>準位の量子効率、非輻射緩和速度を算出した。Er^<3+>の吸収および発光遷移断面積は、アルミナ含有量と共に大きく増大した。一方4準位系である波長1.3μmの光学遷移である^6F_<11/2>-^6H_<15/2>遷移の吸収断面積は、硫化物系では非常に大きな値を示した。Ga_2S_3系ガラスで発光が観測され、このガラス中で1.3μm発光の自然放出係数は2.6×10^3s^<-1>で、発光始準位からのブランチ比は93%、寿命測定により求めた量子効率は8%であった。Dy^<3+>イオンは準位の性質から、励起波長の選択幅も広く、光増幅器用ガラスとして、多フォノン抑制の抑制と遷移確率、量子効率の向上が期待できることを明らかにした。またPr^<3+>イオンの増感剤元素としてYb^<3+>イオンを選び、それらの光学特性の濃度依存性を検討した。ホスト材料として、テルライト系ガラス試料を溶融法で作製し、1μmと1.3μm蛍光減衰曲線から蛍光寿命を求め、Yb^<3+>:^2F_<5/2>準位の量子効率、エネルギ移動速度を算出した。Yb^<3+>イオンはPr^<3+>イオンに比べ、励起吸収断面積も広く、光増幅器用ガラスの増感剤として、量子効率の向上が期待できることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] S.Tanabe: "Local structure and 1.5μm quantum efficiency of erbium doped glasses for optical amplifiers" Journal of Non-Crystalline Solids. 196. 101-105 (1996)
• [文献書誌] 田部 勢津久: "Dy^<3+>含有低フォノンエネルギーガラスによる1.3μm光増幅器の可能性"" 「化学と工業」. 49[1]. 54-54 (1996)
• [文献書誌] S.Tanabe: "Branching ratio of uv and blue upconversions of Tm^<3+> ions in glasses"" Physical Review B. 53[13]. 8358-62 (1996)
• [文献書誌] 田部 勢津久、: "希土類アルミネート系蓄光性蛍光体の出現とその光物性"、" 「ニューセラミックス」. 9[10]. 27-33 (1996)
• [文献書誌] S.Tanabe: "Blue upconversion characteristics of Thulium-doped silica fiber with high germania content"" Japanese Journal of Applied Physics. (in press.). (1998)
• [文献書誌] S.Tanabe: "Yellow/blue luminescences of Dy^<3+>-doped borate glasses and their anomalous temperature variations" Journal of Non-Crystalline Solids. (in press.). (1998)
• [文献書誌] 田部 勢津久: "「希土類の科学」" 化学同人(編 足立吟也、分担執筆)(印刷中), (1998)
• [文献書誌] S.Tanabe: "Properties of Glasses and Rare-earth Doped Glasses for Optical Fibers" Institue for Electrical Engineers (IEEE),London,(eds.D.W.Hewak)(in press), (1998)