[发明专利]用于光放大器的光纤维

说明书

本发明涉及一种应用于光放大器的光纤维，尤其是这样一种应用于放大器中的光纤维，即在其中含有镝离子(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，过去常常是放大一个具有波长1.31微米的光信号，该波长属于二氧化硅玻璃的零色散波长。一些稀土元素，如钕(Nd)、镨(Pr)或镝(Dy)的离子态通常被注入玻璃基材中，可是，当将Nd³⁺搀入玻璃的情况下，在Nd³⁺的能级⁴F_3/2向能级⁴I_13/2跃迁期间，荧光在远离零色散波长的1.31微米波长被发射。能级⁴F_3/2在波长1.31微米发射的荧光强度，比起在890纳米和1064纳米等其它波长的强度，是非常弱的。且由于在能级⁴F_3/2激发态吸收，故短于波长1.36微米的光增益减小。为此，一种富氟化物玻璃被建议作为基材，以替代二氧化硅玻璃。然而，富氟化物玻璃的使用，也不能提高波长1.31微米的光增益达到要求的水平。

而且，在光纤维制造中，也把稀土元素Pr³⁺注入进玻璃，以便光¹G₄→³H₅跃迁时有利于产生荧光发射。这种跃迁比起其它能级之间的跃迁，发生的可能性更大，因而将Pr³⁺用来作为搀入玻璃的材料时，可以期待获得一个高的光放大率。

然而，能级¹G₄和³F₄间的能差是很小的，为3000厘米^-1。因此使用具有800厘米^-1的高的晶格振动能的氧化玻璃作为基材，由于受激的Pr³⁺在级¹G₄上有着发生非发射跃迁的极大可能性。这是由于多晶格振动张弛造成的结果。其结果是光放大率减小而不是增加。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⁺，则应该相应地选择具有低的晶格振动能的基材。

使用一种含有四氟化锆(ZrF₄)的氟化玻璃作基材，因其具有低的晶格振动能而著名。可是，这种氟化玻璃有一个仅为4％或更低的量子效率。因此，从荧光寿命的角度来看，要获得令人满意的性能是困难的。由于这个原因，对于利用比氟化玻璃更低的晶格振动能的硫化玻璃作为基材的研究，被积极地进行。

图1示出了镝离子(Dy³⁺)的一个能级图。按图1所示，在受激能级⁶F_11/2和⁶H_9/2向基态能级⁶H_15/2跃迁时，Dy³⁺在波长1.31微米发生荧光发射。

表1分别地示出将Dy³⁺和Pr³⁺(均在1.31微米发射荧光)注入锗—镓—硫化(Ge-Ga-S)玻璃基材而制造的光放大器的性能。