光学元件和使用于该光学元件中的钛系氧化物玻璃以及使用钛系氧化物玻璃的发光方法和光放大方法技术

本发明专利技术的光学元件是照射激发光，显示出向上变换发光和光放大中的至少任意一种特性的光学元件，该光学元件含有以氧化钛为主要成分的块状玻璃，所述玻璃还含有稀土类元素。作为稀土类元素，适合使用例如Ｅｒ和Ｙｂ中的至少１种元素，或Ｙｂ和Ｔｍ的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及显示出向上变换发光和/或光放大特性的光学元件、该光学元件中使用的钛系氧化物玻璃、以及使用该钛系氧化物玻璃的发光方法和光放大方法。
技术介绍
已知稀土类元素和部分过渡元素在激发光的照射下由高能级激发的原子弛豫至 低的等级时，发出荧光。发出的比激发光波长更长的光是普通的荧光，但是也有可能发出比 激发光的波长更短的光，这称作向上变换发光(upconversionemission)。向上变换发光是 例如激发状态的原子弛豫为更低的等级前，再次吸收光，激发到高能态，该原子从这种高能 状态迁移到基底状态(ground state)之类的低能状态时，发出光。另外，通过形成高能态 原子的密度比低能态原子的密度更高的状态(反转分布(inverted population))，还可以 将变频增频发光的技术应用于激光振动(laser oscillation)以及光放大器中。这种稀土 类元素等能够以分散到玻璃、结晶、陶瓷之类的介质中的形态利用(例如，参照日本特开平 5-319856号公报、日本特开平7-162062号公报、日本特开平7-162063号公报)。 玻璃材料是透明的，不需要像结晶材料那样考虑方向性即可通过切断和研磨加工 来改变形状。另外，玻璃本身还可以作为透镜或三棱镜使用，所以作为光学元件的材料优 异。特别是，以Si()2作为玻璃骨架的氧化物玻璃的耐久性好，所以广泛应用于各种技术领 域中。 然而，在以Si02为骨架的玻璃中，即使添加稀土类元素，向上变换发光也非常弱。 这是因为Si(^骨架的晶格振动能量大，激发的电子的能量几乎以热量的形式损失掉。该现 象称作无辐射弛豫(non-radiative relaxation)。其结果是向上变换时使用的能量变小， 发光强度变得非常弱。 另外，以添加了 Er的Si02为骨架的玻璃作为光纤放大器的芯部而应用于实际场 合。然而，如果Er浓度变大，则与信号光的放大相比，吸收更多。因此，Er浓度通常必须为 1X以下，为了得到足够的放大作用，纤维长度必须是几ra 几卜m。 为了提高向上变换发光的强度，有效的是减少晶格振动的能量。也就是, 在分散了稀土类元素等的介质中，含有重元素是有效的。例如， 一种氟化物玻璃 ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-A1F3-NaF)中，如果添加Er,可以得到强烈的发光。另外，基于氟化物 玻璃光纤的放大器，可以提高稀土类元素的浓度，所以光纤长度即使是Ira以下，也可以得 到足够的光放大作用。 然而，ZBLAN等氟化物玻璃具有耐久性低，存在容易变质的问题。因此，例如在使 用由氟化物玻璃形成的放大器用光纤的情况下，为了不接触空气，必须在收纳至密闭结构 的容器中等方面下功夫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供具有向上变换发光和/或光放大特性的耐久性高的光学元件。此外，本专利技术的另一目的是提供用于实现这种光学元件的钛系氧化物玻璃。另外，本专利技术的又一 目的是提供使用这种钛系氧化物玻璃的发光方法和光放大方法。 本专利技术的光学元件是在激发光的照射下显示出向上变换发光和光放大中的至少任意一种特性的光学元件，其包括以氧化钛作为主要成分的块状玻璃(bulkglass)，所述玻璃还包含稀土类元素。 本专利技术的钛系氧化物玻璃是以氧化钛作为主要成分的块状玻璃，该玻璃还包含稀 土类元素。 另外，在本说明书中，所述的块状是指除了薄膜和粉末以外的含义，是最小尺寸 (通过重心的尺寸的最小值)为10"m以上(优选为50 y m以上)的形状。如后所述，以氧 化钛为主要成分的钛系氧化物非常容易形成结晶。因此，已知的是该钛氧化物到目前为止 得到很可能是薄膜或粉末形态的玻璃质物质，但是还没有得到块状的玻璃质物质。块状玻 璃的特别指定就是源于这种情况。 本专利技术的发光方法是使用上述本专利技术的钛系氧化物玻璃的发光方法，是一种通过 对所述钛系氧化物玻璃照射激发光，而利用所述钛系氧化物玻璃的向上变换作用产生发光 的方法。 本专利技术的光放大方法是使用上述本专利技术的钛系氧化物玻璃进行光放大的方法，是 一种通过对所述钛系氧化物玻璃照射激发光,而利用所述钛系氧化物玻璃的光放大作用使 入射至所述钛系氧化物玻璃的光放大的方法。本专利技术的光学元件中使用的以氧化钛为主要成分的玻璃可以含有高浓度的稀土 类元素。因此，本专利技术的光学元件可以实现高强度的向上变换发光和/或足够的光放大作 用。此外，本专利技术的光学元件中使用的以氧化钛为主要成分的玻璃具有足够的耐久性，所以 可以得到高耐久性的光学元件。附图说明 图1是表示本专利技术的光学元件中含有的钛系氧化物玻璃制造方法中使用的气体 悬浮(gas levitation)装置的一个例子的示意图。 图2是表示作为本专利技术的光学元件的--个例子的光共振器的示意图。 图3B是表示作为本专利技术的光学元件的一个例子的发光装置的示意图。 图4是实施例1制造的样品的差示热分析(DTA)的测定结果。 图5是用于说明折射率的测定方法的图。 图7是使用显微拉曼装置测定发光光谱的结果。 图8是实施例2制造的样品的差示热分析(DTA)的测定结果。 图9是实施例3制造的样品的差示热分析(DTA)的测定结果。 图10是表示样品4-5的发光光谱的图谱。 图11是用于确认样品的光放大的装置的示意图。 图12是表示只对样品照射激发光时的ASE强度的图。 图13是表示信号光的强度的图。具体实施例方式以下，对本专利技术的实施方式进行说明。 〈光学元件> 本实施方式的光学元件使用块状的玻璃形成。该玻璃以氧化钛为主要成分，并进 一步添加稀土类元素形成。也就是，以使用氧化钛为主要成分的玻璃作为介质分散稀土类 元素的构成。本专利技术的光学元件中使用的以氧化钛为主要成分的玻璃可以含有高浓度的稀 土类元素，因此显示出高强度的向上变换发光和/或足够的光放大性质。在下文中，本专利技术 的光学元件中使用的以氧化钛作为主要成分且含有稀土类元素的玻璃有时也称作钛系氧 化物玻璃。 作为钛系氧化物玻璃中含有的稀土类元素，例如可以使用选自Er和Yb中的至少l 种元素，也可以将Yb和Tm组合使用。另外，也可以全部含有Er、Yb和Tm。钛系氧化物玻璃 由于含有这些稀土类元素,所以可以得到更高强度的向上变换发光和高的光放大作用。在 这些稀土类元素中，Er可以得到有效的高强度的向上变换发光，因而优选。另外，通过组合 添加Er和Yb，可以得到更高强度的向上变换发光。 作为钛系氧化物玻璃，在本实施方式中，使用还含有Ba的玻璃以及还含有选自 La和Nd中的至少1种元素的玻璃。在本实施方式中，在使用还含有Ba的玻璃时，使用以 BaTi2()5这种组成为基础的玻璃。另外，还含有选自La和Nd中的至少1种元素的玻璃的情 况下，使用以LaTi205.5和NdTi205.5这种组成为基础的玻璃。 以本实施方式中使用的钛系氧化物玻璃还含有Ba，且该钛系氧化物玻璃含有的 稀土类元素是选自Er、 Yb和Tm中的至少1种元素的情形为例，合适的是下述钛系氧化物 玻璃实质上具有式Bai...xl...x2...x3ErxlYbx2Tnix3Tiy()z所示的组成，并且xl、 x2、 x3、 y和z满足 0《xl《0. 6、0《x2《0. 3、0《x3《0. 3、1 < y <本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，其在激发光的照射下显示向上变换发光和光放大中的至少任意一种特性，其特征在于：含有以氧化钛为主要成分的块状玻璃，并且所述玻璃还含有稀土类元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：橘高重雄，津田正宏，余野建定，增野敦信，荒井康智，
申请(专利权)人：独立行政法人宇宙航空研究开发机构，日本板硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]