Vidrio para fibra óptica amplificadora.

Una composición de vidrio multicomponente de telurito, adecuada para amplificadores de fibra óptica e impurificada con un primer ion lantánido y con un segundo ion lantánido,

caracterizada porque comprende además 4-12% en moles de por lo menos un haluro de metal alcalino XY, para una mayor transferencia de energía desde el primer ion lantánido al segundo ion lantánido, seleccionándose X del grupo formado por Li, Na, K, Rb, Cs y Fr y seleccionándose Y del grupo formado por F, Cl, Br y I.

Vidrio para fibra óptica amplificadora Campo tecnico La presente invención se refiere a fibras ópticas y, en particular, a una composición de vidrio de telurito adecuado 5 para su uso en una fibra óptica para amplificación de senales ópticas.

Antecedentes Las redes actuales de telecomunicaciones emplean generalmente fibras ópticas para la transmisión de senales. Las senales ópticas son transportadas largas distancias en uno o varios transportadores ópticos y ciertas caracteristicas, como piernas largas y división de potencia, necesitan la amplificación o regeneración de senales debilitadas. La amplificación óptica es frecuentemente la opción mas deseable puesto que ofrece amplificación directa sin conversión problematica entre senales ópticas y electricas.

Los amplificadores ópticos comprenden tipicamente una fibra amplificadora comparativamente corta, impurificada con un metal de las tierras raras o con otra sustancia capaz de emitir fluorescencia. Luz de la misma longitud de onda que las senales de entrada es bombeada en la fibra amplificadora por un laser de bombeo y los fotones absorbidos originan que electrones de los atomos de los metales de las tierras raras salten a un estado excitado temporal. Cuando los electrones pierden energia, los fotones se desprenden y se anaden a la senal de entrada incrementando su ganancia.

Para la banda convencional (G) , es bien conocido usar amplificadores de fibra impurificada con erbio (EDFA) , que han sido investigados a fondo. La creciente demanda de banda ancha en sistemas ópticos de comunicación de 20 multiplexado por división de longitud de onda (WDM) ha llevado a extender las bandas de transmisión fuera de la banda C. Por debajo de la banda C, esta la denominada banda S (1.460-1.520 nm) para la que son adecuados amplificadores de fibras impurificadas con iones tulio (Tm3+) , que presentan una banda de emisión a 1.470 nm. Los amplificadores de fibras impurificadas con tulio (TDFA) proporcionan un posicionamiento excelente en la banda de soporte asi como una alta eficiencia de conversión de potencia, resultante de la naturaleza basada en un metal de las tierras raras.

Los TDFA mantienen asi el potencial de permitir una mayor capacidad de transmisión en el futuro. Se han investigado varios sistemas de vidrios, por ejemplo, vidrio de silicato de alta luminosidad, vidrio de fluoruro y, mas recientemente, vidrio de telurito impurificado con iones tulio (Tm3+) . Sin embargo, hay problemas que se deben resolver antes de poder fabricar un amplificador óptico eficiente impurificado con Tm3+. Los sistemas de vidrios 30 impurificados con tulio implican cuatro niveles de energia, incluidos los niveles 3H4 y 3F4, respectivamente. Estos vidrios estan limitados por el hecho de que el tiempo de vida del nivel inferior es mayor que el del nivel superior, lo cual significa que las fibras basicas de Tm son inoperantes como amplificadoras. Por lo tanto, para fabricar un amplificador óptico de buen funcionamiento usando tulio como impureza, es necesario despoblar el nivel inferior. Se han usado tres metodos en el caso de vidrios de silicato y de fluoruro: bombeo de conversión, oscilación con laser de banda a 1, 8 Im e impurificación conjunta con iones holmio (Ho3+) . La transición en 1.470 nm no es posible en vidrios de silice porque el nivel 3H4 cae por mecanismos predominantemente no radiactivos. Aunque estos tres procesos se han confirmado con exito en vidrios de fluoruro, dichos vidrios presentan duración quimica baja y son muy dificiles de fabricar como fibras ópticas de perdida baja.

En consecuencia, seria muy deseable un sistema de vidrio que combine las propiedades ópticas de vidrios de fluoruro con las propiedades fisicas de vidrios de silice y estos requisitos se cumplen con los vidrios de telurito (Te) . Se ha encontrado que los vidrios de telurito proporcionan un espectro de emisión de tulio mas ancho que otros vidrios. Por lo tanto, las fibras ópticas de vidrio de telurito originan amplificadores ópticos de banda mas ancha para WDM, permitiendo un mayor numero de canales ópticos de longitud de onda. Al mismo tiempo, la solubilidad del elemento de las tierras raras es comparativamente alta, resultando una ganancia muy alta por unidad de longitud.

45 Debido el alto nivel de impurificación, los amplificadores que comprenden vidrio de telurito sólo requieren fibras ópticas de unos centimetros de longitud.

El documento US 2003/231852 describe un vidrio para fibras ópticas que comprende Te02, Li20 y un ion de un metal de las tierras raras como impureza. El documento JP 62 288135 describe vidrios para uso óptico (por ejemplo, elementos de modulación acustica-óptica) que comprenden un contenido alto de Te02, 4-12% de haluros de metales 50 alcalinos y un unico lantanido (La) .

Una cuestión clave para proporcionar TDFA eficientes basados en telurito es resolver el tiempo de vida rapido en la banda de transición de la senal (3H4 - 3F4) para conseguir una buena inversión del proceso de amplificación. En la tecnica anterior se han propuesto varias composiciones de vidrio de telurito impurificado con tulio. En la referencia [1], por ejemplo, se describen vidrios de telurito de la familia de Te02-Zn0-Na20 impurificados con iones Tm3+. Los 55 vidrios tienen ventajas significativas, principalmente cuando se combinan con vidrios de telurito impurificados con iones Er3+. Sin embargo, los autores no contemplan despoblar el nivel inferior 3F4, cuyo tiempo de vida es siempre mayor que el del nivel superior 3H4. La referencia [2] se refiere tambien a vidrios de la familia de Te02-Zn0-Na20.

Aqui, los autores no despueblan el nivel inferior, incluso con impurificación conjunta de iones Ho3+ o de iones Tb3+. El tiempo de vida del nivel superior 3H4 es siempre mas corto que el del nivel inferior 3F4 con estos vidrios.

En consecuencia, subsisten los problemas asociados con vidrios de telurito impurificados con metales de las tierras raras. En la tecnica anterior no se han descrito vidrios de telurito con tiempos de vida satisfactorios y, por lo tanto, se necesita una composición mejorada de vidrio.

Resumen Un objeto general de la presente invención es proporcionar una composición mejorada de vidrio adecuado para su uso en un amplificador de fibra óptica. Un objeto especifico es conseguir mayor transferencia de energia entre una impureza y otra impureza conjunta en un vidrio amplificador basado en telurito. 0tro objeto de la invención es proporcionar un vidrio de telurito para amplificación de banda ancha en la banda S. Tambien otro objeto es proporcionar amplificadores ópticos impurificados con Tm de buen funcionamiento.

Estos objetos se consiguen de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención se refiere a vidrios de telurito impurificados con un 6xido de un metal lantanido. La amplificación entre ciertos niveles de energia del ion lantanido es deseable pero, para conseguir esto, es necesario despoblar el nivel de energia inferior. Por lo tanto, el vidrio esta impurificado tambien con un segundo lantanido al que se transfiere energia. En resumen, la invención consigue una fibra de vidrio amplificadora mejorada anadiendo a dicha composición de vidrio de telurito una cierta cantidad de un haluro de metal alcalino, como CsCl. La adición del haluro de metal alcalino modifica la estructura del vidrio, resultando una mayor transferencia de energia desde el primer ion lantanido al segundo ion lantanido. Por medio de la invención, la relación entre las vidas medias del nivel de energia superior e inferior del primer ion lantanido se puede reducir a un valor inferior a uno, permitiendo fibras amplificadoras eficientes.

Por lo tanto se proporciona una composición de vidrio de telurito adecuado para fibras amplificadoras ópticas. El vidrio esta impurificado con un primer lantanido e impurificado tambien con otro lantanido y la amplificación óptica se basa en la transferencia de energia desde el primer ion lantanido al segundo ion lantanido. El vidrio incluye ademas 4-12% en moles de por lo menos un haluro de metal alcalino XY para aumentar la transferencia de energia, seleccionandose X del grupo formado por Li, Na, K, Rb, Cs y Fr y seleccionandose Y del grupo formado por F, Cl, Br y I. Un vidrio preferido contiene aproximadamente 10% en moles del haluro de metal alcalino CsCl.

Una composición preferida de vidrio esta impurificada con Tm e impurificada tambien, por ejemplo, con Ho. En dicho vidrio, el componente de haluro alcalino origina mejores propiedades de amplificación en la banda S, permitiendo amplificadores... [Seguir leyendo]

1. Una composición de vidrio multicomponente de telurito, adecuada para amplificadores de fibra óptica e impurificada con un primer ion lantanido y con un segundo ion lantanido, caracterizada porque comprende ademas 4-12% en moles de por lo menos un haluro de metal alcalino XY, para una mayor transferencia de energia desde el primer ion lantanido al segundo ion lantanido, seleccionandose X del grupo formado por Li, Na, K, Rb, Cs y Fr y seleccionandose Y del grupo formado por F, Cl, Br y I.

2. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la cantidad de haluro de metal alcalino XY es tal que la relación entre los tiempos de vida de los niveles relativos de energia superior e inferior del primer ion lantanido se reduce a un valor por debajo de uno.

3. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende por lo menos 8% en moles del haluro de metal alcalino XY.

4. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende 9-11% en moles del haluro de metal alcalino XY.

5. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el haluro Y es Cl.

6. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el haluro de metal alcalino es CsCl.

7. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el primer ion lantanido es Tm3+ y el segundo ion lantanido se selecciona del grupo formado por Nd3+, Er3+, Dy3+, Tbr3+ y Ho3+.

8. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el segundo ion lantanido es Ho3+.

9. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende (en % en moles) .

5. 90% de Te02, 4-12% de XY, 0-35% de Zn0, 0-35% de R20, en el que R es por lo menos un elemento seleccionado del grupo formado por Na, Li, K, Rb y

Cs, y 0-20% de Bi203, siendo cada una de las cantidades de Zn0, R20 y Bi203 mayor que cero.

10. La composición de vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende (en % en moles) : 15-85% de Te02, 4-12% de XY, 0-35% de W03, y 0-20% de Nb205.

11. Una fibra amplificadora óptica (10) que comprende un filamento central (12) rodeado de por lo menos un revestimiento (14) , en la que el filamento central esta formado al menos parcialmente de la composición de vidrio multicomponente de telurito de acuerdo con la reivindicación 1.

12. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 11, en la que la cantidad de haluro de metal alcalino en la composición de vidrio es tal que la relación de los tiempos de vida de los niveles relativos de energia superior e inferior del primer ion lantanido se reduce a un valor por debajo de uno.

13. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 11, en la que la composición de vidrio comprende por lo menos 8% en moles del haluro de metal alcalino XY.

14. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 11, en la que la composición de vidrio comprende 9-11% en moles del haluro de metal alcalino XY.

15. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 11, en la que el haluro Y de la composición de vidrio es Cl.

16. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 15, en la que el haluro de metal alcalino XY de la composición de vidrio es CsCl.

17. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 11, en la que el primer ion lantanido de la composición de vidrio es Tm3+ y el segundo ion lantanido se selecciona del grupo formado por Nd3+, Er3+, Dy3+, Tbr3+ y Ho3+.

18. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 17, en la que el segundo ion lantanido de la composición de vidrio es Ho3+.

19. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 11, en la que la composición de vidrio comprende (en % en moles) .

5. 90% de Te02, 4-12% de XY, 0-35% de Zn0, 10 0-35% de R20, en el que R es por lo menos un elemento seleccionado del grupo formado por Na, Li, K, Rb y Cs, y 0-20% de Bi203, siendo cada una de las cantidades de Zn0, R20 y Bi203 mayor que cero.

20. La fibra amplificadora de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende (en % en moles) :

15-85% de Te02, 4-12% de XY, 0-35% de W03, y 0-20% de Nb205.

21. Un amplificador óptico (20) que incluye una fibra amplificadora óptica (28) de acuerdo con la reivindicación 11.

22. El amplificador óptico de acuerdo con la reivindicación 21, en el que la composición de vidrio comprende 9-11% en moles del haluro de metal alcalino XY.

23. El amplificador óptico de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el haluro Y de la composición de vidrio es Cl.

24. El amplificador óptico de acuerdo con la reivindicación 23, en el que el haluro de metal alcalino XY de la 25 composición de vidrio es CsCl.

25. El amplificador óptico de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el primer ion lantanido de la composición de vidrio es Tm3+ y el segundo ion lantanido se selecciona del grupo formado por Nd3+, Er3+, Dy3+, Tbr3+ y Ho3+.

26. El amplificador óptico de acuerdo con la reivindicación 25, en la que el segundo ion lantanido de la composición de vidrio es Ho3+.

27. Un dispositivo laser (30) que incluye una fibra amplificadora óptica (38) , en el que la fibra amplificadora óptica esta formada al menos parcialmente de la composición de vidrio multicomponente de telurito de acuerdo con la reivindicación 1.

28. Un metodo de fabricar una fibra amplificadora óptica a partir de una mezcla de formación de vidrio que incluye Te02 y que esta impurificada con un primer ion lantanido y con un segundo ion lantanido, que comprende las etapas 35 de:

anadir 4-12% en moles de un haluro de metal alcalino XY a la mezcla, para aumentar la transferencia de energia desde el primer ion lantanido al segundo ion lantanido, seleccionandose X del grupo formado por Li, Na, K, Rb, Cs y Fr y seleccionandose Y del grupo formado por F, Cl, Br y I, y estirar de la mezcla, a una temperatura predeterminada de estirado, un elemento de fibra óptica.