[发明专利]同位素改变的光纤

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种同位素改变(isotopically altered)的光纤，并且特别涉及一种贫或富含Si-29同位素原子的石英纤维、或者贫或富含Ge-73同位素原子的石英纤维。

背景技术

光损耗是典型地包括数百千米的基于石英的光纤的光网络和链路的设计和构造中的一个限制性因素。石英纤维中的光损耗主要由以下两个因素造成：(1)瑞利散射，其作为1/λ⁴(其中λ是波长)的函数而降低并且在较短波长占主导；和(2)石英的红外吸收，其在较长波长占主导。典型的二氧化锗(GeO₂)掺杂的石英内芯纤维具有在1510nm与1610nm之间的0.189db/km至0.200db/km的损耗。

之前曾经尝试通过同位素上改变这些纤维区域来开发一种具有更低透射率损失的光纤。参见美国专利6,810,197和6,870,999。损耗上的改进受限于约0.145db/km至0.155db/km，并且主要通过将最小光损耗的波长偏移至约1670nm、并部分通过将该折射率掺杂剂从锗改变为氧-17来完成，尽管这些发明人可能还没有认识到由于他们使用氧-17而减少损耗的原因。

纤维光学科学家和工程师未认识到Si-29同位素是几乎所有石英折射率从1.0000偏离的来源，其中天然同位素比例的氧-17提供正常(天然)水平下的较小增加。同样，这些科学家和工程师未认识到Ge-73同位素(通常使用的掺杂剂)在其天然同位素比例下(从1.46至约1.47)增加熔融石英的折射率。还未认识到的是造成大部分瑞利散射的Si-29掺杂剂存在于现有技术光波导中。它们不Si-29作为一种掺杂剂，因为其是一种硅的天然存在的稳定同位素。

因此，石英中Si-29同位素比例的减少，比如，为1/100(从自然界的4.67％原子/原子至0.0467％原子/原子)将导致一种具有1.005的折射率的材料，并且减少为1/33将导致一种具有1.015的折射率的材料。这两种材料，具有1.015-1.005＝0.010的折射率差，正好在分别变为一种新纤维的披覆物和内芯的合适范围内。

类似地，美国专利6,490,399描述了用硅-30代替硅-28同位素，其具有移动至本征IR吸收线图的右侧的类似效果。这导致开发了一个新的可用传输区域。参见图2，示出了一个从约1610纳米直到约1710纳米波长的标记为，“B”的区域，其中同时用Si-30代替Si-28，并且用O-18代替O-16。

美国专利6,810,197在其“发明概述”(第1栏，第58行至第3栏，第14行)中描述了由于可能的放大器间间距从125千米增加至156千米，对于一个跨大西洋(Atlantic)链路所需要的放大站数量减少了11个单元。然而，该益处实际上几乎肯定是错觉。从1610直到1710传输的任何实际链路还将被设计为使用1510-1610带，并且该同位素代替将并不显著地辅助大部分1510-1610nm带中的纤维传输。由于放大1610-1710带的相同放大站也将是放大1510-1610带的那个，后一个带上的适当操作将要求维持与当前所需要的相同的、125千米的放大器间间距。因此，唯一可用的改进将是增宽在其上可以发送信号的可用带宽。换句话说，用Si-30代替Si-28以及用O-18代替O-16实际上不能由于波导损耗减少而产生任何节约，并且甚至该增宽的带(包括1610-1710区域)有可能仅在其中波分多路复用(WDM)信号已经占据所有1510-1610带宽的链路中是有益的。

类似地，专利6,490,399对日本专利摘要JP-A-60090845的引用描述了一种使用多孔SiO₂预成型物的氘冲洗以用-OD基团替换现有的-OH基团的方法，因此使它们的吸收带(包括1400nm)偏移至长得多的波长-长于1710nm。然而，这种技术被描述为“昂贵的”，部分因为纤维制造厂商已经很好地完成了减少-OH含量的工作，部分由于描述于专利3,933,454，第7栏，第1行至第8行，第68行中的Cl₂处理的连续改进。

然而，这仅意味着-OH吸收光谱(尤其在1400nm处，参见图2)与该“瑞利散射”最低线(参见图3)相比是足够低的，从而使得另外的改进似乎没有益处。本发明，(部分地)通过大量减少Si-29浓度直到1/50-1/100或更小，具有将“瑞利散射”最小值大大减少一个大的、相关的量的作用，这将使得实现如JP-A-60090845中所描述的氘(D₂)冲洗的额外效用。