JP5866461B2 - 同位体改変光ファイバー - Google Patents
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Description
1.シリカにGeO2を添加するのではなくシリカにSi−29を添加すれば、その屈折率をクラッディング領域の屈折率よりも増加させることが可能である。
2.クラッディング領域のSi−29同位体原子比率をコア中よりも増加させるのではなく低減させれば、機能的光導波路にするのに必要な屈折率差を生成することが可能である。
1.通常は1.46の屈折率を有するシリカに関連付けられる0.67(1/1.46=0.67)の値をはるかに超える値に設定可能な信号速度因子。この速度因子は、少なくとも0.995まで調整可能なはずであり、このことは、光信号がcの99.5%の速度でコア領域を通過することを意味する。光は、約0.750cで純水中を移動する。光は、cの約66%で通常型ガラス中を移動する。したがって、データ信号は、通常の従来技術の光ファイバー中の速さの約1.5倍の速さで移動できるであろう。
2.ゲルマニアドープシリカファイバーで通常見られる0.191〜0.200db/kmからの、さらにはアンドープコアシリカファイバーで典型的に見られる0.160db/kmからの、光損失の非常に大きな減少。この減少は、少なくとも1/5になるであろう。また、すべての同位体改変を追加すれば、おそらく1/50よりもかなり小さくなるであろう。後者の値が達成された場合、したがって、0.0032db/kmの損失値が達成された場合、中間再増幅を2回もしくは1回行ってまたはまったく行わずに、大西洋を横断してファイバー信号を伝送することが可能である。レイリー散乱のこの減少は、500nm〜1650nmの帯域のほとんどにわたるであろう。
3.色分散およびパルス広がりの大幅な減少は、400〜700nmの可視波長のほとんど、さらには700〜1650nmの赤外波長のほとんどを含めて、光損失の減少に対応する。
1.コア領域のシリカのSi−29同位体比率を約4.67%/30に減少させると同時に、クラッディング領域のSi−29同位体比率を約4.67%/100に変化させる。
2.コア領域およびクラッディング領域の両方のSi−29同位体比率を約4.67%/100に減少させると同時に、いくらかのGe−73同位体(またはより多くの比率の天然同位体ゲルマニア)を添加して屈折率を1.015に増加させる。
3.コア領域およびクラッディング領域の両方のSi−29同位体比率を約4.67%/100に減少させると同時に、適正導波路作用を維持するのに十分なレベルにコアの屈折率を上昇させるのに十分な程度に、天然に見いだされる0.038%の比率よりも大きい比率の酸素−17同位体原子を添加する。
4.コア領域およびクラッディング領域の両方のSi−29同位体比率を約4.67%に減少させると同時に、適正導波路作用を維持するのに十分なレベルにコアの屈折率を上昇させるのに十分な程度に、酸素−17同位体およびゲルマニウム−73同位体の両方(または酸素−17同位体原子および有意同位体比率のゲルマニウム−73を含有するいくらかのゲルマニアの両方)をコア領域量で添加する。
シリカは、Si−29同位体原子が枯渇したケイ素含有前駆体から誘導される。これらのケイ素含有前駆体は、少なくとも以下の3つのタイプでありうる。
1)Si−28同位体原子の同位体比率が約99.5%原子/原子まで増強され、かつSi−30同位体原子が非常に少量または無視しうる量まで枯渇している。そのような同位体分布は、軽い分子SiF4またはSiH4を選択するガス遠心分離機の排出物から期待可能である。
2)Si−30同位体原子の同位体比率が約90%原子/原子まで増強され、かつSi−28同位体原子が10%以下まで枯渇している。これもまた、重い分子を選択するガス遠心分離機の排出物であろう。
3)Si−29同位体原子の同位体比率が4.67%原子/原子の天然比率から枯渇しているが、それ以外ではSi−28およびSi−30の同位体原子の相対比率が大幅に異なることはない。
Si−29含有率を天然の4.67%原子/原子から約0.01%さらにはそれ以下に減少させることにより、1.001程度の小さい屈折率を有するガラス材料が入手可能であるので、導波路のコアの屈折率は、約1.001〜1.002が可能であり、したがって、そのファイバーを介して伝送される信号の「速度因子」は、少なくとも(1/1.001)またはcの99.9%程度に高くすることが可能である。
約1560nmの損失最小における純粋シリカコア導波路の最小光損失は0.151db/kmであると、長い間認識されてきた。これは、Si−30によるSi−28の置換えおよびO−18によるO−16の置換えにより、やや変化した。しかし、0.10db/km未満に改良することは、依然として達成困難であるように思われるとともに、高価であると考えられる。
本発明によれば、1510〜1610ナノメートルの現在の光学帯域幅は、少なくとも1450nm〜1800nm、場合により1230nm〜2000に増加される。これらの波長のいくつかを完全に利用するには、好適なトランスミッターレーザーおよび検出器の製造が待たれるが、この新しい伝送領域の大部分は、ほぼ即時に利用できるはずである。いずれの場合も、この新しい容量のファイバーは、即座に設置可能であり、伝統的な1510〜1610帯域で動作可能であり、周波数帯域は、レシーバーおよびトランスミッターが利用可能になったときに拡張可能である。
導波路材料中のSi−29同位体原子比率を大幅に減少させると、それに応じて製造時の光導波路の総分散が大幅に減少するであろう。図6および7を参照されたい。導波路自体に帰属可能な分散部分(図8参照)は、おそらく同じ状態を維持するであろう。また、プロファイル分散は、他の同位体改変プロセスの終了後に残存しうるいずれの残留総分散も相殺するように選択可能である。光ファイバー導波路の設計技術を熟知している者であれば、所望の分散レベルを達成するコア対クラッディングの種々の置換えを規定できるであろう。
本発明を用いて構築された光導波路はまた、特定の注意および変更を行って米国特許第4,435,040号明細書に記載のダブルクラッドプロセスを利用できることが期待される。最初に、既存技術の導波路では、コアおよびクラッディングが天然同位体分布のシリカの1.46に非常に近い屈折率を有することに留意すべきである。そのような導波路の光信号の物理的波長は、たとえば、1510ナノメートルを1.46で割り算した値すなわち約1050ナノメートルである。これとは対照的に、屈折率が約1.01である導波路では、その導波路の物理的波長は、1510ナノメートル/1.01すなわち約1495ナノメートルである。導波路内の波の挙動は、光波に対する導波路のサイズに基づくので、コアやクラッディングなどの導波路要素の寸法は、他のすべてが等しい既存技術のファイバーの約1.46/1.01分の1すなわち1.45分の1のサイズになることが期待できる。
以上に述べたように、シリカの屈折率は、ケイ素−29の同位体パーセントがその通常の(天然に見いだされる)値4.67%原子/原子から変化するにつれて変化するであろう。Si−29の所与の比率に対してシリカの屈折率を計算するために、以下の式を使用する。
屈折率(シリカ)=SQRT(1+(1.131((Si−29原子/原子パーセント)/4.67%)))
Claims (24)
- a)第1の光学ガラスのクラッディング層であって、前記第1の光学ガラスは、シリカ、ゲルマニア、およびシリカとゲルマニアとの混合物の1つを含み、前記第1の光学ガラスは、第1の屈折率を有する、第1の光学ガラスのクラッディング層と、
b)第2の光学ガラスのコア領域であって、前記第2の光学ガラスは、ゲルマニア、およびシリカとゲルマニアとの混合物の1つを含み、前記第2の光学ガラスは、第2の屈折率を有する、第2の光学ガラスのコア領域と
を含む光導波路において、
前記シリカ中のすべての他のSi同位体に対するSi−29の原子パーセントが、
0超かつ4.44未満、および
4.90超かつ100以下
の1つであり、
前記ゲルマニア中のすべての他のGe同位体に対するGe−73の原子パーセントが、
0超かつ7.41未満、および
8.18超かつ100以下
の1つであることを特徴とする光導波路。 - 請求項1に記載の導波路において、シリカ、ゲルマニア、およびシリカとゲルマニアとの混合物の1つで、すべての他のO同位体に対するO−17の原子パーセントが、
0超かつ0.038未満、および
0.038超かつ100以下
であることを特徴とする導波路。 - 請求項1に記載の導波路において、前記第1の屈折率が前記第2の屈折率よりも低いことを特徴とする導波路。
- 請求項1に記載の導波路において、前記シリカ中の酸素原子の少なくとも10%が酸素−18であることを特徴とする導波路。
- 請求項1に記載の導波路において、前記コア領域中の酸素の少なくとも50モルパーセントが酸素−18であり、かつ前記コア領域中の酸素の5原子パーセント未満が酸素−17であることを特徴とする導波路。
- 請求項1に記載の導波路において、前記クラッディング層中の酸素の少なくとも50モルパーセントが酸素−18であり、かつ前記クラッディング層中の酸素の5原子パーセント未満が酸素−17であることを特徴とする導波路。
- 請求項1に記載の導波路において、前記コア領域中の酸素の少なくとも70原子パーセントが酸素−18であり、かつ前記コア領域中の酸素の5原子パーセント未満が酸素−17であることを特徴とする導波路。
- 請求項1に記載の導波路において、前記クラッディング層中の酸素の少なくとも70原子パーセントが酸素−18であり、かつ前記クラッディング層中の酸素の5原子パーセント未満が酸素−17であることを特徴とする導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記クラッディング層がドーパントをさらに含むことを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記コア領域がドーパントをさらに含むことを特徴とする光導波路。
- 請求項9または10に記載の光導波路において、前記ドーパントが、天然同位体分布のゲルマニウム、非天然同位体分布のゲルマニウム、ケイ素−29、リン、ケイ素−29、およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、4.67原子パーセント未満のSi−29を含有するシリカを含有する領域の体積パーセントが50未満であることを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、7.8原子パーセント未満のGe−73を含有するゲルマニアを含有する領域の体積パーセントが50未満であることを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記屈折率が半径方向に変化することを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記クラッディング層を取り囲む外層をさらに含むことを特徴とする光導波路。
- 請求項15に記載の光導波路において、前記外層が、ガラスおよびプラスチックを含む群から選択される物質で構成されることを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記第1および第2の光学ガラス中のヒドロキシル濃度が通常の光学ガラスと比較して減少していることを特徴とする光導波路。
- 請求項17に記載の光導波路において、ヒドロキシルの減少がジュウテリウムリンスを利用して達成されることを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記第1の光学ガラスがフッ素含有化合物をさらに含み、それにより前記第1の屈折率がさらに減少していることを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記クラッディング層が0.005〜1重量%の二酸化ゲルマニウムをさらに含むことを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記クラッディング層が0.1〜0.5重量%の二酸化ゲルマニウムをさらに含むことを特徴とする光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路において、前記クラッディング層が0.1〜0.3重量%の二酸化ゲルマニウムをさらに含むことを特徴とする光導波路。
- ゲルマニアまたはシリカとゲルマニアとの混合物を含む光伝送性材料において、
前記シリカ中のすべての他のSi同位体に対するSi−29の原子パーセントが、
0超かつ4.44未満、および
4.90超かつ100以下
の1つであり、
前記ゲルマニア中のすべての他のGe同位体に対するGe−73の原子パーセントが、
0超かつ7.41未満、および
8.18超かつ100以下
の1つであることを特徴とする光伝送性材料。 - 請求項23に記載の光伝送性材料において、すべての他のO同位体に対するO−17の原子パーセントが、
0超かつ0.038未満、および
0.038超かつ100以下
の1つであることを特徴とする光伝送性材料。
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