Ізотопно-змінене оптичне волокно

Реферат: Оптичний хвилевід, що має шар оболонки, виконаний зі скла високої чистоти або покривного шару, сформований з високочистого ізотопно-пропорційно-модифікованого скла, і з серцевиною з високочистого ізотопно-пропорційно-модифікованого скла з індексом рефракції скла серцевини більше, ніж індекс рефракції скла оболонки, вказаний високої чистоти ізотопнопропорційно-модифікований матеріал серцевини має Si-29-ізотопну частку не більше 4,447 % Si-29 (атом/атом) всіх атомів кремнію у вказаній серцевині або щонайменше 4,90 % від атомів Si-29 (атом/атом) у вказаній серцевині, або мають частку ізотопів Ge-73 щонайбільше 7,2 % Ge73 (атом/атом) всіх атомів германію у вказаній серцевині, або щонайменше 8,18 % від Ge-73 (атом/атом) атомів германію в області серцевини. UA 110286 C2 (12) UA 110286 C2 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до ізотопно- зміненого оптичного волокна, а конкретно до кварцового волокна, збідненого або збагаченого ізотопами атомів Si-29, або збідненого або збагаченого ізотопами атомів Ge-73. Оптичні втрати є обмежуючим фактором в проектуванні та конструюванні оптичних мереж та ліній, які зазвичай включають в себе сотні кілометрів оптичного волокна на кварцовій основі. Оптичні втрати в кварцових волокнах переважно зумовлені двома факторами: (1) розсіянням 4 Релея, яке падає як функція від 1/λ (де λ - довжина хвилі) і яке домінує на більш коротких довжинах хвиль; і (2) інфрачервоного (ІЧ) поглинання на кварцу, яке переважає на більш довгих хвилях. Типові волокна з серцевиною з кварцу, леговані діоксидом германію (GeO 2), мають втрати від 0,189 дб / км до 0,200 дб / км. між 1510 нм та 1610 нм. Була проведена попередня спроба розробити оптичне волокно з меншими втратами пропускання за допомогою ізотопно-змінених регіонів волокна. Див патенти US 6810197 та 6870999. Поліпшення втрат обмежувалось від 0,145 до 0,155 дб / км і було досягнуто, насамперед, шляхом зрушення довжини хвилі мінімальних оптичних втрат до 1670 нм, і частково за рахунок зміни індексу рефракції присадки з діоксиду германію на Oxygen-17, хоча автори винаходу можливо не усвідомили причину зниження втрат через використання ними Oxygen-17. Вчені та інженери з волоконної оптики не визнали, що ізотоп Si-29 є джерелом майже всіх змін індексу рефракції кварцу 1,0000, забезпечуючи з природним вмістом ізотопу Oxygen-17 незначне збільшення на нормальних (природних) рівнях. Крім того, такі вчені та інженери не визнали, що ізотоп Ge-73 (легуюча домішка, яка, як правило, використовується) збільшує індекс рефракції плавленого кварцу в його природних ізотопних пропорціях від 1,46 до приблизно 1,47. Вони також не визнали, що легуюча домішка Si-29, відповідає за переважну більшість розсіювання Релея, присутнього в існуючих технологіях оптичних хвилеводів. Вони не вважали Si-29 в якості легуючої домішки, так як він є природним стабільним ізотопом кремнію. Таким чином, зниження кількості ізотопу Si-29 в кварцу, скажімо, в 100 разів (з природної 4,67 % атома / атом до 0,0467 % атома / атом) призведе до матеріалу з індексом рефракції 1,005, а зниження в 33 рази призведе до матеріалу з індексом рефракції 1,015. Ці два матеріали з різницею в індексах рефракції 1,015-1,005=0,010 знаходяться в межах потрібного діапазону, щоб стати відповідно оболонкою та серцевиною нового волокна. Аналогічно, патент US 6490399 описує заміщення ізотопу кремнія-30 на кремній-28, який має такий же ефект переміщення внутрішньої лінії ІЧ-поглинання праворуч від графіка. Це призводить до відкриття нової області корисного пропускання. На фіг. 2, показана область з написом "В" від приблизно 1610 до приблизно 1710 нанометрів довжини хвилі для заміщення як Si-30 на Si-28, так в О-18 на О-16. В патенті US 6810197, в його "Описі суті винаходу" (з колонки 1, рядок 58 до колонки 3, рядок 14) описано зменшення кількості необхідних станцій підсилювання для крос-атлантичної лінії зв'язку на 11 станцій у зв'язку із збільшенням можливої відстані між підсилювачами з 125 кілометрів на 156 кілометрів. Проте ця перевага буде напевно ілюзорною на практиці. Будь яка практична лінія, що пропускає з 1610 нм по 1710 нм, також буде пропускати смугу 1510-1610 і ізотопне заміщення не буде помітно допомогати пропускання волокна у великій частині смуги 1510-1610 нм. Оскільки та ж сама підсилююча станція, яка підсилює 1610-1710 смугу, також буде тою, що підсилює 1510-1610 смугу, правильне функціонування на останній смузі потребують обслуговування тієї ж 125- кілометрової відстані між підсилювачами, як це робиться на даний час. Таким чином, єдиним корисним поліпшенням буде розширення корисної ширини смуги, на якій можуть бути відправлені сигнали. Іншими словами, заміна Si-30 на Si-28 та О-18 на О-16 насправді не дозволяють одержати ніяких успіхів за рахунок зниження втрат хвилеводу і навіть розширення смуги (в тому числі в регіоні 1610-1710), швидше за все можуть бути корисним тільки в лініях, в яких спектральне ущільнення каналів (WDM) сигналів вже займають всю ширину 1510-1610. Аналогічним чином, посилання в патенті 6490399 на Реферат патенту Японії JP-A-60090845, описує спосіб із застосуванням промивання дейтерієм пористої заготовки SiO 2 для заміни існуючих ОН-груп на OD-групи, таким чином переміщуючи їх смуги поглинання (у тому числі 1400 нм) до багато довших хвиль - більше, ніж 1710 нм. Проте, ця технологія описується як "дорога", частково тому, що виробники волокна вже зробили хорошу роботу із скорочення вмісту ОН частково щляхом постійного покращення обробкою Cl 2, який був описаний в патенті 3933454, колонці 7, з лінії 1 до 8, лінії 68. Тим не менш, це означає лише те, що спектр поглинання-ОН, особливо при 1400 нм, див. фіг.2, є досить низьким в порівнянні з мінімальною лінією "розсіянням Релея", див. фіг. 3, з тим, щоб зробити подальше поліпшення, здавалося б, без користі. Цей винахід за допомогою 1 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (частково) зниження концентрації Si-29 великими кількостями, аж до множника 50-100 разів або більше, має ефект значного зниження висоти мінімуму "розсіяння Релея" на велику величину, відносну кількість, яка додасть додаткову користь для промивки дейтерієм (D2), як було описано в JP-A-60090845. Таким чином, втілення пропонованого винаходу зменшення Si-29, ймовірно буде мати додаткові непередбачені переваги як з промивкою дейтерієм (D 2), а також заміщення Si-30 на Si-28, або заміщення O-18 на O-16, або обох. Повне здійснення цих модифікацій може призвести до оптичного хвилеводу, який має ширину смуги частот пропускання, щонайменше з 1230 нм до приблизно 2000 нм при втраті близько 0,01 дб / км або менше, і тому може досягти трансатлантичне проходження сигналу без, або, в крайньому випадку, з одною підсилюючою станцією. Ця спроба зсунула лінію, що представляє "ІЧ-поглинання" (див. фіг. 4 і 5) на цих графіках, праворуч. Це мало ефект зменшення мінімального поглинання, яке викликане сумою "ІЧ поглинання", " [розсіювання] Релея" і "УФ", яке буде злегка знижене, з дещо розширеною одержаною шириною смуги пропускання. Цей винахід, однак, критикує не тільки лінії "ІЧ поглинання", але насправді також лінії "розсіювання Релея". Див. Фіг. 10, заштрихований довгою лінією, з написом "розсіювяння Релея". Зменшення розсіюючих центрів в кількості Si-29 на коефіцієнт "X" знизить висоту лінії "розсіяння Релея" на коефіцієнт в діапазоні "X" і квадратного кореня "X". Це призведе для коефіцієнту зменшення 33 в концентрації Si-29 до зменшення загасання між коефіцієнтом 33 і квадратним коренем з 33 (близько 5,9) завдяки ефектам розсіювання Релея. Це значно знижує загальне затухання, яке спостерігається в діапазоні 1310 нм, а також в довжинах хвиль приблизно до 1650 нм. Звичайно, поєднання частин особливостей патенту 6810197, заміна О-18 на О-16 як в серцевині, так і в області оболонки поблизу серцевини, а також різке скорочення частки ізотопів Si-29 на коефіцієнт зниження 100 (до 0,0467 % для Si-29 атом / атом) поєднуються, щоб викликати помітне скорочення в загальному затуханні завдяки проходженню сигналу через оптичний хвилевід. Автори патенту 6810197 були під враженям, що принаймні декілька ізотопів О-17 достатньо, щоб спільною заміною Oxygen-18 на більшість Oxygen-16, які зазвичай були б присутні в неізотопно-модіфікованому волокні були досягнуті корисні переваги. Дивись, наприклад, пп.1, 3, 4 и 9 в патенті 6810197. На відміну від цього, цей винахід визначає присутність або відсутність ізотопу О-17, але в значно нижчих кількостях, щоб перекрити вимоги патенту 6810197 або інших патентів або заявок. Спеціалісти, знайомі з мистецтвом дизайну оптоволоконних хвилеводів, тобто волоконнооптичні вчені та інженери, зможуть визначити для даної довжіні хвилі пропускання та діаметру серцевини необхідну різницю показника заломлення для того, щоб вона функціонувала як середовища пропускання одномодового або, альтернативно, як багатомодового середовища пропускання. Індекс рефракції розплавленого кварцу може бути відрегульований від значення природного ізотопного розподілу 1,46 практично до будь-якого значення аж до 1,0000, в залежності від досягнутого зниження кількості ізотопів Si-29. Так, в наведених нижче прикладах індекси рефракції складають 1,015 та 1,005 і вони вказані як приклад без обмежень. Патент 6128928 описує переваги малого легування оксиду германію, доданого до оболонки або до області внутрішньої оболонки оптичного волокна. У цьому контексті, однак, ефект збільшення індексу рефракції ізотопу Ge-73 (який автор патенту 6128928 не визнав в якості самого значного і більшого джерела ефекту індексу рефракції) є недоліком. Винахідник цього винаходу, замість цього, вказує, додавання ТІЛЬКИ (або значної більшості) атомів германію, відмінних від ізотопів атомів Ge-73, щоб отримати ті ж переваги патенту 6128928 без підвищення індексу рефракції. Автором патенту 6128928 чітко не передбачав можливість того, що ізотопно-модифіковані зразки оксиду германію можуть бути використані, замість природноізотопного зразка. Винахідник цього винаходу був знайомий з принципами оптики і хвилеводів, пройшовши курс фізики за номером '8.03 'в Массачусетському технологічному інституті в восени 1977 року. На початку 2007 року винахідник мав можливість прочитати книгу за 1979 рік про дуже високий технічний рівень будівництва та використання волоконно-оптичної техніки. У листопаді/грудні 2008 року Винахідник мав можливість прочитати Corning Glass Works В. Sumitomo Electric США, як у справі районного суду на 671 F. Supp 1369 (SDNY 1987) і у випадку 2 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 апеляційного федерального округу на 868 F.2d 1251 (Fed.Cir. 1989). Це забезпечило дуже широке обговорення історії досліджень та деталей волоконно-оптичної технології щодо її будівництва та проектування. Винахіднику також вдалося отримати список ізотопів кожного елементу, що зустрічається в природі, близько 256 в цілому. Кремній складається з близько 92 % Si-28, 4,67 % Si-29, та 3,1 % Si-30. Германій близько 7,8 % Ge-73. Даний нуклеід (ядро ізотопу) має властивість, звану 'спін' (в дійсності, 'електромагнітний спін'), якщо він мав або непарне число протонів або непарне число нейтронів. Таким чином, ізотопи кремнію, тільки Si-29 (4,67 % атом / атом) мали 'спін', та тільки Ge-73 (7,8 % атом / атом) мали 'спін'. "Спін" можна розглядаті як постійне коливання, викликане тим, що залишається присутнім один, непарний нуклон. Це викликає вібрацію (позитивно заряджених ядер), що робить поведінку ядра на зразок кріхітного бар-магніту. Цей спін може використовуватись в ядерномагнітному резонансному аналізі, зазвичай з атомами Hydrogen-1, та в магнітно-резонансній томографії. Ізотопи використовуються також, час від часу, як "трейсери", для слідування механізму хімічних реакцій. Із справи Corning, Винахідник знав, що додавання близько 8 % (маса / маса) діоксиду германію (Ge02) до кварцу (Si02) мало ефект підвищення індексу рефракції чистого кварцу (при 1,4584) до приблизно 1,466. Але Винахідник задався питанням, чому це так робиться? Мені спало на думку, що оскільки атоми кремнію мали тільки 4,67 % спіну, і заміна атомів германію мала 7,8 % Ge-73, Винахідник подумав, що можлива присутність електромагнітних спіно-містких атомів була основною причиною того, що матеріали навіть мають індекс рефракції більше, ніж у повітря або вакуумі (1,000), і виявляється, що Винахідник був правий. Навіть тоді Винахідник зрозумів, що Винахідник не знав, чи даний атом Ge-73 мав більший ефект, на індекс рефракції в цілому, ніж атом Si-29, але це було питання, на яке Винахідник не міг тоді відповісти. Але, усвідомлення того, що Si-29 може бути основною причиною того, що кварц має індекс рефракції більше 1,000 привело до ряду ідей у швидкій послідовності: 1. Можна додати Si-29 до кварцу, замість додавати GeO2 до кварцу для збільшення індексу рефракції більшого, ніж в області оболонки. 2. Можна зменшити кількість ізотопів атомів Si-29 в області оболонки, замість збільшення їх в серцевині, і таким чином виробляти різницю в індексах рефракції, необхідну, щоб мати функціонуючий оптичний хвилевод. Будь-яка з цих ідей є цікавою, але вони тільки надали невелике збільшення користі для волоконно-оптичної промисловості. Щоб ідея дала можливість трохи зменшити оптичні втрати легованих діоксидом германієм оптичних волокон, але в обох випадках щвидкісний фактор залишиться близько 68 % "c" характеристик існуючих оптичних волокон. Велике питання було таким: наскільки низько можна спустити індекс рефракції серцевини і оболонки, щоб і серцевина і оболонка ще функціонували як хвилевод? Наскільки відомо, єдиним обмеженням було те, що неможливо знизити індекс рефракції матеріалу оболонки до значення 1,0000, до того ж значення, що і у вакуумі. І з такої оболонкою серцевина, ймовірно, повинна мати індекс рефракції більше приблизно на 0,008, і, таким чином, мати 1,0080. В результаті волокно матиме щвидкісний фактор 1/1,008 або 99,2 % C. Винахідник зрозумів, що було б дуже корисно для користувачів волоконної оптики мати можливість прискорити сигнали від існуючого коефіцієнту укорочення 0,68 до близько 0,99. Винахіднику не було відомо про винаходи оптичного волокна з коефіцієнтом укорочення 98-99 % "c". Але це не було дивно, оскільки немає великої необхідності в ізотопах різних елементів і, таким чином, наука і промисловість рідко намагаються розділяти ізотопи одного і того ж елемента. В галузі хімії іноді використовуються стабільний ізотопний хімічний індикатор (tracer) для аналізу хімічних реакцій На початку періоду 2000 років були видані три патенти, один Deutsche Telekom і два Corning, саме на предмет підвищення стабільності ізотопів. Але єдиними ізотопними відносинами, про які вони говорили відносно модифікації, були Si-28 замість з Si-30, або 0-16 замість 0-18, і в меншій мірі 0-16 замість 0-17. а Si-29 просто не розглядався. Механізм отримання необхідного ізотопно- модифікованого попередника (SiC14; тетрахлорид кремнію) вже існує. Див. "Silicon Kilogram Project" (Google "Silicon Kilogram Sphere"). Вони розділили попередник, шо містить кремній (який був, ймовірно, або силан (SiH 4) або тетрафторид кремнію (SiF4)), в російських газових центрифугах, і пізніше перетворили його в монокристалічний кремній. Замість цього, даний винахід вимагає, щоб силан або тетрафторід кремнію перетворився в SiC14, який може бути безпосередньо використаний в якості вхідної 3 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 речовини у волоконно-оптичному процесі виробництва того ж типу, що запатентовано в 1976 році фірмою Corning. Розвиток оптично пропускного матеріалу та хвилеводу, який має набагато нижчий індекс рефракції, представляє собою значний успіх в оптичних областях і задовольняє давно очікувану потребу оптичних інженерів. Цей винахід є ізотопно-модифікованою версією кварцу (SiO2), який має індекс рефракції всього волокна нижче природного значення 1,4584. Це означає, що природно-ізотопна частина кварцу пропускає світло зі швидкістю (1/1,4584) "c", де "c" визначається як швидкість світла у вакуумі. (вакуум має індекс рефракції точно 1,0000 за визначенням). Швидкість світла у вакуумі приблизно 299 700 км / с. Світло проходить через повітря протягом приблизно 0,999 с. Графік, наведений на фіг. 1, взятий з Британської енциклопедії, Macropedia, 1989, том 23, стор 665-666. Показана найтонша, найтемніша зона представляє собою оптичні стекла, які були доступні в 1880 році. Можна побачити, що в 1880 році не існували ніякі відомі стекла з індексом рефракції нижче приблизно 1,45. В 1934 році технологія просунулася до точки (див. незатінену область з написом "звичайна оптична"), яка включає в себе стекла з індексом рефракції з найнижчим індексом рефракції 1,40. Інша частина графіка (світло-тонована) показує різні види стекол "розроблених з 1934". З них стекла "фторфосфат" і "фторид" включають в себе регіони з індексом рефракції близько 1,32. Причина, по якій доступні в даний час стекла не мають індекс рефракції значно нижче 1,4584 полягає в тому що, за великим рахунком, вони зроблені з природної ізотопної частки кварцу. Іншими словами, кількість Si-29, яку вони містять, є природною 4.67 % із всіх атомів кремнію, (атом / атом). Винахідник виявив, що майже повністю Si-29 (і, в набагато меншій кількості, O-17), відповідає за те, що індекс рефракції кварцу становить більше, ніж 1,0000. Вчені та інженери не розуміють цього, тому що вони практично ніколи не бачили ізотопнопропорційно-модифікованих матеріалів. Кварц, який вони бачать завжди, має Si-29 частку 4,67 %, атом / атом. Кварц з індексом рефракції 1,02 можна зробити, якщо він буде мати ізотопну частку Si-29 0,20 %, атом / атом. Кварц з індексом 1,01 можна зробити, якщо він буде мати ізотопну частку Si-29 0,10 %, атом / атом, і т.д. Цей ефект не абсолютно лінійний: ці значення були вибрані з метою ілюстрації. Більш конкретно, даний винахід відноситься до оптичних хвилеводів, що містять кварц, який присутній у перемінній кількості ізотопів, і зазвичай сильно збіднений ізотопом кремнію Si-29. Різке скорочення ізотопної частки Si-29 від 4,67 % (атом / атом), що зазвичай зустрічається в природі, з коефіцієнтом близько в 50 разів (до приблизно ізотопної частки Si-29 0,093 %), призведе до плавленого кварцу з індексом рефракції близько 1,010. Це контрастує з індексом рефракції 1,46, присутнім в природно-ізотопній кількості плавленого кварцу. Об'єктом цього винаходу є створення оптичного хвилеводу з конкретним вдосконаленням характеристик хвилеводу, в тому числі: 1. Швидкісний фактор сигналу, який встановлюється в значенні набагато вищим 0,67, зазвичай асоціюється з кварцом з індексом рефракції 1,46 (1/1.46=0,67). Цей швидкісний фактор повинен бути відрегульованим принаймні до 0,995, а це означає, що оптичні сигнали будуть проходити через зону серцевини зі швидкістю 99,5 % "c". Світло проходить через чисту воду з швидкістю приблизно 0,750 "c". Світло проходить через звичайні види скла приблизно 66 % "c". Таким чином, дані сигнали матимуть можливість проходити в 1,5 рази швидше, ніж у звичайних технологіях оптичних волокон. 2. Дуже значне зниження оптичних втрат від 0.191-0.200 дб / км, як правило, спостерігаються в кварцовому склі, легованому діоксидом германію, а також від 0,160 дб / км, як правило, спостерігалося в кварцових волокнах з нелегованими серцевинами. Це скорочення буде як мінімум в 5 разів, а можливо, навіть більше, в 50 разів для всіх ізотопних-модифікацій, що були додані. Якщо останнє значення досягається і таким чином досягається значення втрати 0,0032 дб / км, то сигнали волокна можуть бути передані через Атлантичний океан за допомогою двох, одного, або навіть без проміжних станцій повторного посилення. Це скорочення розсіювання Релея буде покривати більшу частину 500 нм-1650 нм смуги. 3. Великі скорочення хроматичної дисперсії та уширення імпульсу, співставимі із скороченням оптичних втрат, щоб включити більшість видимих довжин хвиль 400-700 нм, а також більшість інфрачервоних довжин хвиль 700-1650 нм. В одному варіанті здійснення зменшення індексу рефракції оболонки до приблизно 1,005 можуть бути об'єднані з індексом рефракції серцевини 1,015, в результаті чого швидкісний фактор має значення близько 0,985, це означає, що дані сигнали будуть проходити зі швидкістю 98,5 % швидкості світла у вакуумі. Різниця в індексах рефракції між серцевиною та оболонкою в цьому конкретному варіанті досягається принаймні чотирма механізмами: 4 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Зниженням ізотопної частки Si-29 в області серцевини кварцу до 4.67 % / 30, при зміні ізотопної частки Si-29 в області оболонки до 4,67 %/ 100. 2. Зниженням ізотопної частки Si-29 як в областях серцевини, так і оболонки до приблизно 4,67 % / 100, в той час додавши декілька ізотопів Ge-73 (або більшу частку природних ізотопів германію) для поліпшення індексу рефракції до 1.015. 3. Зниженням ізотопної частки Si-29 в обох областях серцевини і оболонки до приблизно 4,67 % / 100 при додаванні частини ізотопів атомів Oxygen-17 вище частки 0,038 %, що зустрічається в природі, достатнього для підвищення індексу рефракції серцевини до рівня, достатнього для підтримки належної дії хвилеводу. 4. Зниженням ізотопної частки Si-29 в обох областях серцевини і оболонки до приблизно 4,67 %, при додаванні до регіону серцевини кількостей ізотопу кисенню-17 і ізотопу германію-73 (або обох ізотопів атомів Oxygen-17 і деякої кількості германію, що містить значну ізотопну частку германію-73) достатніх, щоб підняти індекс рефракції серцевини до рівня, достатнього для підтримки належної дії хвилеводу. В іншому варіанті здійснення цього винаходу набір точок індексів рефракції для регіонів серцевини та оболонки встановлені на різних значеннях, але зберігають взємозв'язок так, щоб ця різниця сприяла функціонуванню хвилеводу. Вони можуть бути встановлені, наприклад, для індексу рефракції стрижня 1,04 та індексу рефракції оболонки 1,03. Цей вибір зменшує необхідність в очищенні ізотопного зразку матеріалу-попередника. Зона серцевини повинна бути зроблена тільки з атомів кремнію, знижених у вмісті Si-29 в 12 разів нижче, ніж 4,67 % атомів / атом, що знаходяться в природних зразках, в той час як область оболонки повинна бути зроблена тільки з атомів кремнію, зменшених у вмісті Si-29 в 17 разів нижче, ніж 4,67 % атомів / атома ізотопів атомів Si-29. У ще одному варіанті здійснення винаходу обидві області серцевини та оболонки виконані майже повністю з діоксиду германію (GeO2), який був ізотопно- змінений для того, щоб зменшити нормальну пропорцію ізотопів атомів Ge-73 на коефіцієнт 100 та 300, відповідно (7,8 % / 100 та 7,8 % / 300 атом / атом, відповідно, аналогічно пункту 1 вище). Аналогічним чином, в іншому варіанті здійснення обидві ділянки серцевини і оболонки виконані майже повністю з діоксиду германію, який був ізотопно- модифікований, щоб зменшити нормальну пропорцію GE-73 на коефіцієнт 300 нижче (7,8 % / 300), але де індекс рефракції серцевини підвищується за рахунок додавання або невеликого легування ізотопами атомів Si-29, або атомів О-17, або обох. В іншому варіанті здійснення цього винаходу, для зменшення кількості ізотопномодифікованого матеріалу, який повинен бути використаний, область серцевини виконана таким чином, щоб бути безпосередньо оточеною внутрішньою оболонкою області, а потім зовнішньою облицювальною областю з можливістю того, що матеріал, що використовується в області зовнішньої оболонки, буде зменшений в меншій мірі в ізотопах S9-29. Наприклад, серцевина може бути встановлена на індекс рефракції 1,015, внутрішня оболонка може бути встановлене на індекс рефракції 1,005, а зовнішня оболонка може бути виконана з ізотопною часткою Si-29 (або, альтернативно, Ge-73), ідентичною, або ближче, ніж на 4,67 % атомів / атом (для Si-29), або на 7,8 % атомів / атом (для Ge-73) кількості тих видів, що знаходяться в природних пропорціях ізотопу, знайдених в зразках землі. Цей метод конструювання буде мати тенденцію до мінімізації вартості матеріалу, що використовується. Однак слід зауважити, що в цій техніці діаметр межі розділу внутрішньої оболонки/зовнішньої оболонки повинен бути значно більшим, ніж діаметр межі розділу серцевина / внутрішньої оболонки, щоб гарантувати, що не більше ніж прийнятна частка світла може "просочитись" в область зовнішньої оболонки і була втрачена, тим самим збільшуючи загальне ослаблення волокна. Фахівці в даній області волоконно-оптичної техніки і науки зможуть математично передбачити і окремо підтвердити експериментально, що зовнішній діаметр внутрішньої оболонки області був суттєво більше діаметру області серцевини для зниження втрат до прийнятного рівня. Джерело ізотопно - модифікованих матеріалів Кварц є похідним від кремніймістких попередніх сполук, збіднених ізотопами томівSi-29 а. Ці кремніймістки попередники можуть бути принаймні трьох типів: 1) Збагачений в ізотопному співвідношенні ізотопами атомів Si-28 до приблизно 99,5 % атомів / атом, і збіднений на ізотопи атомів Si-30 в дуже малій або незначній кількості: Такий ізотопний розподіл можна очікувати від виходу газової центрифуги, що вибирає легкі молекули SiF4 або SiH4. 2) Збагачений в ізотопному співвідношенні ізотопами атомів Si-30 близько 90 % атомів / атом або більше, і збіднений на ізотопи атомів Si-28 до 10 % або менше. Це також був би випуск продукції газової центрифуги, що вибирає важкі молекули. 5 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3) Зменшені в ізотопному співвідношенні ізотопів атомів Si-29 від природної частки 4,67 % атомів / атом, але, з іншого боку, це не сильно змінює співвідношення ізотопів атомів Si-28 і Si30. У кожному з цих прикладів частка Si-29 встановлюється в значенні, розрахованому таким чином, щоб досягти певного індексу рефракції для матеріалу кварцу після плавлення. Для типового переважного варіанту втілення, який використовує кварц з ізотопним розподілом атомів кремнію з приблизно 0,1 % ізотопів атомів Si-29, основна відмінність між 90 % + Si-30 компоненту ізотопу, п. 2 вище, та 99,5 % компоненту у Si-28, призведе до широкої смуги пропускання для передач ІЧ-сигналу на довжинах хвиль понад 1600 нм. Конкретний обсяг розширеного спектру пропускання і розмір втрат не може бути легко передбачено до побудови волокон, але слід розуміти, що ці додаткові придатні до вживання частоти, особливо відповідно при втратах менше 0.1дб/км, не були передбачені попереднім рівнем техніки оптичних хвилеводів. Крім того, слід розуміти, що ці придатні до вживання додаткові частоти, не були представлені, або передбачені, супроводжувались смугою пропускання від близько 1400 нм, які однаково корисні завдяки надзвичайно малим втратам пропускання. Оцінка інших цілей і задач даного винаходу та більш повного і всебічного розуміння їх може бути досягнуто з посиланням на додані креслення і вивченням наступного опису найкращого способу здійснення винаходу. Короткий опис креслень Фіг.1 представляє собою графік індексу рефракції n, в залежності від звуження v, для діапазону оптичних стекол. Див. Glass in the Modern World by F.J. Terence Maloney, 1968, Doubleday & Company, Inc. Фіг. 2 є репродукцією публікації 2003/0002834 фіг.1 Фіг. 3 є репродукцією патенту 6490399, фіг. 1. Фіг. 4 є репродукцією патенту 6810197, фіг. 4. Фіг. 5 є репродукцією патенту 6810197, фіг. 5. Фіг. 6 є репродукцією патенту 6810197 фіг. 9 Фіг. 7 є репродукцією патенту 6810197 фіг. 12. Фіг. 8 є репродукцією патенту 6810197 фіг. 10 Фіг. 9 є репродукцією патенту 6810197 фіг. 11 Фіг. 10 є репродукцією патенту 6810197 фіг. 2. Кращий варіант здійснення винаходу Переваги винаходу Завдяки наявності скляних матеріалів з індексом рефракції таким малим, як 1,001 за рахунок зниження вмісту Si-29 від природного 4.67 % атома / атом до приблизно 0,01 %, або навіть нижче, індекс рефракції серцевини в хвилеводі може бути приблизно 1,001-1,002 і, таким чином, "швидкісний фактор" сигналів, що передаються через це волокно, може бути вище, щонайменше ніж (1/1.001) або 99,9 % "c". Існуючі волоконно-оптичні кабелі зазвичай використовують хвилеводи, які працюють з коефіцієнтом укорочення *швидкості) близько (1/1.47), або 68 % "c". Сигнал може бути переданий на відстань близько 6 000 кілометрів, приблизно на довжину кабелю між НьюЙорком та Лондоном, із затримкою в один кінець приблизно 36 мс. Навіть використовуючи пропонований вище маршрут, розроблений для того, щоб бути прямим, кабельна відстань 5 000 та одностороння затримка в 30 мілісекунд (мс) є мінімальним, що може забезпечити існуюча технологія. Але, перетворення волокна на такий, що має щвидкісний фактор 99,5 %, а не такий, як до цього часу, типове значення 68 %, призводить до односторонньої затримки на більш довгий маршрут близько 2/3 від 36 мс, або 24 мс. Використання цього швидшого волокна на коротший маршрут, який за прогнозами буде мати односторонню затримку в 30 мс із звичайним кабелем, буде виробляти односторонню затримку 2/3 від 30 мс, тобто 20 мс. Цей вид різниці в затримці сигналу є надзвичайно важливий для інтерактивного відео в реальному часі, відклику сервера, пошуку в базі даних, Інтернет-ігор, і низькою латентністю телефонного зв'язку, в цілому. Це також дозволяє розташовувати бази даних та інші сервери на далекі відстані від користувачів при одних і тих же затримках. Це також буде мати великий вплив на фінансовий ринок, наприклад, фондові біржі. Додаткова затримка в кілька мілісекунд в кожну сторону може коштувати фірмам-торгвцям високого обсягу акцій десятки мільйонів доларів на місяць. Зниження на коефіцієнт 2/3 затримки між Нью-Йорком і Лондоном, або між Нью-Йорком і Лос-Анджелесом з 36 мс до 24 або навіть 20 мс, буде більш тісно зв'язувати не тільки одну країну, але в кінцевому рахунку весь світ 6 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Інтернет-ігри - ще одне використання винаходу. Сьогодні два користувача, розташованих, скажімо, в Нью-Йорку та Сіднеї, Австралія, можуть бути заблокованими у (безкровному) цифровому бою, з їх комп'ютерами лише через 100 мс зрозуміти, що зробив противник. Ці затримки, хоча здавалось би невеликі, досить відчутно і суттєво впливають на хід ігор. Зниження коефіцієнту 2/3 від 100 мс до 67 мс в затримці одностороннього посилання забезпечить мінімальну теоретично-можливу затримку. Переваги оптичних втрат Давно визнано, що мінімальні оптичні втрати для чистої кварцової серцевини хвилеводу при мінімум- втраті близько 1 560 нм, є 0,151 дб / км. Це було трохи змінено у зв'язку із можливістю заміни Si-30 на Si-28, і заміною О-18 на O-16. Але поліпшення нижче 0.10 дб / км до цього часу здається таким, що важко досягти, і вважається дорогим. Цей винахід за рахунок зниження Si-29 на коєфіцієнти 50, 100 або більше, знижує оптичні втрати на коефіцієнт 10, і цілком можливо, в 100 або більше. Це дозволяє ретранслятору покривати інтервали щонайменше 5000 км і навіть більше. Переваги збільшення ширини оптичної смуги Оптична ширина смуги частот, що вживається в даний час між 1510 і 1610 нм, збільшується за цим винаходом, щонайменше, з 1450 нм до 1800 нм і цілком можливо з 1230 нм до 2000 нм. Поки повне використання деяких з цих довжин хвиль буде чекати виробництва підходящих лазерів передавачів і детекторів, значна частина цієї нової галузі пропускання повинна бути доступною практично відразу. У кожному разі це волокно з новою ємністю може бути встановлено відразу ж, працювати на традиційній 1510-1610 смузі, і розширений діапазон смуг стане доступними для приймачів та передавачів. Але є мало цінного в тому, що просто будучі в змозі збільшити пропускну здатність передачі оптичного волокна від 1510-1610 нм, і включити, скажімо, групу 1610-1710 нм, як це вказано в патенті 6810197 без пристосування волоконних підсилювачів, які б (якщо б вони існували) посилювали цю додаткову смугу пропускання. Волоконні підсилювачі на основі ербію підсилюють приблизно в діапазоні 1520-1565 нм ширини смуги, що робить її головним діапазоном пропускання. Хоча можна було б виявити і повторно передавати такі сигнали на кожен підсилювач, але це було б дорого і зробило би безрезультатним таку додаткову ширину смугу частот. Було б багато дешевше просто встановити додаткові волокна для досягнення більшої ємності. Якщо, навпаки, ця смуга пропускання не може бути зроблена тільки доступною, але також може бути доступною з втратою приблизно 0,01-0,02 дб / км; може бути використана значно ширша смуга, і то навіть без використання будь-яких волоконних підсилювачів взагалі (або, щонайбільше, один підсилювач детектора та повторної передачі приблизно в середній точці Атлантики.) Ширина смуги, яку можна використовувати застосовуючи даний винахід, розтягується від приблизно 1430-1750, тобто близько 320 нм, що в сім разів ширше, ніж 45 нм смуга 1520-1565, нм і це було б за рахунок використання звичайного розподілу ізотопів Si-28 замість Si-30, і О-16 замість О-18. При використанні майже всіх Si-30, а також майже всіх O-18, ширина смуги зростає до 1430-2000 нм абона 570 нм, приблизно в 13 разів ширше, ніж смуги 1520-1565 нм. Різко скорочений фактор дисперсії матеріалу - джерелу Значне зниження частки ізотопів атомів Si-29 в матеріалі хвилеводу призведе до відповідного значного зниження загальної дисперсії виробленого таким чином оптичного хвилеводу. Див. фіг. 6 і 7. Частина дисперсії, що припадає на сам хвилевід (див. фіг. 8), швидше за все залишаться тою самою, а профіль дисперсії може бути обраний для нейтралізації будь якої всієї залишкової дисперсії, яка може залишитися після завершення інших процесів модифікації ізотопів. Спеціаліст, знайомий з мистецтвом дизайну оптичного волоконного хвилеводу, зможе визначати різні заміни серцевини в залежності від оболонки, які дозволять одержати бажаний рівень дисперсії. Цей винахід припускає повторний дизайн оптичного хвилеводу із значним скороченням ізотопної частки Si-29 в областях серцевини і оболонки (приблизно від 3 разів до 100 разів зниження частки Si-29 від природного значення 4.67 % атома / атом всіх присутніх атомів кремнію), що призведе до великої зміни у кривій в значенні "Матеріальної дисперсії (серцевини)", аналогічно фіг. 6, і набагато меншої зміни (якщо такі є) в кривій "Хвилевод дисперсії ", аналогічно фіг. 8, профілю D, в поєднанні з "О-18 серцевина/O-16 оболонка", аналогічно фіг. 9. Іншими словами, монотонно-зростаюча пряма лінія лінії 4 на фіг. 9 компенсуватиме, зокрема, монотонно-падаючу і пряму (і) лінії 1-4 на фіг.8. Залишок додатку цих значень може 7 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 бути об'єднаний з кривою зменшення Si-29, аналогічно фіг. 6, рядок 4, яка може бути, як очікується, набагато нижчою, ніж наведена в патенті 6810197. Розумне обрана загальна дисперсія, аналогічна "Загальної дисперсії" фіг. 7, буде лінійною сумою "Матеріальної дисперсії", "Хвилеводу дисперсії" та "Профілю дисперсії" і може бути нижче, ніж значення 1,0 пс / нм / км, що є дуже великим зменшенням від значення близько 20 пс / нм / км на довжині хвилі 1,6 мкм на звичайних ізотопах "O-16 серцевина/O-16 оболонка", що показано на фіг. 7. Вчені та інженери з волоконної оптики вже давно визнали необхідність використання волокон для компенсації дисперсії (ДКВ). Метою цих волокон, які використовуються на відносно коротких довжинах (у порівнянні з сотнями або тисячами кілометрів, присутніх у звичайних оптичних лініях хвилеводів), є протистояти і таким чином протидіяти та повністю або частково нейтралізувати зміни під час прибуття частин різної довжини хвилі даного оптичного сигналу. Їх використання може бути критичним для того, щоб мати можливість досягти максимальної швидкості передачі даних (технічно, символ-швидкість), що фактично канал даних може нести. Причина в тому, що дисперсія з часом прагне до розмиття часу прибуття передач оптичних сигналів, які складають даний біт. Наприклад, символ-швидкість 40 Гбіт / с (40 мільярдів біт в секунду) означає бітовий час (1/40 000 000 000) = 25 пікосекунд, якщо один біт присутній у кожному символі оптичного сигналу. Цей показник 40 Гбіт / с є найбільшою комерційно доступною швидкістю передачі даних, що використовуються в більшості недавно встановлених (або оновлених) каналах передачі даних. Але нема великої користі мати оптичний детектор, здатний виявляти 25пикосекундний час мінімального сигналу, якщо цей біт (символ) буде розподілений в часі, скажімо, 50 пікосекунд і більше. Оскільки ширина смуги довжини хвиль оптичного сигналу 40 Гбіт / с буде приблизно, як мінімум, 0,3 нм, відповідно до закону Фур'є, некомпенсоване звичайне волокно з дисперсією 20 пс / нм / км буде додавати пляму, викликану дисперсією протягом 25 пс після довжини волокна, рівної близько чотирьох кілометрів. Можна побачити, таким чином, що компенсація цієї дисперсії є суттєвою для підтримання 40 Гбіт / с навіть для коротких відстаней волокна. Хоча більша частина дисперсії оптичного волокна в даний час компенсується продуктами компенсації дисперсії, завершеність будь-якої такої компенсації, як правило, має тенденцію обмежуватись до менш ніж 100 %. Таким чином, чим краще основне волокно (чим нижче її базовий рівень дисперсії), тим краще можна очікувати буде компенсована таким чином остаточна дисперсії оптичної лінії. Перспектива цього винаходу щодо скорочення властивої, некомпенсованої дисперсії волокна з коефіцієнтом 10 і більше разів, надає перспективу поліпшення подібної компенсації дисперсії сигналу. Даний винахід може використовувати прийоми з патенту США № 4435040 Очікується, що оптичні хвилеводи, побудовані на основі цього винаходу, також зможуть використовувати спосіб з подвійною оболонкою, описаний в патенті США № 4435040, з певними застереженнями та змінами. По-перше, слід пам'ятати, що в існуючих технологіях хвилеводів, серцевини і оболонки мають індекси рефракції дуже близькі до природно-ізотопного розподілу кварцу, а саме 1,46. Фізична довжина хвилі оптичного сигналу в такому хвилеводі є, наприклад, 1510 нм, розділена на 1,46, або приблизно 1 050 нм. На противагу цьому, в хвилеводі, чий індекс рефракції близько 1,01, фізична довжина хвилі в хвилеводі є 1510 нанометрів/1,01, тобто близько 1495 нанометрів. Оскільки поведінка хвилі всередині хвилеводу залежіть від розміру направляючої в порівнянні з такою оптичною хвилею, то можна очікувати, що розміри компонентів хвилеводу, таких як серцевини і оболонки будуть змінені з коефіцієнтом близько 1,46 / 1.01, або 1.45, більше, ніж існуючі технологічні волокна, або бути рівними. Якщо, наприклад, патент 4435040 наводить ефективний діаметр серцевини більше 2 × 4 мікрон, або 8 мікрон, це буде переведено на діаметром серцевини 8 мікрон х 1,45, або приблизно 11,6 мікрон. Аналогічним чином, якщо патент 4435040 вказує коефіцієнт приблизно від 0,5 до 0,8 різниці між радіусом серцевини і радіусом внутрішньої оболонки, то такі коефіцієнти будуть працювати на 11,6 мкм, що призведе до зовнішнього діаметру внутрішньої оболонки приблизно 23,2 мікрон та 14.5 мікрон. Патент 4435040 також передбачає, що товщина області зовнішній-оболонки повинна бути в межах приблизно в 6 та 8 разів більше, ніж радіус серцевини, або (6-8) х (5,8 мкм) або між 34,8 та 46,4 мкм, який зробив би зовнішній діаметр зовнішньої області оболонки 11,6 + 2 (34.8 до 46.6) або між 81,2 та 104,8 мкм. Поза області зовнішньої оболонки дозволено мати ще одну область оболонки, можливо, з індексом рефракції, який дорівнює звичайному кварцу, або 1,46. Інше застереження полягає в тому, що багато патентів, такі як 4435040, посилаються на зміни у відсотках індексу рефракції матеріалу, наприклад, "від 0,1 % до 0,6 %" від значення, яке 8 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 може бути, як очікується, близьким до природного ізотопу кварцу, або 1,46. Це переводиться в зміни від 0,1 %, помноженого на 1,46, або 0,00146, до 0,6 %, помноженого на 1,46, або приблизно 0,00876. Але коли кварц є ізотопно - модифікованим, щоб значно зменшити вміст Si-29, наприклад до близько 1/100 природного 4,67 % Si-29 атом / атом і, таким чином, індекс рефракції близько 1,005, то не можливо знизити це значення (1.005) до 0,00876: індекс рефракції реальних, однорідних матеріалів не може бути нижче, ніж у вакуумі, або 1,0000. Таким чином, відсоткові зміни по відношенню до індексів рефракції (наприклад, "0,1 % до 0,6 %) не можуть бути використані в буквальному сенсі, вони повинні бути переведені щоб відображати те, для чого, ймовірно, були призначені, а саме різницю в чисельному значенні індексу рефракції вище, ніж 1,000. Можна очікувати, що фахівець в даній галузі конструювання оптичного хвилеводу може успішно перевести принципи, що спочатку призначені для матеріалів з індексом близько 1,46, що застосовуються, до нових матеріалів з індексами набагато ближче до 1,00. Індекс рефракції плавленого кварцу залежно від ізотопної частки ізотопних атомів Si-29 Як згадувалося вище, індекс рефракції кварцу буде змінюватися так, як ізотопний відсоток кремнію-29 змінюється від природного значення 4,67 % атома / атом. Для того щоб обчислити індекс рефракції кварцу при заданому вмісту Si-29, використовується наступна формула: Індекс (кварцу) = SQRT (1 + (1,131 ((відсотків атом Si-29 / атом) / 4,67 %))) Приклад Таблиця Ізотопний відсоток Пропорція Індекс рефракції плавленого Si-29 кварцевого скла 0,467 % 1/10 від природного 1,056 0,0467 % 1/100 від природного 1,0056 0,117 % 1/40 від природного 1,0140 (Ці цифри не враховували невеликий вплив вмісту Oxygen-17 на загальний показник плавленого кварцового скла). Різниця в індексі рефракції плавленого кварцу із вмістом Si-29 в кількості 1/40 природного значення і плавленого кварцу із вмістом 1/100 природного значення Si-29 є: 1,0140-1,0056=0.0084 Ця різниця приблизно дорівнює різниці індексів рефракції, що використовуються типовими одномодовими оптичними хвилеводами. Звідси випливає, що оптичний хвилевід може бути сконструйований з областю серцевини, що містить чистий плавлений кварц з ізотопною часткою Si-29 0,117 % (атом / атом), та областю оболонки, яка містить чистий плавлений кварц з ізотопної часткою Si-29 0,0467 % (атом / атом). Це буде очевидним фахівцям в цій області техніки проектування і виробництва оптичних хвилеводів, що, оскільки незалежний і точний контроль індексу рефракції чистого плавленого кварцового скла можна підтримувати без додавання будь-яких сторонніх домішок, дизайнер оптичних хвилеводів буде мати значно більший контроль оптичних характеристик, ніж існуючих раніше. Найбільш очевидним вдосконаленням, яке може бути досягнуто, є конструкція оптичного хвилеводу, що використовує матеріал з індексом рефракції серцевини 1,02. В результаті щвидкісний фактор буде приблизно (1/1,02), або 98 % від С. Волокна з такими характеристиками при розгортанні дозволять різко скоротити латентність передачі даних. Друге вдосконалення, яке є дещо менш очевидне, полягає в тому, що, оскільки ізотопи атомів Si-29 самі собою представляють домішку, і тому що оптичні втрати є функцією розсіювання Релея, викликаного атомами домішки, то зменшення концентрації Si-29 атомів з коефіцієнтом 40 (з наведеного вище прикладу) можуть призвести до зниження в 40 разів оптичних втрат від значення 0,19 дб / кілометр, яке зазвичай можна знайти в оптичних волокнах з серцевиною з добавкою діоксиду германію і оболонкою з кварцу. Оптичні втрати такого масштабу, можливо до 0,005 дб / км, можуть практично виключити необхідність оптичних підсилювачів, окрім як на дуже довгих лініях волокна. Таке велике зниження притаманних кварцу втрат може розкрити виробничі недоліки і обмеження, які мають бути виправлені, а дослідження зниження зрощування втрат сплайсингу будуть мати нову, більшу актуальність: Сплайсинг, втрати якого 0,2 децибел, могли здаватись розумними, коли вони були еквівалентні 1,0 кілометру втрат волокна (0,19 дб / км), але це стане цілком неприйнятним, коли вони розглядаються як еквівалент 40 км втрат волокна (40 × 0.005 дб/км). Третім вдосконаленням досить імовірно буде різке зниження хроматичної дисперсії самого кварцу, можливо, так само, як коефіцієнт 40 із зменшенням в 40 раз ізотопного вмісту Si-29, 9 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 описаного в наведеному вище прикладі. Оскільки загальна дисперсія хвилеводу є функцією суми дисперсій, обумовлених не тільки матеріалом, але також і від геометрією самого хвилеводу, важче прогнозувати загальні вдосконалення, які можуть бути досягнуті, але зниження загальної дисперсії в 10 разів досить правдоподібно. Таке вдосконалення дозволило б більш високі символ-швидкості (часто рівними біт-швидкостям), і може значно зменшити необхідність у складних дисперсійних компенсаціях, які в даний час використовуються. Четвертим вдосконаленням буде збільшення в ширину придатних для використання оптичних частот, особливо, якщо всі оптичні втрати можуть бути піддані тому ж 40-разовому скороченню, сумірному із 40 разовим зменшенням частки Si-29 в прикладі, описаному вище. В даний час довго-магістральні лінії зв'язку обмежені довжиною хвиль близько 1 540 нм, але придатні до вживання регіони можуть розширятись до, можливо, від 500 до 2 000 нанометрів, з обмеженнями близько 950 нм та 1 400 нм. Оптичні та електронні аксесуари, необхідні для підтримки такої більш широкої смуги частот, повинні стати доступними, але даний встановлений, волокно може пізніше бути використані використовувати ці нові регіони довжини хвилі. Приклади 1. Оптичний хвилевід може містити шар оболонки, утворений з високочистого оптичного скла, переважно з кварцу або діоксиду германію або обох, і області серцевини, утвореної з високочистого оптичного скла, переважно з кварцу або діоксиду германію або обох, де один або обидва із зазначених стекол містять атоми кремнію, з яких менше ніж 4,44 % атомів/ атом є ізотопи атомів кремнію-29, або містять атоми германію, з яких менше 7,41 % атом / атома є ізотопами атомів германію-73, або те й інше. Кожен відсотковий вміст може бути коефіцієнтом 0,95 ізотопної частки ізотопів атомів Si-29 і Ge-73, які зазвичай перебувають в земних зразках кожного елемента. Якщо цей хвилевід виконаний з кварцу, як мінімум 10 % атомів зазначеного Oxygen в серцевині або облицюванні, відповідно, може бути Oxygen-18. 2. Оптичний хвилевід може містити шар оболонки, утворений з високочистого оптичного скла, переважно з кварцу або діоксиду германію або обох, та область серцевини, виконану з високочистого оптичного скла, переважно з кварцу або діоксиду германію або обох, в якому щонайменше 50 мольних відсотків Oxygen в серцевині, та/ або, принаймні, 50 відсотків Oxygen в оболонці є Oxygen-18. Крім того, проте, область серцевини та / або область оболонка може містити ізотоп Oxygen-17 в кількості менше 5 % від кількості ізотопу атома Oxygen-18. 3. Оптичний хвилевід може містити шар оболонки, утворений з високочистого оптичного скла, переважно з кварцу або діоксиду германію або обох, та область серцевини, виконану з високочистого оптичного скла, переважно з кварцу або діоксиду германію або обох, де щонайменше 70 % атомів Oxygen в зоні серцевини, або оболонки, або обох, представляє собою ізотоп Oxygen-18. Крім того, кількість атомів Oxygen-17 становить менше 5 % атомів від загального вмісту атомів Oxygen. 4. Будь-який з оптичних хвилеводів в прикладах 1, 2 далі включають в себе домішку в зоні серцевини, або оболонки, або обох. Тим не менше, нема вимоги до того, щоб присадка в серцевині була ідентичною присадці в оболонці, або щоб вони були присутні в однакових концентраціях в серцевині і в оболонці. Присадкою (ми) може бути германій в природній ізотопній кількості, германій в будь-якій неприродній кількості ізотопів, або ізотоп Si-29 або фосфору, або в їх комбінації. 5. У всіх оптичних хвилеводах із прикладів 1, 2, 3 об'ємний відсоток області, що містить SiO 2, який збіднений Si-29, або об'ємний відсоток області, що містить GeO2 який збіднений GE-73, може бути менше ніж 50 %. 6. В оптичному хвилеводі в прикладі 1, щонайменше 70 % атомів Oxygen в серцевині може бути Oxygen-18, або щонайменше 70 % атомів Oxygen в області оболонки, прилеглої до серцевини, може бути киснем 18, а кількість Oxygen-17 може бути менше 5 % атомів від загального вмісту атомів Oxygen в тих областях, відповідно. 7. В будь-якому з оптичних хвилеводів даного винаходу серцевина може мати постійний або перемінний індекс рефракції. 8. В будь-якому з оптичних хвилеводів даного винаходу волокно може бути оточено зовнішнім шаром зі скла або пластику. 9. В будь-якому з оптичних хвилеводів даного винаходу скло може включати в себе чисте або з домішками (легований) діоксидом герєманію germania скло, з ізотопною часткою ізотопу Ge-73, зменшеною до щонайбільше 7,2 атома, в областях серцевини або оболонки або в обох. 10 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 35 10. В будь-якому з оптичних хвилеводів даного винаходу ізотопна частка O-18 може бути піднята в зоні серцевини, або зоні оболонки, або обох, щонайменше до 10 % атомів, а щонайбільше до 100 % від загальної кількості присутніх ізотопів атомів Oxygen. 11. В будь-якому з оптичних хвилеводів даного винаходу ізотоп Si-29 присутній як присадка в серцевині, або оболонці, або в обох. 12. В будь-якому з оптичних хвилеводів даного винаходу частка O-17 ізотопу може бути вище частки 0,038 % природного ізотопу атому O-17, що знаходиться на землі. 13. В будь-якому з оптичних хвилеводів цього винаходу O-17 може бути збіднений в серцевині або оболонці від природної O-17 ізотопної пропорції 0,038 % атомів, що знаходяться на землі. Крім того, ізотоп Si-29 може бути в серцевині або оболонці в або обох в природній або неприродній пропорції. 14. Оптичні хвилеводи даного винаходу можуть бути сконструйовані таким чином, щоб різниця в індексі рефракції між областями серцевини та оболонки зберігалася повністю або частково за рахунок (допомогою) різниці ізотопних пропорцій Si-29 в кварці, або за рахунок різниці ізотопних пропорцій Ge-73 в діоксиді германію, більш ніж 0,001 % атомів. 15. В будь-якому оптичному хвилеводі цього винаходу -ОН можуть бути зменшені за допомогою дейтерієвого полоскання, як було описано в рефераті до патенту Японії JP-A60090845. 16. В будь-якому оптичному хвилеводі даного винаходу індекс рефракції оболонки може бути зменшений за допомогою з'єднання фтору. Крім того, ізотопне співвідношення (кількість) Si-30 або O-18, або обох, може бути більше, ніж у природних, як у серцевині або оболонці, так і в обох. 17. Цей винахід є також оптично-пропускним матеріалом, переважно з кварцу або діоксиду германію або з обох, які були ізотопно-змінені, щоб містити менш ніж 4,44 атомних% атомів Si29, або менш 7,41 атомних % атомів Ge-73, або більше, ніж 4,90 атомних % атомів Si-29, або більше, ніж 8,18 атомних% атомів Ge-73. 18. В будь-якому з оптичних хвилеводів даного винаходу, оболонка або шари оболонки можуть бути леговані ізотопно- модифікованим взірцем (зразком) атомів германію, або самий внутрішній шар оболонки може бути модифікований таким чином, що розподіл ізотопів присутніх атомів германію, був зменшений в ізотопу Ge-73 до не більше ніж 7,2 атомних %. Переважно, кількість діоксиду германію знаходиться в діапазоні від 0,005 % до 1,00 % за масою; більш переважно від приблизно 0,1 % до приблизно 0,5 % за масою; і найбільш переважно від приблизно 0,1 % до приблизно 0,3 % за масою. У той момент, було описано з посиланням на конкретні варіанти втілення цього винаходу. Проте фахівцям в даній області техніки, до якої належить даний винахід, має бути очевидно, що інші модифікації і удосконалення можуть бути зроблені без відступу від суті і об'єму формули винаходу, яка наведена нижче. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 1. Оптичний хвилевід, що містить: а) шар оболонки з першого високочистого оптичного скла, причому перше високочисте оптичне скло включає в себе одне з кварцу,діоксиду германію і суміші кварцу і діоксиду германію, а також має перший показник заломлення; б) ділянку серцевини з другого високочистого оптичного скла, причому друге високочисте оптичне скло включає в себе одне з кварцу, діоксиду германію і суміші кварцу і діоксиду германію; а також має другий показник заломлення, при цьому: атомний відсоток Si-29 до всіх інших ізотопів Si у вказаному кварцу збіднений відносно природного вмісту і є дорівнюючим значенню більш ніж 0 і менше ніж 4,44; а атомний відсоток Ge-73 до всіх інших ізотопів Ge у вказаному діоксиді германію є дорівнюючим значенню одного з: більш ніж 0 і менше ніж 7,41 та більш ніж 8,18 і менше або рівного 100; і в якому відносна ізотопна пропорція Si-28 і Si-30 суттєво не змінена, а другий показник заломлення є більшим, ніж перший показник заломлення. 2. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому атомний відсоток O-17 до всіх інших ізотопів О в одному з кварцу, діоксиду германію та суміші кварцу і діоксиду германію, є дорівнюючим значенню одного з: більш ніж 0 і менше ніж 0,038; і більш ніж 0,038 і менше або дорівнює 100. 11 UA 110286 C2 5 10 15 20 25 30 3. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому щонайменше 10 % атомів кисню у зазначеному кварцу є O-18. 4. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому щонайменше 50 мольних відсотків кисню у ділянці серцевини є O-18 і менше 5 атомних відсотків кисню у ділянці серцевини є О-17. 5. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому щонайменше 50 мольних відсотків кисню у шарі оболонки є O-18 і менше 5 атомних відсотків кисню у шарі оболонки є O-17. 6. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому щонайменше 70 атомних відсотків кисню у ділянці серцевини є O-18 і менше 5 атомних відсотків кисню у ділянці серцевині є О-17. 7. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому щонайменше 70 атомних відсотків кисню у шарі оболонки є O-18 і менше 5 атомних відсотків кисню у шарі оболонки є O-17. 8. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому шар оболонки додатково містить легуючу домішку. 9. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому ділянка серцевини додатково містить легуючу домішку. 10. Оптичний хвилевід за п. 8 або 9, в якому зазначена легуюча домішка вибрана з групи, що складається з германію з природним розподілом ізотопів, германію з неприродним розподілом ізотопів, кремнію-29, фосфору і їх сумішей. 11. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому об'ємний відсоток області, що містить кварц з менше ніж 4,67 атомних відсотків Si-29, становить менше 50. 12. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому об'ємний відсоток області, що містить діоксид германію з менше ніж 7,8 атомних відсотків Ge-73, становить менше 50. 13. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому показники заломлення змінено в радіальному напрямку. 14. Оптичний хвилевід за п. 1, який додатково містить зовнішній шар, що оточує шар оболонки. 15. Оптичний хвилевід за п. 14, в якому зовнішній шар містить речовину, яку вибрана з групи, що складається із скла і пластику. 16. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому концентрацію гідроксилу в першому і другому високочистих оптичних стеклах знижено дейтерієвим промиванням. 17. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому перше високочисте скло додатково містить сполуку, що має фтор, за допомогою чого перший показник заломлення додатково знижено. 18. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому шар оболонки містить масову частку діоксиду германію, що складає від 0,005 до 1 %. 19. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому шар оболонки містить масову частку діоксиду германію, що складає від 0,1 до 0,5 %. 20. Оптичний хвилевід за п. 1, в якому шар оболонки містить масову частку діоксиду германію, що складає від 0,1 до 0,3 %. 12 UA 110286 C2 13 UA 110286 C2 14 UA 110286 C2 15 UA 110286 C2 16 UA 110286 C2 17 UA 110286 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18