用于延伸L波段和S波段放大的硅酸盐波导组合物制造技术

光波导，包括含有二氧化硅、Ａｌ、非荧光稀土离子、Ｇｅ、Ｅｒ和Ｔｍ的芯体。所述非荧光稀土离子可以是Ｌａ。示例性组合物浓度如下：Ｅｒ为１５－３０００ｐｐｍ，Ａｌ为０．５－１２摩尔％，Ｌａ小于或等于２摩尔％，Ｔｍ是１５－１００００ｐｐｍ，Ｇｅ小于或等于１５摩尔％。所述芯体还包含Ｆ。Ｆ的示例性浓度小于或等于６阴离子摩尔％。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种适合于在延伸L-波段和S-波段的波长进行光学放大的光波导。具体的是，本专利技术涉及具有提供更长激发态寿命并提高红外发射的化学组合物的波导。 通过光学网络的高速光学远程通信，可以利用光信号传输极其大量的信息。由于这些光信号要传递很长的距离，或者由于光学器件的耦合、操作或导向等原因，信号强度会出现损失。信号衰减可由许多因素引起，例如传输光纤的本征吸收和散射、耦合损失和弯曲损失。信号变弱后，信号就很难传播和探测。最后，信号有可能变得太弱，以至于信息丧失殆尽。 光学放大是增强光信号的技术，它是现今高速光通信的重要组成部分。 光放大一般通过装置(放大器)进行，这种装置包含泵浦激光器、波分复用器、隔离器、增益成形栅和活性稀土掺杂的光纤。光学网络和光学放大器目前的工作波段是～1530-1570nm，即所谓的C波段。波段可定义为一定的波长范围，即光学信号可在此范围内进行处理的工作波长范围。很多可用波段通常转化成更为可用的信道。信道越多，传递的信息越多。 每个波段用一个字母进行标记。本申请采用的波段标记为 波段波长范围C-～1530-～1570nmL-1570-～1605nm延伸L-1570-～1630+nmS-1450-1530nm 目前，高速英特网中枢光纤网络依靠光放大器每约40-100km增强光信号一次。最新的商业系统依靠高密度波分复用技术(DWDM)在窄波段(例如C波段)传输～80个10Gbit/s的信道。信道间隔可以为～0.4nm。这些信道中可以插入前向和后向传输信号(前后向信道之间间隔0.4nm)，在单根光纤中以数垓比特/秒的速度提供双向信号传输。 最近，随着L波段放大器的出现，人们已经利用C波段和L波段放大器将光传输工作波长范围从1530-1560nm延伸到1530-1605nm，这两种放大器能提供多达160个信道/根光纤。但人们仍然强烈希望有更宽的工作波段，以便增加信息流量。通常，掺铒光纤中的激发态吸收将工作波长限制在～1605nm的最大波长范围内。基于硅酸盐的光纤中，由于衰减很厉害，工作波段在理论上也被限制在～1650nm范围内，这种衰减是由波长大于1650nm时的多声子吸收引起的。目前，由于存在大程度弯曲的损失，光纤系统中的工作波长实际限制在短于～1630nm。 将来的系统有可能采用1450-1630nm的波长范围，它包括所谓的S波段。研究表明，采用S波段的信息传输容量约为目前的两级C+L波段系统的两倍。在实验室中，已经有人采用C+L+S波段结构将单根光纤的传输容量提高到～10.5Tb/s。 在1450-1630nm区域，通常有三种途径实现光学放大拉曼放大、利用掺稀土光纤放大器的放大、综合这两种元件的放大。 拉曼光纤放大器 拉曼放大器依靠输入光子和晶格振动(声子)的组合将光泵激偏移到更长的波长(Stokes偏移)。放大光谱比较宽，但有时会出现不需要的尖峰。这种过程效率不高，需要功率较高的泵源。这种高功率泵包括光纤激光器或一系列激光二极管，它们相当昂贵。此过程与入射强度的关系是非线性的。因为该过程需要高输入强度，它会引起其他不需要的非线性过程，如4波混合和自相解调。但是，拉曼放大器可与掺稀土放大器一起用来增加波长跨度，对10Gbit/s与在C和L波段中操作的更快系统更是如此。 掺稀土光纤放大器 掺稀土放大器只依靠光学泵激发稀土离子中的电子，随后在受激离子回复到低能态的过程中发光。受激电子的弛豫通过两个辐射过程进行自发发射和受激发射。前者会引起噪声，后者则提供放大。放大器的关键参数是谱宽、噪声和能量转换效率(PCE)。后两个参数与稀土离子的激发态寿命有关寿命越长，噪声越低，PCE越高。C波段光纤中的谱宽决定了C波段有多少个信道可以同时放大，与掺稀土玻璃的自发发射光谱的半最大值全宽(FWH M)有关。 商用放大器主要是基于其玻璃纤芯含有掺铒硅酸盐的光纤，该掺铒硅酸盐包含铝和镧(SALE-(硅、铝、镧、铒))或铝和锗(SAGE)。在这两类传统光纤中，SAGE的谱宽稍大，可以容纳更多的信道。SALE光纤中的稀土离子溶解性稍高，因而使用的光纤可以短一些。这一点有利于将偏振模式的色散降低到最小。SALE和SAGE光纤通常在C和L波段放大，但这使氧化硅传输光纤中很大一部分低损失区，即S波段和延伸L波段区的长波长部分(＞1610nm)得不到利用。 在S波段，掺稀土光纤放大器一般依赖掺铥的非硅酸盐玻璃。铥能提供较宽的发射，其中心位置在～1470nm。铥的能级使多声子过程容易猝灭此跃迁过程，特别是在高声子能量基质如氧化硅中。由于这种原因，低声子能量玻璃如重金属氧化物(例如锗硅酸盐)，特别是氟化物玻璃如“ZBLAN”，适宜用作铥的基质。这些非硅酸盐玻璃不容易光纤化，不容易与现有的传输光纤接合，到目前为止，在商业应用上还受到限制。 在延伸L波段，掺稀土光纤一般基于重金属氧化物或氟化物。重金属氧化物玻璃的例子有基于氧化铥和氧化锑的玻璃。这两类玻璃都难于接合，因为它们熔点低，折射指数高。 在S波段和延伸L波段，研究人员研究了这样一种光学放大途径，它所用光纤的纤芯同时包含铒和铥。未审查韩国专利申请10-1998-00460125提到纤芯包含SiO2、P2O5、Al2O3、GeO2、Er2O3、Tm2O3(SPAGET)的光纤。Er和Tm离子在100-3000ppm范围之内，纤芯除包含Er和Tm外，还可以包含Yb、Ho、Pr和Tb。该文献还提到含SiO2、F、P2O5和B2O3的包层。 Er-Tm共掺杂氧化硅光纤激光器已经见诸报道。该激光器所用的光纤，其纤芯包含SiO2-Al2O3-GeO2-Er2O3-Tm2O3，在受到945-995nm泵激时，根据激光腔中的镜子参数、光纤长度、泵速和泵波长的情况，可以获得来自Er(～1.55μm)、Tm(～1.85-1.96μm)的发射，或者同时获得这两种发射。有两种光纤见诸报道。在第一种光纤中，Er/Tm浓度为6000/600ppm。在第二种光纤中，此浓度为1200/6000ppm。数值孔径(NAs)分别约为0.27和0.12。在这两种光纤中，第二种模式的截断波长约为1.4μm。第一种光纤能发出激光(增益)，而第二种则不。 报道了一种放大自发发射(ASE)的光源，它包含Er和Tm，与只含铒的光源相比，它在S波段的发射显著增强。此报道的光纤，其纤芯包含SiO2-Al2O3-GeO2-Er2O3-Tm2O3(SAGET)，并且包含两种含量的Er/Tm。在第一种光纤中，Er/Tm浓度为1200/6000ppm。在第二种光纤中该浓度为300/600ppm。两种光纤的NA分别为0.2和0.22。在这两种情况下，～90nmFWHM前ASE峰在～1460-1550nm之间。第二种光纤的ASE比第一种光纤大约高5dB。 最后，据报道，L波段放大器模块包含两个独立的光纤类型，一种只掺杂铒，另一种只掺杂铥。将两种光纤合并到一起。掺铥光纤可吸收掺铒光纤发射的一部分光，从而改变了增益坡度。 由于对宽波段服务的要求越来越强烈，急需这样一种单放大器，它与硅酸盐传输光纤相容，在1570-～1630nm波长之间即延伸L波段，具有显著的增益。与传统L波段放大器相比，一种延伸L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导，它包括：ａ）芯体；ｂ）围绕芯体的包层，所述包层用的是其折射指数比芯体小的材料；ｃ）其中，所述芯体包含二氧化硅、Ａｌ、非荧光稀土离子、Ｇｅ、Ｅｒ和Ｔｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MT安德森，CR查特，JR昂斯托特，KD布德，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]