JP2010135801A - 電離放射線に耐性を有する光ファイバ増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】強力な電離放射線環境において、限られた光損失で使用されうる増幅ファイバ、またはレーザファイバを提供すること。
【解決手段】増幅光ファイバまたはレーザ光ファイバは、光信号の送信および増幅に適した中心コアと、中心コアを取り囲み、送信された光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッドとを含む。コアは、マトリックスを有し、かつ希土類ドーピングのシリカベースナノ粒子を含む。各ナノ粒子は、少なくとも８５重量％（８５ｗｔ％）のシリカを含む。そのようなファイバは、強力な電離放射線環境において、限られた光損失で使用されうる。
【選択図】図１

Description

本発明は光ファイバの分野に関し、より詳細には、送信された光信号の増幅に適した増幅光ファイバに関する。増幅ファイバは、特に、高速送信線増幅器として、またはレーザにおいて使用されうる。本発明は、電離放射線を伴う環境における、そのような増幅ファイバの使用に関する。本発明はまた、そのようなファイバを生産する方法に関する。

標準的な方式では、光ファイバは、機能が光信号を送信しかつ任意選択で増幅することである光コアと、機能が光信号をコア内に閉じ込めることである光クラッドから成る。この目的のために、コアの屈折率ｎ_ｃおよびクラッドの屈折率ｎ_ｇは、ｎ_ｃ＞ｎ_ｇのようになる。

ファイバ増幅器、および特に希土類元素でドーピングされたファイバは、通常、光用途に使用される。

例えば、エルビウムドーピングは、送信された光信号を増幅するための光通信システムで使用される。そのようなファイバは、ＥＤＦＡすなわち「エルビウムドーピングファイバ増幅器」において使用され、増幅の改善を可能にする相補型ドーピング元素、例えばＷＤＭ（波長密度多重）用途に対する利得帯域幅を拡大するためのアルミナなど、と任意選択で組み合わされる、２５０から１０００質量ｐｐｍ（０．０２５から０．１重量％）程度の濃度のエルビウムなどのドーピング元素を含むシリカマトリックスから成る中心コアを有する。

イッテルビウムドーピングは、多くの場合、例えば軍事用途の１μｍレーザなど、レーザ用ファイバにおいて使用される。イッテルビウムはまた、エルビウムによるポンピング信号の吸収効率を改善するために、ＥＤＦＡファイバにおいて使用されうる。同様に、他の希土類元素が、単独で、または求められる用途に応じて組合せで使用されうる。

それ自体知られているように、希土類ドーピングファイバの中の光増幅は、希土類イオン（例えば、ＥＤＦＡにおけるＥｒ^３＋イオン）を励起するポンピング信号をファイバ内に注入することにより動作する。光信号が光ファイバのこの部分を通過するときに、光信号は、入射光子とすべての点で同一の光子を生成することによる誘導放射により、イオンを消勢する。光信号は、それゆえ２倍になる。エルビウムの代替として、あるいはエルビウムとの組合せで、イッテルビウム（Ｙｂ）またはツリウム（Ｔｍ）など、他の希土類元素が、信号増幅用ドーピング元素として使用されうる。ミラーシステムまたはブラッグ格子システムで構成される共振空洞と組み合わせた、そのようなファイバの部分は、波長および出力が使用される希土類元素とその濃度に依存する、レーザファイバを形成する。

増幅光ファイバは、希土類イオンをファイバコアのシリカマトリックスの中に組み込むことにより生産される。希土類イオンのファイバコア内への組み込みには、一般に、増幅利得を改善するため、および／または増幅帯域を拡大するため、および／またはコアマトリックスの中での希土類ドーパントの分散の不均等性を制限するために、他のドーパントが付け加えられる。通常、希土類ドーパントの組込みには、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および／または燐（Ｐ）が付け加えられる。さらに、増幅ファイバはまた、送信された信号を誘導しかつ閉じ込めるのに必要なステップインデックスをもたらすために、ゲルマニウム（Ｇｅ）をコア内に含むことができる。

それ自体知られているように、ファイバ内で送信される信号は、伝送される距離に比例して累積される光損失を受ける。これらの送信損失は、ベータ線、アルファ線、ガンマ線、およびエックス線など、電離放射線に曝されるときに、大幅に増加する。ファイバは、例えば原子力発電所、粒子加速研究所、または宇宙に打ち上げられた衛星など、その環境が電離放射線を含む光システムの中で使用されるときに、そのような放射線に曝されうる。そのような環境において、放射線は、宇宙環境に対して１００Ｇｒａｙすなわち１０，０００ｒａｄ以上の水準に、あるいはさらに、原子力発電所の場合には１ＭＧｒａｙ（１０^８Ｒａｄ）程度の水準に到達しうる。

仮に、放射線に耐性を有する光ファイバが、データ送信を確実にするために、放射性環境において使用されるとしても、増幅機能は、一般に、電子システムにより確保される。

現在、これらの放射性環境における全光システムの使用が、探求されている。

そのような環境において使用されるように、（希土類でドーピングされない）特別に設計された受動ファイバが存在する。例えば、ＵＳ４６９０５０４は、ゲルマニウム（Ｇｅ）をコア内に含まない、そのようなファイバを開示している。ゲルマニウムがコア内に存在しないことは、改善された電離放射線耐性を得ることを可能にする。光クラッドは、したがって、フッ素など、シリカの屈折率を減ずる効果を有するドーパントでドーピングされる。この文献はまた、コア内の過剰な酸素を補償するために、コアがフッ素で軽度にドーピングされるファイバに関する実施形態を開示している。

ＵＳ５５０９１０１は、特に、エックス線およびガンマ線に耐性を有する光ファイバを開示している。このファイバは、フッ素でドーピングされたコアおよびクラッドを有する。この文献は、異なる濃度のフッ素およびゲルマニウムに関するいくつかの実施形態を記載している。この文献は、ファイバがまた、ゲルマニウムをコアの中に含むときに、送信損失が減少することを示している。

Ｔａｍｍｅｌａら、（「ｄｉｒｅｃｔ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｖｅｒｙ ｓｈｏｒｔ ｈｉｇｈ ｇａｉｎ Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓ」、ＥＣＯＣ ２００２；２８ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ＩＥＥＥ Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ、ＮＪ、Ｕ．Ｓ．Ａ．、Ｖｏｌ．４、２００２、２頁）は、ガラスを形成する元素およびドーパントがすべて、小型増幅器の中で使用される高度にＥｒドーピングされたファイバを製造するためのトーチの中で互いに反応しあう、蒸着ベースプロセスを開示している。

ＷＯ２００５／１０９０５５は、純粋なシリカコアとフッ素でドーピングされたクラッドを有する光ファイバを開示している。この文献は、光クラッドの直径とコアの直径の間の、９と１０の間の高い比が、ファイバの電離放射線への耐性を改善することを示している。

純粋なシリカコア、またはフッ素でドーピングされたコアを有するファイバは、ゲルマニウムでドーピングされたシリカコアを有するファイバ、あるいは、燐をコア内、またはクラッド内に含むファイバに比べて、放射性環境においてより少ない損失を示すことが、証明されてきた。それにもかかわらず、増幅ファイバの特別な場合には、コア内の希土類ドーパント、ならびに利得を改善するためのドーパントの不可欠な存在が、そのファイバが電離放射線に曝されるときに、かなりの損失をもたらす。

現在、アルミナまたは燐の存在が、ファイバが電離放射線に曝されるときに、明確な光損失の増加をもたらすことが証明されてきた。

Ｈ．Ｈｅｎｓｃｈｅｌら、「Ｒａｄｉａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ ｌｏｓｓ ｏｆ Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｒｅｓ」、ＩＥＥＥ １９９８、４３９−４４４頁の刊行物は、放射性環境における増幅ファイバ損失の増加のこの問題を、明確に認識している。この刊行物は、ドーパント濃度を制限することを提案してはいるが、放射線に耐性を有する増幅光ファイバに至るための製造方法を実際に指定してはいない。

ＵＳ２００３／１７５００３は、ナノ粒子のマトリックスがコアの組成とは異なる組成を有するナノ粒子を組み込むことにより、希土類元素がファイバコア内に導入される、増幅光ファイバの生産方法を記載している。ナノ粒子は、エルビウムでドーピングされたアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはアンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）のマトリックスを有する。しかし、そのようなナノ粒子の組成は、放射線に耐えるために特に設計されてはいない。

米国特許第４６９０５０４号明細書 米国特許第５５０９１０１号明細書 国際公開第２００５／１０９０５５号パンフレット 米国特許出願公開第２００３／１７５００３号明細書 欧州特許第１７６４３５０号明細書 国際公開第２００７／０２０３６２号パンフレット

Ｔａｍｍｅｌａら、「ｄｉｒｅｃｔ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｖｅｒｙ ｓｈｏｒｔ ｈｉｇｈ ｇａｉｎ Ｅｒ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒｓ」、ＥＣＯＣ ２００２；２８ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ＩＥＥＥ Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ、ＮＪ、Ｕ．Ｓ．Ａ．、Ｖｏｌ．４、２００２、２頁 Ｈ．Ｈｅｎｓｃｈｅｌら、「Ｒａｄｉａｔｉｏｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ ｌｏｓｓ ｏｆ Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｒｅｓ」、ＩＥＥＥ １９９８、４３９−４４４頁

強力な電離放射線を伴う環境において、限られた光損失で使用されうる増幅ファイバまたはレーザファイバの必要性が存在する。

この目的のために、本発明は、放射線に敏感な他のいかなるドーパントも追加することなく、希土類ドーパントをコアの中に含む光ファイバを提案する。特に、そのファイバコアは、アルミナも燐も含まない。そのようなドーパントが存在しないことは、また、照射（ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ）前のバックグランド損失の水準を最小にすることを可能にする。「バックグランド損失」とは、希土類イオンの吸収帯域の外で、かつ放射性環境における実施の前に、測定されたファイバの光損失を意味する。そのような光ファイバは、希土類ドーピングの純粋なシリカナノ粒子をファイバコア内に組み込むことにより得られうる。

したがって、本発明は、光信号の送信および増幅に適した中心コアと、中心コアを取り囲み、送信された光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッドとを含み、ファイバコアがマトリックスを有しかつ希土類ドーピングナノ粒子を含み、各ナノ粒子が少なくとも８５重量％（８５ｗｔ％）のシリカを含むシリカベースマトリックスを有する光ファイバに関する。好ましくは、各ナノ粒子のマトリックスは、少なくとも９５重量％（９５ｗｔ％）のシリカを含む。

実施形態によれば、本発明によるファイバは、下記の特性のうちの１つまたは複数の特性を含むことができる：
− コアマトリックスは、燐を含まないシリカベースマトリックスである、
− コアマトリックスは、アルミナを含まないシリカベースマトリックスである、
− コアマトリックスは、純粋なシリカマトリックスである、
− コアマトリックスは、フッ素ドーピングのシリカベースマトリックスである、
− コアマトリックスは、窒素ドーピングのシリカベースマトリックスである、
− コアマトリックスは、ゲルマニウムドーピングのシリカベースマトリックスである、
− 各ナノ粒子のマトリックスは、純粋なシリカマトリックスである、
− 各ナノ粒子のマトリックスは、コア内のアルミナの濃度が３重量％未満であるような濃度でアルミナを含む、
− 希土類ドーパントが、エルビウム、イッテルビウム、ツリウム、またはそれらの組合せから選択される、
− 増幅光ファイバまたはレーザ光ファイバが、１ｎｍと４０ｎｍの間、好ましくは１ｎｍと３０ｎｍの間に含まれる利得幅を有する、
− 増幅光ファイバまたはレーザ光ファイバが、照射の前にエルビウムの吸収帯域の外で、１２００ｎｍにて１．５ｄＢ／ｋｍ以下の光損失を有する、
− 増幅光ファイバまたはレーザ光ファイバが、大気温度において、０．０８Ｇｙ／ｍｉｎ（８Ｒａｄ／ｍｉｎ）にて３００Ｇｙの照射を受けて、１５５０ｎｍにて０．０５ｄＢ／ｍ未満の損失増分を有する。

本発明はまた、１５５０ｎｍにて２５ｄＢの利得を有する増幅に必要なファイバ長さが１０ｍ未満である、エルビウムでドーピングされた、本発明によるファイバの一部分を含む光増幅器に関する。

本発明はまた、本発明によるファイバの一部分を含むレーザに関する。

本発明はまた、光信号の送信および増幅に適した中心コアと、中心コアを取り囲み、送信された光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッドとを含む光ファイバの一次プリフォームを生産する方法であって、
− 希土類ドーピングのシリカベースナノ粒子を合成するステップであって、各ナノ粒子が少なくとも８５重量％、好ましくは少なくとも９５重量％のシリカを含む、ステップと、
− ナノ粒子を水溶液の中に分散させるステップと、
− 一次プリフォームのコアを形成するために、シリカチューブの内部多孔質層を前記溶液で含浸するステップと
を含む方法に関する。

一実施形態によれば、ナノ粒子を合成するステップは、希土類塩前駆体に対するシリカ塩前駆体のモル比が３０と３００の間に含まれる状態で、希土類塩およびシリカ塩の前駆体を水溶液中に共沈させるステップを含む。

本発明の他の特性および利点は、以下の説明を読めば明らかになろう。この説明は、例として与えられる本発明の実施形態を参照して与えられる。説明は、添付の図面を参照して与えられる。

本発明の第１の実施形態によるファイバの、設定プロファイルを示すグラフである。 本発明の第２の実施形態によるファイバの、設定プロファイルを示すグラフである。 本発明による増幅光ファイバの生産方法を示す概略図である。

本発明による光ファイバは、光信号の送信および増幅に適した中心コアと、中心コアを取り囲み、送信された光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッドと、一般にシリカで構成される外部クラッドとを含む。通常、中心コアおよび光クラッドは、気相蒸着（ＣＶＤ、ＯＶＤ、ＶＡＤ、など）により得られる。ＣＶＤタイプの方法の場合、外部クラッドはデポジションチューブにより、また任意選択でリフィリングまたはスリービングにより、構成される。一般に、揮発しにくい元素（希土類、アルミナ、など）が、一次プリフォームのコアを形成するためのＣＶＤ工程の間に、多孔質シリカロッドの含浸により組み込まれる。

本発明によるファイバコアは、シリカタイプのマトリックスにより、また希土類元素でドーピングされたナノ粒子により構成される。コアおよびナノ粒子マトリックスは、放射線に敏感なドーパントの存在を最小にするように、あるいは除去さえするように、特別に設計される。例えば、希土類イオンの純粋なシリカナノ粒子内への組み込みは、電離放射線に敏感な他のドーパントを組み込むことなく、希土類イオンをコア内に導入することを可能にする。こうして、燐（Ｐ）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の痕跡を含まないアクティブ（増幅またはレーザ）ファイバを得ることができる。しかし、ナノ粒子は、希土類ドーパント以外の元素を含むことができる。例えば、ナノ粒子のシリカマトリックスは、Ｅｒ^３＋イオンの小塊の形成を制限する少量のアルミナを含むことが可能となる。しかし、アルミナのコア内の濃度は、知られているファイバに比べると、非常に制限される。

ファイバコアは、これらの希土類ドーピングの純粋なシリカナノ粒子を含む純粋なシリカマトリックスでありうる。したがって、ファイバは、電離放射線に対して特に耐性がある。しかし、ファイバコアは、電離放射線に敏感でないかまたはわずかに敏感な、フッ素および／または窒素など、他のドーパントを含むことができる。ファイバコアは、増幅ファイバが比較的短い長さにわたってのみ使用されるという範囲で、ゲルマニウムを含むことさえ可能である。

ファイバコアが、純粋なシリカで作られるかまたはフッ素でドーピングされる場合は、光クラッドは、光信号をファイバコアの中に誘導する機能を確保するために、必然的に埋め込みクラッド（すなわち、外部クラッドのインデックスより小さいインデックスを有する）となるであろう。したがって、光クラッドは、フッ素でドーピングされうるか、またはマイクロパーフォレーションを有することができる。

カットオフ波長、またはモード径など、ファイバの光幾何学的パラメータを最適化するために、ファイバコアはゲルマニウムでドーピングされうる。ファイバコアが、ゲルマニウムまたは窒素でドーピングされたシリカで作られている場合は、光クラッドは、純粋なシリカで作られうるか、あるいはフッ素および／またはゲルマニウムで軽度にドーピングされうる。光幾何学的パラメータの最適化により、ゲルマニウムを含むコアの場合には電離放射線への耐性が低いとしても、特に、標準化システムの他の光ファイバとの改善された互換性が見込まれる。

図１および図２は、本発明による増幅ファイバに対する２つの可能なインデックスプロファイルを示す。これらのプロファイルは、設定プロファイルである。図１および図２の例のプロファイルは、非常に異なっている。実際には、本発明は、特定のファイバプロファイルに限定されない。

光ファイバに対して、インデックスプロファイルは、一般に、ファイバの半径に応じた屈折率を表すグラフの外観により分類される。標準的な方式では、ファイバの中心までの距離ｒがｘ軸上に示され、ｙ軸上に、コアの屈折率と、外側クラッド（一般に、純粋なシリカで作られる）の屈折率と比較されたクラッドの屈折率との間の屈折率差が示される。

図１は、本発明による増幅ファイバに対するインデックスプロファイルの最初の例を示す。

図１の例において、ファイバコアは純粋なシリカで作られる。したがって、ファイバの光クラッドは、例えばフッ素でドーピングされたシリカで作られ、コアと−１９×１０^−３のインデックス差を有する埋め込みクラッドである。外部クラッドは、純粋なシリカと−１×１０^−３の差のインデックスを有する、フッ素で軽度にドーピングされたシリカで作られる。ファイバコアの直径は４μｍであり、コアの直径に対する光クラッドの直径の比は、およそ１５である。そのようなプロファイルは、信号のコア内部への十分な閉じ込めを確保することを可能にし、また、コア内部に希土類ドーパントの他のいかなるドーパントも存在しないことは、放射性環境における光損失増分を制限することを可能にする。

図２は、本発明による増幅ファイバに対するインデックスプロファイルの２番目の例を示す。

図２の例において、ファイバコアは、ゲルマニウムでドーピングされたシリカで作られ、コアは、光クラッドのインデックスに関して＋１９×１０^−３のインデックス差を有する。光クラッドは、ゲルマニウムとフッ素で共ドーピングされたシリカで構成され、外部クラッドは、純粋なシリカで作製される。ファイバコアの直径は３．６μｍであり、コアの直径に対する光クラッドの直径の比は、光クラッドのインデックスに依存し、光クラッドがより埋め込まれるほど比は高くなる。外部クラッドのインデックスに等しい光クラッドインデックスの場合は、この比は大幅に縮小され、例えば、この比は３程度になりうる。そのようなプロファイルは、より低い生産コストで、信号のコア内への十分な閉じ込めを確保することを可能にする。コアの中のゲルマニウムの存在は、放射性環境において、図１のファイバの光損失の増分よりも大きいが制限された状態を維持する、光損失の増分をもたらす。

図３は、本発明による増幅光ファイバの生産のための、可能な実施形態を示す。

１）ナノ粒子の合成：
エルビウムでドーピングされたシリカナノ粒子は、化学的または物理的合成により生産され、水溶液の中に分散されうる。

例えば、これらのナノ粒子を得ることは、水性媒体中の共沈、ならびに制御されたｐＨを有するシリカ塩前駆体と希土類塩前駆体の塩基触媒作用が実施されるという化学的手段によって可能となる。シリカ塩前駆体と希土類塩前駆体のモル比は、少なくとも８５重量％（８５ｗｔ％）のシリカ、好ましくは少なくとも９５重量％（９５ｗｔ％）のシリカを含むシリカベースマトリックスを有するナノ粒子を得るために、３０と３００の間に含まれる。

ナノ粒子のサイズは、反応パラメータ、特に、触媒の量、反応物の濃度、反応時間、媒体のイオン強度、および界面活性剤の存在など、の選択により制御される。制御されたサイズのナノ粒子が、こうして得られ、これらのナノ粒子は、次いで、洗浄され、水中に規定の濃度で再分散される。ナノ粒子のマトリックスの中にアルミナを含むことを望む場合は、アルミニウム前駆体を共沈に加えることが可能である。いずれの場合でも、ナノ粒子のマトリックスは、少なくとも８５重量％のシリカ、好ましくは少なくとも９５重量％のシリカを含むであろう。さらに、アルミニウムの添加は、ファイバコア内のアルミナ濃度が３重量％未満になるように制限される。

所与のスペクトル窓にわたって光ポンピングによる増幅を可能にする任意の希土類元素は、本発明により、単独で、または組合せで使用されうる。好ましくは、エルビウム、イッテルビウム、ツリウム、またはそれらの組合せが使用される。

２）プリフォームのコア内のナノ粒子の統合：
安定な懸濁液の中のナノ粒子の溶液は、次に、一次プリフォームのドーピングコアを形成するために、ＭＣＶＤ工程の間にシリカロッドの多孔質コアを含浸するために使用される。これにプリフォームの乾燥が続き、さらにガラス化および収縮が続く。

３）（プロファイルによる）誘導構造の生産：
光クラッドは、特に、光クラッドがフッ素で高度にドーピングされるときは、ＭＣＶＤ工程により、またはＰＣＶＤ工程により生産されうる。

４）最終プリフォームの生産：
一次プリフォームはまた、最終プリフォームを形成するために、リフィリング工程またはスリービングを受ける。このプリフォームは、次に、光ファイバを得るために、ファイバ引き抜きタワー上で引き抜かれうる。

そのような生産方法は、放射線に対する十分な耐性を有しながら、定められたスペクトル窓にわたって十分な増幅を確保するのに十分な希土類ドーパント濃度を有する増幅光ファイバを得ることを可能にする。

コア内の希土類元素の重量濃度は、使用された元素および求められた利得に応じて、１００ｐｐｍと数重量％の間に含まれうる。増幅スペクトル窓は、使用される希土類元素に左右される。例えば、およそ３００ｐｐｍのエルビウムを含むファイバを用いれば、１５５０ｎｍにて２３ｄＢの利得を有するＥＤＦＡを得るためには、２０メートルほどで十分であろう。ファイバ内のエルビウム濃度の増加により、１０ｍ未満のファイバ長さで１５５０ｎｍにて２５ｄＢの利得を有するＥＤＦＡを得ることが可能である。本発明によるファイバ内の利得値は、使用される希土類元素の濃度と種類に左右されるであろう。本発明によるファイバは、１ｎｍと４０ｎｍの間、好ましくは１ｎｍと３０ｎｍの間に含まれる利得幅を有する。利得幅は、とりわけ、ナノ粒子のマトリックス内に導入されるアルミナの量に左右される。

一般に、希土類ドーピングファイバは、主にコアマトリックス損失により求められるバックグランド損失（すなわち、希土類イオンの吸収帯域の外側）を示す。したがって、本発明のファイバの場合は、これらの損失は、照射の前後共に、制限された状態を維持するであろう。例えば、エルビウムでドーピングされたナノ粒子を含む、ゲルマニウムでドーピングされたシリカマトリックスに対して、本発明のファイバは、照射の前に、１２００ｎｍにて２ｄＢ／ｋｍ未満の損失を示す（１２００ｎｍの波長は、一般に、エルビウムドーピングファイバのバックグランド損失を特徴づけるために使用される波長である）。純粋なシリカマトリックスの場合は、これらの損失は、１２００ｎｍにて１．５ｄＢ／ｋｍ未満である。アルミナなどのドーパントの添加は、６重量％のＡｌに対して通常６ｄＢ／ｋｍまでの、これらの損失における増加をもたらすであろう。同じ狙いの特性（例えば一定の利得幅）に対して、アルミナのナノ粒子への添加はより少ないアルミナ含有量しか必要とせず、その結果より少ない損失しかもたらさないので、アルミナを、コアマトリックスよりはむしろナノ粒子のシリカマトリックスに加える方が好ましい。

大気温度で、０．０８Ｇｙ／ｍｉｎ（８Ｒａｄ／ｍｉｎ）の率で照射が実施された後、合計３００Ｇｙの線量（およそ１５年にわたる宇宙環境、または原子力発電所内の反応炉から離れた部分における典型的な線量）に対して、本発明によるファイバの減衰の増分は、１５５０ｎｍにて０．０５ｄＢ／ｍ未満である。同じ条件のもとで、標準的なエルビウムドーピングファイバは、１ｄＢ／ｍ程度の減衰の増分を有するであろう。より一般的には、本発明のファイバの照射に対する感度は、同じコアマトリックスを有する、希土類元素でドーピングされないファイバの感度に近いものと推測される。

本発明によるファイバは、電離放射線を伴う環境に置かれる小型光増幅器、例えば、素粒子物理学研究所、原子力発電所、または宇宙放射線に曝される衛星のイーサネット（登録商標）ネットワークにおいて使用されうる。ミラーシステムまたはブラッグ格子システムと組み合わされて、本発明のファイバはまた、上述の環境と同じ環境において、レーザファイバとして使用されうる。

Claims (19)

1. 光信号の送信および増幅に適した中心コアと、中心コアを取り囲み、送信された光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッドとを含み、ファイバコアがマトリックスを有しかつ希土類ドーピングナノ粒子を含み、各ナノ粒子が少なくとも８５重量％（８５ｗｔ％）のシリカを含むシリカベースマトリックスを有する、光ファイバ。
2. 各ナノ粒子のマトリックスが少なくとも９５重量％（９５ｗｔ％）のシリカを含む、請求項１に記載の光ファイバ。
3. コアマトリックスが燐（Ｐ）を含まないシリカベースマトリックスである、請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. コアマトリックスがアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含まないシリカベースマトリックスである、請求項１または２に記載の光ファイバ。
5. コアマトリックスが純粋なシリカマトリックスである、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
6. コアマトリックスが、フッ素（Ｆ）でドーピングされたシリカベースマトリックスである、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
7. コアマトリックスが、窒素（Ｎ）でドーピングされたシリカベースマトリックスである、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
8. コアマトリックスが、ゲルマニウム（Ｇｅ）でドーピングされたシリカベースマトリックスである、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
9. 各ナノ粒子のマトリックスが純粋なシリカマトリックスである、請求項１から８のいずれか一項に記載の光ファイバ。
10. 各ナノ粒子のマトリックスが、アルミナを、コア内のアルミナ濃度が３重量％未満であるように含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の光ファイバ。
11. １ｎｍと４０ｎｍの間、好ましくは１ｎｍと３０ｎｍの間に含まれる利得幅を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
12. 希土類ドーパントがエルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、またはそれらの組合せから選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光ファイバ。
13. 照射前にエルビウムの吸収帯域の外で、１２００ｎｍにて１．５ｄＢ／ｋｍ以下の光損失を有する、エルビウムでドーピングされた請求項１２に記載の光ファイバ。
14. 大気温度において０．０８Ｇｙ／ｍｉｎ（８Ｒａｄ／ｍｉｎ）で３００Ｇｙの照射を受けて、１５５０ｎｍにて０．０５ｄＢ／ｍ未満の損失増分を有する、請求項１３に記載の光ファイバ。
15. １５５０ｎｍにて２５ｄＢの利得を有する増幅に必要なファイバ長さが１０ｍ未満である、請求項１３または１４に記載のファイバの一部分を含む光増幅器。
16. 請求項１３または１４に記載の光ファイバの少なくとも一部分を含む、レーザ。
17. 光信号の送信および増幅に適した中心コアと、中心コアを取り囲み、送信された光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッドとを含む、光ファイバの一次プリフォームを生産する方法であって、
    − 希土類ドーピングのシリカベースナノ粒子を合成するステップであって、各ナノ粒子が少なくとも８５重量％（８５ｗｔ％）のシリカを含む、ステップと、
    − ナノ粒子を水溶液中に分散させるステップと、
    − 一次プリフォームのコアを形成するために、シリカチューブの内部多孔質層を前記溶液で含浸するステップと
    を含む、方法。
18. 合成された各ナノ粒子が、少なくとも９５重量％（９５ｗｔ％）のシリカを含む、請求項１７に記載の方法。
19. ナノ粒子を合成するステップが、希土類塩前駆体に対するシリカ塩前駆体のモル比が３０と３００の間に含まれる状態で、希土類塩およびシリカ塩の前駆体を水溶液中に共沈させるステップを含む、請求項１７または１８に記載の方法。

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