JP2010140024A - 増幅光ファイバおよび生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】希土類で高度にドープされ、かつファイバを損なうことなく高い光出力で使用可能な増幅光ファイバを提供すること。
【解決手段】増幅光ファイバは、光信号の送信および増幅に適した中心コア（１０）と、中心コアを取り囲み、送信される光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッド（１１）とを含み、中心コアは、主マトリックスで形成され希土類でドープされたナノ粒子（５）を含む。各ナノ粒子内の希土類ドーパントの重量濃度は、１重量％（ｗｔ．％）と２０重量％の間に含まれ、中心コアの主マトリックス内のナノ粒子濃度は、０．０５体積％と１体積％の間に含まれる。そのような光ファイバは、高出力での光黒化の現象を回避しながら、希土類イオンを高濃度で組み込む。
【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する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、またはレーザとして使用されうる。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。

増幅ファイバ、および特に、希土類元素でドープされたファイバは、一般に、数多くの光用途に使われる。

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長距離光通信システムに使用される。そのようなファイバは、ＥＤＦＡすなわち「エルビウムドープファイバ増幅器」で使用され、例えばＷＤＭ（波長密度多重）用途の利得帯域を広げるためのアルミナなど、増幅の改善を可能にする相補形ドーピング元素と任意選択で組み合わされた、２５０から１０００ｐｐｍ（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、強力なレーザ用途のファイバで使用される。ファイバの中のイッテルビウム濃度は、それゆえ非常に高い（数重量％）。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ファイバの中で使用されうる。

それ自体よく知られているように、希土類ドープファイバでの光増幅は、希土類イオン（例えば、ＥＤＦＡにおけるＥｒ^３＋）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、光信号は、入射光子とあらゆる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。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およびその濃度に依存するファイバレーザを形成する。

いくつかの用途において、増幅ファイバ出力において高出力を得ることが望ましい。また、光システムのサイズを削減することがますます求められており、それゆえコンパクトファイバにおける研究が行われている。この場合、増幅利得を増加させるために、ファイバコア内の希土類ドーパントの濃度を高めることが必要である。ところで、ファイバコア内の希土類ドーパントの濃度がかなり大きいときは、コアのシリカマトリックスの中に、イオンの小塊の形成が認められる。これらの小塊は、各希土類イオンの放射効率を損なう、ドーピングの不均等性を生じる。これは、例えば交差反応によるエネルギーの転移など、隣り合うイオン間に一定の共存する消勢パスが存在することによる、増幅利得の限界をもたらす。そのようなイオンクラスタはまた、ファイバ内で光信号が伝播する間に高出力ファイバのコア内で発生しうる光子の減損をさらに悪化させる。実際、コアのシリカマトリックスの中に存在する結晶欠陥は、消勢される希土類イオンにより放射される光子からエネルギーを吸収し、追加の損失を引き起こす、ファイバコア内の黒化点（ｄａｒｋｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）を生成する可能性がある。この体系は、シリカ網の中の欠陥が希土類イオンに近く、これらのイオンがクラスタの形で存在するときに、いっそう助長される。

Ｊ．Ｋｏｐｏｎｅｎら、「Ｌｉｅｋｋｉ Ｗｈｉｔｅ Ｐａｐｅｒ Ｐｈｏｔｏｄａｒｋｅｎｉｎｇ：Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｎｇ」、２００５年３月２９−３１日の刊行物は、希土類ドープ光ファイバの光黒化の問題を確認している。この刊行物は、光黒化の問題をコア内の希土類イオンクラスタの形成と関連づけて、いわゆるナノ粒子直接堆積（ＤＮＤ）法による、ナノ粒子（ＮＰｓ）の直接堆積による生産方法を使用することにより、不均等性を制限することを提案している。

この刊行物の中に記載される生産方法は、ファイバコアのドーピングによく使用されるＭＣＶＤ（修正化学蒸着法）の代替である。この刊行物の著者らは、シリカ形成とドーピングが同時に実施される外部蒸着（ＯＶＤ）技術をベースにする生産方法を提案している。希土類ドープシリカ粉末から成り、他の元素と任意選択で共ドープされるナノ粒子は、反応物がトーチの炎の中に同時に注入され、次いでファイバコアを構成するドープされたシリカのロッドを形成するために直接射出されるときに形成される。しかし、そのような生産方法は、ファイバコアの中のナノ粒子構造を保存することができず、これらのナノ粒子は、初期のプリフォームをもたらすガラス層を形成するために高温で溶解される前の蒸着法で得られるような、ドープシリカの粒子にすぎない。この刊行物の著者らは、この外部蒸着技術が、ＭＣＶＤ充填技術に比べてファイバコア内の希土類ドーパントのより良好な均等性を得ることを可能にすることを認識した。

しかし、希土類イオンは、やはり、ファイバコアのシリカマトリックスの中の、結晶欠陥の近くで見出されうる。さらに、ファイバコア内の黒化点の出現は、ファイバが高出力光信号の送信に使用され、高濃度の希土類ドーパントを有するときは、完全には回避されない。

希土類元素でドープされたナノ粒子をＭＣＶＤにより組み込むことにより、希土類ドーパントをファイバコア内に導入することが知られている。例えば、ＥＰ１３４７５４５またはＷＯ２００７／０２０３６２の文献は、ナノ粒子をファイバコア内に含む光ファイバを記載している。これらの文献に記載されるナノ粒子は、希土類ドーピング元素、ならびにアルミニウム、ランタン、アンチモン、ビスマスなど、信号増幅を改善する少なくとも１種類の元素を含む。しかし、これらの文献に記載されるナノ粒子の特性（設計、組成、サイズ、濃度）およびドーピングの特性は、高濃度の希土類イオンに対して、ファイバコア内の光黒化の削減または除去を保証しない。

欧州特許第１３４７５４５号明細書 国際公開第２００７／０２０３６２号パンフレット

Ｊ．Ｋｏｐｏｎｅｎら、「Ｐｈｏｔｏｄａｒｋｅｎｉｎｇ：Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｎｇ」、Ｌｉｅｋｋｉ Ｗｈｉｔｅ Ｐａｐｅｒ、２００５年３月２９−３１日 Ｐａｔｒａ Ａ、「Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｅｒ＜３＋＞ ｉｏｎｓ ｉｎ ＳｉＯ２−ＧｅＯ２ ａｎｄ Ａｌ２０３ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ｖｏｌ．１３２、ｎｏ．５、１ ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００４、ｐａｇｅｓ ２９９−３０３

希土類元素で高度にドープされ、かつファイバを損なうことなく高い光出力で使用可能な増幅光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、少なくとも１種類の希土類元素とマトリックスとを含み、希土類イオンのクラスタ（またはペア）の非存在と、希土類イオンとの相互作用の非存在と、シリカマトリックス中の希土類イオンおよび欠陥の間に障壁を形成するための、ＭＣＶＤによるファイバ生産中のナノ粒子の完全性とを確保するようにその化学組成および構造が選択されるマトリックスを含むナノ粒子の形で、高濃度の希土類ドーパントをコア内に組み込むことを提案する。

したがって、ファイバコアのシリカマトリックスの中の欠陥から離隔されながら、希土類イオンが均等なマトリックスの中に高濃度で組み込まれる、本発明による光ファイバを得る事が可能である。高出力で使用される増幅ファイバを損ねる光黒化現象は、こうして回避され、光信号の増幅効率は最大化される。

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、ならびに中心コアを取り囲み、送信される光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッドを含み、中心コアが主マトリックスで形成され希土類ドープナノ粒子を含む、光ファイバであって、各ナノ粒子内の希土類ドーパントの重量濃度が１重量％（ｗｔ．％）と２０重量％の間に含まれ、中心コアの主マトリックス内のナノ粒子濃度が０．０５体積％と１体積％の間、好ましくは０．０５体積％と０．２体積％の間に含まれることを特徴とする、光ファイバに関する。

一実施形態によれば、中心コアの主マトリックス内のナノ粒子濃度は、直径５ｎｍのナノ粒子に対して１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３超であり、直径１０ｎｍのナノ粒子に対して１０^１６ＮＰｓ／ｃｍ^３超である。

実施形態によれば、ナノ粒子マトリックスはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）をベースとすることができ、ナノ粒子マトリックスは燐（Ｐ）を含むことができ、中心コアの主マトリックスはシリカをベースとすることができ、希土類元素はエルビウム（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うる。

したがって、本発明は、本発明による光ファイバの少なくとも一部を含み、その光出力が１００ｎｓのパルスにおいて１０Ｗ以上のレーザに適用される。

本発明はまた、本発明による光ファイバの少なくとも一部を含み、その増幅器利得が、１ｍと３ｍの間に含まれるファイバ長さにおいて２０ｄＢ以上の光増幅器に適用される。

さらに、本発明は、光信号の送信および増幅に適する中心コアと、中心コアを取り囲み、送信される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、光ファイバの初期プリフォームを生産する方法であって、
− 各ナノ粒子中の希土類ドーパントの重量濃度が１重量％と２０重量％の間に含まれる希土類ドープナノ粒子を化学的に合成するステップと、
− ナノ粒子を、０．０５体積％と１体積％の間、好ましくは０．０５体積％と０．２体積％の間に含まれる濃度の水溶液中に分散させるステップと、
− 初期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側の多孔質を、前記溶液で充填するステップと
を含む方法に関する。

一実施形態によると、ナノ粒子は、直径５ｎｍのナノ粒子に対して１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３以上の、また直径１０ｎｍのナノ粒子に対して１０^１６ＮＰｓ／ｃｍ^３より高い濃度の水溶液の中に分散される。

一実施形態によると、方法はさらに、１０００℃超の温度で少なくとも１時間の間、充填された多孔質層の熱処理を実施するステップを含む。

一実施形態によると、ナノ粒子合成のステップは、１０と３００の間に含まれる、希土類塩の前駆体に対するアルミナ塩の前駆体のモル比で実施される。

本発明の他の特性および利点は、例として与えられた本発明の実施形態の以下の説明を添付の図面を参照して読めば、明らかになろう。

本発明による増幅ファイバを示す概略図である。 本発明による光ファイバプリフォームを生産する方法のステップを示す概略図である。

従来、光ファイバは、光信号を送信する機能および任意選択で増幅する機能を有する光コアと、光信号をコア内に閉じ込める機能を有す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。用語「光クラッド」は、ファイバの初期プリフォームの表面により構成される外部クラッドと対比して理解される。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は、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、比較的気化しにくい元素（希土類、アルミナ、など）は、初期プリフォームのコアを形成するために、ＣＶＤ工程中に多孔質シリカロッドの充填により組み込まれる。

図１は、本発明によるファイバを概略的に示す。

本発明のファイバ１５０は、光信号の送信および増幅に適する中心コア１０と、中心コアを取り囲み、送信される光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッド１１を含む。コア１０は、一般にはシリカの主マトリックスにより形成される。コアの主マトリックスは純粋なシリカであってよいが、より一般的には、コア内の光信号を誘導するために必要なステップインデックスを確保するために、ゲルマニウム、燐、アルミニウム、またはこれらの元素の組合せドープされたシリカであってよい。クラッド１１は、純粋なシリカまたはドープシリカであってよい。

本発明によるファイバのコア１０は、希土類イオンでドープされ、希土類イオンの可溶性を促進し、ファイバ生産の条件に耐性を示す組成および構造を有するマトリックスで形成された、ナノ粒子５を含む。このマトリックスは、プリフォームのコアの主マトリックスから分離されうる。

ナノ粒子のマトリックスの化学的組成および構造は、
ａ）希土類イオンのクラスタ（またはペア）の非存在、
ｂ）希土類イオンとナノ粒子マトリックスの間の相互作用（欠陥、吸収、など）の非存在、
ｃ）ファイバコアのシリカマトリックス内の、希土類イオンと欠陥の間に障壁を形成するための、ＭＣＶＤによるファイバ生産中のナノ粒子の完全性
を確保するように選択される。

イオンクラスタの形成を回避するために、２つの希土類イオン間の距離は、最短の隣接希土類同士の距離（およそ０．４ｎｍ、すなわち、希土類の均等な分散を仮定して希土類濃度は１０^２２イオン／ｃｍ^３未満）より大である必要がある。

したがって、各ナノ粒子内の希土類ドーパントの重量濃度は、企図される用途および希土類元素の選択に応じて、１重量％と２０重量％（０．２から５原子％）の間に含まれる。コア１０の主マトリックス中のナノ粒子５の濃度は、０．０５体積％と１体積％の間、好ましくは０．０５体積％と０．２体積％の間に含まれる。ナノ粒子濃度が０．０５体積％未満の場合、ファイバは十分な増幅レベルを示さない。ナノ粒子濃度が１％を超えると、イオンのペアまたはクラスタの形成により、増幅効率損失が認められる。さらに、ナノ粒子濃度があまりに高いと、散乱による光損失が増加する。

例えば、コア１０の主マトリックス内のナノ粒子５の濃度は、直径およそ５ｎｍのナノ粒子に対して１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３超であり、直径およそ１０ｎｍのナノ粒子に対して１０^１６ＮＰｓ／ｃｍ^３超である。ナノ粒子マトリックスでは、良好な分散の高い希土類イオン濃度が可能になる。これにより、イオンクラスタの形成および高出力時の黒化点の出現を回避しながら、最大化された光信号の増幅効率を有する高ドープ増幅ファイバを得ることができる。

ナノ粒子の合成方法は、高出力時の黒化点出現の原因となる欠陥の形成をもたらさないように選択される必要がある。したがって、運動力学に支配され、ネットワーク欠陥の形成を促進する、均衡を欠いて形成される構造をもたらす物理的方法に比べて、熱力学的に安定な化学量的構造の形成を促進するソフト化学による合成方法を使用することが好ましい。

Ｅｒドープシリカタイプのファイバに対して、実際には、交差反応によるエネルギー転移が、１０^１９原子／ｃｍ^３（およそ０．２５重量％）から認められる（隣接イオン間の消勢）。このエネルギー転移が認められることが、このような比較的低濃度から始まることは、シリカマトリックスが希土類元素の組込みに適していないことを示す。ナノ粒子マトリックスの組成は、それゆえ、希土類イオンを、隣接するイオン間のエネルギー転移なしに高濃度で組み込むことができるように、希土類イオンの分散および溶解性を促進するために選択される。例えば、アルミナは、高濃度の希土類イオン、数重量％程度の希土類の組込みを可能にすることが知られている。各ナノ粒子内のドーパント濃度は、それゆえ、良好な分散を維持しながら非常に高くなりうる（シリカマトリックス内で認められる限界の１０倍）。所与のサイズのナノ粒子に対して、ファイバコア内の希土類イオンの最終濃度は、組み込まれるナノ粒子の濃度により決定される。

本発明の枠組みの中で使用される希土類元素は、エルビウム、イッテルビウム、ツリウム、またはその組合せ、あるいはまた、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とする任意の他の希土類元素であってよい。

ナノ粒子マトリックスは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であってよい。アルミニウムは、ナノ粒子中の希土類ドーパントの良好な分散を可能にし、ＷＤＭ用途に対してスペクトル窓の中の増幅利得が拡大することを可能にする。また、ナノ粒子マトリックスは、もしこのマトリックスが高濃度の希土類イオンを溶解させ、ファイバコアのマトリックスの中の希土類ドーパントと結晶欠陥の間の物理的障壁を維持することを可能にするならば、アルミナ以外の酸化物で構成されうる。ナノ粒子マトリックスは、使用時間に応じた、送信効率に有害な欠陥をもたらさない。

ナノ粒子マトリックスはまた、例えばＥｒ／Ｙｂ共ドープの場合に、ＹｂからＥｒへのエネルギー転移によるＥｒの吸収効率を促進するために燐を含むことができる。

図２は、本発明による光ファイバの実施形態を示す。

ナノ粒子は、化学的または物理的合成により生産される。熱力学的に安定な化学量的構造の形成を促進する化学的合成が好ましい。いわゆる「ゾルゲル」標準方法は、アルミナ塩と希土類塩の前駆体の共沈により、制御されたｐＨにおける水溶液５０の中でナノ粒子を化学的に合成するために使用されうる。例えば、窒化物または塩化物などの無機塩類は、アルミナの前駆体として使用可能であり、無機塩類（窒化物または塩化物）あるいはアセチルアセトネートまたはアセテートなどの無機塩類は、エルビウム、イッテルビウム、またはツリウムの前駆体として使用されうる。アルミナ塩と希土類塩の前駆体のモル比は、企図される用途および土類元素の選択に応じて１重量％と２０重量％の間に含まれる、各ナノ粒子中の希土類ドーパントの重量濃度を得るために、１０から３００の間に含まれる。

次に、ナノ粒子は、０．０５体積％と１体積％の間、好ましくは０．０５体積％と０．２体積％の間に含まれるナノ粒子濃度の水溶液またはアルコール溶液６０の中で洗浄され分散される。例えば、ナノ粒子は、直径５ｎｍのナノ粒子に対して１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３以上、また直径１０ｎｍのナノ粒子に対して１０^１６ＮＰｓ／ｃｍ^３以上のナノ粒子濃度の水溶液またはアルコール溶液６０の中に分散される。

シリカチューブにより形成された多孔質コアおよびクラッドを有するシリカチューブ１００が、ＭＣＶＤにより、さらに生産される。安定な懸濁液の中のナノ粒子の溶液６０は、次いで、初期プリフォームのドープコアを形成するためのＭＣＶＤ工程中に、シリカチューブの多孔質コアを充填する（１１０）ために使用される。溶液６０の溶媒は、プリフォーム生産中にほぼ完全に除去されるため、溶液６０の中の懸濁液の中のナノ粒子の体積濃度と、ファイバコアのマトリックスの中のナノ粒子の体積濃度は、実質的に同じである。

各ナノ粒子のマトリックスが、最終のファイバ内で保存され、ファイバコアの希土類イオンとシリカマトリックスの結晶欠陥との間に物理的障壁を構成することができるために、ナノ粒子がファイバ生産中の条件（温度および応力）に耐えうることが重要である。したがって、あるマトリックスに対して、充填により初期プリフォームのコアの中にナノ粒子を組み込んだ後、ナノ粒子を熱的に濃縮するステップが提供されうる。チューブは、こうして、コアの中のナノ粒子構造を強化するために、１０００℃超の温度で少なくとも１時間の熱処理を受けることができる。

次いで、これに、初期プリフォームを得るためのガラス化および収縮の工程１２０が続き、最後に、光ファイバ１５０を引き抜くためのファイバ引き抜きタワーで使用されうる最終プリフォームを形成するための、リフィリング工程が続く。

（実施例１）
パルスレーザ用光ファイバの生産
イッテルビウムドープアルミナのナノ粒子の化学的合成が、実施される。ナノ粒子のサイズは、およそ５ｎｍである。アルミナ塩およびイッテルビウム塩の前駆体は、制御されたｐＨ（最終ｐＨが４）の水溶液中に共沈する。アルミナ塩とイッテルビウム塩の前駆体のモル比は、アルミナマトリックス中でのイッテルビウムイオンの良好な分散を保証するために、およそ２０である。こうして、クラスタ形成を回避するために、各ナノ粒子中の２つのイッテルビウムイオン間の最小距離を確保することが可能になる。

これらのナノ粒子の水溶液は、およそ８ｘ１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３の濃度で調製される。この溶液は、次いで、ＭＣＶＤ工程により多孔質シリカのロッドのコアを充填するために使用される。１０００℃超の温度で少なくとも１時間の熱処理が、コアの中のナノ粒子構造を強化するために、コアのガラス化のステップの前に加えられる。初期プリフォームは、次いで、ガラス化および中実化の工程を受け、その後、光ファイバを引き抜くためのファイバ引き抜きタワーで使用されうる最終プリフォームを形成するために、リフィリング工程を受ける。

こうして、コア内のイッテルビウムが２から３重量％の濃度の、イッテルビウムでドープされたファイバは、イオンの小塊の形成も、ファイバが高い光出力で使用されるときの黒化点の出現もなしに得られる。そのような光ファイバは、１００ｎｓのパルスに対して１０Ｗ以上の出力光電力のパルス状レーザとして使用されうる。

（実施例２）
小型増幅器用光ファイバの生産
エルビウムドープアルミナのナノ粒子の化学的合成が、実施される。ナノ粒子のサイズは、およそ１０ｎｍである。アルミナ塩およびエルビウム塩の前駆体は、制御されたｐＨ（最終ｐＨが９）の水溶液の中に共沈する。アルミナ塩とエルビウム塩の前駆体のモル比は、アルミナマトリックス中のエルビウムイオンの良好な分散を保証し、Ｅｒ利得帯域の拡大が可能な各エルビウムイオンの近くで高濃度のアルミニウムを確保するために、およそ２００である。クラスタの形成を回避するために、各ナノ粒子の中で、２つのエルビウムイオン間の最小距離が確保されうる。

これらのナノ粒子の水溶液は、およそ２ｘ１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３の濃度で調製される。次に、この溶液は、ＭＣＶＤ工程により、多孔質シリカのロッドのコアを充填するために使用される。１０００℃超の温度で少なくとも１時間の熱処理が、コアの中のナノ粒子構造を強化するために、コアのガラス化の段階の前に加えられる。初期プリフォームは、次いで、ガラス化および中実化の工程を受け、その後、光ファイバを引き抜くためのファイバ引き抜きタワーで使用されうる最終プリフォームを形成するために、リフィリング工程を受ける。

こうして、コア内のエルビウムが０．２重量％の濃度の、エルビウムでドープされたファイバが、イオンのクラスタの形成も、ファイバが高い光出力で使用されるときの黒化点の出現もなしに得られる。そのような光ファイバは、Ｃバンドの光送信において、２から３メートルのファイバに対して２０ｄＢ以上の出力光電力の小型増幅器の中で使用されうる。

上述の２つの実施例は、可能性のある本発明の用途に限定されない。特に、光増幅器は、アルミナ以外のマトリックスを有し、エルビウム以外の希土類元素でドープされたナノ粒子で生産されうる。増幅ファイバ利得は、使用される希土類元素の濃度および種類に依存するであろう。同様に、レーザは、アルミナ以外のマトリックスを有し、イッテルビウム以外の希土類元素でドープされたナノ粒子で生産されうる。レーザ出力は、使用される希土類元素の濃度および種類に依存するであろう。

５ ナノ粒子
１０ 中心コア
１１ 光クラッド
５０ 水溶液
６０ アルコール溶液、ナノ粒子の溶液
１００ シリカチューブ
１１０ シリカチューブの多孔質コア
１２０ 収縮操作
１５０ 光ファイバ

Claims (16)

1. 光信号の送信および増幅に適した中心コア（１０）と、中心コアを取り囲み、送信される光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッド（１１）とを含み、中心コア（１０）が、主マトリックスで形成され、希土類でドープされたナノ粒子（５）を含む光ファイバ（１５０）であって、各ナノ粒子の中の希土類ドーパントの重量濃度が１重量％（ｗｔ％）と２０重量％の間に含まれ、中心コアの主マトリックスの中のナノ粒子濃度が０．０５体積％と１体積％の間に含まれることを特徴とする、光ファイバ。
2. 中心コアの主マトリックスの中のナノ粒子濃度が、０．０５体積％と０．２体積％の間に含まれる、請求項１に記載の光ファイバ。
3. 中心コアの主マトリックスの中のナノ粒子濃度が、直径５ｎｍのナノ粒子に対して１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３超である、請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 中心コアの主マトリックスの中のナノ粒子濃度が、直径１０ｎｍのナノ粒子に対して１０^１６ＮＰｓ／ｃｍ^３超である、請求項１または２に記載の光ファイバ。
5. ナノ粒子マトリックスがアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）をベースとする、請求項１から４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
6. 中心コアの主マトリックスがシリカをベースとする、請求項１から５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
7. ナノ粒子マトリックスが燐（Ｐ）を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
8. 希土類元素が、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７のいずれか一項に記載の光ファイバ。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の光ファイバの少なくとも一部分を含み、光出力が１００ｎｓのパルスに対して１０Ｗ以上である、レーザ。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の光ファイバの少なくとも一部分を含み、利得が、１ｍと３ｍの間に含まれるファイバ長さに対して２０ｄＢ以上である、光増幅器。
11. 光信号の送信および増幅に適した中心コア（１０）と、中心コアを取り囲み、送信される光信号をコア内に閉じ込めるのに適した光クラッド（１１）とを含む、光ファイバの初期プリフォームを生産する方法であって、
    希土類ドープナノ粒子を化学的に合成するステップであって、各ナノ粒子内の希土類ドーパントの重量濃度が１重量％と２０重量％の間に含まれるステップと、
    ０．０５体積％と１体積％の間に含まれる濃度の水溶液の中にナノ粒子を分散させるステップと、
    初期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側の多孔質層を前記溶液で充填するステップと
    を含む方法。
12. ナノ粒子が、０．０５体積％と０．２体積％の間に含まれる濃度の水溶液の中に分散される、請求項１１に記載の生産方法。
13. ナノ粒子が、直径５ｎｍのナノ粒子に対して１０^１７ＮＰｓ／ｃｍ^３以上の濃度の水溶液の中に分散される、請求項１１または１２に記載の生産方法。
14. ナノ粒子が、直径１０ｎｍのナノ粒子に対して１０^１６ＮＰｓ／ｃｍ^３超の濃度の水溶液の中に分散される、請求項１１または１２に記載の生産方法。
15. １０００℃超の温度で少なくとも１時間、充填された多孔質層の熱処理を実施するステップをさらに含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の生産方法。
16. ナノ粒子合成のステップが、１０と３００の間に含まれる、希土類塩の前駆体に対するアルミナ塩の前駆体のモル比で実施される、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の生産方法。

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