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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024074276
(43)【公開日】2024-05-30
(54)【発明の名称】宇宙環境のための光ファイバ線量計及び線量測定方法
(51)【国際特許分類】
G01T 1/02 20060101AFI20240523BHJP
G01T 1/16 20060101ALI20240523BHJP
【ＦＩ】
G01T1/02 B
G01T1/16 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023195680
(22)【出願日】2023-11-17
(31)【優先権主張番号】2212028
(32)【優先日】2022-11-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(71)【出願人】
【識別番号】508013962
【氏名又は名称】エグゼル
(71)【出願人】
【識別番号】523435820
【氏名又は名称】サントル ナシオナル デテュード スパシヤル
(71)【出願人】
【識別番号】501455677
【氏名又は名称】サントル・ナシオナル・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・シアンティフィーク
(71)【出願人】
【識別番号】517125546
【氏名又は名称】ユニヴェルシテ ジャン モネ、サン テティエンヌ
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ ＪＥＡＮ ＭＯＮＮＥＴ ＳＡＩＮＴ ＥＴＩＥＮＮＥ
【住所又は居所原語表記】ＭＡＩＳＯＮ ＤＥ Ｌ’ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ １０ ＲＵＥ ＴＲＥＦＩＬＥＲＩＥ， ４２１００ ＳＡＩＮＴ ＥＴＩＥＮＮＥ， ＦＲＡＮＣＥ
(74)【代理人】
【識別番号】100074734
【弁理士】
【氏名又は名称】中里 浩一
(74)【代理人】
【識別番号】100086265
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 仁
(74)【代理人】
【識別番号】100076451
【弁理士】
【氏名又は名称】三嶋 景治
(72)【発明者】
【氏名】シェネ ピエリック
(72)【発明者】
【氏名】ロバン ティエリー
(72)【発明者】
【氏名】ムラン ジル
(72)【発明者】
【氏名】バルコン 二コラ
(72)【発明者】
【氏名】メッキ ジュリアン
(72)【発明者】
【氏名】ジラール シルヴァン
【テーマコード（参考）】
2G188
【Ｆターム（参考）】
2G188BB02
2G188BB04
2G188BB05
2G188BB09
2G188CC39
(57)【要約】
【課題】 宇宙環境のための光ファイバ線量計及び線量測定方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、光ビーム（１０）を生成できる光源（１）と、光カプラ／スプリッタ（２）と、放射線感受性光ファイバ（３）と、放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された光ビームのパワー測定値（２１）を記録するように配置された第一の光検出器（５）と、参照光学アーム（４）と、参照光学アーム（４）を通って伝送された光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するように配置された第二の光検出器（６）と、参照光学アーム（４）に関する放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム（２０）と、を含む線量計（１００）に関する。本発明によれば、光ビーム（１０）は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、光ビーム（１０）は偏光であり、放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバである。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明は、光ビーム（１０）を生成できる光源（１）と、光カプラ／スプリッタ（２）と、放射線感受性光ファイバ（３）と、放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された光ビームのパワー測定値（２１）を記録するように配置された第一の光検出器（５）と、参照光学アーム（４）と、参照光学アーム（４）を通って伝送された光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するように配置された第二の光検出器（６）と、参照光学アーム（４）に関する放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム（２０）と、を含む線量計（１００）に関する。本発明によれば、光ビーム（１０）は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、光ビーム（１０）は偏光であり、放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバである。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
－光ビーム（１０）を生成できる光源（１）と、
－前記光源（１）から発せられた前記光ビーム（１０）を受け取ることができ、前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）を別々に伝送するための光カプラ／スプリッタ（２）と、
－放射線感受性光ファイバ（３）であって、前記光ビームの第一の部分（１１）を受け取るように配置される放射線感受性光ファイバ（３）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するように配置された第一の光検出器（５）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長を有する参照光学アーム（４）であって、前記光ビームの第二の部分（１２）を受け取るように配置される参照光学アーム（４）と、
－前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するように配置された第二の光検出器（６）と、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取ることができる電子システム（２０）であって、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム（２０）と、
を含む線量計（１００）において、
－前記光ビーム（１０）は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、
－前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであることを特徴とする線量計（１００）。
－前記光源（１）から発せられた前記光ビーム（１０）を受け取ることができ、前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）を別々に伝送するための光カプラ／スプリッタ（２）と、
－放射線感受性光ファイバ（３）であって、前記光ビームの第一の部分（１１）を受け取るように配置される放射線感受性光ファイバ（３）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するように配置された第一の光検出器（５）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長を有する参照光学アーム（４）であって、前記光ビームの第二の部分（１２）を受け取るように配置される参照光学アーム（４）と、
－前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するように配置された第二の光検出器（６）と、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取ることができる電子システム（２０）であって、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム（２０）と、
を含む線量計（１００）において、
－前記光ビーム（１０）は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、
－前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであることを特徴とする線量計（１００）。
【請求項2】
前記光源（１）は、増幅された誘導放射により光ビームを発生させる自然放射増幅光源を含み、前記光ビーム（１０）は無偏光化される、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項3】
前記光源（１）の下流に配置され、前記光ビーム（１０）を偏光解消するように構成された能動型又は受動型光学装置を含む、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項4】
前記受動型光学装置はデポラライザ、例えばＬｙｏｔデポラライザ、又は偏光コンバイナ及び長さの異なる２つの偏光保持光ファイバを含む、請求項３に記載の線量計（１００）。
【請求項5】
前記能動型光学装置は光位相変調器を含む、請求項３に記載の線量計（１００）。
【請求項6】
前記光源（１）はレーザダイオード又はスーパールミネッセントダイオードを含む、請求項３～５の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項7】
前記放射線感受性光ファイバ（３）は、シングルモード又はマルチモードファイバである、請求項１～６の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項8】
前記参照光学アーム（４）は光ファイバ区間を含む、請求項１～７の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項9】
前記電子システム（２０）は、前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取るように構成された対数増幅器（７）を含み、前記対数増幅器（７）は前記放射線感受性光ファイバ中の相対放射線誘起減衰測定値（２７）を抽出することができる、請求項１～８の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項10】
前記光源（１）は第一の波長及び前記第一の波長とは異なる第二の波長の前記光ビーム（１０）を発出でき、前記第一の光検出器（５）は、前記第一の波長及び前記第二の波長の、前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送される前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するようになされ、前記第二の光検出器（６）は、前記第一の波長及び前記第二の波長での前記参照パワー測定値（２１）を記録するようになされ、前記電子システム（２０）は、前記第一の波長及び前記第二の波長での前記相対放射線誘起減衰測定値を抽出することができる、請求項１～９の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項11】
前記線量計の少なくとも１つの点における少なくとも１つの温度測定値（２３、２４、２５）を取得するように配置された少なくとも１つの温度センサ（１３、１４、１５）を含み、前記電子システム（２０）は、前記少なくとも１つの温度測定値（２３、２４、２５）に応じて前記相対放射線誘起減衰測定値を補正するようになされる、請求項１～１０の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項12】
他の放射線感受性光ファイバと、前記光源（１）、前記放射線感受性光ファイバ（３）、及び前記他の放射線感受性光ファイバの間に配置されたビームスプリッタであって、前記光ビーム（１０）を前記放射線感受性光ファイバ（３）と前記他の放射線感受性光ファイバとの間で分割することができるビームスプリッタと、前記他の放射線感受性光ファイバを通って伝送された前記光ビームの他のパワー測定値を測定するように配置された他の光検出器と、を含み、前記電子システム（２０）は前記他の光検出器の前記他のパワー測定値を受け取るようになされ、前記電子システム（２０）は前記参照光学アームに関する前記他の放射線感受性光ファイバ内の他の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成される、請求項１～１１の何れか１項に記載の線量計（１００）。
【請求項13】
線量測定方法であって、
－光ビーム（１０）を発出するステップと、
－前記光ビーム（１０）を前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）に分割するステップと、
－前記光ビームの前記第一の部分（１１）を放射線感受性光ファイバ（３）に入射させるステップであって、前記光ビーム（１０）は偏光解消されるか、又はそれぞれ、前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであるステップと、
－前記光ビームの前記第二の部分（１２）を前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長の参照光学アーム（４）に入射させるステップと、
－第一の光検出器（５）上で前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するステップと、
－第二の光検出器（６）上で前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するステップと、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を電子的に処理して、そこから、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するステップと、
を含む方法。
－光ビーム（１０）を発出するステップと、
－前記光ビーム（１０）を前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）に分割するステップと、
－前記光ビームの前記第一の部分（１１）を放射線感受性光ファイバ（３）に入射させるステップであって、前記光ビーム（１０）は偏光解消されるか、又はそれぞれ、前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであるステップと、
－前記光ビームの前記第二の部分（１２）を前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長の参照光学アーム（４）に入射させるステップと、
－第一の光検出器（５）上で前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するステップと、
－第二の光検出器（６）上で前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するステップと、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を電子的に処理して、そこから、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特にイオン、陽子、電子、中性子、及び／又は光子を含む混合環境中で、グレイ（１Ｇｙ＝１Ｊ／ｋｇ）で表現される放射線量を測定するための線量測定器、装置、及び方法の技術分野に関する。
【0002】
より精密には、本発明はリアルタイムの高精度放射線量測定値を提供するためのポイント線量計に関する。本発明はまた、広いダイナミックレンジ及び／又は長時間にわたるトータルドーズ（ＴＩＤ：ｔｏｔａｌ ｉｏｎｉｚｉｎｇ ｄｏｓｅ）の測定値を提供するための線量計に関する。
【0003】
特に、このような線量測定器、装置、及び方法は、宇宙分野において、あらゆる種類の宇宙放射性環境において、又は医学的及び科学的高エネルギ物理学分野においては他の線量計のための参照センサとして、又は核分野において利用されている。
【背景技術】
【0004】
線量測定は、何れの種類の宇宙放射性環境においても、すなわち何れの種類のプラットフォームでも、及びあらゆる軌道上で行うことができることが重要である。実際に、有人飛行、月面若しくは惑星表面でのミッション、宇宙探査用ロケット、宇宙ミッション中に採取されたサンプル、又は成層圏気球フライトも、様々な放射性環境にさらされ、これは宇宙放射性環境と呼ばれる。例えば、宇宙ステーションで宇宙飛行士が受ける放射線量を、瞬間ごとに、及びミッション継続中累積して測定できることが重要である。時間分解線量測定は、太陽フレアを検出するため、又は月や惑星での船外ミッション中に受ける中性子をモニタするためにも使用できる。
【0005】
各種の受動型又は能動型ポイント線量計がある。光学的に刺激可能な熱発光性材料に基づくか、又は電子常磁性共鳴による欠陥濃度測定を利用する受動型線量計が知られている。これらの受動型線量計は、照射後に読み取られるが、正確なリアルタイムでの線量測定は行えない。能動型線量計もあり、これは例えばマイクロエレクトロニックコンポーネントに基づく。
【0006】
各種の放射線、すなわちイオン、陽子、電子、中性子、及び／又は光子の、放射線誘起損失測定とも呼ばれる放射線誘起減衰（ＲＩＡ：ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）測定に基づく光ファイバ線量計を使用することも知られている。特に、放射線感受性光ファイバ、光源、及び光検出器を含む線量計を使用して、光ファイバを通じて伝送される光ビームの光パワー損失を時間に応じて測定し、そこから、プレキャリブレーションを行っておくことにより、光ファイバにおける放射線誘起減衰を推測することが知られている。光ファイバは、コア及び／又は光学外装に、例えば光ファイバに電離放射線に対する感度を付与するリンをドープすることによって、放射線感受性を有するものとなる。
【0007】
光ファイバ内のＲＩＡ測定に基づく幾つかの線量計は、低放射線量での高い感度を提供し、例えばその感度は１ｄＢ．ｋｍ－１．Ｇｙ－１のオーダ、確度は２０％である。しかしながら、ＲＩＡは一般に、温度と線量率に依存し、放射線への曝露が終了すると大幅に減少する。さらに、光源の強度によって測定ダイナミクスが限定される。
【0008】
多くの地上用途では、線量計は放射線曝露部分と、放射線から保護されるその他の部分を含み得る。それに反して、宇宙環境ではシステム全体が放射線にさらされる。宇宙環境では過酷な動作条件、すなわち小さい設置面積、低質量及び低エネルギ消費、衝撃と振動に対する機械的耐性、及び宇宙環境の激しい温度変化による影響を受けないこと、が課される。これらの条件から、正確な線量測定を行うために宇宙環境で光ファイバ線量計を使用することは非常に難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の目的の１つは、広いダイナミックレンジにわたり、特に非常に低放射線量及び線量率で高い精度を有する能動型線量計を提案することである。本発明の他の目的は、温度と線量率に依存しない応答を有する、特に宇宙環境で使用するためのポイント線量計を提案することである。本発明のまた別の目的は、電子、陽子、光子、中性子、及び／又はイオン放射に対する感度を有する線量計を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
その目的のために、本発明は、光ビームを生成できる光源と、光源から発せられた光ビームを受け取ることができ、光ビームの第一の部分と光ビームの第二の部分を別々に伝送するための光カプラ／スプリッタと、放射線感受性光ファイバであって、光ビームの第一の部分を受け取るように配置される放射線感受性光ファイバと、放射線感受性光ファイバを通って伝送された光ビームのパワー測定値を記録するように配置された第一の光検出器と、放射線感受性光ファイバより短い光路長を有する参照光学アームであって、光ビームの第二の部分を受け取るように配置される参照光学アームと、参照光学アームを通って伝送された光ビームの参照パワー測定値を記録するように配置された第二の光検出器と、第一の光検出器のパワー測定値と第二の光検出器の参照パワー測定値を同時に受け取ることができる電子システムであって、参照光学アームに関する放射線感受性光ファイバ内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システムと、を含む線量計に関する。
【0011】
本発明によれば、光ビームは無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、光ビームは偏光であり、放射線感受性光ファイバは偏光保持ファイバである。
【0012】
特定の有利な態様によれば、光源は、増幅された誘導放射により光ビームを発生させる自然放射増幅光源を含み、光ビームは無偏光化される。
【0013】
他の特定の有利な態様によれば、線量計は、光源の下流に配置され、光ビームを偏光解消するように構成された能動型又は受動型光学装置を含む。
【0014】
ある例示的実施形態において、受動型光学装置はデポラライザ、例えばＬｙｏｔデポラライザ、又は偏光コンバイナ及び長さの異なる２つの偏光保持光ファイバを含む。
【0015】
他の例示的実施形態において、能動型光学装置は光位相変調器、例えば電気光学変調器を含む。
【0016】
有利な態様として、光源はレーザダイオード又はスーパールミネッセントダイオードを含む。
【0017】
有利な態様として、放射線感受性光ファイバは、シングルモード又はマルチモードファイバである。例示的実施形態において、参照光学アームは光ファイバ区間を含む。
【0018】
特に有利な態様によれば、電子システムは、第一の光検出器のパワー測定値と第二の光検出器の参照パワー測定値を同時に受け取るように構成された対数増幅器を含み、対数増幅器は放射線感受性光ファイバ中の相対放射線誘起減衰測定値を抽出することができる。
【0019】
ある例示的実施形態において、光源は第一の波長及び第一の波長とは異なる第二の波長の光ビームを発出でき、第一の光検出器は、第一の波長及び第二の波長の、放射線感受性光ファイバを通って伝送される光ビームのパワー測定値を記録するようになされ、第二の光検出器は、第一の波長及び第二の波長での参照パワー測定値を記録するようになされ、電子システムは、第一の波長及び第二の波長での相対放射線誘起減衰測定値を抽出することができる。
【0020】
特定の有利な態様によれば、線量計は、線量計の少なくとも１つの点における少なくとも１つの温度測定値を取得するように配置された少なくとも１つの温度センサを含み、電子システムは、前記少なくとも１つの温度測定値に応じて相対放射線誘起減衰測定値を補正するようになされる。
【0021】
有利な態様として、線量計は放射線感受性光ファイバの遠位端に配置された反射素子を含み、第一の光検出器は放射線感受性光ファイバを通って往復した後に伝送された光ビームのパワー測定値を記録するように配置される。
【0022】
特定の態様によれば、第一の光検出器と第二の光検出器の各々はフォトダイオードを含む。
【0023】
他の特定の有利な態様によれば、線量計は他の放射線感受性光ファイバと、光源、放射線感受性光ファイバ、及び他の放射線感受性光ファイバの間に配置されたビームスプリッタであって、放射線感受性光ファイバと他の放射線感受性光ファイバとの間で光ビームを分割することができるビームスプリッタと、他の放射線感受性光ファイバを通って伝送された光ビームの他のパワー測定値を測定するように配置された他の光検出器と、を含み、電子システムは他の光検出器の他のパワー測定値を受け取るようになされ、電子システムは参照光学アームに関する他の放射線感受性光ファイバ内の他の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成される。
【0024】
本発明はまた、線量測定方法にも関し、これは、光ビームを発出するステップと、光ビームを光ビームの第一の部分と光ビームの第二の部分に分割するステップと、光ビームの第一の部分を放射線感受性光ファイバに入射させるステップであって、光ビームは偏光解消されるか、又はそれぞれ、光ビームは偏光であり、放射線感受性光ファイバは偏光保持ファイバであるステップと、光ビームの第二の部分を放射線感受性光ファイバより短い光路長の参照光学アームに入射させるステップと、第一の光検出器上で放射線感受性光ファイバを通って伝送された光ビームのパワー測定値を記録するステップと、第二の光検出器上で参照光学アームを通って伝送された光ビームの参照パワー測定値を記録するステップと、第一の光検出器のパワー測定値と第二の光検出器の参照パワー測定値を電子的に処理して、そこから、参照光学アームに関する放射線感受性光ファイバ内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するステップと、を含む。
【0025】
自明なこととして、本発明の各種の特徴、代替案、及び実施形態は、相互に矛盾せず、又は排他的でないかぎり、様々な組合せにしたがって相互に関連付けることができる。
【0026】
さらに、本発明のその他の色々な特徴は、下記のような本発明の非限定的な実施形態を示す図面に関する以下の説明文から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
これらの図面中、異なる代替案に共通する構造的及び／又は機能的要素には同じ参照番号が付されている可能性があることに留意されたい。
【0029】
本開示は、放射線感受性光ファイバ内の放射線誘起減衰の測定値に基づくポイント線量計を提案する。この線量計は、低放射線量での高い感度、高い精度、及び優れた測定ダイナミクスを有するように構成される。有利な点として、この線量計は周囲空気の変動に関して安定である。
【0030】
ここで、「ポイント線量計」という用語は、光ファイバ全長にわたり積分される誘起減衰の測定を行うことのできる線量計を意味する。このようなポイント線量計は、ファイバ内の減衰を局所的に測定し、ファイバの長さ方向に応じたこの減衰の位置を特定するために使用される光ファイバ反射計とは異なる。
【0031】
図１は、線量計１００の構造を示す。線量計１００は、光源１、光カプラ－スプリッタ２、放射線感受性光ファイバ３、参照アーム４、第一の光検出器５、第二の光検出器６、及び電子システム２０を含む。測定原理は、一方で放射線感受性光ファイバ３、他方で参照アーム４を含む異なる光路長の２つの測定アーム間のＲＩＡ光損失の相対測定に基づく。
【0032】
放射線感受性光ファイバ３は、その光透過特性が受け取った放射線量と共に変化するファイバである。例えば、放射線感受性光ファイバ３はリン又はアルミニウムがドープされたコアを有する光ファイバである。例えば、放射線感受性光ファイバ３は、リンケイ酸塩又はアルミノケイ酸塩ファイバである。このようなファイバは、中性子、Ｘ線、又はガンマ線エネルギ範囲内の電離放射線に対する感受性を有する。放射線感受性光ファイバ３の長さは、５０ｍ～１０ｋｍ、例えば１００ｍ、２ｋｍ、５ｋｍ、又は７ｋｍと長い。光ファイバの長さは、使用される光源波長でのこの光ファイバの感度係数を考慮して最適化され、これは例えば、ｄＢ．ｋｍ－１．Ｇｙ－１で表される。図１に示される例では、選択されている放射線感受性光ファイバ３は、長さ５ｋｍのリンケイ酸塩ファイバである。放射線感受性光ファイバ３は、設置面積を小さくするためにコイル状に巻かれている。放射線感受性光ファイバ３のコイルの直径は一般に２０ｍｍ～２００ｍ、例えば４０ｍｍのオーダである。
【0033】
本開示において後でより詳しく説明するように、放射線感受性光ファイバは、実施形態によれば、シングルモード（ＳＭ）ファイバ、マルチモード（ＭＭ）ファイバ、又は偏光保持（ＰＭ）ファイバとすることができる。
【0034】
図２に示される代替的な実施形態において、リフレクタ９が放射線感受性光ファイバ３の遠位端に配置される。リフレクタ９は例えば、放射線感受性光ファイバ３の遠位端と反対に配置されたミラーを含む。リフレクタ９はまた、放射線感受性光ファイバ３の遠位端に適用される反射処理でも構成できる。リフレクタ９はまた、ファイバブラッグリフレクタでも構成できる。
【0035】
参照アーム４は、放射線感受性光ファイバ３よりはるかに短い光路を有するアームである。参照アーム４は、例えば長さの短い光ファイバ区間を含む。一例として、参照アーム４の光ファイバ区間は、放射線感受性光ファイバ３と同じ構造及び／又は組成と、放射線感受性光ファイバ３よりかなり短い長さを有する。しかしながら、参照アームの光ファイバは、必ずしも放射線感受性光ファイバであるとはかぎらない。例えば、参照アーム４は、長さ１ｍの光ファイバ区間を含む。
【0036】
第一の光検出器５と第二の光検出器６は、例えばフォトダイオードを含む。
【0037】
電子システム２０により、光源１及び光検出器５、６等の能動素子をモニタし、制御することが可能となる。電子システム２０により、放射線感受性光ファイバ内及び参照アーム内で伝送されるパワー測定値を処理し、放射線誘起損失及びそれに対応する放射線量を計算することもできる。電子システム２０により、特に相対ＲＩＡ測定値２７から抽出された線量測定結果Ｄを含むデータ３０をユーザに転送することもできる。この線量計はリアルタイムの測定を実行し、検出電子機器の性能にしたがって、例えば２つの光検出器５、６上でマイクロ秒ごとの測定ポイントを取得する（換言すれば、１ＭＨｚ取得レート）。このシステムにより、ごく短時間の放射性イベントを検出することが可能となる。このシステムにより、リアルタイムの相対ＲＩＡ測定を行い、読み取ることが可能となる。
【0038】
任意選択により、線量計１００は１つ又は複数の温度センサを含む。例えば、図１は光源１の付近に配置された温度センサ１３、光学カプラ－スプリッタ２の付近に配置された他の温度センサ１４、並びに／又は放射線感受性光ファイバ３のコイルの付近に配置された他の温度センサ１５、並びに／又は第一の光検出器５及び／若しくは第二の光検出器６の付近に配置された他の温度センサ１６を示す。特に有利な態様として、フォトダイオード５、６は、これらが同じ温度を有し、これらの温度依存性が部分的に相互に補償し合うように、相互の付近に設置される。実際には、最も有益なセンサは、光検出器５、６の付近に配置された温度センサ１６である。それぞれ温度センサ１３、１４、１５、１６からの信号２３、２４、２５、２６は、電子システム２０に伝送される。計算機８は光損失を線量に変換するモデルを使用し、それは、これらのポイント温度測定値を利用して、線量計のコンポーネントに対する、特にフォトダイオード５、６に対する、及び／又はそれぞれ、放射線感受性光ファイバ３に対する温度の影響によるある程度のドリフトを補正する。
【0039】
次に、線量計１００の動作を説明する。光源１は光ビーム１０を発出する。光ビーム１０は、可視又は赤外領域のものである。光学カプラ－スプリッタ２は光ビーム１０を受け取り、それを光ビームの第一の部分１１と光ビームの第二の部分１２に分割する。光ビームの第一の部分１１は、放射線感受性光ファイバ３の近位端において入射させられる。同時に、光ビームの第二の部分１２は参照アーム４に入射させられる。光学カプラ－スプリッタ２は例えばカプラ９０：１０であり、それによって光学パワーの９０％が放射線感受性光ファイバ３に入射し、光パワーの１０％が参照アーム４に残る。有利な態様として、カプラ５０／５０が使用され、その光分岐比は対称性によって安定している。本開示の枠内から逸脱することなく、その他の光分岐比も考えられる。
【0040】
第一の光検出器５は、放射線感受性光ファイバ３から出た光ビームの第一の部分１１を受け取り、第二の光検出器６は、参照アーム４から出た光ビームの第二の部分１２を受け取る。第一の検出器５はそれゆえ、光ビームの第一の部分１１のパワー２１を、放射線感受性光ファイバ３を通過した後で測定する。第二の検出器６はそれゆえ、光ビームの第二の部分１２のパワー２２を、参照アーム４を通過した後で測定する。
【0041】
図２に示される代替的な実施形態において、リフレクタ９は、第一の時間に放射線感受性光ファイバ３を通って伝送された光ビームの第一の部分１１を反射させ、それによってこれは、第二の時間に反対方向に放射線感受性光ファイバ３を通って伝播する。第一の検出器５はそれゆえ、光ビームの第一の部分１１のパワー２１を、放射線感受性光ファイバ３を通って往復した後に測定する。この代替的な実施形態により、放射線感受性光ファイバ３を通る光路の長さを、その物理的な長さを延長せずに２倍にすることが可能となる。
【0042】
放射線感受性光ファイバ３が受け取る放射線量はＤで示される。一般に、図１に示される線量計の場合、線量測定は、光ファイバ内の放射線による吸収率Ａから、例えば次式に基づく数学モデルによって推測される：
式中、ηは放射線に対するファイバの感度（例えば、リンケイ酸塩ファイバの場合、１５５０ｎｍでη＝４ｄＢ／ｋｍ／Ｇｙ（ＳｉＯ２））であり、Ｌは放射線感受性光ファイバ３の長さである。この一般式は、例えば、光路長が光ファイバの長さの２倍と等しい図２に示されるミラーを使用する線量計の場合は適応させなければならない。プレキャリブレーションにより、測定ダイナミクス全体についてモデルを調整することが可能となる。吸収率Ａの読み取りに関するある精度については、長いファイバ長Ｌを使用することが有利である。しかしながら、放射線感受性光ファイバ３の長さＬが長いほど、感受性ファイバ内の放射線により、吸収率Ａは高くなる。ここで、６５０ｎｍの波長で、長さＬが２ｋｍであると、ファイバの初期吸収率（放射線入射前）はすでに２０ｄＢのオーダである。正確な光学減衰測定値を得るために、１つの光源１と、それに続く受動型カプラ－スプリッタ２を使用することが有利であり、これは、参照アームに向かう光ビームの第二の部分１２と、その減衰Ａを測定しなければならい放射線感受性光ファイバ３内を通るアーム上の光ビームの第一の部分１１との間で光学パワーを分割する。このアーキテクチャにより、光源のパワー変動を回避することが可能となる。しかしながら、２つの光検出器５及び６により測定される光学パワーの差は、特に放射線感受性光ファイバ３の長さＬが長い、一般に数ｋｍの長さ、例えば５ｋｍである場合、非常に大きい可能性がある。
【数1】
【0043】
電子システム２０は、光ビームの第一の部分１１のパワー２１と光ビームの第二の部分１２のパワー２２との比を、相対放射線誘起減衰測定値２７が得られるような比にするように設計される。計算機８はその後、相対ＲＩＡ測定値２７を使い、受け取った放射線量Ｄを、例えば前述のモデルに基づいてそこから推測する。各瞬間に、放射線感受性光ファイバ３を介して伝送されたパワー２１を参照アーム４を介して伝送されるパワー２２に関して正規化することにより、時間に応じた光源１のパワー変動を回避することが可能となる。
【0044】
特定の有利な態様によれば、電子システム２０は対数増幅器７を含む。対数増幅器７は例えば、アナログ集積ＤＣ対数増幅器である。対数増幅器７は、２つの異なる入力経路上で、光ビームの第一の部分１１のパワー２１と光ビームの第二の部分１２のパワー２２を同時に受け取る。例えば、２つのフォトダイオード５、６を用いて、対数増幅器７は、１つの入力経路上で信号フォトダイオード５により発せられた光電流を、他の入力経路上で参照フォトダイオード６により発せられた光電流を受け取る。それゆえ、対数増幅器７により、これらの光電流を比較することが可能となる。より精密には、対数増幅器７はアナログの対数比演算を直接実行し、それによって相対ＲＩＡ測定値２７をデシベル単位で直接提供することが可能となる。実際に、対数増幅器７はＰＮ接合での電圧と電流の指数関係を利用して、入力電流と出力電流との本質的に対数的な関係を有し、それによって光電流の差が数桁に及ぶ場合であっても、正確な減衰測定値を得ることが可能となる。それに対して、２つの独立した相互インピーダンス増幅器の使用に基づく電子システムは、２つの光電流間の強力な差を生じさせ、この強力な差を補償するために相互インピーダンス増幅器の、非常に不均衡な調整が必要となる。
【0045】
各アナログ信号がまずアナログ－デジタル変換器によりデジタル化されてから、デジタルの除算計算が適用される電子システムと異なり、演算は直接、主としてアナログ信号について行われる。そのようにして、測定精度は分解能によっても、アナログ－デジタル変換器のダイナミクスによっても限定されなくなる。さらに、対数増幅器７の出力におけるデータフローはメモリブロックサイズにより限定されない。このような対数増幅器７の使用により、ＲＩＡ信号の測定精度及びダイナミクスを、特に低放射線量付近で、強力に、数桁高めることが可能となる。
【0046】
しかしながら、本開示のある態様によれば、偏光効果に関連するパワー測定の不安定性によって、低い放射線量の検出が限定される。一般に、偏光は、偏光保持型ではないシングルモード（ＳＭ）ファイバ中を伝播中、保持されない。光ビームの偏光状態は、ファイバの機械的応力又は温度によって特に非常に強く変化する。偏光ビームがシングルモードファイバに入射すると、そのファイバの出力における光ビームの偏光状態は制御が難しく、特に温度変化により急速に変化する。さらに、減衰測定に不可欠な幾つかの光学コンポーネント、例えばカプラ－スプリッタ２やフォトダイオード５、６の応答は、偏光状態に若干依存する。２つの直交する偏光間の「偏光依存損失」（ＰＤＬ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓｅｓ）の差は、少なくとも０．１ｄＢのオーダである。予想外に、この差は小さく見えるものの、この現象はともすれば、シングルモード（ＳＭ）ファイバ内の放射線誘起減衰の測定の精度を限定する。実際、偏光状態の変動はパワーの変動に変換される。本開示から、偏光効果は、放射線誘起減衰（ＲＩＡ）の現象を利用して沈着線量の時間変化を追跡する光ファイバ線量計の検出限度と精度に直接、強力に悪影響を与えることがわかる。
【0047】
ここで、光ファイバ線量計における偏光効果を軽減するか、打ち消す様々な解決策を提案する。
【0048】
第一の実施形態によれば、光源１は無偏光光源である。各種の無偏光光源が考えられる。非限定的な例として、自然放射増幅光源（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源が図３に示されている。図３の光源１は、光ファイバ４１を介してカプラ－マルチプレクサ４３に接続されるポンプダイオード４０を含む。ポンプダイオード４０は、ポンプ波長、例えば９８０ｎｍのポンプ信号を発出する。第一のブラッググレーティング４２は、カプラ－マルチプレクサ４３の上流に配置され、レーザダイオードの正確な波長、ここでは９８０ｍｍでの発出に有利となるように構成される。カプラ－マルチプレクサ４３は、ある入力経路上で、９８０ｎｍでフィルタ処理されたポンプ信号を受信する。カプラ－マルチプレクサ４３は、他の入力経路４４上で、増幅媒質に応じた所定の波長で増幅されることになる信号を受信する。エルビウムＡＳＥ光源の場合、増幅されることになる信号の波長は１５５０ｎｍである。第二のブラッググレーティング４５は、カプラ－マルチプレクサ４３の下流に配置され、ここではエルビウムがドープされた光ファイバからなる光学増幅媒質４７による１５５０ｎｍでの安定な発出に有利となるように構成される。カプラ－マルチプレクサ４３の出力において、９８０ｎｍのポンプ信号と１５５０ｎｍの増幅されることになる信号が、エルビウムがドープされた増幅ファイバに入射させられる。光学アイソレータ４８は増幅ファイバの出力に配置されて、光源１により発せられた１５５０ｎｍの光ビーム１０を伝送する。光源１はそれゆえ、ポンプレーザダイオードにより発せられた、例えば９８０ｎｍ又は１４８０ｎｍの偏光ポンプビームの電気通信帯域（１５３２～１５５０ｎｍ）の波長の光ビームへの光学変換を行う。レーザ閾値以下で、電気通信波長で発せられる光子は、電気通信帯域内で発せられた光ビームが無偏光となるような方法で自然に発せられる。この光源はすると、無偏光光源である。換言すれば、自然放射増幅光源により生成された光ビーム１０は無偏光光源である。この場合、光学カプラ－スプリッタ２は、偏光保持型でも偏光型でもない。光ビームの第一の部分１１と光ビームの第二の部分１２は無偏光である。このような無偏光光源に基づく線量計１００は、標準的な光学コンポーネント及び特に偏光保持型ではないシングルモード（ＳＭ）又はマルチモード（ＭＭ）放射線感受性光ファイバ３を使用することができる。同様に、参照アーム４は、偏光保持型ではないコンポーネント、例えば標準的な（ＳＭ）光ファイバの区間又はマルチモード（ＭＭ）光ファイバの区間に基づく。光ビームの偏光状態を測定できる、例えば回転偏光板に基づく偏光計がある。無偏光光ビームの場合、例えば、２つの横偏光モードで同じパワーが測定されるが、それらの間の位相コヒーレンスは測定されない。エルビウムＡＳＥ光源の使用により、ＲＩＡ測定における偏光変動を打ち消すことが可能となる。
【0049】
第一の実施形態の代替案によれば、偏光光源１が使用され、受動型又は能動型光学装置と組み合わされて、光源光ビーム１０の偏光状態を平均化する。非限定的な例として、偏光ビームを発出するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＥＤ）を含む光源が使用される。能動型又は受動型光学コンポーネントは偏光光源の下流に設置されて、光源により発出される光ビームの偏光を解消する。
【0050】
ある例において、受動型光学装置はＬｙｏｔデポラライザ型のものである。Ｌｙｏｔデポラライザの原理は、２つの横偏光成分が光源のコヒーレンス長より長い光路長を有する異なる光路を辿るようにし、その後、２つの偏光を再結合する、というものである。Ｌｙｏｔデポラライザは、相互に関して４５度のミスアライン状態の適正軸を有する偏光保持光ファイバの２つの区間を突き合わせ溶接することによって製作できる。この場合、２つの光路はＰＭファイバの２つの指数に対応する。代替案として、光源のコヒーレンス長が長い場合、偏光コンバイナが使用されて、２つの横偏光成分を異なるＰＭファイバに入射させ、出力においてこれらを再結合する。このような受動型デポラライザは、例えばスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＥＤ）等の比較的短いコヒーレンス長を有する光源に特に適している。
【0051】
他の例として、能動型光学装置は偏光スクランブラ型のものである。この能動型光学装置は、位相をランダムに変調して、光源のコヒーレンスとその偏光状態を壊すように構成される。アクティ光学装置は、光位相変調器、例えば電気光学変調器を含む。代替案として、能動型光学装置は、適当な機械的応力をファイバそのものにかけて、位相をランダムに変調することによって形成される。
【0052】
第二の実施形態によれば、光源１は偏光光源であり、放射線感受性光ファイバ３は偏光保持（ＰＭ）ファイバであり、光源１と光検出器５、６との間の光学連鎖は全て偏光保持型である。有利な点として、この放射線感受性光ファイバ３は、従来のＰＭファイバのコア又は光学外被へのドーピング、例えばリンのドーピングによって製造される。この場合、光学カプラ－スプリッタ２は偏光保持型である。光ビームの第一の部分１１と光ビームの第二の部分１２は偏光である。光源側及びコイル側の溶接は、偏光保持放射線感受性光ファイバ３の適正軸を偏光光源の適正軸に関して心合わせするような方法で行われる。同様に、参照アーム４の適正軸は偏光光源の適正軸と心合わせされる。光ビームの第一の部分１１と光ビームの第二の部分１２はそれゆえ、偏光である。光ビームの偏光状態は放射線感受性光ファイバ３内及び参照アーム４内の伝播中に保持されるため、ＰＤＬは放射線誘起減衰測定に影響を与えない。
【0053】
代替案として、線量計は２つの異なる波長で発出する少なくとも２つの光源を含み、各光源は適当な光ファイバに接続される。例えば、２つの光源は偏光であり、放射線感受性光ファイバの２つのコイルは偏光保持光ファイバである。他の例として、２つの光源は無偏光か、又は偏光解消される。また別の例において、線量計は、偏光保持放射線感受性光ファイバに関連付けられる第一の偏光光源と第二の無偏光又は偏光解消光源を含む。２つの異なる波長の２つの光源の組合せによって、測定冗長性、ひいては精度向上が可能となる。代替案として、同一の光源が複数の波長、例えば１６の異なる波長で光ビームを発出するようになされる。
【0054】
他の特定の有利な態様によれば、１つの光源１が使用され、放射線感受性光ファイバの幾つかのコイルと、例えば長さが異なり、及び／又は電離放射線に対する感度が異なる２又は３つの光ファイバコイルのほか、参照アーム４と同時に結合される。実際に、例えば、他の放射線感受性光ファイバと、光源１、放射線感受性光ファイバ３、及び他の放射線感受性光ファイバの間に配置されたビームスプリッタが使用される。ビームスプリッタは、光源の光ビーム１０を受け取り、それを放射線感受性光ファイバ３と他の放射線感受性光ファイバとの間で分割する。この場合、スプリッタがカプラ２の上流に配置される。これは１×Ｎカプラ型のパワースプリッタ又は、異なるコイルを逐次的に指定することを可能にするマルチプレクサであり得る。各コイルには、その適正な参照アームが必要となる。放射線感受性光ファイバに関連付けられる第一の検出器と同様に、他の光検出器は他の放射線感受性光ファイバに関連付けられて、他の放射線感受性光ファイバを通って伝送される光ビームの他のパワー測定値を記録するように配置される。電子システム２０はここで、他の光検出器の他のパワー測定値を参照アームの測定と同時に受け取るようになされる。電子システム２０は、参照光学アームに関する他の放射線感受性光ファイバにおける相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成される。このような構成により、有利な点として、１つの光源で複数の線量計の読み取りが可能となり、コストが削減される。
【0055】
光ファイバ線量計における偏光効果を劇的に削減することにより、線量計が周囲温度変化による影響をより受けにくいものとなるようにすることが可能となる。光ファイバ線量計における偏光変動の縮小により、低放射線量検出閾値を下げ、ＲＩＡ測定の精度を高め、また、線量測定ダイナミクスを増大することも可能となる。
【0056】
全体として、対数増幅器に基づく電子システムと偏光効果の削減との組合せにより、低放射線量検出閾値を数十マイクロＧｙまで下げ、ＲＩＡ測定精度を高め、また、線量測定ダイナミクスを、例えば１Ｇｙ～１００Ｇｙに及ぶように広げることが可能となる。ある例示的実施形態において、本開示の線量計により、検出ノイズを１～２桁削減することが可能となる。測定される線量率は、１００ｇｒａｙ／ｊ～１Ｍｇｒａｙ／ｊの範囲内である。本開示の線量計によれば、それゆえ、１０ｄＢを超えるダイナミックレンジに関して１０－４という注目すべき精度での放射線量の測定が可能となる。
【0057】
このアーキテクチャにより、光源１のパワー変動を回避することが可能となる。相対ＲＩＡ測定によって、その強度が必ずしも時間に応じて安定していない光源を選択することが可能となる。例えば、ＡＳＥ光源又はレーザダイオードが選択される。
【0058】
線量計は、非常に小型のケース、例えばほぼ直径４０ｍｍ、高さ２０ｍｍの軽量シリンダ内に設置できる。線量計はそれゆえ、宇宙ステーション上で、又は船外に出るための宇宙飛行士のベルトの中でさえ携行できる。線量計は、即時測定を提供する。ケースは、線量測定値を例えば無線接続によって表示スクリーンに伝送するように構成できる。これらの測定値により、例えば繊細な機器に損傷を与え得る太陽フレアを予測することができる。
【0059】
ポイント線量計はまた、医療分野において、例えばパルス放射線治療での医療機器からの放射線量のポイント測定にも利用できる。このポイント線量計はまた、核分野においても、何れかの核融合及び核分裂施設の点検や解体のために利用できる。
【0060】
もちろん、付属の特許請求の範囲内で本発明に他の様々な変更を加えることができる。
【符号の説明】
【0061】
１ 光源
２ 光学カプラ－スプリッタ
３ 放射線感受性光ファイバ
４ 参照光学アーム
５ 第一の光検出器
６ 第二の光検出器
７ 対数増幅器
１０ 光ビーム
１１ 光ビームの第一の部分
１２ 光ビームの第二の部分
１３ 温度センサ
１４ 温度センサ
１５ 温度センサ
２０ 電子システム
２１ 第一の光検出器のパワー測定値
２２ 第二の光検出器の参照パワー測定値
２３ 温度測定値
２４ 温度測定値
２５ 温度測定値
２７ 相対放射線誘起減衰測定値
１００ 線量計
２ 光学カプラ－スプリッタ
３ 放射線感受性光ファイバ
４ 参照光学アーム
５ 第一の光検出器
６ 第二の光検出器
７ 対数増幅器
１０ 光ビーム
１１ 光ビームの第一の部分
１２ 光ビームの第二の部分
１３ 温度センサ
１４ 温度センサ
１５ 温度センサ
２０ 電子システム
２１ 第一の光検出器のパワー測定値
２２ 第二の光検出器の参照パワー測定値
２３ 温度測定値
２４ 温度測定値
２５ 温度測定値
２７ 相対放射線誘起減衰測定値
１００ 線量計
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-29
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
－光ビーム（１０）を生成できる光源（１）と、
－前記光源（１）から発せられた前記光ビーム（１０）を受け取ることができ、前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）を別々に伝送するための光カプラ／スプリッタ（２）と、
－放射線感受性光ファイバ（３）であって、前記光ビームの第一の部分（１１）を受け取るように配置される放射線感受性光ファイバ（３）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するように配置された第一の光検出器（５）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長を有する参照光学アーム（４）であって、前記光ビームの第二の部分（１２）を受け取るように配置される参照光学アーム（４）と、
－前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するように配置された第二の光検出器（６）と、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取ることができる電子システム（２０）であって、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム（２０）と、
を含む線量計（１００）において、
－前記光ビーム（１０）は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、
－前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであることを特徴とする線量計（１００）。
－前記光源（１）から発せられた前記光ビーム（１０）を受け取ることができ、前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）を別々に伝送するための光カプラ／スプリッタ（２）と、
－放射線感受性光ファイバ（３）であって、前記光ビームの第一の部分（１１）を受け取るように配置される放射線感受性光ファイバ（３）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するように配置された第一の光検出器（５）と、
－前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長を有する参照光学アーム（４）であって、前記光ビームの第二の部分（１２）を受け取るように配置される参照光学アーム（４）と、
－前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するように配置された第二の光検出器（６）と、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取ることができる電子システム（２０）であって、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成された電子システム（２０）と、
を含む線量計（１００）において、
－前記光ビーム（１０）は無偏光化若しくは偏光解消されるか、又はそれぞれ、
－前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであることを特徴とする線量計（１００）。
【請求項2】
前記光源（１）は、増幅された誘導放射により光ビームを発生させる自然放射増幅光源を含み、前記光ビーム（１０）は無偏光化される、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項3】
前記光源（１）の下流に配置され、前記光ビーム（１０）を偏光解消するように構成された能動型又は受動型光学装置を含む、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項4】
前記受動型光学装置はデポラライザ、例えばＬｙｏｔデポラライザ、又は偏光コンバイナ及び長さの異なる２つの偏光保持光ファイバを含む、請求項３に記載の線量計（１００）。
【請求項5】
前記能動型光学装置は光位相変調器を含む、請求項３に記載の線量計（１００）。
【請求項6】
前記光源（１）はレーザダイオード又はスーパールミネッセントダイオードを含む、請求項３に記載の線量計（１００）。
【請求項7】
前記放射線感受性光ファイバ（３）は、シングルモード又はマルチモードファイバである、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項8】
前記参照光学アーム（４）は光ファイバ区間を含む、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項9】
前記電子システム（２０）は、前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を同時に受け取るように構成された対数増幅器（７）を含み、前記対数増幅器（７）は前記放射線感受性光ファイバ中の相対放射線誘起減衰測定値（２７）を抽出することができる、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項10】
前記光源（１）は第一の波長及び前記第一の波長とは異なる第二の波長の前記光ビーム（１０）を発出でき、前記第一の光検出器（５）は、前記第一の波長及び前記第二の波長の、前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送される前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するようになされ、前記第二の光検出器（６）は、前記第一の波長及び前記第二の波長での前記参照パワー測定値（２１）を記録するようになされ、前記電子システム（２０）は、前記第一の波長及び前記第二の波長での前記相対放射線誘起減衰測定値を抽出することができる、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項11】
前記線量計の少なくとも１つの点における少なくとも１つの温度測定値（２３、２４、２５）を取得するように配置された少なくとも１つの温度センサ（１３、１４、１５）を含み、前記電子システム（２０）は、前記少なくとも１つの温度測定値（２３、２４、２５）に応じて前記相対放射線誘起減衰測定値を補正するようになされる、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項12】
他の放射線感受性光ファイバと、前記光源（１）、前記放射線感受性光ファイバ（３）、及び前記他の放射線感受性光ファイバの間に配置されたビームスプリッタであって、前記光ビーム（１０）を前記放射線感受性光ファイバ（３）と前記他の放射線感受性光ファイバとの間で分割することができるビームスプリッタと、前記他の放射線感受性光ファイバを通って伝送された前記光ビームの他のパワー測定値を測定するように配置された他の光検出器と、を含み、前記電子システム（２０）は前記他の光検出器の前記他のパワー測定値を受け取るようになされ、前記電子システム（２０）は前記参照光学アームに関する前記他の放射線感受性光ファイバ内の他の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するように構成される、請求項１に記載の線量計（１００）。
【請求項13】
線量測定方法であって、
－光ビーム（１０）を発出するステップと、
－前記光ビーム（１０）を前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）に分割するステップと、
－前記光ビームの前記第一の部分（１１）を放射線感受性光ファイバ（３）に入射させるステップであって、前記光ビーム（１０）は偏光解消されるか、又はそれぞれ、前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであるステップと、
－前記光ビームの前記第二の部分（１２）を前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長の参照光学アーム（４）に入射させるステップと、
－第一の光検出器（５）上で前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するステップと、
－第二の光検出器（６）上で前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するステップと、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を電子的に処理して、そこから、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するステップと、
を含む方法。
－光ビーム（１０）を発出するステップと、
－前記光ビーム（１０）を前記光ビームの第一の部分（１１）と前記光ビームの第二の部分（１２）に分割するステップと、
－前記光ビームの前記第一の部分（１１）を放射線感受性光ファイバ（３）に入射させるステップであって、前記光ビーム（１０）は偏光解消されるか、又はそれぞれ、前記光ビーム（１０）は偏光であり、前記放射線感受性光ファイバ（３）は偏光保持ファイバであるステップと、
－前記光ビームの前記第二の部分（１２）を前記放射線感受性光ファイバ（３）より短い光路長の参照光学アーム（４）に入射させるステップと、
－第一の光検出器（５）上で前記放射線感受性光ファイバ（３）を通って伝送された前記光ビームのパワー測定値（２１）を記録するステップと、
－第二の光検出器（６）上で前記参照光学アーム（４）を通って伝送された前記光ビームの参照パワー測定値（２２）を記録するステップと、
－前記第一の光検出器（５）の前記パワー測定値（２１）と前記第二の光検出器（６）の前記参照パワー測定値（２２）を電子的に処理して、そこから、前記参照光学アーム（４）に関する前記放射線感受性光ファイバ（３）内の相対放射線誘起減衰測定値を抽出するステップと、
を含む方法。
【外国語明細書】
【発明の名称】
Fibre-optic dosimeter for space environment and dosimetry method
【技術分野】
[0001] The present invention relates to the technical field of dosimetry equipment, devices and methods for measuring radiation doses, expressed in Gray (1 Gy= 1 J/kg), in particular in a mixed environment comprising ions, protons, electrons, neutrons and/or photons.
[0002] More precisely, the present invention relates to a point dosimeter for providing a real-time high-accuracy radiation dose measurement. The invention also relates to a dosimeter for providing a total ionizing dose (TID) measurement over a wide dynamic range and/or a long duration.
[0003] In particular, such a dosimetry equipment, device and method finds applications in the space field, in any type of space radiative environment, or in the medical and scientific fields of high-energy physics, as a reference sensor for other dosimeters, or in the nuclear field.
【背景技術】
[0004] It is important that a dosimetry can be made in any type of space radiative environment, i.e. on any type of platform and on all orbits. Indeed, manned flights, missions on the surface of the moon or planets, space probes, samples taken during space missions or also stratospheric balloon flights are exposed to different radiative environments, called space radiative environments. For example, it is important to be able to measure the radiation dose received by an astronaut in a space station at each moment and cumulatively over the duration of a mission. Time-resolved dosimetry can also be used to detect solar flares or to monitor the neutrons received during an extravehicular mission, on the moon or on a planet.
[0005] Different types of passive or active point dosimeters exist. Passive dosimeters are known, which are based on thermoluminescent materials, optically stimulable or using defect concentration measurements by electron paramagnetic resonance. These passive dosimeters are read after irradiation but do not allow an accurate real-time dose measurement. Active dosimeters also exist, which are based for example of microelectronic components.
[0006] It is also known to use a fibre-optic dosimeter based on a radiation induced attenuation (RIA) measurement, also called radiation induced loss measurement, for different types of radiations: ions, protons, electrons, neutrons and/or photons. In particular, it is known to use a dosimeter comprising a radio-sensitive optical fibre, a light source and a photodetector to measure, as a function of time, the optical power losses of the light beam transmitted through the optical fibre to deduce therefrom, thanks to a pre-calibration, the radiation induced attenuation in the optical fibre. An optical fibre is made radio-sensitive by doping the core and/or the optical cladding, for example with phosphorus, which makes the optical fibre sensitive to ionizing radiations.
[0007] Some dosimeters based on the RIA measurement in an optical fibre provide high sensitivity at low radiation doses, for example with a sensitivity of the order of 1 dB.km-1.Gy-1 and an accuracy of 20 %. However, the RIA generally depends on the temperature and the dose rate and significantly decreases after the end of exposure to radiation. Moreover, the intensity of the light source limits the measurement dynamics.
[0008] In many terrestrial applications, a dosimeter can comprise a part exposed to radiation and an other part protected from radiation. On the contrary, in space environment, the whole system is subjected to radiations. Space environment imposes drastic operating conditions: small footprint, low mass and low energy consumption, mechanical resistance to shocks and vibrations and insensitivity to strong thermal variations in the space environment. These conditions make fibre-optic dosimeters very difficult to use in space environment for accurate dose measurements.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
[0009] One of the objects of the invention is to propose an active dosimeter of high accuracy over a wide dynamic range, particularly at very low radiation doses and dose rates. Another object of the invention is to propose a point dosimeter having an answer independent of the temperature and the dose rate, in particular for applications in space environment. Still another object of the invention is to propose a dosimeter sensitive to electron, proton, photon, neutron and/or ion radiations.
[00010] For that purpose, the invention relates to a dosimeter comprising a light source capable of generating a light beam, an optical coupler-splitter capable of receiving the light beam emitted by the light source and to transmit separately a first part of the light beam and a second part of the light beam, a radio-sensitive optical fibre, wherein the radio-sensitive optical fibre is arranged to receive the first part of the light beam, a first photodetector arranged to record a power measurement of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre, a reference optical arm of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre, the reference optical arm being arranged to receive the second part of the light beam, a second photodetector arranged to record a reference power measurement of the light beam transmitted through the reference optical arm, and an electronic system capable of receiving simultaneously the power measurement of the first photodetector and the reference power measurement of the second photodetector, the electronic system being configured to extract a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
【課題を解決するための手段】
[00011] According to the invention, the light beam is non-polarized or depolarized, or, respectively, the light beam is polarized and the radio-sensitive optical fibre is a polarization-maintaining fibre.
[00012] According to a particular and advantageous aspect, the light source comprises an amplified spontaneous emission source generating the light beam by amplified stimulated emission, the light beam being non-polarized.
[00013] According to another particular and advantageous aspect, the dosimeter comprises an active or passive optical device arranged downstream of the light source and configured to depolarize the light beam.
[00014] In an exemplary embodiment, the passive optical device comprises a depolarizer, for example a Lyot depolarizer or a polarization combiner and two polarization-maintaining optical fibres of different lengths.
[00015] In another exemplary embodiment, the active optical device comprises an optical phase modulator, for example an electro-optical modulator.
[00016] Advantageously, the light source comprises a laser diode or a superluminescent diode.
[00017] Advantageously, the radio-sensitive optical fibre is a single-mode or multi-mode fibre. In an exemplary embodiment, the reference optical arm comprises an optical fibre section.
[00018] According to a particularly advantageous aspect, the electronic system comprises a logarithmic amplifier configured to receive simultaneously the power measurement of the first photodetector and the reference power measurement of the second photodetector, the logarithmic amplifier being capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre.
[00019] In an exemplary embodiment, the light source is capable of emitting the light beam at a first wavelength and at a second wavelength distinct from the first wavelength, the first photodetector being adapted to record a power measurement of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre at the first wavelength and at the second wavelength, the second photodetector being adapted to record the reference power measurement at the first wavelength and at the second wavelength, and the electronic system being capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement at the first wavelength and at the second wavelength.
[00020] According to a particular and advantageous aspect, the dosimeter comprises at least one temperature sensor arranged to acquire at least one temperature measurement at at least one point of the dosimeter, and the electronic system is adapted to correct the differential radiation induced attenuation measurement as a function of said at least one temperature measurement.
[00021] Advantageously, the dosimeter comprises a reflective element arranged at a distal end of the radio-sensitive optical fibre, the first photodetector being arranged to record the power measurement of the light beam transmitted after a round trip through the radio-sensitive optical fibre.
[00022] According to a particular aspect, the first photodetector and the second photodetector each comprise a photodiode.
[00023] According to another particular and advantageous aspect, the dosimeter comprises an other radio-sensitive optical fibre and a beam splitter arranged between the light source, the radio-sensitive optical fibre and the other radio-sensitive optical fibre, the beam splitter being capable of splitting the light beam between the radio-sensitive optical fibre and the other radio-sensitive optical fibre, an other photodetector arranged to record an other power measurement of the light beam transmitted through the other radio-sensitive optical fibre, the electronic system being adapted to receive the other power measurement of the other photodetector, the electronic system being configured to extract an other differential radiation induced attenuation measurement in the other radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
[00024] The invention also relates to a dosimetry method comprising the following steps: emitting a light beam; splitting the light beam into a first part of the light beam and a second part of the light beam; injecting the first part of the light beam into a radio-sensitive optical fibre, the light beam being depolarized or, respectively, the light beam being polarized and the radio-sensitive optical fibre being a polarization-maintaining fibre; injecting the second part of the light beam into a reference optical arm of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre; recording on a first photodetector a power measurement of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre; recording on a second photodetector a reference power measurement of the light beam transmitted through the reference optical arm; and electronically processing the power measurement of the first photodetector and the reference power measurement of the second photodetector to extract therefrom a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
[00025] Obviously, the different features, alternatives and embodiments of the invention can be associated with each other according to various combinations, insofar as they are not incompatible or exclusive with respect to each other.
【図面の簡単な説明】
[00026] Moreover, various other features of the invention emerge from the appended description made with reference to the drawings that illustrate non-limiting embodiments of the invention, and wherein:
[00027] [Fig. 1] schematically shows a dosimeter according to an exemplary embodiment,
[00028] [Fig. 2] schematically shows a dosimeter according to another exemplary embodiment,
[00029] [Fig. 3] schematically shows an example of non-polarized source.
[00030] It is to be noted that, in these figures, the structural and/or functional elements common to the different alternatives can have the same references number．
【発明を実施するための形態】
[00031] The present disclosure proposes a point dosimeter based on a measurement of radiation induced attenuation in the radio-sensitive optical fibre. The dosimeter is configured to have a high sensitivity at low radiation doses, a great accuracy and a great measurement dynamics. Advantageously, the dosimeter is stable with respect to ambient temperature variations.
[00032] Here, the term "point dosimeter" means a dosimeter capable of taking measurements of induced attenuation that are integrated over the whole length of the optical fibre. Such a point dosimeter is different from a fibre-optic reflectometer, which is used to locally measure an attenuation in the fibre and to determine the position of this attenuation as a function of the longitudinal direction of the fibre.
[00033] Fig. 1 illustrates the structure of a dosimeter 100. The dosimeter 100 comprises a light source 1, an optical coupler-splitter 2, a radio-sensitive optical fibre 3, a reference arm 4, a first photodetector 5, a second photodetector 6 and an electronic system 20. The measurement principle is based on a differential measurement of the RIA optical losses between two measurement arms of different optical lengths comprising, on the one hand, the radio-sensitive optical fibre 3 and, on the other hand, the reference arm 4.
[00034] The radio-sensitive optical fibre 3 is a fibre whose optical transmission properties vary with the radiation dose received. For example, the radio-sensitive optical fibre 3 is an optical fibre with a phosphorus or aluminium-doped core. For example, the radio-sensitive optical fibre 3 is a phosphosilicate or aluminosilicate fibre. Such a fibre is sensitive to ionizing radiations in a neutron, X-ray or gamma-ray energy range. The radio-sensitive optical fibre 3 has a great length, between 50 m and 10 km, for example 100 m, 2 km, 5 km or 7 km. The optical fibre length is optimized by taking into account the sensitivity coefficient of this optical fibre at the source wavelength(s) used, expressed for example in dB.km-1.Gy-1. In the example illustrated in Fig. 1, the radio-sensitive optical fibre 3 selected is a phosphosilicate fibre of 5 km long. The radio-sensitive optical fibre 3 is wound in coil form to have a reduced footprint. The diameter of the coil of radio-sensitive optical fibre 3 is generally between 20 mm and 200 mm, for example of the order of 40 mm.
[00035] As described in more detail hereinafter in the present disclosure, the radio-sensitive optical fibre can be, according to the embodiments, a single-mode (SM) fibre, a multi-mode (MM) fibre or also a polarization-maintaining (PM) fibre.
[00036] In an alternative embodiment illustrated in Fig. 2, a reflector 9 is arranged at the distal end of the radio-sensitive optical fibre 3. The reflector 9 comprises for example a mirror arranged opposite the distal end of the radio-sensitive optical fibre 3. The reflector 9 can also be consisted of a reflective treatment applied to the distal end of the radio-sensitive optical fibre 3. The reflector 9 can also be consisted of a fibre Bragg reflector.
[00037] The reference arm 4 is an arm that has a far shorter optical path than the radio-sensitive optical fibre 3. The reference arm 4 comprises for example an optical fibre section of short length. In an example, the optical fibre section of the reference arm 4 has the same structure and/or composition as the radio-sensitive optical fibre 3 and of very shorter length than that of the radio-sensitive optical fibre 3. However, the optical fibre in the reference arm is not necessarily a radio-sensitive fibre. For example, the reference arm 4 comprises an optical fibre section having a length of 1 m.
[00038] The first photodetector 5 and the second photodetector 6 comprise for example photodiodes.
[00039] The electronic system 20 makes it possible to monitor and control the active elements, such as the light source 1 and the photodetectors 5, 6. The electronic system 20 also allows processing the power measurements transmitted in the radio-sensitive optical fibre and in the reference arm, calculating the radiation induced losses and the corresponding radiation dose. The electronic system 20 also allows the transfer to the user of data 30 comprising in particular the dose measurement result D extracted from the differential RIA measurement 27. The dosimeter performs real-time measurements, with for example acquisition of a measurement point on the two photodetectors 5, 6, every microsecond (in other words, at a MHz acquisition rate), according to the performances of the detection electronics. This system makes it possible to detect very short radiative events. This system also makes it possible to take and read real-time differential RIA measurements.
[00040] Optionally, the dosimeter 100 comprises one or several temperature sensor(s). For example, Fig. 1 illustrates a temperature sensor 13 arranged near the light source 1, an other temperature sensor 14 arranged near the optical coupler-splitter 2 and/or an other temperature sensor 15 arranged near the coil of radio-sensitive optical fibre 3 and/or an other temperature sensor 16 arranged near the first photodetector 5 and/or the second photodetector 6. Particularly advantageously, the photodiodes 5, 6 are placed close to each other in such a way that they have the same temperature and that their thermal dependence partially compensates for each other. In practice, the most useful sensor is the temperature sensor 16 located near the photodetectors 5, 6. The signals 23, 24, 25, 26 coming respectively from the temperature sensors 13, 14, 15, 16 are transmitted to the electronic system 20. A calculator 8 uses a model of conversion of optical losses into dose that uses these point temperature measurements to correct some drifts dues to the thermal effects on the components of the dosimeter, in particular on the photodiodes 5, 6 and/or, respectively, on the radio-sensitive optical fibre 3.
[00041] The operation of the dosimeter 100 will now be explained. The light source 1 emits a light beam 10. The light beam 10 is in the visible or infrared domain. The optical coupler-splitter 2 receives the light beam 10 and splits in into a first part of the light beam 11 and a second part of the light beam 12. The first part of the light beam 11 is injected at a proximal end of the radio-sensitive optical fibre 3. Simultaneously, the second part of the light beam 12 is injected into the reference arm 4. The optical coupler-splitter 2 is for example a coupler 90:10, in order to inject 90 % of the optical power in the radio-sensitive optical fibre 3 and 10 % of the optical power remaining in the reference arm 4. Advantageously, a coupler 50/50 is used, which has an optical coupling ratio that is stable by symmetry. Other optical coupling ratios are conceivable without departing from the framework of the present disclosure.
[00042] The first photodetector 5 receives the first part of the light beam 11 exiting from the radio-sensitive optical fibre 3 and the second photodetector 6 receives the second part of the light beam 12 exiting from the reference arm 4. The first detector 5 thus measures the power 21 of the first part of the light beam 11 after transmission through the radio-sensitive optical fibre 3. The second detector 6 thus measures the power 22 of the second part of the light beam 12 after transmission through the reference arm 4.
[00043] In the alternative embodiment illustrated in Fig. 2, the reflector 9 reflects the first part of the light beam 11 transmitted a first time through the radio-sensitive optical fibre 3 so that it propagates a second time, in the reverse direction, through the radio-sensitive optical fibre 3. The first detector 5 thus measures the power 21 of the first part of the light beam 11 after a round-trip through the radio-sensitive optical fibre 3. This alternative embodiment makes it possible to multiply by two the length of the optical path through the radio-sensitive optical fibre 3 without increasing its physical length.
[00044] The radiation dose received by the radio-sensitive optical fibre 3 is denoted D. Generally, for example in the case of a dosimeter illustrated in Fig. 1, the dose measurement is deduced from the absorption A due to the radiations in the optical fibre via a mathematical model, based for example on the following formula:
[Math 1]
[00045] where η is the sensitivity of the fibre to radiations, (for example η = 4 dB/km/Gy (SiO2) at 1550 nm for a phosphosilicate fibre) and L is the length of the radio-sensitive optical fibre 3. This general formula must be adapted, for example, in the case of a dosimeter using a mirror as illustrated in Fig. 2, where the optical path length is equal to twice the optical fibre length. A precalibration makes it possible to adjust the model over the whole measurement dynamics. It is advantageous to use a long fibre length L, for a given accuracy on the reading of absorption A. However, the longer the length L of the radio-sensitive optical fibre 3, the higher the absorption A due to the radiations in the sensitive fibre. Now, at the wavelength of 650 nm, with a length L of 2 km, the initial absorption (before radiations) of the fibre is already of the order of 20 dB. In order to obtain an accurate optical attenuation measurement, it is advantageous to use a single light source 1 followed with the passive coupler-splitter 2 that splits the optical power between the second part of the light beam 12 towards the reference arm and the first part of the light beam 11 on the arm that passes in the radio-sensitive optical fibre 3, the attenuation A of which has to be measured. This architecture makes is possible to avoid power fluctuations of the optical source. However, the optical power difference measured by the two photodetectors 5 and 6 can be very large, in particular when the length L of the radio-sensitive optical fibre 3 is long, generally several km long, for example 5 km.
[00046] The electronic system 20 is designed to make a ratio between the power 21 of the first part of the light beam 11 and the power 22 of the second part of the light beam 12 in order to obtain a differential radiation induced attenuation measurement 27. The calculator 8 then uses the differential RIA measurement 27 to deduce therefrom the radiation dose D received, on the basis of a model, for example as described hereinabove. Normalizing at each moment the power 21 transmitted via the radio-sensitive optical fibre 3 with respect to the power 22 transmitted via the reference arm 4 makes it possible to avoid power variations of the light source 1 as a function of time.
[00047] According to a particular and advantageous aspect, the electronic system 20 comprises a logarithmic amplifier 7. The logarithmic amplifier 7 is for example an analog integrated DC logarithmic amplifier. The logarithmic amplifier 7 receives simultaneously on two distinct input paths the power 21 of the first part of the light beam 11 and the power 22 of the second part of the light beam 12. For example, with two photodiodes 5, 6, the logarithmic amplifier 7 receives on an input path the photocurrent emitted by the signal photodiode 5 and on another input path the photocurrent emitted by the reference photodiode 6. The logarithmic amplifier 7 thus makes it possible to compare these photocurrents. More precisely, the logarithmic amplifier 7 performs directly an analog logarithmic ratio operation that makes it possible to provide directly the differential RIA measurement 27 in decibels. Indeed, the logarithmic amplifier 7 uses the exponential relation between the voltage and the current in a junction PN to have an intrinsically logarithmic relation between an input current and an output voltage, which makes it possible to obtain an accurate attenuation measurement even when the photocurrent varies by several orders of magnitude. On the contrary, an electronic system based on the use of two independent transimpedance amplifiers generates a strong difference between the two photocurrents, and requires a very unbalanced adjustment of the transimpedance amplifiers to compensate for this strong difference.
[00048] Contrary to the electronic systems in which each analog signal is first digitized via an analog-digital converter before applying a digital division calculation, the operations are made directly and mainly on analog signals. That way, the measurement accuracy is not limited by the resolution nor by the dynamics of an analog-digital converter. Moreover, the flow of data at the output of the logarithmic amplifier 7 is not limited by the memory block size. The use of such a logarithmic amplifier 7 makes it possible to strongly increase the accuracy and dynamics of measurement of the RIA signal by several orders of magnitude, in particular near the low radiation doses.
[00049] However, according to an aspect of the present disclosure, power measurement instabilities linked to polarization effects limit the detection of low radiation doses. Generally, the light polarization is not kept during the propagation in a single-mode (SM) fibre that is not of the polarization-maintaining type. The polarization of a light beam changes in particular very strongly as a function of the fibre mechanical stress or the temperature. If a polarized light beam is injected into a single-mode fibre, the polarization of the light beam at the output of the fibre is difficult to control and changes rapidly in particular due to temperature fluctuations. Moreover, some optical components indispensable for the attenuation measurement, such as the coupler-splitter 2 and the photodiodes 6, 7 have a response that slightly depends on the polarization. It is estimated that the difference of "polarization dependant losses" (PDL) between the two orthogonal polarizations is of the order of at least 0.1 dB. Unexpectedly, and although this difference is apparently small, this phenomenon is liable to limit the accuracy of a measurement of radiation induced attenuation in a single-mode (SM) fibre. Indeed, the polarization fluctuations are converted into power fluctuations. It follows from the present disclosure that the polarization effects directly and strongly affect the detection limit and the accuracy of a fibre-optic dosimeter exploiting the phenomenon of radiation induced attenuation (RIA) to follow the time evolution of the dose deposited.
[00050] Different solutions are here proposed to reduce or cancel the polarization effects in a fibre-optic dosimeter.
[00051] According to a first embodiment, the light source 1 is a non-polarized optical source. Different non-polarized sources are contemplated. By way of non-limiting example, an Amplified Stimulated Emission (ASE) source illustrated in Fig. 3. The source 1 of Fig. 3 includes a pump diode 40 connected via an optical fibre 41 to a coupler-multiplexer 43. The pump diode 40 emits a pump signal at a pump wavelength, for example of 980 nm. A first Bragg grating 42 is arranged upstream of the coupler-multiplexer 43 and configured to favour the emission of the laser diode at a precise wavelength, here of 980 nm. The coupler-multiplexer 43 receives on an input path the pump signal filtered at 980 nm. The coupler-multiplexer 43 receives on another input path 44 a signal to be amplified at a determined wavelength as a function of the amplifier medium. In the case of an erbium ASE source, the wavelength of the signal to be amplified is 1550 nm. A second Bragg grating 45 is arranged downstream of the coupler-multiplexer 43 and configured to favour the stable emission at 1550 nm by the optical amplifier medium 47, here consisted of an erbium-doped optical fibre. At the output of the coupler-multiplexer 43, the pump signal at 980 nm and the signal to be amplified is 1550 nm are injected into the erbium-doped amplifying fibre. An optical isolator 48 is arranged at the output of the amplifying fibre to transmit the light beam 10 at 1550 nm emitted by the source 1. The source 1 thus performs the optical conversion of the polarized pump beam emitted by the pump laser diode, for example at 980 nm or 1480 nm, into a light beam at a wavelength in the telecom band (1532-1550 nm). Under the laser threshold, the photons emitted at a telecom wavelength are emitted spontaneously in such a way that the light beam emitted in the telecom band is non-polarized. This light source is then non-polarized. In other words, the light beam 10 generated by amplified stimulated emission is non-polarized. In this case, the optical coupler-splitter 2 is neither of the polarization-maintaining type, nor polarizing. The first part of the light beam 11 and the second part of the light beam 12 are non-polarized. The dosimeter 100 based on such a non-polarized source can use standard optical components and in particular a single-mode (SM) or multi-mode (MM) radio-sensitive optical fibre 3, which is not of the polarization-maintaining type. Likewise, the reference arm 4 is then based on components that are not on the polarization-maintaining type, for example a section of standard (SM) optical fibre or a section of multi-mode (MM) optical fibre. Polarimeters exist, for example based on rotating polarizers, that allow measuring the polarization state of a light beam. For a non-polarized light beam, for example, an identical power is measured in the two transverse polarization modes but no phase coherence between them. The use of an erbium ASE source makes it possible to cancel the polarization fluctuations on the RIA measurements.
[00052] According to an alternative of the first embodiment, a polarization source 1 is used, combined with a passive or active optical device, to average the polarization of the source light beam 10. By way of non-limiting example, a source is used, which comprises a superluminescent diode (SLED) that emits a polarized light beam. An active or passive optical component is placed downstream of the polarized source to depolarize the light beam emitted by the source.
[00053] In an example, the passive optical device is of the Lyot depolarizer type. The Lyot depolarizer principle is to make the two transverse polarization components follow different optical paths, whose optical path length is greater than the coherence length of the source, then to recombine the two polarizations. The Lyot depolarizer can be made by butt-welding two sections of polarization-maintaining optical fibres with proper axes misaligned by 45 degrees with respect to each other. In this case, the two optical paths correspond to the two indices of the PM fibre. As an alternative, if the coherence length of the source is great, a polarization combiner is used to inject the two transverse polarization components into different PM fibres and to recombine them at the output. Such a passive depolarizer is particularly suitable for a light source having a relatively small coherence length, as for example a superluminescent diode (SLED).
[00054] In another example, the active optical device is of the polarization scrambler type. This active optical device is configured to randomly modulate the phase in order to break the coherence of the source and the polarization thereof. The active optical device comprises an optical phase modulator, for example an electro-optical modulator. As an alternative, the active optical device is formed by applying a suitable mechanical stress on the fibre itself to randomly modulate the phase.
[00055] According to a second embodiment, the source 1 is polarized, the radio-sensitive optical fibre 3 is a polarization-maintaining (PM) fibre and all the optical chain between the source 1 and the photodetectors 5, 6 is of the polarization-maintaining type. Advantageously, this radio-sensitive optical fibre 3 is manufactured by doping the core or the optical cladding of a conventional PM fibre, for example with a phosphorus doping. In this case, the optical coupler-splitter 2 is of the polarization-maintaining type. The first part of the light beam 11 and the second part of the light beam 12 are polarized. The source-side and coil-side welds are made in such a way as to align the proper axes of the polarization-maintaining radio-sensitive optical fibre 3 with respect to the proper axes of the polarized source. Likewise, the proper axes of the reference arm 4 are aligned on the proper axes of the polarized source. The first part of the light beam 11 and the second part of the light beam 12 are thus polarized. The polarization of the light beam being then kept during the propagation in the radio-sensitive optical fibre 3 and in the reference arm 4, the PDL has no influence on the radiation induced attenuation measurement.
[00056] As an alternative, the dosimeter comprises at least two sources emitting at two distinct wavelengths, each source being connected to a suitable optical fibre. For example, the two sources are polarized and the two coils of radio-sensitive optical fibre are polarization-maintaining optical fibres. In another example, the two sources are non-polarized or depolarized. In still another example, the dosimeter comprises a first polarized source associated with a polarization-maintaining radio-sensitive optical fibre and a second non-polarized or depolarized source. The combination of two sources with two different wavelengths allows measurement redundancy and hence accuracy improvement. As an alternative, a single and same source is adapted to emit the light beam at several wavelengths, for example 16 distinct wavelengths.
[00057] According to another particular and advantageous aspect, a single light source 1 is used, coupled simultaneously with several coils of radio-sensitive optical fibres, for example with two or three optical fibre coils of different lengths and/or having a different sensitivity to ionizing radiations, in addition to the reference arm 4. Indeed, for example, an other radio-sensitive optical fibre and a beam splitter arranged between the light source 1, the radio-sensitive optical fibre 3 and the other radio-sensitive optical fibre are used. The beam splitter receives the light beam 10 of the light source and splits it between the radio-sensitive optical fibre 3 and the other radio-sensitive optical fibre. In this case, the splitter is located upstream from the coupler 2. It may be a power splitter of the 1xN coupler type or a multiplexer that makes it possible to address sequentially the different coils. Each coil needs its proper reference arm. Similarly to the first detector associated with the radio-sensitive optical fibre, an other photodetector is associated with the other radio-sensitive optical fibre and arranged to record an other power measurement of the light beam transmitted through the other radio-sensitive optical fibre. The electronic system 20 is here adapted to receive the other power measurement of the other photodetector, simultaneously with the measurement of the reference arm. The electronic system 20 is configured to extract an other differential radiation induced attenuation measurement in the other radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm. Such a configuration advantageously allows reading several dosimeters with a single optical source in such a way as to reduce the costs.
[00058] The drastic reduction of the polarization effects in the fibre-optic dosimeter makes it possible to make the dosimeter less sensitive to the ambient thermal variations. The reduction of the polarization fluctuations in the fibre-optic dosimeter also allows lowering the low radiation dose detection threshold, improving the accuracy of the RIA measurements and also increasing the dose measurement dynamics.
[00059] In total, the combination of an electronic system based on a logarithmic amplifier and the reduction of the polarization effects make it possible to lower the low radiation dose detection threshold to a few tens of microGy, to improve the RIA measurement accuracy and also to increase the dose measurement dynamics so that it extends between 1 Gy and 100 Gy, for example. In an exemplary embodiment, the dosimeter of the present disclosure makes it possible to reduce the detection noise by 1 to 2 orders of magnitude. The measured dose rate is included in a range between 100 gray/j and 1 Mgray/j. The dosimeter of the present disclosure thus allows measurements of radiation doses with a remarkable accuracy of the order of 10-4 in relative on a dynamic range extending over 10 dB.
[00060] This architecture makes is possible to avoid power fluctuations of the light source 1. The differential RIA measurement makes it possible to chose a light source 1 whose intensity in not necessarily stabilized as a function of time. An ASE source or a laser diode is for example chosen.
[00061] The dosimeter can be conditioned in a very compact casing, for example a light-weight cylinder approximately 40 mm in diameter and 20 mm high. The dosimeter can thus be taken on-board a space station or even in the belt of an astronaut for an extravehicular exit. The dosimeter provides instantaneous measurements. The casing can be configured to transmit the dose measurements for example by a wireless connection to a display screen. These measurements allow for example anticipating a solar flare liable to damage sensitive equipment.
[00062] This point dosimeter can also find applications in the medical field for point measurement of radiation doses from medical equipment, for example in pulsed radiotherapy. This point dosimeter also finds applications in the nuclear field, for inspection and dismantling of any nuclear fusion and fission facilities.
[00063] Of course, various other modifications can be made to the invention within the scope of the appended claims.
[00064]
Fibre-optic dosimeter for space environment and dosimetry method
【技術分野】
[0001] The present invention relates to the technical field of dosimetry equipment, devices and methods for measuring radiation doses, expressed in Gray (1 Gy= 1 J/kg), in particular in a mixed environment comprising ions, protons, electrons, neutrons and/or photons.
[0002] More precisely, the present invention relates to a point dosimeter for providing a real-time high-accuracy radiation dose measurement. The invention also relates to a dosimeter for providing a total ionizing dose (TID) measurement over a wide dynamic range and/or a long duration.
[0003] In particular, such a dosimetry equipment, device and method finds applications in the space field, in any type of space radiative environment, or in the medical and scientific fields of high-energy physics, as a reference sensor for other dosimeters, or in the nuclear field.
【背景技術】
[0004] It is important that a dosimetry can be made in any type of space radiative environment, i.e. on any type of platform and on all orbits. Indeed, manned flights, missions on the surface of the moon or planets, space probes, samples taken during space missions or also stratospheric balloon flights are exposed to different radiative environments, called space radiative environments. For example, it is important to be able to measure the radiation dose received by an astronaut in a space station at each moment and cumulatively over the duration of a mission. Time-resolved dosimetry can also be used to detect solar flares or to monitor the neutrons received during an extravehicular mission, on the moon or on a planet.
[0005] Different types of passive or active point dosimeters exist. Passive dosimeters are known, which are based on thermoluminescent materials, optically stimulable or using defect concentration measurements by electron paramagnetic resonance. These passive dosimeters are read after irradiation but do not allow an accurate real-time dose measurement. Active dosimeters also exist, which are based for example of microelectronic components.
[0006] It is also known to use a fibre-optic dosimeter based on a radiation induced attenuation (RIA) measurement, also called radiation induced loss measurement, for different types of radiations: ions, protons, electrons, neutrons and/or photons. In particular, it is known to use a dosimeter comprising a radio-sensitive optical fibre, a light source and a photodetector to measure, as a function of time, the optical power losses of the light beam transmitted through the optical fibre to deduce therefrom, thanks to a pre-calibration, the radiation induced attenuation in the optical fibre. An optical fibre is made radio-sensitive by doping the core and/or the optical cladding, for example with phosphorus, which makes the optical fibre sensitive to ionizing radiations.
[0007] Some dosimeters based on the RIA measurement in an optical fibre provide high sensitivity at low radiation doses, for example with a sensitivity of the order of 1 dB.km-1.Gy-1 and an accuracy of 20 %. However, the RIA generally depends on the temperature and the dose rate and significantly decreases after the end of exposure to radiation. Moreover, the intensity of the light source limits the measurement dynamics.
[0008] In many terrestrial applications, a dosimeter can comprise a part exposed to radiation and an other part protected from radiation. On the contrary, in space environment, the whole system is subjected to radiations. Space environment imposes drastic operating conditions: small footprint, low mass and low energy consumption, mechanical resistance to shocks and vibrations and insensitivity to strong thermal variations in the space environment. These conditions make fibre-optic dosimeters very difficult to use in space environment for accurate dose measurements.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
[0009] One of the objects of the invention is to propose an active dosimeter of high accuracy over a wide dynamic range, particularly at very low radiation doses and dose rates. Another object of the invention is to propose a point dosimeter having an answer independent of the temperature and the dose rate, in particular for applications in space environment. Still another object of the invention is to propose a dosimeter sensitive to electron, proton, photon, neutron and/or ion radiations.
[00010] For that purpose, the invention relates to a dosimeter comprising a light source capable of generating a light beam, an optical coupler-splitter capable of receiving the light beam emitted by the light source and to transmit separately a first part of the light beam and a second part of the light beam, a radio-sensitive optical fibre, wherein the radio-sensitive optical fibre is arranged to receive the first part of the light beam, a first photodetector arranged to record a power measurement of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre, a reference optical arm of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre, the reference optical arm being arranged to receive the second part of the light beam, a second photodetector arranged to record a reference power measurement of the light beam transmitted through the reference optical arm, and an electronic system capable of receiving simultaneously the power measurement of the first photodetector and the reference power measurement of the second photodetector, the electronic system being configured to extract a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
【課題を解決するための手段】
[00011] According to the invention, the light beam is non-polarized or depolarized, or, respectively, the light beam is polarized and the radio-sensitive optical fibre is a polarization-maintaining fibre.
[00012] According to a particular and advantageous aspect, the light source comprises an amplified spontaneous emission source generating the light beam by amplified stimulated emission, the light beam being non-polarized.
[00013] According to another particular and advantageous aspect, the dosimeter comprises an active or passive optical device arranged downstream of the light source and configured to depolarize the light beam.
[00014] In an exemplary embodiment, the passive optical device comprises a depolarizer, for example a Lyot depolarizer or a polarization combiner and two polarization-maintaining optical fibres of different lengths.
[00015] In another exemplary embodiment, the active optical device comprises an optical phase modulator, for example an electro-optical modulator.
[00016] Advantageously, the light source comprises a laser diode or a superluminescent diode.
[00017] Advantageously, the radio-sensitive optical fibre is a single-mode or multi-mode fibre. In an exemplary embodiment, the reference optical arm comprises an optical fibre section.
[00018] According to a particularly advantageous aspect, the electronic system comprises a logarithmic amplifier configured to receive simultaneously the power measurement of the first photodetector and the reference power measurement of the second photodetector, the logarithmic amplifier being capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre.
[00019] In an exemplary embodiment, the light source is capable of emitting the light beam at a first wavelength and at a second wavelength distinct from the first wavelength, the first photodetector being adapted to record a power measurement of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre at the first wavelength and at the second wavelength, the second photodetector being adapted to record the reference power measurement at the first wavelength and at the second wavelength, and the electronic system being capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement at the first wavelength and at the second wavelength.
[00020] According to a particular and advantageous aspect, the dosimeter comprises at least one temperature sensor arranged to acquire at least one temperature measurement at at least one point of the dosimeter, and the electronic system is adapted to correct the differential radiation induced attenuation measurement as a function of said at least one temperature measurement.
[00021] Advantageously, the dosimeter comprises a reflective element arranged at a distal end of the radio-sensitive optical fibre, the first photodetector being arranged to record the power measurement of the light beam transmitted after a round trip through the radio-sensitive optical fibre.
[00022] According to a particular aspect, the first photodetector and the second photodetector each comprise a photodiode.
[00023] According to another particular and advantageous aspect, the dosimeter comprises an other radio-sensitive optical fibre and a beam splitter arranged between the light source, the radio-sensitive optical fibre and the other radio-sensitive optical fibre, the beam splitter being capable of splitting the light beam between the radio-sensitive optical fibre and the other radio-sensitive optical fibre, an other photodetector arranged to record an other power measurement of the light beam transmitted through the other radio-sensitive optical fibre, the electronic system being adapted to receive the other power measurement of the other photodetector, the electronic system being configured to extract an other differential radiation induced attenuation measurement in the other radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
[00024] The invention also relates to a dosimetry method comprising the following steps: emitting a light beam; splitting the light beam into a first part of the light beam and a second part of the light beam; injecting the first part of the light beam into a radio-sensitive optical fibre, the light beam being depolarized or, respectively, the light beam being polarized and the radio-sensitive optical fibre being a polarization-maintaining fibre; injecting the second part of the light beam into a reference optical arm of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre; recording on a first photodetector a power measurement of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre; recording on a second photodetector a reference power measurement of the light beam transmitted through the reference optical arm; and electronically processing the power measurement of the first photodetector and the reference power measurement of the second photodetector to extract therefrom a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
[00025] Obviously, the different features, alternatives and embodiments of the invention can be associated with each other according to various combinations, insofar as they are not incompatible or exclusive with respect to each other.
【図面の簡単な説明】
[00026] Moreover, various other features of the invention emerge from the appended description made with reference to the drawings that illustrate non-limiting embodiments of the invention, and wherein:
[00027] [Fig. 1] schematically shows a dosimeter according to an exemplary embodiment,
[00028] [Fig. 2] schematically shows a dosimeter according to another exemplary embodiment,
[00029] [Fig. 3] schematically shows an example of non-polarized source.
[00030] It is to be noted that, in these figures, the structural and/or functional elements common to the different alternatives can have the same references number．
【発明を実施するための形態】
[00031] The present disclosure proposes a point dosimeter based on a measurement of radiation induced attenuation in the radio-sensitive optical fibre. The dosimeter is configured to have a high sensitivity at low radiation doses, a great accuracy and a great measurement dynamics. Advantageously, the dosimeter is stable with respect to ambient temperature variations.
[00032] Here, the term "point dosimeter" means a dosimeter capable of taking measurements of induced attenuation that are integrated over the whole length of the optical fibre. Such a point dosimeter is different from a fibre-optic reflectometer, which is used to locally measure an attenuation in the fibre and to determine the position of this attenuation as a function of the longitudinal direction of the fibre.
[00033] Fig. 1 illustrates the structure of a dosimeter 100. The dosimeter 100 comprises a light source 1, an optical coupler-splitter 2, a radio-sensitive optical fibre 3, a reference arm 4, a first photodetector 5, a second photodetector 6 and an electronic system 20. The measurement principle is based on a differential measurement of the RIA optical losses between two measurement arms of different optical lengths comprising, on the one hand, the radio-sensitive optical fibre 3 and, on the other hand, the reference arm 4.
[00034] The radio-sensitive optical fibre 3 is a fibre whose optical transmission properties vary with the radiation dose received. For example, the radio-sensitive optical fibre 3 is an optical fibre with a phosphorus or aluminium-doped core. For example, the radio-sensitive optical fibre 3 is a phosphosilicate or aluminosilicate fibre. Such a fibre is sensitive to ionizing radiations in a neutron, X-ray or gamma-ray energy range. The radio-sensitive optical fibre 3 has a great length, between 50 m and 10 km, for example 100 m, 2 km, 5 km or 7 km. The optical fibre length is optimized by taking into account the sensitivity coefficient of this optical fibre at the source wavelength(s) used, expressed for example in dB.km-1.Gy-1. In the example illustrated in Fig. 1, the radio-sensitive optical fibre 3 selected is a phosphosilicate fibre of 5 km long. The radio-sensitive optical fibre 3 is wound in coil form to have a reduced footprint. The diameter of the coil of radio-sensitive optical fibre 3 is generally between 20 mm and 200 mm, for example of the order of 40 mm.
[00035] As described in more detail hereinafter in the present disclosure, the radio-sensitive optical fibre can be, according to the embodiments, a single-mode (SM) fibre, a multi-mode (MM) fibre or also a polarization-maintaining (PM) fibre.
[00036] In an alternative embodiment illustrated in Fig. 2, a reflector 9 is arranged at the distal end of the radio-sensitive optical fibre 3. The reflector 9 comprises for example a mirror arranged opposite the distal end of the radio-sensitive optical fibre 3. The reflector 9 can also be consisted of a reflective treatment applied to the distal end of the radio-sensitive optical fibre 3. The reflector 9 can also be consisted of a fibre Bragg reflector.
[00037] The reference arm 4 is an arm that has a far shorter optical path than the radio-sensitive optical fibre 3. The reference arm 4 comprises for example an optical fibre section of short length. In an example, the optical fibre section of the reference arm 4 has the same structure and/or composition as the radio-sensitive optical fibre 3 and of very shorter length than that of the radio-sensitive optical fibre 3. However, the optical fibre in the reference arm is not necessarily a radio-sensitive fibre. For example, the reference arm 4 comprises an optical fibre section having a length of 1 m.
[00038] The first photodetector 5 and the second photodetector 6 comprise for example photodiodes.
[00039] The electronic system 20 makes it possible to monitor and control the active elements, such as the light source 1 and the photodetectors 5, 6. The electronic system 20 also allows processing the power measurements transmitted in the radio-sensitive optical fibre and in the reference arm, calculating the radiation induced losses and the corresponding radiation dose. The electronic system 20 also allows the transfer to the user of data 30 comprising in particular the dose measurement result D extracted from the differential RIA measurement 27. The dosimeter performs real-time measurements, with for example acquisition of a measurement point on the two photodetectors 5, 6, every microsecond (in other words, at a MHz acquisition rate), according to the performances of the detection electronics. This system makes it possible to detect very short radiative events. This system also makes it possible to take and read real-time differential RIA measurements.
[00040] Optionally, the dosimeter 100 comprises one or several temperature sensor(s). For example, Fig. 1 illustrates a temperature sensor 13 arranged near the light source 1, an other temperature sensor 14 arranged near the optical coupler-splitter 2 and/or an other temperature sensor 15 arranged near the coil of radio-sensitive optical fibre 3 and/or an other temperature sensor 16 arranged near the first photodetector 5 and/or the second photodetector 6. Particularly advantageously, the photodiodes 5, 6 are placed close to each other in such a way that they have the same temperature and that their thermal dependence partially compensates for each other. In practice, the most useful sensor is the temperature sensor 16 located near the photodetectors 5, 6. The signals 23, 24, 25, 26 coming respectively from the temperature sensors 13, 14, 15, 16 are transmitted to the electronic system 20. A calculator 8 uses a model of conversion of optical losses into dose that uses these point temperature measurements to correct some drifts dues to the thermal effects on the components of the dosimeter, in particular on the photodiodes 5, 6 and/or, respectively, on the radio-sensitive optical fibre 3.
[00041] The operation of the dosimeter 100 will now be explained. The light source 1 emits a light beam 10. The light beam 10 is in the visible or infrared domain. The optical coupler-splitter 2 receives the light beam 10 and splits in into a first part of the light beam 11 and a second part of the light beam 12. The first part of the light beam 11 is injected at a proximal end of the radio-sensitive optical fibre 3. Simultaneously, the second part of the light beam 12 is injected into the reference arm 4. The optical coupler-splitter 2 is for example a coupler 90:10, in order to inject 90 % of the optical power in the radio-sensitive optical fibre 3 and 10 % of the optical power remaining in the reference arm 4. Advantageously, a coupler 50/50 is used, which has an optical coupling ratio that is stable by symmetry. Other optical coupling ratios are conceivable without departing from the framework of the present disclosure.
[00042] The first photodetector 5 receives the first part of the light beam 11 exiting from the radio-sensitive optical fibre 3 and the second photodetector 6 receives the second part of the light beam 12 exiting from the reference arm 4. The first detector 5 thus measures the power 21 of the first part of the light beam 11 after transmission through the radio-sensitive optical fibre 3. The second detector 6 thus measures the power 22 of the second part of the light beam 12 after transmission through the reference arm 4.
[00043] In the alternative embodiment illustrated in Fig. 2, the reflector 9 reflects the first part of the light beam 11 transmitted a first time through the radio-sensitive optical fibre 3 so that it propagates a second time, in the reverse direction, through the radio-sensitive optical fibre 3. The first detector 5 thus measures the power 21 of the first part of the light beam 11 after a round-trip through the radio-sensitive optical fibre 3. This alternative embodiment makes it possible to multiply by two the length of the optical path through the radio-sensitive optical fibre 3 without increasing its physical length.
[00044] The radiation dose received by the radio-sensitive optical fibre 3 is denoted D. Generally, for example in the case of a dosimeter illustrated in Fig. 1, the dose measurement is deduced from the absorption A due to the radiations in the optical fibre via a mathematical model, based for example on the following formula:
[Math 1]
[00046] The electronic system 20 is designed to make a ratio between the power 21 of the first part of the light beam 11 and the power 22 of the second part of the light beam 12 in order to obtain a differential radiation induced attenuation measurement 27. The calculator 8 then uses the differential RIA measurement 27 to deduce therefrom the radiation dose D received, on the basis of a model, for example as described hereinabove. Normalizing at each moment the power 21 transmitted via the radio-sensitive optical fibre 3 with respect to the power 22 transmitted via the reference arm 4 makes it possible to avoid power variations of the light source 1 as a function of time.
[00047] According to a particular and advantageous aspect, the electronic system 20 comprises a logarithmic amplifier 7. The logarithmic amplifier 7 is for example an analog integrated DC logarithmic amplifier. The logarithmic amplifier 7 receives simultaneously on two distinct input paths the power 21 of the first part of the light beam 11 and the power 22 of the second part of the light beam 12. For example, with two photodiodes 5, 6, the logarithmic amplifier 7 receives on an input path the photocurrent emitted by the signal photodiode 5 and on another input path the photocurrent emitted by the reference photodiode 6. The logarithmic amplifier 7 thus makes it possible to compare these photocurrents. More precisely, the logarithmic amplifier 7 performs directly an analog logarithmic ratio operation that makes it possible to provide directly the differential RIA measurement 27 in decibels. Indeed, the logarithmic amplifier 7 uses the exponential relation between the voltage and the current in a junction PN to have an intrinsically logarithmic relation between an input current and an output voltage, which makes it possible to obtain an accurate attenuation measurement even when the photocurrent varies by several orders of magnitude. On the contrary, an electronic system based on the use of two independent transimpedance amplifiers generates a strong difference between the two photocurrents, and requires a very unbalanced adjustment of the transimpedance amplifiers to compensate for this strong difference.
[00048] Contrary to the electronic systems in which each analog signal is first digitized via an analog-digital converter before applying a digital division calculation, the operations are made directly and mainly on analog signals. That way, the measurement accuracy is not limited by the resolution nor by the dynamics of an analog-digital converter. Moreover, the flow of data at the output of the logarithmic amplifier 7 is not limited by the memory block size. The use of such a logarithmic amplifier 7 makes it possible to strongly increase the accuracy and dynamics of measurement of the RIA signal by several orders of magnitude, in particular near the low radiation doses.
[00049] However, according to an aspect of the present disclosure, power measurement instabilities linked to polarization effects limit the detection of low radiation doses. Generally, the light polarization is not kept during the propagation in a single-mode (SM) fibre that is not of the polarization-maintaining type. The polarization of a light beam changes in particular very strongly as a function of the fibre mechanical stress or the temperature. If a polarized light beam is injected into a single-mode fibre, the polarization of the light beam at the output of the fibre is difficult to control and changes rapidly in particular due to temperature fluctuations. Moreover, some optical components indispensable for the attenuation measurement, such as the coupler-splitter 2 and the photodiodes 6, 7 have a response that slightly depends on the polarization. It is estimated that the difference of "polarization dependant losses" (PDL) between the two orthogonal polarizations is of the order of at least 0.1 dB. Unexpectedly, and although this difference is apparently small, this phenomenon is liable to limit the accuracy of a measurement of radiation induced attenuation in a single-mode (SM) fibre. Indeed, the polarization fluctuations are converted into power fluctuations. It follows from the present disclosure that the polarization effects directly and strongly affect the detection limit and the accuracy of a fibre-optic dosimeter exploiting the phenomenon of radiation induced attenuation (RIA) to follow the time evolution of the dose deposited.
[00050] Different solutions are here proposed to reduce or cancel the polarization effects in a fibre-optic dosimeter.
[00051] According to a first embodiment, the light source 1 is a non-polarized optical source. Different non-polarized sources are contemplated. By way of non-limiting example, an Amplified Stimulated Emission (ASE) source illustrated in Fig. 3. The source 1 of Fig. 3 includes a pump diode 40 connected via an optical fibre 41 to a coupler-multiplexer 43. The pump diode 40 emits a pump signal at a pump wavelength, for example of 980 nm. A first Bragg grating 42 is arranged upstream of the coupler-multiplexer 43 and configured to favour the emission of the laser diode at a precise wavelength, here of 980 nm. The coupler-multiplexer 43 receives on an input path the pump signal filtered at 980 nm. The coupler-multiplexer 43 receives on another input path 44 a signal to be amplified at a determined wavelength as a function of the amplifier medium. In the case of an erbium ASE source, the wavelength of the signal to be amplified is 1550 nm. A second Bragg grating 45 is arranged downstream of the coupler-multiplexer 43 and configured to favour the stable emission at 1550 nm by the optical amplifier medium 47, here consisted of an erbium-doped optical fibre. At the output of the coupler-multiplexer 43, the pump signal at 980 nm and the signal to be amplified is 1550 nm are injected into the erbium-doped amplifying fibre. An optical isolator 48 is arranged at the output of the amplifying fibre to transmit the light beam 10 at 1550 nm emitted by the source 1. The source 1 thus performs the optical conversion of the polarized pump beam emitted by the pump laser diode, for example at 980 nm or 1480 nm, into a light beam at a wavelength in the telecom band (1532-1550 nm). Under the laser threshold, the photons emitted at a telecom wavelength are emitted spontaneously in such a way that the light beam emitted in the telecom band is non-polarized. This light source is then non-polarized. In other words, the light beam 10 generated by amplified stimulated emission is non-polarized. In this case, the optical coupler-splitter 2 is neither of the polarization-maintaining type, nor polarizing. The first part of the light beam 11 and the second part of the light beam 12 are non-polarized. The dosimeter 100 based on such a non-polarized source can use standard optical components and in particular a single-mode (SM) or multi-mode (MM) radio-sensitive optical fibre 3, which is not of the polarization-maintaining type. Likewise, the reference arm 4 is then based on components that are not on the polarization-maintaining type, for example a section of standard (SM) optical fibre or a section of multi-mode (MM) optical fibre. Polarimeters exist, for example based on rotating polarizers, that allow measuring the polarization state of a light beam. For a non-polarized light beam, for example, an identical power is measured in the two transverse polarization modes but no phase coherence between them. The use of an erbium ASE source makes it possible to cancel the polarization fluctuations on the RIA measurements.
[00052] According to an alternative of the first embodiment, a polarization source 1 is used, combined with a passive or active optical device, to average the polarization of the source light beam 10. By way of non-limiting example, a source is used, which comprises a superluminescent diode (SLED) that emits a polarized light beam. An active or passive optical component is placed downstream of the polarized source to depolarize the light beam emitted by the source.
[00053] In an example, the passive optical device is of the Lyot depolarizer type. The Lyot depolarizer principle is to make the two transverse polarization components follow different optical paths, whose optical path length is greater than the coherence length of the source, then to recombine the two polarizations. The Lyot depolarizer can be made by butt-welding two sections of polarization-maintaining optical fibres with proper axes misaligned by 45 degrees with respect to each other. In this case, the two optical paths correspond to the two indices of the PM fibre. As an alternative, if the coherence length of the source is great, a polarization combiner is used to inject the two transverse polarization components into different PM fibres and to recombine them at the output. Such a passive depolarizer is particularly suitable for a light source having a relatively small coherence length, as for example a superluminescent diode (SLED).
[00054] In another example, the active optical device is of the polarization scrambler type. This active optical device is configured to randomly modulate the phase in order to break the coherence of the source and the polarization thereof. The active optical device comprises an optical phase modulator, for example an electro-optical modulator. As an alternative, the active optical device is formed by applying a suitable mechanical stress on the fibre itself to randomly modulate the phase.
[00055] According to a second embodiment, the source 1 is polarized, the radio-sensitive optical fibre 3 is a polarization-maintaining (PM) fibre and all the optical chain between the source 1 and the photodetectors 5, 6 is of the polarization-maintaining type. Advantageously, this radio-sensitive optical fibre 3 is manufactured by doping the core or the optical cladding of a conventional PM fibre, for example with a phosphorus doping. In this case, the optical coupler-splitter 2 is of the polarization-maintaining type. The first part of the light beam 11 and the second part of the light beam 12 are polarized. The source-side and coil-side welds are made in such a way as to align the proper axes of the polarization-maintaining radio-sensitive optical fibre 3 with respect to the proper axes of the polarized source. Likewise, the proper axes of the reference arm 4 are aligned on the proper axes of the polarized source. The first part of the light beam 11 and the second part of the light beam 12 are thus polarized. The polarization of the light beam being then kept during the propagation in the radio-sensitive optical fibre 3 and in the reference arm 4, the PDL has no influence on the radiation induced attenuation measurement.
[00056] As an alternative, the dosimeter comprises at least two sources emitting at two distinct wavelengths, each source being connected to a suitable optical fibre. For example, the two sources are polarized and the two coils of radio-sensitive optical fibre are polarization-maintaining optical fibres. In another example, the two sources are non-polarized or depolarized. In still another example, the dosimeter comprises a first polarized source associated with a polarization-maintaining radio-sensitive optical fibre and a second non-polarized or depolarized source. The combination of two sources with two different wavelengths allows measurement redundancy and hence accuracy improvement. As an alternative, a single and same source is adapted to emit the light beam at several wavelengths, for example 16 distinct wavelengths.
[00057] According to another particular and advantageous aspect, a single light source 1 is used, coupled simultaneously with several coils of radio-sensitive optical fibres, for example with two or three optical fibre coils of different lengths and/or having a different sensitivity to ionizing radiations, in addition to the reference arm 4. Indeed, for example, an other radio-sensitive optical fibre and a beam splitter arranged between the light source 1, the radio-sensitive optical fibre 3 and the other radio-sensitive optical fibre are used. The beam splitter receives the light beam 10 of the light source and splits it between the radio-sensitive optical fibre 3 and the other radio-sensitive optical fibre. In this case, the splitter is located upstream from the coupler 2. It may be a power splitter of the 1xN coupler type or a multiplexer that makes it possible to address sequentially the different coils. Each coil needs its proper reference arm. Similarly to the first detector associated with the radio-sensitive optical fibre, an other photodetector is associated with the other radio-sensitive optical fibre and arranged to record an other power measurement of the light beam transmitted through the other radio-sensitive optical fibre. The electronic system 20 is here adapted to receive the other power measurement of the other photodetector, simultaneously with the measurement of the reference arm. The electronic system 20 is configured to extract an other differential radiation induced attenuation measurement in the other radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm. Such a configuration advantageously allows reading several dosimeters with a single optical source in such a way as to reduce the costs.
[00058] The drastic reduction of the polarization effects in the fibre-optic dosimeter makes it possible to make the dosimeter less sensitive to the ambient thermal variations. The reduction of the polarization fluctuations in the fibre-optic dosimeter also allows lowering the low radiation dose detection threshold, improving the accuracy of the RIA measurements and also increasing the dose measurement dynamics.
[00059] In total, the combination of an electronic system based on a logarithmic amplifier and the reduction of the polarization effects make it possible to lower the low radiation dose detection threshold to a few tens of microGy, to improve the RIA measurement accuracy and also to increase the dose measurement dynamics so that it extends between 1 Gy and 100 Gy, for example. In an exemplary embodiment, the dosimeter of the present disclosure makes it possible to reduce the detection noise by 1 to 2 orders of magnitude. The measured dose rate is included in a range between 100 gray/j and 1 Mgray/j. The dosimeter of the present disclosure thus allows measurements of radiation doses with a remarkable accuracy of the order of 10-4 in relative on a dynamic range extending over 10 dB.
[00060] This architecture makes is possible to avoid power fluctuations of the light source 1. The differential RIA measurement makes it possible to chose a light source 1 whose intensity in not necessarily stabilized as a function of time. An ASE source or a laser diode is for example chosen.
[00061] The dosimeter can be conditioned in a very compact casing, for example a light-weight cylinder approximately 40 mm in diameter and 20 mm high. The dosimeter can thus be taken on-board a space station or even in the belt of an astronaut for an extravehicular exit. The dosimeter provides instantaneous measurements. The casing can be configured to transmit the dose measurements for example by a wireless connection to a display screen. These measurements allow for example anticipating a solar flare liable to damage sensitive equipment.
[00062] This point dosimeter can also find applications in the medical field for point measurement of radiation doses from medical equipment, for example in pulsed radiotherapy. This point dosimeter also finds applications in the nuclear field, for inspection and dismantling of any nuclear fusion and fission facilities.
[00063] Of course, various other modifications can be made to the invention within the scope of the appended claims.
[00064]
Claims
[Claim 1] A dosimeter (100) comprising:
- a light source (1) capable of generating a light beam (10),
- an optical coupler-splitter (2) capable of receiving the light beam (10) emitted by the light source (1) and to transmit separately a first part of the light beam (11) and a second part of the light beam (12),
- a radio-sensitive optical fibre (3), the radio-sensitive optical fibre (3) being arranged to receive the first part of the light beam (11),
- a first photodetector (5) arranged to record a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3),
- a reference optical arm (4) of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre (3), the reference optical arm (4) being arranged to receive the second part of the light beam (12),
- a second photodetector (6) arranged to record a reference power measurement (22) of the light beam transmitted through the reference optical arm (4), and
- an electronic system (20) capable of receiving simultaneously the power measurement (21) of the first photodetector (5) and the reference power measurement (22) of the second photodetector (6), the electronic system (20) being configured to extract a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre (3) with respect to the reference optical arm (4),
characterized in that
- the light beam (10) is non-polarized or depolarized, or, respectively,
- the light beam (10) is polarized and the radio-sensitive optical fibre (3) is a polarization-maintaining fibre.
[Claim 2] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the light source (1) comprises an amplified spontaneous emission source generating the light beam by amplified stimulated emission, the light beam (10) being non-polarized.
[Claim 3] The dosimeter (100) according to claim 1, comprising an active or passive optical device arranged downstream of the light source (1) and configured to depolarize the light beam (10).
[Claim 4] The dosimeter (100) according to claim 3, wherein the passive optical device comprises a depolarizer, for example a Lyot depolarizer or a polarization combiner and two polarization-maintaining optical fibres of different lengths.
[Claim 5] The dosimeter (100) according to claim 3, wherein the active optical device comprises an optical phase modulator.
[Claim 6] The dosimeter (100) according to claim 3, wherein the light source (1) comprises a laser diode or a superluminescent diode.
[Claim 7] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the radio-sensitive optical fibre (3) is a single-mode or multi-mode fibre.
[Claim 8] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the reference optical arm (4) comprises an optical fibre section.
[Claim 9] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the electronic system (20) comprises a logarithmic amplifier (7) configured to receive simultaneously the power measurement (21) of the first photodetector (5) and the reference power measurement (22) of the second photodetector (6), the logarithmic amplifier (7) being capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement (27) in the radio-sensitive optical fibre.
[Claim 10] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the light source (1) is capable of emitting the light beam (10) at a first wavelength and at a second wavelength distinct from the first wavelength, the first photodetector (5) being adapted to record a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3) at the first wavelength and at the second wavelength, the second photodetector (6) being adapted to record the reference power measurement (21) at the first wavelength and at the second wavelength, and in that the electronic system (20) is capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement at the first wavelength and at the second wavelength.
[Claim 11] The dosimeter (100) according to claim 1, comprising at least one temperature sensor (13, 14, 15) arranged to acquire at least one temperature measurement (23, 24, 25) at at least one point of the dosimeter, and in that the electronic system (20) is adapted to correct the differential radiation induced attenuation measurement as a function of said at least one temperature measurement (23, 24, 25).
[Claim 12] The dosimeter (100) according to claim 1, comprising an other radio-sensitive optical fibre and a beam splitter arranged between the light source (1), the radio-sensitive optical fibre (3) and the other radio-sensitive optical fibre, the beam splitter being capable of splitting the light beam (10) between the radio-sensitive optical fibre (3) and the other radio-sensitive optical fibre, an other photodetector arranged to record an other power measurement of the light beam transmitted through the other radio-sensitive optical fibre, the electronic system (20) being adapted to receive the other power measurement of the other photodetector, the electronic system (20) being configured to extract an other differential radiation induced attenuation measurement in the other radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
[Claim 13] A dosimetry method comprising the following steps:
- emitting a light beam (10),
- splitting the light beam (10) into a first part of the light beam (11) and a second part of the light beam (12),
- injecting the first part of the light beam (11) into a radio-sensitive optical fibre (3), the light beam (10) being depolarized or, respectively, the light beam (10) being polarized and the radio-sensitive optical fibre (3) being a polarization-maintaining fibre;
- injecting the second part of the light beam (12) into a reference optical arm (4) of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre (3),
- recording on a first photodetector (5) a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3);
- recording on a second photodetector (6) a reference power measurement (22) of the light beam transmitted through the reference optical arm (4);
- electronically processing the power measurement (21) of the first photodetector (5) and the reference power measurement (22) of the second photodetector (6) to extract therefrom a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre (3) with respect to the reference optical arm (4).
[Claim 1] A dosimeter (100) comprising:
- a light source (1) capable of generating a light beam (10),
- an optical coupler-splitter (2) capable of receiving the light beam (10) emitted by the light source (1) and to transmit separately a first part of the light beam (11) and a second part of the light beam (12),
- a radio-sensitive optical fibre (3), the radio-sensitive optical fibre (3) being arranged to receive the first part of the light beam (11),
- a first photodetector (5) arranged to record a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3),
- a reference optical arm (4) of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre (3), the reference optical arm (4) being arranged to receive the second part of the light beam (12),
- a second photodetector (6) arranged to record a reference power measurement (22) of the light beam transmitted through the reference optical arm (4), and
- an electronic system (20) capable of receiving simultaneously the power measurement (21) of the first photodetector (5) and the reference power measurement (22) of the second photodetector (6), the electronic system (20) being configured to extract a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre (3) with respect to the reference optical arm (4),
characterized in that
- the light beam (10) is non-polarized or depolarized, or, respectively,
- the light beam (10) is polarized and the radio-sensitive optical fibre (3) is a polarization-maintaining fibre.
[Claim 2] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the light source (1) comprises an amplified spontaneous emission source generating the light beam by amplified stimulated emission, the light beam (10) being non-polarized.
[Claim 3] The dosimeter (100) according to claim 1, comprising an active or passive optical device arranged downstream of the light source (1) and configured to depolarize the light beam (10).
[Claim 4] The dosimeter (100) according to claim 3, wherein the passive optical device comprises a depolarizer, for example a Lyot depolarizer or a polarization combiner and two polarization-maintaining optical fibres of different lengths.
[Claim 5] The dosimeter (100) according to claim 3, wherein the active optical device comprises an optical phase modulator.
[Claim 6] The dosimeter (100) according to claim 3, wherein the light source (1) comprises a laser diode or a superluminescent diode.
[Claim 7] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the radio-sensitive optical fibre (3) is a single-mode or multi-mode fibre.
[Claim 8] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the reference optical arm (4) comprises an optical fibre section.
[Claim 9] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the electronic system (20) comprises a logarithmic amplifier (7) configured to receive simultaneously the power measurement (21) of the first photodetector (5) and the reference power measurement (22) of the second photodetector (6), the logarithmic amplifier (7) being capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement (27) in the radio-sensitive optical fibre.
[Claim 10] The dosimeter (100) according to claim 1, wherein the light source (1) is capable of emitting the light beam (10) at a first wavelength and at a second wavelength distinct from the first wavelength, the first photodetector (5) being adapted to record a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3) at the first wavelength and at the second wavelength, the second photodetector (6) being adapted to record the reference power measurement (21) at the first wavelength and at the second wavelength, and in that the electronic system (20) is capable of extracting the differential radiation induced attenuation measurement at the first wavelength and at the second wavelength.
[Claim 11] The dosimeter (100) according to claim 1, comprising at least one temperature sensor (13, 14, 15) arranged to acquire at least one temperature measurement (23, 24, 25) at at least one point of the dosimeter, and in that the electronic system (20) is adapted to correct the differential radiation induced attenuation measurement as a function of said at least one temperature measurement (23, 24, 25).
[Claim 12] The dosimeter (100) according to claim 1, comprising an other radio-sensitive optical fibre and a beam splitter arranged between the light source (1), the radio-sensitive optical fibre (3) and the other radio-sensitive optical fibre, the beam splitter being capable of splitting the light beam (10) between the radio-sensitive optical fibre (3) and the other radio-sensitive optical fibre, an other photodetector arranged to record an other power measurement of the light beam transmitted through the other radio-sensitive optical fibre, the electronic system (20) being adapted to receive the other power measurement of the other photodetector, the electronic system (20) being configured to extract an other differential radiation induced attenuation measurement in the other radio-sensitive optical fibre with respect to the reference optical arm.
[Claim 13] A dosimetry method comprising the following steps:
- emitting a light beam (10),
- splitting the light beam (10) into a first part of the light beam (11) and a second part of the light beam (12),
- injecting the first part of the light beam (11) into a radio-sensitive optical fibre (3), the light beam (10) being depolarized or, respectively, the light beam (10) being polarized and the radio-sensitive optical fibre (3) being a polarization-maintaining fibre;
- injecting the second part of the light beam (12) into a reference optical arm (4) of smaller optical length than that of the radio-sensitive optical fibre (3),
- recording on a first photodetector (5) a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3);
- recording on a second photodetector (6) a reference power measurement (22) of the light beam transmitted through the reference optical arm (4);
- electronically processing the power measurement (21) of the first photodetector (5) and the reference power measurement (22) of the second photodetector (6) to extract therefrom a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre (3) with respect to the reference optical arm (4).
Abstract of the disclosure
The invention relates to a dosimeter (100) comprising a light source (1) capable of generating a light beam (10), an optical coupler-splitter (2), a radio-sensitive optical fibre (3), a first photodetector (5) arranged to record a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3), a reference optical arm (4), a second photodetector (6) arranged to record a reference power measurement (22) of the light beam transmitted through the reference optical arm (4), and an electronic system (20) configured to extract a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre (3) with respect to the reference optical arm (4). According to the invention, the light beam (10) is non-polarized or depolarized, or, respectively, the light beam (10) is polarized and the radio-sensitive optical fibre (3) is a polarization-maintaining fibre.
Figure for the abstract: Fig. 1
The invention relates to a dosimeter (100) comprising a light source (1) capable of generating a light beam (10), an optical coupler-splitter (2), a radio-sensitive optical fibre (3), a first photodetector (5) arranged to record a power measurement (21) of the light beam transmitted through the radio-sensitive optical fibre (3), a reference optical arm (4), a second photodetector (6) arranged to record a reference power measurement (22) of the light beam transmitted through the reference optical arm (4), and an electronic system (20) configured to extract a differential radiation induced attenuation measurement in the radio-sensitive optical fibre (3) with respect to the reference optical arm (4). According to the invention, the light beam (10) is non-polarized or depolarized, or, respectively, the light beam (10) is polarized and the radio-sensitive optical fibre (3) is a polarization-maintaining fibre.
Figure for the abstract: Fig. 1
