▶ コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-25
(54)【発明の名称】放射に対する耐性を有するシリカに基づいた光ファイバ
(51)【国際特許分類】
G02B 6/44 20060101AFI20231218BHJP
【ＦＩ】
G02B6/44 301A
G02B6/44 321
G02B6/44 331
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023534660
(86)(22)【出願日】2021-11-18
(85)【翻訳文提出日】2023-08-01
(86)【国際出願番号】 EP2021082165
(87)【国際公開番号】W WO2022128319
(87)【国際公開日】2022-06-23
(31)【優先権主張番号】2013163
(32)【優先日】2020-12-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】311015001
【氏名又は名称】コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブ
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シェイモル，ギュイ
(72)【発明者】
【氏名】ラダシ，アユプ
【テーマコード（参考）】
2H250
【Ｆターム（参考）】
2H250AB05
2H250AB07
2H250AB08
2H250AB09
2H250AB10
2H250AB18
2H250AC51
2H250AH05
2H250AH33
2H250BA32
2H250BB10
2H250BB17
2H250BB26
2H250BC01
2H250BC02
2H250BD04
(57)【要約】
本発明は、放射（Ｒ）に対する耐性を有するシリカ光ファイバ（１０）に関し、これは、
－コア（２０）と、
－コアを取り囲むシース（３０）と、
－シースをケース状に収容するポリマー被覆（４０）と、
を有し、前記被覆は、水素を前記光ファイバ内に拡散させるように、放射の影響下において放射線分解によって水素（Ｈ２）を形成することができる。また、本発明は、少なくとも１つのこのような放射に対する耐性を有するシリカ光ファイバを有する光ファイバ装置にも関する。
－コア（２０）と、
－コアを取り囲むシース（３０）と、
－シースをケース状に収容するポリマー被覆（４０）と、
を有し、前記被覆は、水素を前記光ファイバ内に拡散させるように、放射の影響下において放射線分解によって水素（Ｈ２）を形成することができる。また、本発明は、少なくとも１つのこのような放射に対する耐性を有するシリカ光ファイバを有する光ファイバ装置にも関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
放射（Ｒ）に対する耐性を有するシリカ光ファイバ（１０）であって、－コア（２０）と、
－前記コアを取り囲むシース（３０）と、
－前記シースをケース状に収容するポリマー被覆（４０）と、
を有し、
前記被覆は、形成された水素を前記光ファイバ内に拡散させるように、前記放射の影響下において放射線分解によって前記水素（Ｈ２）を形成することが可能であり、ポリマー材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリビニルクロライド、ポリエチレン酸化物、ポリプロピレン酸化物、ポリオキシメチレンのうちの１つ又は複数の要素を有する、シリカ光ファイバ（１０）。
【請求項2】
前記被覆（４０）がポリマー材料の固体層（４１）であることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項3】
前記被覆（４０）は、ポリマー材料のゲル層（４２）と、前記シース（３０）とジャケットとの間において前記ゲルを収容する能力を有する前記ジャケット（４３）と、を有することを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項4】
前記ジャケット（４３）は、ポリマー又は金属から製造されていることを特徴とする、請求項３に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項5】
前記ポリマー被覆（４０）は、前記シース（３０）の周りにおいて環状被覆を形成していることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項6】
前記コア（２０）及び前記シース（３０）は、前記コア及び前記シースが標準光ファイバを形成している状態において、前記ポリマー被覆（４０）内において埋め込まれていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項7】
前記標準光ファイバは、いくつかの巻線を有し、前記巻線は、前記ポリマー被覆（４０）内において埋め込まれていることを特徴とする、請求項６に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項8】
前記光ファイバの前記コア（２０）は、ケイ素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ボロン、フッ素、場合によっては窒素、のうちの１つ又は複数の元素を有することを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項9】
前記光ファイバの前記コア（２０）は、ランタン、セリウム、エルビウム、イットリウム、ネオジミウム、タリウム、及び／又はホルミウムのうちの１つ又は複数の希土類ドーパントを有することを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項10】
前記シース（３０）は、ケイ素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ボロン、フッ素、場合によっては窒素、のうちの１つ又は複数の要素を有することを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載の光ファイバ（１０）。
【請求項11】
請求項１～１０のいずれか１項に記載の少なくとも１つのシリカ光ファイバを有する光ファイバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリカに基づいた光ファイバと、更に詳しくは、宇宙媒体内又は核環境内などの放射環境内における使用が意図されたシリカに基づいた光ファイバと、の分野に関する。
【0002】
本発明は、光信号の伝送用のドーピングされていない放射に対する耐性を有する光ファイバに関し得る。また、本発明は、特に増幅器、増幅自然放出源、又はファイバレーザー用途用のドーピングされた放射に対する耐性を有する光ファイバにも関し得る。
【背景技術】
【0003】
本発明は、シリカに基づいた光ファイバに関する。本説明の全体を通じて、「光ファイバ」と単に呼称される「シリカに基づいた光ファイバ」という表現は、ケイ素以外の元素（ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ボロン、フッ素、など）及び／又は窒素を有し得る且つ／又はドーピングされ得る又はドーピングされ得ない光ファイバを意味するものと理解されたい。
【0004】
光ファイバには、所謂「受動型」のドーピングされていないファイバと所謂「能動型」のドーピングされたファイバという２つの主要なクラスが存在している。
【0005】
受動型ファイバは、光信号を変更することなしに光信号を送信する光ファイバであるものとして定義されている。
【0006】
逆に、能動型ファイバは、例えば、光信号を増幅するなどのように光信号を変更することによって光信号を送信する光ファイバであるものとして定義されている。能動型ファイバの可能な用途は、エルビウムドーピングされたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、増幅自然放出（「ＡＳＥ」）源、又はファイバレーザーである。
【0007】
光ファイバが電子、中性子、Ｘ線、及び／又はγ放射線などのイオン化放射に曝露された際には、その光学性能レベルの劣化、特に（「放射誘発減衰」、或いは、場合によっては「ＲＩＡ」と表記される）数ｄＢ／リニアメートルに到達し得る減衰／光ファイバの単位長さの増大、が観察される。このような減衰は、例えば、５０％の損失に対応する３ｄＢなどのように、１～１０ｄＢ／リニアメートルのレベルになり得る。
【0008】
光ファイバのコアを構成している化学的リンクが放射のエネルギーによって妨げられることから、パワーの損失が発生し、これが新しい電子遷移状態の出現をもたらし、その結果、前記電子遷移と関連する波長領域における更なる吸収がもたらされる。
【0009】
この現象は、放射媒体内の用途における、特に核又は宇宙媒体内の用途における、特定のファイバの使用を大幅に制限することになるが、これは、（例えば、衛星間通信レーザーとして使用される）ＥＤＦＡ、（例えば、衛星内の光ファイバジャイロスコープ用の）ＡＳＥ源、又はファイバレーザーの場合には、特に重要である。
【0010】
この現象を制限するために、一般には、その組成及び動作のスペクトル範囲が意図されている媒体に対して最良に適しているファイバが設計されている。
【0011】
受動型ファイバとの関係においては、コア、光ビーム輸送ベクトル（ｌｉｇｈｔ ｂｅａｍ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｖｅｃｔｏｒ）が非常に低い不純物のレートを有するウルトラピュアシリカから製造されているファイバを選択することが可能である。更には、“Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｆｌｕｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒｓ”，Ｋ．Ｓａｎａｄａ，Ｎ．Ｓｈａｍｏｔｏ，ａｎｄ Ｋ．Ｉｎａｄａ，Ｐｒｏｃ．Ｆｉｒｓｔ ＰＡＣ ＲＩＭ Ｍｅｅｔ．Ｇｌａｓｓ Ｏｐｔ．Ｍａｔｅｒ．，ｖｏｌ．１７９，ｐｐ．３３９－３４４，Ｎｏｖ．１９９４，ｄｏｉ：１０．１０１６／００２２－３０９３（９４）９０７１４－５という文献において記述されているように、低フッ素ドーピングは、放射によって誘発される減衰の制限に寄与し得る。
【0012】
但し、これらの予防策にも拘らず、特に核又は宇宙分野における性能損失が、特定のスペクトル範囲においては、場合によって相対的に大きなものになり得る。
【0013】
能動型ファイバとの関係においては、ファイバに大きな光学効率を付与するために且つこれを能動型とするために、リン及び／又はアルミニウムの（コ）ドーピングを有するファイバを選択することができる。但し、このドーピングの結果、ファイバは、上述の受動型ファイバよりも格段に放射に対して大きな感度を有することになる（赤外（ＩＲ）及び可視における追加損失が複数桁だけ大きくなる）。ここで、本発明者らは、このような能動型ファイバが核及び宇宙分野の場合に大きな重要性を有しており、これが特に宇宙ナビゲーション及び通信システムにおいて使用されるファイバレーザー及び光学増幅器の基礎を構成しているという事実を指摘しておきたい。従って、これらが放射の影響の下においてそのプロパティを保持し得ることが不可欠である。
【0014】
従って、硬化解決策が既に存在してはいるが、それらは、高放射レートの場合には不十分な状態に留まっており、且つ、更には、しばしば適用が困難である。
【0015】
放射の影響を低減するための別の既知の解決策は、光ファイバを水素によってドーピングするというものである。この水素の肯定的効果については、ピュアシリカコアと、フッ素化シリカから製造され得るシースと、を有する所謂受動型光ファイバのケースにおいては、例えば、“Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｐｕｒｅ Ｓｉｌｉｃａ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒｓ ｂｙ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”，Ｋａｙａ Ｎａｇａｓａｗａ，Ｙｕｔａｋａ Ｈｏｓｈｉ，Ｙｏｓｈｉｍｉｃｈｉ Ｏｈｋｉ ａｎｄ Ｋｉｃｈｉｎｏｓｕｋｅ Ｙａｈａｇｉ，Ｊａｐａｎｅｓｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ ２４，Ｐａｒｔ １，Ｎｕｍｂｅｒ ９（１９８５）という文献において記述されている。ファイバ内の水素の存在が、可視及び近赤外内の吸収帯域を有する欠陥の１３８０ｎｍを中心とした吸収帯域を有するＯＨ欠陥への変換を許容している。（上述の文献の）図１に示されているように、これは、可視及び近赤外における光ファイバの放射によって誘発される減衰を大幅に低減している。
【0016】
また、この水素の肯定的効果については、例えば、そのコアがセリウム及びエルビウムによってコドーピングされたアルミノ－シリカ光ファイバなどの所謂能動型増幅ファイバの場合には、“Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ－ｈａｒｄｅｎｅｄ ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ ｌｏｎｇ ｓｐａｃｅ ｍｉｓｓｉｏｎｓ”Ａ．Ｌａｄａｃｉ，ｅｔ ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２０１７という文献において記述されている。従って、水素の存在は、（上述の文献の）図２に示されているように、光増幅器において使用されるこのような能動型ファイバの硬化の際に非常に有益である。
【0017】
但し、水素は、高度に揮発性のガスである。これを光ファイバ又はこのような光ファイバを有するシステムの動作の全体を通じてファイバのコア内において維持することは、非常に複雑である。
【0018】
この課題に応答して、仏国特許出願第３００８１９４号明細書は、
ａ）シリカ光ファイバプレフォームの製造と、
ｂ）長手方向空洞のプレフォーム内における形成と、
ｃ）光ファイバ（１）の端部において少なくとも１つのアパーチャ（１３）を有するコア（２）、光シース（６）、及び少なくとも１つの長手方向空洞（３）を有する光ファイバ（１）を形成するような前記プレフォームのファイバ製造と、
ｄ）ファイバ製造ステップｃ）におけるガス密被覆（４）の適用と、
ｅ）前記アパーチャ（１３）を介してシリカ内において前記ガス性物質を内蔵するような、好ましくはガス状の水素及び／又はガス状の重水素を有するガス状物質に対する光ファイバ（１）の曝露と、
ｆ）光ファイバ（１）の２つの端部におけるすべてのアパーチャ（１３）の閉鎖と、
というステップを有する放射に対する耐性を有する光ファイバを製造する方法について記述している。
ａ）シリカ光ファイバプレフォームの製造と、
ｂ）長手方向空洞のプレフォーム内における形成と、
ｃ）光ファイバ（１）の端部において少なくとも１つのアパーチャ（１３）を有するコア（２）、光シース（６）、及び少なくとも１つの長手方向空洞（３）を有する光ファイバ（１）を形成するような前記プレフォームのファイバ製造と、
ｄ）ファイバ製造ステップｃ）におけるガス密被覆（４）の適用と、
ｅ）前記アパーチャ（１３）を介してシリカ内において前記ガス性物質を内蔵するような、好ましくはガス状の水素及び／又はガス状の重水素を有するガス状物質に対する光ファイバ（１）の曝露と、
ｆ）光ファイバ（１）の２つの端部におけるすべてのアパーチャ（１３）の閉鎖と、
というステップを有する放射に対する耐性を有する光ファイバを製造する方法について記述している。
【0019】
図３Ａ及び図３Ｂにおいて示されている得られたシリカ光ファイバは、
－コア（２）と、
－光シース（６）と、
－光シース（６）の内側において配設された少なくとも１つの長手方向空洞（３）であって、光ファイバ（１）の２つの端部において閉鎖されている長手方向空洞（３）と、
－通常は炭素の又は金属の薄い層であるガス拡散密被覆（４）と、
を有する。
－コア（２）と、
－光シース（６）と、
－光シース（６）の内側において配設された少なくとも１つの長手方向空洞（３）であって、光ファイバ（１）の２つの端部において閉鎖されている長手方向空洞（３）と、
－通常は炭素の又は金属の薄い層であるガス拡散密被覆（４）と、
を有する。
【0020】
前記シリカ光ファイバは、少なくとも１つの空洞（３）内において、好ましくはガス状水素及び／又はガス状重水素のうちからの判定された濃度のガスを有する。
【0021】
但し、このような製造方法及び得られるファイバは、特定の欠点を提示している。
【0022】
一方において、１ナノメートル～数十ナノメートルのレベルの炭素又は金属の薄い層が、特に長期の使用期間にわたって、放射及び温度の影響下において密閉状態に留まるという保証が存在していない。
【0023】
他方において、炭素又は金属の薄い層による被覆は、（ポリマーシースを有するファイバ又はダブルシースファイバなどの）すべてのタイプのファイバ上において生成され得るわけではない。実際に、ポリマーシース上において金属被覆を製造することは、シースを溶解又は損傷するリスクを生成する可能性があり、且つ、ポリマーシース上において炭素被覆を保持することは、困難であり、場合によっては不可能である。
【0024】
更には、この方法においては、ファイバのコア内において収容されている水素の量の制御が複雑である。
【0025】
この解決策は、水素が、ファイバが放射に晒された際の有益な効果と、ファイバがいまだ照射されていない又は非常に小さな照射にのみ晒されている場合の否定的効果と、というデュアル効果を有するという点において、少なくとも別の欠陥を提示している。実際に、開始時点においてファイバ内に存在している水素は、いまだ照射されていないファイバ（「バージンファイバ」と呼称される）内において追加的損失（光拡散による損失）を課すことになる。従って、ファイバが放射に晒される前に、バージンファイバ内における追加的損失という否定的効果のみが存在している。実際に、図２において、照射の前に且つ非常に低い線量まで、水素を有していないファイバが、水素を有するファイバよりも大きな利得を有することを観察することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0026】
【特許文献1】仏国特許出願第３００８１９４号明細書
【非特許文献】
【0027】
【非特許文献1】Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｆｌｕｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒｓ”，Ｋ．Ｓａｎａｄａ，Ｎ．Ｓｈａｍｏｔｏ，ａｎｄ Ｋ．Ｉｎａｄａ，Ｐｒｏｃ．Ｆｉｒｓｔ ＰＡＣ ＲＩＭ Ｍｅｅｔ．Ｇｌａｓｓ Ｏｐｔ．Ｍａｔｅｒ．，ｖｏｌ．１７９，ｐｐ．３３９－３４４，Ｎｏｖ．１９９４，ｄｏｉ：１０．１０１６／００２２－３０９３（９４）９０７１４－５
【非特許文献2】Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｐｕｒｅ Ｓｉｌｉｃａ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒｓ ｂｙ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｋａｙａ Ｎａｇａｓａｗａ，Ｙｕｔａｋａ Ｈｏｓｈｉ，Ｙｏｓｈｉｍｉｃｈｉ Ｏｈｋｉ ａｎｄ Ｋｉｃｈｉｎｏｓｕｋｅ Ｙａｈａｇｉ，Ｊａｐａｎｅｓｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌｕｍｅ ２４，Ｐａｒｔ １，Ｎｕｍｂｅｒ ９（１９８５）
【非特許文献3】Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ－ｈａｒｄｅｎｅｄ ｅｒｂｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｆｏｒ ｌｏｎｇ ｓｐａｃｅ ｍｉｓｓｉｏｎｓ Ａ．Ｌａｄａｃｉ，ｅｔ ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２０１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0028】
本発明は、従来技術の上述の欠点を克服することを狙いとしている。
【0029】
更に詳しくは、本発明は、光ファイバが放射に晒される前のその性能を維持しつつ、放射に晒された光ファイバの性能を改善し、且つ、最長の可能な使用期間の全体を通じてこれを実行することを狙いとしている。本発明は、特に放射媒体内において光ファイバを使用し得ることを狙いとしている。また、本発明は、ドーピングされているのか又はされていないのかとは無関係に、且つ、１つ又は複数のドーパント並びにコア及びシースの材料とは無関係に、任意のタイプのシリカに基づいた光ファイバの性能を改善することを狙いとしている。
【課題を解決するための手段】
【0030】
これらの欠点の矯正を可能にする本発明の主題は、
－コアと、
－コアを取り囲むシースと、
－シースをケース状に収容するポリマー被覆であって、前記光ファイバ内に形成された前記水素を拡散させるように、放射の影響下において放射線分解によって水素を形成し得る被覆と、
を有する放射に対する耐性を有するシリカ光ファイバである。
－コアと、
－コアを取り囲むシースと、
－シースをケース状に収容するポリマー被覆であって、前記光ファイバ内に形成された前記水素を拡散させるように、放射の影響下において放射線分解によって水素を形成し得る被覆と、
を有する放射に対する耐性を有するシリカ光ファイバである。
【0031】
放射線分解は、特定の材料、特にポリマー、内におけるイオン化放射の影響下における水素の放出から構成された既知の現象である。単位重量当たりの且つ照射の線量当たりの水素の生成のレートは、材料のタイプに、但し、更には、線量レートに、線量に、且つ、照射のタイプに、依存している。
【0032】
放射線分解は、一般には、放射線分解が密閉された媒体内において発生した場合の圧力増大のリスクが伴っている場合に回避することが求められる現象である。従って、これは、特定の材料の機能的品質の劣化として反映され得る。
【0033】
逆に、本発明は、放射束に曝露された光ファイバに放射線分解によって形成された所定量の水素を追加するように、この現象を活用している。従って、本発明による光ファイバは、その材料が放射の影響下において水素を形成し且つ光ファイバ内に放出する能力を有するポリマー又はポリマーの組合せを有する被覆を有する。
【0034】
放射線分解は、大量のポリマーが実装されるケースにおいては、大きなリスクを生成し得るが、これは、（数グラムのレベルの）わずかな量を実装している本発明のケースには該当しない。
【0035】
本発明の利点は、
－光ファイバの硬化ニーズに従って放出された水素の量を適合させる能力：従って、光ファイバを使用することが計画されている環境の関数（線量レート、合計線量、温度、など）としてポリマー材料を選択することができる。
－時間に伴う相対的に高い信頼性：実際に、水素によって予め充填された光ファイバのケースにおけるような、時間に伴う水素の漏洩のリスクに伴う懸念のニーズが存在していない。
である。
－光ファイバの硬化ニーズに従って放出された水素の量を適合させる能力：従って、光ファイバを使用することが計画されている環境の関数（線量レート、合計線量、温度、など）としてポリマー材料を選択することができる。
－時間に伴う相対的に高い信頼性：実際に、水素によって予め充填された光ファイバのケースにおけるような、時間に伴う水素の漏洩のリスクに伴う懸念のニーズが存在していない。
である。
【0036】
更には、水素は、照射によって生成され、且つ、これは、予め光ファイバ内に存在してはいないことから、光ファイバがいまだ放射に晒されていない際の水素の存在に起因した上述の望ましくない影響が回避されている。これは、光ファイバの硬化メカニズムの自己活性化と呼称され得る。
【0037】
「硬化」は、放射からファイバを保護することを狙いとしたメカニズムを意味するものと理解されたい。
【0038】
ポリマー材料のタイプ、但し、更には、その物理的状態（固体、小さな厚さのジャケット内において収容されたゲル、など）及びその厚さ、は、光ファイバの照射の状態の関数として、且つ、従って、光ファイバ内の望ましい水素の量の関数として、選択することができる。
【0039】
本発明による光ファイバは、単独で又はすべての技術的に可能な組合せにおいて取得される以下の特徴の１つ又は複数を更に有することができる。換言すれば、以下に示されている実施形態は、互いに組み合わせることができる。
【0040】
第１変形実施形態によれば、被覆は、ポリマー材料の固体層である。
【0041】
第２変形実施形態によれば、被覆は、ポリマー材料のゲルの層と、シースとジャケットの間において前記ゲルを収容する能力を有する前記ジャケットと、を有する。ジャケットは、ポリマー又は金属から製造することができる。
【0042】
第１実施形態によれば、ポリマー被覆は、シースの周りにおいて環状被覆を形成している。
【0043】
第２実施形態によれば、コア及びコアを取り囲むシース（標準光ファイバを形成しているコア及びシース）は、（固体ポリマーであり得る又はゲルの形態を有し得る）ポリマー被覆内において埋め込まれている。具体的には、標準光ファイバは、いくつかの巻線を有することが可能であり、この場合に、前記巻線は、ポリマー被覆内において埋め込まれている。
【0044】
ポリマー材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリビニルクロライド、ポリエチレン酸化物、ポリプロピレン酸化物、ポリオキシメチレンのうちの１つ又は複数の要素を有する。
【0045】
ポリマー材料は、好ましくは、高い放射線分解率を有する。
【0046】
光ファイバのコアは、ケイ素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ボロン、フッ素、場合によっては窒素のうちの１つ又は複数の元素を有し得る。
【0047】
光ファイバのコアは、ランタン、セリウム、エルビウム、イッテルビウム、ネオジミウム、タリウム、及び／又はホルミウムのうちの１つ又は複数の希土類ドーパントを有し得る。
【0048】
光ファイバのシースは、ケイ素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ボロン、フッ素、場合によっては窒素のうちの１つ又は複数の元素を有し得る。
【0049】
コア及び／又はシースの少なくとも１つは、シリカを有することに留意されたい。
【0050】
また、本発明は、本発明による少なくとも１つのシリカ光ファイバを有する光ファイバ装置にも関する。
【0051】
本発明は、宇宙媒体、核、及び科学計装分野などの放射環境において又は場合によっては放射を使用する医療アプライアンスにおいて使用されるように意図されたドーピングされた又はされていない光ファイバ及びこのような光ファイバに基づいた装置及びシステムの製造において特に有利に適用可能である。
【0052】
本発明のその他の特徴及び利点については、以下の添付の図に鑑み、例示を目的とした且つ非限定的である例として付与される以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】ドーピングされていない光ファイバに対する水素の有益な効果を示す。
【図2】エルビウムドーピングされた光ファイバに対する水素の有益な効果を示す。
【図3A】従来技術のシリカ光ファイバを表す。
【図3B】従来技術のシリカ光ファイバを表す。
【図4A】本発明による光ファイバの第１実施形態の第１変形を表す。
【図4B】本発明による光ファイバの第１実施形態の第２変形を表す。
【図5】本発明による光ファイバの被覆の放射線分解効果を表す。
【図6A】本発明による光ファイバの第２実施形態を表す。
【図6B】本発明による光ファイバの第２実施形態を表す。
【発明を実施するための形態】
【0054】
【0055】
図４Ａ及び図４Ｂは、光ファイバの第１実施形態を表している。表されている２つの変形において、放射耐性シリカ光ファイバ１０は、コア２０と、コアを取り囲むシース３０と、シースをケース状に収容するポリマー材料の環状被覆４０と、を有し、この場合に、前記被覆は、水素を前記光ファイバ内に拡散させるように、放射の影響下において放射線分解によって水素を形成することができる。
【0056】
光ファイバのコアは、ケイ素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ボロン、フッ素、窒素のうちの１つ又は複数の元素を有し得る。これは、例えば、ランタン、セリウム、エルビウム、イッテルビウム、ネオジミウム、タリウム、及び／又はホルミウムのうちの１つ又は複数の希土類ドーパントによってドーピングしないことも可能であり又はドーピングすることもできる。
【0057】
同様に、シースも、ケイ素、ゲルマニウム、リン、アルミニウム、ボロン、フッ素、窒素のうちの１つ又は複数の元素を有し得る。これは、例えば、ランタン、セリウム、エルビウム、イッテルビウム、ネオジミウム、タリウム、及び／又はホルミウムのうちの１つ又は複数の希土類ドーパントによってドーピングしないことも可能であり又はドーピングすることもできる。
【0058】
図４Ａの第１変形において、被覆４０は、シース３０を取り囲む環状被覆であり、且つ、高放射線分解率を有するポリマー材料の固体層４１から構成されている。従って、放射の影響下においてポリマー材料の層によって形成された水素を光ファイバ内に拡散させることができる。
【0059】
また、図４Ｂの第２変形においては、被覆４０も、シース３０を取り囲む環状被覆であるが、これは、好ましくは小さな厚さのジャケット４３内において収容された高放射線分解率を有するポリマー材料からなるゲルの層４２を有するという点において第１変形とは異なっている。ジャケットは、ポリマー又は金属から製造することができる。ジャケットは、ゲルの収容を可能にしている。従って、放射の影響下においてゲルによって形成された水素を光ファイバ内に拡散させることができる。
【0060】
ポリマー材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリビニルクロライド、ポリエチレン酸化物、ポリプロピレン酸化物、ポリオキシメチレンのうちの１つ又は複数の要素を有する。これらの材料は、例えば、光ファイバ被覆として一般に使用されているアクリレートの被覆よりも水素用の大きな放射線分解率を示している。従って、上述の材料は、従来技術のものとの比較において光ファイバの相対的に良好な硬化を許容している。
【0061】
固体形態であるのか又はゲル形態であるのかとは無関係に、被覆の厚さは、用途及びターゲットである放射環境に応じて、数マイクロメートル～数ミリメートルにおいて変化し得る。これは、例えば、５０μｍ超、場合によっては２５０μｍ超、又は場合によっては４００μｍ超、であり得る。
【0062】
図５は、その一部分がシース３０及びコア２０内に拡散する水素Ｈ２のフローの放出を許容する放射線分解を被覆４０が経験している照射Ｒの影響を示している。
【0063】
図６Ａ及び図６Ｂは、ポリマー（被覆４０）内において標準光ファイバ（コア２０及びシース３０）を埋め込むことによって光ファイバが形成されている第２実施形態を表している。図示のように、標準光ファイバのコイルは、巻回され、且つ、このファイバの巻線は、高放射線分解率を有するポリマー被覆内において埋め込まれており、このポリマー被覆は、ポリマー材料の固体層であるか（第１変形）、或いは、ジャケット内において収容されたポリマー材料のゲルの層である（第２変形）。
【0064】
この第２実施形態は、放射に対して補強された光ファイバを簡単に製造することを可能にしているという点において非常に有利である。
【0065】
本発明の効果を実証するために、１つの基準ファイバと２つの本発明によるファイバという３つのファイバを製造し、次いで、試験した。
【0066】
基準光ファイバ（従来技術のファイバ）は、ドーピングによって放射に対して硬化された５０メートルコイルの形態におけるシングルモード光ファイバであり、更に詳しくは、そのコア及びシースは、フッ素ドーピングされたシリカから製造されており、この場合に、ファイバは１２５μｍの直径を有する。
【0067】
（図７ＡのファイバＡに対応する）第１ファイバは、基準光ファイバコイルのものに類似した光ファイバのコイルを埋め込む低密度ポリエチレン（ＣＨ２ＣＨ２）ｎの固体層の形態における被覆を有する第２実施形態の第１変形に従って製造されたファイバである。
【0068】
（図７ＢのファイバＢに対応する）第２ファイバは、試験の際に生成された水素がゲルに由来することを保証するための低放射線分解率を示すエポキシ樹脂（Ｃ２１Ｈ２５ＣｌＯ５）のジャケット内において収容された高放射線分解率を有するポリマーに基づいたゲル（透過ゲルであるＵｎｉｇｅｌは、超音波撮像用である）の層の形態における被覆を有する第２実施形態の第２変形に従って製造されたファイバであり、この場合に、光ファイバを埋め込む前記被覆は、基準ファイバのものに類似している。
【0069】
第１ファイバを製造するために、約１０ｇのポリエチレンが、コイルをケース状に収容することを可能にしており、これは、４２０μｍの被覆厚さの均等物を形成することを可能にした（ファイバ直径：１２５μｍ）。
【0070】
第２ファイバを製造するために、等しい量（１０ｇ）のゲルが、閉鎖されたモールド内においてコイルの周りにおいて注がれ、次いで、エポキシ樹脂ジャケットが固化された。ゲルの合計量は、ファイバの全体長さにわたって４２０μｍの厚さを有するために必要とされるものと同一である（ファイバのみの直径：１２５μｍ）。
【0071】
基準ファイバ（図７Ａ及び図７Ｂの点線曲線）及び高放射線分解率を有するポリマー被覆を有する本発明による２つの変形ファイバ（図７Ａ及び図７Ｂの実線曲線）を試験し、且つ、本発明によるファイバを基準ファイバと比較した。
【0072】
約０．９５ＭＧｙという合計線量を実現するために、１７６時間超にわたって５．４ｋＧｙ／時間のレベルの線量レートを有するガンマ放射線による照射下において３つのファイバを試験した。
【0073】
図７Ａ及び図７Ｂは、水素の効果を明らかにするこれらの試験の結果を示している。本発明によるファイバによれば、可視における損失の相当な低減が観察されている。照射によって生成された水素は、ファイバ内に貫通し、且つ、以下の式に従って、これらを（１３８０ｎｍの周りの吸収帯域を有する）Ｓｉ－ＯＨタイプの欠陥に変換することにより、（６３０ｎｍの周りの吸収帯域を有する）Ｓｉ－Ｏ＊欠陥と相互作用することを可能にしている。
Ｓｉ－Ｏ・＋Ｓｉ・＋Ｈ２＝ＳｉＯＨ＋ＳｉＨ
Ｓｉ－Ｏ・＋Ｓｉ・＋Ｈ２＝ＳｉＯＨ＋ＳｉＨ
【0074】
これは、可視及び近ＵＶ範囲において格段に透明であるファイバを形成している。
【0075】
水素の効果は、ポリマー材料、被覆の厚さ、その形態、又は場合によってはその物理的状態（固体、ジャケット内において収容されたゲル）が、光ファイバの使用が意図されている状態に適している場合には、いずれも相対的に大きなものになり得る。
【0076】
本発明は、以上において記述されている実施形態に限定されるものではなく、且つ、請求項の範囲に含まれる任意の実施形態にも拡張される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【国際調査報告】