Brevet FR2927476A1 — publié le 20090814

FIBRE OPTIQUE AMPLIFICATRICE COMPRENANT DES NANOPARTICULES ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne le domaine des fibres optiques et plus spécifiquement une fibre optique amplificatrice adaptée à amplifier les signaux optiques transmis. Les fibres amplificatrices peuvent être utilisées notamment comme amplificateur de ligne de transmission haut débit ou comme laser. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une telle fibre. Les fibres amplificatrices et notamment les fibres dopées avec des éléments de terre rare tel que de l'erbium sont couramment utilisées dans les systèmes de télécommunication optiques longue distance pour amplifier des signaux optiques transmis. De telles fibres sont utilisée dans les EDFA, acronyme anglo-saxon pour � Erbium Doped Fiber Amplifier � et présentent un coeur central composée d'une matrice de silice comprenant des éléments dopants d'Erbium éventuellement associés à des éléments dopants complémentaires permettant d'améliorer l'amplification. De manière connue en soi, l'amplification optique dans une fibre de type EDFA fonctionne en injectant dans la fibre un signal de pompe qui excite les ions (Er3+) de l'élément dopant. Lorsqu'un signal lumineux passe à travers cette portion de fibre optique, il désexcite les ions par effet laser en produisant un photon en tout point identique au photon incident. Le signal lumineux a donc été doublé. Dans le cas particulier des amplificateurs EDFA, il n'existe que deux longueurs d'onde utilisables pour le pompage optique, à savoir 980 nm et 1480 nm. La longueur d'onde de 980 nm est habituellement utilisée pour des équipements à faible bruit mais la fenêtre d'absorption correspondante est relativement étroite ; on doit donc utiliser des sources lasers stabilisées qui sont complexes et onéreuses. La fenêtre d'absorption de la longueur d'onde de 1480 nm est plus large mais nécessite l'utilisation de lasers de forte puissance qui sont onéreux. On a donc cherché à utiliser d'autres longueurs d'onde pour pomper des amplificateurs à fibre, et notamment des longueurs d'onde plus faibles. Une solution connue consiste à utiliser un transfert d'énergie entre co-dopant ayant une importante zone de recouvrement dans leur spectre d'absorption et d'émission. Par exemple un z 'eEC!C' _oo88 te>ae dopal.d_: 2C !8-C' IG2 -2 transfert entre des éléments d'ytterbium et d'erbium (Yb/Er) ou un transfert entre des éléments semi-conducteurs et des éléments d'erbium. Le transfert d'énergie entre des éléments d'ytterbium et l'erbium pour élargir la fenêtre d'absorption de la longueur d'onde de pompage a notamment été décrit dans les publications � Coherent effect of Er3+-Yb3+ co-doping on enhanced photoluminescence properties of Al2O3 powders by sol-gel method � de X.J. Wang et al., Optical Materials 26 (2004) 253-259 et "Optical gain of single mode short Er/Yb doped Fber � de Q. Wang et al., Opt. Express 12, 6192-6197 (2004). Cette solution est cependant limitée à des longueurs d'onde de pompage relativement élevées. Le transfert d'énergie entre des éléments semi-conducteurs et l'erbium pour des longueurs d'onde de pompage réduites a notamment été décrit dans les publications � Visible Wavelength Emission in the Silica Glass Fiber Doped with Silicon Nano-particles � de Songbae Moon et al., ECOC 06, parer We3, P33, proceedings vol 3, p 187-188 et "Evidence of energy coupling between Si nanocrystals and Er3+ in ion-implanted silica thin films � de C.E. Chryssou et al., Applied Physics Letters, Vol. 75, N° 14, 4 octobre 1999. Cette solution est cependant limitée par le problème du maintient de l'élément semi-conducteur à l'état réduit. Pour les deux solutions de l'art antérieur décrites ci-dessus, l'efficacité du transfert d'énergie aux atomes d'erbium est limitée aux plus proches voisins, soit une distance de quelques nanomètres entre les espèces actives. Il existe donc un besoin pour une fibre optique amplificatrice qui permette l'utilisation d'une longueur d'onde de pompage réduite, notamment dans le domaine du visible afin de pouvoir utiliser des sources bas coûts. Par ailleurs, le transfert d'énergie entre la puissance du signal de pompe est l'émission par les ions Er3+ est limitée à environ 40%. On cherche donc également à augmenter le rendement d'amplification du signal en augmentant l'intensité des émissions par les ions de terre rare. notamment grâce à une interaction à plus longue portée entre les ions impliqués dans le transfert. A cet effet, l'invention propose d'exploiter le phénomène de résonance de surface électronique, connue sous l'acronyme anglo-saxon de SPR pour � Surface Plasmon Resonance �, de nanostructures métalliques disposées dans le coeur ou dans le voisinage du coeur de la fibre. Un signal lumineux injecté dans la fibre va R:ABrevets\26bO_ c638 -08021 1-tette depordoc - 2008-02-t2 - 10:23 -3 provoquer une vibration du nuage électronique entourant les nanostructures; les électrons libres entourant les nanostructures peuvent alors entrer en résonance avec la matrice diélectrique du coeur de la fibre. Lorsque la longueur d'onde de la résonance correspond à un niveau d'excitation de l'élément de terre rare assurant l'amplification, un transfert d'énergie entre le signal de pompe et l'émission amplifiée est assuré. Le phénomène de résonance de surface électronique SPR a déjà été observé. Par exemple, la publication � Optical Properties of Gold Nanorings � de J. Aizpurua et al. Physical Review Letters, Vol 90, N° 5, 7 février 2003, décrit la réponse optique de nanoparticules d'or en forme d'anneaux disposées dans une matrice de verre. Par ailleurs, les publications � Surface plasmon polariton modified emission of erbium in a metallodielectric grating � de J. Kalkman et al, Applied Physics Letters, Vol 83, N° 1. 7 juillet 2003. � Coupling of Er ions to surface plasmons on Ag � de J. Kalkman et al. Applied Physics Letters, Vol 86, 2005, 041113-1-3, et � Plasmonenhanced erbium luminescence � de H. Mertens et al., Applied Physics Letters, Vol 89. 2006, 211107-1-3. décrivent une augmentation de l'intensité lumineuse émise par les ions d'erbium disposés à proximité de nanoparticules d'argent. Il est ainsi possible de limiter les effets thermiques dans un guide planaire. La publication � Assessment of spectroscopie properties of erbium ions in a soda-lime silicate glass alter silver-sodium exchange � de A. Chiasera et al., Optical Materials 27 (2005) 1743-1747, décrit également les effets de nanoparticules d'argent sur les ions d'erbium. Cette publication indique qu'une longueur d'onde d'excitation de 360 nm à 750 nm a pu être utilisée et qu'une augmentation de l'intensité lumineuse émise par les ions d'erbium a pu être observée. Cependant, cette solution n'est pas directement transposable à une application avec des fibres optiques en raison de l'incompatibilité entre la température de fusion de l'argent et la température de fabrication des fibres optiques. Ce phénomène de résonance de surface électronique SPR n'a ainsi jamais été utilisé pour exciter les ions d'erbium dans une fibre amplificatrice. Les contraintes de fabrication des fibres optiques imposent des choix sur la nature, la taille et la forme des nanostructures incorporées. k bre et_'.2ccOC,2658--C&2 't-te e depc* duc 2OCE-C.Z -4 Les fibres optiques comprenant des nanoparticules sont par ailleurs connues de l'art antérieur. Par exemple, les documents EP-A-1 347 545 ou WO-A-2007/020362 décrivent des fibres optiques comprenant des nanoparticules dans le coeur de la fibre. Les nanoparticules décrites dans ces documents comprennent un élément dopant de terre rare et au moins un élément améliorant l'amplification du signal, tel que de l'aluminium, du lanthane, de l'antimoine, du bismuth ou autre. Ces documents ne décrivent cependant pas des nanoparticules métalliques permettant de créer un phénomène de résonance de surface électronique SPR dans le coeur de la fibre. Les nanoparticules métalliques ont été utilisées pour des capteurs optiques. Par exemple, les documents US-A-6 608 716 et US-A-7 123 359 décrivent des capteurs optiques comprenant un milieu dopé et une pluralité de nanoparticules agrégées pour former une structure fractale. Le milieu dopé n'est cependant pas un milieu amplificateur dopé avec un élément de terre rare, mais un milieu dopé avec des atomes de métal, semi-métal, et/ou semi-conducteur. Le document US-A-6 807 323 décrit un capteur optique utilisant le phénomène de résonance de surface électronique SPR entre un film mince conducteur et un film mince diélectrique dopé avec des éléments de tertre rare ou des métaux de transition. Ce document ne décrit cependant pas des nanoparticules métalliques disposées dans une matrice diélectrique dopée avec un moins un élément de terre rare. Ainsi, aucun document de l'art antérieur ne décrit une fibre optique comprenant un coeur dopé avec au moins un élément de terre rare et comprenant en outre des nanostructures métalliques permettant de créer un phénomène de résonance de surface électronique SPR dans le coeur de la fibre afin de permettre l'utilisation d'une longueur d'onde de pompage réduite et/ou afin d'augmenter le transfert d'énergie entre la pompe et l'amplification. L'invention concerne ainsi une fibre optique amplificatrice comprenant : -un coeur central d'une matrice diélectrique dopée avec au moins un élément assurant l'amplification d'un signal optique transmis dans la 30 fibre. une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, i- .L'.e;et, 7co88-C,80211-texe depct 0cc - 200E-0 '2 . :022 - 5 - des nanostructures métalliques adaptées à engendrer une résonance de surface électronique dans la matrice diélectrique de coeur central, la longueur d'onde de ladite résonance de surface électronique correspondant à un niveau d'excitation de l'élément assurant l'amplification. Selon les modes de réalisation, les nanostructures métalliques sont disposées dans le coeur de la fibre ou dans la gaine de la fibre, au voisinage immédiat du coeur. Selon les modes de réalisation, l'élément dopant du coeur est une terre rare ou une combinaison de terres rares ; par exemple de l'erbium. La matrice diélectrique du coeur central peut être de la silice. Le coeur central peut aussi comprendre un élément dopant d'amélioration de l'amplification du signal. Selon les modes de réalisation, les nanostructures métalliques comprennent un métal choisi parmi du rhodium (Rh), de l'iridium (Ir), du ruthénium (Ru), du molybdène (Mo), de l'osmium (Os), du platine (Pt) ou une combinaison de ceux-ci. Les nanostructures métalliques peuvent aussi comprendre un alliage contenant de l'or (Au) ou de l'argent (Ag). Les nanostructures métalliques peuvent présenter un diamètre inférieur ou égal à Io nm ; elles peuvent présenter une température de fusion supérieure ou égale à 2200°C, et/ou une température d'évaporation supérieure ou égale à 2200°C. Selon les modes de réalisation, les nanostructures métalliques présentent une forme ovale ou une forme en anneau ; elles peuvent être constituées de grains de terre rare entourés au moins partiellement d'un revêtement métallique ou elles peuvent être constituées de grains métalliques entourés au moins partiellement d'un revêtement dopé avec des atomes de terre rare. L'invention concerne aussi un laser comprenant au moins une portion de fibre optique selon l'invention ; ainsi qu'un capteur optique comprenant au moins une portion de fibre optique selon l'invention. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, le procédé comprenant les étapes consistant à : ers` 2ftDO' e88--080 H texte oepo' doc. - 2008-02-12- 10.23 - 6 - synthétiser des nanostructures métalliques par synthèse chimique ou physique ; - disperser les nanostructures dans une solution aqueuse ; dissoudre des dopants de terre rare dans ladite solution ; - imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite solution pour former le coeur d'une préforme de fibre optique ; - étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. Selon une variante, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, le procédé les étapes consistant à : - synthétiser des nanostructures métalliques par synthèse chimique ou physique ; disperser les nanostructures dans une première solution aqueuse ; dissoudre des dopants de terre rare dans une seconde solution aqueuse ; - imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite première solution pour former une portion de la gaine d'une préforme de fibre optique ; - imprégner le barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite seconde solution pour former le coeur de la préforme; étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. Selon une autre variante, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, le procédé comprenant les étapes consistant à : synthétiser une poudre de grains nanoscropiques de terre rare par synthèse chimique ou physique : déposer un revêtement métallique sur lesdits grains pour obtenir des nanostructures métalliques ; Pro et_ e - )C -~6E8--28C2t I- texte depc, ,...~ ~._r 8 - 7 disperser les nanostructures dans une suspension aqueuse ou alcoolique ; imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite solution pour former le coeur d'une préforme de fibre optique ; - étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. Selon une autre variante, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, le procédé comprenant les étapes consistant à : - synthétiser une poudre de grains nanoscropiques métalliques par synthèse chimique ou physique - déposer un revêtement d'une couche dopée de terre rare sur lesdits 15 grains pour obtenir des nanostructures métalliques ; - disperser les nanostructures dans une suspension aqueuse ou alcoolique ; - imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite solution pour former le coeur d'une préforme de 20 fibre optique ; - étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre 25 d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure l illustre schématiquement le principe de la résonance de surface électronique SPR pour exciter un ion d'erbium ; - les figures 2a et 2b illustrent les niveaux d'énergie des atomes d'erbium ; - la figure 3 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'une fibre 30 optique selon l'invention ; - la figure 4 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'une fibre optique selon l'invention ; Roi,bre,e!sV2t6OC'.2c6b8ù 0802! -tei!e depctdec - 2023 C 7 i2 - '023 - 8 - la figure 5 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'une fibre optique selon l'invention ; - la figure 6 illustre schématiquement un quatrième mode de réalisation d'une fibre optique selon l'invention. L'invention va être décrite par la suite en référence à une fibre amplificatrice comprenant un coeur dopé à l'erbium (Er), du type connue sous l'acronyme de EDF (Erbium Doped Fiber). Il est cependant entendu que des éléments de terre rare autres que l'erbium (Er) peuvent être utilisé comme dopant pour assurer l'amplification d'un signal optique se propageant dans la fibre, comme par exemple de l'ytterbium (Yb). du thulium (Tm) ou une combinaison de ceux-ci. Une fibre optique est classiquement composée d'un coeur optique, ayant pour fonction de transmettre et éventuellement d'amplifier un signal optique, et d'une gaine optique, ayant pour fonction de confiner le signal optique dans le coeur. A cet effet, les indices de réfraction du coeur n, et de la gaine ne sont tels que ne>ng. Dans le cas d'une fibre amplificatrice, le coeur est typiquement composé d'une matrice de silice dopée avec des atomes de terre rare, tel que l'erbium. Des éléments dopants additionnels peuvent être prévus pour améliorer l'amplification du signal par l'élément de terre rare. Par exemple, l'ajout d'aluminium (Al) permet d'élargir le spectre d'absorption de l'erbium. Les documents EP-A-1 347 545 ou WO-A-2007/020362 cités plus haut décrivent de tels éléments améliorant l'amplification du signal. Le coeur de la fibre. en silice dopée de terre rare, est un milieu diélectrique transparent à la lumière. L'invention propose d'ajouter dans le coeur ou dans le voisinage du coeur de la fibre des nanostructures métalliques afin de générer une résonance de surface électronique dans la matrice diélectrique de coeur central. On entend par voisinage immédiat du coeur, la portion de gaine en contact avec le coeur. On entend par nanostructure un assemblage de quelques centaines à quelques milliers atomes et/ou molécules, conduisant à un objet dont au moins l'une de ses dimensions est de taille nanométrique entre 1 et 100 nanomètres et qui possède des propriétés physicochimiques particulières. F,e e : 2 .O2 : cc^& . 'e,'e dope' dec 2GG8-Ci 1 -9 Le phénomène de résonance de surface électronique SPR est schématiquement illustré sur la figure 1. Les nanostructures métalliquesNP incorporées dans la matrice diélectrique en silice sont entourées d'un nuage d'électrons libres. Lorsqu'un signal de pompe est injecté dans la fibre, les électrons du nuage électronique entourant les nanostructures peuvent alors entrer en résonance avec la matrice de silice. On peut choisir la longueur d'onde du signal de pompe ainsi que la taille, la forme et la nature des nanostructures métalliques pour que la longueur d'onde de la résonance corresponde à un niveau d'excitation des ions d'erbium Er3+ qui émettront ensuite des photons lorsqu'un signal optique traversera cette portion de fibre. Le signal lumineux sera ainsi amplifié. La figure 2a montre l'excitation et l'émission des ions Er3+ telle qu'utilisées dans une fibre EDF classique. Un laser pompe émet dans la fibre un signal d'excitation à une longueur d'onde de 980 nm correspondant à un niveau d'excitation des ions d'erbium ; les ions Er3+ émettront en se désexcitant un signal à 1530 nm amplifiant le signal optique transmis clans la fibre. Comme indiqué plus haut, la longueur d'onde de 980 nm habituellement utilisée requiert une source laser stabilisée relativement onéreuse. On cherche à utiliser des longueurs d'onde d'excitation plus faibles, notamment dans la gamme du visible afin de pouvoir utiliser de simples diodes comme source d'excitation. La figure 2b montre l'excitation et l'émission des ions Er3+ dans une fibre optique selon l'invention. Une longueur d'onde de 488 nm peut être utilisée qui provoque une mise en résonance du nuage d'électrons entourant les nanostructures métalliques dans la matrice de silice. La fréquence de résonance correspond à un niveau d'excitation des ions d'erbium Er3+ qui peuvent alors émettre en se désexcitant un signal à 1530 nm amplifiant le signal optique transmis dans la fibre. On a ainsi obtenu un effet amplificateur dans la fibre optique dopée d'un élément de terre rare en utilisant une longueur d'onde d'excitation bien plus faible û et donc un équipement moins coûteux û que dans l'art antérieur. De plus, l'efficacité d'excitation des ions Er3-' par l'effet SPR est nettement plus élevé que celui obtenu par un signal de pompe. le rendement d'amplification sera donc plus élevé que dans l'art antérieur. e . e, 2 e88û08021-teae depct.doc 2068-C2 12 - - 10- Les nanostructures métalliques intégrées dans le coeur de la fibre sont choisies de par leur taille, leur forme, leur nature et leur concentration, d'une part pour que l'effet SPR se produise à une fréquence correspondant à un niveau d'excitation des ions de terre rare utilisés comme dopant d'amplification, et d'autre part pour ne pas perturber la transmission du signal optique dans la fibre. Par exemple, introduction de nanostructures métalliques dans le coeur de la fibre modifie la viscosité et l'indice de réfraction du coeur et peut entraîner une augmentation des pertes optique par diffusion. De plus les nanostructures métalliques intégrées dans le coeur ou dans le voisinage du coeur de la fibre doivent être compatibles avec les contraintes de fabrication des fibres, notamment les températures de fibrage. A cet effet, des nanostructures métalliques comprenant un métal choisi parmi du rhodium (Rh), de l'iridium (Ir), du ruthénium (Ru), du molybdène (Mo), de l'osmium (Os), du Platine (Pt) ou une combinaison de ceux-ci sont bien adaptées. De telles nanostructures présentent une température de fusion supérieure ou égale à 2200°C permettant un fibrage sans altérer les nanostructures, ou tout au moins une température d'évaporation supérieure ou égale à 2200°C, permettant un fibrage tout en conservant les nanostructures dans la matrice en silice de la fibre. Ces dernières peuvent se liquéfier lors du fibrage mais ne s'évaporent pas. Les nanostructures utilisées présentent également une bonne stabilité chimique à l'oxydation et une densité électronique importante, garantissant la présence d'un nuage d'électrons suffisamment important pour une apparition du phénomène de résonance de surface électronique sous l'effet d'un signal lumineux. Selon un mode de réalisation, les nanostructures métalliques peuvent comprendre un alliage composé d'un des métaux cité ci-dessus avec de l'or (Au) ou de l'argent (Ag) ; le pourcentage en poids de l'or ou l'argent est faible, inférieur à 5% w/w afin de ne pas abaisser la température de fusion en deçà de 2200°C. Un tel alliage permet d'augmenter les effets SPR. Le choix des paramètres (nature du métal, géométrie, nombre, distance par rapport à l'erbium) liés à la nanostructure est dicté par la longueur d'onde d'excitation souhaitée et la concentration d'erbium, mais aussi par le niveau de pertes optiques acceptable dans la fibre selon les applications envisagées. Par exemple, pour des nanostructures métalliques disposées dans le coeur de la fibre et capables d'engendrer une résonance à une longueur d'onde située entre 400 nm et 700 nm, le 26600\26688--0802 1-texe depct.doc - 2008-02.12 1023 - Il - diamètre des nanostructures métalliques doit être compris de préférence entre 1 nm et 10 nm. La concentration des nanostructures métalliques doit être choisie afin d'assurer un niveau d'énergie suffisant à transférer vers l'erbium pour obtenir l'effet de résonance électronique recherché. Selon le niveau de concentration d'erbium, elle peut être sensiblement égale et jusqu'à cent fois inférieure à celle de l'erbium afin de limiter les pertes optiques. La forme des nanostructures métalliques peut varier, selon leur taille, leur nature et l'application envisagée; elles peuvent être sensiblement rondes ou présenter une forme ovale ou en anneau. Une forme ovalisée ou en anneau permettra d'augmenter la surface de contact avec la matrice de silice et entraînera une augmentation de la densité électronique autour des nanostructures. La figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'une fibre optique selon l'invention dans lequel des nanostructures métalliques sont incorporées au coeur co- l5 dopé Aluminium/Erbium d'une fibre. On obtient alors une fibre en aluminosilicate dopée erbium comprenant des nanostructures métalliques. Dans ce mode de réalisation, la longueur d'onde de résonance électronique dépendra de la densité de charge électronique, c'est-à-dire du métal utilisé, et du diamètre des nanostructures métalliques. 20 Les nanostructures métalliques NP peuvent être produites par synthèse chimique ou physique et dispersées dans une solution aqueuse. Les dopants d'erbium et d'aluminium sont alors mélangés à cette solution par dissolution de leurs précurseurs chlorés. L'ensemble de ces éléments (Al, Er, NP) est alors incorporé par imprégnation d'un barreau de silice poreux lors d'une opération de MCVD pour 25 obtenir une préforme à partir de laquelle une fibre optique peut être formée. Dans un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 4 on peut introduire les nanostructures métalliques NP dans le voisinage du coeur dopé erbium, à l'interface coeur-gaine, sous la forme d'un anneau dopé par des nanostructures métalliques. Ce mode de réalisation permet de limiter davantage les pertes par 30 absorption tout en assurant une proximité suffisante entre les atomes d'erbium et les nanostructures métalliques pour garantir le transfert d'énergie par effet SPR. Les nanostructures métalliques NP produites par synthèse chimique ou physique sont k ,B,e,'ets.28000\28888--080211 +e3edepe!.doc-2008-02 12-IC23 -12- dispersées dans une solution aqueuse; et les dopants d'erbium et d'aluminium sont dissous dans une solution séparée. Les éléments dopants (Al, Er) puis les nanostructures métalliques (NP) est alors incorporés par imprégnation d'un barreau de silice poreux lors d'une opération de MCVD pour obtenir une préforme à partir de laquelle une fibre optique peut être formée. La figure 5 illustre un troisième mode de réalisation d'une fibre optique selon l'invention dans lequel des nanostructures formées d'un assemblage d'atomes d'aluminium et d'erbium sont revêtues d'une couche métallique. On obtient alors une fibre comprenant des nanoparticules Al/Er entourées d'un revêtement métallique. Dans ce mode de réalisation, la longueur d'onde de résonance électronique dépendra de la densité de charge électronique, c'est-à-dire du métal utilisé, de l'épaisseur de la couche métallique et du diamètre extérieur des nanostructures. Par exemple, dans la publication de J. Aizpurua and al., Phys Rev Leu, vol 90 N°5, 2003, cité plus haut, il a été démontré pour des anneaux d'or de 60 nm de diamètre extérieur que la longueur d'onde de résonnance se déplace de 700 nm vers 1400 nm lorsque l'épaisseur de l'anneau passe de 14 nm à 9 nm. Des nanoparticules AI/Er peuvent être produites par synthèse chimique ou physique conduisant à une poudre de grains nanoscropiques. La poudre est alors revêtue d'une couche métallique par synthèse chimique ou physique. Le revêtement métallique peut couvrir l'ensemble de la nanoparticule AI/Er ou une partie seulement. Les particules ainsi revêtues forment des nanostructures métalliques et sont dispersées dans une suspension aqueuse ou alcoolique puis incorporées par imprégnation d'un barreau de silice poreux lors d'une opération de MCVD pour obtenir une préforme à partir de laquelle une fibre optique peut être formée. La figure 6 illustre un quatrième mode de réalisation d'une fibre optique selon l'invention dans lequel des nanostructures métalliques sont revêtues d'une couche co-dopée Aluminium/Erbium. On obtient alors une fibre comprenant des nanostructures métalliques entourées d'un revêtement contenant des atomes de terre rare. Les nanostructures métalliques peuvent être produites par synthèse chimique ou physique conduisant à une poudre de grains nanoscropiques. La poudre est alors revêtue d'une couche co-dopée .Al/Er par synthèse chimique ou physique. Le revêtement Al/Er peut couvrir l'ensemble de la nanostructures métallique ou une k Ere. ets'26600' 20688ù 08021 I -texte depot.doc - 2008-02.12 - 1023 -13- partie seulement. Les particules ainsi revêtues sont alors dispersées dans une suspension aqueuse ou alcoolique et incorporées par imprégnation d'un barreau de silice poreux lors d'une opération de MCVD pour obtenir une préforme à partir de laquelle une fibre optique peut être formée. On a ainsi réalisé une fibre optique comprenant un cœur dopé terre rare permettant l'amplification d'un signal optique et comprenant des nanostructures métalliques permettant l'apparition d'un phénomène de résonance de surface électronique SPR pour exciter les ions de terre rare. Dans les troisième et quatrième modes de réalisation (figures 5 et 6), la proximité des ions d'erbium avec la surface métallique permet d'optimiser les conditions de transfert d'énergie entre le signal d'excitation et l'émission de l'erbium, par rapport aux premier et deuxième modes de réalisation (figures 3 et 4). Les modes de réalisation des figures 3 et 4 permettent cependant un contrôle plus précis des concentrations relatives d'erbium et de nanostructures métalliques. Selon les applications envisagées, on peut réduire la longueur d'onde du signal d'excitation et utiliser ainsi des équipements moins coûteux et/ou on peut augmenter significativement l'intensité de l'émission des ions de terre rare pour augmenter le rendement d'amplification du signal. Une telle fibre optique peut être utilisée comme amplificateur, tel un EDFA classique mais avec une longueur d'onde d'excitation plus faible et un meilleur rendement. Une telle fibre optique peut aussi être utilisée comme laser à fibre avec un rendement augmenté. Une telle fibre peut également être utilisée comme capteur optique pour la détection basée sur l'effet SPR de molécules en faibles concentrations, par exemple pour la détection de gaz toxiques ou pour la détection de substances en faibles concentrations pour des applications médicales ou biologiques. Bien entendu. la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation ou aux applications décrits à titre d'exemple. En particulier, d'autres éléments dopant amplificateur peuvent être utilisé en remplacement ou en combinaison avec l'erbium. P BrevetsD' 88--C8C2 texte dei.ot d 20x8-C.-t REVENDICATIONS 1. Une fibre optique amplificatrice comprenant : - un coeur central d'une matrice diélectrique dopée avec au moins un élément assurant l'amplification d'un signal optique transmis dans la fibre, - une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, - des nanostructures métalliques adaptées à engendrer une résonance de surface électronique dans la matrice diélectrique de coeur central, la longueur d'onde de ladite résonance de surface électronique correspondant à un niveau d'excitation de l'élément assurant l'amplification. 2. La fibre optique de la revendication 1, dans laquelle les nanostructures métalliques sont disposées dans le coeur de la fibre. 3. La fibre optique de la revendication 1, dans laquelle les nanostructures métalliques sont disposées dans la gaine de la fibre, au voisinage immédiat du coeur. 4. La fibre optique de l'une des revendications l à 3, dans laquelle l'élément dopant du coeur est une terre rare ou une combinaison de terres rares. 5. La fibre optique de la revendication 4 dans laquelle l'élément de terre rare est l'erbium. 6. La fibre optique de la revendication 1 à 5, dans laquelle la matrice diélectrique du coeur central est de la silice. 7. La fibre optique de l'une des revendications 4 à 6, dans laquelle le coeur central comprend en outre un élément dopant d'amélioration de 25 l'amplification du signal par l'élément de terre rare. 6reoe!s`,26600\26688--08021 i-tex'e iepct acc - 2008-02-12 - 10:23 - 15- 8. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle les nanostructures métalliques comprennent un métal choisi parmi du rhodium (Rh), de l'iridium (Ir), du ruthénium (Ru), du molybdène (Mo), de l'osmium (Os), du platine (Pt) ou une combinaison de ceux-ci. 9. La fibre optique de la revendication 8, dans laquelle les nanostructures métalliques comprennent un alliage contenant de l'or (Au) ou de l'argent (Ag). 10. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle les nanostructures métalliques présentent un diamètre inférieur ou égal à 10 nm. 11. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle les nanostructures métalliques présentent une température de fusion supérieure ou égale à 2200°C. 12. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle les nanostructures métalliques présentent une température d'évaporation 15 supérieure ou égale à 2200°C. 13. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 12, dans laquelle les nanostructures métalliques présentent une forme ovale. 14. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 12, dans laquelle les nanostructures métalliques présentent une forme en anneau. 20 15. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 14, dans laquelle les nanostructures métalliques sont constituées de grains de terre rare entourés au moins partiellement d'un revêtement métallique. 6688--o8C2"-tette depol occ - 2008-C.- 2û !023 -16- 16. La fibre optique de l'une des revendications 1 à 14, dans laquelle les nanostructures métalliques sont constituées de grains métalliques entourés au moins partiellement d'un revêtement dopé avec des atomes de terre rare. 17. Laser comprenant au moins une portion de fibre optique selon l'une des revendications 1 à 16. 18. Capteur optique comprenant au moins une portion de fibre optique selon l'une des revendications 1 à 16. 19. Procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, le procédé comprenant les étapes consistant à : - synthétiser des nanostructures métalliques par synthèse chimique ou physique ; - disperser les nanostructures dans une solution aqueuse ; - dissoudre des dopants de terre rare dans ladite solution ; -imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite solution pour former le coeur d'une préforme de fibre optique ; - étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. 20. Procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, le procédé les étapes consistant à : -synthétiser des nanostructures métalliques par synthèse chimique ou 25 physique ; - disperser les nanostructures dans une première solution aqueuse ; - dissoudre des dopants de terre rare dans une seconde solution aqueuse - imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) p., elsV2660C~,26688 -680211-texte aepot.doc - 2008-02-12 -1023 -17- avec ladite première solution pour former une portion de la gaine d'une préforme de fibre optique ; - imprégner le barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite seconde solution pour former le coeur de la préforme ; - étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. 21. Procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur, le procédé comprenant les étapes consistant à : - synthétiser une poudre de grains nanoscropiques de terre rare par synthèse chimique ou physique ; - déposer un revêtement métallique sur lesdits grains pour obtenir des nanostructures métalliques ; - disperser les nanostructures dans une suspension aqueuse ou alcoolique ; - imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite solution pour former le coeur d'une préforme de fibre optique ; - étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. 22. Procédé de fabrication d'une fibre optique amplificatrice comprenant un coeur central adapté à transmettre et amplifier un signal optique et une gaine entourant le coeur central et adaptée à confiner le signal optique transmis dans le coeur. le procédé comprenant les étapes consistant à : - synthétiser une poudre de grains nanoscropiques métalliques par synthèse chimique ou physique - déposer un revêtement d'une couche dopée de terre rare sur lesdits grains pour obtenir des nanostructures métalliques ; - disperser les nanostructures dans une suspension aqueuse ou alcoolique ; - imprégner un barreau de silice par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) avec ladite solution pour former le coeur d'une préforme de fibre optique ; - étirer la fibre optique par fibrage de la préforme. E:e. etc ' 1 ea'c depet aoc - 2008-0`s ~ 2 - 1023