JPH0350503A - フッ化物光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフッ化物光ファイバの新規な構造に関し、特に
雰囲気中の検知対象気体を低濃度においても検知できる
検知用として用いて高性能なフッ化物光ファイバに関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、光ファイバを用いて気体を検知する技術としては
、ＯＰＴＩＣＳ　ＬＥＴＴＩＥＲＳ　Ｖｏｌ．１２．Ｎ
ａ　６．Ｐ．４３２　〜４３９　（１９８７）に示され
るものがある。すなわち、直径１．　８　ｔｓ、長さｌ
ＯＩｌ１）の石英ガラス系光ファイバをメタンガス雰囲
気下に曝し、光ファイバのエバネッシエント波を利用し
て、光がメタンガスの有する特定波長（−３．３９７ｊ
＋帯）の吸収により減衰することを検知するものである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した石英ガラス系光ファイバでは、
３．３９μ波長光の透過率は非常に小さいので、透過光
が検出されるためには、ファイバ長を例えば〜ｌＯｆｉ
ＩＩ１程度に短くしなければならない。

そのため、１ファイバ長当たりのメタンガス赤外扇動吸
収損失の増加量が小さくなってしまい、メタンガス吸収
損失が検出できる最低メタンガス濃度は比較的に高くな
ってしまう。前記文献記載の方法ではせいぜいｌ％程度
までであった。また、一般のガスセンサと同様に広範囲
に亘って分析的にメタンガス濃度を検知するには、測定
範囲に複数個のセンサ用ファイバを設置しなければムら
ない。

更には、クラッド層を伝搬するモード（エバネッシェン
ト波）のパワー分布をより大きくする目的で、ファイバ
自体が１．　８μ付近と極細径のものを使用するため、
実用化のためには強度の向上も検討されるべき課題であ
った。

本発明はこのような事情に鑑み、比較的低濃度の検知対
象ガスでも検知可能であり、強度が強く、１本のファイ
バで広範囲に亘って分布的に検知対象ガスを検知できる
光ファベバをを提供することを目的とするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕 本発明者等は種々検討を重ねた結果、従来の石英系ファ
イバにかえてフッ化物ファイバを用いることで前記目的
を達成できることを見出し、さらには検出感度が高くし
かも強度も保証できるフッ化物ファイバの新規な構造に
到達でき、本発明の完成を見たものである。

ずムわち、本発明はコア部とクラッド部の両者がフッ化
物ガラスから紅る光ファイバであって、該クラッド部の
表面には光軸方向に沿って少なくとも一条の凹部が形成
されてなることを特徴とするフッ化物光ファイバである
。

本発明において、上記フッ化物光ファイバのクラッドの
周囲に少なくとも検知対象ガスを這過する透気性被覆材
が被覆されていることを特徴とするフッ化物光ファイバ
は、強度が高く好ましい実施態様である。

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明すると、第
１図（Ｃ）は本発明のフッ化物光ファイバｌ３のｌ具体
例の断面図であって、目はフッ化物ガラスからなるコア
、１２はフッ化物ガラスからなるクラッドを示し、光軸
に沿った四部ｌ４を有する。凹部ｌ４は、その先軸に対
し直交する断面において、図示のように入口部分の長さ
Ｄがその内部の長さＥより小さい。なお、Ａはコアの直
径、Ｂはクラッドの外径を示す。

また、本発明のファイバのクラッド部に設ける凹部の断
面形状は例えば第２図（ｂｌに示すように凹部２４の人
口部の長さｐがその内部に比して非常にせまくなった構
造のものでもよい。

本発明に係るフッ化物ファイバのコアの材質としては、
例えばＺｒ　Ｆ４、Ｂａ　Ｆ＠、Ｌａ　Ｆｓ　，　Ｍ　
Ｆ＊、ＮａＦ，ＧｄＦｓ、ＬＩＦ，ＰｂＦ＊、ＩＩ　ｒ
　Ｆ４等のようなフッ化物ガラスを用いることができる
。また、クラッドの材質としては、上記したコアの材質
と同様のフッ化物ガラスを用いることができるが、コア
とクラッドの間には光ファイバを実現できる屈折率差を
要することは当然である。

第３図は本発明の別の具体例で、披覆を有するファイバ
の断面図であって、第２図（ａｌのコア材と同図ｔｂ＋
のクラッド材から得たファイバのクラツド外周に、少な
くとも検知しようとするガスを透過できる透気性彼ｍ３
３を設けてなるものである。

このよう１）ガス透気性被覆の材料としては、例えばメ
タンガス検知ファイバの場合では、紫外線硬化型ウレタ
ンアクリレート樹脂、シリコーン樹脂、ｐｖｃ，ナイロ
ン、ポリウレタン等を挙げることができる。

本発明に係るコア・クラッドともにフッ化物ガラスから
なるファイバの製造は、例えばビルトインキャスティン
グ法、ローテーシジナルキャスティング法、ロッドイン
線引き法等の公知技術により可能である。

また、一条の凹部の形成は、穴明け研磨することで実現
できる。

外周に被覆を形成する方法としては、例えばダイスによ
るコーティング等この種のファイバを彼閃ずる公知の手
段によることができる。

〔作用〕

コア部及びクラッド部の両者をフッ化物ガラスで形成す
ることにより、検知対象ガスの赤外吸収の生じる波長（
中赤外光域）付近の光に対して透過率が非常に高くなる
。従って、従来のような石英系ファイバを用いた場合よ
りファイバ長を長くしても透過光が検出可能である。具
体的には、前記のように石英系ファイバでは〜ｌ〇一程
度であったのに対して、本発明フッ化物ファイバでは〜
１０ｍのものでも透過光検出が可能である。

雰囲気ガス中の検知対象ガスがクラッド部の四部に入る
と、このガスにより光ファイバのコア部外を伝搬するエ
バネッシェント波の特定波長が吸収される。すなわち、
検知対象ガスは物質特有の赤外振動吸収波長を持ってお
り、その特定波長の光が減衰されるので、特定波長にお
いてファイバの伝送損失が増加する。従って、該特定波
長での伝送損失増加量を測定機で測定することにより、
検知対象ガスの存在の有無及びその濃度を検知すること
ができる。また、凹部においてエバネッシェント波が最
も多く存在するので、凹部にはいった検知対象ガスによ
る減衰が最も強く測定される。

従って、本発明によれば、検知できるガス濃度の下限値
は０．　０　０　１％程度と非常に低一度のものも検出
、測定できる。

また、ファイバの長手方向に関して、検知対象ガスが局
部的に分布している場合、本発明は後方散乱光測定機で
光ファイバの長手方向に亘る損失分布を測定することに
より、検知対象ガス濃度の最も大きな箇所を検知するこ
とができる。

更にまた、本発明におけるファイバ構造は、特別に細径
化する必要がなく、クラッド部に凹部が形成されるのみ
なので、強度の著しい劣化は生じることはない。

更には、検知対象ガスを透過できる透過性被覆材でファ
イバの外周を披題することにより、ファイバ表面に傷が
つくことを防止できると同時に、検知対象ガスの赤外振
動吸収は検知できるので、強度が保証できる。

ここで、ファイバ周囲に透気性被覆材を披覆する工程と
しては、ガラスの細径化時に披覆すれば最も効率的であ
るが、その時ファイバ光軸方向の一条の凹部に彼覆材が
入り込みやすい。この独覆材の凹部への入り込み防止方
法として、入口部が狭い凹部構造をファイバ構造として
採用すれば、入り込みが少なくてすむ。また、伝送損失
増加の低城や強度向上の効果も期待できる。

本発明のファイバにより検知可能なガスはメタンの他に
、例えばＣＯ％ＣＯ＊，　Ｎ　Ｏ，　ＮＯ置等を挙げる
ことができる。

本発明ファイバの具体例は以下の実施例で説明するが、
本発明はこの実施例に限定されるのではない。

〔実施例〕 実施例ｌ ＺｒＦ＋，　ｌＩｆＦ＋，　ＢａＦｚ，　ｕＦｓ，　Ａ
ＩＦｓ，　ＮａＦの高純度原料を用い、表１に示す組成
のコア用混合粉末及びクラソド用混合粉末を調合した。

表ｌ これらの原料を各々白金ルツボ（ボート形状）に入れ％
　Ｎｔガス雰囲気下において８６０℃で加熱、溶融して
ガラス融液とし、ルッポごと急冷させることにより、ガ
ラス固化させた。ルッポよリガラスブロックを取り出し
、コア母材用ガラスブロック及びクラッド母材用ガラス
ブロックを得て、各ブロックを外周研磨した。第１図の
（ａｌに示すような外径ａが１．９−で長さが９００１
）１のコア母材ｌと、更にクラッド母材用ガラスブロソ
クについては超音波穴あけ加工することにより、第１図
の（ｂｌに示すようｔｔ　ｂが１０ｗ，ｃが２．１ａｍ
，ｄが１．　５　ｍ　，ｅが２ａｍ，ｆが０．９園、ｇ
が３ｕで長さが９０咽の寸法の、凹部４を設けたクラｌ
ド母材２を作製しｔこ。

該コア母材ｌを該クラッド母材２に挿入し、ゾーン加熱
して、線引きすることにより、第１図のｔｅｌに示す構
造の本発明品ファイバ１３が得られた。

コア径Ａが４０ｐ１クラッド外径Ｂが２００μ、Ｄが３
６μ、Ｅが４８μである。なお、（Ｃ）において、１）
はコア、１２はクラッド、ｌ３はファイバ、ｌ４は凹部
を表す。

第４図に示すように、かかるファイバ４１を直［１０ｃ
ａのテフロン製円簡４２にｌＯａ＋＋長さ巻き付けて、
メタン（　Ｃ　Ｈ＜　）ガス検知評価系の一部であるデ
シケータ４３の中の設置した。デシケータ４３内に５容
量％濃度のメタンガスを充満させた結果、３、３９μ帯
で５４ＢＣファイバ長　１０ｍ）の伝送損失が検知され
た。第４図において４４は光源（分光器）、４５はダミ
ーファイバ、４６，　４？はＶ溝接続、４８はダミーフ
ァイバ、４９は受光器、５ロは増巾器、５ｌはコンピュ
ータを表す。

実施例２ 上記と同様にしてコア母材及びクラッド母材用ガラスブ
ロックを作製し、外周研磨して第２図のｌａｌに示すよ
うな、外径ｍが１．９ｕ＋，長さ９０ｍのコア母材２ｌ
と、クラッド母材用ガラスブロックについては外周研磨
の後超音波穴あけ加工により、第２図の（ｂｌに示す外
径ｍがｌＯｕ＋，穴の径０が２．ｌ一、ｐが０．５ｍｓ
Ｑが０．９間、『が２．０皿、Ｓが１一で長さが９０ｍ
のクラッド母材２２を作製した。コア母材２ｌをクラッ
ド母材２２に挿入し、ゾーン加熱して線引すると共に、
同時に透気性被覆層３３を披覆することにより、第３図
に示すような断面形状で、Ｍが５（Ｈａ，Ｎが２００μ
、′ｒが２５０μの構造のファイバが得られた。第３図
において、３ｌはコア、３２はクラッド、３３は通気性
敗田層、３４は凹部を示す。かかる光ファイバを実施例
１と同様な評価系内のデシケータに入れ、デシケータ内
に５容量％の譲度のメタンガスを充満させた結果、３．
３９μ帯で４ｄＢ（ファイバ長１０ｍ）の伝送損失が認
められた。

本ファイバは実施例ｌの本発明ファイバとは異ムリ、第
２図（ｄｉに示すようにファイバ外周に披覆が形成され
ているので、ファイバ表面が傷つきにくく、取り扱って
いる最中に破断するようなことはなかった。

〔発明の効果〕

以上説明ように本発明のフッ化物光ファイバは検知対象
のガスの赤外振動吸収の生じる波長付近（中赤外域）の
光に対して透過率が非常に高く、ファイバ長を長くする
ことにより比較的低濃度の検知対象ガスの赤外振動吸収
損失の増加量を検知することが可能であり、ファイバ径
として細径化する必要がないので、強度面でも比較的高
強度が保証できる。

従って本発明における光ファイバを検知対象ガス輸送配
肯に沿わせて布設し、配管からの検知対象ガスの漏れの
検知などの分野で利用すると効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施態様を製造工程に準じて説明す
る断面図であり、ｔａ＋はコア用母材１　，　ｌｂｌは
クラッド用母材２、ｔｔａは上記１ａｌとｌｂｌに示し
た母材から線引した本発明のフッ化物ファイバＩ３の各
々断面図である。第２図は本発明の別の実施態様を第１
図の場合と同様に説明する断面図であり、第３図は第２
図の母材から得たファイバの外周に更にガス透気性披覆
を形成した本発明のフ，，，化物ファイバの断面図であ
る。第４図は本発明の実施例で光ファイバのメタンガス
検知性能を表した評価系の説明図である。 図中、ｌ及び２１はコア母材、２及び２２はクラツド母
材、ｌ１及び３ｌはコア、ｌ２及び３２はクラソド、３
３゜は透気性披覆層、４．　１４．　２４及び３４は四
部を表し、ａ．ｂ．ｃ．ｄ．ｅ．ｆ．ｇ，ｍ，ｎ，ｏ，
ｐ．ｑ，ｒ，ｓは各々の部分の長さ（　Ｍ　）を表し、
Ａ．Ｂ，Ｄ．Ｅ，Ｍ，Ｎ，Ｔｌｉ各々ノ部分ノ長サ（μ
）を表す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コア部とクラッド部の両者がフッ化物ガラスから
   なる光ファイバであって、該クラッド部の表面には光軸
   方向に沿って少なくとも一条の凹部が形成されてなるこ
   とを特徴とするフッ化物光ファイバ。
2. （２）上記クラッド部の周囲に、少なくとも検知対象ガ
   スを透過する透気性被覆材が被覆されていることを特徴
   とする請求項（１）に記載のフッ化物光ファイバ。
3. （３）上記凹部はその光軸方向に直交する断面において
   入口部より内部が広い形状であることを特徴とする請求
   項（１）又は（２）に記載のフッ化物光ファイバ。