JPH05249039A - 光ファイバセンサ - Google Patents
光ファイバセンサInfo
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- JPH05249039A JPH05249039A JP4326294A JP32629492A JPH05249039A JP H05249039 A JPH05249039 A JP H05249039A JP 4326294 A JP4326294 A JP 4326294A JP 32629492 A JP32629492 A JP 32629492A JP H05249039 A JPH05249039 A JP H05249039A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
- G01N21/774—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the reagent being on a grating or periodic structure
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
- G02B6/021—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the core or cladding or coating, e.g. materials, radial refractive index profiles, cladding shape
- G02B6/02104—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the core or cladding or coating, e.g. materials, radial refractive index profiles, cladding shape characterised by the coating external to the cladding, e.g. coating influences grating properties
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02195—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 センサを配置した環境（Ｅ）内の変化に感応
する物理的ないし化学的パラメータを測定する少なくと
も１本のファイバからなる光ファイバセンサ・システム
を提供する。 【構成】 前記ファイバはクラッド３、クラッドに囲ま
れたコア５、軸方向に伸びた軸７、その長さにそって局
所的に光学的回折格子10を形成する光学的厚さに変動を
有する部分９からなり、少なくともクラッド３の１つの
部分はその成分としてセンサを配置した環境内の前記パ
ラメータ（Ｐ）の変化の関数として光学的性質が変化す
る活性材料からなる。活性材料はヘテロポリシロキサン
とすることができる。パラメータ内の変化を分析するた
め、反射率計分析を提供することができる。混合物のガ
ス含有量の判定に特に応用できる。
する物理的ないし化学的パラメータを測定する少なくと
も１本のファイバからなる光ファイバセンサ・システム
を提供する。 【構成】 前記ファイバはクラッド３、クラッドに囲ま
れたコア５、軸方向に伸びた軸７、その長さにそって局
所的に光学的回折格子10を形成する光学的厚さに変動を
有する部分９からなり、少なくともクラッド３の１つの
部分はその成分としてセンサを配置した環境内の前記パ
ラメータ（Ｐ）の変化の関数として光学的性質が変化す
る活性材料からなる。活性材料はヘテロポリシロキサン
とすることができる。パラメータ内の変化を分析するた
め、反射率計分析を提供することができる。混合物のガ
ス含有量の判定に特に応用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセンサに関し、特に固有
光ファイバセンサに関する。
光ファイバセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】このセンサの１つの望ましくかつ考えら
れる応用はガスセンサである。しかし本発明のセンサの
定義では、例えば温度センサ、あるいはセンサを配置す
る環境の変化を感知する物理的あるいは化学パラメータ
・センサとしても等しく使用することができる。特に光
学ガス検出器ないしセンサはその利点として無酸素大気
での保守や操作を削減でき、腐食ガスに対するその選別
性と耐性により数多くのハイテクでの適用で貢献してい
ることが現在知られている。完全に光学的な装置、特に
単一あるいはネットワーク化した光ファイバの光ファイ
バセンサは、更に次のような利用を有している。すなわ
ち固有の電気的安全性（電気絶縁の必要なし）、分散測
定が可能（直列組合せ、例えば連続的感度を有する）、
電磁変動に対して感応しない、そして重量とかさを減少
できることである。そのようなセンサで、特にガスの光
学的検出は通常開いたあるいは閉じたセル内で行い、そ
れを通して検出するガスと相互作用する所定の波長の光
線は、分光吸収の原理にしたがって通過する。セルの入
力光信号と出力光信号間の強度の差からそのガス濃度が
分かる。
れる応用はガスセンサである。しかし本発明のセンサの
定義では、例えば温度センサ、あるいはセンサを配置す
る環境の変化を感知する物理的あるいは化学パラメータ
・センサとしても等しく使用することができる。特に光
学ガス検出器ないしセンサはその利点として無酸素大気
での保守や操作を削減でき、腐食ガスに対するその選別
性と耐性により数多くのハイテクでの適用で貢献してい
ることが現在知られている。完全に光学的な装置、特に
単一あるいはネットワーク化した光ファイバの光ファイ
バセンサは、更に次のような利用を有している。すなわ
ち固有の電気的安全性（電気絶縁の必要なし）、分散測
定が可能（直列組合せ、例えば連続的感度を有する）、
電磁変動に対して感応しない、そして重量とかさを減少
できることである。そのようなセンサで、特にガスの光
学的検出は通常開いたあるいは閉じたセル内で行い、そ
れを通して検出するガスと相互作用する所定の波長の光
線は、分光吸収の原理にしたがって通過する。セルの入
力光信号と出力光信号間の強度の差からそのガス濃度が
分かる。
【０００３】他の研究に、検出セルを利用しない光ファ
イバ化学センサがある。かくして欧州特許出願 0275275
号は、ファイバの上に配置した少なくとも１つの選別層
とファイバと共に設けた光回折格子の組合せを用いて物
理的ないし化学的パラメータあるいは物質を検出する光
ファイバセンサの１例を述べている。選別層はその成分
として前記の物質ないしパラメータに感応する光学的性
質を有する光を伝導する有機物質を含み、回折格子を通
してファイバ内を伝ぱんする波の光学的性質を変える。
しかしこの出願 0275275号は、ファイバの構造に関して
は何も示しておらず、単に環状ブラッグ格子を含むこと
を明記しているだけである。
イバ化学センサがある。かくして欧州特許出願 0275275
号は、ファイバの上に配置した少なくとも１つの選別層
とファイバと共に設けた光回折格子の組合せを用いて物
理的ないし化学的パラメータあるいは物質を検出する光
ファイバセンサの１例を述べている。選別層はその成分
として前記の物質ないしパラメータに感応する光学的性
質を有する光を伝導する有機物質を含み、回折格子を通
してファイバ内を伝ぱんする波の光学的性質を変える。
しかしこの出願 0275275号は、ファイバの構造に関して
は何も示しておらず、単に環状ブラッグ格子を含むこと
を明記しているだけである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この種のセンサを実施
する際、特にファイバが導波路を形成する中心部分又は
コア（このコアは少なくとも１つの光を伝導するクラッ
ドにより囲まれている）からなる場合に問題が残る。実
際、それらの問題は特に通常ファイバのコアの外側を伝
ぱんする光の割合が少ないことに関連しており（従来、
消散場割合（evanescent field propotion）はしばしば
約１％以下であった）、あるいは大きな消散場を持つよ
うに取り扱った場合、ファイバの脆さの増大に連結して
いる（ファイバの直径特にコアの直径の減少故に）。更
に既存のセンサの選別性、あるいは感度は常に適切なも
のではなく、しばしば微妙に変化する。
する際、特にファイバが導波路を形成する中心部分又は
コア（このコアは少なくとも１つの光を伝導するクラッ
ドにより囲まれている）からなる場合に問題が残る。実
際、それらの問題は特に通常ファイバのコアの外側を伝
ぱんする光の割合が少ないことに関連しており（従来、
消散場割合（evanescent field propotion）はしばしば
約１％以下であった）、あるいは大きな消散場を持つよ
うに取り扱った場合、ファイバの脆さの増大に連結して
いる（ファイバの直径特にコアの直径の減少故に）。更
に既存のセンサの選別性、あるいは感度は常に適切なも
のではなく、しばしば微妙に変化する。
【０００５】この従来技術の背景に対して、本発明では
欧州特許出願 0275275号にあるものの典型的なタイプの
光ファイバセンサを提供する。ファイバは光学的に伝導
するクラッドにより囲まれた導波コアからなり、選別層
は前記クラッドの少なくとも１つの外部部分を占め、回
折格子位置でコアと接触するこのクラッドの内部の光学
的に中性部分を取り囲むようにする。このようにするこ
とで、ファイバの弾力性（コアの機械的強度）とセンサ
の感度（選別層の厚さに連結）の間の妥協（これは変化
することがある）を確保するセンサを得ることができ
る。従って、行う検出（温度測定、大気のガス含有量の
測定など）の種類の関数としてこの選別性を適応するこ
とでその変更も可能となる。光学的回折格子の構成は様
々な手段で得ることができる。例えば光学的クラッドで
の条線で格子を作るようにすることも可能である。この
オプションではそれらの条線を光学的に作るよりも物質
の析出が必要である。この研究は進行中である。
欧州特許出願 0275275号にあるものの典型的なタイプの
光ファイバセンサを提供する。ファイバは光学的に伝導
するクラッドにより囲まれた導波コアからなり、選別層
は前記クラッドの少なくとも１つの外部部分を占め、回
折格子位置でコアと接触するこのクラッドの内部の光学
的に中性部分を取り囲むようにする。このようにするこ
とで、ファイバの弾力性（コアの機械的強度）とセンサ
の感度（選別層の厚さに連結）の間の妥協（これは変化
することがある）を確保するセンサを得ることができ
る。従って、行う検出（温度測定、大気のガス含有量の
測定など）の種類の関数としてこの選別性を適応するこ
とでその変更も可能となる。光学的回折格子の構成は様
々な手段で得ることができる。例えば光学的クラッドで
の条線で格子を作るようにすることも可能である。この
オプションではそれらの条線を光学的に作るよりも物質
の析出が必要である。この研究は進行中である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】しかし本発明が提供する
解決法は、この格子を例えば光学的ポンプにより光学的
に作成することによりブラッグ格子として作ることから
なる。このためにファイバ（特にそのコア）は、ファイ
バの長軸に関して異なる入射角でファイバに向けて同時
に方向付けられた２本の紫外線の相互干渉から生じる干
渉場で照射させて、少なくともそのコアに屈折率の間欠
的な変動を生じさせる。従って干渉場は刻んだ格子で互
いに分離した縞ないし条線を有し、干渉場に対応してそ
れらの条線の作成ゾーンの屈折率の変化（放射強度がそ
のように適応されるならば永続的となり得る）がファイ
バ内を横切って伝ぱんする。選別的に必要な場合、光を
注入あるいは抽出できる光ファイバ構成を用いることに
最近関心が寄せられているが（特にフランス特許出願
2,674,639号あるいは対応する1992年３月26日の米国出
願 87/058009号を参照）、本発明の追加特性は刻む局所
的な屈折率のそれらの間欠的な変動をうまく調整して、
互いに実質的に平行で、かつファイバの軸と角度αをな
す法線が０゜＜α＜90゜となるようにしている。この場
合、ファイバが反射で動作するようにするため、クラッ
ドはファイバに向けられた内面に反射面を有する鏡で選
別的に囲み、照射された光の波をそれに戻すようにす
る。
解決法は、この格子を例えば光学的ポンプにより光学的
に作成することによりブラッグ格子として作ることから
なる。このためにファイバ（特にそのコア）は、ファイ
バの長軸に関して異なる入射角でファイバに向けて同時
に方向付けられた２本の紫外線の相互干渉から生じる干
渉場で照射させて、少なくともそのコアに屈折率の間欠
的な変動を生じさせる。従って干渉場は刻んだ格子で互
いに分離した縞ないし条線を有し、干渉場に対応してそ
れらの条線の作成ゾーンの屈折率の変化（放射強度がそ
のように適応されるならば永続的となり得る）がファイ
バ内を横切って伝ぱんする。選別的に必要な場合、光を
注入あるいは抽出できる光ファイバ構成を用いることに
最近関心が寄せられているが（特にフランス特許出願
2,674,639号あるいは対応する1992年３月26日の米国出
願 87/058009号を参照）、本発明の追加特性は刻む局所
的な屈折率のそれらの間欠的な変動をうまく調整して、
互いに実質的に平行で、かつファイバの軸と角度αをな
す法線が０゜＜α＜90゜となるようにしている。この場
合、ファイバが反射で動作するようにするため、クラッ
ドはファイバに向けられた内面に反射面を有する鏡で選
別的に囲み、照射された光の波をそれに戻すようにす
る。
【０００７】
【実施例】次に図面について本発明の実施例を説明す
る。最初の３つの図の各々は、固有光ファイバセンサの
原理を示したもので、ファイバは単一モードないし複数
モードである。以下の説明は、例として単に説明を簡明
にするため、ガスセンサのような流体センサの場合に限
定する。図示した各々のセンサはここで１つの光ファイ
バをベースにして構成されている。この光ファイバは、
導波路を形成する通常透明なコア５を囲むそれ自身透明
なクラッド３を有し、軸７に沿って軸方向に延びてお
り、光学的回折格子を形成する屈折率（ないし光学的厚
さ）の変動を有する部分９を局所的に含んでいる。厚さ
ｅで屈折率ｎの光学的に均一なシートの光学的な厚さδ
はδ＝ｎ×ｅであることが想起される。そのようなファ
イバが固有センサを構成するには、少なくとも光学的に
伝導するクラッド３ないし屈折率の変動を有する部分９
は、その成分として検出する物質に関し活性である有機
物質を含み、従ってその光学的性質がセンサを配置する
環境Ｅ内のパラメータないし物質Ｐ（この場合、ガス含
有量）の変化の関数として変化することのできる選別層
を形成する。
る。最初の３つの図の各々は、固有光ファイバセンサの
原理を示したもので、ファイバは単一モードないし複数
モードである。以下の説明は、例として単に説明を簡明
にするため、ガスセンサのような流体センサの場合に限
定する。図示した各々のセンサはここで１つの光ファイ
バをベースにして構成されている。この光ファイバは、
導波路を形成する通常透明なコア５を囲むそれ自身透明
なクラッド３を有し、軸７に沿って軸方向に延びてお
り、光学的回折格子を形成する屈折率（ないし光学的厚
さ）の変動を有する部分９を局所的に含んでいる。厚さ
ｅで屈折率ｎの光学的に均一なシートの光学的な厚さδ
はδ＝ｎ×ｅであることが想起される。そのようなファ
イバが固有センサを構成するには、少なくとも光学的に
伝導するクラッド３ないし屈折率の変動を有する部分９
は、その成分として検出する物質に関し活性である有機
物質を含み、従ってその光学的性質がセンサを配置する
環境Ｅ内のパラメータないし物質Ｐ（この場合、ガス含
有量）の変化の関数として変化することのできる選別層
を形成する。
【０００８】例示した例では、屈折率の変動を有する上
記の部分はここでは平で互いに対して平行で間欠的なゾ
ーンないし条線で構成する。それらの条線は優先的にコ
ア５に延びており、クラッドの光学的に中性部分にまで
続けることができる。このような光学的回折格子は、文
献ではブラッグ格子という名前で知られている。上記の
フランス特許出願2674639 号で説明した光ファイバはこ
の良い例であり、このファイバの基本構造は本発明の範
囲内で更に有用である。それらの回折（ないし分散）格
子に関する定義は、必要ならば「化学技術用語辞典」マ
クグローヒル250、825ページ（「格子」）ないし「物理
学辞典」E.レビィ（フランス大学出版）109、685-686を
参照のこと。
記の部分はここでは平で互いに対して平行で間欠的なゾ
ーンないし条線で構成する。それらの条線は優先的にコ
ア５に延びており、クラッドの光学的に中性部分にまで
続けることができる。このような光学的回折格子は、文
献ではブラッグ格子という名前で知られている。上記の
フランス特許出願2674639 号で説明した光ファイバはこ
の良い例であり、このファイバの基本構造は本発明の範
囲内で更に有用である。それらの回折（ないし分散）格
子に関する定義は、必要ならば「化学技術用語辞典」マ
クグローヒル250、825ページ（「格子」）ないし「物理
学辞典」E.レビィ（フランス大学出版）109、685-686を
参照のこと。
【０００９】条線９格子を作成するため光学的手段を用
いる。米国特許 4,807,950号あるいは米国特許 4,867,5
22号で（格子に付いて）提案されているように、まずフ
ァイバに向かって（図６を参照）所定の入射角（θ１な
いしθ２）で２つの鏡25、27を経て収束する２つの波に
分かれる紫外線をレーザ源21（例えばレーザダイオー
ド）からはじめて、その軸を横切って伝送する。活性な
有機物質に関しては、以下の化学式のヘテロポリシロキ
サンを特に使用することが出来、ＲはＣＨ3 ないしＣ2
Ｈ5であり、この物質は（数ミクロンの）薄いフィルム
に析出することができる。
いる。米国特許 4,807,950号あるいは米国特許 4,867,5
22号で（格子に付いて）提案されているように、まずフ
ァイバに向かって（図６を参照）所定の入射角（θ１な
いしθ２）で２つの鏡25、27を経て収束する２つの波に
分かれる紫外線をレーザ源21（例えばレーザダイオー
ド）からはじめて、その軸を横切って伝送する。活性な
有機物質に関しては、以下の化学式のヘテロポリシロキ
サンを特に使用することが出来、ＲはＣＨ3 ないしＣ2
Ｈ5であり、この物質は（数ミクロンの）薄いフィルム
に析出することができる。
【００１０】
【化１】
【００１１】アセンブリの弾力性を確保するため、ファ
イバは選別的に更に１つないし複数の（例えばケプラー
（登録商標）でできた）機械的クラッドで被覆すること
ができる。図面を更に複雑にしないため、機械的クラッ
ドは図示しない。ここで各々の図を別個に説明する。ま
ず図１では、ブラッグ格子の条線９は特にガス濃度に依
存する反射光学的特性を有すると共に検出するガスを吸
収するように上記の活性材料から作られていることに留
意する。採用した応用では、それらの条線を構成する活
性材料はガスがないときにはクラッド３の屈折率ｎgに
近い屈折率ｎsを有し、ｎs の値は活性材料のガス含有
量が増大するとｎgから離れる。従ってガスがない場合
殆ど透明なブラッグ格子は、ガスが吸収されると表れて
くる。
イバは選別的に更に１つないし複数の（例えばケプラー
（登録商標）でできた）機械的クラッドで被覆すること
ができる。図面を更に複雑にしないため、機械的クラッ
ドは図示しない。ここで各々の図を別個に説明する。ま
ず図１では、ブラッグ格子の条線９は特にガス濃度に依
存する反射光学的特性を有すると共に検出するガスを吸
収するように上記の活性材料から作られていることに留
意する。採用した応用では、それらの条線を構成する活
性材料はガスがないときにはクラッド３の屈折率ｎgに
近い屈折率ｎsを有し、ｎs の値は活性材料のガス含有
量が増大するとｎgから離れる。従ってガスがない場合
殆ど透明なブラッグ格子は、ガスが吸収されると表れて
くる。
【００１２】光学的クラッド３は前記活性材料のベース
からその一部の厚さを改変することができる。これはい
ずれの場合も外部保護機械的クラッドのように、検出す
るガスがセンサに横方向に貫通可能にする「多孔性」あ
るいは透過性材料で作ることが出来、ファイバは同一材
料に基づいてコアとクラッドを作ることが出来、それら
の間に存在する屈折率の差は、クラッドの母材（通常シ
リカ）を金属酸化物（例えば参加ゲルマニウムＧｅＯ
2） でドープすることにより構造的手段により得ること
ができるからである。図１では、互いに平行で間欠的な
条線９は、それらの法線がファイバの軸７に対して平行
となるように傾斜していることが分かる。言い替えれ
ば、条線は軸７に対して垂直である。従って採用する格
子は反射して作動する。
からその一部の厚さを改変することができる。これはい
ずれの場合も外部保護機械的クラッドのように、検出す
るガスがセンサに横方向に貫通可能にする「多孔性」あ
るいは透過性材料で作ることが出来、ファイバは同一材
料に基づいてコアとクラッドを作ることが出来、それら
の間に存在する屈折率の差は、クラッドの母材（通常シ
リカ）を金属酸化物（例えば参加ゲルマニウムＧｅＯ
2） でドープすることにより構造的手段により得ること
ができるからである。図１では、互いに平行で間欠的な
条線９は、それらの法線がファイバの軸７に対して平行
となるように傾斜していることが分かる。言い替えれ
ば、条線は軸７に対して垂直である。従って採用する格
子は反射して作動する。
【００１３】その使用原理は、単一ファイバあるいは１
組のセンサが直列に配置されいるかどうかに関わりなく
次のようになる。間欠的にファイバに埋め込まれた上記
の活性材料に基づいて作られた、少なくともガスの有無
により異なる光学的特性を持つ少なくとも２つの状態を
有する条線９を製造した後、そのファイバに軸方向にそ
の端部の１つから、少なくとも光学的格子の共鳴波長λ
r に対応する１つの波長を有する入射強度Ｉeの光が伝
送される。波長λrを有する光が光学的格子で反射す
る。同時にファイバにより反射されたこの波長λrの強
度Ｉrを測定する。強度ＩeとＩrを次に比較する。それ
らの間の割合（一般にＩr／Ｉe）は分析するパラメータ
Ｐの変動を示し、従ってこの場合検出するガスを表し、
反射された強度Ｉrがガス濃度の増大と共に増大する限
りその濃度をも示す。
組のセンサが直列に配置されいるかどうかに関わりなく
次のようになる。間欠的にファイバに埋め込まれた上記
の活性材料に基づいて作られた、少なくともガスの有無
により異なる光学的特性を持つ少なくとも２つの状態を
有する条線９を製造した後、そのファイバに軸方向にそ
の端部の１つから、少なくとも光学的格子の共鳴波長λ
r に対応する１つの波長を有する入射強度Ｉeの光が伝
送される。波長λrを有する光が光学的格子で反射す
る。同時にファイバにより反射されたこの波長λrの強
度Ｉrを測定する。強度ＩeとＩrを次に比較する。それ
らの間の割合（一般にＩr／Ｉe）は分析するパラメータ
Ｐの変動を示し、従ってこの場合検出するガスを表し、
反射された強度Ｉrがガス濃度の増大と共に増大する限
りその濃度をも示す。
【００１４】図２の例は図１とは本質的に、光学的格子
の条線９がここではその法線がファイバの軸７に関して
角度αだけ傾斜して０゜＜α＜90゜となるように配置さ
れている点で異なる。従ってこの場合、反射強度を測定
する代わりに、光がセンサの全長を軸方向に通過した
後、出力強度Ｉsをファイバの反対側の端で測定する。
更にそれらの測定を行うことができるように、採用され
た光学的格子の構成を考慮して線条９に準選別的吸収を
あらわす色の変化が表れるように選んだ少なくとも所定
の１つの波長の入力強度Ｉe の光をこのファイバに軸方
向に伝送する。この場合もちろん、入射強度Ｉe を一定
とするとセンサ内のガス濃度が増大すればするほど、強
度Ｉsは減少し、条線の反射特性は増大し、後者の屈折
率ｎsとクラッド３の屈折率ｎgの差も増大する。
の条線９がここではその法線がファイバの軸７に関して
角度αだけ傾斜して０゜＜α＜90゜となるように配置さ
れている点で異なる。従ってこの場合、反射強度を測定
する代わりに、光がセンサの全長を軸方向に通過した
後、出力強度Ｉsをファイバの反対側の端で測定する。
更にそれらの測定を行うことができるように、採用され
た光学的格子の構成を考慮して線条９に準選別的吸収を
あらわす色の変化が表れるように選んだ少なくとも所定
の１つの波長の入力強度Ｉe の光をこのファイバに軸方
向に伝送する。この場合もちろん、入射強度Ｉe を一定
とするとセンサ内のガス濃度が増大すればするほど、強
度Ｉsは減少し、条線の反射特性は増大し、後者の屈折
率ｎsとクラッド３の屈折率ｎgの差も増大する。
【００１５】ここで図３の場合を考えると、光ファイバ
は円形の断面を持つ円筒鏡11により少なくともクラッド
の周囲の一部にかけて覆われている。その目的は以下に
理解できるであろう。クラッドそれ自身はここで、コア
５に隣接し、「非活性」で光学的に中性材料でできてい
る、すなわち検出するガスに感応しない（例えばドープ
化シリカ）ものでできた内部３ａと、少なくとも条線９
の部分でそれを囲み、ガス含有量の関数として透過性の
変化特性を使用する外部活性部分、すなわち選別層３ｂ
（特にヘテロポリシロキサン）に「分割」されている。
例えば、数ミクロンあるいは数十ミクロンの水準の直径
を有するコアを持つファイバに付いては層３ａの半径方
向の厚さも一般に10ミクロン以下の数ミクロンにするこ
とができる。数十分の１ミクロンの厚さも考えることも
できる。選別層３ｂの厚さは数ミクロンとすることがで
きる。
は円形の断面を持つ円筒鏡11により少なくともクラッド
の周囲の一部にかけて覆われている。その目的は以下に
理解できるであろう。クラッドそれ自身はここで、コア
５に隣接し、「非活性」で光学的に中性材料でできてい
る、すなわち検出するガスに感応しない（例えばドープ
化シリカ）ものでできた内部３ａと、少なくとも条線９
の部分でそれを囲み、ガス含有量の関数として透過性の
変化特性を使用する外部活性部分、すなわち選別層３ｂ
（特にヘテロポリシロキサン）に「分割」されている。
例えば、数ミクロンあるいは数十ミクロンの水準の直径
を有するコアを持つファイバに付いては層３ａの半径方
向の厚さも一般に10ミクロン以下の数ミクロンにするこ
とができる。数十分の１ミクロンの厚さも考えることも
できる。選別層３ｂの厚さは数ミクロンとすることがで
きる。
【００１６】鏡に関しては、選別層３ｂの外面と接触す
るその反射凹内面11ａは、例えば、金、銀、アルミなど
の材料を薄く蒸着することにより得ることができる。図
５に示すように、鏡11は全体として少なくとも格子10の
位置で検出する物質が通過できるように孔13を有する間
隙構造を有している。この物質として多孔性があり、大
きさがファイバ内を伝送する信号の波長よりもはるかに
小さい（例えばλ／10）の孔13を持つ材料を使用する。
るその反射凹内面11ａは、例えば、金、銀、アルミなど
の材料を薄く蒸着することにより得ることができる。図
５に示すように、鏡11は全体として少なくとも格子10の
位置で検出する物質が通過できるように孔13を有する間
隙構造を有している。この物質として多孔性があり、大
きさがファイバ内を伝送する信号の波長よりもはるかに
小さい（例えばλ／10）の孔13を持つ材料を使用する。
【００１７】クラッド３も非活性材料で作り、その周囲
を図４にあるように鏡11のような多孔性で（図４の矢印
19を見よ）、少なくとも外部層17の光学的厚さが環境
（Ｅ）のガス含有量の関数として変化する多層誘電鏡15
から作ることができる。そのようにした場合、クラッド
３と鏡の内部層が光学的に中性部分３ａとして作動し、
外部層17は選別層３ｂの代りとなる。
を図４にあるように鏡11のような多孔性で（図４の矢印
19を見よ）、少なくとも外部層17の光学的厚さが環境
（Ｅ）のガス含有量の関数として変化する多層誘電鏡15
から作ることができる。そのようにした場合、クラッド
３と鏡の内部層が光学的に中性部分３ａとして作動し、
外部層17は選別層３ｂの代りとなる。
【００１８】光学的格子に付いては、図２に示すように
その条線９は、その法線がファイバの軸７と角α（０゜
＜α＜90゜）となるように方向付けられており、それら
の条線はクラッドの部分３ａと３ｂの間の境界で停止し
ている。センサを効率的に作動するため、その格子を実
質的に所定の既知の波長λの前後で共鳴させる。これが
作成されると、波長として、あるいはその波長の１つと
して上記の共鳴波長λr をもつ強度Ｉe の光を一端から
ファイバに軸方向に伝送することが可能である。光束が
次に格子によりファイバから抽出され、当該ファイバに
再び注入するために鏡11（あるいは15）により反射され
る。選別層の活性材料内にガスが存在する場合は、そし
て使用する導波路がガスの吸収の波長と対応する場合
は、この材料内に存在する光（そして従ってガスと接触
する）は、吸収され、反射強度Ｉrは低下する。従って
ガスが存在すると、吸収強度は格子10の長さ、感知した
ガスの量、活性材料を含むゾーンの厚さの関数となる。
そのような構成で、選別的なセンサないし一連の選別的
なセンサを得ることができるようになる。
その条線９は、その法線がファイバの軸７と角α（０゜
＜α＜90゜）となるように方向付けられており、それら
の条線はクラッドの部分３ａと３ｂの間の境界で停止し
ている。センサを効率的に作動するため、その格子を実
質的に所定の既知の波長λの前後で共鳴させる。これが
作成されると、波長として、あるいはその波長の１つと
して上記の共鳴波長λr をもつ強度Ｉe の光を一端から
ファイバに軸方向に伝送することが可能である。光束が
次に格子によりファイバから抽出され、当該ファイバに
再び注入するために鏡11（あるいは15）により反射され
る。選別層の活性材料内にガスが存在する場合は、そし
て使用する導波路がガスの吸収の波長と対応する場合
は、この材料内に存在する光（そして従ってガスと接触
する）は、吸収され、反射強度Ｉrは低下する。従って
ガスが存在すると、吸収強度は格子10の長さ、感知した
ガスの量、活性材料を含むゾーンの厚さの関数となる。
そのような構成で、選別的なセンサないし一連の選別的
なセンサを得ることができるようになる。
【００１９】実際、条線９がそれ自身上記の活性材料で
作成され、多色光（例えば白色光）が上記のファイバに
伝送されると、格子はそれ自身共鳴波長λr を選別し、
反射して、この波長は感知したガスの吸収線と対応し、
図１のように入射（Ｉe ）及び反射（Ｉr ）強度を取り
上げて比較することで分析を行うことができる。ブラッ
グ格子の条線が逆に活性材料を基にして製造されていな
い場合は、この格子の共鳴波長をカバーする単色光並び
に検出するガスの吸収線がこのファイバに伝送される。
この場合、選別はオペレータが「入力」を行う。
作成され、多色光（例えば白色光）が上記のファイバに
伝送されると、格子はそれ自身共鳴波長λr を選別し、
反射して、この波長は感知したガスの吸収線と対応し、
図１のように入射（Ｉe ）及び反射（Ｉr ）強度を取り
上げて比較することで分析を行うことができる。ブラッ
グ格子の条線が逆に活性材料を基にして製造されていな
い場合は、この格子の共鳴波長をカバーする単色光並び
に検出するガスの吸収線がこのファイバに伝送される。
この場合、選別はオペレータが「入力」を行う。
【００２０】一般に、光電子倍増管の強度を測定する手
段として、光伝導検出器ないしフォトダイオード、更に
は電子なだれフォトダイオードを使用することができ
る。これらの４つの可能性のなかで、フォトダイオード
が最も通常に使用される。フォトダイオードは反射強度
（Ｉr ）を測定するのに使用する反射率計に最も適合す
る。入射強度（Ｉs ）は通常、装置の製造業者により供
給され、その値はいずれの場合も前述の測定手段の１つ
により検証することができる。
段として、光伝導検出器ないしフォトダイオード、更に
は電子なだれフォトダイオードを使用することができ
る。これらの４つの可能性のなかで、フォトダイオード
が最も通常に使用される。フォトダイオードは反射強度
（Ｉr ）を測定するのに使用する反射率計に最も適合す
る。入射強度（Ｉs ）は通常、装置の製造業者により供
給され、その値はいずれの場合も前述の測定手段の１つ
により検証することができる。
【００２１】他の測定方法は更に、既知の反射率計法を
用いて、センサないし一連のセンサにより反射された強
度（Ｉr） を測定することからなる。そのような方法に
関する全ての資料は、光ファイバ格子測定に関した刊行
物「オプト63号、1991年９／10月」を参照の事。以下の
刊行物も資料となる。すなわち「光ファイバ測定の原
理」（アカデミック・プレス社、ニューヨーク）、「Ｏ
ＴＤＲ手法を用いた超高度光反射減衰量測定」（光ファ
イバ測定に関するシンポジウム、コロラド州ボルダー、
1990年９月11ー12日）。
用いて、センサないし一連のセンサにより反射された強
度（Ｉr） を測定することからなる。そのような方法に
関する全ての資料は、光ファイバ格子測定に関した刊行
物「オプト63号、1991年９／10月」を参照の事。以下の
刊行物も資料となる。すなわち「光ファイバ測定の原
理」（アカデミック・プレス社、ニューヨーク）、「Ｏ
ＴＤＲ手法を用いた超高度光反射減衰量測定」（光ファ
イバ測定に関するシンポジウム、コロラド州ボルダー、
1990年９月11ー12日）。
【図１】本発明にしたがって使用することのできる第１
のタイプのセンサの縦断面図である。
のタイプのセンサの縦断面図である。
【図２】図１のものに相当する第１の実施例を示す図で
ある。
ある。
【図３】図１のものと同様の第２の実施例を示す断面図
である。
である。
【図４】図３のIVの部分に対応する詳細図である。
【図５】詳細Ｖによる特に図３の鏡の構成の１つの実施
例を示す拡大平面図である。
例を示す拡大平面図である。
【図６】条線を光学的に作成する１つの方法を示す。
３・・・光学的クラッド、５・・・コア、７・・・軸、
９・・・線条、
９・・・線条、
Claims (1)
- 【請求項１】 ファイバの表面に配置した少なくとも１
つの選別層（３ｂ，９）とこのファイバに設けた光学的
回折格子の組合せを用いて物理的ないし化学的パラメー
タないし物質を検出するもので、前記選別層はその成分
として光学的性質が前記物質ないし前記パラメータに対
して感応する光学的伝導有機物質からなり、結果的に前
記光学的回折格子によってファイバ内を伝ぱんする波の
光学的性質を変える光ファイバセンサにおいて、前記フ
ァイバは光伝導クラッド（３）により囲まれた導波コア
（５）を有し、前記選別層が前記格子の位置で少なくと
も１つの前記クラッドの外部部分（３ｂ、17）となり、
このクラッドの光学的に中性な内部部分（３ａ）はコア
と接触していることを特徴とする前記光ファイバセン
サ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9113887A FR2683628B1 (fr) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | Capteur a fibre optique pour la mesure d'un parametre, procede d'evaluation d'un tel parametre, et application du capteur a la mesure d'un gaz. |
| FR9113887 | 1991-11-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249039A true JPH05249039A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=9418818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4326294A Pending JPH05249039A (ja) | 1991-11-12 | 1992-11-12 | 光ファイバセンサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0542603A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05249039A (ja) |
| CA (1) | CA2082686A1 (ja) |
| FR (1) | FR2683628B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4861132A (en) * | 1987-11-23 | 1989-08-29 | Hughes Aircraft Company | Self-aligning precision guide pin |
| JP2011053193A (ja) * | 2009-09-04 | 2011-03-17 | Osaka Gas Co Ltd | ガス検知装置及び火災検知装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2734374B1 (fr) * | 1995-05-19 | 1997-06-27 | Gaz De France | Dispositif optique comportant des capteurs et des reflecteurs spectralement selectifs |
| DE19630181C2 (de) * | 1996-07-26 | 2002-08-08 | Inst Physikalische Hochtech Ev | Kompakter Lichtleitfasersensor zur Detektion chemischer oder biochemischer Substanzen |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH067049B2 (ja) * | 1984-08-13 | 1994-01-26 | ユナイテツド テクノロジ−ズ コ−ポレ−シヨン | 分散的，離間的に解析する光ファイバひずみ計 |
| DE3526348A1 (de) * | 1985-07-23 | 1987-02-05 | Fraunhofer Ges Forschung | Sensoren fuer die selektive bestimmung von komponenten in fluessiger oder gasfoermiger phase |
| DE3723159A1 (de) * | 1986-07-17 | 1988-01-21 | Prosumus Ag | Chemosensor sowie mit diesem durchfuehrbare verfahren |
| US5007705A (en) * | 1989-12-26 | 1991-04-16 | United Technologies Corporation | Variable optical fiber Bragg filter arrangement |
| US5042897A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-27 | United Technologies Corporation | Optical waveguide embedded light redirecting Bragg grating arrangement |
| US4996419A (en) * | 1989-12-26 | 1991-02-26 | United Technologies Corporation | Distributed multiplexed optical fiber Bragg grating sensor arrangeement |
| CH684290A5 (fr) * | 1991-02-15 | 1994-08-15 | Suisse Electronique Microtech | Procédés de réalisation d'au moins un réseau de diffraction sur une fibre optique, dispositif transducteur obtenu. |
| FR2674639A1 (fr) * | 1991-03-29 | 1992-10-02 | Gaz De France | Fibre optique a reseau de bragg et ses applications. |
-
1991
- 1991-11-12 FR FR9113887A patent/FR2683628B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-11-05 EP EP92402993A patent/EP0542603A1/fr not_active Ceased
- 1992-11-12 JP JP4326294A patent/JPH05249039A/ja active Pending
- 1992-11-12 CA CA002082686A patent/CA2082686A1/en not_active Abandoned
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4861132A (en) * | 1987-11-23 | 1989-08-29 | Hughes Aircraft Company | Self-aligning precision guide pin |
| JP2011053193A (ja) * | 2009-09-04 | 2011-03-17 | Osaka Gas Co Ltd | ガス検知装置及び火災検知装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2683628A1 (fr) | 1993-05-14 |
| EP0542603A1 (fr) | 1993-05-19 |
| CA2082686A1 (en) | 1993-05-13 |
| FR2683628B1 (fr) | 1995-08-18 |
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