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OPTICAL FIBER DEVICE

Patent code P170013935
File No. (S2015-1778-N0)
Posted date Mar 29, 2017
Application number P2015-139875
Publication number P2017-020946A
Date of filing Jul 13, 2015
Date of publication of application Jan 26, 2017
Inventor
  • (In Japanese)深野 秀樹
  • (In Japanese)田上 周路
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岡山大学
Title OPTICAL FIBER DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber device that does not limit the target object to gas containing hydrogen but can sense various gas.
SOLUTION: An optical fiber device according to the present invention comprises: an optical fiber-shaped sensor section 12 made of a waveguide; and an optical fiber A11 and an optical fiber B13 that are respectively optically connected with one end and the other end of the sensor section and composed of a core and a clad and placed at one end side and the other end side of the sensor section. The waveguide constituting the sensor section is made of the same material as the cores of the optical fiber A and the optical fiber B. The size in the radial direction of the sensor section is larger than the size of the core of the optical fiber A and the size of the core of the optical fiber B. At least the outside surface of the sensor section is entirely covered with absorbent 14.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来、光ファイバをガスセンサとして利用した各種の光ファイバ装置が提案されている。以下では、提案されている2つの事例について説明する。
特許文献1の光ファイバガスセンサは、光ファイバのクラッドを除去してコアを露出させて形成したセンサ部を、発泡体で被覆した構造を有しており、この構造により機械的な強度を向上させている。
このような構造の光ファイバガスセンサで被測定対象物(ガス)を検知する際には、ガスは発泡体の連続気泡を通じてコアの周囲まで浸透してエバネッセント波部分の全反射条件を変化させ、光ファイバの導波光路を伝搬する光の一部は外部に漏れて光の強度が減衰するため光ファイバの透過率が変化し、この光ファイバの透過率の変化を計測してガスの検知が行われる。
しかしながら、センサ部を作製するためには、クラッドを除去してコアを露出させる加工が必須であり、発泡体で被覆する前に、コアの露出部は容易に破損する虞があった。ゆえに、特許文献1の光ファイバガスセンサを安定して作製することは困難であった。

特許文献2の光ファイバガスセンサは、ファイバコア並びにファイバコアの回りに配置された相異なる振幅変調プロファイルを有する第1及び第2の屈折率周期変調格子構造を含んでおり、第1及び第2の屈折率周期変調格子構造の回りにはファイバクラッディングが配置されている。さらに、ファイバクラッディングの回りにはPd基合金からなる感知材料を含む感知層が設けられている。
このような構造により、特許文献2の光ファイバガスセンサは、感知材料中の水素化物がα相からβ相又はこれらの混合中間相への強い構造相転移を生じることにより、被覆感知材料の屈折率が変化し、基本モードとクラッディングモードとの間の光結合が変化する現象を利用することにより、被測定対象物(ガス)のセンシングを可能としている。

つまり、特許文献2の光ファイバガスセンサは、感知材料中の水素化によって構造層転移が起こり、そのことによる屈折率変化が最終的には,透過光または反射光量の変化に反映されることを動作原理としているため、被測定対象物は、水素を含有するようなものに限定され、感知材自体の構造相転移が必須である。また、特許文献2の光ファイバガスセンサは、極めて複雑な層構成(感知材自体の構造相転移が必須)を備えて、初めて被測定対象物のセンシングを可能とすることから、製造コストが嵩み、低コスト化という面においても課題を抱えていた。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、被測定対象物が、水素を含有する気体に限定されず、多用な気体をセンシングすることが可能な光ファイバ装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
導波体からなる光ファイバ形状のセンサ部と、前記センサ部の一端および他端と光学的に各々接続され、該センサ部の一端側および他端側に配された、コアとクラッドから構成される光ファイバAおよび光ファイバBと、を含む光ファイバ装置であって、
前記センサ部を構成する導波体が、前記光ファイバAおよび前記光ファイバBのコアと同材質からなり、
前記センサ部の径方向の寸法が、前記光ファイバAのコアの寸法および前記光ファイバBのコアの寸法よりも大きく、
前記センサ部は、少なくとも外側面が、その全域に亘って吸着材により被覆されている、ことを特徴とする光ファイバ装置。

【請求項2】
 
前記吸着材が、毛細管凝縮を促す多孔質体であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ装置。

【請求項3】
 
前記吸着材が、シリカゲルから形成された被膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ装置。

【請求項4】
 
前記吸着材が、特定の波長の光に対して、光吸収作用を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光ファイバ装置。

【請求項5】
 
前記吸着材が、前記センサ部とともに、前記光ファイバAおよび前記光ファイバBの外側面も被覆していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光ファイバ装置。

【請求項6】
 
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光ファイバ装置であって、
前記センサ部の一端に向けてレーザ光を導入するために前記光ファイバAにレーザ光を入射させる発光手段と、
前記センサ部の他端から前記光ファイバBを通して導出されたレーザ光を検知する受光手段と、
前記受光手段から出力された信号を解析する評価手段と、
を更に備えたことを特徴とする光ファイバ装置。

【請求項7】
 
請求項6に記載の光ファイバ装置であって、
前記評価手段が、前記センサ部の周囲が外部物質に曝された場合、前記受光手段から出力された信号である透過スペクトルの特定波長において、長波長側へのスペクトルシフト現象を瞬間的に観測するとともに、前記センサ部の周囲から外部物質が減少するにつれて、スペクトルの回復現象を観測することにより、外部物質の検知を行うことを特徴とする光ファイバ装置。

【請求項8】
 
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光ファイバ装置であって、
前記センサ部が、前記光ファイバA側から前記光ファイバB側に向けて、径方向の寸法を漸次拡大または漸次縮小させたテーパ状をなすように構成されていることを特徴とする光ファイバ装置。

【請求項9】
 
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光ファイバ装置であって、
前記センサ部が、前記光ファイバA側の端部の外周形状を前記光ファイバAの端部の外周形状と一致させるとともに、前記光ファイバB側の端部の外周形状を前記光ファイバBの端部の外周形状と一致させるように構成されていることを特徴とする光ファイバ装置。

【請求項10】
 
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光ファイバ装置であって、
前記センサ部が、前記光ファイバA側の端部における径方向の寸法を、前記光ファイバAの径寸法よりも大きくまたは小さく構成されていることを特徴とする光ファイバ装置。

【請求項11】
 
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光ファイバ装置であって、
前記センサ部が、前記光ファイバB側の端部における径方向の寸法を、前記光ファイバBの径寸法よりも大きくまたは小さく構成されていることを特徴とする光ファイバ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015139875thum.jpg
State of application right Published
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