CN101632013B - 光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤传感器，可以通过简单的结构，在宽的折射率范围中灵敏度良好地计测被测量介质的折射率。本发明提供一种光纤传感器，其特征在于具备：光纤(1)，在形成有布拉格光栅(9)的芯(4)以及包层(5)的部分中产生由于包层传输模式的泄漏而引起的透射损耗；光源(2)，将包层传输模式的波长波段的光射入给光纤(1)；以及受光部(3)，接收经由形成有布拉格光栅(9)的位置处的芯(4)以及包层(5)的光的透射光或反射光，根据受光部(3)接收的总受光强度，对与包层(5)相接触的被测量介质的折射率进行检测，其中，布拉格光栅(9)相对于光纤(1)的长度方向的垂直线具有规定的倾斜角度。

Description

光纤传感器

技术领域

本发明涉及光纤传感器，特别涉及利用折射率来检测液体性状的光纤传感器。 

背景技术

在作为汽车用发动机的燃料使用的纯正汽油中，有以庚烷、戊烷等碳化氢为主要成分的轻质汽油、以苯等碳化氢为主要成分的重质汽油、以及它们中间的中质汽油(通常的普通汽油)。在对于例如与轻质汽油匹配地设定了点火时期等控制的发动机使用重质汽油作为燃料的情况下，发动机的点火时期产生延迟。而且，在该发动机中，不仅发生低温时的起动性恶化、呼吸(breathing)现象等运转性能的恶化，而且发生由于不完全燃烧而排气气体中的有害成分增大等现象。 

另外，在美国、欧洲等各国中为了降低石油的消耗量，在汽油中混合了乙醇的燃料作为汽车用而得到了普及。如果在与汽油燃料的空燃比匹配的发动机中使用该乙醇混合燃料，则起因于乙醇与汽油相比理论空燃比小等而空燃比倾斜(lean)化。因此，在将乙醇混合燃料用于汽车用发动机的情况下，需要对乙醇混合燃料中的乙醇含有率进行检测而控制燃料喷射阀等致动器，调整为与乙醇含有率对应的空燃比、点火时期等。 

因此，在汽车用发动机中，需要检测所使用的汽油是轻质、中质、重质中的哪一个、乙醇混合燃料中的乙醇含有率，而且还需要与该检测值相应地控制空燃比、点火时期等。 

是重质汽油还是轻质汽油与其折射率相关，在重质汽油中折射率变大，在轻质汽油中折射率变小。因此，对于汽油的液体性状检测传感器，至今为止是开发了测量折射率变化的类型的传感器。 

在专利文献1中，提出了将来自光源的光输入给短周期倾斜光栅，并利用信号解析器来解析其输出光的光谱的液体性状检测传感器。由于包围光栅的材料的折射率变化，所以透射率特性中表现的包层传输模式下的透射光谱形状变化。在专利文献1中，通过计测该透射光谱并计算出包络线的形状变化，来检测光栅周围的折射率，从而检测出液体性状。 

另外，在专利文献2中，提出了将来自光源的光输入给短周期光栅的液体性状检测传感器。在专利文献2中，也利用如下现象：由于包围光栅的材料的折射率变化，所以透射率特性中表现的包层传输模式下的透射光谱形状变化。在专利文献2中，通过对与透射光谱形状的变化相伴的输出光的强度变化进行计测，来检测光栅周围的折射率。 

专利文献1：国际公开第02/44697号小册子 

专利文献2：国际公开第06/126468号小册子 

在如专利文献1那样使用了短周期倾斜光光栅的检测法中，由于需要以高波长分辨率对包层传输模式损耗峰值的光谱形状进行测量，所以需要光谱分析器等高价的计测设备。因此，在专利文献1示出的液体性状检测传感器中，难以仅通过单纯的光量检计测来计测折射率。 

另外，在专利文献1中，通过增加光栅的倾斜角度，可计测的折射率范围的下限可以向更低的折射率侧扩大，但与其相伴上限会减少。其结果，在专利文献1中，存在失去可计测的折射率范围的扩大效果的问题。 

另一方面，在如专利文献2那样使用了短周期光光栅的检测法中，由于通过透射光量变化来检测包层传输模式损耗峰值的光谱形状的变化，所以可以仅通过单纯的光量检测来计测折射率。但是，在专利文献2中，存在无法充分增大可计测的折射率范围这样的问题。 

发明内容

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种光纤传感器，可以通过简单的结构，在宽的折射率范围内灵敏度良好地计测被测量介质的折射率。 

本发明的光纤传感器的一个方式，具备：光纤，具备形成有布拉格光栅的芯和包层，在形成有布拉格光栅的芯以及包层的部分中产生由于包层传输模式的泄漏而引起的透射损耗；光源，将包层传输模式的波长波段的光射入给光纤；以及受光部，接收经由形成有布拉格光栅的位置处的芯以及包层的光的透射光或反射光，根据受光部接收的总受光强度，对与包层相接触的被测量介质的折射率进行检测，其中，布拉格光栅相对于光纤的长度方向的垂直线具有规定的倾斜角度。 

在本发明的光纤传感器一个方式，由于布拉格光栅相对于光纤的长度方向的垂直线具有规定的倾斜角度，所以可以通过简单的结构，在宽的折射率范围中灵敏度良好地计测被测量介质的折射率。 

本发明的光纤传感器的另一方式，具备：光纤，具备形成有布拉格光栅的芯和包层，在形成有布拉格光栅的包层的部分中产生由于包层传输模式的泄漏而引起的透射损耗；光源，将包层传输模式的波长波段的光射入给光纤；以及受光部，接收经由形成有布拉格光栅的位置处的包层的光的透射光或反射光，根据受光部接收的总受光强度，对与包层相接触的被测量介质的折射率进行检测，其中，光纤是多模光纤，布拉格光栅相对于光纤的长度方向的垂直线的倾斜角度大于等于4.4°。 

本发明的光纤传感器另一方式由于具备具有大于等于4.4°的倾斜角度的光栅，所以即使对于光纤使用了多模光纤，也可以产生包层传输模式，可以对与形成有光栅的区域的包层相接触的被测量介质的折射率进行检测。另外，本发明记载的光纤传感器由于使用多模光纤，所以可以增大相对于检测光量、折射率变化的受光强度的变化量。 

本发明的目的、特征、方式、以及优点通过下面的详细说明与附图，将会变得更加明确。 

附图说明

图1是本发明的实施方式1的光纤传感器的示意图。 

图2是用于说明本发明的实施方式1的光纤传感器中的传输光与液体的折射率的关系的图。 

图3是用于说明本发明的实施方式1的光纤传感器中的光栅的倾斜角度的图。 

图4是用于示出本发明的实施方式1的光纤传感器中的透射损耗的波长光谱的图。 

图5是用于说明本发明的实施方式1的光纤传感器中的折射率与受光强度的关系的图。 

图6是用于示出本发明的实施方式1的光纤传感器中的空气以及甲苯的透射损耗的波长光谱的图。 

图7是说明本发明的实施方式1的光纤传感器中的倾斜角度与变化率的关系的图。 

图8是用于表示普通汽油以及高辛烷值汽油中的相对于波长的透射率的变化的图。 

图9是用于说明混合汽油中的特性的图。 

图10是用于说明本发明的实施方式2的光纤传感器中的透射损耗的图。 

图11是用于说明本发明的实施方式2的光纤传感器中的光栅的条件的图。 

图12是用于说明包层传输模式的光谱形状的图。 

图13是用于说明本发明的实施方式3的光纤传感器中的光栅的条件的图。 

图14是用于说明本发明的实施方式3的光纤传感器中的光栅的条件的图。 

图15是用于说明本发明的实施方式4的光纤传感器中的光栅的条件的图。 

图16是本发明的实施方式6的光纤传感器的概略图。 

图17是从本发明的实施方式6的光纤传感器中得到的透射光光谱的图。 

图18是从本发明的实施方式6的光纤传感器中得到的透射光光谱的图。 

图19是用于说明本发明的实施方式7的光纤传感器的光栅的倾斜角度与折射率的测量范围的关系的图。 

图20是本发明的实施方式7的光纤传感器的光栅的概略图。 

图21是从本发明的实施方式7的光纤传感器中得到的透射光光谱的图。 

图22是本发明的实施方式7的光纤传感器的概略图。 

图23是示出从本发明的实施方式7的光纤传感器中得到的折射率与受光强度的关系的图。 

图24是本发明的实施方式8的光纤传感器的光栅的概略图。 

图25是从本发明的实施方式8的光纤传感器中得到的透射光光谱的图。 

图26是示出从本发明的实施方式8的光纤传感器中得到的折射率与受光强度的关系的图。 

具体实施方式

(实施方式1) 

图1示出本实施方式的光纤传感器的示意图。图1所示的光纤传感器是可以检测液体的折射率的传感器。在图1所示的光纤传感器中，在光纤1的一个端部配置有光源2，在另一个端部配置有受光部3。光纤1具备：从光源2射出的光传播的芯4；为了使光封闭于芯4内而覆盖芯4地设置的包层5；以及覆盖它们而保护的光纤护套6。 

而且，在光纤1中，为了测量液体的折射率而光纤护套6的一部分被去除，以使作为被测量介质的液体8与包层5直接接触。而且，在图1所示的光纤1中，在光纤护套6的一部分被去除的部分的芯4中形成有布拉格光栅(以下还称为光栅)9。该光纤1在储藏液体8 的容器10的底面附近弯曲成U字型，光源2和受光部3配置在容器10的外部。 

对于光源2，例如可以使用发光二极管(LED)、超辐射发光二极管(SLD)等。另一方面，在受光部3中，使用光电二极管等受光元件来检测受光强度。对于芯4以及包层5，可以使用石英玻璃等无机玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等塑料类的材料。对于光纤护套6，可以使用氟类、尼龙类、苯酚类、环氧类、黑素类等树脂。 

接下来，作为在芯4中形成光栅9的方法，例如，在去除了光纤护套6的部分中设置相位掩模，从相位掩模之上照射准分子激光光束而在芯4上形成与相位掩模的凹凸(relief)对应的光栅图案。相位掩模在由石英玻璃形成的平行平板的一个面上形成有被称为凹凸的多个一定间隔的槽，利用凹凸周期性地调制激光光束。 

因为在芯4中发生被照射激光光束的部分的折射率与未照射的部分相比更高的光感应折射率变化，所以可以在芯4中形成折射率周期性地变化的光栅9。另外，通过改变相位掩模的凹凸的间距、槽的深度，可以在芯4中形成期望图案的光栅9。另外，通过使相位掩模向面内方向倾斜，还可以制作带有倾斜角度的光栅9。 

另外，光栅9一般被分类为折射率变化的周期是0.1～1μm左右的短周期光栅、和100～1000μm左右的长周期光栅。本发明中使用的光栅9限于前者的短周期光栅，以下描述的光栅全部意味着短周期光栅。 

接下来，说明本实施方式的光纤传感器的动作。一般在光通信系统中，为了取出在光纤传送路中传播的某特定波长的光信号，使用可以仅反射某信号的光栅。在光栅的透射特性中，存在后述的包层传输模式，该包层传输模式成为损耗纹波(loss ripple)而成为问题。在本发明中，在光通信系统中反倒利用作为不需要的来对待的包层传输模式。 

图1所示的对液体8的折射率进行测量的原理在于，利用如下现象：在芯4内传播的光通过光栅9反射或透射时产生的被称为包层传 输模式的光的强度根据与包层5的外侧接触的材质的折射率而不同。即，在芯4内传播的光在没有形成有光栅9的部分中在芯4与包层5的边界面反复反射的同时在芯4内传播。但是，当在芯4内传播的光到达光栅9时，被分成透射光栅9而在芯4内传播的光、通过光栅9布拉格反射而在芯4内向相反方向传播的光、以及跃出芯4而在包层5内向相反方向传播的后向传输包层传输模式的光。另外，在图1所示的光纤传感器中使用的短周期光栅中，包层传输模式进行后向传输，但在长周期光栅中发生的包层传输模式进行前向传输。 

图2(a)(b)示出用于说明包层传输模式的光、和与包层5的外侧接触的液体的折射率的关系的图。另外，在以下说明中，作为液体以水为例，作为气体以空气为例进行说明。图2(a)示意性地示出与包层5的外侧接触的材质是空气21时的光的传播，图2(b)示意性地示出与包层5的外侧接触的材质是水27时的光的传播。在此，空气21的折射率是1.0，水27的折射率是1.3，将芯4的折射率设为1.36，将包层5的折射率设为1.35。 

在图2(a)中，从光源2传播来的传播光22被分为通过光栅9布拉格反射的反射光23、透射光栅9而在芯4内传播的透射光24、以及通过光栅9发生的包层传输模式的光25。由于包层5与空气21的折射率之差为0.35那么大，所以包层传输模式的光25在包层5与空气21的界面26上反射，在包层5内传播。在图2(a)中，由于包层传输模式的光25被封闭在包层5内，所以在透射特性中出现包层传输模式特用的损耗纹波。 

另一方面，在图2(b)中，从光源2传播来的传播光22也被分为反射光23、透射光24、以及包层传输模式的光25。但是，在图2(b)的情况下，由于包层5与水27的折射率之差为0.05那么小，所以在光栅9的端部发生的包层传输模式的光25在包层5与水27的界面28上几乎不反射而穿过界面28向水24传播。因此，包层传输模式的光25几乎不向包层5内传播。因此，没有封闭在包层5内的包层传输模式的光25，不出现作为包层传输模式特有的透射特性的损耗 纹波。 

另外，本实施方式的光栅9以得到灵敏度高的传感器输出、和扩大被测量介质的折射率的检测范围为目的，形成为相对于光纤1的长度方向的垂直线具有如图3所示那样的倾斜角度θ°。另外，倾斜角度θ被规定在-90°以上且小于90°的范围内。图4(a)～(d)示出将倾斜角度θ设为0°时的透射损耗的波长光谱。另外，使用的光纤1是石英类且包层直径是125μm、芯直径是2μm。 

图4(a)是被测量介质为空气(n＝1.0)的情况，图4(b)是被测量介质为乙醇(n＝1.362)的情况。另外，图4(c)是被测量介质为将乙醇与甲苯50％地进行混合而得到的液体(n＝1.429)的情况，图4(d)是被测量介质为甲苯(n＝1.497)的情况。图4(a)～(d)所示的被测量介质的折射率分别不同，在如空气、乙醇那样折射率小的情况下，在波长860nm～885nm内显著地出现包层传输模式。但是，随着折射率变大(图4(c)、(d))，包层传输模式从低波长侧消失，在甲苯的情况下(图4(d))，包层传输模式全部消失。 

在图1所示的光纤传感器中，构成为将图4所示的透射光作为受光强度而进行检测。因此，在图1所示的光纤传感器中，受光强度根据被测量介质的折射率而如图5所示那样变化，从而对被测量介质的折射率进行检测。在图5中，图示出光栅9的倾斜角度θ是0°的情况、倾斜角度θ是7.3°的情况的相对于折射率的受光强度的变化。如图5的结果所示，与光栅9的倾斜角度θ是0°的情况相比，在倾斜角度θ是7.3°的情况下，被测量介质的折射率检测范围被扩大，并且其变化率变大。 

关于被测量介质的折射率检测范围，如图5所示，在高折射率侧，不论倾斜角度θ是0°还是7.3°，折射率都是1.46左右，但在低折射率侧，相对于倾斜角度θ是0°时折射率是1.40，倾斜角度θ是7.3°时折射率扩大至1.36左右。因此，如果光栅9的倾斜角度θ是7.3°的光纤传感器，则例如可以用于普通汽油(n＝1.43)与乙醇(n＝1.362)的混合燃料的检测。另外，关于变化率，在倾斜角度θ是0°的情况下是 7％，但通过将倾斜角度θ设为7.3°而提高至15％。增大变化率则会相对于振动、温度变动等环境变化提高光纤传感器的可靠性。 

进而，制作具有各种倾斜角度的光栅9的光纤传感器，对包层传输模式出现时(空气：n＝1.0)与消失时(甲苯：n＝1.497)的透射损耗的波长光谱进行测量。例如，图6(a)(b)示出光栅9的倾斜角度是11.7°时的透射损耗的波长光谱。如图6(a)所示在被测量介质是空气的情况下出现包层传输模式，但如图6(b)所示在被测量介质是甲苯的情况下，包层传输模式全部消失。 

图7示出根据被测量介质是甲苯以及空气时的各自的透射损耗的波长光谱计算出受光强度的变化率，并将相对于光栅9的倾斜角度的变化率制图而得到的结果。在图7所示的结果中，可以确认随着增大光栅9的倾斜角度θ，变化率提高。 

接下来，图8(a)(b)示出普通汽油以及高辛烷值汽油的透射波长光谱。如图8(a)所示，在普通汽油中，在波长500nm～1100nm、1250nm～1350nm、1500nm～1600nm处成为透明(transparent)区域。如图8(b)所示，在高辛烷值汽油中，在波长450nm～1100nm、1250nm～1350nm、1500nm～1600nm处成为透明区域。 

另外，在本实施方式中，使用800nm带的光源2来实施，但在被测量介质的其他透明区域中也可以同样地实施。例如，即使使用了光通信中经常使用的1500nm带的光源2和受光部3也可以同样地实施。另外，在透明区域以外由于光吸收而产生损耗，所以优选在成为对象的被测量介质的透明区域内实施检测。 

另外，在本实施方式的光纤传感器中，使用了折射率周期性地变化的被称为折射率调制型的光栅9，但也可以使用加工成周期性地排列了槽的光栅9。 

另外，如背景技术中所描述，是重质汽油还是轻质汽油与其折射率相关，在重质汽油中折射率变大，在轻质汽油中折射率变小。对其详细说明的话，普通汽油、混合了20％的乙醇的普通汽油、混合了40％的甲苯的普通汽油各自中的相对于普通汽油的折射率与蒸馏特 性的关系如图9所示。在如图9所示混合了甲苯的情况下，折射率比变大，50％容量温度也变大而成为重质汽油。另一方面，在如图9所示混合了乙醇的情况下，折射率比变小，50％容量温度也变小而成为轻质汽油。 

(实施方式2) 

在实施方式1的光纤传感器中，说明了为了即使使用廉价的检测用电路也以充分的灵敏度计测被测量介质的折射率，优选使用具有受光强度的变化大的倾斜角度的光栅。进而，在本实施方式中，以下说明具有带有受光强度的变化变大的条件的倾斜角度的光栅。 

在空气等低折射率介质以及甲苯等高折射率介质中浸渍了光纤传感器的情况下，各自的包层传输模式的光谱如上述图6(a)(b)所示。在低折射率介质的情况下，存在多个基于包层传输模式的急剧的透射损耗峰值，但在高折射率介质的情况下，急剧的透射损耗峰值消失，变化为连续的透射损耗光谱。在高折射率介质的情况下，在包层介质界面上的光反射变小，所以芯传输模式经由光栅9与向周围空间的连续性的辐射模式耦合而不是与包层传输模式耦合，成为连续性的光谱形状。 

在低折射率介质时的具有包层传输模式的急剧的峰值的透射损耗光谱、与高折射率介质时的连续性的透射损耗光谱之间，存在定量的相关关系。即，求和规则(sum rule)成立，在实验上确认了如下现象：在一定的波长范围内对光谱的损耗强度进行平均而得到的量在两者的透射损耗光谱之间大致相同。 

在使用波长波段宽的连续光谱光源来计测透射光量时，在低折射率介质的情况下，处于相邻的透射损耗峰值之间的透射率大的波长带中的透射光是透射光量的主要要素。即使增加光栅9的曝光量而增大了透射损耗峰值的强度，透射率大的波长带中的透射光量也不怎么减少。因此，整个透射光量的减少也被抑制。另一方面，在高折射率介质的情况下，透射光量不较大地依赖于波长而根据透射损耗强度减少，所以通过增加光栅9的曝光量而透射损耗增加，透射光量减少。 这样，高折射率介质时的透射光量与具有不均匀的透射损耗光谱的低折射率介质时的透射光量相比变小。 

因此，为了在光纤传感器中增大检测光量变化并高灵敏度地计测折射率，增大具有急剧的峰值的光谱的情况下的透射光量、增大变化为连续性的光谱形状时的透射损耗强度的做法是有效的。 

接下来，关于检测光量变化，说明假设模型来进行定量试算而得到的结果。首先，根据图10说明所研究的模型的前提。图10是示意性地示出包层传输模式的参数的说明图。首先，由于需要对包括由被测量介质要求的折射率范围的宽范围的折射率进行检测，所以将该折射率范围的大小设为检测范围Δn。假设在与检测范围Δn的上限和下限相当的波长的范围内均匀地出现包层传输模式。 

假设使用包括检测范围Δn的波长的连续波长光源，检测所有透射光强度。针对包含在检测范围Δn中的所有包层传输模式，将透射损耗峰值的大小的平均设为AdB，将损耗峰值的半峰全宽(半值全宽)的平均值设为ΔBnm，将损耗峰值的平均波长间隔设为Bnm。在具有急剧的峰值的光谱的情况下，为了简化而将包层传输模式的损耗峰值与光源的光谱形状假设为矩形形状且相同的损耗强度，并且假设相邻包层传输模式的损耗峰值间的透射波长区域中的透射损耗是零。 

在以上的假设下，包层传输模式的透射损耗的出现比率用ΔB/B表示，透明波长带的出现比率用1-ΔB/B表示。在低折射率介质的情况下，透射损耗AdB的包层传输模式与透明波长带共存，所以通过式(1)表示透射光强度。 

$I_1=1-\frac{\mathrm{\ΔB}}{B}+\frac{\mathrm{\ΔB}}{B}\·{10}^{-\frac{A}{10}}---\left(1\right)$

另一方面，在高折射率介质的情况下，平均化后的透射损耗在整个波长范围中成为A×ΔB/BdB，所以通过式(2)表示透射光强度。 

$I_2={10}^{-\frac{A}{10}\·\frac{\mathrm{\ΔB}}{B}}---\left(2\right)$

以上，通过I＝(I₁-I₂)/I₁表示透射光量的变化量。 

图11示出计算1≤A≤15以及0.05≤ΔB/B≤0.4的范围中的透射光量的变化率I而得到的结果。如果针对各种值的A以及ΔB/B进行数值计算则可知，透射光量的变化率I是大致依赖于A×A×ΔB/B的量。其与将变化量I的式子关于A以及ΔB/B进行级数展开时的最低次的项即A×A×ΔB/B项匹配。 

在上述中，示出了低折射率介质(整个包层传输模式峰值出现)与高折射率介质(整个包层传输模式峰值消失)时的透射光量的变化率I的计算结果。在中间折射率的被测量介质的情况下，伴随折射率的增加，从短波长侧开始包层传输模式消失，透射光量在低折射率介质的情况与高折射率介质的情况的结果之间单调且连续变化。因此，通过预先获取校正数据，在中间折射率的被测量介质的情况下也可以根据透射光量的检测来得知测量介质的折射率。 

折射率计测的灵敏度与透射光量的变化率I成比例。即使在使用了透射光量的变化率I小的低灵敏度的光栅的情况下，原理上也可以通过精密地测量输出信号电压而计测，但计测电路的价格变高，需要进行累计而计测时间增加。另外，在使用了透射光量的变化率I小的低灵敏度的光栅的情况下，产生由于输出信号本身的经时变化而需要定期的校正操作等问题。如果作为透射光量的变化率I得到5％以上，则可以避免上述问题。从图11可知，透射光量的变化率I＝5％相当于A×A×ΔB/B＝3.5。 

上述研究是对简单化的模型进行的，但证实了良好地再现了实测结果。例如，实际制作的ΔB/B～0.3、透射损耗～4dB、倾斜角度0°的光栅中的透射光量的变化I成为大约7％，与通过计算得到的值大致一致，证明了模型的妥当性。 

如上所述，在本实施方式的光纤传感器中，即使在使用了廉价的检测用电路的情况下，也具有能够以充分的灵敏度计测被测量介质的折射率的检测光量的变化率I，所以光栅具有A×A×ΔB/B≥3.5的关系。另外，在图11中，用阴影表示了满足A×A×ΔB/B≥3.5的条件的范围。 

关于包层传输模式的损耗峰值的半峰全宽ΔB，还可能存在光纤 的形状不均匀、光栅长度的长短的影响等，但实际上由于曝光时的照射光质量、位置摇摆、光纤歪斜等而引起的不均匀的线宽占主导。因此认为，通过形成摇摆被抑制的均匀的光栅，得到窄线宽的包层传输模式。 

认为包层传输模式的损耗峰值间的间隔B大致是由光纤的包层直径与使用波长决定的，使用波长越短、或包层直径越大，模式间隔变得越小。在使用普遍普及的125μm直径的光纤的情况下，包层直径成为固定。关于使用波长，即使在短波长的情况下，也与间隔B同样地半峰全宽ΔB变小，所以关于ΔB/B没有大的差。 

随着增大光栅的曝光量，包层传输模式的损耗峰值的透射损耗A增大，并逐渐饱和。另外，随着增大光栅长度，透射损耗A增大。与ΔB/B的关系是相对于某一定的曝光量的光栅，包层传输模式的半峰全宽ΔB越小A越增大，A×ΔB/B大致恒定。 

由以上定性的研究，在制作光栅时，通过增大曝光量、抑制摇摆而进行高均匀的曝光、增大光栅长度，可以得到A×A×ΔB/B大且高灵敏度的光栅。 

另外，在与使用了倾斜角度θ是0°的光栅的情况进行比较时，通过适当地选择光栅的倾斜角度，容许包层模式数增大并且ΔB/B增大，所以可以进一步增大与其成比例的折射率检测灵敏度。作为光源，可以使用发光二极管，适合于光源的小型化和可靠性提高。另外，在检测透射光时可以使用光电二极管。如果使用SLD(超辐射发光二极管)等高亮度的光源，则可以进一步高精度地计测折射率。这些发光元件和受光元件可以使用与光纤的数值孔径对应的适当的耦合光学系统来与光纤光学地耦合，还可以构成为小型的模块。 

根据以上研究，例如在使用芯直径2μm的光纤来制作使用波长800nm带的光栅的情况下，如果光栅长度是5mm以上，则通过调整曝光条件，可以制作A×A×ΔB/B≥3.5的光栅。在将光栅长度增大至10mm等时，得到更高灵敏度的光栅并且可以增大曝光条件的容许范围。 

(实施方式3) 

在本实施方式中，以下说明为了制作高灵敏度的光栅9而所需的条件。 

在本实施方式的光纤传感器中，不论光栅有无倾斜，都可以通过透射光谱来观察基于多个包层传输模式的损耗峰值。这些包层传输模式以分别不同的耦合强度与芯传播模式耦合，表示反应了耦合强度的损耗强度。为了在图1所示的光纤传感器中计测被测量介质的折射率，需要包层传输模式在折射率的检测范围中连续地出现而不产生损耗强度的显著减少。 

通过提供芯直径与芯折射率、包层直径与包层折射率等光纤的参数、倾斜角、间距、折射率变化量等光栅的参数，可以通过计算求出包层传输模式的光谱形状。 

首先，计算将包层直径设为125μm、将布拉格波长设为λ＝880±5nm、并改变了芯直径与光栅倾斜角时的包层传输模式的光谱形状，求出包层传输模式的出现波长范围，并换算成折射率的范围而进行比较。包层传输模式的光谱形状成为峰值的包络线缓和的单峰性的形状，将成为包层传输模式损耗的最大值的1/10的波长设为出现波长范围的上限以及下限波长。图12示出通过计算求出的包层传输模式的光谱形状的一个例子(芯直径4μm、倾斜角度6、布拉格波长880nm)。将包层的折射率设为1.4533，芯的折射率参考可从市场购入的光纤的规格而在1.4830～1.4563之间选择。 

图13示出将如上所述计算出的可测量的折射率范围作为倾斜角度θ的函数而描绘的图。另外，在图13中，对于不同的芯直径，也图示出了可测量的折射率范围与倾斜角的关系。从图13可知，在所有芯直径中，随着倾斜角度θ增大，测量范围的下限折射率减少。另外，从图13可知，对于芯直径依赖性，芯直径越小，测量范围的下限折射率大幅减少。 

另一方面，测量范围的上限折射率在如图13所示倾斜角度小的情况下不依赖于芯直径而取接近包层的折射率的值，但随着倾斜角度 变大而减少。另外，测量范围的上限折射率的减少在如图13所示芯直径d≤4μm的情况下小，但在与其相比芯直径变大时，测量范围的上限折射率的减少变大。在增大芯直径时，由于测量范围的上限折射率的减少，由测量范围的下限折射率的减少带来的测量范围的扩大被抵消，相对于包层的折射率附近的折射率的计测灵敏度降低，难以进行该折射率附近中的测量。 

如上所述，在使布拉格波长成为λ～880nm那样地形成了光栅的情况下，测量范围的上限折射率的减少被抑制，为了可以计测宽范围的折射率而将芯直径设为d≤4μm即可。 

接下来，当将光栅的布拉格波长改变为在光通信波长带中容易得到光源的λ～1570nm的情况下，同样地计算出了测量范围的上限折射率与下限折射率。图14示出将该结果作为倾斜角度的函数而描绘的图。另外，在图14中，将芯直径设为4μm与8μm这两种。 

在与图13所示的布拉格波长～880nm的情况比较时可知，在图14所示的结果中，在d/λ的值相近的数据间特性类似。即，(d、λ)＝(2μm、880nm)的结果(d/λ＝2.3)、与(d、λ)＝(4μm、1570nm)的结果(d/λ＝2.6)类似。另外，(d、λ)＝(4μm、880nm)的结果(d/λ＝4.5)、与(d、λ)＝(8μm、1570nm)的结果(d/λ＝5.2)类似。 

另外，图15示出对于设为图13所示的布拉格波长的2倍即λ～1760nm的情况也进行同样的计算而得到的结果。在图15所示的情况下，(d、λ)＝(2μm、880nm)与(d、λ)＝(4μm、1670nm)、(d、λ)＝(4μm、880nm)与(d、λ)＝(8μm、1670nm)分别成为相同的d/λ值。如从图15的结果可知，即使是不同的芯直径，如果是相同的d/λ值，则测量范围的上限折射率以及下限折射率表示良好的一致。 

根据以上结果认为，包层传输模式的光谱形状的包络线主要是由芯直径与布拉格波长之比即d/λ值大致决定的。另一方面，由于包层直径固定为125μm，所以虽然相对于包层直径的芯直径、波长的比变 化，但光谱形状的类似度高，由此认为包层直径对包层传输模式的光谱形状的包络线的影响比较小。 

因此，为了形成测量范围的上限折射率的减少被抑制且可以计测宽范围的折射率那样的光栅，以相对于规定的布拉格波长λ使芯直径d成为d/λ≤4.5的方式选择光纤即可。 

同样地，为了得到测量范围的上限折射率的减少被抑制且可以计测宽范围的折射率那样的光栅，以相对于规定的芯直径d的光纤使布拉格波长λ成为d/λ≤4.5的方式选择光栅即可。 

对于这样的光栅，研究并求出了包层直径125μm时的计算结果，但包层直径对包层传输模式的光谱形状的包络线的影响比较小，所以不受包层直径的尺寸的限制。另外，在本实施方式中，作为包层的折射率使用了石英玻璃的折射率，但本发明不限于此，也可以使用具有不同的折射率的光纤。 

如上所述，在本实施方式的光纤传感器中，形成满足d/λ≤4.5条件的光栅，所以可以在宽范围内使在增大了光栅的倾斜角度时的可检测的折射率范围(检测范围)的下限扩大，同时可以抑制检测范围的上限的减少，所以通过选择芯直径、布拉格波长以及光栅倾斜角度，可以用简单的结构来计测比以往更宽的折射率范围。 

(实施方式4) 

在本实施方式中，以下说明为了适当地设定光栅的倾斜角度θ°而所需的条件。 

在实施方式3中，说明了随着增大倾斜角度，可检测的折射率的范围增加。在图13中，通过决定倾斜角度θ、和芯直径与布拉格波长之比d/λ，可以求出可检测的折射率的范围(检测范围)。相反地，还可以根据d/λ和所需的检测范围Δn来求出倾斜角度θ。实际上，对于d/λ≤4.5的d＝2、3、4μm的数据，根据图13的计算结果得到式(3)的近似式。 

θ≥70×Δn+1.8×d/λ-8    (3) 

另外，如图15所示，在不同的布拉格波长、芯直径的情况下， 检测范围的倾斜角度依赖性也是大致根据d/λ值决定的，所以式(3)的近似式同样地成立。通过采用式(3)给出的倾斜角度θ，可以计测比所需的检测范围Δn更宽的范围的折射率范围。 

如上所述，在本实施方式的光纤传感器中，为了使用规定的光纤得到规定的检测范围，调整光栅的倾斜角度θ°以满足式(3)的条件并形成光栅。由此，本实施方式的光栅可以在宽范围内扩大检测范围的下限，同时可以抑制检测范围的上限的减少。另外，通过使用式(3)，可以容易地选择提供了芯直径、布拉格波长时的最佳的光栅倾斜角度，可以得到最佳化的光栅。 

(实施方式5) 

在本实施方式中，说明可以检测乙醇混合汽油的混合比的液体性状传感器中可以应用的光纤式折射率传感器(光纤传感器)的结构。 

首先，乙醇混合汽油具有在乙醇0％时的汽油的折射率～1.42左右的折射率。而且，与乙醇的混合比增加成比例地，折射率单调减少，接近乙醇的折射率～1.36。因此，如果可以在常温下测量1.36～1.42的折射率范围，则可以推测乙醇混合汽油的混合比。 

但是，该折射率范围是常温下的值，在测量环境的温度变化时，预计每50℃在折射率中产生0.02左右的变化。因此，如果可以测量1.34～1.44范围的折射率，则可以在实用上充分的温度范围内测量乙醇混合汽油的混合比。 

可以从图13读取可以测量1.34～1.44范围的折射率的条件。图13是具有廉价的通用光纤中使用的石英包层的光纤的计算例，将1.34～1.44的折射率的范围作为阴影区域而图示。例如，在将布拉格波长设为800nm≤λ≤900nm的情况下，将芯直径d设为2μm≤d≤4μm即可。 

此时，需要根据芯直径来改变倾斜角度，可以通过上式(3)来求出倾斜角度的最小值。由于要测量的上限折射率接近石英玻璃的折射率，所以必须将倾斜角度的最大值设为在d≤4μm的情况下不容易发生测量的上限折射率的减少的10°以下的角度。另外，根据以上的 结果，适当的倾斜角度在d＝2μm的情况下为4°≤θ，在d＝3μm的情况下为6°≤θ，在d＝4μm的情况下为8°≤θ≤10°。 

由于上述光纤传感器可以由具有石英包层的光纤、800nm带的发光二极管光源以及光电二极管光检测器等低成本的部件构成，所以可以实现低成本化。另外，在使用发光二极管光源的情况下，具有如下优点：在2μm≤d≤4μm的范围中，芯直径大的一方可以耦合的光量变大，可以实现精度更高的计测。 

对于折射率根据被测量介质的温度的差异而变化的现象，通过如下方式计测。即，在预先设想的温度范围中获取不同温度的折射率的测量数据，获取各温度下的折射率与乙醇混合比的校正数据表。通过使用其他温度传感器计测温度，并与利用光纤传感器测量的折射率的数据对照，可以计测混合比。也可以将上述校正数据表安装在微型机等小型的电子电路中。而且，通过使用已有的小型温度传感器，可以实现乙醇混合汽油的混合比计测用的实用性优良的小型的光纤传感器。 

如上所述，本实施方式的光纤传感器由于使用满足上述条件(具体而言d/λ≤4.5、2μm≤d≤4μm、800≤λ≤900nm)的光栅，所以即使在使用了具有石英包层的光纤的情况下，也可以在实用上充分的温度范围内测量乙醇混合汽油的混合比。另外，本实施方式的光纤传感器可以例如在汽车发动机的燃料供给用泵的配管内安装形成有光栅的部分而使用。 

(实施方式6) 

如背景技术所述，是重质汽油还是轻质汽油与其折射率相关，在重质汽油中折射率变大，在轻质汽油中折射率变小。如果对其进行详细说明的话，普通汽油、混合了20％的乙醇的普通汽油、混合了40％的甲苯的普通汽油各自中的相对于普通汽油的折射率比与蒸馏性质的关系如图9所示。在如图9所示混合了甲苯的情况下，折射率比变大，50％容量温度也变大而成为重质汽油。另一方面，在如图9所示混合了乙醇的情况下，折射率比变小，50％容量温度也变小而成为 轻质汽油。 

图16是本实施方式的光纤传感器的概略图。图16所示的光纤传感器是对作为被测量介质的液体的折射率进行检测而判断被测量介质的特性(例如汽油的重质、轻质等)的传感器。在图16所示的光纤传感器中，在光纤101的一个端部配置有光源102，在另一端部配置有受光部103。光纤101具备：从光源102射出的光传播的芯104；为了使光封闭在芯104内而覆盖芯104地设置的包层105；以及覆盖它们而保护的光纤护套106。另外，对于光纤101使用芯直径62.5μm、包层直径125μm、渐变型(graded index type)、芯Ge添加的石英多模光纤。 

而且，在光纤101中，为了测量折射率而光纤护套106的一部分被去除，以使作为被测量介质的液体108与包层105直接接触。在图16所示的光纤101中，在光纤护套106的一部分被去除的部分的芯104上形成有折射率以周期Λ＝0.3μm变化的布拉格光栅(以下简称为光栅)109。在10mm的范围内形成了相对于光纤的长度方向的垂直线具有7.3°的倾斜角度的光栅109。对于光纤在高压氢(100气压)气氛中进行两周期间的处理，照射Nd-YAG激光(输出200mW、波长266nm)而形成光栅109。另外，倾斜角度被规定在-90°以上且小于90°的范围内。 

图16所示的光纤101在储藏液体108的容器110的底面附近弯曲成U字型，光源102和受光部103配置在容器110的外部。对于光源102使用了发光二极管，对于受光部103使用了光电二极管。 

图17示出本实施方式的光纤传感器的透射光光谱。图17所示的透射光光谱是对光纤101使用多模光纤、并形成了具有7.3°的倾斜角度的光栅109的结构的光纤传感器的光谱。因此，在图17所示的透射光光谱中，不会发生基于布拉格反射的强的透射损耗，其中，布拉格反射是在对光栅109的周期Λ乘上2n/cosθ(芯104的折射率n、倾斜角度θ)而得到的布拉格波长(大致0.9μm)附近的芯104内封闭并反射的模式。 

而且，在图17所示的透射光光谱中，由于光栅109，从与布拉格波长相比短波长侧即波长0.88μm附近的特定波长的光在芯104内传播的模式过渡到封闭在包层105中的包层传输模式(以下简称为包层模式)，其结果发生周期性的尖锐的透射损耗峰值。 

随着作为被测量介质的液体108的折射率接近包层105的折射率，难以使光封闭在包层105内。在图17所示的透射光光谱中，随着折射率接近包层105的折射率，包层模式从低波长侧消失。在将折射率1.497的甲苯作为被测量介质时的透射光光谱中，如图17所示没有尖锐的峰值而发生波长依赖性小的缓和的放射损耗。 

受光部103的输出与光纤101的透射光光谱和光源102射入给芯104的光强度光谱之积成比例。在使用了与包层模式的发生波长重复的光强度光谱的光源102的情况下，受光部103的受光强度根据包层模式与放射模式的差异而变化，在存在包层模式的情况下受光强度变大。因此，可以根据受光部103的受光强度变化，得到与形成了光栅109的区域的包层105相接触的被测量介质即液体108的折射率。 

接下来，图18示出将倾斜角度设为4.4°时的光纤传感器的透射光光谱。在图18所示的透射光光谱中，在将被测量介质设为空气的情况下，在大致0.888～0.891μm的波长范围内从芯反射模式过渡到包层模式，出现尖锐的透射损耗峰值。另外，在图18所示的透射光光谱中，在大致0.892～0.896μm的波长范围内产生由于芯内的反射而引起的尖锐的透射损耗峰值。由于在甲苯中光谱也不变化，所以这显然是芯内的反射模式。 

根据上述结果可知，在光栅109的倾斜角度是7.3°时不会产生由于芯内的反射模式而引起的尖锐的透射损耗峰值，但在倾斜角度是4.4°时产生由于芯内的反射模式而引起的尖锐的透射损耗峰值。因此，在光纤101是多模光纤的情况下，在光栅109的倾斜角度是至少0°～小于4.4°的范围时产生芯反射模式。另外，在光栅109的倾斜角度是4.4°时，产生由于芯内的反射模式而引起的尖锐的透射损耗峰值，并且还产生由于包层模式而引起的透射损耗峰值，所以在倾斜角度是至 少4.4°以上时产生包层模式。 

在本实施方式的光纤传感器中，由于具备具有4.4°以上的倾斜角度的光栅109，所以即使对光纤101使用了多模光纤，也可以生成包层模式。因此，在本实施方式的光纤传感器中，可以根据受光部103的受光强度变化，来检测与形成有光栅109的区域的包层105相接触的被测量介质的折射率。 

由于多模光纤的芯直径大于单模光纤的芯直径，所以与激光二极管相比发光面积大，即使对光源使用了发光指向性小的发光二极管，也可以容易地与光纤101的芯104耦合。因此，在本实施方式的光纤传感器中，可以使相对于检测光量、折射率变化的受光强度的变化量增大。另外，一般情况下，单模光纤的芯直径小于10μm左右，另一方面，多模光纤的芯直径大于10μm，经常使用50μm或62.5μm。在本实施例中由于使用芯直径大的多模光纤，所以作为使光源102与光纤101光学地耦合的方法，即使不采用通常的利用透镜的耦合而使用了使光源102与光纤101的端面直接接近的简便的方法，也可以得到高精度的计测中所需的1μW以上的光量。 

而且，在本实施方式的光纤传感器中，通过将倾斜角度设为大于5.8°，从而避免产生不由于与包层105相接触的被测量介质的折射率而变化的芯反射模式，所以无需考滤作为光源102的发光二极管的波长与芯反射模式的波长重复的现象，可以增大检测光量，可以防止由于反射返回光而造成的对光源特性的影响。 

(实施方式7) 

在实施方式6的光纤传感器中，在使用的光纤101的芯直径变大时，无法取得充分大的可检测的折射率范围。因此，在本实施方式的光纤传感器中，设置具有倾斜角度的多个光栅109，增大可检测的折射率范围。 

在光栅109中的包层模式下的透射光光谱中，出现损耗峰值的波长域依赖于倾斜角度、以及布拉格波长与芯直径之比。在具有单一倾斜角度的光栅109中，在增大芯直径时，与芯直径小的情况相比，包 层模式的波长范围的上限波长减少，下限波长增大。根据包层105周围的被测量介质的折射率，在与包层模式的有效折射率对应的波长以下的范围中，包层模式的光谱形状连续变化而透射光强度变化。因此，包层模式的波长范围对应于折射率的测量范围。 

在为了得到大的测量光量而增大芯直径时，该折射率的测量范围相反地倾向于变窄。图19示意性地示出了在波长880nm附近使用芯直径62.5μm的多模光纤时的折射率的测量范围与倾斜角度的关系。在图19中，示出了相对于倾斜角度的折射率测量范围的上限和下限，倾斜角越大，如A、B、C那样移动至低折射率侧，所以仅用单一的光栅109无法同时计测低折射率侧与高折射率侧的折射率。 

因此，在本实施方式的光栅109中，采用图20所示的光栅109。图20是在芯104的不同的区域分别形成有倾斜角度不同的多个光栅109的光纤的示意图。在该光栅109中，通过从倾斜角度不同的光栅109分别得到的包层模式，例如可以重叠观测图21那样的透射光光谱。因此可知，与使用单一的倾斜角度的光栅109的情况相比，在使用倾斜角度不同的多个光栅109时，出现包层模式的波长波段即折射率的测量范围进一步扩大。这从图19所示的示意图中也可知，不同的倾斜角度的光栅109具有分别不同的折射率的测量范围A、B、C，通过如图20所示形成各个光栅109，扩大为如折射率的测量范围D那样。 

在本实施方式的光纤传感器中，对光纤101使用包层直径125μm、芯直径62.5μm的多模光纤，将各光栅109的长度设为10mm。另外，在芯104上形成光栅109的情况下，经由相位掩模向多模光纤照射紫外激光光束。通过调整相位掩模的倾斜角度，可以形成任意的倾斜角度的光栅109。另外，为了通过一并曝光来形成多个倾斜角度的光栅109，也可以形成并使用相位掩模。在此，光栅的倾斜角度是指，在芯内由于曝光而折射率变化的部分的实际的倾斜角度。由于光纤表面上的光纤折射效应，该倾斜角度有时与相位掩模图案和光纤所成的角度不同。因此，为了以期望的倾斜角度形成光栅，作为相位掩模图案与光纤所成的角度，使用与光栅倾斜角度不同的预先校正后的 值来进行曝光。校正的程度根据光纤材质的折射率与光纤周围的介质的折射率而不同，但例如在空气中对石英类玻璃纤维进行曝光的情况下，作为相位掩模图案与光纤所成的角度，设为期望的光栅倾斜角度的0.69倍左右的值即可。 

图21所示的透射光光谱是将最先的光栅109形成为倾斜角度7.3°、在不同的区域中将下一光栅109形成为倾斜角度8.8°、在不同的区域中将最后的光栅109形成为倾斜角度10.2°时的光谱。在图21所示的透射光光谱中，在865nm～890nm之间的25nm的宽范围内出现包层模式，与仅形成了一个光栅109的情况相比可以扩大折射率的测量范围。对于各倾斜角度的光栅109的折射率的测量范围相互连接着，在宽的折射率的测量范围内包层模式相对于被测量介质的折射率连续地变化。 

使用具有图21所示的透射光光谱的多个光栅109，构成了图22所示那样的对液体的折射率进行检测的光纤传感器。在图22所示的光纤传感器中，在光纤101的一个端部配置有光源102，在另一个端部配置有受光部103。光纤101具备：从光源102射出的光传播的芯104；为了使光封闭在芯104内而覆盖芯104的包层105；以及覆盖它们而保护的光纤护套106。而且，在光纤101中，为了测量液体的折射率而光纤护套106的一部分被去除，以使包层105直接与液体108接触。在该光纤护套106的一部分被去除的部分的芯104中，在不同的区域分别形成有不同倾斜角度的多个光栅109(以下还称为多重倾斜光栅109a)。 

对于光源102例如可以使用发光二极管、超辐射发光二极管等，对于受光部103使用光电二极管等受光元件来检测受光强度。对于芯104以及包层105，可以使用石英玻璃等无机玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等塑料类的材料。对于光纤护套106，可以使用氟类、尼龙类、苯酚类、环氧类、黑素类等树脂。 

图23示出本实施方式的光纤传感器中的相对于液体的折射率的受光强度。在图23所示的曲线中，通过改变甲醇(n＝1.329)与甲苯 (n＝1.497)的混合比来调整液体的折射率。如图23的曲线所示，受光强度依赖于液体的折射率而变化。因此，图22所示的光纤传感器可以通过使用受光部103读取受光强度来检测液体的折射率。 

在本实施方式的光纤传感器中，使用了倾斜角度是7.3°、8.8°、10.2°这三个光栅109，但本发明不限于此，也可以加上倾斜角度11.7°而使用四个光栅109，进而也可以加上倾斜角度13.1°而使用五个光栅109。而且，在本发明的光纤传感器中，倾斜角度也不限于7.3°、8.8°、10.2°，也可以使用其他角度。 

另外，在光纤101的芯直径小的情况下，还可以增大倾斜角度的间隔，减少所使用的倾斜角度的数量。相反地，在芯直径大的情况下，可以通过减小所使用的角度的间隔，增多所使用的倾斜角度的数量，来得到同样的包层模式的透射光光谱。另外，在芯直径大的情况下，即使使用发光二极管等低亮度光源，也可以增大受光部103的检测光量。另外，在本实施方式的光纤传感器中，将各光栅109的倾斜角度设为+7.3°、+8.8°、+10.2°，但即使例如将倾斜角度设为如+7.3°、-8.8°、+10.2°那样使相反符号的倾斜角度混合存在，也可以得到同样的效果。另外，倾斜角度的符号(+、-)表示光栅109的朝向，如果全部是相同符号，则如图20所示成为相同朝向的光栅109。而且，光纤101中的倾斜角度不同的光栅109的顺序没有特别限制，也可以不是如上所述那样倾斜角度从小到大的顺序。 

在使用的发光二极管等光源102的光谱中，通常，光强度根据波长而不同。为了本实施方式的光纤传感器作为折射率传感器而提高相对于折射率的输出变化的线性度，在光强度弱的光源波长域中补偿包层模式的强度即可。其可以通过调整各倾斜角度的包层109的长度、或者曝光强度来应对。 

接下来，说明光栅109的间距。各倾斜角度的各个光栅109中的折射率的测量范围是由各自的倾斜角度决定的，而不依赖于光栅109的间距。因此，关于折射率的测量范围，可以任意地选择各个光栅109的间距。但是，由于光栅109的间距与包层模式的出现波长成比例， 所以可以针对各光栅的每一个调整包层模式的出现波长。 

在本实施方式的光纤传感器中，由于以同一相位掩模的间距进行了曝光，所以按照倾斜角度的大小顺序在短波常侧出现包层模式的出现波长。因此，光栅109整体中的包层模式的波长范围是由倾斜角度的范围决定的。使用的光源102的波长范围优选为与上述包层模式的波长范围相同程度。因此，在光源的波长范围比包层模式的波长范围窄的情况下，增大与包层模式的波长范围的短波长侧对应的倾斜角度的光栅109的间距，减小与长波长侧对应的倾斜角度的光栅109的间距。由此，可以在光栅109整体中减小包层模式的波长范围，可以与光源102的波长范围相同程度地进行调整。因此，即使在使用仅具有窄的波长范围的光源102的情况下，也可以提高透射光强度相对于测量折射率的线性度。 

如上所述，在本实施方式的光纤传感器中，通过在不同的区域中形成倾斜角度不同的多个光栅109，可以扩大包层模式的波长范围，可以在宽范围内检测作为被测量介质的液体的折射率。另外，在本实施方式的光纤传感器中，由于可以使用芯直径大的光纤，所以易于增大受光部103中的检测光量。 

(实施方式8) 

本实施方式的光纤传感器是对于光纤101使用多模光纤，在其中一个区域中多重地形成了倾斜角度不同的多个光栅109的例子。 

本实施方式的光纤传感器的结构与图22所示的结构大致相同，对于光纤101使用包层直径125μm、芯直径62.5μm的多模光纤，形成了长度10mm的多重倾斜光栅109a。但是，与图22所示的多重倾斜光栅109a不同，本实施方式的多重倾斜光栅109a是在光纤护套106的一部分被去除的部分的芯104中，在一个区域中多重地形成有不同的倾斜角度的多个光栅109。另外，在形成各个光栅109时，经由相位掩模向多模光纤照射紫外激光光束。然后，通过调整相位掩模的倾斜角度，可以形成任意的倾斜角度的光栅109。 

在本实施方式的多重倾斜光栅109a中，如图24所示最先形成倾 斜角度7.3°的光栅109，接下来在相同的区域中形成倾斜角度8.8°的光栅109，最后在相同区域中形成倾斜角度10.2°的光栅109。图25示出所制作的多重倾斜光栅109a的透射光光谱。在图25所示的透射光光谱中，在865～890nm之间的25nm这样的宽范围中出现包层模式。在实施方式7的多重倾斜光栅109a中，在不同的区域分别形成了不同的倾斜角度的光栅109，但在本实施方式的多重倾斜光栅109a中，在一个区域中多重地形成了不同倾斜角度的光栅109。在本实施方式的多重倾斜光栅109a的情况下，也与实施方式7的多重倾斜光栅109a同样地，与仅由一个光栅109形成的光纤传感器相比，可以扩大包层模式的波长范围。 

图26是使用本实施方式的光纤传感器对相对于作为被测量介质的液体的折射率的受光强度进行测量而得到的结果。通过改变甲醇(n＝1.329)与甲苯(n＝1.497)的混合比来调整液体的折射率。在图26所示的曲线中，与实施方式7中示出的图23的曲线同样地，受光强度依赖于液体的折射率而变化。因此，在本实施方式的光纤传感器中，也可以与实施方式7同样地，通过读取受光强度来对作为被测量介质的液体的折射率进行检测。 

如上所述，在本实施方式的光纤传感器中，由于在一个区域中多重地形成了倾斜角度不同的多个光栅109，所以可以与在不同的区域分别形成了倾斜角度不同的多个光栅109的情况同样地，扩大包层模式的波长范围，可以对作为被测量介质的液体的折射率进行检测。另外，在本实施方式的光纤传感器中，由于在一个区域中多重地形成了倾斜角度不同的多个光栅109，所以可以使形成成为传感器部的光栅109的区域小型化。 

以上详细说明了本发明，但上述说明只不过是所有情况中的例示，本发明并不限于此。未例示的无数变形例不会脱离本发明的范围而可以想到且得到。 

Claims (4)

1.一种光纤传感器，具备：

光纤，具备包层和形成有布拉格光栅的芯，在形成有上述布拉格光栅的位置处的上述包层的部分中产生由于包层传输模式的泄漏而引起的透射损耗；

光源，将上述包层传输模式的波长波段的光射入给上述光纤；以及

受光部，接收经由形成有上述布拉格光栅的位置处的上述包层的光的透射光或反射光，

根据上述受光部接收的总受光强度，对与上述包层相接触的被测量介质的折射率进行检测，其特征在于，

上述布拉格光栅相对于上述光纤的长度方向的垂直线的倾斜角度不连续，并且形成有多个上述布拉格光栅。

2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，

上述倾斜角度不同的多个上述布拉格光栅分别形成在多个区域。

3.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，

上述倾斜角度不同的多个上述布拉格光栅形成在一个区域。

4.根据权利要求2或3所述的光纤传感器，其特征在于，

对多个上述布拉格光栅调整各自的上述倾斜角度，以使根据上述受光部接收的总受光强度而检测的与上述包层相接触的被测量介质的折射率的可检测范围一部分重复。

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