JP2001042142A

JP2001042142A - ファイバグレーティングの作製方法およびファイバグレーティングを用いた温度センサ

Info

Publication number: JP2001042142A
Application number: JP11220826A
Authority: JP
Inventors: Tomoshi Uramatsu; 知史浦松; Katsuaki Kondo; 克昭近藤; Kazuo Imamura; 一雄今村
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】パッケージ構造を必要とせず、単純な構造
で、極低温まで温度測定が可能な温度センサに好適に用
いられ得るファイバグレーティングの作製方法およびそ
のようなファイバグレーティングを用いた温度センサを
提供する。【解決手段】ファイバ素線の表面を覆う被覆層を樹脂
材料を用いて形成する工程と、被覆層を形成する工程の
前に、作製するグレーティングティングの反射ピーク波
長の温度変化に対する変化率（温度係数）が所定値とな
るように、樹脂材料の選定および被覆層の厚さの設定を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバのコア
に対し縞状に屈折率分布を有するファイバグレーティン
グの作製方法およびファイバグレーティングを用いた温
度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】ファイバグレーティングは、光ファイバ
のコアに対しファイバ軸方向に所定のグレーティングピ
ッチ（周期）で屈折率変調縞が形成されたものである。
グレーティングは、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）をド
ープした石英ガラス（コア）に対しコヒーレントな紫外
レーザ光を照射することにより、該当個所に光誘起屈折
率変化を生ぜせしめ、屈折率変調縞を形成することによ
って作製される。

【０００３】ファイバグレーティングのうちグレーティ
ングピッチが約１μｍ以下の短周期グレーティング（フ
ァイバブラッググレーティング：ＦＢＧとも称され
る。）は、グレーティングピッチに対応した特定波長
（ピーク波長）の光を反射するという特性を有してい
る。グレーティングピッチをＰ、実効屈折率をｎとする
と、グレーティングからの反射光のピーク波長λBは次
式（１）により表される。

【０００４】λB＝２・ｎ・Ｐ（１）ファイバグレーティングからの反射光のピーク波長λB
の変化を見知することによって温度を測定する温度セン
サが、例えば、水波、ＯｐｌｕｓＥ、Ｎｏ．２０
５、８１−８４（１９９６）および、Ｇｕｐｔａら、Ａ
ｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ、３５（２５）、５２０２
−５２０５（１９９６）に開示されている。ファイバグ
レーティングの温度が変化すると、グレーティングピッ
チＰおよび屈折率が変化し、反射ピーク波長λBが下記
の式（２）に従って変化する。

【０００５】 ΔλB／λB＝（α＋ξ）ΔＴ（２）ここで、αはファイバの熱膨張係数（石英の室温付近の
値は、０．５５×１０ ⁻⁶／ｄｅｇ）であり、ξは屈折
率の温度変化を表す熱光学係数（約８×１０^-6／ｄｅ
ｇ、温度とＧｅ濃度によって変化する）、ΔＴは温度変
化の幅をそれぞれ示す。石英ファイバの熱膨張係数は小
さいので、主に屈折率の温度変化に起因して、石英ファ
イバグレーティングの反射ピーク波長が変化する。上記
文献に開示されている従来の温度センサ（室温附近用ま
たは極低温用）は、センサの感度を向上するために、熱
膨張係数が大きな基板（たとえば、アルミニウム基板や
アクリル基板）に石英ファイバを固定していた。なお、
高温用（０℃〜８００℃）の温度センサとして、基板に
ファイバを固定しない構造の温度センサも知られてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ファイ
バグレーティングを用いた従来の温度センサには下記の
ような問題があった。基板にファイバを固定した構造
（以下、「パッケージ構造」と呼ぶ。）を採用すると、
センサが比較的大きくなるとともに、センサの外形を変
形する（たとえば、曲げる）ことが困難となるので、セ
ンサを設置する場所が制限されるという問題がある。ま
た、上述の従来の低温および常温用温度センサは、被覆
されていないファイバを用いていたので、特に極低温に
おける機械強度が弱く、取り扱いが難しく、長期間に亘
る使用が困難であるという問題もあった。特に、パッケ
ージ構造のセンサにおいては、基板とファイバとの熱膨
張係数の差が大きいので、極低温でファイバが破壊され
やすい。さらに、センサの反射ピーク波長の温度変化に
対する変化率が温度によって大きく異なるので、測定で
きる温度範囲が狭いという問題があった。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、パッケージ構造を必要とせ
ず、単純な構造で、極低温まで温度測定が可能な温度セ
ンサに好適に用いられ得るファイバグレーティングの作
製方法およびそのようなファイバグレーティングを用い
た温度センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のファイバグレー
ティングの作製方法は、コアおよびクラッドを有するフ
ァイバ素線と、前記ファイバ素線の表面を覆う被覆層と
を有するファイバグレーティングの作製方法であって、
ファイバ素線を用意する工程と、前記ファイバ素線の表
面を覆う被覆層を樹脂材料を用いて形成する工程と、前
記被覆層を形成する工程の前に、作製するグレーティン
グティングの反射ピーク波長の温度変化に対する変化率
が所定値となるように、前記樹脂材料の選定および前記
被覆層の厚さの設定を行う被覆層設計工程とを包含し、
このことによって上記目的が達成される。

【０００９】前記被覆層設計工程は、ファイバ素線の弾
性率および熱膨張係数、ならびに前記樹脂材料の弾性率
および熱膨張係数に基づいて、前記樹脂材料の選定およ
び前記被覆層の厚さの設定を行う工程である請求項１に
記載のファイバグレーティングの作製方法。前記反射ピ
ーク波長の温度変化に対する変化率は、−１９６℃〜＋
１７０℃の範囲で一定としてもよい。前記反射ピーク波
長の温度変化に対する変化率は、被覆されていない前記
ファイバ素線に形成されたグレーティングの反射ピーク
波長の−２０℃〜+６０℃における温度変化に対する変
化率と同じにしてもよい。

【００１０】本発明の温度センサは、コアおよびクラッ
ドを有するファイバ素線と、前記ファイバ素線の表面を
覆う被覆層とを有するファイバグレーティングと、前記
ファイバグレーティングに光を出射する光源と、前記フ
ァイバグレーティングからの反射光を受け取り、前記反
射光の波長を検出する検出器とを有する温度センサであ
って、前記反射光の波長の温度変化に対する変化率は、
−１９６℃〜＋１７０℃の範囲で一定であり、そのこと
によって上記目的が達成される。本発明は、ファイバ素
線の表面が被覆層によって覆われた被覆型ファイバに形
成されたグレーティング（以下、「被覆型ファイバグレ
ーティング」と呼ぶ。）の反射ピーク波長の温度依存性
を詳細に検討した結果得られたものである。被覆型ファ
イバグレーティングの被覆層は、低温領域でファイバ素
線を均一に圧縮する。ファイバ素線に形成されたグレー
ティングの反射ピーク波長は、この圧縮力の影響を受け
シフトする。被覆層による圧縮力は、主に、ファイバ素
線の熱膨張係数と弾性率、および被覆層の弾性率、熱膨
張係数と厚さによって決まる。従って、被覆層の材料を
適宜選択し、適切な厚さの被覆層を形成することによっ
て、ファイバグレーティングの反射ピーク波長の温度変
化に対する変化率（以下、単に「反射ピーク波長の温度
係数」と呼ぶこともある。）を所定値とすることができ
る。また、被覆層は低温領域においてファイバ素線を均
一に圧縮するので、パッケージ構造のようにファイバに
不均一な応力が印加されないので、低温においても安定
した機械強度を有する。また、パッケージ構造のセンサ
と異なり、小型で、曲げることができるので、様々な位
置に配置することができる。

【００１１】さらに、被覆層の材料および厚さを適宜設
定することによって、グレーティングの反射ピーク波長
の温度係数が、広い温度範囲（特に、室温以上の温度か
ら極低温まで）に亘って一定値にすることができる。こ
のように、グレーティングの反射ピーク波長の温度係数
が広い範囲で一定であると、広い温度範囲を容易に測定
することができる。また、被覆層による応力に起因する
グレーティングの反射ピーク波長の温度係数の変化が、
ファイバグレーティングの反射ピーク波長の温度係数の
外的歪み等の他要因に起因する変化を相殺するように、
被覆層を形成することが可能で、簡便に温度が測定でき
る温度センサが得られる。

【００１２】上述のように、極低温から室温以上の広い
温度範囲に亘って一定の温度係数で表せされる温度依存
性を示すことが好ましいが、複数の温度範囲のそれぞれ
の温度範囲において一定の温度係数を有せば、それぞれ
の温度係数が異なってもよい。すなわち、反射ピーク波
長の温度依存性を連続する複数の直線で近似できれば、
直線で近似できるそれぞれの温度範囲の温度を簡便に測
定できる温度センサが得られる。それぞれの温度範囲は
広いほうが好ましいが、測定の対象の温度範囲や要求さ
れる測定精度等を考慮して、適宜設定すればよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態のフ
ァイバグレーティングの作製方法を模式的に示す。本発
明のファイバグレーティングは、コア２およびクラッド
３を有する光ファイバ素線１’の表面を被覆層４で覆っ
た光ファイバ心線１を用いて形成される。用意された光
ファイバ心線１の所定の領域に、被覆層４の外側から紫
外レーザ光を位相マスク５を介して照射することによっ
て、光ファイバ心線１のコア２の所定の領域に、ファイ
バ軸方向に周期的な屈折率変調縞（グレーティング）２
１を書き込むことによって作製される。被覆層４の外側
から紫外レーザ光を照射することによりグレーティング
の書き込みを有効に行うために、以下に説明するように
コア２及び被覆層４として特別な構成を採用するのが好
ましい。

【００１４】コア２としては、通常仕様の光ファイバと
同等濃度のＧe に加え、Ｓn 、或いは、Ｓn 及びＡl 、
もしくは、Ｓｎ、Ａｌ及びＢのドーパントを添加したも
のを用いることが光誘起屈折率変化を定常的に高める上
で好ましい。ここで、通常仕様の光ファイバとは上記光
ファイバ心線１に対し接続される接続対象の光ファイバ
心線のことであり、このような光ファイバ心線はそのコ
アに対し比屈折率差が０．９％となる程度の量のＧe が
ドープされて製造されたものである。上記光ファイバ心
線１のコア２には、上記の通常仕様の光ファイバのコア
と同量（比屈折率差が０．９％となる程度の量）のＧe
に加え、濃度１００００ｐｐｍ以上、好ましくは濃度１
００００〜１５０００ｐｐｍのＳn 、或いは、このよう
な濃度のＳn 及び濃度１０００ｐｐｍ以下のＡl等を共
ドープすればよい。上記のドープは種々の公知の方法に
より行えばよく、例えば液浸により行う場合には、上記
Ｇe やＳn の化合物（Ｓn の場合、例えばＳn Ｃｌ2 ・
２Ｈ₂ Ｏ）をメチルアルコールと混合し、その溶液の中
に浸漬すればよい。

【００１５】被覆層４は上記光ファイバ素線１′の線引
き工程に引き続いてシングルコートにより形成される。
被覆層４を形成する材料および被覆層４の厚さは、グレ
ーティングの反射ピーク波長の温度係数が所定の値とな
るように、材料の選択および厚さの決定が行わる。熱膨
張係数の大きな被覆層４を用いることによって、グレー
ティングの反射ピーク波長の温度係数を大きくできる
し、また、逆に、熱膨張係数の小さな被覆層４を用いる
ことによって、グレーティングの反射ピーク波長の温度
係数を小さくできる。また、被覆層４の厚さを制御する
ことによって、被覆層４による反射ピーク波長の温度係
数に対する寄与の程度を変えることができる。

【００１６】この被覆層設計工程は、光ファイバ素線
１’の弾性率（ヤング率Ｅ）、熱膨張係数（線熱膨張係
数α）、屈折率の温度係数（熱光学係数ξ）、および被
覆層の材料の弾性率（ヤング率）、熱膨張係数（線熱膨
張係数）に基づいて、ファイバグレーティングを用いて
測定する温度範囲におけるグレーティングの反射ピーク
波長の温度係数が所定の値となるように、材料の選択お
よび被覆層の厚さの決定を行う。典型的には、ファイバ
グレーティングの反射ピーク波長の温度係数が、室温以
上の温度（例えば１７０℃）から極低温（例えば−１９
６℃）まで、一定値となるように設計する。

【００１７】さらに、被覆層４を形成する材料は、紫外
線を透過する特性を有する紫外線透過型の樹脂を用いる
ことが好ましい。この紫外線透過型の樹脂としては、グ
レーティング２１の書き込みのために照射される紫外線
の特定波長帯（例えば２４０ｎｍ〜２７０ｎｍの波長
帯）を少なくとも透過させるものであればよく、特に好
ましくは上記特定波長帯の紫外線を殆ど吸収せずに透過
させる一方、上記特定波長帯よりも短い波長または長い
波長の紫外線を吸収して硬化反応を生じさせるものを用
いればよい。つまり、同じ樹脂ではあるが波長によって
紫外線吸収特性が異なり、上記特定波長帯では紫外線透
過型である一方、上記特定波長帯よりも短い波長域また
は長い波長域では紫外線硬化型であるような樹脂により
上記被覆層４を形成するのが最も好ましい。このような
樹脂としては、ウレタン系アクリレートもしくはエポキ
シ系アクリレートに対し例えば２４０ｎｍよりも短い波
長域または２７０ｎｍよりも長い波長域の紫外線を受け
て硬化反応を開始・促進させるような光開始剤（フォト
イニシエータ）を配合したものを用いればよい。

【００１８】次に、グレーティングの書き込み工程を説
明する。ファイバ心線１へのグレーティング書き込み工
程を、ファイバ心線１に張力（または歪み）を印加しな
がら実施することによって、グレーティングの反射ピー
ク波長のシフト量を制御することができる。このような
グレーティングティング書き込み工程は、図３に示した
ファイバグレーティング作製装置を用いて実施すること
ができる。なお、紫外線照射によるグレーティング２１
の書き込み自体は周知の種々の方法を採用して行えばよ
く、上記の図３は例えば位相マスク法により行う場合を
例にとって示したものである。

【００１９】上記ファイバグレーティング作製装置は、
上記光ファイバ心線１の側方直前に格子状の位相マスク
５を配設し、この位相マスク５に対しＮｄ−ＹＡＧレー
ザ源６から例えばその４倍波（４ω）である２６６ｎｍ
のコヒーレント紫外レーザ光をシリンドリカルレンズ系
７により集光した状態で照射するようになっている。こ
れにより、上記紫外レーザ光が位相マスク５及び被覆層
４を透過し、上記コア２に対し上記位相マスク５の格子
ピッチに対応したグレーティングピッチの部分の屈折率
が増大されてグレーティング２１が書き込まれることに
なる。

【００２０】Ｎｄ−ＹＡＧレーザ源６から出射された紫
外レーザ光は、ビームエキスパンダー８によって、拡大
された平行ビームとなる。平行ビームは、微小幅のスリ
ット９によって、紫外レーザ光のパワーが均一な部分が
切り出され、光ファイバ心線１のファイバ軸方向（一点
鎖線の矢印参照）に移動可能とされた可動式反射ミラー
１０に導かれる。以上の位相マスク５、Ｎｄ−ＹＡＧレ
ーザ源６、シリンドリカルレンズ系７、ビームエキスパ
ンダー８、スリット９、及び、可動式反射ミラー１０に
よって紫外線照射系が構成されている。可動式反射ミラ
ー１０を移動させることによって、紫外線が掃引照射さ
れる。また、光源から光アイソレータ１２、光カップラ
１３を介して、作製されたファイバグレーティングに導
かれ、反射された光を光スペクトラムアナライザ１１で
検知することによって、グレーティングの波長特性を評
価することができる。

【００２１】このファイバグレーティング作製装置は、
さらに、光ファイバ心線１に対しファイバ軸方向の張力
を印加する張力印加機構３０を有している（特願平１１
−７６９７１号）。この張力印加機構３０は、光ファイ
バ心線１の紫外線照射領域を囲むようにして配設された
フレーム３１と、このフレーム３１から上記光ファイバ
心線１のファイバ軸方向両側にそれぞれ突出された一対
のアーム部材３２、３３と、各アーム部材３２、３３の
先端に支持された一対の固定手段としての巻胴３４、３
５と、ファイバ軸方向一側の巻胴３５を回転駆動するモ
ータ（不図示）とを備えている。モータ（例えば、パル
スモータ）の回転量を制御することによって、光ファイ
バ心線１に印加される張力（または歪み）を調整するこ
とができる。張力が印加され、光ファイバ心線１のコア
２に引張側の弾性歪み（伸び歪み）が生じた状態で次の
紫外線照射工程が行われる。グレーティング書き込みの
ための紫外線照射工程における印加張力が大きいほど、
張力を解放した後のコア２の収縮量、つまりグレーティ
ングピッチを狭くし得る度合いを大きくすることができ
る。また、本発明では、被覆層４が形成された光ファイ
バ心線１を用いているため、張力印加工程で印加する張
力として、被覆層４が無い光ファイバ素線１′を対象と
する場合と比べて大幅に高い値にすることができる。従
って、印加する張力の大きさを制御するだけで、単一の
マスクを用いて、反射ピーク波長が異なるグレーティン
グを１本の光ファイバ心線１に容易に形成することがで
きる。

【００２２】以下、具体例を用いて本発明を説明する。

【００２３】ファイバ素線１’として、ＧｅとＳｎとを
共ドープした石英ガラス系ファイバを用いた（直径：１
２５μｍ、熱膨張係数：０．５５×１０^-6（常温）／ｄ
ｅｇ、弾性率：７３ＧＰａ（常温））。このファイバ素
線の比屈折率差（Δ）は０．９７％、カットオフ波長
（λｃ）は１．２７μｍ、Ｓｎ濃度は１５、０００ｐｐ
ｍであった。ファイバ素線１’の表面をグレーティング
書き込み用の紫外線に対する透過率が高い紫外線透過型
ＵＶ硬化樹脂を用いて被覆し、被覆層４を形成した。本
具体例においては、波長約２４０ｎｍ〜約２７０ｎｍの
紫外線に対する透過率が約１０％以上の脂肪族系ウレタ
ンアクリレート（光重合開始剤：２，４，６，−トリメ
チルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド）を用
いて、厚さ約３７．５μｍの被覆層４（単層：両側で厚
さ約７５μｍ）を形成することによって被覆ファイバ心
線（被覆外径約２００μｍ）を得た。この被覆層４の熱
膨張係数は１×１０^-4／ｄｅｇ、弾性率は５４０ＭＰａ
（常温）である。得られた被覆型ファイバ心線１の光誘
起屈折率変化を大きくするために、被覆型ファイバ心線
１を約２０ＭＰａの高圧水素ガス中に約２週間放置し、
水素充填処理を施した。

【００２４】上記被覆ファイバ心線に、位相マスク法を
用いてグレーティングの書き込みを行った。グレーティ
ングの書き込みには、図３に示したファイバグレーティ
ング作製装置を用いた。ファイバ心線１に張力を印加せ
ず（具体例１）、およびファイバ心線１の軸方向に張力
（３．９Ｎ）を印加しながら（具体例２）、Ｎｄ−ＹＡ
Ｇレーザの４倍波（２６６ｎｍ：強度１０ｍＷ）を掃引
照射（約２２ｍｍ）した。なお、反射ピーク波長の反射
レベルが同じになるように、レーザの照射時間を調節し
た。具体例１の反射ピーク波長は、２５℃で１５４４．
４ｎｍ、具体例２の反射ピーク波長は、２５℃で１５３
９．４ｎｍであった。また、上記の方法で作製された具
体例１および具体例２のファイバグレーティングの被覆
層を除去したものをそれぞれ比較例１および比較例２と
した。

【００２５】これら具体例１、２および比較例１、２の
ファイバグレーティングの反射ピーク波長の温度依存性
を測定した結果を図４に示す。

【００２６】図４から明らかなように、具体例１のファ
イバグレーティングの反射ピーク波長は、約−７０℃か
ら約１７０℃までほぼ直線的に変化し、その傾き（温度
係数：ΔλＢ／ΔＴ）は、０．０１２ｎｍ／℃であっ
た。また、この温度係数は、比較例１の反射ピーク波長
の−２０℃〜+６０℃における温度係数と同じであっ
た。さらに、具体例１の室温（ここでは２０℃）から−
１９６℃までの温度依存性は、良好に直線に近似でき、
温度係数は０．０１３ｎｍ／℃であった。なお、ここで
は室温を２０℃としたが、これに限られず、「室温」は
ファイバの雰囲気温度（温度測定の対象以外の領域の温
度、作業環境の温度）を指す。

【００２７】具体例１および具体例２の−７０℃〜−１
９６℃（液体窒素温度）の反射ピーク波長の温度係数
は、直線に近似すると、それぞれ、０．０１１ｎｍ／
℃、０．０１３ｎｍ／℃であり、高温側の温度係数
（０．０１２ｎｍ／℃）に近い値を示している。なお、
例えば、具体例１について、被覆層の厚さを厚くするま
たは被覆層の弾性率を大きくすることによって、低温側
の温度係数を大きくできるので、広い温度範囲（例え
ば、−１９６℃〜＋１７０℃）に亘って単一の温度係数
（ここではΔλＢ／ΔＴ＝０．０１２ｎｍ／℃）で良好
に近似できる反射ピーク波長の温度依存性を有するファ
イバグレーティングを得ることができる。

【００２８】これに対して、比較例１の低温側（約−７
５℃以下）における反射ピーク波長の温度係数（０．０
０５ｎｍ／℃）は、高温側の温度係数（０．０１２ｎｍ
／℃）よりもかなり小さくなっており、高温側と異なる
温度依存性を示している。低温側における温度係数の低
下は比較例２についてもみられる。この現象は、グレー
ティングを形成するコアの屈折率の温度変化が低温側で
小さくなっていることに起因すると考えらる。

【００２９】本発明による具体例１および２のグレーテ
ィングにおいては、低温になるほど大きくなる、被覆層
がファイバ素線（コア）に与える圧縮応力の大きさを制
御することによって、低温側における反射ピーク波長の
温度係数を調整している。低温側の温度係数の調整は、
上述したように、高温側の温度係数と一致するように調
整するのではなく、用途によっては、温度係数を大きく
するように調整してもよい。温度係数が大きいというこ
とは、温度の測定感度が高いことを意味するので、極低
温（例えば、−１００℃以下）の温度を正確に測定する
ことが要求される場合には、低温側の温度係数を大きく
するように、被覆層を設計すればよい。例えば、−１０
０℃以下の温度範囲における温度係数は、０．０１ｎｍ
／℃よりも大きいことが好ましい。

【００３０】また、反射ピーク波長の温度依存性を単一
の温度係数で表せる（直線に近似できる）と、測定され
た波長から簡単に温度を求めることができるので好まし
いが、単一の温度係数で表せなくても、例えば、図４に
示したようなグラフ、すなわち検量線をあらかじめ作成
し、測定したファイバグレーティングの反射ピーク波長
と検量線から温度を求めればよい。

【００３１】図５は、本発明によるファイバグレーティ
ングを用いた温度センサ５０の実施形態を模式的に示
す。

【００３２】温度センサ５０は、グレーティング２１が
形成された光ファイバ１と、光ファイバ１に光を出射す
る光源５２と、グレーティング２１からの反射光を受け
取り、反射光の波長を検出する光スペクトラムアナライ
ザ５８とを有している。また、必要に応じて、光源５２
から出射される光から特定波長の光を選択するために光
アイソレータ５４を設けてもよい。さらに、光源５２か
らグレーティング２１に光を送る光路と、グレーティン
グ２１から反射された光を光スペクトラムアナライザ５
８に導く光路とを結合するために、光カップラ５６を設
けてもよい。

【００３３】グレーティング２１ａおよび２１ｂが形成
されたファイバ１は、例えば、液化メタンガス（−１８
３℃）を充填されたタンク６０内に配置されている。グ
レーティング２１ａと２１ｂとは、上述した張力印加法
を用いて形成されており、互いに異なる反射ピーク波長
を有する。従って、反射ピーク波長を検出することによ
って、グレーティング２１ａおよび２１ｂのいずれから
の反射光であるかを判別するこが可能となる。従って、
複数のグレーティングを形成した１本のファイバを用い
ることによって、異なる位置の温度を簡便に測定するこ
とができる。勿論、グレーティングを複数設け無くても
よい。

【００３４】また、本発明による温度センサはファイバ
を固定するパッケージ構造を有さないので、曲面や狭い
場所等に簡便に設置することができる。さらに、ファイ
バは被覆されているので、機械的強度が高く、特に低温
においても破壊されることがない。従って、本発明によ
る温度センサは、上述の液化天然ガスタンクのように、
低温で湾曲した面の温度測定するための温度センサとし
て好適に用いられる。

【００３５】

【発明の効果】本発明のファイバグレーティング作製方
法によれば、被覆型ファイバに形成されたグレーティン
グの反射ピーク波長の温度係数を所望の値に調整するこ
とができるので、パッケージ構造を必要とせず、単純な
構造で、極低温まで温度測定が可能な温度センサに好適
に用いられ得るファイバグレーティングを作製すること
ができる。低温における温度係数を調整することによっ
て、低温を高感度で測定可能な温度センサや、高温から
極低温までの広い温度範囲を簡便に測定できる温度セン
サに用いられるファイバグレーティングを作製すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作製対象の光ファイバ心線とグレーテ
ィングとを示す模式図である。

【図２】図１の光ファイバ心線の横断面図である。

【図３】ファイバグレーティングの作製に用いられるフ
ァイバグレーティング作製装置を示す模式図である。

【図４】本発明による実施形態のファイバグレーティン
グの反射ピーク波長の温度依存性を示すグラフである。

【図５】本発明によるファイバグレーティングを用いた
温度センサを示す模式図である。

【符号の説明】

１光ファイバ心線（光ファイバ）１’ 光ファイバ素線２コア３クラッド４被覆層２１、２１ａ、２１ｂグレーティング３０張力印加機構３４巻胴（固定手段）３５巻胴（移動される側の巻胴；固定手段）Ｙ軸ファイバ軸方向に直交する軸５０温度センサ５２光源５４光アイソレータ５６光カップラ５８光スペクトラムアナライザ６０タンク（温度測定の対象物）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今村一雄兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地三菱電線工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 2F056 VF01 VF09 VF20 2H049 AA33 AA59 AA62 2H050 AC03 AC82 AC84 AD00 AD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアおよびクラッドを有するファイバ素
線と、前記ファイバ素線の表面を覆う被覆層とを有する
ファイバグレーティングの作製方法であって、ファイバ素線を用意する工程と、前記ファイバ素線の表面を覆う被覆層を樹脂材料を用い
て形成する工程と、前記被覆層を形成する工程の前に、作製するグレーティ
ングティングの反射ピーク波長の温度変化に対する変化
率が所定値となるように、前記樹脂材料の選定および前
記被覆層の厚さの設定を行う被覆層設計工程と、を包含するファイバグレーティングの作製方法。
【請求項２】前記被覆層設計工程は、ファイバ素線の
弾性率および熱膨張係数、ならびに前記樹脂材料の弾性
率および熱膨張係数に基づいて、前記樹脂材料の選定お
よび前記被覆層の厚さの設定を行う工程である請求項１
に記載のファイバグレーティングの作製方法。
【請求項３】前記反射ピーク波長の温度変化に対する
変化率は、−１９６℃〜＋１７０℃の範囲で一定である
請求項１または２に記載のファイバグレーティングの作
製方法。
【請求項４】前記反射ピーク波長の温度変化に対する
変化率は、被覆されていない前記ファイバ素線に形成さ
れたグレーティングの反射ピーク波長の−２０℃〜+６
０℃における温度変化に対する変化率と同じである請求
項３に記載のファイバグレーティングの作製方法。
【請求項５】コアおよびクラッドを有するファイバ素
線と、前記ファイバ素線の表面を覆う被覆層とを有する
ファイバグレーティングと、前記ファイバグレーティン
グに光を出射する光源と、前記ファイバグレーティング
からの反射光を受け取り、前記反射光のピーク波長を検
出する検出器とを有する温度センサであって、前記反射光のピーク波長の温度変化に対する変化率は、
−１９６℃〜＋１７０℃の範囲で一定である温度セン
サ。