JP2001272285A - 光ファイバの残留応力及び光弾性効果測定のための測定装置及びその方法 - Google Patents
光ファイバの残留応力及び光弾性効果測定のための測定装置及びその方法Info
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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
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
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- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、光ファイバの残留応力及び光弾性
効果測定のための測定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 光源と、回転性光放散器と、光集光器
と、光集光器を通過した光を光ファイバ軸に対して４５
°線形偏光ビームへ偏光する偏光器と、偏光器に９０°
の角度で設置され、光ファイバが密着した光ファイバの
背景イメージが透過しないようにする偏光分析器と、偏
光分析器に位置した光ファイバを長さ方向に引っ張ら
せ、光ファイバに加えられる張力を測定する張力センサ
ーを備える光ファイバ引っ張り装置と、光ファイバを透
過した光のイメージを拡大するための対物レンズと、光
ファイバ引っ張り装置によって光ファイバに加えられる
張力に従う光ファイバの透過変化を光ファイバの直径の
スポットに従って測定するＣＣＤアレイを含む。
効果測定のための測定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 光源と、回転性光放散器と、光集光器
と、光集光器を通過した光を光ファイバ軸に対して４５
°線形偏光ビームへ偏光する偏光器と、偏光器に９０°
の角度で設置され、光ファイバが密着した光ファイバの
背景イメージが透過しないようにする偏光分析器と、偏
光分析器に位置した光ファイバを長さ方向に引っ張ら
せ、光ファイバに加えられる張力を測定する張力センサ
ーを備える光ファイバ引っ張り装置と、光ファイバを透
過した光のイメージを拡大するための対物レンズと、光
ファイバ引っ張り装置によって光ファイバに加えられる
張力に従う光ファイバの透過変化を光ファイバの直径の
スポットに従って測定するＣＣＤアレイを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバまたは
光ファイバ母材に関し、特に、光ファイバの残留応力及
び光弾性効果測定のための装置及びその方法に関する。
光ファイバ母材に関し、特に、光ファイバの残留応力及
び光弾性効果測定のための装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを製造する過程で発生する応
力(stress)が製造された後も除去されないままその一部
が光ファイバ内に残っている。これは、残留応力(resid
ual stress)と呼ばれる。残留応力測定は、高品質の光
ファイバの生産、特殊の光ファイバの開発、及びその特
性に対する研究のためにかなり重要な測定装置である。
力(stress)が製造された後も除去されないままその一部
が光ファイバ内に残っている。これは、残留応力(resid
ual stress)と呼ばれる。残留応力測定は、高品質の光
ファイバの生産、特殊の光ファイバの開発、及びその特
性に対する研究のためにかなり重要な測定装置である。
【０００３】光ファイバの生産過程である高温の線引工
程で発生する残留応力は、光ファイバの光散乱による光
損失を増加させ、光弾性(photoelastic)現象によって屈
折率変化を発生させる。従って、高品質の光ファイバを
製造するためには、残留応力を抑制させる光ファイバの
生産(線引)技術を開発しなければならない。このような
残留応力の抑制技術を開発するためには、光ファイバの
残留応力を精密測定できる測定装置の開発が必須にな
る。
程で発生する残留応力は、光ファイバの光散乱による光
損失を増加させ、光弾性(photoelastic)現象によって屈
折率変化を発生させる。従って、高品質の光ファイバを
製造するためには、残留応力を抑制させる光ファイバの
生産(線引)技術を開発しなければならない。このような
残留応力の抑制技術を開発するためには、光ファイバの
残留応力を精密測定できる測定装置の開発が必須にな
る。
【０００４】最近では、光ファイバの残留応力を周期的
に一部分解消させる方法で長周期光ファイバ格子(long-
period fiber grating)を開発している。このような素
子のスペクトル透過特性を、そして、特性向上のための
研究を遂行するためには、残留応力の変化による屈折率
変化効果と光ファイバの長さ方向への周期的な残留応力
が解消される分布とを測定する必要がある。これに加え
て、残留応力による屈折率変化、すなわち、光弾性効果
のドーピング物質の変化に従う変化及び非線形現象に対
する深層的な研究が必要になった。このためには、光フ
ァイバの残留応力及び光弾性効果を三次元的に測定及び
観察可能な測定装置の開発が要求されてきた。
に一部分解消させる方法で長周期光ファイバ格子(long-
period fiber grating)を開発している。このような素
子のスペクトル透過特性を、そして、特性向上のための
研究を遂行するためには、残留応力の変化による屈折率
変化効果と光ファイバの長さ方向への周期的な残留応力
が解消される分布とを測定する必要がある。これに加え
て、残留応力による屈折率変化、すなわち、光弾性効果
のドーピング物質の変化に従う変化及び非線形現象に対
する深層的な研究が必要になった。このためには、光フ
ァイバの残留応力及び光弾性効果を三次元的に測定及び
観察可能な測定装置の開発が要求されてきた。
【０００５】光ファイバまたは光ファイバ母材(prefor
m)の残留応力の測定は、光弾性効果を利用して測定され
るが、光弾性効果は、媒質に残っている応力方向に従っ
て媒質の屈折率が変わる現象である。この光弾性の効果
によって、光ファイバまたはその母材の屈折率値は光の
偏光方向に従って変わる性質を有する。
m)の残留応力の測定は、光弾性効果を利用して測定され
るが、光弾性効果は、媒質に残っている応力方向に従っ
て媒質の屈折率が変わる現象である。この光弾性の効果
によって、光ファイバまたはその母材の屈折率値は光の
偏光方向に従って変わる性質を有する。
【０００６】光ファイバ母材または光ファイバの軸方向
に垂直である側面から、２つの相互直交する偏光成分の
光を通過させると、光ファイバまたは光ファイバ母材に
残っている残留応力による光弾性効果は、光の偏光方向
に従って透過した光の位相差異を発生させる。前記発生
した位相差を偏光器(polariscope)を利用して測定する
と、残留応力の程度が分かる。このような既存の方法を
通じて光ファイバ母材及び光ファイバの残留応力を測定
した例に挙げると、次のようである。
に垂直である側面から、２つの相互直交する偏光成分の
光を通過させると、光ファイバまたは光ファイバ母材に
残っている残留応力による光弾性効果は、光の偏光方向
に従って透過した光の位相差異を発生させる。前記発生
した位相差を偏光器(polariscope)を利用して測定する
と、残留応力の程度が分かる。このような既存の方法を
通じて光ファイバ母材及び光ファイバの残留応力を測定
した例に挙げると、次のようである。
【０００７】一つは、ピエルチュー(P.L.Chu)及びティ
ホワイトブレード(T.Whitebread)の論文 “Measurement
of stresses in optical fiber and preform、Appl. O
pt.1982, 21, p. 4241-4245”が挙げられる。ピエルチ
ュー(P.L.Chu)及びティホワイトブレード(T.Whitebrea
d)の論文には、光ファイバの残留応力を光弾性効果を利
用することによって光学的に測定する方法及び理論が初
めて具体的に開示されており、光ファイバ及びその母材
に対して残留応力のプロフィールを測定した。
ホワイトブレード(T.Whitebread)の論文 “Measurement
of stresses in optical fiber and preform、Appl. O
pt.1982, 21, p. 4241-4245”が挙げられる。ピエルチ
ュー(P.L.Chu)及びティホワイトブレード(T.Whitebrea
d)の論文には、光ファイバの残留応力を光弾性効果を利
用することによって光学的に測定する方法及び理論が初
めて具体的に開示されており、光ファイバ及びその母材
に対して残留応力のプロフィールを測定した。
【０００８】他の一つは、ジェイアルクロップ(J.R.Kro
pp)等の論文“Fast photoelastic stress determinatio
n application to monomode fibers and splices, Mea
s. Sci. Technol. 4, p. 431-434, 1993”が挙げられ
る。ジェイアルクロップなどの論文には、シングルモー
ド光ファイバの残留応力及び融着接合の時発生する応力
を照射するために光弾性効果を利用した光学的な測定装
置が開示されている。
pp)等の論文“Fast photoelastic stress determinatio
n application to monomode fibers and splices, Mea
s. Sci. Technol. 4, p. 431-434, 1993”が挙げられ
る。ジェイアルクロップなどの論文には、シングルモー
ド光ファイバの残留応力及び融着接合の時発生する応力
を照射するために光弾性効果を利用した光学的な測定装
置が開示されている。
【０００９】また他の一つは、ケイタブリューレイン
(K. W. Raine)の論文“A microscopefor measuring axi
al stresses profile in optical fibers with high sp
atialresolution and low noise、 4th Optical Fiber
Measurement Conference(NPLTeddington UK), 269, 199
7”が挙げられる。ケイタブリューレインの論文には、
既存の光弾性を利用した測定方法にＣＣＤ及びハーフシ
ェード(Half-Shade)方法を適用することにより、速くて
分解能に優れた光ファイバの残留応力測定装置及び方法
が開示されている。
(K. W. Raine)の論文“A microscopefor measuring axi
al stresses profile in optical fibers with high sp
atialresolution and low noise、 4th Optical Fiber
Measurement Conference(NPLTeddington UK), 269, 199
7”が挙げられる。ケイタブリューレインの論文には、
既存の光弾性を利用した測定方法にＣＣＤ及びハーフシ
ェード(Half-Shade)方法を適用することにより、速くて
分解能に優れた光ファイバの残留応力測定装置及び方法
が開示されている。
【００１０】通常、残留応力の測定は、光ファイバより
相対的に断面積の大きい光ファイバ母材(径=４ｃｍ)の
残留応力を測定することにより、光ファイバの残留応力
を類推する方法を使用する。しかし、光ファイバ母材
は、熱的残留応力のみを有しているので、光ファイバの
製造の時発生する力学的な残留応力が測定できない短所
がある。従って、光ファイバで直接測定すべきである
が、そのサイズ(クラッディング径=１２０μｍ、コア径
=８μｍ)を考慮してみるとき、高分解能、超精密の測定
を要求するようになる。
相対的に断面積の大きい光ファイバ母材(径=４ｃｍ)の
残留応力を測定することにより、光ファイバの残留応力
を類推する方法を使用する。しかし、光ファイバ母材
は、熱的残留応力のみを有しているので、光ファイバの
製造の時発生する力学的な残留応力が測定できない短所
がある。従って、光ファイバで直接測定すべきである
が、そのサイズ(クラッディング径=１２０μｍ、コア径
=８μｍ)を考慮してみるとき、高分解能、超精密の測定
を要求するようになる。
【００１１】しかし、既存の測定方法は、母材に比べて
相対的に小さい位相差、イメージ拡大の難しさ、イメー
ジ背景の相対的な光強さによるイメージ誤差などの多様
な技術的な問題点を抱えている。
相対的に小さい位相差、イメージ拡大の難しさ、イメー
ジ背景の相対的な光強さによるイメージ誤差などの多様
な技術的な問題点を抱えている。
【００１２】光ファイバ母材の残留応力の測定は、光が
母材を通過する透過距離(optical path length)が長い
ので、２つの直交する偏光(polarization)された光の位
相差が１８０°またはそれ以下で予想される。しかし、
光ファイバの残留応力の測定は、その透過距離が母材に
比べて１／１００程度にほかならないので、位相差が２
°程度またはそれ以下で予想される。従って、これを測
定するためには、最小０.１°程度の分解能を有する測
定装置が要求される。
母材を通過する透過距離(optical path length)が長い
ので、２つの直交する偏光(polarization)された光の位
相差が１８０°またはそれ以下で予想される。しかし、
光ファイバの残留応力の測定は、その透過距離が母材に
比べて１／１００程度にほかならないので、位相差が２
°程度またはそれ以下で予想される。従って、これを測
定するためには、最小０.１°程度の分解能を有する測
定装置が要求される。
【００１３】光ファイバの直径は、通常１２５μｍであ
るので、これを拡大してイメージを形成しなければなら
ないが、既存の母材残留応力の測定では１／４波板(wav
e-plate)及び偏光分析器の回転装置のために、既存の方
法では対物レンズ(objectlens)を光ファイバに密着させ
ることが非常に難しかった。
るので、これを拡大してイメージを形成しなければなら
ないが、既存の母材残留応力の測定では１／４波板(wav
e-plate)及び偏光分析器の回転装置のために、既存の方
法では対物レンズ(objectlens)を光ファイバに密着させ
ることが非常に難しかった。
【００１４】また、既存の測定方法は、回転型偏光分析
器(rotating analyzer)を回転させつつ、透過する光の
周期的な変化現象を測定するので、光ファイバのみなら
ず、光ファイバの背景まで同時に周期的に変調される現
象が発生する。これは、正確な光ファイバのイメージを
探し出すのに相当な難しさがあり、光検出器辺りの光の
散乱現象によるイメージの歪みを引き起こす。
器(rotating analyzer)を回転させつつ、透過する光の
周期的な変化現象を測定するので、光ファイバのみなら
ず、光ファイバの背景まで同時に周期的に変調される現
象が発生する。これは、正確な光ファイバのイメージを
探し出すのに相当な難しさがあり、光検出器辺りの光の
散乱現象によるイメージの歪みを引き起こす。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、光ファイバの生産技術の向上及び特殊な光ファイバ
の開発のために長さ方向で光ファイバの三次元的である
残留応力の分布を精密に測定できる測定装置及びその方
法を提供することにある。
は、光ファイバの生産技術の向上及び特殊な光ファイバ
の開発のために長さ方向で光ファイバの三次元的である
残留応力の分布を精密に測定できる測定装置及びその方
法を提供することにある。
【００１６】本発明の他の目的は、偏光器を固定させて
おいて光ファイバに徐々に張力を加えつつ透過する光の
強さの変化が測定できる測定装置及びその方法を提供す
ることにある。
おいて光ファイバに徐々に張力を加えつつ透過する光の
強さの変化が測定できる測定装置及びその方法を提供す
ることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に従う光ファイバの残留応力を測定するため
の装置において、光源と、前記光源から所定の距離で離
隔して前記光源へ放出した光の空間的コヒーレンスを抑
制するための回転性光放散器と、前記光放散器を通過し
た放射光を前記光ファイバの設置された位置に集光させ
るための光集光器と、前記光集光器を通過した光を光フ
ァイバ軸に対して４５°線形偏光ビームで偏光する偏光
器と、前記偏光器に９０°の角度で設置され、前記光フ
ァイバが密着した光ファイバの背景イメージが透過しな
いようにする偏光分析器と、前記偏光分析器に位置した
光ファイバを長さ方向に引っ張らせ、前記光ファイバに
加えられる張力を測定する張力センサーを備える光ファ
イバ引っ張り装置と、前記光ファイバを透過した光のイ
メージを拡大するための対物レンズと、前記光ファイバ
引っ張り装置によって前記光ファイバに加えられる張力
に従う光ファイバの透過変化を光ファイバ直径のスポッ
トに従って測定するＣＣＤアレイと、を含むことを特徴
とする。
に、本発明に従う光ファイバの残留応力を測定するため
の装置において、光源と、前記光源から所定の距離で離
隔して前記光源へ放出した光の空間的コヒーレンスを抑
制するための回転性光放散器と、前記光放散器を通過し
た放射光を前記光ファイバの設置された位置に集光させ
るための光集光器と、前記光集光器を通過した光を光フ
ァイバ軸に対して４５°線形偏光ビームで偏光する偏光
器と、前記偏光器に９０°の角度で設置され、前記光フ
ァイバが密着した光ファイバの背景イメージが透過しな
いようにする偏光分析器と、前記偏光分析器に位置した
光ファイバを長さ方向に引っ張らせ、前記光ファイバに
加えられる張力を測定する張力センサーを備える光ファ
イバ引っ張り装置と、前記光ファイバを透過した光のイ
メージを拡大するための対物レンズと、前記光ファイバ
引っ張り装置によって前記光ファイバに加えられる張力
に従う光ファイバの透過変化を光ファイバ直径のスポッ
トに従って測定するＣＣＤアレイと、を含むことを特徴
とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
添付図面を参照して詳しく説明する。下記の説明におい
て、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能及
び構成に対する詳細な説明は省略する。
添付図面を参照して詳しく説明する。下記の説明におい
て、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能及
び構成に対する詳細な説明は省略する。
【００１９】本発明は、光ファイバの側面に透過する光
の強さの変化を既存の方法のように偏光器を回転させつ
つ測定する代わり、偏光器を固定させておいて、光ファ
イバに徐々に張力を加えつつ透過する光の強さの変化を
測定する。
の強さの変化を既存の方法のように偏光器を回転させつ
つ測定する代わり、偏光器を固定させておいて、光ファ
イバに徐々に張力を加えつつ透過する光の強さの変化を
測定する。
【００２０】光ファイバに張力を増加させると、光弾性
効果によって透過する光の位相値が線形的に増加して偏
光器を通過することによって測定される光の強さは、周
期的にサイン関数(sine function)の形を有する。前記
サイン関数の位相を測定することにより、光ファイバが
元来有している残留応力による位相変化を探し出す方法
である。残留応力の分解能向上、イメージ拡大の極大
化、背景イメージの光の強さの除去などのために、前記
のような方法を使用すると、従来方法の技術的な問題が
かなり解決できる。また、与えられた光ファイバの光弾
性効果もかなり簡単であり、正確に測定できる。
効果によって透過する光の位相値が線形的に増加して偏
光器を通過することによって測定される光の強さは、周
期的にサイン関数(sine function)の形を有する。前記
サイン関数の位相を測定することにより、光ファイバが
元来有している残留応力による位相変化を探し出す方法
である。残留応力の分解能向上、イメージ拡大の極大
化、背景イメージの光の強さの除去などのために、前記
のような方法を使用すると、従来方法の技術的な問題が
かなり解決できる。また、与えられた光ファイバの光弾
性効果もかなり簡単であり、正確に測定できる。
【００２１】光ファイバの残留応力は、通常、数Ｍｐａ
程度である。この程度の残留応力は、１２５μｍの径を
有する光ファイバを０.００５ニュートン(Newton)を加
えた場合発生する応力及び張力に該当し、また、１０ｃ
ｍの光ファイバが０.５μｍ程度引っ張られたとき有す
る復元力に該当する。このような光ファイバを０.５μ
ｍ引っ張らせて得る光ファイバの光弾性効果による位相
変化及びこれに従う光ファイバを透過した光の強さの変
化は、既存の偏光分析器を０.０１°程度移動したとき
発生する透過光の強さの変化に該当する。しかし、ステ
ップモータを使用して光ファイバを０.５μｍ程度引っ
張らせることが、偏光分析器を０.０１°移動させるこ
とより技術上非常に簡単な方法であるので、本発明は、
既存の残留応力の測定方法に比べてかなり大きい長所を
有する。
程度である。この程度の残留応力は、１２５μｍの径を
有する光ファイバを０.００５ニュートン(Newton)を加
えた場合発生する応力及び張力に該当し、また、１０ｃ
ｍの光ファイバが０.５μｍ程度引っ張られたとき有す
る復元力に該当する。このような光ファイバを０.５μ
ｍ引っ張らせて得る光ファイバの光弾性効果による位相
変化及びこれに従う光ファイバを透過した光の強さの変
化は、既存の偏光分析器を０.０１°程度移動したとき
発生する透過光の強さの変化に該当する。しかし、ステ
ップモータを使用して光ファイバを０.５μｍ程度引っ
張らせることが、偏光分析器を０.０１°移動させるこ
とより技術上非常に簡単な方法であるので、本発明は、
既存の残留応力の測定方法に比べてかなり大きい長所を
有する。
【００２２】図１は、本発明に従う光ファイバの残留応
力及び光弾性効果測定のための測定装置を示す構成図で
ある。同図において、本発明に従う光ファイバの残留応
力及び光弾性効果測定のための装置は、光ファイバの張
力を利用することによって光の強さの周期的な変化を測
定する。前記本発明の装置は、ヘリウムネオン(He-Ne)
レーザーまたはアルゴンイオンレーザーからなる光源(l
ight source)１０２、光放散器(optical diffuser)１０
４、光集光器(optical condenser)１０６、偏光器(pola
riscope)１０８、線形移動ステージ(motorized linear
stage)１２０、張力センサー(strain sensor)１２２、
マイクロスコープスライドガラスカバー(microscope sl
ide glasscover)１１１、偏光分析器(polarization ana
lyzer)１１０、対物レンズ(object lens)１１２、及び
ＣＣＤアレイ(Charge Coupled Device array)１１４で
構成される。
力及び光弾性効果測定のための測定装置を示す構成図で
ある。同図において、本発明に従う光ファイバの残留応
力及び光弾性効果測定のための装置は、光ファイバの張
力を利用することによって光の強さの周期的な変化を測
定する。前記本発明の装置は、ヘリウムネオン(He-Ne)
レーザーまたはアルゴンイオンレーザーからなる光源(l
ight source)１０２、光放散器(optical diffuser)１０
４、光集光器(optical condenser)１０６、偏光器(pola
riscope)１０８、線形移動ステージ(motorized linear
stage)１２０、張力センサー(strain sensor)１２２、
マイクロスコープスライドガラスカバー(microscope sl
ide glasscover)１１１、偏光分析器(polarization ana
lyzer)１１０、対物レンズ(object lens)１１２、及び
ＣＣＤアレイ(Charge Coupled Device array)１１４で
構成される。
【００２３】前記光源１０２としては、ヘリウムネオン
レーザーまたはアルゴンイオンレーザーを使用する。前
記光源１０２から放出した光が光放散器１０４を通じて
完全に散乱して放射する。前記光源１０２としてヘリウ
ムネオンレーザーまたはアルゴンイオンレーザーを使用
する理由は、前記光源１０２のスペクトルが狭すぎて短
波長の光源として見なされるので、このような光が光フ
ァイバＰを透過したときそれぞれ唯一な位相変化値が表
すことができるからである。
レーザーまたはアルゴンイオンレーザーを使用する。前
記光源１０２から放出した光が光放散器１０４を通じて
完全に散乱して放射する。前記光源１０２としてヘリウ
ムネオンレーザーまたはアルゴンイオンレーザーを使用
する理由は、前記光源１０２のスペクトルが狭すぎて短
波長の光源として見なされるので、このような光が光フ
ァイバＰを透過したときそれぞれ唯一な位相変化値が表
すことができるからである。
【００２４】また、前記光放散器１０４を使用する理由
は、イメージに現れる光源１０２の空間コヒーレンス(s
patial coherence)による多種の回折じまを光放散器１
０４を通じて除去できるからである。このとき、前記光
放散器１０４は、高速(＞１０００ｒｐｍ)で回転できる
ように設置される。前記光放散器１０４を高速で回転さ
せることにより時間的に均一なイメージを得ることがで
きる。前記光放散器１０４を通じて放射した光は、光集
光器１０６によって光ファイバＰが設置されている位置
に集光する。前記集光した光は、光集光器１０６の次に
位置した偏光器１０８によって光ファイバＰの軸を基準
にして４５°傾いた線形偏光を有する光で偏光される。
すなわち、前記光ファイバＰの長さ方向から図１に示し
たようなＸ方向及びＹ方向へ偏光された光の強さが同一
な２つの光源は、同時に光ファイバＰに入射する。前記
偏光器１０８の不均衡性による偏光誤差を減少させるた
めには、偏光器１０８を透過するスポットサイズ(spot
size)が小さいほど有利である。
は、イメージに現れる光源１０２の空間コヒーレンス(s
patial coherence)による多種の回折じまを光放散器１
０４を通じて除去できるからである。このとき、前記光
放散器１０４は、高速(＞１０００ｒｐｍ)で回転できる
ように設置される。前記光放散器１０４を高速で回転さ
せることにより時間的に均一なイメージを得ることがで
きる。前記光放散器１０４を通じて放射した光は、光集
光器１０６によって光ファイバＰが設置されている位置
に集光する。前記集光した光は、光集光器１０６の次に
位置した偏光器１０８によって光ファイバＰの軸を基準
にして４５°傾いた線形偏光を有する光で偏光される。
すなわち、前記光ファイバＰの長さ方向から図１に示し
たようなＸ方向及びＹ方向へ偏光された光の強さが同一
な２つの光源は、同時に光ファイバＰに入射する。前記
偏光器１０８の不均衡性による偏光誤差を減少させるた
めには、偏光器１０８を透過するスポットサイズ(spot
size)が小さいほど有利である。
【００２５】図２に示すように、前記光ファイバＰは、
マイクロスコープスライドガラスカバー１１１と偏光分
析器１１０との間に、屈折率マッチングゲル(gel)やグ
リセリンなどのガラスと屈折率が似ている物質を入れた
後その間に挿入されて設置される。このような光ファイ
バＰの設置は、偏光分析器１１０を光ファイバＰと最大
に密着させることによって偏光誤差が減少させられ、そ
れほど光ファイバＰと対物レンズ１１２との間の距離が
近いので、大きく拡大したイメージが形成できる。
マイクロスコープスライドガラスカバー１１１と偏光分
析器１１０との間に、屈折率マッチングゲル(gel)やグ
リセリンなどのガラスと屈折率が似ている物質を入れた
後その間に挿入されて設置される。このような光ファイ
バＰの設置は、偏光分析器１１０を光ファイバＰと最大
に密着させることによって偏光誤差が減少させられ、そ
れほど光ファイバＰと対物レンズ１１２との間の距離が
近いので、大きく拡大したイメージが形成できる。
【００２６】図１に示すように、前記光ファイバＰの一
端は、線形移動ステージ１２０に連結されており、他端
は張力センサー１２２に連結されている。前記張力セン
サー１２２は、圧電変換器(piezo electric tranducer)
を使用する。前記線形移動ステージ１２０が光ファイバ
Ｐを徐々に引きつつ、光ファイバＰの他端に連結されて
いる圧電変換器によって張力が測定される。
端は、線形移動ステージ１２０に連結されており、他端
は張力センサー１２２に連結されている。前記張力セン
サー１２２は、圧電変換器(piezo electric tranducer)
を使用する。前記線形移動ステージ１２０が光ファイバ
Ｐを徐々に引きつつ、光ファイバＰの他端に連結されて
いる圧電変換器によって張力が測定される。
【００２７】前記偏光分析器１１０は、前の偏光器１０
８を基準にして９０°回転した状態で設置される。従っ
て、光ファイバＰを透過しない光、すなわち、背景イメ
ージは、光ファイバＰの引っ張りに関係なく偏光分析器
１１０によって透過できない。このような構造は、周辺
光の散乱によるイメージ歪みを抑制して正確な焦点(foc
using)を探し出すのにかなり便利である。
８を基準にして９０°回転した状態で設置される。従っ
て、光ファイバＰを透過しない光、すなわち、背景イメ
ージは、光ファイバＰの引っ張りに関係なく偏光分析器
１１０によって透過できない。このような構造は、周辺
光の散乱によるイメージ歪みを抑制して正確な焦点(foc
using)を探し出すのにかなり便利である。
【００２８】ＣＣＤアレイ１１４上に光ファイバＰのイ
メージを焦点させるために、光ファイバＰと対物レンズ
１１２との距離を微細に調節する。このとき、光ファイ
バＰと対物レンズ１１２との距離が約１００程度の拡大
率を有するように調節する。本発明の基本原理は、ＣＣ
Ｄアレイ１１４が、ひずみの増加によって変化する光フ
ァイバＰの直径の各スポットにより、光ファイバＰの透
過光の変化量を測定することである。前記透過光は、光
ファイバＰの径座標(radial coordinate)及びひずみ度
によってそれぞれ異なる値になる。従って、各径座標の
引っ張りに従う光透過変調の測定及び計算を行うことに
より残留応力及び光弾性効果が得ることができる。
メージを焦点させるために、光ファイバＰと対物レンズ
１１２との距離を微細に調節する。このとき、光ファイ
バＰと対物レンズ１１２との距離が約１００程度の拡大
率を有するように調節する。本発明の基本原理は、ＣＣ
Ｄアレイ１１４が、ひずみの増加によって変化する光フ
ァイバＰの直径の各スポットにより、光ファイバＰの透
過光の変化量を測定することである。前記透過光は、光
ファイバＰの径座標(radial coordinate)及びひずみ度
によってそれぞれ異なる値になる。従って、各径座標の
引っ張りに従う光透過変調の測定及び計算を行うことに
より残留応力及び光弾性効果が得ることができる。
【００２９】与えられた直径のスポット(predetermined
diameter spot )に対して光ファイバＰに加えられた張
力と透過率との間の関係は、ｓｉｎ2φの形態を有し、
ここで、φは、透過した２つの偏光の位相差を意味す
る。前記位相差は次のような式（４）で表すことができ
る。
diameter spot )に対して光ファイバＰに加えられた張
力と透過率との間の関係は、ｓｉｎ2φの形態を有し、
ここで、φは、透過した２つの偏光の位相差を意味す
る。前記位相差は次のような式（４）で表すことができ
る。
【００３０】
【数３】
【００３１】ここで、δ0(ｙ)は、光ファイバの中心か
らｙだけ離隔して光ファイバを通過する光の有する位相
常数(phase constant)分布を示し、Ｆは張力、 Ｗ(ｙ)
は、張力に対する位相変化係数である。従って、光ファ
イバの残留応力は、前記位相常数を、光弾性効果は、位
相変化係数を測定することにより把握される。このと
き、残留応力及び光弾性効果は、式（５）及び式（６）
のような位相常数及び位相変化係数に対してアベル変換
関係(Abel integral transformation)を有している。
らｙだけ離隔して光ファイバを通過する光の有する位相
常数(phase constant)分布を示し、Ｆは張力、 Ｗ(ｙ)
は、張力に対する位相変化係数である。従って、光ファ
イバの残留応力は、前記位相常数を、光弾性効果は、位
相変化係数を測定することにより把握される。このと
き、残留応力及び光弾性効果は、式（５）及び式（６）
のような位相常数及び位相変化係数に対してアベル変換
関係(Abel integral transformation)を有している。
【００３２】
【数４】
【００３３】ここで、σ(ｒ)は残留応力、Ｃ1(ｒ)は光
弾性常数、Ｅはゼロ係数、ｒは光ファイバ半径座標、Ｃ
は、光ファイバの外径、ｙは、光ファイバを通過する光
の光ファイバ中心からの距離である。
弾性常数、Ｅはゼロ係数、ｒは光ファイバ半径座標、Ｃ
は、光ファイバの外径、ｙは、光ファイバを通過する光
の光ファイバ中心からの距離である。
【００３４】このように透過した光を拡大測定するため
には、対物レンズ１１２とＣＣＤカメラとを利用してＣ
ＣＤアレイ１１４に拡大したイメージを形成する。測定
された２次元のイメージを線形移動ステージ１２０の移
動量と張力センサー１２２の張力の値とを合成してコン
ピュータ１３０によって計算されることにより、前記式
（４）のような三次元光透過グラフを得る。このように
得られた値を前記式（５）及び式（６）に代入すると、
残留応力及び光弾性係数がそれぞれ計算できる。
には、対物レンズ１１２とＣＣＤカメラとを利用してＣ
ＣＤアレイ１１４に拡大したイメージを形成する。測定
された２次元のイメージを線形移動ステージ１２０の移
動量と張力センサー１２２の張力の値とを合成してコン
ピュータ１３０によって計算されることにより、前記式
（４）のような三次元光透過グラフを得る。このように
得られた値を前記式（５）及び式（６）に代入すると、
残留応力及び光弾性係数がそれぞれ計算できる。
【００３５】前述の如く、本発明の詳細な説明では、具
体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発
明の範囲は前記実施形態によって限られてはならず、本
発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、
当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかで
ある。
体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発
明の範囲は前記実施形態によって限られてはならず、本
発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、
当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかで
ある。
【００３６】
【発明の効果】以上から述べてきたように、本発明に従
う測定装置は、より精密であり、実用性のある測定装置
が作り出せる。また、低損失及び高品質の光ファイバが
開発でき、さらに、特殊な光ファイバ及びそれを利用し
た素子の関連技術が向上させられる。
う測定装置は、より精密であり、実用性のある測定装置
が作り出せる。また、低損失及び高品質の光ファイバが
開発でき、さらに、特殊な光ファイバ及びそれを利用し
た素子の関連技術が向上させられる。
【図１】 本発明の実施形態による光ファイバの残留応
力及び光弾性効果を測定するための装置の分解透視図で
ある。
力及び光弾性効果を測定するための装置の分解透視図で
ある。
【図２】 本発明の実施形態による光ファイバの張力を
測定するためにガラスカバーと偏光分析器との間に設置
された光ファイバの状態を示す断面図である。
測定するためにガラスカバーと偏光分析器との間に設置
された光ファイバの状態を示す断面図である。
１０２ 光源 １０４ 光放散器 １０６ 光集光器 １０８ 偏光器 １１０ 偏光分析器 １１１ マイクロスコープスライドガラスカバー １１２ 対物レンズ １１４ ＣＣＤアレイ １２０ 線形移動ステージ １２２ 張力センサー １３０ コンピュータ
Claims (11)
- 【請求項１】 光ファイバの残留応力を測定するための
装置において、 光源と、 前記光源から所定の距離で離隔して前記光源へ放出した
光の空間コヒーレンスを抑制するための回転性光放散器
と、 前記光放散器を通過した放射光を前記光ファイバの設置
された位置に集光させるための光集光器と、 前記光集光器を通過した光を光ファイバ軸に対して４５
°線形偏光ビームで偏光する偏光器と、 前記偏光器に９０°の角度で設置され、前記光ファイバ
が密着した光ファイバの背景イメージが透過しないよう
にする偏光分析器と、 前記偏光分析器に位置した光ファイバを長さ方向に引っ
張らせ、前記光ファイバに加えられる張力を測定する張
力センサーを備える光ファイバ引っ張り装置と、 前記光ファイバを透過した光のイメージを拡大するため
の対物レンズと、 前記光ファイバ引っ張り装置によって前記光ファイバに
加えられる張力に従う光ファイバの透過変化を光ファイ
バ直径のスポットに従って測定するＣＣＤアレイと、を
含むことを特徴とする光ファイバの残留応力及び光弾性
効果測定のための測定装置。 - 【請求項２】 前記光源は、ヘリウムネオンレーザーで
構成される請求項１記載の光ファイバの残留応力及び光
弾性効果測定のための測定装置。 - 【請求項３】 前記光源は、アルゴンイオンレーザーで
構成される請求項１記載の光ファイバの残留応力及び光
弾性効果測定のための測定装置。 - 【請求項４】 前記偏光分析器に位置した光ファイバ
は、マイクロスコープスライドガラスカバーがさらに備
えられる請求項１記載の光ファイバの残留応力及び光弾
性効果測定のための測定装置。 - 【請求項５】 前記光ファイバが、前記偏光分析器と、
ガラス屈折率に近似する屈折率媒質がさらに加えられた
前記マイクロスコープスライドガラスカバーとの間に位
置する請求項４記載の光ファイバの残留応力及び光弾性
効果測定のための測定装置。 - 【請求項６】 前記屈折率媒質は、屈折率マッチングゲ
ルまたはグリセリンからなる請求項５記載の光ファイバ
の残留応力及び光弾性効果測定のための測定装置。 - 【請求項７】 前記光ファイバ引っ張り装置は、 光ファイバへ照射する光の集光部分を基準にして光ファ
イバの一端に固定された線形移動ステージと、前記光フ
ァイバの他端に備えられた張力センサーとを含む請求項
１記載の光ファイバの残留応力及び光弾性効果測定のた
めの測定装置。 - 【請求項８】 前記張力センサーは、圧電変換器からな
る請求項７記載の光ファイバの残留応力及び光弾性効果
測定のための測定装置。 - 【請求項９】 前記光放散器は、１０００ｒｐｍ以上高
速で回転させる請求項１記載の光ファイバの残留応力及
び弾性効果測定のための測定装置。 - 【請求項１０】 光ファイバの残留応力及び光弾性効果
を測定するための測定装置を利用した測定方法におい
て、 線形移動ステージを使用して光ファイバに張力を変化さ
せつつ、前記張力を測定すると共に光弾性効果による光
の透過率変化データを収集し、収集されたｓｉｎ2φ形
態の透過率変化データ及び前記測定された張力で、下記
式（１）によって与えられたｙ値に対する正確な位相変
化係数Ｗ(ｙ)と位相常数δ0(ｙ)とを得る測定方法。 【数１】 δ0(ｙ)は、光ファイバの中心からｙだけ離隔して光フ
ァイバを通過する光の有する位相常数(phase constant)
分布を示し、Ｆは張力、 Ｗ(ｙ)は、張力に対する位相
変化係数である。 - 【請求項１１】 前記得られた位相変化係数Ｗ(ｙ)及び
位相常数δ0(ｙ)で、下記式（２）及び式（３）のアベ
ル変換式を利用して数値的に残留応力σ(ｒ)と光弾性常
数Ｃ1(ｒ)とを得る測定方法。 【数２】 σ(ｒ)は残留応力、Ｃ1(ｒ)は光弾性常数、Ｅはゼロ係
数、ｒは光ファイバ半径座標、Ｃは、光ファイバの外
径、ｙは、光ファイバを通過する光の光ファイバ中心か
らの距離である。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020000012395A KR100326302B1 (ko) | 2000-03-13 | 2000-03-13 | 광섬유의 잔여 응력 및 포토일래스틱 효과 측정을 위한측정장치 및 그 방법 |
| KR200012395 | 2000-03-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001272285A true JP2001272285A (ja) | 2001-10-05 |
| JP3547714B2 JP3547714B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=19654474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001059133A Expired - Fee Related JP3547714B2 (ja) | 2000-03-13 | 2001-03-02 | 光ファイバの残留応力及び光弾性効果測定のための測定装置及びその方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6647162B2 (ja) |
| EP (1) | EP1150109B1 (ja) |
| JP (1) | JP3547714B2 (ja) |
| KR (1) | KR100326302B1 (ja) |
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| KR100442668B1 (ko) | 2002-10-18 | 2004-08-02 | 삼성전자주식회사 | 광섬유의 잔류응력 측정장치 |
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