JP2003194635A - Optical fiber type temperature sensor - Google Patents

Optical fiber type temperature sensor

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JP2003194635A
JP2003194635A JP2001391889A JP2001391889A JP2003194635A JP 2003194635 A JP2003194635 A JP 2003194635A JP 2001391889 A JP2001391889 A JP 2001391889A JP 2001391889 A JP2001391889 A JP 2001391889A JP 2003194635 A JP2003194635 A JP 2003194635A
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JP
Japan
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temperature
optical fiber
stress
temperature sensor
long
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Application number
JP2001391889A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Kimura
直樹 木村
Yutaka Ishii
裕 石井
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical type temperature sensor sensitive to temperature variation and having a large measurable temperature width. <P>SOLUTION: A long-cycle fiber grating is formed by cyclically forming high- refraction rate parts 3 in the longitudinal direction of a polarized wave-keeping optical fiber provided with a stress imparting part for applying a non- axisymmetrical stress to a core 1. The variation of a loss characteristic of the long-cycle fiber grating with respect to temperature is detected, so that the temperature variation is detected. The variation of the loss characteristic to temperature is adjusted by adjusting the position or size of the stress imparting part, so that the temperature detection sensitivity can be enhanced. By detecting the temperature variation by entering only f-polarized waves into the long-cycle fiber grating, high-sensitivity temperature detection can be carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、温度変化を計測す
る光ファイバ型温度センサに関し、特に、光ファイバグ
レーティングの光学特性の波長変化を利用した光ファイ
バ型温度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber type temperature sensor for measuring a temperature change, and more particularly to an optical fiber type temperature sensor utilizing a wavelength change of optical characteristics of an optical fiber grating.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ型センサとして、光ファイバ
のコアに周期的な屈折率変化を形成したファイバグレー
ティングを用いたものが知られている。このファイバグ
レーティングは、光ファイバ中を伝搬する光のうち特定
の波長近傍の光を反射あるいは阻止するもので、ファイ
バブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating:
以下「FBG」と略記する)と呼ばれているものと、長
周期ファイバグレーティング(Long-Period Fiber Gr
ating:以下「LPFG」と略記する)と呼ばれている
ものがある。これらのデバイスは、いずれも光学特性に
温度依存性及び張力依存性があるため、これを利用した
温度センサ及び張力センサ、歪みセンサが提案されてい
る。
2. Description of the Related Art As an optical fiber type sensor, there is known an optical fiber type sensor using a fiber grating in which a core of an optical fiber has a periodic refractive index change. This fiber grating reflects or blocks light in the vicinity of a specific wavelength of light propagating in an optical fiber. Fiber Bragg grating (Fiber Bragg Grating:
Hereinafter referred to as "FBG") and a long-period fiber grating (Long-Period Fiber Gr
ating: hereinafter abbreviated as "LPFG"). Since all of these devices have temperature dependence and tension dependence in optical characteristics, a temperature sensor, a tension sensor, and a strain sensor using them are proposed.

【0003】このうち、長周期ファイバグレーティング
は、コアを伝搬する光(以下「導波モード光」と略記す
る)を同方向のクラッド中を伝搬する光(以下「前進クラ
ッドモード光」と略記する)に結合させて、特定の波長
近傍の導波モード光に対して透過損失を生じさせるもの
である。この長周期ファイバグレーティングは、透過光
の損失値が最大となる波長(以下「損失中心波長」と略
記する)に温度依存性があり、この温度依存性を検出す
ることにより温度センサとして用いることができる。こ
の損失中心波長の温度依存性は、標準シングルモード光
ファイバや分散シフト光ファイバを用いた場合、0.05nm
/℃程度であり、FBGに比べて、損失中心波長の温度
依存性が大きい。特開2000-164955号公報においては、
LPFGの損失中心波長の温度依存性を利用して光増幅
器の温度依存性を補償する技術について開示されてい
る。また、Opt.Lett.,21、692-694,1996(Bhatia
V.et al.)(以下「参考文献〔1〕」という)に
は、LPFGの損失中心波長の温度依存性及び張力依存性を
利用した温度センサ及び張力センサの提案がなされてお
り、波長980nm帯用シングルモード光ファイバを用いた
ファイバグレーティングの波長特性が0.154nm/℃という
大きな温度依存性を持つことが開示されている。
Among them, in the long-period fiber grating, light propagating in the core (hereinafter abbreviated as "guided mode light") is propagated in the clad in the same direction (hereinafter abbreviated as "forward clad mode light"). ) To generate a transmission loss for guided mode light in the vicinity of a specific wavelength. This long-period fiber grating has temperature dependence at the wavelength at which the loss value of transmitted light is maximum (hereinafter abbreviated as "loss center wavelength"), and it can be used as a temperature sensor by detecting this temperature dependence. it can. This temperature dependence of the loss center wavelength is 0.05 nm when using a standard single-mode optical fiber or dispersion-shifted optical fiber.
It is about / ° C, and the temperature dependence of the loss center wavelength is larger than that of FBG. In Japanese Patent Laid-Open No. 2000-164955,
A technique for compensating the temperature dependence of the optical amplifier by utilizing the temperature dependence of the loss center wavelength of LPFG is disclosed. In addition, Opt. Lett. , 21 , 692-694, 1996 (Bhatia
V. et al. ) (Hereinafter referred to as “reference [1]”) proposes a temperature sensor and a tension sensor that utilize the temperature dependence and the tension dependence of the loss center wavelength of LPFG. It is disclosed that the wavelength characteristic of a fiber grating using a fiber has a large temperature dependence of 0.154 nm / ° C.

【0004】一方、ファイバブラッググレーティング
は、導波モード光を進行方向に対して逆方向にブラッグ
反射させて、後進導波モード光に結合させるものであ
り、反射光の強度が最大となる波長(以下「反射光の中
心波長」と略記する)、あるいは透過光の損失値が最大
となる波長(以下「透過光の中心波長」と略記する)に
温度依存性があり、反射特性、あるいは損失特性の温度
に対する変化を検出する事によって温度センサとして用
いることができる。この中心波長の変動は0.01〜0.015n
m/℃程度であり、LPFGのそれに比べて小さい値であ
るが、非常に急峻な反射(損失)特性をもたせることが可
能であるため、波長に対する反射強度、あるいは損失値
の変化をモニタすることで、温度変化に敏感なセンサを
作製できる。例えば、波長0.1nmの幅で20dBの損失変
動を与えることができ、温度に対する損失値の変化量が
2〜3dB/℃というように、大きな値を持たせることが
できる。このようなFBGの損失波長特性の温度依存性
を利用して温度センサを作製した例が、例えば、特開20
00-162444号公報や特開平11-218450号公報において開示
されている。このうち、特開2000-162444号公報には、F
BGを形成した箇所とは別の箇所をU字型に曲げることに
より、FBG部に歪みを与えることなく温度を測定する技
術が開示され、特開平11-218450号公報には、二重リン
グ状のコア構造をもつ光ファイバを使うことにより、張
力と温度を確実に分離して同時に測定する技術が開示さ
れている。また、IEICE 94 Spring C-372(M.Shige
hara et al.)(以下「参考文献〔2〕」という)に
は、FBGをアルミ板に固定し、アルミ板の熱膨張による
張力変動によって中心波長が変動することを利用して、
0.026nm/℃の温度依存性を持つ温度センサが提案されて
いる。
On the other hand, the fiber Bragg grating is for causing Bragg reflection of the guided mode light in the direction opposite to the traveling direction and coupling it with the backward guided mode light. Hereinafter, abbreviated as "center wavelength of reflected light"), or wavelength at which the loss value of transmitted light is maximum (hereinafter abbreviated as "center wavelength of transmitted light") has temperature dependence, and reflection characteristic or loss characteristic It can be used as a temperature sensor by detecting the change of the temperature with respect to the temperature. The fluctuation of this center wavelength is 0.01 to 0.015n
Although it is about m / ° C, which is a smaller value than that of LPFG, it is possible to have a very steep reflection (loss) characteristic, so it is necessary to monitor the change in reflection intensity or loss value with respect to wavelength. Thus, a sensor sensitive to temperature changes can be manufactured. For example, a loss variation of 20 dB can be given in the width of the wavelength of 0.1 nm, and a large change amount of the loss value with respect to temperature can be given such as 2 to 3 dB / ° C. An example in which a temperature sensor is manufactured by utilizing the temperature dependence of the loss wavelength characteristic of the FBG is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
It is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 00-162444 and Japanese Patent Laid-Open No. 11-218450. Of these, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-162444, F
By bending a portion different from the portion where the BG is formed into a U shape, a technique of measuring the temperature without distorting the FBG portion is disclosed, and JP-A-11-218450 discloses a double ring shape. By using an optical fiber having a core structure of No. 3, there is disclosed a technique of reliably separating tension and temperature and simultaneously measuring them. In addition, IEICE 94 Spring C-372 (M. Shige
hara et al. ) (Hereinafter referred to as “reference [2]”), the FBG is fixed to an aluminum plate, and the fact that the central wavelength fluctuates due to the tension fluctuation due to the thermal expansion of the aluminum plate is utilized.
A temperature sensor having a temperature dependence of 0.026 nm / ° C has been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、LPFGを用
いた温度センサにおいては、LPFGの損失特性がブロ
ードであるため、一波長における損失変化をみる方法で
は温度変化に対し感度が悪いという問題点があった。例
えば、温度依存性0.05nm/℃、損失確度±0.5dB、波長確
度±0.02nm、最大損失値8dB、片側帯域幅12nmのLPF
Gの場合、一波長で温度による損失変化を検出する方法
での検出温度の誤差は±7℃と大きく、損失中心波長で
温度による損失変化を検出する方法での検出温度の誤差
は±0.4℃であるため、検出精度を上げるためには、損
失中心波長の変化によって温度変化を検出する方法に限
られてしまう。
However, in the temperature sensor using the LPFG, since the loss characteristic of the LPFG is broad, there is a problem that the method of observing the loss change at one wavelength has poor sensitivity to the temperature change. there were. For example, LPF with temperature dependence of 0.05 nm / ℃, loss accuracy of ± 0.5 dB, wavelength accuracy of ± 0.02 nm, maximum loss value of 8 dB, and one-sided bandwidth of 12 nm.
In the case of G, the error of the detected temperature in the method of detecting the loss change due to temperature at one wavelength is as large as ± 7 ° C, and the error of the detected temperature in the method of detecting the loss change due to temperature at the loss center wavelength is ± 0.4 ° C. Therefore, in order to improve the detection accuracy, the method is limited to the method of detecting the temperature change by the change of the loss center wavelength.

【0006】一方、FBGを用いた温度センサの場合に
は、測定できる変動量、すなわち温度幅に限界がある。
測定感度と測定可能な温度幅とはトレードオフの関係に
あり、例えば、温度依存性0.01nm/℃、損失確度±0.5d
B、0.1nmの波長幅で20dBの損失変動を起すFBGの場
合、一波長での損失変化を検出する方法によると、温度
誤差を±0.25℃に抑えると、測定可能な温度範囲は±5
℃となる。この測定可能な温度範囲を±10℃、±20℃、
±50℃と広げると、これに伴って、温度誤差はそれぞ
れ、±0.5℃、±1.0℃、±2.5℃と増加し、測定精度に
支障をきたすこととなる。このように、従来の光ファイ
バ型では、LPFGを用いると温度感度が悪く、FBG
を用いると測定可能な温度範囲が狭いことが問題となっ
ていた。本発明は上記の問題点を鑑みてなされたもので
あり、温度変化に敏感で、かつ測定可能な温度幅が広い
光ファイバ型センサを提供することを目的とする。
On the other hand, in the case of the temperature sensor using the FBG, there is a limit to the measurable fluctuation amount, that is, the temperature width.
There is a trade-off between measurement sensitivity and measurable temperature range, for example, temperature dependence of 0.01 nm / ° C, loss accuracy of ± 0.5d.
In the case of an FBG that causes a loss variation of 20 dB in the wavelength range of B and 0.1 nm, according to the method of detecting the loss change in one wavelength, if the temperature error is suppressed to ± 0.25 ° C, the measurable temperature range is ± 5
℃. This measurable temperature range is ± 10 ℃, ± 20 ℃,
When it is widened to ± 50 ° C, the temperature error increases to ± 0.5 ° C, ± 1.0 ° C, and ± 2.5 ° C, respectively, which impairs the measurement accuracy. As described above, in the conventional optical fiber type, when the LPFG is used, the temperature sensitivity is poor and the FBG is
However, the problem that the measurable temperature range is narrow is a problem. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an optical fiber type sensor that is sensitive to temperature changes and has a wide measurable temperature range.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、コアに非軸対称の応力を
印加するための応力付与部を有する偏波保持光ファイバ
の長手方向に対して周期的な高屈折率部を設けて長周期
ファイバグレーティングを形成し、この長周期ファイバ
グレーティングの損失特性の温度に対する変化を検知し
て、温度変化を検知することを特徴とする光ファイバ型
温度センサである。これにより、温度に対して敏感にか
つ広い温度範囲で損失特性が変化する偏波を用いて温度
変化を検知することができるため、高精度かつ広い温度
範囲で温度変化を検知することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 has a length of a polarization-maintaining optical fiber having a stress-applying portion for applying non-axisymmetric stress to a core. A light characterized by forming a long-period fiber grating by providing a high-refractive-index portion that is periodic with respect to the direction, detecting the change in the loss characteristics of this long-period fiber grating with respect to temperature, and detecting the temperature change. It is a fiber type temperature sensor. Accordingly, since it is possible to detect the temperature change by using the polarized wave that is sensitive to temperature and whose loss characteristic changes in the wide temperature range, it is possible to detect the temperature change with high accuracy and in the wide temperature range.

【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の光
ファイバ型温度センサにおいて、前記応力付与部の大き
さを調整し、または前記応力付与部と前記コアとの間隔
を調整することにより、前記長周期ファイバグレーティ
ングの損失特性の温度依存性を調整することを特徴とす
る。これにより、光ファイバ型温度センサの温度検知感
度を調整することができる。請求項3記載の発明は、請
求項1記載の光ファイバ型温度センサにおいて、前記応
力付与部の組成を変えてクラッドを構成するガラスとの
熱膨張係数差を調整することにより、前記長周期ファイ
バグレーティングの損失特性の温度依存性を調整するこ
とを特徴とする。これにより、光ファイバ型温度センサ
の温度検知感度を調整することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the optical fiber temperature sensor according to the first aspect, the size of the stress applying portion is adjusted, or the distance between the stress applying portion and the core is adjusted. The temperature dependence of the loss characteristic of the long-period fiber grating is adjusted. Thereby, the temperature detection sensitivity of the optical fiber type temperature sensor can be adjusted. According to a third aspect of the present invention, in the optical fiber temperature sensor according to the first aspect, the composition of the stress-applying portion is changed to adjust the thermal expansion coefficient difference between the stress and the glass constituting the clad, thereby providing the long-period fiber. It is characterized by adjusting the temperature dependence of the loss characteristic of the grating. Thereby, the temperature detection sensitivity of the optical fiber type temperature sensor can be adjusted.

【0009】請求項4記載の発明は、請求項1、2又は
3記載の光ファイバ型温度センサにおいて、前記偏波保
持光ファイバの複屈折の温度に対する変化量が−6.5×1
0-7(1/℃)以下であることを特徴とする。これによ
り、より高感度の光ファイバ型温度センサを実現するこ
とができる。請求項5記載の発明は、請求項1、2、3
又は4記載の光ファイバ型温度センサにおいて、前記偏
波保持光ファイバはPANDAファイバであることを特
徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical fiber type temperature sensor according to the first, second or third aspect, the change amount of the birefringence of the polarization maintaining optical fiber with respect to temperature is -6.5 × 1.
It is characterized by being 0 -7 (1 / ° C) or less. As a result, a more sensitive optical fiber type temperature sensor can be realized. The invention according to claim 5 is the invention according to claims 1, 2, and 3.
Alternatively, in the optical fiber type temperature sensor described in 4, the polarization maintaining optical fiber is a PANDA fiber.

【0010】請求項6記載の発明は、請求項1、2、
3、4又は5記載の光ファイバ型温度センサにおいて、
2つの偏波のうち伝搬速度が大きいfast軸方向に電界を
もつ偏波であるf偏波のみを前記長周期ファイバグレー
ティングに入射して温度変化を検知することを特徴とす
る。これにより、残留応力の温度依存性と、光ファイバ
材料自体の屈折率の温度依存性が足し合わされて、温度
変化による損失特性の変化が敏感になるため、より感度
の高い光ファイバ型温度センサを実現することができ
る。
The invention according to claim 6 is the invention according to claims 1, 2 and
In the optical fiber type temperature sensor according to 3, 4 or 5,
Of the two polarized waves, only the f-polarized wave, which is a polarized wave having an electric field in the fast axis direction having a high propagation speed, is incident on the long-period fiber grating to detect a temperature change. As a result, the temperature dependence of the residual stress and the temperature dependence of the refractive index of the optical fiber material itself are added together, and the change in the loss characteristics due to temperature changes becomes sensitive. Can be realized.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光ファイバ型温度センサは、コアに非軸対称の
応力を印加するための応力付与部を有する偏波保持光フ
ァイバの長手方向に対して周期的な高屈折率部を設けて
長周期ファイバグレーティングを形成し、この長周期フ
ァイバグレーティングの損失特性の温度に対する変化を
検知して、温度変化を検知するものである。図1に、本
発明の光ファイバ型温度センサとして用いられる長周期
ファイバグレーティングの構造の一例を示す。図1にお
いて、符号1はコアであり、このコア1の周囲にクラッ
ド2が設けられている。符号3は、紫外光照射によって
コア1上に形成された高屈折率部である。この高屈折率
部3が光ファイバの長手方向に周期的に形成されてグレ
ーティング部4が形成されている。この長周期ファイバ
グレーティングにおいては、特定の波長の導波モード光
5は、前進クラッドモード光6と結合し、この波長帯域
について透過損失を有する透過光が得られる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
The optical fiber type temperature sensor of the present invention is provided with a high refractive index portion which is periodic in the longitudinal direction of the polarization maintaining optical fiber having a stress imparting portion for applying a non-axisymmetric stress to the core and has a long period. A fiber grating is formed, and a change in the loss characteristic of the long-period fiber grating with respect to temperature is detected to detect the temperature change. FIG. 1 shows an example of the structure of a long-period fiber grating used as the optical fiber type temperature sensor of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a core, and a clad 2 is provided around the core 1. Reference numeral 3 is a high-refractive index portion formed on the core 1 by irradiation with ultraviolet light. The high refractive index portion 3 is periodically formed in the longitudinal direction of the optical fiber to form the grating portion 4. In this long-period fiber grating, the guided mode light 5 having a specific wavelength is combined with the forward cladding mode light 6 to obtain transmitted light having a transmission loss in this wavelength band.

【0012】この例の光ファイバ型温度センサにおいて
は、長周期ファイバグレーティングは、応力付与型の偏
波保持光ファイバに紫外光が照射されることにより形成
されている。この応力付与型の偏波保持光ファイバの長
手方向に対する断面の一例を図2に示す。図2中、符号
1はコアであり、符号2はコア1の周囲に設けられたク
ラッドである。符号7はコア1を挟んで対称に設けられ
た応力付与部である。軸対称形のシングルモード光ファ
イバでは、光ファイバ断面内で直交する2方向に偏波し
た独立の2つのモードが存在する。真の軸対称形の光フ
ァイバではこの2つのモードの実効屈折率に差はなく、
文字通り単一のモードしか存在せず、この状態を縮退し
ているという。
In the optical fiber type temperature sensor of this example, the long-period fiber grating is formed by irradiating the stress imparting polarization maintaining optical fiber with ultraviolet light. FIG. 2 shows an example of a cross section of the stress imparting polarization maintaining optical fiber in the longitudinal direction. In FIG. 2, reference numeral 1 is a core, and reference numeral 2 is a clad provided around the core 1. Reference numeral 7 is a stress imparting portion symmetrically provided with the core 1 interposed therebetween. In an axially symmetric single mode optical fiber, there are two independent modes polarized in two directions orthogonal to each other in the optical fiber cross section. In a true axisymmetric optical fiber, there is no difference in effective refractive index between these two modes,
There is literally only a single mode, which is said to be degenerate.

【0013】しかし、実際の光ファイバでは、この2つ
のモードの実効屈折率に僅かな差があるため、偏光や干
渉を利用した光通信には影響がある。偏波保持光ファイ
バは、このような問題を解決するために提案されたもの
で、実効屈折率の差を意図的に大きくし、偏波安定性を
向上させた光ファイバである。偏波保持光ファイバに
は、コア1及びコア1近傍の屈折率分布を非軸対称にし
た屈折率分布型と、コア1に非軸対称の応力を印加する
ための応力付与部を設けた応力型がある。この応力型は
光弾性効果により複屈折(実効屈折率の差)が誘起され
ることを利用したもので、屈折率分布型よりも高性能が
得られ、現在では一般的である。以下、これを応力型偏
波保持光ファイバと呼ぶ。
However, in an actual optical fiber, there is a slight difference in the effective refractive index between these two modes, so that there is an effect on optical communication utilizing polarization and interference. The polarization-maintaining optical fiber has been proposed to solve such a problem, and is an optical fiber in which the difference in effective refractive index is intentionally increased to improve polarization stability. The polarization-maintaining optical fiber includes a core 1 and a refractive index distribution type in which the refractive index distribution in the vicinity of the core 1 is non-axisymmetric, and a stress providing portion for applying a non-axisymmetric stress to the core 1 is provided. There is a mold. This stress type utilizes the fact that birefringence (difference in effective refractive index) is induced by the photoelastic effect, has higher performance than the gradient index type, and is now common. Hereinafter, this is referred to as a stress type polarization maintaining optical fiber.

【0014】図2に示した光ファイバは、応力型偏波保
持光ファイバの一例としてのPANDA(polarization-
maintaining and absorption-reducing)ファイバであ
る。応力型偏波保持光ファイバ中に残留させている応力
は、光ファイバが冷却する過程で応力付与部7が強く収
縮することにより発生するもので、クラッド2を構成す
るガラスと応力付与部7との熱膨張係数の差を利用して
いる。コア1及びコア1近傍では、この残留応力により
x軸方向には張力が働き、y軸方向には圧縮力が働いて
おり、光弾性効果により伝搬する各偏波の実効屈折率が
変化する。この実効屈折率の差、すなわち複屈折Bは
(1)式で近似することができる。
The optical fiber shown in FIG. 2 is a PANDA (polarization-type) as an example of a stress type polarization maintaining optical fiber.
maintaining and absorption-reducing) fiber. The stress remaining in the stress-type polarization-maintaining optical fiber is generated by the strong contraction of the stress applying part 7 during the cooling process of the optical fiber. The difference in the coefficient of thermal expansion of is used. In the core 1 and the vicinity of the core 1, tension is exerted in the x-axis direction and a compressive force is exerted in the y-axis direction due to this residual stress, and the effective refractive index of each polarized wave propagating due to the photoelastic effect changes. This difference in effective refractive index, that is, the birefringence B can be approximated by the equation (1).

【0015】[0015]

【数1】 [Equation 1]

【0016】ここで、nex、neyはそれぞれ、x軸方向
に電界を持つ偏波(以下「x偏波」という)、y軸方向に
電界をもつ偏波(以下「y偏波」という)の実効屈折率を
表す。また、C1、C2は光弾性係数を表し、σx−σy
x軸方向とy軸方向との応力差を表しており、石英ガラ
スの場合、C2−C1=3.36×10-5である。x軸方向に張
力が働き、y軸方向には圧縮力が働いている場合には、x
偏波の実効屈折率はy偏波の実効屈折率より大きく、そ
の結果Bは正の値をもつ。応力型偏波保持光ファイバで
は、x偏波の伝搬速度がy偏波のそれよりも遅いので、x
軸をslow軸、y軸をfast軸と呼ぶ。また、slow軸方向に
電界をもつ偏波をs偏波、fast軸方向に電界をもつ偏波
をf偏波と呼ぶ。
Here, n ex and n ey are polarized waves having an electric field in the x-axis direction (hereinafter referred to as “x-polarized wave”) and polarized waves having an electric field in the y-axis direction (hereinafter referred to as “y-polarized wave”). ) Represents the effective refractive index. Further, C 1 and C 2 represent photoelastic coefficients, and σ x −σ y represents a stress difference between the x-axis direction and the y-axis direction. In the case of quartz glass, C 2 −C 1 = 3.36 × 10 -5 . If tension acts in the x-axis direction and compressive force acts in the y-axis direction, x
The effective index of polarization is greater than the effective index of y polarization, so that B has a positive value. In stress-type polarization-maintaining optical fibers, the propagation speed of x-polarization is slower than that of y-polarization, so x
The axis is called the slow axis and the y axis is called the fast axis. A polarized wave having an electric field in the slow axis direction is called an s polarized wave, and a polarized wave having an electric field in the fast axis direction is called an f polarized wave.

【0017】次に、応力型の偏波保持光ファイバを用い
て作製したLPFGの光学特性について説明する。一般的な
シングルモード光ファイバ上にLPFGを作製した場合に
は、透過光には図3に示すような単峰型の損失ピークが
与えられる。しかし、偏波保持光ファイバ上にLPFGを作
製し無偏光を入射した場合には、入射する光の偏波によ
り実行屈折率が異なるため2つの損失ピークが与えられ
る。LPFGに光を入射した時の損失中心波長λpと実効屈
折率neの関係を(2)式に示す。
Next, the optical characteristics of the LPFG manufactured by using the stress type polarization maintaining optical fiber will be described. When the LPFG is manufactured on a general single mode optical fiber, the transmitted light has a single peak type loss peak as shown in FIG. However, when an LPFG is produced on a polarization maintaining optical fiber and non-polarized light is incident, two effective peaks are given because the effective refractive index differs depending on the polarization of the incident light. The relationship between the central loss wavelength λ p and the effective refractive index n e when light enters the LPFG is shown in equation (2).

【0018】[0018]

【数2】 [Equation 2]

【0019】(2)式において、Λは形成した屈折率変
化の周期を表し、ne1、nenは、導波モード、クラッド
モードの実効屈折率をそれぞれ表している。応力型偏波
保持光ファイバでは、導波モード及びクラッドモードの
実効屈折率が偏波によって異なるため、損失中心波長が
異なる。ここで、導波モード及びクラッドモードの偏波
による実効屈折率の差をB1、Bnとすると、s偏波とf
偏波の損失中心波長△λpは、(3)式で表すことがで
きる。
In the equation (2), Λ represents the cycle of the formed refractive index change, and n e1 and n en represent the effective refractive indexes of the waveguide mode and the cladding mode, respectively. In the stress-type polarization-maintaining optical fiber, since the effective refractive index of the guided mode and the cladding mode are different depending on the polarization, the loss center wavelength is different. Here, assuming that the difference between the effective refractive indices due to the polarization of the guided mode and the polarization of the cladding mode is B 1 and B n , the s polarization and the f
The polarization loss center wavelength Δλ p can be expressed by equation (3).

【0020】[0020]

【数3】 [Equation 3]

【0021】図4に、波長1.55μm帯域用PANDAファイバ
に作製したLPFGの損失特性の測定結果を示す。形成した
高屈折率部の周期は338μmで、110周期である。B1はB
nよりも大きいため、s偏波を入射したときの損失ピー
クは、f偏波を入射したときの損失ピークよりも長波長
側に現れている。このように、応力型偏波保持光ファイ
バ上にLPFGを作製した場合、s偏波を入射したときの損
失中心波長は、応力が働いていない場合に比べて長波長
側へシフトし、f偏波の損失中心波長は短波長側へシフ
トする。ここで、温度が上昇した場合には、残留応力は
小さくなる方向に変化するので、各偏波の損失中心波長
は互いに近づく方向にシフトする。すなわち、s偏波を
入射した際の損失中心波長は短波長側へ、f偏波を入射
した際の損失中心波長は長波長側へシフトすることにな
る。この例の光ファイバ型温度センサは、偏波に対する
損失特性が温度によって変化することを利用したもので
あり、偏波保持光ファイバ上に作製された長周期ファイ
バグレーティングに対してモニタ光を入射し、その透過
損失の変化を測定して温度変化を検知する。
FIG. 4 shows the measurement results of the loss characteristics of LPFG produced in the PANDA fiber for the wavelength band of 1.55 μm. The formed high refractive index portion has a period of 338 μm, which is 110 periods. B 1 is B
Since it is larger than n, the loss peak when the s polarization is incident appears on the longer wavelength side than the loss peak when the f polarization is incident. In this way, when the LPFG is fabricated on the stress-type polarization-maintaining optical fiber, the loss center wavelength when s-polarized light is incident shifts to the longer wavelength side as compared to the case where no stress is exerted, and f-polarized The loss center wavelength of the wave shifts to the short wavelength side. Here, when the temperature rises, the residual stress changes so as to decrease, so that the loss center wavelengths of the respective polarized waves shift toward each other. That is, the loss center wavelength when the s-polarized light is incident is shifted to the short wavelength side, and the loss center wavelength when the f-polarized light is incident is shifted to the long wavelength side. The optical fiber type temperature sensor in this example uses the fact that the loss characteristic for polarized waves changes with temperature, and the monitor light is incident on the long-period fiber grating fabricated on the polarization maintaining optical fiber. , Detects the change in temperature by measuring the change in the transmission loss.

【0022】一方、LPFGを標準シングルモードファイバ
(SMF)や分散シフトファイバ(DSF)上に作製し
た場合にも、温度変化により損失中心波長は変化する。
これは、光ファイバの材料自体の屈折率変化が主な原因
である。よって、応力型偏波保持光ファイバに作製した
LPFGでは、残留応力の温度依存性(以下「温度依存性
A」と略記する)と、光ファイバ材料自体の屈折率の温
度依存性(以下「温度依存性B」と略記する)の2つの
温度依存性により、損失中心波長が変化する。
On the other hand, when the LPFG is manufactured on the standard single mode fiber (SMF) or the dispersion shift fiber (DSF), the loss center wavelength changes due to the temperature change.
This is mainly due to the change in the refractive index of the material of the optical fiber itself. Therefore, we made a stress-type polarization-maintaining optical fiber.
In LPFG, there are two temperatures: the temperature dependence of the residual stress (abbreviated as “temperature dependence A” below) and the temperature dependence of the refractive index of the optical fiber material itself (hereinafter abbreviated as “temperature dependence B”). Due to the dependency, the central loss wavelength changes.

【0023】先に述べたように、温度依存性Aは入射す
る2つの偏波の損失中心波長に対し逆方向に作用する。
一方、温度依存性Bは偏波によらず同等に作用する。こ
のため、これら2つの変化は、一方の偏波に対しては足
し合わされる方向に、他方の偏波に対しては打ち消しあ
う方向に働くことになる。温度依存性Bは温度に対して
正の傾きを持つのが一般的であるため、通常はf偏波を
入射した際に2つの温度依存性は足し合わされる方向に
働く。このf偏波のように、2つの温度依存性が足し合
わされる方向に働く偏波では、通常の光ファイバ上にL
PFGを作製した場合に比べて損失中心波長の温度依存
性が大きく、より敏感な温度センサとして利用できる。
また、室温における残留応力を大きくすることにより、
温度による応力変化をさらに大きくすることが可能であ
る。
As described above, the temperature dependence A acts in the opposite direction with respect to the loss center wavelengths of the two incident polarized waves.
On the other hand, the temperature dependence B acts equally regardless of polarization. Therefore, these two changes act in a direction in which one polarized wave is added and in a direction in which they cancel each other out. Since the temperature dependence B generally has a positive slope with respect to temperature, the two temperature dependences normally work in a direction in which they are added when f-polarized light is incident. In the case of a polarized wave that works in a direction in which two temperature dependences are added like this f-polarized wave, L
The temperature dependence of the central loss wavelength is greater than that in the case of manufacturing a PFG, and it can be used as a more sensitive temperature sensor.
Also, by increasing the residual stress at room temperature,
It is possible to further increase the stress change due to temperature.

【0024】また、応力型偏波保持光ファイバでは、応
力付与部7の位置、大きさなどを変えることにより、コ
ア1及びコア1近傍の残留応力を変化させることができ
る。そのため、応力付与部7を拡大したり、応力付与部
7の位置をコア1に近づけることにより応力を大きくす
ることが可能である。また、応力付与部7の組成を変え
てクラッドガラスとの熱膨張係数差を大きくすることに
よっても、応力を大きくすることができる。このよう
に、応力付与部7の大きさを調整し、または応力付与部
7とコア1との間隔を調整することにより、長周期ファ
イバグレーティングの損失中心波長の温度依存性を調整
することができ、応力付与部の組成を変えてクラッドを
構成するガラスとの熱膨張係数差を調整することによっ
ても、長周期ファイバグレーティングの損失中心波長の
温度依存性を調整することができる。
In the stress-type polarization-maintaining optical fiber, the residual stress in the core 1 and the vicinity of the core 1 can be changed by changing the position and size of the stress applying portion 7. Therefore, it is possible to increase the stress by enlarging the stress applying portion 7 or bringing the position of the stress applying portion 7 closer to the core 1. The stress can also be increased by changing the composition of the stress applying portion 7 to increase the difference in coefficient of thermal expansion with the clad glass. As described above, the temperature dependence of the loss center wavelength of the long-period fiber grating can be adjusted by adjusting the size of the stress applying section 7 or adjusting the distance between the stress applying section 7 and the core 1. The temperature dependence of the loss center wavelength of the long-period fiber grating can also be adjusted by changing the composition of the stress-applying portion and adjusting the difference in the coefficient of thermal expansion from the glass forming the cladding.

【0025】なお、以上の説明においては、応力型偏波
保持光ファイバとしてPANDAファイバを用いた場合
について説明したが、使用できる応力型偏波保持光ファ
イバはこれに限定されるものではなく、Bow−Tieファイ
バや楕円ジャケットファイバなどを用いてもよい。これ
らの偏波保持光ファイバを用いて長周期ファイバグレー
ティングを作製することによっても、測定精度が高く測
定可能な温度域が広い光ファイバ型温度センサを得るこ
とができる。以下、具体例を示す。
In the above description, the case where a PANDA fiber is used as the stress-type polarization maintaining optical fiber has been described, but the stress-type polarization maintaining optical fiber that can be used is not limited to this, and Bow can be used. -Tie fiber or elliptical jacket fiber may be used. By manufacturing a long-period fiber grating using these polarization-maintaining optical fibers, an optical fiber type temperature sensor with high measurement accuracy and a wide measurable temperature range can be obtained. Specific examples will be shown below.

【0026】(実施例)波長1.55μm帯域用PANDA
ファイバを用いてLPFGを作製し、このLPFGの透
過損失特性の温度依存性を測定した結果を図5に示す。
測定温度は、−20℃、0℃、25℃、40℃、70℃
である。図5からわかるように、f偏波を入射した際に
は、低温から高温に移行するに伴って、損失中心波長が
長波長側へシフトし、s偏波を入射した際には、僅かに
短波長側にシフトしている。また、このLPFGの透過
損失特性の温度依存性を測定するために用いた測定系を
図6に示す。図6中、符号11は光源であり、この光源
11はシングルモード光ファイバ12の一端に接続され
ている。シングルモード光ファイバ12の他端は偏光子
13の入力端に接続され、偏光子13の出力端には偏波
保持光ファイバ14が接続されている。この偏波保持光
ファイバ14は、恒温槽16中に配置されたLPFG1
5の入力端に接続されている。このLPFG15の出力
端には、偏波保持光ファイバ14を介してスペクトルア
ナライザ(OSA)17が接続されている。
(Example) PANDA for wavelength 1.55 μm band
FIG. 5 shows the result of measuring the temperature dependence of the transmission loss characteristic of this LPFG, which was manufactured by using the fiber.
The measurement temperature is -20 ° C, 0 ° C, 25 ° C, 40 ° C, 70 ° C.
Is. As can be seen from FIG. 5, when the f-polarized wave is incident, the loss center wavelength shifts to the long wavelength side as the temperature shifts from the low temperature to the high temperature, and when the s-polarized wave is incident, the loss center wavelength slightly changes. It is shifted to the short wavelength side. FIG. 6 shows a measurement system used to measure the temperature dependence of the transmission loss characteristic of this LPFG. In FIG. 6, reference numeral 11 is a light source, and this light source 11 is connected to one end of a single mode optical fiber 12. The other end of the single mode optical fiber 12 is connected to the input end of the polarizer 13, and the polarization maintaining optical fiber 14 is connected to the output end of the polarizer 13. This polarization-maintaining optical fiber 14 is an LPFG 1 arranged in a thermostat 16.
5 is connected to the input terminal. A spectrum analyzer (OSA) 17 is connected to the output end of the LPFG 15 via a polarization maintaining optical fiber 14.

【0027】この測定系においては、光源11から送ら
れた光は偏光子13によって偏光分離され、f偏波のみ
が偏波保持光ファイバ14を伝搬してLPFG15に入
射される。ここでは、偏光子13とスペクトルアナライ
ザ17との間は全てPANDAファイバを用いている。
また、光源11から偏光子13までの間は通常のシング
ルモード光ファイバを使用しているが、PANDAファ
イバを使用してもよい。また、s偏波の温度依存性を測
定する際には、90°捻り融着を行った。各偏波を入射し
た際の損失中心波長の変化量を表1に示す。
In this measurement system, the light sent from the light source 11 is polarized and separated by the polarizer 13, and only the f-polarized wave propagates through the polarization-maintaining optical fiber 14 and enters the LPFG 15. Here, a PANDA fiber is used between the polarizer 13 and the spectrum analyzer 17.
Further, a normal single mode optical fiber is used between the light source 11 and the polarizer 13, but a PANDA fiber may be used. Further, when measuring the temperature dependence of the s-polarized wave, 90 ° twist fusion was performed. Table 1 shows the amount of change in the loss center wavelength when each polarized wave is incident.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】損失中心波長は温度変化に対し線形に変化
しており、f偏波を入射した際には温度変化に対して+
0.16nm/℃程度の大きな損失中心波長の変化量が得られ
ている。波長確度を0.02nmとした場合の温度誤差は±0.
13℃以内であり、FBGを用いた温度センサ以上の高い感
度が得られている。
The central loss wavelength changes linearly with temperature change, and when f-polarized light is incident, +
A large change amount of the loss center wavelength of about 0.16 nm / ° C is obtained. The temperature error is ± 0 when the wavelength accuracy is 0.02 nm.
It is within 13 ℃, and the sensitivity is higher than that of the temperature sensor using FBG.

【0030】先に述べたように、使用する偏波保持光フ
ァイバの応力付与部を近づけることによりLPFGの損
失特性の温度依存性を大きくすることができるため、こ
の方法を用いて、通常の1.55μm帯域用PANDAファ
イバよりも複屈折が大きい高複屈折PANDAファイバを作
製し、この高複屈折PANDAファイバ上にLPFGを形成
して、その損失特性の温度依存性を調べた。このPANDA
ファイバの複屈折は、−20〜70℃の温度範囲において−
6.5×10-7(1/℃)程度の温度に対する変化量をもつ。
このLPFGにf偏波を入射したときの損失特性の温度
依存性を表1に示す。
As described above, since the temperature dependence of the loss characteristic of the LPFG can be increased by bringing the stress-applying portion of the polarization-maintaining optical fiber to be used closer to each other, this method can be used to increase the temperature dependence to 1.55. A high birefringence PANDA fiber having a larger birefringence than the PANDA fiber for the μm band was produced, LPFG was formed on this high birefringence PANDA fiber, and the temperature dependence of its loss characteristics was investigated. This PANDA
The birefringence of the fiber is −20 to 70 ° C.
It has a change with temperature of about 6.5 × 10 -7 (1 / ° C).
Table 1 shows the temperature dependence of the loss characteristic when the f-polarized wave is incident on the LPFG.

【0031】図7、図8に、このようにして作製したL
PFGの透過損失特性とその損失中心波長の温度依存性
を示す。形成した高屈折率部の周期は354μmである。
損失中心波長は温度に対して+0.22nm/℃程度であり、
温度変化に対してより大きな変化量を持っている。温度
誤差は、波長確度が0.02nmの場合で±0.09℃、波長確度
が0.05nmの場合でも温度誤差は±0.23℃であり、FBG
を用いた温度センサ以上の高い感度が得られている。こ
のように、複屈折の変化量が−6.5×10-7(1/℃)以下
であれば、温度変化に対してFBGを用いた温度センサ
以上の高い感度が得られる。
In FIG. 7 and FIG. 8, L produced in this way is shown.
The transmission loss characteristic of PFG and the temperature dependence of the loss center wavelength are shown. The formed high refractive index portion has a period of 354 μm.
The central loss wavelength is about +0.22 nm / ° C with respect to temperature,
It has a larger change amount with respect to temperature change. The temperature error is ± 0.09 ℃ when the wavelength accuracy is 0.02nm, and the temperature error is ± 0.23 ℃ even when the wavelength accuracy is 0.05nm.
Higher sensitivity than the temperature sensor using is obtained. In this way, if the amount of change in birefringence is −6.5 × 10 −7 (1 / ° C.) or less, a higher sensitivity than a temperature sensor using an FBG can be obtained with respect to temperature change.

【0032】この例の光ファイバ型温度センサによる
と、コア1に非軸対称の応力を印加するための応力付与
部7を有する偏波保持光ファイバの長手方向に対して周
期的な高屈折率部3を設けて長周期ファイバグレーティ
ングを形成し、この長周期ファイバグレーティングの損
失特性の温度に対する変化を検知して、温度変化を検知
することにより、温度に対して敏感にかつ広い温度範囲
で損失特性が変化する偏波を用いて温度変化を検知する
ことができるため、高精度かつ広い温度範囲で温度変化
を検知することができる。また、応力付与部7の大きさ
を調整し、または応力付与部7とコア1との間隔を調整
することにより、長周期ファイバグレーティングの損失
特性の温度依存性を調整して、温度検知感度を調整する
ことができる。このような温度検知感度の調整は、応力
付与部7の組成を変えてクラッド2を構成するガラスと
の熱膨張係数差を調整することによっても可能である。
According to the optical fiber type temperature sensor of this example, the high refractive index which is periodic in the longitudinal direction of the polarization maintaining optical fiber having the stress applying portion 7 for applying the stress which is not axisymmetric to the core 1. By providing the portion 3 to form a long-period fiber grating, and detecting a change in the loss characteristic of this long-period fiber grating with respect to temperature, and detecting the temperature change, the loss is sensitive to temperature and loss in a wide temperature range. Since the temperature change can be detected using the polarized wave whose characteristics change, the temperature change can be detected with high accuracy and in a wide temperature range. Further, by adjusting the size of the stress applying portion 7 or adjusting the distance between the stress applying portion 7 and the core 1, the temperature dependency of the loss characteristic of the long-period fiber grating is adjusted to improve the temperature detection sensitivity. Can be adjusted. Such adjustment of the temperature detection sensitivity can also be performed by changing the composition of the stress applying portion 7 and adjusting the difference in the coefficient of thermal expansion from the glass forming the cladding 2.

【0033】また、偏波保持光ファイバの複屈折の温度
に対する変化量を−6.5×10-7(1/℃)以下とすること
により、より高感度の光ファイバ型温度センサを実現す
ることができる。さらに、f偏波のみを長周期ファイバ
グレーティングに入射して温度変化を検知することによ
り、残留応力の温度依存性と、光ファイバ材料自体の屈
折率の温度依存性が足し合わされて、温度変化による損
失特性の変化が敏感になるため、より感度の高い光ファ
イバ型温度センサを実現することができる。
Further, by setting the amount of change in birefringence of the polarization-maintaining optical fiber with respect to temperature to be −6.5 × 10 −7 (1 / ° C.) or less, an optical fiber type temperature sensor with higher sensitivity can be realized. it can. Further, by detecting the temperature change by injecting only the f-polarized wave into the long-period fiber grating, the temperature dependence of the residual stress and the temperature dependence of the refractive index of the optical fiber material itself are added, and the temperature change Since the change in the loss characteristic becomes sensitive, it is possible to realize a more sensitive optical fiber type temperature sensor.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
コアに非軸対称の応力を印加するための応力付与部を有
する偏波保持光ファイバの長手方向に対して周期的な高
屈折率部を設けて長周期ファイバグレーティングを形成
し、この長周期ファイバグレーティングの損失特性の温
度に対する変化を検知して、温度変化を検知することに
より、温度に対して敏感にかつ広い温度範囲で損失特性
が変化する偏波を用いて温度変化を検知することができ
るため、高精度かつ広い温度範囲で温度変化を検知する
ことができる。また、応力付与部の大きさを調整し、ま
たは応力付与部とコアとの間隔を調整することにより、
長周期ファイバグレーティングの損失特性の温度依存性
を調整して、温度検知感度を調整することができる。こ
のような温度検知感度の調整は、応力付与部の組成を変
えてクラッドを構成するガラスとの熱膨張係数差を調整
することによっても可能である。
As described above, according to the present invention,
A long-period fiber grating is formed by providing a high-refractive-index portion that is periodic in the longitudinal direction of a polarization-maintaining optical fiber having a stress-applying portion for applying a non-axisymmetric stress to a core. By detecting the change in the loss characteristic of the grating with respect to temperature and detecting the change in temperature, it is possible to detect the change in temperature using polarization that is sensitive to temperature and changes the loss characteristic in a wide temperature range. Therefore, it is possible to detect a temperature change with high accuracy and in a wide temperature range. Also, by adjusting the size of the stress applying portion, or by adjusting the spacing between the stress applying portion and the core,
The temperature detection sensitivity can be adjusted by adjusting the temperature dependence of the loss characteristic of the long-period fiber grating. Such adjustment of the temperature detection sensitivity can also be performed by changing the composition of the stress applying portion and adjusting the difference in the coefficient of thermal expansion from the glass forming the cladding.

【0035】また、偏波保持光ファイバの複屈折の温度
に対する変化量を−6.5×10-7(1/℃)以下とすること
により、より高感度の光ファイバ型温度センサを実現す
ることができる。さらに、f偏波のみを長周期ファイバ
グレーティングに入射して温度変化を検知することによ
り、残留応力の温度依存性と、光ファイバ材料自体の屈
折率の温度依存性が足し合わされて、温度変化による損
失特性の変化が敏感になるため、より感度の高い光ファ
イバ型温度センサを実現することができる。
Further, by setting the amount of change in birefringence of the polarization-maintaining optical fiber with respect to temperature to be −6.5 × 10 −7 (1 / ° C.) or less, it is possible to realize a more sensitive optical fiber type temperature sensor. it can. Further, by detecting the temperature change by injecting only the f-polarized wave into the long-period fiber grating, the temperature dependence of the residual stress and the temperature dependence of the refractive index of the optical fiber material itself are added, and the temperature change Since the change in the loss characteristic becomes sensitive, it is possible to realize a more sensitive optical fiber type temperature sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光ファイバ型温度センサとして用いら
れる長周期ファイバグレーティングの側断面を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a side section of a long-period fiber grating used as an optical fiber type temperature sensor of the present invention.

【図2】本発明の光ファイバ型温度センサとして用いら
れる長周期ファイバグレーティングに使用される偏波保
持光ファイバの長手方向に対する断面の一例を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross section in the longitudinal direction of a polarization maintaining optical fiber used in a long period fiber grating used as an optical fiber type temperature sensor of the present invention.

【図3】通常のシングルモード光ファイバを用いて長周
期ファイバグレーティングを作製したときの損失スペク
トルを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a loss spectrum when a long-period fiber grating is manufactured using a normal single-mode optical fiber.

【図4】偏波保持光ファイバを用いて長周期ファイバグ
レーティングを作製したときの、s偏波、f偏波の損失
スペクトルを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing loss spectra of s-polarized light and f-polarized light when a long-period fiber grating is manufactured using a polarization-maintaining optical fiber.

【図5】本発明の光ファイバ型温度センサの損失特性の
温度依存性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing temperature dependence of loss characteristics of the optical fiber type temperature sensor of the present invention.

【図6】本発明の光ファイバ型温度センサの特性評価の
ための測定系を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a measurement system for evaluating the characteristics of the optical fiber type temperature sensor of the present invention.

【図7】複屈折が−20〜70℃の温度範囲において−6.5
×10-7(1/℃)程度の変化量を持つ高複屈折PAND
Aファイバを用いて長周期ファイバグレーティングを作
製したときの損失特性の温度依存性を示す図である。
[Fig. 7] Birefringence is -6.5 in the temperature range of -20 to 70 ° C.
High birefringence PAND with a variation of about 10 -7 (1 / ° C)
It is a figure which shows the temperature dependence of the loss characteristic at the time of producing a long period fiber grating using A fiber.

【図8】本発明の光ファイバ型温度センサの損失中心波
長の温度依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of the loss center wavelength of the optical fiber type temperature sensor of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…コア、2…クラッド、3…高屈折率部、4…グレー
ティング部、5…導波モード光、6…前進クラッドモー
ド光、7…応力付与部。
1 ... Core, 2 ... Clad, 3 ... High refractive index part, 4 ... Grating part, 5 ... Guided mode light, 6 ... Forward clad mode light, 7 ... Stress applying part.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F056 VF02 VF03 VF09 VF10 VF16 VF20 2H050 AC09 AC44 AC82 AD06    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2F056 VF02 VF03 VF09 VF10 VF16                       VF20                 2H050 AC09 AC44 AC82 AD06

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コアに非軸対称の応力を印加するための
応力付与部を有する偏波保持光ファイバの長手方向に対
して周期的な高屈折率部を設けて長周期光ファイバグレ
ーティングを形成し、この長周期ファイバグレーティン
グの損失特性の温度に対する変化を検知して、温度変化
を検知することを特徴とする光ファイバ型温度センサ。
1. A long-period optical fiber grating is formed by providing a high-refractive-index portion that is periodic in the longitudinal direction of a polarization-maintaining optical fiber that has a stress-applying portion for applying non-axisymmetric stress to a core. An optical fiber type temperature sensor characterized by detecting a change in the loss characteristic of this long-period fiber grating with respect to temperature and detecting the temperature change.
【請求項2】 前記応力付与部の大きさを調整し、また
は前記応力付与部と前記コアとの間隔を調整することに
より、前記長周期ファイバグレーティングの損失特性の
温度依存性を調整することを特徴とする請求項1記載の
光ファイバ型温度センサ。
2. The temperature dependence of the loss characteristics of the long-period fiber grating is adjusted by adjusting the size of the stress applying section or adjusting the distance between the stress applying section and the core. The optical fiber type temperature sensor according to claim 1.
【請求項3】 前記応力付与部の組成を変えてクラッド
を構成するガラスとの熱膨張係数差を調整することによ
り、前記長周期ファイバグレーティングの損失特性の温
度依存性を調整することを特徴とする請求項1記載の光
ファイバ型温度センサ。
3. The temperature dependence of the loss characteristic of the long-period fiber grating is adjusted by changing the composition of the stress-applying portion and adjusting the difference in the coefficient of thermal expansion with the glass forming the cladding. The optical fiber type temperature sensor according to claim 1.
【請求項4】 前記偏波保持光ファイバの複屈折の温度
に対する変化量が−6.5×10-7(1/℃)以下であること
を特徴とする請求項1、2又は3記載の光ファイバ型温
度センサ。
4. The optical fiber according to claim 1, wherein the change amount of birefringence of the polarization-maintaining optical fiber with respect to temperature is −6.5 × 10 −7 (1 / ° C.) or less. Mold temperature sensor.
【請求項5】 前記偏波保持光ファイバはPANDAフ
ァイバであることを特徴とする請求項1、2、3又は4
記載の光ファイバ型温度センサ。
5. The polarization maintaining optical fiber is a PANDA fiber.
The optical fiber type temperature sensor described.
【請求項6】 2つの偏波のうち伝搬速度が大きいfast
軸方向に電界をもつ偏波であるf偏波のみを前記長周期
ファイバグレーティングに入射して温度変化を検知する
ことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の光
ファイバ型温度センサ。
6. The fast having the highest propagation speed of the two polarized waves
6. The optical fiber type according to claim 1, wherein only the f-polarized wave which is a polarized wave having an electric field in the axial direction is incident on the long-period fiber grating to detect a temperature change. Temperature sensor.
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