JP2005148180A - Optical power monitor, method of manufacturing same and analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光ファイバを伝送する光のパワーをモニタするための光パワーモニタ、その製造方法およびこれを使用したおよび分析装置に関する。 The present invention relates to an optical power monitor for monitoring the power of light transmitted through an optical fiber, a method for manufacturing the same, and an analyzer using the same.
インターネット等の通信網の発展に伴って、光ファイバを使用した比較的大容量のデータ通信が活発に行われるようになっている。光ファイバを使用した通信網では、光ファイバ中を伝送する光が伝送距離とともに減衰していく。そこで中継装置等ではそのパワーを検出して信号レベルの調整を行う必要がある。 With the development of communication networks such as the Internet, relatively large-capacity data communication using optical fibers has been actively performed. In a communication network using an optical fiber, light transmitted through the optical fiber is attenuated with a transmission distance. Therefore, it is necessary for the relay device or the like to detect the power and adjust the signal level.
従来から、幾つかの種類の光パワーモニタが提案されている。このうちの第1の提案は、コリメータレンズとフィルタを使用したものである(たとえば特許文献1参照)。 Conventionally, several types of optical power monitors have been proposed. Among these, the 1st proposal uses a collimator lens and a filter (for example, refer patent document 1).
図15は、この第1の提案による光パワーモニタの構成の概要を表わしたものである。光パワーをモニタするための光を入射する第1の光ファイバ101の端部には、第1のコリメータレンズ102が配置されており、ここから平行光103が出射されるようになっている。この平行光103は、入射光の一部を透過して残りを反射する薄膜の光学フィルタ104に入射し、その大部分がフィルタ表面で反射される。反射光105は第2のコリメータレンズ106に入射して第2の光ファイバ107と光学的に結合する。光学フィルタ104を透過した光108はフォトダイオード等の受光素子109に入射して光パワーがモニタされる。
FIG. 15 shows an outline of the configuration of the optical power monitor according to the first proposal. A
図16は、第2の提案として、光ファイバのコアの一部を剥き出しにして、ここから漏れる光をモニタ光として受光する光パワーモニタの概要を表わしたものである。この第2の提案では、光ファイバ111の周辺部に存在するクラッド112と中心部に存在するコア113のわずかな表面部分を局部的に剥ぎ取って、この剥ぎ取った部分から漏れ出る消衰波(evanescent波)114を受光素子115に直接導くようにしている。
FIG. 16 shows an outline of an optical power monitor as a second proposal in which a part of the core of the optical fiber is exposed and light leaking from the core is received as monitor light. In the second proposal, an extinction wave leaking from the stripped portion of the
図17は、導波路にフィルタを挿入して光信号をモニタする第3の提案(たとえば特許文献2参照。)を示したものである。この第3の提案では、入力側の光ファイバ121と出力側の光ファイバ122とを両端に接続したシリコン基板123に1本の導波路124を形成し、これを途中で切断するような形で溝を切っている。この溝に、薄膜フィルタ等の光学フィルタ125を挿入している。光学フィルタ125は、入射光を一部反射し残りを透過する特性を有している。この光学フィルタ125によって光が反射する方向にも導波路126が形成されており、反射光がシリコン基板123の側部に配置された受光素子127で受光されるようになっている。このように導波路124、126を使用する他に、固定した光ファイバあるいはファイバアレイの途中を直接切断して薄膜フィルタ等の光学フィルタを挿入する手法も存在する。
FIG. 17 shows a third proposal (see, for example, Patent Document 2) for monitoring an optical signal by inserting a filter into a waveguide. In the third proposal, a
このうち図15に示した第1の提案による光パワーモニタの場合には、受光素子109以外に、2つのコリメータレンズ102、106と光学フィルタ104を必要とする。したがって、装置の部品点数が多くなる。また、第1および第2のコリメータレンズ102、106の光学フィルタ104に対する入射角および反射角を高精度に設定し、また、これらの部品の位置関係を正確に保持しておく必要がある。このため、光パワーモニタとしての装置のサイズを小型化することが困難であるという問題があると共に、サブミクロンオーダのアライメントが必要となり、製造コストを下げるのが困難である。更にこの第1の提案では、第1の光ファイバ101から一度、光が外部にすべて取り出され、その一部が光学フィルタ104を通過し、残りが再び第2のコリメータレンズ106を介して第2の光ファイバ107に戻される構成となっている。このため、主信号が光学フィルタ104を通過してしまい、第2の光ファイバ107に戻されないという不確定さを皆無にすることができない。すなわち、主信号が確実に目的の場所まで伝送されるという信号伝達の信頼性に懸念が生じる。更に、光学フィルタ104を通過する光と反射する光の分岐比ごとに光学フィルタ104を用意しなければならないという問題もある。
Among these, in the case of the optical power monitor according to the first proposal shown in FIG. 15, two
これに対して図16に示した第2の提案では、第1の提案と比べるとコリメータレンズ102、106が不要である。また、光ファイバ111の一部分を剥ぎ取った部分に近接して受光素子115を配置することで、集光用のレンズを省略することができる。このため、図15に示した第1の提案と較べると、部品点数を大幅に削減することができる。しかしながら、光パワーモニタとしての均一の特性の製品を得ようとすると、クラッド112とコア113の一部を剥ぎ取る加工に精度と手間を必要とする。すなわち、実際に光ファイバ111に受光素子115を取り付けた状態で光の受光状態をチェックしながら、サブミクロンオーダでファイバ自体を少しずつ削り取る作業を繰り返すことによって所望の漏れ光を検出できるよう調整する必要がある。研磨が少ない場合には光がほとんど漏れ出さず、コアを少しでも余計に研磨すると、ほとんどの光が漏れ出してしまう。このため、調整の難しさから製品の歩留まりが悪く、かつ作業に時間を要するので、光パワーモニタ自体の製造コストを低減することができない。また、光ファイバ111の一部を切除するので、この部分で機械的な強度を保ちにくく、衝撃に強い製品を製造しにくいという問題がある。更に剥ぎ取った部分から漏れ出す光は拡散するので、これを受光する受光素子115として大きな受光径のものが必要となり、これに従って暗電流が大きくなる。したがって、モニタ出力としての十分なダイナミックレンジ(Dynamic Range)をとることができない。
On the other hand, the second proposal shown in FIG. 16 does not require the
図17に示した最後の第3の提案では、ファイバアレイ同士の接続損が大きくなり、低分岐比で低損失のパワーモニタを実現することができない。また、光ファイバを直接切断して光学フィルタを挿入する手法を採用する場合、同時に加工する光ファイバの本数が少なく多チャネルに対応していない場合には、1本の光ファイバ当たりの製造単価が高くなるという問題がある。この一方で、チャネルが増加してファイバアレイを構成する光ファイバの本数が増えれば増えるほど、ミスアライメントによる挿入損失のばらつきが増加してしまう。また、この第3の提案でも、光の分岐比ごとに光学フィルタを用意する必要がある。 In the last third proposal shown in FIG. 17, the connection loss between the fiber arrays becomes large, and a low loss power monitor with a low branching ratio cannot be realized. In addition, when adopting a method of directly cutting an optical fiber and inserting an optical filter, if the number of optical fibers to be processed at the same time is small and the multi-channel is not supported, the manufacturing unit price per optical fiber is There is a problem of becoming higher. On the other hand, the variation in insertion loss due to misalignment increases as the number of optical fibers constituting the fiber array increases as the number of channels increases. Also in this third proposal, it is necessary to prepare an optical filter for each light branching ratio.
以上の提案の他に、光ファイバを曲げ、この部分から漏れ出す光信号を集光する第4の提案も行われている。しかしながら、光ファイバはコアから漏れ出す光の割合が本来的に少なくなるようにコアおよびクラッドの設計を行っている。このため、光ファイバを曲げ、その部分に集光用のレンズを配置して漏れ光を集光してもモニタに必要な光量を確保することは難しい。 In addition to the above proposals, a fourth proposal for bending an optical fiber and condensing an optical signal leaking from this portion has also been made. However, the optical fiber is designed for the core and the clad so that the proportion of light leaking from the core is essentially reduced. For this reason, it is difficult to secure the amount of light necessary for the monitor even if the optical fiber is bent and a condensing lens is arranged at that portion to collect the leaked light.
そこで本発明の目的は、部品点数が少なく、製造も比較的容易な光パワーモニタ、その製造方法およびこれを使用した分析装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical power monitor having a small number of parts and relatively easy to manufacture, a method for manufacturing the same, and an analyzer using the same.
請求項1記載の発明では、(イ)光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、(ロ)この軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子とを光パワーモニタに具備させる。 According to the first aspect of the present invention, (a) an off-axis fused fiber obtained by fusing light-transmitting cores in an off-axis state, and (b) a fiber as leakage light from the fusion position of the off-axis fused fiber. The optical power monitor is provided with a light-receiving element for monitoring that receives light emitted outside.
すなわち請求項1記載の発明では、光ファイバのコア同士を軸ずれ状態で融着し、この融着部分からクラッドを介して光ファイバの外に漏れ出す光を受光素子で受光して光ファイバのコアを伝搬する光パワーをモニタすることにしている。光ファイバ同士を接続する際にコア同士の軸ずれを防止するのが通常であるが、軸ずれを生じさせるというこれと反する手法を採用し、これによって生じた漏れ光を受光素子で受光するという逆転の発想で、光パワーのモニタを実現している。 That is, in the first aspect of the present invention, the cores of the optical fibers are fused in an off-axis state, and light leaking out of the optical fiber from the fused portion through the clad is received by the light receiving element. The optical power propagating through the core is monitored. When connecting optical fibers, it is normal to prevent misalignment between the cores, but a method opposite to this is used to cause misalignment, and the light receiving element receives the leaked light. With the idea of reversal, optical power monitoring is realized.
請求項2記載の発明では、(イ)光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、(ロ)所定の曲線形状を有し、軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、(ハ)軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子とを光パワーモニタに具備させる。
In the invention described in
すなわち請求項2記載の発明では、光ファイバのコア同士を軸ずれ状態で融着し、この融着部分からクラッドを介して光ファイバの外に漏れ出す光を受光素子で受光して光ファイバのコアを伝搬する光パワーをモニタすることにしている。請求項2記載の発明では融着部分とその周辺を曲げた状態で保持することによって漏れ光を増大させると共にその採取を容易にしている。
That is, in the invention described in
請求項3記載の発明では、融着ファイバの融着位置と受光素子の間に集光用のレンズを配置することで、受光素子の口径が小さいような場合でも漏れ光を効率的に受光させるようにしている。 In the invention according to claim 3, by disposing a condensing lens between the fused position of the fused fiber and the light receiving element, even when the aperture of the light receiving element is small, leaked light is efficiently received. I am doing so.
請求項4記載の発明では、受光素子とレンズの間に波長選択用のフィルタを配置することで、選択された波長範囲における光パワーのモニタを可能にしている。 According to the fourth aspect of the present invention, the optical power in the selected wavelength range can be monitored by disposing a wavelength selection filter between the light receiving element and the lens.
請求項5記載の発明では、集光用のレンズを、接着剤を軸ずれ融着ファイバの表面に所定量垂らすことで形成するようにしている。集光用のレンズは通常のガラスを加工したものであってもよいが、微小なサイズのレンズであれば、接着剤によって簡易に且つ安価に製作することができる。 In the invention described in claim 5, the condensing lens is formed by hanging a predetermined amount of adhesive on the surface of the off-axis fused fiber. The condensing lens may be obtained by processing ordinary glass. However, if the lens has a small size, it can be easily and inexpensively manufactured with an adhesive.
請求項6記載の発明では、レンズを使用せずに受光素子の受光面をファイバ表面に対向配置させてもよいことを示している。この際に受光面とファイバ表面の間に、軸ずれ融着ファイバのクラッドよりも屈折率の高い物質を充填することで、漏れ光を受光面に効率的に集めることができる。 In the invention of claim 6, it is indicated that the light receiving surface of the light receiving element may be disposed opposite to the fiber surface without using a lens. At this time, by filling a material having a refractive index higher than that of the clad of the off-axis fused fiber between the light receiving surface and the fiber surface, leaked light can be efficiently collected on the light receiving surface.
請求項7記載の発明では、軸ずれ融着ファイバにガラス板を対向配置させ、ファイバ表面とガラス板の間に軸ずれ融着ファイバのクラッドよりも屈折率の高い物質を充填しておくことで、ガラス板を介して受光素子に効率的に漏れ光を採取できるようにしている。ガラス板と受光素子の間に必要に応じてレンズを配置することは自由である。 In the invention of claim 7, a glass plate is disposed opposite to the off-axis fused fiber, and a glass having a higher refractive index than that of the clad of the off-axis fused fiber is filled between the fiber surface and the glass plate. Leakage light can be efficiently collected on the light receiving element via the plate. It is free to arrange a lens between the glass plate and the light receiving element as necessary.
請求項8記載の発明では、光ファイバが双方向に光を伝搬できるので、双方向に伝搬する光をそれぞれモニタするときには、融着位置を中心としてそれぞれ対称位置に受光素子および集光用のレンズを配置できることを示している。 In the invention described in claim 8, since the optical fiber can propagate light in both directions, when monitoring the light propagating in both directions, the light receiving element and the condensing lens are symmetrically positioned around the fusion position. It can be arranged.
請求項9記載の発明では、(イ)2本の光ファイバの端部のコア同士をずらした状態で放電加熱によってこれら2本の光ファイバの端部を溶融させ融着する第1のステップと、(ロ)この第1のステップで融着した光ファイバの融着部分の周囲を曲げて固定する第2のステップと、(ハ)この第2のステップで曲げた光ファイバの融着部分近傍で融着部分から漏れ光としてファイバの外に出射した光が進行する所定の部位に接着剤を固化させてレンズとする第3のステップと、(ニ)レンズの集光位置にモニタ用の受光素子を配置する第4のステップとを光パワーモニタの製造方法に具備させる。 In the invention according to claim 9, (a) a first step of melting and fusing the ends of the two optical fibers by discharge heating in a state where the cores at the ends of the two optical fibers are shifted from each other; (B) a second step of bending and fixing the periphery of the fused portion of the optical fiber fused in the first step; and (c) the vicinity of the fused portion of the optical fiber bent in the second step. In step (3), a lens is formed by solidifying an adhesive at a predetermined part where light emitted from the fiber as leakage light from the fused portion travels, and (d) light reception for monitoring at the condensing position of the lens. And a fourth step of arranging the elements in the optical power monitor manufacturing method.
すなわち請求項9記載の発明では、第1のステップで2本の光ファイバの端部のコア同士をずらした状態で放電加熱によってこれら2本の光ファイバの端部を溶融させ融着し、第2のステップでは融着部分の周囲を曲げて固定することで漏れ光が放出されやすくしている。そして、第3のステップで漏れ光が進行する位置に接着剤でレンズを作り、第4のステップではレンズの集光位置に受光素子を配置する。このように簡易な工程で、光ファイバを伝搬する光パワーのモニタを製造することができる。
That is, in the invention according to claim 9, in the first step, the ends of the two optical fibers are melted and fused by discharge heating in a state where the cores of the ends of the two optical fibers are shifted from each other. In
請求項10記載の発明では、(イ)光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、(ロ)所定の曲線形状を有し、軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、(ハ)融着ファイバの融着位置近傍の表面部分に配置された試料配置領域と、(ニ)融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射し試料配置領域を透過した光を入射するレンズと、(ホ)このレンズの集光位置に配置されたモニタ用の受光素子と、(へ)この受光素子の受光出力を用いて試料の分析を行う分析手段とを分析装置に具備させる。 In the invention described in claim 10, (a) an off-axis fused fiber in which the cores through which light propagates are fused in an off-axis state, and (b) a predetermined off-axis fused fiber, By arranging along the curved shape, the fused position holding member that holds the fused position of the fused fiber and its periphery in a bent state, and (c) placed on the surface portion near the fused position of the fused fiber And (d) a lens that enters light that has exited from the fiber as leakage light and transmitted through the sample arrangement area, and (e) a monitor that is disposed at the condensing position of the lens. And an analysis means for analyzing the sample using the light receiving output of the light receiving element.
すなわち請求項10記載の発明では、光パワーのモニタの出力を分析手段で分析することで、試料配置領域に配置された試料を分析することができる。これにより、安価で小型の分析装置を製造することができる。 That is, in the invention described in claim 10, the sample placed in the sample placement region can be analyzed by analyzing the output of the optical power monitor by the analyzing means. Thereby, an inexpensive and small-sized analyzer can be manufactured.
以上説明したように本発明によれば、光ファイバの接続箇所でコアをずらして融着するという簡単な手法で融着部分から漏れ光を放出させ、光学レンズを用いて光パワーをモニタすることにしたので、非常に安価かつ小型の光パワーモニタを製造することができ、これを使用した分析装置も小型化とコストダウンを図ることができる。また、融着部分とその周囲を曲げた状態に置くことで漏れ光の受光量を増加させ、S/N比を良好にすることができる。更に、軸ずれ量を調整するだけで漏れ光の量を調整することができるので、任意の分岐比をとるための特別の部品を必要としない。更に集光用のレンズを接着剤で作成するようにすれば、安価となるばかりでなく製造工程も簡易化しレンズの発注や在庫管理も不要となる。更に本発明では主信号だけが分岐してモニタ光となることがない。したがって、モニタ光の検出を高い信頼性で行うことができる。また、光パワーモニタ自体が非常に小型化できるので、受光素子も小型のものを使用することができ、受光の許容度が大きくなり、光パワーモニタの製造の際の歩留まりも向上する。 As described above, according to the present invention, leakage light is emitted from the fused portion by a simple technique of fusing the core at the connection location of the optical fiber, and the optical power is monitored using the optical lens. Therefore, a very inexpensive and small optical power monitor can be manufactured, and an analysis apparatus using this can be reduced in size and cost. Further, by placing the fused portion and the periphery thereof in a bent state, the amount of light leakage can be increased and the S / N ratio can be improved. Furthermore, since the amount of leaked light can be adjusted only by adjusting the amount of axial deviation, no special parts for taking an arbitrary branching ratio are required. Further, if the condensing lens is made of an adhesive, not only will the cost be reduced, but the manufacturing process will be simplified, and no lens ordering or inventory management will be required. Furthermore, in the present invention, only the main signal does not branch and become monitor light. Therefore, the monitor light can be detected with high reliability. Further, since the optical power monitor itself can be made very small, a light receiving element can be used in a small size, the light receiving tolerance is increased, and the yield in manufacturing the optical power monitor is improved.
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
図1は本発明の第1の実施例における光パワーモニタの断面構造を表わしたものである。この光パワーモニタ201は、直方体状あるいは円筒状のケース202の底部に、中央が凸型に上方に所定の曲げ半径で隆起したプラスチック製の台座203を嵌め込んでいる。また、図の左右の側壁部202A、202Bには、UV(ultra violet)被覆のシングルモード光ファイバ(Single-Mode Fiber:以下、単に光ファイバと称する。)204、205が、それらの融着位置206をケース202内部中央に配置させるように挿通されている。光ファイバ204、205の融着位置206およびその近傍はUV被覆を取り除いたベア光ファイバ204A、205Aとなっており、台座203の曲げ半径に沿って湾曲した状態で固定されている。融着位置206のすぐそばのベア光ファイバ205Aには、透明な接着剤を所定量滴下して得られたレンズ207が付着している。また、このレンズ207と側壁部202Bの間にはフォトダイオードからなる受光素子208が固定されている。融着位置206から漏れ出した光は、レンズ207によって集光され、受光素子208に入射して光電変換されることになる。側壁部202Bからは受光素子208のリード線211、212が引き出されている。これらのリード線211、212からは、光ファイバ204、205を伝播する光パワーのモニタ結果が出力される。
FIG. 1 shows a sectional structure of an optical power monitor in the first embodiment of the present invention. In the
本実施例では、ケースの側壁部202A、202Bから光ファイバ204、205の融着位置206までの距離がそれぞれ5mm(ミリメートル)ほどである。レンズ207は直径が1mmか、これよりもわずかに小さな球であり、本実施例では接着剤をベア光ファイバ205Aに直接垂らすことで形成している。受光素子208は受光面積が直径0.3mmの素子である。台座203における融着位置206の周囲の曲げ半径は、30mm〜15mmとした。
In this embodiment, the distances from the side wall portions 202A and 202B of the case to the fusion positions 206 of the
図2は、融着位置の周辺を拡大して示したものである。2本のベア光ファイバ204A、205Aは、融着位置206において、これらのコア204C、205Cの軸をずらした状態で、気中放電の発生熱によって光ファイバ面同士を溶かして接続する。ベア光ファイバ204A、205Aの軸をギャップΔGだけずらした状態で融着を行うと、コア204C、205Cの端面同士は引き合うように溶けて変形し、この部分が傾斜連結部分221となる。本実施例と異なり、ギャップΔGを意図的に発生させないでコア204C、205Cの融着を行った場合には、これらのコア204C、205C同士がサブミクロンオーダでアライメントされ、接続損は発生しない。
FIG. 2 is an enlarged view of the periphery of the fusion position. The two bare
ところが、本実施例のように両コア204C、205Cの中心軸を2.5μm(ミクロン)程度ずらしてそのギャップΔGにより傾斜連結部分221を形成させると、この部分で光の進路が急激に変わるので、接続損失が発生し、ギャップΔGに応じた漏れ光222が発生する。漏れ光222の量は、一般的にはギャップΔGの二乗に比例する。ギャップΔGは、2本のベア光ファイバ204A、205Aをそれぞれ図示しないV溝等の固定手段で固定してこれらの端面を対向配置する際に、これらのV溝のずれ量を調整することで、簡単に調整することができる。漏れ光222はクラッド205D中に広がり、ベア光ファイバ205Aの外に放出される。
However, if the inclined connecting
なお、この図ではコア204Cからコア205Cに光が伝搬しているときを示している。これとは逆にコア205Cからコア204C方向に光が伝搬した場合にもベア光ファイバ204Aの上部に受光素子を配置しておけば、コア204Cからコア205Cに光が伝搬する図1の受光素子208の配置構成と同一の効率で、モニタ光を検出することができる。ただし、コア204Cからコア205Cに光が伝搬しているときの図1に示した受光素子208の配置構成の場合の方が受光感度の偏波依存性が良好となる。
In this figure, light is propagated from the core 204C to the
図3は、ベア光ファイバから漏れ出す光とレンズの関係を示したものである。2本のベア光ファイバ204A、205Aは、台座203の曲線に沿って湾曲した状態となっている。このため、ベア光ファイバ204A、205Aの傾斜連結部分221から出た漏れ光222は、その傍のベア光ファイバ205Aに滴下されて球形に固化した透明なレンズ207に入射する。これにより、拡散しようとしていた漏れ光222は収束光として図1に示した受光素子208に入射することになる。なお、図1に示した受光素子208はその前面に集光用のレンズ207を配置した構成となっているが、レンズ207を省略し、単にフォトダイオードのみを配置した受光素子であってもよい。
FIG. 3 shows the relationship between the light leaking from the bare optical fiber and the lens. The two bare
図4は、本実施例の光パワーモニタの製造方法の概要を表わしたものである。まず、所定長の2本の光ファイバ204、205を用意し、それぞれの一端を、図示しない光ファイバ融着接続機に接続して、これらの端部を放電融着によって接続する(ステップS301)。光ファイバ融着接続機は各種のものが市販されているが、本実施例の光パワーモニタを製造するためには、すでに説明したように光ファイバ204、205のそれぞれの位置を固定する図示しないV溝の位置を、漏れ光の量に応じて微妙にずらしたものを使用する。
FIG. 4 shows an outline of a manufacturing method of the optical power monitor of this embodiment. First, two
このようにして2本の光ファイバ204、205を融着したら、図1に示したケース202にこれをセットする。ケース202の底部には台座203が嵌め込まれている。したがって、融着位置206がその突部中央に位置するように配置し、ベア光ファイバ204A、205Aを台座203の表面に沿って固定する(ステップS302)。次に、ケース202の上側から、固化すると透明な状態を保持する所定の接着剤をあらかじめ定めた量だけ、融着位置206から1.5〜2.5mmだけ離れたベア光ファイバ205A上の所定位置に垂らす。これにより、ベア光ファイバ205A上にレンズ207が作成される(ステップS303)。
When the two
次に、2本の光ファイバ204、205にテスト用の光を伝搬させた状態でモニタ出力を確認しながら、ケース202の側壁部202Bおよび台座203上に受光素子208を位置決めして固定する(ステップS304)。もちろん、受光の方向が特に問題とならない場合には、受光素子208について光学的な調整を行うことなく、所定位置に取り付けてもよい。この場合には、受光素子208の取り付けをステップS303よりも時間的に前に行ってもよい。
Next, the
以上の作業が終了したら、図1に示したケース202の蓋部202Cを取り付けて密封する(ステップS305)。最後に2本の光ファイバ204、205の図示しない入力側あるいは出力側の端部にコネクタ(図示せず)を接続して(ステップS306)、光パワーモニタ201の製造を終了させる。コネクタの接続も、これよりも前の作業工程で行うことが可能である。このようにして製造した光パワーモニタ201は、モニタすべき箇所の図示しない光ファイバにコネクタで接続することで、モニタを行うことになる。
When the above operation is completed, the cover 202C of the
以上説明した本実施例の光パワーモニタ201では、2本の光ファイバ204、205を融着し、図2に示したギャップΔGが2.5μmで、挿入損失が0.9dB(デシベル)のときに、受光素子208の受光感度として100μA/mWを得た。これにより、光ファイバ204、205を伝搬する光パワーを十分なレベルでモニタすることができる。なお、接着剤により作成したレンズ207をガラス等の光学レンズに置き換えても同様の効果を得ることができる。
In the optical power monitor 201 of the present embodiment described above, when the two
<第1の実施例の第1の変形例> <First Modification of First Embodiment>
図5は、第1の実施例の光パワーモニタの第1の変形例についてその要部を示したものである。第1の変形例の光パワーモニタ201Aでは、一方のコア204C側から他方のコア205C方向へ伝達する光223が傾斜連結部分221で漏れ光222として出力するとき、受光素子208がこれを直接受光するように配置されている。このように漏れ光222の方向にうまく受光素子208を配置できれば、先の実施例のレンズ207の配置を省略することができる。
FIG. 5 shows the main part of a first modification of the optical power monitor of the first embodiment. In the
具体例を挙げる。2本の光ファイバ204、205を融着し、図2に示したギャップΔGが2.5μmで、挿入損失が0.8dBのものを得た。フォトダイオードのチップからなる受光素子208を、ベア光ファイバ205Aの上側に、その受光面が軸方向とほぼ垂直となるように固定した。この例では、受光素子208が融着位置206から2〜3mm離れた場所で最大の受光レベルとして5μA/mWの受光感度を得ることができた。先の実施例よりは受光レベルが低いが、光ファイバ204、205中の光パワーをモニタすることが可能である。
A specific example is given. Two
<第1の実施例の第2の変形例> <Second Modification of First Embodiment>
図6は、第1の実施例の光パワーモニタの第2の変形例についてその要部を示したものである。図6で図5と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第2の変形例の光パワーモニタ201Bでは、傾斜連結部分221からクラッド205Dに漏れ出す漏れ光222が拡散して、クラッド205Dの外表面の広い範囲からベア光ファイバ205Aの外部に放出される場合のあることを想定している。傾斜連結部分221から所定距離だけ離れたベア光ファイバ205Aの表面で漏れ光222の出力するほぼ全域には、クラッド205Dよりも屈折率が大きい透明な接着剤231を用いて、更に接着剤231と等しいかこれよりも屈折率の高い直方体状のガラス基板232の底部232Aが接着されている。これにより、クラッド205Dの図で上部から漏れ出した漏れ光222は、屈折率のより高い接着剤231およびガラス基板232内部に導かれる。
FIG. 6 shows the main part of a second modification of the optical power monitor of the first embodiment. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. In the
一例としては、第1の変形例と同様に2本の光ファイバ204、205の軸ずれ量としてのギャップΔGが2.5μmで、挿入損失が0.8dBの光ファイバを作成し、接着剤231として屈折率1.52のUV硬化型接着剤を使用して、幅および高さが0.5mmで長さが1mmで屈折率が1.57のガラス基板232に光を導いた。このガラス基板232から出射される光を、受光面の直径が0.3mmのフォトダイオードからなる受光素子208で受光したところ、10μA/mWの受光感度を得ることができた。受光感度は大きい方ではないが、光パワーモニタとして光ファイバ中を伝搬する光パワーのモニタが可能である。
As an example, an optical fiber having a gap ΔG as an axis deviation amount of 2.5 μm and an insertion loss of 0.8 dB as in the first modification is prepared, and an adhesive 231 is formed. Using a UV curable adhesive having a refractive index of 1.52, light was guided to a
なお、この変形例ではガラス基板232を直方体の形状としたが、受光素子と対向する側の面を凸レンズ状に湾曲させて集光効果を持たせてもよい。このように端面を凸状にすることで、平面状の場合と比べて、たとえば30μA/mWと数倍程度の受光感度の向上を図ることができる。また、受光素子の口径の小型化も可能になる。
In this modification, the
<第1の実施例の第3の変形例> <Third Modification of First Embodiment>
図7は、第1の実施例の光パワーモニタの第3の変形例についてその要部を示したものである。図7で図1と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第3の変形例の光パワーモニタ201Cでは、図1に示したプラスチック製の台座203の上にその湾曲に沿って配置されたベア光ファイバ204A、205Aのうちの光が上側から放出されるベア光ファイバ205Aの上に受光面を下にして受光素子208が接着剤231を用いて接着されている。接着剤231は図示しないクラッドよりも屈折率が大きいUV硬化型接着剤であり、受光素子208は図示しないクラッドから接着剤231中に放出された光を効率的に受光するために、その受光面がわずかに傾斜した状態で固定されている。
FIG. 7 shows the main part of a third modification of the optical power monitor of the first embodiment. In FIG. 7, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. In the optical power monitor 201C of the third modified example, light of the bare
具体例を挙げる。2本の光ファイバ204、205を融着し、図2に示したギャップΔGが2.5μmで、挿入損失が0.8dBのものを得た。直径0.3mmのフォトダイオードのチップからなる受光素子208が融着位置206から2〜3mm離れた場所で最大の受光レベルとして80μA/mWの受光感度を得ることができた。先の実施例と同様に、光ファイバ204、205中の光パワーを十分なレベルでモニタすることができる。
A specific example is given. Two
<第1の実施例の第4の変形例> <Fourth Modification of First Embodiment>
図8は、本実施例の光パワーモニタの第4の変形例についてその要部を示したものである。図8で図1と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第4の変形例の光パワーモニタ201Dでは、図1に示した光パワーモニタ201が融着位置206の図で右側にレンズ207およびこれに対応した受光素子208を配置したものであるのに対して、左側にも同様にレンズ247とこれに対応した受光素子248を配置した構成となっている。これは、光ファイバ204、205中を双方向に伝搬される光をモニタできるように2組の受光素子208、248を設けるようにしたためである。光ファイバ204から光ファイバ205の方向に伝搬される光は、受光素子208によって受光される。
FIG. 8 shows the main part of a fourth modification of the optical power monitor of the present embodiment. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. In the
<第1の実施例の第5の変形例> <Fifth Modification of First Embodiment>
図9は、第1の実施例の光パワーモニタの第5の変形例についてその概要を表わしたものである。図9で図1および図8と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第5の変形例の光パワーモニタ201Eでは、図1に示した先の実施例の凸型の台座203の代わりに、2つの側部ガイド251、252が使用されており、UV被覆を取り除いたベア光ファイバ204A、205Aは、これらの側面に沿ってS字型に整形されている。2つの側部ガイド251、252が光を透過しない材料であれば、それぞれ他方向に伝搬する光がモニタ光として混入するのを防止する役割も果たすことができる。
FIG. 9 shows an outline of a fifth modification of the optical power monitor of the first embodiment. 9, the same parts as those in FIGS. 1 and 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate. In the
この第5の変形例の光パワーモニタ201Eによれば、融着位置206で光の進行方向に対する漏れ光の受光感度の偏波依存性等との関係で図8のように2組の受光素子208、248を同一の側(図8では光ファイバ204、205の上側)に共に配置しない方が好適とされるような場合に、これらを融着位置206に対して線対称の位置に配置することができるという利点がある。
According to the
<第1の実施例の第6の変形例> <Sixth Modification of First Embodiment>
図10は、第1の実施例の光パワーモニタの第6の変形例についてその概要を表わしたものである。図10で図1および図8と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第6の変形例の光パワーモニタ201Fでは、レンズ207と受光素子208の間に波長を選択するためのフィルタ261を配置している。このため、図示しない光源から出力される光の中の特定の波長成分についての漏れ光を受光素子208で検出させることができる。
FIG. 10 shows an outline of a sixth modification of the optical power monitor of the first embodiment. In FIG. 10, the same parts as those in FIGS. 1 and 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. In the
図11は本発明の第2の実施例における気体分析装置の構成の概要を表わしたものである。この第2の実施例の気体分析装置400は、光源401と、この光源401の出力する光を光ファイバ402によって入力する光パワーモニタ403と、光パワーモニタ403のモニタ出力404および光パワーモニタ403から送り出された光を光ファイバ205によって入力する検出結果表示部406によって構成されている。光源401と検出結果表示部406の間には、光源401のオン・オフを行ったり、出力される波長を指示する制御信号線407が接続されている。
FIG. 11 shows an outline of the configuration of the gas analyzer according to the second embodiment of the present invention. The
図12は、光パワーモニタの構成の概要を表わしたものである。光パワーモニタ403は、その構造が図1に示した第1の実施例の光パワーモニタ201と基本的に同一である。そこで、図12で図1と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
FIG. 12 shows an outline of the configuration of the optical power monitor. The structure of the
ところで図1ではケース202を上下方向に切断した状態を表わしているが、図12ではケース411を水平方向に切断した状態を表わしている。第2の実施例の光パワーモニタ403と第1の実施例の光パワーモニタ201の唯一の相違点は、光パワーモニタ403のケース411にのみ試料となる気体を内部に送り込む第1の管412と、送り込まれた試料を外部に排出する第2の管413が設けられている点だけである。第1の管412から測定の対象となる試料を送り込んで、図11に示した光源401から出力される光の波長を変える等によって、受光素子208に到達する光の減衰の度合いを判別して、試料中に含まれる各種成分の分析を行ったり、濃度の測定を行う。用途としては、ガス漏れを検出する箇所における都市ガスの濃度検出や、便座に組み込まれた生体排出物に対するガス成分の測定を一例として挙げることができる。
FIG. 1 shows a state where the
図13は、検出結果表示部の概要を示したものである。検出結果表示部406は、光ファイバ205によって送られてきた光パワーを受光する光ファイバ受光部421を備えており、検出した受光レベル422を減衰率演算部423に入力するようになっている。減衰率演算部423にはモニタ出力404も入力するようになっており、受光レベル422を基準として、現時点のモニタ出力404に対して光パワーの減衰率を演算するようになっている。すなわち、図12に示した光パワーモニタ403は、ケース411が真空状態における光ファイバ204によって入力された光パワーに対する受光素子208の受光レベルの比が予め測定されており、減衰率演算部423内に記憶されている。そして、光源401(図11)から出力される光パワーの実際のレベルを受光レベル422として測定し、これに対応する真空状態における受光素子208の検出すべき信号レベルを実際の測定レベルと比較することで減衰率を演算するようにしている。
FIG. 13 shows an outline of the detection result display unit. The detection
もちろん、受光素子208の経年変化やレンズ207の汚れ等による測定誤差を防止するために、前記した光パワーに対する受光素子208の受光レベルの比は適宜測定しなおす必要がある。また、光源401の波長によって前記した光パワーに対する受光素子208の受光レベルの比が異なる場合には、波長ごとの値を減衰率演算部423に格納しておく必要がある。
Of course, in order to prevent measurement errors due to aging of the
減衰率演算部423の測定した減衰率424は測定結果格納部425に格納されるようになっている。分析部426は制御信号線407によって必要に応じて光源401の出力する波長を各種指定して測定結果格納部425に格納された測定結果427を読み出す。そして、データベース428に格納された各試料別の波長に対する減衰率等のデータを参照データ429として参照して図12に示したケース411内に存在する試料の分析を行う。試料の名称や濃度等を表わした分析結果430は表示部431に送られて、表示される。表示は図示しない液晶ディスプレイ等のモニタに表示されたり、プリンタでプリントアウトされることになる。
The
前記した都市ガスのガス漏れの測定を行う場合には漏れ出したガスの濃度が表示される。ガスの濃度が所定の値よりも高いような場合には、分析部426の分析結果430を基にして図示しない警報装置を作動させることもできる。
In the case of measuring the gas leak of the city gas described above, the concentration of the leaked gas is displayed. When the gas concentration is higher than a predetermined value, an alarm device (not shown) can be activated based on the
また、便座に組み込まれた生体排出物に対するガス成分の測定の場合には、便器を使用した使用者の大便から発するガスに含まれる各種成分とそれらの相対的な濃度が表示される。更にこれらの測定結果をデータベース428と照らし合わせることで健康状態や健康に対するアドバイスをトイレ内の図示しないディスプレイに簡易表示することも可能である。更に検便者の測定終了後はトイレ内の臭気の変化を測定して、換気や脱臭装置の作動を制御することもできる。
Moreover, in the case of measuring the gas component with respect to the biological discharge incorporated in the toilet seat, various components contained in the gas emitted from the stool of the user who uses the toilet and their relative concentrations are displayed. Furthermore, by comparing these measurement results with the
第2の実施例の気体分析装置400は、気体の成分を測定するだけでなく空中を漂うチリや埃の検出も行うことができる。しかも、用途によって光源401や検出結果表示部406を簡易なものからCPU(中央処理装置)を搭載した複雑な制御を行うものまで各種選択することができ、多くの用途に使用することができる。また、本実施例ではケース411に収められた、光パワーモニタ403を安価に製造できるために、試料ごとに光パワーモニタ403を取り替えると共に、第1の管412および第2の管413を密閉して試料の現物を光パワーモニタ403単位で保存することができる。
The
<第2の実施例の変形例> <Modification of Second Embodiment>
図14は、第2の実施例の変形例の分析装置の要部を表わしたものである。第2の実施例では気体を検出したのに対して、この変形例の分析装置400Aでは液体あるいは固体の成分や状態を分析するようになっている。傾斜連結部分221とレンズ207までの領域441には感知したい物質442が配置される。これにより、各種液体や固体の組成等の測定が可能である。たとえばこの箇所に手の指を押し付けて特定の波長成分の測定を行うことで、血液中にヘモグロビンの割合等の測定や分析も可能である。たとえば、屈折率が“1”の空気に対して屈折率が“1.3”のイソプロパノールを領域441に滴下したところ、受光素子208の受光量を20〜30パーセント減少させることができる。
FIG. 14 shows a main part of an analyzer according to a modification of the second embodiment. While gas is detected in the second embodiment, the
なお、実施例および変形例では接着剤を使用してレンズを作製したが、接着剤以外の樹脂を使用して同様のレンズを作製することができる。本発明をこれらのレンズに適用することができることは当然である。 In addition, although the lens was produced using the adhesive agent in Examples and Modifications, a similar lens can be produced using a resin other than the adhesive agent. Of course, the present invention can be applied to these lenses.
201、201A、201B、201C、201D、201E、201F、403 光パワーモニタ
202 ケース
203 台座
204、205 光ファイバ
204A、205A ベア光ファイバ
204C、205C コア
204D、205D クラッド
206 融着位置
207、247 レンズ
208、248 受光素子
221 傾斜連結部分
222 漏れ光
231 接着剤
251、252 側部ガイド
261 フィルタ
400 気体分析装置
400A 分析装置
401 光源
406 検出結果表示部
423 減衰率演算部
426 分析部
431 表示部
442 感知したい物質
201, 201A, 201B, 201C, 201D, 201E, 201F, 403
Claims (10)
この軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子
とを具備することを特徴とする光パワーモニタ。 An off-axis fused fiber obtained by fusing the cores through which light propagates in an off-axis state;
An optical power monitor comprising: a light-receiving element for monitoring that receives light emitted out of the fiber as leakage light from the fusion position of the off-axis fused fiber.
所定の曲線形状を有し、前記軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、前記融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、
前記軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子
とを具備することを特徴とする光パワーモニタ。 An off-axis fused fiber obtained by fusing the cores through which light propagates in an off-axis state;
A fusion part holding member that has a predetermined curved shape and holds the fusion-bonded fiber and its periphery in a bent state by disposing the off-axis fused fiber along the curved shape; ,
An optical power monitor comprising: a light receiving element for monitoring that receives light emitted from the fusion position of the off-axis fused fiber as leakage light to the outside of the fiber.
この第1のステップで融着した光ファイバの融着部分の周囲を曲げて固定する第2のステップと、
この第2のステップで曲げた光ファイバの前記融着部分近傍で融着部分から漏れ光としてファイバの外に出射した光が進行する所定の部位に接着剤を固化させてレンズとする第3のステップと、
前記レンズの集光位置にモニタ用の受光素子を配置する第4のステップ
とを具備することを特徴とする光パワーモニタの製造方法。 A first step of melting and fusing the ends of the two optical fibers by discharge heating in a state where the cores at the ends of the two optical fibers are shifted;
A second step of bending and fixing the periphery of the fused portion of the optical fiber fused in the first step;
In the third optical fiber bent in the second step, the adhesive is solidified at a predetermined portion where the light emitted from the fusion portion as light leaking from the fusion portion in the vicinity of the fusion portion is used as a lens. Steps,
And a fourth step of arranging a light-receiving element for monitoring at the condensing position of the lens.
所定の曲線形状を有し、前記軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、前記融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、
前記融着ファイバの融着位置近傍の表面部分に配置された試料配置領域と、
前記融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射し試料配置領域を透過した光を入射するレンズと、
このレンズの集光位置に配置されたモニタ用の受光素子と、
この受光素子の受光出力を用いて試料の分析を行う分析手段
とを具備することを特徴とする分析装置。 An off-axis fused fiber obtained by fusing the cores through which light propagates in an off-axis state;
A fusion part holding member that has a predetermined curved shape and holds the fusion-bonded fiber and its periphery in a bent state by disposing the off-axis fused fiber along the curved shape; ,
A sample arrangement region arranged in a surface portion near the fusion position of the fusion fiber;
A lens that enters light that has exited the fiber as leakage light from the fusion position and transmitted through the sample placement region; and
A light-receiving element for monitoring arranged at the condensing position of this lens;
And an analyzing means for analyzing the sample using the light receiving output of the light receiving element.
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