JP2016539383A - 高温耐性の干渉計を作製するためのファイバカプラ及び高温耐性干渉計 - Google Patents
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Abstract
【課題】【解決手段】 少なくとも２本の平行な光ファイバが筐体に配置された、光ファイバを含む干渉計（センサ）を作製するためのファイバカプラにおいて、各光ファイバは、少なくとも１つ（１）が２００℃を上回る融点を有する異なる被覆を有する、少なくとも３つの交互に配置された光伝導部から構成され、２００℃を上回る融点を有する被覆以外の被覆を有する２つの対応する部分（２）が、任意の既知の方法により連結される、ことを特徴とするファイバカプラ。高温耐性被覆を有する少なくとも２つの光ファイバ部（８、９）によって相互接続される上記ファイバカプラを含む干渉計。【選択図】 図２
Description
本発明の主題は、高温及び侵食環境で機能する干渉計を作製するためのファイバカプラ及び干渉計である。本特許の主題である干渉計は、少なくとも１つの、好ましくは２つのファイバカプラから構成される。本発明は、干渉効果を利用する光ファイバセンサ、いわゆる干渉計センサに使用することができる。
周知のファイバカプラの基礎を成す光ファイバ、結果的にファイバカプラを含む干渉計は、コア、クラッド及び被覆から構成される。光ファイバの最も内側の部分であるコアは、通常、ファイバのクラッドよりも屈折率が大きいという性質を持っている。通常、コア及びクラッドはどちらも石英ガラスで作られるが、コアは通常、クラッドよりも屈折率を大きくするための添加剤を含む。光ファイバの被覆は、クラッドに隣接し、悪い環境条件、損傷等からファイバを保護するだけでなく、適切なクラッドモード放射を提供する。光ファイバの最も一般的な被覆材料は、例えば、アクリル等のポリマー、又は銅等の金属である。
光ファイバセンサで使用されるデバイスには、光ファイバを束ね、加熱して延伸することにより作製されるファイバカプラの形態を取るものがあり、これによって、コアが一体となり、ファイバ間の光が結合する。ファイバカプラを作製する前に、既知の熱機械的方法等により結合が起こる部分の被覆が剥がされる。
このようなファイバカプラのグループの典型的な例は、高温（最高で約２５０〜３００℃）及び高湿に耐性がある、特開２００２−２５０８３７号の明細書に記載されたファイバカプラであり、この発明では、光ファイバは継接され、固定部材に取り付けることによって結合される。このカプラは、特定のヤング率の接着剤を使用して作られ、ファイバ強度に適切な光ファイバ張力を利用する。接着剤は紫外線によって硬化されるが、この発明はまた、室温で圧力を利用した硬化も提供している。
特開２００３−１９５０９２号の記述は、厳しい気象条件や水中で使用する、金属被覆光ファイバが結合されたファイバカプラに関する情報を含む。このようなファイバカプラは、複数の密封された金属被覆光ファイバを含み、接続部は、金属筐体内の補強部材に固定される。
中国特許出願１０２５２０４８５は、別の光ファイバカプラの作製方法を開示し、光ファイバはまず粉砕され、次いで加熱及び延伸により結合され、「適切な（的確な）温度特性を有する非常に信頼性の高い光ファイバ」が作製される。
中国特許出願１０１４０８６４４は、さらに別の光ファイバカプラの作製方法を開示し、光ファイバは、加熱して局所的に狭窄され、熱硬化性接着剤を使用して石英ベースのＵ字形の溝に嵌入される。ファイバカプラ全体がステンレス製筐体の内部にある。
欧州特許０５２５７４３は、別の解決策を示し、光ファイバは、被覆が除去された後、局所的に加熱してテーパリングが行われることにより結合され、次いで第１の基板に接着され、接続部が形成された後に、第２の基板に固定される。
現在既知の解決策は、最高で３００℃の温度に耐えられる光ファイバカプラの作製を可能にする。３００℃を超えると、コアを取り囲むクラッドが劣化し、信号が消失してしまう。この例外は金属被覆光ファイバであるが、光ファイバを加熱及びテーパリングして結合することは、コア及びクラッドの機械特性の変化により非常に困難である。コア及びクラッドはどちらも、温度又は機械的負荷の変化により壊れやすく、かつガラスに生じる張力に対する耐性がなくなる。このパラメータを改善することへの既知の試みは、光ファイバの作製に使用するガラスの化学組成を変更することに依存している。しかし、脆弱性を低下させる添加剤は、いずれもファイバの光学パラメータを低下させる不純物と考えられている。
光ファイバ部によって接続される、少なくとも１つ、好ましくは２つのファイバカプラは、干渉計センサで使用可能な干渉計を構成する。ファイバカプラを接続する光ファイバは、干渉計アームと呼ばれている。光ファイバ干渉計を作製する際の技術的問題は、同じファイバ上に別のカプラを作製できる距離に限界があることで、これにより、強く求められている短いアームの干渉計センサを製造することが困難になる。
このような干渉計センサの使用が求められる状況では、高温耐性干渉計を設計することが必要である。干渉計はカプラを使用して作製されるため、このような高温耐性干渉計の設計の問題は、高温耐性ファイバカプラの設計に直接関連する。例えば、カプラを１つ使用するマイケルソン又はサニャック干渉計、又はカプラを２つ使用するマッハツェンダ干渉計である。
そのため、目的は、高温で使用されるセンサの作製に使用可能な干渉計を作製するためのファイバカプラを設計することであった。
光ファイバを含む干渉計（センサ）を作製するためのファイバカプラは、筐体内の少なくとも２本の平行な光ファイバから構成され、それぞれ少なくとも３つの交互に配置された光ファイバ部から構成され、各部は、隣接するものと異なる被覆が施され、少なくとも１つは、２００℃を上回る融点を有する、好ましくは金属被覆である。２００℃を上回る融点を有するもの以外の被覆と、２００℃を上回る融点を有する、好ましくは金属被覆とを有する隣接部は、任意の既知の方法、好ましくは接合により接続される。好ましくは、各光ファイバは、非金属、好ましくはポリマー被覆が施された２つの部分と、２００℃を上回る融点を有する、好ましくは金属の分割部を含む。非金属、好ましくはポリマー被覆光ファイバ部は、ファイバカプラを作製するために使用される。カプラは、既知の技術により製造される。
カプラを含む光ファイバ部は、基板、好ましくはガラス基板に固定される。基板は、樋又はパイプ形状で、ファイバは、少なくとも隣接領域で、高温接着剤、好ましくはレスボンド（Ｒｅｓｂｏｎｄ：登録商標）９４０ ＬＥ特性を有する接着剤により、基板に完全に固定される。光ファイバは基板と共に、キャピラリ、好ましくはガラスキャピラリに入れられ、好ましくは低熱膨張係数を有する高温接着剤で接着される。好ましくは、光ファイバが通るキャピラリ孔は、好ましくは高温耐性のある封止剤、好ましくはシリコン、シリコンフォーム、ゴム又は軟性樹脂で付加的に封止される。
本発明によれば、干渉計は、少なくとも２つの光ファイバ部を使用して相互接続されたファイバカプラを含む。カプラを通る光ファイバは、ポリマー被覆を有する少なくとも２つの光ファイバ部を含み、キャピラリカプラの外側には、高温耐性被覆、好ましくは金属被覆を有し、ポリマー被覆部と完全に相互接続された少なくとも２つの光ファイバ部がある。
干渉計アームを構成する光ファイバ部は、同じ長さ又は確実に異なる長さを有する。
本発明によれば、ファイバカプラ及び干渉計は、好ましくは金属被覆された高温耐性ファイバを結合するという、このような光ファイバの壊れやすさに起因して実行が技術的に困難な問題を解決する。本発明によるファイバカプラ及び干渉計の設計によって、高温耐性被覆、特に金属被覆を有する光ファイバ上にカプラを作製するという問題を省略できるようになる。同時に、干渉計アームは、高温耐性被覆を有する光ファイバで作られるため、高い温度耐性が要求される場合に干渉計をセンサとして使用することを可能にする。カプラ自体は、非金属、好ましくはポリマー被覆を有する光ファイバ上に作られるため、周知のカプラ作製技術が適用可能である。
干渉計を構成するファイバカプラの作製は、別々に行うことができる。すなわち、個々のファイバカプラは、（例えば、高温耐性被覆を有する光ファイバ部を使用して接合し、干渉計のアームを構成することにより）又は光ファイバ部の異なる被覆タイプを、非金属、好ましくはポリマー被覆、高温耐性、好ましくは金属被覆、そしてまた、非金属、好ましくはポリマー被覆、高温耐性、好ましくは金属被覆、そしてまた、非金属、好ましくはポリマー被覆の順に接合することによって相互接続される。第２の構成を使用してファイバカプラを作製すれば、ファイバカプラ間の距離を短く保つことができ、センサ操作の観点から有利である。
ファイバカプラ及び干渉計アームを構成する部材の交互配列を達成することは、ポリマー被覆光ファイバの同じ部分に干渉計を実装した後、干渉計アームを金属化することによっても可能である。
高温耐性干渉計を得るためのファイバカプラ及び高温耐性干渉計を図面に示す。
実施例１
デバイス、特に光ファイバを含む干渉計を得るためのファイバカプラでは、筐体内に光ファイバが平行に置かれる。各光ファイバは、融点が２００℃を上回る被覆が施された部分１と、その間の非金属被覆が施された光ファイバ部２とから構成される。光ファイバの各部１及び２は、接合により前方に相互接続される。非金属被覆を有する、互いに対応する光ファイバ部（２）は、光ファイバ間の光信号伝搬が可能になるほどコアが十分近くなるように相互接続される。
デバイス、特に光ファイバを含む干渉計を得るためのファイバカプラでは、筐体内に光ファイバが平行に置かれる。各光ファイバは、融点が２００℃を上回る被覆が施された部分１と、その間の非金属被覆が施された光ファイバ部２とから構成される。光ファイバの各部１及び２は、接合により前方に相互接続される。非金属被覆を有する、互いに対応する光ファイバ部（２）は、光ファイバ間の光信号伝搬が可能になるほどコアが十分近くなるように相互接続される。
相互接続された（結合された）光ファイバは、基板（３）に固定される。基板（３）は、樋又はパイプ形状を有し、ファイバは、隣接領域で高温接着剤５により基板に完全に固定される。結合された光ファイバは、これらが取り付けられた基板３とともにキャピラリ４内部に置かれ、低熱膨張係数を有する接着剤５で接着される。光ファイバが通るキャピラリ４の孔部は、高温耐性封止剤６で付加的に封止される。
本発明により実現される干渉計は、金属被覆を有する光ファイバ部１を介して相互接続されたファイバカプラ７を含む。ファイバカプラを通る光ファイバは、ポリマー被覆を有する相互接続された光ファイバ部２から作られ、キャピラリ（４）の外側には、高温耐性金属被覆を有する光ファイバ部１が、ポリマー被覆を有する部分２と完全に相互接続され、カプラ（７）間のファイバ（８）及び（９）の長さは異なる。
ファイバカプラは、光ファイバ部の異なる種類の被覆を、非金属、好ましくはポリマー被覆、高温耐性、好ましくは金属被覆、そしてまた、非金属、好ましくはポリマー被覆、高温耐性、好ましくは金属被覆、そしてまた、非金属、好ましくはポリマー被覆の順に接合することによって作られる。第２の構成を使用してファイバカプラを作製すれば、ファイバカプラ間の距離を短く保つことができ、センサ操作の観点から有利である。
Claims (19)
- 少なくとも２本の平行な光ファイバが筐体内に配置された、光ファイバを含む干渉計（センサ）を作製するためのファイバカプラにおいて、前記各光ファイバは、少なくとも１つ（１）が２００℃を上回る融点を有する異なる被覆を有する、少なくとも３つの交互に配置された光伝導部から構成され、２００℃を上回る融点を有する被覆以外の被覆を有する２つの対応する部分（２）が、任意の既知の方法により結合される、ことを特徴とするファイバカプラ。
- 前記各光ファイバは、２００℃を上回る融点を有する被覆を有する部分（１）の間に、非金属被覆を有する部分（２）を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
- ２００℃を上回る融点を有する前記被覆は金属製であることを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
- ２００℃を上回る融点を有する被覆以外の被覆を有する前記光ファイバは、ポリマー被覆光ファイバであることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のデバイス。
- 個々の光ファイバ部は、接合により前方に相互接続されることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載のデバイス。
- 非金属被覆を有する、前記互いに対応する光ファイバ部（２）は、光ファイバ間の光信号伝搬が可能になるほどコアが十分近くなるように相互接続される、ことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５に記載のデバイス。
- 前記相互接続（結合された）光ファイバは、基板（３）に固定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載のデバイス。
- 前記基板（３）はガラス製であることを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
- 前記基板（３）は樋又はパイプ形状を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のデバイス。
- 前記光ファイバは、低熱膨張係数を有する高温接着剤（５）により、少なくとも隣接領域で前記基板（３）に完全に取り付けられることを特徴とする請求項７又は８又は９に記載のデバイス。
- 前記結合された光ファイバは、これらが取り付けられた前記基板（３）とともにキャピラリ（４）内部に置かれ、接着剤（５）で接着され、前記光ファイバが通る前記キャピラリ（４）の孔部は、封止剤（６）で付加的に封止される、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載のデバイス。
- 前記接着剤（５）は、高温耐性があることを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
- 前記接着剤（５）は、高温耐性があり、前記キャピラリ（４）は、封止剤（５）、好ましくはシリコン、シリコンフォーム、ゴム又は軟性樹脂で付加的に封止されることを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
- 少なくとも２本の平行な光ファイバが筐体に配置された、請求項１乃至１３のいずれか１つに記載のファイバカプラを含む干渉計において、前記各光ファイバは、少なくとも１つ（１）が２００℃を上回る融点を有する異なる被覆を有する、少なくとも３つの交互に配置された光伝導部から構成され、２００℃を上回る融点を有する被覆以外の被覆を有する２つの対応する部分（２）が、任意の既知の方法により結合され、前記カプラは、高温耐性被覆を有する少なくとも２つの光ファイバ部により相互接続される、ことを特徴とする干渉計。
- 前記カプラ（７）間の前記光ファイバ（８）及び（９）の長さが異なることを特徴とする請求項１５に記載のセンサ。
- 前記カプラ（７）間の前記光ファイバ（８）及び（９）の長さが同一であることを特徴とする請求項１５に記載のセンサ。
- 前記高温耐性被覆は金属製であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のセンサ。
- 前記非金属被覆はポリマーであることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のセンサ。
- 前記基板（３）及び前記キャピラリ（４）は、ガラス製で、前記デバイス及びセンサ部品の筐体を構成することを特徴とする請求項１７乃至２４に記載の方法。
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