JP2017102107A - Optical fiber device and sensor system - Google Patents

Optical fiber device and sensor system Download PDF

Info

Publication number
JP2017102107A
JP2017102107A JP2016212379A JP2016212379A JP2017102107A JP 2017102107 A JP2017102107 A JP 2017102107A JP 2016212379 A JP2016212379 A JP 2016212379A JP 2016212379 A JP2016212379 A JP 2016212379A JP 2017102107 A JP2017102107 A JP 2017102107A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
sensor unit
light
fiber device
incident
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016212379A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6681070B2 (en
Inventor
深野 秀樹
Hideki Fukano
秀樹 深野
周路 田上
Shuji Tagami
周路 田上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okayama University NUC
Original Assignee
Okayama University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okayama University NUC filed Critical Okayama University NUC
Publication of JP2017102107A publication Critical patent/JP2017102107A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6681070B2 publication Critical patent/JP6681070B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber device equipped with a compact sensor part and a sensor system equipped with the optical fiber device.SOLUTION: An optical fiber device has: an optical fiber (21) propagating laser beam in a single mode; and a sensor part (22) that is provided for an end part of the optical fiber (21) and reflects the laser beam propagated through the optical fiber. The sensor part (22) has the same material as the optical fiber (21) and is in a columnar shape of a larger diameter than a core of the optical fiber (21). On a distal end side of the sensor part (22), there are provided: a first reflection surface (22a) which reflects first light incident to the sensor part (22) by the optical fiber (21) and is propagated in the incident direction; and a second reflection surface (22b) which reflects second light propagated in a direction at a prescribed angle from the incident direction when it is incident to the sensor part (22) by the optical fiber (21) and generates second reflected light.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光ファイバ装置及びセンサシステムに関する。   The present invention relates to an optical fiber device and a sensor system.

本発明者は、光ファイバをセンサとして用いたセンサシステムとして、クラッドを設けないことで光ファイバのコアをむき出しとしてセンサ部を形成し、このセンサ部の一方端には入射光用の第1の光ファイバを接続し、センサ部の他方端には出射光用の第2の光ファイバを接続して使用するセンサシステムを提案した。このセンサシステムでは、第1の光ファイバからセンサ部に入射された光のうち、センサ部の外周面で全反射させた後に第2の光ファイバに入射させる光と、センサ部で全反射させることなくそのまま第2の光ファイバに入射させる光とで干渉光を生じさせ、光の波長を変えながら干渉光の変動を検出することでセンサ部に接触した被検体の屈折率を測定可能としている(例えば、特許文献1参照。)。   As a sensor system using an optical fiber as a sensor, the present inventor forms a sensor portion by exposing the core of the optical fiber without providing a cladding, and a first end for incident light is formed at one end of the sensor portion. A sensor system has been proposed in which an optical fiber is connected and a second optical fiber for outgoing light is connected to the other end of the sensor unit. In this sensor system, out of the light incident on the sensor unit from the first optical fiber, the light that is totally reflected on the outer peripheral surface of the sensor unit and then incident on the second optical fiber is totally reflected on the sensor unit. The interference light is generated by the light incident on the second optical fiber as it is, and the refractive index of the subject in contact with the sensor unit can be measured by detecting the fluctuation of the interference light while changing the wavelength of the light ( For example, see Patent Document 1.)

上記のセンサシステムでは、センサ部を通過した光を受光するためには、第2の光ファイバで受光器まで導く必要があり、2本の光ファイバの取り回しが必要であって、使用形態によっては光ファイバの取り回しが困難なことがあった。   In the above sensor system, in order to receive the light that has passed through the sensor unit, it is necessary to guide the light to the light receiver with the second optical fiber, and it is necessary to handle the two optical fibers. It was sometimes difficult to handle the optical fiber.

そこで、センサ部において第1の光ファイバから入射された光を反射させて、第1の光ファイバに出射させることを検討した。すなわち、通常では第2の光ファイバを接続するセンサ部の端部に金膜を形成して反射鏡とし、この反射鏡でセンサ部に入射された光を反射させて第1の光ファイバに出射させることした(例えば、非特許文献1参照。)。   In view of this, the inventors studied to reflect the light incident from the first optical fiber in the sensor unit and output the reflected light to the first optical fiber. That is, normally, a gold film is formed at the end of the sensor unit to which the second optical fiber is connected to form a reflecting mirror, and the light incident on the sensor unit is reflected by this reflecting mirror and emitted to the first optical fiber. (For example, refer nonpatent literature 1.).

特開2012−251963号公報JP 2012-251963 A

Jpn. J. Appl. Phys. 53 04EG05, 1-4, 2014Jpn. J. Appl. Phys. 53 04EG05, 1-4, 2014

上述したセンサ部に反射鏡を設けたセンサシステムは、センサ部への入射光とセンサ部からの出射光とを同一の光ファイバを介して導けるため、取り扱い性が極めて高いセンサシステムとすることができたが、屈折率の計測が可能な干渉光を得るためには、センサ部を比較的長くする必要があった。具体的には、センサ部の長さは、125μmのファイバ径に対して36.3mmとする必要があり、センサ部はファイバ径の寸法と比較して極めて長い形状とする必要があった。ここで、センサ部に入射させる光はマルチモードであって、光ファイバもマルチモード用のファイバを用いている。   The above-described sensor system provided with a reflecting mirror in the sensor unit can guide the incident light to the sensor unit and the emitted light from the sensor unit through the same optical fiber. However, in order to obtain interference light capable of measuring the refractive index, it was necessary to make the sensor part relatively long. Specifically, the length of the sensor portion needs to be 36.3 mm with respect to a fiber diameter of 125 μm, and the sensor portion needs to have a very long shape compared to the fiber diameter. Here, the light incident on the sensor unit is multimode, and the optical fiber is also a multimode fiber.

本発明者は、センサ部をより短くすることができないか検討し、研究を重ねた結果、本発明を成すに至ったものである。   As a result of studying whether or not the sensor unit can be made shorter and repeating researches, the present inventor has achieved the present invention.

本発明の光ファイバ装置は、シングルモードのレーザ光を伝搬させる光ファイバと、この光ファイバの端部に設けて光ファイバ内を伝搬されてきたレーザ光を反射させるセンサ部とを有する光ファイバ装置であって、センサ部は、光ファイバのコアと同一材料であって、光ファイバのコアよりも太径の円柱状とし、センサ部の先端側には、光ファイバからセンサ部に入射されて入射方向に伝搬する第1の光を反射させる第1の反射面と、光ファイバからセンサ部に入射された際に入射方向から所定の角度の方向に伝搬する第2の光を反射させる第2の反射面を設けている光ファイバ装置とした。   An optical fiber device of the present invention includes an optical fiber for propagating a single mode laser beam, and a sensor unit that is provided at an end of the optical fiber and reflects a laser beam propagated in the optical fiber. The sensor part is made of the same material as the core of the optical fiber and has a cylindrical shape with a diameter larger than that of the core of the optical fiber, and enters the sensor part from the optical fiber on the tip side of the sensor part. A first reflecting surface that reflects the first light propagating in the direction, and a second reflecting surface that reflects the second light propagating in the direction of a predetermined angle from the incident direction when entering the sensor unit from the optical fiber. An optical fiber device provided with a reflecting surface was obtained.

さらに、本発明の光ファイバ装置では、以下の点にも特徴を有するものである。
(1)第2の反射面で反射するまたは反射した第2の光は、センサ部の外周面で少なくとも1回以上全反射していること。
(2)センサ部の先端側の中央部分に平面状の第1の反射面を設け、この第1の反射面の周囲に第2の反射面を設けていること。
(3)センサ部の入射方向の長さを1mm以下としていること。
(4)センサ部の外側を金属膜で被覆していること。
(5)金属膜がチタン製または酸化チタン製であること。
(6)金属膜の厚さが300 nm以下であること。
(7)センサ部の外側を誘電性膜または有機膜で被覆していること。
(8)センサ部と、このセンサ部を被覆した膜の屈折率が異なり、かつ、センサ部を被覆した膜は、第1の反射面近傍でのレーザ光に対する膜の垂直成分の反射率を、第1の反射面でのレーザ光の反射によって生成される干渉信号を消失させない反射率としていること。
(9)センサ部を被覆した膜の屈折率を、この膜と接する物質の屈折率と等しくしていること。
(10)センサ部を被覆した膜をフッ素樹脂またはフッ素化アクリル樹脂で形成していること。
(11)センサ部に入射させるレーザ光の波長を、センサ部の先端を透過する波長として、透過したレーザ光による発熱を生じさせること。
(12)センサ部に、センサ部の先端を透過する波長のレーザ光と、このレーザ光と異なる波長であって、第1と第2の反射面でそれぞれ反射するレーザ光とを入射させていること。
Furthermore, the optical fiber device of the present invention is also characterized by the following points.
(1) The second light reflected or reflected by the second reflecting surface is totally reflected at least once at the outer peripheral surface of the sensor unit.
(2) A flat first reflecting surface is provided at the center portion on the front end side of the sensor unit, and a second reflecting surface is provided around the first reflecting surface.
(3) The length of the sensor unit in the incident direction is 1 mm or less.
(4) The outside of the sensor unit is covered with a metal film.
(5) The metal film is made of titanium or titanium oxide.
(6) The thickness of the metal film is 300 nm or less.
(7) The outside of the sensor unit is covered with a dielectric film or an organic film.
(8) The refractive index of the sensor unit and the film covering the sensor unit are different, and the film covering the sensor unit has a reflectance of a vertical component of the film with respect to the laser light in the vicinity of the first reflection surface, The reflectance is set so that the interference signal generated by the reflection of the laser beam on the first reflecting surface is not lost.
(9) The refractive index of the film covering the sensor part is made equal to the refractive index of the substance in contact with the film.
(10) The film covering the sensor part is formed of a fluororesin or a fluorinated acrylic resin.
(11) The heat generated by the transmitted laser light is generated by setting the wavelength of the laser light incident on the sensor unit to a wavelength that transmits the tip of the sensor unit.
(12) A laser beam having a wavelength transmitted through the tip of the sensor unit and a laser beam having a wavelength different from the laser beam and reflected by the first and second reflecting surfaces are incident on the sensor unit. about.

また、本発明のセンサシステムでは、シングルモードのレーザ光を出射する投光器と、レーザ光が入射されることで第1の反射光と第2の反射光を生じさせる光ファイバ装置と、光ファイバ装置から出射された第1の反射光と第2の反射光の干渉光を受光する受光器と、受光器から出力された信号を解析する解析器とを備えたとしているものである。   In the sensor system of the present invention, a projector that emits single-mode laser light, an optical fiber device that generates first reflected light and second reflected light when the laser light is incident, and an optical fiber device A light receiving device that receives the interference light of the first reflected light and the second reflected light emitted from the light source, and an analyzer that analyzes the signal output from the light receiving device.

特に、光ファイバ装置は、シングルモードのレーザ光を伝搬させる光ファイバと、この光ファイバの端部に設けて光ファイバ内を伝搬されてきたレーザ光を反射させるセンサ部とを有し、センサ部は、光ファイバのコアと同一材料であって、光ファイバのコアよりも太径の円柱状とし、センサ部の先端側には、光ファイバからセンサ部に入射されて入射方向に伝搬する第1の光を反射させて第1の反射光を生じさせる第1の反射面と、光ファイバからセンサ部に入射された際に入射方向から所定の角度の方向に伝搬する第2の光を反射させて第2の反射光を生じさせる第2の反射面を設けているものである。   In particular, the optical fiber device includes an optical fiber for propagating a single mode laser beam, and a sensor unit that is provided at an end of the optical fiber and reflects the laser beam propagated in the optical fiber. Is made of the same material as the core of the optical fiber and has a columnar shape with a diameter larger than that of the core of the optical fiber. A first reflecting surface that reflects first light to generate first reflected light, and second light that propagates in a direction at a predetermined angle from the incident direction when incident on the sensor unit from the optical fiber. The second reflection surface for generating the second reflected light is provided.

本発明によれば、シングルモードのレーザ光を伝搬させる光ファイバと、この光ファイバの端部に設けて光ファイバ内を伝搬されてきたレーザ光を反射させるセンサ部とを有する光ファイバ装置として、光ファイバからセンサ部に入射されることにより所定の広がり角をもって伝搬する光のうち、入射方向に伝搬する第1の光を反射させて第1の反射光を生じさせる第1の反射面と、入射方向から所定の角度の方向に伝搬する第2の光を反射させて第2の反射光を生じさせる第2の反射面を設けていることで、入射光の広がり角を利用して2種類の反射光を生じさせることができ、この二種類の反射光を利用して干渉光を生じさせることができる。   According to the present invention, as an optical fiber device having an optical fiber for propagating a single mode laser beam, and a sensor unit for reflecting the laser beam propagated in the optical fiber provided at the end of the optical fiber, A first reflecting surface that reflects the first light propagating in the incident direction out of the light propagating with a predetermined divergence angle by being incident on the sensor unit from the optical fiber; By providing the second reflecting surface that reflects the second light propagating in the direction of the predetermined angle from the incident direction to generate the second reflected light, two types can be used using the spread angle of the incident light. The reflected light can be generated, and interference light can be generated using these two kinds of reflected light.

しかも、第2の反射光は、第2の反射面の向きを調整することで、効果的にセンサ部の外周面で全反射させる光路を設定しやすく、センサ部の入射方向の長さを短くすることができ、よりコンパクトなセンサ部を備えた光ファイバ装置とすることができる。   In addition, by adjusting the direction of the second reflecting surface of the second reflected light, it is easy to set an optical path for effective total reflection on the outer peripheral surface of the sensor unit, and the length of the incident direction of the sensor unit is shortened. Therefore, an optical fiber device including a more compact sensor unit can be obtained.

本発明に係るセンサシステムの概略模式図である。1 is a schematic diagram of a sensor system according to the present invention. 本発明に係る光ファイバ装置の概略模式図である。1 is a schematic diagram of an optical fiber device according to the present invention. 空気と接したファイバ装置から得られた干渉スペクトルのグラフである。3 is a graph of an interference spectrum obtained from a fiber device in contact with air. 水とエタノールの混合液に接したファイバ装置から得られた干渉スペクトルのグラフである。It is the graph of the interference spectrum obtained from the fiber apparatus which contacted the liquid mixture of water and ethanol. 水とエタノールの混合液の屈折率と波長シフト量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the refractive index of the liquid mixture of water and ethanol, and the amount of wavelength shifts. 水とエタノールの混合液に接したファイバ装置から得られた干渉スペクトルのグラフである。It is the graph of the interference spectrum obtained from the fiber apparatus which contacted the liquid mixture of water and ethanol. 水とエタノールの混合液の屈折率と波長シフト量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the refractive index of the liquid mixture of water and ethanol, and the amount of wavelength shifts. 水中での温度における波長シフトを示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength shift in the temperature in water. ディップ波長の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of a dip wavelength. ディップ波長の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of a dip wavelength. センサ部をヒーターとして用い、入射光パワーに対する温度上昇のグラフである。It is a graph of the temperature rise with respect to incident light power, using a sensor part as a heater.

<第1実施形態>
以下において、本発明の第1実施形態について説明する。
<First Embodiment>
In the following, a first embodiment of the present invention will be described.

本発明のセンサシステムでは、図1に概略模式図で示すように、シングルモードのレーザ光を出射する投光器10と、レーザ光が入射されることで第1の反射光と第2の反射光を生じさせる光ファイバ装置20と、光ファイバ装置20から出射された第1の反射光と第2の反射光の干渉光を受光する受光器30と、受光器30から出力された信号を解析する解析器40とを備えたとしているものである。   In the sensor system of the present invention, as schematically shown in FIG. 1, a projector 10 that emits a single-mode laser beam, and a first reflected light and a second reflected light are incident upon the incidence of the laser beam. The optical fiber device 20 to be generated, the light receiver 30 that receives the interference light of the first reflected light and the second reflected light emitted from the optical fiber device 20, and the analysis that analyzes the signal output from the light receiver 30 It is said that the container 40 is provided.

投光器10では、出射する光の波長を調整可能としており、解析器40による制御に基づいて所定の波長の光を出射することとしている。   In the projector 10, the wavelength of the emitted light can be adjusted, and light of a predetermined wavelength is emitted based on the control by the analyzer 40.

光ファイバ装置20は、後述するように、光ファイバ21とセンサ部22とで構成している。特に、光ファイバ21の中途部分には、光の進行方向によって結合するポートが異なるファイバ型光サーキュレータ23を設けている。光サーキュレータ23は、投光器10から出射されたレーザ光を光ファイバ装置20へ導光し、光ファイバ装置20で生じさせた第1の反射光と第2の反射光の干渉光を、光サーキュレータ23を介して受光器30に入射させている。   The optical fiber device 20 includes an optical fiber 21 and a sensor unit 22 as will be described later. In particular, a fiber-type optical circulator 23 having different ports to be coupled depending on the traveling direction of light is provided in the middle portion of the optical fiber 21. The optical circulator 23 guides the laser light emitted from the projector 10 to the optical fiber device 20, and the interference light of the first reflected light and the second reflected light generated by the optical fiber device 20 is used as the optical circulator 23. Through the light receiver 30.

受光器30は、光ファイバ装置20で生じさせた第1の反射光と第2の反射光の干渉光を受光して、干渉光の明度を検出し、所定の検出信号として解析器40に入力している。   The light receiver 30 receives the interference light of the first reflected light and the second reflected light generated by the optical fiber device 20, detects the brightness of the interference light, and inputs it to the analyzer 40 as a predetermined detection signal. doing.

解析器40は、本実施形態ではパーソナルコンピュータで構成し、投光器10から照射する光の波長を変えながら受光器30の出力信号を検出して、後述するように波長シフト量を検出することで屈折率を計測することとしている。本実施形態では、解析器40はパーソナルコンピュータで構成しているが、専用の処理を実行する装置を構築してもよい。また、投光器10からの照射光は広波長帯域の光とし、受光器30を波長に分解(分光)して各波長における光強度を計測できる光スペクトラムアナライザとしても同様に波長シフト量を検出することができる。   The analyzer 40 is constituted by a personal computer in this embodiment, detects the output signal of the light receiver 30 while changing the wavelength of light irradiated from the projector 10, and detects the wavelength shift amount as described later to refract the light. The rate is to be measured. In this embodiment, the analyzer 40 is composed of a personal computer, but an apparatus for executing a dedicated process may be constructed. Similarly, the light emitted from the projector 10 is light in a wide wavelength band, and the wavelength shift amount can be detected in the same manner as an optical spectrum analyzer that can measure the light intensity at each wavelength by decomposing the light receiver 30 into wavelengths (spectroscopy). Can do.

本発明の光ファイバ装置20は、図2に示すように、シングルモードのレーザ光を伝搬させる光ファイバ21と、この光ファイバ21の端部に設けて光ファイバ内を伝搬されてきたレーザ光を反射させるセンサ部22とで構成している。   As shown in FIG. 2, the optical fiber device 20 of the present invention includes an optical fiber 21 that propagates single-mode laser light, and a laser beam that is provided at the end of the optical fiber 21 and propagates through the optical fiber. The sensor unit 22 is configured to reflect.

センサ部22は、光ファイバ21のコアと同一材料であって、光ファイバ21のコアよりも太径の円柱状としている。本実施形態では、光ファイバ21は、コア径が8.2μmで、クラッド径が125μmであり、センサ部22は、直径125μmの円柱状としている。   The sensor unit 22 is made of the same material as the core of the optical fiber 21 and has a cylindrical shape with a diameter larger than that of the core of the optical fiber 21. In the present embodiment, the optical fiber 21 has a core diameter of 8.2 μm, a cladding diameter of 125 μm, and the sensor unit 22 has a cylindrical shape with a diameter of 125 μm.

センサ部22の先端側には、光ファイバ21からセンサ部22に入射されて入射方向に伝搬する第1の光を反射させて第1の反射光を生じさせる第1の反射面22aと、光ファイバ21からセンサ部22に入射された際に入射方向から所定の角度の方向に伝搬する第2の光を反射させて第2の反射光を生じさせる第2の反射面22bを設けている。   A first reflecting surface 22a that reflects the first light that is incident on the sensor unit 22 from the optical fiber 21 and propagates in the incident direction to generate the first reflected light is formed on the distal end side of the sensor unit 22; There is provided a second reflecting surface 22b that reflects the second light propagating in the direction of a predetermined angle from the incident direction when entering the sensor unit 22 from the fiber 21 to generate the second reflected light.

第1の反射面22aは、光ファイバ21からセンサ部22に入射された光の入射方向と直行する平面として、センサ部22の先端側の中央部分に設けている。   The first reflecting surface 22a is provided in the central portion on the distal end side of the sensor unit 22 as a plane orthogonal to the incident direction of light incident on the sensor unit 22 from the optical fiber 21.

第2の反射面22bは、第1の反射面22aの周囲に設けており、本実施形態では、丸みを帯びた略球面形状としている。この略球面形状は、センサ部22の先端側端部を融解させることで形成している。なお、第2の反射面22bは略球面形状に限定するものではなく、後述する光学的条件を満たすように形状を調整可能であれば、第1の反射面22aと所定の角度を成す傾斜面としてもよい。   The second reflecting surface 22b is provided around the first reflecting surface 22a. In the present embodiment, the second reflecting surface 22b has a rounded substantially spherical shape. This substantially spherical shape is formed by melting the tip side end of the sensor portion 22. The second reflecting surface 22b is not limited to a substantially spherical shape, and an inclined surface that forms a predetermined angle with the first reflecting surface 22a as long as the shape can be adjusted so as to satisfy the optical conditions described later. It is good.

ここで、センサ部22には、以下のような光学的条件がある。
まず、光ファイバ21からセンサ部22に入射されたシングルモードの光は広がり角をもってセンサ部22内を伝搬し、1mm程度以下の伝搬長でセンサ部22の径寸法よりも広がることとなっている。このセンサ部22内での光の広がりは、波長λにおける光のスポットサイズw0のガウシアンビームで近似でき、センサ部22の屈折率をnとすると、広がり角θは、
θ=tan-1(λ/nπw0
として表される。
Here, the sensor unit 22 has the following optical conditions.
First, single-mode light incident on the sensor unit 22 from the optical fiber 21 propagates through the sensor unit 22 with a spread angle, and spreads beyond the diameter of the sensor unit 22 with a propagation length of about 1 mm or less. . The spread of light in the sensor unit 22 can be approximated by a Gaussian beam having a light spot size w 0 at a wavelength λ. When the refractive index of the sensor unit 22 is n, the spread angle θ is
θ = tan −1 (λ / nπw 0 )
Represented as:

光ファイバ21からセンサ部22に入射された光であって、広がり角をもってセンサ部22内を伝搬する光は、図2に示すように、第2の反射面22bに到達する前に少なくとも1回はセンサ部22において反射した光としている。説明の便宜上、第2の反射面22bに到達する前にセンサ部22で生じる反射の反射面を「第3の反射面」と呼ぶ。   Light that is incident on the sensor unit 22 from the optical fiber 21 and propagates in the sensor unit 22 with a spread angle is at least once before reaching the second reflecting surface 22b as shown in FIG. Is light reflected by the sensor unit 22. For convenience of explanation, the reflection surface of the reflection generated in the sensor unit 22 before reaching the second reflection surface 22b is referred to as a “third reflection surface”.

さらに、第2の反射面22bで反射した後に、再度、第3の反射面で反射させて、光ファイバ21のコア部分に集光させることとしている。第3の反射面での反射は、全反射となっている。   Further, after being reflected by the second reflecting surface 22b, it is again reflected by the third reflecting surface and condensed on the core portion of the optical fiber 21. The reflection at the third reflecting surface is total reflection.

本実施例では、センサ部22を直径125μmの円柱状としていることから、センサ部22の入射方向の長さL=0.81 mmとしている。センサ部22の長さLと、そのときの第2の反射面22bの形状は、第2の反射面22bからの反射成分がちょうど光ファイバ21のコア部分に戻る条件とすることが重要である。   In the present embodiment, since the sensor portion 22 has a cylindrical shape with a diameter of 125 μm, the length L in the incident direction of the sensor portion 22 is 0.81 mm. It is important that the length L of the sensor unit 22 and the shape of the second reflecting surface 22b at that time are such that the reflected component from the second reflecting surface 22b is just returned to the core portion of the optical fiber 21. .

上述したように、光ファイバ21のコアからの垂直反射成分が生じるように、センサ部22の先端部分に設けた第1の反射面22aは、先端部分の中央であって、平坦としているため、センサ部22の先端部分は単純な先球構造とはしていない。   As described above, the first reflecting surface 22a provided at the tip portion of the sensor portion 22 is flat at the center of the tip portion so that a vertical reflection component from the core of the optical fiber 21 is generated. The tip portion of the sensor unit 22 does not have a simple tip ball structure.

このように、第2の反射面22bで反射した光は、第1の反射面22aで反射した光とは異なり、センサ部22の外周面である第3の反射面で全反射するが、全反射点においてエバネッセント波となっている。したがって、第2の反射面22bで反射した光は、第3の反射面の周囲の外部物質の屈折率の影響を受けて位相が変化するため、第1の反射面22aで反射した光との位相差が生じることで干渉を起すこととなっている。   Thus, unlike the light reflected by the first reflecting surface 22a, the light reflected by the second reflecting surface 22b is totally reflected by the third reflecting surface, which is the outer peripheral surface of the sensor unit 22, but is totally reflected. It is an evanescent wave at the reflection point. Accordingly, the phase of the light reflected by the second reflecting surface 22b changes due to the influence of the refractive index of the external substance around the third reflecting surface, so that the light reflected by the first reflecting surface 22a Interference is caused by a phase difference.

図3は、センサ部22が空気と接した状態での干渉スペクトルのグラフである。2光波による周期的な干渉が見られている。   FIG. 3 is a graph of an interference spectrum when the sensor unit 22 is in contact with air. Periodic interference due to two light waves is observed.

純水とエタノールとの混合液は、純水とエタノールの混合比を調整することで屈折率が変わることが知られており、具体的には、純水に対するエタノールの重量混合比を0〜99.5%まで9.95%刻みで変えることで、屈折率は1.3326〜1.3643まで変化する。   It is known that the mixed solution of pure water and ethanol changes the refractive index by adjusting the mixing ratio of pure water and ethanol. Specifically, the weight mixing ratio of ethanol to pure water is 0 to 99.5. The refractive index is changed from 1.3326 to 1.3643 by changing it in increments of 9.95%.

図4は、エタノール混合比を約20%づつ増大させた時のスペクトルの変化を示している。スペクトルがエタノールの濃度増大(屈折率の増大)と共に、長波長側にシフトしていることがわかる。   FIG. 4 shows the change in the spectrum when the ethanol mixing ratio is increased by about 20%. It can be seen that the spectrum shifts to the longer wavelength side as the ethanol concentration (refractive index increases).

この屈折率変化に対するスペクトルのディップ波長の変化量を、周囲が純水の場合を基準(0)とし、縦軸に波長シフト量としてプロットしたものを図5に示す。屈折率変化に対して波長が線形的に増大しており、この傾きで与えられる感度は139 nm/RIU(RIUはRefractive Index Unitの略)であった。非特許文献1に示されている金膜の反射鏡を用いた場合では147 nm/RIUであって、遜色ない値が得られている。特に、非特許文献1に示されている金膜の反射鏡を用いた場合ではセンサ長が36.3 mmであり、本実施例では、約45分の1の0.81 mmのセンサ長で同等の感度が得られている。   FIG. 5 shows the amount of change in the dip wavelength of the spectrum with respect to the change in refractive index, plotted as the wavelength shift amount on the vertical axis with the reference (0) being the case where the surrounding is pure water. The wavelength increased linearly with respect to the refractive index change, and the sensitivity given by this inclination was 139 nm / RIU (RIU is an abbreviation of Refractive Index Unit). In the case where the gold film reflecting mirror shown in Non-Patent Document 1 is used, it is 147 nm / RIU, and an inferior value is obtained. In particular, the sensor length is 36.3 mm when the gold film reflector shown in Non-Patent Document 1 is used. In this embodiment, the sensitivity is equivalent to a sensor length of 0.81 mm, which is about 1/45. Has been obtained.

上述した実施形態では、センサ部22には何の被覆も施していないが、各種の被覆を施すことで性能向上を果たすことができる。   In the above-described embodiment, the sensor unit 22 is not coated with any coating, but performance can be improved by applying various coatings.

図6は、センサ部22に100 nmのチタン膜を形成した場合において、エタノール混合比を約20%づつ増大させた際のスペクトルの変化を示している。   FIG. 6 shows changes in the spectrum when the ethanol mixing ratio is increased by about 20% when a 100 nm titanium film is formed on the sensor unit 22.

注目すべき点の1つは、チタン膜の無い場合では、図4に示したように、屈折率の増大と共に、スペクトルの山谷の深さが顕著に浅くなっていくが、チタン膜がある場合は、図6に示すように、屈折率が増大しても、スペクトルの山谷の深さが十分大きな状況に維持できることである。このことは、センサ部22をチタン膜等の適宜の金属膜で被覆することで、さらに大きな屈折率の測定まで可能となることを意味する。   One of the points to be noted is that in the case where there is no titanium film, as shown in FIG. 4, the depth of the peaks and valleys of the spectrum becomes remarkably shallow as the refractive index increases. As shown in FIG. 6, even if the refractive index increases, the depth of the peaks and valleys of the spectrum can be maintained in a sufficiently large state. This means that even a higher refractive index can be measured by covering the sensor unit 22 with an appropriate metal film such as a titanium film.

この金属膜による被覆の効果は、金属膜の形成によって垂直成分の光の反射率が増大できているためと考えられる。   The effect of the coating with the metal film is considered to be due to the fact that the reflectance of light of the vertical component can be increased by the formation of the metal film.

注目すべき2つ目の点は、チタン膜の形成により波長のシフト量が大きくなることである。   The second point to be noted is that the shift amount of the wavelength is increased by the formation of the titanium film.

図7は、センサ部22に100 nmのチタン膜を形成した場合と、センサ部22に150 nmのチタン膜を形成した場合のエタノールの濃度増大(屈折率の増大)に対する波長のシフト量をプロットしたものである。比較のために,チタン膜を設けていない場合も表示している。   FIG. 7 plots the amount of wavelength shift with respect to the increase in ethanol concentration (increase in refractive index) when a 100 nm titanium film is formed on the sensor unit 22 and when a 150 nm titanium film is formed on the sensor unit 22. It is a thing. For comparison, the case where no titanium film is provided is also shown.

図7に示すように、チタン膜が厚くなると共に、波長のシフト量が明瞭に大きくなっている。図7において、各データの示す傾きで与えられる感度は、チタン膜が無い場合に139 nm/RIUであるのに対して、100 nmのチタン膜を形成した場合は229 nm/RIU、150 nmのチタン膜を形成した場合は312 nm/RIUであり、チタン膜の増大と共に感度が大幅に大きくなっている。   As shown in FIG. 7, the thickness of the titanium film is increased and the wavelength shift amount is clearly increased. In FIG. 7, the sensitivity given by the slope indicated by each data is 139 nm / RIU when there is no titanium film, whereas 229 nm / RIU and 150 nm when a 100 nm titanium film is formed. When the titanium film is formed, it is 312 nm / RIU, and the sensitivity is greatly increased as the titanium film increases.

チタン薄膜を150 nmとした場合の感度は、チタン薄膜が無い場合の感度より2.2倍増大しており、非特許文献1に示されている金膜の反射鏡を用いた場合の感度(147 nm/RIU)と比べても2倍以上となっている。   The sensitivity when the titanium thin film is 150 nm is 2.2 times higher than the sensitivity when there is no titanium thin film, and the sensitivity when using the gold film reflector shown in Non-Patent Document 1 (147 nm / RIU) ) And more than twice.

このようなチタン膜による感度の向上効果は、チタン膜により全反射時のエバネッセント波の浸み出しが大きくなって、外部の屈折率変化に対して光路長の変化が大きくなるためと考えているが、詳細は今後の研究で明らかにする必要がある。   The effect of improving the sensitivity by such a titanium film is thought to be because the penetration of the evanescent wave at the time of total reflection is increased by the titanium film, and the change in the optical path length is increased with respect to the external refractive index change. However, details need to be clarified in future research.

なお、センサ部22はチタン膜で被覆する場合だけでなく、Si,Ni,Auなどの他の金属膜や、SiNx,TiO2,Al2O3などの窒化膜や酸化膜などの薄膜の他、有機薄膜などでも同様の効果が得られる。 The sensor unit 22 is not only coated with a titanium film, but also other metal films such as Si, Ni and Au, and other thin films such as nitride films and oxide films such as SiNx, TiO 2 and Al 2 O 3. Similar effects can be obtained with organic thin films.

上述した実施形態は、屈折率センサとして利用することを想定しているが、例えば、後述するようにセンサ部22を温度によって屈折率が変化する材料で被覆することで、屈折率変化と温度変化を関連づけることが可能であり、温度センサとして利用できる。   The above-described embodiments are assumed to be used as a refractive index sensor. For example, as described later, the sensor unit 22 is covered with a material whose refractive index changes depending on the temperature, thereby changing the refractive index and the temperature change. Can be associated, and can be used as a temperature sensor.

また、被覆材の屈折率が圧力によって変化するものとすれば、屈折率変化と圧力変化を関連づけることが可能であり、圧力センサとして利用できる。同様に、屈折率と物理量が関連する材料を被覆することにより、各種センサとして応用できることが可能である。   Further, if the refractive index of the coating material changes with pressure, it is possible to correlate the refractive index change with the pressure change, and it can be used as a pressure sensor. Similarly, it can be applied as various sensors by coating a material whose refractive index and physical quantity are related.

なお、上述した第1実施形態では、センサ部22は、光ファイバ21のコアと同一材料としているが、一方の材料中に多少の不純物が添加されていても上述の特性への影響はほぼなく、上述した特性を損なわない程度の不純物の添加は許容範囲であって、その場合も同一材料と見なす。   In the first embodiment described above, the sensor unit 22 is made of the same material as the core of the optical fiber 21, but even if some impurities are added to one material, the above-mentioned characteristics are hardly affected. Addition of impurities to such an extent that does not impair the above-mentioned characteristics is within an allowable range, and in that case, it is regarded as the same material.

<第2実施形態>
以下において、本発明の第2実施形態について説明する。
Second Embodiment
In the following, a second embodiment of the present invention will be described.

第2実施形態では、センサ部22を温度によって屈折率が変化する材料で被覆することで、屈折率変化と温度変化を関連づけ、温度センサとして利用するものである。   In the second embodiment, the sensor unit 22 is covered with a material whose refractive index changes depending on the temperature, thereby associating the refractive index change with the temperature change and using it as a temperature sensor.

その一例として、センサ部22の表面にチタン皮膜を形成し、さらにフッ素化アクリル樹脂で被覆して、温度センサとするものである。チタン皮膜の厚さは150 nmとし、水中において温度を変化させた時の測定結果を図8に示す。   As an example, a temperature sensor is formed by forming a titanium film on the surface of the sensor unit 22 and further coating with a fluorinated acrylic resin. FIG. 8 shows the measurement results when the thickness of the titanium film was 150 nm and the temperature was changed in water.

ここで、センサ部22を被覆する被覆膜は、以下の3つの要件を満たすことが望ましい。   Here, it is desirable that the coating film covering the sensor unit 22 satisfies the following three requirements.

第1の要件は、センサ部22のファイバの屈折率と、被覆膜の屈折率の差が適度な大きさで異なっていることである。ここで、適度な大きさとは、センサ部22のファイバと被覆膜との界面でのレーザ光の透過率が10%以下となる屈折率の組み合わせをすることである。   The first requirement is that the difference between the refractive index of the fiber of the sensor unit 22 and the refractive index of the coating film is different in an appropriate size. Here, the appropriate size means that the refractive index is combined so that the transmittance of the laser light at the interface between the fiber and the coating film of the sensor unit 22 is 10% or less.

さらに、第2の要件は、センサ部22の第1の反射面22a近傍での垂直成分の被覆膜のレーザ光に対する反射率が、第1の反射面22aでのレーザ光の反射によって生成される干渉信号を消失させない反射率とすることである。すなわち、被覆膜のレーザ光に対する反射率が大きい場合には、干渉信号が得られなくなることで温度の計測が困難となるおそれがあるためである。   Further, the second requirement is that the reflectance of the coating film of the vertical component in the vicinity of the first reflecting surface 22a of the sensor unit 22 is generated by the reflection of the laser light on the first reflecting surface 22a. The reflectance is such that the interference signal is not lost. That is, when the reflectance of the coating film with respect to the laser beam is large, it is difficult to measure temperature because an interference signal cannot be obtained.

さらに、第3の要件は,被覆膜の屈折率が、その外側で被腹膜と接している物質の屈折率とほぼ等しいことである。ここで、「ほぼ等しい」とは、屈折率の差が、10%以内ということである。   Furthermore, the third requirement is that the refractive index of the coating film is substantially equal to the refractive index of the substance that is in contact with the peritoneum on the outside thereof. Here, “substantially equal” means that the difference in refractive index is within 10%.

例えば、被腹膜をフッ素化アクリル樹脂で形成した場合には、上記の要件を満たし、被腹膜として好適な材料となっている。特に、温度センサとしてのみの動作を要求する時は、センサ部22は被覆膜で十分厚く被覆された状態としてもよく、最表面からの反射光が、センサ部22へ戻らないように最表面に凹凸があるような構造とすることが望ましい。また、フッ素化アクリル樹脂の屈折率は水の屈折率とほぼ一致するため、ディップ波長は水中においても波形が変形することなく、図8に示すように、温度上昇と共にスムースに短波長側にシフトしている。   For example, when the peritoneum is formed of a fluorinated acrylic resin, it satisfies the above requirements and is a suitable material for the peritoneum. In particular, when operation only as a temperature sensor is required, the sensor unit 22 may be sufficiently coated with a coating film, so that the reflected light from the outermost surface does not return to the sensor unit 22. It is desirable to have a structure with unevenness. In addition, since the refractive index of the fluorinated acrylic resin substantially matches the refractive index of water, the dip wavelength does not deform even in water, and smoothly shifts to the short wavelength side as the temperature rises as shown in FIG. doing.

一方、被覆膜の屈折率が、その外側の物質の屈折率と大きく異なって、屈折率の差が大きい場合には、その界面での反射成分が発生するため、スペクトル波形の変形が起こるが、本実施形態ではそのようなことが起きていない。   On the other hand, if the refractive index of the coating film is significantly different from the refractive index of the material outside the coating film and the difference in refractive index is large, a reflection component at the interface is generated, resulting in distortion of the spectrum waveform. Such a situation does not occur in the present embodiment.

すなわち、水分がほとんどである人体などの動物の温度測定には、被覆膜としてフッ素化アクリル樹脂を用いることで、測定精度の向上にも大変有効である。ディップ波長の温度依存性を図9に示す。図9に示すように、30〜50℃の範囲で線形性に優れ、温度分解能が0.065 ℃と高分解能で測定できることがわかった。   That is, in measuring the temperature of an animal such as a human body that has almost all moisture, the use of a fluorinated acrylic resin as a coating film is very effective in improving measurement accuracy. The temperature dependence of the dip wavelength is shown in FIG. As shown in FIG. 9, it was found that the linearity was excellent in the range of 30 to 50 ° C., and the temperature resolution could be measured with a high resolution of 0.065 ° C.

なお、フッ素化アクリル樹脂の代わりとして、溶剤が揮発することで被覆膜が形成されるタイプであるフッ素樹脂を用いて被覆膜を形成した場合の測定も行った。フッ素樹脂も屈折率が水に近いため、スペクトル波形の変形がほぼ起こらなかった。この場合のディップ波長の温度依存性を図10に示す。図10に示すように、温度に対する波長シフト量は小さいが、0.63 ℃の分解能で測定できることがわかった。   In addition, the measurement at the time of forming a coating film using the fluororesin which is a type in which a coating film is formed by volatilization of a solvent instead of the fluorinated acrylic resin was also performed. Since the refractive index of the fluororesin is close to that of water, the spectral waveform is hardly deformed. The temperature dependence of the dip wavelength in this case is shown in FIG. As shown in FIG. 10, it was found that the wavelength shift amount with respect to the temperature was small, but measurement was possible with a resolution of 0.63 ° C.

<第3実施形態>
以下において、第3実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
The third embodiment will be described below.

上述した第2実施形態のように、センサ部22をフッ素化アクリル樹脂で被覆した光ファイバ装置を用い、水における光吸収が大きい波長1.48μmの半導体レーザ光をセンサ部22の入力端から入射すると、センサ部22の先端部を透過して、センサ部22の外に光を射出させることができる。しかも、センサ部22を水に浸漬させた状態で光を射出させると、射出された光によりセンサ部22の周囲の水を発熱させて暖めることができた。すなわち、センサ部22をヒーターとして用いるものである。   As in the second embodiment described above, when an optical fiber device in which the sensor unit 22 is coated with a fluorinated acrylic resin is used, a semiconductor laser beam having a wavelength of 1.48 μm, which is highly absorbed in water, enters from the input end of the sensor unit 22. The light can be emitted outside the sensor unit 22 through the tip of the sensor unit 22. Moreover, when light is emitted while the sensor unit 22 is immersed in water, the water around the sensor unit 22 can be heated by the emitted light and heated. That is, the sensor unit 22 is used as a heater.

図11は、入射光パワーに対する水の温度上昇幅の関係をプロットしたグラフである。約43 mWの比較的低い光パワーで14℃の昇温が実現できることわかった。   FIG. 11 is a graph plotting the relationship between the incident light power and the temperature rise width of water. It was found that a temperature increase of 14 ° C can be achieved with a relatively low optical power of about 43 mW.

人体の体温を36 ℃とした場合、50 ℃にするには、14 ℃の温度上昇幅があればよく、センサ部22をヒーターとして比較的低い光パワーで50 ℃まで昇温できることになる。   When the body temperature of the human body is 36 ° C., a temperature increase width of 14 ° C. is sufficient to reach 50 ° C., and the temperature can be increased to 50 ° C. with relatively low optical power using the sensor unit 22 as a heater.

さらには、センサ部22の先端を融解して、端面を適宜の曲面構造とすることで集光効果を生じさせることができ、センサ部22の先端部が平坦なものと比べて温度上昇幅を10%向上させることができた。   Furthermore, the tip of the sensor unit 22 can be melted to produce a light collecting effect by making the end surface an appropriate curved surface structure, and the temperature rise width can be increased compared to a flat tip of the sensor unit 22. 10% improvement.

上述した第2実施形態の温度センサでは、感度向上のためにチタン膜が形成されているが、150 nmと極めて薄く、このようなチタン膜が存在する状況であっても、波長1.48 μmの光は95%透過することを確認した。   In the temperature sensor of the second embodiment described above, a titanium film is formed to improve sensitivity, but it is extremely thin as 150 nm. Even in the situation where such a titanium film exists, light with a wavelength of 1.48 μm is used. Was confirmed to be 95% transparent.

また、センサ部22に入射させる光として波長1577μm付近の光を波長多重装置を用いて合波して入射し、1577μm付近の波長成分を有する光の先端表面からの反射光のスペクトル変化を計測すると、先端部の温度を測定することができた。すなわち、加熱用の光と、温度計測用の光とを重ね合わせた2波長の光入射により、先端部の昇温とその温度計測を同時に光のみで実現できる。   Further, as light to be incident on the sensor unit 22, light having a wavelength near 1577 μm is combined and incident using a wavelength multiplexing device, and the spectral change of reflected light from the front surface of light having a wavelength component near 1577 μm is measured. The tip temperature could be measured. That is, by the two-wavelength light incidence obtained by superimposing the heating light and the temperature measurement light, it is possible to simultaneously realize the temperature rise at the tip and the temperature measurement using only light.

10 投光器
20 光ファイバ装置
21 光ファイバ
22 センサ部
22a 第1の反射面
22b 第2の反射面
23 光サーキュレータ
30 受光器
40 解析器
10 Floodlight
20 Optical fiber equipment
21 optical fiber
22 Sensor section
22a First reflective surface
22b Second reflecting surface
23 Optical circulator
30 Receiver
40 analyzer

Claims (14)

シングルモードのレーザ光を伝搬させる光ファイバと、
この光ファイバの端部に設けて前記光ファイバ内を伝搬されてきたレーザ光を反射させるセンサ部と
を有する光ファイバ装置であって、
前記センサ部は、前記光ファイバのコアと同一材料であって、前記光ファイバのコアよりも太径の円柱状とし、
前記センサ部の先端側には、前記光ファイバから前記センサ部に入射されて入射方向に伝搬する第1の光を反射させる第1の反射面と、前記光ファイバから前記センサ部に入射された際に入射方向から所定の角度の方向に伝搬する第2の光を反射させる第2の反射面を設けている光ファイバ装置。
An optical fiber that propagates single-mode laser light;
An optical fiber device having a sensor unit that is provided at an end of the optical fiber and reflects a laser beam propagated in the optical fiber,
The sensor part is made of the same material as the core of the optical fiber, and has a cylindrical shape with a diameter larger than that of the core of the optical fiber.
A first reflecting surface that reflects the first light that is incident on the sensor unit from the optical fiber and propagates in the incident direction is incident on the front end side of the sensor unit, and the sensor unit is incident on the sensor unit from the optical fiber. An optical fiber device provided with a second reflecting surface that reflects second light propagating in a direction at a predetermined angle from the incident direction.
請求項1に記載の光ファイバ装置において、前記第2の反射面で反射するまたは反射した第2の光は、前記センサ部の外周面で少なくとも1回以上全反射させている光ファイバ装置。   2. The optical fiber device according to claim 1, wherein the second light reflected or reflected by the second reflecting surface is totally reflected at least once by the outer peripheral surface of the sensor unit. 請求項1または請求項2に記載の光ファイバ装置において、前記センサ部の先端側の中央部分に平面状の前記第1の反射面を設け、この第1の反射面の周囲に前記第2の反射面を設けている光ファイバ装置。   3. The optical fiber device according to claim 1, wherein the first reflecting surface having a planar shape is provided at a center portion on a tip side of the sensor unit, and the second reflecting surface is provided around the first reflecting surface. An optical fiber device provided with a reflective surface. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光ファイバ装置において、前記センサ部の前記入射方向の長さを1mm以下としている光ファイバ装置。   The optical fiber device according to any one of claims 1 to 3, wherein a length of the sensor unit in the incident direction is 1 mm or less. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光ファイバ装置において、前記センサ部の外側を金属膜で被覆している光ファイバ装置。   The optical fiber device according to any one of claims 1 to 4, wherein an outer side of the sensor unit is covered with a metal film. 請求項5記載の光ファイバ装置において、前記金属膜がチタン製または酸化チタン製である光ファイバ装置。   6. The optical fiber device according to claim 5, wherein the metal film is made of titanium or titanium oxide. 請求項5または請求項6に記載の光ファイバ装置において、前記金属膜の厚さが300 nm以下である光ファイバ装置。   The optical fiber device according to claim 5 or 6, wherein the metal film has a thickness of 300 nm or less. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光ファイバ装置において、前記センサ部の外側を誘電性膜または有機膜で被覆している光ファイバ装置。   The optical fiber device according to any one of claims 1 to 4, wherein an outer side of the sensor unit is covered with a dielectric film or an organic film. 請求項8に記載の光ファイバ装置において、前記センサ部と、このセンサ部を被覆した膜の屈折率が異なり、かつ、前記膜は、前記第1の反射面近傍での前記レーザ光に対する前記膜の垂直成分の反射率を、前記第1の反射面での前記レーザ光の反射によって生成される干渉信号を消失させない反射率としている光ファイバ装置。   9. The optical fiber device according to claim 8, wherein a refractive index of the sensor unit and a film covering the sensor unit are different, and the film is the film for the laser light in the vicinity of the first reflecting surface. An optical fiber device in which the vertical component has a reflectance that does not cause an interference signal generated by the reflection of the laser light on the first reflecting surface to disappear. 請求項9に記載の光ファイバ装置において、前記膜の屈折率を、前記膜と接する物質の屈折率と等しくしている光ファイバ装置。   10. The optical fiber device according to claim 9, wherein a refractive index of the film is equal to a refractive index of a substance in contact with the film. 請求項9または請求項10に記載の光ファイバ装置において、前記膜をフッ素樹脂またはフッ素化アクリル樹脂で形成している光ファイバ装置。   The optical fiber device according to claim 9 or 10, wherein the film is formed of a fluororesin or a fluorinated acrylic resin. 請求項8〜11のいずれか1項に記載の光ファイバ装置において、前記センサ部に入射させるレーザ光の波長を前記センサ部の先端を透過する波長として、透過したレーザ光による発熱を生じさせる光ファイバ装置。   The optical fiber device according to any one of claims 8 to 11, wherein the wavelength of the laser beam incident on the sensor unit is set to a wavelength that transmits the tip of the sensor unit, and light that generates heat by the transmitted laser beam. Fiber device. 請求項12に記載の光ファイバ装置において、前記センサ部に、前記センサ部の先端を透過する波長のレーザ光と、このレーザ光と異なる波長であって、前記第1と第2の反射面でそれぞれ反射するレーザ光とを入射させている光ファイバ装置。   13. The optical fiber device according to claim 12, wherein the sensor unit includes a laser beam having a wavelength that transmits the tip of the sensor unit, and a wavelength different from the laser beam, the first and second reflecting surfaces. An optical fiber device in which a laser beam to be reflected is incident. シングルモードのレーザ光を出射する投光器と、
前記レーザ光が入射されることで第1の反射光と第2の反射光を生じさせる光ファイバ装置と、
前記光ファイバ装置から出射された前記第1の反射光と前記第2の反射光の干渉光を受光する受光器と、
前記受光器から出力された信号を解析する解析器と
を備えたセンサシステムであって、
前記光ファイバ装置は、
前記シングルモードのレーザ光を伝搬させる光ファイバと、
この光ファイバの端部に設けて前記光ファイバ内を伝搬されてきたレーザ光を反射させるセンサ部と
を有し、
前記センサ部は、前記光ファイバのコアと同一材料であって、前記光ファイバのコアよりも太径の円柱状とし、
前記センサ部の先端側には、前記光ファイバから前記センサ部に入射されて入射方向に伝搬する第1の光を反射させて前記第1の反射光を生じさせる第1の反射面と、前記光ファイバから前記センサ部に入射された際に入射方向から所定の角度の方向に伝搬する第2の光を反射させて前記第2の反射光を生じさせる第2の反射面を設けているセンサシステム。
A projector that emits single-mode laser light;
An optical fiber device for generating a first reflected light and a second reflected light by the incidence of the laser light;
A light receiver that receives interference light of the first reflected light and the second reflected light emitted from the optical fiber device;
A sensor system comprising an analyzer for analyzing a signal output from the light receiver,
The optical fiber device is:
An optical fiber for propagating the single mode laser beam;
A sensor unit that reflects the laser beam that has been propagated through the optical fiber provided at the end of the optical fiber;
The sensor part is made of the same material as the core of the optical fiber, and has a cylindrical shape with a diameter larger than that of the core of the optical fiber.
A first reflecting surface that reflects the first light incident on the sensor unit from the optical fiber and propagating in the incident direction to generate the first reflected light is formed on the tip side of the sensor unit; A sensor provided with a second reflecting surface that reflects the second light propagating in a direction at a predetermined angle from the incident direction when incident on the sensor unit from an optical fiber to generate the second reflected light. system.
JP2016212379A 2015-11-19 2016-10-29 Optical fiber device and sensor system Active JP6681070B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015226941 2015-11-19
JP2015226941 2015-11-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017102107A true JP2017102107A (en) 2017-06-08
JP6681070B2 JP6681070B2 (en) 2020-04-15

Family

ID=59016357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016212379A Active JP6681070B2 (en) 2015-11-19 2016-10-29 Optical fiber device and sensor system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6681070B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015502367A (en) * 2011-12-16 2015-01-22 アメリカ合衆国 Compounds and methods for prevention and treatment of tumor metastasis and tumor formation
WO2019026347A1 (en) * 2017-07-30 2019-02-07 国立大学法人 岡山大学 Thermotherapy device
JP2020051841A (en) * 2018-09-26 2020-04-02 株式会社エィ・ダブリュ・サービス Optical device
KR102099224B1 (en) * 2018-12-06 2020-04-09 조선대학교산학협력단 Method for manufacturing a temperature sensor using optical fiber end coated with polymer, System including the temperature sensor and Method for measuring the temperature using the system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11223597A (en) * 1998-02-06 1999-08-17 Canon Inc Optical-fiber surface plasmon sensor
JP2003057171A (en) * 2001-08-10 2003-02-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Optical fiber type surface plasmon resonance sensor apparatus
WO2004023119A1 (en) * 2002-09-09 2004-03-18 Corning Incorporated Enhanced fiber-optic sensor
JP2012251963A (en) * 2011-06-07 2012-12-20 Okayama Univ Refractive index detection method and optical fiber sensor system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11223597A (en) * 1998-02-06 1999-08-17 Canon Inc Optical-fiber surface plasmon sensor
JP2003057171A (en) * 2001-08-10 2003-02-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Optical fiber type surface plasmon resonance sensor apparatus
WO2004023119A1 (en) * 2002-09-09 2004-03-18 Corning Incorporated Enhanced fiber-optic sensor
JP2012251963A (en) * 2011-06-07 2012-12-20 Okayama Univ Refractive index detection method and optical fiber sensor system

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HIDEKI FUKANO, ET AL: "Reflection-type optical fiber refractive-index sensor using a multimode interference structure with", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 53, JPN7019003828, 14 February 2014 (2014-02-14), pages 1 - 4, ISSN: 0004162284 *
HIDEKI FUKANO, ET AL: "Sensitivity improvement of optical-fiber temperature sensor with solid cladding material based on mu", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 54, JPN7019003829, 23 February 2015 (2015-02-23), pages 1 - 5, ISSN: 0004162285 *
SHUJI TAUE, ET AL: "REFLECTION-TYPE FIBER-OPTIC MULTIMODE INTERFERENCE STRUCTURE WITH ROUNDED END-FACE: A TEMPERATURE-SE", 2015 20TH MICROOPTICS CONFERENCE 予稿集, JPN6019045960, 25 October 2015 (2015-10-25), pages 1 - 2, XP032871987, ISSN: 0004162283, DOI: 10.1109/MOC.2015.7416444 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015502367A (en) * 2011-12-16 2015-01-22 アメリカ合衆国 Compounds and methods for prevention and treatment of tumor metastasis and tumor formation
WO2019026347A1 (en) * 2017-07-30 2019-02-07 国立大学法人 岡山大学 Thermotherapy device
JPWO2019026347A1 (en) * 2017-07-30 2020-07-02 国立大学法人 岡山大学 Thermotherapy device
JP2020051841A (en) * 2018-09-26 2020-04-02 株式会社エィ・ダブリュ・サービス Optical device
KR102099224B1 (en) * 2018-12-06 2020-04-09 조선대학교산학협력단 Method for manufacturing a temperature sensor using optical fiber end coated with polymer, System including the temperature sensor and Method for measuring the temperature using the system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6681070B2 (en) 2020-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6681070B2 (en) Optical fiber device and sensor system
TWI276790B (en) Tapered fiber optic strain gauge using cavity ring-down spectroscopy
US20130294975A1 (en) Fiber optic apparatus for oxygen sensing
US9645322B2 (en) Optical probe for optical coherence tomography and manufacturing method therefor
JP2009025199A (en) Optical fiber type surface plasmon humidity sensor, surface plasmon humidity sensor, optical fiber type humidity sensor, and humidity measuring apparatus
US20170307521A1 (en) Device and method for determining a refractive index
Sinchenko et al. The effect of the cladding refractive index on an optical fiber evanescent-wave sensor
KR101350262B1 (en) Apparatus for gas sensing by using fiber fabry-perot interferometer
Krishnan et al. Liquid refractometer based mirrorless fiber optic displacement sensor
CN108225386A (en) A kind of method that fibre-optical F-P sensor is made based on 800nm femto-second lasers
JP6752414B2 (en) Heat therapy device
JP6391305B2 (en) Optical fiber sensor device
Fukano et al. High-sensitivity optical fiber refractive index sensor using multimode interference structure
Selvas-Aguilar et al. Noncontact optical fiber sensor for measuring the refractive index of liquids
JP2017009296A (en) Electromagnetic wave propagation device and information acquisition device
Tosi et al. Optical Fiber Biosensors: Device Platforms, Biorecognition, Applications
JP7006964B2 (en) Optical fiber type measuring device and optical fiber type measuring method
JP6915905B2 (en) Hyperthermia device
JP2014196915A (en) Optical damage measuring apparatus
US10466096B2 (en) Fiber optic hydrophone sensors and uses thereof
JP2008232947A (en) Optical fiber type surface plasmon sensor and measuring device using it
US10514333B2 (en) Absorption spectrum detection of a fluid
JP6804499B2 (en) Measurement system
González-Vila et al. Optical power-based interrogation of plasmonic tilted fiber Bragg grating biosensors
WO2020158348A1 (en) Device and method for measuring blood sugar level

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161121

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191024

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20191024

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20191030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200310

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6681070

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150