JP2019174256A

JP2019174256A - 光ファイバ折れ検知システムおよび光ファイバ折れ検知方法

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Publication number: JP2019174256A
Application number: JP2018062077A
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Inventors: 森本　政仁; Masahito Morimoto; 政仁森本
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-10
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Abstract

【課題】光ファイバ折れを精度良く検知するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】光ファイバ折れ検知システムは、第１のレーザ装置と、第１の光ファイバと、第２の光ファイバと、シングルモード光を反射する第１の反射部と、該第１の反射部から反射された該シングルモード光が入射する第３の光ファイバと、第１の合波器と、を具備し、該第２の光ファイバは第１のコアと、第１のクラッドを有し、該第１のコアと該第１のクラッドは該シングルモード光の全反射を可能とする屈折率差を有し、該システムはさらに、該シングルモード光の光量の変動を検出するモニタを具備し、該モニタで検出する該シングルモード光の光量の変動により該第２の光ファイバの折れを検知することを特徴とする。また、前記光ファイバ折れ検知システムを用い、前記モニタで検出する前記シングルモード光の光量の変動により光ファイバの折れを検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ折れ検知システムおよび光ファイバ折れ検知方法に関する。

光ファイバは、通信や計測機器、医療機器などで利用されており、その重要性は近年高まる一方である。中でも医療機器においては、現在まではプローブとして内視鏡の照明やファイババンドルによる画像伝送に主に用いられてきたが、高強度レーザが手軽に利用可能である現在では、光ファイバからの高強度レーザによる焼灼プローブの導入が増加している。

近年の医療技術においては、外科的な侵襲度の高い手術よりも、カテーテルを用いた低侵襲な医療行為が好まれるようになってきている。例えば、疾患部を外科的切開により取り除くよりも、疾患部へカテーテルを通し、カテーテル内に収納した高周波プローブや光ファイバを利用したレーザ照射プローブにより疾患組織を焼灼すると言った手術が広がってきている。さらに電気的や超音波等のプローブに代わり、光を用いた光ファイバプローブがその細さ、しなやかさ、生体適合性から普及が見込まれている。

ここで、特に医療機器における光ファイバの利用においては、不完全または不適切な治療を避けるために、光ファイバの折れを正確に検知することが重要である。

特許文献１には、波長の互いに異なる第１の光および第２の光が入射する光ファイバと、該第２の光を検知する検知部と、該第２の光を反射する反射部を有し、該反射部からの第２の光の反射光を検知することで光ファイバの異常を検知する光ファイバ装置が記載されている。特許文献２には、治療レーザ光を導光する光ファイバと、光ファイバのレーザ入射端側にその光ファイバからの戻り光の出力を検知する戻り光検知手段を有するレーザ治療装置が記載されている。特許文献３には、光ファイバのレーザ出射端面で反射して再び入射端面より出射する反射レーザ光を集光する集光光学系と、該集光光学系により集光された反射レーザ光の光路上に配置された光検知器からなるファイバ破損検知装置が記載されている。特許文献４には、波長掃引光源と、該波長掃引光源からプローブの先端に有するイメージングコアに至る光路上に少なくとも１つのＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）素子とを有し、ＦＢＧ素子に測定光が到達しているか否かを判定する画像診断装置が記載されている。

特開２０１６−７１０４０号公報特開２００２−２９１７６４号公報特許第１４８９７３１号公報特開２０１５−６６０５６号公報

例えば電気的なプローブでは、電気抵抗をモニタすることでプローブの故障を検知することが可能であるが、これまで光ファイバを用いたプローブの故障、すなわち光ファイバの折れ、を正確に検知することは難しかった。特許文献１〜４に記載の方法では、レーザ光出射端側からの反射光の光量のぶれが大きいために検知信号の変動が大きく、より精度の良い光ファイバ折れ検知システムおよび方法が求められていた。

本発明の目的は、上記に鑑みてなされたものであって、光ファイバ折れを精度良く検知するシステムおよび方法を提供することにある。

光ファイバの折れを検知するシステムであって、該システムは、第１のレーザ装置と、第１のレーザ装置から発振されるレーザ光が入射する第１の光ファイバと、該第１の光ファイバと接続し、該レーザ光が出射される第２の光ファイバと、該第２の光ファイバの出射端側に、シングルモード光を反射する第１の反射部と、該第２の光ファイバの入射端から出射する、該第１の反射部から反射された該シングルモード光が入射する第３の光ファイバと、該第１の光ファイバと該第３の光ファイバとを結合して第２の光ファイバと接続する第１の合波器と、を具備し、該第２の光ファイバは第１のコアと、該第１のコアの外周に第１のクラッドを有し、該第１のコアと該第１のクラッドは該シングルモード光の全反射を可能とする屈折率差を有し、該システムはさらに、該第３の光ファイバと接続し、該第１の反射部で反射された該シングルモード光の光量の変動を検出するモニタを具備し、該モニタで検出する該シングルモード光の光量の変動により該第２の光ファイバの折れを検知することを特徴とする光ファイバ折れ検知システムが提供される。

また、本発明の他の観点によれば、上記の光ファイバ折れ検知システムを用い、前記モニタで検出する前記シングルモード光の光量の変動により光ファイバの折れを検知する方法が提供される。

本発明によれば、光ファイバ折れを精度良く検知するシステムおよび方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による光ファイバ折れ検知システムを示す模式である。図２は、本発明の第１実施形態による第２の光ファイバの構造を示す断面図である。図３は、本発明の第２実施形態による光ファイバ折れ検知システムを示す模式である。図４は、本発明の第３実施形態による光ファイバ折れ検知システムを示す模式である。図５は、本発明の変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システムを示す模式である。図６は、本発明の変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システムにおけるレーザ光の導光態様を示す模式である。図７は、実施例５におけるレーザ光の導光態様を示す模式図である。図８は、第２の光ファイバの構造を説明する断面図である。

以下の説明では、焼灼用プローブとしての光ファイバの折れを検知するシステムおよび方法を例として説明するが、本発明の用途はこれに限定するものではなく、他のいかなる用途における光ファイバの折れの検知においても適用することができる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光ファイバ折れ検知システムについて図１および図２を用いて説明する。

まず、本実施形態による光ファイバ折れ検知システムの構成について図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施形態による光ファイバ折れ検知システムを示す模式図である。図２は、本実施形態による第２の光ファイバ１１３の構造を示す断面図である。

本実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０は、焼灼用のレーザを発振するための第１のレーザ装置１１１と、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６が入射する第１の光ファイバ１１２とを有する。また光ファイバ折れ検知システム１１０は、該第１の光ファイバ１１２と接続し、該レーザ光２２６が出射される第２の光ファイバ１１３と、該第２の光ファイバ１１３の出射端側に、シングルモード光２２５を反射する第１の反射部１１４とを有する。第１の反射部１１４で反射されるシングルモード光２２５は、後述する機構により第２の光ファイバ１１３の折れを検知するために用いられる光である。

光ファイバ折れ検知システム１１０はまた、該第２の光ファイバ１１３の入射端から出射する、該第１の反射部１１４から反射された該シングルモード光２２５が入射する第３の光ファイバ１１６と、該第１の光ファイバ１１２と該第３の光ファイバ１１６とを結合して第２の光ファイバ１１３と接続する第１の合波器１１７と、を具備する。光ファイバ折れ検知システム１１０はさらに、該第３の光ファイバと接続し、該第１の反射部１１４で反射された該シングルモード光２２５の光量の変動を検出するモニタ１１５を具備する。

本実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０は、該シングルモード光２２５を発振する第２のレーザ装置１１８と、該第２のレーザ装置１１８から発振するシングルモード光２２５が入射する第４の光ファイバ１１９と、該第４の光ファイバ１１９を第３の光ファイバ１１６に接続する第２の合波器１２０と、をさらに有する。

また、光ファイバ折れ検知システム１１０は、該第２の光ファイバ１１３を焼灼用プローブとして用いる際に、焼灼する位置を目視により決定するために利用する可視レーザ光を発振する第３のレーザ装置１２１と、第３のレーザ装置１２１から出射された可視レーザ光が入射する第５の光ファイバ１２２と、をさらに備えている。

本実施形態において、第１の合波器１１７は第１の光ファイバ１１２および第３の光ファイバ１１６とともに、第５の光ファイバ１２２を第２の光ファイバ１１３と接続している。第１の合波器１１７および第２の合波器１２０は、それぞれ例えばＴＦＢ（ＴａｐｅｒｅｄＦｉｂｅｒＢｕｎｄｌｅ）等によって構成される。

第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６の波長は、特に制限は無く、適宜用途に合わせた波長とすることができる。例えば、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６の有する波長は、水分の吸収ピークである９１５ｎｍ、９８０ｎｍおよび１４５０ｎｍ、とすることができる。また、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６の有する波長を脂肪の吸収ピークである１２６０ｎｍとすることで、水分の昇温を押さえて脂肪のみを焼灼することができる。さらに、コラーゲンの吸収ピークである１５００ｎｍのレーザ光２２６を用いることで、コラーゲンを昇温させて治療に利用することが可能である。

第１の光ファイバ１１２は、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６を効率よく導光することが可能であれば、その構成に特に限りは無い。例えば、それぞれ異なる屈折率を有するシリカガラスからなるコアと、コアの外周にクラッドとを有し、クラッドの外周にコアおよびクラッドを保護するための被覆層を有するものが好ましく用いられる。被覆層を構成する材料としては、例えば紫外線硬化型樹脂等の樹脂を用いることができる。

第２の光ファイバ１１３について、図２を用いて説明する。

本実施形態における第２の光ファイバ１１３は、第１のコア２２１と、第１のコア２２１の外周に第１のクラッド２２２を有する。第１のコア２２１と第１のクラッド２２２は光ファイバ折れを検知するために用いられる光であるシングルモード光２２５の全反射を可能とする屈折率差を有する。

本実施形態による第２の光ファイバ１１３はさらに、第１のクラッド２２２の外周に第２のクラッド２２３と、第２のクラッド２２３の外周に被覆層２２４とを有する。第１のクラッド２２２と第２のクラッド２２３は第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６の全反射を可能とする屈折率差を有する。

第１のコア２２１、第１のクラッド２２２および第２のクラッド２２３は、それぞれ例えばシリカガラスからなるものとすることができ、また、被覆層を構成する材料としては、例えば紫外線硬化型樹脂等の樹脂を用いることができる。

第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６は、シングルモード光またはマルチモード光のいずれであっても良いが、本実施形態においてはマルチモード光として説明する。図２に示すように、シングルモード光２２５は、第１のコア２２１の中を、第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の境界面で全反射しながら進む。また、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６はマルチモード光であるため、第１のコア２２１および第１のクラッド２２２の中を、第１のクラッド２２２と第２のクラッド２２３の境界面で全反射しながら進む。すなわち、第１のコア２２１および第１のクラッド２２２は、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６に対しては、いわゆるコアとしての役割を有している。

光ファイバの中を進むレーザ光は、一般的に光ファイバを曲げることで曲げ損失を生じる。光ファイバの曲率に応じてコアとクラッドの境界にレーザ光が入射する角度が変化し、臨界角を下回ると光が全反射せず、一部の光がコアの外へ放射されるため、曲げ損失が生じる。コアとクラッドの屈折率差が大きいと臨界角も小さくなり、曲率を大きくしても曲げ損失を生じにくくなる。

本発明においては、後述のように第１のコア２２１を通るシングルモード光２２５の光量の変動をモニタ１１５で検出することで、光ファイバ折れを検知する。そのため、シングルモード光２２５の曲げ損失は、折れを検知する精度を低下させる原因となる。このことから、第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の屈折率差は大きいことが好ましい。第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の屈折率差が十分に大きい場合、曲げ損失を生じるような曲率が大きいために、光ファイバ使用時においてはモニタ１１５で検出される光量の変動が事実上０となる。そのため、第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の屈折率差は一定の値以上となるようにすることが好ましい。具体的には、第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の屈折率差は１％以上が好ましく、１．２５％以上がより好ましい。

第１の反射部１１４は、シングルモード光２２５を選択的に効率よく反射できる限りにおいては、どのような反射機構を有するものでも良いが、例えば、多層膜フィルタのような反射フィルタや、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）素子とすることができる。

第２の光ファイバ１１３における第１の反射部１１４の位置は、第２の光ファイバ１１３の導光ライン上のいずれかの位置に有していれば良く、特に制限は無いが、第２の光ファイバ１１３におけるより広い範囲の折れを検知する観点から、第１の反射部１１４は第２の光ファイバ１１３の出射端面により近い位置であることが好ましく、出射端面に位置するのが最も好ましい。

第１の反射部１１４におけるシングルモード光２２５の反射率は、モニタ１１５における光ファイバ折れ検知の精度を高める観点から、高いほど好ましく、もっとも好ましくは全反射である。

モニタ１１５は、第１の反射部１１４で反射されたシングルモード光２２５の光量の変動を検出する装置である。第２の光ファイバ１１３の折れは、モニタ１１５においてシングルモード光２２５の光量の変動として検知される。

第３の光ファイバ１１６は、第２のコア（不図示）と、第２のコアの外周に少なくとも１つのクラッド（不図示）を有し、第２のコアと、コアに隣接する第３のクラッド（不図示）はそれらの境界面でシングルモード光２２５が全反射可能な屈折率差を有する。第３の光ファイバ１１６における曲げ損失を抑制する観点から、第２のコアと第３のクラッドの屈折率差は大きいほど好ましい。具体的には、第２のコアと第３のクラッドの屈折率差は１％以上が好ましく、１．２５％以上がより好ましい。

また、第３の光ファイバ１１６は最も外周に位置するクラッドの外周に、コアおよびクラッドを保護するための被覆層を有するものが好ましく用いられる。被覆層を構成する材料としては、例えば紫外線硬化型樹脂等の樹脂を用いることができる。第３の光ファイバ１１６は、第２の光ファイバ１１３と同じ構成であっても良く、異なる構成であっても良いが、製造の容易さから、同じ構成の光ファイバであることが好ましい。

第４の光ファイバ１１９の構成については、第３の光ファイバ１１６と同様であり、第２の光ファイバ１１３および／または第３の光ファイバ１１６と同じ構成であっても良く、異なる構成であっても良い。製造の容易さから、第２の光ファイバ１１３、第３の光ファイバ１１６および第４の光ファイバ１１９は、全て同じ構成の光ファイバであることが好ましい。

可視レーザ光が入射する第５の光ファイバ１２２の構成については、導光するレーザ光の波長が異なる点以外は、第１の光ファイバ１１２と同様である。

第３のレーザ装置１２１および第５の光ファイバ１２２は、必須の構成要素ではなく、他に焼灼する位置を特定するための手段を設ける場合や、特に焼灼する位置を特定するための手段を設ける必要が無い場合においては、特に設ける必要は無い。

こうして、本実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０が構成されている。

本実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０では、第１のレーザ装置１１１を４つ、第２のレーザ装置１１８を１つ、第３のレーザ装置１２１を１つ備えた例を示しているが、それぞれレーザ装置の数に特に制限は無く、各レーザ装置から発振されるレーザ光の用途に対して十分な光量が得られように、適宜１つまたは２つ以上とすることができる。

また、本実施形態で用いられるレーザ装置は、いずれも用途に合わせたレーザ光を発振可能なものであれば、公知のいずれのレーザ装置を用いることもできるが、装置小型化および取扱の簡便さの観点から半導体レーザ素子を有するレーザ装置が好ましい。

また、本実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０では、第１の反射部１１４を第２の光ファイバ１１３の出射端面に１箇所にだけ有する例を示したが、第１の反射部１１４と同様の反射部を第２の光ファイバ１１３の導光ライン上のいずれかの位置に複数有する構成としてもよい。例えば、それぞれ異なる波長のシングルモード光を発振する第２のレーザ装置１１８と同様のレーザ装置を設け、それぞれのシングルモード光を反射する第１の反射部１１４と同様の複数の反射部を、第２の光ファイバ１１３の導光ライン上のそれぞれ異なる位置に有する構成とし、それぞれのシングルモード光を独立にモニタすることで、光ファイバ折れの位置を特定することが可能となる。

本実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０の動作時には、第１のレーザ装置１１１から発振する焼灼用のレーザ光２２６は、第１の光ファイバ１１２に入射し、第１の合波器１１７を通してさらに焼灼用プローブとして用いられる第２の光ファイバ１１３に入射する。その後、第２の光ファイバ１１３の出射端より焼灼用のレーザ光２２６が出射され、患部の焼灼に供される。

一方で、第３のレーザ装置１２１から発振される可視レーザ光は、第５の光ファイバ１２２に入射し、第１の合波器１１７を通してさらに第２の光ファイバ１１３に入射する。その後、第２の光ファイバ１１３の出射端より出射され、患部の焼灼位置を目視により特定するために供される。

さらに、第２のレーザ装置１１８から発振されるシングルモード光２２５は、第４の光ファイバ１１９に入射した後、第２の合波器１２０を通して第３の光ファイバ１１６に入射する。シングルモード光２２５はさらに、第１の合波器１１７を通して第２の光ファイバ１１３に入射し、第２の光ファイバ１１３の出射端側に位置する第１の反射部１１４で反射される。第１の反射部１１４で反射されたシングルモード光２２５は、第２の光ファイバ１１３から第１の合波器１１７により第３の光ファイバ１１６に導かれ、第２の合波器１２０を通ってモニタ１１５で検出される。

焼灼用プローブとして用いられる第２の光ファイバ１１３に折れが生じた際には、折れが生じた位置でのシングルモード光２２５の反射率が非常に小さくなるためモニタ１１５で検出されるシングルモード光２２５の光量が大きく低下し、折れとして検知される。

光ファイバ折れを検知するためのレーザ光がマルチモード光である場合は、焼灼用プローブとして用いられる第２の光ファイバ１１３のわずかな屈曲によっても、モニタ１１５で検出するレーザ光の光量が大きく変動し、折れを精度よく検知することは難しい。本実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０は、上述のように、モニタ１１５で検出する折れを検知するためのレーザ光がシングルモードのレーザ光である。そのため、モニタ１１５で検出するレーザ光の光量の、焼灼用プローブとして用いられる第２の光ファイバ１１３の屈曲による変動が非常にわずかであり、そのため光ファイバ折れを精度良く検知することが可能となる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光ファイバ折れ検知システム３１０について図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２実施形態による光ファイバ折れ検知システムを示す模式である。なお、上記第１実施形態による光ファイバ折れ検知システムと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略しまたは簡略にする。

第２実施形態による光ファイバ折れ検知システム３１０の構成は、第２のレーザ装置１１８および第４の光ファイバ１１９を有さず、第２の光ファイバ１１３を第２の光ファイバ３１３に代えた以外は、第１実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０と同様である。

第２の光ファイバ３１３は、第１のコア２２１に、光増幅媒体となる元素を有する点で、第１実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０の有する第２の光ファイバ１１３と異なっている。

第２の光ファイバ３１３の第１のコア２２１に有する元素は、第１のレーザ装置１１１から発振するレーザ光２２６によって励起され、発光する。発光により生じた自然放出光のうち、特定の波長の光がシングルモード光２２５となって第２の光ファイバ３１３内で導光される。

すなわち、第２実施形態による光ファイバ折れ検知システム３１０では、第２の光ファイバ３１３の第１のコア２２１に有する光増幅媒体となる元素をシングルモード光２２５の発振に用いる。そのため、第１実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０における第２のレーザ装置１１８および第４の光ファイバ１１９を、構成から省くことが可能となっている。

第２の光ファイバ３１３の第１のコアに有する光増幅媒体となる元素は、第１のレーザ装置１１１から発振するレーザ光２２６によって励起され、シングルモード光となる波長で発光する元素であれば、いかなる元素を用いることもできる。例えば、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６の有する波長を水分の吸収ピークである９１５ｎｍ、９８０ｎｍとしたときには、レーザ光２２６によって１０７０ｎｍ〜１１００ｎｍ付近の波長で発光するＹｂ、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍ付近の波長で発光するＥｒを好ましく用いることができる。また、第１のレーザ装置１１１から発振されるレーザ光２２６の有する波長を水分の吸収ピークである１４５０ｎｍとしたときには、レーザ光２２６によって１５５０ｎｍ付近の波長で発光するＥｒを好ましく用いることができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光ファイバ折れ検知システム４１０について図４を用いて説明する。図４は、本発明の第３実施形態による光ファイバ折れ検知システムを示す模式である。なお、上記第１および第２実施形態による光ファイバ折れ検知システムと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略しまたは簡略にする。

第３実施形態による光ファイバ折れ検知システム４１０の構成は、第２の反射部４１１をさらに有する以外は、第２実施形態による光ファイバ折れ検知システム３１０と同様である。

第２の反射部４１１は、シングルモード光２２５に対して全反射ではない反射率を有する。第２の反射部４１１を有することで、第１の反射部１１４との間で共振器を構成することができる。これによりモニタ１１５で検出するシングルモード光２２５の光量を大きくすることができ、光ファイバ折れをさらに精度良く検知することが可能となる。

第２の反射部４１１の有する、シングルモード光２２５に対する反射率はレーザ発振可能な共振器構造を構成するという観点から３０％〜７０％の範囲が好ましい。

本実施形態では、第３の光ファイバ１１６のモニタ１１５との接続端付近に第２の反射部４１１を有する例を示しているが、第１の反射部１１４との間で共振器を構成することができる位置であれば、いずれの位置に第２の反射部４１１を有していても良い。例えば、第１の光ファイバ１１２、第３の光ファイバ１１６、または第２の光ファイバ３１３の前記第１の反射部１１４よりも入射端側に第２の反射部４１１を有することができる。

［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。

本発明の変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システム５１０について図５および図６を用いて説明する。図５は、本発明の変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システムを示す模式である。図６は、本発明の変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システムにおけるレーザ光の導光態様を示す模式である。

変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システム５１０の構成は、第２の光ファイバ１１３を第２の光ファイバ３１３に代え、第２の反射部４１１、第３の反射部５１１および第４の反射部５１２をさらに有する以外は、第１実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０と同様である。

第１のレーザ装置１１１は焼灼用のレーザ光２２６を発振し、第２のレーザ装置１１８はシングルモード光６１２発振する、という点で変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システム５１０は第２実施形態による光ファイバ折れ検知システム３１０と同様である。また、第２の光ファイバ３１３は第１のコアに光増幅媒体となる元素を有し、該元素は、第１のレーザ装置１１１から発振するレーザ光２２６によって励起され、発光することで、特定の波長の光がシングルモード光６１３となって第２の光ファイバ３１３内で導光される、という点で第２実施形態による光ファイバ折れ検知システム３１０と同様である。

図６に示すように、シングルモード光６１２とシングルモード光６１３とは、互いに異なる波長を有し、ともに第２の光ファイバ３１３の第１のコア２２１内で波長多重伝送される。シングルモード光６１２は第３の反射部５１１で反射され、モニタ１１５で検出される。また、シングルモード光６１３は第１の反射部１１４で反射され、モニタ１１５で検出される。

変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システム５１０は、第３の反射部５１１を第２の光ファイバ３１３の出射端面ではない位置に有する。また、第１の反射部１１４が第２の光ファイバ３１３の出射端面に設けられている点は、第１実施形態による光ファイバ折れ検知システム１１０と同じである。第３の反射部５１１と第１の反射部１１４はともに、シングルモード光６１２、６１３をそれぞれ選択的に効率よく反射できる限りにおいては、どのような反射機構を有するものでも良く、例えば、多層膜フィルタのような反射フィルタや、ＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）素子とすることができる。

第４の反射部５１２は、第２の反射部４１１と同様であるが、第２の反射部４１１は、シングルモード光６１２に対して、第４の反射部５１２は、シングルモード光６１３に対してそれぞれ全反射ではない反射率を有する。第１の反射部１１４と第４の反射部５１２、第３の反射部５１１と第２の反射部４１１はそれぞれ共振器を構成している。本実施形態では、第２の反射部４１１および第４の反射部５１２を、第２の光ファイバ３１３の入射端側に有する例を示しているが、第２の反射部４１１は第３の反射部５１１との間で、第４の反射部５１２は第１の反射部１１４との間でそれぞれ共振器を構成することができる位置であれば、いずれの位置に第２の反射部４１１および第４の反射部５１２を有していても良い。

変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システム５１０では、第３の反射部５１１を第２の光ファイバ３１３の出射端面ではない位置に有する。そのため、モニタ１１５においてシングルモード光６１２とシングルモード光６１３を独立に検出することで、光ファイバ折れの位置についても特定することができる。例えば、モニタ１１５において、シングルモード光６１２については光量の変化がないのに対し、シングルモード光６１３についての光量に変動が見られた場合は、第１の反射部１１４と第３の反射部５１１の間で光ファイバ折れが生じたことがわかる。

以上により、変形実施形態の一例による光ファイバ折れ検知システム５１０では光ファイバ折れを精度良く検知することができ、さらに折れの位置についても特定することが可能となる。

本発明の実施形態についての種々の変形は、上記の変形実施形態の一例のみならず多様な構成をとることができる。例えば。上記の変形実施形態の一例における第２の光ファイバ３１３は、第１のコアに光増幅媒体となる元素を２種類以上の複数種類を有しても良いし、第３の反射部５１１と第４の反射部５１２と同様の反射部を複数有していても良い。

＜実施例＞
以下に示す実施例ではいずれも、第１の光ファイバ１１２、第２の光ファイバ１１３、第３の光ファイバ１１６、第４の光ファイバ１１９および第５の光ファイバ１２２は全て同じ光ファイバであり、図２に示す構成となっている。

［実施例１］
上述の第１実施形態に係る実施例として以下の条件で光ファイバ折れ検知システムを構成し、光ファイバ折れを検知した。

第１のコア２２１の直径は９μｍ、第１のクラッド２２２の外径は１０５μm、第２のクラッド２２３の外径は１２５μｍである。この光ファイバのレーザ光２２６についてのＮＡ（開口数）は０．２３に設計されている。第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の境界面は単峰型屈折率分布を有し、第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の屈折率差は０．３５％、カットオフ波長は１２８０ｎｍとなっている。すなわち、１２８０ｎｍ以上の長波長ではシングルモード伝送となる。

第１の反射部１１４としては、第２の光ファイバ１１３の出射端面から１ｃｍの部分にＦＢＧ素子を形成してあり、３ｄＢ反射波長帯域は１３１０ｎｍ±１ｎｍに設計されている。ＦＢＧ素子の書き込み長は１ｃｍである。

シングルモード光２２５として１２８０〜１３１０ｎｍのレーザ光を用い、第２の光ファイバ１１３を曲げ半径１０ｍｍで１８０度曲げた時の曲げ損失は５ｄＢ以下であった。

また、シングルモード光２２５として１３１０ｎｍのレーザ光を用い、曲がり管内に第２の光ファイバ１１３を通して、最小曲げ半径１０ｍｍ且つ１０ｃｍ長で１８０度ねじれを与えて、出し入れを行った。その結果モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量変動は５ｄＢ以下であった。なお、レーザ光２２６としては９１５ｎｍの波長のマルチモード光を用いた。

さらに、前記曲がり管内に第２の光ファイバ１１３を通した状態から、第２の光ファイバ１１３を急激に管内で出し入れすることで第２の光ファイバ１１３に破断を引き起こさせた。この時、モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量が１０ｄＢ以上低下した。

以上により、モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量の変動は、第２の光ファイバ１１３に破断を生じたとき（１０ｄＢ以上）の方が、第２の光ファイバ１１３に破断を生じていないとき（５ｄＢ以下）よりも大きく、本実施例の光ファイバ折れ検知システムは第２の光ファイバ１１３が破断したことを検知することが可能であった。

［実施例２］
上述の第１実施形態に係る実施例として以下の条件で光ファイバ折れ検知システムを構成し、光ファイバ折れを検知した。

第１のコア２２１の直径は５．５μｍ、第１のクラッド２２２の外径は１０５μm、第２のクラッド２２３の外径は１２５μｍである。この光ファイバのレーザ光２２６についてのＮＡ（開口数）は０．２３に設計されている。第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の境界面は単峰型屈折率分布を有し、第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の屈折率差は１．５％、カットオフ波長は１４００ｎｍとなっている。すなわち、１４００ｎｍ以上の長波長ではシングルモード伝送となる。

第１の反射部１１４としては、第２の光ファイバ１１３の出射端面から１ｃｍの部分にＦＢＧ素子を形成してあり、３ｄＢ反射波長帯域は１４８０ｎｍ±１ｎｍに設計されている。ＦＢＧ素子の書き込み長は１ｃｍである。

シングルモード光２２５として１４００〜１６００ｎｍのレーザ光を用い、第２の光ファイバ１１３を曲げ半径１０ｍｍで１８０度曲げた時の曲げ損失は０．１ｄＢ以下であった。

また、シングルモード光２２５として１４８０ｎｍのレーザ光を用い、曲がり管内に第２の光ファイバ１１３を通して、最小曲げ半径１０ｍｍで且つ１０ｃｍ長で１８０度ねじれを与えて、出し入れを行った。その結果モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量変動は０．１ｄＢ以下であった。なお、レーザ光２２６としては９１５ｎｍおよび９８０ｎｍの波長のマルチモード光を用いた。

本実施例では、第２の光ファイバ１１３に破断を生じたとき（１０ｄＢ以上）と、第２の光ファイバ１１３に破断を生じていないとき（０．１ｄＢ以下）の光量の変動の差が実施例１よりも大きく、第２の光ファイバ１１３が破断したことを実施例１よりも明確に検知することが可能であった。

［実施例３］
上述の第２実施形態に係る実施例として以下の条件で光ファイバ折れ検知システムを構成し、光ファイバ折れを検知した。

本実施例で用いた光ファイバは、実施例２で用いた光ファイバと同様であるが、第１のコア２２１は、光増幅媒体となる元素としてＥｒを有する。

第１の反射部１１４としては、第２の光ファイバ１１３の出射端面から１ｃｍの部分にＦＢＧ素子を形成してあり、３ｄＢ反射波長帯域は１５５０ｎｍ±１ｎｍに設計されている。ＦＢＧ素子の書き込み長は１ｃｍである。

レーザ光２２６としては９８０ｎｍの波長のマルチモード光を用いた。レーザ光２２６により励起され、Ｅｒの発光により生じた１５５０ｎｍの光をシングルモード光２２５として用いた。曲がり管内に第２の光ファイバ１１３を通して、最小曲げ半径１０ｍｍで且つ１０ｃｍ長で１８０度ねじれを与えて、出し入れを行った。その結果モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量変動は０．１ｄＢ以下であった。

さらに、前記曲がり管内に第２の光ファイバ１１３を通した状態から、第２の光ファイバ１１３を急激に管内で出し入れすることで第２の光ファイバ１１３に破断を引き起こさせた。この時、モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量が１５ｄＢ以上低下した。

本実施例では、第２の光ファイバ１１３に破断を生じたとき（１５ｄＢ以上）と、第２の光ファイバ１１３に破断を生じていないとき（０．１ｄＢ以下）の光量の変動の差が実施例１および２よりも大きく、第２の光ファイバ１１３が破断したことを実施例１および２よりも明確に検知することが可能であった。これは第２の光ファイバ１１３に折れが生じたことでＥｒの発光によりシングルモード光２２５を生じる領域が狭まり、さらに折れが生じた面での反射光量も小さくなる。反射光量が小さくなると、Ｅｒが反射光により励起して生じるシングルモード光２２５の光量も小さくなる、というサイクルによる効果である。

［実施例４］
上述の第３実施形態に係る実施例として以下の条件で光ファイバ折れ検知システムを構成し、光ファイバ折れを検知した。

本実施例における光ファイバ折れ検知システムは、第２の反射部４１１を有する以外は実施例３と同様である。

第２の反射部４１１としては、第３の光ファイバ１１６のモニタ１１５と接続する端面から１ｃｍの部分にＦＢＧを形成してあり、１５５０ｎｍ±１ｎｍでの反射率が８０％に設計されている。ＦＢＧの書き込み長は１ｃｍである。

曲がり管内に第２の光ファイバ１１３を通して、最小曲げ半径１０ｍｍで且つ１０ｃｍ長で１８０度ねじれを与えて、出し入れを行った。その結果モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量変動は０．１ｄＢ以下であった。

さらに、前記曲がり管内に第２の光ファイバ１１３を通した状態から、第２の光ファイバ１１３を急激に管内で出し入れすることで第２の光ファイバ１１３に破断を引き起こさせた。この時、モニタ１１５におけるシングルモード光２２５の光量が２５ｄＢ以上低下した。

本実施例では、第２の光ファイバ１１３に破断を生じたとき（２５ｄＢ以上）と、第２の光ファイバ１１３に破断を生じていないとき（０．１ｄＢ以下）の光量の変動の差が実施例３よりも大きかった。これは第２の光ファイバ１１３に折れが生じる前には共振器が形成されているが、第２の光ファイバ１１３に折れが生じると、折れが生じた面の反射率は最大でも５％以下となり、共振器としての効率が非常に悪くなる。これにより、実質的には折れが生じることによってレーザのオン、オフに相当する光量の変化が得られる。以上により本実施例では実施例３よりもさらに明確に第２の光ファイバ１１３の折れを検知することが可能であった。

［実施例５］
上述の第１実施形態に係る実施例として以下の条件で光ファイバ折れ検知システムを構成し、光ファイバ折れを検知した。

第１のコア２２１の直径は５．３μｍ、第１のクラッド２２２の外径は１０５μm、第２のクラッド２２３の外径は１２５μｍである。この光ファイバのレーザ光２２６についてのＮＡ（開口数）は０．２３に設計されている。第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の境界面は単峰型屈折率分布を有し、第１のコア２２１と第１のクラッド２２２の屈折率差は１．３％、カットオフ波長は１２００ｎｍとなっている。すなわち、１２００ｎｍ以上の長波長ではシングルモード伝送となる。

第１の反射部１１４としては、第２の光ファイバ１１３の出射端面から１ｃｍの部分にＦＢＧを形成してあり、３ｄＢ反射波長帯域は１２６０ｎｍ±１ｎｍに設計されている。ＦＢＧの書き込み長は１ｃｍである。

シングルモード光２２５として１３１０ｎｍのレーザ光を用い、第２の光ファイバ１１３を曲げ半径１０ｍｍで１８０度曲げた時の曲げ損失は０．１ｄＢ以下であった。

また、本実施例ではレーザ光２２６として１２６０ｎｍの波長のシングルモード光を用いた。レーザ光２２６はシングルモード光であるため、図７に示すように第１のコアの中を、第１のコアと第１のクラッドの境界面で全反射しながら導光される。また、第２の光ファイバ折れを検知するために用いるシングルモード光２２５としては１３１０ｎｍのレーザ光を用いた。レーザ光２２６は、第２の光ファイバ折れを検知するために用いるシングルモード光２２５と共に第１のコアに波長多重して導光した。

本実施例においては、第２の光ファイバ１１３に破断を生じたとき（１０ｄＢ以上）と、第２の光ファイバ１１３に破断を生じていないとき（０．１ｄＢ以下）の光量の変動の差が実施例２と同程度に大きく、第２の光ファイバ１１３が破断したことを実施例２と同様に明確に検知することが可能であった。

なお、本実施例では、図２に示す構成の光ファイバを用いたが、レーザ光２２６がシングルモード光である場合は、図８に示すように第２のクラッドを有さない光ファイバを用いてもよい。

１１０、３１０、４１０、５１０…光ファイバ折れ検知システム
１１３、３１３…第２の光ファイバ
１１４…第１の反射部
１１５…モニタ
２２５…シングルモード光
２２６…レーザ光
２２１…第１のコア
２２２…第１のクラッド
２２３…第２のクラッド
４１１…第２の反射部

Claims

光ファイバの折れを検知するシステムであって、該システムは、
第１のレーザ装置と、
第１のレーザ装置から発振されるレーザ光が入射する第１の光ファイバと、
該第１の光ファイバと接続し、該レーザ光が出射される第２の光ファイバと、
該第２の光ファイバの出射端側に、シングルモード光を反射する第１の反射部と、
該第２の光ファイバの入射端から出射する、該第１の反射部から反射された該シングルモード光が入射する第３の光ファイバと、
該第１の光ファイバと該第３の光ファイバとを結合して第２の光ファイバと接続する第１の合波器と、を具備し、
該第２の光ファイバは第１のコアと、該第１のコアの外周に第１のクラッドを有し、該第１のコアと該第１のクラッドは該シングルモード光の全反射を可能とする屈折率差を有し、
該システムはさらに、該第３の光ファイバと接続し、該第１の反射部で反射された該シングルモード光の光量の変動を検出するモニタを具備し、
該モニタで検出する該シングルモード光の光量の変動により該第２の光ファイバの折れを検知することを特徴とする光ファイバ折れ検知システム。
前記屈折率差が１％以上である、請求項１に記載の光ファイバ折れ検知システム。
前記屈折率差が１．２５％以上である、請求項１または２に記載の光ファイバ折れ検知システム。
前記シングルモード光を発振する第２のレーザ装置と、
該第２のレーザ装置から発振する前記シングルモード光が入射する第４の光ファイバと、
該第４の光ファイバを前記第３の光ファイバに接続する第２の合波器と、
をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ折れ検知システム。
前記第１のコアに、光増幅媒体となる元素を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ折れ検知システム。
前記第１の光ファイバ、前記第３の光ファイバ、または前記第２の光ファイバの前記第１の反射部よりも入射端側に、前記シングルモード光に対して全反射ではない反射率を有する第２の反射部を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ折れ検知システム。
光ファイバの折れを検知する方法であって、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバ折れ検知システムを用い、前記モニタで検出する前記シングルモード光の光量の変動により光ファイバの折れを検知する方法。