JP2021529939A - 干渉計光ファイバセンサ、光ファイバプローブ及び化学物質の検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・スーパコンティニューム光源、
・400〜700nmの波長範囲内の光を放出するハロゲンランプ、
・1310nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1400nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1450nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1550nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1310〜1550nmの範囲内に中心波長を有し、20nm以上の範囲内で調整可能な狭帯域光源。
この実施形態の干渉計のブロック図が、図1aに提示される。光源1を構成する1400nmの中心波長及び50nmに等しい半値全幅をもつスーパールミネッセントダイオードが、単一モード光ファイバによって、分割要素3を構成するサーキュレータの第1のポートC.1に接続される。本発明による測定プローブ13が、第2のサーキュレータポートC.2に単一モードの光ファイバ(光ファイバセグメント)4の端部により接続される。測定プローブ13の構造において、光ファイバ4の他方の端部は、石英ガラスキャピラリ11内に封入され、スプライシングによってキャピラリ11に取り付けられた測定要素5に押し付けられる。
− R1は、光ファイバの端部からの反射係数であり、
− R2は、キャピラリに面する測定要素の表面からの反射率である。キャピラリ内の媒体の屈折率n1と、測定要素の材料のn2との間の差は、30%より大きく、即ち、
L2、n2は、それぞれ、測定要素5の厚さ及び屈折率を表し、
L3、n3は、それぞれ、測定要素5の面6を覆うペルフルオロ化ポリマーの層の厚さ及び屈折率を表し、
λは、層の膨潤の前後の分析された縞の波長であり、
Δλは、層の膨潤の前後の分析された干渉縞の波長の差である。
本発明の第2の実施形態による干渉計が、図1aに示された同じブロック図に従って製作された。光源1は、50nmの範囲で調整可能で1550nmの中心波長をもつ狭帯域チューナブル光源である。光源1は、単一モードファイバを介してサーキュレータの第1のポートC.1に接続される。測定プローブ13は、サーキュレータの第2のポートC.2に接続される。
本発明の第3の実施形態による干渉計のブロック図は、第1及び第2の実施形態と同じである。それが、図1aに示される。400μm〜700μmの波長範囲の光を放出するハロゲンランプである光源1が、複屈折光ファイバ(偏光と、光源1の動作波長帯域での単一モードとを維持する)によって、サーキュレータの第1のポートC.1に接続される。偏光を維持するサーキュレータは、分割要素3の機能を有する。サーキュレータの第2のポートC.2は、測定プローブ(13)に接続される。測定プローブ13の光ファイバセグメント4は、複屈折性であり、波長λ=550nmで3mmのビート長を有する。それは、偏光を維持し、光源1の波長動作帯域で単一モードである。測定要素(5)は、1.8に等しい屈折率を有する鉛ガラスで製作される。サーキュレータの第3のポートC.3は、検出器2を構成する分光器に接続される。
図3には、本発明の第4の実施形態のブロック図が示される。ファイバ4のマルチコアセクションをもつ測定プローブ9を使用することにより、光源の異なる波長のスペクトルを同時に観察することが可能になる。本実施例では、3コア光ファイバが、図4に断面で概略的に示されており、3つの光源のセットが示されている。
・スーパコンティニューム光源、
・400〜700nmの範囲からの光を放出するハロゲンランプ、
・1310nmに中心波長をもつスーパールミネッセントダイオード、
・1400nmに中心波長をもつスーパールミネッセントダイオード、
・1450nmに中心波長をもつスーパールミネッセントダイオード、
・1550nmに中心波長をもつスーパールミネッセントダイオード、
・1310〜1550nmの範囲内に中心波長を有し、20nm以上の範囲内で調整可能な狭帯域光源。
Claims (23)
- 光源(1,1.1,1.2,1.3)、検出器(2,2.1,2.2,2.3)、及び前記光源(1,1.1,1.2,1.3)と前記検出器(2,2.1,2.2,2.3)との間に配列された光路を含んでおり、さらに前記検出器(2,2.1,2.2,2.3)と前記光源(1,1.1,1.2,1.3)とが接続される光分割要素(3,3.1,3.2,3.3)及び光ファイバセグメント(4)を、共振キャビティを構成し、且つ検出される化学物質に接触するように構成された面(6)を有する測定要素(5)と共に含む、化学物質を検出するための干渉計光ファイバセンサであって、
前記光ファイバセグメント(4)及び前記測定要素(5)が、それらの間に残留キャビティし(7)か存在しないように一緒に押し合っており、前記光ファイバセグメント(4)が、少なくともその長さの一部に沿ってキャピラリ(11)内に含まれ、前記キャピラリ(11)の第1の末尾部分が前記測定要素(5)に連結され、一方、前記キャピラリ(11)の他方の部分が前記光ファイバセグメント(4)上に締め付けられ、その結果、前記キャピラリ(11)、前記光ファイバセグメント(4)及び前記測定要素(5)が一緒に、前記光路の一部である光ファイバ測定プローブ(13)を構成し、前記キャピラリ(11)が少なくとも5mmの長さを有することを特徴とする干渉計光ファイバセンサ。 - 前記残留キャビティ(7)の光学長a×n1と前記測定要素(5)の光学長b×n2の比が、0〜0.4の範囲に入ることを特徴とする請求項1に記載の干渉計。
- 前記測定要素(5)が、検出される前記物質への付着力のある物質で少なくとも部分的に覆われた前記面(6)を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の干渉計。
- 前記測定要素(5)が、検出される前記物質に曝されると付着力を失う物質で少なくとも部分的に覆われた前記面(6)を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の干渉計。
- 前記測定要素(5)が、検出される前記物質に曝されると光学パラメータを変化させる物質で少なくとも部分的に覆われた前記面(6)を有することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の干渉計。
- 前記測定要素(5)が、ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、ZBLANガラス、及びポリマーを含む群から選択された物質を含む材料で製作されたタイルであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の干渉計。
- 前記光ファイバセグメント(4)が、前記検出器(2)の動作範囲内で単一モードファイバであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の干渉計。
- 前記キャピラリ(11)の内部の前記光ファイバセグメント(4)の端部が、斜面になっており、前記光ファイバセグメント(4)の軸に対して4°〜20°の範囲内の角度で傾斜していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の干渉計。
- 前記光ファイバセグメント(4)が、マルチコアファイバセグメントであり、前記光路中にあるファンイン/ファンアウト(8)に接続され、前記干渉計が、第1の光分割要素(3.1)を介して前記ファンイン/ファンアウトデバイス(8)に接続された第1の光源(1.1)及び第1の検出器(2.1)と、第2の光分割要素(3.2)を介して前記ファンイン/ファンアウトデバイス(8)に接続された第2の光源(1.2)及び第2の検出器(2.2)とを有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の干渉計。
- 前記干渉計が、第3の光分割要素(3.3)を介して前記ファンイン/ファンアウトデバイス(8)に接続された第3の光源(1.3)及び第3の検出器(2.3)を有することを特徴とする請求項10に記載の干渉計。
- 前記干渉計が、
・スーパコンティニューム光源、
・400〜700nmの波長範囲内の光を放出するハロゲンランプ、
・1310nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1400nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1450nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1550nmの中心波長を有するスーパールミネッセントダイオード、
・1310〜1550nmの範囲内に中心波長を有し、20nm以上の範囲内で調整可能な狭帯域光源、
を含む群から選択された少なくとも1つの光源(1,1.1,1.2,1.3)を有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の干渉計。 - 光ファイバセグメント(4)と、面(6)を有する測定要素(5)とを含む光ファイバ測定プローブであって、
前記光ファイバセグメント(4)及び前記測定要素(5)が、それらの間に残留キャビティし(7)か存在しないように一緒に押し合っており、前記光ファイバセグメント(4)が、少なくともその長さの一部に沿ってキャピラリ(11)内に含まれ、前記キャピラリ(11)の第1の末尾部分が測定要素(5)に連結され、一方、前記キャピラリ(11)の他方の部分が前記光ファイバセグメント(4)上に締め付けられることを特徴とする光ファイバ測定プローブ。 - 前記残留キャビティ(7)の光学長a×n1と前記測定要素(5)の光学長b×n2の比が、0〜0.4の範囲に入ることを特徴とする請求項13に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 前記測定要素(5)が、検出される前記物質への付着力のある物質で少なくとも部分的に覆われた前記面(6)を有することを特徴とする請求項13又は14に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 前記測定要素(5)が、検出される前記物質に曝されると付着力を失う物質で少なくとも部分的に覆われた前記面(6)を有することを特徴とする請求項13又は14に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 前記測定要素(5)が、検出されるべき前記物質に曝されると光学パラメータを変化させる物質で少なくとも部分的に覆われた前記面(6)を有することを特徴とする請求項13又は14に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 前記測定要素(5)が、ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、ZBLANガラス、及びポリマーを含む群から選択された物質を含む材料で製作されたタイルであることを特徴とする請求項13〜17のいずれか1項に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 前記キャピラリ(11)の内部の前記光ファイバセグメント(4)の端部が、斜面になっており、前記光ファイバセグメント(4)の軸に対して4°〜20°の範囲内の角度だけ傾けられていることを特徴とする請求項13〜18のいずれか1項に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 前記光ファイバ測定プローブが、前記測定要素(5)が配置されている側とは反対側の前記光ファイバセグメント(4)の端部に設けられたコネクタを有することを特徴とする請求項13〜20のいずれか1項に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 前記光ファイバセグメント(4)が、2つ以上のコア(9.1,9.2,9.3)を有することを特徴とする請求項13〜20のいずれか1項に記載の光ファイバ測定プローブ。
- 光路を備え、前記光路に含まれる検出器、光源及び光ファイバ測定プローブを有しており、光を検出物質に導く干渉計である請求項1〜12のいずれか1項に記載の干渉計光ファイバセンサを使用して化学物質を検出する方法であって、事前定義された干渉縞のシフトが前記検出器上で観察された場合に、前記物質が検出されたと見なすことを特徴とする方法。
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