JP3114426B2 - 光伝送路型センサ - Google Patents
光伝送路型センサInfo
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- JP3114426B2 JP3114426B2 JP05098056A JP9805693A JP3114426B2 JP 3114426 B2 JP3114426 B2 JP 3114426B2 JP 05098056 A JP05098056 A JP 05098056A JP 9805693 A JP9805693 A JP 9805693A JP 3114426 B2 JP3114426 B2 JP 3114426B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光伝送路型センサに関
し、特に光伝送路上に生じた物理的状態変化を計測する
光伝送路型センサに関する。
し、特に光伝送路上に生じた物理的状態変化を計測する
光伝送路型センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】光伝送路型センサは、ノイズの影響を受
けにくく、高いＳ／Ｎ比と速い応答速度が得られること
から種々の物理的状態変化を計測するのに用いられてい
る。
けにくく、高いＳ／Ｎ比と速い応答速度が得られること
から種々の物理的状態変化を計測するのに用いられてい
る。
【０００３】図４は従来の光伝送路型センサの概略図で
ある。
ある。
【０００４】同図に示す光伝送路型センサは、振動梁１
に加えられる力の大きさの変化に応じた共振周波数の変
化を干渉光信号として検出する光式振動形力センサであ
る。この光伝送路型センサは、シングルモードの光導波
路２を基板３上に形成し、この光導波路２の途中部分を
２本の光導波路２ａ、２ｂに分岐し、一方の光導波路２
ｂは振動部として用いられ、他方の光導波路２ａは振動
しない固定部として用いられた一種のマッハツェンダ型
干渉計を形成している。この光伝送路型センサの振動梁
１に外部から力が加えられると、その力の大きさの変化
に応じて振動梁１の一部に形成された光導波路２ｂの屈
折率が変化し、この光導波路２ｂ内を通過する光の位相
が変化する。このように位相が変化した光と変化しない
光とを干渉させて干渉光信号を得る。そして、干渉光信
号の振幅が最大になるように、すなわち振動梁１が共振
するように圧電素子４を駆動する。これにより振動梁１
に印加される力を周波数信号として検出するようになっ
ている（特開平３−２３８３３０号公報）。
に加えられる力の大きさの変化に応じた共振周波数の変
化を干渉光信号として検出する光式振動形力センサであ
る。この光伝送路型センサは、シングルモードの光導波
路２を基板３上に形成し、この光導波路２の途中部分を
２本の光導波路２ａ、２ｂに分岐し、一方の光導波路２
ｂは振動部として用いられ、他方の光導波路２ａは振動
しない固定部として用いられた一種のマッハツェンダ型
干渉計を形成している。この光伝送路型センサの振動梁
１に外部から力が加えられると、その力の大きさの変化
に応じて振動梁１の一部に形成された光導波路２ｂの屈
折率が変化し、この光導波路２ｂ内を通過する光の位相
が変化する。このように位相が変化した光と変化しない
光とを干渉させて干渉光信号を得る。そして、干渉光信
号の振幅が最大になるように、すなわち振動梁１が共振
するように圧電素子４を駆動する。これにより振動梁１
に印加される力を周波数信号として検出するようになっ
ている（特開平３−２３８３３０号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光伝送路型センサは、以下のような課題があ
る。
た従来の光伝送路型センサは、以下のような課題があ
る。
【０００６】(1) 構成が複雑で、部品数が多いため、環
境条件の変化に対する光学特性の変動要因が多く、高精
度な光センサの実現がむずかしい。
境条件の変化に対する光学特性の変動要因が多く、高精
度な光センサの実現がむずかしい。
【０００７】(2) コストが高くなるおそれがある。
【０００８】(3) 光導波路の屈折率変化による光路長変
化を利用して干渉光信号を検出するので十分に大きなダ
イナミックレンジを得るのがむずかしい。
化を利用して干渉光信号を検出するので十分に大きなダ
イナミックレンジを得るのがむずかしい。
【０００９】(4) 半導体レーザの発振波長が変動すると
光導波路内を伝搬するレーザ光の伝搬特性も変化するの
で、半導体レーザの発振波長を精密に制御する必要があ
る。
光導波路内を伝搬するレーザ光の伝搬特性も変化するの
で、半導体レーザの発振波長を精密に制御する必要があ
る。
【００１０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、簡単な構成で高精度、高感度、かつ、広ダイナミッ
クレンジで物理的状態変化を計測することができる光伝
送路型センサを提供することにある。
し、簡単な構成で高精度、高感度、かつ、広ダイナミッ
クレンジで物理的状態変化を計測することができる光伝
送路型センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、希土類元素添加光伝送路を２本並べ、両希
土類元素添加光伝送路の入力端に、外部からの励起光を
透過すると共に内部で生じたレーザ発振光を反射する第
１のミラーをそれぞれ設けると共にその出力端に、励起
光を反射すると共にレーザ発振光の略９０〜９９％を反
射する第２のミラーをそれぞれ設け、一方の希土類元素
添加光伝送路に物理量を計測すべく、その物理的状態変
化を付加する機構部を設け、希土類元素添加光伝送路の
両出力端に出力端から出射したレーザ発振光を合波する
合波器を設け、合波器で合波されたレーザ発振光を受光
する受光素子を設け、受光素子からの受光信号より物理
的状態変化を周波数変化として検出する周波数検波器を
設けたものである。
に本発明は、希土類元素添加光伝送路を２本並べ、両希
土類元素添加光伝送路の入力端に、外部からの励起光を
透過すると共に内部で生じたレーザ発振光を反射する第
１のミラーをそれぞれ設けると共にその出力端に、励起
光を反射すると共にレーザ発振光の略９０〜９９％を反
射する第２のミラーをそれぞれ設け、一方の希土類元素
添加光伝送路に物理量を計測すべく、その物理的状態変
化を付加する機構部を設け、希土類元素添加光伝送路の
両出力端に出力端から出射したレーザ発振光を合波する
合波器を設け、合波器で合波されたレーザ発振光を受光
する受光素子を設け、受光素子からの受光信号より物理
的状態変化を周波数変化として検出する周波数検波器を
設けたものである。
【００１２】
【作用】上記構成によれば、希土類元素添加伝送路に外
部から励起光を入射すると、誘導放出によってレーザ発
振光が生じ、希土類元素添加伝送路内を往復して増大し
た後出射する。一方の希土類元素添加伝送路に外部より
引張り、圧縮、剪断応力等の外力を加えると、希土類元
素添加伝送路の等価的な屈折率変化が生じ、それによっ
て第１のミラーと第２のミラーとの間の共振器長が変化
し、レーザ発振光の発振波長が変化する。この発振波長
の変化したレーザ光と他方の希土類元素添加伝送路から
出射したレーザ光とを合波して電気信号に変換し、周波
数検波することにより外力の大きさを周波数変化として
計測することができる。
部から励起光を入射すると、誘導放出によってレーザ発
振光が生じ、希土類元素添加伝送路内を往復して増大し
た後出射する。一方の希土類元素添加伝送路に外部より
引張り、圧縮、剪断応力等の外力を加えると、希土類元
素添加伝送路の等価的な屈折率変化が生じ、それによっ
て第１のミラーと第２のミラーとの間の共振器長が変化
し、レーザ発振光の発振波長が変化する。この発振波長
の変化したレーザ光と他方の希土類元素添加伝送路から
出射したレーザ光とを合波して電気信号に変換し、周波
数検波することにより外力の大きさを周波数変化として
計測することができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
て詳述する。
【００１４】図１は本発明の光伝送路型センサの一実施
例の概略図である。
例の概略図である。
【００１５】同図において、１０は励起光源としてレー
ザ光（発振波長０．９８μｍ又は１．４８μｍ）を発生
する半導体レーザであり、半導体レーザ１０の出射側
（図の右側）には半導体レーザ１０からのレーザ光を集
光する集光レンズ１１が設けられている。集光レンズ１
１の出射側にはレーザ光を２つに分岐するＹ分岐回路１
２が設けられ、Ｙ分岐回路１２の両出射端には、希土類
元素添加光伝送路としてのＥｒ（エルビウム）添加光フ
ァイバ１３ａ、１３ｂの入射端がそれぞれ接続されてい
る。Ｙ分岐回路１２とＥｒ添加光ファイバ１３ａ、１３
ｂとの接続部には、分割された励起光Ｌｅａ、Ｌｅｂを
透過させると共にレーザ発振光を反射する第１のミラー
１４、１５がそれぞれ設けられている。Ｅｒ添加光ファ
イバ１３ａ、１３ｂの両出射端には、両Ｅｒ添加光ファ
イバ１３ａ、１３ｂから出射するレーザ光Ｌｏａ、Ｌｏ
ｂを合波するＹ分岐回路１６の入射端がそれぞれ接続さ
れている。Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ、１３ｂの両出射
端とＹ分岐回路１６の両入射端との間には、励起光を反
射すると共にレーザ発振光の略９０〜９９％を反射する
第２のミラー１７、１８がそれぞれ設けられている。第
１のミラー１４、１５および第２のミラー１７、１８は
１／４波長の厚さの高屈折率層と低屈折率層とを交互に
数十層形成することにより実現することができる。この
層数は波長、透過率、反射率の値によって変わる。上記
高屈折率層としては、ＴｉＯ2 （屈折率２．３４）、Ｚ
ｎＯ2 （屈折率２．１０）などが用いられ、低屈折率層
にはＳｉＯ 2 （屈折率１．４６）、Ａｌ2 Ｏ3 （屈折
率１．６７）などが用いられる。これらの層は真空蒸着
法イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、スパッ
タリング法などによって容易に形成することができる。
Ｙ分岐回路１６の出射端には両レーザ光Ｌｏａ、Ｌｏｂ
を電気信号に変換する受光素子１９が設けられている。
一方のＥｒ添加光ファイバ１３ｂには物理的状態変化を
付加する機構部２０が設けられており、受光素子１９か
らの出力信号より物理的状態変化を周波数変化として検
出する周波数検波器２１が設けられている。尚、他方の
Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂには物理的状態変化を付加す
る機構部は設けられておらず基準となる波長のレーザ光
を発振するのに用いられている。
ザ光（発振波長０．９８μｍ又は１．４８μｍ）を発生
する半導体レーザであり、半導体レーザ１０の出射側
（図の右側）には半導体レーザ１０からのレーザ光を集
光する集光レンズ１１が設けられている。集光レンズ１
１の出射側にはレーザ光を２つに分岐するＹ分岐回路１
２が設けられ、Ｙ分岐回路１２の両出射端には、希土類
元素添加光伝送路としてのＥｒ（エルビウム）添加光フ
ァイバ１３ａ、１３ｂの入射端がそれぞれ接続されてい
る。Ｙ分岐回路１２とＥｒ添加光ファイバ１３ａ、１３
ｂとの接続部には、分割された励起光Ｌｅａ、Ｌｅｂを
透過させると共にレーザ発振光を反射する第１のミラー
１４、１５がそれぞれ設けられている。Ｅｒ添加光ファ
イバ１３ａ、１３ｂの両出射端には、両Ｅｒ添加光ファ
イバ１３ａ、１３ｂから出射するレーザ光Ｌｏａ、Ｌｏ
ｂを合波するＹ分岐回路１６の入射端がそれぞれ接続さ
れている。Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ、１３ｂの両出射
端とＹ分岐回路１６の両入射端との間には、励起光を反
射すると共にレーザ発振光の略９０〜９９％を反射する
第２のミラー１７、１８がそれぞれ設けられている。第
１のミラー１４、１５および第２のミラー１７、１８は
１／４波長の厚さの高屈折率層と低屈折率層とを交互に
数十層形成することにより実現することができる。この
層数は波長、透過率、反射率の値によって変わる。上記
高屈折率層としては、ＴｉＯ2 （屈折率２．３４）、Ｚ
ｎＯ2 （屈折率２．１０）などが用いられ、低屈折率層
にはＳｉＯ 2 （屈折率１．４６）、Ａｌ2 Ｏ3 （屈折
率１．６７）などが用いられる。これらの層は真空蒸着
法イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、スパッ
タリング法などによって容易に形成することができる。
Ｙ分岐回路１６の出射端には両レーザ光Ｌｏａ、Ｌｏｂ
を電気信号に変換する受光素子１９が設けられている。
一方のＥｒ添加光ファイバ１３ｂには物理的状態変化を
付加する機構部２０が設けられており、受光素子１９か
らの出力信号より物理的状態変化を周波数変化として検
出する周波数検波器２１が設けられている。尚、他方の
Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂには物理的状態変化を付加す
る機構部は設けられておらず基準となる波長のレーザ光
を発振するのに用いられている。
【００１６】このような光伝送路型センサの機構部２０
をセンサ部として物理量の計測が行われる。
をセンサ部として物理量の計測が行われる。
【００１７】次に実施例の作用を述べる。
【００１８】半導体レーザ１０から出射したレーザ光
は、集光レンズ１１で集光され、Ｙ分岐回路１２の入射
端に入射した後２つに分岐される。Ｙ分岐回路１２で分
岐された一方のレーザ光Ｌｅａは、ミラー１４を介して
Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ内に入射してミラー１４とミ
ラー１７との間を往復し、所定の光強度に達するとミラ
ー１７からレーザ発振光Ｌｏａとして出射する。
は、集光レンズ１１で集光され、Ｙ分岐回路１２の入射
端に入射した後２つに分岐される。Ｙ分岐回路１２で分
岐された一方のレーザ光Ｌｅａは、ミラー１４を介して
Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ内に入射してミラー１４とミ
ラー１７との間を往復し、所定の光強度に達するとミラ
ー１７からレーザ発振光Ｌｏａとして出射する。
【００１９】Ｙ分岐回路１２で分岐された他方のレーザ
光Ｌｅｂは、ミラー１５を介してＥｒ添加光ファイバ１
３ｂ内に入射してミラー１５とミラー１８との間を往復
し、所定の光強度に達するとレーザ発振光Ｌｏｂとして
ミラー１８から出射する。
光Ｌｅｂは、ミラー１５を介してＥｒ添加光ファイバ１
３ｂ内に入射してミラー１５とミラー１８との間を往復
し、所定の光強度に達するとレーザ発振光Ｌｏｂとして
ミラー１８から出射する。
【００２０】ここで、Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂに外力
Ｆ1 が付加されないときにミラー１７、１８から出射さ
れるレーザ発振光Ｌｏｂの光周波数をｆ1 とする。いま
Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂの機構部２０に外力Ｆ1 が付
加されるとレーザ発振光Ｌｏｂの光周波数はΔｆだけシ
フトする。このΔｆだけ光周波数がシフトしたレーザ発
振光Ｌｏｂと光周波数ｆ1 のレーザ発振光ＬｏａとがＹ
分岐回路１６によって合波され、受光素子１９に入力さ
れる。周波数検波器２１によって光周波数の変化量Δｆ
が電圧変化量として出力される。すなわち、予め、外力
Ｆの大きさと電圧変化量との関係を求めて校正しておけ
ば、電圧変化量を計測することにより外力Ｆ1 の大きさ
を検出することができる。
Ｆ1 が付加されないときにミラー１７、１８から出射さ
れるレーザ発振光Ｌｏｂの光周波数をｆ1 とする。いま
Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂの機構部２０に外力Ｆ1 が付
加されるとレーザ発振光Ｌｏｂの光周波数はΔｆだけシ
フトする。このΔｆだけ光周波数がシフトしたレーザ発
振光Ｌｏｂと光周波数ｆ1 のレーザ発振光ＬｏａとがＹ
分岐回路１６によって合波され、受光素子１９に入力さ
れる。周波数検波器２１によって光周波数の変化量Δｆ
が電圧変化量として出力される。すなわち、予め、外力
Ｆの大きさと電圧変化量との関係を求めて校正しておけ
ば、電圧変化量を計測することにより外力Ｆ1 の大きさ
を検出することができる。
【００２１】ところで、本発明の光伝送路型センサは最
近注目されるようになったファイバ型レーザを応用した
ものである。ここでファイバ型レーザについて説明す
る。
近注目されるようになったファイバ型レーザを応用した
ものである。ここでファイバ型レーザについて説明す
る。
【００２２】図２は図１に示した光伝送路型センサに用
いるファイバ型レーザの概念を説明するための説明図で
ある。
いるファイバ型レーザの概念を説明するための説明図で
ある。
【００２３】同図において、３０はコア内にＥｒイオン
が数百ｐｐｍから数千ｐｐｍ添加された光ファイバであ
り、その入力端にはミラー３１が設けられている。この
ミラー３１は、半導体レーザ（発振波長０．９８μｍ或
いは１．４８μｍ）３２から出射される励起光の光Ｌｅ
を略９８％の透過率で透過すると共に、誘導放出によっ
て生じたレーザ発振光（波長１．５３〜１．５７μｍ）
Ｌｏの光を９９．９％の反射率で反射する特性を有して
いる。
が数百ｐｐｍから数千ｐｐｍ添加された光ファイバであ
り、その入力端にはミラー３１が設けられている。この
ミラー３１は、半導体レーザ（発振波長０．９８μｍ或
いは１．４８μｍ）３２から出射される励起光の光Ｌｅ
を略９８％の透過率で透過すると共に、誘導放出によっ
て生じたレーザ発振光（波長１．５３〜１．５７μｍ）
Ｌｏの光を９９．９％の反射率で反射する特性を有して
いる。
【００２４】一方、この光ファイバ３０の出力端には、
励起光Ｌｅを略９８％の透過率で透過すると共に、レー
ザ発振光の光を略９０〜９９％反射する特性を有するミ
ラー３３が設けられている。半導体レーザ３２からの励
起光Ｌｅは集光レンズ３４及びミラー３１を介してＥｒ
添加光ファイバ３０に入射されるようになっている。Ｅ
ｒ添加光ファイバ３０内で誘導放出によって生じたレー
ザ発振光が、ミラー３１及びミラー３３間で繰り返し反
射（往復）することにより増大し、そのレーザ発振光が
所定の強度に達するとミラー３３から出射するようにな
っている。
励起光Ｌｅを略９８％の透過率で透過すると共に、レー
ザ発振光の光を略９０〜９９％反射する特性を有するミ
ラー３３が設けられている。半導体レーザ３２からの励
起光Ｌｅは集光レンズ３４及びミラー３１を介してＥｒ
添加光ファイバ３０に入射されるようになっている。Ｅ
ｒ添加光ファイバ３０内で誘導放出によって生じたレー
ザ発振光が、ミラー３１及びミラー３３間で繰り返し反
射（往復）することにより増大し、そのレーザ発振光が
所定の強度に達するとミラー３３から出射するようにな
っている。
【００２５】一般にこの種のファイバ型レーザの特長は
Ｅｒ固有の吸収ピークに依存したスペクトル幅の狭いレ
ーザ発振であり、計測器用、標準用光源等に用いられて
いる。これはＥｒ添加光ファイバ３０内に添加されたＥ
ｒイオンの誘導放出を利用したレーザである。すなわ
ち、Ｅｒが添加された光ファイバは約０．６４μｍ帯、
０．８μｍ帯、０．９８μｍ帯、１．５μｍ帯で吸収ピ
ークを有する。
Ｅｒ固有の吸収ピークに依存したスペクトル幅の狭いレ
ーザ発振であり、計測器用、標準用光源等に用いられて
いる。これはＥｒ添加光ファイバ３０内に添加されたＥ
ｒイオンの誘導放出を利用したレーザである。すなわ
ち、Ｅｒが添加された光ファイバは約０．６４μｍ帯、
０．８μｍ帯、０．９８μｍ帯、１．５μｍ帯で吸収ピ
ークを有する。
【００２６】ここで、０．９８μｍ或いは１．４８μｍ
帯といった波長を有する励起光を光ファイバ内に伝搬さ
せると、 4Ｉ15/2〜 4Ｉ13/2準位間に反転分布が形成さ
れ、１．５μｍ帯の光が誘導放出される。光ファイバの
両端にミラーを設けておけば、両ミラー３１、３３間で
励起光が繰り返し反射されることにより増幅され、結果
的に片端面側からレーザ発振光が放出されるのである。
帯といった波長を有する励起光を光ファイバ内に伝搬さ
せると、 4Ｉ15/2〜 4Ｉ13/2準位間に反転分布が形成さ
れ、１．５μｍ帯の光が誘導放出される。光ファイバの
両端にミラーを設けておけば、両ミラー３１、３３間で
励起光が繰り返し反射されることにより増幅され、結果
的に片端面側からレーザ発振光が放出されるのである。
【００２７】尚、一般の希土類元素が添加された光ファ
イバでは励起光を入射させても他の波長の光がレーザ発
振して出力されない。本光伝送路型センサは希土類添加
光ファイバに外力を付加することにより、等価的にレー
ザ共振器長が変わることを利用し、外力Ｆ2 の変化を周
波数変化として検出するものである。
イバでは励起光を入射させても他の波長の光がレーザ発
振して出力されない。本光伝送路型センサは希土類添加
光ファイバに外力を付加することにより、等価的にレー
ザ共振器長が変わることを利用し、外力Ｆ2 の変化を周
波数変化として検出するものである。
【００２８】図１に戻って、Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂ
の機構部２０に引張り、圧縮、剪断応力等の外力Ｆ1 を
加えると、Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂに等価的な屈折率
変化が生じ、それによってミラー１５とミラー１８との
間の共振器長が変化し、Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂから
出射されるレーザ光の発振波長が変化する。
の機構部２０に引張り、圧縮、剪断応力等の外力Ｆ1 を
加えると、Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂに等価的な屈折率
変化が生じ、それによってミラー１５とミラー１８との
間の共振器長が変化し、Ｅｒ添加光ファイバ１３ｂから
出射されるレーザ光の発振波長が変化する。
【００２９】従ってＥｒ添加光ファイバのレーザ発振は
単一横モードで歪みのない非常に安定した発振であるこ
とと、この発振波長が共振器長、すなわち光ファイバの
屈折率変化に対して波長１．５３μｍから１．５７μｍ
の範囲で直線的に変化するために外力の大きさを高精度
で感度よく検出することができる。また、Ｅｒ添加光フ
ァイバには大きなゲイン（最大４０数ｄＢ）を持たせる
ことができるので、レーザ発振光Ｌｏａ、Ｌｏｂの出力
値は大きくなり、広いダイナックレンジにわたり、高感
度特性が得られる。さらにＥｒ添加光ファイバ１３ａ、
１３ｂはその長さを１０ｍ程度から数百ｍの範囲から選
ぶことができるので、非常に長い領域での外力の変化
（例えば電柱と電柱との間のケーブルに付加される外
力、すなわち温度変化によるケーブルの延び縮みによっ
て生じる変化）を計測するのに好適である。尚、本実施
例では、Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ、１３ｂは構造パラ
メータが略同一のものを用いているが、これに限定され
るものではなく、Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ、１３ｂの
光周波数をｆｒ1 とし、Ｅｒ添加光ファイバ側は光周波
数ｆｒ2 に対し、外力によってΔｆだけ変化するように
してもよい。
単一横モードで歪みのない非常に安定した発振であるこ
とと、この発振波長が共振器長、すなわち光ファイバの
屈折率変化に対して波長１．５３μｍから１．５７μｍ
の範囲で直線的に変化するために外力の大きさを高精度
で感度よく検出することができる。また、Ｅｒ添加光フ
ァイバには大きなゲイン（最大４０数ｄＢ）を持たせる
ことができるので、レーザ発振光Ｌｏａ、Ｌｏｂの出力
値は大きくなり、広いダイナックレンジにわたり、高感
度特性が得られる。さらにＥｒ添加光ファイバ１３ａ、
１３ｂはその長さを１０ｍ程度から数百ｍの範囲から選
ぶことができるので、非常に長い領域での外力の変化
（例えば電柱と電柱との間のケーブルに付加される外
力、すなわち温度変化によるケーブルの延び縮みによっ
て生じる変化）を計測するのに好適である。尚、本実施
例では、Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ、１３ｂは構造パラ
メータが略同一のものを用いているが、これに限定され
るものではなく、Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ、１３ｂの
光周波数をｆｒ1 とし、Ｅｒ添加光ファイバ側は光周波
数ｆｒ2 に対し、外力によってΔｆだけ変化するように
してもよい。
【００３０】図３は本発明の光伝送路型センサの他の実
施例の概略図である。尚、図１に示した光伝送路型セン
サと共通の部材には共通の符号を用いた。
施例の概略図である。尚、図１に示した光伝送路型セン
サと共通の部材には共通の符号を用いた。
【００３１】図１に示した光伝送路型センサとの相違点
は、出射側のＹ分岐回路１６と受光素子１９との間にＥ
ｒ添加光ファイバ４０及び光合分波器４１を挿入した点
である。
は、出射側のＹ分岐回路１６と受光素子１９との間にＥ
ｒ添加光ファイバ４０及び光合分波器４１を挿入した点
である。
【００３２】同図に示すように光ファイバ合分波器４１
には集光レンズ４２を介して半導体レーザ４３からの励
起光が入射されてＥｒ添加光ファイバ４０が励起され、
Ｙ分岐回路１６でレーザ発振光Ｌｏａとレーザ発振光Ｌ
ｏｂとが合波された後、このＥｒ添加光ファイバ４０内
を通すことにより合波信号は数百〜数万倍に増幅され
る。これによって、より高感度、高Ｓ／Ｎ比を得ること
ができると共に、さらに遠く離れた地点へセンサ情報を
伝送することができる。
には集光レンズ４２を介して半導体レーザ４３からの励
起光が入射されてＥｒ添加光ファイバ４０が励起され、
Ｙ分岐回路１６でレーザ発振光Ｌｏａとレーザ発振光Ｌ
ｏｂとが合波された後、このＥｒ添加光ファイバ４０内
を通すことにより合波信号は数百〜数万倍に増幅され
る。これによって、より高感度、高Ｓ／Ｎ比を得ること
ができると共に、さらに遠く離れた地点へセンサ情報を
伝送することができる。
【００３３】また、Ｅｒ添加光ファイバ４０の代わり
に、他のＥｒ添加光ファイバとＥｒが添加されていない
通常のシングルモード光ファイバとを直列接続したもの
を用いればさらに長距離（少なくとも数Ｋｍ）伝送を実
現することができる。
に、他のＥｒ添加光ファイバとＥｒが添加されていない
通常のシングルモード光ファイバとを直列接続したもの
を用いればさらに長距離（少なくとも数Ｋｍ）伝送を実
現することができる。
【００３４】以上の実施例はレーザとしてファイバ型を
用いた場合で説明したが、これに限定されるものではな
い。すなわち図１及び図３に示した光ファイバを導波路
型で構成してもよい。例えばＳｉ或いはガラス基板上の
低屈折率層（屈折率ｎ0 ）の上に略矩形状のコア（屈折
率ｎw 、ｎw ＞ｎb ）を形成した導波路或いは上述した
導波路に屈折率ｎc （ｎc ＜ｎw ）のクラッドを被覆し
た導波路を用い、これらの導波路のコア内に希土類元素
を含ませた構成であってもよい。尚、図１及び図３にお
いて、光ファイバに外力を加える（加わる）ためにはＡ
点及びＢ点を例えば金属棒に固定しておく。そうする
と、温度変化によって金属棒が延びたり縮んだりするの
で、光ファイバも延びたり縮んだりする。また金属棒の
代わりに熱膨張係数の異なる２枚の板を張り合わせて作
ったバイメタル板にＡ点及びＢ点を固定しておけば、温
度変化によってバイメタル板が内側に反ったり外側に反
ったりする。これによって光ファイバも延びたり縮んだ
りする。さらに光ファイバを熱膨張係数の大きいボビン
（例えばプラスチックボビン）に巻付けておけば、温度
変化によってボビンが膨張したり縮んだりすることによ
り、光ファイバに張力あるいは圧縮力を加えることがで
きる。尚上述した外力は環境変化によって外力が加わる
場合であるが、これ以外に意図的に外力を加えてもよ
い。さらにＡ点及びＢ点を例えば電柱に固定しておく方
法でもよい。
用いた場合で説明したが、これに限定されるものではな
い。すなわち図１及び図３に示した光ファイバを導波路
型で構成してもよい。例えばＳｉ或いはガラス基板上の
低屈折率層（屈折率ｎ0 ）の上に略矩形状のコア（屈折
率ｎw 、ｎw ＞ｎb ）を形成した導波路或いは上述した
導波路に屈折率ｎc （ｎc ＜ｎw ）のクラッドを被覆し
た導波路を用い、これらの導波路のコア内に希土類元素
を含ませた構成であってもよい。尚、図１及び図３にお
いて、光ファイバに外力を加える（加わる）ためにはＡ
点及びＢ点を例えば金属棒に固定しておく。そうする
と、温度変化によって金属棒が延びたり縮んだりするの
で、光ファイバも延びたり縮んだりする。また金属棒の
代わりに熱膨張係数の異なる２枚の板を張り合わせて作
ったバイメタル板にＡ点及びＢ点を固定しておけば、温
度変化によってバイメタル板が内側に反ったり外側に反
ったりする。これによって光ファイバも延びたり縮んだ
りする。さらに光ファイバを熱膨張係数の大きいボビン
（例えばプラスチックボビン）に巻付けておけば、温度
変化によってボビンが膨張したり縮んだりすることによ
り、光ファイバに張力あるいは圧縮力を加えることがで
きる。尚上述した外力は環境変化によって外力が加わる
場合であるが、これ以外に意図的に外力を加えてもよ
い。さらにＡ点及びＢ点を例えば電柱に固定しておく方
法でもよい。
【００３５】また、Ｅｒ添加光ファイバ１３ａ、１３ｂ
及び４０は、Ｅｒ以外にＮｄ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｃ
ｅ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｔｍ等の希土類元素を少なくとも１種
類含んだものを用いることができる。
及び４０は、Ｅｒ以外にＮｄ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｃ
ｅ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｔｍ等の希土類元素を少なくとも１種
類含んだものを用いることができる。
【００３６】以上において本実施例によれば、希土類元
素添加光伝送路に外部より引張り、圧縮、剪断応力等の
外力を加えると、希土類元素添加光伝送路の等価的な屈
折率変化が生じて共振器長が変化し、発振波長が変化す
るので、簡単な構成で高精度、高感度、かつ、広ダイナ
ミックレンジで物理的状態変化を計測することができ
る。
素添加光伝送路に外部より引張り、圧縮、剪断応力等の
外力を加えると、希土類元素添加光伝送路の等価的な屈
折率変化が生じて共振器長が変化し、発振波長が変化す
るので、簡単な構成で高精度、高感度、かつ、広ダイナ
ミックレンジで物理的状態変化を計測することができ
る。
【００３７】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００３８】簡単な構成で高精度、高感度、かつ、広ダ
イナミックレンジで物理的状態変化を計測することがで
きる。
イナミックレンジで物理的状態変化を計測することがで
きる。
【図１】本発明の光伝送路型センサの一実施例の概略図
である。
である。
【図２】図１に示した光伝送路型センサに用いるファイ
バ型レーザの概念を説明するための説明図である。
バ型レーザの概念を説明するための説明図である。
【図３】本発明の光伝送路型センサの他の実施例の概略
図である。
図である。
【図４】従来の光伝送路型センサの概略図である。
１３ａ、１３ｂ 希土類元素添加光伝送路（Ｅｒ添加光
ファイバ） １４、１５ （第１の）ミラー １７、１８ （第２の）ミラー １６ 合波器（Ｙ分岐回路） １９ 受光素子 ２０ 機構部 ２１ 周波数検波器
ファイバ） １４、１５ （第１の）ミラー １７、１８ （第２の）ミラー １６ 合波器（Ｙ分岐回路） １９ 受光素子 ２０ 機構部 ２１ 周波数検波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−264801（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−227627（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238330（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−503337（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 21/00 G01L 1/24
Claims (4)
- 【請求項１】 希土類元素添加光伝送路を２本並べ、該
両希土類元素添加光伝送路の入力端に、外部からの励起
光を透過すると共に内部で生じたレーザ発振光を反射す
る第１のミラーをそれぞれ設けると共にその出力端に、
前記励起光を反射すると共に前記レーザ発振光の略９０
〜９９％を反射する第２のミラーをそれぞれ設け、一方
の希土類元素添加光伝送路に物理量を計測すべく、その
物理的状態変化を付加する機構部を設け、前記希土類元
素添加光伝送路の両出力端に該出力端から出射したレー
ザ発振光を合波する合波器を設け、該合波器で合波され
たレーザ発振光を受光する受光素子を設け、該受光素子
からの受光信号より前記物理的状態変化を周波数変化と
して検出する周波数検波器を設けたことを特徴とする光
伝送路型センサ。 - 【請求項２】 前記合波器と前記受光素子との間に、合
波されたレーザ発振光を増幅する希土類元素添加光ファ
イバを設け、該光ファイバ内に結合させる励起光が、合
波されてレーザ発振光の伝搬方向と逆方向に伝搬するよ
うにされたことを特徴とする請求項１記載の光伝送路型
センサ。 - 【請求項３】 前記希土類元素添加光伝送路又は希土類
元素添加光ファイバに用いられる希土類元素として、Ｅ
ｒ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｔｍ
等の中から少なくとも１種類含んだものを用いたことを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の光伝送路型セン
サ。 - 【請求項４】 計測する物理量が、張力、圧縮力、剪断
応力等であり、この物理的状態変化を前記機構部を介し
て一方の希土類元素添加光伝送路に付加することを特徴
とする請求項１記載の光伝送路型センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05098056A JP3114426B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 光伝送路型センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05098056A JP3114426B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 光伝送路型センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06307895A JPH06307895A (ja) | 1994-11-04 |
| JP3114426B2 true JP3114426B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=14209633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05098056A Expired - Fee Related JP3114426B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 光伝送路型センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3114426B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000037925A1 (en) * | 1998-12-18 | 2000-06-29 | Future Fibre Technologies Pty Ltd | Apparatus and method for monitoring a structure using a counter-propagating signal method for locating events |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP05098056A patent/JP3114426B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06307895A (ja) | 1994-11-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |