JP3415972B2 - Optical fiber sensor and polarizer unit - Google Patents
Optical fiber sensor and polarizer unitInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバを伝搬す
る直線偏光のファラデー回転効果を利用する光ファイバ
型センサおよび偏光子ユニットに関し、特に電流あるい
は磁場の計測を行うための光ファイバ型センサおよび偏
光子ユニットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber type sensor and a polarizer unit utilizing the Faraday rotation effect of linearly polarized light propagating in an optical fiber, and more particularly to an optical fiber type sensor and a polarization unit for measuring current or magnetic field. Regarding the child unit.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバを伝搬する直線偏光のファラ
デー回転効果を利用する光ファイバ型センサは、センシ
ング用ファイバに入射した直線偏光の方位が電流の作る
磁場によって回転する原理を利用するものである。2. Description of the Related Art An optical fiber type sensor utilizing the Faraday rotation effect of linearly polarized light propagating in an optical fiber utilizes the principle that the direction of linearly polarized light incident on a sensing fiber is rotated by a magnetic field created by an electric current. .
【0003】図6はこのような光ファイバ型センサの基
本原理を示す図である。光ファイバ型センサでは、光源
61からの検査光を偏光子62によって直線偏光に変換
し、センシング用ファイバ63に導入する。このとき偏
光子62は、光源61の強度等の変動を相殺するため、
検査光の偏波面方位が、センサの置かれた座標系の垂直
方向の座標軸に対して45°傾くように設けられてい
る。FIG. 6 is a diagram showing the basic principle of such an optical fiber type sensor. In the optical fiber type sensor, the inspection light from the light source 61 is converted into linearly polarized light by the polarizer 62 and introduced into the sensing fiber 63. At this time, the polarizer 62 cancels fluctuations in the intensity of the light source 61 and the like,
The polarization plane direction of the inspection light is provided so as to be inclined by 45 ° with respect to the vertical coordinate axis of the coordinate system in which the sensor is placed.
【0004】センシング用ファイバ63に導入された検
査光は、導体64に流れる電流Iによってファラデー回
転を受け、検光子65に入射する。検光子65は、導体
64に電流が流れていないときには、検査光の偏波面方
位がセンシング用ファイバ63への導入時と同じく検光
子の軸に対して45°傾いた状態で入射されるように設
けられている。この検光子65は、検査光を2つの偏波
成分に分離し、それぞれ受光素子66,67に送る。受
光素子66,67は、例えばフォトダイオードであり、
送られた光を電気信号に変換する。電気信号は、さらに
公知の信号演算処理回路によってファラデー回転角度値
に変換される。ファラデー回転角度値は、導体64を流
れる電流に比例するので、このファラデー回転角度値を
知ることにより、目的とする電流値が求められる。The inspection light introduced into the sensing fiber 63 undergoes Faraday rotation due to the current I flowing through the conductor 64, and enters the analyzer 65. When no current is flowing through the conductor 64, the analyzer 65 is incident with the polarization direction of the inspection light being inclined by 45 ° with respect to the axis of the analyzer, as in the case of introduction into the sensing fiber 63. It is provided. The analyzer 65 splits the inspection light into two polarization components and sends them to the light receiving elements 66 and 67, respectively. The light receiving elements 66 and 67 are, for example, photodiodes,
Converts the sent light into an electrical signal. The electric signal is further converted into a Faraday rotation angle value by a known signal arithmetic processing circuit. Since the Faraday rotation angle value is proportional to the current flowing through the conductor 64, the target current value can be obtained by knowing this Faraday rotation angle value.
【0005】ところで、実用的な光ファイバ型センサで
は、各部品が図6のような空間的な配置ではなく、偏光
子62、センシング用ファイバ63、検光子65等を一
体にしたモジュールを使用している。By the way, in a practical optical fiber type sensor, each component does not have a spatial arrangement as shown in FIG. 6, but a module in which a polarizer 62, a sensing fiber 63, an analyzer 65 and the like are integrated is used. ing.
【0006】図7は従来のモジュール化した光ファイバ
型センサの構成を示す平面図である。この光ファイバ型
センサ70では、偏光子72と検光子ユニット75とが
基台上に一体に設けられている。偏光子72は、入力用
ファイバ71とセンシング用ファイバ73との間に固定
されている。入力用ファイバ71の端部からは、レーザ
光である検査光L11が入射し、偏光子72で直線偏光
に変換されてセンシング用ファイバ73に導入される。
ただし、ここでは、検査光L11は、図6のように偏波
面が45°傾けられることはない。FIG. 7 is a plan view showing the structure of a conventional modularized optical fiber type sensor. In this optical fiber type sensor 70, a polarizer 72 and an analyzer unit 75 are integrally provided on a base. The polarizer 72 is fixed between the input fiber 71 and the sensing fiber 73. Inspection light L11, which is a laser beam, enters from the end of the input fiber 71, is converted into linearly polarized light by the polarizer 72, and is introduced into the sensing fiber 73.
However, here, the plane of polarization of the inspection light L11 is not inclined by 45 ° as in FIG.
【0007】センシング用ファイバ73は、リング状に
複数回巻かれており、その中心に導体74が挿入されて
いる。検査光L11は、センシング用ファイバ73を伝
搬する過程で、導体74を流れる電流が起こす磁界によ
ってファラデー回転を受け、検光子ユニット75に入力
される。The sensing fiber 73 is wound a plurality of times in a ring shape, and the conductor 74 is inserted in the center thereof. The inspection light L11 undergoes Faraday rotation by the magnetic field generated by the current flowing through the conductor 74 in the process of propagating through the sensing fiber 73, and is input to the analyzer unit 75.
【0008】検光子ユニット75は、半波長板751、
複屈折結晶体752、光路シフトプリズム753を有
し、これらがハウジング内に一体に設けられている。半
波長板751は、その光軸回りの角度を換えることによ
って、複屈折結晶体752に入射する検査光L11の偏
波面角度を換えることができる。半波長板751は、導
体74に電流が流れていないときに、検査光L11の偏
波面が検光子の軸に対して45°傾くように設置されて
いる。The analyzer unit 75 includes a half-wave plate 751 and
It has a birefringent crystal body 752 and an optical path shift prism 753, which are integrally provided in the housing. The half-wave plate 751 can change the polarization plane angle of the inspection light L11 incident on the birefringent crystal 752 by changing the angle around the optical axis. The half-wave plate 751 is installed such that the polarization plane of the inspection light L11 is inclined by 45 ° with respect to the axis of the analyzer when no current flows in the conductor 74.
【0009】検査光L11の偏波面の傾きを偏光子72
ではなく、この半波長板751で行う理由は、センシン
グ用ファイバ73の捻じれや変形によって、それを伝搬
する検査光L11の偏波面方位も微妙に変化する恐れが
あるからである。センシング用ファイバ73を通過した
後で検査光L11の偏波面方位を調節することにより、
正確な検査が行える。The polarizer 72 determines the inclination of the polarization plane of the inspection light L11.
Instead, the reason why the half-wave plate 751 is used is that the polarization plane direction of the inspection light L11 propagating therethrough may be slightly changed due to the twist or deformation of the sensing fiber 73. By adjusting the polarization plane direction of the inspection light L11 after passing through the sensing fiber 73,
Accurate inspection can be performed.
【0010】この半波長板751を通過した検査光L1
1は、複屈折結晶体752によって直交する2成分が分
離され、一方は直進して受光用ファイバ76を介して信
号Tとして出力され、他方は光路シフトプリズム753
で光路調節されて受光用ファイバ77に送られてこの受
光用ファイバ77を介して信号Rとして出力される。Inspection light L1 that has passed through the half-wave plate 751.
Two components orthogonal to each other are separated by a birefringent crystal body 752, one of which goes straight and is output as a signal T through a light receiving fiber 76, and the other of which is an optical path shift prism 753.
The optical path is adjusted by and is sent to the light receiving fiber 77, and is output as a signal R via the light receiving fiber 77.
【0011】2つの信号TおよびRは、図示されていな
い受光素子によって電気信号に変換され、これにより、
図6で説明したように導体74を流れる電流値が検出さ
れる。The two signals T and R are converted into an electric signal by a light receiving element (not shown), whereby
The value of the current flowing through the conductor 74 is detected as described with reference to FIG.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように半
波長板751を使用した検光子ユニット75は、以下の
ような問題点があった。
(1)半波長板751の面が光軸と垂直の関係にない場
合には、半波長板751を光軸回りに回転させたとき
に、光路がズレてしまい、半波長板751の前後の光フ
ァイバの結合効率が変動し、測定値に誤差が生じてしま
う。
(2)半波長板751は、水晶等の結晶によりなるの
で、その温度特性によって位相差に変動があり、出射光
がわずかに楕円化する。このため、温度の変化する環境
での高精度測定は期待できない。
(3)半波長板751は、薄板なため取り付けが難し
く、その角度の調節も難しい。However, the analyzer unit 75 using the half-wave plate 751 as described above has the following problems. (1) When the surface of the half-wave plate 751 is not perpendicular to the optical axis, when the half-wave plate 751 is rotated around the optical axis, the optical path is deviated and the half-wave plate 751 before and after the half-wave plate 751 The coupling efficiency of the optical fiber fluctuates, and an error occurs in the measured value. (2) Since the half-wave plate 751 is made of a crystal such as quartz, the phase difference varies depending on its temperature characteristic, and the emitted light is slightly elliptical. For this reason, highly accurate measurement cannot be expected in an environment where the temperature changes. (3) Since the half-wave plate 751 is a thin plate, it is difficult to attach the half-wave plate 751 and its angle is difficult to adjust.
【0013】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、半波長板を使用しなくても検査光の基準方位
を検光子の軸に対して所望の角度に調節することが簡単
にかつ正確にでき、構造も簡単にすることのできる光フ
ァイバ型センサを提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is easy to adjust the reference azimuth of the inspection light to a desired angle with respect to the axis of the analyzer without using a half-wave plate. It is an object of the present invention to provide an optical fiber type sensor that can be accurately and accurately made and have a simple structure.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、光ファイバを伝搬する直線偏光のファラ
デー回転効果を利用する光ファイバ型センサにおいて、
光入力用ファイバとセンシング用ファイバとが偏光子を
介して一体に結合され、光入力用ファイバとセンシング
用ファイバを結ぶ方向を回転軸として回動可能に設けら
れた偏光子ユニットと、検光子により前記センシング用
ファイバの出射光を互いに直交する2つの偏波成分に分
離して出力する検光子ユニットと、を有することを特徴
とする光ファイバ型センサが提供される。In order to solve the above problems, the present invention provides an optical fiber type sensor utilizing the Faraday rotation effect of linearly polarized light propagating in an optical fiber,
The optical input fiber and the sensing fiber are integrally coupled via a polarizer, and the polarizer unit is provided so as to be rotatable about the direction connecting the optical input fiber and the sensing fiber as a rotation axis, and the analyzer. An optical fiber type sensor is provided, which comprises: an analyzer unit that separates and outputs the light emitted from the sensing fiber into two polarization components orthogonal to each other.
【0015】このような光ファイバ型センサでは、偏光
子が光入力用ファイバとセンシング用ファイバとの間に
一体に結合されているので、光入力用ファイバとセンシ
ング用ファイバを結ぶ方向を回転軸として簡単に回動さ
せることができる。よって、光軸に対する偏光子の回動
によって、検査光の偏波面方位を所望の角度に調節する
ことができる。このとき、光入力用ファイバとセンシン
グ用ファイバ内では、検査光は方位がずれることがほと
んどないので、偏光子ユニットの回動角度に応じた角度
だけ偏波面方位が変化する。In such an optical fiber type sensor, since the polarizer is integrally coupled between the optical input fiber and the sensing fiber, the direction connecting the optical input fiber and the sensing fiber is used as the rotation axis. It can be easily rotated. Therefore, the polarization plane azimuth of the inspection light can be adjusted to a desired angle by rotating the polarizer with respect to the optical axis. At this time, the inspection light hardly shifts in direction in the optical input fiber and the sensing fiber, so the polarization plane direction changes by an angle according to the rotation angle of the polarizer unit.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一形態を図面に基
づいて説明する。図1は本形態の偏光子ユニットの構成
を示す図である。偏光子ユニット10は、全体がステン
レス製の円筒形パイプ11で覆われており、内部には、
薄膜型の偏光子12と、光コネクタフェルール13,1
4とが一体に設けられている。これらは、偏光子12を
光コネクタフェルール13および14で挟み、接着剤を
使用して光学的および物理的に結合させ、スリーブ15
で包むことにより構成されている。また、光コネクタフ
ェルール13には入力用ファイバ16が、一方、光コネ
クタフェルール13にはセンシング用ファイバ17が結
合されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the polarizer unit of this embodiment. The polarizer unit 10 is entirely covered with a cylindrical pipe 11 made of stainless steel.
Thin film type polarizer 12 and optical connector ferrules 13 and 1
4 and 4 are integrally provided. They sandwich the polarizer 12 with optical connector ferrules 13 and 14 and use an adhesive to optically and physically bond it and to the sleeve 15
It is configured by wrapping with. An input fiber 16 is coupled to the optical connector ferrule 13, while a sensing fiber 17 is coupled to the optical connector ferrule 13.
【0017】偏光子12としては、偏光ビームスプリッ
タ等のプリズム系偏光子、光学的に透明な誘電体と金属
等の導電体を交互に積層した積層型薄膜偏光子、あるい
はガラス等の透明体中に銀、銅等の金属よりなる偏平あ
るいは回転楕円体の微粒子が配向分散された微粒子配向
分散型偏光子等が使用できる。積層型薄膜偏光子や微粒
子配向分散型偏光子は、非常に小さいため、偏光子ユニ
ット10全体を小型化することができ、密閉化にも有利
である。The polarizer 12 is a prismatic polarizer such as a polarization beam splitter, a laminated thin film polarizer in which an optically transparent dielectric material and a conductor such as metal are alternately laminated, or a transparent material such as glass. Further, a fine particle orientation dispersion type polarizer in which flat or spheroidal fine particles made of a metal such as silver or copper are orientation-dispersed can be used. Since the laminated thin film polarizer and the fine particle orientation dispersion type polarizer are very small, the entire polarizer unit 10 can be downsized, which is also advantageous for sealing.
【0018】図2は図1の偏光子ユニット10の消光比
を計測するための実験システムの概略構成を示す図であ
る。光源21からは、検査光L0として例えば850n
mのレーザ光が出力される。この検査光L0は、1/4
波長板を通過した後偏光子23によって直線偏光にな
り、レンズ24によって集光される。集光された検査光
L0は、入力用ファイバ16に入射される。ここで、入
力用ファイバ16は、石英ガラスファイバである。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an experimental system for measuring the extinction ratio of the polarizer unit 10 of FIG. From the light source 21, for example, 850n as the inspection light L0
m laser light is output. This inspection light L0 is 1/4
After passing through the wave plate, it becomes linearly polarized light by the polarizer 23 and is condensed by the lens 24. The condensed inspection light L0 is incident on the input fiber 16. Here, the input fiber 16 is a silica glass fiber.
【0019】入力用ファイバ16に入射された検査光L
0は、偏光子ユニット10で偏波面方位が換えられ、セ
ンシング用ファイバ17を介して出射される。ここで、
センシング用ファイバ17は、鉛ガラスファイバであ
り、コアガラスはSiO2 とPbOを含み、SiO2 の
重量が5〜35%、PbOの重量が65〜85%であ
る。これにより、センシング用ファイバ17の光弾性定
数が±3×10-9cm2 /kg以下になっている。Inspection light L incident on the input fiber 16
Polarization plane azimuths of 0 are changed by the polarizer unit 10 and emitted through the sensing fiber 17. here,
The sensing fiber 17 is a lead glass fiber, and the core glass contains SiO 2 and PbO, and the weight of SiO 2 is 5 to 35% and the weight of PbO is 65 to 85%. As a result, the photoelastic constant of the sensing fiber 17 is ± 3 × 10 −9 cm 2 / kg or less.
【0020】センシング用ファイバ17から出射された
検査光L0は、レンズ25によってコリメートされ、検
光子26で2つの偏波成分に分離し、それぞれレンズ2
7,29を介して受光素子28,30に送られる。The inspection light L0 emitted from the sensing fiber 17 is collimated by the lens 25, separated into two polarization components by the analyzer 26, and each of them is separated by the lens 2.
The light is sent to the light receiving elements 28 and 30 via 7, 29.
【0021】ところで、入力用ファイバ16、偏光子ユ
ニット10、およびセンシング用ファイバ17は、それ
ぞれ回動機構部31,32,33により支持されてい
る。回動機構部31,32,33は、それぞれ入力用フ
ァイバ16の入射端部、偏光子ユニット10全体、セン
シング用ファイバ17の出射端部を回動させ、所望の回
動角度で固定させることができる。By the way, the input fiber 16, the polarizer unit 10, and the sensing fiber 17 are supported by the rotating mechanism portions 31, 32, and 33, respectively. The rotating mechanism portions 31, 32, and 33 can rotate the entrance end of the input fiber 16, the entire polarizer unit 10, and the exit end of the sensing fiber 17, respectively, and fix them at a desired rotation angle. it can.
【0022】このような装置で、まず、偏光子ユニット
10を固定し、センシング用ファイバ17の出射端部を
回動させてファイバを捻り、その状態で出射する検査光
の偏波面方位と消光比を測定する実験を行った。この結
果、センシング用ファイバ17の出射端部を回動させて
も、回動角度に対する偏波面方位の変化の割合は約0.
001であり、回動角度45°に対しては0.045°
程度であり、実質上無視できるレベルであった。また、
消光比は35dB以上であり、誘起複屈折は極めて小さ
いことが示された。In such a device, first, the polarizer unit 10 is fixed, the emitting end of the sensing fiber 17 is rotated to twist the fiber, and the polarization plane direction and extinction ratio of the inspection light emitted in that state. An experiment was performed to measure As a result, even if the emitting end of the sensing fiber 17 is rotated, the rate of change of the polarization plane orientation with respect to the rotation angle is about 0.
001 and 0.045 ° for a rotation angle of 45 °
It was a level, which was practically negligible. Also,
The extinction ratio was 35 dB or more, and it was shown that the induced birefringence was extremely small.
【0023】なお、比較のため、センシング用ファイバ
17を石英ガラスファイバにして同様の実験を行ったと
ころ、回動角度に対する偏波面方位の変化は約0.1と
大きなものであった。また、消光比は回動の度合いによ
って不確定に変化してしまった。For comparison, a similar experiment was carried out using the sensing fiber 17 as a silica glass fiber. As a result, the change of the polarization plane orientation with respect to the rotation angle was as large as about 0.1. Also, the extinction ratio changed indefinitely depending on the degree of rotation.
【0024】次いで、センシング用ファイバ17の出射
端部を固定し、偏光子ユニット10を回動させて、出射
する検査光の偏波面方位と消光比を測定する実験を行っ
た。この結果、検査光の偏波面方位は、偏光子ユニット
10を回動させた角度だけ回転した。Next, an experiment was conducted in which the emission end of the sensing fiber 17 was fixed and the polarizer unit 10 was rotated to measure the polarization plane direction and extinction ratio of the emitted inspection light. As a result, the polarization plane direction of the inspection light was rotated by the angle at which the polarizer unit 10 was rotated.
【0025】図3は本形態の偏光子ユニット10を用い
た光ファイバ型センサの構成を示す平面図である。この
光ファイバ型センサ40では、偏光子ユニット10が固
定ユニット41に固定された状態で基台上に設けられて
いる。偏光子ユニット10は、後述するように、光入力
用ファイバとセンシング用ファイバを結ぶ方向を回転軸
として回動調節され固定されている。また、基台上に
は、検光子ユニット43が設けられている。偏光子ユニ
ット10と検光子ユニット43との間には、センシング
用ファイバ17が設けられている。センシング用ファイ
バ17は、リング状に複数回巻かれており、その中心に
導体42が挿入されている。FIG. 3 is a plan view showing the structure of an optical fiber type sensor using the polarizer unit 10 of this embodiment. In this optical fiber type sensor 40, the polarizer unit 10 is provided on the base in a state of being fixed to the fixing unit 41. As will be described later, the polarizer unit 10 is rotationally adjusted and fixed with a direction connecting the optical input fiber and the sensing fiber as a rotation axis. Further, an analyzer unit 43 is provided on the base. A sensing fiber 17 is provided between the polarizer unit 10 and the analyzer unit 43. The sensing fiber 17 is wound a plurality of times in a ring shape, and the conductor 42 is inserted in the center thereof.
【0026】入力用ファイバ16の端部からは、レーザ
光である検査光L1が図示されていない光源から入射さ
れる。検査光L1は、偏光子ユニット10で直線偏光に
変換されてセンシング用ファイバ17に導入される。検
査光L1は、センシング用ファイバ17を伝搬する過程
で、導体42を流れる電流が起こす磁界によってファラ
デー回転を受け、その後検光子ユニット43に入力され
る。From the end of the input fiber 16, the inspection light L1 which is a laser light is incident from a light source (not shown). The inspection light L1 is converted into linearly polarized light by the polarizer unit 10 and introduced into the sensing fiber 17. The inspection light L1 undergoes Faraday rotation by the magnetic field generated by the current flowing through the conductor 42 in the process of propagating through the sensing fiber 17, and then is input to the analyzer unit 43.
【0027】検光子ユニット43は、検光子431およ
び光路シフトプリズム432を有し、これらがハウジン
グ内に一体に設けられている。センシング用ファイバ1
7から出射された検査光L1は、検光子ユニット43の
検光子431に入射し、そこで直交する2つの偏波成分
が分離し、一方は直進して受光用ファイバ44を介して
信号Tとして出力され、他方は光路シフトプリズム43
2で光路調節されて受光用ファイバ45に送られ、この
受光用ファイバ45を介して信号Rとして出力される。
2つの信号TおよびRは、図示されていない受光素子に
よって電気信号に変換され、これにより、導体42を流
れる電流値が検出される。The analyzer unit 43 has an analyzer 431 and an optical path shift prism 432, which are integrally provided in the housing. Sensing fiber 1
The inspection light L1 emitted from 7 enters the analyzer 431 of the analyzer unit 43, where two polarization components orthogonal to each other are separated, and one of them goes straight and is output as a signal T via the receiving fiber 44. And the other is the optical path shift prism 43.
The optical path is adjusted by 2 and sent to the light receiving fiber 45, and is output as a signal R via the light receiving fiber 45.
The two signals T and R are converted into an electric signal by a light receiving element (not shown), whereby the value of the current flowing through the conductor 42 is detected.
【0028】図4は固定ユニット41の構成を示す図で
あり、(A)は平面図、(B)は矢印X方向から見た側
面図、(C)は矢印Y方向から見た側面図である。固定
ユニット41は、基台411と固定ユニットとしての2
個の押さえ板412,413から構成されている。基台
411には、図(C)に示すようにV字状の溝411a
が形成されている。この溝411aには、偏光子ユニッ
ト10が載置される。4A and 4B are views showing the structure of the fixing unit 41. FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a side view seen from the arrow X direction, and FIG. 4C is a side view seen from the arrow Y direction. is there. The fixed unit 41 includes a base 411 and a fixed unit 2
It is composed of individual pressing plates 412 and 413. The base 411 has a V-shaped groove 411a as shown in FIG.
Are formed. The polarizer unit 10 is placed in the groove 411a.
【0029】偏光子ユニット10は、円筒状に形成され
ているので、溝411a上で容易に回動させることがで
きる。偏光子ユニット10を所望の角度だけ回動させた
らば、押さえ板412,413を上から被せ、それぞれ
ネジ412a,412b,413a,413bを締める
ことにより、偏光子ユニット10をその状態で固定する
ことができる。あるいは、予め押さえ板412,413
を被せてネジ412a,412b,413a,413b
を緩く締めた状態で偏光子ユニット10の回動角度を調
節し、その後にネジ412a,412b,413a,4
13bを強く締めるようにしてもよい。Since the polarizer unit 10 is formed in a cylindrical shape, it can be easily rotated on the groove 411a. When the polarizer unit 10 is rotated by a desired angle, the pressing plates 412 and 413 are covered from above and the screws 412a, 412b, 413a and 413b are respectively tightened to fix the polarizer unit 10 in that state. You can Alternatively, the pressing plates 412 and 413 are previously set.
The screws 412a, 412b, 413a, 413b.
The rotation angle of the polarizer unit 10 is adjusted in a state where the screws are loosely tightened, and then the screws 412a, 412b, 413a, 4
You may make it strongly tighten 13b.
【0030】図5は本形態の偏光子ユニット10の回動
角度に対する検光子ユニット43からの出力光量の測定
結果を示す図である。図中、特性P,Qは、検光子ユニ
ット43により分離された2つの偏波成分の強度特性を
示す。図からも分かるように、偏光子ユニット10を適
度に回動させることにより、2つの偏波成分を1:1、
すなわち出射光の方位を検光子431の軸に45°の角
度方向に調節することができる。よって、入力用ファイ
バ16やセンシング用ファイバ17が破断するほどの大
きな応力は加わらない。FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the amount of light output from the analyzer unit 43 with respect to the rotation angle of the polarizer unit 10 of this embodiment. In the figure, the characteristics P and Q indicate the intensity characteristics of the two polarization components separated by the analyzer unit 43. As can be seen from the figure, by appropriately rotating the polarizer unit 10, the two polarization components are separated by 1: 1,
That is, the direction of the emitted light can be adjusted in the angle direction of 45 ° with respect to the axis of the analyzer 431. Therefore, a large stress that breaks the input fiber 16 and the sensing fiber 17 is not applied.
【0031】このように、本形態では、偏光子12を入
力用ファイバ16およびセンシング用ファイバ17とと
もに偏光子ユニット10として一体に形成するようにし
たので、偏光子12自体を回動させる必要がない。この
ため、検査光の光軸が変動せず、ファイバ結合効率の変
動もないので、半波長板を使用せずに、検査光の偏波面
方位を容易にかつ正確に調節することができる。また、
光ファイバ型センサの部品点数も減り、製造コストおよ
び製造効率が向上する。さらに、偏光子12の密閉化も
容易であり、小型化が図れ、この小型化によって光路を
短くできるので信頼性が向上する。As described above, in this embodiment, since the polarizer 12 is integrally formed with the input fiber 16 and the sensing fiber 17 as the polarizer unit 10, it is not necessary to rotate the polarizer 12 itself. . Therefore, since the optical axis of the inspection light does not change and the fiber coupling efficiency does not change, the polarization plane direction of the inspection light can be easily and accurately adjusted without using the half-wave plate. Also,
The number of parts of the optical fiber type sensor is reduced, and the manufacturing cost and the manufacturing efficiency are improved. Furthermore, the polarizer 12 can be easily sealed and can be miniaturized, and the miniaturization can shorten the optical path, thereby improving reliability.
【0032】また、本形態では、偏光子ユニット10を
固定ユニット41によって固定するようにしたので、光
ファイバ型センサ40への固定を簡単にかつ確実に行う
ことができる。Further, in this embodiment, since the polarizer unit 10 is fixed by the fixing unit 41, the fixing to the optical fiber type sensor 40 can be easily and surely performed.
【0033】ところで、光ファイバには、光弾性と呼ば
れる性質がある。光弾性とは材質に加えられた応力によ
って材質の屈折率に異方性が生じ、材質中を伝搬する光
に複屈折が起こる現象である。この現象のため光ファイ
バをその光線方向を中心軸にして物理的に捻ると応力が
生じ偏波面の方位も同時に捻れる。The optical fiber has a property called photoelasticity. Photoelasticity is a phenomenon in which the stress applied to a material causes anisotropy in the refractive index of the material, causing birefringence in light propagating in the material. Due to this phenomenon, when the optical fiber is physically twisted with the light beam direction as the central axis, stress is generated and the direction of the polarization plane is also twisted.
【0034】従ってその場合には、偏波面方位の変化は
偏光子ユニットの回動角と必ずしも等しくなく、また温
度変化などの要因で応力が変化したときには偏波面方位
が変動し測定誤差の原因となる。さらにファイバ中の複
屈折により本来直線偏光であるべき検査光が楕円偏光に
変化するという不都合も多々生ずる。Therefore, in this case, the change of the polarization plane azimuth is not always equal to the rotation angle of the polarizer unit, and when the stress changes due to a temperature change or the like, the polarization plane azimuth changes and causes a measurement error. Become. Further, due to birefringence in the fiber, the inconvenience that the inspection light, which should originally be linearly polarized light, is changed to elliptically polarized light, often occurs.
【0035】そこで、本形態では、センシング用ファイ
バ17の材料に鉛ガラスを使用し、その光弾性定数が±
3×10-9cm2 /kg以下となるようにしたので、偏
光子ユニット10を回動させたときのセンシング用ファ
イバ17の捻じれによる偏波面の捻じれを無視できる程
度に低減することができ、より正確な調節が可能とな
る。Therefore, in the present embodiment, lead glass is used as the material of the sensing fiber 17, and its photoelastic constant is ±.
Since it is set to 3 × 10 −9 cm 2 / kg or less, the twist of the polarization plane due to the twist of the sensing fiber 17 when the polarizer unit 10 is rotated can be reduced to a negligible level. Yes, more accurate adjustment is possible.
【0036】なお、本形態では、偏光子12をファイバ
と一体にした偏光子ユニット10によって偏波面方位を
調節するようにしたが、検光子431をファイバと一体
にすることにより、その検光子ユニットによって偏波面
方位を調節することが可能である。このときの検光子4
31の材料としては、方解石、石英等の結晶を用いた検
光子、あるいは偏光ビームスプリッタ、グラントムソン
プリズム、グランレーザプリズム等のプリズム系検光子
等が使用できる。In this embodiment, the polarization plane azimuth is adjusted by the polarizer unit 10 in which the polarizer 12 is integrated with the fiber. However, by integrating the analyzer 431 with the fiber, the analyzer unit can be adjusted. It is possible to adjust the polarization plane direction by. Analyzer 4 at this time
As the material of 31, an analyzer using a crystal such as calcite or quartz, or a prism type analyzer such as a polarization beam splitter, a Glan-Thompson prism, a Glan-laser prism, or the like can be used.
【0037】さらに、本形態では、光ファイバ型センサ
40として、導体42を流れる電流値を測定するために
偏光子ユニット10を用いる例を示したが、電流の代わ
りに磁界の大きさの測定にも使用することができる。Further, in the present embodiment, as the optical fiber type sensor 40, the example in which the polarizer unit 10 is used to measure the value of the current flowing through the conductor 42 has been shown, but it is possible to measure the magnitude of the magnetic field instead of the current. Can also be used.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、偏光子
を光入力用ファイバとセンシング用ファイバとの間に一
体に結合するようにしたので、光入力用ファイバとセン
シング用ファイバを結ぶ方向を回転軸として簡単に回動
させることができる。よって、光軸に対する偏光子ユニ
ットの回動によって、検査光の偏波面を所望の方位に調
節することができる。このため、検査光の光軸が変動せ
ず、ファイバ結合効率の変動もないので、半波長板を使
用せずに、検査光の偏波面方位を容易にかつ正確に調節
することができる。また、光ファイバ型センサの部品点
数も減り、製造コストおよび製造効率が向上する。さら
に、偏光子の密閉化も容易であり、小型化が図れ、この
小型化によって光路を短くできるので信頼性が向上す
る。As described above, in the present invention, the polarizer is integrally coupled between the optical input fiber and the sensing fiber, so that the direction of connecting the optical input fiber and the sensing fiber is changed. It can be easily rotated as a rotating shaft. Therefore, the polarization plane of the inspection light can be adjusted to a desired direction by rotating the polarizer unit with respect to the optical axis. Therefore, since the optical axis of the inspection light does not change and the fiber coupling efficiency does not change, the polarization plane direction of the inspection light can be easily and accurately adjusted without using the half-wave plate. Moreover, the number of parts of the optical fiber type sensor is reduced, and the manufacturing cost and the manufacturing efficiency are improved. Furthermore, sealing of the polarizer is easy, and miniaturization can be achieved. Since the miniaturization can shorten the optical path, reliability is improved.
【図1】本形態の偏光子ユニットの構成を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a polarizer unit of the present embodiment.
【図2】図1の偏光子ユニットの消光比を計測するため
の実験システムの概略構成を示す図である。2 is a diagram showing a schematic configuration of an experimental system for measuring an extinction ratio of the polarizer unit of FIG.
【図3】本形態の偏光子ユニットを用いた光ファイバ型
センサの構成を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a configuration of an optical fiber type sensor using the polarizer unit of the present embodiment.
【図4】固定ユニットの構成を示す図であり、(A)は
平面図、(B)は矢印X方向から見た側面図、(C)は
矢印Y方向から見た側面図である。4A and 4B are diagrams showing a configuration of a fixing unit, FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a side view seen from an arrow X direction, and FIG. 4C is a side view seen from an arrow Y direction.
【図5】本形態の偏光子ユニットの回動角度に対する検
光子ユニットからの出力光量の測定結果を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of an output light amount from an analyzer unit with respect to a rotation angle of a polarizer unit of the present embodiment.
【図6】光ファイバ型センサの基本原理を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a basic principle of an optical fiber type sensor.
【図7】従来のモジュール化した光ファイバ型センサの
構成を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a conventional modularized optical fiber type sensor.
10 偏光子ユニット 11 円筒形パイプ 12 偏光子 13,14 光コネクタフェルール 15 スリーブ 16 入力用ファイバ 17 センシング用ファイバ 40 光ファイバ型センサ 41 固定ユニット 42 導体 43 検光子ユニット 431 検光子 44.45 受光用ファイバ 10 Polarizer unit 11 Cylindrical pipe 12 Polarizer 13,14 Optical connector ferrule 15 sleeves 16 input fiber 17 Sensing fiber 40 Optical fiber type sensor 41 Fixed unit 42 conductor 43 Analyzer unit 431 Analyzer 44.45 Receiving fiber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−248338(JP,A) 特開 平4−153619(JP,A) 特開 昭61−36725(JP,A) 特開 平6−242149(JP,A) 特開 平1−244376(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 15/00 - 15/26 G02B 27/00 - 27/64 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-7-248338 (JP, A) JP-A-4-153619 (JP, A) JP-A-61-36725 (JP, A) JP-A-6- 242149 (JP, A) JP-A-1-244376 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 15/00-15/26 G02B 27/00-27/64
Claims (10)
デー回転効果を利用する光ファイバ型センサにおいて、 光入力用ファイバとセンシング用ファイバとが偏光子を
介して一体に結合され、前記光入力用ファイバとセンシ
ング用ファイバを結ぶ方向を回転軸として回動可能に設
けられた偏光子ユニットと、 検光子により前記センシング用ファイバの出射光を互い
に直交する2つの偏波成分に分離して出力する検光子ユ
ニットと、 を有することを特徴とする光ファイバ型センサ。1. An optical fiber type sensor utilizing the Faraday rotation effect of linearly polarized light propagating through an optical fiber, wherein an optical input fiber and a sensing fiber are integrally coupled via a polarizer, and the optical input fiber is provided. And a polarizer unit that is rotatably provided with a direction connecting the sensing fiber as a rotation axis, and an analyzer that separates and outputs the light emitted from the sensing fiber into two polarization components orthogonal to each other by the analyzer. An optical fiber type sensor comprising: a unit;
センシング用ファイバとが各々フェルールを介して接着
剤により前記偏光子と結合され、前記偏光子およびフェ
ルールの周囲にはスリーブが設けられ、さらに前記スリ
ーブが筐体によって覆われていることを特徴とする請求
項1記載の光ファイバ型センサ。2. In the polarizer unit, a light input fiber and a sensing fiber are bonded to the polarizer with an adhesive via ferrules, and a sleeve is provided around the polarizer and the ferrule. The optical fiber sensor according to claim 1, wherein the sleeve is covered with a housing.
と、前記偏光子ユニットを前記基台に対して固定する固
定部材と、を有することを特徴とする請求項2記載の光
ファイバ型センサ。3. The optical fiber type according to claim 2, further comprising: a base on which the polarizer unit is mounted, and a fixing member that fixes the polarizer unit to the base. Sensor.
いることを特徴とする請求項3記載の光ファイバ型セン
サ。4. The optical fiber type sensor according to claim 3, wherein a V-shaped groove is formed on the base.
数が±3×10-9cm2 /kg以下であることを特徴と
する請求項1記載の光ファイバ型センサ。5. The optical fiber type sensor according to claim 1, wherein the sensing fiber has a photoelastic constant of ± 3 × 10 −9 cm 2 / kg or less.
スにSiO2 とPbOを含み、SiO2 の重量が5〜3
5%、PbOの重量が65〜85%であることを特徴と
する請求項1記載の光ファイバ型センサ。6. The sensing fiber contains SiO 2 and PbO in a core glass, and the weight of SiO 2 is 5 to 3.
The optical fiber type sensor according to claim 1, wherein the weight of PbO is 5% and the weight of PbO is 65 to 85%.
デー回転効果を利用する光ファイバ型センサにおいて、 光入力用ファイバとセンシング用ファイバとの間に設け
られる偏光子と、 前記センシング用ファイバと受光素子側の受光用ファイ
バとが検光子を介して一体に結合され、前記センシング
用ファイバより出射する光の直進方向を回転軸として回
動可能に設けられた検光子ユニットと、 を有することを特徴とする光ファイバ型センサ。7. An optical fiber sensor utilizing the Faraday rotation effect of linearly polarized light propagating in an optical fiber, a polarizer provided between an optical input fiber and a sensing fiber, the sensing fiber and a light receiving element. The light receiving fiber on the side is integrally coupled via an analyzer, and the analyzer unit is provided so as to be rotatable about the straight traveling direction of the light emitted from the sensing fiber as a rotation axis. Optical fiber type sensor.
数が±3×10-9cm2 /kg以下であることを特徴と
する請求項7記載の光ファイバ型センサ。8. The optical fiber type sensor according to claim 7, wherein the sensing fiber has a photoelastic constant of ± 3 × 10 −9 cm 2 / kg or less.
スにSiO2 とPbOを含み、SiO2 の重量が5〜3
5%、PbOの重量が65〜85%であることを特徴と
する請求項7記載の光ファイバ型センサ。9. The sensing fiber contains SiO 2 and PbO in a core glass, and the weight of SiO 2 is 5 to 3.
The optical fiber type sensor according to claim 7, wherein the weight of PbO is 5% and the weight of PbO is 65 to 85%.
光子ユニットにおいて、 光入力用ファイバとセンシング用ファイバとが偏光子を
介して一体に結合され、前記光入力用ファイバとセンシ
ング用ファイバを結ぶ方向を回転軸として回動可能に設
けられることを特徴とする偏光子ユニット。10. A polarizer unit for converting light from a light source into linearly polarized light, wherein an optical input fiber and a sensing fiber are integrally coupled via a polarizer, and the optical input fiber and the sensing fiber are connected to each other. A polarizer unit, wherein the polarizer unit is rotatably provided with a connecting direction as a rotation axis.
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