JP5031251B2

JP5031251B2 - 光ファイバセンサ

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Publication number: JP5031251B2
Application number: JP2006091267A
Authority: JP
Inventors: 覚冨江; 裕介武井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-03-29
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Description

本発明は、光ファイバセンサに関するものである。

光ファイバセンサは、感知部が光ファイバ、あるいは光学デバイスからなり、経路が主に光ファイバによって構成されているセンサであり、感知部に加わる外力を光学的な特性変化として検知するものである。

このように光ファイバセンサは、光学特性の変化を利用して検知するものであるため、感知部に給電する必要がなく、無給電計測が可能であるという利点を持っている。また、経路に伝送損失が小さい光ファイバを用いているため、遠隔計測が可能であり、さらに光ファイバは光通信分野で利用されている時分割多重伝送や波長多重伝送といった多重化技術を用いることにより、光ファイバセンサでは、多点計測も容易になって来ている。

光ファイバセンサは、こうした特長を活かし大規模な土木構造物や海底地震計、あるいは製造プロセスラインといった分野での計測が実施されている。また、最近の動向としては光ファイバセンサが小型燃料電池や生体などに適用することが期待されており、小型のセンサが嘱望されている。

また、これらの光ファイバセンサの検知部としては、力、歪、圧力又は温度などによる物理量の変動を、ファブリペロー干渉計を利用して計測することが知られている。

図９には、ファブリペロー型ファイバ干渉を利用したひずみセンサを示している。このファブリペロー干渉計は、図９に示すように、所定のギャップ間隙ｄ_１１を隔てて部分反射膜（第１反射部材）１１３と部分反射膜（第２反射部材）１１４が配置されており、その間（ギャップ内）で光が繰り返し反射（多重反射）されるように構成する。これにより、ギャップ間隔ｄ_１１に対応し互いに強め合うように重なり合った強度の高い光が出射されるというものである。このような多重干渉を利用したファブリペロー干渉計は、多重反射された多数の光束が干渉に関与する（多重光束干渉）ため、波長選択性を高くでき、高い精度の測定が可能となる。尚、第１反射部材１１３と第２反射部材１１４の間には、測定に使用する光に対して透明体又は、例えば空気などの媒質で満たされている。図９において、１２０ａはセンサ部への入射光で１１０ｂはセンサ部からの反射光、１１０ｂ'は透過光を示している。

また、特許文献１（特開平１０−３１９２４１号）には、ファイバにより形成されたファブリペローセンサを耐熱フェルールに挿入して、耐熱接着剤で固定された光ファイバセンサが開示されている（図１０）。この特許文献１の光ファイバセンサにおけるセンサ部は、図１０に示すように、シースが除去された裸ファイバ１３１ａと、光ファイバ材１３１ｂと、フェルール１３２とによって構成されている。このセンサ部において、ファイバ１３１ａの一端は鏡面カットされた鏡面端面１３３であり、光ファイバ材１３１ｂの一端面は金属メッキされた金属めっき端面１３４である。このように構成されたファイバ１３１ａと光ファイバ材１３１ｂは、鏡面端面１３３と金属めっき端面１３４が貫通孔内で所定の間隔ｄ１３で対向するように、フェルール１３２の貫通孔に挿入されることにより構成される。ここで、ファイバ１３１ａと光ファイバ材１３１ｂは、フェルール１３２の貫通孔の端面に設けられた接着材１３６によって固定され、鏡面端面１３３と金属めっき端面１３４間の一定の間隔が保持される。

以上のように構成された光ファイバセンサにおいて、光ファイバ１３８を介してセンサ部に入射された光は、鏡面端面１３３で一部が反射されて光ファイバ１３８に戻る。また、鏡面端面１３３を透過した光は、金属めっき端面１３４で反射されてその一部が鏡面端面１３３を透過して光ファイバ１３８に戻る。この鏡面端面１３３で反射された光と、金属めっき端面１３４で反射された光は干渉して、光路差（２ｄ_１３）と波長に依存して強弱が生じる。また、この強度が最大のピーク波長は、光路差（２ｄ_１３）が変化に一義的に対応して変化する。従って、このピーク波長の変化を測定することにより、光路差（２ｄ_１３）の変化がわかり、光路差の変化に基づいて温度変化又は圧力変化が観測できる。

尚、鏡面端面１３３と金属めっき端面１３４の間隔ｄ_１３は、波長の選択性を高めるために波長の十倍程度（５〜２０μｍ）と極めて薄く設定される。また、異なった波長の反射光を多重化するためには、±数十ｎｍ程度の精度で互いに数百ｎｍずつ異なった間隔のセンサ部を作製する必要があり、このタイプの光ファイバセンサでは、間隔ｄ_１３の高精度な調整が極めて重要になる。
特開平１０−３１９２４１号公報

しかしながら、鏡面端面より一定の距離を維持しつつ、金属めっきした端面の光ファイバを精度よく取り付けることは困難であった。

そこで、本発明は、２つの反射部材の間隔を高い精度で制御できる光ファイバセンサを提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る光ファイバセンサは、光ファイバが内孔に挿入された筒体と、該筒体の内孔を塞ぐように前記筒体の一端面に接合され、かつ前記光ファイバから出射された光の一部を反射させる第１反射部材と、該第１反射部材を透過した光の一部又は全部を前記第１反射部材に向けて反射させる第２反射部材と、前記第１反射部材と前記第２反射部材との間に介在され、かつ入射された光を多重干渉させる導光体と、を備え、
前記第１反射部材、前記導光体、および前記第２反射部材は、前記筒体の端面に、前記内孔と連通するように設けられた凹部内に埋設されていることを特徴とする。
さらに、本発明においては、前記筒体の端部に、前記第１反射部材、前記導光体、および前記第２反射部材を覆う蓋体が取着される形態が好ましい。
また、前記蓋体は、前記筒体の端部とガラスまたはロウ材で接合されていることが好ましい。
また、前記蓋体は、前記第２反射部材との対向面に光の反射防止部を有することが好ましい。
またさらに、本発明においては、前記筒体の一端面と前記光ファイバの出射端面は同一平面上に位置し、前記第１反射部材は、前記筒体の一端面と前記出射端面とに接合されていることが好ましい。
さらにまた、本発明においては、前記光ファイバの一部がグレーデッドインデックスファイバで構成されていることが好ましい。

以上ように構成された本発明に係る光ファイバセンサは、予め前記第１反射部材と前記第２反射部材の間隔が高い精度に管理されたセンサ部を前記筒体の一端面に取り付けたり、前記第１反射部材、前記導光体及び前記第２反射部材の厚みなどをモニターしながら成膜若しくは取り付けができるので、第１及び第２反射部材の間隔が高い精度に管理された光ファイバセンサを提供することが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１の光ファイバセンサ１００の構成を示す断面図である。
この実施の形態１の光ファイバセンサ１００は、図１に示すように、光ファイバ１１、筒体（以下、フェルールという。）１２及びセンサ部からなり、さらにそのセンサ部は、第１反射部材１３、第２反射部材１４及び導光体１５からなっている。ここで、１０aは光ファイバ１１への入射光、１０ｂは光ファイバ１１からの出射光を模式的に示している。

光ファイバ１１は、例えば、長距離の光通信に適したシングルモードファイバであり、例えば、石英などからなり、そのモードフィールド径が１０μｍ、クラッド径が約１２５μｍに設定された光ファイバである。

フェルール１２はその貫通孔により内部に光ファイバ１１を保持する機能を有する筒体であり、光ファイバ１１を保持し保護している。フェルール１２は、例えば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスまたはガラス、またはＦｅＮｉ系合金やステンレス系合金などの金属で構成される。また、フェルール１２をセラミックで構成する場合には、押し出し成型等により、筒状に形成した成形体を焼成して作成することができる。

第１反射部材１３は、光の一部を反射させる部分反射ミラーであり、例えば、反射率が９０％、透過率が１０％に設定された誘電体多層膜や金属膜により構成される。第２反射部材１４は、光の一部又は全部を反射させる反射ミラーであり、例えば、反射率が９９．９％に設定された誘電体多層膜や金属膜により構成される。より具体的には、第１反射部材１３及び第２反射部材１４として、例えば、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）などの金属膜や比較的高屈折率な材料であるＺｎＳなどの膜、該高屈折材料に比し、比較的屈折率が小さい低屈折率なＮａ_３Ａ１Ｆ_６などを交互に成膜した多層誘電体膜が用いられる。このような多層誘電体膜を用いた場合、その厚みは反射率やその積層構造にも関係するが、例えば、５μｍ程度に設定される。

第１反射部材１３及び第２反射部材１４は、蒸着やイオンプレーティング、スパッタリングやスピンコートなどによりフェルール１２の端面１２ａに直接的に成膜されてもよく、また、予めガラス体に上述した金属膜や多層誘電体膜を成膜してなる素子をフェルールの端面１２ａに貼り付けてもよい。

導光体１５は、例えば、ＳｉＯやＳｉＯ_２、又はＳｉＯを主成分としたシオキサンポリマーなどの透光性ポリマーからなる透光性薄膜である。導光体１５は、部分反射ミラー同様、例えば、蒸着やイオンプレーティング、スパッタリングやスピンコートなどにより形成することができる。この導光体の厚みは、センサ感知する物理量や使用する波長帯域及び検出方法に応じて、例えば、１０μｍ〜６０μｍ程度の範囲で適宜設定される。

ここで、特に、この実施の形態１の光ファイバセンサは、フェルール１２の貫通孔内に、センサ部を構成するのではなく、フェルール１２の一端面１２ａにセンサ部を設けていることを特徴としている。これにより、実施の形態１の光ファイバセンサによれば、予め第１反射部材１３と第２反射部材１４の間隔（導光体１５の厚さ）を高い精度に管理したセンサ部をフェルール１２の貫通孔外に取り付けたり、例えば、第１反射部材１３、導光体１５及び第２反射部材１４の厚みなどをモニターしながら成膜若しくは取り付けができるので、２つの反射部材の間隔が高い精度で制御された光ファイバセンサを提供することができる。
次に、実施の形態１の光ファイバセンサの原理及び動作について説明する。なお、この光ファイバセンサの原理及び動作は、以下に示す実施の形態２〜４でも同様である。
まず、光源（図示なし）から発振された光は、光ファイバ１１に入射光１０ａとして入射される。そして、入射光１０ａは、光ファイバ１１を伝送してセンサ部（第１反射部材１３、導光体１５、第２反射部材１４）に入射される。この際、入射光１０ａの一部は第１反射部材１３で反射され、光ファイバ１１に戻る。一方で、第１反射部材１３を透過した光は、導光体１５を透過して第２反射部材１４で反射され、その一部が第１反射部材１３を透過して光ファイバに戻る。ここで、導光体１５を透過する第１反射部材１３を透過する光と第２反射部材１４で反射された光は、導光体１５内で多重干渉するため、光路差と波長に依存して出射光１０ｂに強弱が生じる。この光路差は、導光体１５の長さ（ｄ_１）に依存する。一方で、この導光体１５は外部の温度変化や圧力変化に応じて、ｄ１が変化する。そのため、光ファイバセンサ１００では、外部の温度や圧力等の物理変化に起因する光路長の変化（光路差）を検出するものである。そして、この光路長の変化（光路差）は、出射光１０ｂの光のピーク波長のシフトを、たとえばスペクトラムアナライザーで測定することにより得ることができる。したがって、光ファイバセンサ１００は、この波長シフトに基づいて、温度変化や圧力変化を観測することができる。

実施の形態２．
図２は、本発明に係る実施の形態２の光ファイバセンサ２００の構成を示す断面図である。この図２に示す実施の形態２の光ファイバセンサ２００は、実施の形態１の光ファイバセンサにおいて、フェルール１２に代えて、一端部にセンサ部を収納する凹部２２ｒを有するフェルール２２を用いて構成し、その凹部２２ｒの内部にセンサ部を構成している。実施の形態２の光ファイバセンサにおいて、フェルール２２を用い、その凹部２２ｒにセンサ部を収納した以外は、実施の形態１の光ファイバセンサと同様に構成される。また、図２において、図１と同様のものには、同様の符号を付して示している。
以下、実施の形態２の光ファイバセンサの構成を具体的に説明する。

フェルール２２は、光ファイバ１１を保持する貫通孔を有し、さらにその貫通孔に連通しその貫通孔より大きい径の凹部２２ｒを一端側に有している。このフェルール２２は、実施の形態１のフェルール１２と同様、例えば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスまたはガラス、またはＦｅＮｉ系合金やステンレス系合金などの金属で構成することができる。また、フェルール２２をセラミックで構成する場合には、貫通孔と貫通孔に連通する凹部２２ｒを一端側に有する成形体を作製して焼成してもよいし、押し出し成型等により、筒状に形成した成形体を焼成した後、凹部を研磨や研削などで形成するようにしてもよい。

なお、凹部形状は光ファイバ２１の端部に第１反射部材が取り付けられるに十分な底面を持った形状であれば良く、フェルールの加工し易いように例えば、方形であったり円形で臼型のテーパを備えた形状であってもよい。
また、凹部の内径又は一辺は、フェルールの外径が例えばφ１．２５ｍｍである場合、例えば、０．５ｍｍ程度に設定される。尚、光ファイバの径は、通常０．１２５ｍｍ程度である。

実施の形態２では、このように構成されたフェルール２２の貫通孔に、光ファイバ１１の一端面が凹部２２ｒの底面２２ｓと同一平面上に位置するように光ファイバ１１が挿入されて固定される。そして、同一平面上にある光ファイバ１１の一端面と凹部２２ｒの底面とに第１反射部材２３が接合され、第１反射部材２３の上には導光体２５が設けられる。さらに導光体２５の上に第２反射部材２４が接合される。以上のようにして、実施の形態２の光ファイバセンサでは、凹部２２ｒ内に第１反射部材２３、導光体２５及び第２反射部材２４からなるセンサ部が構成される。

尚、第１反射部材２３及び第２反射部材２４は、実施の形態１の第１反射部材１３及び第２反射部材１４とそれぞれ同様の機能を有し、同様に誘電体多層膜や金属膜により構成することができる。

以上のように構成された実施の形態２の光ファイバセンサは、フェルール２２の一端部にセンサ部を設けているので、予め第１反射部材２３と第２反射部材２４の間隔（導光体１５の厚さ）を高い精度に管理したセンサ部をフェルール２２の貫通孔外に取り付けたり、例えば、第１反射部材２３、導光体２５及び第２反射部材２４の厚みなどをモニターしながら成膜若しくは取り付けができるので、２つの反射部材の間隔が高い精度で制御された光ファイバセンサを提供することができる。

また、第１反射部材２３、導光体２５および第２反射部材２４により構成されるセンサ部を、フェルールの端面に設けられた凹部内に埋設されているので、極めて小型の光ファイバセンサが提供できる。

また、以上の実施の形態２の光ファイバセンサにおいて、図３に示すように、凹部２２ｒの外側の端面２２ａに、凹部２２ｒの蓋体２６を取り付けるようにしてもよい。このようにすると、センサ部を保護することができると同時に、例えば、光ファイバセンサを温度センサとして用いる場合には、外力の影響を排除して精度の高い測定が可能になる。尚、蓋体２６の材料としては、その取り付け方法に応じて種々の材料から選択することができるが、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスまたはガラスまたはＦｅＮｉ系合金、ステンレス系合金などで構成されることが好ましく、より好ましくは、フェルール材料と同様の材料を選択する。蓋体２６は、例えば、ガラス材又はロウ材を用いてフェルール２２と接合することができる。

また、蓋体２６を設けた構成では、第２反射部材２４に対向する蓋体２６の内面に、光の反射防止部２６ａをさらに設けることが好ましい。この光の反射防止部は、たとえば屈折率の異なる物質を積層させて、光の干渉を利用した光の打ち消しによって反射光を防止する反射防止膜、光を吸収する光吸収層、又は光を乱反射させる乱反射部で形成される。このように反射防止部２６ａは、光が蓋体２６の内面で打消、吸収、もしくは乱反射されて、その不要な反射光がセンサ部を介して光ファイバに戻ることが阻止され、生じるノイズの発生を防止でき、より高い精度の測定が可能になる。尚、反射防止部２６ａは、光吸収材としては、第２反射部材を透過した光を効果的に吸収するため、センシングに使用される波長、例えば、１３１０ｎｍや１５５０ｎｍなどの波長を良く吸収するものが選択され、例えば、黒色エポキシなどのプラスチック材料や、黒色の鉄やアルミ、黒色のセラミックやガラスなどの無機材料が使用される。乱反射部は、第２反射部材に対向する面において、たとえば波状やディンプル状の凹凸面が形成された金属、セラミック、もしくはガラス材料などを蓋体２６の内面に取り付けてもよく、あるいは蓋体２６の表面に予め凹凸状を形成したものをフェルール２２の端面２２ａに取り付けてもよい。

次に、実施の形態２に係るセンサ部の製造方法の一例を図４および図５を用いて説明する。

本方法では、まず、例えば、セラミックスなどからなる筒体の一端に凹部２２ｒを有するフェルール２２を作製する。すなわち、このフェルール２２の一端面は、光ファイバが挿入される貫通孔の軸に垂直な端面２２ａと凹部２２ｒの底面２２ｓからなる２段端面となっている。ここで、このような形状のフェルール２２は、例えば、焼成前にプレスなどで成形された成型品を焼成するか、又は筒体の成形体を焼成後に、ダイアモンド材が表面に配された切削工具で凹部２２ｒを形成することにより作製される。

次に、フェルール２２の貫通孔内にエポキシ樹脂やガラスなどの接合剤を塗布して光ファイバ１１を挿入して接着する。このとき、光ファイバ１１は、その一端面が、凹部２２ｒの底面２２ｓと同一平面上に位置するように貫通孔に挿入されて接着される（図４Ａ）。尚、凹部２２ｒの底面２２ｓは、光ファイバ１１を挿入した後、必要に応じて研磨される。

その後、図５に示すフェルール固定治具６０に、それぞれ光ファイバ１１が接着固定されたフェルール２２を、複数個固定してＩ方向からフェルール端面に第１反射部材２３を構成する材料を、例えば、イオンプレーティング装置などにより付着させ成膜を行う。第１反射部材２３を成膜した後、連続して導光体２５を構成する材料である、例えば、ＳｉＯ_２などを同様の装置内にて付着させ、導光体２５を成膜する。さらに、連続して第２反射部材２４を構成する材料を同様の装置内にて付着させて、第２反射部材２４を成膜する（図４Ａ）。

その後、フェルール端面を研磨することにより、端面２２ａの上に成膜された第１反射部材２３、導光体２５及び第２反射部材２４を除去する。尚、第１反射部材２３、導光体２５及び第２反射部材２４を除去して露出された新たな端面を、２２ｎの符号で示す。

最後に、フェルール端面２２ｎに、例えば、セラミックなどからなる蓋体２６を例えば低融点ガラスなどの接合剤で接合して、凹部２２ｒ内部のセンサ部を収納した空間を気密封止する（図４Ｃ）。このセンサ部が収納された空間の封止レベルは、例えば、漏れ量ヘリウムリークテストで１×１０^−６ｃｃ/ｓｅｃ以下の気密度で封止することが好ましい。

以上、説明した製造方法は、本発明の特有の構成により可能になる特有の製造方法であり、その製造方法では各膜の膜厚を高い精度で制御できる薄膜形成技術を用いているので、第１反射部材と第２反射部材の間隔をより高い精度で制御することが可能になる。

また、図１０に示した従来例の光ファイバセンサでは、２つの反射部材の間隔を精度良く管理しながら、１つ１つ個別に製造する必要があるが、上述した実施の形態２の製造方法では、複数のフェルールの端面に、膜厚を高い精度で管理しながら、一括してセンサ部を形成する（バッチ処理）ことが可能であり、効率よく製造できる。

以上の製造方法は、実施の形態２に限られるものではなく、実施の形態１の光ファイバセンサの製造にも適用できることは言うまでもない。

実施の形態３．
図６は、本発明に係る実施の形態３の光ファイバセンサ３００の構成を示す断面図である。この図６に示す実施の形態３の光ファイバセンサ３００は、実施の形態１の光ファイバセンサにおいて、フェルール１２に代えて、一端部にセンサ部が設けられる凸３２ｒを有するフェルール３２を用いて構成し、その凸部３２ｒの先端面にセンサ部を構成している。実施の形態３の光ファイバセンサにおいて、フェルール３２を用い、その凸部３２ｒの先端にセンサ部を構成し、蓋体３６を設けた以外は、実施の形態１の光ファイバセンサと同様に構成されている。また、図６において、図１と同様のものには、同様の符号を付して示している。
以下、実施の形態３の光ファイバセンサの構成を具体的に説明する。

フェルール３２は、光ファイバ１１を保持する貫通孔を有し、その一端部が他の部分（以下、本体部）より外径が細い凸部３２ｒになっている。尚、貫通孔は、本体部と凸部３２ｒとにおいて連続した孔になっている。このフェルール３２は、実施の形態１のフェルール１２と同様、例えば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスまたはガラス、またはＦｅＮｉ系合金やステンレス系合金などの金属で構成することができる。また、フェルール３２をセラミックで構成する場合には、凸部３２ｒを一端側に有する成形体を作製して焼成してもよいし、押し出し成型等により、筒状に形成した成形体を焼成した後、一端部の凸部３２ｒを研磨や研削などで形成するようにしてもよい。

実施の形態３では、このように構成されたフェルール３２の貫通孔に、光ファイバ１１の一端面が凸部３２ｒの先端面３２ｔと同一平面上に位置するように光ファイバ１１が挿入されて固定される。そして、同一平面上にある光ファイバ１１の一端面と凸部３２ｒの先端面３２ｔとに第１反射部材３３が接合され、第１反射部材３３の上には導光体３５が設けられる。さらに導光体３５の上に第２反射部材３４が接合される。以上のようにして、実施の形態３の光ファイバセンサでは、凸部３２ｒの先端部に第１反射部材３３、導光体３５及び第２反射部材３４からなるセンサ部が構成される。

尚、第１反射部材３３及び第２反射部材３４は、実施の形態１の第１反射部材１３及び第２反射部材１４とそれぞれ同様の機能を有し、同様に誘電体多層膜や金属膜により構成することができる。

以上のように構成された実施の形態３の光ファイバセンサは、フェルール３２の先端面３２ｔ上にセンサ部を設けているので、予め第１反射部材３３と第２反射部材３４の間隔（導光体３５の厚さ）を高い精度に管理したセンサ部をフェルール３２の凸部３２ｒの先端に取り付けたり、例えば、後述するように、フェルール３２の凸部３２ｒの先端面に直接センサ部を構成することが可能であることから、第１と第２の反射部材３３，３４の間隔を高い精度で制御可能な光ファイバセンサを提供することができる。

また、以上の実施の形態２の光ファイバセンサにおいて、図６に示すように、凸部３２ｒを覆うように、蓋体３６を取り付けるようにしてもよい。このようにすると、センサ部を保護することができると同時に、例えば、光ファイバセンサを温度センサとして用いる場合には、外力の影響を排除して精度の高い測定が可能になる。尚、蓋体３６の材料としては、その取り付け方法に応じて種々の材料から選択することができるが、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスまたはガラスまたはＦｅＮｉ系合金、ステンレス系合金などで構成されることが好ましく、より好ましくは、フェルール材料と同様の材料を選択する。

また、蓋体３６を設けた構成では、本発明の実施の形態２と同様に、第２反射部材３４に対向する蓋体３６の内面に、光の反射を防止するための光の反射防止部３６ａを設けることが好ましい。このような構成では、光が蓋体３６の内面で反射されて、その不要な反射光がセンサ部を介して光ファイバに戻ることにより生じるノイズの発生を防止でき、より高い精度の測定が可能になる。

以上のように構成される実施の形態３の光ファイバセンサは、例えば、実施の形態２で説明した製造方法と類似する方法で製造することができる。

具体的には、まず、例えば、セラミックスなどからなる筒体の一端に凸部３２ｒを有するフェルール３２を作製する。このフェルール３２の一端面は、光ファイバが挿入される貫通孔の軸に垂直な端面３２ｓと凸部３２ｒの先端面３２ｔからなる内側の面が突出した２段端面となっている。
ここで、このような形状のフェルール３２は、例えば、焼成前にプレスなどで成形された成型品を焼成するか、又は筒体の成形体を焼成後に、ダイアモンド材が表面に配された切削工具で凸部３２ｒを形成することにより作製される。

次に、フェルール３２の貫通孔内にエポキシ樹脂やガラスなどの接合剤を塗布して光ファイバ１１を挿入して接着する。このとき、光ファイバ１１は、その一端面が、凸部３２ｒの先端面３２ｔと同一平面上に位置するように貫通孔に挿入されて接着される（図７（a））。尚、凸部３２ｒの先端面３２ｔは、光ファイバ１１を挿入した後、必要に応じて研磨される。

その後、実施の形態２と同様にして、フェルール固定治具６０に、それぞれ光ファイバ１１が接着固定されたフェルール３２を、複数個固定して凸部３２ｒの先端面３２ｔに、第１反射部材３３、導光体３５及び第２反射部材３４を連続して成膜する（図７（a））。

その後、凸部３２ｒの外周面と端面３２ｓとを研磨することにより、それらの面の上に成膜された第１反射部材３３、導光体３５及び第２反射部材３４を除去する（図７(b)において符号７９を付して示す部分を除去する。）。尚、端面３２ｓ上に形成された第１反射部材３３、導光体３５及び第２反射部材３４を除去して露出された新たな端面を、３２ｎの符号で示す。

最後に、センサ部と凸部３２ｒを覆うようにカップ状の蓋体３６を被せて、端面３２ｎに、例えば、低融点ガラスなどの接合剤で接合して、センサ部を収納する空間を形成して気密封止する（図７(c)）。このセンサ部が収納された空間の封止レベルは、実施の形態２と同様、例えば、ヘリウムリークテストで漏れ量１×１０^−６ｃｃ/ｓｅｃ以下の気密度で封止される。

以上、説明した製造方法も、本発明の特有の構成により可能になる特有の製造方法であり、その製造方法では各膜の膜厚を高い精度で制御できる薄膜形成技術を用いているので、第１反射部材と第２反射部材の間隔をより高い精度で制御することが可能になる。

実施の形態４．
図８は、本発明に係る実施の形態４の光ファイバセンサ４００の構成を示す断面図である。
この実施の形態４の光ファイバセンサは、図３に示す実施の形態２の光ファイバセンサにおいて、光ファイバ１１が、シングルモード光ファイバ８１ｓと、光を集光するためのグレーデッドインデクスファイバ８1ａと、コアレスファイバ８１ｂとによって構成されている以外は、図３の光ファイバセンサと同様に構成される。尚、図８において、図３と同様のものには同様の符号を付して示している。

すなわち、本実施の形態４の光ファイバセンサでは、シングルモード光ファイバ８１ｓから出射される光が導光体２５の中で拡がらないように、グレーデッドインデクスファイバ８1ａとコアレスファイバ８１ｂを介してセンサ部に入射するようにして、第１反射部材２３又は第２の反射部材２４で反射されてシングルモード光ファイバ８１ｓに再入射される際の結合効率が高くなるように構成されている。
以下、本実施の形態４の光ファイバセンサについて具体的に説明する。

グレーデッドインデックスファイバは、中心軸から外周に向かって徐々に小さくなるような軸対称の屈折率分布を有する光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送用に用いられている。グレーデッドインデックスファイバの屈折率分布は、光ファイバの中心軸から距離のほぼ２乗に比例して屈折率が小さくなるような分布であり、ＧＲＩＮレンズと同様にレンズ機能を持っている。従って、適当な長さのグレーデッドインデックスファイバを用いれば、集光レンズとして機能させることができ、結合効率の良い光学系を構成することができる。

すなわち、シングルモード光ファイバ８１ｓを伝送して来た光は、出射端からガウシアンビームとなって広がって出射される。従って、シングルモード光ファイバ８１ｓから出射された光が反射されてシングルモード光ファイバ８１ｓに再入射される際には、出射されてから再入射されるまでの光路長に応じた損失が発生する。しかしながら、本実施の形態４の光ファイバセンサでは、シングルモード光ファイバ８１ｓから出射された光は、グレーデッドインデックスファイバ（以下ＧＩファイバともいう。）８１ａによって平行に（コリメート）又は集光するように出射し、所定の長さに設定されたコアレスファイバ８１ｂを介して第１反射部材２３に入射するようにして、結合効率（再入射効率）を高くしている。

よって、シングルモード光ファイバ８１ｓから放出されて第１反射部材又は第２反射部材で反射されたた光は、コアレスファイバ８１ｂを介してＧＩファイバ８１ａでコリメート又は集光されて再び光ファイバ１１に効率よく入射される。従って、本実施の形態４の光ファイバセンサでは、光路差（第１反射部材と第２反射部材の間の多重反射の回数）による結合効率の劣化を小さくできるので、効果的に多重干渉させることが可能となり、より波長選択制の高い測定が可能となる。

ここで、実施の形態４において、コアレスファイバ８１ｂはグレーデッドインデックスファイバ８１ａの一端に、例えば、融着により接続され、コアレスファイバ８１ｂの他端が、フェルール２２の底面２２ｓと同一平面上に位置するように配置される。また、第１反射部材２３は、コアレスファイバ８１ｂの他端面とフェルール２２の底面２２ｓに接合される。尚、コアレスファイバ８１ｂは光の一部を反射させる反射部材２３と導光体２５５と光の一部を反射させる第２反射部材２４で構成されたセンサ部（ファブリペロー素子）とシングルモード光ファイバ８１ｓが効率良く光結合するワーキングディスタンスを確保（調整）する機能を有する光ファイバであり、屈折率が一様の、例えば、ｎ＝１．４６程度の石英系のガラス体で構成される。尚、上述したコアレスファイバ８１ｂの屈折率は、シングルモードファイバ８１ｓのクラッド部と同等の屈折率である。

以下、実施の形態４の光ファイバセンサ４００の製造方法について説明をする。
ここでは、まず、実施の形態２と同様にして、フェルール２２を作製する。
次に、シングルモード光ファイバ８１ｓの先端に、シングルモード光ファイバ８１ｓから出射された光を平行又は集光するように、その屈折率分布に基づいて、出射光がコリメート光になるように所定長さに設定されたグレーデッドインデックスファイバ８１ａと、コアレスファイバ８１ｂとを融着機などを使用して接続する。

次に、フェルール２２の凹部２２ｒの底面とコアレスファイバ８１ｂの先端面が同一の平面上に位置するように光ファイバ１１を、フェルール２２の貫通孔に挿入して固定する。尚、光ファイバ１１は、貫通孔内に塗布されるエポキシ樹脂やガラスなどの接合剤を介して接着することにより、フェルール２２の内部に光ファイバ１１が保持される。

そして、実施の形態２と同様にして、イオンプレーティング装置などで成膜することにより凹部２２ｒ内にセンサ部を構成し、蓋体２６を用いてヘリウムリークテストで漏れ量１×１０^−６ｃｃ／ｓｅｃ以下の気密度で封止する。
以上のようにして、実施の形態４の光ファイバセンサは製造される。

本発明に係る実施の形態１の光ファイバセンサ１００の構成を示す断面図である。本発明に係る実施の形態２の光ファイバセンサ２００の構成を示す断面図である。実施の形態２に係る変形例の光ファイバセンサ２０１の構成を示す断面図である。実施の形態２の光ファイバセンサの製造方法において、端面にセンサ部を構成する膜を成膜した後の断面図である。図４Ａの成膜後、研磨して除去する部分を示す断面図である。図４Ｂに示した部分を研磨した研磨後、蓋体を取り付けた後の断面図である。実施の形態２の光ファイバセンサの製造方法において、複数のフェルールの端面にセンサ部を一括して構成する際の治具を模式的に示す断面図である。本発明に係る実施の形態３の光ファイバセンサ３００の構成を示す断面図である。（a）は実施の形態３の光ファイバセンサの製造方法において、端面にセンサ部を構成する膜を成膜した後の断面図であり、（ｂ）は（a）の成膜後、研磨して除去する部分を示す断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示した部分を研磨した後、蓋体を取り付けた後の断面図である。本発明に係る実施の形態４の光ファイバセンサ４００の構成を示す断面図である。ファブリペロー型ファイバ干渉を利用したひずみセンサを模式的に示す断面図である。従来例の光ファイバセンサの構成を示す断面図である。

符号の説明

１１光ファイバ、１２，２２，３２フェルール、１３，２３，３３第１反射部材、１４，２４，３４第２反射部材、１５，２５，３５導光体、２２ｒ凹部、２２ｓ底面、２２ａ，２２ｎ，３２ｓ，３２ｎ端面、２６，３６蓋体、２６ａ,３６ａ反射防止部３２ｒ凸部、３２ｔ先端面、６０フェルール固定治具、８１ａグレーデッドインデックスファイバ、８１ｂコアレスファイバ、１００，２００，３００，４００光ファイバセンサ。

Claims

光ファイバが内孔に挿入された筒体と、
該筒体の内孔を塞ぐように前記筒体の一端面に接合され、かつ前記光ファイバから出射された光の一部を反射させる第１反射部材と、
該第１反射部材を透過した光の一部又は全部を前記第１反射部材に向けて反射させる第２反射部材と、
前記第１反射部材と前記第２反射部材との間に介在され、かつ入射された光を多重干渉させる導光体と、を備え、
前記第１反射部材、前記導光体、および前記第２反射部材は、前記筒体の端面に、前記内孔と連通するように設けられた凹部内に埋設されていることを特徴とする光ファイバセンサ。
前記筒体の端部に、前記第１反射部材、前記導光体、および前記第２反射部材を覆う蓋体が取着されることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバセンサ。
前記蓋体は、前記筒体の端部とガラスまたはロウ材で接合されていることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバセンサ。
前記蓋体は、前記第２反射部材との対向面に光の反射防止部を有することを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバセンサ。
前記筒体の一端面と前記光ファイバの出射端面は同一平面上に位置し、前記第１反射部材は、前記筒体の一端面と前記出射端面とに接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１つに記載の光ファイバセンサ。
前記光ファイバの一部がグレーデッドインデックスファイバで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１つに記載の光ファイバセンサ。