JP6915859B2 - 光ファイバ水素センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバを用いた水素センサ及びその製造方法に関する。

従来、パラジウム、酸化タングステンなどの水素吸蔵材を水素感応物質とし、光ファイバを用いて水素濃度を検知する光ファイバ水素センサが知られている。

例えば、特許文献１には、光ファイバのヘテロコア部の外周に、金などの表面プラズモン共鳴を励起可能な金属、五酸化タンタルなどの誘電体、及びパラジウムなどの水素吸蔵材を内側からこの順に積層した膜を設けた光ファイバ水素センサが開示されている。この光ファイバ水素センサにおいては、水素吸蔵材が水素を吸蔵、放出することによる膜の誘電関数の変化によって生じる光ファイバの表面プラズモン共鳴に基づいて水素濃度を検知している。

特開２０１４−５９３００号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された光ファイバ水素センサなどにおいては、水素の吸蔵、放出を行うたびに水素吸蔵材からなる層の体積が膨張、収縮するので、膜の表面膨張、層の剥離などが生じるおそれがある。そのため、長期間の使用によって、検知性能、応答性能などの特性が劣化するおそれがある。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、長期間の使用する特性の劣化のおそれの低減を図ることが可能な光ファイバ水素センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ水素センサは、入射端から入射された光を出射端から出射する光ファイバと、該光ファイバの周囲の水素濃度に応じて前記光を受けた際の応答が変化する光応答部とを備え、前記光応答部は、水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されていることを特徴とする。

本発明の光ファイバ水素センサによれば、水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で光ファイバに固定されているので、その周囲に存在する水素によって水素吸蔵物質のナノ粒子が膨張、収縮しても、従来の上記特許文献１に開示された技術のように密に固定されていない。

そのため、第１に、他のナノ粒子と接触しないように、又は接触しても盛り上がりが生じないように構成することが可能となる。これにより、長期間使用しても光応答部に表面膨張、剥離などが生じず、検知性能、応答性能などの特性が劣化する可能性の低減を図ることが可能となる。

第２に、膜である場合と比べて、ナノ粒子であるために粒径が小さく同じ体積で比較すると表面積が大きい。これにより、ナノ粒子に水素が素早く吸蔵されるので、応答性の向上を図ることも可能となる。

本発明の光ファイバ水素センサは、第１の態様として、前記光ファイバは、コア及びクラッドを有する光伝送部と、該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを備え、該ヘテロコア部は前記光伝送部のコアと異なる直径のコアを有し、前記光応答部は、前記ヘテロコア部の前記クラッドの外周面に前記水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されてなるように構成すればよい。

この場合、光伝送部からヘテロコア部のクラッドに進入する光が外部に漏洩する割合が、光応答部によって周囲の水素濃度に応じて変化することにより、水素濃度を検知することが可能となる。

本発明の光ファイバ水素センサは、第２の態様として、前記光ファイバは、コア及びクラッドを有する光伝送部と、該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを備え、該ヘテロコア部は前記光伝送部のコアよりも小径のコアを有し、前記ヘテロコア部の前記クラッドの外周面に、表面プラズモン共鳴又は局在プラズモン共鳴を励起することが可能な金属膜が形成されており、前記光応答部は、前記金属膜の外周面に水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されてなるように構成すればよい。

この場合、光伝送部からヘテロコア部のクラッドに進入する光の割合が、周囲の水素濃度に応じて光応答部によって変更されるので、金属膜に光が作用することで励起される表面プラズモン共鳴又は局在表面プラズモン共鳴に起因して、ヘテロコア部での所定波長の光の吸収度合（ひいては、光ファイバでの所定波長の光の伝送強度の減衰度合）が変更されるので、水素濃度を検知することが可能となる。

本発明の光ファイバ水素センサは、第３の態様として、前記光ファイバは、コア及びクラッドを有する光伝送部と、前記コア及びクラッドの少なくとも一部に形成された穴とを備え、前記光応答部は、前記穴の表面に水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されてなるように構成すればよい。

この場合、光伝送部から進入する光が穴から外部に漏洩する割合が、光応答部によって周囲の水素濃度に応じて変化することにより、水素濃度を検知することが可能となる。

本発明の光ファイバ水素センサにおいて、前記疎である状態とは、前記ナノ粒子が固定されている表面に占める割合である被覆率が１％以下である。

本発明の光ファイバ水素センサの製造方法は、光ファイバの表面、又は光ファイバの表面上に形成された表面プラズモン共鳴又は局在プラズモン共鳴を励起することが可能な金属膜の表面をポリカチオン水溶液に浸し、前記表面に正の電荷を帯電させる工程と、前記正の電荷が帯電した表面を水素吸蔵物質のナノ粒子が懸濁された懸濁液に浸し、前記表面に前記ナノ粒子を疎に固定する工程とを備えており、前記疎である状態とは、前記ナノ粒子が固定されている表面に占める割合である被覆率が１％以下であることを特徴とする。

本発明の光ファイバ水素センサの製造方法によれば、前記表面に前記ナノ粒子を疎に固定することが簡易に行うことができると共に、前記表面に前記ナノ粒子が密に固定されることを確実に防止することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ水素センサを用いた測定システムの模式一部断面図。 本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ水素センサを用いた測定システムの模式一部断面図。 本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ水素センサを用いた測定システムの模式一部断面図。 実施例１に係る光ファイバ水素センサのＳＥＭ写真。 実施例１に係る光ファイバ水素センサを用いた場合における光損失の変化を示すグラフ。 実施例２に係る光ファイバ水素センサを用いた場合における光損失の変化を示すグラフ。 比較例１に係る光ファイバ水素センサのＳＥＭ写真。

本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ水素センサ１００について図１を参照して説明する。

光ファイバ水素センサ１００は、入射端から入射された光を出射端から出射する光ファイバ１０と、光ファイバ１０の周囲の水素濃度に応じて光を受けた際の応答が変化する光応答部２０とを備えている。

ここで、光ファイバ１０は、コア１１及びクラッド１２を有する光伝送部１３と、光伝送部１３のコア１１及びクラッド１２に各々連なるコア１４及びクラッド１５を有するヘテロコア部１６とを備え、ヘテロコア部１６は光伝送部１３のコア１１の直径とは直径が異なるコア１４を有している。また、光伝送部１３及びヘテロコア部１６は、シングルモード光ファイバ及びマルチモード光ファイバのいずれであってもよい。

なお、本実施形態では、ヘテロコア部１６のコア１４は光伝送部１３のコア１１の直径よりも直径が小さいが、ヘテロコア部１６のコア１４は光伝送部１３のコア１１の直径よりも直径が大きくてもよい。

図１にはヘテロコア部１６のコア１４の直径は一定である場合を示しているが、コア１４の直径が、軸心方向で変化するように、コア１４が形成されていてもよい。例えば、コア１４の直径が軸心方向の両端から中央側に向かって徐々に縮径していくようにコア１４が形成されていてもよい。

なお、ヘテロコア部１６の湾曲が変化しないように、光ファイバ水素センサ１００は構成されている。これにより、ヘテロコア部１６との境界で漏洩する光量の変化が、ヘテロコア部１６の湾曲の変化によって影響を受けることを排除することができる。

そして、光応答部２０は、ヘテロコア部１６のクラッド１５の外周面に固定されている。光応答部２０は、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態でクラッド１５の外周面１５ａに固定されている。なお、図１〜図３は模式的に示されており、その寸法は実際のものを示していない。

水素吸蔵物質は、水素を吸蔵することにより体積が膨張し、水素を排出することにより体積が収縮する物質である。水素吸蔵物質として、例えばパラジウム、酸化タングステンが挙げられるが、本発明における水素吸蔵物質はこれらに限定されない。

ナノ粒子２１とは、粒子の径がナノ単位であり、本実施形態で好ましいナノ粒子２１は、粒径が例えば１ｎｍ〜１００ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍ、さらに好ましくは２〜２０ｎｍである。

ナノ粒子２１が疎である状態とは、ナノ粒子２１が凝集していない状態であり、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が水素を吸蔵してその体積が膨張しても、隣接するナノ粒子２１と接触しない、または接触したとしても、そのナノ粒子２１を脱落するほどに移動させるには至らない程度にばらけていることを意味する。例えば、疎である状態とは、ヘテロコア部１６の表面上に固定化したナノ粒子２１が表面を占める割合である被覆率が１％以下であることを意味する。

また、本発明において、ナノ粒子２１が疎である状態には、ナノ粒子２１同士が接触している場合も含まれ、この場合、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が水素を吸蔵してその体積が膨張しても、接触するナノ粒子２１が脱落しない程度の隙間がナノ粒子２１の周囲に存在していればよい。

さらに、本発明において、ナノ粒子２１が疎である状態には、ナノ粒子２１が積層している場合も含まれ、この場合も、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が水素を吸蔵してその体積が膨張しても、上下に存在するナノ粒子２１が脱落しない程度の隙間がナノ粒子２１の周囲に存在していればよい。

なお、水素吸蔵物質のナノ粒子２１は、図示しない保護剤によって凝集が生じないように保護されていることが好ましい。保護剤は、ナノ粒子２１の周囲を取り囲み、ナノ粒子２１の凝集を防止し、且つ、ナノ粒子２１が水素を吸蔵、放出を妨げないものであればよく、例えばＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）などの樹脂を用いればよい。

光ファイバ水素センサ１００は、測定システム１５０に使用される。

測定システム１５０は、光ファイバ水素センサ１００の光伝送部１３に入射する光を出力する光源１１０と、光ファイバ１０から出射する光を受光する光検出器１２０と、光検出器１２０の出力を図示しないＡＤ変換器を介して取り込むデータ処理装置１３０とを備える。

光源１１０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等により構成され、光ファイバ水素センサ１００の光ファイバ１０の一方側の端部に接続される。

光検出器１２０は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等により構成され、光ファイバ水素センサ１００の光伝送部１３の他方側の端部に接続される。

データ処理装置１３０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータ、あるいは、ＣＰＵ等を含む電子回路ユニットにより構成される。

このように構成された測定システム１５０の光源１１０から光伝送部１３に光が入射され、光伝送部１３からの出射光が光検出器１２０により検出される。

そして、データ処理装置１３０により、光検出器１２０の出力により示される出射光の強度が計測され、該出射光の強度の計測値と、入射光の既定の強度との比率等を指標値として、光ファイバ水素センサ１００における光の伝送損失（以降、単に光損失という）が計測される。なお、光ファイバ水素センサ１００の光損失は、入射光の強度に対する出射光の強度の比率が小さいほど、大きなものとなる。

従って、光検出器１２０で受光した光量を計測することにより、光応答部２０の体積変化を介して、周囲の水素濃度を検出することができる。ここで、光損失と水素濃度を予め関係付けておくことにより、得られた光損失から水素濃度を求めることができる。

本実施形態においては、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態でクラッド１５の外周面１５ａに固定されているので、ナノ粒子２１の表面の大部分が露出している。そして、ナノ粒子２１であるために粒径が小さく同じ体積で比較すると、粒径が大きな粒子である場合と比べて表面積が大きい。

これにより、ナノ粒子２１の周囲に水素が存在するとき、ナノ粒子２１は水素を素早く吸蔵して、その誘電率（屈折率）の変化が生じると共に、体積が直ぐに膨張するので、光伝送部１３とヘテロコア部１６との境界から漏洩する光の量が素早く増加し、光損失が増加するので、ヘテロコア部１６の外側付近に存在する水素の濃度の増加を素早く検出することができる。

また、逆に、水素吸蔵物質の周囲に水素が存在しなくなれば、水素吸蔵物質は水素を素早く放出して、その体積が直ぐに収縮するので、光伝送部１３とヘテロコア部１６との境界から漏洩する光の量が素早く減少し、光損失が素早く減少するので、ヘテロコア部１６の外側付近に存在する水素の濃度の減少を素早く検出することができる。

さらに、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態でクラッド１５の外周面１５ａに固定されているので、水素吸蔵物質は水素を素早く吸蔵して、その体積が膨張しても、隣接するナノ粒子２１が脱落などが生じないので、長期間に亘って同じように良好な再現性で水素濃度を検出することができる。

これらにより、光ファイバ水素センサ１００によれば、ヘテロコア部１６の外側周囲における水素の濃度変化を素早く検出することが可能であると共に、長期間に亘って検出精度を良好に維持することが可能になる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ水素センサ２００について図２を参照して説明する。

光ファイバ水素センサ１００は、入射端から入射された光を出射端から出射する光ファイバ３０と、周囲の水素濃度に応じて光を受けた際の応答が変化する光応答部４０とを備えている。

ここで、光ファイバ３０は、前述した光ファイバ１０と同様に、コア１１及びクラッド１２を有する光伝送部１３と、光伝送部１３のコア１１及びクラッド１２に各々連なるコア１４及びクラッド１５を有するヘテロコア部１６とを備え、ヘテロコア部１６は光伝送部１３のコア１１の直径とは直径が異なるコア１４を有している。

さらに、ヘテロコア部１６のクラッド１５の外周面１５ａに、表面プラズモン共鳴又は局在プラズモン共鳴を励起することが可能な金属膜１７が形成されている。例えば、金属膜１７は、クラッド１５の外周表面に蒸着により形成した厚さ数ｎｍ程度の金膜と、この金膜の外表面に蒸着により形成した厚さ数十ｎｍ程度の五酸化タンタル膜とが積層されて構成されている。なお、クロム、銀やアルミニウム等の他の金属を用いて、あるいは、蒸着以外の方法を用いて金属膜１７を形成してもよい。

光応答部４０は、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態で金属膜１７の外周面１７ａに固定されている。光応答部４０は、前述した光応答部２０と同様に構成されている。

さらに、光ファイバ水素センサ２００は、前述した光ファイバ水素センサ１００と同様に、前述した測定システム１５０と同様の構成の測定システム２５０に使用される。

光伝送部１３とヘテロコア部１６との境界から漏洩する光はヘテロコア部１６のクラッド１５と金属膜１７との境界において反射する。このとき、エバネッセント相互作用と呼ばれる現象により、クラッド１５内の光と金属膜１７との間において相互作用が発生し、光損失としてスペクトル上に変化が現れ、反射率が変化する。大部分の場合には、光の反射率が低下して反射光の強度が減少する。なお、本実施形態では、光源１１０から光ファイバ１０に入射させた光の強度変化を利用して計測するため、１つの波長に対するモード郡の合算の光強度のみを考慮すれば十分である。

金属膜１７を設けたことによって、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）と呼ばれる現象により、光のエネルギーが表面プラズモン共鳴波を作り出すために奪われ、失われるので、反射率の変化をより大きくすることができ、光の強度変化の計測をより容易化することができる。

ここで、金属膜１７に接している物質である光応答部４０の屈折率がその周囲の水素濃度に応じて変化すると、クラッド１５内の光の反射スペクトルが変化し、反射光の強度が変化する。

従って、光検出器１２０で透過光を計測し反射光の強度を求めることにより、光応答部４０の屈折率を介して、周囲の水素濃度を検出することができる。ここで、光損失と水素濃度を予め関係付けておくことにより、計測した透過光から得られる光損失から水素濃度を求めることができる。

そして、光ファイバ水素センサ２００は、前述した光ファイバ水素センサ１００と同様に、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態で金属膜１７の外周面１７ａに固定されているので、水素吸蔵物質は水素を素早く吸蔵して、その体積が膨張しても、隣接するナノ粒子２１が脱落などが生じないので、長期間に亘って同じように良好な再現性で水素濃度を検出することができる。より好ましくは、金属膜１７上に設けた誘電体の膜の外周面１７aに固定すればよい。

次に、本発明の第３の実施形態に係る光ファイバ水素センサ３００について図３を参照して説明する。

光ファイバ水素センサ３００は、入射端から入射された光を出射端から出射する光ファイバ５０と、周囲の水素濃度に応じて光を受けた際の応答が変化する光応答部６０とを備えている。

ここで、光ファイバ５０は、コア５１及びクラッド５２を有する光伝送部５３と、コア５１の少なくとも一部と外部とを連通する穴５４とを備えている。光伝送部５３は、前述した光伝送部１３と同様に構成されている。

光ファイバ５０には、穴５４が形成されている。穴５４は、図３では１個であるが、複数であってもよい。また、穴５４は、図３では貫通孔ではあるが、少なくとも外部とコア５１の一部とを連通するものであれば非貫通孔であってもよい。穴５４は、例えばフェムト秒レーザを使用して形成すればよい。

そして、光応答部６０は、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態で穴５４の表面５４ａに固定されている。光応答部６０は、前述した光応答部２０，４０と同様に構成されている。

さらに、光ファイバ水素センサ３００は、前述した光ファイバ水素センサ１００と同様に、前述した測定システム１５０，２５０と同様の構成の測定システム３５０に使用される。

これにより、光検出器１２０で受光した光量を計測することにより、光応答部６０の体積変化を介して、周囲の水素濃度を検出することができる。ここで、光損失と水素濃度を予め関係付けておくことにより、得られた光損失から水素濃度を求めることができる。

そして、光ファイバ水素センサ３００は、前述した光ファイバ水素センサ１００，２００と同様に、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態で穴５４の表面５４ａに固定されているので、水素吸蔵物質は水素を素早く吸蔵して、その体積が膨張しても、隣接するナノ粒子２１が脱落などが生じないので、長期間に亘って同じように良好な再現性で水素濃度を検出することができる。

次に、本発明の実施形態に係る光ファイバ水素センサ１００の製造方法について説明する。

まず、光伝送部１３とヘテロコア部１６とを備える光ファイバ１０を用意する。

次に、ヘテロコア部１６のクラッド１５の外周面１５ａをポリマー電解質（ポリカチオン）の水溶液（ポリカチオン水溶液）に浸し、正の電荷を帯電させる工程を行う。

次に、正の電荷が帯電したクラッド１５の外周面１５ａを水素吸蔵物質のナノ粒子が懸濁された懸濁液に浸し、クラッド１５の外周面１５ａにナノ粒子を疎に固定する工程を行う。これにより、クラッド１５の外周面１５ａにナノ粒子を疎に固定された状態からなる光応答部４０が形成され、光ファイバ水素センサ１００が完成する。

光ファイバ水素センサ２００，３００においても、同様に、光応答部４０，６０を形成すればよい。

なお、本発明は実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の光応答部は、周囲の水素濃度に応じて光を受けた際の応答が変化するものであればよく、上述した光応答部２０，４０，６０の構成に限定されない。また、本発明の光応答部は、水素吸蔵物質のナノ粒子２１が疎である状態で光ファイバ１０,３０，５０の外端側に固定されていればよく、上述した光応答部２０，４０，６０が設けられている部分に設けられるものに限定されない。

また、実施形態では、ヘテロコア部１６を中間部に備える光ファイバ１０の一端から他端まで光を伝送する測定システム１５０，２５０，３５０について説明した。しかし、これに限定されず、例えば、ヘテロコア部１６又は光ファイバ１０，３０，５０の一端部に反射鏡を装着し、光ファイバ１０，３０，５０の一端部に、カプラを介して光源１１０及び光検出器１２０を接続することにより、測定システムを構成してもよい。

このように構成された測定システムにおいて、光源１１０から光ファイバ１０，３０，５０にカプラを介して入射される光は、ヘテロコア部１６に進入、又は穴５４を通過した後、反射鏡で反射されて光ファイバ１０，３０，５０に戻る。そして、この戻り光は、カプラを経由して光検出器１２０で受光される。このような測定システムにおいても、水素濃度を検出することができる。

（実施例）
以下、本実施形態の光ファイバ水素センサ１００に係る実施例１，２について説明する。

図１に示す光ファイバ水素センサ１００を製造した。光伝送部１３は、コア１１の直径が５０μｍ、クラッド１２の直径が１２５μｍであるシングルモード光ファイバを用いた。ヘテロコア部１６は、コア１４の直径が３μｍ、クラッド１５の直径が１２５μｍであるシングルモード光ファイバを用いた。ヘテロコア部１６の長さは１５ｍｍであった。

実施例１においては、保護剤としてＰＶＰを用いて保護した粒径４ｎｍのパラジウムを水素吸蔵物質のナノ粒子２１として用い、このナノ粒子が懸濁された懸濁液に５分間浸して、クラッド１５の外周面１５ａにナノ粒子を固定する工程を行った。

そして、クラッド１５の外周面１５ａを走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）を用いて観察した。観察結果を図４に示した。このＳＥＭ写真には、粒径４ｎｍのナノ粒子は観察されず、ナノ粒子が凝縮したものが観察された。被覆率は１．６×１０^−５であった。

このようにして製造した光ファイバ水素センサ１００を使用した測定システム１５０において、ＬＥＤからなる光源１１０から光ファイバ１０に８５０ｎｍのレーザ光を入射し、ヘテロコア部１６の周囲の雰囲気を水素濃度４％の窒素から雰囲気と水素濃度０％の窒素からなる雰囲気との交互に変化させた。このときに、光検出器１２０で検出した光損失の変化を図５のグラフに示した。図５から、良好な応答性において水素濃度の変化を検出できることが分かる。

次に、本実施形態の光ファイバ水素センサ２００に係る実施例２について説明する。

図２に示す光ファイバ水素センサ２００を製造した。光伝送部１３は、コア１１の直径が５０μｍ、クラッド１２の直径が１２５μｍであるシングルモード光ファイバを用いた。ヘテロコア部１６は、コア１４の直径が３μｍ、クラッド１５の直径が１２５μｍであるシングルモード光ファイバを用いた。ヘテロコア部１６の長さは１５ｍｍであった。

金属膜１７として、クラッド１５の外周表面に蒸着により数２５ｎｍの金膜を形成し、この金膜の外表面に蒸着により厚さ６０ｎｍの五酸化タンタル膜とを形成した。水素吸蔵物質のナノ粒子２１として粒径４ｎｍのパラジウムを用いた。

このようにして製造した光ファイバ水素センサ２００を使用した測定システム２５０において、ＬＥＤからなる光源１１０から光ファイバ１０に８５０ｎｍのレーザ光を入射し、ヘテロコア部１６の周囲の雰囲気を水素濃度４％の窒素から雰囲気と水素濃度０％の窒素からなる雰囲気との交互に変化させた。このときに、光検出器１２０で検出した光損失の変化を図６のグラフに示した。図６から、良好な応答性において水素濃度の変化を検出できることが分かる。

（比較例）
以下、比較例１について説明する。

実施例１と同様にして光ファイバ水素センサ１００を製造したが、比較例１においては、実施例１と異なり、粒径４０ｎｍの金ナノ粒子をクエン酸で還元したコロイドを用いて、クラッド１５の外周面１５ａにナノ粒子を固定する工程を行った。

そして、クラッド１５の外周面１５ａを走査型電子顕微鏡を用いて観察した。観察結果を図７に示した。このＳＥＭ写真には、最も密な箇所では１μｍ^２当たり約６５個、平均すると１μｍ^２当たり約３０個のナノ粒子が観察された。これから被覆率は０．０５４（５．４％）であることが分かった。

１０，３０，５０…光ファイバ、 １１…コア、 １２…クラッド、 １３，５３…光伝送部、 １４…コア、 １５…クラッド、 １５ａ…クラッドの外周面、 １６…ヘテロコア部、 １７…金属膜、 １７ａ…金属膜の外周面、 ２０，４０，６０…光応答部、 ２１…水素吸蔵物質のナノ粒子、 ５４…穴、 ５４ａ…穴の表面、 １００，２００，３００…光ファイバ水素センサ、 １１０…光源、 １２０…光検出器、 １３０…データ処理装置、 １５０，２５０，３５０…測定システム。

Claims (5)

1. 入射端から入射された光を出射端から出射する光ファイバと、
   該光ファイバの周囲の水素濃度に応じて前記光を受けた際の応答が変化する光応答部とを備え、
   前記光応答部は、水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されており、
   前記疎である状態とは、前記ナノ粒子が固定されている表面に占める割合である被覆率が１％以下であることを特徴とする光ファイバ水素センサ。
2. 前記光ファイバは、コア及びクラッドを有する光伝送部と、該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを備え、該ヘテロコア部は前記光伝送部のコアと異なる直径のコアを有し、
   前記光応答部は、前記ヘテロコア部の前記クラッドの外周面に前記水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ水素センサ。
3. 前記光ファイバは、コア及びクラッドを有する光伝送部と、該光伝送部のコア及びクラッドに各々連なるコア及びクラッドを有するヘテロコア部とを備え、該ヘテロコア部は前記光伝送部のコアよりも小径のコアを有し、
   前記ヘテロコア部の前記クラッドの外周面に、表面プラズモン共鳴又は局在プラズモン共鳴を励起することが可能な金属膜が形成されており、
   前記光応答部は、前記金属膜の外周面に水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ水素センサ。
4. 前記光ファイバは、コア及びクラッドを有する光伝送部と、前記コア及びクラッドの少なくとも一部に形成された穴とを備え、
   前記光応答部は、前記穴の表面に水素吸蔵物質のナノ粒子が疎である状態で固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ水素センサ。
5. 光ファイバの表面、又は光ファイバの表面上に形成された表面プラズモン共鳴又は局在プラズモン共鳴を励起することが可能な金属膜の表面をポリカチオン水溶液に浸し、前記表面に正の電荷を帯電させる工程と、
   前記正の電荷が帯電した表面を水素吸蔵物質のナノ粒子が懸濁された懸濁液に浸し、前記表面に前記ナノ粒子を疎に固定する工程とを備えており、
   前記疎である状態とは、前記ナノ粒子が固定されている表面に占める割合である被覆率が１％以下であることを特徴とする光ファイバ水素センサの製造方法。

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