JPH0259401B2 - - Google Patents

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JPH0259401B2
JPH0259401B2 JP57145312A JP14531282A JPH0259401B2 JP H0259401 B2 JPH0259401 B2 JP H0259401B2 JP 57145312 A JP57145312 A JP 57145312A JP 14531282 A JP14531282 A JP 14531282A JP H0259401 B2 JPH0259401 B2 JP H0259401B2
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JP
Japan
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light
beam splitter
light component
optical fiber
polarized
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JP57145312A
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Toshio Iizuka
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/344Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using polarisation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光フアイバ形センサ、特に偏波面保存
光フアイバ形センサに関するものである。
[従来の技術] 従来の光フアイバ形センサを第1図にて記載す
る。光源11から出た光を直線偏光化し、シング
ルモード光フアイバ12でハーフミラー14に導
き、ハーフミラー14で分割された光を夫々シン
グルモード光フアイバ15,16に入射し、出射
光を干渉させて干渉縞を形成する。この時ハーフ
ミラー14から出た光の一方を測定用、他方を参
照用として用いる。測定用光フアイバ16に温
度、圧力、振動、歪等Sが印加されると光フアイ
バの伸縮及び屈折率変化が生じ光フアイバ出射端
で参照用光フアイバ15及び測定用光フアイバ1
6から出射する光に相対的位相変化が生じて干渉
縞18が移動する。この時の干渉縞18の移動量
より温度、圧力、振動、歪等が測定される。13
はコリメータレンズ、17は歪等の印加部を示
す。
[従来技術の問題点] この従来例の場合には通常のシングルモード光
フアイバが使用されているため、光フアイバの消
光比が悪くかつ不安定なため測定精度が劣化する
という問題があつた。又この時の光学系構成では
参照用光フアイバに温度変化等の外乱が加わると
干渉が縞が移動し被測定量の変化として出力され
るため安定な測定が行えないという本質的な問題
を有していた。これを改善するために参照用光フ
アイバの長さを短くすることが考えられるが、光
フアイバ長を零にすることは不可能であり、本質
的な問題解決にはならなかつた。
本発明の目的は前記した従来技術の欠点を解消
し、測定精度を大幅に増加させることができる新
規な偏波面保存光フアイバ形センサを提供するこ
とにある。
[問題点を解決するための手段] 即ち、本発明の要旨は光源201と、光学軸に
対し45゜の方位で入射された光源201からの直
線偏光を互に直交する透過光成分と反射光成分と
に分割し出射させる第1の偏光ビームスプリツタ
204と、前記第1の偏光ビームスプリツタ20
4の光学軸に対し同一の軸方位を有するよう両端
が配置されてループを形成し、前記透過光成分と
前記反射光成分とを直交偏波光のまま逆方向に伝
搬させ前記第1の偏光ビームスプリツタ204に
再度入射させる測定用偏波面保存光フアイバ20
5と、前記第1の偏光ビームスプリツタ204に
から出射した直交偏波光を2つに分割するハーフ
ミラー207と、その分割光の一方が直接光学軸
に対し45゜の方位で入射されその透過光成分と反
射光成分とに分割し出射させる第2の偏光ビーム
スプリツタ210と、他方の分割光がλ/4板2
08を介して光学軸に対し45゜の方位で入射され
その透過光成分し反射光成分とに分割と出射させ
る第3の偏光ビームスプリツタ212とを具備
し、前記第2の偏光ビームスプリツタ210の2
つの出射光の強度と前記第3の偏光ビームスプリ
ツタ212の2の出射光の強度とに基づき所定の
演算を行うことにより、前記測定用偏波面保存光
フアイバに印加された被測定量に起因する位相変
化を求めることを特徴とする偏波面保存光フアイ
バ形センサ。
[実施例] 以下本発明の一実施例について第2図を参照し
て具体的に説明する。
光源201から出た直線偏光を光をリード線用
の偏波面保存光フアイバ202を用いて偏光ビー
ムスプリツタ(以下PBSと略称する)204の
光学軸に対し45゜の方位で入射させる。203は
コリメータレンズである。PBS204は入射光
を自己の光学軸に一致する偏光成分(P偏光成
分)とこれに直交する偏光成分(S偏光成分)と
に分割し夫々透過光成分、反射光成分として出射
させる機能を有しており、従つて今PBS204
への入射光を電場ベクトルを Ei=αiejt (1) (ai:比例定数、ω:光の角速度) と定義すれば、PBS204により分割して出射
された透過光成分Ep、反射光成分Esは Ep=Eicosπ/4 (2) Es=Eisinπ/4 (3) と表すことができ、その位相は一致している。
PBS204において透過光成分Ep及び反射光
成分Esの出射面には、偏波面保存光フアイバ2
05の両端が、PBS204の光学軸に対し同一
の軸方位となるように配置されループを形成して
いる。このとき、透過光成分EpはP偏光のまま、
一方反射光成分EsはS偏光のまま偏波面保存光
フアイバ205を逆方向に伝搬し再びPBS20
4に入射されることになるが、偏波面保存光フア
イバ205の両端が上述のようになつていること
から、夫々PBS204を透過、反射させること
ができ、PBS204の同一面に合波された直交
偏波光として出射される。
透過光成分及び反射光成分は上記のような経路
を伝搬するわけであるが、その過程で両者の位相
には偏波面保存光フアイバ205中における光路
長の違いに起因する位相差(初期位相)と、被
測定量印加部における歪等Sに比例して生ずる位
相変化φがもたらされる。よつてPBS204か
ら出射される透過光成分をE1、反射光成分をE2
とし、偏波面保存光フアイバ205の透過率をα
とすれば、E1,E2は E1=αEpej1/2( +) (4) E2=αEse-j1/2( +) (5) と表すことができ、位相が(+φ)だけ異なる
直交偏波光を形成している。
透過光成分E1及び反射光成分E2よりなる直交
偏波光は、次いでハーフミラー207により2つ
に分割され、強度は1/2となる。この分割光の1
つは次のPBS210の光学軸に対し45゜の方位で
入射させる。PBS210はPBS204と同一機
能を有しており、従つてPBS210の透過光成
分Ep1、反射光成分Es1は夫々 Ep1=1/2E1cosπ/4+1/2E2cos(π−π/4)(
6) Es1=1/2E1sinπ/4+1/2E2sin(π−π/4)(
7) となる。(1)〜(5)を用い(6)式を書き直せば Ep1=1/2αEtej1/2( +) ×1/√2+1/2αEre-j1/2( +)×1/√2 =α/4Ei{ej1/2( +) +e-j1/2( +)} =α/2αiejt×cos1/2(+φ) (8) と表すことができ、同様にして(7)式は、 Es1α/2αiejt×jsin1/2(+φ)(9) と表すことができる。
ゆえに受光器209a,209bで夫々受光さ
れる透過光成分Ep1、反射光成分Es1の強度P1
P1′はEp1,Es1の複素共役を夫々11とすれ
ば、 P1=Ep11 =(α/2αi)2cos21/2(+φ) =(α/2αi)2×1/2{1+cos(+φ)} =A{1+cos(+φ)} (10) P1′=Es11 =(α/2αi)2cos21/2(+φ) =(α/2αi)21/2{1−cos(+φ)} =A{1−cos(+φ)} (11) として得られるものであり、差動増幅器211に
てP1とP1′との差を求める演算を行うことにより
直流成分を除去することができ、 P2=2Acos(+φ) (12) の出力を得ることができる。
次にハーフミラー207で分割された他方の直
交偏波光について以下説明する。この光は前述同
様透過光成分1/2E1及び反射光成分1/2E2
直交偏波光よりなるが、次のλ/4板208を透
過させると両者の間には相対的にπ/2の位相バ
イアスがかけられ、その後前述同様、PBS21
2の光学軸に対し45゜の方位で入射させる。
このPBS212も同述のPBS204,PBS2
10と同一の機能を有しており従つてその透過光
成分Ep″、反射光成分Es″は、λ/4板208の
効果を加味し前記(6),(7)式においてE1をE1ej/2
置換えれば簡単に求められることができる。即
ち、 Ep″=1/2αEtej1/2( +)× ej/2 ×1/√2+1/2αEre-j1/2( +)×1/√2 =α/4αiejt[ej{1/2( +)+/2} +e-j1/2( +)] (13) Es″=α/4αiejt [ej{1/2( +)+/2} +e-j1/2( +)] (14) として得ることができる。
ゆえに受光器209d,209cで夫々受光さ
れる透過光成分Ep′、反射光成分Es′の強度 P3,P3′は、 P3=(α/4αi)2{2+ej( ++/2) +e-j( ++/2)} =(α/4αi)22{1+cos (+φ+π/2)} =A{1−sin(+φ)} (15) P3′=(α/4αi)2×2{1−cos (+φ+π/2)} =A{1+sin(+φ)} (16) この出力P3,P3′について差動増幅器213に
て差をとる演算を行うことにより直流成分は除去
され、 P4=2Asin(+φ) (17) が出力として得られることになる。
先に得た(12)式の差動増幅器211の出力
P2もしくは上記(17)式の差動増幅器213の
出力P4の単独では測定範囲が限定されるので、
双方を使用することにより、広範囲の測定が可能
となる。例えばP2とP4との比を求め、 P4/P2=tan(+φ) (18) を得ることにより信号が規格化され、光源201
の変動等に左右されない位相変化φにのみ忠実に
依存した測定結果を得ることが可能となる。
尚、偏波面保存光フアイバとしては、特に構造
等限定はなく、公知の例えば特開昭57−37305号
公報記載のもの等が適用できる。
[発明の効果] 以上詳述した通り本願発明によれば、測定用偏
波面保存光フアイバを用いるのみで、被測定量に
起因する位相変化を光の強度変化として直接的に
測定することが可能となり、従来問題となつてい
た外乱による精度の低下等を解決せしめた信頼性
の高いセンサとして利用され得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のシングルモード光フアイバ形セ
ンサを示す説明図であり、第2図は本発明の偏波
面保存光フアイバ形センサの一実施例を示す説明
図である。 11:光源、12:リード線用シングルモード
光フアイバ、13:コリメータレンズ、14:ハ
ーフミラー、15:参照用シングルモード光フア
イバ、16:測定用シングルモード光フアイバ、
17:被測定量印加部、18:干渉縞、201:
光源、202:リード線用偏波面保存光フアイ
バ、203:コリメータレンズ、204:偏光ビ
ームスプリツタ、205:測定用偏波面保存光フ
アイバ、206:被測定量印加部、207:ハー
フミラー、208:λ/4板、209a,209
b,209c,209d:受光器、210,21
2:偏光ビームスプリツタ、211,213:差
動増幅器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 光源201と、光学軸に対し45゜の方位で入
    射された光源201からの直線偏光を互に直交す
    る透過光成分と反射光成分とに分割し出射させる
    第1の偏光ビームスプリツタ204と、前記第1
    の偏光ビームスプリツタ204の光学軸に対し同
    一の軸方位を有するよう両端が配置されてループ
    を形成し、前記透過光成分と前記反射光成分とを
    直交偏波光のまま逆方向に伝搬させ前記第1の偏
    光ビームスプリツタ204に再度入射させる測定
    用偏波面保存光フアイバ205と、前記第1の偏
    光ビームスプリツタ204にから出射した直交偏
    波光を2つに分割するハーフミラー207と、そ
    の分割光の一方が直接光学軸に対し45゜の方位で
    入射されその透過光成分と反射光成分とに分割し
    出射させる第2の偏光ビームスプリツタ210
    と、他方の分割光がλ/4板208を介して光学
    軸に対し45゜の方位で入射されその透過光成分と
    反射光成分とに分割し出射させる第3の偏光ビー
    ムスプリツタ212とを具備し、前記第2の偏光
    ビームスプリツタ210の2つの出射光の強度と
    前記第3の偏光ビームスプリツタ212の2の出
    射光の強度とに基づき所定の演算を行うことによ
    り、前記測定用偏波面保存光フアイバに印加され
    た被測定量に起因する位相変化を求めることを特
    徴とする偏波面保存光フアイバ形センサ。
JP57145312A 1982-08-21 1982-08-21 偏波面保存光フアイバ形センサ Granted JPS5935102A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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