JPH03251727A - 光ファイバ受光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、受光面を等価的に任意形状に変換できる光受
光器に関し、光センシング、光アンテナ、光レーダ−、
光計算機等の分野に利用できるものである。

〈従来の技術〉 通常、光検出器に光を集光するには、レンズの組合せ等
の適当な光学系を使用しているが、被測定光が平行でな
い、大面積にわたる、空間的に分布している等の場合に
は、集光の効率が低下し、又、非常に複雑−で大掛かり
な光学系が余儀無（される欠点がある。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、
レンズ等の光学系を使用せずに、受光面を一次元のみな
らず、二次元、三次元に自由に配置することが可能な先
ファイバ受光器を提供することを目的とするものである
。

く課題を解決するための手段〉 斯かる目的を達成する本発明の第１の構成は対象となる
光波長域において透明となる材料で被覆された光ファイ
バと、該光ファイバの一端に接続される光電変換用光検
出器とから構成され、該光ファイバの長手方向の任意の
位置において前記光ファイバの側面より入射した光信号
をそのまま或いは該光信号に基づいて生じる光信号を先
ファイバコアの伝搬光として取り込み、前記光ファイバ
の一端で前記光検出器により電気信号の変換することを
特徴とする。

ここで、前記光ファイバのクラッド又は被覆層は、側面
からの入射光を散乱させて蛍光を発生する屈折率揺らぎ
又は散乱体を含んだ円筒形状の散乱層を有するようにす
ることが望ましく、また、前記゛光ファイバは通常の光
ファイバと組み合わせられ、分散的に配置するようにし
ても良い。

また、上記目的を達成する本発明の第２の構成は対象と
なる光波長域において透明となる材料で被覆された光フ
ァイバと、該光ファイバの一端に接続される光電変換用
光検出器とから構成される先ファイバ受光器において、
前記光ファイバのクラッドにＢｒ”、Ｎｄ”、Ｙｂ０、
Ｃｒ”のうちの少なくとも一つイオンを添加し、前記光
ファイバの長手方向の任意の位置において該先ファイバ
側面より信号光を入射して該信号光により前記クラッド
内を励起し、該励起による蛍光を前記光ファイバのコア
内の伝搬光として取り込み、該光ファイバの一端で前記
光検出器により検出することを特徴とする。

更に、上記目的を達成する本発明の構成は対象となる光
波長域において透明となる材料で被覆された光ファイバ
と、該光ファイバの一端に接続される光電変換用光検出
器と、該光ファイバの他端に′接続されるプローブ用光
源とから構成される先ファイバ受光器において、前記光
ファイバのコアにＥｒ＊＊、Ｎｄ”、Ｙｂ”、Ｃｒ”の
うちの少なくとも一つを添加することにより、前記光フ
ァイバの側面からコア内に入射した信号光で前記コア内
を励起させて蛍光を発生させ、前記イオンで決定される
蛍光波長域のプローブ光を前記プローブ用光源から前記
光ファイバのコアに入力し、前記信号光の励起による誘
導放出過程で増幅された前記プローブ光を伝搬光として
前記光ファイバの一端において前記光検出器により検出
することを特徴とする。

〈作用〉 先ファイバ側面より入射する被測定光をコア伝搬光とし
て取り込むか、或いは励起光としてコア内において蛍光
発生を誘導させ、被測定光と等価な伝搬光として取り込
み、光ファイバ端゛Ｉに接続された光検出素子で光電変
、換すると、先ファイバ長手方向の任意の位置で入射し
た被測定光の強度と受信時間を評価でき、例えば、光フ
ァイバが二次元面を形成している場合などでは、強度分
布や空間的な相関関係が認められ、光アンテナ（レーダ
ー）としての作用する。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図に本発明の第１の実施例を示す。同図に示すよう
に、光ファイバｌの一端に光検出器（パワーメータ）２
、波形検出器３及び計算機４は順に接続されており、信
号光は光ファイバｌの側面から入射する。この信号光は
光ファイバ１の任意の側面から入射し、そのコア部を伝
搬し、光検出器２で、そのパワーが検出される。

更に、光検出器２の信号出力を時間領域或いは周波数領
域で処理することにより、信号光の空間的な強度分布、
相関が評価が可能になる。例えば、信号光の光ファイバ
ｌへの入射位置から光検出器２に至る伝搬時間より信号
光の変調速度がゆったりとしている場合は先ファイバ長
手方向に沿った強度分布が時系列的に観察される。

ここで、゛光ファイバ端の構造としては、第２図に示す
ように、コア５の外側にクラッド６、被覆層７を設けた
ものであり、被覆層７としては、信号光波長領域で透明
となるものが使用される。クラッド６の外周部分は散乱
層８となっており、その内径は伝搬光のモードフィール
ド径の２倍以上からクラッド外径未満の位置に設定され
、その厚さは数十μｍ程度以内である。

散乱層８としては、クラッド６内にもうけるものに限ら
ず、被覆層７内に設けてもよいものである。散乱層８と
しては、屈折率揺らぎ或いは散乱体を故意に添加したも
のである。例えば、前者としては、ガラス中に高屈折率
の元素ＡＩ”を不均一に添加することにより実現でき、
後者は不均一な結晶状態を作ることや小さな空気泡等を
作ることにより実現できる 従って、信号光が被覆層７を入射光として透過し、散乱
１１Ｂにおいて散乱し、その一部がコア５に取り込まれ
て、伝搬光としてコア内を伝搬し、光検出器２に至るこ
とになる。散乱層８において発″生ずる散乱光のうち、
コア５に取り込まれる光は、コア５とクラッド６の比屈
折率差で決まる角度以内でコア５に入射する成分である
。取り込まれる立体角θは近似的に次のように表される
。

θ＝　２ｃｏｓ−’（ｎ＋／ｎｔ） 但し、ｎ　ｌ　？　ｎ　ｔはコア、クラッドの屈折率で
ある。

簡単な例として、ｎ、＝１．４７、ｎｔ＝１．４６とし
、散乱層８で３６０度全方位に分配強度の等しい散乱が
起きる場合、入射光束の一回の散乱層通過で約０．３％
（＝（θ１２）２π／４π）がコアに取り込まれ、コア
５内を光検出器２まで伝搬する。なお、コア伝搬光の光
損失は１ｄＢ以下と小さいため、無視した。この散乱光
はの伝搬光への変換°効率は比屈折率差とコア径の増大
化により改善できる。

上記実施例では、散乱１１８により、！最先を散乱して
、その一部をコア５に取り込んで伝搬光としていたが、
コア５に伝搬光を取り込む方法としてはごれに限るもの
ではない。他の方法としては第３図に示すように信号光
の蛍光を利用するようにしてもよい。即ち、この光ファ
イバではクラッド９にＥｒ”、Ｎｄ”、Ｙｂ！＋、　Ｃ
ｒ”のうち少な（とも一つイオンが添加されており、こ
のため、側面より信号光が入射するとクラッド９内で添
加イすンに依存した蛍光が発生する。

この蛍光の一部はコア５内に取り込まれ、コア内を伝搬
光として光検出器２まで伝搬する。例えば、シリカ系ガ
ラスをホストガラスとしてＮｄ■を添加すると、波長１
．３μｍ帯の蛍光を発生する。

次に、第４図を参照して本発明の第２の実施例について
説明する。

本実施例では、光ファイバｌの一端に光検出器２、光波
形記録装ｆｉｔ３及び計算機４を接続する一方、その他
端にの光源ｌＯを接続したものである。この光源ｌＯは
一定幅のブ、０−ブ光を出力し、その発振波長は先ファ
イバコア中において発生する蛍光波長域に設定される。

光ファイバｌとし゛ては、第５図に示すように、コアｌ
ｌにはＢｒ１＋、Ｎｄ”、Ｙｂ”、Ｃｒ”のうち少なく
とも一つイオンが添加されており、側面から入射した信
号光により励起された状態となっており、このため、プ
ローブ光が誘導放出過程で増輻され、信号光に同期して
増輻された蛍光が光ファイバのコア中を伝搬光として伝
搬し、光検出器２で受光される。

光ファイバの形状としては、第５図に示す軸対称のもの
に限らず、第６図に示すような構造を用い、励起光強度
に対する蛍光の発生効率を高めるようにしてもよい。即
ち、第６図に示すように、光ファイバの断面外径を放物
曲面と直線で囲まれた形状とするものである。放物曲面
の焦点はコア１１に位置させるようにする。これにより
、コア１１に直接到達しない信号光は、放物曲面におけ
るクラッド、被覆槽との境界面で反射してコア１１に集
光する。更多こ、放物曲面にだけ、ＡＩ、Ａｕ等の金属
層を挿入すると、反射効率が向上するためコア中におけ
る励起光のエネルギー゛密度が高められ、効率よく誘導
放出を生じさせることが出来る。

第７図は第１．第２の実施例で受光面となる光ファイバ
ｌの形状を二次元的、三次元的に配置したものである。

即ち、第７図（ａ）は、光ファイバｌを密着して蛇行さ
せたものであり、又同図（′ｂ）は、任意の断面形状で
光ファイバｌを巻き上げたものである。何れの場合も、
平面または曲面の空間座標が光ファイバの長手方向の座
標に置き換えられることになるので、信号光の入射位置
を空間座標として取り込むことが可能になる。

第８図は、上記第１．第２の実施例において使用される
第２図又は第３図の光コアイノ（ｌと通常の光ファイバ
１２とを交互に接続したものである。即ち、信号光の入
射する領域以外は通常の光ファイバ１２を挿入し、側面
から信号光の入射する領域については第２図又、：よ第
３図の光ファイバｌを使用するのである。このようにす
ると、光検出器の受光面を離散的に分布する点或いは領
゛域として配置することが出来るため、信号光に空間的
なフィルター処理を施したものと同様の効果を得られる
。尚、通常の光ファイバ１２として、第２図又は第３図
の光コアイノ（側面に不透明な論装、被覆を施したもの
を用いてもよい。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明は光検出器の受光面を任意形状に設定でき、また、大
面積を容易に実現できるので、被測定光が平行光でない
場合や広範囲に分布している場合などに簡単な構成によ
り光検出が行える利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例にかかる先ファイバ受光
器の構成図、第２図は第１の実施例に係る光ファイバの
断面図、第３図は第１の実施例に係る光ファイバの変形
例をし゛めす断面図、第４図は本発明の第２の実施例に
かかる先ファイバ受光器の構成図、第５図は第２の実施
例に係る光ファ゛イバの断面図、第６図は第２の実施例
に係る光ファイバの変形例の断面図、第７図（ａ）　（
ｂ）はそれぞれ光ファイバを二次元的に配置した例の説
明図、三次元的に配置した例の説明図、第８図は本発明
の第３の実施例にかかる先ファイバ受光器の構成図であ
る。 図面中、 ｌは側面より信号光の入射できる光ファイバ、２は光検
出器、 ３は波形記録装置、 ４は計算機、 ５はコア、 ６はクラッド、 ７は被覆層、 ８は散乱層、 ９はＥｒ＠＊％Ｈ，ｐ＋、Ｙｂ！＋、　ＣＳ＋のうちの
少なくとも一つイオンを添加したクラッド、 ｌＯはプロニブ用光源、 １１はＥｒ＠＋、Ｎｄ”、Ｙｂ”、Ｃｒ”のうちの少な
くとも一つイオンを添加したコア、 １２は通常の光コアイノくである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象となる光波長域において透明となる材料で被
   覆された光ファイバと、該光ファイバの一端に接続され
   る光電変換用光検出器とから構成され、該光ファイバの
   長手方向の任意の位置において前記光ファイバの側面よ
   り入射した光信号をそのまま或いは該光信号に基づいて
   生じる光信号を光ファイバコアの伝搬光として取り込み
   、前記光ファイバの一端で前記光検出器により電気信号
   の変換することを特徴とする光ファイバ受光器。
2. （２）前記光ファイバのクラッド又は被覆層は、側面か
   らの入射光を散乱させて蛍光を発生する屈折率揺らぎ又
   は散乱体を含んだ円筒形状の散乱層を有することを特徴
   とする請求項（１）記載の光ファイバ受光器。
3. （３）前記光ファイバは通常の光ファイバと組み合わせ
   られ、分散的に配置されることを特徴とする請求項（１
   ）記載の光ファイバ受光器、
4. （４）対象となる光波長域において透明となる材料で被
   覆された光ファイバと、該光ファイバの一端に接続され
   る光電変換用光検出器とから構成される光ファイバ受光
   器において、前記光ファイバのクラッドにＥｒ＾２＾＋
   、Ｎｄ＾３＾＋、Ｙｂ＾３＾＋、Ｃｒ＾３＾＋のうちの
   少なくとも一つイオンを添加し、前記光ファイバの長手
   方向の任意の位置において該光ファイバ側面より信号光
   を入射して該信号光により前記クラッド内を励起し、該
   励起による蛍光を前記光ファイバのコア内の伝搬光とし
   て取り込み、該光ファイバの一端で前記光検出器により
   検出することを特徴とする光ファイバ受光器。
5. （５）対象となる光波長域において透明となる材料で被
   覆された光ファイバと、該光ファイバの一端に接続され
   る光電変換用光検出器と、該光ファイバの他端に接続さ
   れるプローブ用光源とから構成される先ファイバ受光器
   において、前記光ファイバのコアにＥｒ＾３＾＋、Ｎｄ
   ＾３＾＋、Ｙｂ＾３＾＋、Ｃｒ＾３＾＋のうちの少なく
   とも一つを添加することにより、前記光ファイバの側面
   からコア内に入射した信号光で前記コア内を励起させて
   蛍光を発生させ、前記イオンで決定される蛍光波長域の
   プローブ光を前記プローブ用光源から前記光ファイバの
   コアに入力し、前記信号光の励起による誘導放出過程で
   増幅された前記プローブ光を伝搬光として前記光ファイ
   バの一端において前記光検出器により検出することを特
   徴とする光ファイバ受光器。