JPH0638067B2 - 湿度センサ - Google Patents
湿度センサInfo
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- JPH0638067B2 JPH0638067B2 JP19144385A JP19144385A JPH0638067B2 JP H0638067 B2 JPH0638067 B2 JP H0638067B2 JP 19144385 A JP19144385 A JP 19144385A JP 19144385 A JP19144385 A JP 19144385A JP H0638067 B2 JPH0638067 B2 JP H0638067B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光フアイバを利用した全光学式湿度センサ
に関する。
に関する。
従来の湿度センサとして、アルミナ膜の湿度変化に起因
する電気抵抗変化を検出するものが知られている。
する電気抵抗変化を検出するものが知られている。
しかしながら、このアルミナを利用したセンサでは、ア
ルミナ中へのH2O分子の拡散による電気抵抗変化を検知
するものであるため、拡散平衡に達するまでに長時間を
不要とし、例えば相対湿度35%で平衡に到るまでに1
04分を要し、90%では7分を必要とし、迅速測定には
全く不適であつた。
ルミナ中へのH2O分子の拡散による電気抵抗変化を検知
するものであるため、拡散平衡に達するまでに長時間を
不要とし、例えば相対湿度35%で平衡に到るまでに1
04分を要し、90%では7分を必要とし、迅速測定には
全く不適であつた。
また、電気式であるので、爆発性雰囲気下では特別に防
爆構造とせねばならず、安全性の点で不満があつた。
爆構造とせねばならず、安全性の点で不満があつた。
そこで、この発明では、シングルモード導波路でのエバ
ネツセント波を利用し、このエバネツセント波の吸着水
酸基に基因する光吸収を検出することにより、湿度を測
定することができるようにし、かつ加熱手段を設けて水
酸基の脱着を促し、測定時間の短縮を計るようにした。
ネツセント波を利用し、このエバネツセント波の吸着水
酸基に基因する光吸収を検出することにより、湿度を測
定することができるようにし、かつ加熱手段を設けて水
酸基の脱着を促し、測定時間の短縮を計るようにした。
第1図はこの発明の湿度センサの一例を示すもので、図
中符号1は湿度センサである。この湿度センサ1は、セ
ンサ部2とこれに接続される入出力用シングルモード光
フアイバ3,4とセンサ部2を加熱する加熱手段として
の加熱用光フアイバ5とから概略構成されている。
中符号1は湿度センサである。この湿度センサ1は、セ
ンサ部2とこれに接続される入出力用シングルモード光
フアイバ3,4とセンサ部2を加熱する加熱手段として
の加熱用光フアイバ5とから概略構成されている。
センサ部2は、第2図に示すように、基板6上に細径の
コア7およびクラツド8からなるシングルモード導波路
9が形成され、このシングルモード導波路9の中央部の
クラツド8が薄肉とされて、エバネツセント波浸出部分
10が外表面に露出して形成されたものである。すなわ
ち、シングルモード導波路9のコア7は、その長手方向
の中央部でクラツド8の外表面から2〜20μmの深さ
まで上方に屈曲して位置が上方に移動しており、この部
分でのクラツド8の厚さは、したがつて2〜20μmの
厚さとなり、このクラツド部分がコア7から通過光が浸
み出すエバネツセント光浸出部分となつて外表面に露出
している。また、コア7の長手方向の両端部付近でのク
ラツド8外表面からの深さは、コア7の径の6〜8倍以
上とされ、エバネツセント光浸出部分が露出しないよう
になつている。
コア7およびクラツド8からなるシングルモード導波路
9が形成され、このシングルモード導波路9の中央部の
クラツド8が薄肉とされて、エバネツセント波浸出部分
10が外表面に露出して形成されたものである。すなわ
ち、シングルモード導波路9のコア7は、その長手方向
の中央部でクラツド8の外表面から2〜20μmの深さ
まで上方に屈曲して位置が上方に移動しており、この部
分でのクラツド8の厚さは、したがつて2〜20μmの
厚さとなり、このクラツド部分がコア7から通過光が浸
み出すエバネツセント光浸出部分となつて外表面に露出
している。また、コア7の長手方向の両端部付近でのク
ラツド8外表面からの深さは、コア7の径の6〜8倍以
上とされ、エバネツセント光浸出部分が露出しないよう
になつている。
このような構造のセンサ部2は、シリコンや石英などか
らなる基板6上にCVD法などでまずクラツド8の一部
を形成し、このクラツド8にイオンエツチング法などに
よつてコア7が収められる上下方向に屈曲した細溝を形
成し、ついでこの細溝にCVD法などにより高屈折率の
コアを形成し、CVD法によつてクラツド8の残部を形
成する方法などによつて作成される。
らなる基板6上にCVD法などでまずクラツド8の一部
を形成し、このクラツド8にイオンエツチング法などに
よつてコア7が収められる上下方向に屈曲した細溝を形
成し、ついでこの細溝にCVD法などにより高屈折率の
コアを形成し、CVD法によつてクラツド8の残部を形
成する方法などによつて作成される。
センサ部2は、また第3図あるいは第4図に示すような
ものも用いられる。第3図に示したセンサ部2は、コア
7が直線状に形成され、中央部のクラツド8が擂鉢状に
抉り取られて凹部が形成され、この凹部がエバネツセン
ト光浸出部分10の露出領域とされているものである。
また、第4図に示したセンサ部2は、シングルモード導
波路9全体のクラツド8が2〜20μm程度に薄肉とさ
れて、エバネツセント光浸出部分の露出領域となつてい
るものである。さらには、通常のシングルモード光フア
イバの一部のクラツドを同様に2〜20μm程度に薄肉
に削り取り、この部分をセンサ部とすることもできる。
ものも用いられる。第3図に示したセンサ部2は、コア
7が直線状に形成され、中央部のクラツド8が擂鉢状に
抉り取られて凹部が形成され、この凹部がエバネツセン
ト光浸出部分10の露出領域とされているものである。
また、第4図に示したセンサ部2は、シングルモード導
波路9全体のクラツド8が2〜20μm程度に薄肉とさ
れて、エバネツセント光浸出部分の露出領域となつてい
るものである。さらには、通常のシングルモード光フア
イバの一部のクラツドを同様に2〜20μm程度に薄肉
に削り取り、この部分をセンサ部とすることもできる。
また、センサ部2の導波路9の両端部には、入出力光を
導波するためのシングルモード光フアイバ3,4が軸合
せされたうえ接続されている。シングルモード光フアイ
バ3,4のコア11,12はシングルモード導波路9の
コア7の同径で同屈折率のものが好ましい。
導波するためのシングルモード光フアイバ3,4が軸合
せされたうえ接続されている。シングルモード光フアイ
バ3,4のコア11,12はシングルモード導波路9の
コア7の同径で同屈折率のものが好ましい。
さらに、センサ部2の上方には、センサ部2のエバネツ
セント波浸出部分10を加熱し、これに吸着されている
水酸基を除去する加熱用光フアイバ5が設けられてい
る。この加熱用光フアイバ5は、図示しないガスレー
ザ、ガラスレーザ、高出力レーザダイオード、高出力発
光ダイオードなどの高出力光源からの光を導き、エバネ
ツセント浸出部分10に照射してこの部分10を加熱す
るためのもので、高出力が導波できるように、コア径が
100〜200μm程度の大口径光フアイバが主に用い
られ、フアイバ端面がエバネツセント浸出部分10に向
くように配置されている。
セント波浸出部分10を加熱し、これに吸着されている
水酸基を除去する加熱用光フアイバ5が設けられてい
る。この加熱用光フアイバ5は、図示しないガスレー
ザ、ガラスレーザ、高出力レーザダイオード、高出力発
光ダイオードなどの高出力光源からの光を導き、エバネ
ツセント浸出部分10に照射してこの部分10を加熱す
るためのもので、高出力が導波できるように、コア径が
100〜200μm程度の大口径光フアイバが主に用い
られ、フアイバ端面がエバネツセント浸出部分10に向
くように配置されている。
次に、このような構成の湿度センサ1の使用方法につい
て説明する。
て説明する。
入力用シングルモード光フアイバ3には、図示しない半
導体レーザ党の光源からのレーザ光等が導びかれるが、
この光には、水酸基の吸収波長であ1.39μmや0.
85μmの波長のものを用いれば検出感度の点で好まし
い。一方、出力用シングルモード光フアイバ4は図示し
ないアバランシエホトダイオード、ホトダイオード等の
光検出器に接続される。
導体レーザ党の光源からのレーザ光等が導びかれるが、
この光には、水酸基の吸収波長であ1.39μmや0.
85μmの波長のものを用いれば検出感度の点で好まし
い。一方、出力用シングルモード光フアイバ4は図示し
ないアバランシエホトダイオード、ホトダイオード等の
光検出器に接続される。
そして、被測定気体をセンサ部2のエバネツセント浸出
部分10に流してやれば、被測定気体中の水分が浸出部
分10のクラツド8に吸着され、水酸基が増加する。す
ると、浸出部分10が通過するエバネツセント光がこの
水酸基によつて吸着され、透過光量が変化し、これによ
つて湿度の変化を求めることができる。1回の測定が終
り、次の測定に移る際、エバネツセント光浸出部分10
に吸着されている水分を除去し、次の測定の際の水分の
吸着平衡を速やかに達成するため、加熱用光フアイバ5
によつて高出力を浸出部分10に照射し、この部分を短
時間加熱する。照射時間は照射光の強度に応じて0.2
〜40秒の範囲で決められ、浸出部分10の温度が40
0℃を越えないようにする必要がある。このセンサ1で
は、このようにエバネツセント光浸出部分10の加熱が
必要となるので、測定間隔は、通常2秒前後となるが、
加熱用の照射光強度を高めてさらに短縮することもでき
る。
部分10に流してやれば、被測定気体中の水分が浸出部
分10のクラツド8に吸着され、水酸基が増加する。す
ると、浸出部分10が通過するエバネツセント光がこの
水酸基によつて吸着され、透過光量が変化し、これによ
つて湿度の変化を求めることができる。1回の測定が終
り、次の測定に移る際、エバネツセント光浸出部分10
に吸着されている水分を除去し、次の測定の際の水分の
吸着平衡を速やかに達成するため、加熱用光フアイバ5
によつて高出力を浸出部分10に照射し、この部分を短
時間加熱する。照射時間は照射光の強度に応じて0.2
〜40秒の範囲で決められ、浸出部分10の温度が40
0℃を越えないようにする必要がある。このセンサ1で
は、このようにエバネツセント光浸出部分10の加熱が
必要となるので、測定間隔は、通常2秒前後となるが、
加熱用の照射光強度を高めてさらに短縮することもでき
る。
このような構造の湿度センサ1にあつては、電気を全く
利用しない全光学式であるので、爆発性雰囲気中におい
ても安全に使用することが可能である。また、加熱用光
フアイバ5を用いて、水酸基の脱着を強制的行うように
しているので、再測定までの時間を短縮することがで
き、迅速測定が可能である。さらに、エバネツセント光
浸出部分10のクラツド8の厚さを変化させれば、エバ
ネツセント光の浸出量が変化し、これによつてセンサ1
の測定レンジを広い範囲で任意に設定することができ
る。
利用しない全光学式であるので、爆発性雰囲気中におい
ても安全に使用することが可能である。また、加熱用光
フアイバ5を用いて、水酸基の脱着を強制的行うように
しているので、再測定までの時間を短縮することがで
き、迅速測定が可能である。さらに、エバネツセント光
浸出部分10のクラツド8の厚さを変化させれば、エバ
ネツセント光の浸出量が変化し、これによつてセンサ1
の測定レンジを広い範囲で任意に設定することができ
る。
厚さ0.7mm,横5mm,縦5mmのシリコンチツプを基板
とし、第2図における各部の寸法が次の通りであるセン
サ部を作成した。
とし、第2図における各部の寸法が次の通りであるセン
サ部を作成した。
A=1.0mm B=200μm C=5μm(エバネツセント光浸出部分の深さ) D=60μm コア径=5μm コア;GeドープSiO2 クラツド;SiO2 Δ=0.3% このセンサ部に入出力光用フアイバとしてコア径6μ
m,フアイバ径125μmのシングルモード光フアイバ
を接続した。また、加熱用フアイバとしてコア径200
μm,フアイバ径250μm,Δ=1.5%のグレイデ
イツドインデツクス型光フアイバを使用し、出力500
mWの高出力レーザダイオードに接続した。入力光用光
フアイバは波長0.95μmのGaAs半導体レーザに接続
し、出力光用光フアイバはアバランシエホトダイオード
光検出器に接続した。
m,フアイバ径125μmのシングルモード光フアイバ
を接続した。また、加熱用フアイバとしてコア径200
μm,フアイバ径250μm,Δ=1.5%のグレイデ
イツドインデツクス型光フアイバを使用し、出力500
mWの高出力レーザダイオードに接続した。入力光用光
フアイバは波長0.95μmのGaAs半導体レーザに接続
し、出力光用光フアイバはアバランシエホトダイオード
光検出器に接続した。
湿度の測定は、2秒毎に加熱を繰り返すことにより、連
続的に行え、迅速測定が可能であることが実証された。
このセンサの湿度と光吸収増加量の関係を第5図のグラ
フに示す。このグラフから、湿度と吸収増加量との間に
は直線関係が認められ、湿度センサとして十分実用でき
ることがわかる。
続的に行え、迅速測定が可能であることが実証された。
このセンサの湿度と光吸収増加量の関係を第5図のグラ
フに示す。このグラフから、湿度と吸収増加量との間に
は直線関係が認められ、湿度センサとして十分実用でき
ることがわかる。
以上説明したように、この発明の湿度センサは、シング
ルモード導波路の一部または全部のクラツドを薄肉と
し、エバネツセント波浸出部分を表面に露出してセンサ
部を形成し、これに入出力用シングルモード光フアイバ
を接続し、エバネツセント波浸出部分を加熱し、これに
吸着されている水酸基を除去する加熱手段を設けたもの
であるので、 イ エバネツセント波浸出部分に吸着した水分を急速に
脱着でき、迅速測定が可能であり、 ロ エバネツセント波浸出部分の露出度合を変えること
により、測定レンジを広範囲に設定することができ、 ハ 加熱手段として加熱用光フアイバを用いた光照射を
行うものでは、システムを全光学式とすることができ、
安全性に優れ、例えば天然ガス中の水分等を測定する際
などに好適に使用しうるものとなる等の利点が得られ
る。
ルモード導波路の一部または全部のクラツドを薄肉と
し、エバネツセント波浸出部分を表面に露出してセンサ
部を形成し、これに入出力用シングルモード光フアイバ
を接続し、エバネツセント波浸出部分を加熱し、これに
吸着されている水酸基を除去する加熱手段を設けたもの
であるので、 イ エバネツセント波浸出部分に吸着した水分を急速に
脱着でき、迅速測定が可能であり、 ロ エバネツセント波浸出部分の露出度合を変えること
により、測定レンジを広範囲に設定することができ、 ハ 加熱手段として加熱用光フアイバを用いた光照射を
行うものでは、システムを全光学式とすることができ、
安全性に優れ、例えば天然ガス中の水分等を測定する際
などに好適に使用しうるものとなる等の利点が得られ
る。
第1図はこの発明の湿度センサの一例を示す斜視図、第
2図はこの発明におけるセンサ部の一例を示す概略断面
図、第3図および第4図はいずれもセンサ部の他の例を
示す概略断面図、第5図は実施例で得られた湿度センサ
の湿度と吸収増加量との関係を示すグラフである。 1……湿度センサ、2……センサ部、3……入力用シン
グルモード光フアイバ、4……出力用シングルモード光
フアイバ、5……加熱用光フアイバ、7……コア、9…
…シングルモード導波路、10……エバネツセント波浸
出部分。
2図はこの発明におけるセンサ部の一例を示す概略断面
図、第3図および第4図はいずれもセンサ部の他の例を
示す概略断面図、第5図は実施例で得られた湿度センサ
の湿度と吸収増加量との関係を示すグラフである。 1……湿度センサ、2……センサ部、3……入力用シン
グルモード光フアイバ、4……出力用シングルモード光
フアイバ、5……加熱用光フアイバ、7……コア、9…
…シングルモード導波路、10……エバネツセント波浸
出部分。
Claims (2)
- 【請求項1】細径のコアおよびクラッドからなるシング
ルモード導波路の一部もしくは全部のクラッドを薄肉と
し、エバネツセント波浸出部分を表面に露出してセンサ
部を形成し、上記コアに入出力用シングルモード光ファ
イバを接続し、上記エバネツセント波浸出部分を加熱
し、これに吸着されている水酸基を除去する加熱手段を
設けたことを特徴とする湿度センサ。 - 【請求項2】上記加熱手段が、加熱用光源とこれからの
加熱光を導波する光ファイバとからなることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の湿度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19144385A JPH0638067B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19144385A JPH0638067B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 湿度センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6250643A JPS6250643A (ja) | 1987-03-05 |
JPH0638067B2 true JPH0638067B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=16274706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19144385A Expired - Lifetime JPH0638067B2 (ja) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | 湿度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0638067B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8916764D0 (en) * | 1989-07-21 | 1989-09-06 | Sambles John R | Surface plasmon optical sensor |
US5097129A (en) * | 1990-12-06 | 1992-03-17 | International Business Machines Corporation | Surface contamination detection using infrared-transparent fibers or attenuated total reflection crystals |
JP3999717B2 (ja) * | 2003-09-02 | 2007-10-31 | 日本電信電話株式会社 | 光導波路型センサ |
JP2006125860A (ja) * | 2004-10-26 | 2006-05-18 | Fujikura Ltd | 表面プラズモンセンサ及び表面プラズモン測定装置 |
JP2006329680A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光センサヘッド |
JP5648892B2 (ja) * | 2009-09-15 | 2015-01-07 | 三菱電線工業株式会社 | 光ファイバ水素センサ及びそれを備えた光ファイバ水素センサシステム |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50151586A (ja) * | 1974-05-28 | 1975-12-05 | ||
JPS59182401A (ja) * | 1983-04-01 | 1984-10-17 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 液体検知用光フアイバ |
-
1985
- 1985-08-30 JP JP19144385A patent/JPH0638067B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6250643A (ja) | 1987-03-05 |
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