JPH07181087A - Optical waveguide temperature sensor - Google Patents
Optical waveguide temperature sensorInfo
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- JPH07181087A JPH07181087A JP2411026A JP41102690A JPH07181087A JP H07181087 A JPH07181087 A JP H07181087A JP 2411026 A JP2411026 A JP 2411026A JP 41102690 A JP41102690 A JP 41102690A JP H07181087 A JPH07181087 A JP H07181087A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を利用した温
度センサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature sensor using an optical waveguide.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のこの種の技術としては、図９に示
す導波路形温度センサが知られている（“Integrated o
ptical temperature sensor ”,Appl.Phys.Lett.,41,1
5,pp134-136(1982)）。同図に示すように光導波路１０
２に入力したコヒーレント入力光１０１は光導波路１０
２中において、四つに分岐され、おのおのマッハツェン
ダ形導波路Ａ，Ｂ，Ｃ及びモニタ用導波路ＲＥＦを進行
する。ここで、導波路１０２において、マッハツェンダ
形導波路Ａの光路長差をΔＬA とした場合、マッハツェ
ンダ形導波路Ｂの光路長差がΔＬA ＋λ/4Ｎeff 、 マッ
ハツェンダ形導波路Ｃの光路長差がΔＬA /5となるよう
に設計されている。2. Description of the Related Art As a conventional technique of this kind, a waveguide temperature sensor shown in FIG. 9 is known ("Integrated o
ptical temperature sensor ”, Appl.Phys.Lett., 41,1
5, pp134-136 (1982)). As shown in FIG.
The coherent input light 101 input to the optical waveguide 2 is the optical waveguide 10
In FIG. 2, the light is branched into four and travels through the Mach-Zehnder type waveguides A, B, and C and the monitor waveguide REF. Here, in the waveguide 102, when the optical path length difference of the Mach-Zehnder type waveguide A is ΔL A , the optical path length difference of the Mach-Zehnder type waveguide B is ΔL A + λ / 4N eff , and the optical path length difference of the Mach-Zehnder type waveguide C is Is designed to be ΔL A / 5.
【０００３】この時、マッハツェンダ形導波路Ａ，Ｂ，
Ｃの出力光強度及び比例定数ｂは次式で表される。At this time, Mach-Zehnder type waveguides A, B,
The output light intensity of C and the proportional constant b are expressed by the following equations.
【数１】 ここで、λは波長、Ｔは温度、Ｎeff は導波路のコアの
実効屈折率、Ｐin1 、Ｐin2 、Ｐin3 はそれぞれ、マッ
ハツェンダ形導波路Ａ，Ｂ，Ｃの入力光強度、Δφ0 、
Δφ1 は定数である。図１０にマッハツェンダ形導波路
Ａ，Ｂ，Ｃの出力強度の温度依存性を示す。ここで、温
度変化に対する光強度の変化すなわちグラフの傾きがセ
ンサの感度を表す。また、光導波路の出力光強度は温度
に対して周期的に変化するが、１周期の中では温度と光
強度は１対１に対応しているため光強度から直ちに温度
を求めることができる。これをセンサのダイナミックレ
ンジという。マッハツェンダ形導波路Ａ，Ｂの出力は互
いに９０度の位相差を持っているため、マッハツェンダ
形導波路Ａの感度が最低になるところで、マッハツェン
ダ形導波路Ｂの感度が最高になっている。このように２
つのマッハツェンダ干渉計を用いることにより、感度の
低下する部分を互いに補償している。一方、マッハツェ
ンダ形導波路Ｃはマッハツェンダ形導波路Ａに比べて温
度に対する光強度の変化の周期が５倍遅くなっているた
め、マッハツェンダ形導波路Ｃの光出力を用いることに
よりマッハツェンダ形導波路Ａの光出力を用いた場合に
比べて、ダイナミックレンジも５倍になっている。さら
に、モニタ用導波路ＲＥＦの光強度をモニタして、入力
光強度の変化を監視し、強度変化を補正している。[Equation 1] Where λ is the wavelength, T is the temperature, N eff is the effective refractive index of the waveguide core, P in1 , P in2 , and P in3 are the input light intensities of the Mach-Zehnder waveguides A, B, and C, and Δφ 0 ,
Δφ 1 is a constant. FIG. 10 shows the temperature dependence of the output intensity of the Mach-Zehnder waveguides A, B, and C. Here, the change of the light intensity with respect to the temperature change, that is, the slope of the graph indicates the sensitivity of the sensor. Further, the output light intensity of the optical waveguide periodically changes with respect to temperature, but since the temperature and the light intensity have a one-to-one correspondence in one cycle, the temperature can be immediately obtained from the light intensity. This is called the dynamic range of the sensor. Since the outputs of the Mach-Zehnder waveguides A and B have a phase difference of 90 degrees with each other, the sensitivity of the Mach-Zehnder waveguide B is the highest when the sensitivity of the Mach-Zehnder waveguide A is the lowest. 2 like this
By using two Mach-Zehnder interferometers, the areas where the sensitivity drops are compensated for each other. On the other hand, in the Mach-Zehnder type waveguide C, the period of the change of the light intensity with respect to temperature is 5 times slower than that of the Mach-Zehnder type waveguide A. Therefore, by using the optical output of the Mach-Zehnder type waveguide C, the Mach-Zehnder type waveguide A The dynamic range is five times as large as that in the case of using the optical output of. Further, the light intensity of the monitoring waveguide REF is monitored to monitor the change of the input light intensity, and the change of the intensity is corrected.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来の光導波路温度セ
ンサでは、上述したように３つのマッハツェンダ形導波
路Ａ，Ｂ，Ｃを用いることにより、高感度を保ちなが
ら、ダイナミックレンジを拡大することができる。In the conventional optical waveguide temperature sensor, the dynamic range can be expanded while maintaining high sensitivity by using the three Mach-Zehnder type waveguides A, B and C as described above. it can.
【０００５】しかしながら、従来では、高感度でしかも
ダイナミックレンジの広いものを構成するために、構造
が複雑で、作成が難しいセンシング光導波路を用いる必
要があるという問題点があった。However, conventionally, there has been a problem that it is necessary to use a sensing optical waveguide which has a complicated structure and is difficult to manufacture in order to form a highly sensitive and wide dynamic range.
【０００６】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、作成が簡単で、構造の簡単な光導波路を用
いて光導波路温度センサを提供することを目的とするも
のである。The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide temperature sensor using an optical waveguide which is easy to manufacture and has a simple structure.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は温度に応じて導波する光のモード分布が変
化するセンシング用光導波路と、センシング用光導波路
中に複数のモードを励振することができるコヒ−レント
光源と、コヒ−レント光源からの出力光をセンシング用
光導波路に結合する第一の光結合手段と、予め学習した
センシング用光導波路の温度によって異なる光のモード
分布と温度との関係に基づいてセンシング用光導波路か
ら出力した光のモード分布を温度変化に変換する温度変
換手段と、温度変換手段にセンシング用光導波路からの
出力光を結合する第二の光結合手段とを有することを特
徴とする。The structure of the present invention which achieves such an object has a sensing optical waveguide in which the mode distribution of light guided according to temperature changes, and a plurality of modes in the sensing optical waveguide. A coherent light source that can be excited, a first optical coupling means that couples the output light from the coherent light source to the sensing optical waveguide, and a mode distribution of light that varies depending on the temperature of the sensing optical waveguide that has been learned in advance. Temperature conversion means for converting the mode distribution of light output from the sensing optical waveguide into a temperature change based on the relationship between temperature and temperature, and second optical coupling for coupling the output light from the sensing optical waveguide to the temperature conversion means. And means.
【０００８】ここで、第一の光結合手段として光ファイ
バ、第二の光結合手段としてバンドルファイバをそれぞ
れ使用することができる。Here, an optical fiber can be used as the first optical coupling means, and a bundle fiber can be used as the second optical coupling means.
【０００９】また、第一及び第二の光結合手段として、
コヒーレント光源からの出力光をセンシング用光導波路
に結合することができ、且つ、センシング用光導波路か
らの出力光をコヒーレント光源からの出力光と分離して
温度変換手段に結合できる光方向性結合器或いはコヒー
レント光源からの出力光をセンシング用光導波路に結合
することができ、且つ、センシング用光導波路からの出
力光を温度変換手段に結合することができる光サーキュ
レータを使用し、センシング用光導波路の一方の端面で
導波光を反射する反射手段を設けるようにしても良い。As the first and second optical coupling means,
An optical directional coupler capable of coupling the output light from the coherent light source to the sensing optical waveguide, and separating the output light from the sensing optical waveguide from the output light from the coherent light source to couple the temperature converting means. Alternatively, using an optical circulator capable of coupling the output light from the coherent light source to the sensing optical waveguide, and coupling the output light from the sensing optical waveguide to the temperature converting means, A reflecting means for reflecting the guided light may be provided on one end face.
【００１０】特に、温度変換手段は、光信号を電気信号
に変換する光検出アレイと、検出アレイを入力部とし
て、電気信号により処理するニューラルネットワークと
から構成されることが望ましい。In particular, it is desirable that the temperature conversion means is composed of a photodetection array for converting an optical signal into an electric signal and a neural network for processing the electric signal with the detection array as an input section.
【００１１】このように本発明は、複数のモードが伝搬
可能なセンシング用光導波路を用い、その光導波路中に
スペックルパターンが生ずるようにコヒーレント光を入
力し、光導波路の出力光を光検出器アレイで受光し、ニ
ューラルネットワーク等の温度変換手段に入力し、かか
るニューラルネットワーク等の処理により温度を求め
る。光導波路は複数のモードが伝搬する通常の光導波路
であり、光分岐部を持たず非常に簡単な構造にすること
が可能である。As described above, the present invention uses the sensing optical waveguide capable of propagating a plurality of modes, inputs coherent light so that a speckle pattern is generated in the optical waveguide, and optically detects the output light of the optical waveguide. The light is received by the detector array and input to temperature conversion means such as a neural network, and the temperature is obtained by the processing of the neural network. The optical waveguide is an ordinary optical waveguide that propagates a plurality of modes, and can have a very simple structure without an optical branching portion.
【００１２】[0012]
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す。本実施
例は、ニューラルネットワークを使用するものである。
即ち、本実施例の光導波路温度センサは、コヒーレント
光源１と、コヒーレント光源１からの出力光をセンシン
グ用光導波路３に結合するためのレンズ２と、温度の変
化によりその長さあるいは屈折率が変化し、かつ複数の
モードを同時に伝搬することが可能であるセンシング用
光導波路３と、レンズ４と、光検出器アレイ５と、電気
信号で処理するニューラルネットワーク６とから構成さ
れる。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The present embodiment uses a neural network.
That is, the optical waveguide temperature sensor of this embodiment has a coherent light source 1, a lens 2 for coupling the output light from the coherent light source 1 to the optical waveguide 3 for sensing, and its length or refractive index depending on the temperature change. It is composed of a sensing optical waveguide 3 capable of changing and propagating a plurality of modes at the same time, a lens 4, a photodetector array 5, and a neural network 6 processing with an electric signal.
【００１３】コヒーレント光源１より出射された光はレ
ンズ２を通ってセンシング用光導波路３に入力される。
センシング用光導波路３には複数のモードが励振され、
導波路中を伝搬していく。この時、センシング用光導波
路３の温度が変化すると、導波路の屈折率あるいは長さ
が変化し、これに伴ってセンシング用光導波路３から出
射する光のニアフィールドパターンが変化する。The light emitted from the coherent light source 1 passes through the lens 2 and is input to the sensing optical waveguide 3.
A plurality of modes are excited in the sensing optical waveguide 3,
Propagate in the waveguide. At this time, if the temperature of the sensing optical waveguide 3 changes, the refractive index or the length of the waveguide also changes, and the near-field pattern of the light emitted from the sensing optical waveguide 3 changes accordingly.
【００１４】図２〜図４はセンシング用光導波路３の出
力強度と温度との関係についての計算結果を示す。同図
に示すように、センシング用光導波路３の出力強度分布
（ニアフィールドパターン）は温度により変化すること
がわかる。これは、温度により、光導波路の屈折率、長
さが変化して多モードが伝搬し、導波路を伝搬する各モ
ードが出力端において異なる位相変化を受けるためであ
る。なお、図２〜図４では導波路中に各モードが均一に
励振されるものとして、温度変化に対する出力強度分布
を解析的に求めたが、実際には、センシング用光導波路
３に入射する光の角度やビーム径により励振されるモー
ドの強度は異なり、それらを解析的に求めることは難し
い。しかし、この場合にも温度変化に対する出射パター
ンの変化はやはり存在する。従って、学習機能を有する
ニューラルネットワーク６に図２〜図４に示すような温
度と出力強度分布の関係を予め学習させれば、出力強度
分布から温度を検知することが可能となる。2 to 4 show the calculation results of the relationship between the output intensity of the sensing optical waveguide 3 and the temperature. As shown in the figure, it can be seen that the output intensity distribution (near field pattern) of the sensing optical waveguide 3 changes with temperature. This is because the refractive index and the length of the optical waveguide change depending on the temperature, multimodes propagate, and each mode propagating in the waveguide undergoes different phase changes at the output end. In FIGS. 2 to 4, the output intensity distribution with respect to the temperature change is analytically obtained assuming that each mode is uniformly excited in the waveguide. However, in reality, the light incident on the sensing optical waveguide 3 is detected. The intensity of the excited modes differs depending on the angle of the beam and the beam diameter, and it is difficult to obtain them analytically. However, also in this case, the change of the emission pattern with respect to the temperature change still exists. Therefore, if the neural network 6 having a learning function is made to previously learn the relationship between the temperature and the output intensity distribution as shown in FIGS. 2 to 4, it becomes possible to detect the temperature from the output intensity distribution.
【００１５】但し、図２〜図４において、センシング用
光導波路３の材料は石英ガラスであり、長さ１０cm、コ
ア幅５１μm 、厚さ７μm 、Δ＝0.２％とし、０〜３０
次までの偶数次モードが均一に励振されるものとした。
また、ガラスの屈折率、および長さの温度に対する変化
率はそれぞれ、１０-5／℃、１０-7／℃であり、屈折率
の寄与が大きい。そこで、屈折率の変化を等価的に長さ
の変化と考えて解析した。However, in FIGS. 2 to 4, the material of the sensing optical waveguide 3 is quartz glass, and the length is 10 cm, the core width is 51 μm, the thickness is 7 μm, and Δ = 0.2%.
It is assumed that even-order modes up to the next are uniformly excited.
Further, the refractive index of glass and the rate of change of length with respect to temperature are 10 −5 / ° C. and 10 −7 / ° C., respectively, and the contribution of the refractive index is large. Therefore, the change in the refractive index is equivalently considered to be the change in the length and analyzed.
【００１６】センシング用光導波路３からの出力光はレ
ンズ４により光検出器アレイ５に結合される。光検出器
アレイ５は、光信号を電気信号に変換し、これをニュー
ラルネットワーク６に入力する。ニューラルネットワー
ク６は電気信号により処理するものであり、予め学習に
よって設定されている内部パラメータに従って、光導波
路の出力強度分布から温度を識別する。ニューラルネッ
トワーク６は、よく知られているように、内部パラメー
タを適切に設定することにより、ニューラルネットワー
ク６への入力信号とニューラルネットワークからの出力
信号との関係を自由に設定することができる。また、ニ
ューラルネットワーク６は連想や認識のような機能に見
られるように、入力信号のわずかな変化に対して出力信
号を変化しないようにすることも可能であり、逆に入力
信号に対して敏感に出力信号を変化させることもでき
る。Output light from the sensing optical waveguide 3 is coupled to the photodetector array 5 by the lens 4. The photodetector array 5 converts an optical signal into an electric signal and inputs this into the neural network 6. The neural network 6 processes with an electric signal, and discriminates the temperature from the output intensity distribution of the optical waveguide according to the internal parameter set by learning in advance. As is well known, the neural network 6 can freely set the relationship between the input signal to the neural network 6 and the output signal from the neural network by appropriately setting the internal parameters. Further, the neural network 6 can prevent the output signal from changing in response to a slight change in the input signal as seen in the functions such as association and recognition, and conversely, it is sensitive to the input signal. It is also possible to change the output signal.
【００１７】さらに、学習機能に見られるように、いく
つかの入出力信号の組合せをニューラルネットワーク６
に例示することにより、自動的に内部パラメータを変化
させて、所望の入出力関係を有するようにすることもで
きる。従って、導波路形状に歪や欠陥が存在し、出射光
パターンが計算通りにならなくとも温度と出射パターン
の関係を学習させれば、光検出器の強度分布から測定対
象の温度の変化を求めることができる。Further, as seen in the learning function, a combination of several input / output signals is used in the neural network 6.
By exemplifying, the internal parameter can be automatically changed to have a desired input / output relationship. Therefore, if there is a distortion or defect in the waveguide shape and the output light pattern does not follow the calculation, if the relationship between the temperature and the output pattern is learned, the change in the temperature of the measurement target can be obtained from the intensity distribution of the photodetector. be able to.
【００１８】ここで、温度に対して複雑に変化する光導
波路からの出力強度分布を、ニューラルネットワーク６
に予め学習させる方法としては、特に制限はないが、例
えば次のように行うこともできる。先ず、正確な温度を
センシング用光導波路３に与えて、ニューラルネットワ
ーク６のしかるべきニューロンが発火するように学習さ
せ、その後に、実際に測定を行い、この時、ニューロン
の発火の状態、例えば、どこのニューロンが一番大きく
発火しているかによって温度を求める方法や、先ず、正
確な温度をセンシング用光導波路３に与えて、温度に対
応した出力値を出力するように、例えば、温度１０度の
時に出力値１０を、温度２０度の時に出力値２０を出力
するように学習を行わせ、その後に実際に測定し、出力
値から温度を読み取る方法等が考えられる。Here, the output intensity distribution from the optical waveguide that changes intricately with temperature is calculated by the neural network 6.
There is no particular limitation on the method of learning in advance, but the following method can be used, for example. First, an accurate temperature is given to the sensing optical waveguide 3 so that the neural network 6 learns to fire an appropriate neuron, and then an actual measurement is performed. At this time, the firing state of the neuron, for example, A method of obtaining the temperature depending on which neuron fires the most, or first, an accurate temperature is given to the sensing optical waveguide 3 to output an output value corresponding to the temperature, for example, a temperature of 10 degrees. A method may be considered in which learning is performed so that the output value 10 is output at the time of, and the output value 20 is output at the temperature of 20 degrees, and then the temperature is actually measured and the temperature is read from the output value.
【００１９】このように本実施例では、高精度なセンシ
ング用光導波路３が要求されず、光導波路の出力光を直
接ニューラルネックワーク６で処理できる利点がある。
従来この種の多モードファイバ中の干渉を利用したセン
サの場合、基本モード（ＬＰ０１モード）と１次モード
（ＬＰ０２モード）のみの干渉を使うので、使用する光
源の波長を制限したり、光ファイバの出力に光学的なマ
スクを使用する必要があったが、本発明では、その必要
がなくなった。従って、本発明では、簡単で作成しやす
い多モード光導波路を用いて高精度でダイナミックレン
ジの広い温度センサを構成することができる。As described above, this embodiment has an advantage that the output light of the optical waveguide can be directly processed by the neural neck work 6 without requiring the highly accurate optical waveguide 3 for sensing.
Conventionally, in the case of this type of sensor that utilizes interference in a multimode fiber, only the fundamental mode (LP01 mode) and the primary mode (LP02 mode) are used, so that the wavelength of the light source to be used is limited or the optical fiber is used. It was necessary to use an optical mask for the output of the above, but in the present invention, it is not necessary. Therefore, according to the present invention, a highly accurate temperature sensor having a wide dynamic range can be configured by using a multimode optical waveguide that is simple and easy to manufacture.
【００２０】図５は本発明の第２の実施例を示す。本実
施例では、光ファイバ７、レンズ８をレンズ２、センシ
ング用光導波路３の間に介設したものであり、その基本
的な動作は第１の実施例とまったく同じである。即ち、
コヒーレント光源１の出力光は、レンズ２、光ファイバ
７、レンズ８、を通った後、センシング光導波路３に入
力する。センシング用光導波路３では、温度変化により
出力強度分布が変化する。センシング用光導波路３の出
力光はレンズ４により光検出器アレイ５に結合される。
光検出器アレイ５では、光信号を電気信号に変換してニ
ューラルネットワーク６に入力する。ニューラルネット
ワーク６では、光検出器アレイ５の出力強度分布から温
度を求める。前記第１の実施例では、光源とセンシング
部とが近接しているため、光源がセンシング部における
温度変化の影響を受けるおそれがある。これに対して、
本実施例では、光ファイバ７によって光源部とセンサ部
を分離しているため、光源が温度変化の影響をうけるお
それがなく、より安定なセンシングを行うことを可能と
している。FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the optical fiber 7 and the lens 8 are provided between the lens 2 and the sensing optical waveguide 3, and the basic operation thereof is exactly the same as that of the first embodiment. That is,
The output light of the coherent light source 1 passes through the lens 2, the optical fiber 7, and the lens 8 and then enters the sensing optical waveguide 3. In the sensing optical waveguide 3, the output intensity distribution changes due to the temperature change. The output light of the sensing optical waveguide 3 is coupled to the photodetector array 5 by the lens 4.
The photodetector array 5 converts an optical signal into an electric signal and inputs it to the neural network 6. The neural network 6 determines the temperature from the output intensity distribution of the photodetector array 5. In the first embodiment, since the light source and the sensing unit are close to each other, the light source may be affected by the temperature change in the sensing unit. On the contrary,
In this embodiment, since the light source section and the sensor section are separated by the optical fiber 7, there is no risk of the light source being affected by temperature changes, and more stable sensing is possible.
【００２１】図６は本発明の第３の実施例を示す。本実
施例では、センシング用光導波路３とニューラルネット
ワーク６との間に方向性結合器９を介設し、センシング
用光導波路３の一方の端面に反射膜１０を形成したもの
である。即ち、コヒーレント光源１の出力光はレンズ
２、光方向性結合器９、レンズ４を通った後、センシン
グ用光導波路３に入力される。センシング用光導波路３
に入力された光は、そのまま伝搬し、出射端に装着され
た反射膜１０によって反射され、逆方向に伝搬する。セ
ンシング用光導波路３からの出力光はレンズ４、光方向
性結合器９を通り、光検出器アレイ５に導かれる。光検
出器アレイ５で光−電気変換された信号はニューラルネ
ットワーク６に入力する。ニューラルネットワーク６で
は、光検出器アレイ５の強度分布に基づき温度を求め
る。本実施例では、測定のための信号光は光導波路を往
復するため、前記第１、第２の実施例の構成に比べて位
相の変化量が２倍になる。このため感度を前記実施例の
２倍にすることができる。FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a directional coupler 9 is provided between the sensing optical waveguide 3 and the neural network 6, and a reflecting film 10 is formed on one end face of the sensing optical waveguide 3. That is, the output light of the coherent light source 1 is input to the sensing optical waveguide 3 after passing through the lens 2, the optical directional coupler 9 and the lens 4. Optical waveguide for sensing 3
The light input to the light propagates as it is, is reflected by the reflection film 10 attached to the emission end, and propagates in the opposite direction. The output light from the sensing optical waveguide 3 passes through the lens 4 and the optical directional coupler 9 and is guided to the photodetector array 5. The signals photoelectrically converted by the photodetector array 5 are input to the neural network 6. The neural network 6 obtains the temperature based on the intensity distribution of the photodetector array 5. In this embodiment, since the signal light for measurement travels back and forth through the optical waveguide, the amount of change in phase is doubled as compared with the configurations of the first and second embodiments. Therefore, the sensitivity can be doubled as compared with the above embodiment.
【００２２】図７は本実施例の第４の実施例を示す。本
実施例では、光サーキュレータ１１を使用するものであ
る。ここで、光サーキュレータ１１は四つのポート１１
−１，１１−２，１１−３，１１−４を有し、ポート１
１−１に入力した光はポート１１−２に出力され、ポー
ト１１−２に入力した光はポート１１−３に出力される
ものとする。従って、コヒーレント光源１の出力光は、
レンズ２、光サーキュレータのポート１１−１、１１−
２、レンズ４を通過後、光センシング用光導波路３に入
力する。センシング用光導波路３に入力した光は、その
まま伝搬し、出射端に装着された反射膜１０によって反
射され、逆方向に伝搬する。センシング用光導波路３か
らの出力光はレンズ４、光サーキュレータのポート１１
−２、１１−３を通った後、光検出器アレイ５に導かれ
る。光検出器アレイ５で光−電気変換された信号はニュ
ーラルネットワーク６に入力する。ニューラルネットワ
ーク６では、光検出器アレイ５の強度分布に基づき温度
を求める。本実施例では、測定のための信号光はセンシ
ング用光導波路３を往復するため、前記第１、第２の実
施例の構成に比べて位相の変化量が２倍になる。このた
め感度を前記実施例の２倍にすることができる。FIG. 7 shows a fourth embodiment of this embodiment. In this embodiment, the optical circulator 11 is used. Here, the optical circulator 11 has four ports 11
-1, 11-2, 11-3, 11-4, and port 1
It is assumed that the light input to 1-1 is output to the port 11-2, and the light input to the port 11-2 is output to the port 11-3. Therefore, the output light of the coherent light source 1 is
Lens 2, optical circulator ports 11-1, 11-
2. After passing through the lens 4, the light is input to the optical waveguide 3 for optical sensing. The light input to the sensing optical waveguide 3 propagates as it is, is reflected by the reflection film 10 attached to the emission end, and propagates in the opposite direction. The output light from the sensing optical waveguide 3 is the lens 4 and the port 11 of the optical circulator.
After passing through -2 and 11-3, it is guided to the photodetector array 5. The signals photoelectrically converted by the photodetector array 5 are input to the neural network 6. The neural network 6 obtains the temperature based on the intensity distribution of the photodetector array 5. In this embodiment, since the signal light for measurement travels back and forth through the sensing optical waveguide 3, the amount of change in phase is doubled as compared with the configurations of the first and second embodiments. Therefore, the sensitivity can be doubled as compared with the above embodiment.
【００２３】図８は本発明の第５の実施例を示す。本実
施例は、センシング用光導波路３の出力端を光検出アレ
イ５に対応させるバンドルファイバ１２を使用するもの
である。従って、コヒーレント光源１の出力光は、レン
ズ２、光ファイバ７、レンズ８、を通った後、センシン
グ用光導波路３に入力する。センシング用光導波路３で
は、温度変化により出力強度分布が変化する。センシン
グ用光導波路３の出力光はバンドルファイバ１２を通過
した後、レンズ４により光検出器アレイ５に結合され
る。光検出器アレイ５では、光信号を電気信号に変換し
てニューラルネットワーク６に入力する。ニューラルネ
ットワーク６では、光検出器アレイ５の出力強度分布か
ら温度を求める。本実施例では光ファイバ７およびバン
ドルファイバ１２を用いることにより、温度センシング
部と光源部、信号処理部を分離することが可能である。
このため、温度センシング部を完全に独立させ、温度の
リモートセンシングを行うことが可能となる。FIG. 8 shows a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a bundle fiber 12 is used in which the output end of the sensing optical waveguide 3 corresponds to the photodetection array 5. Therefore, the output light of the coherent light source 1 passes through the lens 2, the optical fiber 7, and the lens 8 and then enters the sensing optical waveguide 3. In the sensing optical waveguide 3, the output intensity distribution changes due to the temperature change. The output light of the sensing optical waveguide 3 passes through the bundle fiber 12 and then is coupled to the photodetector array 5 by the lens 4. The photodetector array 5 converts an optical signal into an electric signal and inputs it to the neural network 6. The neural network 6 determines the temperature from the output intensity distribution of the photodetector array 5. In this embodiment, the temperature sensing unit, the light source unit, and the signal processing unit can be separated by using the optical fiber 7 and the bundle fiber 12.
Therefore, the temperature sensing unit can be completely independent to perform remote temperature sensing.
【００２４】[0024]
【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、本発明によれば、複数のモードが伝搬可能な
光導波路をセンシング部分として用い、温度による光導
波路の屈折率、長さの変化を用いて各伝搬モードの位相
差から生ずる出力強度分布の変化を光検出器アレイで受
光し、ニューラルネットワーク等に入力し、温度を測定
することができる。従来のセンサでは、分岐形単一モー
ド導波路を用いていたため、構造が複雑であったが、本
発明によれば、構造の簡単な光導波路を用いて温度セン
サを構成することができる。As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, an optical waveguide capable of propagating a plurality of modes is used as a sensing portion, and the refractive index and the length of the optical waveguide depending on temperature are increased. It is possible to measure the temperature by receiving the change in the output intensity distribution caused by the phase difference of each propagation mode by the photodetector array and inputting it to the neural network or the like by using the change in the height. In the conventional sensor, the structure is complicated because the branch type single mode waveguide is used. However, according to the present invention, the temperature sensor can be configured using the optical waveguide having a simple structure.
【図１】本発明の第一の実施例に係る光導波路温度セン
サの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an optical waveguide temperature sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】センシング用光導波路の出力強度変化と温度と
の関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a change in output intensity of a sensing optical waveguide and temperature.
【図３】センシング用光導波路の出力強度変化と温度と
の関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a change in output intensity of the sensing optical waveguide and temperature.
【図４】センシング用光導波路の出力強度変化と温度と
の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a change in output intensity of an optical waveguide for sensing and temperature.
【図５】本発明の第二の実施例に係る光導波路温度セン
サの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an optical waveguide temperature sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第三の実施例に係る光導波路温度セン
サの構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of an optical waveguide temperature sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第四の実施例に係る光導波路温度セン
サの構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of an optical waveguide temperature sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第五の実施例に係る光導波路温度セン
サの構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of an optical waveguide temperature sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図９】従来の光導波路型温度センサの構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional optical waveguide type temperature sensor.
【図１０】マッハツェンダ形導波路の光強度と温度との
関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a relationship between light intensity and temperature of a Mach-Zehnder waveguide.
１ コヒーレント光源 ２ レンズ ３ 光導波路 ４ レンズ ５ 光検出アレイ ６ ニューラルネットワーク ７ 光ファイバ ８ レンズ ９ 光方向性結合器 １０ 反射膜 １１ 光サーキュレータ １１−１ ポート １１−２ ポート １１−３ ポート １１−４ ポート １２ バンドルファイバ １０１ 入力光 １０２ 光導波路 １０３ 出力光 1 Coherent light source 2 Lens 3 Optical waveguide 4 Lens 5 Photodetection array 6 Neural network 7 Optical fiber 8 Lens 9 Optical directional coupler 10 Reflective film 11 Optical circulator 11-1 port 11-2 port 11-3 port 11-4 port 12 bundle fiber 101 input light 102 optical waveguide 103 output light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｇ０６Ｆ 7/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location G02B 6/12 G06F 7/60
Claims (6)
変化するセンシング用光導波路と、前記センシング用光
導波路中に複数のモードを励振することができるコヒ−
レント光源と、前記コヒ−レント光源からの出力光を前
記センシング用光導波路に結合する第一の光結合手段
と、予め学習した前記センシング用光導波路の温度によ
って異なる光のモード分布と温度との関係に基づいて前
記センシング用光導波路から出力した光のモード分布を
温度変化に変換する温度変換手段と、前記温度変換手段
に前記センシング用光導波路からの出力光を結合する第
二の光結合手段とを有することを特徴とする光導波路温
度センサ。1. A sensing optical waveguide in which a mode distribution of light guided according to temperature changes, and a coherent device capable of exciting a plurality of modes in the sensing optical waveguide.
A rent light source, a first optical coupling means for coupling the output light from the coherent light source to the sensing optical waveguide, and a mode distribution and temperature of light that differ depending on the temperature of the sensing optical waveguide learned in advance. Temperature conversion means for converting the mode distribution of light output from the sensing optical waveguide into a temperature change based on the relationship, and second optical coupling means for coupling the temperature conversion means with the output light from the sensing optical waveguide. An optical waveguide temperature sensor comprising:
バを使用することを特徴とする請求項１記載の光導波路
温度センサ。2. The optical waveguide temperature sensor according to claim 1, wherein an optical fiber is used as the first optical coupling means.
前記コヒーレント光源からの出力光を前記センシング用
光導波路に結合することができ、且つ、前記センシング
用光導波路からの出力光を前記コヒーレント光源からの
出力光と分離して前記温度変換手段に結合できる光方向
性結合器を使用し、前記センシング用光導波路の一方の
端面に導波光を反射膜を形成したことを特徴とする請求
項１記載の光導波路温度センサ。3. The first and second optical coupling means,
The output light from the coherent light source can be coupled to the sensing optical waveguide, and the output light from the sensing optical waveguide can be separated from the output light from the coherent light source and coupled to the temperature conversion means. 2. The optical waveguide temperature sensor according to claim 1, wherein an optical directional coupler is used, and a reflection film for the guided light is formed on one end face of the sensing optical waveguide.
前記コヒーレント光源からの出力光を前記センシング用
光導波路に結合することができ、且つ、前記センシング
用光導波路からの出力光を前記温度変換手段に結合する
ことができる光サーキュレータを使用し、前記センシン
グ用光導波路の一方の端面で導波光を反射する反射手段
を設けたことを特徴とする請求項１記載の光導波路温度
センサ。4. The first and second optical coupling means,
Using an optical circulator capable of coupling the output light from the coherent light source to the sensing optical waveguide and coupling the output light from the sensing optical waveguide to the temperature converting means, the sensing The optical waveguide temperature sensor according to claim 1, further comprising a reflecting means for reflecting the guided light on one end surface of the optical waveguide for use.
シング用光導波路の各位置における光強度を、これに対
応した前記温度変換手段に伝搬することができるバンド
ルファイバを使用したことを特徴とする請求項１記載の
光導波路温度センサ。5. A bundle fiber capable of propagating the light intensity at each position of the sensing optical waveguide to the corresponding temperature converting means is used as the second optical coupling means. The optical waveguide temperature sensor according to claim 1.
に変換する光検出アレイと、前記検出アレイを入力部と
して、電気信号により処理するニューラルネットワーク
とから構成されることを特徴とする請求項１記載の光導
波路温度センサ。6. The temperature conversion means comprises a photodetection array for converting an optical signal into an electric signal, and a neural network for processing the electric signal using the detection array as an input section. Item 2. The optical waveguide temperature sensor according to item 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2411026A JPH07181087A (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Optical waveguide temperature sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2411026A JPH07181087A (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Optical waveguide temperature sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181087A true JPH07181087A (en) | 1995-07-18 |
Family
ID=18520098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2411026A Withdrawn JPH07181087A (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Optical waveguide temperature sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07181087A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007170918A (en) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical waveguide device, temperature measuring instrument, and temperature measurement method |
| KR101025950B1 (en) * | 2009-05-14 | 2011-03-30 | 부산대학교 산학협력단 | Optical temperature sensors based on polymeric optical waveguides |
-
1990
- 1990-12-17 JP JP2411026A patent/JPH07181087A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007170918A (en) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical waveguide device, temperature measuring instrument, and temperature measurement method |
| KR101025950B1 (en) * | 2009-05-14 | 2011-03-30 | 부산대학교 산학협력단 | Optical temperature sensors based on polymeric optical waveguides |
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