JPS6135940Y2

JPS6135940Y2 -

Info

Publication number: JPS6135940Y2
Application number: JP1980104205U
Authority: JP
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1986-10-18
Also published as: JPS5728339U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は温度センサ、特に光を利用した高感度
な温度センサに関するものである。

近年、光フアイバや光半導体素子の高品質化が
進み、光フアイバ通信の実用化が急速に進展して
いるが、この進展に伴ない、高度な光通信技術を
例えば情報処理や光センサ等の新しい分野へ応用
するための研究開発が活発に進められている。

この新しい分野の光センサ、特に温度センサに
関してはすでに多くの方法が提案されている。た
とえば、バイメタルの上に２本の光フアイバを、
それらの端面を近接して設置したものや、光フア
イバ間にレンズ系を配置して、平行光ビームを温
度変化で変位が生じる光マスク手段によつてしや
断するもの等が挙げられる。しかしながら、提案
されている大部分の方法は何らかの機械的な変位
を利用しているために、信頼性や感度に関して、
必ずしも満足するものとは言えないのが現状であ
る。

したがつて、本考案の目的は、従来の欠点を除
去して、機械的な変位を利用することなく、高感
度で高い信頼度を有する光学的温度センサを提供
することにある。

本考案によれば、光の進行方向に沿つて順次設
けられた、偏光子と、平行な入出力端面を有し屈
折率に対する主軸の方向が前記入出力端面の垂直
方向と一致していない第一の複屈折性物質と、平
行な端面を有する第二の複屈折性物質と、反視手
段とを含み、前記光の進行方向に沿つて見た時、
前記偏光子の透過軸の方向と前記第一の複屈折性
物質の前記主軸に平行又は垂直な方向とが一致し
ないとともに、前記第一及び第二の複屈折性物質
の光学的な主軸方向も一致しないように配置した
ことを特徴とする複屈折性物質を用いた温度セン
サヘツドが得られる。

ところで、LiTaO₃結晶やKD₂PO₄結晶等のよう
な光学的に異方性を有する結晶に光を通過させた
場合、その伝播光に関係する主軸方向の屈折率を
それぞれｎ_x，ｎ_yとおけば、出力光の位相差は
（２π／λ）（ｎ_x−ｎ_y）で表わされる（ラジアン
表示）。ここでλは光の波長を示している。一般
に結晶の光学特性は温度に強く影響を受けること
が知られている。例えばLiTaO₃結晶では、電子
通信学会誌昭和48年４月号の第510頁〜517頁に掲
載された論文から判るように（同論文の表２参
照）、１cmの長さの結晶における１℃の温度変化
に対する位相差の変化は約πラジアンにも及ぶ
（但し、λ＝0.8μｍ）。この値は、LiTaO₃結晶を
振幅変調方式の光変調器を用いた場にはその出力
変動が100％にも達するものである。本考案の基
本的な原理は、このような複屈折性物質の温度変
化に敏感な特性を利用している。

次に図面を用いて本考案を説明する。

第１図ａは本考案の第一の実施例を示す、１，
２，３、及び４はそれぞれ偏光子、厚さ５mmの方
解石、厚さ５mmのLiTaO₃結晶、そして反射膜で
ある。ここで、入射光５の進行方向に沿つてｘ
軸、入射面にｙ軸をとつた直交座標系を定義する
と、偏光子１の透過軸Ａは、同図ｂに示すように
ｘ又はｙ軸に対し45度の方向にあり、方解石２の
主軸となる方向のＸ及びＹ軸は、同図ｃに表わす
ようにｘ及びｙ軸と一致しており、またLiTaO₃
結晶３の主軸方向のＸ及びＹ軸は同図ｄに示すご
とくｘ及びｙ軸と45度をなす方向にある。さらに
方解石２に関しては、結晶軸、すなわち屈折率円
体の長軸方向が、同図ａに表わす紙面内におい
て、入射面に対して約50度となるように傾斜して
いる。これは方解石２に垂直に入射した入射光５
を最大角度で常光線と異常光線に分離させるため
である。

以上の構成において、入射光５は偏光子１によ
つて一方向に偏つた直線偏光に変換された後、方
解石２に進みその中で直進する常光線と屈折する
異常光線となつてLiTaO₃結晶３に進む。LiTaO₃
結晶３に入射したこれらの２光線は反射膜４によ
り再び同一通路を逆進して方解石２に再入射す
る。この際、LiTaO₃結晶３によつてそれぞれの
光線は前述した位相差を受けた光線となつてい
る。そのため、再び方解石２に入射するとこれら
の２光線は、４光線となつて方解石２を進むこと
になる。ところが、図ａからも明らかなように４
光線のうち２光線は偏光子１が設けられた入射面
において１光線に合成される。LiTaO₃結晶３に
よつて発生する位相差の変化に伴なつて、偏光子
１から出射する変調光６は、強度変調される。一
方、方解石２は直接的に出射した基準光７及び８
は、その強度においては何ら変化することなく出
射する。基準光７及び８の合成出力強度は入射光
５の強度の２分の１であることは言うまでもな
い。

本実施例によれば、LiTaO₃結晶３の実質的な
長さが10mmあり、したがつて前述したごとく、そ
の温度が１℃だけ変化した場合、偏光子１から出
射する変調光６の強度は約100％も変化する。こ
れは極めて高感度な温度センサヘツドであること
を示している。また、基準光７及び８は出力強度
の変化を伴なわない光である。そのため、変調光
６の出力強度を基準光７及び８の出力強度で規格
化する付加回路を加えれば、入射光５に強度変化
が発生する場合も常に正確な温度変化を検出する
ことができよう。

なお、本実施例において、偏光子１の設置場所
が入射光５の入射領域に限定されることは本質的
ではない。基準光７及び８への通過させるよう
に、方解石２の入射面の全面に及ぶように設けて
も実質的に温度変化を精密に検出することができ
る。

次に第２図を用いて本考案の第二の実施例につ
いて説明する。２１は偏光子、２２は中心軸から
周辺に向つて屈折率が次第に減少する集束性ロツ
ドレンズ、２３，２４及び２５は光フアイバであ
る。ここで集束性ロツドレンズ２２は光の蛇行周
期で表わしてその長さが1/4ピツチである。この
構成によれば光フアイバ２３を伝播してきて偏光
子２１に入射した光は方解石２の中を２光線に分
離されて進みLiTaO₃結晶３の中を伝播する。直
進光は集束性ロツドレンズ２２の中心軸に沿つて
進み、かつ反射膜４によつて再び同一通路を逆進
して方解石２に達する。一方の屈折率は集束性ロ
ツドレンズ２２の中を、その中心軸に向つて進
み、反射膜４によつて反射された後は、中心軸に
対して対称的な通路を伝播して方解石２に到達す
る。図に示すように、方解石２に達した２光線は
第一の実施例の場合と同様に４光線に分離される
が、方解石２の端面では２光線が１光線に合成さ
れるる結果、最終的には３光線となつて光フアイ
バ２３，２４及び２５にそれぞれ入射する。本実
施例では、光フアイバー２４に入射する光が変調
光となり、LiTaO₃結晶３の温度変化に伴なつて
その出力強度を変化する。これに対して、光フア
イバ２３及び２５へ入射した光が基準光となる。
本実施例の場合も温度変化を精密に検出できるこ
とは第一の実施例の場合と同様である。

上記第二の実施例において、光フアイバ２３，
２４及び２５を効果的に利用するために集束性ロ
ツドレンズ２２を、LiTaO₃結晶３と反射膜４の
中間に設けたが、その位置はこれに限定されな
い。また、この種のレンズを光フアイバ２３，２
４、及び２５の出力端部に３個独立に配置しても
よいことは本考案の本質を変えるものではない。

また上記第一及び第二の実施例において、複屈
折性物質として方解石２及びLiTaO₃結晶３を用
いたが、これらに限定されないことは明らかであ
る。

以上、本考案を、実施例を用いて説明したが、
最後に本考案の利点を挙げれば、温度変化に対し
て高い感度を有する温度センサヘツドが実現でき
る。信号の媒体に光を用いているために、特に電
磁誘導に対して影響をほとんど受けない信頼性が
高い温度センサヘツドが得られる。また自由空間
をつくらない一体構造の構成がとれるので機械的
にも強い、高い信頼性を有する温度センサヘツド
が実現できる等である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本考案の第一及び
第二の実施例を示し、１は偏光子、２は方解石、
３はLiTaO₃結晶、４は反射膜、５は入射光、６
は変調光、７及び８は基準光、２１はは偏光子、
２２は集束性ロツドレンズ、そして２３，２４及
び２５は光フアイバである。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

光の進行方向に沿つて順次設けられた偏光子
と、平行な入出力端面を有し屈折率に対する主軸
の方向が前記入出力端面の垂直方向と一致しない
第一の複屈折性物質と、平行な端面を有する第二
の複屈折性物質と、反射手段とを含み、前記光の
進行方向に沿つて見た時、前記偏光子の透過軸の
方向と前記第一の複屈折性物質の前記主軸に平行
又は垂直な方向とが一致しないとともに前記第一
及び第二の複屈折性物質の光学的な主軸方向も一
致しないように配置したことを特徴とする複屈折
性物質を用いた温度センサヘツド。