JPS638522A - 光フアイバ端面温度の測定方法 - 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 本発明は光吸収を持つ光ファイバの端面温度の測定法に
関するものである。

従来の技術 通常光ファイバは、光学的特性を良くするために、研磨
等により端面仕上げが施される。一般的に、光ファイバ
の端面は、内部吸収よりも大きい光吸収を示し、また、
端面反射防止膜等を形成すると、光吸収はさらに大きく
なる。このような光ファイバにレーザエネルギ光を通す
と、その光吸収てより端面付近の温度上昇がみられる。

第６図は、臭化タリウムと沃化タリウムの固溶体（以下
ＫＲＳ−５とする）より成る光ファイバで、内部吸収係
数を１．６Ｘ１０　〔α〕、端面吸収率を０．０１％と
し、ファイバ全体から熱伝達により熱が放出されると仮
定した場合の４０Ｗのレーザエネルギ入射による、ファ
イバ端部付近の温度分布の計算値である。端面の温度は
、１Ｑｏ℃近くになり、ファイバ中央部では、１０℃に
上昇する。

ファイバ端面の温度上昇は、高温になると反射防止膜や
光ファイバ材料自身の損傷の原因となるので、エネルギ
伝送用の光ファイバは、端面の光吸収率の評価が必要で
ある。

発明が解決しようとする問題点 光ファイバの温度測定は、従来の一般的な方法では困難
である。例えば、ＫＨ２−ｓファイバは表面からの僅に
レーザ光の漏れが生じ、また端面付近は光の散乱が強い
。従って、熱電対法の場合レーザの迷光による測定誤差
があり、また赤外ふく対温度計測の場合、同様に迷光を
受けると共に光ファイバコア材料自身のふく対重が小さ
く、ファイバからの熱ふく射の測定は困難である。

問題点を解決するだめの手段 上記のような問題を解決するために、本発明は光ファイ
バ材料に遮光性のある光を端面付近に照射し、温度上昇
時の光ファイバ突出部の熱膨張による端面遮光量を光セ
ンサで検知し、端面温度の変化を得るものである。

作　　用 上記した構成により本発明は、レーザ照射前後の端面温
度変化を材料固有の熱膨張係数に従った長さの変化とし
て、光学的に測定し、温度を求める事ができる。

実施例 第１図は、本発明の基本構成図である。光ファイバ１は
突出量りでファイバ固定治具に固定され、集光レンズ３
により伝送用レーザ光４が入射される。ファイバ材料に
遮光性のある測定光５が集光レンズ６により、ファイバ
端面に照射され、−郎党がカットされ、残りを光セ／す
７で受ける。伝送用レーザ光が入射されると光ファイバ
は、端面および内部の光吸収に応じて発熱し、熱膨張Δ
Ｌが生ずる。このΔＬにより、測定用６はさらにカット
（斜線で示すＳ）され、光センサの検知量が減少する。

従って、予めΔＬと光センサの検知量の関係を求めてお
けば、光センサの出力変化に対し、ΔＬを得ることがで
きる。

第２図は、光ファイバ端面による測定光にレーザを用い
た場合の遮光の様子を示したものである。

光ファイバ１１の端面上を光軸とするように、ガウス分
布Ｃを有する測定用レーザ光１２が当てられている。（
ａ）図はＢ方向のガウス分布光の積分値である。領域Ａ
は光ファイバ１１に遮光されない、透過の部分である。

測定用レーザ光１２の積分値の変化ΔＰは、光ファイバ
１１の遮光変化量ΔＬに相当することがわかる。測定用
レーザ光１２の端面付近でのビーム径が小さいほどΔＰ
に対するΔＬは小さく、すなわち、高感度が得られる。

第３図は測定光が光ファイバを透過する場合の測定光の
様子を示す。体）は端面を正面より見たもので、光ファ
イバ２１の光軸に対し長さＸで測定光２２をずらして照
射すると測定光２２が光ファイバ２１に当たらない部分
は、Ｃ方向に当る部分は光ファイバ２１の側面で光屈折
が起り、Ｄ方向に進む。（ｂ）は、光７１イパの側面方
向から見た図である。光センサ２３はＣ方向の測定光の
みを検知する位置とすると、光ファイバが測定光を遮光
するのと同様の効果が得られる。

次に、光ファイバのレーザ照射時の端面膨張について述
べる。光ファイバの先端部をある長さで突出させた場合
の突出部の熱膨張は、光ファイバ内部の発熱と端面の発
熱による合成であり、熱量、達および熱伝導とのバラン
スにより決まる。

第４図（ａ）は光ファイバの先端突出量をＬとし、入射
レーザパワーがＰ　［ｗｌ　の時の端面からＸの位置に
おける温度を表わす熱伝導モデルである。微小長さΔＸ
において、ｄＱは失われる熱量、ｄ□Ｂは、ファイバ内
部吸収による発熱量である。端面からＬの位置において
ファイバは、温度ＱＬに固定されている。また、ａは端
面での光吸収、ｂは光ファイバ内部の光吸収である。

次式は、第４図の熱伝導モデルによる、温度Ｑ（ｘ）の
計算式である。

Ｑ（３Ｃ）＝Ｃ１ｅｅ−”　＋Ｃ２・ｅ−””＋に−Ｐ
−ｅ−”ただし、λはファイバの熱伝導率、αはファイ
バ表面の熱伝達率、Ｕはファイバ外周長、ｆは断面積で
ある。

上式において、ＣおよびＣ２は、ファイバ端と固定位置
によって決まる定数を表わす。

第４図■）は、（ａ）の熱伝導モデルによる、ファイバ
端面付近の温度分布である。曲線３０．３０’は端面に
光吸収がある場合曲線３１は、光吸収の無い場合を表わ
す。光吸収が小さい３０′　　は端面の温度が低く、従
って、熱膨張は小さい。

本実施例の熱膨張による端面位置の微小変化は、第４図
■）の温度分布によれば、長さに対する温度の積分値と
光ファイバの熱膨張の関係に依存している。

第５図はレーザ照射時の端面の温度上昇と熱膨張による
端面位置の微小変化（偏位量）の関係を表わす。従って
、端面偏位量が求まれば、第４図の温度分布に従い、端
面の温度上昇として求めることができる。

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば従来困難であった、
光ファイバ端面の温度を測定することが可能になり、端
面の損傷レベルあるいは、光吸収率を非破壊で測定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定原理の一例を示す図、第２図
はその動作説明図、第３図は光ファイバが測定光を透過
する場合の端面付近の拡大図、第４である。 １．１１．２１・・・・・・光ファイバ、２・・・・・
・光ファイバ固定治具、３・・・・・・伝送レーザ光用
集光レンズ、ｅ・・・・・・測定光集光レンズ、７，２
３・・・・・・光センサ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏′男　ほか１名第１
図 第２図 ハ　　　　　　　　　Ｑ ｄ 馴 龜 ヘ　　　　　　　　　　　　　　　ハ ロ　　　　　　　　　　　　　　　　ρ区　　　　−リ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ入射時の熱膨張による光ファイバ端面の移
   動変化量を測定し、端面の温度を求めることを特徴とす
   る光ファイバ端面温度の測定方法。
2. （２）光ファイバに対し、遮光性を有する光源と、前記
   光ファイバを固定する治具および受光素子を具備し、移
   動量を光学的に測定することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光ファイバ端面温度の測定方法。
3. （３）光ファイバに対し、透過性を有する光源と、前記
   光ファイバを固定する治具および前記光源用の受光素子
   を具備し、光源の光軸を前記ファイバの光軸をずらし、
   前記光ファイバに前記光源の測定光が当った時の屈折光
   を受光しない位置に前記受光素子を配置し、移動量を光
   学的に測定することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光ファイバ端面温度の測定方法。