KR20210045365A - 간섭계 광섬유 센서, 광섬유 프로브, 및 화학 물질의 검출 방법 - Google Patents

간섭계 광섬유 센서, 광섬유 프로브, 및 화학 물질의 검출 방법 Download PDF

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KR20210045365A
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루카츠 쇼스트키에비치
크지슈토프 와일친스키
캐롤 와이소킨스키
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인포테크 스포우카 제트 오그라닉조나 오드포위드지아노스키아
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Abstract

광원(1, 1.1, 1.2, 1.3), 검출기(2, 2.1, 2.2, 2.3), 및 광원(1, 1.1, 1.2, 1.3)과 검출기(2, 2.1, 2.2, 2.3) 사이에 배열된 광로를 포함하고, 검출기(2, 2.1, 2.2, 2.3) 및 광원(1, 1.1, 1.2 1.3)이 연결되는 광 분할 요소(3, 3.1, 3.2, 3.3)뿐만 아니라, 공진 캐비티를 구성하고 검출될 화학 물질과 접촉하도록 적응된 면(6)을 갖는 측정 요소(5)를 갖는 광섬유 세그먼트(4)를 더 포함하는, 화학 물질을 검출하기 위한 간섭계 광섬유 센서가 개시되며, 광섬유 세그먼트(4)와 측정 요소(5)는 함께 압착되어서, 그 사이에 잔여 캐비티(7)만이 존재한다. 광섬유 세그먼트(4)는 적어도 모세관(11) 내에 수용된 그 길이의 일부를 따른다. 모세관(11)의 제1 단부 부분은 측정 요소(5)와 결합되는 반면에, 모세관(11)의 다른 부분은 광섬유 세그먼트(4)에 고정되어서, 모세관(11), 광섬유 세그먼트(4), 및 측정 요소(5)는 광로의 일부인 광섬유 측정 프로브(13)를 함께 구성한다. 모세관은 적어도 5㎜의 길이를 갖는다. 본 개시 내용은 또한 상기 간섭게 광섬유 센서로 화학 물질을 검출하기 위한 프로브 및 방법에 관한 것이다.

Description

간섭계 광섬유 센서, 광섬유 프로브, 및 화학 물질의 검출 방법
본 발명은 간섭계 광섬유 센서, 광섬유 프로브, 및 광섬유 프로브를 갖는 간섭계 광섬유 센서를 사용하여 화학 물질을 검출하는 방법에 관한 것이다.
물질의 온도, 변형 또는 검출과 같은 측정 파라미터를 위한 간섭계 광섬유 센서는 당업계에 공지되어 있다.
국제 특허 출원 공개 W02018106134는 검출될 물질과 상호 작용하도록 적응된 활성 물질로 덮여 있는 하나의 아암을 갖는 마이컬슨 간섭계(Michelson interferometer)를 포함하는 간섭계 광섬유 센서를 개시한다. 이러한 상호 작용의 결과는 활성 물질의 두께 또는 광학 두께, 측정 아암의 단부에서의 굴절률 또는 감쇠에서의 변화이다. 이러한 간섭계 광섬유 센서는 측정 아암을 둘러싸는 환경에서 물질의 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. 특히, 측정 아암은 이러한 물질이 사전 정의된 물질 또는 물질들을 포함하는지를 검출하도록 미지 물질(unknown substance)에 침지될 수 있다. 활성 물질은 검출될 단지 하나의 물질 또는 검출될 물질의 그룹과 반응하도록 선택될 수 있다. 검출 방법은 환경 또는 미지 물질과 접촉하기 전과 환경 또는 미지 물질과 접촉한 후 간섭 무늬(interference fringe)의 관찰로 이루어진다. 간섭 무늬의 특정 시프트가 검출되면 사전 정의된 물질의 존재가 검출된다.
종래 기술에서, 간섭계 센서의 다른 구성이 또한 공지되어 있다. 파브리-페로 간섭계(Fabry-Perot interferometer)는 소위 다중 빔 간섭계 중 하나이며, 광파의 검사를 위해 사용되며, 2개의 평행하고 부분적으로 투명한 거울 사이에서 광빔의 다중 반사 현상을 이용한다.
이러한 구성의 예는 EP 3054272의 상세한 설명에 개시된 연료 레벨 센서가 예로서 작용할 수 있다는 것이며, 여기에서, 광학 캐비티는 반도체 재료, 예를 들어 갈륨 비소로 광섬유 상에 만들어질 수 있다. 광학 캐비티는 다이어프램의 하부 표면에 부착되며, 캐비티에서의 다이어프램의 압력 변화에 기인하는 치수 변화는 연료 저장부의 상태로서 결과를 해석되게 할 수 있다.
미국 특허 출원 US2005254062는 간섭계 센서, 및 피분석물의 존재 또는 양 또는 바인딩(binding) 속도를 검출하기 위한 방법을 개시한다. 센서는 파브리-페로 구성으로 작동하고 광원 및 검출기를 가지며, 광 분할 요소 및 측정 프로브 요소를 포함하는 광로가 광원 및 검출기 사이에 있으며, 광로에서, 광 섬유는 공기 갭을 통해 제1 및 제2 광학 요소에 광을 전달한다. 제2 광학 요소는 피분석물(analyte)을 바인딩할 수 있는 물질로 덮여진다. 피분석물은 반사된 광의 스펙트럼의 관찰을 이용하여 분석된다. 문헌은 특정 물질(피분석물), 특히 항원의 검출 및 측정을 허용하는 다수의 적용을 개시한다. 상기 공개는 결점이 있다. 이는 제1 및 제2 광학 요소의 높은 제조 정밀도, 특히 공기 갭의 정밀한 한정을 요구한다. 프로브가 반복 가능하고 스펙트럼 변화가 적절하게 관찰되는 것은 선택적 요구 사항이 아니다. 이는 수학적 모델을 복잡하게 만드는 대가가 따른다. 프로브의 교체는 또한 문제일뿐만 아니라 그 제조 문제이기도 하다.
당업계에서 공지된 센서는 대량 생산이 어렵고. 반복되기 어려운 파라미터를 가지며, 작은 샘플에 의해 약간 번거롭다. 다른 한편으로, 유체 레벨 센서와 같은 산업용 센서는 충족된 특정 조건에 관한 제한된 정보만을 제공한다. 결과적으로, 대량의 반복 가능한 테스트 및 검사에 적용될 수 있는 센서가 필요하다. 본 발명의 목적은 위에서 언급된 종래 기술의 단점이 없는 간섭계 광섬유 센서, 광섬유 프로브 및 그 사용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 간섭계 광섬유 센서는 광원, 검출기, 및 광원과 검출기 사이에 배열된 광로를 포함하는, 화학 물질을 검출하기 위한 것이다. 간섭계 광섬유 센서는 검출기 및 광원이 연결되는 광 분할 요소뿐만 아니라, 공진 캐비티를 구성하고 검출될 화학 물질과 접촉하도록 적응된 면을 갖는 측정 요소를 갖는 광섬유 세그먼트를 더 포함한다. 광섬유 세그먼트와 측정 요소는 함께 압착되어서, 그 사이에 잔여 캐비티(residual cavity)만이 존재한다. 광섬유 세그먼트는 적어도 모세관 내에 수용된 그 길이의 일부를 따른다. 모세관의 제1 단부 부분은 측정 요소와 결합되는 반면에, 모세관의 다른 부분은 광섬유 세그먼트에 고정되어서, 모세관, 광섬유 세그먼트, 및 측정 요소는 광로의 일부인 광섬유 측정 프로브를 함께 구성한다. 모세관은 적어도 5㎜의 길이를 갖는다. 센서의 이러한 구조의 긍정적인 결과는 잔여 캐비티가 계산에서 무시될 수 있다는 것이다. 이는 측정 결과에 미치는 영향이 적고, 안정적이고 반복적인 방식으로 제조하는 것이 용이하다. 5㎜ 이상의 모세관의 길이는 그 파라미터가 공정에서 영향을 받지 않도록 광섬유 세그먼트의 고정 지점을 잔여 캐비티로부터 충분히 멀리 시프팅시킬 수 있게 한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 센서는 측정 요소의 면들의 표면에 의해 구성된 단일 측정 공진 캐비티를 갖는 것으로서 간주될 수 있다. 그 결과 선형 측정 및 측정 결과의 간단한 해석이 가능하다. 모세관을 갖는 프로브는 새로운 프로브를 절단 및 용접하거나 광섬유 커넥터를 사용하여 용이하게 교체될 수 있다. 센서는 특히 아세톤, 냉매, 에탄올 증기, 염산, 폴리(알릴아민 염산염), 알릴아민, 단백질, 바이오마커, 및 항원을 포함하는 군 내의 물질을 검출하는데 적용할 수 있다. 본 발명의 추가적인 이점은 검출될 물질이 광섬유 앞에 있는 측정 요소의 면과 상호 작용한다는 것이다. 이러한 구성은 검출될 물질이 광섬유 또는 측정 요소의 측면 표면과 상호 작용하는 프로브에 비해 측정 역학을 향상시킨다.
유리하게, 잔여 캐비티의 광학 길이(aㆍn1)와 측정 요소의 광학 길이(bㆍn2) 사이의 비율은 0 내지 0.4의 범위에 놓인다. 공진 캐비티 및 잔여 캐비티의 길이 사이의 비율을 0 내지 0.4 범위 내에 제공하는 것은 간섭 무늬의 고주파를 야기하고 분석을 단순화한다. 이러한 비율은 분석에서 단일 캐비티 모델을 사용하는 것을 용이하게 한다. 잔여 캐비티로부터 반사된 신호의 스펙트럼은 측정 요소에 의해 형성된 캐비티에서 비롯되는 측정 신호의 스펙트럼보다 훨씬 넓다. 수학적 모델에서, 상이한 주기를 갖는 2개의 정현파 신호의 승산에 대응한다. 주어진 비율을 제공하는 것은 잔여 캐비티 상수에서 비롯되는 스펙트럼에 대한 영향을 고려하고 이를 무시하는 것을 용이하게 한다.
유리하게, 측정 요소는 검출될 물질에 대한 물질 접착제로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면을 갖는다. 이러한 구성은 검출될 물질의 샘플을 포획하는 것을 용이하게 한다.
대안적으로, 측정 요소는 검출될 물질에 노출될 때 그 접착성을 상실하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면을 갖는다. 이러한 구성 물질에서, 측정 요소의 면이 사전 정의된 물질에 노출된 결과를 검출하는 것이 가능하고, 결과적으로 물질 자체를 검출하는 것이 가능하다.
대안적으로, 측정 요소는 검출될 물질에 노출될 때 그 광학 파라미터를 변경하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면을 갖는다. 각각의 검출될 특정 물질과 상호 작용하는 다수의 물질을 이용한 커버의 적용은 동일한 검출기 및 광원을 이용한 단일 측정으로 다수의 물질을 검출하는 것을 가능하게 한다. 외부 요인에 대한 노출 후에 측정 요소의 면에서의 물질의 부착/분리 또는 물질의 파라미터의 변경 또는 요소 자체의 파라미터의 변경은 간섭계에서의 광로의 길이를 변경한다. 결과적으로, 간섭 무늬의 시프트가 관찰될 수 있다.
측정 요소는 유리하게 유리, 실리카 유리(SiO2), 납 유리, ZBLAN 유리, 및 중합체를 포함하는 군의 선택된 물질을 포함하는 재료로 만들어진 타일이다.
광섬유 세그먼트는 유리하게 검출기의 작동 범위 내에서 단일 모드 광섬유이다.
모세관 내부의 광섬유 세그먼트의 단부는 유리하게 비스듬하고 광섬유 세그먼트의 축에 대해서 4°내지 20°의 범위 내의 각도만큼 기울어진다. 최상의 효과는 7°내지 8°의 범위에서 얻어졌다.
제1 측면으로부터 잔여 캐비티를 한정하는 광섬유 세그먼트의 제1 표면은 반사 계수(R1)를 가지며, 반대 측면으로부터 잔여 캐비티를 한정하는 측정 요소의 제2 표면은 반사 계수(R2)를 가지며, 반사 계수들은 유리하게 조건
Figure pct00001
를 충족시킨다.
유리하게, 광섬유 세그먼트는 멀티 코어 섬유 세그먼트이고, 광로에 있는 팬 인/팬 아웃(fan-in/fan-out)에 연결되며, 간섭계는 제1 광 분할 요소를 통해 팬 인/팬 아웃 디바이스와 연결된 제1 광원 및 제1 검출기, 및 제2 광 분할 요소를 통해 팬 인/팬 아웃 디바이스와 연결된 제2 광원 및 제2 검출기를 갖는다. 이러한 구성은 상이한 파장에서의 시프트를 동시에 관찰하고 2개의 상이한 물질의 검출의 감도 및 특이성 또는 동시 검출을 개선하는 것을 가능하게 한다.
유리하게, 간섭계는 제3 광 분할 요소를 통해 팬 인/팬 아웃 디바이스와 연결된 제3 광원 및 제3 검출기를 더 갖는다. 다양한 파장에서 작동하는 더 많은 수의 광원과 검출기의 적용은 감도와 특이성을 더욱 향상시키지만, 센서의 높은 복잡성으로 연결된다.
유리하게 군으로부터 선택된 적어도 하나의 광원은 다음을 포함한다:
Figure pct00002
초연속 광원(supercontinuum source),
Figure pct00003
400 내지 700㎚의 파장 범위 내의 광을 방출하는 할로겐 램프,
Figure pct00004
1310㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00005
1400㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00006
1450㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00007
1550㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00008
20㎚ 이상의 범위 내에서 조정 가능한 1310 내지 1550㎚의 범위 내의 중심 파장을 갖는 협대역 광원.
일반적으로 양호한 결과는 400 ÷ 1600㎚의 파장의 범위 내에서 작동하는 광원으로 얻어졌다. 광원 및 측정 요소의 면과 검출될 물질의 상호 작용의 메커니즘을 선택하면, 무늬(fringe)의 시프트가 용이하게 관찰될 수 있도록 선택된 광원에 대응하는 원하는 파장의 무늬를 얻기 위해 측정 요소의 길이를 용이하게 선택하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 광섬유 세그먼트, 및 물질과 접촉하기 위한 면을 갖는 측정 요소를 포함하는 광섬유 측정 프로브는 그 사이에 잔여 캐비티만이 존재하도록 함께 압착되는 광섬유 세그먼트와 측정 요소를 가지며, 광섬유 세그먼트는 적어도 모세관 내에 수용된 그 길이의 일부를 따르며, 모세관의 제1 단부 부분은 측정 요소와 결합되는 반면에, 모세관의 다른 부분은 광섬유 세그먼트에서 고정된다. 본 발명에 따른 프로브는 광원 및 검출기로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있다. 프로브는 용이하게 교체 가능하다. 프로브는 용이하게 멸균되고 후속 사용에 적합할 수 있다.
유리하게, 잔여 캐비티의 광학 길이(aㆍn1)와 측정 요소의 광학 길이(bㆍn2) 사이의 비율은 0 내지 0.4의 범위에 놓인다. 공진 캐비티 및 잔여 캐비티의 길이 사이의 비율을 0 내지 0.4의 범위 내에서 제공하는 것은 간섭 무늬의 고주파를 야기하고 분석을 단순화한다. 이러한 비율은 분석에서 단일 캐비티 모델을 사용하는 것을 용이하게 한다. 측정 무늬는 잔여 캐비티에서 비롯되는 측정 무늬보다 훨씬 좁다.
유리하게, 측정 요소는 검출될 물질에 대한 물질 접착제로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면을 갖는다. 이러한 구성은 검출될 물질의 샘플을 포획하는 것을 용이하게 한다.
대안적으로, 측정 요소는 검출될 물질에 노출될 때 그 접착성을 상실하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면을 갖는다. 이러한 구성 물질에서, 측정 요소의 면이 사전 정의된 물질에 노출된 결과를 검출하고, 결과적으로 물질 자체를 검출하는 것이 가능하다.
대안적으로, 측정 요소는 검출될 물질에 노출될 때 그 광학 파라미터를 변경하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면을 갖는다. 각각의 검출될 특정 물질과 상호 작용하는 다수의 물질을 이용한 커버의 적용은 동일한 검출기 및 광원을 이용한 단일 측정으로 다수의 물질을 검출하는 것을 가능하게 한다. 외부 요인에 대한 노출 후에 측정 요소의 면에서의 물질의 부착/분리 또는 물질의 파라미터의 변경 또는 요소 자체의 파라미터의 변경은 간섭계에서의 광로의 길이를 변경한다. 결과적으로, 간섭 무늬의 시프트가 관찰될 수 있다.
측정 요소는 유리하게 유리, 실리카 유리, 납 유리, ZBLAN 유리, 및 중합체를 포함하는 군의 선택된 물질을 포함하는 재료로 만들어진 타일이다.
모세관 내부의 광섬유 세그먼트의 단부는 유리하게 비스듬하고 광섬유 세그먼트의 축에 대해서 4°내지 20°의 범위 내의 각도만큼 기울어진다.
제1 측면으로부터 잔여 캐비티를 한정하는 광섬유 세그먼트의 제1 표면은 반사 계수(R1)를 가지며, 반대 측면으로부터 잔여 캐비티를 한정하는 측정 요소의 제2 표면은 반사 계수(R2)를 가지며, 반사 계수들은 유리하게 조건
Figure pct00009
를 충족시킨다.
모세관 내에서의 매질의 굴절률(n1)과 측정 요소의 재료의 굴절률(n2) 사이의 차이가 30%보다 클 때, 즉
Figure pct00010
일 때 유리하다.
광섬유 측정 프로브는 유리하게 광섬유 세그먼트의 단부에 제공된 커넥터를 가지며, 측정 요소는 그 반대편에 위치된다.
유리하게, 측정 프로브에서 광섬유 세그먼트는 하나 이상의 코어를 갖는다. 이는 보다 양호한 감도와 특이성을 제공하는 다수의 검출기 및/또는 광원을 갖는 간섭계 내에서 프로브의 사용을 가능하게 한다.
검출될 물질로 광을 안내하고, 사전 정의된 간섭 무늬의 시프트가 검출기에서 관찰되면 물질이 검출된 것으로서 간주되는, 광로에 포함된 검출기, 광원, 및 광섬유 측정 프로브를 구비한 광로를 갖는 간섭계를 사용하여 화학 물질을 검출하는 방법은 간섭계가 본 발명에 따른 간섭계인 것을 특징으로 한다. 측정 요소가 공진 캐비티를 구성함에 따라서, 파장 영역에서 간섭 무늬를 등록하는 것이 가능하다. 캐비티의 외부 표면에 물질이 부착되거나 또는 이미 부착된 물질의 두께가 증가되는 경우에, 간섭 무늬는 더욱 큰 파장을 향하여 시프트된다. 시프트의 크기는 두께 변화를 결정하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 층이 분리되면, 간섭 무늬는 더욱 짧은 파장을 향해 이동하고, 두께의 감소가 결정될 수 있다.
본 발명의 실시형태는 다음의 도면을 참조하여 상세하게 설명되어 있다:
도 1a는 본 발명의 제1, 제2 및 제3 실시형태에 따른 간섭계 광섬유 센서의 블록도;
도 1b는 본 발명의 실시형태에 따른 프로브의 구성을 개략적으로 도시한 도면;
도 1c는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 프로브의 구성을 개략적으로 도시한 도면;
도 1d는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 프로브의 구성을 개략적으로 도시한 도면;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시형태에서 테스트 하에 있는 물질에 대한 노출로 인한 간섭 무늬의 시프트를 도시한 도면;
도 3은 멀티 코어(3-코어) 섬유를 갖는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 센서의 블록도;
도 4는 이러한 3-코어 섬유의 단면도.
실시예 1
이 실시형태에서 간섭계의 블록도는 도 1a에서 제시된다. 광원(1)을 구성하는, 1400㎚의 중심 파장 및 50㎚의 최대 절반의 전폭을 갖는 초발광 다이오드는 단일 모드 광섬유를 통해 분할 요소(3)를 구성하는 서큘레이터의 제1 포트(C.1)에 연결된다. 본 발명에 따른 측정 프로브(13)는 단일 모드 광섬유 단부(4)를 이용하여 제2 서큘레이터 포트(C.2)에 연결된다. 측정 프로브(13)의 구조에서, 광섬유(4)의 다른 단부는 실리카 유리 모세관(11)에 봉입되고, 스플라이싱(splicing)에 의해 모세관(11)에 부착된 측정 요소(5)로 푸싱된다.
대안적으로, 모세관은 측정 요소(5) 상에 클램핑될 수 있다.
모세관에 위치된 광섬유(4)의 단부는 각도 = 8°로 절단된다. 그 결과, 광섬유(4)의 단부와 측정 요소(5) 사이에는 a = 0㎛에서 a = 2㎛까지의 유효 폭을 갖는 잔여 캐비티(7)를 형성하는 공기 갭이 존재한다. 측정 요소(5)는 20㎛의 길이를 갖는다.
추가 테스트는 반사 신호의 감쇠 효과가 4°내지 20°의 전체 절단 각도의 범위에서 어느 정도까지 얻어질 수 있다는 것을 보여주었다.
서큘레이터의 제3 포트(C.3)에는 본 발명의이 실시형태에서 검출기(2)로서 사용되는 광학 스펙트럼 분석기가 연결된다.
광원(1)으로부터의 광은 분할 요소(3)를 구성하는 서큘레이터를 통해 광섬유(4)에 도달하고, 여기에서, 폭("a")의 공기 갭을 통해 면(6)을 갖는 측정 요소(5)에 도달한다. 이러한 방식으로 페로 간섭계가 얻어진다. 검출기(2)에서, 스펙트럼 영역에서의 간섭 무늬가 관찰될 수 있다. 무늬 및/또는 콘트라스트(contrast)의 시프트는 광로를 따라서 형성된 캐비티의 파라미터의 변화에 의존한다. 실제로, 면(6)과 측정 요소(5)의 반대쪽 단부 사이에 확립된 캐비티의 경계에서 표면을 변경하는 것은 측정에 유용하다. 광로가 단지 하나의 캐비티를 수용하면 최상의 결과가 얻어진다. 매질의 각각의 연결 및 각각의 경계는 추가 캐비티를 도입한다. 본 발명에 따른 간섭계의 구성에서, 캐비티의 수는 제한된다. 잔여 캐비티(7)는 그 작은 크기로 인하여 무시될 수 있다. 추가적으로, 측정 결과에 대한 그 기여도는 섬유 섹션(4)의 비스듬한 절단과 캐비티의 경계에서 다음과 같은 적절한 반사 계수 비율을 제공하기 때문에 제한된다:
Figure pct00011
여기서:
- R1은 광섬유의 단부에서의 반사 계수이고,
- R2는 모세관을 향한 측정 요소의 표면의 반사 계수이다.
모세관에 있는 매질의 굴절률(n1)과 측정 요소 재료의 굴절률(n2) 사이의 차이는 30% 이상, 즉,
Figure pct00012
이며, 이는 보다 양호한 측정 역학을 허용한다.
측정 요소(5)는 20㎛의 높이를 갖는 유리 원통의 형태를 하는 타일이다. 측정 요소(5)의 면(6)은 약 1.33의 굴절률을 갖는 과플루오린화 중합체(perfluorinated polymer)로 코팅된다. 코팅은 측정 요소(5)를 중합체 용액에 침지시키는 것에 의해 제공된다. 1,1,2-트라이클로로-1,2,2-트라이플루오로에탄과 같은 탄소, 염소 및 불소의 화합물인 검출된 물질(냉매)에 면(6)을 노출한 결과로서, 중합체의 층이 팽윤(swell)된다. 이러한 구성에서, 팽윤은 10㎚까지 물질 두께의 변화에 기여하며, 이는 냉매에 대한 측정 요소의 노출 전후의 파장의 함수로서 반사 계수(Sll)를 나타내는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 1410㎚ 근처에서 0.6㎚까지의 간섭 무늬의 시프트에 대응한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 얻어진 스펙트럼 플롯에 기초하여, 면(6)을 덮고 그 두께를 변경하는 층의 두께가 결정된다.
첫 번째 단계는 측정 물질에 노출되기 전에 측정 동안 인접한 간섭 무늬에 대한 파장에서의 차이를 결정하는 것에 의해 측정 요소(5)의 두께를 측정하는 것이다. 이들 무늬는 도 2a에 도시되어 있다. 그러므로, 간섭계의 교정은 간섭계에서의 광로의 차이를 결정하고 측정 요소(5)의 표면에 의해 형성된 캐비티에 대한 굴절률을 고려하고 광 신호가 캐비티를 2번 통과하는 것을 고려하여 수행된다.
다음으로, 면(6)은 측정된 물질에 노출되고, 간섭 무늬 중 하나가 분석되며; 노출 전후의 무늬에 대응하는 파장에서의 차이가 결정된다. 도 2b는 노출 전후의 무늬를 도시한다. 무늬의 시프트는 측정 요소(5)의 면(6)에 부착된 층의 두께에서의 변화로 인해 발생하였다.
노출 전후에 상기 간섭 무늬에 대응하는 파장의 차이를 결정하고, 측정 요소(5)의 면(6)을 덮는 층의 굴절률을 안 후에, 층 두께에서의 변화(ΔL)는 다음과 같이 계산된다:
Figure pct00013
여기서:
L2, n2는 각각 측정 요소(5)의 두께와 굴절률을 나타내고,
L3, n3은 각각 측정 요소(5)의 면(6)을 덮는 과플루오린화 중합체의 층의 두께 및 굴절률을 나타내고,
λ는 층의 팽윤 전후의 분석된 무늬의 파장이며,
Δλ는 층의 팽윤 전후의 분석된 간섭 무늬의 파장에서의 차이이다.
간섭 무늬의 파장에서의 변화(Δλ)가 보다 긴 파장을 향해 범위(0.1㎚, 16.8㎚)에 있으면, 냉매의 검출이 인정된다. 상기 범위는 실험적으로 선택되었다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 다른 범위 및 다른 활성 물질은 다른 물질을 검출하기 위한 선택에 적합하다. 선택은 일상적인 테스트에서 행해질 수 있다. 당업자는 다른 활성 물질을 용이하게 제공하고 적절한 범위를 측정할 수 있다.
본 실시형태에서, 본 발명에 따른 측정 프로브(13)의 구성은 잔여 광학 캐비티(7)를 효과적으로 단축할 수 있게 한다. 프로브(13)는 도 1b에 개략적으로 도시되어 있다. 광섬유(4)의 단부 및 측정 요소(5)는 U-자 형상 단면을 갖는 유리 모세관에 배치된다. 광섬유(4)의 단부는 20°각도로 절단되고 측정 요소(5)로 가압된다. 모세관은 측정 요소(5) 및 광섬유(4)의 양쪽 단부에서 용접에 의해 밀봉된다. 광섬유(4)와 모세관(11)을 연결하는 지점은 층들 중 하나의 우발적인 반사 증가를 방지하도록 잔여 광학 캐비티(7)로부터 멀리 이동되어야 한다. 이러한 것은 5㎜ 길이의 모세관(11)을 사용하여 달성되었다.
실시예 2
본 발명의 제2 실시형태에 따른 간섭계는 도 1a에 도시된 동일한 블록도에 따라서 만들어졌다. 광원(1)은 50㎚의 범위에서 조정 가능한 1550㎚의 중심 파장을 갖는 협대역의 조정 가능한 광원이다. 광원(1)은 단일 모드 광섬유를 통해 서큘레이터의 제1 포트(C.1)에 연결된다. 측정 프로브(13)는 서큘레이터의 제2 포트(C.2)에 연결된다.
본 발명의 이러한 실시형태에 따른 측정 프로브는 도 1c에 개략적으로 도시되어 있다. 측정 프로브는 도면에 도시되지 않은 커넥터가 제공된 단일 모드 광섬유(4)의 단부에 의해 간섭계의 광로에 상호 연결된다. 광섬유(4)의 다른 단부는 모세관(11)에 봉입되고 측정 요소(5)에 대해 푸싱된다. 모세관에 수용된 광섬유(4)의 단부는 8°의 각도로 절단된다. 모세관(11)과 측정 요소(5) 사이는 용접된진다. 그 결과, 광섬유(4)의 단부와 측정 요소(5) 사이에는 유효 폭 a = 2㎛를 갖는 잔여 캐비티(7)를 형성하는 공기 갭이 존재한다. 측정 요소(5)는 b = 20㎛의 길이를 갖는다. 측정 요소(5)의 면(6)은 실시예 1에서와 동일한 물질로 덮인다.
검출기(2)는 서큘레이터의 제3 포트(C.3)에 연결된다.
실시예 3
본 발명의 제3 실시형태에 따른 간섭계의 블록도는 제1 및 제2 실시형태에서와 동일하다. 간섭계는 도 1a에 도시되어 있다. 400 내지 700㎛의 파장 범위에서 광을 방출하는 할로겐 램프인 광원(1)은, 분극 및 광원(1)의 작동 파장 대역에서 단일 모드를 유지하는 복굴절 광섬유를 통해 서큘레이터의 제1 포트(C.1)에 연결된다. 분극을 유지하는 서큘레이터는 분할 요소(3)의 기능을 갖는다. 서큘레이터의 제2 포트(C.2)는 측정 프로브(13)와 연결된다. 광학 프로브(13)의 광섬유 세그먼트(4)는 복굴절이고, 파장 λ = 550㎚에서 3㎜의 비트 길이(beat length)를 갖는다. 세그먼트는 분극을 유지하고, 광원(1)의 파장 작동 대역에서 단일 모드이다. 측정 요소(5)는 1.8의 굴절률을 갖는 납 유리로 만들어진다. 서큘레이터의 제3 포트(C.3)는 검출기(2)를 구성하는 분광기에 연결된다.
도 1d에 개략적으로 도시된 측정 프로브(13)는 O-자 형상 단면 및 5㎜의 길이를 갖는 모세관(11)을 포함하고, 모세관 내로, 분극을 유지하는 광섬유(4)의 세그먼트, 및 납 유리로 만들어지고 b = 200㎛의 길이를 갖는 측정 요소(5)가 삽입된다. 이러한 구성에서 얻어진 잔여 캐비티(7)는 a = 0.1㎛의 길이를 갖는다.
대안적으로 측정 요소(5)는 유리, 실리카 유리, 납 유리, ZBLAN 유리 및 중합체를 포함하는 군으로부터 선택된 다른 물질로 만들어질 수 있으며, 이는 또한 비교적 낮은 손실을 제공한다.
실리카 유리는 특히 처리에 편리하다. 실리카 유리를 사용하면, 원하는 길이와 매끄러운 표면을 가질 뿐만 아니라 서로 평행하고 축에 직각인 베이스들을 갖는 원통형 측정 요소(5)를 제조하는데 편리하다.
측정 요소(5)의 면(6)으로의 검출될 물질의 접착은 피라나 용액(piranha solution), 즉, 3:1의 체적 비율로 혼합된 농축된 황산 및 30% 과산화수소를 포함하는 용액에 면(6)을 배치하는 것에 의해 얻어진다. 따라서, 처리된 면(6)은 폴리(알릴아민 염산염)에 노출될 때 1.5 및 2㎚ 두께의 굴절률을 갖는 중합체의 층을 끌어들여 중합체 층으로 덮여질 수 있을만큼 충분히 활성이다.
납 유리의 표면은 화학 결합(0-Si-0-Si-0)을 갖는다. 피라나 용액 구조에 노출된 후, Si-O-Si는 더 많은 극성 특성을 갖는 2x Si-OH로 변환되고, 결과적으로 표면에 대한 이온 중합체의 부착이 더욱 용이하다.
측정 요소(5)의 면(6)에 대해 1.5의 굴절률을 갖는 물질의 2㎚ 층은 550㎚의 파장에서 5㎛까지 스펙트럼 굴절 무늬의 시프트를 야기한다. 결과적으로, 이 실시형태에서의 센서는 폴리(알릴아민 염산염)의 검출에 적용 가능하며, 스펙트럼 간섭 무늬가 더욱 긴 파장을 향해 2㎛ 내지 0.2㎚의 값만큼 시프트될 때 폴리(알릴아민 염산염)의 존재가 인정된다.
실시예 4
도 3에는 본 발명의 제4 실시형태의 블록도가 도시되어 있다. 광섬유(4)의 멀티 코어 섹션을 갖는 측정 프로브(9)의 사용은 광원의 상이한 파장에 대한 스펙트럼을 동시에 관찰하는 것을 가능하게 한다. 본 실시예에서, 3-코어 광섬유는 도 4에서의 단면도 및 3개의 광원의 세트에 개략적으로 도시되어 있다.
광원(1.1, 1.2, 1.3)의 세트에서, 각각 1310㎚, 1450㎚ 및 1550㎚의 파장 및 50㎚의 전폭을 갖는 3개의 광 스펙트럼(wide-spectral) 초발광 다이오드가 사용되었다. 각각의 광원은 반사 측정의 구성에서 서큘레이터(3.1, 3.2, 3.3)를 통해 검출기(2.1, 2.2, 2.3)에 연결된다. 검출기(2.1, 2.2, 2.3)로서, 분광계가 사용되었다. 서큘레이터(3.1, 3.2, 3.3)의 자유 포트는 측정 프로브(9)의 광섬유(4)의 3-코어 섹션 코어에 이러한 포트를 연결하는 팬 인/팬 아웃 디바이스(8)의 포트에 연결된다.
측정 요소(5)는 b = 50㎛의 길이를 가지며, 유리 ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3 NaF)으로 만들어진다. ZBLAN 유리와 입력 멀티 코어 섬유(4) 사이에는 a = 1㎛의 길이의 공기 갭(잔여 캐비티(7))이 존재한다. 이러한 구성에서, 파브리-페로 공진기는 각각의 코어(9.1, 9.2, 9.3)에 대해 형성된다.
측정 요소(5)의 면(6)은 다이클로로메탄 중의 폴리스타이렌의 1% 용액에서의 침지된 결과로서 아세톤의 검출에 민감해진다. 건조 후의 면(6)에 잔류하는 활성층은 특정 특성을 갖는다: 이는 아세톤과의 접촉의 결과로서 팽윤한다. 결과적으로, 이러한 층을 갖춘 본 발명에 따른 센서는 아세톤 센서로서 사용될 수 있다.
당업자는 본 발명의 센서가 원하는 물질을 검출하고 측정할 수 있었던 1300 내지 1500㎚ 범위에서의 측정을 허용하는 다른 중간 파장 및 다른 스펙트럼 폭을 갖는 광원의 다른 세트를 용이하게 제공할 수 있다.
광원으로부터의 광은 단일 모드 광섬유를 통하여 서큘레이터(3)로 지향되고, 그런 다음 팬 인/팬 아웃 디바이스(8) 및 입력 3-코어 광섬유(4)로 지향된다. 이러한 광섬유는 도 3에 도시된 코어(9.1, 9.2, 9.3)로부터 설정된 삼각형의 단면 및 A = 80㎛의 격자 상수를 갖는다. 코어(9.1, 9.2, 9.3)는 8.2㎛의 직경 및 0.12의 개구수(numerical aperture)를 갖는다. 광섬유(4)로부터, 광은 공기 충전된 잔여 캐비티(7)와 측정 요소(5)로 지향된다. 측정 요소의 가장자리에서 반사된 광은 광섬유 세그먼트(4)를 경유하여, 팬 인/팬 아웃 요소, 단일 모드 광섬유 및 서큘레이터를 통해 검출기로 복귀되고, 측정 요소(5)의 반대쪽 단부로부터 반사된 광의 간섭에 기인하는 줄무늬가 검출기 상에서 관찰된다. 실온에서 아세톤에서의 침지는 대략 200㎚까지 측정 프로브 상의 층의 두께에서의 변화를 유발하고, 약 6.4㎚까지 1550nm 파장 근처에서, 6㎚에서 1450㎚의 파장에 인접하여, 약 5.4㎚까지 파장 1310㎚ 근처에서 무늬 시프트를 유발한다. 모든 광원 파장에서 얻어진 간섭 무늬 시프트가 0.1㎚ 내지 8.0㎚의 범위 내에 놓이면 아세톤이 검출되었다고 인정된다. 그러므로, 검출 방법의 특이성에서의 증가가 달성되었다.
팬 인/팬 아웃 요소의 사용은 이러한 모든 무늬의 시프트를 동시에 관찰하는 것을 가능하게 한다. 센서 작동의 개선(더 높은 감도 및 특이성)은 2개의 무늬를 관찰할 때 이미 얻어진다. 검출된 물질의 일부에 대해, 3개 이상의 코어와 이에 대응하는 더 많은 수(최대 10개, 12개 또는 그 이상)의 광원을 갖는 섬유를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 센서의 실시형태에서, 더 많은 수의 코어 및 대응하는 수의 광원 및 검출기를 갖는 멀티 코어 섬유 섹션(4)이 사용될 수 있다. 이러한 센서 시스템과 측정 프로브는 더욱 복잡하지만, 검출된 물질을 더욱 확실하게 식별할 가능성을 제공한다.
본 발명의 일부 실시형태에서, 광섬유 섹션은 측정 요소(5)로서 사용될 수 있다. 측정 요소(5)로서 광섬유 세그먼트의 사용으로 인해, 광섬유에서의 코어의 존재로 인한 빔의 회절이 회피된다. 광원의 대역폭에서의 긍정적인 분산을 이용한 광섬유의 사용은 비선형 현상의 발생을 회피한다.
당업자는 청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명으로부터 벗어남이 없이 일부 상황에서 광원과 검출기 사이의 광로의 다른 유리한 변경을 일상적으로 제안할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시형태에서 사용된 서큘레이터는 커플러로 용이하게 대체될 수 있다.
유사하게, 상기의 상세한 설명에 익숙한 당업자는 측정 요소(5)의 면(6)을 다양한 검출 물질에 코팅 또는 민감화하기 위한 다양한 방법을 어려움없이 제안하고, 또한 광원과 광로의 적절한 광학 파라미터를 선택할 수 있다. 염산에 대한 민감도는 작은 다공성 및 대략 1.8의 굴절률을 갖는 실리카 유리로 만들어진 측정 요소를 준비하고, 예를 들어 이트륨 산화물을 레이저 가열하는 것에 의해 이트륨 산화물로 이것의 면을 덮고 유리에 침착시키는(deposit) 것에 의해 얻어질 수 있다. 염산과 절단된 요소의 접촉은 1550㎚ 파장에서 대략 4㎚까지 무늬를 시프트시킨다.
당업자는 또한 특히 섬유를 스플라이싱하는 것에 의해, 그리고 전용 광섬유 커넥터를 이용하여 측정 프로브를 광로에 연결하기 위한 다양한 기술을 제안할 수 있다.
당업자는 광원 대역까지의 측정 요소의 길이를 용이하게 선택하고 상세한 설명에서 언급된 광원을 다양한 대체물로 대체할 수 있다. 제작자는 또한 다음과 같은 다양한 광원을 성공적으로 사용했다:
Figure pct00014
초연속 광원,
Figure pct00015
400 내지 700㎚의 파장 범위 내의 광을 방출하는 할로겐 램프,
Figure pct00016
1310㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00017
1400㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00018
1450㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00019
1550㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
Figure pct00020
1310 내지 1550㎚의 범위의 중심 파장 및 적어도 20㎚에서의 조정 범위를 갖는 협대역 광원.
본 발명은 당업자에게 공지된 다양한 측정 기술을 사용하여 구현될 수 있다. SLED 다이오드, 초연속 광원 또는 할로겐과 같은 광대역 광원이 사용될 수 있으며 검출기, 스펙트럼 분석기 또는 분광계로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 하나의 조정 가능한 광원은 다음의 파장에 대한 측정 동안 사용되고 스위칭될 수 있다. 이러한 구성에서, 보다 초기의 검출기가 사용될 수 있다. 하나의 광대역 검출기를 이용하여 분석하기 위해 몇몇 검출기 또는 협대역 광원의 몇몇 광원으로 하나의 광대역 광 신호를 분석할 가능성이 존재한다.
실시형태는 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 하지만 제한적인 것은 아니다.

Claims (23)

  1. 화학 물질을 검출하기 위한 간섭계 광섬유 센서로서,
    광원(1, 1.1, 1.2, 1.3), 검출기(2, 2.1, 2.2, 2.3), 및 상기 광원(1, 1.1, 1.2, 1.3)과 상기 검출기(2, 2.1, 2.2, 2.3) 사이에 배열된 광로를 포함하고, 상기 검출기(2, 2.1, 2.2, 2.3) 및 상기 광원(1, 1.1, 1.2 1.3)이 연결되는 광 분할 요소(3, 3.1, 3.2, 3.3)뿐만 아니라, 공진 캐비티를 구성하고 검출될 화학 물질과 접촉하도록 적응된 면(6)을 갖는 측정 요소(5)를 갖는 광섬유 세그먼트(4)를 더 포함하되,
    상기 광섬유 세그먼트(4)와 상기 측정 요소(5)는 함께 압착되어서, 그 사이에 잔여 캐비티(7)만이 있으며, 상기 광섬유 세그먼트(4)는 적어도 모세관(11) 내에 수용된 그 길이의 일부를 따르며, 상기 모세관(11)의 제1 단부 부분은 상기 측정 요소(5)와 결합되는 반면에, 상기 모세관(11)의 다른 부분은 상기 광섬유 세그먼트(4)에 고정되어서, 상기 모세관(11), 상기 광섬유 세그먼트(4), 및 상기 측정 요소(5)는 상기 광로의 일부인 광섬유 측정 프로브(13)를 함께 구성하며, 상기 모세관(11)은 적어도 5㎜의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계 광섬유 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잔여 캐비티(7)의 광학 길이(aㆍn1)와 상기 측정 요소(5)의 광학 길이(bㆍn2) 사이의 비율은 0 내지 0.4의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 상기 검출될 물질에 대한 물질 접착제로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면(6)을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 상기 검출될 물질에 노출될 때 그 접착성을 상실하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면(6)을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 상기 검출될 물질에 노출될 때 그 광학 파라미터를 변경하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면(6)을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 유리, 실리카 유리, 납 유리, ZBLAN 유리, 및 중합체를 포함하는 군의 선택된 물질을 포함하는 재료로 만들어진 타일인 것을 특징으로 하는 간섭계.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 세그먼트(4)는 상기 검출기(2)의 작동 범위 내에서 단일 모드 광섬유인 것을 특징으로 하는 간섭계.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모세관(11) 내부의 상기 광섬유 세그먼트(4)의 단부는 비스듬하고 상기 광섬유 세그먼트(4)의 축에 대해서 4°내지 20°의 범위 내의 각도만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 간섭계.
  9. 제8항에 있어서, 제1 측면으로부터 잔여 캐비티를 한정하는 광섬유 세그먼트(4)의 제1 표면은 반사 계수(R1)를 가지며, 반대 측면으로부터 상기 잔여 캐비티를 한정하는 측정 요소(5)의 제2 표면은 반사 계수(R2)를 가지며, 상기 반사 계수는 조건
    Figure pct00021
    를 충족시키는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 세그먼트(4)는 멀티 코어 섬유 세그먼트이고, 상기 광로에 있는 팬 인/팬 아웃(8)에 연결되며, 상기 간섭계는 제1 광 분할 요소(3.1)를 통해 팬 인/팬 아웃 디바이스(8)와 연결된 제1 광원(1.1) 및 제1 검출기(2.1), 및 제2 광 분할 요소(3.2)를 통해 팬 인/팬 아웃 디바이스(8)와 연결된 제2 광원(1.2) 및 제2 검출기(2.2)를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  11. 제10항에 있어서, 제3 광 분할 요소(3.3)를 통해 팬 인/팬 아웃 디바이스(8)와 연결된 제3 광원(1.3) 및 제3 검출기(2.3)를 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00022
    초연속 광원,
    Figure pct00023
    400 내지 700㎚의 파장 범위 내의 광을 방출하는 할로겐 램프,
    Figure pct00024
    1310㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
    Figure pct00025
    1400㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
    Figure pct00026
    1450㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
    Figure pct00027
    1550㎚의 중심 파장을 갖는 초발광 다이오드,
    Figure pct00028
    20㎚ 이상의 범위 내에서 조정 가능한 1310 내지 1550㎚의 범위 내의 중심 파장을 갖는 협대역 광원
    을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 광원(1, 1.1, 1.2, 1.3)을 갖는 것을 특징으로 하는 간섭계.
  13. 광섬유 세그먼트(4), 및 면(6)을 갖는 측정 요소(5)를 포함하는 광섬유 측정 프로브로서,
    상기 광섬유 세그먼트(4)와 상기 측정 요소(5)는 그 사이에 잔여 캐비티(7)만이 존재하도록 함께 압착되며, 상기 광섬유 세그먼트(4)는 적어도 모세관(11) 내에 수용된 그 길이의 일부를 따르며, 상기 모세관(11)의 제1 단부 부분은 상기 측정 요소(5)와 결합되는 반면에, 상기 모세관(11)의 다른 부분은 상기 광섬유 세그먼트(4)에서 고정되는 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  14. 제13항에 있어서, 상기 잔여 캐비티(7)의 광학 길이(aㆍn1)와 상기 측정 요소(5)의 광학 길이(bㆍn2) 사이의 비율은 0 내지 0.4의 범위에 놓이는 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 검출될 물질에 대한 물질 접착제로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면(6)을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 검출될 물질에 노출될 때 그 접착성을 상실하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면(6)을 갖는, 시스템.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 검출될 물질에 노출될 때 그 광학 파라미터를 변경하는 물질로 적어도 부분적으로 덮여 있는 면(6)을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 요소(5)는 유리, 실리카 유리, 납 유리, ZBLAN 유리, 및 중합체를 포함하는 군의 선택된 물질을 포함하는 재료로 만들어진 타일인 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모세관(11) 내부의 상기 광섬유 세그먼트(4)의 단부는 비스듬하고 상기 광섬유 세그먼트(4)의 축에 대해서 4°내지 20°의 범위 내의 각도만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 측면으로부터 잔여 캐비티(7)를 한정하는 광섬유 세그먼트(4)의 제1 표면으로부터의 반사 계수(R1) 및 반대 측면으로부터 상기 잔여 캐비티(7)를 한정하는 상기 측정 요소(5)의 제2 표면으로부터의 반사 계수(R2)는 조건
    Figure pct00029
    를 충족시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  21. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 세그먼트(4)의 단부에 제공된 커넥터를 가지며, 상기 측정 요소(5)는 그 반대편에 위치되는 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  22. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광섬유 세그먼트(4)는 하나 이상의 코어(9.1, 9.2, 9.3)를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유 측정 프로브.
  23. 간섭계를 사용하여 화학 물질을 검출하는 방법으로서,
    상기 간섭계에는, 검출된 물질에 광을 안내하는 광로에 포함된 검출기, 광원 및 광섬유 측정 프로브가 장비되고, 사전 정의된 간섭 무늬의 시프트가 검출기에서 관찰되면 물질이 검출된 것으로서 간주되되, 상기 간섭계는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 간섭계 광섬유 센서가 적용되는 것을 특징으로 하는, 화학 물질을 검출하는 방법.
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