WO2005038440A1

WO2005038440A1 - 光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置

Info

Publication number: WO2005038440A1
Application number: PCT/JP2004/015266
Authority: WO
Inventors: Mitsuhiro Iga; Kazuhiro Watanabe; Atsushi Seki
Original assignee: Tama-Tlo, Ltd.
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2005-04-28
Also published as: US20070077000A1; JP2005121461A; KR20060123742A; EP1674854A1; KR101109093B1; US7389009B2; EP1674854A4; WO2005038440A9

Abstract

　外界の状況をより簡便に検出することを可能にする光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置を提供する。光を伝送する光ファイバ部２０aの先端に、光ファイバ部２０aのコアとは径が異なるヘテロ・コア部を融着接合して、ヘテロ・コア部によるセンサ部４を先端に有するティップ（tip）型光ファイバセンサ９を構成する。このティップ型光ファイバセンサ９の光ファイバ部２０a側の端部に光源１を接続し、光源１から光ファイバ部２０aに入射しセンサ部４において測定媒質MDとの間で相互作用を受けた戻り光を、光ファイバカプラ２により分岐させ、フォトダイオードまたはスペクトルアナライザ６によって受光させて、光ファイバセンサ測定装置１００を構成する。

Description

明細書

光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置

技術分野

[0001] 本発明は、光ファイバの先端部において外界の状況を検出するティップ (tip)型の光ファイバセンサ、およびそれを用いた測定装置に関する。

背景技術

[0002] たとえば、液体の検知やその液体の濃度の検出等の目的のために光ファイバを利用する試みが知られて！/、る。

光ファイバを利用したセンサの一種として、光ファイバの中途部に、コア径が異なるヘテロ ·コア部と呼ばれる部分を融着接合して設けたヘテロ 'コア型の光ファイバセンサが知られている。ヘテロ'コア部を設けることにより、センシングに用いる光とセンサの外部との相互作用をより発生させ易くなる。

たとえば、特許文献 1に、ヘテロ'コア型の光ファイバセンサの一例が開示されている。

[0003] 特許文献 1においては、光ファイバの先端にヘテロ'コア部を融着接合している。そして、先端にヘテロ 'コア部が接合されたこのへテロ 'コア型光ファイバセンサの光ファィバ側の端部を、 OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer)に接続している。

OTDRからへテロ ·コア型光ファイバセンサへ光を入射し、ヘテロ ·コア部にお！/、て発生する後方散乱光の強度を OTDRによって測定することにより、後方散乱光の強度変化に応じて、液体の存在やその液体の濃度等の外界の状況を検出することができる。

特許文献 1：特開 2002— 350335号公報（図 4)

非特許文献 1：笠井，「表面プラズモン共鳴 (SPR)を利用したバイオセンサー」蛋白質核酸酵素， Vol.37, No.l⁵ (l⁹⁹²年）p²⁹⁷⁷-²⁹⁸4

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、特許文献 1には、 OTDRを用いて測定した後方散乱光を利用してセンシングを行なうことのみが開示および示唆されており、たとえば、以下のような不都合を回避することは困難であると考えられる。

たとえば、 OTDRは微弱な後方散乱光を増幅して測定に用いる装置である。そのため OTDRは高価であり、 OTDRを用いた場合にはセンサシステム全体のコスト低減ィ匕は困難になる。また、微弱な後方散乱光を用いるため、ある程度精密なセッティングが必要であり、簡便にセンシングが可能であるとは言い難い。後方散乱光を用いる場合には、フレーネル (Fresnel)反射による光と後方散乱光とを区別する必要もあり、センシング結果を直接的に簡便に得ることは困難である。

[0005] 本発明の目的は、外界の状況をより簡便に検出することを可能にする光ファイバセンサを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記の光ファイバセンサを用いて、外界の状況をより簡便に検出して所定の特性を測定することが可能であり、かつ、製造も容易な測定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明に係る光ファイバセンサは、光を伝送する光ファイバ部と、当該光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部をコアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除手段とを有する光ファイバセンサである。

[0007] または、本発明に係る光ファイバセンサは、光を伝送する光ファイバ部と、当該光フアイバ部のコアとは径が異なり当該コアを伝わった光を伝送可能な光伝送コアを備え、前記コアを伝わった光の少なくとも一部を前記コアと前記光伝送コアとの境界から前記コアの外部に導ぐ前記光ファイバ部の長さと比較して短いヘテロ'コア部とを有し、前記光ファイバ部の先端に前記へテロ 'コア部を融着接合した光ファイバセンサの構造であってもよい。

[0008] 本発明に係る測定装置は、光を伝送する光ファイバ部と、当該光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部をコアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除手段とを有する光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記モード規定解除手段において前記モード規定解除手段の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出手段とを有する測定装置である。

[0009] または、本発明に係る測定装置は、光を伝送する光ファイバ部と、当該光ファイバ部のコアとは径が異なり当該コアを伝わった光を伝送可能な光伝送コアを備え、前記コアを伝わった光の少なくとも一部を前記コアと前記光伝送コアとの境界力前記コァの外部に導ぐ前記光ファイバ部の長さと比較して短いヘテロ'コア部とを有し、前記光ファイバ部の先端に前記へテロ 'コア部を融着接合した光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、前記へテロ'コア部において当該へテロ'コア部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出手段とを有する測定装置の構造であってもよい。

[0010] 本発明においては、光ファイバ部の一端部に光源と測定装置とが接続される。光フアイバ部は、光源から入射された光を伝送する。光ファイバ部の他端部に、たとえば、光ファイバ部のコアとは径が異なりこのコアを伝わった光を伝送可能な光伝送コアを備え、光ファイバ部の長さと比較して短、ヘテロ 'コア部等のモード規定解除手段が融着接合される。ヘテロ'コア部等のモード規定解除手段は、光ファイバ部のコアを伝わった光の少なくとも一部を、このコアの外部に導いてコア中における光のモードの規定を解除する。モードの規定を解除された状態で外部との相互作用を受けた光は、コアを介して光ファイバ部中において再び伝送され、光源側へ戻ってくる。光ファィバ部における光源側に接続されている測定装置は、この戻り光の直接的な強度を検出する。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、測定対象とする外界の特性を簡便に検出して測定可能な光ファィバセンサと測定装置とを容易に提供することが可能になる。

図面の簡単な説明 [0012] [図 1]図 1は本発明の第 1実施形態に係るティップ型の光ファイバセンサを用いた測定装置の概略構成図である。

[図 2]図 2A—図 2Cは第 1実施形態に係る光ファイバセンサの構成を示すための、光ファイバセンサのセンサ部近傍での長手方向の断面図である。

[図 3]図 3は図 2Aに示すセンサ部の模式的な拡大断面図である。

[図 4]図 4は第 1実施形態に係るティップ型光ファイバセンサ測定装置を用いてグリセリンの濃度を測定した場合に得られる、光の波長と強度との関係を示すグラフである

[図 5]図 5は従来の光ファイバセンサ測定装置を用いたときの光の波長と強度との関係を示すグラフである。

[図 6]図 6は従来の光ファイバセンサ測定装置の概略構成の一例である。

[図 7]図 7は第 1実施形態に係る光ファイバセンサ測定装置と従来の測定装置とによつて得られる屈折率と光の強度との関係をそれぞれ示したグラフである。

[図 8]図 8は第 1実施形態に係る光ファイバセンサの変形形態を示す断面図である。

[図 9]図 9A—図 9Cは本発明の第 2実施形態に係る光ファイバセンサのセンサ部近傍での長手方向の断面図である。

[図 10]図 10A—図 10Cは本発明の第 3実施形態に係る光ファイバセンサのセンサ部近傍での長手方向の断面図である。

符号の説明

[0013] 1…光源

2…光分岐装置

3…光ファイバコネクタ

4…センサ部

5…参照光検出器

6…信号検出器 (光検出手段）

7…測定演算器 (測定手段）

9…ティップ型光ファイバセンサ

20a— e…光ファイバ部 21, 31 · · ·コア

22, 32· · ·クラッド

30· · ·ヘテロ'コア部

50…金属膜

60…反射膜

100…ティップ型光ファイバセンサ測定装置

500…検出薬固定ィ匕膜

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら述べる。

[0015] 〔第 1実施形態〕

図 1は、本発明の第 1実施形態に係るティップ (tip)型の光ファイバセンサを用いた測定装置の概略構成図である。

図 1に示すティップ型光ファイバセンサ測定装置 100は、光源 1と、光分岐装置 2と、光ファイバセンサ 9と、参照光検出器 5と、信号検出器 6と、測定演算器 7とを有する本発明における光検出手段の一実施態様が信号検出器 6に相当する。また、本発明における測定手段の一実施態様が測定演算器 7に相当する。

[0016] 光源 1は光ファイバ部 20dにより光分岐装置 2に接続されており、信号検出器 6は光ファイバ部 20eにより光分岐装置 2に接続されて、る。

また、光ファイバセンサ 9は光ファイバコネクタ 3を介して光ファイバ部 20bに接続されており、この光ファイバ部 20bがさらに光分岐装置 2に接続されている。

参照光検出器 5は、光ファイバ部 20cを介して光分岐装置 2に接続されて、る。

[0017] 光ファイバセンサ 9は、光ファイバ部 20aの一端部にセンサ部 4を有している。光ファィバ部 20aの他端部が光ファイバコネクタ 3を介して光ファイバ部 20bに接続される。

[0018] 光ファイバ部 20a— 20eは、各々光ファイバを用いて構成される。光ファイバ部 20a 一 20eを構成する光ファイバには、シングルモード光ファイバを用いてもよいし、マルチモード光ファイバを用いてもょ、。光ファイバ部 20a— 20eを構成する光ファイバは、それぞれ種類が異なっていてもよい。 [0019] また、光ファイバ部 20a— 20eの長さは、それぞれ適宜決めることができる。たとえば、研究室や実験室において測定対象試料中の測定対象物の定量を行なう場合では、それぞれ数十 cmの長さにすればよい。光源 1とセンサ部 4との距離を離す必要がある場合には、たとえば、光ファイバ部 20bまたは光ファイバ部 20dの長さを長くすればよい。使用形態に応じて、各光ファイバ部 20a— 20eは数百 mの長さとすることも可能である。

[0020] 信号検出器 6と測定演算器 7、および光源 1と測定演算器 7とは、それぞれ信号線によって接続される。

たとえば図 1に示すように、光源 1と信号検出器 6と測定演算器 7とを一つにまとめて、測定器 8として構成してもよい。

[0021] 光源 1としては、複数の波長の光を含む光を発する多波長光源と、任意の波長の単色光を発する単一波長光源のいずれをも使用可能である。多波長光源としては、たとえば、白色光源を用い、単一波長光源としては、たとえば、発光ダイオード (Light Emitting Diode： LED)やレーザーダイオード（Laser Diode： LD)を用いる。

光源 1は、光ファイバセンサ 9を用いた測定のための光 LT1を光分岐装置 2に出力する。

[0022] 光分岐装置 2は、たとえば、光ファイバ力ブラなどのような、 1つの入力ポートに光が入射した場合に、その光が複数の出力ポートに分岐して出力される装置により実現する。

本実施形態においては、 2つの入力ポートと 2つの出力ポートとを有し融着延伸法によって製作された 2 X 2光ファイバ力プラを用いる。この 2 X 2光ファイバカプラにおいて、 1つの入力ポートに入力された光は、 2つの出力ポートに分岐されて出力される。

また、この光ファイバ力ブラにおいては、光の入出力方向を変更すれば、出力ポートは入力ポートとして機能し、入力ポートは出力ポートとして機能するものとする。

[0023] 光ファイバコネクタ 3には、たとえば、光ファイバ同士の接続に使用される市販のコネクタを用いる。この光ファイバコネクタ 3は、光ファイバセンサ 9の光ファイバ部 20aと、光ファイバ部 20bとの接続に用いる。光ファイバ部 20bの先端に直接センサ部 4を設けて光ファイバセンサを製造した場合には、この光ファイバコネクタ 3は不要である

[0024] 光ファイバセンサ 9は、光分岐装置 2、光ファイバ部 20b、光ファイバ部 20aを介して光源 1から入力された LT2光を、センサ部 4において光ファイバセンサ 9の外界と相互作用させ、外界の状況を検出する。

光ファイバセンサ 9の構成および機能の詳細については後述する。

[0025] 参照光検出器 5は、光分岐装置 2によって光源からの光 LT1から分岐された参照光 LT5を検出する。

参照光検出器 5は、たとえば、フォトダイオードやスペクトルアナライザ (分光器）によつて実現する。

参照光検出器 5が検出する参照光 LT5は、光源 1からの光 LT1の時間変動等の不安定性をキャンセルするための参照（リファレンス）として用いる。そのため、光源 1の安定性を考慮しない精度の測定であれば、参照光検出器 5は不要であり、また、光分岐装置 2において参照光検出器 5へ光を分岐させるための出力ポートも必要ない

[0026] 信号検出器 6は、光ファイバセンサ 9において光ファイバセンサ 9の外部の環境 (外界）と相互作用を受けて光ファイバ部 20bおよび光分岐装置 2を介して光源 1側へ戻つてきた戻り光を、光ファイバ部 20eを介して受光する。

信号検出器 6により、上記の戻り光の強度が検出される。即ち、信号検出器 6は、光ファイバセンサ 9からの戻り光の直接的な強度を検出する。

信号検出器 6は、検出した光の強度のデータ信号 SG1を測定演算器 7に送信する

[0027] 信号検出器 6としては、たとえば、スペクトルアナライザや、フォトダイオードを用いた受光回路を使用し、光源 1の種類に応じてこれらの検出器を使い分ける。たとえば、光源 1に白色光源を用いる場合には、白色光源からの光に含まれる各波長の光のそれぞれの強度を検出するためにスペクトルアナライザを用いる。光源 1に LEDや LD等の単一波長光源を用いる場合には、フォトダイオードを用いた受光回路で十分である。フォトダイオードを用いた受光回路を、ノヮ一メータと呼ぶこともある。 [0028] 測定演算器 7は、たとえば、 CPU (Central Processing Unit)等の処理回路とその駆動のためのプログラムによって実現する。

測定演算器 7は、信号検出器 6から送信されるデータ信号 SG1に基づいて、光ファィバセンサ 9を用いた測定対象の測定値を算出する。言い換えれば、測定演算器 7 は、データ信号 SG1が表わす光の強度の情報を、この強度を用いた所定の演算により、光ファイバセンサ 9の外界における測定対象の存在や、その濃度、酸性度等の特性の情報に変換する。このような測定目的に応じた変換のためのプログラムが測定演算器 7には含まれている。

[0029] また、測定の自動化のために、測定演算器 7から光源 1に制御信号 SG2を出力させて、光源 1のオン'オフや光の強度'種類等を測定演算器 7に制御させる構成としてもよい。

[0030] 以下、光ファイバセンサ 9について詳細に述べる。

図 2は、第 1実施形態に係る光ファイバセンサ 9の構成を示すための、光ファイバセンサ 9のセンサ部 4近傍での長手方向の断面図である。図 2A—図 2Cのそれぞれは、センサ部 4の構造がそれぞれ異なる光ファイバセンサをそれぞれ示して、る。本実施形態に係る光ファイバセンサ 9は、光ファイバ部 20aと、センサ部 4とを有する光ファイバ部 20aは、コア 21と、その周りに積層されるクラッド 22とを有する。光源 1 力の光はコア 21に入射される。

また、本実施形態に係るセンサ部 4は、ヘテロ'コア部 30と、金属膜 50と、反射膜 6 0とを有する。

[0031] 本発明におけるモード規定解除手段の一実施態様がヘテロ'コア部 30である。

また、本発明における反射手段の一実施態様が反射膜 60である。

本実施形態に係る光ファイバセンサ 9は、光ファイバ部 20aの光源 1側に配置される端部とは反対側の端部に、数 mm力も数 cmの光ファイバ部 20aの長さと比較して短いヘテロ ·コア部 30を接続して構成している。したがって、光ファイバセンサ 9は、センサ部 4を構成するへテロ 'コア部 30が先端に存在するティップ型の光ファイバセンサとなっている。 [0032] 図 2A,図 2Bには、光ファイバ部 20aと同じぐコア 31と、その周りに積層されたクラッド 32とを有するヘテロ'コア部 30が示されている。コア 31の径 blが光ファイバ部 20a のコア 21の径 aUりも小さいヘテロ'コア部 30が図 2Aに示されており、径 blが径 aUりも大き、ヘテロ 'コア部 30が図 2Bに示されて!/、る。

このように、コア 31の径 blが光ファイバ部 20aのコア 21の径 alと異なっているため、コァ 31およびクラッド 32とはへテロ'コア部と呼ばれる。

なお、コア 21の屈折率はクラッド 22の屈折率よりもわずかに大きぐコア 31の屈折率はクラッド 32の屈折率よりもわずかに大き、。

コア 31とクラッド 32とはいずれも光透過性部材であり、光を伝送させることが可能でめる。

[0033] 図 2Aに示すヘテロ'コア部 30においては、コア 31の径 blはコア 21の径 aUりも十分に小さく、たとえば、 &1= 50 πι、 Μ= 3 πιであるとする。

図 2Βに示すヘテロ'コア部 30においては、コア 31の径 blはコア 21の径 aUりも十分に大きく、たとえば、 &1= 50 πι、 Μ= 90 πιであるとする。

また、ヘテロ'コア部 3の長さ clは、たとえば、 10mmとする。

[0034] また、図 2Cに示すように、たとえば、光ファイバ部 20aのクラッド 22と同等の屈折率を持ち光を伝送することが可能な光透過性部材 300を、ヘテロ ·コア部 30の代わりに用いることも可能である。このような光透過性部材 300も、コア径 blが 0である、一種のヘテロ'コア部であるとみなすことができる。

[0035] 光ファイバ部 20aとへテロ'コア部 30または光透過性部材 300とは、長手方向に直交する界面 40aにおいて、長手方向に沿って同軸に接合されている。ヘテロ'コア部 30を光ファイバ部 20aに接合する場合には、ヘテロ'コア部 30のコア 31と光ファイバ部 20aのコア 21とが接触するようにする。

以上の接合には、好適には、汎用化されている放電による融着手法を用いる。

[0036] 光ファイバ部 20aおよびへテロ'コア部 30としては、シングルモード光ファイバおよびマルチモード光ファイバの、ずれをも使用可能であり、これらを組み合わせて使用してちよい。

以下では、たとえば、コア径 alが約 50 μ mのマルチモード光ファイバ（大崎電気社製）を用いた光ファイバ部 20aに、コア径 blが約 3 μ mのシングルモード光ファイバ（ Newport社製， F_SA)を用いたヘテロ 'コア部 30を接合した場合を一例として挙げて述べる。

[0037] ヘテロ ·コア部 30が存在することにより、光ファイバ部 20aのコア 21内を伝わってきた光の少なくとも一部は界面 40aにおいてコア 21の外部へリークする。コア 21の外部へ導かれてリークした光の少なくとも一部はへテロ'コア部 30のクラッド 32内を伝わる。このとき、ヘテロ'コア部 30のクラッド 32内においては、光ファイバ部 20aのコア 21 内における光のモードの規定は解除され崩される。

ヘテロ ·コア部 30において光のモードの規定が解除されることは、光ファイバ部 20a とへテロ ·コア部 30として用いられる光ファイバの種類がシングルモード光ファイバであるかマルチモード光ファイバであるかに関わらず発生する。

[0038] 図 3は、図 2Aに示すようなコア径 blがコア径 aUりも小さ、センサ部 4を拡大して示した模式的な断面図である。ただし、図 3において、図解の明瞭さのために光ファイバ部 20aのコア 21とへテロ'コア部 30のクラッド 32とにおけるハッチングは省略している

[0039] 金属膜 50は、ヘテロ'コア部 30の表面側を被覆するように任意の方法によってコーティングする。本実施形態においては、たとえば、ヘテロ'コア部 30の外側表面に蒸着によりクロム (Cr)の膜 50aを形成し、このクロム膜 50a上に蒸着により金 (Au)の膜 5 Obを形成して金属膜 50を形成する。

クロム膜 50aの膜厚 FW1は、たとえば、数 nm程度である。金膜 50bの膜厚 FW2は、たとえば、数十 nm程度である。

[0040] 詳細には後述するように、ヘテロ'コア部 30の内部における光がヘテロ'コア部 30と金属膜 50との境界において反射することにより、表面プラズモンが発生する。

たとえば、銀 (Ag)やアルミニウム (A1)等の他の金属を用いて金属膜 50を形成してもよい。

[0041] 第 1実施形態においては、ヘテロ'コア部 30のうち光ファイバ部 20aに融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、反射膜 60をさらに設けている。

反射膜 60は、たとえば、銀を蒸着することにより形成する。反射膜 60の膜厚 dlは、ヘテロ'コア部 30内の光を光ファイバ部 20a側に十分に反射することができる程度の厚さとする。たとえば、膜厚 dlは数百 nm程度である。

ヘテロ'コア部 30内の光を光ファイバ部 20a側に十分に反射させることができれば、銀等の金属以外の物質を用いて反射膜 60を形成してもよヽ。

反射膜 60によりへテロ 'コア部 30の先端が鏡面状になって、ることにより、ヘテロ · コア部 30内の光が先端において反射し易くなり、より多くの光が光ファイバ部 20a側へ戻るようになる。

[0042] ここで、本実施形態に係る測定装置 100を用いた測定について述べる。表面ブラズモンを発生させる金属膜 50を有する光ファイバセンサ 9は様々な物理的、化学的特性測定に利用可能であるが、以下では、グリセリンの濃度を測定する場合を一例として挙げる。

[0043] 本実施形態に係るセンサ部 4は、たとえば、図 1に示すように、測定対象物としてのグリセリンが含有されてヽる溶液等の測定媒質 MD中に浸漬される。

この状態において、光源 1から測定用の光を出射させる。

図 1に示すように、光源 1から出射された光 LT1は、光ファイバ部 20dを介して光分岐装置 2に入射する。

[0044] 光 LT1は、光分岐装置 2により 2つの光に分岐される。一方の光 LT2は、光ファイバ部 20bと光ファイバセンサ 9の光ファイバ部 20aとを介して、センサ部 4に到達する。もう一方の光 LT5は、参照光として光ファイバ部 20cを介して参照光検出器 5に入射する。

[0045] 光ファイバ部 20aのコア 21内においては、光 LT2は光ファイバの通常の性質から複数のモードが形成された光として伝わる。光ファイバ部 20aによって伝送される光のモードは、コア 21とクラッド 22との境界における光の反射角として模式的にとらえることも可能である。光のモードを反射角ととらえた場合には、光ファイバ部 20aにおける光の反射角は、非常に多くの離散的な角度であると考えることができる。図 3において、この複数のモードが形成された光を光 LTMとして表わす。

なお、本実施形態においては光源 1から光ファイバ部 20aに入射させた光の強度変化を利用して測定するため、 1つの波長に対するモード群の合算の光強度のみを考慮すれば十分である。

[0046] 多様なモードである光 LTMは、界面 40aを通過してヘテロ'コア部 30のクラッド 32に入射するときに、モードの規定が解除されてモードが崩される。言い換えれば、へテ口'コア部 30内においては、図 3に示すように、クラッド 32と金属膜 50との境界において光が様々な反射角度で伝わるようになる。これは、光 LTMがへテロ'コア部 30へ入射するときに、モード形態を決定付ける様々な条件 (コア径'屈折率 ·屈折率分布)が変化することと、モード形成の一つの要因であるファイバ長がヘテロ ·コア部 30の長さでは不十分であること、に起因すると考えられる。したがって、あるモードに規定されていた光 LTMがへテロ'コア部 30に入射すると、そのモードの規定が解除されてモードが崩され、図 3に示すような様々な反射角度で反射する、モードが崩された光 LTU となってクラッド 32内を伝わる。

[0047] ヘテロ'コア部 30のクラッド 32と金属膜 50との境界において光が反射する際には、クラッド 32内の光と金属膜 50との間において相互作用が発生し、光の反射率に影響が現れ、反射率が変化する。大部分の場合には、光の反射率が低下して反射光の強度が減少する。この反射率の変化は、金属膜 50が存在しない場合にも発生する可能性はある力金属膜 50を設けた場合には表面プラズモン共鳴 (Surface Plasmon Resonance : SPR)と呼ばれる現象により反射率の変化をより大きくすることができ、光の強度変化の測定を容易化することができる。表面プラズモン共鳴現象については、たとえば、非特許文献 1等の文献を参照されたい。

クラッド 32内の光の反射率は、金属膜 50が存在する場合には金属膜 50に接している物質の屈折率、光吸収率に応じて変化する。金属膜 50が存在しない場合には、クラッド 32の外側表面に付着している物質の屈折率、光吸収率に応じて反射率が変化する。したがって、ヘテロ'コア部 30において反射した光の強度を測定することによつて、センサ部 4の外界に存在する物質の屈折率、光吸収率等の特性を知ることができる。たとえば、測定媒質 MD中のグリセリンの濃度を知ることができる。

[0048] モードが崩れた光 LTUが金属膜 50とクラッド 32との境界にぉ、て反射することにより、様々な反射角度、即ちより多くの条件で光 LTUとセンサ部 4の外界との相互作用を発生させることができること〖こなる。 [0049] 光ファイバ部 20aからへテロ'コア部 30のクラッド 32内に入射し、モードが崩れた光 LTUとなった光は、金属膜 50との境界において反射しながらヘテロ'コア部 30の先端まで伝わる。ヘテロ'コア部 30の先端における界面 40bには鏡面となるように反射膜 60が設けられているため、光 LTUは界面 40bにおいて反射し、再び金属膜 50との境界において反射しながら光ファイバ部 20a側に戻る。このように、センサ部 4の先端において、モードが崩れた光 LTUを反射させて戻すことにより、光ファイバ部 20a側に戻った戻り光は、ヘテロ'コア部 30を一方向に通過させただけの光と比較してより多くの相互干渉の情報を含んだ光となる。

[0050] ヘテロ'コア部 30においてセンサ部 4の外界との間で相互作用が生じた後に再び光ファイバ部 20aのコア 21内に戻った戻り光 LT3は、図 1に示す戻り光 LT4として光ファイバ部 20bを介して光分岐装置 2に到達する。

戻り光 LT4は、光分岐装置 2によって 2つの光に分岐される。分岐された一方の光 LT6が、光ファイバ部 20eを介して信号検出器 6に到達する。

[0051] 信号検出器 6は、光 LT6の強度を検出する。光 LT6の強度と戻り光 LT3の強度との間には相関関係があるため、光 LT6の強度変化を検出することによって、戻り光 LT3 の強度変化を知ることができる。

[0052] 測定演算器 7は、信号検出器 6から送信されたデータ信号 SG1に含まれる光 LT6の強度の情報に基づいて、前述のように既知な測定対象の特性と光 LT6の強度との予め入手されている相関関係を用いて、測定対象の特性を測定する。たとえば、測定演算器 7は、測定媒質 MDに含まれているグリセリンの濃度を演算により算出する。上記の相関関係は、たとえば、図示しないメモリ等の記憶装置に、ルックアップテーブルとして記憶させておく。測定演算器 7は、このメモリに適宜アクセスして、測定対象の特性と光 LT6の強度との相関関係を入手する。

[0053] 図 4は、以上のティップ型光ファイバセンサ測定装置 100を用いて、たとえば、ダリセリンの濃度を測定した場合に得られる、光 LT6の波長と強度との関係を示すグラフである。図 4において、横軸は光 LT6の波長を表わしており、縦軸は光源 1からの光を基準としてノーマライズした光 LT6の強度を表わして、る。基準とする光の強度としては、参照光検出器 5によって検出した参照光 LT5の強度を用いてもよいし、測定演算器 7が制御信号 SG2を用いて光源 1に対して設定する、光 LT1の設定出力光強度を用いてもよい。

[0054] 図 4に示す測定を行なう場合に、ヘテロ'コア部 30の長さ clは 10mmとし、クロム膜 5

Oaの膜厚 FW1は 4. 4nmとし、金膜 50bの膜厚 FW2は 57. 04nmに設定した。また、銀製の反射膜 60の膜厚 dlは 200應に設定した。

[0055] 図 4に示すように、様々な波長における強度を調べる掃引を実行するために、光源

1としては白色光源を用いた。白色光源に対応して、参照光検出器 5と信号検出器 6 とにはスペクトルアナライザを用いた。

[0056] 測定媒質 MDとしては水を用いた。図 4のグラフにおいて、グラフ GWは水が 100% の場合の結果を、グラフ GG1はグリセリン濃度が 20%の場合の結果を、グラフ GG2はグリセリン濃度が 50%の場合の結果をそれぞれ示している。

なお、水の屈折率は約 1. 333であり、グリセリン 20%水溶液の屈折率は約 1. 357 であり、グリセリン 50%水溶液の屈折率は約 1. 398である。

[0057] 図 4に示すグラフにおいては、各グラフ GW, GG1, GG2が従来よりも比較的なだらかに変化して下向きのピークが発生していることが特徴である。そして、各グラフ GW,

GG1, GG2は、従来よりも広い波長の範囲において互いに交わらずにプロットされている。

比較のために、従来の光ファイバセンサ測定装置を用いたときの測定結果を図 5に示す。

[0058] 図 5に示すグラフは、図 4と同様に横軸が波長を表わしており、縦軸が光のノーマラィズした強度を表わして、る。

なお、図 6に、従来の光ファイバセンサ測定装置の概略構成の一例を示す。図 5に示すグラフ G— A, · ··, G— Fは、図 6に示すような 2つの光ファイバ部 20aの間にセンサ部 4を設けた構造の光ファイバセンサ 900を用いた測定の結果得られたグラフである。 2つの光ファイバ部 20aはそれぞれ、センサ部 4側の端部とは反対側の端部が、光源 1とスペクトルアナライザ SAとにそれぞれ接続されている。

図 6におけるセンサ部 4は、反射膜 60の代わりに光ファイバ部 20aを接続している以外は、図 3に示す第 1実施形態に係るセンサ部 4と同じ構造をしている。図 6に示す光ファイバセンサ 900において、ヘテロ'コア部 30の長さ clは 10mmとした。

ただし、光ファイバセンサ 900においては、クロム膜 50aの膜厚 FW1は約 5nmとし、金膜 50bの膜厚 FW2は約 60nmと設定した。

[0059] 図 6に示すセンサ部 4は測定媒質 MDに接触させられる。この状態で、光源 1から出射された白色光 LT— Aが光ファイバ部 20aを伝わってセンサ部 4に到達し、センサ部 4においてその外界の測定媒質 MDと相互作用する。センサ部 4において相互作用を発生させた後の光 LT— Bは、センサ部 4の後段、即ち光の出射側にある光ファイバ部 20aを伝わってスペクトルアナライザ SAに到達する。スペクトルアナライザ SAは、光 LT —Bの強度を検出する。

[0060] 図 5の各グラフ G— A, · ··, G— Fは、たとえば、測定対象物の濃度を変化させて図 6 における測定媒質 MDの屈折率を変化させたときの光 LT—Bの各波長の光強度をそれぞれ示している。

グラフ G— A, G— B, G— C, G— D, G— E, G— Fはそれぞれ、測定媒質 MDの屈折率力 S約 1. 333, 1. 345, 1. 357, 1. 371, 1. 384, 1. 398の場合の結果をそれぞれ表わしている。

[0061] 図 4と図 5とを比較すると、従来の光ファイバセンサ 900を用いた図 5の場合には、 5 50應以上の波長の範囲において、図 4の場合よりも各グラフが急峻に変化して下向きのピークが形成されていることが分かる。また、図 5の各グラフ G— A, · ··, G— Fは、互ヽに交差して、ることが分かる。

[0062] 図 5のように各グラフが交差する場合には、屈折率や屈折率力算出され得る濃度等の特性の測定に使用可能な波長が制限され、それゆえ測定が困難になる。たとえば、図 5に示す波長え（約 656. 8nm)においては、たとえば、グラフ G_Cの場合より

1 ―

もグラフ G—Eの場合の方が屈折率は大きいにもかかわらず強度はグラフ G—Cの場合よりもグラフ G—Eの場合の方が小さくなる。このように屈折率の変化の傾向と強度の変化の傾向が異なるような範囲の波長の光を測定に用いることには困難を伴う。そのため、たとえば、波長え（約 769. 6應)ように屈折率の変化の傾向と強度の変化

2

の傾向とに統一性が存在する範囲の波長の光を測定に用いる必要が生じる。

[0063] し力しながら、図 5のように各グラフが急峻に変化する傾向にある場合には、波長 λ の場合においても、たとえば、グラフ G— A, G— B, G— C間のように、グラフ間の間

2 ― ― ―

隔が狭くなる傾向がある。このため、従来は、強度の変化から屈折率等の特性の変化を導くことが困難な傾向にあった。

[0064] 一方、図 4に示すような第 1実施形態の場合には、各グラフがなだらかに変化し、かつ、グラフとグラフとの間隔が従来よりも広くなるため、たとえば、波長えの光を用い

1

ても容易に屈折率等の特性を測定することができる。

このように各グラフが交差せずになだらかに変化する、即ち、各波長において測定対象物の特性がより明確に現れるようになる理由は、光ファイバ部 20aの先端にへテ口 ·コア部 30等のモード規定解除手段を接合し、このへテロ 'コア部 30の部分にぉヽて光を反射させて光ファイバ部 20a側に戻しているためであると考えられる。つまり、ヘテロ ·コア部 30において、反射角度がほぼ一定のあるモードの光が外界と相互作用するのではなくモードが崩された様々な反射角度を有する光 LTUが外界と相互作用することにより、波長と強度とのグラフにおいて急峻なピークが形成されに《なる。また、様々な反射角度を有する光 LTUが外界と相互作用することにより、測定対象物の特性が検出され易くなるため測定対象物の特性の変化が強度変化として現れ易くなる。その結果、同じ波長における各グラフ間の間隔が広くなる。そして、モードが崩された光 LTUがへテロ ·コア部 30の先端にぉ、て反射して光ファイバ部 20a側へ戻ることにより、光 LTUと外界との相互作用は単純には約 2倍の回数繰り返されるため、上記のグラフ間の間隔が広くなりピークがなだらかになるという傾向は、より強くなる。

[0065] 以上の結果を屈折率の観点からまとめ直して示すためのグラフが、図 7に示すダラフである。図 7のグラフにおいて、横軸は測定媒質 MDの屈折率を表わしており、縦軸は信号検出器 6またはスペクトルアナライザ SAによって検出した光の強度を表わしている。

図 7において、♦印のプロットは第 1実施形態に係るティップ型光ファイバセンサ測定装置 100を用いて、波長 656. 8應、即ち図 5に示す波長えにおける屈折率と光

1

の強度との関係を測定した場合の結果を示している。一方、國印のプロットは図 6に示す従来の光ファイバセンサ 900による測定装置を用いて、波長 769. 6應、即ち波長 λ における屈折率と強度との関係を測定した場合の結果を示している。 [0066] 図 7に示すように、第 1実施形態の場合には従来では測定が困難であった波長 λ

1 の場合であっても強度と屈折率とがほぼ線形な関係にあり、容易に測定を実行することが可能であることが分かる。

一方、従来の場合には、強度変化の傾向と屈折率変化の傾向とに統一性が存在する波長えにおいても、強度と屈折率との間には線形性が乏しい。

2

強度と屈折率との間に線形性が存在する本実施形態に係る光ファイバセンサ 9の方力センサとしては好ましい。

[0067] 以上のように、第 1実施形態においては、光ファイバ部 20aの先端に、コア 21内を伝わるモードが規定された光 LTMのモードの規定を解除してモードが崩れた光 LTU にするモード規定解除手段を取り付ける。モード規定解除手段の内部において、モードが崩れた光 LTUが外界と相互作用する。そして、外界と相互作用したモードが崩れた光 LTUを、モード規定解除手段の先端の反射膜 60によって反射させてさらに外界と相互作用させる。以上により、光ファイバを用いて測定を行なう場合に、外界の測定対象物の特性を検出可能な光の波長の範囲を広げて、検出特性を線形的にすることが可能になる。

モード規定解除手段としては、市販の光ファイバを利用したヘテロ'コア部 30等の部材を使用することが可能である。光ファイバを切断してヘテロ'コア部 30とするための切断装置も市販されている。ヘテロ'コア部 30と光ファイバ部 20aとの接合にも、汎用化されて、る放電による融着接合を用いることができる。融着接合のための装置も市販されている。このため、ティップ型光ファイバセンサ 9および測定装置 100を容易に製造することが可能である。

また、第 1実施形態においては、図 6に示すように光ファイバ部 20aによってヘテロ' コア部 30を挟み込むのではなぐ光ファイバ部 20aの先端にヘテロ'コア部 30を接合し、相互作用が生じた後の光を光ファイバ部 20a側へ戻す構造としている。このため、測定装置 100のような測定系全体における光ファイバの敷設'引き回しを大幅に簡略ィ匕することがでさる。

[0068] 大きな強度でかつ安定して SPRを発生させるためには、金属膜 50を形成する光ファィバの表面の粗さ等の特性が重要である力金属膜 50を形成するへテロ'コア部 30 に市販の光ファイバを利用することができるため、表面の特性の評価が容易であり、また、その特性が安定している。したがって、本実施形態に係る光ファイバセンサ 9によれば、望まし、SPRを確実に発生させることができるようになる。

また、光ファイバ部 20aのコア 21内の光を外界と相互作用させるためのへテロ'コア部 30の外径を、光ファイバ部 20aの外径と同じ大きさにすることが可能である。これにより、センサ部 4の強度を向上させることが可能になり、光ファイバセンサ 9を実用的に用いることが可能になる。

第 1実施形態に係る測定装置 100においては、ヘテロ'コア部 30内の光のモードを崩すことにより、外界の測定対象の特性変化を戻り光 LT6の強度変化に反映させ易くなる。したがって、戻り光 LT6の直接的な強度を検出することによって、測定対象の特性を検出することが可能になる。その結果、信号検出器 6としてフォトダイオードのような、 OTDR(Optical Time-Domain Reflectometer)よりも格段に安価な装置を適用することが可能になり、測定装置 100の価格を低減可能となる。また、ティップ型の光ファイバセンサ 9を用い、たとえば、光源 1として LEDを、信号検出器 6としてフォトダイオードを用いることにより、測定装置 100を小型化することも可能になる。

[0069] 〔変形形態〕

図 8は、上記第 1実施形態に係る光ファイバセンサ 9の変形形態を示す断面図である。

図 8に示す変形形態に係る光ファイバセンサ 90は、第 1実施形態に係る光ファイバセンサ 9を、カバー部材 70によって挟み込んで覆った点のみが光ファイバセンサ 9と異なる。したがって、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記述は省略する。

[0070] カバー部材 70は、たとえば、プラスチック等の榭脂材料によって形成する。

カバー部材 70は、たとえば、ペン型、スティック型等の、光ファイバセンサ 9の長手方向に沿う形状にする。

カバー部材 70は、光ファイバセンサ 9を挟み込んで固定し、光ファイバセンサ 9におけるセンサ部 4を含む先端部のみが測定媒質 MDに接触可能になっている。

[0071] 以上のような光ファイバセンサ 90は、光ファイバセンサ 9と同様に、光ファイバコネクタ 3を介して図 1における光ファイバ部 20bに接続可能であり、測定対象物の濃度等の様々な特性の測定に用いることができる。

以上のようなカバー部材 70を有する光ファイバセンサ 90、およびそれを用いた測定装置によれば、第 1実施形態の場合と同じ効果に加えて、センサ部 4の保護や、光ファイバセンサ 9を直接操作するよりもハンドリングが容易になるという効果を得ることができる。

[0072] 〔第 2実施形態〕

図 9A—図 9Cは、本発明の第 2実施形態に係る光ファイバセンサのセンサ部 4近傍での長手方向の断面図である。

第 2実施形態に係る光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置は、金属膜 50 の代わりに検出薬固定ィ匕膜 500を用いている点のみが、第 1実施形態の場合と異なつている。したがって、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記載は省略する。図 9A—図 9Cは、図 2A—図 2Cにそれぞれ対応しており、ヘテロ'コア部 30の異なる構造をそれぞれ示してヽる。

[0073] 検出薬固定ィ匕膜 500は、たとえば、ゾル 'ゲル法によって形成する膜や高分子膜によって実現する。たとえば、分子レベルの非常に細かい孔を有する多孔性膜として検出薬固定ィ匕膜 500を形成することが、検出薬固定ィ匕膜 500が固定ィ匕する検出薬と測定対象物とをより効果的に反応可能な点で好ましい。

[0074] 検出薬としては、たとえば、酸または塩基を検出する pH指示薬のような機能性色素や、特定の金属を検出する金属指示薬等の薬品を用いることができる。

これらの検出薬は、ゾル ·ゲル法によって検出薬固定ィ匕膜 500を形成する際に混合によって検出薬固定ィ匕膜 500に固定ィ匕することもできるし、検出薬固定ィ匕膜 500に化学的に固定ィ匕することもできる。

[0075] 上述のような検出薬は、その種類に応じて、特定の検出対象物と選択的に反応する。この反応により、検出対象物の特性 (たとえば、酸であるか塩基であるか等の性質 )に応じて、特定の波長の光が吸収されたり、蛍光が生じる等の現象が発生する。この光の吸収や蛍光等の現象に応じて、スペクトルの変化や強度変化等の変化が、ヘテロ ·コア部 30の内部のモードが崩れた光 LTUにもたらされる。

したがって、検出薬と検出対象物との反応に基づく相互作用を受けた光 LTUの戻り光 LT6のスペクトル変化や強度変化を信号検出器 6で検出することにより、検出対象物、つまり測定対象物の存在や pH、その種類等の特性を知ることが可能になる。

[0076] 以上のように、第 2実施形態によれば、検出薬固定ィ匕膜 500によって、特定の測定対象物と反応する検出薬をへテロ'コア部 30に固定ィ匕している。したがって、検出薬の種類に応じて、測定対象物を選択的に測定することが可能になり、第 1実施形態の場合よりもさらに高感度 ·高精度な測定を行なうことができる。

検出薬をセンサ部 4側に固定ィ匕するため、たとえば、アンモニアの検出のように、液体に限らず気体に含まれる測定対象物の検出ならびに定量が可能である。

以上のように、検出薬の種類を変えることにより、屈折率センサや濃度センサ、 pH 測定センサ等の多種のセンサを実現可能となる。

[0077] 〔第 3実施形態〕

図 10A—図 10Cは、本発明の第 3実施形態に係る光ファイバセンサのセンサ部 4 近傍での長手方向の断面図である。

第 3実施形態に係る光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置は、金属膜 50 または検出薬固定ィ匕膜 500を設けずヘテロ'コア部 30をそのままセンサ部 4として用いている点が、第 1、第 2実施形態の場合と異なっている。それ以外の点は第 1、第 2 実施得形態の場合とほぼ同じであるため、同一構成要素には同一符号を付し、詳細な記載は省略する。

図 1 OA—図 10Cは、図 2A—図 2Cまたは図 9 A—図 9Cにそれぞれ対応しており、ヘテロ ·コア部 30の異なる構造をそれぞれ示して、る。

[0078] 第 3実施形態に係る光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置においては、へテロ ·コア部 30の先端に反射膜 60は設けて、な、。反射膜 60が無、場合であっても、ヘテロ'コア部 30とその外部の外界との屈折率差により、ヘテロ'コア部 30内の光はある程度光ファイバ部 20a側へ反射して戻る。

[0079] 光ファイバ型センサにおいて、センサの外部の状況の特性を検出するためには、光ファイバ内の光を外部と相互作用させることさえできればよぐ感度や選択性を必要としない場合には、金属膜 50や検出薬固定ィ匕膜 500は必要ない。したがって、図 10A 一図 10Cに示すようにへテロ 'コア部 30のみを用いてセンサ 4部を実現した場合にも、外部の状況の特性の検出は可能である。

[0080] ヘテロ 'コア部 30のみを光ファイバ部 20aに融着接合した光ファイバセンサであっても、ヘテロ'コア部 30において光のモードが崩れることにより、検出特性を線形的にすることが可能になる。

また、測定対象物に直接接触する部分では電力を必要としないため電気防爆性、耐引火性に優れ、光による情報伝達のため遠隔モニタリングが可能であり、センサ部 4の小型化'軽量ィ匕が可能、光ファイバはフレキシブルであるため様々な形状に形成可能であることなどの光ファイバセンサの特徴は保持したままにできる。

[0081] なお、本発明は上記の実施形態およびその変形形態に限定されない。たとえば、第 2、第 3実施形態に、第 1実施形態の変形形態のようなカバー部材を設けても良い。また、第 3実施形態に係るヘテロ'コア部 30の表面に、第 1、第 2実施形態のような金属膜 50または検出薬固定ィ匕膜 500を設けてもよい。

たとえば、配管力ゝらの測定対象物の漏れなどを検出したい場合には、実施形態のような測定媒質 MDにセンサ部 4を浸漬させる形態に限らず、配管の測定希望位置にセンサ部 4を設置してもよ、。

産業上の利用可能性

[0082] 本発明は、金属膜 50の種類や検出薬固定ィ匕膜 500に固定化させる検出薬の種類に応じて、たとえば、屈折率の測定、液体が存在しているカゝ否かの液体検知、液体濃度の測定、ガス検知、ガス濃度の測定、たんぱく質の濃度測定、酸濃度測定、アル力リ度測定、その他の化学物質の検知ゃ測定等の化学センサとして用いることが可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 光を伝送する光ファイバ部と、

前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光ファイバ部が伝送する光の少なくとも一部をコアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除手段とを有する光ファイバセンサ。

[2] 前記モード規定解除手段は、前記光ファイバ部の前記コアとは径が異なり当該コアを伝わった光を伝送可能な光伝送コアを備え、前記光ファイバ部の長さと比較して短いへテロ ·コア部である

請求項 1に記載の光ファイバセンサ。

[3] 前記へテロ'コア部の表面側に設けられ、当該表面における前記へテロ'コア部中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜

をさらに有する請求項 2に記載の光フアイバセンサ。

[4] 前記へテロ'コア部の表面側に、前記へテロ'コア部の外部の検出対象物と選択的に反応して当該反応に応じた変化を前記へテロ 'コア部中の光にもたらす検出薬を固定ィ匕して設けた

請求項 2に記載の光ファイバセンサ。

[5] 光を伝送する光ファイバ部と、

前記光ファイバ部のコアとは径が異なり当該コアを伝わった光を伝送可能な光伝送コアを備え、前記コアを伝わった光の少なくとも一部を前記コアと前記光伝送コアとの境界から前記コアの外部に導ぐ前記光ファイバ部の長さと比較して短いヘテロ'コア部と

を有し、

前記光ファイバ部の先端に前記へテロ'コア部を融着接合した

光ファイバセンサ。

[6] 前記へテロ'コア部の表面側に設けられ、当該表面における前記へテロ'コア部中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜

をさらに有する請求項 5に記載の光フアイバセンサ。

[7] 前記へテロ'コア部の表面側に、前記へテロ'コア部の外部の検出対象物と選択的に反応して当該反応に応じた変化を前記へテロ 'コア部中の光にもたらす検出薬を固定ィ匕して設けた

請求項 5に記載の光ファイバセンサ。

[8] 前記へテロ'コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ ·コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射手段をさらに設けた

請求項 2— 7の、ずれかに記載の光ファイバセンサ。

[9] 光を伝送する光ファイバ部と、

前記光ファイバ部の先端に融着接合される光透過性部材を含み、当該光フアイバ部が伝送する光の少なくとも一部をコアの外部に導いて当該光のモードの規定を解除し、モードの規定が解除された光が前記コア中に戻るモード規定解除手段とを有する光ファイバセンサと、

前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、

前記モード規定解除手段において前記モード規定解除手段の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出手段と

を有する測定装置。

[10] 前記モード規定解除手段は、前記光ファイバ部の前記コアとは径が異なり当該コアを伝わった光を伝送可能な光伝送コアを備え、前記光ファイバ部の長さと比較して短いへテロ ·コア部である

請求項 9に記載の測定装置。

[11] 前記へテロ'コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ ·コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射手段をさらに設けた

請求項 10に記載の測定装置。

[12] 前記へテロ'コア部の表面側に設けられ、当該表面における前記へテロ'コア部中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜

をさらに有する請求項 10に記載の測定装置。

[13] 前記へテロ'コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ ·コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射手段をさらに設けた

請求項 12に記載の測定装置。

[14] 前記へテロ'コア部の表面側に、前記へテロ'コア部の外部の検出対象物と選択的に反応して当該反応に応じた変化を前記へテロ 'コア部中の光にもたらす検出薬を固定ィ匕して設けた

請求項 10に記載の測定装置。

[15] 前記へテロ'コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ ·コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射手段をさらに設けた

請求項 14に記載の測定装置。

[16] 光を伝送する光ファイバ部と、

前記光ファイバ部のコアとは径が異なり当該コアを伝わった光を伝送可能な光伝送コアを備え、前記コアを伝わった光の少なくとも一部を前記コアと前記光伝送コアとの境界力前記コアの外部に導ぐ前記光ファイバ部の長さと比較して短いヘテロ'コァ部と

を有し、

前記光ファイバ部の先端に前記へテロ 'コア部を融着接合した光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサの前記光ファイバ部側の端部に接続され、当該光ファイバセンサの前記コアに光を出射する光源と、

前記へテロ 'コア部にぉ、て当該へテロ ·コア部の外部との相互作用を受けて前記コアを介して前記光源側に戻ってきた戻り光の直接的な強度を検出する光検出手段と

を有する測定装置。

[17] 前記へテロ'コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ ·コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射手段をさらに設けた

請求項 16に記載の測定装置。

[18] 前記へテロ'コア部の表面側に設けられ、当該表面における前記へテロ'コア部中の光の反射により表面プラズモンを発生する金属膜

をさらに有する請求項 16に記載の測定装置。

[19] 前記へテロ'コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ ·コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射手段をさらに設けた

請求項 18に記載の測定装置。

[20] 前記へテロ'コア部の表面側に、前記へテロ'コア部の外部の検出対象物と選択的に反応して当該反応に応じた変化を前記へテロ 'コア部中の光にもたらす検出薬を固定ィ匕して設けた

請求項 16に記載の測定装置。

[21] 前記へテロ'コア部の前記光ファイバ部に融着接合されている端部とは反対側の端部の表面に、前記へテロ ·コア部中の光を反射して前記光ファイバ部側へ戻す反射手段をさらに設けた

請求項 20に記載の測定装置。

[22] 前記光検出手段が検出した前記戻り光の強度に基づいて、前記光ファイバセンサの外部の環境の所定の特性を測定する測定手段

をさらに有する請求項 9一 21の、ずれかに記載の測定装置。