WO2005038440A9 - 光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置 - Google Patents

光ファイバセンサおよびそれを用いた測定装置

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WO2005038440A9
WO2005038440A9 PCT/JP2004/015266 JP2004015266W WO2005038440A9 WO 2005038440 A9 WO2005038440 A9 WO 2005038440A9 JP 2004015266 W JP2004015266 W JP 2004015266W WO 2005038440 A9 WO2005038440 A9 WO 2005038440A9
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hetero
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Mitsuhiro Iga
Kazuhiro Watanabe
Atsushi Seki
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Tama Tlo Ltd
Mitsuhiro Iga
Kazuhiro Watanabe
Atsushi Seki
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    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides

Definitions

  • the present invention relates to a tip-type optical fiber sensor for detecting the state of the external world at the end of an optical fiber, and a measuring device using the same.
  • optical fibers for the purpose of detecting a liquid, detecting the concentration of the liquid, and the like! /
  • a hetero-core type optical fiber sensor in which a portion called a hetero-core portion having a different core diameter is fusion-bonded in the middle of the optical fiber is known.
  • the hetero-core portion By providing the hetero-core portion, the interaction between light used for sensing and the outside of the sensor is more easily generated.
  • Patent Document 1 discloses an example of a hetero-core type optical fiber sensor.
  • Patent Document 1 a hetero-core portion is fusion-bonded to the tip of an optical fiber.
  • the end of the hetero-core type optical fiber sensor with the hetero-core portion joined at the tip is connected to the optical fiber-side endoscope (OTDR).
  • OTDR optical fiber-side endoscope
  • Patent Document 1 JP-A-2002-350335 (FIG. 4)
  • Non-Patent Document 1 Kasai, Protein, Nucleic Acid and Enzyme "biosensor utilizing the surface plasmon resonance (SPR)", Vol.37, No.l 5 (l 992 years) p 2977 - 298 4
  • Patent Document 1 discloses a technique using backscattered light measured using OTDR. Only performing licensing is disclosed and suggested. For example, it is considered difficult to avoid the following disadvantages.
  • OTDR is a device that amplifies weak backscattered light and uses it for measurement. Therefore, the OTDR is expensive, and if the OTDR is used, it is difficult to reduce the cost of the entire sensor system.
  • weak backscattered light since weak backscattered light is used, it is necessary to make some precise settings, and it is hard to say that simple sensing is possible.
  • backscattered light When backscattered light is used, it is necessary to distinguish between light due to Fresnel reflection and backscattered light, and it is difficult to directly and easily obtain a sensing result.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber sensor capable of detecting an external situation more easily.
  • Another object of the present invention is to provide a measuring device which can more easily detect the situation of the outside world and measure predetermined characteristics by using the above-mentioned optical fiber sensor, and can be manufactured easily. To provide.
  • An optical fiber sensor includes an optical fiber portion that transmits light, and a light transmissive member that is fusion-bonded to a tip of the optical fiber portion, and at least light transmitted by the optical fiber portion.
  • An optical fiber sensor comprising: a mode definition canceling unit that guides a part of the light to the outside of the core to cancel the mode definition of the light, and returns the mode-undefined light to the core.
  • an optical fiber sensor includes an optical fiber portion that transmits light, and an optical transmission core that has a different diameter from the core of the optical fiber portion and can transmit light transmitted through the core.
  • a hetero'core portion that is shorter than the length of the optical fiber portion that guides at least a portion of the light transmitted through the core from the boundary between the core and the optical transmission core to the outside of the core,
  • the optical fiber sensor may have a structure in which the hetero core is fusion-bonded to the tip of the optical fiber.
  • a measuring device includes an optical fiber portion for transmitting light, and a light transmissive member that is fusion-bonded to a tip of the optical fiber portion, and at least the light transmitted by the optical fiber portion. Part of the light is guided to the outside of the core and the mode of the light is released, and the mode is released.
  • An optical fiber sensor having mode definition canceling means for returning the emitted light into the core; and an optical fiber sensor connected to an end of the optical fiber sensor on the optical fiber portion side, and emitting light to the core of the optical fiber sensor.
  • Light detecting means for detecting the direct intensity of the return light returning to the light source side via the core by the interaction between the light source to be activated and the outside of the mode definition releasing means in the mode definition releasing means.
  • a measuring device having:
  • a measuring device includes an optical fiber portion for transmitting light, and an optical transmission core having a diameter different from that of the core of the optical fiber portion and capable of transmitting light transmitted through the core, A boundary force between the core and the optical transmission core at least a part of the light transmitted through the core, a hetero-core portion shorter than the length of the optical fiber portion for guiding the core to the outside of the core; An optical fiber sensor in which the hetero core is fusion-bonded to the tip of the optical fiber, and an optical fiber sensor connected to the end of the optical fiber sensor on the optical fiber side; The direct intensity of the return light returning to the light source side via the core due to the interaction between the light source that emits light and the outside of the hetero core portion at the hetero core portion is detected.
  • the structure of a measuring device having light detecting means It may be.
  • a light source and a measuring device are connected to one end of the optical fiber unit.
  • the optical fiber transmits the light incident from the light source.
  • an optical transmission core having a diameter different from the core of the optical fiber portion and capable of transmitting light transmitted through the core is provided.
  • Mode definition releasing means such as a core portion is fusion-bonded.
  • the mode definition canceling means such as the hetero-core portion guides at least a part of the light transmitted through the core of the optical fiber portion to the outside of the core to cancel the definition of the light mode in the core.
  • the light that has interacted with the outside in the state where the mode has been released is transmitted again in the optical fiber section via the core, and returns to the light source side.
  • a measuring device connected to the light source side in the optical fiber section detects the direct intensity of this return light.
  • an optical fiber sensor and a measuring device capable of easily detecting and measuring characteristics of an external environment to be measured.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measuring device using a tip-type optical fiber sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A to FIG. 2C are longitudinal sectional views in the vicinity of a sensor portion of the optical fiber sensor for illustrating a configuration of the optical fiber sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged cross-sectional view of the sensor section shown in FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between light wavelength and intensity obtained when measuring the concentration of glycerin using the tip-type optical fiber sensor measurement device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between light wavelength and intensity when a conventional optical fiber sensor measurement device is used.
  • FIG. 6 is an example of a schematic configuration of a conventional optical fiber sensor measuring device.
  • FIG. 7 is a graph showing a relationship between a refractive index and light intensity obtained by the optical fiber sensor measurement device according to the first embodiment and a conventional measurement device, respectively.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the optical fiber sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 9A to FIG. 9C are cross-sectional views in the longitudinal direction near the sensor unit of the optical fiber sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A to FIG. 10C are longitudinal sectional views in the vicinity of a sensor section of an optical fiber sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a measurement device using a tip-type optical fiber sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • the tip-type optical fiber sensor measuring device 100 shown in FIG. 1 includes a light source 1, an optical branching device 2, an optical fiber sensor 9, a reference light detector 5, a signal detector 6, and a measurement calculator 7.
  • One embodiment of the light detecting means in the present invention corresponds to the signal detector 6.
  • One embodiment of the measuring means in the present invention corresponds to the measurement computing unit 7.
  • the light source 1 is connected to the optical branching device 2 by an optical fiber unit 20d
  • the signal detector 6 is connected to the optical branching device 2 by an optical fiber unit 20e.
  • the optical fiber sensor 9 is connected to the optical fiber section 20b via the optical fiber connector 3, and the optical fiber section 20b is further connected to the optical branching device 2.
  • the reference light detector 5 is connected to the optical branching device 2 via the optical fiber section 20c.
  • the optical fiber sensor 9 has a sensor section 4 at one end of an optical fiber section 20a.
  • the other end of the optical fiber section 20a is connected to the optical fiber section 20b via the optical fiber connector 3.
  • the optical fiber sections 20a-20e are each configured using an optical fiber.
  • a single mode optical fiber or a multi mode optical fiber may be used for the optical fibers constituting the optical fiber sections 20a and 20e.
  • the optical fibers constituting the optical fiber sections 20a to 20e may be of different types.
  • the lengths of the optical fiber portions 20a to 20e can be determined as appropriate. For example, when quantifying an object to be measured in a sample to be measured in a laboratory or a laboratory, the length may be several tens of cm each. When the distance between the light source 1 and the sensor unit 4 needs to be increased, for example, the length of the optical fiber unit 20b or the optical fiber unit 20d may be increased.
  • Each of the optical fiber sections 20a to 20e can have a length of several hundreds of meters depending on the usage.
  • the signal detector 6 and the measurement operation unit 7, and the light source 1 and the measurement operation unit 7 are connected by signal lines, respectively.
  • the light source 1, the signal detector 6, and the measurement arithmetic unit 7 may be integrated into one and configured as a measurement device 8.
  • any of a multi-wavelength light source that emits light including a plurality of wavelengths of light and a single-wavelength light source that emits monochromatic light of an arbitrary wavelength can be used.
  • a white light source is used
  • the single-wavelength light source for example, a light emitting diode (Light Emitting Diode: LED) or a laser diode (Laser Diode: LD) is used.
  • the light source 1 outputs the light LT1 for measurement using the optical fiber sensor 9 to the optical branching device 2.
  • the optical branching device 2 is realized by, for example, a device such as an optical fiber power bracket that, when light enters one input port, splits the light to a plurality of output ports and outputs the light. .
  • a 2 ⁇ 2 optical fiber power plug having two input ports and two output ports and manufactured by a fusion drawing method is used.
  • this 2 ⁇ 2 optical fiber coupler light input to one input port is split into two output ports and output.
  • the output port functions as an input port
  • the input port functions as an output port
  • optical fiber connector 3 for example, a commercially available connector used for connecting optical fibers is used.
  • the optical fiber connector 3 is used for connecting the optical fiber portion 20a of the optical fiber sensor 9 to the optical fiber portion 20b.
  • Sensor part 4 directly at the end of the optical fiber part 20b This optical fiber connector 3 is not required if an optical fiber sensor is manufactured
  • the optical fiber sensor 9 causes the LT2 light input from the light source 1 via the optical branching device 2, the optical fiber unit 20b, and the optical fiber unit 20a to interact with the outside of the optical fiber sensor 9 in the sensor unit 4. Detect the situation of the outside world.
  • the reference light detector 5 detects the reference light LT5 branched from the light LT1 from the light source by the light branching device 2.
  • the reference light detector 5 is realized by, for example, a photodiode or a spectrum analyzer (spectroscope).
  • the reference light LT5 detected by the reference light detector 5 is used as a reference (reference) for canceling instability such as time variation of the light LT1 from the light source 1. Therefore, the reference light detector 5 is not required for the measurement without considering the stability of the light source 1, and an output port for branching the light to the reference light detector 5 in the optical branching device 2 is also required. Absent
  • the signal detector 6 returns to the light source 1 via the optical fiber section 20 b and the optical branching device 2 upon interaction with the environment (outside world) outside the optical fiber sensor 9 in the optical fiber sensor 9.
  • the incoming return light is received via the optical fiber section 20e.
  • the signal detector 6 detects the intensity of the return light. That is, the signal detector 6 detects the direct intensity of the return light from the optical fiber sensor 9.
  • the signal detector 6 sends a data signal SG1 of the detected light intensity to the measurement arithmetic unit 7.
  • the signal detector 6 for example, a spectrum analyzer or a light receiving circuit using a photodiode is used, and these detectors are properly used depending on the type of the light source 1.
  • a spectrum analyzer is used to detect each intensity of light of each wavelength included in the light from the white light source.
  • a single wavelength light source such as an LED or LD is used as the light source 1
  • a light receiving circuit using a photodiode is sufficient.
  • a light receiving circuit using a photodiode is sometimes called a single meter.
  • the measurement arithmetic unit 7 is realized by, for example, a processing circuit such as a CPU (Central Processing Unit) and a program for driving the processing circuit.
  • CPU Central Processing Unit
  • the measurement computing unit 7 calculates a measurement value of a measurement target using the optical fiber sensor 9 based on the data signal SG1 transmitted from the signal detector 6. In other words, the measurement computing unit 7 uses the information on the intensity of the light represented by the data signal SG1 by a predetermined operation using this intensity to determine the presence of the object to be measured in the outside of the optical fiber sensor 9, its concentration, and acidity. It is converted into information on characteristics such as degrees.
  • the measurement calculator 7 includes a program for such conversion according to the measurement purpose.
  • a control signal SG2 is output from the measurement arithmetic unit 7 to the light source 1, and the measurement arithmetic unit 7 controls the ON / OFF of the light source 1 and the type of the light intensity. It may be.
  • optical fiber sensor 9 will be described in detail.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view near the sensor unit 4 of the optical fiber sensor 9 for illustrating the configuration of the optical fiber sensor 9 according to the first embodiment.
  • 2A to 2C show optical fiber sensors having different structures of the sensor unit 4, respectively.
  • the optical fiber sensor 9 according to the present embodiment has an optical fiber portion 20a and a sensor portion 4.
  • the optical fiber portion 20a has a core 21 and a clad 22 laminated around the core 21. The light of one light source enters the core 21.
  • the sensor unit 4 has a hetero core unit 30, a metal film 50, and a reflective film 60.
  • One embodiment of the mode definition canceling means in the present invention is the hetero'core unit 30.
  • One embodiment of the reflecting means in the present invention is the reflecting film 60.
  • the optical fiber sensor 9 has an end on the opposite side to the end disposed on the light source 1 side of the optical fiber portion 20a, compared with the length of the optical fiber portion 20a having a force of several mm and several cm. It is configured by connecting a short hetero-core section 30. Therefore, the optical fiber sensor 9 is a tip-type optical fiber sensor in which the hetero core 30 constituting the sensor unit 4 exists at the tip.
  • FIGS. 2A and 2B show a hetero core section 30 having a core 31 similar to the optical fiber section 20a and a clad 32 laminated therearound.
  • FIG. 2A shows a hetero core 30 in which the diameter bl of the core 31 is smaller than the diameter aU of the core 21 of the optical fiber portion 20a
  • FIG. 2B shows a hetero core 30 in which the diameter bl is larger in diameter aU. Shown in! /
  • the core 31 and the clad 32 are called a hetero core portion.
  • the refractive index of the core 21 is slightly larger than the refractive index of the clad 22, and the refractive index of the core 31 is slightly larger than the refractive index of the clad 32.
  • Both the core 31 and the clad 32 are light-transmitting members, and can transmit light.
  • the length cl of the hetero core part 3 is, for example, 10 mm.
  • a light transmitting member 300 having a refractive index equivalent to that of the clad 22 of the optical fiber portion 20a and capable of transmitting light is replaced with the hetero core portion 30. It can also be used for Such a light-transmitting member 300 can also be regarded as a kind of hetero-core portion having a core diameter bl of 0.
  • optical fiber portion 20a and the hetero core portion 30 or the light transmissive member 300 are coaxially joined along the longitudinal direction at an interface 40a orthogonal to the longitudinal direction.
  • the core 31 of the hetero-core section 30 and the core 21 of the optical fiber section 20a are brought into contact.
  • a fusion method using a generalized discharge is preferably used.
  • a single mode optical fiber and a multi-mode optical fiber may be used in combination, and these may be used in combination.
  • a multimode optical fiber with a core diameter al of about 50 ⁇ m (Osaki Electric)
  • a hetero-core section 30 using a single-mode optical fiber (Newport, F_SA) with a core diameter bl of about 3 ⁇ m is joined to the optical fiber section 20a using the optical fiber section 20a.
  • the hetero-core portion 30 Due to the presence of the hetero-core portion 30, at least a part of the light transmitted through the core 21 of the optical fiber portion 20a leaks outside the core 21 at the interface 40a. At least a part of the light leaked by being guided to the outside of the core 21 propagates in the clad 32 of the hetero core portion 30. At this time, in the cladding 32 of the hetero core section 30, the definition of the light mode in the core 21 of the optical fiber section 20a is released and broken.
  • the release of the definition of the optical mode in the hetero core unit 30 means that the type of the optical fiber used as the optical fiber unit 20a and the hetero core unit 30 is a single mode optical fiber or a multimode optical fiber. Occurs regardless of whether
  • FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of the sensor unit 4 having a core diameter bl and a core diameter aU smaller as shown in FIG. 2A.
  • FIG. 3 hatching in the core 21 of the optical fiber portion 20a and the cladding 32 of the hetero core portion 30 are omitted for clarity of illustration.
  • the metal film 50 is coated by an arbitrary method so as to cover the surface side of the hetero core portion 30.
  • a chromium (Cr) film 50a is formed on the outer surface of the hetero 'core portion 30 by vapor deposition, and a gold (Au) film 5 Ob is formed on the chromium film 50a by vapor deposition.
  • Au gold
  • the thickness FW1 of the chromium film 50a is, for example, about several nm.
  • the thickness FW2 of the gold film 50b is, for example, about several tens of nm.
  • surface plasmon is generated by the light inside the hetero core 30 being reflected at the boundary between the hetero core 30 and the metal film 50.
  • the metal film 50 is formed by using another metal such as silver (Ag) or aluminum (A1).
  • a reflective film 60 is further provided on the surface of the end of the hetero core 30 opposite to the end fused to the optical fiber portion 20a.
  • the reflection film 60 is formed, for example, by evaporating silver.
  • the thickness dl of the reflective film 60 is set to a thickness that can sufficiently reflect the light in the hetero core portion 30 toward the optical fiber portion 20a.
  • the thickness dl is about several hundred nm.
  • the reflection film 60 may be formed using a material other than a metal such as silver as long as the light in the hetero core portion 30 can be sufficiently reflected to the optical fiber portion 20a side.
  • the tip of the hetero core portion 30 becomes mirror-like, so that the light in the hetero core portion 30 is easily reflected at the tip, and more light is directed to the optical fiber portion 20a side. Come back.
  • the optical fiber sensor 9 having the metal film 50 for generating surface plasmon can be used for various physical and chemical property measurements.
  • concentration of glycerin is measured will be described as an example.
  • the sensor unit 4 according to the present embodiment is immersed in a measurement medium MD such as a solution containing glycerin as a measurement target, as shown in FIG. 1, for example.
  • a measurement medium MD such as a solution containing glycerin as a measurement target, as shown in FIG. 1, for example.
  • the light LT1 emitted from the light source 1 enters the optical branching device 2 via the optical fiber section 20d.
  • the light LT 1 is split into two lights by the light splitting device 2.
  • the light LT2 reaches the sensor section 4 via the optical fiber section 20b and the optical fiber section 20a of the optical fiber sensor 9.
  • the other light LT5 enters the reference light detector 5 via the optical fiber section 20c as reference light.
  • the light LT2 is transmitted as light in which a plurality of modes are formed due to the normal properties of the optical fiber.
  • the mode of the light transmitted by the optical fiber section 20a can also be schematically captured as the light reflection angle at the boundary between the core 21 and the clad 22.
  • the reflection angle of the light at the optical fiber section 20a can be considered to be a very large number of discrete angles.
  • the light in which the plurality of modes are formed is represented as an optical LTM.
  • the measurement is performed by using the intensity change of the light incident on the optical fiber section 20a from the light source 1, only the total light intensity of the mode group for one wavelength is considered. That's enough.
  • the mode is released and the mode is broken.
  • light is transmitted at various reflection angles at the boundary between the cladding 32 and the metal film 50 in the inside of the core portion 30 as shown in FIG. This is because the various conditions (core diameter, refractive index, and refractive index distribution) that determine the mode configuration change when the optical LTM enters the hetero core section 30 and one of the factors of mode formation. This is considered to be due to the fact that the fiber length is insufficient with the length of the hetero core 30.
  • the mode is released and the mode is broken, and the light is reflected at various reflection angles as shown in FIG.
  • the light becomes the mode-disrupted LTU and travels through the cladding 32.
  • the reflectance of the light in the clad 32 changes according to the refractive index and the light absorption of the substance in contact with the metal film 50. If the metal film 50 does not exist, the reflectance changes according to the refractive index and the light absorption of the substance attached to the outer surface of the clad 32. Therefore, by measuring the intensity of light reflected on the hetero core section 30, it is possible to know the characteristics such as the refractive index and the light absorptivity of the substance existing in the outside of the sensor section 4. For example, the concentration of glycerin in the measurement medium MD can be known.
  • the light LTU whose mode has collapsed reflects at the boundary between the metal film 50 and the clad 32, and is reflected at various reflection angles, that is, with the outside of the sensor unit 4 under more conditions. That interaction can occur.
  • the light that has entered the cladding 32 of the hetero core section 30 from the optical fiber section 20a and has become a mode-disrupted light LTU is reflected at the boundary with the metal film 50 while being reflected by the hetero core section 30. It reaches the tip. Since the reflection film 60 is provided so as to be a mirror surface at the interface 40b at the tip of the hetero'core portion 30, the optical LTU is reflected at the interface 40b and again reflected at the boundary with the metal film 50 while the optical fiber portion. Return to 20a side.
  • the reflected light LTU whose mode has collapsed is reflected back, so that the return light returning to the optical fiber unit 20 a side only passes through the hetero-core unit 30 in one direction.
  • This light contains more information on mutual interference than the light of other types.
  • the return light LT3 that has returned to the core 21 of the optical fiber portion 20a after the interaction has occurred between the hetero 'core portion 30 and the outside of the sensor portion 4 is the return light LT4 shown in Fig. 1.
  • the light reaches the optical branching device 2 via the fiber section 20b.
  • the return light LT4 is split by the optical splitter 2 into two lights.
  • One of the branched lights LT6 reaches the signal detector 6 via the optical fiber section 20e.
  • the signal detector 6 detects the intensity of the light LT6. Since there is a correlation between the intensity of the light LT6 and the intensity of the return light LT3, the change in the intensity of the return light LT3 can be known by detecting the change in the intensity of the light LT6.
  • the measurement computing unit 7 Based on the information on the intensity of the light LT6 included in the data signal SG1 transmitted from the signal detector 6, the measurement computing unit 7 compares the known characteristic of the measurement target with the intensity of the light LT6 as described above. The characteristics of the object to be measured are measured using the correlation obtained in advance. For example, the measurement calculator 7 calculates the concentration of glycerin contained in the measurement medium MD by calculation. The above correlation is stored as a look-up table in a storage device such as a memory (not shown). The measurement computing unit 7 accesses this memory as needed to obtain the correlation between the characteristic of the measurement target and the intensity of the light LT6.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength and the intensity of light LT6, which is obtained when, for example, the concentration of dalyserin is measured using the tip-type optical fiber sensor measuring device 100 described above.
  • the horizontal axis represents the wavelength of the light LT6, and the vertical axis represents the intensity of the light LT6 normalized with respect to the light from the light source 1.
  • the intensity of the reference light the intensity of the reference light LT5 detected by the reference light detector 5 may be used, or the measurement operation may be performed.
  • the set output light intensity of the light LT1 that the calculator 7 sets for the light source 1 using the control signal SG2 may be used.
  • the length cl of the hetero 'core portion 30 is set to 10 mm, and the chromium film 5
  • the thickness FW1 of Oa was set to 4.4 nm, and the thickness FW2 of the gold film 50b was set to 57.04 nm.
  • the thickness dl of the silver reflecting film 60 was set to 200 mm.
  • a light source was used to perform a sweep to examine the intensity at various wavelengths.
  • a white light source was used.
  • a spectrum analyzer was used for the reference light detector 5 and the signal detector 6 corresponding to the white light source.
  • the refractive index of water is about 1.333
  • the refractive index of a 20% aqueous glycerin solution is about 1.357
  • the refractive index of a 50% aqueous glycerin solution is about 1.398.
  • the graph shown in Fig. 4 is characterized in that each of the graphs GW, GG1, and GG2 changes relatively gently compared to the conventional art, and a downward peak is generated. And each graph GW,
  • GG1 and GG2 are plotted without intersecting each other in a wider wavelength range than before.
  • FIG. 5 shows the measurement results when using a conventional optical fiber sensor measurement device.
  • the horizontal axis represents the wavelength
  • the vertical axis represents the normalized intensity of light.
  • FIG. 6 shows an example of a schematic configuration of a conventional optical fiber sensor measuring device.
  • the graphs G—A,..., And G—F shown in FIG. It is a graph obtained as a result of the above.
  • the ends of the two optical fiber portions 20a opposite to the ends on the sensor unit 4 side are connected to the light source 1 and the spectrum analyzer SA, respectively.
  • the sensor unit 4 in FIG. 6 has the same structure as the sensor unit 4 according to the first embodiment shown in FIG. 3, except that an optical fiber unit 20a is connected instead of the reflection film 60. Shown in Figure 6 In the optical fiber sensor 900, the length cl of the hetero 'core portion 30 was 10 mm.
  • the thickness FW1 of the chromium film 50a was set to about 5 nm
  • the thickness FW2 of the gold film 50b was set to about 60 nm.
  • the sensor unit 4 shown in Fig. 6 is brought into contact with the measurement medium MD.
  • the white light LT-A emitted from the light source 1 travels through the optical fiber section 20a, reaches the sensor section 4, and interacts with the external measurement medium MD in the sensor section 4.
  • the light LT-B after the interaction is generated in the sensor unit 4 reaches the spectrum analyzer SA through the optical fiber unit 20a on the subsequent stage of the sensor unit 4, that is, on the light emission side.
  • the spectrum analyzer SA detects the intensity of the light LT-B.
  • Each graph G—A,..., G—F in FIG. 5 represents, for example, the light LT— when the refractive index of the measurement medium MD in FIG. 6 is changed by changing the concentration of the measurement object.
  • the light intensity of each wavelength of B is shown.
  • the graphs G—A, G—B, G—C, G—D, G—E, and G—F are the refractive index powers S of the measurement medium MD about 1.333, 1.345, 1.357, 1.
  • the results for 371, 1.384 and 1.398 are shown respectively.
  • each graph is steeper than in the case of Fig. 4 in the wavelength range of 550 nm or more. It can be seen that a downward peak has been formed. Also, it can be seen that the graphs G—A,..., And G—F in FIG. 5 intersect each other.
  • the wavelengths that can be used for measurement of characteristics such as the refractive index and the refractive index power that can be calculated are limited, which makes the measurement difficult.
  • the wavelength shown in Fig. 5 approximately 656.8 nm
  • the refractive index is larger in the case of the graph GE, the intensity is lower in the case of the graph GE than in the case of the graph G-C.
  • the refractive index tends to change and the intensity changes.
  • the gap tends to be narrow. For this reason, conventionally, it has been difficult to derive a change in characteristics such as a refractive index from a change in intensity.
  • each graph changes gently and the interval between the graphs becomes wider than before, so that, for example, the wavelength Using light
  • the tip of the optical fiber section 20a has a taper / core section. It is considered that this is because the mode defining canceling means such as the above is bonded, and the light is reflected on the portion of the hetero core portion 30 and returned to the optical fiber portion 20a side. That is, in the hetero-core section 30, light of a mode whose reflection angle is almost constant does not interact with the outside world, but light LTUs with various reflection angles whose modes have been destroyed interact with the outside world. As a result, a sharp peak is formed in the graph of wavelength and intensity.
  • the optical LTUs having various reflection angles interact with the outside world, the characteristics of the object to be measured are easily detected, so that the change in the characteristics of the object to be measured easily appears as a change in intensity.
  • the interval between the graphs at the same wavelength is widened.
  • the mode of the optical LTU whose mode has been broken is reflected at the tip of the hetero core portion 30, reflected and returned to the optical fiber portion 20 a side, so that the interaction between the optical LTU and the outside world is simply doubled. Is repeated the number of times, the tendency that the interval between the above-mentioned graphs becomes wide and the peak becomes gentle becomes stronger.
  • FIG. 7 A graph for rearranging the above results from the viewpoint of the refractive index is shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the refractive index of the measurement medium MD
  • the vertical axis represents the light intensity detected by the signal detector 6 or the spectrum analyzer SA.
  • the plots marked with ⁇ indicate the refractive index and light at a wavelength of 656.8 mm, that is, at the wavelength shown in FIG. 5, using the tip-type optical fiber sensor measuring apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the plot of Kokuinji shows the result when the relationship between the refractive index and the intensity at the wavelength of 769.6, that is, the wavelength ⁇ , was measured using the measuring device with the conventional optical fiber sensor 900 shown in FIG. ing.
  • the linearity between the intensity and the refractive index is poor even at wavelengths in which the tendency of the intensity change and the tendency of the refractive index change are uniform.
  • the optical fiber sensor 9 according to the present embodiment which has linearity between the intensity and the refractive index, is preferable as the force sensor.
  • the mode of the optical LTM in which the mode propagating in the core 21 is defined is released at the tip of the optical fiber section 20a, and the mode is changed to the optical LTU in which the mode is collapsed.
  • a mode specification canceling means is installed.
  • the mode-disrupted optical LTU interacts with the outside inside the mode definition canceling means.
  • the optical LTU in which the mode interacting with the external world is broken is reflected by the reflective film 60 at the tip of the mode definition canceling means, and further interacts with the external world.
  • the range of the wavelength of light capable of detecting the characteristic of the measurement object in the outside world can be widened and the detection characteristic can be made linear.
  • the mode definition canceling means it is possible to use a member such as a hetero core section 30 using a commercially available optical fiber.
  • a cutting device for cutting the optical fiber into the hetero core portion 30 is also commercially available.
  • fusion bonding by electric discharge which is generalized, can be used.
  • Equipment for fusion bonding is also commercially available. Therefore, the tip-type optical fiber sensor 9 and the measuring device 100 can be easily manufactured.
  • the hetero-core section 30 is bonded to the tip of the optical fiber section 20a instead of sandwiching the hetero-core section 30 with the optical fiber section 20a, and an interaction occurs.
  • the light after the return is returned to the optical fiber section 20a. For this reason, it is possible to greatly simplify the laying and routing of the optical fiber in the entire measuring system such as the measuring device 100.
  • the outer diameter of the hetero core section 30 for allowing light in the core 21 of the optical fiber section 20a to interact with the outside can be made the same as the outer diameter of the optical fiber section 20a.
  • the strength of the sensor section 4 can be improved, and the optical fiber sensor 9 can be used practically.
  • the measuring apparatus 100 by changing the mode of the light in the hetero core section 30, it is easy to reflect the change in the characteristic of the measurement object in the external world on the change in the intensity of the return light LT6. Therefore, by detecting the direct intensity of the return light LT6, it becomes possible to detect the characteristic of the measurement target. As a result, a device much less expensive than an OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer), such as a photodiode, can be applied as the signal detector 6, and the price of the measuring device 100 can be reduced. Further, by using the tip-type optical fiber sensor 9 and using, for example, an LED as the light source 1 and a photodiode as the signal detector 6, the measuring apparatus 100 can be downsized.
  • OTDR Optical Time-Domain Reflectometer
  • FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the optical fiber sensor 9 according to the first embodiment.
  • the optical fiber sensor 90 according to the modification shown in FIG. 8 differs from the optical fiber sensor 9 only in that the optical fiber sensor 9 according to the first embodiment is sandwiched and covered by a cover member 70. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • the cover member 70 is formed of, for example, a resin material such as plastic.
  • the cover member 70 has a shape along the longitudinal direction of the optical fiber sensor 9, such as a pen type or a stick type.
  • the cover member 70 sandwiches and fixes the optical fiber sensor 9 so that only the tip end of the optical fiber sensor 9 including the sensor section 4 can contact the measurement medium MD.
  • the optical fiber sensor 90 as described above can be connected to the optical fiber section 20b in FIG. 1 through the optical fiber connector 3 similarly to the optical fiber sensor 9, and the concentration of the object to be measured, etc. Can be used to measure various characteristics of
  • the optical fiber sensor 90 having the cover member 70 as described above and the measuring device using the same, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the protection of the sensor unit 4 and the optical fiber sensor 9 It is possible to obtain an effect that handling is easier than directly operating the.
  • 9A to 9C are longitudinal sectional views in the vicinity of the sensor unit 4 of the optical fiber sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9A to 9C correspond to FIGS. 2A to 2C, respectively, and show different structures of the hetero core part 30.
  • the detection drug-fixing film 500 is realized by, for example, a film or a polymer film formed by a sol-gel method.
  • forming the detection drug immobilization membrane 500 as a porous membrane having very fine pores at the molecular level can be used to detect the detection drug immobilized by the detection drug immobilization membrane 500 and the measurement target. It is preferable because it can react more effectively.
  • a functional dye such as a pH indicator for detecting an acid or a base or a metal indicator for detecting a specific metal can be used.
  • detection agents can be fixed to the detection agent immobilization film 500 by mixing when forming the detection agent immobilization film 500 by the sol-gel method, or can be applied to the detection agent immobilization film 500. It can also be chemically fixed.
  • the detection agent as described above selectively reacts with a specific detection target depending on its type. This reaction causes phenomena such as absorption of light of a specific wavelength and generation of fluorescence, depending on the characteristics of the detection target (for example, properties such as acid or base). In response to the phenomena such as light absorption and fluorescence, changes such as a change in spectrum and a change in intensity are brought to the optical LTU in which the mode inside the hetero-core unit 30 is broken.
  • the return of the optical LTU that has undergone an interaction based on the reaction between the detection drug and the target substance By detecting the change in the spectrum and the change in the intensity of the light LT6 with the signal detector 6, it becomes possible to know the characteristics of the detection target, that is, the presence, pH, and type of the measurement target.
  • the detection agent that reacts with a specific measurement target is fixed to the hetero core 30 by the detection agent fixing film 500. Therefore, it is possible to selectively measure the measurement target according to the type of the detection agent, and it is possible to perform a measurement with higher sensitivity and higher accuracy than in the case of the first embodiment.
  • the detection agent is fixed to the sensor unit 4 side, for example, detection and quantification of an object to be measured contained not only in a liquid but also in a gas as in the detection of ammonia can be performed.
  • various kinds of sensors such as a refractive index sensor, a concentration sensor, and a pH measurement sensor can be realized by changing the type of the detection agent.
  • FIG. 10A to FIG. 10C are cross-sectional views in the longitudinal direction near the sensor unit 4 of the optical fiber sensor according to the third embodiment of the present invention.
  • the optical fiber sensor according to the third embodiment and the measuring apparatus using the same are different from the first embodiment in that the hetero-core portion 30 is used as the sensor portion 4 without providing the metal film 50 or the detection agent fixing film 500. 1, which is different from the second embodiment.
  • the other points are almost the same as those of the first and second embodiments, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description is omitted.
  • FIG. 1 OA—FIG. 10C respectively correspond to FIG. 2A—FIG. 2C or FIG. 9A—FIG. 9C, and show different structures of the hetero-core unit 30.
  • the reflection film 60 is provided at the tip of the hetero core 30. Even if the reflective film 60 is not provided, the light in the hetero core portion 30 is reflected back to the optical fiber portion 20a to some extent due to the difference in the refractive index between the hetero core portion 30 and the outside.
  • the detection characteristic is made linear by the collapse of the light mode in the hetero-core section 30. Becomes possible.
  • the optical fiber sensor since no electric power is required at the part directly in contact with the object to be measured, it is excellent in electric explosion proof and flammability, and remote monitoring is possible by transmitting information by light.
  • the characteristics of the optical fiber sensor such as the fact that the optical fiber is flexible and can be formed into various shapes, can be maintained.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment and its modifications.
  • a cover member as in a modification of the first embodiment may be provided in the second and third embodiments.
  • the metal film 50 or the detection drug fixing film 500 as in the first and second embodiments may be provided on the surface of the hetero core portion 30 according to the third embodiment.
  • the sensor unit 4 when it is desired to detect leakage of a measurement object due to a plumbing force or the like, the sensor unit 4 is not limited to a mode in which the sensor unit 4 is immersed in the measurement medium MD as in the embodiment, and the sensor unit 4 is disposed at a desired measurement position of the pipe. May be installed.
  • the present invention provides, for example, the measurement of the refractive index and the presence or absence of the liquid depending on the type of the metal film 50 and the type of the detection agent immobilized on the detection agent fixing film 500. It can be used as a chemical sensor for liquid detection, liquid concentration measurement, gas detection, gas concentration measurement, protein concentration measurement, acid concentration measurement, alcohol concentration measurement, and other chemical substance detection and measurement. is there.

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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 、ては、光ファイバの先端にヘテロ 'コア部を融着接合して 、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 [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
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）
Ί. ' ··測定演算器 (測定手段）
9· • 'ティップ型光ファイバセンサ
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 ある。
[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。。
[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りも小さいセンサ部 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 ちょい。
[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。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007019039A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-15 Corning Incorporated Method for increasing a read-out speed of a ccd-detector
JP2009025199A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Univ Soka 光ファイバ型表面プラズモン湿度センサ、表面プラズモン湿度センサ、光ファイバ型湿度センサ及び湿度測定装置
KR101033516B1 (ko) * 2008-10-01 2011-05-09 한국전기연구원 광계측 응용 구강암 조기 진단 시스템 및 그 방법
DE102008044317B4 (de) * 2008-12-03 2011-02-10 Universität Potsdam Vorrichtung und Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von Sauerstoff
CN102959383B (zh) 2010-06-25 2016-01-13 南京大学 多模式干涉仪技术
TW201323852A (zh) * 2011-12-09 2013-06-16 Univ Nat Taiwan Science Tech Ｌｅｄ結合光纖之生技檢測裝置
TWI458953B (zh) * 2011-12-29 2014-11-01 Chunghwa Telecom Co Ltd 光纖水感知系統與方法
JP6344789B2 (ja) * 2012-08-24 2018-06-20 学校法人 創価大学 水素センサ、および、それを用いた検出装置
KR101338303B1 (ko) 2012-12-17 2013-12-09 연세대학교 산학협력단 반도체 나노선 광특성 분석기 및 이를 이용한 반도체 나노선 광특성 분석방법
KR101327501B1 (ko) * 2013-01-22 2013-11-08 성균관대학교산학협력단 그래핀 산화물 및 환원된 그래핀 산화물을 포함하는 광섬유, 및 이를 포함하는 가스 센서의 제조 방법
CN104165840B (zh) * 2013-05-16 2017-07-21 上海交通大学 基于单‑多模光纤耦合的光纤端面无标记光学传感器
KR101436925B1 (ko) * 2013-06-27 2014-09-03 한국과학기술연구원 광 파이버를 이용한 센서 장치
DE102013108189A1 (de) 2013-07-31 2015-02-05 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Anordnung zur optischen Messung einer Prozessgröße und Messgerät umfassend eine solche
CN105136747B (zh) * 2015-08-14 2018-10-26 江苏佰臻医疗仪器有限公司 基于表面等离子体的多模光纤探针生物传感装置
JP6752414B2 (ja) * 2016-10-29 2020-09-09 国立大学法人 岡山大学 加熱治療器
CN109238963A (zh) * 2018-09-14 2019-01-18 重庆三峡学院 一种光纤包层spr传感器、及其使用方法与制作方法
CN113916837B (zh) * 2021-11-17 2023-05-12 重庆三峡学院 可方向识别的光纤v槽型包层spr曲率传感器及其制作方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4894532A (en) * 1988-03-28 1990-01-16 Westinghouse Electric Corp. Optical fiber sensor with light absorbing moisture-sensitive coating
US5275160A (en) * 1991-01-14 1994-01-04 The General Hospital Corporation Probes for radiance dosimetry
US5381229A (en) * 1991-03-29 1995-01-10 Center For Innovative Technology Sapphire optical fiber interferometer
US5361383A (en) * 1991-10-30 1994-11-01 Hughes Aircraft Company Optical fiber having internal partial mirrors and interferometer using same
WO1994011708A1 (en) * 1992-11-06 1994-05-26 Martin Marietta Corporation Interferometric optical sensor read-out system
US5359681A (en) * 1993-01-11 1994-10-25 University Of Washington Fiber optic sensor and methods and apparatus relating thereto
JP3180959B2 (ja) * 1996-06-21 2001-07-03 株式会社インターアクション センサ用光ファイバおよびセンサシステム
US5864397A (en) * 1997-09-15 1999-01-26 Lockheed Martin Energy Research Corporation Surface-enhanced raman medical probes and system for disease diagnosis and drug testing
US6020207A (en) * 1998-06-17 2000-02-01 World Precision Instruments, Inc. Optical analysis technique and sensors for use therein
JP2000121552A (ja) * 1998-10-20 2000-04-28 Suzuki Motor Corp Ｓｐｒセンサセル及びこれを用いた免疫反応測定装置
JP2001337036A (ja) 2000-05-25 2001-12-07 Masao Karube 差動式ｓｐｒセンサー及び該センサーを用いた測定法
JP2002350335A (ja) * 2001-05-28 2002-12-04 Tama Tlo Kk 屈折率センサー、センサーシステムおよび光ファイバ
TW548439B (en) * 2002-01-15 2003-08-21 Delta Electronics Inc Manufacturing method of fiber collimator

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