WO2012140960A1 - センサ用光ファイバ - Google Patents

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optical fiber
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顕次 柴田
功 今岡
嘉文 須崎
岩田　弘
孝史 横内
Kiyoshi NAKAGAWA (中川 清)
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
国立大学法人香川大学
独立行政法人国立高等専門学校機構
中川 香保里
中川　光
中川 直
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering

Definitions

  • the present invention relates to a sensor optical fiber used for a sensor for measuring a physical quantity, and more particularly to a sensor optical fiber having an FBG that reflects light of a specific wavelength with respect to incident light.
  • an optical fiber having an FBG fiber Bragg grating
  • the FBG is a diffraction grating in which the refractive index of the core of the optical fiber is changed at a predetermined length period (grating period).
  • the FBG has a specific wavelength (Bragg) corresponding to the grating period with respect to the incident light to the optical fiber. (Wavelength) light is reflected and the remaining light is transmitted.
  • the grating period also changes accordingly. Since the Bragg wavelength changes linearly with respect to the change amount of the grating period, the physical quantity applied to the FBG can be measured based on the change amount of the Bragg wavelength.
  • a parabolic region denoted by reference numeral 100 in FIG. 5 represents the reflection spectrum of the FBG before the physical quantity to be measured is applied.
  • a region denoted by reference numeral 200 indicates a spectrum of incident light incident on the optical fiber from the short wavelength light source, and the FBG reflects this incident light with an intensity S10.
  • the reflection spectrum of the FBG shifts to the long wavelength side as indicated by the dashed-dotted region 110, and the intensity of the reflected light changes from S10 to S20. Therefore, the physical quantity applied to the FBG is relatively obtained based on the difference between the reflection intensities S10 and S20.
  • the range of physical quantities that can be measured with a general FBG made of glass is not so wide.
  • the temperature range that can be measured for a reflection spectrum shift of 0.4 nm is about 50 ° C.
  • the FBG reflection spectrum shifts to a position deviating from the incident light spectrum 200 as in the region 120 indicated by the two-dot chain line in FIG.
  • One means for avoiding such a problem is to shift the wavelength of incident light in accordance with the shift of the reflection spectrum of the FBG.
  • Patent Document 1 discloses that the temperature of the outer panel of an aircraft is FBG. It is described that a wavelength tunable laser is used as a light source of a temperature measurement system to be measured.
  • Patent Document 2 discloses a CFBG (chirped fiber Bragg grating) having a reflection band wider than that of a general FBG.
  • the CFBG is formed so that the grating period gradually increases while a general FBG is formed with a constant grating period, thereby giving the Bragg wavelength a predetermined bandwidth. ing. Since the reflection spectrum of the CFBG has a substantially trapezoidal shape extending in the wavelength direction because the Bragg wavelength has a predetermined bandwidth, the reflection band is wider than a general FBG whose reflection spectrum is parabolic.
  • the CFBG described in Patent Document 2 has a wider reflection band than a general FBG, but its reflection spectrum has a substantially trapezoidal shape with a constant peak value of reflection intensity. In other words, the CFBG described in Patent Document 2 does not change the reflection intensity with the shift of the reflection spectrum. Therefore, for the sensor application in which the physical quantity is relatively measured from the difference in the reflection intensity before and after the application of the physical quantity. It had a problem that it could not be used.
  • the present invention has been made to solve these problems, and it is an object of the present invention to provide an optical fiber for a sensor that can extend the range of measurable physical quantities at low cost.
  • An optical fiber for a sensor includes a core through which incident light propagates and an FBG in which the refractive index of the core is periodically changed along the direction in which incident light propagates.
  • the FBG propagates incident light.
  • the present invention it is possible to extend the measurable physical quantity range at a low cost in the optical fiber for sensors.
  • the configuration of the sensor optical fiber according to this embodiment will be described by taking as an example a case where the sensor optical fiber is applied to a temperature measuring sensor of a measured part.
  • the sensor optical fiber 10 includes a core 11 through which incident light L ⁇ b> 1 emitted from a light source (not shown) connected to one end thereof is propagated, and a cladding 12 that covers the outer periphery of the core 11. I have.
  • the sensor optical fiber 10 includes an FBG 20 that is a diffraction grating in which the refractive index of the core 11 is periodically changed along the direction in which the incident light L1 propagates.
  • the FBG 20 is a part provided in a measurement target (not shown), and reflects light having a wavelength corresponding to the temperature applied from the measurement target as reflected light L2 with respect to the incident light L1, and the remaining light as transmitted light L3. It has the property of transmitting. Further, the FBG 20 has n reflection regions 21, 22, 23,..., 2n formed so as to be adjacent to each other along the direction in which the incident light L1 propagates.
  • the FBG 20 is a portion in which a plurality of lattice portions 30 having a refractive index different from the refractive index of the core 11 are formed with a predetermined length cycle along the axial direction of the core 11. That is, the periodic change in the refractive index of the core 11 in the FBG 20 is caused by forming the plurality of grating portions 30.
  • the number of the plurality of grating portions 30 included in each of the reflection regions 21 to 2n is the same, the interval between the lattice portions 30 adjacent to each other in these regions, that is, the period of the refractive index change in the core 11.
  • the (grating period) is different for each of the reflection regions 21 to 2n.
  • the grating portion 30 is formed in the reflection region 21 located on the most upstream side in the direction in which the incident light L1 propagates so that the grating period is ⁇ 1. Further, in the reflection region 22 adjacent to the downstream side of the reflection region 21, the grating portion 30 is formed so as to have a grating period ⁇ 2 longer than the grating period ⁇ 1 of the reflection region 21. Similarly, the grating period after the reflection area 23 (see FIG. 1) is also gradually increased from the upstream side toward the downstream side, and the grating period ⁇ n in the reflection area 2n located on the most downstream side is the longest. .
  • the wavelength (Bragg wavelength) of the reflected light L2 reflected by the FBG 20 with respect to the incident light L1 changes according to the grating period.
  • the reflection spectrum of the FBG having a constant grating period is substantially parabolic with the Bragg wavelength as the center wavelength and the reflection intensity at the Bragg wavelength as the peak value.
  • the bandwidth of the reflection spectrum is widened and the peak value of the reflection intensity is lowered.
  • the bandwidth of the reflection spectrum is narrowed and the peak value of the reflection intensity is increased.
  • the Bragg wavelength which is the center wavelength of the reflection spectrum, becomes longer as the grating period becomes longer.
  • the reflection regions 21 to 2n of the FBG 20 have a parabolic reflection spectrum because their grating periods ⁇ 1 to ⁇ n are constant. Further, the reflection spectra of the reflection regions 21 to 2n have different peak values of the center wavelength, the bandwidth, and the reflection intensity because their grating periods ⁇ 1 to ⁇ n are different from each other. Referring to FIG. 3, the reflection spectrum 41 of the reflection region 21 formed with the shortest grating period ⁇ 1 has the center wavelength ⁇ 1 on the shortest wavelength side, and has the widest bandwidth and the lowest peak value. It will have.
  • the center wavelength ⁇ 2 of the reflection spectrum 42 is the center wavelength of the reflection spectrum 41. Longer wavelength side than ⁇ 1. Further, the reflection spectrum 42 has a narrower bandwidth and a higher peak value than the reflection spectrum 41. The same applies to the subsequent reflection regions 23 to 2n, and the peak value of the center wavelength, bandwidth, and reflection intensity of the reflection spectrum sequentially changes as the grating period becomes longer.
  • the reflection spectrum 4n of the reflection region 2n formed with the longest grating period ⁇ n has the center wavelength ⁇ n on the longest wavelength side, and has the narrowest bandwidth and the highest peak value.
  • the grating periods ⁇ 1 to ⁇ n of the reflection regions 21 to 2n are set so that reflection spectra adjacent to each other in the wavelength direction overlap at least partially as shown in FIG. Therefore, the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20, which is a collection of the reflection spectra 41 to 4n, has a substantially triangular shape in which the reflection intensity gradually increases from the short wavelength side toward the long wavelength side. Further, since the center wavelengths ⁇ 1 to ⁇ n of the respective reflection spectra 41 to 4n are different from each other, the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20 is in a state of spreading in the wavelength direction, that is, a state in which the reflection band is widened.
  • the sensor optical fiber 10 is made of a material such as quartz glass, and has a positive coefficient of thermal expansion. Further, as an example, each lattice unit 30 is formed by irradiating the core 11 of the sensor optical fiber 10 with ultraviolet rays or the like.
  • the FBG 20 shown in FIG. 1 is provided in a part to be measured which is a target of temperature measurement.
  • a short wavelength light source (not shown) for making the incident light L1 incident on the sensor optical fiber 10
  • a measuring instrument (not shown) for monitoring the reflected light L2 from the FBG 20 are provided. Is connected.
  • an LED or the like is used as the short wavelength light source that emits the incident light L1.
  • the FBG 20 When the incident light L1 is incident on the sensor optical fiber 10 at a normal time before the temperature change occurs in the measured part, the FBG 20 reflects the reflected light L2 corresponding to the temperature at the normal time with respect to the incident light L1.
  • the reflected light L2 is monitored by a measuring instrument (not shown).
  • a short wavelength light source such as an LED is used as the light source of the incident light L1
  • the bandwidth of the spectrum 50 of the incident light L1 is the bandwidth of the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20. Narrower. That is, the FBG 20 in the steady state reflects the incident light L1 having a short wavelength with the reflection intensity S1.
  • the FBG 20 having a positive coefficient of thermal expansion expands in accordance with the amount of temperature rise of the measured part. Therefore, the grating period in each of the reflection regions 21 to 2n of the FBG 20 Each of ⁇ 1 to ⁇ n (see FIG. 2) also becomes longer. Further, as the grating periods ⁇ 1 to ⁇ n become longer, the Bragg wavelengths ⁇ 1 to ⁇ n of the reflection regions 21 to 2n are shifted to the longer wavelength side, respectively. That is, the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20 is shifted to the long wavelength side as indicated by reference numeral 40 ′ in FIG. 4.
  • the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20 is a collection of reflection spectra 41 to 4n (see FIG. 3) of the reflection regions 21 to 2n, and the reflection intensity gradually increases from the short wavelength side toward the long wavelength side. It is a generally triangular shape that rises. Therefore, the intensity of the reflected light L2 changes from S1 to S2 when shifted to the reflection spectrum 40 'on the long wavelength side as the temperature of the measured part increases.
  • the measuring instrument connected to the sensor optical fiber 10 can measure the intensity of the reflected light from the FBG 20, and the temperature of the part to be measured is calculated based on the difference between the reflection intensities S1 and S2.
  • the FBG 20 is divided into a plurality of reflection regions 21 to 2n, and these reflection regions 21 to 2n are configured to change the refractive index of the core 11 with different grating periods ⁇ 1 to ⁇ n.
  • the reflection spectrums 41 to 4n of the reflection regions 21 to 2n are different from each other, and a collection of these is the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20.
  • reflection spectra 41 to 4n of the reflection regions 21 to 2n reflection spectra that are adjacent to each other in the wavelength direction overlap at least partially, so that the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20 has a reflection intensity from the short wavelength side to the long wavelength side. It becomes the thing of the substantially triangular shape which becomes high gradually toward.
  • the temperature can be measured based on the difference in reflection intensity. Further, since the center wavelengths ⁇ 1 to ⁇ n of the reflection spectrums 41 to 4n of the reflection regions 21 to 2n are different from each other, the reflection band of the reflection spectrum 40 of the entire FBG 20 is expanded, that is, the measurable temperature change width Therefore, temperature measurement can be performed using an inexpensive short wavelength light source such as an LED. Therefore, in the sensor optical fiber 10, the measurable physical quantity range can be expanded at low cost.

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Abstract

　測定可能な物理量の範囲を低コストで広げることを実現したセンサ用光ファイバを提供することを目的とする。　センサ用光ファイバ１０のコア１１には、複数の反射領域２１～２ｎを有するＦＢＧ２０が形成されており、各反射領域２１～２ｎは、コア１１に形成された複数の格子部３０をそれぞれ含んでいる。各反射領域２１～２ｎにおいて、格子部３０同士の間隔であるグレーティング周期は互いに異なる周期Λ１～Λｎとなっており、各反射領域２１～２ｎの反射スペクトルが互いに異なる放物線状となる。また、各反射領域２１～２ｎの反射スペクトルのうち、波長方向において互いに隣り合う反射スペクトルは重なり合っている。それにより、ＦＢＧ２０全体の反射スペクトル２０は、反射強度が短波長側から長波長側に向かって漸次高くなる略三角形状となる。

Description

センサ用光ファイバ
　この発明は、物理量を測定するためのセンサに用いられるセンサ用光ファイバに係り、特に、入射光に対して特定の波長の光を反射するＦＢＧを有するセンサ用光ファイバに関する。
　近年、例えば被測定部の温度やひずみ量等の物理量を測定するためのセンサに、ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）を有する光ファイバが利用される。ＦＢＧとは、光ファイバのコアの屈折率を所定の長さ周期（グレーティング周期）で変化させた回折格子であって、光ファイバへの入射光に対し、グレーティング周期に応じた特定の波長（ブラッグ波長）の光を反射し、残りの光を透過するという特性を有している。被測定部から印加される物理量に応じてＦＢＧが伸縮すると、それに伴ってグレーティング周期も変化する。ブラッグ波長は、グレーティング周期の変化量に対して線形に変化するため、ブラッグ波長の変化量に基づいてＦＢＧに印加された物理量を測定することが可能となる。
　ここで、図５を用いて、一般的なＦＢＧを利用した物理量の測定方法について概略的に説明する。図５において符号１００で示される放物線状の領域は、測定対象となる物理量が印加される前におけるＦＢＧの反射スペクトルを示している。また、符号２００で示される領域は、短波長光源から光ファイバに入射される入射光のスペクトルを示しており、ＦＢＧは、この入射光を強度Ｓ１０にて反射する。以上の状態からＦＢＧを伸張させる物理量が印加されると、ＦＢＧの反射スペクトルは一点鎖線の領域１１０で示されるように長波長側にシフトし、反射光の強度がＳ１０からＳ２０へと変化する。したがって、ＦＢＧに印加された物理量が反射強度Ｓ１０、Ｓ２０の差異に基づいて相対的に求められる。
　しかしながら、一般的なガラス製のＦＢＧで測定可能な物理量の範囲はそれほど広くなく、例えば物理量を温度とした場合、反射スペクトルのシフト量０．４ｎｍに対して測定可能な温度範囲は５０℃程度となる。つまり、被測定部の温度の変化幅がさらに広い場合、図５の二点鎖線で示される領域１２０のように、ＦＢＧの反射スペクトルが入射光のスペクトル２００から外れた位置までシフトしてしまうことがあり、この場合、ＦＢＧでの反射が起こらなくなって温度測定が不可能になるという問題が生じる。このような問題を回避する手段の１つとして、ＦＢＧの反射スペクトルのシフトに合わせて入射光の波長をシフトすることが挙げられ、例えば特許文献１には、航空機の外板の温度をＦＢＧで測定する温度測定システムの光源として、波長可変レーザを用いることが記載されている。
　また、上記問題を回避する別の手段として、ＦＢＧの反射帯域を広くすることが挙げられ、例えば特許文献２には、一般的なＦＢＧより広い反射帯域を有するＣＦＢＧ（チャープドファイバブラッググレーティング）が記載されている。ＣＦＢＧとは、一般的なのＦＢＧが一定のグレーティング周期で形成されるのに対し、グレーティング周期が徐々に長くなるように形成されたものであり、それにより、ブラッグ波長に所定の帯域幅を持たせている。ブラッグ波長が所定の帯域幅を有することにより、ＣＦＢＧの反射スペクトルは波長方向に延びた略台形状となるため、その反射帯域は、反射スペクトルが放物線状である一般的なＦＢＧより広くなる。
特表２００９－５１６８５５号公報 特開２００３－３２２７３６号公報
　上述したように、特許文献１に記載の温度測定システムのように波長可変レーザを光源とした場合、物理量の変化幅が広くても、一般的なＦＢＧを用いて測定を行うことが可能となる。しかしながら、波長可変レーザは、例えばＬＥＤ等の短波長光源と比較すると高価な機器であるため、測定可能な物理量の範囲を広げるために要するコストが高くなるという問題点を有していた。
　また、特許文献２に記載のＣＦＢＧは、一般的なＦＢＧより広い反射帯域を有するものであるが、その反射スペクトルは、反射強度のピーク値が一定である略台形状となっている。すなわち、特許文献２に記載のＣＦＢＧは、反射スペクトルのシフトに伴って反射強度が変化することがないため、物理量の印加前後における反射強度の差異から相対的に物理量を測定するというセンサ用途には利用できないという問題点を有していた。
　この発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、測定可能な物理量の範囲を低コストで広げることを実現したセンサ用光ファイバを提供することを目的とする。
　この発明に係るセンサ用光ファイバは、入射光が伝播するコアと、入射光が伝播する方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させたＦＢＧとを備え、ＦＢＧは、入射光が伝播する方向に沿って隣接する複数の反射領域を有しており、複数の反射領域は、コアの屈折率を互いに異なる周期で変化させており、複数の反射領域の反射スペクトルのうち、波長方向において互いに隣り合う反射スペクトル同士は、少なくとも一部で重なり合う。
　この発明によれば、センサ用光ファイバにおいて、測定可能な物理量の範囲を低コストで広げることが可能となる。
この発明の実施の形態に係るセンサ用光ファイバの構成を示す概略図である。 実施の形態に係るセンサ用光ファイバにおけるＦＢＧの構成を概略的に示す部分拡大図である。 実施の形態に係るセンサ用光ファイバにおけるＦＢＧの反射スペクトルを例示するグラフである。 実施の形態に係るセンサ用光ファイバを用いた物理量の測定方法を説明するためのグラフである。 従来のＦＢＧを用いた物理量の測定方法を説明するためのグラフである。
　以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態．
　まず、この実施の形態に係るセンサ用光ファイバの構成について、被測定部の温度測定用センサに適用した場合を例として説明する。
　図１に概略的に示すように、センサ用光ファイバ１０は、その一端側に接続された図示しない光源が発する入射光Ｌ１が伝播するコア１１と、コア１１の外周部を覆うクラッド１２とを備えている。また、センサ用光ファイバ１０は、入射光Ｌ１が伝播する方向に沿ってコア１１の屈折率を周期的に変化させた回折格子であるＦＢＧ２０を備えている。ＦＢＧ２０は、図示しない被測定部に設けられる部位であって、被測定部から印加される温度に対応した波長の光を入射光Ｌ１に対する反射光Ｌ２として反射し、残りの光を透過光Ｌ３として透過するという特性を有している。また、ＦＢＧ２０は、入射光Ｌ１が伝播する方向に沿って隣接するように形成されたｎ箇所の反射領域２１，２２，２３，・・・，２ｎを有している。
　図２に示すように、ＦＢＧ２０は、コア１１の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の格子部３０を、コア１１の軸方向に沿った所定の長さ周期で形成した部位である。つまり、ＦＢＧ２０におけるコア１１の屈折率の周期的な変化は、複数の格子部３０を形成することによって生じている。ここで、各反射領域２１～２ｎに含まれる複数の格子部３０の数は同数となっているが、これらの領域において互いに隣り合う格子部３０同士の間隔、すなわちコア１１における屈折率変化の周期（グレーティング周期）は、反射領域２１～２ｎごとに互いに異なっている。
　より具体的に説明すると、入射光Ｌ１が伝播する方向において最も上流側に位置する反射領域２１では、グレーティング周期が最も短いΛ１となるように格子部３０が形成されている。また、反射領域２１の下流側に隣接する反射領域２２では、反射領域２１のグレーティング周期Λ１より長いグレーティング周期Λ２となるように格子部３０が形成されている。同様に、反射領域２３（図１参照）以降のグレーティング周期も、上流側から下流側に向かって順次長くなっており、最も下流側に位置する反射領域２ｎにおけるグレーティング周期Λｎが最も長くなっている。
　ＦＢＧ２０が入射光Ｌ１に対して反射する反射光Ｌ２の波長（ブラッグ波長）は、グレーティング周期に応じて変化するようになっている。ここで、グレーティング周期が一定であるＦＢＧの反射スペクトルは、ブラッグ波長を中心波長とし、ブラッグ波長における反射強度をピーク値とする略放物線状となる。一般的に、ＦＢＧのグレーティング周期を短くすると、反射スペクトルの帯域幅が広がるとともに反射強度のピーク値が低くなる。逆に、グレーティング周期を長くすると、反射スペクトルの帯域幅が狭くなるとともに反射強度のピーク値が高くなる。また、反射スペクトルの中心波長となるブラッグ波長は、グレーティング周期が長くなるに従って長い波長となる。
　すなわち、ＦＢＧ２０の各反射領域２１～２ｎは、それらのグレーティング周期Λ１～Λｎがそれぞれ一定であることにより、放物線状の反射スペクトルを有するものとなる。また、各反射領域２１～２ｎの反射スペクトルは、それらのグレーティング周期Λ１～Λｎが互いに異なっていることにより、中心波長、帯域幅及び反射強度のピーク値が互いに異なるものとなる。図３を用いて説明すると、最も短いグレーティング周期Λ１で形成された反射領域２１の反射スペクトル４１は、その中心波長λ１が最も短波長側にあり、且つ最も広い帯域幅と最も低いピーク値とを有するものとなる。
　また、反射領域２１の下流側に隣接する反射領域２２は、反射領域２１のグレーティング周期Λ１より長いグレーティング周期Λ２で形成されているため、その反射スペクトル４２の中心波長λ２は反射スペクトル４１の中心波長λ１より長波長側となる。さらに、反射スペクトル４２は、反射スペクトル４１より狭い帯域幅と高いピーク値とを有するものとなる。以後の反射領域２３～２ｎについても同様であり、グレーティング周期が長くなるのに従って反射スペクトルの中心波長、帯域幅及び反射強度のピーク値が順次変化する。最も長いグレーティング周期Λｎで形成された反射領域２ｎの反射スペクトル４ｎは、その中心波長λｎが最も長波長側にあり、且つ最も狭い帯域幅と最も高いピーク値とを有する。
　ここで、各反射領域２１～２ｎのグレーティング周期Λ１～Λｎは、図３に示されるように、波長方向において互いに隣り合う反射スペクトル同士が少なくとも一部で重なり合うように設定されている。したがって、反射スペクトル４１～４ｎを集合させたものであるＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０は、反射強度が短波長側から長波長側に向かって漸次高くなる略三角形状のものとなる。また、各反射スペクトル４１～４ｎの中心波長λ１～λｎが互いに異なっていることにより、ＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０は波長方向に広がった状態、つまり反射帯域が広がった状態となっている。
　尚、センサ用光ファイバ１０は、例えば石英ガラス等の材料から形成されており、その熱膨張率は正の値となっている。また、一例として、各格子部３０は、センサ用光ファイバ１０のコア１１に紫外線等を照射することによって形成される。
　次に、この発明の実施の形態に係るセンサ用光ファイバ１０を用いて被測定部の温度を測定する方法について説明する。
　まず、図１に示されるＦＢＧ２０が温度測定の対象となる被測定部に設けられる。次いで、センサ用光ファイバ１０の一端側には、センサ用光ファイバ１０に入射光Ｌ１を入射するための図示しない短波長光源と、ＦＢＧ２０からの反射光Ｌ２を監視するための図示しない測定器とが接続される。尚、入射光Ｌ１を発する短波長光源としては、例えばＬＥＤ等が用いられる。
　被測定部に温度変化が生じる前である定常時においてセンサ用光ファイバ１０に入射光Ｌ１が入射されると、ＦＢＧ２０は、定常時の温度に対応した反射光Ｌ２を入射光Ｌ１に対して反射し、反射光Ｌ２が図示しない測定器によって監視される。ここで、入射光Ｌ１の光源にはＬＥＤ等の短波長光源が用いられているため、図４に示されるように、入射光Ｌ１のスペクトル５０の帯域幅がＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０の帯域幅より狭くなっている。つまり、定常時におけるＦＢＧ２０は、短波長の入射光Ｌ１を反射強度Ｓ１にて反射している。
　定常時の状態から被測定部の温度が上昇すると、熱膨張係数が正の値であるＦＢＧ２０は被測定部の温度上昇量に応じて伸張するため、ＦＢＧ２０の各反射領域２１～２ｎにおけるグレーティング周期Λ１～Λｎ（図２参照）もそれぞれ長くなる。また、グレーティング周期Λ１～Λｎが長くなることに伴って、各反射領域２１～２ｎのブラッグ波長λ１～λｎはそれぞれ長波長側にシフトする。すなわち、ＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０は、図４において符号４０’で示されるように長波長側にシフトする。
　ここで、ＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０は、各反射領域２１～２ｎの反射スペクトル４１～４ｎ（図３参照）を集合させたものであり、反射強度が短波長側から長波長側に向かって漸次高くなる略三角形状となっている。したがって、被測定部の温度上昇に伴って長波長側の反射スペクトル４０’にシフトすると、反射光Ｌ２の強度がＳ１からＳ２へと変化するようになっている。センサ用光ファイバ１０に接続された測定器は、ＦＢＧ２０からの反射光の強度を測定可能となっており、反射強度Ｓ１、Ｓ２の差異に基づいて、被測定部の温度が算出される。
　以上に述べたように、ＦＢＧ２０を複数の反射領域２１～２ｎに分割し、これらの反射領域２１～２ｎが互いに異なるグレーティング周期Λ１～Λｎでコア１１の屈折率を変化させるように構成したので、各反射領域２１～２ｎの反射スペクトル４１～４ｎが互いに異なるものとなり、これらを集合させたものがＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０となる。各反射領域２１～２ｎの反射スペクトル４１～４ｎのうち、波長方向において互いに隣り合う反射スペクトル同士は少なくとも一部で重なり合うため、ＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０は、反射強度が短波長側から長波長側に向かって漸次高くなる略三角形状のものとなる。
　つまり、入射光Ｌ１に対する反射強度が温度の印加前後で変化するようになるため、反射強度の差異に基づいて温度を測定することができる。また、各反射領域２１～２ｎの反射スペクトル４１～４ｎの中心波長λ１～λｎが互いに異なっていることにより、ＦＢＧ２０全体の反射スペクトル４０の反射帯域が広がった状態、すなわち測定可能な温度の変化幅が広がった状態となるため、ＬＥＤ等の安価な短波長光源を用いて温度測定を行うことができる。したがって、センサ用光ファイバ１０において、測定可能な物理量の範囲を低コストで広げることが可能となる。

Claims (4)

  1. 　入射光が伝播するコアと、
    　前記入射光が伝播する方向に沿って前記コアの屈折率を周期的に変化させたＦＢＧと
    を備え、
    　前記ＦＢＧは、前記入射光が伝播する方向に沿って隣接する複数の反射領域を有しており、
    　前記複数の反射領域は、前記コアの屈折率を互いに異なる周期で変化させており、
    　前記複数の反射領域の反射スペクトルのうち、波長方向において互いに隣り合う反射スペクトル同士は、少なくとも一部で重なり合うセンサ用光ファイバ。
  2. 　前記コアの屈折率は、前記コアの屈折率とは異なる屈折率を有する複数の格子部を前記コアに形成することによって変化する請求項１に記載のセンサ用光ファイバ。
  3. 　前記複数の反射領域は、互いに同数となる複数の前記格子部をそれぞれ含む請求項２に記載のセンサ用光ファイバ。
  4. 　前記複数の反射領域における屈折率の周期は、前記入射光が伝播する方向における上流側から下流側に向かって順次長くなる請求項１～３に記載のセンサ用光ファイバ。
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