JPH03211505A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバに応力を与えることにより、単一
地点のみならず多数の地点の状況を検出するシステムに
用いられる光ファイバに関するものであり、特に光ファ
イバに曲げを与えたときに発生する反射光を利用した検
出システムに用いられる光ファイバに関するものである
。

（従来の技術） 光ファイバに応力を与えることにより、単一地点のみな
らず多数の地点の状況を検出する光フアイバ応力付与型
センサーとしては、特開昭６３−２６６３３３号公報に
示されるような浸水検知センサーや特開昭６０−１４１
１２１号公報に示されるような落雷検知センサーなどが
ある。

第２図は、その−例である。図中、２１は光ファイバ、
２２は０ＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｔｉｍｅ　　Ｄｏ
ｍａｉｎ　　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ＝光時間領域
反射測定法）測定部、２３．２４はセンサ一部、２５は
ＣＰＵである。この光ファイバ２１に、第２図に示すよ
うに検出する量に応じて、センサ一部２３．２４などに
、曲げ、側圧などの応力を加え、その結果生じる光伝送
損失を０ＴＤＲ測定部２２により検出する。○ＴＤＲ波
形は、第３図に示すように、応力を加えたセンサ一部２
３．２４などに対応する位置３３．３４において、第３
図に示す損失の段差が生じる。しかしながら、３５．３
６として示したように、この段差の部分から後に数十メ
ートルの範囲にわたってデッドゾーンが生じる。このデ
ッドゾーンは、後方散乱光を取り込むタイミングより広
いパルスを使用した場合に大きく生じるが、たとえ取り
込むタイミングより狭いパルスを使用した場合でも・応
力を加えた場所で生じる光導波モードの乱れのためにデ
ッドゾーンの発生は避けられない。このため多数のセン
サ一部を接近して配置できないという問題があった。

このような問題を解決するための一手法として、光ファ
イバを急峻に曲げることにより発生する反射光を利用す
る方法が考えられる。この曲げによる反射光は、０ＴＤ
Ｒ波形において第３図の３１゜３２として示すように、
鋭く、且つ、それ以前の信号レベルより大きい信号とし
て現れる。例えば、センサ一部が動作していない時の信
号を基準に取り、その基準レベル以上の信号を検出する
ようにすれば、曲げを加えた部分からのデッドゾーンの
中においてもセンサーの動作の検出は可能であり、多数
のセンサーを接近して配置できる可能性がある。また、
第５０回応用物理学会学術講演会講演予稿集（平成元年
秋季）２９Ｐ−ＺＥ−９に発表されたように、最初に光
ファイバを曲げておき、曲げた部分を取り囲む媒質の状
態の変化を反射光によって検知するシステムも知られて
いる。

しかしながら、従来のこの種の装置では、用いられる光
ファイバが、通常の単一モード光ファイバやマルチモー
ド光ファイバであるため、反射によって生じる信号波形
のレベルが小さく、十分な検出感度を得ることが難しか
った。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、クラ
ッド部の領域に光ファイバの曲げによる漏洩光を反射す
る作用を有する反射部を設けることによって、十分な検
出感度を得ることができる光ファイバを提供することを
目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、コア部とクラッド部からなる光ファイバにお
いて、該光ファイバに曲げを加えない状態において、コ
ア部を伝搬する光に実質的に影響を与えないクラッド部
の領域に反射部を設けたことを特徴とするものである。

上記反射部を、コア部と同心円状に配置するようにして
もよい。

クラッド部に屈折率が変化する境界面を設けることによ
り、反射部を構成することができる。

クラッド部に散乱体を含有せしめることにより、反射部
を構成することができる。

上記散乱体として、金属微粒子を用いることができる。

上記金属微粒子として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔのうち
の少なくとも一種類を選択することができる。

（作　用） 光ファイバに曲げを加えることによって反射が生じる現
象は、通常の光ファイバでもごく微弱ながら発生する。

これは、曲げによって漏洩した光が光ファイバの最外層
で反射され、再びコアに戻って来るためと考えられる。

光ファイバには、通常、保護のために、例えば、シリコ
ン樹脂やＵＶアクリレート樹脂などの有機物コーティン
グが施されているから、この反射の状態は、被覆の状態
や被覆物の物性によって大きく変化する。また、コア部
から遠く雛れた光フアイバ最外層にて反射が起こるため
、反射された光のうち、再びコアに戻る量は極めて小さ
いものである。したがって、０ＴＤＲを用いて観測され
る反射光の信号は、極めて微弱なものとなっている。

本発明は、コア部とクラッド部からなる光ファイバにお
いて、該光ファイバに曲げを加えない状態において、コ
ア部を伝搬する光に実質的に影響を与えないクラッド部
の領域に反射部を設けることにより、光ファイバに曲げ
が加えられていない状態では、反射部の影響はない。

光ファイバに曲げが加えられた場合、曲げによって生じ
たコア部からの漏洩光は、反射部で反射され、コア部に
再び戻る。したがって、クラッド部に反射部が存在する
ことにより、反射光が光ファイバの被覆の状態に左右さ
れることはない。

反射光をコア部に戻すために、反射を生じさせる部分は
、光ファイバのクラッド部の中でできるだけコアに近い
部分に配置することが望ましいものの、あまりコアに近
づきすぎると、光ファイバを曲げない状態でも、コアを
伝搬する光に影響を与え、センサ一部以外での損失増を
招くことになる。

光の反射は、媒質の屈折率変化によっても起こるから、
反射部として、屈折率の変化する境界面が利用できる。

また、金属微粒子などの散乱体がある場合にも、光は散
乱されるから反射部として作用し、したがって、反射部
として、散乱体含有層を用いることも可能である。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例を説明するための光ファイ
バの断面図である。図中、１１はコア部、１２はクラッ
ド部、１３は反射部である。反射部１３は、コア部１１
に対して同心円状に形成されているが、光ファイバにセ
ンシングのための曲げを加えない状態では、コア部１１
を伝搬する光に実質的に影響を与えない位置に配置され
ている。

光ファイバを曲げたときには、曲げによるコア部からの
漏洩光は、反射部１３によって反射され、反射光の一部
は、再度コア部１１を伝搬し、その一部が後方散乱光と
して０ＴＤＲ波形に信号光となって現れる。

反射部を、第１図のように、コア部と同心円状の反射層
として配置することにより、光ファイバの曲げ方向に任
意性をもたせることができる。

第４図は、他の実施例を説明するための光ファイバの断
面図である。図中、１１はコア部、１２はクラッド部、
１４は反射部である。光ファイバの曲げ方向を一方向に
規制している場合には、この実施例のように、反射部１
４を、必ずしもコア部に対して、同心円状に設けなくて
もい。

反射部の形成は、屈折率変化境界面を利用することがで
きる。第５図（Ａ）〜（Ｄ）は、屈折率変化境界面を形
成する際の屈折率分布構造の実施例を示すものであり、
縦軸を屈折率、横軸を半径として、屈折率分布をパター
ン化して示したものであるが、図における寸法は、屈折
率および半径に比例して示されたものではない。第５図
（Ａ）〜（Ｄ）において矢印↓で示した部分が屈折率変
化境界面であり、コア部と同心円状にこの境界面が存在
している。なお、ここではマルチモードのグレーディッ
ドインデックス型光ファイバを例にとったが、ステップ
インデックス型マルチモードファイバや、シングルモー
ド光ファイバなどにも適用できることは明らかであり、
特に、本発明が光ファイバの種類に限定されるものでは
ない。

反射部として、散乱体を利用する際には金属微粒子がフ
ァイバ媒質中に分散したものが利用できる。石英系光フ
ァイバでは、この金属微粒子としてＡ　ｕ　＋　Ａ　ｇ
　ｒ　Ｃｕ　＋　Ｐ　を等の金属がコロイド状に石英ガ
ラス中で凝集しやすく、利用しやすい。

以下に、本発明をさらに具体化した実施例について説明
する。

ｍ−実施例１−一 第６図に断面構造と屈折率分布を示すように、組成がＧ
ｅｍ□−３ｉｏ２．直径５０μｍ、コア中心の比屈折率
差△“＝０．７％のグレーディッドインデックスのコア
に、組成がＳ　ｉＯ２ｙ直径１２５μｍのクラッドで構
成した光ファイバであって、クラッド部分における直径
６５μｍの部分に、Ｆを添加して、比屈折率差が−０，
６％、厚み５μｍの反射層を設けた光ファイバを使用し
た。

反射機能を有する屈折率変化境界面を矢印↓で示した。

なお、図中、ＳｉＯ２と表示した位置における屈折率は
、純５ｉｎ２の屈折率である。第２図で説明したように
、光ファイバに曲げを加えた状態で発生する反射光を測
定した。曲げ直径を２５ｍｍとした場合の０ＴＤＲ波形
（波長１．３μｍ）は、第７図のように、曲げによる段
差０．７ｄＢに加え、０．２ｄＢ程度の鋭い反射状の波
形が生じた。第７図においては、曲げは、光フアイバ端
部から３００ｍと７００ｍの２箇所に加えたが、第８図
のように曲げ箇所を光フアイバ端部がら２００ｍと２５
０ｍと近接させても両者の反射光は明瞭に分離できた。

ｍ−比較例１一 実施例１と同様の構成で反射層のみ有しない光ファイバ
を用い、実施例１と同様の反射光の観測を行なった。反
射光はごくわずか観察されたものの、その信号波形は０
．０５ｄＢ程度以下であり、実システムに適用するには
反射光強度か弱すぎるものであった。

ｍ−比較例２−一 第９図に断面構造と屈折率分布を示すように、組成がＧ
ｅｍ２−８ｉｎ□、直径５０μｍ、コア中心の比屈折率
差△”＝０．７％のグレーディッドインデックスのコア
に、クラッド部分の直径６５μｍの部分に屈折率変化層
を設けた。この屈折率変化層を矢印↓で示した。この屈
折率変化層の内側のクラッド部はＳｉＯ□からなり、外
層のクラッド部は、Ｆを添加することによって屈折率を
０．６％下げたものである。なお、図中、５ｉＯｚと表
示した位置における屈折率は、純ＳｉＯ□の屈折率であ
る。この光ファイバを使用して第２図で説明したように
、光ファイバに曲げを加えた状態で発生する反射光を測
定した。曲げ直径を２５ｍｍとした場合の０ＴＤＲ波形
では曲げによる段差は０．１ｄＢ以下であり、反射光も
ほとんど観測されなかった。これは直径６５μｍのクラ
ッド部までが実質的にコアとして光を伝搬したためであ
ると考えられる。しかしながら、内側のクラッド部に光
が伝搬しないよう０ＴＤＲからの入射条件を整えること
により、この光ファイバにおいても０ＴＤＲを用い、曲
げによる反射光を観測することは可能であると考えられ
る。

ｍ−実施例２−一 第１０図に断面構造と屈折率分布を示すように、組成が
Ｇｅ○２３１０２．直径５０μｍ、　コア中心の比屈折
率差△“＝０．３％のグレーディッドインデックスのコ
アに、組成Ｆ　　Ｓ　ｘ　０２１直径１２５μｍのクラ
ッドで構成した光ファイバであって、クラッド部分にお
ける直径６５μｍの部分に、反射部としてＳｉＯ□の組
成を有するものである。反射部における屈折率変化境界
面を矢印↓で示した。なお、図中、Ｓ　１０２と表示し
た位置における屈折率は、純５ｉｎ２の屈折率である。

この光ファイバを使用して、第２図で説明したように、
光ファイバに曲げを加えた状態で発生する反射光を測定
した。曲げ直径を２５ｍｍとしだ場合の０ＴＤＲ波形（
１，３μｍ）では、曲げによる段差０．６ｄＢ、反射光
レベル０．２ｄＢと、実施例１と同程度の反射光レベル
が得られた。

−一実施例３−一 第１１図に断面構造と屈折率分布を示すように、組成が
ＧｅＯ□−３ｉＯ□、直径５０μｍ、コア中心の比屈折
率差△“＝０．３％のグレーディッドインデックスのコ
アに、直径６５μｍまでの内側クラッドの組成がＦ−３
ｉＯ□、直径１２５μｍまでの外側クラッドの組成がＳ
ｉＯ□で構成した光ファイバで、外側クラッドと内側ク
ラッドの境界面を反射部として利用したものである。反
射部における屈折率変化境界面を矢印↓で示した。

なお、図中、５ｉＯｚと表示した位置における屈折率は
、純Ｓ　Ｉ　Ｏ２の屈折率である。この光ファイバを使
用して第２図で説明したように、光ファイバに曲げを加
えた状態で発生する反射光を測定した。曲げ直径を２５
ｍｍφとした場合の０ＴＤＲ波形（１，３μｍ）では、
曲げによる段差０゜８ｄＢ、反射光レベル０．２ｄＢと
、実施例１と同程度の反射光レベルが得られた。

−一実施例４−一 第１２図に断面構造と屈折率分布を示すように、組成が
ＧｅＯ２Ｓ　ｉ　０２　＋直径５０　ａ　ｍ　＋中心の
比屈折率が０．７％のグレーディッドインデックスのコ
アに、組成がＳｉＯ□、直径１２５μｍのクラッドの光
ファイバであって、クラッド部分の直径６５μｍから直
径７５μｍまでの厚み５μｍの部分に、Ａｕ微粒子を分
散させ、これを反射層とした光ファイバを用い、第２図
で説明したように、反射光の測定を行なった。その結果
、曲げ直径を２５ｍｍとした場合の０ＴＤＲ波形（波長
１．３μｍ）では、曲げによる段差０．７ｄＢに加え、
０．１５ｄＢ程度の反射光（Ａｕ微粒子分散部による散
乱光とも言える。）による鋭い波形が観測された。なお
、Ａｕ粒子の濃度は、数１１００ｐｐと推定された。

また、この光ファイバは、直径６５μｍまでの部分に対
応するガラス母材に多孔質ガラス層を堆積させたのち、
１リットル当り１／１００モルのＨＡ　ｕ　Ｃ１４溶液
中にガラス母材と多孔質ガラス層の複合体を浸漬し、多
孔質ガラス層に、ＨＡｕＣｌ、溶液を含浸せしめ、その
後、これを乾燥、熱処理して透明化し、さらにその外側
に多孔質ガラス層を再度堆積透明化して得られた光フア
イバ用母材を線引して作製したものである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明による光ファイ
バを用いることにより、曲げによる漏洩光を効率的に反
射光として０ＴＤＲにより測定でき、また、単一地点の
みならず多数の地点の状況の検知システムに有効な光フ
ァイバを提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の光ファイバを説明するた
めの断面図、第２図は、○ＴＤＲによる曲げ箇所検出す
るシステムを説明するための概略図、第３図は、０ＴＤ
Ｒ波形の一例の線図、第４図は、他の実施例の光ファイ
バを説明するための断面図、第５図は、本発明の他の実
施例の光ファイバの屈折率分布の説明図、第６図以降は
具体的な実施例を説明するためのものであり、第６図は
、実施例１における光ファイバの断面構造と屈折率分布
の説明図、第７図、第８図は、実施例１における０ＴＤ
Ｒ波形の測定結果の線図、第９図は、比較例２における
光ファイバの断面構造と屈折率分布の説明図、第１０図
は、実施例２における光ファイバの断面構造と屈折率分
布の説明図、第１１図は、実施例３における光ファイバ
の断面構造と屈折率分布の説明図、第１２図は、実施例
４における光ファイバの断面構造と屈折率分布の説明図
である。 １１・・・コア部、１２・・・クラッド部、１３．１４
・・・反射部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コア部とクラッド部からなる光ファイバにおいて、該光
   ファイバに曲げを加えない状態において、コア部を伝搬
   する光に実質的に影響を与えないクラッド部の領域に反
   射部を設けたことを特徴とする光ファイバ。