JPH06186443A - 気体、液体検知用光ファイバと同光ファイバを用いた気体、液体検知方法 - Google Patents
気体、液体検知用光ファイバと同光ファイバを用いた気体、液体検知方法Info
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- JPH06186443A JPH06186443A JP3355259A JP35525991A JPH06186443A JP H06186443 A JPH06186443 A JP H06186443A JP 3355259 A JP3355259 A JP 3355259A JP 35525991 A JP35525991 A JP 35525991A JP H06186443 A JPH06186443 A JP H06186443A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 石英より屈折率の低い物質でも検知可能な気
体、液体検知用光ファイバと、同光ファイバを用いた気
体、液体検知方法を提供する。 【構成】 クラッド１の外周寄り偏心位置にクラッド１
よりも高い屈折率を有するコア２が配置されてなる気
体、液体検知用光ファイバにおいて、クラッド１の外周
にクラッド１とほぼ同一の屈折率を有する一次被覆層３
を形成した。また、前記気体、液体検知用光ファイバ４
で気体、液体の付着を検出する場合に、同光ファイバ４
で伝搬する光波として気体或は液体固有の吸収波長と同
一波長の光波を用いるようにした。
体、液体検知用光ファイバと、同光ファイバを用いた気
体、液体検知方法を提供する。 【構成】 クラッド１の外周寄り偏心位置にクラッド１
よりも高い屈折率を有するコア２が配置されてなる気
体、液体検知用光ファイバにおいて、クラッド１の外周
にクラッド１とほぼ同一の屈折率を有する一次被覆層３
を形成した。また、前記気体、液体検知用光ファイバ４
で気体、液体の付着を検出する場合に、同光ファイバ４
で伝搬する光波として気体或は液体固有の吸収波長と同
一波長の光波を用いるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエバネッシェント波を利
用して気体或は液体（被検知物質）を検知できるように
した光ファイバの構造と同光ファイバを用いた気体、液
体検知方法に関するものである。
用して気体或は液体（被検知物質）を検知できるように
した光ファイバの構造と同光ファイバを用いた気体、液
体検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、エバネッシェント波を利用して気
体や液体を検知する光ファイバとして図３のような偏心
コアシングルモ−ド光ファイバが知られている。この偏
心コアシングルモ−ド光ファイバは、コア２よりも屈折
率の高い気体や液体がクラッド１に直接接触するか、一
次被覆層３に拡散または膨潤するかすると、その部分で
エバネッシッント波が吸収されて伝送損失が増加し、そ
れに伴う光出力の変化から気体や液体を検知できるよう
にしたものである。
体や液体を検知する光ファイバとして図３のような偏心
コアシングルモ−ド光ファイバが知られている。この偏
心コアシングルモ−ド光ファイバは、コア２よりも屈折
率の高い気体や液体がクラッド１に直接接触するか、一
次被覆層３に拡散または膨潤するかすると、その部分で
エバネッシッント波が吸収されて伝送損失が増加し、そ
れに伴う光出力の変化から気体や液体を検知できるよう
にしたものである。
【０００３】図４に偏心コアシングルモ−ドファイバを
伝搬する光波のフィ−ルド（電界及び磁界）の様子を概
念的に示す。光波のフィ−ルドは同図のように大部分は
コアに閉じ込められて伝播するが、フィ−ルドの一部は
クラッド１及びその周囲媒質の中も伝播する。このよう
な波はエバネッシェント波と呼ばれている。周囲媒質を
伝搬する光パワ−の大きさを表す目安として（１）式を
使用する。
伝搬する光波のフィ−ルド（電界及び磁界）の様子を概
念的に示す。光波のフィ−ルドは同図のように大部分は
コアに閉じ込められて伝播するが、フィ−ルドの一部は
クラッド１及びその周囲媒質の中も伝播する。このよう
な波はエバネッシェント波と呼ばれている。周囲媒質を
伝搬する光パワ−の大きさを表す目安として（１）式を
使用する。
【０００４】 η＝Ｐ3 ／Ｐt ・・・・（１） 但し、Ｐ3 ＝エバネッシェント波の周囲媒質を伝搬する
光のパワー Ｐt ＝エバネッシェント波が伝送する全光パワー 前記ηの大きさはコアの屈折率ｎ1 、クラッドの屈折率
ｎ2 、周囲媒質の屈折率ｎ3 、最小クラッド厚さｔ等に
よって決まる。ηの周囲媒質の屈折率ｎ2 に対する依存
性は定性的には次の通りである。
光のパワー Ｐt ＝エバネッシェント波が伝送する全光パワー 前記ηの大きさはコアの屈折率ｎ1 、クラッドの屈折率
ｎ2 、周囲媒質の屈折率ｎ3 、最小クラッド厚さｔ等に
よって決まる。ηの周囲媒質の屈折率ｎ2 に対する依存
性は定性的には次の通りである。
【０００５】ｎ3 ＜ｎ2 の場合はηは非常に小さく、ほ
とんど周囲媒質中を光波は伝搬しない。ｎ3 ≒ｎ2 の場
合はある大きさの値をとり、周囲媒質中を光波の一部が
伝搬する。ｎ3 ＞ｎ2 の場合はη→１となり、光波の大
部分は周囲媒質の中を伝搬する。すなわち、光はファイ
バ中を導波されることができなくなり、ファイバ外部へ
流れ出る。この現象は光波の漏洩あるいは放射と呼ばれ
る。
とんど周囲媒質中を光波は伝搬しない。ｎ3 ≒ｎ2 の場
合はある大きさの値をとり、周囲媒質中を光波の一部が
伝搬する。ｎ3 ＞ｎ2 の場合はη→１となり、光波の大
部分は周囲媒質の中を伝搬する。すなわち、光はファイ
バ中を導波されることができなくなり、ファイバ外部へ
流れ出る。この現象は光波の漏洩あるいは放射と呼ばれ
る。
【０００６】従って、ファイバを伝搬するエバネッシェ
ント波の光パワーをモニタすることによって周囲物質の
物性値、例えば、屈折率の変化を検知する場合は以下の
ような作用により検知できる。
ント波の光パワーをモニタすることによって周囲物質の
物性値、例えば、屈折率の変化を検知する場合は以下の
ような作用により検知できる。
【０００７】ファイバを、それに被検知物質が付着して
いない場合はｎ3 ＜ｎ2 で、被検知物質が付着するとｎ
3 ＞ｎ2 となるように構成しておき、このｎ3 ＞ｎ2 と
なることにより光波が放射によって著しく減衰して、被
検知物質が付着したことが検知できる。
いない場合はｎ3 ＜ｎ2 で、被検知物質が付着するとｎ
3 ＞ｎ2 となるように構成しておき、このｎ3 ＞ｎ2 と
なることにより光波が放射によって著しく減衰して、被
検知物質が付着したことが検知できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のように
光ファイバを伝搬するエバネッシェント波の光パワーを
モニターすることによりファイバに物質が付着したかど
うかを検知する場合は、クラッドの屈折率ｎ2 より高い
屈折率の物質が付着した場合しか検知できない。このた
め、一般に用いられている石英系のファイバでは、クラ
ッドの屈折率は略ｎ2 ＝１．４５８程度であるため、そ
れよりも屈折率が低いガス、水等の被検知物質は検知で
きないという難点がある。
光ファイバを伝搬するエバネッシェント波の光パワーを
モニターすることによりファイバに物質が付着したかど
うかを検知する場合は、クラッドの屈折率ｎ2 より高い
屈折率の物質が付着した場合しか検知できない。このた
め、一般に用いられている石英系のファイバでは、クラ
ッドの屈折率は略ｎ2 ＝１．４５８程度であるため、そ
れよりも屈折率が低いガス、水等の被検知物質は検知で
きないという難点がある。
【０００９】本発明の目的は、石英より屈折率の低い物
質でも検知可能な気体、液体検知用光ファイバと、同光
ファイバを用いた気体、液体検知方法を提供することに
ある。
質でも検知可能な気体、液体検知用光ファイバと、同光
ファイバを用いた気体、液体検知方法を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の気
体、液体検知用光ファイバは図１のように、クラッド１
の外周寄り偏心位置にクラッド１よりも高い屈折率を有
するコア２が配置されてなる気体、液体検知用光ファイ
バにおいて、クラッド１の外周にクラッド１とほぼ同一
の屈折率を有する一次被覆層３を形成したものである。
体、液体検知用光ファイバは図１のように、クラッド１
の外周寄り偏心位置にクラッド１よりも高い屈折率を有
するコア２が配置されてなる気体、液体検知用光ファイ
バにおいて、クラッド１の外周にクラッド１とほぼ同一
の屈折率を有する一次被覆層３を形成したものである。
【００１１】本発明の気体、液体検知用光ファイバは必
要に応じて図２のように一次被覆層３の外周に二次被覆
層５を設けてもよい。
要に応じて図２のように一次被覆層３の外周に二次被覆
層５を設けてもよい。
【００１２】本発明の請求項２の気体、液体検知方法
は、請求項１の気体、液体検知用光ファイバ４で光波を
伝搬し、同光ファイバ４に気体、液体が付着したときの
光波の光パワーの減衰により気体或は液体が付着したこ
とを検知するようにした気体、液体検知方法において、
前記光波に気体或は液体固有の吸収波長と同一波長の光
波を用いるようにしたものである。
は、請求項１の気体、液体検知用光ファイバ４で光波を
伝搬し、同光ファイバ４に気体、液体が付着したときの
光波の光パワーの減衰により気体或は液体が付着したこ
とを検知するようにした気体、液体検知方法において、
前記光波に気体或は液体固有の吸収波長と同一波長の光
波を用いるようにしたものである。
【００１３】
【作用】本発明の気体、液体検知用光ファイバ４は、コ
ア２がクラッド１の外側寄りの偏心位置に配置されてい
る偏心コアシングルモード光ファイバであり、そのクラ
ッド１の外周の一次被覆層３の屈折率がクラッド１の屈
折率とほぼ等しいので、クラッド１の屈折率ｎ2 と周囲
媒質（一次被覆層３）の屈折率ｎ3 との関係が、前記の
ｎ3 ≒ｎ2 の場合となり、光波の一部はコアの周囲物質
中を伝搬する。即ち、エバネッシェント波はクラッド１
を伝搬し、更にクラッド厚が薄い部分でエバネッシェン
ト波の一部が一次被覆層３中を伝搬する。
ア２がクラッド１の外側寄りの偏心位置に配置されてい
る偏心コアシングルモード光ファイバであり、そのクラ
ッド１の外周の一次被覆層３の屈折率がクラッド１の屈
折率とほぼ等しいので、クラッド１の屈折率ｎ2 と周囲
媒質（一次被覆層３）の屈折率ｎ3 との関係が、前記の
ｎ3 ≒ｎ2 の場合となり、光波の一部はコアの周囲物質
中を伝搬する。即ち、エバネッシェント波はクラッド１
を伝搬し、更にクラッド厚が薄い部分でエバネッシェン
ト波の一部が一次被覆層３中を伝搬する。
【００１４】このような状態の気体、液体検出用光ファ
イバ４に気体或は液体が付着し、それらが一次被覆層３
中に拡散或は膨潤すると、気体、液体の屈折率ｎ4 がク
ラッド１の屈折率ｎ2 より高い場合は、気体或は液体が
拡散又は膨潤した一次被覆層３の屈折率ｎ3 がクラッド
１の屈折率ｎ2 より高くなって前記のｎ3 ＞ｎ2 の場合
となり、クラッド厚が薄い部分の一次被覆層３に光波が
放射し、光波のパワーが著しく減衰する。このため、光
パワーの変化をモニタすることにより気体、液体の付着
を検知できる。
イバ４に気体或は液体が付着し、それらが一次被覆層３
中に拡散或は膨潤すると、気体、液体の屈折率ｎ4 がク
ラッド１の屈折率ｎ2 より高い場合は、気体或は液体が
拡散又は膨潤した一次被覆層３の屈折率ｎ3 がクラッド
１の屈折率ｎ2 より高くなって前記のｎ3 ＞ｎ2 の場合
となり、クラッド厚が薄い部分の一次被覆層３に光波が
放射し、光波のパワーが著しく減衰する。このため、光
パワーの変化をモニタすることにより気体、液体の付着
を検知できる。
【００１５】また、気体、液体の屈折率ｎ4 がクラッド
１の屈折率ｎ2 より低い場合は、気体、液体が一次被覆
層３に拡散或は膨潤しても一次被覆層３の屈折率ｎ3 は
クラッド１の屈折率ｎ2 より高くならず、光波の放射は
発生しないが、気体、液体固有の赤外線領域の吸収波長
と光波の波長が一致している場合は、一次被覆層３に拡
散或は膨潤した気体、液体によりエバネッシェント波が
吸収されて減衰する。即ち、気体、液体の分子の固有振
動数に起因する赤外線領域の吸収波長と同一の波長の光
波を検出光として用いれば（請求項２の発明の様にすれ
ば）、一次被覆層３の屈折率ｎ3 がクラッド１の屈折率
より高くならない場合でも光の吸収が生じて光波のパワ
ーが著しく減衰する。このため、光パワーの変化をモニ
タすることにより気体、液体の付着を検知することがで
きる。
１の屈折率ｎ2 より低い場合は、気体、液体が一次被覆
層３に拡散或は膨潤しても一次被覆層３の屈折率ｎ3 は
クラッド１の屈折率ｎ2 より高くならず、光波の放射は
発生しないが、気体、液体固有の赤外線領域の吸収波長
と光波の波長が一致している場合は、一次被覆層３に拡
散或は膨潤した気体、液体によりエバネッシェント波が
吸収されて減衰する。即ち、気体、液体の分子の固有振
動数に起因する赤外線領域の吸収波長と同一の波長の光
波を検出光として用いれば（請求項２の発明の様にすれ
ば）、一次被覆層３の屈折率ｎ3 がクラッド１の屈折率
より高くならない場合でも光の吸収が生じて光波のパワ
ーが著しく減衰する。このため、光パワーの変化をモニ
タすることにより気体、液体の付着を検知することがで
きる。
【００１６】
【実施例１】本発明の気体、液体検知用光ファイバの実
施例について説明する。その実施例としてコア２の外
径、コア２の屈折率差、クラッド１の外径、最小クラッ
ド厚、クラッド１の屈折率、一次被覆層３の外径、一次
被覆層３の最小厚、一次被覆層３の屈折率、二次被覆層
５の外径、二次被覆層５の屈折率を表１の実施例１の構
造にし且つ図１の断面構造の気体、液体検知用光ファイ
バ４を作成し、その検知用光ファイバ４によりメタンガ
スの検知を行った。この場合、検知用の光波にはメタン
ガス固有の赤外吸収波長である１．３３２μｍの波長を
用い、濃度５０％のメタンガスに対する検知感度を測定
したところ、検知感度はー０．５ｄＢ／１００ｍｍであ
り長尺で充分にメタンガスを検知できた。
施例について説明する。その実施例としてコア２の外
径、コア２の屈折率差、クラッド１の外径、最小クラッ
ド厚、クラッド１の屈折率、一次被覆層３の外径、一次
被覆層３の最小厚、一次被覆層３の屈折率、二次被覆層
５の外径、二次被覆層５の屈折率を表１の実施例１の構
造にし且つ図１の断面構造の気体、液体検知用光ファイ
バ４を作成し、その検知用光ファイバ４によりメタンガ
スの検知を行った。この場合、検知用の光波にはメタン
ガス固有の赤外吸収波長である１．３３２μｍの波長を
用い、濃度５０％のメタンガスに対する検知感度を測定
したところ、検知感度はー０．５ｄＢ／１００ｍｍであ
り長尺で充分にメタンガスを検知できた。
【００１７】
【実施例２】また、表１の実施例２の構造で、図２の断
面構造の気体、液体検知用光ファイバ４を作成した。図
２の光ファイバは図１の一次被覆層３の外側に二次被覆
層５を設けて被覆層を２層構造としたものである。この
検知用光ファイバ４によりメタンガスの検知を行った。
この場合も検知用の光波にメタンガス固有の赤外吸収波
長である１．３３２μｍの波長を用い、濃度５０％のメ
タンガスに対する検知感度を測定したところ、検知感度
はー０．４ｄＢ／１００ｍｍであり長尺で充分にメタン
ガスを検知できた。
面構造の気体、液体検知用光ファイバ４を作成した。図
２の光ファイバは図１の一次被覆層３の外側に二次被覆
層５を設けて被覆層を２層構造としたものである。この
検知用光ファイバ４によりメタンガスの検知を行った。
この場合も検知用の光波にメタンガス固有の赤外吸収波
長である１．３３２μｍの波長を用い、濃度５０％のメ
タンガスに対する検知感度を測定したところ、検知感度
はー０．４ｄＢ／１００ｍｍであり長尺で充分にメタン
ガスを検知できた。
【００１８】
【比較例】比較例として表１の従来構造例で、図１に示
す断面構造の気体、液体検知用光ファイバ４を作成し、
この検知用光ファイバ４によりメタンガスの検知を行っ
た。このとき検知用の光波にはメタンガス固有の赤外吸
収波長である１．３３２μｍの波長を用い、濃度５０％
のメタンガスに対する検知感度を測定したところ全く検
知できなかった。
す断面構造の気体、液体検知用光ファイバ４を作成し、
この検知用光ファイバ４によりメタンガスの検知を行っ
た。このとき検知用の光波にはメタンガス固有の赤外吸
収波長である１．３３２μｍの波長を用い、濃度５０％
のメタンガスに対する検知感度を測定したところ全く検
知できなかった。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】本発明の気体、液体検知用光ファイバに
よれば、気体、液体の屈折率ｎ4 がクラッド１の屈折率
ｎ2 よりも高い場合に気体、液体の付着を検知すること
ができる。
よれば、気体、液体の屈折率ｎ4 がクラッド１の屈折率
ｎ2 よりも高い場合に気体、液体の付着を検知すること
ができる。
【００２１】本発明の気体、液体検知用光ファイバを用
いた気体、液体検知方法によれば、気体、液体の屈折率
ｎ4 が石英系のファイバのクラッド１の屈折率よりも低
いガス、水等の物質をも検知することができる。
いた気体、液体検知方法によれば、気体、液体の屈折率
ｎ4 が石英系のファイバのクラッド１の屈折率よりも低
いガス、水等の物質をも検知することができる。
【図１】本発明の気体、液体検知用光ファイバの一実施
例を示す断面図。
例を示す断面図。
【図２】本発明の気体、液体検知用光ファイバの他の実
施例を示す断面図。
施例を示す断面図。
【図３】従来の偏心コアシングルモ−ド光ファイバ一例
を示す断面図。
を示す断面図。
【図４】図３の偏心コアシングルモ−ド光ファイバを伝
搬する光波のフィ−ルドの説明図。
搬する光波のフィ−ルドの説明図。
１ クラッド ２ コア ３ 一次被覆層 ４ 気体、液体検知用光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/10 Ａ 7036−2Ｋ (72)発明者 池川 幸一 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯株 式会社総合技術研究所内 (72)発明者 高見 均 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯株 式会社総合技術研究所内 (72)発明者 横山 昭彦 愛知県東海市新宝町507−２ 東邦瓦斯株 式会社総合技術研究所
Claims (2)
- 【請求項１】 クラッド１の外周寄り偏心位置に、クラ
ッド１よりも高い屈折率を有するコア２が配置されてな
る気体、液体検知用光ファイバにおいて、クラッド１の
外周にクラッド１とほぼ同一の屈折率を有する一次被覆
層３が形成されていることを特徴とするの気体、液体検
知用光ファイバ。 - 【請求項２】 請求項１の気体、液体検知用光ファイバ
４に光波を伝搬させ、同光ファイバ４への気体、液体の
付着により光波の光パワーが減衰することから気体、液
体の付着を検知するようにした気体、液体検知方法にお
いて、前記光波に気体或は液体固有の吸収波長と同一波
長の光波を用いることを特徴とする気体、液体検知方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355259A JP3042557B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 気体、液体検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355259A JP3042557B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 気体、液体検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186443A true JPH06186443A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3042557B2 JP3042557B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=18442899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3355259A Expired - Lifetime JP3042557B2 (ja) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | 気体、液体検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3042557B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997020200A1 (en) * | 1995-11-29 | 1997-06-05 | British Telecommunications Public Limited Company | Sensor arrangement |
| WO2011024808A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | 株式会社フジクラ | マルチコアファイバ |
-
1991
- 1991-12-20 JP JP3355259A patent/JP3042557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997020200A1 (en) * | 1995-11-29 | 1997-06-05 | British Telecommunications Public Limited Company | Sensor arrangement |
| US5903685A (en) * | 1995-11-29 | 1999-05-11 | British Telecommunications Public Limited Company | Sensor arrangement |
| WO2011024808A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | 株式会社フジクラ | マルチコアファイバ |
| US8285094B2 (en) | 2009-08-28 | 2012-10-09 | Fujikura Ltd. | Multicore fiber |
| JPWO2011024808A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2013-01-31 | 株式会社フジクラ | マルチコアファイバ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3042557B2 (ja) | 2000-05-15 |
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