JPS61208013A

JPS61208013A - 光フアイバ

Info

Publication number: JPS61208013A
Application number: JP60048073A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Watari; 正博渡; Masato Yamamoto; 真人山本; Kan Fujimoto; 敢藤本
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1985-03-11
Publication date: 1986-09-16

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）本発明は光信号の伝送に用いられる光ファイ／くに関し
、特に光ファイバに光を一定の入射角で入射する場合に
用いて好適な光コアイノ（に関するものである。

図で、（ａ）は断面図、缶）は屈折率の分布、（ｃ）は
光線軌道を示している。クラ、−ド形光ツアイ／（１は
、高屈折率透明線状体２（以下コアという）の周囲に低
屈折率透明材からなる被覆３（以下クラッドという）が
施された構造をしており、光は＝７２とクラ、ド３の境
界面で全反射を繰シ返しながらコア中を伝搬していく。

第７図において、ｌは光ファイバ、２はコア、３はクラ
、ドである。コア２は直径ｄ１．屈折率ｎ１であって、
例えばＧｅＯ２−８４０２ガラスで構成され、またクラ
、ド３は直径ｄ２．屈折率ｎ２であって、例えば８ｉ０
２ガラスで構成され、屈折率ｎ２が屈折率ｎ１よりも１
〜２憾小さくなっている。

第８図は、第７図の光ファイバ１に光を効率よく入射さ
せる従来の方法を示す説明図でめる。図において、凸レ
ンズ５は入射ひとみを構成し、この入射ひとみの半径に
対し光軸上の光ファイバｌの入射端のはる角度θは、光
ファイバ１に、光が入射したとき全反射する光ファイバ
ｌに入射する臨界角θｃＫなるように選択されている。

光ファイバｌの開口数ＮＡは空気の屈折率ｎＱと臨界角
θＣによシ（１）式で定義される。

ＮＡ　＝　ｎＯｓ　ｉｎθｃ（１）ここで臨界角θＣはコア２の屈折率ｎ１を用いて（２）
式で定義される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、クラ、ド形光ファイバにおいては光が波
の性質を有しているので、光ファイバ１の径方向と軸方
向の位相関係からとびとびの特定の反射角をもった光線
のみが伝搬可能になっている。第７図（ｃ）に示される
ように多モードが伝搬可能な光ファイバ１においては、
一定長の光ファイバを伝搬するのに光はその反射角の違
いによシ実際に走る。距離が異なるので到達時間に差が
できる。

その結果光ファイバｌに入射した光は、光ファイバを伝
搬する固有モードに分解されるので、光ファイバから出
射された光を再現するために光ファイバの高次の固有モ
ードを除去する必要がめった。

くス＋、−レイの影響〉光ファイバ１への入射角θが全反射の臨界角θＣを超え
ると、光の透過によシ光ファイバ中での損失が増大して
伝搬しなくなることが成立するの社、メリジオナル光線
（光学系において、光軸外の物点から入射する光線のう
ち、主光線と光軸とを含む面内に含まれる光線をい５）
忙ついてのみでめシ、スキューレイ（光学系を通過する
光線のうち、メリジオナル平面内に含まれない光線をい
う）について紘成立しない。

第９図はスキューレイの影響を受ける一例を示す説明図
である。図において、５は一様な光を発する光ファイバ
の径ｄ２よりも大きな発光体である。

メリジオナル光線についてＦｉ（１）式で定義される角
度θに対応する直径ｄ３に含まれる領斌の発光体５のみ
を考慮すればよい。従りて直径ｄ３内に含まれない点Ｐ
よシ発された光は光フアイバ１内を伝搬しないはずであ
る。

第１０図は光フィイバ１に入射した角度θと、光ファイ
バ１よシ出射され九光エネルギの比をあられす実験値で
ある。この実験に用いた光ファイバは、ＮＡ　＝　０．
３．　ｄｌ　−４００１Ｊｍ、　ｄ２　＝　６００１１
ｍ、長さＬ＝１ｍｓ光源はＨｅ　−Ｎｅレーザで波長ｎ
　Ｏ，６３２８ＩＪｍでめり、光ファイバに入射する臨
界角θＣは１７゜５変圧なっている。スキューレイの影
響で入射角θが３０度でも１０４の光が伝搬している。

尚、臨界角００以内でもＺｏｏ　１にならないのは、入
射光分布が必ずしも一様になっていないためである。

即ち、大きな入射角θでも光フアイバ１内を伝搬するた
め、光ファイバの損失測定する場合には、ス午、−レイ
の伝送損失は光ファイバの置かれた状況で変化するため
測定の確度が低下し、また光ファイバの視野も限定でき
ないという欠点があった。

又、スキ、−レイは光ファイバの境界に近いところを伝
搬しているので、異なる径の光ファイバを組合わせたモ
ードスクランブラを用いて除去することは可能でろる。

しかしこのモードスクランブラを用いるとスキ、−レイ
の一部がメリジオナル光線に変換されるので、光ファイ
バの損失測定の確度低下や視野の特定ができないという
問題点は解決されない。

〈発明の目的〉本発明は上記の欠点を解決したもので、光ファイバの損
失測定が確度好く行なえ、光ファイバの視野が特定でき
る光ファイバを実現することを目的とする。

（問題点を解決する手段）このような目的を達成する本発明は、コアとクラ、ドと
よシなり光を伝送する光ファイバにおいて、この光ファ
イバの入射端に開口角以上の角度からほとんど光が入射
しないように絞りを設けたことを特徴とするものである
。

（実施例）以下、出面によシ本発明を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図で多る。面図
において前記第７図と同一作用をするものには同一符号
をつけ、説明を省略する。

４は光ファイバ１の入射端に設けられた絞シの作用をす
る開口部の内径ｄ４の不透明層である。不透明層４は、
例えばアルミニウムなどの金属を蒸着によって形成する
。不透明層４は光ファイバｌの光軸付近のコア２を除き
入射端面を被覆しているので、クラ、ド３とこれに隣接
したコツ２０周縁部からは光が入射しない。

〈動作原理〉第２図は本発明の入射端絞りの動作原理を示す説明図で
ろる。図において、０は光ファイバの入射端における光
軸を示す原点、工は入射端に入射する光の位置を示す入
射点、Ｒは入射した光がコア２の外周面で反射する反射
点、Ｑは光軸と反射点Ｒのなす平面とコア２の外周面と
で定まる直線が入射端と交差する点をいう。

角度ｒは直線ＯＱと直線ｏｒとのなす角で、零であれば
メリジオナル光線であるが、それ以外はスキューレイと
なる。角度φは入射光の反射点ＲＫおける入射角・反射
角を示している。

ここで入射点工が不透明層４の境界上にあるとすれば、
角度γは次式で与えられる。

ｃｏｓγ＝Ｆ丁市四７（３）反射角φが全反射を起こすためには、入射角θと次の関
係にあればよい。

即ちｃｏｔγが零に近くなるコア２の周縁部に入射し第
３図は不透明層４の絞シ比（ｄ　４７’ｄ　１　）と光
ファイバの最大受光角である臨界角度θの関係を示した
もので、光ファイバ１の開口数ＮＡが０．５と０．３の
場合を掲げである。絞り比が０．３以下でめると最大受
光角θはほとんど変化しないが、０．６以上であると最
大受光角は急激に増大する。

第４図は絞シ比の入射角θと入射出射光パワー比に及ぼ
す影響を示したもので、光ファイバの開口数ＮＡが０．
３の場合を示している。絞シがろると入射する光の面積
が小さくなるので、絞シ比の２乗に比例して入射光パワ
ー比が減少する。一方臨界角θＣを超す入射角θでの入
射光は、絞υ比の２乗よシも急激に減少するので、スキ
ューレイの伝送光に占める割合が低下するく放射温度計に使用した実施例〉放射温度計は、非接触で被測定物体の温度を測定できる
という利点を有することから、加熱された鉄鋼の温度測
定等に用いられている。

第５図は、光ファイバを使用した放射温度計の構成図で
、ここでは放射温度計のうち２色温度計の場合について
示している。第５図において、６は表面の温度を測定す
る物体、１０は物体６から放射した光を伝送する光伝送
部、２０は伝送された光を波長毎に分離する透過波長変
換部、３０は波長毎に分離された光を検出する検出部、
４０は検出した光から物体６０表面温度を求める演算部
である。

光伝送部１０において、１１は本発明にかかる光ファイ
バ、１２は光ファイバ１１から放射され九光を収束する
対物レンズである。

透過波長変換部２０において、２５はフィルタホイール
で８シ、異なった透過波長λ１およびλ２のフィルタ２
１および２２が取シ付けられていて、モータ２３によシ
回転させられる。フィルタホイール２５０回転位置によ
シ、対物レンズ１２で収束された光は、フィルタ２１と
２２を交互に透過させられる。

検出部３０において、３１は検出器であシ、フィルタ２
１．２２を透過した光を検出し、電気信号に変換して出
力する。３２は増幅器であり、検出器３１の出力信号を
増幅して信号分離手段３３に送る。信号分離手段３３は
、フィルタ２１を透過した光とフィルタ２２を透過した
光について、それぞれの光強度に応じた信号Ｅｌ、Ｅ２
を分離して出力する。３４は同期信号発生器であり、フ
ィルタホイール２５に近接して配置されていて、使用し
ているフィルタに対応した信号を信号分離器３３に送る
。

演算手段４０は、信号分離器３３から光強度に応じた信
号Ｊ、Ｅ２を受け、所定の演算によシ禎測定物体の温度
を求める。

次に、物体６の測定温度を求める演算について説明する
。

フィルタｚ１および２２の光透過率の分布関数をＦ　ｔ
ｌ　１（λ）およびＦｉ１２（λ）とすると、光強度に
応じた信となる。ここで、ＢＪｌ、　Ｂ、２２は、フィ
ルタ２１．２２を透過した光についての黒体放射輝度で
あり、ウィーンの公式よりただし、Ｔ：被測定物体の真の温度ＣＩ　＝　１−１９１　Ｘ　１Ｇ−”　（Ｎ％ｈ＋”）
Ｃ２＝　０．０１４４　（ｍｋ）となる。（１）式は、放射温度計の各フィルタを透過し
た後の光強度信号についての一般式である。しかし、こ
の（１）式からは真の温度Ｔを求めることができない。

そこで、第５図の放射温度計では測定温度を次のように
して求めている。

信号比Ｅ１／ＦＪ２をとしている。（４）式において、−は換算温度である。

（４）式から、換算温度−は、となる。

校正の際に、被測定物体を既知の温度Ｔにし、このとき
の信号比Ｂ１／’に２を測定する。この測定値Ｅ１／に
２を（５）式に代入し、換算温度”ｍを求める。このよ
うにして求めた換算温度”ｍと温度Ｔの関係をグラフに
すると、第６図のようになる。

温度測定の際には、換算温度Ｔｍを求め、この換算温度
”ｍから第６図のグラフを用いて温度Ｔを求め、この温
度Ｔを測定温度としている。このような演算は、演算手
段４０が行なう。

このような構成の放射温度計では、光ファイバ１１の長
さは物体６からフィルタホイール２５マでの距離おれば
よいので、数ｍから数百ｍの間に、なっている。そこで
、スキューレイはほとんど減衰せずに光ファイバ１１か
らフィルタホイール２５に伝送される。

物体６に面した光フィイパ１１０入射端に不透明層４を
設けると、臨界角θＣを超える入射角θの光はほとんど
含まれなくので、物体６のどの部分の温度であるか容易
にわかる。又、物体６に局部的に高い温度の領域があっ
ても、この部位の放射光の影響を受けないで測定するこ
とができる。

尚本実施例では２色濃度計の原理を用いた放射温度計に
ついて説明したが、本発明の使用はこれに限定されるも
のではない。

また上記実施例ではクラ、ド形光ファイバを示したが、
屈折率が連続的に変化して屈折によって光を伝達する集
束形光ファイバーであってもよい。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、光ファイバの入射端
に不透過層を設けたので次の効果がある。

（ａｊ　　スキューレイが含まれなくなり、光ファイバ
の損失測定が確度良く行なえる。

（ｂ）　　光ファイバへの入射光がメリジオナル光線の
臨角角θＣに限定されるので、光ファイバの視野が特定
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図、第３
図、第４図は第１図の装置の動作説明図、第５図は第１
図の装置の使用例、第６図は第５図の装置の説明図、第
７図はクラ、ド型光ファイバの説明図、第８図、第９図
、第１０図は第７図の装置の動作説明図である。１・・・光ファイバ、２・・・コア、３・・・クラ、ド
、４・・・不透明層（絞り）。第１図第２図第３図第４因入射角　ｅ（１１）

Claims

【特許請求の範囲】

コアとクラッドとよりなり光を伝送する光ファイバにお
いて、この光ファイバの入射端に開口角以上の角度から
ほとんど光が入射しないように絞りを設けたことを特徴
とする光ファイバ。