JPS63208731A - 光フアイバの後方ラマン散乱光測定装置 - Google Patents

光フアイバの後方ラマン散乱光測定装置

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JPS63208731A
JPS63208731A JP4036787A JP4036787A JPS63208731A JP S63208731 A JPS63208731 A JP S63208731A JP 4036787 A JP4036787 A JP 4036787A JP 4036787 A JP4036787 A JP 4036787A JP S63208731 A JPS63208731 A JP S63208731A
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JP
Japan
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light
interference filter
optical fiber
center wavelength
transmitted
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JP4036787A
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English (en)
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Satoru Yamamoto
哲 山本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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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】 〔産業上の利用分野コ 本発明は光ファイバに単色光を入射しその後方ラマン散
乱光を測定する装置に関するものである。
[従来の技術] 単色光を物質に当てて散乱させると、散乱光にその物質
に固有な量だけ波長が変わった光が混ざるという現象が
ラマン効果として知られている。この現象は、光子のエ
ネルギの一部が物質に吸収されるか、あるいは物質のエ
ネルギが光子に加わって起こるもので、前者の場合、う
マン効果を受けた散乱光の波長は物質に当てた単色光の
波長λ。よりもλ、たけ長くなり(ストークス光)、後
者の場合、ラマン効果を受けた散乱光の波長はλ。より
もλ8だけ短くなる(アンチストークス光)。λ 、λ
8は物質に固有なmであり、固体の場合、光子とのエネ
ルギ授受により、格子撮動の変化等の現象が起こる。し
たがって、ラマン効果を受けた散乱光を知ることにより
物質の種類、物性、状態等を知ることができる。
例えばストークス光強度I3とアンチストークス光強度
I、はブランク定数を佑、ボルツマン定数をに、物質と
光との間で授受されるエネルギの振動数をω・とすると
、それぞれ ■ 1、oc1/(exp (fIω; /kT) −1)
1ac−c1/(1−exp(−fiω、 /kT))
と絶対温度Tの関数となり、またストークス光強度とア
ンチストークス光強度の比も Ia/l3 −((ω0+ω1)/(ω0−ω、))48″xp(−
Wω、 /kT)と絶対温度Tの関数となる。ただし、
ω0は入射光の撮動数である。したがってストークス光
強度とアンチストークス光強度のいずれか一方あるいは
両方を測定することにより、これらの散乱光を発生して
いる物質の温度を測定することができる。
この原理を応用すると、光ファイバに光を入射させ、光
フアイバ内で発生するラマン散乱光(ストークス光、ア
ンチストークス光)を測定することにより、光ファイバ
の温度を測定することができ、入射光をパルス状の光と
し、光フアイバ内で発生したうマン散乱光の後方散乱光
(入射光の進行方向と反対向きの光)の出射までに要す
る時間を測定することにより、光ファイバの長さ方向の
温度分布を測定することも考案されている(特願昭60
− 11359号)。
従来の光ファイバへの入射光学系と後方散乱光測定のた
めの出射光学系の構成を第2図に示す。
入射光学系は光源1から出射した光を光学フィルタ2を
通し、特定波長λ。以外の光を取り除き、これを方向性
結合器3を通した後、光ファイバ4に入射させるもので
ある。出射光学系は光ファイバ4から出射された光を方
向性結合器3を通した後、ハーフミラ−5で二分し、一
方を光学フィルタ6と受光器7とからなるストークス光
強度測定系に導く共に、他方を光学フィルタ8と受光器
9とからなるアンチストークス光強度測定系に導くもの
である。
[発明が解決しようとする問題点〕 このような測定系を用いれば、入射光波長λ。
とλ および−λ、だけ波長の異なる光ファイバ内で発
生したストークス光およびアンチストークス光の測定を
行なうことができる。しかしなが−ら、上記測定系では
測定の効率が小さい。
まず、光フアイバ4内への入射光強度■INを考える。
光源1より出射される波長λ。の光強度をIo、光学フ
ィルタ2の透過率をρ2、方向性結合器3の理論的効率
をρ3(−0,5> 、方向性結合器3の過剰損失をρ
31、光源1の広がりと光フフイバ4の入射口径等を考
慮した空間的な結合効率ρ、1とすると、光ファイバ4
への入射光強度■■には、 IIN”ρ2×ρ3×ρ31Xρ、X ■o−(1)と
なる。また、受光器7へ入射される中心波長λ0+λ、
の光強度’saは、光学ファイバ4より出射される被測
定光(中心波長λ。+λ、のストークス光)の強度をI
  、方向性結合器3の理LITa 論的効率をρ3、方向性結合器3の過剰損失をρ  、
ハーフミラ−5の理論効率をρ52a (= 0.5) 、ハーフミラ−5の過剰損失をρ5a
、光学フィルタ6の透過前率をρ6a1光ファイバ出射
光の空間的広がりや受光器7の受光面積等に起因する空
間的な結合効率をρ  とすると、2a ’sa″″ρ3xρ32axρ5xρ5axρ6a×ρ
s2a ×l0UTa        ”’  (2:
Jとなり、方向性結合器3とハーフミラ−5の理論効率
がいずれも0,5であることを考慮すると、(1)式、
 +21式はそれぞれ 1、N−0,5xρ2Xρ31Xρsl×IO−(:1
)ISa= 0.25 Xρ32.×ρ5.×ρ6a×
ρs2a ×l0UTa        ・・’  ”
となる。IINと’saは光学フィルタ6.8や方向性
結合器3等の光学的透過効率と光源1と受光器7.9間
の空間的結合効率の他に、方向性結合器3とハーフミラ
−5の理論効率に影響されており、これらの理論効率は
総合で0.125と非常に小ざいものであった。
第2図の方向性結合器3の代わりに光スィッチを用いる
場合、光スィッチの理論効率は1であり、総合の理論効
率は0.5となるが、測定感度を上げるためには、さら
に理論効率の小さいことが望ましく、また、光スィッチ
を用いる場合、光スイツチ駆動用の高速電気回路が必要
であり、また、過剰損失が方向性結合器よりも大きいと
いう欠点があった。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、理
論効率が大きく、しかも、光スイツチ駆動用の高速電気
回路等を必要としない新規な光ファイバの後方ラマン散
乱光測定装置を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、光源より出射された光を中心波長λ0の光を
選択的に透過または反射する第1の干渉フィルタに入射
させ、第1の干渉フィルタから透過または反射された中
心波長λ。の光を受光すべく光ファイバの端面を配設し
、この端面より出射してくる光ファイバからの後方散乱
光を第1の干渉フィルタに逆方向に入射させ、第1の干
渉フィルタで反射または透過された光を受光して中心波
長λ1の光を選択的に透過または反射する第2の干渉フ
ィルタを設けると共に、第2の干渉フィルタの透過側ま
たは反射側に第2の干渉フィルタで透過または反射され
た中心波長λ1の光を受光する受光器を設けたものであ
る。
[作 用] 光源より出射された光は、第1の干渉フィルタを透過(
または反射)して中心波長λ。の単色光に選別され光フ
ァイバに入射する。光ファイバから出射された後方散乱
光のうち中心波長λ。のレイリー散乱光は第1の干渉フ
ィルタを透過(または反射)しそれ以外の波長域の光は
第1の干渉フィルタで反射(または透過)して第2の干
渉フィルタに入射する。第2の干渉フィルタに入射した
後方散乱光のうち中心波長λ1の光は第2の干渉フィル
タを透過(または反射)して受光器に入射する。第2の
干渉フィルタの透過(または反射)中心波長λ1をスト
ークス光あるいはアンチストークス光の波長域にするこ
とにより、ストークス光あるいはアンチストークス光の
強度が受光器にて測定される。
[実施例] 以下に本発明の実施例を第1図に基づき説明する。図示
するように、この実施例では、透過中心波長λ。の第1
の干渉フィルタ11と、透過中心波長λ。−λ8の第2
の干渉フィルタ12と、透過中心波長λ。+λ、の第3
の干渉フィルタ13との3つの干渉フィルタからなる光
学系に特長がある。
レーザー等の光源1から出射された光を第1の干渉フィ
ルタ11に入射させ、これを透過した中心波長λ。の光
の光軸上に光ファイバ4の端面を置き、光ファイバ4に
この中心波長λ。の光を入射させるようにする。この入
射光により光フアイバ4内で発生した後方散乱光は入射
光と逆向きに光ファイバ4の端面から出射され、第1の
干渉フィルタ11に光a1からの光とは逆方向に入射す
る。
第1の干渉フィルタ11に入射した後方散乱光のうち、
光ファイバ4への入射光と同一波長λ。
のレイリー散乱光は第1の干渉フィルタ11を透過する
が、λ。近傍以外の波長の光は第1の干渉フィルタ11
で反射される。この反射光の光軸上に第2の干渉フィル
タ12を設置し、反射光を第2の干渉フィルタ12に入
射させる。第2の干渉フィルタ12の透過光の中心波長
はアンチストークス光の中心波長と同じλ。−λ、に選
んであるので、光フアイバ4内で発生した後方散乱光の
うち、アンチストークス光のみが第2の干渉フィルタ1
2を透過して、透過光の光軸上に置かれた受光器9に入
射する。受光器9で受光されたアンチストークス光は電
気信号に変換され、その強度が測定される。
第2の干渉フィルタ12を透過せずに反射した光は、反
射光の光軸上に置かれた第3の干渉フィルタ13に入射
する。第3の干渉フィルタ13の透過光の中心波長はス
トークス光の中心波長と同じλ0+λ、に選んであるの
で、光フアイバ4内で発生した後方散乱光のうち、スト
ークス光のみが第3の干渉フィルタ13を透過して、透
過光の光軸上に置かれた受光器7により電気信号に変換
され、アンチストークス光強度が測定される。
なお、上記実施例では、光源の広がりや光ファイバの入
射口径の寸法等から決まる空間的結合効率はあまり良く
ないが、これを改善するためにはレンズの使用が考えら
れる。例えば、光源1と第1の干渉フィルタ11の間に
光源1から出射される光を平行光線になおすレンズを挿
入し、光ファイバ4と第1の干渉フィルタ11の間に平
行光線を集光するレンズを置き、また、受光器7および
9の前面にも集光用のレンズを置けばよい。
また上記実施例において、干渉フィルタ11゜12.1
3の透過光の中心波長を適宜変えて、光源1と受光器9
の設定位置を交換したり、あるいは光ff11と受光器
7の設定位置を交換したりしても、上記と同様な測定が
できる。
また、干渉フィルタ12.13の透過光中心波長を変え
ることにより、アンチストークス光を受光器7で、スト
ークス光を受光器って測定することも可能である。更に
、上記実施例の干渉フィルタ11,12.13は特定波
長領域の光のみを選択的に透過する透過型の干渉フィル
タであったが、特定波長領域の光のみ選択的に反射する
反射型の干渉フィルタを用いて光学系を構成するように
してもよい。
[発明の効果] 以上型するに本発明によれば次のような効果を発揮する
ことができる。
(1)  本発明では、従来用いられていた方向性結合
器やハーフミラ−の代わりに干渉フィルタを用いた光学
系としたことにより、理論効率を従来の方法では実現で
きなかった1とすることができ、測定感度を向上するこ
とができる。
(2)  同一の干渉フィルタを光分離手段および波長
選択手段として働かせているため、構成部品点数を削減
できると共に各部品間で必要となる光軸調整の箇所を少
なくすることができ、コスト低減ならびにコンパクト化
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る光ファイバの後方ラマン敗乱光測
定装置の一実施例を示す構成図、第2図は従来の後方ラ
マン散乱光測定装置を示す構成図である。 図中、1は光源、2.6.8は光学フィルタ、3は方向
性結合器、4は光ファイバ、5はハーフミラ−17,9
は受光器、11は第1の干渉フィルタ、12は第2の干
渉フィルタ、13は第3の干渉フィルタである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源より出射された光を中心波長λ_0の光を選
    択的に透過または反射する第1の干渉フィルタに入射さ
    せ、第1の干渉フィルタから透過または反射された中心
    波長λ_0の光を受光すべく光ファイバの端面を配設し
    、この端面より出射してくる光ファイバからの後方散乱
    光を第1の干渉フィルタに逆方向に入射させ、第1の干
    渉フィルタで反射または透過された光を受光して中心波
    長λ_1の光を選択的に透過または反射する第2の干渉
    フィルタを設けると共に、第2の干渉フィルタの透過側
    または反射側に第2の干渉フィルタで透過または反射さ
    れた中心波長λ_1の光を受光する受光器を設けたこと
    を特徴とする光ファイバの後方ラマン散乱光測定装置。
  2. (2)上記第2の干渉フィルタの反射側または透過側に
    第2の干渉フィルタで反射または透過された光を受光し
    て中心波長λ_2の光を選択的に透過または反射する第
    3の干渉フィルタが設けられると共に第3の干渉フィル
    タにより透過または反射された中心波長λ_2の光を受
    光する受光器が設けられていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の光ファイバの後方ラマン散乱光測
    定装置。
JP4036787A 1987-02-25 1987-02-25 光フアイバの後方ラマン散乱光測定装置 Pending JPS63208731A (ja)

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02201131A (ja) * 1989-01-30 1990-08-09 Tokyo Electric Power Co Inc:The 光ファイバ式分布形温度センサ
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CN102346145A (zh) * 2010-07-22 2012-02-08 索尼公司 微粒测定装置

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