センサ用光ファイバの製造方法及びセンサ用光ファイバ
【課題】低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることを実現したセンサ用光ファイバの製造方法及びセンサ用光ファイバを提供することを目的とする。
【解決手段】移動ステージ３７上の位相マスク３２に光ファイバ３１が保持されている。位相マスク３２は、その一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子３４を有しており、回折格子３４を介して紫外線レーザビーム４０を光ファイバ３１に照射可能となっている。移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に遅くなるように制御されており、紫外線レーザビーム４０の照射中に移動ステージ３７を移動させることにより、ＦＢＧ１０を有する光ファイバ１が製造される。
【解決手段】移動ステージ３７上の位相マスク３２に光ファイバ３１が保持されている。位相マスク３２は、その一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子３４を有しており、回折格子３４を介して紫外線レーザビーム４０を光ファイバ３１に照射可能となっている。移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に遅くなるように制御されており、紫外線レーザビーム４０の照射中に移動ステージ３７を移動させることにより、ＦＢＧ１０を有する光ファイバ１が製造される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の製造方法に係り、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の製造方法及びセンサ用光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば物体のひずみ量や温度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軸方向に沿って周期的に変化させることによって形成された回折格子であり、光ファイバへの入力光に対し、ブラッグ波長と呼ばれる特定の波長の光のみを反射し、残りの光を透過するという特性を有している。ひずみや温度変化等の物理量がＦＢＧに印加されると、それに伴ってブラッグ波長も変化するため、ＦＢＧからの反射光の波長や反射強度に基づいて、所望する物理量を測定することが可能となる。
【０００３】
ここで、図７を用いて、ＦＢＧを利用した物理量の測定について概略的に説明する。図７において符号Ｌ１１で示される曲線はＦＢＧの反射帯域を示しており、この反射帯域Ｌ１１の中心波長λ１１から左側の領域Ｒ１１が、ＦＢＧによるセンシングが可能な範囲となる。また、このＦＢＧは、波長λ１２を有する入力光に対する反射光を、反射強度Ｓ１１にて反射するものとなっている。このようなＦＢＧに測定対象となる物理量が印加されると、矢印Ａ１で示されるように、ＦＢＧの反射帯域Ｌ１１が一点鎖線で示される反射帯域Ｌ１２にシフトし、それに伴って反射光の反射強度Ｓ１１が反射強度Ｓ１２へと変化する。したがって、ＦＢＧに印加された物理量を、反射強度Ｓ１１、Ｓ１２の差異に基づいて相対的に求めることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、ＦＢＧのブラッグ波長は、物理量の測定時におけるセンサの周囲温度、いわゆる雰囲気温度に応じて変化するという特性を有しており、例えば、一般的なガラス製のＦＢＧにおいて雰囲気温度が５０℃変化した場合、反射帯域のシフト量は０．６ｎｍとなる。図７の矢印Ａ２で示されるように、反射帯域Ｌ１１が雰囲気温度の変化によって二点鎖線で示される反射帯域Ｌ１３にシフトした場合、反射帯域Ｌ１３においてセンシング可能な領域Ｒ１２には、入力光の波長λ１２が含まれなくなるため、物理量の測定が不可能になるという問題が生じる。この問題を回避するためには、矢印Ａ３で示されるように、反射帯域のシフトに応じて入力光の波長λ１２も波長λ１３にシフトさせることが必要であり、例えば特許文献１には、入力光の波長をシフトさせることが可能な可変波長光源を用いることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ＦＢＧの一種として、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、コアに対して屈折率を変化させた部位（屈折率変化部位）同士の間隔（グレーティング周期）を徐々に変化させたものであり、それにより、各屈折率変化部位におけるブラッグ波長を変化させている。特許文献２の図３に示されるように、屈折率変化部位ごとのブラッグ波長が互いに異なる場合、ＣＦＢＧ全体としての反射帯域は横方向（波長方向）に広がった略台形状となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２２３９７号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１に記載の光ファイバセンサで用いられる可変波長光源を利用すれば、雰囲気温度に応じてＦＢＧの反射帯域がシフトすることによって物理量の測定が不可能になるというという問題は回避することが可能である。しかしながら、可変波長光源は、例えばＬＥＤ等の単波長光源と比較すると高価な機器であるため、計測システムを低コストで構築することが困難であるという問題点を有している。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているようなＣＦＢＧを採用した場合、反射光の波長に対する反射率（反射強度）は略台形状（特許文献２の図３参照）となる。したがって、ＣＦＢＧの反射帯域自体は広いので単波長光源を用いることは可能であるが、測定対象となる物理量がＣＦＢＧに印加されてブラッグ波長が変化しても、反射光の反射強度は略一定となる。すなわち、特許文献２に記載の光ファイバは、図７を用いて説明したように反射強度を相対的に対比することによって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る。
【０００９】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることを実現したセンサ用光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、そのようなセンサ用光ファイバを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るセンサ用光ファイバの製造方法は、光ファイバのコアに、前記コアとは異なる屈折率を有する複数の格子部からなるＦＢＧを形成したセンサ用光ファイバの製造方法であって、光ファイバは、一端側から他端側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子を有する位相マスクに、一端側から他端側に向かう方向が光ファイバの軸方向に沿うように保持され、ＦＢＧは、位相マスクを介して光ファイバに紫外線レーザビームを照射することによって形成され、紫外線レーザビームと、光ファイバ及び位相マスクとは、光ファイバの軸方向に沿って相対的に移動され、移動の速度は、光ファイバにおける紫外線レーザビームの照射される位置が位相マスクの一端側から他端側に向かうにつれて遅くなるまたは位相マスクの他端側から前記一端側に向かうにつれて速くなることを特徴とするものである。
【００１１】
一般に、光ファイバ及び位相マスクを低速で移動させながら紫外線レーザビームを照射した場合、それによって形成されたＦＢＧの格子部は高い反射率を有するものとなる。一方、光ファイバ及び位相マスクを高速で移動させた場合、それによって形成されたＦＢＧの格子部は低い反射率を有するものとなる。すなわち、紫外線レーザビームと光ファイバ及び位相マスクとを、移動速度を漸次変えながら相対的に移動させてＦＢＧを形成した場合、形成されたＦＢＧの反射率も一端側から他端側に向かって漸次変化する。したがって、ＦＢＧが反射する反射光の反射強度を、一端側（短波長側）から他端側（長波長側）に向かって漸次大きくすることができる。また、位相マスクの回折格子における格子周期は一端側から他端側に向かって漸次長くなっているため、形成されるＦＢＧにおける格子部同士の間隔も一端側から他端側に向かって漸次広くなる。したがって、ＦＢＧの各格子部からの反射光が互いに異なる中心波長を有するようになり、ＦＢＧ全体での反射帯域が広がった状態となる。以上より、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシング可能な範囲を広げたセンサ用光ファイバを製造することが可能となる。
【００１２】
また、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、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コアの軸方向（長手方向）に沿って形成したＦＢＧとを備えたセンサ用光ファイバにおいて、ＦＢＧは、複数の格子部が入射光に対してそれぞれ反射する反射光が、互いに異なる中心波長を有するように、且つ複数の格子部からの各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように形成されることを特徴とするものである。
【００１３】
ＦＢＧの各格子部からの反射光は互いに異なる中心波長を有するため、ＦＢＧ全体での反射帯域が広がった状態となり、入力光を発する光源として単波長光源を用いることが可能となる。また、各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように構成したため、ＦＢＧ全体での反射強度は、短波長側から長波長側に向かって略一定の傾きで大きくなる。反射強度が略一定の傾きで大きくなると、ＦＢＧへの物理量の印加前後における反射強度に差異が生じるため、この差異に基づいて物理量を相対的に求めることが可能となる。したがって、センサ用光ファイバにおいて、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることを可能としたセンサ用光ファイバの製造方法が実現される。また、この発明によれば、上記のようなセンサ用光ファイバを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係るセンサ用光ファイバの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバにおけるＦＢＧの反射帯域を概略的に示すグラフである。
【図３】実施の形態１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。
【図４】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバを製造するための装置の構成を示す模式図である。
【図５】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバの製造方法で用いられる位相マスクを示す模式図である。
【図６】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバの製造方法を説明するための模式図である。
【図７】従来のＦＢＧの反射帯域を概略的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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１．
図１に、この実施の形態１に係るセンサ用光ファイバ１を概略的に示す。センサ用光ファイバ１は、物理量を測定するためのセンサに用いられる光ファイバであって、例えばＬＥＤ等の図示しない単波長光源から入力される入力光Ｐ１が伝播するコア２と、コア２の外周部を覆うクラッド３とから構成されている。また、センサ用光ファイバ１は、入力光Ｐ１に対して特定の波長（ブラッグ波長）の光を反射光Ｐ２として反射し、残りの光を透過光Ｐ３として透過させるＦＢＧ１０を備えている。
【００１７】
センサ用光ファイバ１のコア２はゲルマニウムをドープした石英ガラスから形成されており、クラッド３は石英ガラスから形成されている。また、ＦＢＧ１０は、コア２の軸方向に沿って形成された複数の格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１から構成されている。後に製造方法を詳述するように、格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１は、コア２に紫外線レーザビームを照射することによって、軸方向においてコア２の屈折率とは異なる屈折率Ｎ１〜Ｎｎをそれぞれ有するように形成された部位となっている。また、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１は、これらの間の間隔である長さ周期Λ１〜Λｎが、入力光Ｐ１が伝播する方向における下流側から上流側に向かって徐々に大きくなるように形成されている。
【００１８】
ここで、ＦＢＧ１０のブラッグ波長は、格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の屈折率Ｎ１〜Ｎｎと、長さ周期Λ１〜Λｎとによって規定されている。また、屈折率Ｎ１〜Ｎｎは、ＦＢＧ１０に印加される温度変化量に応じて変化するものとなっている。したがって、外部から加えられた応力によってＦＢＧ１０にひずみが生じると、それに伴って長さ周期Λ１〜Λｎが変化するため、ＦＢＧ１０のブラッグ波長も印加されたひずみに応じて変化する。さらに、ＦＢＧ１０に加えられる温度が変化すると、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の屈折率Ｎ１〜Ｎｎが変化するため、ＦＢＧ１０のブラッグ波長も印加された温度変化量に応じて変化する。すなわち、センサ用光ファイバ１は、ＦＢＧ１０に印加されるひずみや温度変化等の物理量を、ブラッグ波長の変化に基づいて測定するものである。
【００１９】
以上のように構成されるＦＢＧ１０において、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１は、それらの長さ周期Λ１〜Λｎ、及び屈折率Ｎ１〜Ｎｎに応じた波長λ１〜λｎを有する光をそれぞれ反射する。すなわち、図２に示すように、ＦＢＧ１０が入力光Ｐ１に対して反射する反射光Ｐ２の反射帯域Ｌは、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの各反射光の反射帯域Ｌ１〜Ｌｎを含んだものとなる。ＦＢＧ１０は、格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１によって反射される反射光の反射帯域Ｌ１〜Ｌｎが、互いに異なる中心波長λ１〜λｎを有するように、且つ各反射光の反射強度、すなわち各反射帯域Ｌ１〜Ｌｎの中心波長λ１〜λｎにおける反射強度Ｓ１〜Ｓｎが、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように形成されている。したがって、反射光Ｐ２の反射帯域Ｌが、略一定の傾きで漸次大きくなった状態となっている。
【００２０】
次に、この発明の実施の形態１に係るセンサ用光ファイバ１を用いて物理量を測定する際の動作について説明する。
図１に示されるように、まず、センサ用光ファイバ１に接続された図示しない単波長光源から入力光Ｐ１が入力される。ＦＢＧ１０は、入力光Ｐ１に対してブラッグ波長の光を反射光Ｐ２として反射し、残りの光を透過光Ｐ３として透過する。このような状態でＦＢＧ１０にひずみや温度変化等の物理量が印加されると、それに伴う各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の長さ周期Λ１〜Λｎの変化や屈折率Ｎ１〜Ｎｎの変化によってブラッグ波長もシフトする。
【００２１】
図３に示すように、ＦＢＧ１０のブラッグ波長がシフトすると、矢印Ａ１で示すように、反射光Ｐ２の反射帯域Ｌは同じ波形のままＬ２１へとシフトする。また、入力光Ｐ１の波長λ２１は物理量の印加前後で変わらないため、入力光Ｐ１に対するＦＢＧ１０からの反射強度は、Ｓ１からＳ２へと変化する。このように、物理量の印加前後における反射強度Ｓ１、Ｓ２に相対的な差異が生じるため、この差異に基づいて、ＦＢＧ１０に印加された物理量が算出される。
【００２２】
ここで、センサ用光ファイバ１は正の熱膨張係数を有しており、雰囲気温度の上昇に伴って膨張し、逆に雰囲気温度が低下すると収縮するという特性を有している。したがって、雰囲気温度が変化してＦＢＧ１０が収縮すると、それに伴って各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１（図１参照）の間の周期Λ１〜Λｎも収縮する。また、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの反射光の波長は、周期Λ１〜Λｎ、及び格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の屈折率Ｎ１〜Ｎｎによって規定される。したがって、入力光Ｐ１の波長λ２１に対するＦＢＧ１０の反射光Ｐ２の反射帯域Ｌは、図３の矢印Ａ２で示されるように、雰囲気温度の変化に応じて反射帯域Ｌ２２にシフトする場合がある。
【００２３】
しかしながら、ＦＢＧ１０は、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１によって反射される反射光の反射帯域Ｌ１〜Ｌｎが、互いに異なる中心波長λ１〜λｎを有するように形成されており、センシング可能な領域が広げられた状態となっている。また、ＦＢＧ１０は、各反射光の反射強度、すなわち各反射帯域Ｌ１〜Ｌｎの中心波長λ１〜λｎにおける反射強度Ｓ１〜Ｓｎが、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように形成されており、反射光Ｐ２の反射帯域Ｌが、略一定の傾きで漸次大きくなった状態となっている。したがって、ＦＢＧ１０は、反射帯域Ｌが反射帯域Ｌ２２にシフトしたとしても、そのセンシング可能領域内に入力光Ｐ１の波長λ２１を含むこと、及び物理量の印加前後における反射強度の差異を相対的に対比することが可能となっている。すなわち、センサ用光ファイバ１は、可変波長光源を用いることなく、温度補償を行いつつ物理量を測定することが可能となっている。
【００２４】
以上のように、センサ用光ファイバ１のＦＢＧ１０において、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの反射光が互いに異なる中心波長λ１〜λｎを有するため、ＦＢＧ１０全体での反射帯域が広がった状態となり、入力光を発する光源として単波長光源を用いることが可能となる。また、各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように構成したため、ＦＢＧ１０全体での反射帯域は、短波長側から長波長側に向かって略一定の傾きで大きくなる。反射帯域が略一定の傾きで大きくなると、ＦＢＧ１０への物理量の印加前後における反射強度に差異が生じるため、この差異に基づいて物理量を相対的に求めることが可能となる。したがって、センサ用光ファイバ１において、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることが可能となる。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態１に係るセンサ用光ファイバ１を製造する方法について説明する。
図４に、センサ用光ファイバ１を製造するための装置の構成を模式的に示す。尚、センサ用光ファイバ１は、コア２及びクラッド３から構成される光ファイバ３１にＦＢＧ１０（図１参照）を形成することによって製造される。図４に示される位相マスク３２は、石英等を材料とする透明基板３３の中央部に、格子としての複数の溝部３４ａからなる回折格子３４を形成したものであり、この位相マスク３２の一方の面３２ａに当接する位置または近接する位置に光ファイバ３１が保持される。一方、位相マスク３２の他方の面３２ｂには、図示しない紫外線レーザ光源から紫外線レーザビーム４０が出力されるようになっており、紫外線レーザビーム４０を、位相マスク３２の回折格子３４を介して光ファイバ３１に照射可能となっている。
【００２６】
ここで、図５に示されるように、回折格子３４の格子周期、すなわち複数の溝部３４ａ同士の間隔は、位相マスク３２の長手方向における一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって漸次大きくなっている。また、図４に示される位相マスク３２と図示しない紫外線レーザ光源との間には、紫外線レーザビーム４０の通過及び遮断を開閉することによって切り換えるメカニカルシャッタ３５と、メカニカルシャッタ３５を通過した紫外線レーザビーム４０を集光するシリンドリカルレンズ３６とが設けられている。尚、本発明の製造方法で紫外線レーザ光源から出力される紫外線レーザビーム４０は細く、例として、図６に示される光ファイバ３１のコア２の径Ｄ２及びクラッド３の径Ｄ３がそれぞれ１０μｍ、１２５μｍである場合、紫外線レーザビーム４０の径Ｄ１は１ｍｍ程度となる。径Ｄ１で出力された紫外線レーザビーム４０はシリンドリカルレンズ３６によって集光され、クラッド３を透過して光ファイバ３１のコア２に照射される。
【００２７】
図４に戻って、移動ステージ３７は、紫外線レーザビーム４０に対して光ファイバ３１及び位相マスク３２を一体として移動させるためのものであり、紫外線レーザビーム４０の照射方向（矢印Ｂ１参照）に対して垂直となる方向（矢印Ｂ２参照）に移動可能となっている。尚、光ファイバ３１は、その軸方向が位相マスク３２の一端側から他端側に向かう方向に沿うように保持されている。また、光ファイバ３１及び位相マスク３２は、光ファイバ３１の軸方向及び位相マスク３２の長手方向が移動ステージ３７の移動方向に一致するように固定されている。したがって、紫外線レーザビーム４０の照射中に移動ステージ３７を移動させると、紫外線レーザビーム４０が光ファイバ３１の軸方向に沿って照射される。また、移動ステージ３７には制御部３８が電気的に接続されており、制御部３８から出力される指令信号に基づいて移動ステージ３７の動作が制御される。
【００２８】
制御部３８は、光ファイバ３１に紫外線レーザビーム４０を照射してＦＢＧ１０（図１参照）を形成する際、紫外線レーザビーム４０が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって照射されるように移動ステージ３７の移動を制御する。また、制御部３８は、紫外線レーザビーム４０の照射中における移動ステージ３７の移動速度、すなわち光ファイバ３１及び位相マスク３２の移動速度を、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に減速するように制御する。ここで、位相マスク３２の回折格子３４は、溝部３４ａ同士の間隔が一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって漸次大きくなるように形成されている（図５参照）。すなわち、移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が溝部３４ａ同士の間隔が短い部分から長い部分に向かうにつれて徐々に減速するように制御されている。尚、制御部３８にはメカニカルシャッタ３５も電気的に接続されており、その開閉を制御部３８によって制御されている。
【００２９】
以上のような装置を用いてセンサ用光ファイバ１を製造する場合、まず、移動ステージ３７上に位相マスク３２が固定されるとともに、位相マスク３２に光ファイバ３１が保持される。次いで、図示しない紫外線レーザ光源からの紫外線レーザビーム４０の出力と、矢印Ｂ２で示される方向への移動ステージ３７の移動とが開始される。また、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の回折格子３４において一端３２ｃ側に位置する部位になると、メカニカルシャッタ３５が開かれ、紫外線レーザビーム４０が位相マスク３２を介して光ファイバ３１に照射されるようになる。尚、紫外線レーザビーム４０は、光ファイバ３１のクラッド３を透過してコア２に照射される。光ファイバ３１のコア２は、ゲルマニウムがドープされた石英ガラスを材料としており、このようなコア２に紫外線レーザビーム４０が照射されると、コア２におけるＳｉ−Ｇｅの結合手が切られることによって屈折率の変化が生じ、それにより、ＦＢＧ１０における格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１（図１参照）が形成される。
【００３０】
ここで、移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に遅くなるように制御部３８によって制御されている。よって、光ファイバ３１のコア２に対する紫外線レーザビーム４０の照射量は、光ファイバ３１の軸方向に沿って一定とはなっておらず、移動ステージ３７の移動速度に応じて変化している。具体的に説明すると、移動ステージ３７が高速で移動している場合、すなわち、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側である場合、光ファイバ３１のコア２に対する紫外線レーザビーム４０の照射量は少なくなる。したがって、コア２においてＳｉ−Ｇｅの結合手が切られる量も少なくなるため、形成されたＦＢＧ１０の格子部は低い反射率を有するものとなる。
【００３１】
一方、移動ステージ３７が低速で移動している場合、すなわち、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の他端３２ｄ側である場合、光ファイバ３１のコア２に対する紫外線レーザビーム４０の照射量は多くなる。したがって、コア２においてＳｉ−Ｇｅの結合手が切られる量も多くなるため、形成されたＦＢＧ１０の格子部は高い反射率を有するものとなる。すなわち、光ファイバ３１及び位相マスク３２の移動速度を徐々に減速させながら光ファイバ３１にＦＢＧ１０を形成した場合、形成されたＦＢＧ１０の反射率も一端側から他端側に向かって漸次高くなる。したがって、ＦＢＧ１０が反射する反射光の反射強度を、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくすることができる。
【００３２】
さらに、位相マスク３２の回折格子３４における格子周期、すなわち溝部３４ａ同士の間隔（図５（ａ）参照）は、一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって漸次長くなっている。そのため、本方法によって形成されたＦＢＧ１０は、図１に示すように、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１間の間隔である長さ周期Λ１〜Λｎが一端側から他端側に向かって徐々に広がったものとなる。したがって、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの反射光が互いに異なる中心波長を有するようになり、ＦＢＧ１０全体での反射帯域が広がった状態となる（図２参照）。
【００３３】
以上のように、センサ用光ファイバ１を製造する方法において、一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子３４を有する位相マスク３２を用いるとともに、移動ステージ３７の移動速度を、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に減速されるようにしたので、形成されたＦＢＧ１０から反射する反射光の反射強度が短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるとともに、ＦＢＧ１０全体での反射帯域を広がった状態となる。したがって、低コストで計測システムを構築可能としつつ、反射帯域を広げたセンサ用光ファイバを製造することが可能となる。
【００３４】
尚、上記のセンサ用光ファイバの製造方法において、移動ステージ３７は、紫外線レーザビーム４０に対して光ファイバ３１及び位相マスク３２を一体として移動させるように構成されたが、移動ステージ３７が光ファイバ３１及び位相マスク３２を移動させることに限定するものではない。紫外線レーザビーム４０と光ファイバ３１及び位相マスク３２とが相対的に移動可能であればよく、移動ステージ３７の位置を固定して紫外線レーザビーム４０を移動させること、すなわち図示しない紫外線レーザ光源、メカニカルシャッタ３５及びシリンドリカルレンズ３６を移動させることも可能である。
【００３５】
また、紫外線レーザビーム４０の照射中における移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に減速するように制御されたが、このような制御に限定するものではなく、逆に他端３２ｄ側から一端３２ｃ側に向かって徐々に早くなるように制御することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 光ファイバ、２ コア、１０ ＦＢＧ、３１ 光ファイバ、３２ 位相マスク、３４ （位相マスクの）回折格子、３４ａ 溝部（位相マスクの格子）、４０ 紫外線レーザビーム、Ｇ１〜Ｇｎ＋１ （ＦＢＧの）格子部、 Ｌ２ 反射光、 Ｓ１〜Ｓｎ 反射光の反射強度、 λ１〜λｎ 反射光の波長。
【技術分野】
【０００１】
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の製造方法に係り、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の製造方法及びセンサ用光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば物体のひずみ量や温度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軸方向に沿って周期的に変化させることによって形成された回折格子であり、光ファイバへの入力光に対し、ブラッグ波長と呼ばれる特定の波長の光のみを反射し、残りの光を透過するという特性を有している。ひずみや温度変化等の物理量がＦＢＧに印加されると、それに伴ってブラッグ波長も変化するため、ＦＢＧからの反射光の波長や反射強度に基づいて、所望する物理量を測定することが可能となる。
【０００３】
ここで、図７を用いて、ＦＢＧを利用した物理量の測定について概略的に説明する。図７において符号Ｌ１１で示される曲線はＦＢＧの反射帯域を示しており、この反射帯域Ｌ１１の中心波長λ１１から左側の領域Ｒ１１が、ＦＢＧによるセンシングが可能な範囲となる。また、このＦＢＧは、波長λ１２を有する入力光に対する反射光を、反射強度Ｓ１１にて反射するものとなっている。このようなＦＢＧに測定対象となる物理量が印加されると、矢印Ａ１で示されるように、ＦＢＧの反射帯域Ｌ１１が一点鎖線で示される反射帯域Ｌ１２にシフトし、それに伴って反射光の反射強度Ｓ１１が反射強度Ｓ１２へと変化する。したがって、ＦＢＧに印加された物理量を、反射強度Ｓ１１、Ｓ１２の差異に基づいて相対的に求めることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、ＦＢＧのブラッグ波長は、物理量の測定時におけるセンサの周囲温度、いわゆる雰囲気温度に応じて変化するという特性を有しており、例えば、一般的なガラス製のＦＢＧにおいて雰囲気温度が５０℃変化した場合、反射帯域のシフト量は０．６ｎｍとなる。図７の矢印Ａ２で示されるように、反射帯域Ｌ１１が雰囲気温度の変化によって二点鎖線で示される反射帯域Ｌ１３にシフトした場合、反射帯域Ｌ１３においてセンシング可能な領域Ｒ１２には、入力光の波長λ１２が含まれなくなるため、物理量の測定が不可能になるという問題が生じる。この問題を回避するためには、矢印Ａ３で示されるように、反射帯域のシフトに応じて入力光の波長λ１２も波長λ１３にシフトさせることが必要であり、例えば特許文献１には、入力光の波長をシフトさせることが可能な可変波長光源を用いることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ＦＢＧの一種として、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、コアに対して屈折率を変化させた部位（屈折率変化部位）同士の間隔（グレーティング周期）を徐々に変化させたものであり、それにより、各屈折率変化部位におけるブラッグ波長を変化させている。特許文献２の図３に示されるように、屈折率変化部位ごとのブラッグ波長が互いに異なる場合、ＣＦＢＧ全体としての反射帯域は横方向（波長方向）に広がった略台形状となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２２３９７号公報
【特許文献２】特開２００３−３２２７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１に記載の光ファイバセンサで用いられる可変波長光源を利用すれば、雰囲気温度に応じてＦＢＧの反射帯域がシフトすることによって物理量の測定が不可能になるというという問題は回避することが可能である。しかしながら、可変波長光源は、例えばＬＥＤ等の単波長光源と比較すると高価な機器であるため、計測システムを低コストで構築することが困難であるという問題点を有している。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているようなＣＦＢＧを採用した場合、反射光の波長に対する反射率（反射強度）は略台形状（特許文献２の図３参照）となる。したがって、ＣＦＢＧの反射帯域自体は広いので単波長光源を用いることは可能であるが、測定対象となる物理量がＣＦＢＧに印加されてブラッグ波長が変化しても、反射光の反射強度は略一定となる。すなわち、特許文献２に記載の光ファイバは、図７を用いて説明したように反射強度を相対的に対比することによって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る。
【０００９】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることを実現したセンサ用光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。また、この発明は、そのようなセンサ用光ファイバを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るセンサ用光ファイバの製造方法は、光ファイバのコアに、前記コアとは異なる屈折率を有する複数の格子部からなるＦＢＧを形成したセンサ用光ファイバの製造方法であって、光ファイバは、一端側から他端側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子を有する位相マスクに、一端側から他端側に向かう方向が光ファイバの軸方向に沿うように保持され、ＦＢＧは、位相マスクを介して光ファイバに紫外線レーザビームを照射することによって形成され、紫外線レーザビームと、光ファイバ及び位相マスクとは、光ファイバの軸方向に沿って相対的に移動され、移動の速度は、光ファイバにおける紫外線レーザビームの照射される位置が位相マスクの一端側から他端側に向かうにつれて遅くなるまたは位相マスクの他端側から前記一端側に向かうにつれて速くなることを特徴とするものである。
【００１１】
一般に、光ファイバ及び位相マスクを低速で移動させながら紫外線レーザビームを照射した場合、それによって形成されたＦＢＧの格子部は高い反射率を有するものとなる。一方、光ファイバ及び位相マスクを高速で移動させた場合、それによって形成されたＦＢＧの格子部は低い反射率を有するものとなる。すなわち、紫外線レーザビームと光ファイバ及び位相マスクとを、移動速度を漸次変えながら相対的に移動させてＦＢＧを形成した場合、形成されたＦＢＧの反射率も一端側から他端側に向かって漸次変化する。したがって、ＦＢＧが反射する反射光の反射強度を、一端側（短波長側）から他端側（長波長側）に向かって漸次大きくすることができる。また、位相マスクの回折格子における格子周期は一端側から他端側に向かって漸次長くなっているため、形成されるＦＢＧにおける格子部同士の間隔も一端側から他端側に向かって漸次広くなる。したがって、ＦＢＧの各格子部からの反射光が互いに異なる中心波長を有するようになり、ＦＢＧ全体での反射帯域が広がった状態となる。以上より、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシング可能な範囲を広げたセンサ用光ファイバを製造することが可能となる。
【００１２】
また、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、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コアの軸方向（長手方向）に沿って形成したＦＢＧとを備えたセンサ用光ファイバにおいて、ＦＢＧは、複数の格子部が入射光に対してそれぞれ反射する反射光が、互いに異なる中心波長を有するように、且つ複数の格子部からの各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように形成されることを特徴とするものである。
【００１３】
ＦＢＧの各格子部からの反射光は互いに異なる中心波長を有するため、ＦＢＧ全体での反射帯域が広がった状態となり、入力光を発する光源として単波長光源を用いることが可能となる。また、各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように構成したため、ＦＢＧ全体での反射強度は、短波長側から長波長側に向かって略一定の傾きで大きくなる。反射強度が略一定の傾きで大きくなると、ＦＢＧへの物理量の印加前後における反射強度に差異が生じるため、この差異に基づいて物理量を相対的に求めることが可能となる。したがって、センサ用光ファイバにおいて、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることを可能としたセンサ用光ファイバの製造方法が実現される。また、この発明によれば、上記のようなセンサ用光ファイバを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係るセンサ用光ファイバの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバにおけるＦＢＧの反射帯域を概略的に示すグラフである。
【図３】実施の形態１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。
【図４】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバを製造するための装置の構成を示す模式図である。
【図５】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバの製造方法で用いられる位相マスクを示す模式図である。
【図６】実施の形態１に係るセンサ用光ファイバの製造方法を説明するための模式図である。
【図７】従来のＦＢＧの反射帯域を概略的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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１．
図１に、この実施の形態１に係るセンサ用光ファイバ１を概略的に示す。センサ用光ファイバ１は、物理量を測定するためのセンサに用いられる光ファイバであって、例えばＬＥＤ等の図示しない単波長光源から入力される入力光Ｐ１が伝播するコア２と、コア２の外周部を覆うクラッド３とから構成されている。また、センサ用光ファイバ１は、入力光Ｐ１に対して特定の波長（ブラッグ波長）の光を反射光Ｐ２として反射し、残りの光を透過光Ｐ３として透過させるＦＢＧ１０を備えている。
【００１７】
センサ用光ファイバ１のコア２はゲルマニウムをドープした石英ガラスから形成されており、クラッド３は石英ガラスから形成されている。また、ＦＢＧ１０は、コア２の軸方向に沿って形成された複数の格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１から構成されている。後に製造方法を詳述するように、格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１は、コア２に紫外線レーザビームを照射することによって、軸方向においてコア２の屈折率とは異なる屈折率Ｎ１〜Ｎｎをそれぞれ有するように形成された部位となっている。また、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１は、これらの間の間隔である長さ周期Λ１〜Λｎが、入力光Ｐ１が伝播する方向における下流側から上流側に向かって徐々に大きくなるように形成されている。
【００１８】
ここで、ＦＢＧ１０のブラッグ波長は、格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の屈折率Ｎ１〜Ｎｎと、長さ周期Λ１〜Λｎとによって規定されている。また、屈折率Ｎ１〜Ｎｎは、ＦＢＧ１０に印加される温度変化量に応じて変化するものとなっている。したがって、外部から加えられた応力によってＦＢＧ１０にひずみが生じると、それに伴って長さ周期Λ１〜Λｎが変化するため、ＦＢＧ１０のブラッグ波長も印加されたひずみに応じて変化する。さらに、ＦＢＧ１０に加えられる温度が変化すると、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の屈折率Ｎ１〜Ｎｎが変化するため、ＦＢＧ１０のブラッグ波長も印加された温度変化量に応じて変化する。すなわち、センサ用光ファイバ１は、ＦＢＧ１０に印加されるひずみや温度変化等の物理量を、ブラッグ波長の変化に基づいて測定するものである。
【００１９】
以上のように構成されるＦＢＧ１０において、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１は、それらの長さ周期Λ１〜Λｎ、及び屈折率Ｎ１〜Ｎｎに応じた波長λ１〜λｎを有する光をそれぞれ反射する。すなわち、図２に示すように、ＦＢＧ１０が入力光Ｐ１に対して反射する反射光Ｐ２の反射帯域Ｌは、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの各反射光の反射帯域Ｌ１〜Ｌｎを含んだものとなる。ＦＢＧ１０は、格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１によって反射される反射光の反射帯域Ｌ１〜Ｌｎが、互いに異なる中心波長λ１〜λｎを有するように、且つ各反射光の反射強度、すなわち各反射帯域Ｌ１〜Ｌｎの中心波長λ１〜λｎにおける反射強度Ｓ１〜Ｓｎが、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように形成されている。したがって、反射光Ｐ２の反射帯域Ｌが、略一定の傾きで漸次大きくなった状態となっている。
【００２０】
次に、この発明の実施の形態１に係るセンサ用光ファイバ１を用いて物理量を測定する際の動作について説明する。
図１に示されるように、まず、センサ用光ファイバ１に接続された図示しない単波長光源から入力光Ｐ１が入力される。ＦＢＧ１０は、入力光Ｐ１に対してブラッグ波長の光を反射光Ｐ２として反射し、残りの光を透過光Ｐ３として透過する。このような状態でＦＢＧ１０にひずみや温度変化等の物理量が印加されると、それに伴う各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の長さ周期Λ１〜Λｎの変化や屈折率Ｎ１〜Ｎｎの変化によってブラッグ波長もシフトする。
【００２１】
図３に示すように、ＦＢＧ１０のブラッグ波長がシフトすると、矢印Ａ１で示すように、反射光Ｐ２の反射帯域Ｌは同じ波形のままＬ２１へとシフトする。また、入力光Ｐ１の波長λ２１は物理量の印加前後で変わらないため、入力光Ｐ１に対するＦＢＧ１０からの反射強度は、Ｓ１からＳ２へと変化する。このように、物理量の印加前後における反射強度Ｓ１、Ｓ２に相対的な差異が生じるため、この差異に基づいて、ＦＢＧ１０に印加された物理量が算出される。
【００２２】
ここで、センサ用光ファイバ１は正の熱膨張係数を有しており、雰囲気温度の上昇に伴って膨張し、逆に雰囲気温度が低下すると収縮するという特性を有している。したがって、雰囲気温度が変化してＦＢＧ１０が収縮すると、それに伴って各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１（図１参照）の間の周期Λ１〜Λｎも収縮する。また、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの反射光の波長は、周期Λ１〜Λｎ、及び格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１の屈折率Ｎ１〜Ｎｎによって規定される。したがって、入力光Ｐ１の波長λ２１に対するＦＢＧ１０の反射光Ｐ２の反射帯域Ｌは、図３の矢印Ａ２で示されるように、雰囲気温度の変化に応じて反射帯域Ｌ２２にシフトする場合がある。
【００２３】
しかしながら、ＦＢＧ１０は、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１によって反射される反射光の反射帯域Ｌ１〜Ｌｎが、互いに異なる中心波長λ１〜λｎを有するように形成されており、センシング可能な領域が広げられた状態となっている。また、ＦＢＧ１０は、各反射光の反射強度、すなわち各反射帯域Ｌ１〜Ｌｎの中心波長λ１〜λｎにおける反射強度Ｓ１〜Ｓｎが、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように形成されており、反射光Ｐ２の反射帯域Ｌが、略一定の傾きで漸次大きくなった状態となっている。したがって、ＦＢＧ１０は、反射帯域Ｌが反射帯域Ｌ２２にシフトしたとしても、そのセンシング可能領域内に入力光Ｐ１の波長λ２１を含むこと、及び物理量の印加前後における反射強度の差異を相対的に対比することが可能となっている。すなわち、センサ用光ファイバ１は、可変波長光源を用いることなく、温度補償を行いつつ物理量を測定することが可能となっている。
【００２４】
以上のように、センサ用光ファイバ１のＦＢＧ１０において、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの反射光が互いに異なる中心波長λ１〜λｎを有するため、ＦＢＧ１０全体での反射帯域が広がった状態となり、入力光を発する光源として単波長光源を用いることが可能となる。また、各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように構成したため、ＦＢＧ１０全体での反射帯域は、短波長側から長波長側に向かって略一定の傾きで大きくなる。反射帯域が略一定の傾きで大きくなると、ＦＢＧ１０への物理量の印加前後における反射強度に差異が生じるため、この差異に基づいて物理量を相対的に求めることが可能となる。したがって、センサ用光ファイバ１において、低コストで計測システムを構築可能としつつ、センシングが可能な範囲を広げることが可能となる。
【００２５】
次に、この発明の実施の形態１に係るセンサ用光ファイバ１を製造する方法について説明する。
図４に、センサ用光ファイバ１を製造するための装置の構成を模式的に示す。尚、センサ用光ファイバ１は、コア２及びクラッド３から構成される光ファイバ３１にＦＢＧ１０（図１参照）を形成することによって製造される。図４に示される位相マスク３２は、石英等を材料とする透明基板３３の中央部に、格子としての複数の溝部３４ａからなる回折格子３４を形成したものであり、この位相マスク３２の一方の面３２ａに当接する位置または近接する位置に光ファイバ３１が保持される。一方、位相マスク３２の他方の面３２ｂには、図示しない紫外線レーザ光源から紫外線レーザビーム４０が出力されるようになっており、紫外線レーザビーム４０を、位相マスク３２の回折格子３４を介して光ファイバ３１に照射可能となっている。
【００２６】
ここで、図５に示されるように、回折格子３４の格子周期、すなわち複数の溝部３４ａ同士の間隔は、位相マスク３２の長手方向における一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって漸次大きくなっている。また、図４に示される位相マスク３２と図示しない紫外線レーザ光源との間には、紫外線レーザビーム４０の通過及び遮断を開閉することによって切り換えるメカニカルシャッタ３５と、メカニカルシャッタ３５を通過した紫外線レーザビーム４０を集光するシリンドリカルレンズ３６とが設けられている。尚、本発明の製造方法で紫外線レーザ光源から出力される紫外線レーザビーム４０は細く、例として、図６に示される光ファイバ３１のコア２の径Ｄ２及びクラッド３の径Ｄ３がそれぞれ１０μｍ、１２５μｍである場合、紫外線レーザビーム４０の径Ｄ１は１ｍｍ程度となる。径Ｄ１で出力された紫外線レーザビーム４０はシリンドリカルレンズ３６によって集光され、クラッド３を透過して光ファイバ３１のコア２に照射される。
【００２７】
図４に戻って、移動ステージ３７は、紫外線レーザビーム４０に対して光ファイバ３１及び位相マスク３２を一体として移動させるためのものであり、紫外線レーザビーム４０の照射方向（矢印Ｂ１参照）に対して垂直となる方向（矢印Ｂ２参照）に移動可能となっている。尚、光ファイバ３１は、その軸方向が位相マスク３２の一端側から他端側に向かう方向に沿うように保持されている。また、光ファイバ３１及び位相マスク３２は、光ファイバ３１の軸方向及び位相マスク３２の長手方向が移動ステージ３７の移動方向に一致するように固定されている。したがって、紫外線レーザビーム４０の照射中に移動ステージ３７を移動させると、紫外線レーザビーム４０が光ファイバ３１の軸方向に沿って照射される。また、移動ステージ３７には制御部３８が電気的に接続されており、制御部３８から出力される指令信号に基づいて移動ステージ３７の動作が制御される。
【００２８】
制御部３８は、光ファイバ３１に紫外線レーザビーム４０を照射してＦＢＧ１０（図１参照）を形成する際、紫外線レーザビーム４０が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって照射されるように移動ステージ３７の移動を制御する。また、制御部３８は、紫外線レーザビーム４０の照射中における移動ステージ３７の移動速度、すなわち光ファイバ３１及び位相マスク３２の移動速度を、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に減速するように制御する。ここで、位相マスク３２の回折格子３４は、溝部３４ａ同士の間隔が一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって漸次大きくなるように形成されている（図５参照）。すなわち、移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が溝部３４ａ同士の間隔が短い部分から長い部分に向かうにつれて徐々に減速するように制御されている。尚、制御部３８にはメカニカルシャッタ３５も電気的に接続されており、その開閉を制御部３８によって制御されている。
【００２９】
以上のような装置を用いてセンサ用光ファイバ１を製造する場合、まず、移動ステージ３７上に位相マスク３２が固定されるとともに、位相マスク３２に光ファイバ３１が保持される。次いで、図示しない紫外線レーザ光源からの紫外線レーザビーム４０の出力と、矢印Ｂ２で示される方向への移動ステージ３７の移動とが開始される。また、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の回折格子３４において一端３２ｃ側に位置する部位になると、メカニカルシャッタ３５が開かれ、紫外線レーザビーム４０が位相マスク３２を介して光ファイバ３１に照射されるようになる。尚、紫外線レーザビーム４０は、光ファイバ３１のクラッド３を透過してコア２に照射される。光ファイバ３１のコア２は、ゲルマニウムがドープされた石英ガラスを材料としており、このようなコア２に紫外線レーザビーム４０が照射されると、コア２におけるＳｉ−Ｇｅの結合手が切られることによって屈折率の変化が生じ、それにより、ＦＢＧ１０における格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１（図１参照）が形成される。
【００３０】
ここで、移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に遅くなるように制御部３８によって制御されている。よって、光ファイバ３１のコア２に対する紫外線レーザビーム４０の照射量は、光ファイバ３１の軸方向に沿って一定とはなっておらず、移動ステージ３７の移動速度に応じて変化している。具体的に説明すると、移動ステージ３７が高速で移動している場合、すなわち、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側である場合、光ファイバ３１のコア２に対する紫外線レーザビーム４０の照射量は少なくなる。したがって、コア２においてＳｉ−Ｇｅの結合手が切られる量も少なくなるため、形成されたＦＢＧ１０の格子部は低い反射率を有するものとなる。
【００３１】
一方、移動ステージ３７が低速で移動している場合、すなわち、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の他端３２ｄ側である場合、光ファイバ３１のコア２に対する紫外線レーザビーム４０の照射量は多くなる。したがって、コア２においてＳｉ−Ｇｅの結合手が切られる量も多くなるため、形成されたＦＢＧ１０の格子部は高い反射率を有するものとなる。すなわち、光ファイバ３１及び位相マスク３２の移動速度を徐々に減速させながら光ファイバ３１にＦＢＧ１０を形成した場合、形成されたＦＢＧ１０の反射率も一端側から他端側に向かって漸次高くなる。したがって、ＦＢＧ１０が反射する反射光の反射強度を、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくすることができる。
【００３２】
さらに、位相マスク３２の回折格子３４における格子周期、すなわち溝部３４ａ同士の間隔（図５（ａ）参照）は、一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって漸次長くなっている。そのため、本方法によって形成されたＦＢＧ１０は、図１に示すように、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１間の間隔である長さ周期Λ１〜Λｎが一端側から他端側に向かって徐々に広がったものとなる。したがって、各格子部Ｇ１〜Ｇｎ＋１からの反射光が互いに異なる中心波長を有するようになり、ＦＢＧ１０全体での反射帯域が広がった状態となる（図２参照）。
【００３３】
以上のように、センサ用光ファイバ１を製造する方法において、一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子３４を有する位相マスク３２を用いるとともに、移動ステージ３７の移動速度を、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に減速されるようにしたので、形成されたＦＢＧ１０から反射する反射光の反射強度が短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるとともに、ＦＢＧ１０全体での反射帯域を広がった状態となる。したがって、低コストで計測システムを構築可能としつつ、反射帯域を広げたセンサ用光ファイバを製造することが可能となる。
【００３４】
尚、上記のセンサ用光ファイバの製造方法において、移動ステージ３７は、紫外線レーザビーム４０に対して光ファイバ３１及び位相マスク３２を一体として移動させるように構成されたが、移動ステージ３７が光ファイバ３１及び位相マスク３２を移動させることに限定するものではない。紫外線レーザビーム４０と光ファイバ３１及び位相マスク３２とが相対的に移動可能であればよく、移動ステージ３７の位置を固定して紫外線レーザビーム４０を移動させること、すなわち図示しない紫外線レーザ光源、メカニカルシャッタ３５及びシリンドリカルレンズ３６を移動させることも可能である。
【００３５】
また、紫外線レーザビーム４０の照射中における移動ステージ３７の移動速度は、紫外線レーザビーム４０の照射位置が位相マスク３２の一端３２ｃ側から他端３２ｄ側に向かうにつれて徐々に減速するように制御されたが、このような制御に限定するものではなく、逆に他端３２ｄ側から一端３２ｃ側に向かって徐々に早くなるように制御することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１ 光ファイバ、２ コア、１０ ＦＢＧ、３１ 光ファイバ、３２ 位相マスク、３４ （位相マスクの）回折格子、３４ａ 溝部（位相マスクの格子）、４０ 紫外線レーザビーム、Ｇ１〜Ｇｎ＋１ （ＦＢＧの）格子部、 Ｌ２ 反射光、 Ｓ１〜Ｓｎ 反射光の反射強度、 λ１〜λｎ 反射光の波長。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバのコアに、前記コアとは異なる屈折率を有する複数の格子部からなるＦＢＧを形成したセンサ用光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバは、一端側から他端側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子を有する位相マスクに、前記一端側から前記他端側に向かう方向が前記光ファイバの軸方向に沿うように保持され、
前記ＦＢＧは、前記位相マスクを介して前記光ファイバに紫外線レーザビームを照射することによって形成され、
前記紫外線レーザビームと、前記光ファイバ及び前記位相マスクとは、前記光ファイバの軸方向に沿って相対的に移動され、
前記移動の速度は、前記光ファイバにおける前記紫外線レーザビームの照射される位置が前記位相マスクの前記一端側から前記他端側に向かうにつれて遅くなるまたは前記位相マスクの前記他端側から前記一端側に向かうにつれて速くなることを特徴とするセンサ用光ファイバの製造方法。
【請求項２】
入射光が伝播するコアと、
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の軸方向に沿って形成したＦＢＧと
を備えたセンサ用光ファイバにおいて、
前記ＦＢＧは、
前記複数の格子部が前記入射光に対してそれぞれ反射する反射光が、互いに異なる中心波長を有するように、且つ
前記複数の格子部からの各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように
形成されることを特徴とするセンサ用光ファイバ。
【請求項１】
光ファイバのコアに、前記コアとは異なる屈折率を有する複数の格子部からなるＦＢＧを形成したセンサ用光ファイバの製造方法であって、
前記光ファイバは、一端側から他端側に向かって格子周期が漸次長くなる回折格子を有する位相マスクに、前記一端側から前記他端側に向かう方向が前記光ファイバの軸方向に沿うように保持され、
前記ＦＢＧは、前記位相マスクを介して前記光ファイバに紫外線レーザビームを照射することによって形成され、
前記紫外線レーザビームと、前記光ファイバ及び前記位相マスクとは、前記光ファイバの軸方向に沿って相対的に移動され、
前記移動の速度は、前記光ファイバにおける前記紫外線レーザビームの照射される位置が前記位相マスクの前記一端側から前記他端側に向かうにつれて遅くなるまたは前記位相マスクの前記他端側から前記一端側に向かうにつれて速くなることを特徴とするセンサ用光ファイバの製造方法。
【請求項２】
入射光が伝播するコアと、
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の軸方向に沿って形成したＦＢＧと
を備えたセンサ用光ファイバにおいて、
前記ＦＢＧは、
前記複数の格子部が前記入射光に対してそれぞれ反射する反射光が、互いに異なる中心波長を有するように、且つ
前記複数の格子部からの各反射光の反射強度が、短波長側から長波長側に向かって漸次大きくなるように
形成されることを特徴とするセンサ用光ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９２３７１（Ｐ２０１３−９２３７１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８６１３（Ｐ２０１１−２２８６１３）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（３０４０２８３４６）国立大学法人 香川大学 (285)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（３０４０２８３４６）国立大学法人 香川大学 (285)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【Ｆターム（参考）】
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