JPH11218450A - Optical guide grating sensor - Google Patents
Optical guide grating sensorInfo
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- JPH11218450A JPH11218450A JP10021983A JP2198398A JPH11218450A JP H11218450 A JPH11218450 A JP H11218450A JP 10021983 A JP10021983 A JP 10021983A JP 2198398 A JP2198398 A JP 2198398A JP H11218450 A JPH11218450 A JP H11218450A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、建造物や船、飛
行機等の構造物の局所的な温度や応力の測定に利用され
るセンサに係り、光透過特性の透過損失ピークの温度依
存性及び張力依存性を利用して温度及び張力の同時測定
を可能とする光導波路グレーティングセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor used for measuring local temperature and stress of a structure such as a building, a ship, an airplane, and the like. The present invention relates to an optical waveguide grating sensor that enables simultaneous measurement of temperature and tension using tension dependency.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光ファイバの長手方向に、コアの屈折率
の周期的変化やコア径の周期的変化によるグレーティン
グを形成したファイバグレーティングは、透過特性にお
いて、導波モード間の結合により非常に狭い阻止帯域
（透過損失ピーク）を持つ。この種のファイバグレーテ
ィングは、透過損失ピークの中心波長が温度や歪み（張
力）に敏感に反応するため、温度センサ或いは張力セン
サとして用いることができる。各種の建築物や構造物
に、このファイバグレーティングを用いたセンサを配置
して、光の時分割技術や波長分割技術等を組み合わせる
ことにより、多くの測定点の温度や歪み等を光学的に遠
隔測定するシステムを構築することができる。2. Description of the Related Art A fiber grating having a grating formed in the longitudinal direction of an optical fiber by a periodic change in the refractive index of the core or a periodic change in the core diameter has a very narrow transmission characteristic due to coupling between the waveguide modes. It has a stop band (transmission loss peak). This type of fiber grating can be used as a temperature sensor or a tension sensor because the center wavelength of the transmission loss peak is sensitive to temperature and strain (tension). By arranging sensors using this fiber grating on various buildings and structures, and combining optical time-division technology and wavelength-division technology, the temperature and distortion of many measurement points can be monitored remotely. A measurement system can be constructed.
【０００３】ファイバグレーティングには、導波モード
結合の態様により、反射モード結合型と透過モード結合
型とがある。反射モード結合型では、ファイバのコアに
１μｍ程度のグレーティングピッチの反射型グレーティ
ングを形成する。この場合、コアを伝搬する光の特定波
長成分がグレーティングにより反射されて、光透過特性
に透過損失ピークを得ることができる。透過モード結合
型ではファイバコアに数１００μｍ程度のグレーティン
グピッチの放射型グレーティングを形成する。この場合
は、コアを伝搬する光の一部がグレーティングによりク
ラッドに結合されて導波路外に放射され、やはり光透過
特性に透過損失ピークを得ることができる。[0003] Fiber gratings are classified into a reflection mode coupling type and a transmission mode coupling type depending on the mode of waveguide mode coupling. In the reflection mode coupling type, a reflection type grating having a grating pitch of about 1 μm is formed in the core of the fiber. In this case, a specific wavelength component of the light propagating through the core is reflected by the grating, and a transmission loss peak can be obtained in the light transmission characteristics. In the transmission mode coupling type, a radiation type grating having a grating pitch of about several 100 μm is formed in a fiber core. In this case, a part of the light propagating through the core is coupled to the cladding by the grating and radiated out of the waveguide, and a transmission loss peak can also be obtained in the light transmission characteristics.
【０００４】またファイバグレーティングとして、光透
過特性に二つの透過損失ピークを持たせた２波長阻止型
ファイバグレーティングが提案されている。２波長阻止
ファイバグレーティングは、ファイバのコアの長手方向
に二種のグレーティングを形成することにより作られ
る。この２波長阻止ファイバグレーティングは、温度変
化に応じて実効屈折率が変化することにより二つの透過
損失ピークの中心波長が変化することを利用して温度セ
ンサとして用いられる。またグレーティング部に応力が
かかるとグレーティングピッチが変化することから、や
はり透過損失ピークの中心波長が変化し、これをモニタ
ーすることにより歪みを検知することができる。Further, as a fiber grating, a two-wavelength blocking type fiber grating having a light transmission characteristic having two transmission loss peaks has been proposed. Two-wavelength blocking fiber gratings are made by forming two gratings in the longitudinal direction of the core of the fiber. This two-wavelength blocking fiber grating is used as a temperature sensor by utilizing the fact that the central wavelength of two transmission loss peaks changes due to a change in the effective refractive index according to a change in temperature. When a stress is applied to the grating portion, the grating pitch changes, so that the center wavelength of the transmission loss peak also changes. By monitoring this, distortion can be detected.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した２波
長阻止型ファイバグレーティングは、温度と張力に感応
するため、温度変化と同時に張力変化がある場合、両者
を分離して検知することができない。そこで、２波長阻
止型ファイバグレーティングにより温度と張力を分離し
て測定可能とするために、温度特性の異なる複数の導波
モード間の結合を利用する手法がいくつか提案されてい
る。これは、一方の透過損失ピークを得るある結合モー
ドの温度特性と、他方の透過損失ピークを得る結合モー
ドの温度特性が異なっていれば、これを比較することに
より、温度と張力を分離することができるという考えに
基づく。しかしながら、これまで提案されている手法で
は、上述した二つの結合モードの温度特性の差は未だ小
さく、温度と張力を確実に分離して検出することができ
ない。However, the two-wavelength blocking type fiber grating described above is sensitive to temperature and tension, so that if there is a change in tension simultaneously with a change in temperature, the two cannot be detected separately. Therefore, in order to make it possible to measure the temperature and the tension separately by using a two-wavelength blocking fiber grating, there have been proposed some methods using the coupling between a plurality of waveguide modes having different temperature characteristics. This is to separate the temperature and tension by comparing the temperature characteristics of one coupling mode that obtains one transmission loss peak and the temperature characteristics of the coupling mode that obtains the other transmission loss peak, if they are different. Based on the idea that you can do. However, in the methods proposed so far, the difference between the temperature characteristics of the two coupling modes described above is still small, and the temperature and the tension cannot be reliably separated and detected.
【０００６】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、温度と張力を確実に分離して同時に測定するこ
とを可能とした光導波路グレーティングセンサを提供す
ることを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an optical waveguide grating sensor capable of reliably separating temperature and tension and simultaneously measuring them.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明に係る光導波路
グレーティングセンサは、クラッドと、このクラッド内
に近接配置されて光伝搬方向の所定範囲にグレーティン
グがそれぞれ形成された第１及び第２の導波路とを備え
た光導波媒体を用いて構成され、前記第１及び第２の導
波路には、周期的な屈折率変化を付与することにより前
記グレーティングを形成するための第１の不純物が添加
され、前記第２の導波路には、前記第１の不純物の添加
に起因した温度による屈折率変化とは反対の変化を示す
第２の不純物が更に添加され、前記第１の導波路中の前
記グレーティングにおけるモード間結合によって生じる
第１の透過損失ピークと前記第２の導波路中の前記グレ
ーティングにおけるモード間結合によって生じる第２の
透過損失ピークの各中心波長及び波長差によって張力と
温度とを同時に測定することを可能としたことを特徴と
する。具体的に例えば、前記光導波媒体が石英系ファイ
バである場合、前記第１の導波路は、前記第１の不純物
としてゲルマニウムが添加された石英系ガラスにより、
また前記第２の導波路は、前記第１及び第２の不純物と
してそれぞれゲルマニウム及びボロンが添加された石英
系ガラスにより構成される。SUMMARY OF THE INVENTION An optical waveguide grating sensor according to the present invention comprises a cladding and first and second waveguides disposed close to the cladding and having gratings formed in a predetermined range in a light propagation direction. A first impurity for forming the grating by imparting a periodic refractive index change to the first and second waveguides. The second waveguide further includes a second impurity exhibiting a change opposite to a change in the refractive index due to temperature caused by the addition of the first impurity, and further includes a second impurity in the first waveguide. A first transmission loss peak caused by inter-mode coupling in the grating and a second transmission loss peak caused by inter-mode coupling in the grating in the second waveguide. Characterized in that it possible to measure the tension and the temperature at the same time by a center wavelength and a wavelength difference. Specifically, for example, when the optical waveguide medium is a silica-based fiber, the first waveguide is made of silica-based glass to which germanium is added as the first impurity.
Further, the second waveguide is made of quartz glass to which germanium and boron are added as the first and second impurities, respectively.
【０００８】この発明に係る光導波路グレーティングセ
ンサはまた、クラッドと、このクラッド内に近接配置さ
れて光伝搬方向の所定範囲にグレーティングがそれぞれ
形成された第１及び第２の導波路とを備えた光導波媒体
を用いて構成され、前記第２の導波路は前記第１の導波
路よりも温度による屈折率変化が少なくなるように形成
され、前記第１の導波路中の前記グレーティングにおけ
るモード間結合によって生じる第１の透過損失ピークと
前記第２の導波路中の前記グレーティングにおけるモー
ド間結合によって生じる第２の透過損失ピークの各中心
波長及び波長差によって張力と温度とを同時に測定する
ことを可能としたことを特徴とする。この発明において
例えば、前記第１の導波路は、前記クラッドの中心に配
置された第１のコアであり、前記第２の導波路は、前記
第１のコアを取り囲むようにように形成された第２のコ
アである。また、前記第１及び第２の導波路にそれぞれ
形成されたグレーティングは、反射モード結合型グレー
ティングであり、前記第１の透過損失ピークは、前記第
１の導波路中を正方向に伝搬するモードから負方向に伝
搬するモードへの結合により生じるものであり、前記第
２の透過損失ピークは、前記第１の導波路中を正方向に
伝搬するモードから前記第２の導波路中を負方向に伝搬
するモードへの結合により生じるものである。或いはま
た、前記第１及び第２の導波路にそれぞれ形成されたグ
レーティングは、放射モード結合型グレーティングであ
り、前記第１の透過損失ピークは、前記第１の導波路中
を正方向に伝搬するモードからクラッドモードへの結合
により生じるものであり、前記第２の透過損失ピーク
は、前記第１の導波路中を正方向に伝搬するモードから
前記第２の導波路中を正方向に伝搬するモードへの結合
により生じるものである。The optical waveguide grating sensor according to the present invention further comprises a clad, and first and second waveguides which are disposed in the clad and are provided with gratings in a predetermined range in the light propagation direction, respectively. An optical waveguide medium is used, the second waveguide is formed so that a change in refractive index due to temperature is smaller than that of the first waveguide, and a mode between modes in the grating in the first waveguide is formed. Simultaneously measuring the tension and the temperature by the respective center wavelengths and wavelength differences between the first transmission loss peak caused by coupling and the second transmission loss peak caused by inter-mode coupling in the grating in the second waveguide. It is made possible. In the present invention, for example, the first waveguide is a first core disposed at the center of the clad, and the second waveguide is formed so as to surround the first core. The second core. The gratings formed in the first and second waveguides are reflection mode coupling type gratings, respectively, and the first transmission loss peak is a mode that propagates in the first waveguide in a positive direction. The second transmission loss peak is caused by coupling to a mode propagating in the negative direction from the mode propagating in the first waveguide in the second waveguide. This is caused by coupling to the mode propagating to. Alternatively, the gratings respectively formed in the first and second waveguides are radiation mode-coupled gratings, and the first transmission loss peak propagates in the first waveguide in the positive direction. The second transmission loss peak is caused by coupling from the mode to the cladding mode, and the second transmission loss peak propagates in the positive direction from the mode propagating in the first waveguide to the positive direction in the second waveguide. This is caused by coupling to the mode.
【０００９】ファイバグレーティングの温度特性は、石
英系ガラス等の光導波路媒体材料の温度による屈折率変
化に依存する。一方、ゲルマニウム（Ｇｅ）添加石英ガ
ラスからなるコアに、ボロン（Ｂ）を添加することによ
り、グレーティングの温度特性をコントロールする手法
を、本出願人は先に提案している（特開平９−２７４１
１５号公報参照）。この発明はこの手法を応用したもの
で、クラッド層内に二つの導波路層が近接して形成され
た構造の光導波媒体を用い、二つの導波路層の一方に屈
折率の温度依存性を低減する不純物を添加することによ
り、導波モード間の結合に起因して得られる二つの透過
損失ピークの一方の中心波長の温度依存性を極小化し、
これにより、二つの透過損失ピークの中心波長の位置が
張力により変化すること、及び二つの透過損失ピークの
中心波長の差が張力により変化せず温度により変化する
ことを利用して、温度と張力を分離して同時に測定する
ことが可能となる。[0009] The temperature characteristics of the fiber grating depend on the change in the refractive index of the optical waveguide medium material such as silica glass due to the temperature. On the other hand, the present applicant has previously proposed a method of controlling the temperature characteristics of a grating by adding boron (B) to a core made of silica glass doped with germanium (Ge) (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-2741).
No. 15). The present invention is an application of this method, in which an optical waveguide medium having a structure in which two waveguide layers are formed close to each other in a cladding layer is used, and one of the two waveguide layers has a temperature dependence of a refractive index. By adding the impurity to reduce, the temperature dependence of the center wavelength of one of the two transmission loss peaks obtained due to the coupling between the waveguide modes is minimized,
By utilizing the fact that the position of the center wavelength of the two transmission loss peaks changes with tension, and that the difference between the center wavelengths of the two transmission loss peaks does not change with tension but changes with temperature, Can be separated and measured simultaneously.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、光導波路媒体としてファ
イバを用いたこの発明の一実施例に係るファイバグレー
ティングセンサ１の光軸と直交する方向の断面を示し、
図２は光軸に沿った断面を示している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross section in a direction perpendicular to the optical axis of a fiber grating sensor 1 according to one embodiment of the present invention using a fiber as an optical waveguide medium,
FIG. 2 shows a cross section along the optical axis.
【００１１】センサ１は石英系ガラスファイバであり、
図１に示すように、中心に第１のコア１１ａがあり、こ
れを取り囲むように第１のクラッド１２ａが設けられ、
その外側に第２のコア１１ｂが設けられ、更にその外側
に第２のクラッド１２ｂが設けられた、二重リング状の
コア構造を有する。クラッド１２ａ，１２ｂは純石英ガ
ラス又はフッ素（Ｆ）が添加された石英ガラスである。
コア１１ａ，１１ｂは、基本的に第１の不純物としてＧ
ｅが添加石英ガラスであり、このＧｅ添加により屈折率
を大きくして、図１に併せて示したような屈折率分布を
持たせている。The sensor 1 is a quartz glass fiber,
As shown in FIG. 1, a first core 11a is provided at the center, and a first clad 12a is provided so as to surround the first core 11a.
It has a double ring-shaped core structure in which a second core 11b is provided outside thereof and a second clad 12b is further provided outside thereof. The claddings 12a and 12b are made of pure quartz glass or quartz glass to which fluorine (F) is added.
The cores 11a and 11b basically have G as a first impurity.
The symbol e denotes an added quartz glass, and the refractive index is increased by adding Ge to give a refractive index distribution as shown in FIG.
【００１２】この実施例では、第１，第２のコア１１
ａ，１１ｂの一方に、Ｇｅと同時に屈折率の温度依存性
を低減するための第２の不純物としてＢを添加してい
る。具体的にこの実施例では、第２のコア１１ｂをＧ
ｅ，Ｂ添加石英ガラスとしている。このＢ添加により、
図１に示すように、第２のコア１１ｂの屈折率は第１の
コア１１ａのそれに比べて低くなる。例えば、第２のコ
ア１１ｂのＢ添加濃度を１〜２０ｗｔ％とすることによ
り、屈折率の温度依存性をＧｅドープ石英ガラス以下の
純石英と同程度の小さいものとする。In this embodiment, the first and second cores 11
At the same time as Ge, B is added to one of a and 11b as a second impurity for reducing the temperature dependence of the refractive index. Specifically, in this embodiment, the second core 11b is G
e, B-added quartz glass. By this B addition,
As shown in FIG. 1, the refractive index of the second core 11b is lower than that of the first core 11a. For example, by setting the B concentration of the second core 11b to 1 to 20 wt%, the temperature dependence of the refractive index is made as small as that of pure quartz of Ge-doped quartz glass or less.
【００１３】この様なファイバグレーティングセンサ１
は、周知の気相反応法を用いて作ることができる。そし
て、気相反応の過程で、第１のコア１１ａには、ＧｅＯ
2を添加し、第２のコア１１ｂにはＧｅＯ2と同時にＢ2
Ｏ3を添加することにより、上述のような二重リング状
のコア構造を持つものが得られる。[0013] Such a fiber grating sensor 1
Can be made using a well-known gas phase reaction method. In the course of the gas phase reaction, GeO is added to the first core 11a.
2 was added, the second core 11b GeO 2 at the same time B 2
By adding O 3 , one having a double ring-shaped core structure as described above is obtained.
【００１４】ファイバグレーティングセンサ１には、図
２に示すように、光伝搬方向（長さ方向）の所定範囲の
第１及び第２のコア１１ａ及び１１ｂに、グレーティン
グピッチが２ｎ／λ（ｎ：屈折率、λ：波長）程度の反
射型グレーティング１３が形成されている。このグレー
ティング１３の形成は、例えば紫外線照射によりＧｅ添
加石英ガラスの屈折率が上昇するという現象を利用す
る。その具体的な方法としては、グレーティングピッチ
のスリットを形成した紫外光マスクを用いてスポット幅
の大きい紫外線を照射する方法、スポット幅を小さくし
た紫外線をスキャンして照射する方法等、公知の方法が
用いられる。好ましい紫外光の波長は２４０〜２５０ｎ
ｍである。As shown in FIG. 2, the fiber grating sensor 1 has a grating pitch of 2n / λ (n: 1) in the first and second cores 11a and 11b in a predetermined range in the light propagation direction (length direction). A reflective grating 13 having a refractive index of about λ (wavelength) is formed. The formation of the grating 13 utilizes a phenomenon in which the refractive index of the Ge-doped quartz glass increases due to, for example, ultraviolet irradiation. As a specific method, a known method such as a method of irradiating ultraviolet rays having a large spot width using an ultraviolet light mask having a slit of a grating pitch and a method of scanning and irradiating ultraviolet rays having a small spot width is used. Used. The preferred wavelength of ultraviolet light is 240 to 250 n.
m.
【００１５】この実施例のファイバグレーティングセン
サ１には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１，第
２のコア１１ａ，１１ｂをそれぞれ光閉じ込め領域とし
て光波を伝搬する二つの導波モードＬＰ０１，ＬＰ０２
があるが、これらの導波モード間の結合により、図４に
示すような二つの透過損失ピークＰ１，Ｐ２を持つ透過
特性が得られる。一方の透過損失ピークＰ１は、第１の
コア１１ａを正方向に伝搬する第１の導波モード（＋Ｌ
Ｐ０１）から、第２のコア１１ｂを負方向に伝搬する第
２の導波モード（−ＬＰ０２）への反射結合により発生
するものである。もう一方の透過損失ピークＰ２は、第
１の導波モードＬＰ０１についてグレーティング１３で
の反射により発生するもの、即ち正方向伝搬モード（＋
ＬＰ０１）から負方向伝搬モード（−ＬＰ０１）への反
射結合の結果によるものである。As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the fiber grating sensor 1 of this embodiment has two first and second cores 11a and 11b, each of which serves as an optical confinement region, for propagating light waves. Waveguide modes LP01, LP02
However, due to the coupling between these waveguide modes, a transmission characteristic having two transmission loss peaks P1 and P2 as shown in FIG. 4 is obtained. One transmission loss peak P1 corresponds to the first waveguide mode (+ L) propagating in the positive direction through the first core 11a.
P01) is generated by reflection coupling from the second core 11b to the second waveguide mode (-LP02) that propagates in the negative direction. The other transmission loss peak P2 is generated by reflection of the first waveguide mode LP01 at the grating 13, that is, the forward propagation mode (+
LP01) to the negative propagation mode (-LP01).
【００１６】この様な透過特性の二つの透過損失ピーク
Ｐ１，Ｐ２の中心波長λ１，λ２の温度及び張力依存性
は、次のようになる。＋ＬＰ０１から−ＬＰ０１への反
射結合による透過損失ピークＰ２の中心波長λ２は、第
１のコア１１ａでの伝搬光が支配的であるため、通常の
反射型グレーティングにおける場合と同様の温度依存性
を有する。一方、＋ＬＰ０１から−ＬＰ０２への反射結
合による透過損失ピークＰ１の中心波長λ１は、Ｂドー
プにより屈折率の温度依存性が極小化された第２のコア
１１ｂでの伝搬光が支配的であるため、殆ど温度により
変化しない。また、グレーティング１３に長手方向に張
力がかかった場合、コア１１ａ，１１ｂの屈折率は同じ
割合で変化するので、二つの透過損失ピークＰ１，Ｐ２
の位置は同じように変化し、二つの中心波長λ１，λ２
の変化の差は、０．１％程度と小さい。The temperature and tension dependence of the center wavelengths λ1 and λ2 of the two transmission loss peaks P1 and P2 of such transmission characteristics are as follows. The center wavelength λ2 of the transmission loss peak P2 due to reflection coupling from + LP01 to −LP01 has the same temperature dependence as in a normal reflection type grating because the light propagated in the first core 11a is dominant. . On the other hand, the center wavelength λ1 of the transmission loss peak P1 due to the reflection coupling from + LP01 to −LP02 is dominated by the light propagating in the second core 11b in which the temperature dependence of the refractive index is minimized by B doping. Hardly changes with temperature. When tension is applied to the grating 13 in the longitudinal direction, the refractive indices of the cores 11a and 11b change at the same rate, so that the two transmission loss peaks P1 and P2
Changes in the same manner, and the two center wavelengths λ1 and λ2
Is as small as about 0.1%.
【００１７】従って、例えば二つの中心波長λ１，λ２
の波長差をモニターすると、これはほぼ温度のみに依存
して変化するから、温度と張力が同時に変化している場
合にも、張力の影響を受けることなく、温度変化を検知
することができる。また、中心波長λ１の位置またはλ
１とλ２の位置をモニターすれば、これは張力に感応し
て同じように変化するから、張力検知が可能となる。以
上のようにこの実施例によるファイバグレーティングセ
ンサ１では、温度と張力が同時にかかる場合にも、これ
らを確実に分離して同時に測定することが可能である。Therefore, for example, two center wavelengths λ1 and λ2
When the wavelength difference is monitored, it changes almost only depending on the temperature. Therefore, even when the temperature and the tension change simultaneously, the temperature change can be detected without being affected by the tension. Further, the position of the center wavelength λ1 or λ
If the positions of 1 and λ2 are monitored, this changes in the same way in response to the tension, so that the tension can be detected. As described above, in the fiber grating sensor 1 according to this embodiment, even when the temperature and the tension are simultaneously applied, it is possible to reliably separate them and measure them at the same time.
【００１８】実施例では、二重リング状のコアに反射型
グレーティングを形成して、第１のコアでの＋ＬＰ０１
から−ＬＰ０１への反射結合と、第２のコアでの＋ＬＰ
０１から−ＬＰ０２への反射結合による二つの透過損失
ピークを得る場合を説明したが、この発明はこれに限ら
れない。例えば、コアに形成するグレーティングをより
長周期の例えば、グレーティングピッチ５０〜５００μ
ｍ、好ましくは１００〜３００μｍの放射型グレーティ
ングとして、正方向のＬＰ０１から正方向のＬＰ０２へ
の放射結合による透過損失ピークと、正方向のＬＰ０１
からクラッドへの放射結合による透過損失ピークとを持
たせて、第１のコア１１ａを伝搬する光を検出すること
により、同様に温度と張力の分離測定を行うことが可能
である。また、実施例では光導波媒体としてファイバを
用いたが、平面型の光導波路構造を用いてもこの発明は
有効である。In the embodiment, a reflection grating is formed on a double ring-shaped core, and + LP01 in the first core is formed.
Coupling from -LP01 to + LP01 at the second core
Although a case has been described where two transmission loss peaks due to reflection coupling from 01 to -LP02 are obtained, the present invention is not limited to this. For example, the grating formed in the core is made to have a longer period, for example, a grating pitch of 50 to 500 μm.
m, preferably 100 to 300 μm, a transmission loss peak due to radiative coupling from the positive LP01 to the positive LP02, and a positive LP01
By detecting the light propagating through the first core 11a with the transmission loss peak due to the radiative coupling from the first core 11a to the cladding, the temperature and the tension can be similarly separated and measured. Further, although a fiber is used as the optical waveguide medium in the embodiment, the present invention is also effective when a planar optical waveguide structure is used.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、光
導波路層の不純物制御による温度特性制御を利用して、
温度及び張力が同時に変化する場合でもこれらを分離し
て検知することを可能とした光導波路グレーティングセ
ンサを得ることができる。As described above, according to the present invention, by utilizing the temperature characteristic control by controlling the impurities in the optical waveguide layer,
It is possible to obtain an optical waveguide grating sensor that can separate and detect even when the temperature and the tension change simultaneously.
【図１】 この発明の一実施例によるファイバグレーテ
ィングセンサの光軸に直交する方向の断面構造と屈折率
分布を示す。FIG. 1 shows a cross-sectional structure and a refractive index distribution in a direction orthogonal to an optical axis of a fiber grating sensor according to an embodiment of the present invention.
【図２】 同実施例のファイバグレーティングセンサの
光軸方向の断面構造を示す。FIG. 2 shows a cross-sectional structure in the optical axis direction of the fiber grating sensor of the embodiment.
【図３】 第１の導波モードＬＰ０１と第２の導波モー
ドＬＰ０２を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a first waveguide mode LP01 and a second waveguide mode LP02.
【図４】 同実施例のファイバグレーティングセンサの
光透過特性を示す。FIG. 4 shows light transmission characteristics of the fiber grating sensor of the embodiment.
１…ファイバグレーティングセンサ、１１ａ，１１ｂ…
コア、１２ａ，１２ｂ…クラッド、１３…グレーティン
グ。1: Fiber grating sensor, 11a, 11b ...
Cores, 12a, 12b ... clad, 13 ... grating.
Claims (6)
されて光伝搬方向の所定範囲にグレーティングがそれぞ
れ形成された第１及び第２の導波路とを備えた光導波媒
体を用いて構成され、 前記第１及び第２の導波路には、周期的な屈折率変化を
付与することにより前記グレーティングを形成するため
の第１の不純物が添加され、 前記第２の導波路には、前記第１の不純物の添加に起因
した温度による屈折率変化とは反対の変化を示す第２の
不純物が更に添加され、 前記第１の導波路中の前記グレーティングにおけるモー
ド間結合によって生じる第１の透過損失ピークと前記第
２の導波路中の前記グレーティングにおけるモード間結
合によって生じる第２の透過損失ピークの各中心波長及
び波長差によって張力と温度とを同時に測定することを
可能とした光導波路グレーティングセンサ。1. An optical waveguide medium comprising: a clad; and first and second waveguides disposed close to the clad and having gratings formed in a predetermined range in a light propagation direction, respectively. The first and second waveguides are doped with a first impurity for forming the grating by giving a periodic change in refractive index, and the second waveguide is provided with the first impurity. A second impurity exhibiting a change opposite to a change in the refractive index due to temperature caused by the addition of the first impurity, and a first transmission loss peak caused by inter-mode coupling in the grating in the first waveguide. And simultaneously measuring the tension and the temperature based on the respective center wavelengths and wavelength differences of the second transmission loss peak caused by the inter-mode coupling in the grating in the second waveguide. Waveguide grating sensor that enables
としてゲルマニウムが添加された石英系ガラスであり、 前記第２の導波路は、前記第１及び第２の不純物として
それぞれゲルマニウム及びボロンが添加された石英系ガ
ラスであることを特徴とする請求項１記載の光導波路グ
レーティングセンサ。2. The first waveguide is made of silica-based glass to which germanium is added as the first impurity, and the second waveguide is made of germanium and germanium as the first and second impurities, respectively. 2. The optical waveguide grating sensor according to claim 1, wherein the optical waveguide grating sensor is made of silica-based glass to which boron is added.
されて光伝搬方向の所定範囲にグレーティングがそれぞ
れ形成された第１及び第２の導波路とを備えた光導波媒
体を用いて構成され、 前記第２の導波路は前記第１の導波路よりも温度による
屈折率変化が少なくなるように形成され、 前記第１の導波路中の前記グレーティングにおけるモー
ド間結合によって生じる第１の透過損失ピークと前記第
２の導波路中の前記グレーティングにおけるモード間結
合によって生じる第２の透過損失ピークの各中心波長及
び波長差によって張力と温度とを同時に測定することを
可能とした光導波路グレーティングセンサ。3. An optical waveguide medium comprising: a clad; and first and second waveguides disposed close to the clad and having gratings formed in a predetermined range in a light propagation direction, respectively. The second waveguide is formed such that a change in refractive index due to temperature is smaller than that of the first waveguide, and a first transmission loss peak caused by inter-mode coupling in the grating in the first waveguide. And an optical waveguide grating sensor capable of simultaneously measuring the tension and the temperature by the respective center wavelengths and wavelength differences of the second transmission loss peaks caused by the inter-mode coupling in the grating in the second waveguide.
心に配置された第１のコアであり、 前記第２の導波路は、前記第１のコアを取り囲むように
ように形成された第２のコアであることを特徴とする請
求項１〜３のいずれか１項記載の光導波路グレーティン
グセンサ。4. The first waveguide is a first core disposed at the center of the cladding, and the second waveguide is formed so as to surround the first core. The optical waveguide grating sensor according to claim 1, wherein the optical waveguide grating sensor is a second core.
成されたグレーティングは、反射モード結合型グレーテ
ィングであり、 前記第１の透過損失ピークは、前記第１の導波路中を正
方向に伝搬するモードから負方向に伝搬するモードへの
結合により生じるものであり、 前記第２の透過損失ピークは、前記第１の導波路中を正
方向に伝搬するモードから前記第２の導波路中を負方向
に伝搬するモードへの結合により生じるものであること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光導波
路グレーティングセンサ。5. The grating formed on each of the first and second waveguides is a reflection mode coupling type grating, and the first transmission loss peak is directed in a positive direction in the first waveguide. The second transmission loss peak is caused by the coupling from the mode propagating in the first waveguide to the mode in the second waveguide. The optical waveguide grating sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical waveguide grating sensor is generated by coupling to a mode that propagates in a negative direction.
成されたグレーティングは、放射モード結合型グレーテ
ィングであり、 前記第１の透過損失ピークは、前記第１の導波路中を正
方向に伝搬するモードからクラッドモードへの結合によ
り生じるものであり、 前記第２の透過損失ピークは、前記第１の導波路中を正
方向に伝搬するモードから前記第２の導波路中を正方向
に伝搬するモードへの結合により生じるものであること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光導波
路グレーティングセンサ。6. The grating formed on each of the first and second waveguides is a radiation mode coupling type grating, and the first transmission loss peak is directed in a positive direction in the first waveguide. The second transmission loss peak is caused by the coupling from the propagating mode to the cladding mode, and the second transmission loss peak is shifted from the mode propagating in the first waveguide in the positive direction to the positive direction in the second waveguide. The optical waveguide grating sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical waveguide grating sensor is generated by coupling to a propagating mode.
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|---|---|---|---|
| JP02198398A JP4053645B2 (en) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | Optical waveguide grating sensor |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100994980B1 (en) | 2007-11-13 | 2010-11-18 | 한국전자통신연구원 | Optical waveguide temperature sensor based on long range surface plasmon |
| EP2382496A2 (en) * | 2008-12-30 | 2011-11-02 | Baker Hughes Incorporated | Dual fiber grating and methods of making and using same |
| WO2018029165A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for determining the curvature and/or torsion of an optical waveguide |
| CN110376161A (en) * | 2019-07-12 | 2019-10-25 | 燕山大学 | A kind of D type the interferometric optical fiber sensor of photon crystal optical fibre device using double loss blob detections |
-
1998
- 1998-02-03 JP JP02198398A patent/JP4053645B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US10969541B2 (en) | 2016-08-10 | 2021-04-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method for determining the curvature and/or torsion of an optical waveguide |
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| CN110376161B (en) * | 2019-07-12 | 2020-05-22 | 燕山大学 | D-type photonic crystal fiber refractive index sensor using double loss peaks for detection |
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|---|---|
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