(57)【要約】  コレステリック液晶構造の有利な光学的特性を模擬するカイラルフアイバー（１２）で実現されるカイラルフアイバーセンサー（１０）が提供される。受動的センサーの実施例（１０）では、本発明の該カイラルフアイバーセンサーは、特定の外部条件（温度、圧力そして軸方向ツイストの様な）の変化に応答してその反射バンドをシフトするよう構成されたカイラルフアイバー要素（１２）を含む。該カイラルフアイバー要素（１２）はその反射又は透過スペクトラムをモニターしながら、ブロードバンドの放射（２０）に供される。該モニターされるスペクトラムの変化は該特定の外部条件の変化を示す。能動的センサーの実施例（１００）では、該カイラルフアイバー要素（１０２）は、特定の外部条件（温度、圧力そして軸方向ツイストの様な）の変化に応答してシフトするレーザー動作波長を有する光学的にポンプされるカイラルレーザー（１０８）として構成される。
2005513427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カイラルフアイバーセンサーに於いて、
透過／反射のスペクトラムを備える長いカイラルな光フアイバーであって、前記スペクトラムは、前記カイラルな光フアイバーに作用する複数の外部条件の少なくとも１つの変化に応答してシフトするカイラルな光フアイバーと、
前記カイラルな光フアイバーに作用する前記複数の外部条件を前記少なくとも１つの予め規定された外部条件に制限するための安定化手段と、
前記少なくとも１つの予め規定された外部条件の変化に応答する前記スペクトラムのシフトをモニターするよう動作可能なモニタリングデバイスとを具備することを特徴とする該センサー。
【請求項２】
前記透過／反射スペクトラムが反射バンドを含むことを特徴とする請求項１の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項３】
前記複数の外部条件が温度、圧力、ストレッチング、及び軸方向ツイステイングの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項４】
前記モニタリングデバイスが、
前記カイラルな光フアイバーが前記反射バンドに対応する第１の複数の波長を反射し、全ての他の、第２の複数の、波長を透過させるように、前記カイラルな光フアイバーへ放射を供給するための放射手段と、そして
前記第１の複数の反射された波長と前記第２の複数の透過させられた波長の１つのシフトをモニターするための検出手段とを備えることを特徴とする請求項２の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項５】
前記検出手段が
前記第１の複数の反射された波長と前記第２の複数の透過させられた波長との１つのシフトを検出し、前記シフトを表す出力信号を提供するよう動作可能な光検出器と、そして
前記光検出器に接続され、前記出力信号に応答して前記少なくとも１つの複数外部条件の変化の大きさを導出するよう動作可能な制御ユニットとを有することを特徴とする請求項４の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項６】
前記カイラル光フアイバーが更に、前記スペクトラムに狭い透過ピークを形成させる、その中に配置された欠陥を備えており、前記モニタリングデバイスが更に前記少なくとも１つの予め規定された外部条件の変化に応答して前記透過ピークのスペクトラム的シフトを検出するよう動作可能であることを特徴とする請求項１の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項７】
前記欠陥が、前記カイラル光フアイバーの２つのシーケンシャルな長手方向の部分の間のスペーシング、前記シーケンシャルな部分間の誘電材料挿入そして前記シーケンシャルな部分間の予め規定された角度での長手方向のカイラルなツイストの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項５の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項８】
前記モニタリングデバイスが、
前記カイラル光フアイバーに放射を供給するが、前記カイラル光フアイバーが前記透過ピークで前記放射を透過させるように、該供給するための放射手段と、そして
前記透過ピークのシフトをモニターするための検出手段とを備えることを特徴とする請求項６の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項９】
前記検出手段が、
前記欠陥波長での前記シフトを検出し、前記シフトを表す出力信号を提供するよう動作可能である光検出器と、そして
前記光検出器に接続され、前記出力信号に応答して前記少なくとも１つの複数外部条件の変化の大きさを導出するよう動作可能な制御ユニットとを有することを特徴とする請求項８の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項１０】
前記反射バンドはその中に起こる複数の長寿命フオトニックモードを有しており、前記カイラルな光フアイバーはコアと、前記コアの周りのクラデイングと、該コア及び該クラデイングの少なくとも１つを通して配置された活性ドーパントとを備えており、前記ドープされたカイラルな光フアイバーは前記複数の長寿命フオトニックモードからの特定の長寿命フオトニックモードに対応する第１のレーザー動作波長を選択するよう構成されており、前記カイラルフアイバーセンサーは更に、
該ドープされたカイラルな光フアイバーに電磁放射を放射させるために、前記ドープされたカイラルな光フアイバーに適用される励起手段を備えており、前記ドープされたカイラルな光フアイバーは、レーザー動作出力が前記反射バンド内の前記特定の長寿命フオトニックモードの位置に対応するレーザー動作波長で起こるように、前記特定の長寿命フオトニックモードに実質的に位置付けられたピーク利得を作るよう構成されており、そして前記モニタリング手段は前記少なくとも１つの予め規定された外部条件の変化に応答する前記レーザー動作波長のシフトをモニターするよう構成されることを特徴とする請求項２の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項１１】
前記放射手段がブロードバンド放射源、連続的に同調可能なレーザー源、及びロックト波長レーザー源、の１つを有することを特徴とする請求項８の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの予め規定された外部条件が第１の予め規定された外部条件と少なくとも１つの追加の予め決められた外部条件とを有しており、該カイラルフアイバーセンサーが更に、
前記長いカイラルな光フアイバーに近接して位置付けられ、前記少なくとも１つの追加の予め決められた外部条件の変化を検出するよう動作可能な少なくとも１つの追加センサーと、
前記モニタリングデバイスと前記少なくとも１つの追加センサーとに接続され、
ｉ）前記少なくとも１つの予め規定された外部条件の変化に応答する前記スペクトラムのシフト、及び
ｉｉ）前記少なくとも１つの追加の予め決められた外部条件の変化、
から、前記第１の予め規定された外部条件の変化を導出するよう動作可能な制御手段と、を具備することを特徴とする請求項１の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの追加センサーは前記モニタリングデバイスに接続された少なくとも１つの追加の長いカイラルな光フアイバーを備えることを特徴とする請求項１２の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項１４】
カイラルフアイバーセンサーに於いて、該センサーが、
第１端部及び第２端部と、反射バンドと、を備える長いカイラルな光フアイバーを具備しており、前記反射バンドは前記カイラルな光フアイバーに作用する複数の外部条件の少なくとも１つの変化に応答して位置をシフトし、該センサーは又、
前記カイラルな光フアイバーに作用する前記複数の外部条件を少なくとも１つの予め規定された外部条件に制限するための安定化手段と、
第３端部及び第４端部を備える長い光フアイバーとを具備しており、前記長い光フアイバー第３端部は前記カイラルな光フアイバーの前記第１端部に接続されており、該センサーは更に、
前記カイラルな光フアイバーが前記反射バンドに対応する第１の複数の波長を反射し、第２の複数の、全ての他の波長を透過させるように、前記カイラルな光フアイバーへ放射を供給するために、前記長い光フアイバーの前記第４の端部に接続された、放射手段と、そして
前記少なくとも１つの予め規定された外部条件の変化に応答して、前記第１の複数の反射波長と前記第２の複数の透過波長の１つのシフトをモニターするために、前記長い光フアイバーの前記第４の端部に接続された、検出手段とを具備することを特徴とするカイラルフアイバーセンサー。
【請求項１５】
複数の外部条件の少なくとも１つの変化を検出するための方法に於いて、該方法が、
（ａ）反射バンドを有する長いカイラルな光フアイバーを提供する過程を具備しており、前記反射バンドは、前記カイラルな光フアイバーに作用する前記複数の外部条件の少なくとも１つの変化に応答して位置をシフトし、該方法は又、
（ｂ）前記カイラルな光フアイバーに作用する前記複数の外部条件を少なくとも１つの予め規定された外部条件に制限する過程と、そして
（ｃ）前記少なくとも１つの予め規定された外部条件の変化に応答する前記反射バンドのシフトをモニターする過程とを具備することを特徴とする該方法。
【請求項１６】
前記複数の外部条件が温度、圧力、ストレッチング、そして軸方向ツイステイングを含むことをことを特徴とする請求項１５の検出するための該方法。
【請求項１７】
前記過程（ｃ）が、
（ｄ）前記カイラルな光フアイバーが前記反射バンドに対応する第１の複数の波長を反射し、第２の複数の、全ての他の波長を透過させるよう、前記カイラルな光フアイバーへ放射を供給する過程と、そして
（ｅ）前記少なくとも１つの予め規定された外部条件の変化に応答する前記第１の複数の反射波長と前記第２の複数の透過波長の１つのシフトをモニターする過程とを備えることを特徴とする請求項１５の検出するための該方法。
【請求項１８】
カイラルフアイバーセンサーに於いて、該センサーが
反射バンドを備える長いカイラルな光フアイバーを具備しており、前記反射バンドは前記カイラルな光フアイバーに作用する複数の外部条件の少なくとも１つの変化に応答して位置をシフトし、そして該センサーは又、
前記複数の外部条件の前記少なくとも１つの変化に応答する前記反射バンドの変化をモニターするよう動作可能なモニタリングデバイスを具備することを特徴とする該センサー。
【請求項１９】
前記複数の外部条件の前記少なくとも１つが第１の予め規定された外部条件と少なくとも１つの追加の外部条件とを含んでおり、該センサーは更に、
前記長いカイラルな光フアイバーに近接して位置付けられ、前記少なくとも１つの追加の外部条件の変化を検出するよう動作可能な、少なくとも１つの追加のセンサーと、
前記モニタリングデバイスと前記少なくとも１つの追加のセンサーとに接続され、
ｉ）前記複数の外部条件の前記少なくとも１つの変化に応答する前記スペクトラムのシフトと、そして
ｉｉ）前記少なくとも１つの追加の外部条件の変化と、
から、前記第１の予め規定された外部条件の変化を導出するよう動作可能な制御手段と、を具備することを特徴とする請求項１８の該カイラルフアイバーセンサー。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの追加のセンサーが前記モニタリングデバイスに接続された少なくとも１つの追加の長いカイラルな光フアイバーを備えることを特徴とする請求項１９の該カイラルフアイバーセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に光フアイバーに基づくセンサーに関し、特にカイラルフアイバー要素（ｃｈｉｒａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を利用する能動的及び受動的センサー（ａｃｔｉｖｅ  ａｎｄ  ｐａｓｓｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光フアイバー要素に基づく受動的センサーは種々の工業的及び商業的応用品で使用の増大が見られる。光フアイバーセンサーは典型的に、予め規定された波長範囲付近に中心がある予め規定されたストップバンドギャップ（ｐｒｅｄｅｆｉｎｅｄ  ｓｔｏｐ  ｂａｎｄ  ｇａｐ）｛反射バンド（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｂａｎｄ）｝特性を有するフアイバーブラッググレーテイング要素（ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｒｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を利用する。ブロードバンド放射源（ｂｒｏａｄｂａｎｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）又は連続的に同調可能なレーザー（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｌａｓｅｒ）はブロードな範囲の波長（ｂｒｏａｄ  ｒａｎｇｅ  ｏｆ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）に亘り放射を該フアイバーブラッググレーテイングに向かって放射する、一方光検出器（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）が該反射バンドにより反射された波長を検出する。（該センサー構成に依り）圧力又は温度の変化が該反射バンドをシフト（ｓｈｉｆｔ）させる。かくして、該光検出器が該フアイバーブラッググレーテイングを通して反射又は透過された波長のシフトをモニターするので、その構成に依る該光フアイバーセンサーは圧力又は温度の変化を検出出来る。
【０００３】
上記説明は既知の受動的センサーを引用した。フアイバーブラッググレーテイングに基づく能動的センサーを設計する企てが行われた。能動的センサーは、予め規定された波長でのレーザー動作を起こす（ｐｒｏｄｕｃｅ  ｌａｓｉｎｇ）ために光学的に励起可能な材料でドープされた（ｄｏｐｅｄ  ｗｉｔｈ  ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｅｘｃｉｔａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）フアイバーブラッググレーテイングを光学的にポンプ（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｐｕｍｐｉｎｇ）し、そして次いで温度又は圧力による該波長のシフトを検出することを要する。能動的センサーの利点はブロードバンドの（又は連続的に同調可能な）放射源を要しないことである。しかしながら、既知のフアイバーブラッググレーテイングの性質により、フアイバーブラッググレーテイングは、レーザー動作を起こすために可成りの長さ（例えば、少なくとも約１５メートル）である必要があり、それは能動的センサーを非実用的にする。
【０００４】
最後に、両種の既知の光フアイバーセンサーは多くの欠点をこうむっている。フアイバーブラッググレーテイングは典型的にユーブイ感応性材料（ＵＶ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）製の光フアイバーを予め設計された位相マスク（ｐｈａｓｅ  ｍａｓｋ）を通して、ユーブイ光（ＵＶ  ｌｉｇｈｔ）で、照射することにより製造される。フアイバーブラッググレーテイングを製造するもう１つの従来技術の取り組みはユーブイ感応性光フアイバーを２つの干渉するユーブイレーザービーム（ｔｗｏ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ  ＵＶ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍｓ）で照射することを含む。両取り組みでは、最終のフアイバーブラッググレーテイングは２つの重要な欠点を有する。第１に、該光フアイバーがユーブイ感応性であるべき要求は該従来技術のセンサーの応用を該センサーがユーブイ放射への露光が起こる環境では使用出来ないことで制限する。第２に、該ユーブイ感応性フアイバーの要求は該フアイバーブラッググレーテイングを作るのに使われる材料の選出を制限する。加えて、既知のフアイバーブラッググレーテイングは温度及び圧力のシフトに敏感であるが、それらは軸方向ツイスト（ａｘｉａｌ  ｔｗｉｓｔｉｎｇ）には敏感でない。最後に、該既知のフアイバーブラッググレーテイングは比較的高価で製造が難しい。
【０００５】
かくしてユーブイ放射に露光される場所で使用出来る光フアイバーベースのセンサーを提供することが望ましい。更に、光フアイバー用に好適などんな材料からも作られ得る光フアイバーベースのセンサーを提供することが望ましい。加えて、軸方向ツイストに応答する光フアイバーベースのセンサーを提供することが望ましい。又小さく、使用するのに実用的で能動的な光フアイバーベースのセンサーを提供するのが望ましい。更に製造するのが容易で、低廉な光フアイバーベースのセンサーを提供するのが望ましい。
【特許文献１】Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ
【特許文献２】Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ
【特許文献３】Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ
【特許文献４】Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ
【特許文献５】Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ
【特許文献６】Ｃｈｉｒａｌ  Ｔｗｉｓｔ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ
【特許文献７】Ｃｈｉｒａｌ  Ｌａｓｅｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ
【特許文献８】Ｃｈｉｒａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コレステリック液晶（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）｛シーエルシー（ＣＬＣ）｝構造と同様な有利な光学特性を有する特殊構成の光フアイバー構造に基づく新しいカイラルフアイバーセンサーに向けられている。本発明のカイラルフアイバーセンサーで使用される該光フアイバー構造はシールシー構造と同様な光学特性を達成するが、何故ならばシーエルシー構造では該構造のピッチ（ｐｉｔｃｈ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）がその周期（ｐｅｒｉｏｄ）の２倍であると言う要求を充たすからである。これは１８０度対称性を有する幾何学的複屈折を備えたカイラルフアイバー構造を使用して達成される。この様な特性はフアイバー構造に沿って２つの同一の同軸ヘリックスを課す（ｉｍｐｏｓｉｎｇ  ｔｗｏ  ｉｄｅｎｔｉｃａｌ  ｃｏａｘｉａｌ  ｈｅｌｉｘｅｓ  ａｌｏｎｇ  ａ  ｆｉｂｅｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）ことにより達成され、そこでは第２ヘリックスが第１ヘリックスから前方へ該構造のピッチの半分だけシフトされる。この様な構造は組み入れられる米国特許出願である特許文献１，２，３及び４で詳細に説明される。本発明のカイラルフアイバーレーザーの幾つかの実施例は下記で論じられる。
【０００７】
本質的に、本発明のカイラルフアイバーセンサーはコレステリック液晶構造の有利な光学特性を模擬するカイラルフアイバー構造で実現される。第１の受動的センサーの実施例では、本発明のカイラルフアイバーセンサーは、特定の予め規定された外部条件｛温度、圧力、軸方向ツイスト、ストレッチング（ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ）、他の様な｝の変化に応答してその反射バンドをシフトするよう構成されたカイラルフアイバーセンサー要素を含む。該カイラルフアイバー要素は、光検出器がその反射又は透過スペクトラム（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｒ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）（該センサーの初期構成に依り）をモニターする間、ブロードバンド放射源からのブロードバンド放射に供される。該モニターされるスペクトラムの変化は特定の外部条件の変化を示す。該モニターされるスペクトラムの変化の大きさを測定するため、そしてかくして該外部条件の変化の大きさを決定するため、該光検出器及び／又は該放射源に接続された、オプションの制御ユニットが利用されてもよい。
【０００８】
本発明の受動的カイラルフアイバーセンサーの代わりの実施例では、カイラルなツイスト（ｃｈｉｒａｌ  ｔｗｉｓｔ）、スペーシング（ｓｐａｃｉｎｇ）又は誘電材料（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の様な欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）が該カイラルフアイバーセンサー要素内に挿入される。該欠陥は該反射バンドの中央に長寿命フオトニック欠陥モード（ｌｏｎｇ  ｌｉｖｅｄ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｄｅｆｅｃｔ  ｍｏｄｅ）を引き起こす。該欠陥モードは該反射バンド内に非常に小さい透過範囲（ｖｅｒｙ  ｓｍａｌｌ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｒａｎｇｅ）を示す。該欠陥モードが非常に狭いので、該欠陥モードの位置の微少なシフトは、外部条件（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）が該センサー要素に影響した時、光検出器により検出され、該欠陥ベースのカイラルフアイバーセンサーを一層敏感にする。更に、もし該欠陥が調整可能である（該カイラルなツイスト欠陥に於ける場合にそうである様に）なら、本発明の受動的カイラルフアイバーセンサーはその応答を外部条件値の特定範囲へ調整するよう同調（ｔｕｎｅｄ）されてもよい。
【０００９】
本発明の能動的センサーの実施例では、能動的カイラルフアイバーセンサー要素は、特定の外部条件（温度、圧力、軸方向ツイスト、ストレッチング、他の様な）の変化に応答してシフトするレーザー動作波長を有する光学的にポンプされるカイラルフアイバーレーザー（ｃｈｉｒａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ）として構成される。レーザー動作波長は光検出器によりモニターされ、該波長のシフトは該特定の外部条件の変化を示す。同様にして、受動的センサーの実施例に関して上記で説明されたものと同様な利点を達成するために、欠陥が該能動的カイラルフアイバーセンサー要素に導入されてもよい。
【００１０】
オプションとして、本発明の受動的又は能動的カイラルフアイバーセンサーは、該センサー要素が１つ以上の特定の予め規定された外部条件のみに感応性であることを保証するために安定化（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ）される（製作中に又は別部品の追加を介して）ことが出来る。
【００１１】
或る外部条件はモニターしたり或いは安定化するのが難しいので、本発明のカイラルフアイバーセンサーの代わりの実施例では、第１カイラルフアイバーセンサーに近接して第２センサーが位置付けられ、制御ユニットに接続されてもよい。該第２センサーは従来のセンサーであってもよく、或いはそれは検出し易い外部条件を検出するよう構成されたもう１つの本発明のカイラルフアイバーセンサーであってもよい。該第２センサーの出力を第１センサーの出力と比較することにより、該制御ユニットは検出が難しい条件の変化を導出することが出来る。
【００１２】
本発明の他の目的と特徴は付属する図面に関連して考えられた下記詳細説明から明らかになろう。しかしながら、該図面は単に図解目的で描かれており、本発明の限定の規定として描かれてはおらず、該限定用には付属する請求項の参照が行われるべきである。
【実施例】
【００１３】
本発明は既知の光フアイバーベースのセンサーの欠点を克服する、光フアイバーに基づく有利な受動的及び能動的センサーに向けられている。本発明のエッセンスは、有利な受動的及び能動的カイラルフアイバーセンサーを作るために、従来のフアイバーブラッググレーテイングの代わりに本発明のカイラルフアイバーを利用することを含む。本発明のカイラルフアイバーセンサーを詳細に説明する前に、カイラルフアイバーの背後の科学的原理の説明を提供することが有用である。
【００１４】
現在使用されているフアイバーブラッググレーテイングは１次元に成層化された誘電媒体（１Ｄ  ｌａｙｅｒｅｄ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｅｄｉａ）に類似していると見なしてもよい。シーエルシーエス（ＣＬＣｓ）は１次元の周期的構造（１Ｄ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）の優れた形である。シーエルシーエスは成層化媒体と比較して優れた特性を示すので、特許文献４｛以下”エイチエフビージー（ＨＦＢＧ）と呼ぶ｝の上記組み入れられた米国特許出願は、光フアイバー内のコレステリックな周期的フオトニックバンドギャップ（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄ  ｇａｐ）｛以下”ピービージー（ＰＢＧ）”と呼ぶ｝構造のエッセンスの有利な実施品を開示する。この新しい取り組みはコレステリック液晶の優れた光学的特性を取り込む一方、該構造の製造を連続的（かくしてより実現し易い）過程として実現する。
【００１５】
これを達成するために、特許文献４のエイチエフビージー特許出願は該発明された構造が従来のシーエルシー構造のエッセンス、すなわちその長手方向対称性、を模擬せねばならないことを開示する。螺旋フアイバー構造（ｈｅｌｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は望まれる特性を有するように見える。しかしながら、シーエルシー構造では、そのピッチはその周期の２倍である。これは単一のヘリックス（ｓｉｎｇｌｅ  ｈｅｌｉｘ）である該螺旋構造の最も簡単な実現からは差異がある。該単一のヘリックス構造では、その周期はそのピッチに等しく、人は該ピッチの２倍に等しい波長の中央にあるバンドギャップを見出すと期待する。しかしながら、この配置は該構造を通過する光の電場の配向と該ヘリックスの対称性との間のミスマッチ（ｍｉｓｍａｔｃｈ）を生じる。該場は該ピッチの２倍の光の波長に等しい距離で３６０度だけ回転される。他方、この距離での該ヘリックスの回転は７２０度である。かくして、螺旋構造は或る有利な応用を有するが、それは、該構造が２つの異なる隣接材料から成る時、と言う１つの注目すべき例外を除けば、望ましいシーエルシー構造を眞には模擬しない。
【００１６】
かくして、コレステリック構造の利点を保存しながら、波長λ1とλ2（図５参照）にエッジを有する反射バンドを作るための要求を充たす構造は下記２つの要求を満足させなければならない：
（１）該構造の光学的誘電的感受率（ｔｈｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’ｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｅｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）の周期はλ1とλ2での該媒体内の波長の半分であること、そして
（２）該構造の誘電的感受率（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、それが波長λ1（λ2）での該場の方向に実質的に沿う（直角になる）よう、回転する。
【００１７】
特許文献４はこれらの要求を充たす構造を作る最も有利で簡単な方法の１つは２重ヘリックス構造（ｄｏｕｂｌｅ  ｈｅｌｉｘ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を創ることであることを開示した。この構造では、２つの同一同軸ヘリックスがフアイバー構造の中又は上に課され、そこでは第２ヘリックスは第１ヘリックスから前方へそのピッチの半分だけシフトされる。これらの要求を充たすもう１つの有利な構造は一緒に接合された、異なる屈折率の２つの隣接部品から成る単一ヘリックスである。この場合、その波長は該ピッチに等しく、該ピッチは該システムの有効な光学的誘電的感受率（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）の周期の２倍に等しい。特許文献４は、設計的選出の問題として作られてもよい、光フアイバー内のこの様な有利な２重及び単一ヘリックス構造の幾つかの実施例を開示した。２重及び単一ヘリックス構造を作るための有利な装置と方法は組み入れられ、共通に譲渡され、同時係属中の米国特許出願である、特許文献５で開示される。
【００１８】
本発明のカイラルフアイバーセンサーが、それらの螺旋又は２重螺旋構造（例えば、図１Ｂに示すコア断面を有するツイストされたフアイバー）から導出されるシーエルシーの様な特性を有する本発明の光フアイバーの上記組み込まれた実施例を参照して説明されるが、本発明のカイラルフアイバーセンサーはそれらの特性が如何に達成されるかに無関係に、シーエルシーの様な特性｛すなわち、フオトニックストップバンド（ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｓｔｏｐ  ｂａｎｄ）｝を有するどんな光フアイバーを利用しても有利に作られることは注意されるべきである。例えば、ツイストされたコア（本発明の例示的実施例で示され、説明される様な）を有するフアイバー構造を使う代わりに、該コアはその上に刻まれた２重ヘリックスグルーブパターン（ｄｏｕｂｌｅ  ｈｅｌｉｘ  ｇｒｏｏｖｅ  ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｉｎｓｃｒｉｂｅｄ  ｔｈｅｒｅｏｎ）を有するか、もう１つの誘電材料で２重ヘリックスパターンに巻き付けられる（ｗｒａｐｐｅｄ  ｉｎ  ａ  ｄｏｕｂｌｅ  ｈｅｌｉｘ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｗｉｔｈ  ａｎｏｔｈｅｒ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌ）か、又は該２つの組み合わせを有してもよい（光フアイバーに望ましいシーエルシーの様な特性を作るためのこれら及び他の技術は特許文献４で詳細に説明される）。更に、上記の組み入れられ、共通に譲渡され、同時係属中の米国特許出願である、特許文献１から５で開示された、種々の有利なシーエルシー関連技術が、設計的選出の問題として、本発明のカイラルフアイバーセンサーに容易に適合されそしてそれらの連係して有利に利用されることは注意されるべきである。
【００１９】
今図１Ａ及び１Ｂを参照すると、例示的なカイラルフアイバーの受動的センサー１０の第１実施例が示される。該センサー１０はコア１４と該コア１４を囲むクラデイング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）１６とを有するカイラルフアイバーセンサー要素１２を備える。該コア１４及びクラデイング１６の両者は設計的選出の問題として選択される種々の光学的材料（例えば、ガラス）から成ってもよい。特許文献４に依れば、該コア１４は２重ヘリックス構造を形成するよう変型される（例えば、それをその長手方向軸線の周りにツイストすることにより）。該センサー要素１２の長さＬは該センサー１０の望まれる応用により設計的選出の問題として選択される。例えば、もし該センサー１０が鋼ビームに沿って、該ビームの軸方向回転で誘起された応力（ｓｔｒｅｓｓ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ａｘｉａｌ  ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂｅａｍ）を検出するために、使用されるよう意図されているなら、Ｌは該ビームの長さと実質的に等しくてもよい。
【００２０】
長い楕円形コア１４の断面が図１Ｂに示されるが、該コア１４の構造が、それがツイストされた時、２重ヘリックス構造が形成されるよう１８０度断面対称性を保持する限り、該コア１４の特定の断面と寸法（図１Ｂで高さＨと幅Ｗとして示される）は設計的選出の問題として選択されてもよい。かくして該コア１４は長方形の断面か又は平行な側部を有するが半円形の頂部及び底部部分を有する概ね長方形の断面を有してもよい。
【００２１】
該コア１４がセンサー要素１２を形成するようツイストされる時、幾つかの制御パラメーター、すなわち最終構造のピッチＰ、コア１４の屈折率ｎ1及びクラデイング１６の屈折率ｎ2、が構成されねばならない。本発明に依れば、該コア１４の断面形状と寸法Ｈ、Ｗと共に、該制御パラメーターＰ、ｎ1及びｎ2の１つ以上が該センサーの応用に望ましい反射バンド特性を達成するよう選択され、構成される。例えば、該コア１４の断面をより円筒形の形状に変えることは反射バンドを狭め、該カイラルな受動的センサー１０の感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を高める。もう１つの例では、該ピッチＰは該反射バンドの中央の波長λcに比例し、かくしてＰの特定値の選択は全体の透過スペクトラム内の反射バンドの位置を決定する。
【００２２】
光フアイバーコネクター１８は該センサー要素１２の端部の１つと、ブロードバンド放射源２０とに接続される。該フアイバーコネクター１８の長さは設計的選出の問題として選択されてもよい。例えば、もし該受動的センサー１０が遠隔にあるか、限定されるか、又は接近出来ないか、何れかの空間内で使われるなら、該フアイバーコネクター１８は可成り長いかも知れない。該ブロードバンド放射源２０はブロードなスペクトラムの波長で電磁放射を放射出来るどんな源でもよい。オプションとして、該ブロードバンド放射源２０は或る範囲の波長でレーザー動作するよう繰り返しそしてシーケンシャルに同調させられる連続同調可能なレーザーであってもよい。又該フアイバーコネクター１８は該センサー要素１２により反射される電磁放射のスペクトラムを検出するために光検出器２２に接続される。オプションでは、設計的選出の問題として、該フアイバーコネクター１８は２つの別々のフアイバー要素（１つは該放射源２０用として、もう１つは該光検出器２２用として）として実現されてもよく、それは本発明の精神の中に入るものである。
【００２３】
今図５を参照すると、バンドエッジ波長λ1とλ2、及び中央バンド波長λcを有する例示的反射バンドが示されている。該光検出器２２は該中央バンド波長λcに中央のある反射バンドのシフトをモニターする。オプションとして、該光検出器２２は該反射スペクトラムから透過スペクトラムを導出し、かくしてバンドエッジ波長λ1及びλ2のシフトをモニターするよう構成されてもよい。代わりに、該光検出器２２は該反射スペクトラムよりむしろ透過スペクトラムを容易にモニターするよう該センサー要素１２のもう１つの端部に位置付けられることも出来る（示されてない）。
【００２４】
今図１Ａに戻ると、該ブロードバンド放射源２０と該光検出器２２の両者がオプションのセンサー制御ユニット２４に接続される。該制御ユニット２４は選択的に、該ブロードバンド放射源２０を制御し、該光検出器２２により検出されモニターされる波長のシフトを解釈する。例えば、光検出器２２は圧力又は温度（該受動的センサー１０の構成に依り）の変化を示すシフトが起こったことを検出するが、該制御ユニット２４は該波長シフトの大きさ、そしてかくして圧力又は温度の変化の大きさを有利に決定する。
【００２５】
圧力の変化（圧縮又はストレッチング）、軸方向ツイステイング（ａｘｉａｌ  ｔｗｉｓｔｉｎｇ）及び温度の変化が、該カイラルフアイバーセンサー要素１２の反射バンドをシフトさせる（該センサー要素１２の構造を僅かに変えることにより）ので、該受動的センザー１０は該センサー要素１２に作用する上記リストの条件の１つ以上を検出するよう構成される。或る応用では、該センサー要素１２は、該受動的センサー１０が外部条件の１つ以上の特定の種類の変化にのみ応答することを保証するために、設計的選出の問題として選択されてもよいオプションの安定器（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）２６を有するよう構成されてもよい。例えば、該受動的センサー１０が温度を検出するよう設計されるなら、該安定器２６は、該受動的センサー１０が温度の変化のみに応答することを保証するように、圧力及び軸方向ツイステイングに対して該センサー要素１２を保護する。かくして該安定器２６の精確な構成は該受動的センサー１０の望まれる応用に依る。上記例では、該安定器２６は堅い温度感応性のハウジング（ｒｉｇｉｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｈｏｕｓｉｎｇ）である。該受動的センサー１０が軸方向及び長手方向応力を検出するよう構成されるもう１つの例では、該安定器２６は該センサー要素１２を外部の温度変化により影響されることから保護する絶縁コーテイング（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｃｏａｔｉｎｇ）であってもよい。オプションでは、該安定器２６は別の物理的構造体でなく、代わって、製作中該センサー要素１２に、それを１つ以上の外部条件に不感応性とするよう、適用される過程（ｐｒｏｃｅｓｓ）である。
【００２６】
該受動的センサー１０は、例に依ると、次の様に動作する。該センサー要素１２は、もし必要なら、特定の安定器２６を利用して、外部条件、例えば温度、の１つ以上の特定の種類の変化に応答するよう構成される。該ブロードバンド放射源２０は、該センサー要素１２の反射バンド内の波長を含むブロードな範囲の波長で光を放射する。この光は該フアイバーコネクター１８を経由して該センサー要素１２へ透過される。該反射バンドに入る波長は該フアイバーコネクター１８を通して戻るよう反射され、光検出器２２によりモニターされる。かくして、該受動的センサー１０の普通の動作中は、連続した放射（該ブロードバンド放射源２０による）と、反射（該センサー要素１２による）とモニタリング（該光検出器２２による）とが行われる。該センサー要素１２の構造が予め決められた外部条件（例えば、温度）により変えられると、該反射バンドはシフトし、波長λ1，λ2そしてλcの変化を引き起こす（図５参照）。該光検出器２２は該波長の１つ以上のシフトを検出し（該光検出器２２が該反射スペクトラムをモニターするか、或いは該透過スペクトラムをモニターするか、何れに構成されるかに依り）、該モニターされる条件（例えば、温度、圧力、軸方向ツイスト）の変化が起こったことを示す。該オプションの制御ユニット２４は更に、該モニターされる波長（又は波長範囲）の精確な比例シフトに依り、変化の程度の測定を提供する。
【００２７】
或る外部条件はモニターしたり或いは安定化させるのが難しいので、該センサー要素１２が第１外部条件と第２外部条件を検出するよう構成された、本発明のカイラルフアイバーセンサー１０の代わりの実施例では、第２センサー要素２８がセンサー要素１２に近接して位置付けられ、該制御ユニット２４に接続されてもよい。該第２センサー要素２８は従来のセンサー（例えば、温度センサー）であってもよく、或いはそれは、該第２センサー要素が該第２外部条件のみを検出するよう構成されることを除けば、センサー要素１２と同様な、もう１つのカイラルフアイバーセンサー要素であってもよい。該第２センサーの出力を該第１センサーの出力と比較することにより、該制御ユニットは該第１の外部条件の変化を導出出来る。この配置は該第１外部条件が検出するのが難しい時特に有利である。例えば、もし該第１及び第２外部条件がそれぞれ圧力と温度であるならば、該センサー要素１２は圧力及び温度の両者を検出するよう構成され、一方該第２センサー要素２８は温度のみを検出するよう構成される。該制御ユニット２４は、該センサー要素１２（圧力及び温度の変化を表す）の応答を該第２センサー要素（温度のみの変化を表す）２８の応答と比較することにより圧力の変化を導出出来る。もし該センサー要素１２が３つ以上の外部条件を検出するよう構成されるなら、各々が異なる個別外部条件を検出する、１つより多くの第２センサー２８が、センサー要素１２により検出される該外部条件の１つの変化を導出するため利用されてもよく、それは本発明の精神の中に入るものであることは理解されるべきである。
【００２８】
今図２を参照すると、例示的カイラルフアイバー受動的センサー５０の第２の実施例が示されている。該受動的センサー５０はコア５４と該コア５４を囲むクラデイング５６とを有するカイラルフアイバーセンサー要素５２を備える。又該センサー５０は光フアイバーコネクター６０と、ブロードバンド放射源６２と、光検出器６４と、オプションの制御ユニット６６と、オプションの安定器６８とそしてオプションの第２センサー７０とを有する。該コア５４と、該クラデイング５６と、該光フアイバーコネクター６０と、該ブロードバンド放射源６２と、該光検出器６４と、該制御ユニット６６と、該安定器６８とそして該第２センサー７０とは図１Ａに関連して上記で詳細に説明された、それぞれ該コア１４と、該クラデイング１６と、該光フアイバーコネクター１８と、該ブロードバンド放射源２０と、該光検出器２２と、該制御ユニット２４と、該安定器２６とそして該第２センサー２８とに実質的に対応する。該受動的センサー５０はかくして、カイラルなツイスト、スペーシング、誘電材料挿入の様な欠陥５８又は該欠陥の組み合わせが、該センサー要素５２の中に位置付けられることを除けば、図１Ａの受動的センサー１０と実質的に同様である。該種々の欠陥５８の構成が図３Ａ−３Ｃと関連して下記で詳細に説明される。
【００２９】
該欠陥５８は該反射バンドの中央（図６参照、該欠陥モードは波長λdに中央を位置付けられる）に長寿命フオトニック欠陥モード（ｌｏｎｇ  ｌｉｖｅｄ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｄｅｆｅｃｔ  ｍｏｄｅ）｛以下”欠陥モード（ｄｅｆｅｃｔ  ｍｏｄｅ）”と呼ぶ｝を引き起こす。該欠陥モードは該反射バンド内の非常に小さい透過範囲を示す。該光検出器６２はセンサー要素５２の透過スペクトラムをモニターするよう構成される（又は位置付けられる）のが好ましい。該欠陥モードは非常に狭いので、外部条件が該センサー要素５２の構造に影響した時、該欠陥モードの位置の微少なシフトが該光検出器６２により発見され得る。従って、該受動的センサー５０は或る応用には受動的センサー１０よりも敏感である。例えば、もし該欠陥５８がカイラルなツイストとして構成されるならば、該受動的センサー５０は該センサー要素５２の軸方向ツイステイングに特に敏感になる。該新しいカイラルなツイストの欠陥はその全体が引用によりここに組み入れられ、共通に譲渡され、同時係属中の米国特許出願である特許文献６により詳細に説明されている。
【００３０】
今図３Ａ−３Ｃを参照すると、その中に規定された欠陥５８を有するセンサー要素５２の種々の実施例がセンサー要素７０，８０そして９０として示されている。上記の組み入れられ、共通に譲渡される米国特許である特許文献７及び６で説明される様に、該センサー要素５２内への該欠陥５８の導入はフオトニックストップバンドの中央内に長寿命フオトニック欠陥モードを作る。
【００３１】
今図３Ａを参照すると、２つのシーケンシャルな長手方向に整合されたセンサー要素部分７２と７４とを予め決められた間隔で離すスペーシングにより欠陥７６が導入されたセンサー要素７０が示される。
【００３２】
今図３Ｂを参照すると、２つのシーケンシャルな長手方向に整合された構造部分７２と７４とを予め決められた間隔で離れ隔てさせ、次いで該部分７２，７４間に誘電材料を導入することにより欠陥８２が導入されたセンサー要素８０が示される。
【００３３】
今図３Ｃを参照すると、部分７２と７４の１つを、もう１つの部分に対して予め決められた周辺角でそして予め規定されたツイスト角度θでツイストすることによりツイスト欠陥９２が導入されたセンサー要素９０が示される。好ましくは、該角度θは９０度であるのがよいが、角度θの変化はセンサー要素９０の軸方向ツイステイングに対する感度を可能にするものである。
【００３４】
図３Ａ−３Ｃで説明された１つ以上の欠陥７６，８２，９２の組み合わせが設計的選出の問題として利用されてもよく、それは本発明の精神の中に入るものである。
【００３５】
図１Ａと２の受動的カイラルフアイバーセンサー１０と５０に適用可能な本発明の代わりの実施例では、該ブロードバンド源２０，６２は長寿命フオトニックモードの１つのバンドエッジに位置付けられた波長にマッチする波長に同調した（すなわち、λ1又はλ2に対応するレーザー動作波長を有する）レーザーで置き換えられてもよい。オプションとして、マイクロ波放射源が該ブロードバンド放射源２０，６２として利用されることも可能である。
【００３６】
今図４を参照すると、カイラルフアイバーの能動的センサー１００の第１実施例が示される。該能動的光フアイバーセンサー１００と該受動的光フアイバーセンサー１０，５０の間の差は、受動的センサーがブロードバンド放射源を要するが、能動的センサーは外部条件の変化に応答してレーザー動作波長をシフトするレーザーとして構成されることである。能動的センサーの主な利点は、レーザー動作波長が非常に狭いので、例え微少なシフトでも容易に検出され、かくして能動的センサーは受動的センサーより可成り敏感なことである。該能動的センサー１００はコア１０４と、該コア１０４を囲むクラデイング１０６と、を有するカイラルフアイバーの能動的センサー要素１０２を備える。該コア１０４と該クラデイング１０６の両者は設計的選出の問題として選択される種々の光学的材料（例えば、ガラス）から成ってもよい。特許文献４に依り、該コア１０４は２重ヘリックス構造を形成するよう変型される（例えば、ツイストされる）。好ましくは、該コア１０４と該クラデイング１０６の少なくとも１つは、エルビウム（Ｅｒｂｉｕｍ）の様な、光学的に励起可能な材料でドープされるのがよい。長い楕円形のコア１０４の断面が有利であるが、該コア１０４の特定の断面と寸法は、ベースのコア構造が、それがツイストされた時２重ヘリックス構造が形成されるよう、１８０度の回転下で対称である限り、設計的選出の問題として選択されてもよい。好ましくは、全体的な該能動的センサー要素１０２は、その全体が引用によりここに組み入れられ、共通に譲渡され、同時係属中の米国特許出願である、特許文献８｛以下”シーエフエル（ＣＦＬ）特許出願”と呼ぶ｝でより詳細に説明されるカイラルフアイバーレーザーとして構成されるのがよい。
【００３７】
該能動的センサー要素１０２は光学的ポンプ１０８で光学的にポンプされ、波長λ1又はλ2（図５参照）のバンドエッジモードの１つに対応する波長でのレーザー動作をもたらす。オプションでは、もし欠陥（示されてない）が該能動的センサー要素１０２内に導入されるなら、レーザー動作は該欠陥波長λdで起こる（図６参照）。図３Ａ−３Ｂで示した欠陥７６，８２，そして９２の１つ以上が該能動的センサー要素１０２内の欠陥として容易に使用されてもよい。
【００３８】
該光学的ポンプ１０８は上記の組み入れられたシーエフエル特許出願である特許文献８で開示されたポンプ構成のどれか１つであってもよい。該能動的センサー要素１０２により放射されるレーザー動作波長のシフトをモニターするために、光フアイバーコネクター１１０が該能動的センサー要素１０２の１端と光検出器１１２とに接続される。該フアイバーコネクター１１０の長さは設計的選出の問題として選択されてもよい。例えば、もし該カイラルフアイバーの能動的センサー１００が遠隔の、限定された、又は接近が難しい空間内で使用されるよう構成されるなら、該フアイバーコネクター１１０は可成りの長さであってもよい。オプションでは、設計的選出の問題として、該フアイバーコネクター１１０は２つの分離したフアイバー要素（１つは光学的ポンプ１０８用、もう１つは光検出器１１２用として）として実現されてもよく、それは本発明の精神の中に入るものである。オプションでは、該光学的ポンプ１０８は該能動的センサー要素１０２に近接して位置付けられてもよく、この場合、該フアイバーコネクター１１０は該光検出器１１２のみを該能動的センサー要素１０２に接続する。
【００３９】
該光検出器１１２はオプションのセンサー制御ユニット１１４に接続されてもよい。該制御ユニット１１４は該光検出器１１２により検出され、モニターされる波長のシフトを解釈する。例えば、光検出器１１２は、圧力又は温度（該能動的センサー１００の構成に依り）の変化を示すレーザー動作波長のシフトが起こったことを検出するが、該制御ユニット１１４は該波長シフトの大きさと、かくして圧力又は温度の変化の大きさを決定するので有利である。
【００４０】
圧力（圧縮又はストレッチング）の変化、軸方向ツイステイングそして温度の変化が該カイラルフアイバーの能動的センサー要素１０２の反射バンドをシフトさせる（該能動的センサー要素１０２の構造を僅かに変えることにより）ので、該能動的センサー１００は該能動的センサー要素１０２に作用する上記リストの条件の１つ以上を検出するよう構成されることが可能である。オプションでは、該能動的センサー要素１０２は、該能動的センサー１００が外部条件の１つ以上の特定の種類の変化のみに応答することを保証するために、設計的選出の問題として選択されてもよい安定器（ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）１１６を有するよう構成されてもよい。例えば、もし該能動的センサー１００が温度を検出するよう設計されるなら、該安定器１１６は、該能動的センサー１００が温度の変化のみに応答することを保証するために、該能動的センサー要素１０２を圧力の変化及びツイステイングに対し保護する。かくして、該安定器１１６の精確な構成は該能動的センサー１００の望まれる応用に依る。上記例では、該安定器１１６は堅い温度感応性のハウジングであってもよい。オプションでは、該安定器１１６は別の物理的構造体でなく、代わりにそれを１つ以上の外部条件に感応せぬようにするよう、製作中に該能動的センサー要素１０２に適用される過程である。
【００４１】
オプションでは、第２センサー要素１１８が該制御ユニット１１４に接続され、該第２センサー要素２８に関連して上記で説明された仕方で利用されてもよい（図１Ａ）。該第２センサー要素１１８は従来のセンサーか、又は該センサー要素１２，５２又は１０２の１つとして構成されてもよい。
【００４２】
該能動的センサー１００は、例に依れば、下記の様に動作する。該能動的センサー要素１０２は、もし必要ならば、特定の安定器１１６を利用して、外部条件、例えば、温度、の１つ以上の種類の変化に応答するよう構成される。該光学的ポンプ１０８は該能動的センサー要素１０２をポンプし、予め決められたレーザー動作波長でのレーザー動作を引き起こす。該レーザー動作波長は次いで該光検出器１１２により検出される。かくして、該能動的センサー１００の普通の動作中は、レーザー動作（該能動的センサー要素１０２による）とモニタリング（該光検出器１１２による）の連続したサイクルが存在する。該能動的センサー要素１０２の構造が予め決められた外部条件（例えば、温度）により変えられると、反射バンドはシフトし、該レーザー動作波長の（すなわち、該能動的センサー要素１０２の構成によりλ1，λ2，又はλdの）変化を引き起こす。該光検出器１１２は該レーザー動作波長のシフトを検出し、モニターされた条件（複数を含む）（例えば、温度、圧力、軸方向ツイスト）の変化が起こったことを示す。該オプションの制御ユニット１１４は更に該モニターされたレーザー動作波長の精確なシフトによる変化の測定を提供してもよい。反射バンドのシフトに相対してレーザー動作波長の例え微少なシフトでも検出することはより容易なので、該能動的センサー１００は受動的センサー１０よりも敏感である。加えて、該カイラルフアイバーの能動的センサー要素１０２の新しい構造は、多くのメートル数の長さとする必要がある等価な従来技術のフアイバーブラッググレーテイングに比較して非常に小さい（数ミリメートル）能動的センサー要素の構造が能動的センサー要素として役立つことを可能にする。
【００４３】
かくして、その好ましい実施例に応用された本発明の基本的な新しい特徴が示され、説明され、指摘されたが、図解されたデバイスと方法の形と詳細で、そしてそれらの動作で種々の省略、置換及び変更が当業者により行われ得るがそれらは本発明の精神の中に入ることは理解されるであろう。例えば、同じ結果を達成するために実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を行う要素及び／又は方法の過程の全ての組み合わせは本発明の範囲に入るよう明らかに意図されている。従って、ここに付属する請求項の範囲により示されるようにのみ限定されることが意図するところである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１Ａ】本発明のカイラルフアイバーの受動的センサーの第１実施例の略図である。
【図１Ｂ】図１のカイラルフアイバーの受動的センサーのフイアバー構造の断面図の略図である。
【図２】カイラルな欠陥を組み入れた本発明のカイラルフアイバーの受動的センサーの第２実施例の略図である。
【図３Ａ−３Ｃ】フアイバー構造内に導入された欠陥を利用する図２のカイラルフアイバーレーザーのカイラルフアイバー構造の代わりの実施例の略図である。
【図４】本発明のカイラルフアイバーの能動的センサーの略図である。
【図５】フオトニックバンドギャップとフオトニックバンドエッジモードを示す、図１の本発明のカイラルフアイバーの受動的センサーの第１実施例での透過率対波長の線図である。
【図６】フオトニックバンドギャップ、フオトニックバンドエッジモード、及び欠陥モードを示す、図２の本発明のカイラルフアイバーの受動的センサーの第１実施例での透過率対波長の線図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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