(57)【要約】【課題】従来技術に比較して高分解能でかつ小型の装置で屈折率を計測できる。【解決手段】屈折率計測装置は、所定の媒質中にクラッドレス・マルチモード光ファイバーを配置してなるマルチモード干渉光ファイバーを含む光伝送路を有し、光共振器を所定の分散量に制御することで、スペクトルにおいて櫛の歯状で等間隔に並置し位相同期した複数の波長が光共振状態となり、光周波数コムを発生するファイバー光コム共振器と、前記ファイバー光コム共振器により発生される光信号を交流電気信号に光電変換する光検出器と、前記光検出器から出力される交流電気信号の繰り返し周波数に基づいて、前記媒質中の光の屈折率を計測する計測制御手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の媒質中にクラッドレス・マルチモード光ファイバーを配置してなるマルチモード干渉光ファイバーセンサーを含む光伝送路を有し、光共振器を所定の分散量に制御することで、スペクトルにおいて櫛の歯状で等間隔に並置し位相同期した複数の波長が光共振状態となり、光周波数コムを発生するファイバー光コム共振器と、
前記光共振器により発生される光信号を交流電気信号に光電変換する光検出器と、
前記光検出器から出力される交流電気信号の繰り返し周波数に基づいて、前記媒質中の光の屈折率を計測する計測制御手段とを備えたことを特徴とする屈折率計測装置。
【請求項２】
所定の媒質中にクラッドレス・マルチモード光ファイバーを配置してなるマルチモード干渉光ファイバーセンサーを含む光伝送路を有する光共振器が、ファイバー光コム共振器を所定の分散量に制御することで、スペクトルにおいて櫛の歯状で等間隔に並置し位相同期した複数の波長が光共振状態となり光周波数コムを発生するステップと、
光検出器が、前記ファイバー光コム共振器により発生される光信号を交流電気信号に光電変換するステップと、
計測制御手段が、前記光検出器から出力される交流電気信号の繰り返し周波数に基づいて、前記媒質中の光の屈折率を計測するステップとを含むことを特徴とする屈折率計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折率計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈折率は、物質中の光の速度を示す指標であり、光の屈折、反射等に寄与する。また、屈折率は光と物質の相互作用を表す物質固有の誘電率から導かれるため、屈折率を正確に評価することで、物質の状態を評価することにも繋がる。例えば、産業分野において、液体物質の品質評価（液体物質の同定、液体の濃度・混合比の測定）や光学材料部品（光学ガラス、光ファイバーなど）の特性評価に、屈折率計測が利用されている。また、生体分子の検出や化学反応の評価など、バイオ・生化学分野等でも重要とされている。
【０００３】
従来の屈折率の測定方法には、最小偏角法、臨界角法、Ｖブロック法、干渉法、表面プラズモン共鳴法、マルチモード干渉法などがある（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０９０２５９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５１９６３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】佐々田博之，「光周波数コム技術の現状と展開」，光学，総合報告，応用物理学会，４１巻，９号，２０１２年
【非特許文献２】南川丈夫ほか，「ファイバー光コム共振器型ひずみセンサーの開発」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ５７ｔｈ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ＬＳＴ５７−２１，  Ｊｕｎｅ  ２０１６
【非特許文献３】Ｃ．  Ｒ．  Ｂｉａｚｏｌｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｔａｐｅｒｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｓｅｎｓｏｒｓ，”  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，  ５１（２４），  ｐｐ．  ５９４１−５９４５  （２０１２）
【非特許文献４】Ａ．Ａ．  Ｊａｓｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ａｎｄ  ｓｔｒａｉｎ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｌｉｎｅ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ，  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，”  Ａ：  Ｐｈｙｓｉｃａｌ，  ２１９，  ９４−９９  （２０１４）
【非特許文献５】Ｃ．  Ｂｏｂｂｙ  Ｍａｔｈｅｗｓ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｅｘ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｆ  Ｔｉｌｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ，”  Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，  ２０１６
【非特許文献６】Ｘｕｅｌｉａｎｇ  Ｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｉｌｔｅｄ  ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  ２０  （９），  １０８５３  （２０１２）．
【非特許文献７】Ｃｈａｎｇｙｕ  Ｓｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｅｘ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ  Ｇａｐ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ，”  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ＳＰＩＥ−ＯＳＡ−ＩＥＥＥ  Ａｓｉａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．  ７９９０，  ７９９００Ｋ  （２０１１）．
【非特許文献８】Ｇａｌｉｎａ  Ｎｅｍｏｖａ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍｏｎ−Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ  Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ−Ｉｎｄｅｘ  Ｈｏｌｌｏｗ  Ｃｏｒｅ  Ｆｉｂｅｒ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｂｙ  ａ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ，”  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，  ＶＯＬ．  ２４，  ＮＯ．  １０，  ３７８９  （２００６）
【非特許文献９】Ｄａｒｒａｎ  Ｋ．  Ｃ．  Ｗｕ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｓｅｎｓｏｒ，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ３４，  Ｎｏ．  ３，  ２００９
【非特許文献１０】Ｋｗａｎｇ  Ｊｏ  Ｌｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ａ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｉｂｅｒ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｃｏｕｐｌｅｒ  ｆｏｒ  ｌｏｗ  ｉｎｄｅｘ  ｓｅｎｓｉｎｇ，”  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  Ｖｏｌ．  ２２，  Ｎｏ．  １４，  １７４９７  （２０１４）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらの手法では、光スペクトル波形や光強度信号などのアナログ量の計測に基づいており、測定する光計測機器の性能により、分解能が１０−４〜１０−５程度に留まっていた。液体物質や光学材料部品を始めとした工業製品の更なる高品質化のためには、現状の屈折率センサーの分解能向上が必要である。また、高分解能化に加え、様々な状況において使用できるよう装置は小型である必要もある。
【０００７】
例えば、アッベの屈折率計では、多くの場合はサンプリングが必要なため連続測定が困難であり、高精度化のためには精密な光学系が必要（大型化）であって、分解能が１０−４程度であった。
【０００８】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して高分解能でかつ小型の装置で屈折率を計測できる屈折率計測装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる屈折率計測装置は、
所定の媒質中にクラッドレス・マルチモード光ファイバーを配置してなるマルチモード干渉光ファイバーセンサーを含む光伝送路を有し、光共振器を所定の分散量に制御することで、スペクトルにおいて櫛の歯状で等間隔に並置し位相同期した複数の波長が光共振状態となり、光周波数コムを発生するファイバー光コム共振器と、
前記光共振器により発生される光信号を交流電気信号に光電変換する光検出器と、
前記光検出器から出力される交流電気信号の繰り返し周波数に基づいて、前記媒質中の光の屈折率を計測する計測制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる屈折率計測方法は、
所定の媒質中にクラッドレス・マルチモード光ファイバーを配置してなるマルチモード干渉光ファイバーセンサーを含む光伝送路を有するファイバー光コム共振器が、ファイバー光コム共振器を所定の分散量に制御することで、スペクトルにおいて櫛の歯状で等間隔に並置し位相同期した複数の波長が光共振状態となり光周波数コムを発生するステップと、
光検出器が、前記ファイバー光コム共振器により発生される光信号を交流電気信号に光電変換するステップと、
計測制御手段が、前記光検出器から出力される交流電気信号の繰り返し周波数に基づいて、前記媒質中の光の屈折率を計測制御するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る屈折率計測装置及び方法によれば、従来技術に比較して高分解能でかつ小型の装置で屈折率を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態にかかる屈折率計測装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１のマルチモード干渉ファイバーセンサー５の構成例を示す概略側面図である。
【図３Ａ】図１の屈折率計測装置の実験結果であって、マルチモード干渉ファイバーセンサー５の有無及び水（エタノール０％）によるスペクトル波形シフト特性を示すスペクトル図である。
【図３Ｂ】図１の屈折率計測装置の実験結果であって、エタノールの濃度によるスペクトル波形シフト特性を示すスペクトル図である。
【図４】図１の屈折率計測装置の実験結果であって、エタノールの濃度に対する波長シフト量を示すグラフである。
【図５】図１の屈折率計測装置におけるファイバー屈折率の波長特性を示すグラフである。
【図６】図１の屈折率計測装置の実験結果であって、サンプリング数Ｎ＝１００のときの各ゲート時間に対する繰り返し周波数の揺らぎ（標準偏差）を示すグラフである。
【図７】図１の屈折率計測装置の実験結果であって、繰り返し周波数の変化による屈折率の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態にかかる屈折率計測装置について説明する。
【００１４】
屈折率は光と物質の相互作用を表す物質固有の誘電率から導かれるため、屈折率を正確に評価することで、物質の状態を評価することにも繋がる。例えば、産業分野において、液体物質の品質評価（液体物質の同定、液体の濃度・混合比の測定）や光学材料部品（光
学ガラス、光ファイバーなど）の特性評価に、屈折率計測が利用されている。しかし、上述のように、従来の屈折率測定法の分解能は１０−４〜１０−５オーダ一に制限され、品質評価の精度を向上するためには、更なる高分解能化が求められている。
【００１５】
ここで、ファイバー光コム（例えば、非特許文献１参照）共振器独自の「外乱／ＲＦ変換機能」を利用すれば、様々な物理量をＲＦ信号（繰り返し周波数ｆｒｅｐ）に変換することが可能になる。周波数は極めて高精度計測が可能な物理量であるので、このアプローチにより各種物理計測の高精度化が期待できる。先行例では共振器ファイバーそのものを歪みセンサーとして用いていた（例えば、非特許文献２参照）。
【００１６】
これに対して、本実施形態ではファイバー屈折率センサーの１つであるマルチモード干渉（ＭＭＩ）ファイバーセンサー（例えば、特許文献２参照；以下、ＭＭＩファイバーセンサーという）をファイバー光コム共振器内に組み込み（屈折率センシング光コム）、屈折率変化を繰り返し周波数ｆｒｅｐで読み出すことにより、屈折率計測の高精度化を行うことを特徴とする。
【００１７】
図１は実施形態にかかる屈折率計測装置の構成例を示すブロック図である。図１において、本実施形態にかかる屈折率計測装置は、
（１）ファイバー光コム共振器を励起するための半導体レーザー光源１と、
（２）ＷＤＭカプラ２と、
（３）光増幅手段であるＥｒ添加光ファイバー３と、
（４）偏波コントローラ４と、
（５）ＭＭＩファイバーセンサー５と、
（６）アイソレータ６と、
（７）光ファイバーカプラ７と、
（８）アイソレータ８と、
（９）光検出器９と、
（１０）計測制御装置１０とを備え、
これらの光処理素子１〜９がシングルモード光ファイバー１１〜１９を介して接続される。具体的には以下の通りである。
【００１８】
半導体レーザー光源１は公知の通り、ファイバー光コム共振器内のＥｒ添加光ファイバー３を励起するためのレーザー光を発生し、当該レーザー光信号は、シングルモード光ファイバー１１を介してＷＤＭカプラ２に入力される。ＷＤＭカプラ２は入力される光信号のうち、所定の波長帯域の光信号をＥｒ添加光ファイバー３に入力される。Ｅｒ添加光ファイバー３の励起により発生したルミネッセンス光は、シングルモード光ファイバー１２、ＷＤＭカプラ２、シングルモード光ファイバー１６、アイソレータ６、シングルモード光ファイバー１７、光ファイバーカプラ７、シングルモード光ファイバー１５、ＭＭＩファイバーセンサー５、シングルモード光ファイバー１４、偏波コントローラ４およびシングルモード光ファイバー１３を介して、リング型のファイバー光コム共振器を一方向（時計方向）に周回を繰り返す。ここで、共振器の全分散量を適切な値にした上で、偏波コントローラ４で所定の偏光状態に変換すると、スペクトルにおいて櫛の歯状で等間隔に並置し位相同期した複数の波長が光共振状態（モード同期）となり、光周波数コムが共振器内を周回する。
【００１９】
当該光コム共振器により発生された光信号は光ファイバーカプラ７からシングルモード光ファイバー１８、アイソレータ９及びシングルモード光ファイバー１９を介して光検出器９に入力される。光検出器９は入力される光信号を例えばＲＦ帯の電気信号（数十ＭＨｚから数十ＧＨｚ）に光電変換して計測制御装置１０に出力する。計測制御装置１０は入力されるＲＦ信号をサンプリングしてスペクトル特性や周波数特性を計測可能なスペクトルアナライザ機能や周波数カウント機能を有する。ここで、計測制御装置１０は、ユーザが計測制御装置１０を操作（サンプリング周波数、測定周波数などの調整等）するための操作部１０ａと、スペクトル特性等の計測結果を表示する表示部１０ｂとを有する。
【００２０】
図２は図１のＭＭＩファイバーセンサー５の構成例を示す概略側面図である。図２において、筐体３０内に例えばエタノール又は水などの液体である媒質２１が充填され、当該媒質２１中に、シングルモード光ファイバー１４，１５間に接続されたクラッドレス・マルチモード光ファイバー２０を浸すように配置される。図２において、シングルモード光ファイバー１４はコア部１４ｃとその周囲のクラッド部１４ａと備えて構成され、シングルモード光ファイバー１５はコア部１５ｃとその周囲のクラッド部１５ａとを備えて構成される。また、２０ｃはマルチモード光ファイバー２０のコア部である。ここで、ＭＭＩファイバーセンサー５におけるグース・ヘンシェンシフト量は公知の通り、媒体２１の屈折率に依存し、図２の１００で示す染み出し長の変化が光学的共振器長ｎＬを変化すると、図１の光周波数コムで発生された光信号の繰り返し周波数ｆｒｅｐを変化させることができる。
【００２１】
すなわち、図１の屈折率計測装置の光共振器は、リング型モード同期Ｅｒファイバーレーザー共振器を構成し、当該光共振器にＭＭＩファイバーセンサー５を挿入した構成となっており、偏波コントローラ４による非線形偏波回転によりモード同期動作を得る。当該光共振器から得られるモード同期スペクトルは、ＭＭＩファイバーセンサー５の干渉波長を中心としたスペクトル形状を示す。ここで、ＭＭＩファイバーセンサー５の媒質２１の屈折率が変化すると、レーザースペクトルシフトが起こると考えられる。
【００２２】
本発明者らは、媒質２１として水とエタノール水溶液を用い、その濃度比を変化させることにより、屈折率変化に伴うレーザースペクトルの周波数シフト量などを測定した。
【００２３】
図３Ａは図１の屈折率計測装置の実験結果であって、ＭＭＩファイバーセンサー５の有無及び水（エタノール０％）によるスペクトル波形シフト特性を示すスペクトル図である。図３Ａから明らかなように、ＭＭＩファイバーセンサー５を挿入することで、スペクトルピークが短波長側にシフトしていることがわかる。
【００２４】
図３Ｂは図１の屈折率計測装置の実験結果であって、エタノールの濃度によるスペクトル波形シフト特性を示すスペクトル図である。図３Ｂから明らかなように、ＭＭＩファイバーセンサー５内のエタノール水溶液の濃度を高くすることで、スペクトルピークが長波長側にシフトしていることがわかる。
【００２５】
図４は図１の屈折率計測装置の実験結果であって、エタノールの濃度に対する波長シフト量を示すグラフである。図４から明らかなように、ＭＭＩファイバーセンサー５内のエタノール水溶液の濃度を０〜８０％の範囲で高くすることで、スペクトルピークが長波長側にシフトし、さらにエタノール水溶液の濃度を８０％以上に高くすることで、スペクトルピークが短波長側にシフトしていることがわかる。
【００２６】
図５は図１の屈折率計測装置におけるファイバー屈折率の波長特性（１．５５μｍ付近）を示すグラフである。シングルモード光ファイバーの屈折率は波長に依存しており、媒体２１の屈折率が高くなると、スペクトルピークは長波長側にシフトし、光ファイバーの屈折率が増大すると、繰り返し周波数ｆｒｅｐは減少する。従って、次式が得られる。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
図６は図１の屈折率計測装置の実験結果であって、サンプリング数Ｎ＝１００のときの各ゲート時間に対する繰り返し周波数の揺らぎ（標準偏差）を示すグラフである。図６から明らかなように、計測制御装置１０において計測するときのゲート時間が増加すると、繰り返し周波数ｆｒｅｐの標準偏差が減少し、０．１秒で最小となる（図６の１０１）。すなわち、最小の標準偏差は、ゲート時間０．１秒で０．０８３Ｈｚとなる。なお、０．１秒以上で標準偏差が増加したのは、光共振器に対する温度の外乱によるものと考えられる。この周波数揺らぎが、屈折率測定の分解能を制限する。
【００２９】
図７は図１の屈折率計測装置の実験結果であって、繰り返し周波数の変化による屈折率の測定結果を示すグラフである。図７から明らかなように、水に対する各サンプルの周波数変化（差分）を得た。周波数変化率は２．７８［Ｈｚ／ｅｔｈａｎｏ％］であり、単位周波数あたりの屈折率変化は１．０８×１０−４［ＲＩＵ／Ｈｚ］となる。このとき、屈折率の分解能は、８．９３×１０−６＠標準偏差＝０．０８３［Ｈｚ］となり、世界トップレベルと同程度の分解能を得た。
【００３０】
以上説明したように、屈折率変化により、レーザースペクトルがシフトしている様子が確認できる。このことから、光共振器内にＭＭＩファイバーセンサー５を挿入しても、屈折率センサーとして機能していることが分かる。この屈折率依存性レーザースペクトルシフトは、共振器ファイバーの波長分散を介して、繰返し周波数変化に繋がると考えられる。
【００３１】
以上の実施形態では、リング形状の光共振器を構成しているが、本発明はこれに限らず、リニア型、８の字型、９の字型等の光共振器を構成してもよい。また、上記ファイバー光コム共振器において、偏波コントローラ４の代わりに、モード同期素子として過飽和吸収体/カーボンナノチューブ/グラフェン/電気光学変調器を用いることも可能である。
【００３２】
ＭＭＩファイバーセンサー５の代わりに、テーパー型ＭＭＩファイバーセンサー（例えば、非特許文献３参照）、マッハツェンダー干渉計型ファイバーセンサー（例えば、非特許文献４参照）、ファイバーブラッググレーティング型ファイバーセンサー（例えば、非特許文献５〜７参照）、表面プラズモン・ポラリントン型ファイバーセンサー（例えば、非特許文献８参照）、方向性結合器型ファイバーセンサー（例えば、非特許文献９，１０参照）を用いてもよい。
【００３３】
本実施形態では、ファイバー光コム共振器を用いて、独自の「共振器外乱／ＲＦ周波数変換機能」を利用した、高精度屈折率計測装置を開示した。ファイバー光コム共振器のセンシング部であるＭＩＩファイバーセンサー５に対して屈折率変化を外乱として付与すると、光学的共振器長が伸縮し、光コム間隔というＲＦ周波数信号が変化する。周波数は、各種物理量の中でも最高精度の国家標準（セシウム原子時計、周波数不確かさ１０−１５）が整備され、離散量（デジタル量）として計測できるので、極めて高精度で高ダイナミックレンジな計測が可能になる。従って、屈折率変化をＲＦ周波数として読み出すことにより、屈折率計測の大幅な高性能化を可能にする。
【００３４】
本発明にかかる実施形態は、周波数安定性といった観点で極限的光源である光周波数コム光を用いた「共振器外乱／ＲＦ周波数変換機能」と、周波数標準に基づいた「高精度周波数計測」の良好な整合性による、デジタル的周波数計測に基づいている。この手法は、これまでのアナログ的光計測に基づいた屈折率計測とは全く異なっており、現状の屈折率計測における限界をブレークする可能性を有している。また、ＭＭＩファイバーセンサー５の特長を活かすことにより、耐環境性、危険物質の測定可能性、非電磁誘導性、取り扱いやすいといった実用性も付与できる。
【００３５】
屈折率計測は、産業分野やバイオ・医療分野において幅広く利用されており、更なる高精度化が実現できれば、より厳密な品質管理や高品質な医療応用が可能になる。例えば、産業界における飲料、調味料、油脂やバイオエタノールなどの各種液体製造工程に導入することにより、製造工程の安定化が期待できる。上述の屈折率計測装置を用いて、水／エタノール混合溶液を用いた原理確認実験において、良好な結果を得ている。
【００３６】
なお、屈折率を計測することで、例えば以下の物理量などを測定することができる。
（１）飲料の糖度、
（２）調味液の濃度、
（３）お茶の濃度、
（４）海水の塩分、
（５）エタノールの濃度、
（６）水溶性切削油の濃度、
（７）洗浄液の濃度、
（８）油脂の濃度、
（９）血液又は体液中の蛋白質（抗原）の検出。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上詳述したように、本発明に係る屈折率計測装置及び方法によれば、従来技術に比較して高分解能でかつ小型の装置で屈折率を計測できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体レーザー光源、
２  ＷＤＭカプラ、
３  Ｅｒ添加光ファイバー、
４  偏波コントローラ、
５  マルチモード干渉光ファイバーセンサー（ＭＭＩファイバーセンサー）、
６  アイソレータ、
７  光ファイバーカプラ、
８  アイソレータ、
９  光検出器、
１０  計測制御装置、
１０ａ  操作部、
１０ｂ  表示部、
１１〜１９  シングルモード光ファイバー、
１４ａ，１５ａ  シングルモード光ファイバーのクラッド部、
１４ｃ，１５ｃ  シングルモード光ファイバーのコア部、
２０  クラッドレス・マルチモード光ファイバー、
２０ｃ  クラッドレス・マルチモード光ファイバーのコア部、
２１  媒質、
３０  筐体。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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