(57)【要約】【課題】本発明の目的は、容易に自動化され、適時的でない整列により安価で製造する光ファイバーファブリ−ペロ干渉センサーを提供することである。【解決手段】  光ファイバーファブリ−ペロセンサーの製造方法は、基板に光ファイバーを固定する段階と、ファブリ−ペロセンサーにおいて少なくとも一対の自動整列で相反する離れた間隔の光ファイバーの末端面を確定するために光ファイバーが基板に固定された後に、光ファイバーに少なくとも一つのギャップを形成する段階とを有する。好ましくは、接着剤は、少なくとも一対の光ファイバー部分を基板に対して直接的に固定する。一対の光ファイバー末端部分が基板に直接固定されている単一ファイバーから形成されるために、相反する離れた間隔の光ファイバー末端面は自動整列される。さらに、各々の自動整列の離れた間隔の光ファイバー末端面は、ギャップを形成するために使用される電気的な放電により、実質的に丸くてよい。これは、ファイバー部分の末端面として形成されている完全なレンズとなる。【選択図】図２
2004157533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーファブリ−ペロセンサーの製造方法であって、該方法は、
基板に光ファイバーを固定する段階と、
前記ファブリ−ペロセンサーにおいて少なくとも一対の自動整列で相反する離れた間隔の光ファイバーの末端面を確定するために前記光ファイバーが前記基板に固定された後に、前記光ファイバーに少なくとも一つのギャップを形成する段階と
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基板は柔軟な基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも一つのギャップの形成は、電気的な放電を使用する前記少なくとも一つのギャップの形成を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも一つのギャップの形成は、分割による前記少なくとも一つのギャップの形成を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも一つのギャップの形成は、化学的なエッチングによる前記少なくとも一つのギャップの形成を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
変化しやすい特徴を有する基板と、
少なくとも一対の自動整列で相反する離れた間隔の光ファイバーの末端面間にギャップを確定する、末端と末端とで整列された少なくとも一対の光ファイバー部分とを有し、
前記少なくとも一つのギャップは、前記基板の前記特徴の変化に応じて変化し、
接着剤は、前記少なくとも一対の光ファイバー部分を前記基板に直接的に固定することを特徴とする光ファイバーファブリ−ペロ干渉計。
【請求項７】
前記基板は、前記少なくとも一対の光ファイバー部分が固定されているところで少なくとも一つの平らな表面を含むことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバーファブリ−ペロセンサー。
【請求項８】
前記自動整列で離れた間隔の光ファイバー末端面の各々は、実質的に平行であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバーファブリ−ペロセンサー。
【請求項９】
前記自動整列で離れた間隔の光ファイバー末端面の各々は、実質的に丸く、完全なレンズを含むことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバーファブリ−ペロセンサー。
【請求項１０】
前記基板は、柔軟な基板を含むことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバーファブリ−ペロセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光センサーに関し、より詳細には、光ファイバーファブリ−ペロ干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファブリ−ペロ干渉計（ＦＰＩ）は、光システムの様々な適用において幅広く使用されている（例えば、非特許文献１参照。）。ＦＰＩセンサーの基本的な構造及び操作は、当業者にとって周知であり、多数の物理及び光学のテキストに記載されている。かかる干渉計は、２つの一般的には反射し、ロスが少なく、部分的に伝達する鏡の間に形成される光の空洞を含む。
【０００３】
光ファイバーの使用は、光ファイバーファブリ−ペロ干渉計（ＦＦＰＩ）センサーとして周知である、極度に小型で経済的なセンサーの製造を可能にする。光ファイバー部分の末端は、空洞又はギャップをその間に備える、部分的に反射性の表面を形成する。空洞で光ファイバー末端間の距離を変化すること、又は空洞で光ファイバーを伸縮することは、干渉により組み合わされた光強度の強度を変化する。例えば、センサーは音響ノイズ、ストレス／負荷、温度、振動、ショックなどを感知するように設計できる。
【０００４】
ファイバーは非常に正確に整列されるべきであり、操作段階において整列を維持できる。これは、典型的には、活発な整列又は消極的な整列のいずれかを包含している、高価で適時的な工程である。かかる活発な整列は、第二のファイバーへつながれた光を最大限にする一方で、１つのファイバーに光を送り出すことを含んでいる。ファイバーは、３平面で複数の角度に整列されている。従来の消極的な整列において、ファイバーは小型のマイクロキャピラリに挿入されて、適所で接着された。それらの工程は自動化するには困難である。
【０００５】
したがって、安価で製造する光ファイバーファブリ−ペロ干渉センサーを提供する必要がある。干渉計の製造工程は、容易に自動化されるべきであり、ファイバーの適時的でない整列を包含している。
【非特許文献１】シー・ファブリ及びエー・ペロ（C.Fabry and A.Pero）著，「化学物理年鑑（Ann.Chem.Phys.）」，第１２版，１８９７年，p．４５９−５０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上に記載の問題に鑑みて、本発明の目的は、容易に自動化され、適時的でない整列により安価で製造する光ファイバーファブリ−ペロ干渉センサーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明と一致する特徴及び利点は、基板に光ファイバーを固定する段階と、ファブリ−ペロセンサーにおいて少なくとも一対の自動整列で相反する離れた間隔の光ファイバーの末端面を確定するために光ファイバーが基板に固定された後に、光ファイバーに少なくとも一つのギャップを形成する段階とを有する、光ファイバーファブリ−ペロセンサーの製造方法によって提供される。基板に固定される単一ファイバーでギャップを形成することは自動整列している光ファイバー部分の相反する末端面の結果となるために、整列は必要とされない。
【０００８】
好ましくは、基板は、例えば、感知された状態に対して反応しやすい特徴を有する。さらに、ギャップは、基板の特徴の変化に応じて変化する。ギャップの形成は、少なくとも一対の離れた間隔の光ファイバー末端面が実質的に平行であるようなギャップの形成を含んでよい。基板は所定の熱膨張係数の物質から成り、柔軟な物質を含んでよい。ギャップは、例えば、分割によって、又は化学的エッチングによって、電気的な放電で形成されてよい。ファイバーが電気的な放電で切断される場合、ギャップに隣接する残存のファイバー部分の末端面は、完全なレンズを形成するために溶解されてよい。
【０００９】
好ましくは、光ファイバーは単一モードの光ファイバーであり、光コアを含み、コアを取り囲む合わせ板を有してよい。さらに、好ましくは、光源及び光検出器は光ファイバーにつながっている。好ましくは、光ファイバーはまた、接着剤で基板に固定される。
【００１０】
本発明と一致する特徴及び利点はまた、変化しやすい特徴を有する基板と、少なくとも一対の自動整列で相反する離れた間隔の光ファイバーの末端面間にギャップを確定する、末端と末端とで整列された少なくとも一対の光ファイバー部分とを有する光ファイバーファブリ−ペロセンサーによって提供される。好ましくは、接着剤は基板に対して少なくとも一対の光ファイバー部分を固定する。好ましくは、一対の光ファイバー末端部分が基板に直接的に固定されている、単一ファイバーから形成されるために、相反する離れた間隔の光ファイバー末端面は自動整列される。さらに、自動整列で離れた間隔の光ファイバー末端面の各々は、ギャップを形成するために使用される電気的な放電により実質的に丸いかもしれない。これは、ファイバー部分の末端面として形成される完全なレンズとなる。
【００１１】
再度、ギャップは基板の特徴の変化に応じて変化し、基板は、少なくとも一対の光ファイバー部分が固定されているところの少なくとも一つの平らな表面を含むかもしれない。自動整列で離れた間隔の光ファイバー末端面の各々は実質的に平行であり、基板は柔軟な物質から形成されてよい。さらに、各々の光ファイバー部分は単一モードの光ファイバーを有するか、又は少なくとも一つのファイバー部分は複数のモードであってよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果は、容易に自動化され、適時的でない整列により安価で製造する光ファイバーファブリ−ペロ干渉センサーを提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、本発明の好ましい実施態様が示される、添付図を参照してより完全に記載する。しかしながら、本発明は多数の異なる形態で具体化されて、ここに記載の実施態様に限定されるように構成されるべきではない。むしろ、それらの実施態様は、かかる開示が十分で完全となり、当業者にとって十分に発明の範囲を示唆するように提供される。全体を通して、同じ要素に対しては同一番号を引用する。層及び領域の規模は、図を明白にするために誇張されるかもしれない。
【００１４】
図１及び２を参照するに、光ファイバーファブリ−ペロ干渉（ＦＦＰＩ）センサーシステム１０が記載されている。システム１０は、光ファイバーケーブル２６を介してＦＦＰＩセンサー１４につながれた制御及び信号プロセッサー１２を含む。センサー１４は、プロセッサー１２から数キロメートル離れたところに位置でき、電力を必要としない。プロセッサー１２は、レーザーダイオードなどの光源１６を含む。光源１６からの放射又は光はファイバー１８につながれて、カップラー２０によりファイバー２６に伝播する。センサー１４において、下記に記載のように、ある放射線は、カプラー２０によってファイバー２６に戻って反射され、光検出器２２に入る。好ましくは、ファイバー１８、２４及び２６は、当業者によって容易に認識される単一モードのファイバーである。
【００１５】
すでに記載したように、一般的な干渉計は、２つの一般的には反射し、ロスが少なく、部分的に伝達する鏡の間に形成される光の空洞を含む。レンズは、分岐する光ビームをコリメートするために一般的に使用される。光ファイバーを使用する理由で、光ファイバーファブリ−ペロ干渉計（ＦＦＰＩ）センサーは、極度に小型で経済的である。光ファイバー部分の末端は、空洞又はギャップをその間に備える、部分的に反射性の表面を形成する。空洞で光ファイバー末端間の距離を変化すること、又は空洞で光ファイバーを伸縮することは、光放射の強度を変化する。例えば、センサーは音響ノイズ、ストレス／負荷、温度、振動、ショックなどを感知するようの設計できる。
【００１６】
ファイバーは非常に正確に整列されるべきであり、操作段階において整列を維持できる。従来から、これは高価であり、ファイバーが３平面で複数の角度において整列することを含む、適時的な工程である。従来の消極的な整列において、ファイバーは小型のマイクロキャピラリに挿入されて、適所で接着される。それら両者の工程は自動化するには困難である。相対するファイバー部分が自動的に自動整列される結果となるために、本発明のセンサー１４は、どのような整列工程も必要としない。
【００１７】
センサー１４は、図２を参照してより詳細に記載されるだろう。センサー１４は、変りやすい特徴を有する構造又は基板３０を含む。例えば、基板３０は柔軟な基板であってよい。センサー１４はまた、末端と末端とで整列された、一対の光ファイバー部分３２、３４を含む。ギャップ４２は、一対の自動整列で相反する離れた間隔の光ファイバー末端面３８及び４０によって確定される。末端面は、ファブリ−ペロセンサー１４における部分的な反射性の表面を形成する。好ましくは、接着剤３６は、光ファイバー部分３２、３４を基板３０に対して直接的に固定する。各光ファイバー部分３２、３４は、合わせ板３５によって取り囲まれるコア３３を有する単一モードの光ファイバーを含んでよい。当然のこととして、センサー１４はまた、当業者によって認識される、３つ以上のファイバー部分によって確定される、複数のギャップを含んでよい。
【００１８】
下記にさらに記載されるように、一対の光ファイバーの末端部分３２、３４が基板３０に直接的に固定される、単一ファイバーから形成される理由で、相反する離れた間隔の光ファイバー末端面３８及び４０は自動整列される。代替となる実施態様において、図６に示されるように、自動整列で離れた間隔の光ファイバー末端面３８´及び４０´の各々は、さらに下記で記載されるようにギャップを形成するために使用される電気的な放電により、実質的に丸くなってよい。レンズは、センサー１４により処理するための分岐する光ビームをコリメートする。
【００１９】
記載のように、ギャップ４２は基板３０の特徴の変化に応じて変化する。基板３０は、少なくとも一つの平らな表面３７が、少なくとも一対の光ファイバー部分３２、３４が固定されているところに含むかもしれない。自動整列で離れた間隔の光ファイバーの末端面３８、４０の各々は実質的に平行であってよい。
【００２０】
レーザー光が光源１６及びカプラー２０を介してセンサー１４に導入される場合、光の部分は、干渉効果を生じる、各々の部分的な反射性の末端面３８、４０によって反射される。干渉は、建設的（位相内反射）又は非建設的（位相外反射）に生成される。位相内反射の場合、反射された出力は最大である。位相外反射の場合、反射された出力は最小である。移相は、光の波長に関してギャップ４２又は空洞の長さの変化の結果である。
【００２１】
光源１６からの入力ビームがファイバー部分３２からファイバー部分３４に通過する場合、反射性の末端面３８からファイバー部分３２に反射して戻ることは、参照ビームと呼ばれるかもしれない。同様に、末端面４０から反射して戻りギャップ４２を横切り、ファイバー部分３２に入ることは、信号ビームと呼ばれるかもしれない。組み合わされた信号ビームと参照ビームの強度（Ｉ）は、ギャップ４２における位相変調の関数である。したがって、ギャップ４２の長さＬにおけるナノメートルスケールの変化が検出できる。
【００２２】
図３乃至５を参照して、センサー１４の製造方法が記載されるだろう。第一に、光ファイバー３１は、例えば、接着層３６によって基板３０に固定される。光ファイバーは、必ずしもそうではないが、一般的には単一モードのファイバーで、合わせ板３５によって囲まれるコア３３を含む。好ましくは、ファイバー３１は、当業者によって認識されるように、接着剤で基板に固定される。図４及び５で分かるように、光ファイバーが基板３０に固定された後、ギャップ４２は光ファイバー３１で形成される。ギャップは、例えば、分割によって、又は化学的エッチングによって、電気的な放電４４で形成されてよい。
【００２３】
一対のファイバー部分３２、３４はファイバー３１から生成されて、一対の離れた間隔の光ファイバー末端面３８、４０は、その間のギャップ４２に関して互いに相反している。末端面３８、４０は、ファブリ−ペロセンサー１４のための部分的に反射性の表面を形成する。さらに、ファイバー部分３２、３４とそれぞれの末端面３８、４０は、基板３０に固定されている単一ファイバー３１に形成されているギャップ４２により、本質的に整列するか又は自動整列される。したがって、マイクロキャピラリチューブの活発な整列又はその使用は必要ではない。
【００２４】
好ましくは、基板３０は、例えば、当業者によって認識されうる、音響ノイズ、ストレス／負荷、温度、振動、圧力、流れ、ショックなどを感知した状態に応じて変りやすい特徴を有する。基板３０は所定の熱膨張係数の物質からなり、柔軟な物質を含んでよい。さらに、ギャップ４２の長さは、基板３０の特徴の変化に応じて変化する。ギャップ４２を形成することは、少なくとも一対の離れた間隔の光ファイバー末端面３８、４０が実質的に平行であるようにギャップを形成することを含んでよい。
【００２５】
ファイバー３１を電気的な放電４４で切断する場合、ギャップ４２に隣接する残存するファイバー部分３２、３４の末端面３８´、４０´は、図６で分かるように、不可欠のレンズを形成するように溶解されてよい。レンズは、センサー１４により処理するための分岐する光ビームをコリメートする。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明と一致する光ファイバーファブリ−ペロ干渉（ＦＦＰＩ）センサーの概略図である。
【図２】図１のＦＦＰＩセンサーシステムのセンサーの断面図である。
【図３】図２のセンサーの製造における様々な段階を例示する断面図である。
【図４】図２のセンサーの製造における様々な段階を例示する断面図である。
【図５】図２のセンサーの製造における様々な段階を例示する断面図である。
【図６】図２のセンサーの代替となる実施態様を例示する断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    光ファイバーファブリ−ペロ干渉（ＦＦＰＩ）センサーシステム
１２    プロセッサー
１４    センサー
１６    光源
１８    ファイバー
２０    カップラー
２２    光検出器
２４    ファイバー
２６    ファイバー
３０    基板
３１    ファイバー
３２    光ファイバー部分
３３    コア
３４    光ファイバー部分
３５    合わせ板
３６    接着剤
３７    平らな表面
３８    光ファイバー末端面
３８´  光ファイバー末端面
４０    光ファイバー末端面
４０´  光ファイバー末端面
４２    ギャップ
４４    電気的な放電
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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