(57)【要約】【課題】部品点数が少なく、製造も比較的容易な光パワーモニタおよびおよびこれを使用した分析装置を得ること。【解決手段】光パワーモニタ２０１は、入力側の光ファイバ２０４と出力側の光ファイバ２０５のコアをずらして融着しており、台座２０３上にこれら全体が湾曲状態となるように固定されている。融着位置２０６から出力側にわずかに離れた位置には接着剤からなるレンズ２０７が配置されており、その集光位置に受光素子２０８が配置されている。受光素子２０８は融着位置２０６からの漏れ光を検出する。レンズ２０７は省略可能である。また、光パワーモニタにより検出した光を用いて分析装置を作成することもできる。【選択図】図１
2005148180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、
この軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子
とを具備することを特徴とする光パワーモニタ。
【請求項２】
光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、
所定の曲線形状を有し、前記軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、前記融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、
前記軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子
とを具備することを特徴とする光パワーモニタ。
【請求項３】
前記融着ファイバの融着位置と前記受光素子の間に集光用のレンズが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光パワーモニタ。
【請求項４】
前記受光素子と前記レンズの間に波長選択用のフィルタが配置されていることを特徴とする請求項３記載の光パワーモニタ。
【請求項５】
前記レンズは接着剤を前記軸ずれ融着ファイバの表面に所定量垂らしたことによって形成されたものであることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光パワーモニタ。
【請求項６】
前記受光素子は前記軸ずれ融着ファイバの前記融着ファイバの融着位置の近傍にファイバ表面に受光面を向けて配置され、その受光面とファイバ表面との間に前記軸ずれ融着ファイバのクラッドよりも屈折率の高い物質が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光パワーモニタ。
【請求項７】
前記融着ファイバの融着位置の近傍で前記受光素子側にはこの受光素子と１つの端面を対向させるようにガラス板が配置されており、このガラス板の他の１つの端面は前記軸ずれ融着ファイバのクラッドと対向しており、これらガラス板と軸ずれ融着ファイバの間にはクラッドよりも屈折率の高い物質が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光パワーモニタ。
【請求項８】
前記軸ずれ融着ファイバは双方向に光が伝搬されるようになっており、前記融着ファイバの融着位置を中心としてそれぞれ対称位置に前記受光素子および前記集光用のレンズが配置されていることを特徴とする請求項３記載の光パワーモニタ。
【請求項９】
２本の光ファイバの端部のコア同士をずらした状態で放電加熱によってこれら２本の光ファイバの前記端部を溶融させ融着する第１のステップと、
この第１のステップで融着した光ファイバの融着部分の周囲を曲げて固定する第２のステップと、
この第２のステップで曲げた光ファイバの前記融着部分近傍で融着部分から漏れ光としてファイバの外に出射した光が進行する所定の部位に接着剤を固化させてレンズとする第３のステップと、
前記レンズの集光位置にモニタ用の受光素子を配置する第４のステップ
とを具備することを特徴とする光パワーモニタの製造方法。
【請求項１０】
光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、
所定の曲線形状を有し、前記軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、前記融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、
前記融着ファイバの融着位置近傍の表面部分に配置された試料配置領域と、
前記融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射し試料配置領域を透過した光を入射するレンズと、
このレンズの集光位置に配置されたモニタ用の受光素子と、
この受光素子の受光出力を用いて試料の分析を行う分析手段
とを具備することを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバを伝送する光のパワーをモニタするための光パワーモニタ、その製造方法およびこれを使用したおよび分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット等の通信網の発展に伴って、光ファイバを使用した比較的大容量のデータ通信が活発に行われるようになっている。光ファイバを使用した通信網では、光ファイバ中を伝送する光が伝送距離とともに減衰していく。そこで中継装置等ではそのパワーを検出して信号レベルの調整を行う必要がある。
【０００３】
従来から、幾つかの種類の光パワーモニタが提案されている。このうちの第１の提案は、コリメータレンズとフィルタを使用したものである（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
図１５は、この第１の提案による光パワーモニタの構成の概要を表わしたものである。光パワーをモニタするための光を入射する第１の光ファイバ１０１の端部には、第１のコリメータレンズ１０２が配置されており、ここから平行光１０３が出射されるようになっている。この平行光１０３は、入射光の一部を透過して残りを反射する薄膜の光学フィルタ１０４に入射し、その大部分がフィルタ表面で反射される。反射光１０５は第２のコリメータレンズ１０６に入射して第２の光ファイバ１０７と光学的に結合する。光学フィルタ１０４を透過した光１０８はフォトダイオード等の受光素子１０９に入射して光パワーがモニタされる。
【０００５】
図１６は、第２の提案として、光ファイバのコアの一部を剥き出しにして、ここから漏れる光をモニタ光として受光する光パワーモニタの概要を表わしたものである。この第２の提案では、光ファイバ１１１の周辺部に存在するクラッド１１２と中心部に存在するコア１１３のわずかな表面部分を局部的に剥ぎ取って、この剥ぎ取った部分から漏れ出る消衰波（evanescent波）１１４を受光素子１１５に直接導くようにしている。
【０００６】
図１７は、導波路にフィルタを挿入して光信号をモニタする第３の提案（たとえば特許文献２参照。）を示したものである。この第３の提案では、入力側の光ファイバ１２１と出力側の光ファイバ１２２とを両端に接続したシリコン基板１２３に１本の導波路１２４を形成し、これを途中で切断するような形で溝を切っている。この溝に、薄膜フィルタ等の光学フィルタ１２５を挿入している。光学フィルタ１２５は、入射光を一部反射し残りを透過する特性を有している。この光学フィルタ１２５によって光が反射する方向にも導波路１２６が形成されており、反射光がシリコン基板１２３の側部に配置された受光素子１２７で受光されるようになっている。このように導波路１２４、１２６を使用する他に、固定した光ファイバあるいはファイバアレイの途中を直接切断して薄膜フィルタ等の光学フィルタを挿入する手法も存在する。
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２４８２７５号公報（第００１２段落、図１）
【特許文献２】特開２００３−２５５１６７号公報（第００３６段落、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このうち図１５に示した第１の提案による光パワーモニタの場合には、受光素子１０９以外に、２つのコリメータレンズ１０２、１０６と光学フィルタ１０４を必要とする。したがって、装置の部品点数が多くなる。また、第１および第２のコリメータレンズ１０２、１０６の光学フィルタ１０４に対する入射角および反射角を高精度に設定し、また、これらの部品の位置関係を正確に保持しておく必要がある。このため、光パワーモニタとしての装置のサイズを小型化することが困難であるという問題があると共に、サブミクロンオーダのアライメントが必要となり、製造コストを下げるのが困難である。更にこの第１の提案では、第１の光ファイバ１０１から一度、光が外部にすべて取り出され、その一部が光学フィルタ１０４を通過し、残りが再び第２のコリメータレンズ１０６を介して第２の光ファイバ１０７に戻される構成となっている。このため、主信号が光学フィルタ１０４を通過してしまい、第２の光ファイバ１０７に戻されないという不確定さを皆無にすることができない。すなわち、主信号が確実に目的の場所まで伝送されるという信号伝達の信頼性に懸念が生じる。更に、光学フィルタ１０４を通過する光と反射する光の分岐比ごとに光学フィルタ１０４を用意しなければならないという問題もある。
【０００９】
これに対して図１６に示した第２の提案では、第１の提案と比べるとコリメータレンズ１０２、１０６が不要である。また、光ファイバ１１１の一部分を剥ぎ取った部分に近接して受光素子１１５を配置することで、集光用のレンズを省略することができる。このため、図１５に示した第１の提案と較べると、部品点数を大幅に削減することができる。しかしながら、光パワーモニタとしての均一の特性の製品を得ようとすると、クラッド１１２とコア１１３の一部を剥ぎ取る加工に精度と手間を必要とする。すなわち、実際に光ファイバ１１１に受光素子１１５を取り付けた状態で光の受光状態をチェックしながら、サブミクロンオーダでファイバ自体を少しずつ削り取る作業を繰り返すことによって所望の漏れ光を検出できるよう調整する必要がある。研磨が少ない場合には光がほとんど漏れ出さず、コアを少しでも余計に研磨すると、ほとんどの光が漏れ出してしまう。このため、調整の難しさから製品の歩留まりが悪く、かつ作業に時間を要するので、光パワーモニタ自体の製造コストを低減することができない。また、光ファイバ１１１の一部を切除するので、この部分で機械的な強度を保ちにくく、衝撃に強い製品を製造しにくいという問題がある。更に剥ぎ取った部分から漏れ出す光は拡散するので、これを受光する受光素子１１５として大きな受光径のものが必要となり、これに従って暗電流が大きくなる。したがって、モニタ出力としての十分なダイナミックレンジ（Dynamic Range）をとることができない。
【００１０】
図１７に示した最後の第３の提案では、ファイバアレイ同士の接続損が大きくなり、低分岐比で低損失のパワーモニタを実現することができない。また、光ファイバを直接切断して光学フィルタを挿入する手法を採用する場合、同時に加工する光ファイバの本数が少なく多チャネルに対応していない場合には、１本の光ファイバ当たりの製造単価が高くなるという問題がある。この一方で、チャネルが増加してファイバアレイを構成する光ファイバの本数が増えれば増えるほど、ミスアライメントによる挿入損失のばらつきが増加してしまう。また、この第３の提案でも、光の分岐比ごとに光学フィルタを用意する必要がある。
【００１１】
以上の提案の他に、光ファイバを曲げ、この部分から漏れ出す光信号を集光する第４の提案も行われている。しかしながら、光ファイバはコアから漏れ出す光の割合が本来的に少なくなるようにコアおよびクラッドの設計を行っている。このため、光ファイバを曲げ、その部分に集光用のレンズを配置して漏れ光を集光してもモニタに必要な光量を確保することは難しい。
【００１２】
そこで本発明の目的は、部品点数が少なく、製造も比較的容易な光パワーモニタ、その製造方法およびこれを使用した分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明では、（イ）光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、（ロ）この軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子とを光パワーモニタに具備させる。
【００１４】
すなわち請求項１記載の発明では、光ファイバのコア同士を軸ずれ状態で融着し、この融着部分からクラッドを介して光ファイバの外に漏れ出す光を受光素子で受光して光ファイバのコアを伝搬する光パワーをモニタすることにしている。光ファイバ同士を接続する際にコア同士の軸ずれを防止するのが通常であるが、軸ずれを生じさせるというこれと反する手法を採用し、これによって生じた漏れ光を受光素子で受光するという逆転の発想で、光パワーのモニタを実現している。
【００１５】
請求項２記載の発明では、（イ）光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、（ロ）所定の曲線形状を有し、軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、（ハ）軸ずれ融着ファイバの融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射する光を受光するモニタ用の受光素子とを光パワーモニタに具備させる。
【００１６】
すなわち請求項２記載の発明では、光ファイバのコア同士を軸ずれ状態で融着し、この融着部分からクラッドを介して光ファイバの外に漏れ出す光を受光素子で受光して光ファイバのコアを伝搬する光パワーをモニタすることにしている。請求項２記載の発明では融着部分とその周辺を曲げた状態で保持することによって漏れ光を増大させると共にその採取を容易にしている。
【００１７】
請求項３記載の発明では、融着ファイバの融着位置と受光素子の間に集光用のレンズを配置することで、受光素子の口径が小さいような場合でも漏れ光を効率的に受光させるようにしている。
【００１８】
請求項４記載の発明では、受光素子とレンズの間に波長選択用のフィルタを配置することで、選択された波長範囲における光パワーのモニタを可能にしている。
【００１９】
請求項５記載の発明では、集光用のレンズを、接着剤を軸ずれ融着ファイバの表面に所定量垂らすことで形成するようにしている。集光用のレンズは通常のガラスを加工したものであってもよいが、微小なサイズのレンズであれば、接着剤によって簡易に且つ安価に製作することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明では、レンズを使用せずに受光素子の受光面をファイバ表面に対向配置させてもよいことを示している。この際に受光面とファイバ表面の間に、軸ずれ融着ファイバのクラッドよりも屈折率の高い物質を充填することで、漏れ光を受光面に効率的に集めることができる。
【００２１】
請求項７記載の発明では、軸ずれ融着ファイバにガラス板を対向配置させ、ファイバ表面とガラス板の間に軸ずれ融着ファイバのクラッドよりも屈折率の高い物質を充填しておくことで、ガラス板を介して受光素子に効率的に漏れ光を採取できるようにしている。ガラス板と受光素子の間に必要に応じてレンズを配置することは自由である。
【００２２】
請求項８記載の発明では、光ファイバが双方向に光を伝搬できるので、双方向に伝搬する光をそれぞれモニタするときには、融着位置を中心としてそれぞれ対称位置に受光素子および集光用のレンズを配置できることを示している。
【００２３】
請求項９記載の発明では、（イ）２本の光ファイバの端部のコア同士をずらした状態で放電加熱によってこれら２本の光ファイバの端部を溶融させ融着する第１のステップと、（ロ）この第１のステップで融着した光ファイバの融着部分の周囲を曲げて固定する第２のステップと、（ハ）この第２のステップで曲げた光ファイバの融着部分近傍で融着部分から漏れ光としてファイバの外に出射した光が進行する所定の部位に接着剤を固化させてレンズとする第３のステップと、（ニ）レンズの集光位置にモニタ用の受光素子を配置する第４のステップとを光パワーモニタの製造方法に具備させる。
【００２４】
すなわち請求項９記載の発明では、第１のステップで２本の光ファイバの端部のコア同士をずらした状態で放電加熱によってこれら２本の光ファイバの端部を溶融させ融着し、第２のステップでは融着部分の周囲を曲げて固定することで漏れ光が放出されやすくしている。そして、第３のステップで漏れ光が進行する位置に接着剤でレンズを作り、第４のステップではレンズの集光位置に受光素子を配置する。このように簡易な工程で、光ファイバを伝搬する光パワーのモニタを製造することができる。
【００２５】
請求項１０記載の発明では、（イ）光の伝播するコア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバと、（ロ）所定の曲線形状を有し、軸ずれ融着ファイバをこの曲線形状に沿って配置することで、融着ファイバの融着位置とその周辺を曲げた状態で保持する融着部保持部材と、（ハ）融着ファイバの融着位置近傍の表面部分に配置された試料配置領域と、（ニ）融着位置から漏れ光としてファイバの外に出射し試料配置領域を透過した光を入射するレンズと、（ホ）このレンズの集光位置に配置されたモニタ用の受光素子と、（へ）この受光素子の受光出力を用いて試料の分析を行う分析手段とを分析装置に具備させる。
【００２６】
すなわち請求項１０記載の発明では、光パワーのモニタの出力を分析手段で分析することで、試料配置領域に配置された試料を分析することができる。これにより、安価で小型の分析装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように本発明によれば、光ファイバの接続箇所でコアをずらして融着するという簡単な手法で融着部分から漏れ光を放出させ、光学レンズを用いて光パワーをモニタすることにしたので、非常に安価かつ小型の光パワーモニタを製造することができ、これを使用した分析装置も小型化とコストダウンを図ることができる。また、融着部分とその周囲を曲げた状態に置くことで漏れ光の受光量を増加させ、Ｓ／Ｎ比を良好にすることができる。更に、軸ずれ量を調整するだけで漏れ光の量を調整することができるので、任意の分岐比をとるための特別の部品を必要としない。更に集光用のレンズを接着剤で作成するようにすれば、安価となるばかりでなく製造工程も簡易化しレンズの発注や在庫管理も不要となる。更に本発明では主信号だけが分岐してモニタ光となることがない。したがって、モニタ光の検出を高い信頼性で行うことができる。また、光パワーモニタ自体が非常に小型化できるので、受光素子も小型のものを使用することができ、受光の許容度が大きくなり、光パワーモニタの製造の際の歩留まりも向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は本発明の第１の実施例における光パワーモニタの断面構造を表わしたものである。この光パワーモニタ２０１は、直方体状あるいは円筒状のケース２０２の底部に、中央が凸型に上方に所定の曲げ半径で隆起したプラスチック製の台座２０３を嵌め込んでいる。また、図の左右の側壁部２０２Ａ、２０２Ｂには、ＵＶ（ultra violet）被覆のシングルモード光ファイバ（Single-Mode Fiber：以下、単に光ファイバと称する。）２０４、２０５が、それらの融着位置２０６をケース２０２内部中央に配置させるように挿通されている。光ファイバ２０４、２０５の融着位置２０６およびその近傍はＵＶ被覆を取り除いたベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａとなっており、台座２０３の曲げ半径に沿って湾曲した状態で固定されている。融着位置２０６のすぐそばのベア光ファイバ２０５Ａには、透明な接着剤を所定量滴下して得られたレンズ２０７が付着している。また、このレンズ２０７と側壁部２０２Ｂの間にはフォトダイオードからなる受光素子２０８が固定されている。融着位置２０６から漏れ出した光は、レンズ２０７によって集光され、受光素子２０８に入射して光電変換されることになる。側壁部２０２Ｂからは受光素子２０８のリード線２１１、２１２が引き出されている。これらのリード線２１１、２１２からは、光ファイバ２０４、２０５を伝播する光パワーのモニタ結果が出力される。
【００３０】
本実施例では、ケースの側壁部２０２Ａ、２０２Ｂから光ファイバ２０４、２０５の融着位置２０６までの距離がそれぞれ５ｍｍ（ミリメートル）ほどである。レンズ２０７は直径が１ｍｍか、これよりもわずかに小さな球であり、本実施例では接着剤をベア光ファイバ２０５Ａに直接垂らすことで形成している。受光素子２０８は受光面積が直径０．３ｍｍの素子である。台座２０３における融着位置２０６の周囲の曲げ半径は、３０ｍｍ〜１５ｍｍとした。
【００３１】
図２は、融着位置の周辺を拡大して示したものである。２本のベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａは、融着位置２０６において、これらのコア２０４Ｃ、２０５Ｃの軸をずらした状態で、気中放電の発生熱によって光ファイバ面同士を溶かして接続する。ベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａの軸をギャップΔＧだけずらした状態で融着を行うと、コア２０４Ｃ、２０５Ｃの端面同士は引き合うように溶けて変形し、この部分が傾斜連結部分２２１となる。本実施例と異なり、ギャップΔＧを意図的に発生させないでコア２０４Ｃ、２０５Ｃの融着を行った場合には、これらのコア２０４Ｃ、２０５Ｃ同士がサブミクロンオーダでアライメントされ、接続損は発生しない。
【００３２】
ところが、本実施例のように両コア２０４Ｃ、２０５Ｃの中心軸を２．５μｍ（ミクロン）程度ずらしてそのギャップΔＧにより傾斜連結部分２２１を形成させると、この部分で光の進路が急激に変わるので、接続損失が発生し、ギャップΔＧに応じた漏れ光２２２が発生する。漏れ光２２２の量は、一般的にはギャップΔＧの二乗に比例する。ギャップΔＧは、２本のベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａをそれぞれ図示しないＶ溝等の固定手段で固定してこれらの端面を対向配置する際に、これらのＶ溝のずれ量を調整することで、簡単に調整することができる。漏れ光２２２はクラッド２０５Ｄ中に広がり、ベア光ファイバ２０５Ａの外に放出される。
【００３３】
なお、この図ではコア２０４Ｃからコア２０５Ｃに光が伝搬しているときを示している。これとは逆にコア２０５Ｃからコア２０４Ｃ方向に光が伝搬した場合にもベア光ファイバ２０４Ａの上部に受光素子を配置しておけば、コア２０４Ｃからコア２０５Ｃに光が伝搬する図１の受光素子２０８の配置構成と同一の効率で、モニタ光を検出することができる。ただし、コア２０４Ｃからコア２０５Ｃに光が伝搬しているときの図１に示した受光素子２０８の配置構成の場合の方が受光感度の偏波依存性が良好となる。
【００３４】
図３は、ベア光ファイバから漏れ出す光とレンズの関係を示したものである。２本のベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａは、台座２０３の曲線に沿って湾曲した状態となっている。このため、ベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａの傾斜連結部分２２１から出た漏れ光２２２は、その傍のベア光ファイバ２０５Ａに滴下されて球形に固化した透明なレンズ２０７に入射する。これにより、拡散しようとしていた漏れ光２２２は収束光として図１に示した受光素子２０８に入射することになる。なお、図１に示した受光素子２０８はその前面に集光用のレンズ２０７を配置した構成となっているが、レンズ２０７を省略し、単にフォトダイオードのみを配置した受光素子であってもよい。
【００３５】
図４は、本実施例の光パワーモニタの製造方法の概要を表わしたものである。まず、所定長の２本の光ファイバ２０４、２０５を用意し、それぞれの一端を、図示しない光ファイバ融着接続機に接続して、これらの端部を放電融着によって接続する（ステップＳ３０１）。光ファイバ融着接続機は各種のものが市販されているが、本実施例の光パワーモニタを製造するためには、すでに説明したように光ファイバ２０４、２０５のそれぞれの位置を固定する図示しないＶ溝の位置を、漏れ光の量に応じて微妙にずらしたものを使用する。
【００３６】
このようにして２本の光ファイバ２０４、２０５を融着したら、図１に示したケース２０２にこれをセットする。ケース２０２の底部には台座２０３が嵌め込まれている。したがって、融着位置２０６がその突部中央に位置するように配置し、ベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａを台座２０３の表面に沿って固定する（ステップＳ３０２）。次に、ケース２０２の上側から、固化すると透明な状態を保持する所定の接着剤をあらかじめ定めた量だけ、融着位置２０６から１．５〜２．５ｍｍだけ離れたベア光ファイバ２０５Ａ上の所定位置に垂らす。これにより、ベア光ファイバ２０５Ａ上にレンズ２０７が作成される（ステップＳ３０３）。
【００３７】
次に、２本の光ファイバ２０４、２０５にテスト用の光を伝搬させた状態でモニタ出力を確認しながら、ケース２０２の側壁部２０２Ｂおよび台座２０３上に受光素子２０８を位置決めして固定する（ステップＳ３０４）。もちろん、受光の方向が特に問題とならない場合には、受光素子２０８について光学的な調整を行うことなく、所定位置に取り付けてもよい。この場合には、受光素子２０８の取り付けをステップＳ３０３よりも時間的に前に行ってもよい。
【００３８】
以上の作業が終了したら、図１に示したケース２０２の蓋部２０２Ｃを取り付けて密封する（ステップＳ３０５）。最後に２本の光ファイバ２０４、２０５の図示しない入力側あるいは出力側の端部にコネクタ（図示せず）を接続して（ステップＳ３０６）、光パワーモニタ２０１の製造を終了させる。コネクタの接続も、これよりも前の作業工程で行うことが可能である。このようにして製造した光パワーモニタ２０１は、モニタすべき箇所の図示しない光ファイバにコネクタで接続することで、モニタを行うことになる。
【００３９】
以上説明した本実施例の光パワーモニタ２０１では、２本の光ファイバ２０４、２０５を融着し、図２に示したギャップΔＧが２．５μｍで、挿入損失が０．９ｄＢ（デシベル）のときに、受光素子２０８の受光感度として１００μＡ／ｍＷを得た。これにより、光ファイバ２０４、２０５を伝搬する光パワーを十分なレベルでモニタすることができる。なお、接着剤により作成したレンズ２０７をガラス等の光学レンズに置き換えても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
＜第１の実施例の第１の変形例＞
【００４１】
図５は、第１の実施例の光パワーモニタの第１の変形例についてその要部を示したものである。第１の変形例の光パワーモニタ２０１Ａでは、一方のコア２０４Ｃ側から他方のコア２０５Ｃ方向へ伝達する光２２３が傾斜連結部分２２１で漏れ光２２２として出力するとき、受光素子２０８がこれを直接受光するように配置されている。このように漏れ光２２２の方向にうまく受光素子２０８を配置できれば、先の実施例のレンズ２０７の配置を省略することができる。
【００４２】
具体例を挙げる。２本の光ファイバ２０４、２０５を融着し、図２に示したギャップΔＧが２．５μｍで、挿入損失が０．８ｄＢのものを得た。フォトダイオードのチップからなる受光素子２０８を、ベア光ファイバ２０５Ａの上側に、その受光面が軸方向とほぼ垂直となるように固定した。この例では、受光素子２０８が融着位置２０６から２〜３ｍｍ離れた場所で最大の受光レベルとして５μＡ／ｍＷの受光感度を得ることができた。先の実施例よりは受光レベルが低いが、光ファイバ２０４、２０５中の光パワーをモニタすることが可能である。
【００４３】
＜第１の実施例の第２の変形例＞
【００４４】
図６は、第１の実施例の光パワーモニタの第２の変形例についてその要部を示したものである。図６で図５と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。第２の変形例の光パワーモニタ２０１Ｂでは、傾斜連結部分２２１からクラッド２０５Ｄに漏れ出す漏れ光２２２が拡散して、クラッド２０５Ｄの外表面の広い範囲からベア光ファイバ２０５Ａの外部に放出される場合のあることを想定している。傾斜連結部分２２１から所定距離だけ離れたベア光ファイバ２０５Ａの表面で漏れ光２２２の出力するほぼ全域には、クラッド２０５Ｄよりも屈折率が大きい透明な接着剤２３１を用いて、更に接着剤２３１と等しいかこれよりも屈折率の高い直方体状のガラス基板２３２の底部２３２Ａが接着されている。これにより、クラッド２０５Ｄの図で上部から漏れ出した漏れ光２２２は、屈折率のより高い接着剤２３１およびガラス基板２３２内部に導かれる。
【００４５】
一例としては、第１の変形例と同様に２本の光ファイバ２０４、２０５の軸ずれ量としてのギャップΔＧが２．５μｍで、挿入損失が０．８ｄＢの光ファイバを作成し、接着剤２３１として屈折率１．５２のＵＶ硬化型接着剤を使用して、幅および高さが０．５ｍｍで長さが１ｍｍで屈折率が１．５７のガラス基板２３２に光を導いた。このガラス基板２３２から出射される光を、受光面の直径が０．３ｍｍのフォトダイオードからなる受光素子２０８で受光したところ、１０μＡ／ｍＷの受光感度を得ることができた。受光感度は大きい方ではないが、光パワーモニタとして光ファイバ中を伝搬する光パワーのモニタが可能である。
【００４６】
なお、この変形例ではガラス基板２３２を直方体の形状としたが、受光素子と対向する側の面を凸レンズ状に湾曲させて集光効果を持たせてもよい。このように端面を凸状にすることで、平面状の場合と比べて、たとえば３０μＡ／ｍＷと数倍程度の受光感度の向上を図ることができる。また、受光素子の口径の小型化も可能になる。
【００４７】
＜第１の実施例の第３の変形例＞
【００４８】
図７は、第１の実施例の光パワーモニタの第３の変形例についてその要部を示したものである。図７で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第３の変形例の光パワーモニタ２０１Ｃでは、図１に示したプラスチック製の台座２０３の上にその湾曲に沿って配置されたベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａのうちの光が上側から放出されるベア光ファイバ２０５Ａの上に受光面を下にして受光素子２０８が接着剤２３１を用いて接着されている。接着剤２３１は図示しないクラッドよりも屈折率が大きいＵＶ硬化型接着剤であり、受光素子２０８は図示しないクラッドから接着剤２３１中に放出された光を効率的に受光するために、その受光面がわずかに傾斜した状態で固定されている。
【００４９】
具体例を挙げる。２本の光ファイバ２０４、２０５を融着し、図２に示したギャップΔＧが２．５μｍで、挿入損失が０．８ｄＢのものを得た。直径０．３ｍｍのフォトダイオードのチップからなる受光素子２０８が融着位置２０６から２〜３ｍｍ離れた場所で最大の受光レベルとして８０μＡ／ｍＷの受光感度を得ることができた。先の実施例と同様に、光ファイバ２０４、２０５中の光パワーを十分なレベルでモニタすることができる。
【００５０】
＜第１の実施例の第４の変形例＞
【００５１】
図８は、本実施例の光パワーモニタの第４の変形例についてその要部を示したものである。図８で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第４の変形例の光パワーモニタ２０１Ｄでは、図１に示した光パワーモニタ２０１が融着位置２０６の図で右側にレンズ２０７およびこれに対応した受光素子２０８を配置したものであるのに対して、左側にも同様にレンズ２４７とこれに対応した受光素子２４８を配置した構成となっている。これは、光ファイバ２０４、２０５中を双方向に伝搬される光をモニタできるように２組の受光素子２０８、２４８を設けるようにしたためである。光ファイバ２０４から光ファイバ２０５の方向に伝搬される光は、受光素子２０８によって受光される。
【００５２】
＜第１の実施例の第５の変形例＞
【００５３】
図９は、第１の実施例の光パワーモニタの第５の変形例についてその概要を表わしたものである。図９で図１および図８と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第５の変形例の光パワーモニタ２０１Ｅでは、図１に示した先の実施例の凸型の台座２０３の代わりに、２つの側部ガイド２５１、２５２が使用されており、ＵＶ被覆を取り除いたベア光ファイバ２０４Ａ、２０５Ａは、これらの側面に沿ってＳ字型に整形されている。２つの側部ガイド２５１、２５２が光を透過しない材料であれば、それぞれ他方向に伝搬する光がモニタ光として混入するのを防止する役割も果たすことができる。
【００５４】
この第５の変形例の光パワーモニタ２０１Ｅによれば、融着位置２０６で光の進行方向に対する漏れ光の受光感度の偏波依存性等との関係で図８のように２組の受光素子２０８、２４８を同一の側（図８では光ファイバ２０４、２０５の上側）に共に配置しない方が好適とされるような場合に、これらを融着位置２０６に対して線対称の位置に配置することができるという利点がある。
【００５５】
＜第１の実施例の第６の変形例＞
【００５６】
図１０は、第１の実施例の光パワーモニタの第６の変形例についてその概要を表わしたものである。図１０で図１および図８と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この第６の変形例の光パワーモニタ２０１Ｆでは、レンズ２０７と受光素子２０８の間に波長を選択するためのフィルタ２６１を配置している。このため、図示しない光源から出力される光の中の特定の波長成分についての漏れ光を受光素子２０８で検出させることができる。
【実施例２】
【００５７】
図１１は本発明の第２の実施例における気体分析装置の構成の概要を表わしたものである。この第２の実施例の気体分析装置４００は、光源４０１と、この光源４０１の出力する光を光ファイバ４０２によって入力する光パワーモニタ４０３と、光パワーモニタ４０３のモニタ出力４０４および光パワーモニタ４０３から送り出された光を光ファイバ２０５によって入力する検出結果表示部４０６によって構成されている。光源４０１と検出結果表示部４０６の間には、光源４０１のオン・オフを行ったり、出力される波長を指示する制御信号線４０７が接続されている。
【００５８】
図１２は、光パワーモニタの構成の概要を表わしたものである。光パワーモニタ４０３は、その構造が図１に示した第１の実施例の光パワーモニタ２０１と基本的に同一である。そこで、図１２で図１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
【００５９】
ところで図１ではケース２０２を上下方向に切断した状態を表わしているが、図１２ではケース４１１を水平方向に切断した状態を表わしている。第２の実施例の光パワーモニタ４０３と第１の実施例の光パワーモニタ２０１の唯一の相違点は、光パワーモニタ４０３のケース４１１にのみ試料となる気体を内部に送り込む第１の管４１２と、送り込まれた試料を外部に排出する第２の管４１３が設けられている点だけである。第１の管４１２から測定の対象となる試料を送り込んで、図１１に示した光源４０１から出力される光の波長を変える等によって、受光素子２０８に到達する光の減衰の度合いを判別して、試料中に含まれる各種成分の分析を行ったり、濃度の測定を行う。用途としては、ガス漏れを検出する箇所における都市ガスの濃度検出や、便座に組み込まれた生体排出物に対するガス成分の測定を一例として挙げることができる。
【００６０】
図１３は、検出結果表示部の概要を示したものである。検出結果表示部４０６は、光ファイバ２０５によって送られてきた光パワーを受光する光ファイバ受光部４２１を備えており、検出した受光レベル４２２を減衰率演算部４２３に入力するようになっている。減衰率演算部４２３にはモニタ出力４０４も入力するようになっており、受光レベル４２２を基準として、現時点のモニタ出力４０４に対して光パワーの減衰率を演算するようになっている。すなわち、図１２に示した光パワーモニタ４０３は、ケース４１１が真空状態における光ファイバ２０４によって入力された光パワーに対する受光素子２０８の受光レベルの比が予め測定されており、減衰率演算部４２３内に記憶されている。そして、光源４０１（図１１）から出力される光パワーの実際のレベルを受光レベル４２２として測定し、これに対応する真空状態における受光素子２０８の検出すべき信号レベルを実際の測定レベルと比較することで減衰率を演算するようにしている。
【００６１】
もちろん、受光素子２０８の経年変化やレンズ２０７の汚れ等による測定誤差を防止するために、前記した光パワーに対する受光素子２０８の受光レベルの比は適宜測定しなおす必要がある。また、光源４０１の波長によって前記した光パワーに対する受光素子２０８の受光レベルの比が異なる場合には、波長ごとの値を減衰率演算部４２３に格納しておく必要がある。
【００６２】
減衰率演算部４２３の測定した減衰率４２４は測定結果格納部４２５に格納されるようになっている。分析部４２６は制御信号線４０７によって必要に応じて光源４０１の出力する波長を各種指定して測定結果格納部４２５に格納された測定結果４２７を読み出す。そして、データベース４２８に格納された各試料別の波長に対する減衰率等のデータを参照データ４２９として参照して図１２に示したケース４１１内に存在する試料の分析を行う。試料の名称や濃度等を表わした分析結果４３０は表示部４３１に送られて、表示される。表示は図示しない液晶ディスプレイ等のモニタに表示されたり、プリンタでプリントアウトされることになる。
【００６３】
前記した都市ガスのガス漏れの測定を行う場合には漏れ出したガスの濃度が表示される。ガスの濃度が所定の値よりも高いような場合には、分析部４２６の分析結果４３０を基にして図示しない警報装置を作動させることもできる。
【００６４】
また、便座に組み込まれた生体排出物に対するガス成分の測定の場合には、便器を使用した使用者の大便から発するガスに含まれる各種成分とそれらの相対的な濃度が表示される。更にこれらの測定結果をデータベース４２８と照らし合わせることで健康状態や健康に対するアドバイスをトイレ内の図示しないディスプレイに簡易表示することも可能である。更に検便者の測定終了後はトイレ内の臭気の変化を測定して、換気や脱臭装置の作動を制御することもできる。
【００６５】
第２の実施例の気体分析装置４００は、気体の成分を測定するだけでなく空中を漂うチリや埃の検出も行うことができる。しかも、用途によって光源４０１や検出結果表示部４０６を簡易なものからＣＰＵ（中央処理装置）を搭載した複雑な制御を行うものまで各種選択することができ、多くの用途に使用することができる。また、本実施例ではケース４１１に収められた、光パワーモニタ４０３を安価に製造できるために、試料ごとに光パワーモニタ４０３を取り替えると共に、第１の管４１２および第２の管４１３を密閉して試料の現物を光パワーモニタ４０３単位で保存することができる。
【００６６】
＜第２の実施例の変形例＞
【００６７】
図１４は、第２の実施例の変形例の分析装置の要部を表わしたものである。第２の実施例では気体を検出したのに対して、この変形例の分析装置４００Ａでは液体あるいは固体の成分や状態を分析するようになっている。傾斜連結部分２２１とレンズ２０７までの領域４４１には感知したい物質４４２が配置される。これにより、各種液体や固体の組成等の測定が可能である。たとえばこの箇所に手の指を押し付けて特定の波長成分の測定を行うことで、血液中にヘモグロビンの割合等の測定や分析も可能である。たとえば、屈折率が“１”の空気に対して屈折率が“１．３”のイソプロパノールを領域４４１に滴下したところ、受光素子２０８の受光量を２０〜３０パーセント減少させることができる。
【００６８】
なお、実施例および変形例では接着剤を使用してレンズを作製したが、接着剤以外の樹脂を使用して同様のレンズを作製することができる。本発明をこれらのレンズに適用することができることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施例における光パワーモニタの断面図である。
【図２】本実施例の光パワーモニタの融着位置周辺の断面図である。
【図３】本実施例でベア光ファイバから漏れ出す光とレンズの関係を示した説明図である。
【図４】本実施例の光パワーモニタの製造方法の概要を表わした説明図である。
【図５】本実施例の光パワーモニタの第１の変形例の要部を示した断面図である。
【図６】本実施例の光パワーモニタの第２の変形例の要部を示した断面図である。
【図７】本実施例の光パワーモニタの第３の変形例の要部を示した断面図である。
【図８】本実施例の光パワーモニタの第４の変形例の要部を示した断面図である。
【図９】本実施例の光パワーモニタの第５の変形例の概要を表わした断面図である。
【図１０】本実施例の光パワーモニタの第６の変形例の概要を表わした断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施例における気体分析装置のブロック図である。
【図１２】第２の実施例における光パワーモニタの構成の概要を表わした断面図である。
【図１３】第２の実施例における検出結果表示部の概要を示したブロック図である。
【図１４】第２の実施例の変形例の分析装置の要部を示した断面図である。
【図１５】従来の第１の提案による光パワーモニタの構成の概要を表わした原理図である。
【図１６】従来の第２の提案による光パワーモニタの構成の概要を表わした原理図である。
【図１７】従来の第３の提案による光パワーモニタの構成の概要を表わした原理図である。
【符号の説明】
【００７０】
２０１、２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅ、２０１Ｆ、４０３  光パワーモニタ
２０２  ケース
２０３  台座
２０４、２０５  光ファイバ
２０４Ａ、２０５Ａ  ベア光ファイバ
２０４Ｃ、２０５Ｃ  コア
２０４Ｄ、２０５Ｄ  クラッド
２０６  融着位置
２０７、２４７  レンズ
２０８、２４８  受光素子
２２１  傾斜連結部分
２２２  漏れ光
２３１  接着剤
２５１、２５２  側部ガイド
２６１  フィルタ
４００  気体分析装置
４００Ａ  分析装置
４０１  光源
４０６  検出結果表示部
４２３  減衰率演算部
４２６  分析部
４３１  表示部
４４２  感知したい物質
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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