(57)【要約】【課題】損失の波長依存性が低減された浸水検知装置および方法を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態に係る浸水検知装置は、浸水を検知するための試験光が入射される光ファイバと、光ファイバの近傍に配置された吸水媒質と、吸水媒質が水を吸収して膨張した場合に、光ファイバに曲げを形成する曲げ形成部とを備え、光ファイバ３００は、コア３０１及びクラッド３０２に加えて、クラッド３０２よりも低屈折率なリング型の低屈折率層３０３を、クラッド３０２内においてコア３０１に隣接させたＷ型プロファイルである。光ファイバを伝搬する光波は長波長側になるほど広がるため、光ファイバ３００では長波長側になるほど低屈折率層３０３の効果が大きくなって閉じ込めが強くなり、異なる波長間の曲げ損失の差をステップインデックス型のＳＭＦよりも小さくできる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸水を検知するための試験光が入射される光ファイバと、
前記光ファイバの近傍に配置された吸水媒質と、
前記吸水媒質が水を吸収して膨張した場合に、前記光ファイバに曲げを形成する曲げ形成部と
を備え、
波長１．５５μｍ及び１．６５μｍの試験光において、前記曲げに起因する曲げ損失の差が３ｄＢ以下であることを特徴とする浸水検知装置。
【請求項２】
前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、
前記コアと前記クラッドの接する位置から前記クラッドの外表面までの間に、屈折率が前記クラッドよりも小さい領域が存在し、前記光ファイバを伝搬する光の長波長側の光波を前記コア内に閉じ込めることを特徴とする請求項１に記載の浸水検知装置。
【請求項３】
前記クラッドよりも屈折率の低いリング型の低屈折率層が、前記クラッド内に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の浸水検知装置。
【請求項４】
前記光ファイバの前記クラッド内に複数の空孔を有することを特徴とする請求項２に記載の浸水検知装置。
【請求項５】
前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、
前記コアのコア径が７．９〜１０．０μｍの範囲内であり、かつ前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差が０．３３〜０．４４％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の浸水検知装置。
【請求項６】
光ファイバと、前記光ファイバの近傍に配置された吸水媒質が水を吸収して膨張した場合に前記光ファイバに曲げを形成する曲げ形成部とを用いた浸水検知方法において、
前記光ファイバに、浸水を検知するための試験光を入射するステップと、
前記試験光の前記曲げに起因する曲げ損失を検出するステップと
を含み、
波長１．５５μｍ及び１．６５μｍの試験光において、前記曲げ損失の差が３ｄＢ以下であることを特徴とする浸水検知方法。
【請求項７】
前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、
前記コアと前記クラッドの接する位置から前記クラッドの外表面までの間に、屈折率が前記クラッドよりも小さい領域が存在し、前記光ファイバを伝搬する光の長波長側の光波を前記コア内に閉じ込めることを特徴とする請求項６に記載の浸水検知方法。
【請求項８】
前記クラッドよりも屈折率の低いリング型の低屈折率層が、前記クラッド内に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の浸水検知方法。
【請求項９】
前記光ファイバの前記クラッド内に複数の空孔を有することを特徴とする請求項７に記載の浸水検知方法。
【請求項１０】
前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、
前記コアのコア径が７．９〜１０．０μｍの範囲内であり、かつ前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差が０．３３〜０．４４％の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の浸水検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸水検知装置および方法に関し、より詳細には、光ファイバ伝送路の浸水検知装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送路に浸水があると接続点や伝送路自体の破断確率を大きくあげるため、伝送路の信頼性が大きく損なわれる。このため、光ファイバ伝送路では浸水を検出する浸水検知装置が導入されている。一般的な浸水検知装置は、例えば非特許文献１に記載されているように、浸水があった際に吸水媒質が膨張してその膨張圧によって光ファイバに曲げを形成し、形成された曲げによる損失増加を検出することによって浸水を検出する。
【０００３】
【非特許文献１】石原広司著、「実務に役立つ  光ファイバ技術２００のポイント」、改訂２版、電気通信協会、平成１３年６月２５日、ｐ．３３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般的に浸水検知装置で用いられるステップインデックス型の単一モードファイバ（ＳＭＦ）は、曲げ損失の波長依存性が大きく、試験光が長波長帯に変更されると浸水によって過剰な損失増加となる課題があった。浸水検知装置において過剰な損失増加が発生すると、図１において波長１．６５μｍの場合で示すように、その後段の試験が行えなくなってしまう。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、損失の波長依存性が低減された浸水検知装置およ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】
【０００６】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、浸水を検知するための試験光が入射される光ファイバと、前記光ファイバの近傍に配置された吸水媒質と、前記吸水媒質が水を吸収して膨張した場合に、前記光ファイバに曲げを形成する曲げ形成部とを備え、波長１．５５μｍ及び１．６５μｍの試験光において、前記曲げに起因する曲げ損失の差が３ｄＢ以下であることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、前記コアと前記クラッドの接する位置から前記クラッドの外表面までの間に、屈折率が前記クラッドよりも小さい領域が存在し、前記光ファイバを伝搬する光の長波長側の光波を前記コア内に閉じ込めることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記クラッドよりも屈折率の低いリング型の低屈折率層が、前記クラッド内に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２において、前記光ファイバの前記クラッド内に複数の空孔を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１において、前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、前記コアのコア径が７．９〜１０．０μｍの範囲内であり、かつ前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差が０．３３〜０．４４％の範囲内であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、光ファイバと、前記光ファイバの近傍に配置された吸水媒質が水を吸収して膨張した場合に前記光ファイバに曲げを形成する曲げ形成部とを用いた浸水検知方法において、前記光ファイバに、浸水を検知するための試験光を入射するステップと、前記試験光の前記曲げに起因する曲げ損失を検出するステップとを含み、波長１．５５μｍ及び１．６５μｍの試験光において、前記曲げ損失の差が３ｄＢ以下であることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、
前記コアと前記クラッドの接する位置から前記クラッドの外表面までの間に、屈折率が前記クラッドよりも小さい領域が存在し、前記光ファイバを伝搬する光の長波長側の光波を前記コア内に閉じ込めることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項７において、前記クラッドよりも屈折率の低いリング型の低屈折率層が、前記クラッド内に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項７において、前記光ファイバの前記クラッド内に複数の空孔を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項６において、前記光ファイバは、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、前記コアのコア径が７．９〜１０．０μｍの範囲内であり、かつ前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差が０．３３〜０．４４％の範囲内であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、波長１．５５μｍ及び１．６５μｍの試験光において曲げに起因する曲げ損失の差が３ｄＢ以下となるように光ファイバを構成することにより、損失の波長依存性が低減された浸水検知装置および方法を提供することができる。したがって、浸水時における過剰な損失増加を抑制し、浸水時においても浸水地点よりも後段の保守・試験が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
【００１８】
（実施形態１）  
図２（ａ）に、本発明の実施形態１に係る浸水検知装置を示す。浸水検知装置２１０は、浸水を検知するための試験光が入射される光ファイバ２０１と、光ファイバ２０１の近傍に配置された吸水媒質２１１と、吸水媒質２１１が水を吸収して膨張した場合に、光ファイバ２０１に曲げを形成する曲げ形成部２１２とを備える。図２（ｂ）は、吸水媒質２１１が水を吸収して膨張した場合を示している。浸水検知装置２１０は所望の浸水検出地点に設置され、ＯＴＤＲ等の損失分布試験装置２０２を用いて浸水の有無が検出される。試験光の波長としては、通信光として最も用いられる１．５５μｍ帯や試験光波長として標準化されている１．６５μｍ帯を利用するのが一般的である。
【００１９】
本実施形態に係る浸水検知装置２１０は、波長１．５５μｍ及び１．６５μｍの試験光において、曲げ形成部２１２により形成された曲げに起因する曲げ損失の差が３ｄＢ以下である。そのため、浸水検知装置２１０の損失の波長依存性が低減される。したがって、浸水検知装置２１０の浸水による過剰な損失増加を抑制することができる。
【００２０】
浸水検知装置２１０を用いた浸水検知方法は、次の通りである。まず、光ファイバ２０１に、浸水を検知するための試験光を入射する。次いで、曲げ形成部２１２により形成される試験光の曲げ損失を、損失分布試験装置を用いて検出する。この際、浸水検知装置２１０は、波長１．５５μｍ及び１．６５μｍの試験光において曲げ損失の差が３ｄＢ以下であるように構成されている。そして、検出した曲げ損失が、２ｄＢ以上等の所定の損失であれば、浸水検知装置を置いた地点において浸水があると判断する。
【００２１】
本実施形態に係る浸水検知装置２１０についてより詳細に説明する。図３（ａ）は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの断面図であり、図３（ｂ）は、光ファイバの中心からの位置と電界振幅および比屈折率差との関係を示す図である。光ファイバ３００は、コア３０１及びクラッド３０２に加えて、クラッド３０２よりも低屈折率なリング型の低屈折率層３０３を、クラッド３０２内においてコア３０１に隣接させたＷ型プロファイルである。
【００２２】
光ファイバを伝搬する光波は長波長側になるほど広がるため、光ファイバ３００では長波長側になるほど低屈折率層３０３の効果が大きくなって閉じ込めが強くなり、異なる波長間の曲げ損失の差をステップインデックス型のＳＭＦよりも小さくできる。
【００２３】
図４（ａ）は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの変形形態の断面図であり、図４（ｂ）は、光ファイバの中心からの位置と電界振幅および比屈折率差との関係を示す図である。光ファイバ４００は、コア４０１及びクラッド４０２に加えて、クラッド４０２よりも低屈折率な低屈折率層４０３をクラッド４０２内に有するトレンチ型プロファイルである。
【００２４】
光ファイバを伝搬する光波は長波長側になるほど広がるため、光ファイバ４００では長波長側になるほど低屈折率層４０３の効果が大きくなって閉じ込めが強くなり、異なる波長間の曲げ損失の差をステップインデックス型のＳＭＦよりも小さくできる。
【００２５】
図５（ａ）は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの変形形態の断面図であり、図５（ｂ）は、光ファイバの中心からの位置と電界振幅および比屈折率差との関係を示す図である。光ファイバ５００は、コア５０１及びクラッド５０２に加えて、コア５０１の周囲に位置する複数の空孔５０３をクラッド５０２内に有する空孔アシスト型である。
【００２６】
空孔の実効的な屈折率は長波長側ほど小さくなるので、空孔アシスト型では空孔５０３とクラッド５０２との等価的な比屈折率差は長波長側ほど大きくなり、異なる波長間の曲げ損失差の低減効果が大きくなる。
【００２７】
図３〜５に示した光ファイバは、コアとクラッドの接する位置からクラッドの外表面までの間に、屈折率がクラッドよりも小さい領域が存在することにより、光ファイバを伝搬する光の長波長側の光波をコア内に閉じ込めることができ、長波長側の損失を低減することができる。
【００２８】
図６は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの変形形態の断面図である。フォトニック結晶型の光ファイバ６００は等価的にステップインデックス型とみなせるが、空孔アシスト型と同様に空孔６０２とコア６０１との比屈折率差は長波長側ほど大きくなるので、異なる波長間の曲げ損失差の低減効果が大きい。
【００２９】
図７に、モードフィールド径の波長依存性の一例を示す。ここでコア径および比屈折率差は４つの構造で同一であり、それぞれ９．０μｍおよび０．３５％とした。図３〜５の構造の光ファイバは、ＳＭＦに比較してモードフィールド径の波長依存性が小さいことが分かる。モードフィールド径の波長依存性が小さいことは曲げ損失の波長依存性が小さいことと等価であることから、図３〜５の光ファイバを用いることで、異なる波長間での曲げ損失の損失差をＳＭＦよりも低減できることが分かる。下表は１．６５μｍの１．５５μｍに対するモードフィールド径の拡大率を表している。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
特に空孔アシスト型は、空孔５０３のクラッド５０２に対する比屈折率差が長波長側ほど大きくなるといった、低屈折率リング型では実現できない特徴がある。結果として、表に示す通り空孔アシスト型のモードフィールド径の波長依存性が最も小さくなるため、異なる波長間での曲げ損失の損失差を小さくでき好ましい。
【００３２】
図８は、曲げ損失特性の一例を示している。図中の実線および破線は、それぞれＳＭＦおよび空孔アシスト型を表す。ここで曲げ半径を５ｍｍとした。ＳＭＦと空孔アシスト型の１．３μｍにおける曲げ損失は同等の値だが、長波長側では空孔アシスト型の方が曲げ損失が小さくなっており、異なる波長間の曲げ損失差が小さくできることが確認できる。したがって当該光ファイバを浸水検知用の光ファイバとして用いることで、複数の波長に対応した浸水検知を行うことができる。なおここでは一例を示したが、曲げ損失特性はファイバ構造パラメータや曲げ半径を変えることで最適化することができる。またＳＭＦおよび空孔アシスト型のみを示しているが、トレンチ型およびＷ型の曲げ損失の波長依存性も空孔アシスト型の特性と同様になることは、図７の結果から明らかである。
【００３３】
なお、ここでは説明のためそれぞれの構造例を示したが、構造パラメータは図示した構造に限定されない。トレンチ型においては低屈折率層が１つないし複数あってもよいし、クラッドよりも屈折率の高いリング層を併せ持っていてもよい。空孔アシスト型では空孔数は複数個であればよく、空孔層数は１層または２層以上であってもよい。また空孔中に空気以外の媒質が封入されていてもよい。
【００３４】
（実施形態２）  
実施形態２に係る浸水検知装置は、実施形態１に係る浸水検知装置と光ファイバの構造を除いて同一である。実施形態２に係る浸水検知装置の光ファイバについて説明するために、まず図９（ａ）及び（ｂ）を参照して従来のステップインデックス型ＳＭＦの曲げ損失について述べ、ついで図９（ｃ）を参照して実施形態２に係る浸水検知装置が備える光ファイバについて説明する。
【００３５】
図９（ａ）は、コア径２ａおよび比屈折率差Δの異なる２つのステップインデックス型ＳＭＦの曲げ損失の曲げ半径依存性を示している。実線および破線は、それぞれ波長１．５５μｍおよび１．６５μｍを表す。右側の１組（コア径２ａ＝９．０μｍ、比屈折率差Δ０．３５％）は、通常のＳＭＦとして使われる構造の一例であり、例えば曲げ半径を、波長１．５５μｍにおいて１８０°曲げに対して３ｄＢの曲げ損失を発生させるものとすると、波長１．６５μｍと１．５５μｍとの間で約３ｄＢの曲げ損失の差が発生する。一方、左側の１組（コア径２ａ＝１０．０μｍ、比屈折率差Δ０．５％）の構造に変更すると、両波長の曲げ損失の差を約半分に改善できる。
【００３６】
図９（ｂ）は、ステップインデックス型ＳＭＦの曲げ損失差の構造依存性を示している。コア径および比屈折率差を大きくすることで、両波長の曲げ損失差を小さくできることが分かる。通常用いられるＳＭＦの構造はコア径が８〜１０μｍ、比屈折率差が０．３〜０．３５％であるので、波長１．５５μｍと１．６５μｍとの間で約３ｄＢ以上の曲げ損失の差が生じてしまう。
【００３７】
図９（ｃ）は、ステップインデックス型ＳＭＦにおいて波長１．５５μｍと１．６５μｍとの間の曲げ損失差を３ｄＢ以下とするための設計領域を示している。波長１．５５μｍにおける１８０°曲げでの曲げ損失を３ｄＢとした。図中の破線より右側の領域で両波長の曲げ損失差を３ｄＢ以下とすることができる。実線で囲まれた領域は、ＳＭＦの標準化勧告であるＧ６５２を満たすための設計領域である。これらを考慮すると図中の斜線の部分が良好な特性を示す設計領域であり、コア径７．９〜９．２μｍ、比屈折率差０．３３〜０．４４％の範囲内となる。ただし、本発明の光ファイバは浸水検知用の光ファイバであるので、上記の標準化勧告に必ずしも適合している必要はなく、上述の設計範囲外においても適用できる。たとえば、コア径が７．９〜１０．０μｍの範囲内であり、かつ比屈折率差が０．３３〜０．４４％の範囲内であれば、両波長の曲げ損失差を３ｄＢ以下としつつＧ６５２による設計領域から大きく外れないので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＳＭＦにおける曲げ損失の波長依存性を説明するための図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態１に係る浸水検知装置を示す図であり、（ｂ）は、吸水媒質が水を吸収して膨張した場合を示す図である。
【図３】（ａ）は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの断面図であり、（ｂ）は、光ファイバの中心からの位置と電界振幅および比屈折率差との関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの変形形態の断面図であり、（ｂ）は、光ファイバの中心からの位置と電界振幅および比屈折率差との関係を示す図である。
【図５】（ａ）は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの変形形態の断面図であり、（ｂ）は、光ファイバの中心からの位置と電界振幅および比屈折率差との関係を示す図である。
【図６】（ａ）は、実施形態１に係る浸水検知装置の光ファイバの変形形態の断面図であり、（ｂ）は、光ファイバの中心からの位置と電界振幅および比屈折率差との関係を示す図である。
【図７】モードフィールド径の波長依存性の一例を示す図である。
【図８】曲げ損失特性の一例を示す図である。
【図９】（ａ）は、コア径２ａおよび比屈折率差Δの異なる２つのステップインデックス型ＳＭＦの曲げ損失の曲げ半径依存性を示す図であり、（ｂ）は、ステップインデックス型ＳＭＦの曲げ損失差の構造依存性を示す図であり、（ｃ）は、ステップインデックス型ＳＭＦにおいて波長１．５５μｍと１．６５μｍとの間の曲げ損失差を３ｄＢ以下とするための設計領域を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
２０１  光ファイバ
２０２  損失分布試験装置
２１０  浸水検知装置
２１１  吸水媒質
２１２  曲げ形成部
３００、４００、５００、６００  光ファイバ
３０１、４０１、５０１、６０１  コア
３０２、４０２、５０２  クラッド
３０３、４０３  低屈折率層
５０３  空孔
６０２  空孔
【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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