保偏光纤以及使用了该保偏光纤的光纤传感器制造技术

本发明专利技术的保偏光纤具有：纤芯(1)，该纤芯(1)由掺杂有锗的石英玻璃形成；应力赋予部(3)，该应力赋予部(3)由掺杂有硼的石英玻璃形成；包层(2)，该包层(2)由纯石英玻璃形成；以及由聚酰亚胺形成的被覆层(4)，该被覆层(4)被设置在所述包层的外周，其膜厚为10μm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够在大致-60 +300°C的温度环境下使用的保偏光纤以及使用了该保偏光纤的光纤传感器。本申请主张于2010年8月18日在日本国提出申请的日本特愿2010-183215号的优先权，在此援引上述优先权文件的内容。
技术介绍
作为使用光纤来测量应变或温度的传感技术的课题，可以举出如下的情况当在测量对象物中同时产生应变和温度变化时，难以将应变和温度变化的各自的影响分离来进行测量。对于该课题，在专利文献1 3和非专利文献1中，公开了使用保偏(Polarization Maintaining、PM，偏振保持)光纤同时测量应变和温度的传感器及其方法。专利文献1 日本专利第3819119号公报专利文献2 日本专利第4420982号公报专利文献3 日本专利第4474494号公报非专利文献1 大道浩児、寺田佳弘、和田大地、村山英晶、井川寬隆、“偏波保持7 r ^ 用0 t Uf^ 温度同時計測七 > 寸，，、信学技報、2009年8月、第109卷、第175 号、0ΡΕ2009-97、ρρ· 117-122在专利文献1 3和非专利文献1中，示出了作为能够测量的温度，其上限为 +120°C左右(距离室温的温度变化为大约100°C )的情况(参照专利文献1的图4、专利文献2的0071 0072段、专利文献3的0095 0096段、非专利文献1的「4. 2 f i温度O同時計測」)。这是因为，在传感部中使用的保偏光纤由UV(紫外线)固化型丙烯酸酯被覆，该被覆层的耐热温度为+120°C左右的缘故。然而，现在要求一种即便是在上述温度以外的环境下也能够同时对应变和温度的变化进行测量的光纤传感器。具体而言，在以油井为代表的高温环境(例如+150°C +300°C)、或者是以飞机为代表的温度变动大的环境(例如-60°C +120°C )中，要求存在上述的光纤传感器。在这些应用领域中，如前面所述，由于被覆层的耐热温度的原因，难以应用以往的光纤传感器。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述情形而完成的，本专利技术的目的在于提供一种能够在大约-60°c +300°C的温度环境下使用的保偏光纤以及使用了该光纤的能够同时测量应变和温度的光纤传感器。为了解决上述课题，本专利技术的第一方式的保偏光纤具有纤芯，该纤芯由掺杂有锗的石英玻璃形成；应力赋予部，该应力赋予部由掺杂有硼的石英玻璃形成；包层，该包层由纯石英玻璃形成；以及由聚酰亚胺形成的被覆层，该被覆层被设置在上述包层的外周，其膜厚为ΙΟμ 以下。在本专利技术的第一方式的保偏光纤中，优选在波长1550nm、温度+22°C时模式双折射率在5X10—4以上。为了解决上述课题，本专利技术的第二方式的光纤传感器具有传感部，该传感部包括上述的保偏光纤，该光纤传感器能够在-60°C以上+300°C以下的环境中同时测量应变和温度。在本专利技术的第二方式的光纤传感器中，优选在所述传感部形成有光纤布拉格光栅。在本专利技术第二方式的光纤传感器中，上述传感部被固定于作为测量对象物的构造物，能够同时测量在上述构造物产生的应变和温度。专利技术效果根据上述第一方式的保偏光纤，被覆层的耐热性优异，并且，通过使其膜厚达到 10 μ m以下，能够抑制由于微弯曲的影响导致的传输损耗增大和偏振串扰劣化的问题，能够在大约-60°C +300°C的温度环境下使用。根据上述第二方式的光纤传感器，能够在大约-60°C +300°C的温度环境下同时测量应变和温度。附图说明图1是示出本专利技术的保偏光纤的一例的剖面图。图2是示出本专利技术的保偏光纤中的形成有FBG的传感部的一例的立体图。图3A是示出PANDA光纤的截面构造的一例的剖面图。图;3B是示出PANDA光纤的沿着χ轴(慢轴)的折射率分布的一例的曲线。图4Α是示出实施例1的保偏光纤的损耗波长特性的一例的曲线。图4Β是示出实施例1的保偏光纤的传输损耗的温度依赖性的曲线。图5是示出实施例1和比较例1的保偏光纤的弯曲直径与弯曲损耗的关系的曲线。图6是示出实施例1和比较例1的保偏光纤的弯曲直径和偏振串扰(crosstalk) 之间的关系的曲线。图7是示出实施例1的保偏光纤在高温区域中的偏振串扰的温度特性的曲线。图8是示出实施例1的保偏光纤在低温区域中的偏振串扰的温度特性的曲线。图9是示出实施例1和比较例2的保偏光纤的抗拉强度威布尔(Weibull)分布图的曲线。图10是示出在实施例2的光纤传感器中使用的FBG的反射光谱的曲线。图11是示出在实施例2的光纤传感器中使用的FBG的设定应变与布拉格波长之间的关系的曲线。图12是示出在实施例2的光纤传感器中使用的FBG的设定温度变化与布拉格波长之间的关系的曲线。图13是示出在实施例2的光纤传感器中使用的FBG的相对于设定应变以及设定温度变化的布拉格波长差的变化的曲线。图14是示出固定于基材之后的FBG(实施例3)与固定于基材之前的FBG(实施例2)的设定温度与布拉格波长的关系的曲线。图15是示出使用固定于基材的FBG(实施例3)来测量基材的温度和由基材伴随着温度变化进行线膨胀所引起的应变的结果的曲线。具体实施例方式以下，基于优选实施方式参照附图对本专利技术进行说明。并且，在以下的说明所使用的各个附图中，为了使各个部件形成为能够识别的大小，适当地变更各个部件的比例尺。图1中示出本实施方式的保偏光纤5的剖面图。该保偏光纤5由中心的纤芯 (COre)l，一对应力赋予部3、3，包层(clad) 2以及被覆层4构成。应力赋予部3、3离开纤芯 1，以相互对置的方式配置，且以纤芯1为中心被设置在对称的位置。包层2包围纤芯1和应力赋予部3、3。被覆层4被设置在包层2的外周。纤芯1的截面呈圆形，优选由掺杂有锗(Ge)的石英玻璃形成。包层2呈同心圆状地被设置在纤芯1的外周上，优选由纯石英玻璃形成。应力赋予部3设置在包层2内，优选由掺杂有硼(B)的石英玻璃形成。优选构成该应力赋予部3的掺杂有B的石英玻璃的线膨胀系数比构成包层2的纯石英玻璃的线膨胀系数大。图1所示的保偏光纤(偏振面保持型光纤)的构造是应力赋予部3的截面呈圆形 &白勺 PANDA (PANDA :Polarization-maintaining AND Absorption-reducing, {11111 ^% 收减少)型。如图3A所示，保偏光纤5具有正交的两个偏振轴，S卩χ轴(慢轴)和y轴(快轴)。 慢轴用通过应力赋予部3、3的各自的中心和纤芯1的中心的直线表示。快轴用与慢轴正交、 且通过纤芯1的中心的直线表示。如图;3B所示，纤芯1的折射率比包层2的折射率高，因此，以包层2为基准的纤芯 1的相对折射率差ΔΑ为正值。另一方面，应力赋予部3的折射率比包层2的折射率低，因此，以包层2为基准的应力赋予部3的相对折射率差Δ B为负值。如前面所述，应力赋予部3的线膨胀系数比包层2的线膨胀系数大，因此，在光纤拉丝工序的冷却过程中，应力赋予部3的收缩比包层2的收缩大。因此，应力赋予部3对周围的包层2和纤芯1施加拉伸应变。通过基于该应变的弹光效应在纤芯1中产生双折射， 并诱发模式双折射(模式双折射率)。模式双折射是保偏能力的指标，该值越高则意味着保偏能力越高。在本实施方式中，优选该模式双折射在波长1550nm、温度+22°C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.18 JP 2010-1832151.一种保偏光纤，其特征在于， 所述保偏光纤具有纤芯，该纤芯由掺杂有锗的石英玻璃形成；应力赋予部，该应力赋予部由掺杂有硼的石英玻璃形成；包层，该包层由纯石英玻璃形成；以及由聚酰亚胺形成的被覆层，该被覆层被设置在所述包层的外周，其膜厚为ΙΟμπι以下。2.根据权利要求1所述的保偏光纤，其特征在于，在波长为1550nm、温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：大道浩儿，寺田佳弘，远藤丰，林和幸，井添克昭，爱川和彦，工藤学，
申请(专利权)人：株式会社藤仓，
类型：发明
国别省市：