本發(fā)明涉及使用解調(diào)(interrogation)光纖來測量光學特性的技術(shù)，更詳細地，涉及使用具有基于波長的光吸收斜率的解調(diào)光纖的光器件的光學特性測量裝置、具有其的光纖傳感器系統(tǒng)及測量光學特性的方法。

背景技術(shù)：

最近備受關(guān)注的光纖傳感器或光纖傳感器系統(tǒng)的特征在于，系統(tǒng)的所有或部分由光纖構(gòu)成，并且上述光纖傳感器系統(tǒng)可分為測量物理量的感測部本身由光纖構(gòu)成的本征(intrinsic)形態(tài)和光纖單調(diào)地作為傳輸光源及光信號的機構(gòu)使用的非本征(extrinsic)形態(tài)。

通常，光纖傳感器或光纖傳感器系統(tǒng)利用光來進行測量，因此與基于半導體及導電物質(zhì)的電子傳感器不同地，無須通電，從而不存在因可在周圍產(chǎn)生的電磁干擾而導致的雜音、因漏電而產(chǎn)生的破損、觸電等的隱患，并且不僅尺寸小且輕，還具有非常優(yōu)秀的靈敏度，由此可應用于多種種類的物理量測量。例如，光纖傳感器可利用經(jīng)過感測用光器件的光來測量基于外部環(huán)境變化的溫度、應變(strain)、彎曲(bending)、扭曲(torsion)、壓力、折射率、濃度、PH、光輸出、電流、電壓等的多種物理量。

與電子傳感器相比，光纖傳感器因優(yōu)秀的耐環(huán)境性而具有非常長的壽命，具有半永久性壽命，并且由于塑性變形少，從而具有優(yōu)秀的再現(xiàn)性，而且將光作為測量機構(gòu)使用，從而可開發(fā)遠距離測量系統(tǒng)。并且，通過利用波分復用化(WDM，wavelength division multiplexing)技術(shù)及時分復用化(TDM，time division multiplexing)技術(shù)，以單線也可開發(fā)高速大容量測量系統(tǒng)?；谶@些優(yōu)點，預期光纖傳感器會很快替換現(xiàn)有的電子傳感器，但在光學特性分析及測量領(lǐng)域中，由于商業(yè)化技術(shù)的發(fā)展比較緩慢，因此在相關(guān)市場的擴大方面存在很多困難。

光纖傳感器系統(tǒng)大致包括：光源部，用于構(gòu)成測量用光源；感測部，根據(jù)從外部環(huán)境施加的物理量來改變從光源部傳輸?shù)墓?輸入光)的特性；以及測量部，用于測量及分析根據(jù)感測部變換的光的特性，尤其，在測量部中，用于檢測光的檢測器和通過從上述檢測器接收的信號來導出上述物理量的信號分析裝置起到影響整個傳感器系統(tǒng)的性能的重要作用。

在多種光纖傳感器系統(tǒng)中較多地使用如下的方式，即，將光纖布拉格光柵(Fiber Bragg grating，F(xiàn)BG)適用于感測部，并通過分析充上述感測部產(chǎn)生的光波長的移動來測量物理量。即，在將光纖布拉格光柵使用于感測部的情況下，光纖布拉格光柵通過反射從光源部傳輸?shù)妮斎牍獾囊徊糠謥懋a(chǎn)生具有規(guī)定的波長的帶形態(tài)的光信號，并利用這種光帶發(fā)熱中心波長(或共振波長)的移動特性來構(gòu)成傳感器系統(tǒng)。并且，作為這種范疇，可例舉將利用長周期光纖光柵(Long period fiber gating，LPFG)、法布里-珀羅(Fabry-Perot)濾波器、布里淵散射(Brilliouin scattering)、受激布里淵散射(Stimulated Brilliouin scattering，SBS)、喇曼散射(Raman scattering)、米氏散射(Mie scattering)，相干反斯托克斯-拉曼散射(Coherent anti-stokes Raman scattering，CARS)、光參量產(chǎn)生(Optical parametric generation)、和頻產(chǎn)生(Sum frequency generation，SHG，THG)、差頻產(chǎn)生(Difference frequency generation)，四波混頻(Four Wave Mixing，F(xiàn)WM)等的科學現(xiàn)象的光器件使用于感測部而成的傳感器系統(tǒng)。

即，使所有上述感測部具有帶形態(tài)的光信號，并且根據(jù)施加在感測部的光纖器件的溫度、應變，折射率等的所施加的物理量來使帶的中心(共振)波長移動，并通過測量上述移動來分析物理量的變化值。雖然使用于光纖傳感器系統(tǒng)的感測用光器件無須非由光纖構(gòu)成，但考慮到與構(gòu)成光纖傳感器系統(tǒng)的其余部分的光纖器件的光連接性，優(yōu)選地，感測用光器件的整體由光纖構(gòu)成或者至少輸入部或輸出部由光纖構(gòu)成。在將多種光器件作為感測部使用的上述光纖傳感器系統(tǒng)的情況下，在感測部產(chǎn)生帶形態(tài)的光信號(信號光)，并通過測量基于環(huán)境變換的信號光的中心波長的移動來計算出物理量，因此必須需要設(shè)有測量(interrogation，解調(diào))裝置，上述測量裝置用于檢測波長變化，并通過上述變化導出物理量。

為此，在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中已開發(fā)了利用基于塊狀光學濾波器、光纖耦合器、光纖光柵等的手動型光器件的解調(diào)技術(shù)的多種光學特性分析裝置及利用其的光纖傳感器技術(shù)。

圖1為示出現(xiàn)有技術(shù)的基于利用塊狀光學(bulk optic)濾波器件的光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。在如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的情況下，將具有規(guī)定的斜率的透射特性的邊緣濾波器(Edge Filter)及帶通濾波器(Band pass filter)等的塊狀光學濾波器件使用成解調(diào)器件。在使用邊緣濾波器及帶通濾波器等的塊狀光學濾波器件的光纖傳感器系統(tǒng)中，為了再現(xiàn)性地確保所需的光學特性，而需要在塊狀光學濾波器件與其它光纖器件之間設(shè)置光耦合，因此存在需要花費很多時間和費用的精密的光學校直作業(yè)及準直器(collimator)等的額外的光學元件的缺點。

而且，在由塊狀光學構(gòu)成的這種光學元件中，為了從污染及外部振動中保護上述光學元件且實現(xiàn)穩(wěn)定的光學特性，而需要外殼等的額外的部件，因此會使結(jié)構(gòu)變得復雜。通常，通過使用高真空的蒸鍍工序來在基板材料上蒸鍍多層薄膜，由此制備塊狀光學濾波器件，并且具有如下的缺點，即，為了減少因在暴露于空氣的表面產(chǎn)生的反射而導致的光損耗，而需要進行抗反射(Anti Reflection)涂層等多種高費用的工序作業(yè)。

并且，一旦制備完成塊狀光學濾波器，作為為了實現(xiàn)精密的解調(diào)性能而調(diào)節(jié)光吸收強度及斜率等的光吸收特性的機構(gòu)，無法實現(xiàn)對器件的厚度進行額外的操作的作業(yè)，因此存在需要每次制備適合于傳感器系統(tǒng)規(guī)格的濾波器件的缺點。

圖2為示出現(xiàn)有技術(shù)的基于利用光纖耦合器(Optical fiber coupler)的光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。作為用于測量光學特性的還有一解調(diào)方法，如圖2所示，可將以使透射光譜具有規(guī)定的斜率的方式制備的光纖耦合器作為解調(diào)器件使用。在利用光纖耦合器的上述光學特性分析系統(tǒng)的情況下，雖然存在通過使耦合器端的信號和透射端的信號相交來改善靈敏度的效果，但很難確保具有線性的光吸收斜率的光學特性，并且很難制備精密地再現(xiàn)這種光學特性的光耦合器。

并且，通常，光纖耦合器的光學特性存在容易受到光的偏光特性及溫度、振動等的外部環(huán)境的影響的問題，因此為了解決上述問題，而存在需要復雜的器件結(jié)構(gòu)及額外的工序技術(shù)的缺點。

圖3為示出現(xiàn)有技術(shù)的基于利用長周期光纖光柵(Long period fiber grating)的光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。如圖3所示，作為用于測量光學特性的再一解調(diào)方法，已提出適用了具有斜率的長周期光纖光柵的透射光譜特性的光學特性分析裝置。

在這種方法的情況下，由于由光纖構(gòu)成，而存在解決基于光學校直的問題的效果，但在可再現(xiàn)性地制備具有相同的特性的光纖光柵的方面存在困難，并且，通常，相對于周圍環(huán)境需要實現(xiàn)穩(wěn)定性的解調(diào)用長周期光纖光柵的光學特性本身具有對振動及溫度非常敏感且呈現(xiàn)偏光依賴特性等的多種缺點，從而在實現(xiàn)商業(yè)化的方面存在很多困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于，提供可通過使用光吸收的線性度、具有相同的吸收特性的再現(xiàn)性、穩(wěn)定性及無偏光依賴性的光纖來改善傳感器系統(tǒng)的測量部的性能及效率的光學特性測量裝置及利用其的光纖傳感器系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的在于，通過簡化光學特性測量裝置的結(jié)構(gòu)，最終提供相對于現(xiàn)有的系統(tǒng)可明顯降低單價且能夠以多種形態(tài)變形的光纖傳感器系統(tǒng)。

本發(fā)明實施例的光學特性測量裝置的特征在于，作為構(gòu)成用于檢測及分析在光纖傳感器系統(tǒng)的傳感器產(chǎn)生的光信號的測量部的光學特性測量裝置，包括：第一光耦合器，向兩個光路分配從上述傳感器傳輸?shù)男盘柟猓唤庹{(diào)光纖(Interrogation fiber)，設(shè)置于使上述信號光移動的一側(cè)光路；以及檢測部，用于檢測經(jīng)過上述解調(diào)光纖的信號光的光強度及由上述第一光耦合器向另一側(cè)光路傳輸?shù)幕鶞使獾墓鈴姸?，其中，上述解調(diào)光纖在規(guī)定的波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性的光吸收特性，通過比較由上述檢測部檢測出的信號光和基準光的光強度來導出施加在感測部的物理量。

本發(fā)明的實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的特征在于，包括：光源部，用于射出規(guī)定波長的輸入光；感測部，通過根據(jù)所施加的物理量來改變光學特性的傳感器接收上述輸入光，并產(chǎn)生信號光；測量部，通過從上述感測部傳輸?shù)男盘柟鈦韺С鍪┘釉诟袦y部的物理量；以及第二光耦合器，用于向感測部傳輸從上述光源部射出的輸入光，向測量部分配在上述感測部產(chǎn)生的信號光，上述測量部包括：第一光耦合器，用于向兩個光路分配上述信號光；解調(diào)光纖，設(shè)置于使上述信號光移動的一側(cè)光路；以及檢測部，用于檢測經(jīng)過上述解調(diào)光纖的信號光的光強度及由上述第一光耦合器向另一側(cè)光路傳輸?shù)幕鶞使獾墓鈴姸?，其中，上述解調(diào)光纖在規(guī)定的波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性的光吸收特性，通過比較由上述檢測部檢測出的信號光和基準光的光強度來導出施加在上述感測部的物理量。

而且，本發(fā)明的特征在于，上述解調(diào)光纖作為在規(guī)定的波長范圍內(nèi)具有線性的光吸收率的區(qū)間的光纖，在光纖生產(chǎn)工序中，在上述解調(diào)光纖中添加具有規(guī)定的光吸收特性的物質(zhì)，上述解調(diào)光纖的光吸收特性可通過調(diào)節(jié)在上述規(guī)定的波長范圍內(nèi)具有線性的光吸收特性的物質(zhì)的量或者調(diào)節(jié)上述解調(diào)光纖的長度來變更光吸收強度及斜率。

本發(fā)明的實施例的光學特性的測量方法包括：從光源部向感測部射出具有規(guī)定的波長的輸入光的步驟；使上述感測部通過接收上述輸入光來產(chǎn)生信號光，并根據(jù)從外部施加的物理量來改變信號光的中心波長的步驟；使上述信號光經(jīng)過設(shè)置于測量部的解調(diào)光纖且根據(jù)上述解調(diào)光纖的光吸收率來改變光強度的步驟；以及根據(jù)上述光強度來導出上述信號光的波長的步驟。

而且，上述解調(diào)光纖作為在規(guī)定的波長范圍內(nèi)具有線性的光吸收率的局域的光纖，在光纖生產(chǎn)工序中，向上述解調(diào)光纖中摻雜具有規(guī)定的光吸收特性的物質(zhì)，本發(fā)明的光學特性的測量方法還包括通過導出上述信號光的波長來導出施加在上述感測部的物理量的步驟。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用于光纖傳感器系統(tǒng)的測量部僅由光纖構(gòu)成，因此無需光學校直，從而可提升測量數(shù)據(jù)的可信性。

根據(jù)實施例，作為僅需要在用于分析光器件用光學特性的測量部的內(nèi)部連接解調(diào)光纖即可的結(jié)構(gòu)，傳感器系統(tǒng)的構(gòu)建簡單且可明顯降低單價。并且，可通過調(diào)節(jié)光纖的長度或添加物質(zhì)的種類、成分及濃度來控制光吸收斜率，以符合系統(tǒng)的特性，由于利用添加在光纖的物質(zhì)的光吸收特性，從而可去除偏光依賴性且再現(xiàn)性優(yōu)秀。

而且，即使在對測量系統(tǒng)施加影響的振動、壓力、溫度等隨時變化的外部環(huán)境條件下也使測量值不受大影響，從而具有系統(tǒng)的穩(wěn)定性優(yōu)秀的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為示出現(xiàn)有技術(shù)的基于利用塊狀光學濾波器件的光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖2為示出現(xiàn)有技術(shù)的基于利用光纖耦合器的光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖3為示出現(xiàn)有技術(shù)的基于利用長周期光纖光柵的光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖4a為示出本發(fā)明實施例的光纖傳感用光學特性測量裝置的圖。

圖4b為示出本發(fā)明實施例的設(shè)置有光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖5為示出本發(fā)明實施例的添加有釷(Tm³⁺)的解調(diào)光纖的光吸收特性的圖。

圖6為示出本發(fā)明實施例的添加有鉺(Er³⁺)的解調(diào)光纖的光吸收特性的圖。

圖7為示出本發(fā)明實施例的添加有釩(V)的解調(diào)光纖的光吸收特性的圖。

圖8a為示出本發(fā)明實施例的添加有Au納米粒子的解調(diào)光纖的光吸收特性的圖

圖8b為示出本發(fā)明實施例的添加有Au納米粒子的解調(diào)光纖中的570～595nm附近的線性的光吸收特性的圖。

圖9為示出本發(fā)明實施例的添加有PbS納米粒子的解調(diào)光纖的光吸收特性的圖。

圖10為是示出圖2的A區(qū)間中的根據(jù)經(jīng)過解調(diào)光纖的信號光的波長的光強度變化的圖。

圖11為簡略示出本發(fā)明實施例的使用將光纖布拉格光柵使用于感測部且將添加有釷的解調(diào)光纖使用于測量部的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖12的(a)部分為示出根據(jù)施加在圖11中的B地點的基準光的光譜及波長的光強度分布的曲線圖，圖12的(b)部分為示出根據(jù)施加在圖11中的C地點的因解調(diào)光纖而衰減的信號光的光譜及波長的光強度分布的曲線圖。

圖13為簡要示出本發(fā)明還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖14為簡要示出本發(fā)明還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖15為簡要示出本發(fā)明還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖16為簡要示出本發(fā)明還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖17為示出本發(fā)明實施例的通過使用適用解調(diào)光纖技術(shù)的光纖傳感器系統(tǒng)來測量物理量的方法的流程圖。

圖18a為示出本發(fā)明實施例的光纖傳感用光學特性測量裝置的圖。

圖18b為示出本發(fā)明實施例的設(shè)置有光學特性測量裝置的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖19為示出比較本發(fā)明實施例的分別添加有鉺(Er³⁺)及鋱(Tb³⁺)的解調(diào)光纖的光吸收特性的圖。

圖20為簡要示出本發(fā)明還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖21為簡要示出本發(fā)明還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

圖22為簡要示出本發(fā)明再一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施例進行詳細的說明，但本發(fā)明的實施例并不限定于此。在說明本發(fā)明的過程中，為了明確說明本發(fā)明的主旨，而省略針對公知的功能或結(jié)構(gòu)的具體的說明。

圖4a為示出本發(fā)明實施例的光纖傳感用光學特性測量裝置的圖。參照圖4a，光學特性測量裝置30具有表示設(shè)置于光纖傳感器系統(tǒng)并且用于導出在感測部變化的物理量的測量部的構(gòu)成。

根據(jù)實施例的光學特性測量裝置30可包括第一光耦合器31、解調(diào)光纖32、檢測部33、34及分析部35。第一光耦合器31按預先設(shè)定的比率分配所傳輸?shù)墓庑盘?，并通過與上述第一光耦合器31相連接的一對光輸出線傳輸上述光信號。

在上述光輸出線中的一個設(shè)置有第一檢測部33，上述第一檢測部33通過解調(diào)光纖以無光衰減的方式將從感測部傳輸?shù)男盘柟獾囊徊糠肿鳛榛鶞使饨邮眨z測上述信號光的光強度，在另一光輸出線的從感測部傳輸?shù)男盘柟獾囊苿庸饴飞显O(shè)置有長度為L的解調(diào)光纖32。

由第一光耦合器31分配的光信號通過上述解調(diào)光纖32進行工作，在本發(fā)明的光纖傳感器系統(tǒng)可設(shè)置有用于檢測根據(jù)波長產(chǎn)生其它光衰減的信號光的光強度的第二檢測部34。而且，本發(fā)明的光纖傳感器系統(tǒng)可設(shè)置有通過由上述第一檢測部及第二檢測部檢測出的光的光強度分析來計算物理量的分析部35。具體的動作與設(shè)置于以下光纖傳感器系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)一同進行說明。

圖4b為示出根據(jù)實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。

參照圖4b，根據(jù)實施例的光纖傳感器系統(tǒng)100可由光源部10、感測部20、測量部30構(gòu)成。

光源部10作為在規(guī)定的波長中輸出的光源，可使用基于激光二極管(LD)、超輻射發(fā)光二極管(Super luminescent diode，SLD)、發(fā)光二極管(Light emitting diode，LED)、半導體光放大器(Semiconductor optical amplifier，SOA)的光源、可調(diào)諧激光源(Tunable laser source)、掃頻源(Sweeping source)、寬帶光源(Broad band source)、白光源(White light source)、固體激光器(Solid state laser)、氣體激光器(Gas laser)、染料激光器(Dye laser)等。并且，根據(jù)需要，為了將光源光譜減少到規(guī)定帶寬的光帶來使用，而可在光源部設(shè)置通帶和濾波器。

感測部20包括將從光源部10輸出的輸入光轉(zhuǎn)換成光信號(信號光)來進行傳輸?shù)墓馄骷?傳感器)。上述感測部20根據(jù)從外部施加的環(huán)境變化，即，根據(jù)物理量變化來使信號光的波長發(fā)生變化。作為一例，感測部20可以為基于光纖布拉格光柵的光纖器件。將上述光纖布拉格光柵利用于感測部的光纖傳感器通過在光纖按規(guī)定的間距雕刻布拉格光柵而成，并且上述光纖傳感器為利用根據(jù)溫度、拉伸、壓力及彎曲等的外部環(huán)境(從外部施加的物理量)的變化來改變從光柵反射的光的波長的特性的傳感器。若周圍溫度發(fā)生變化或者向光柵施加物理量，例如向光柵施加拉伸等，則使光柵部分的折射率或長度發(fā)生變化，因此使反射的光的中心波長(共振波長)移動。因此，可通過測量從光纖布拉格光柵反射的光的波長來檢測即分析上述物理量的變化。

作為另一例，上述感測部20可以為利用長周期光纖光柵、法布里-珀羅濾波器、布里淵散射、受激布里淵散射、喇曼散射、米氏散射、相干反斯托克斯-拉曼散射、光參量產(chǎn)生、和頻產(chǎn)生(倍頻效應(second harmonic generation，SHG)、三倍頻效應(third harmonic generation，THG)、差頻產(chǎn)生、四波混頻過程等的光器件。即，使所有上述感測部20產(chǎn)生帶形態(tài)的信號光，并且根據(jù)施加在這種感測部的溫度、應變、折射率等的變化來使帶的共振波長移動，并通過測量上述移動來分析上述物理量的變化。使用于感測部20并產(chǎn)生信號光的光器件可由光纖器件構(gòu)成，并且，上述光器件可具有光纖以外的形態(tài)。在具有光纖以外的形態(tài)的情況下，為了容易地實現(xiàn)光連接，優(yōu)選地，使用于感測部20的上述光器件的輸入部及輸出部由光纖構(gòu)成。

在上述感測部使用光纖布拉格光柵、長周期光纖光柵、法布里-珀羅濾波器等的光器件的情況下，作為光源，優(yōu)選地，將具有規(guī)定的帶的激光二極管、超輻射發(fā)光二極管、發(fā)光二極管、寬帶光源、可調(diào)諧激光源、掃頻源等使用于上述光源部10，在將喇曼散射、受激布里淵散射、四波混頻等非線性光器件使用于感測部的情況下，優(yōu)選地，將在單一波長進行振蕩的固體激光器、氣體激光器、染料激光器、可調(diào)諧激光源等的激光光源使用于上述光源部10。

在光源部10與感測部20之間可配置有光隔離器12(optical isolator)，上述光隔離器12使光的射出方向僅向一個方向射出，并且阻隔逆向反射的光，從而起到保護光源部10且減少光信號歪曲的作用。而且，本發(fā)明的光纖傳感器系統(tǒng)設(shè)置有用于分配及結(jié)合從光源部10射出的光的第二光耦合器13(Optical coupler)。優(yōu)選地，第二光耦合器為光纖耦合器。并且，作為第二光耦合器可使用循環(huán)器(Circulator)、電子束分裂器(Beam splitter)、平面光電路(Planar light circuit，PLC)型光耦合器、平面光電路型分光器(optical splitter)等，并且，為了簡單地實現(xiàn)光連接，優(yōu)選地，第二光耦合器的輸入端及輸出端由光纖構(gòu)成。

而且，本發(fā)明的特征在于用于測量及分析由上述感測部20產(chǎn)生并傳輸?shù)墓庑盘柕臏y量部30，以下，對上述測量部30的結(jié)構(gòu)進行說明。上述光纖傳感器系統(tǒng)設(shè)置有與設(shè)置于上述光隔離器12與感測部20之間的第二光耦合器13相連接的第一光耦合器31，在上述第一光耦合器31連接有一對光輸出線(光路)。上述第一光耦合器優(yōu)選為光纖耦合器，并且可使用電子束分裂器、光束組合器(Beam combiner)、平面光電路型光耦合器、平面光電路型分光器等。并且，在第一光耦合器中，為了簡單地實現(xiàn)光連接，優(yōu)選地，第一光耦合器的輸入端及輸出端由光纖構(gòu)成。

在上述光輸出線中的一個設(shè)置有第一檢測部33，上述第一檢測部33通過解調(diào)光纖以無光衰減的方式將從感測部傳輸?shù)男盘柟獾囊徊糠肿鳛榛鶞使饨邮眨z測上述信號光的光強度，在另一光輸出線的從感測部傳輸?shù)男盘柟獾囊苿庸饴飞显O(shè)置有長度為L的解調(diào)光纖32。通過上述解調(diào)光纖32進行解調(diào)，因此本發(fā)明的光纖傳感器系統(tǒng)可設(shè)置有用于檢測根據(jù)波長而接受光衰減的信號光的光強度的第二檢測部34。而且，本發(fā)明的光纖傳感器系統(tǒng)可設(shè)置有通過分析由上述第一檢測部及第二檢測部檢測出的光的光強度來計算物理量的分析部35。

并且，本發(fā)明的特征在于，具體地使用于測量部30的上述解調(diào)光纖32，上述解調(diào)光纖32作為僅需要以熔接(fusion splicing)、對接耦合(Butt coupling)等的簡單的方法使解調(diào)光纖與測量部30的另一光纖光路相連接的結(jié)構(gòu)，無須光學校直，從而可以與從外部產(chǎn)生振動無關(guān)地，穩(wěn)定地驅(qū)動系統(tǒng)。解調(diào)光纖32具有線性的光吸收特性，并且可通過調(diào)節(jié)所添加的物質(zhì)的種類及濃度來實現(xiàn)控制，以使系統(tǒng)具有所需的光吸收波長、斜率、強度等特性。并且，本發(fā)明的解調(diào)光纖32利用所添加的物質(zhì)的光吸收特性，因此無偏光依賴性，并且與其它解調(diào)技術(shù)不同地，即使在溫度或壓力等隨時變化的環(huán)境條件下也可穩(wěn)定地確保測量值。并且，在通過調(diào)節(jié)使用于測量部30的解調(diào)光纖32的長度L來簡單地變更光吸收強度及斜率的方面具有很大的優(yōu)點。

具體地，從光源部10射出的輸入光經(jīng)過光隔離器12及第二光耦合器13傳輸?shù)礁袦y部20，并且通過安裝于感測部的光器件產(chǎn)生信號光。而且，感測用光器件受到外部環(huán)境變化的影響，由此使上述信號光的波長發(fā)生變化，并由第二光耦合器13進行分配。

然后，與第二光耦合器13相連接的第一光耦合器31通過一對光輸出線向兩側(cè)方向分配從感測部10傳輸?shù)男盘柟狻＜?，向第一檢測部33分配信號光的一部分，由此使上述信號光的一部分成為用于設(shè)定起始光強度的基準點的基準光。而且，剩余部分的信號光通過解調(diào)光纖32受到額外的光損耗，最終成為根據(jù)共振波長的位置而發(fā)生改變的具有被衰減的光強度的信號光，從而由第二檢測部34完成檢測。其中，基準光使用于測量的理由在于，光源部10的初始光譜可根據(jù)波長而具有其它輸出，并且根據(jù)壽命或外部影響使從光源部輸出并傳輸?shù)妮斎牍獾膹姸劝l(fā)生變化，因此需要去除所產(chǎn)生的光信號的歪曲因素。因此，為了確保光纖傳感器系統(tǒng)的準確性及穩(wěn)定性，而需要利用第一檢測部33來測量基準光的光強度，這是非常重要的事項。為了測量成為這種光分析的基準的基準光的光強度，可使用多種結(jié)構(gòu)，以下，參照其它實施例，對詳細的結(jié)構(gòu)進行更詳細的說明。

在測量基準光及信號光的過程中，根據(jù)需要，可在信號光或基準光經(jīng)過的光路上設(shè)置固定型或可變型光衰減器。優(yōu)選地，可在第二光耦合器13與第一光耦合器31之間、在第一光耦合器31與第一檢測部33之間或在第一光耦合器31與第二檢測部34之間等位置設(shè)置。需要上述光衰減器的情況可例舉由于上述基準光及信號光的光強度超過檢測部的檢測范圍而需要降低強度的情況。并且，需要上述光衰減器的情況可例舉需要使基準光和信號光的光輸出強度匹配在規(guī)定的范圍內(nèi)的情況。上述光衰減器可以為由添加有光吸收物質(zhì)的光纖構(gòu)成的光衰減器。

然后，通過第一檢測部33及第二檢測部34測量從上述基準光及信號光檢測出的兩個光強度，并向與上述檢測部相連接的分析部35傳輸上述光亮度，分析部35通過比較光強度來導出及分析上述信號光的共振波長的位置，由此可最終檢測施加在感測部的物理量。根據(jù)本發(fā)明，參照其它實施例，對從上述分析部35導出共振波長以及由此導出物理量的進一步詳細的過程進行更詳細的說明，以下，對構(gòu)成可適用于實施例的光纖的方法進行說明。

上述解調(diào)光纖32的基本成分可以為由玻璃形成的物質(zhì)。上述解調(diào)用光纖的玻璃成分可以為通過添加具有上述線性的光吸收的物質(zhì)來簡單地實現(xiàn)制備的氧化物(oxide)、硫族化物(chalcogenide)、氟化物(Fluoride)玻璃。上述解調(diào)用氧化物玻璃光纖的成分優(yōu)選為硅酸鹽(silicate)玻璃或二氧化硅(silica)玻璃。為了簡單地與較多的使用于光纖傳感器系統(tǒng)的普通二氧化硅玻璃光纖實現(xiàn)通過熔接的光連接，上述解調(diào)用氧化物玻璃光纖的成分優(yōu)選為二氧化硅玻璃。

并且，上述解調(diào)光纖的基本成分可以為高分子(polymer)物質(zhì)。上述解調(diào)用光纖的高分子物質(zhì)成分優(yōu)選為使光纖制備簡單的聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate)，PMMA)、聚丙烯(Polypropylene)、聚乙烯(Polyethylene)、聚苯乙烯(Polystyrene)、特氟龍(Teflon)、聚丙烯酸(polyacrylates)樹脂。

為了實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化，將上述玻璃作為基本成分的解調(diào)光纖優(yōu)選為直徑為700μm以下的光纖。為了簡單地與廣泛使用于光纖傳感器系統(tǒng)的玻璃光纖實現(xiàn)光連接，將上述玻璃作為基本成分的解調(diào)光纖更優(yōu)選為直徑為125±5μm左右的光纖。并且，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化，將上述高分子物質(zhì)作為基本成分的解調(diào)光纖優(yōu)選為直徑未2mm以下的光纖。為了簡單地與廣泛使用于光纖傳感器系統(tǒng)的普通高分子光纖實現(xiàn)光連接,將上述高分子物質(zhì)作為基本成分的解調(diào)光纖更優(yōu)選為直徑未200～1200μm范圍的光纖。

誘導上述特征的光吸收特性的物質(zhì)的特征在于，上述物質(zhì)在規(guī)定波長范圍內(nèi)具有單調(diào)變化的光吸收特性。更優(yōu)選地，誘導上述特定的光吸收特性的物質(zhì)的特征在于，上述物質(zhì)在規(guī)定波長范圍內(nèi)具有線性變化的光吸收特性。因此，為了具有上述線性的光吸收特性而添加在光纖的物質(zhì)的特征在于，選自稀土類元素、過渡金屬元素及納米粒子。

優(yōu)選地，上述稀土類元素選自由Tm、Er、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Yb、Lu組成的組。更優(yōu)選地，選自作為已開發(fā)有多種光器件的波長范圍的在200～2000nm區(qū)間具有更優(yōu)秀的線性的光吸收特性的Tm、Er、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Yb組成的組。

優(yōu)選地，上述金屬元素選自Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、In、Sn、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Tl、Pb、Bi組成的組。更優(yōu)選地，選自作為已開發(fā)有多種光器件的在200～2000nm區(qū)間具有更優(yōu)秀的線性的光吸收特性的V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、W、Tl、Pb、Bi組成的組。

優(yōu)選地，誘導特定的吸收特性的上述稀土類元素及金屬元素以+1、+2、+3價等的離子狀態(tài)添加，但根據(jù)情況，能夠以中性原子、二原子(diatomic)物質(zhì)形態(tài)添加。

優(yōu)選地，上述納米粒子選自Ag、Au、Cu、Si、Ge、Bi、Pb、Ti、Sn、PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、SnS、SnSe、SnTe、CuCl、CuCl2組成的組。

在通過使用于光纖傳感器系統(tǒng)用感測部的光纖布拉格光柵的情況下，根據(jù)應變、溫度、壓力等的外部環(huán)境的變化移動的通常產(chǎn)生的中心波長的移動大小限于nm程度。在添加上述稀土類元素、過渡金屬元素及納米粒子的解調(diào)光纖的情況下，可確保具有線性的光吸收特性的波長范圍為數(shù)nm至數(shù)十nm以上的范圍，因此，這種線性的光吸收特性充分使用于光纖傳感器系統(tǒng)。

添加在上述解調(diào)用光纖的物質(zhì)根據(jù)種類、量、原子價具有分別具有不同的波長范圍、斜率及強度的光吸收特性。因此，添加物質(zhì)的種類、量、原子價的選擇基準根據(jù)在所使用的光學特性分析過程中所需的波長范圍、吸收斜率及強度等各種光學特性的規(guī)格而定。

通過調(diào)節(jié)上述解調(diào)光纖的長度或添加的物質(zhì)的種類、成分、濃度(量)來簡單地變更根據(jù)光吸收系數(shù)的斜率。尤其，使用于光纖傳感器系統(tǒng)的光源部10的光輸出范圍、檢測部33、34的檢測輸出范圍以及使用于傳感器系統(tǒng)的其它光學元件12、13、20、31也具有多種損耗范圍，因此需要相對于上述損耗范圍來適當?shù)恼{(diào)節(jié)使用于測量部的解調(diào)用光器件的光吸收強度，在本發(fā)明的解調(diào)光纖的情況下，在完成制備后，也可通過調(diào)節(jié)解調(diào)光纖的長度或者串聯(lián)摻雜有誘導光吸收特性的互不相同的其它物質(zhì)的解調(diào)光纖來簡單地變更經(jīng)過上述解調(diào)光纖的信號光的所有光吸收斜率、強度及分布特性。

稀土類元素、過渡金屬元素及納米粒子的顏料物質(zhì)的價格可以是高價的。在本發(fā)明的解調(diào)光纖的情況下，以在直徑為數(shù)百μm程度的超細光纖中添加誘導光吸收的物質(zhì)的方法來完成制備，因此可降低上述原料物質(zhì)的消耗，從而大大較少制備成本。

并且，在本發(fā)明的解調(diào)光纖的情況下，通過光纖制備工序，在一個光纖用玻璃母材中可獲得數(shù)百m至數(shù)十km以上的解調(diào)光纖，因此光學特性幾乎相同，并且最終利用上述解調(diào)光纖可制備再現(xiàn)性非常優(yōu)秀的解調(diào)裝置。

表1示出了根據(jù)添加在本發(fā)明的解調(diào)光纖的主要添加物質(zhì)的種類呈現(xiàn)線性的光吸收特性的波長范圍的。在添加有稀土類元素或過渡金屬元素的光纖的情況下，根據(jù)種類在特定的波長范圍存在呈現(xiàn)線性的光吸收特性的吸收帶，并選擇這些特性來使用，以符合光學特性測量系統(tǒng)所需的規(guī)格。

在添加有Tm³⁺或Tm²⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，將在650～673nm、680～705nm、730～768nm、770～830nm、1098～1147nm、1234～1259nm、1180-1230nm及1490～1565nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍利用于解調(diào)。尤其，更優(yōu)選地，如光纖布拉格光柵，將作為已開發(fā)多種感測用光器件的波長范圍的1490～1565nm波長范圍利用于解調(diào)，在添加有Tm²⁺的光纖的情況下，可利用在大于Tm³⁺的波長范圍產(chǎn)生的線性的光吸收特性。在添加有Er³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，將在785～794nm、955～972nm、972～978nm、981～990nm、990～1008nm、1453～1482nm、1500～1545nm、1550～1567nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光學特性的所有或部分波長范圍利用于解調(diào)。更優(yōu)選地，將呈現(xiàn)明顯的線性的光吸收特性的955～972mm、990～1008nm、1453～1482nm、1550～1567nm區(qū)間利用于解調(diào)。尤其，更優(yōu)選地，將作為呈現(xiàn)明顯的線性的光吸收特性且如光纖布拉格光柵已開發(fā)有光源用及感測用多種光器件的波長范圍的1550～1567nm區(qū)間適用于解調(diào)。

在添加有Yb³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在864～908nm、910～950nm、955～990nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Tb³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在非常寬的500～700nm、1500～1800nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。尤其，更優(yōu)選地，將非常寬且呈現(xiàn)線性度優(yōu)秀的光學特性的1600～1800nm的區(qū)間利用于解調(diào)。

在添加有Ho³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在440～450nm、450～460nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Dy³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在1120～1200nm、1240～1300nm、1500～1630nm、1680～1740nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。尤其，更優(yōu)選地，將非常寬且呈現(xiàn)優(yōu)秀的光學特性的500～1630nm、1680～1740nm區(qū)間利用于解調(diào)。

并且，在添加有Pr³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在585～650nm、1345～1425nm及1500～1560nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。更優(yōu)選地，將非常寬且呈現(xiàn)線性度優(yōu)秀的光學特性的1345～1425nm以及作為已開發(fā)有多種光源用及傳感用光器件的波長范圍的1500～1560nm區(qū)間利用于解調(diào)。

在添加有Nd³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在800～840nm及900～940nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Sm³⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在1040～1070nm、1400～1440nm及1470～1520nm區(qū)間中呈現(xiàn)優(yōu)秀的線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。

在添加在解調(diào)光纖中的上述稀土類元素的情況下，在數(shù)nm至數(shù)十nm中的波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)優(yōu)秀的線性的光吸收特性，因此存在可利用于要求精密度的解調(diào)裝置的優(yōu)點。尤其，在添加有Tm³⁺或Tm²⁺的光纖中呈現(xiàn)出的基于3H₄的770～830nm附近的光吸收帶及基于3H₅的1180～1230nm附近的光吸收帶、在添加有Er³⁺的光纖中呈現(xiàn)出的基于4I_13/2的1500～1545nm附近的光吸收帶以及在添加有Yb³⁺的光纖中呈現(xiàn)出的基于2F_5/2的955～990nm附近的光吸收帶與其它光吸收帶不同地呈現(xiàn)出非常陡的光吸收斜率，因此可利用于要求非常高的敏感度的解調(diào)裝置。

在添加有V的光纖的情況下，在特別寬的510～610nm、910～1030nm、1100～1290nm區(qū)間中呈現(xiàn)適合利用于解調(diào)的線性的光吸收特性，但優(yōu)選地，利用其中的所有或部分波長范圍。尤其，更優(yōu)選地，利用呈現(xiàn)線性的特性的910～1030nm、1100～1290nm波長范圍。

在添加有Cr的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在600～750nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Cr³⁺的光纖的情況下，與添加有Cr的光纖不同地，在570～630nm及690～800nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性，但優(yōu)選地，利用其中的所有或部分波長范圍。

在添加有Mn的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在330～390nm及500～700nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Fe的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在500～720nm及1670～2000nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Fe²⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，與添加有Fe的光纖不同地，利用在650～1000nm及1300～2000nm的非常寬的范圍中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Co的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在320～400nm、400～500nm、700～770nm及1000～1200nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。

在添加有Ni的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在作為很寬的帶寬的1100～1600nm的波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Ni²⁺的光纖的情況下，利用在420～520nm及650～750nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。

在添加有Cu的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在250～320nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。在添加有Cu²⁺的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用在500～720nm區(qū)間中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分波長范圍。并且作為過渡金屬元素，在添加有Bi、Pb、W或Tl的光纖的情況下，了解到在非常寬的400～1200nm范圍中攢在可適用于解調(diào)的多種光吸收帶，并且可將在這些光吸收帶中呈現(xiàn)線性的光吸收特性的波長范圍使用于解調(diào)。

在添加于解調(diào)光纖的上述過渡金屬元素的情況下，存在可在數(shù)十nm至數(shù)百nm的很寬的波長范圍呈現(xiàn)線性的光吸收特性的優(yōu)點，并且可利用于需要寬波長范圍地解調(diào)裝置。

在添加有金屬或半導體納米粒子的解調(diào)光纖的情況下，根據(jù)表面等離子體效果或量子限制效果產(chǎn)生光吸收帶，并且在這種光吸收帶及周邊存在具有線性的光吸收特性的波長范圍，并將上述波長范圍使用于光纖傳感器測量系統(tǒng)。

在添加有Au或Cu納米粒子的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用包含在320～650nm波長范圍的呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分區(qū)間。在添加有Ag納米粒子的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用包含在300～550nm波長范圍的呈現(xiàn)線性的光吸收特性的所有或部分區(qū)間。在添加有Si、Ge、Ti或Sn納米粒子的光纖的情況下，可使用在500～1200nm范圍的寬波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)明顯的線性的光吸收特性，但可通過將線性的光吸收特性利用于所有或部分區(qū)間來使用成解調(diào)光纖。

在添加有CdS、CdSe或CdTe納米粒子的光纖的情況下，在作為可見光區(qū)間的410～880nm區(qū)間中存在光吸收帶，但優(yōu)選地，利用包含在相應波長范圍的所有或部分區(qū)間。在添加有PbS、PbSe或PbTe納米粒子的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用包含在440～3100nm的很寬的波長范圍的所有或部分區(qū)間。并且，在添加有ZnS、ZnSe或ZnTe納米粒子的光纖的情況下，優(yōu)選地，利用包含在300～540nm的波長范圍的所有或部分區(qū)間。

在添加有解調(diào)光纖的上述納米粒子的情況下，存在可通過調(diào)節(jié)光纖的折射率、添加的納米粒子的大小及分布來調(diào)節(jié)具有線性的光吸收特性的波長范圍的位置的優(yōu)點。

表1示出可添加在本發(fā)明的解調(diào)光纖的主要添加物質(zhì)的種類、成分以及基于上述種類、成分的主要解調(diào)用波長范圍。

表1

表1示出可適用于解調(diào)的優(yōu)選區(qū)間，但本發(fā)明并不限定于此，并且可在紫外線、可視光線及紅外線波長范圍內(nèi)使用。而且，根據(jù)光纖材料的基本成分可使用于解調(diào)的波長范圍可變化成規(guī)定的范圍。

以下，對實施例的解調(diào)光纖的制備方法進行說明。通過使用以下的光纖制備方法，可制備光吸收特性恒定且再現(xiàn)性非常高的解調(diào)光纖。

將玻璃作為基本成分的解調(diào)光纖可通過改進的化學氣相沉積法(MCVD，Modified Chemical Vapor Deposition)、氣相軸向沉積法(VAD，Vapor Axial Deposition)、外部氣相沉積法(OVD，Outside Vapor Deposition)、等離子體化學氣相沉積法(PCVD，Plasma Chemical Vapor Deposition)、火焰氣相沉積法(FCVD，F(xiàn)urnace Chemical Vapor Deposition)等的氣相淀積工序(Chemical Vapor Deposition)來制備。并且，上述解調(diào)光纖可通過溶膠凝膠法(Solgel method)、雙坩堝法(double crucible method)、玻璃熔化法(Glass melting method)等的制備方法來制備。為了添加誘導上述特定的光吸收特性的物質(zhì)，在光纖制備工序中可使用溶液添加法(Solution doping method)、氣溶膠法(Aerosol method)、熱熔法(Heated frit)、熱源法(Heated source)、熱源注射器(Heated source injector)、螯合交付(Chelate delivery)等的制備方法。

將硫族化物或氟化物玻璃作為基本成分的解調(diào)光纖的情況下，可使用雙坩堝法、玻璃熔化法或氣相淀積工序來制備。

將二氧化硅玻璃作為基本成分的解調(diào)光纖的情況下，可通過使用改進的化學氣相沉積法、氣相軸向沉積法、外部氣相沉積法、等離子體化學氣相沉積法、火焰氣相沉積法等的氣相淀積工序或溶膠凝膠法來制備。

尤其，在使用氣相淀積工序或溶膠凝膠法來制備二氧化硅光纖的情況下，可精確地調(diào)節(jié)添加在解調(diào)光纖的物質(zhì)的濃度，從而可更簡單地控制在光纖傳感器系統(tǒng)用測量部所需的光學特性，因此，可制備具有非常優(yōu)秀的再現(xiàn)性的解調(diào)光纖。

將高分子作為基本成分的解調(diào)光纖可通過使用聚合法(polymerization method)、擠壓法(Extrusion method)、氣相淀積工序等來制備。

圖5為示出實施例的添加有釷(Thulium，Tm³⁺)的解調(diào)光纖的光吸收特性的圖。首先，使用于實施例的解調(diào)光纖利用改進的化學氣相沉積工序并在光纖生產(chǎn)工序中與原料氣體一同添加誘導特定的光吸收特性的物質(zhì)來制備。

進一步詳細地說明通過使用改進的化學氣相沉積工序來制備光纖的方法，通過使用SiCl₄、GeCl₄、POCl₃、CF₄等的原料氣體來在二氧化硅管內(nèi)蒸鍍燒結(jié)的披覆層，然后蒸鍍通過部分燒結(jié)而具有微細孔隙的煙灰(soot)形態(tài)的芯層。而且，通過使用溶液添加法(Solution doping method)來使誘導特定的光吸收特性的物質(zhì)溶解于乙醇或水，由此制備溶液，并將上述芯層浸漬規(guī)定時間左右后，重新去除上述溶液。在去除溶液后，一定量的溶液也殘留于芯層的微細孔隙之間，并向纖芯添加殘留于這些殘留溶液內(nèi)的物質(zhì)。

最終，通過干燥(drying)、燒結(jié)(sintering)及凝結(jié)(collapsing)過程來制備光纖母材，并使上述光纖母材重新經(jīng)過光纖拉伸工藝制備成光纖。在實施例中，將水合(hydrous)形態(tài)的0.05M的TmCl₃及0.3M的AlCl₃溶解于水，并通過溶液添加法制備在纖芯添加有釷的光纖。

添加有釷等的稀土類元素的光纖可準確地調(diào)節(jié)離子的量，從而可容易地控制在測量部所要測量的光學特性，并且可制備具有相同的特性的解調(diào)光纖，因此是工序方面的再現(xiàn)性優(yōu)秀的方法。

如圖5所示，參照示出了根據(jù)以添加釷(Tm³⁺)的方式制備的解調(diào)光纖的波長的光吸收系數(shù)的曲線圖可知，在800nm及1200nm附近的波長中存在產(chǎn)生許多光吸收的區(qū)間，并且在1500～1563nm范圍的波長中存在如A區(qū)間具有明顯的線性的斜率地光吸收特性的區(qū)間。

圖6為示出還有一實施例的根據(jù)添加有鉺(Erbium，Er³⁺)的解調(diào)光纖的波長的光吸收特性的圖。使用于實施例的上述解調(diào)用光纖通過在利用改進的化學氣相沉積工序的光纖材料制備工序中添加誘導上述光吸收特性的物質(zhì)來制備。參照曲線圖，可知，在大約955～972nm、990～1008nm范圍中存在根據(jù)波長的具有線性的光吸收特性的區(qū)間，尤其，在1453～1482nm及1550～1567nm范圍中存在根據(jù)波長的具有明顯的線性的光吸收特性的區(qū)間，可將這種特性使用于光纖傳感器系統(tǒng)用解調(diào)光纖的制備。

圖7為示出還有一實施例的根據(jù)添加有釩(Vanadium，V)的解調(diào)光纖材料的波長的光吸收特性。使用于實施例的上述解調(diào)用光纖材料通過在利用玻璃熔融法及成型法的光纖材料制備工序中添加誘導上述光吸收特性的物質(zhì)來制備。作為主要成分使用包含SiO₂、P₂O₅及V₂O₅的氧化物玻璃，并使用玻璃熔融法在1000～1500℃的熔融溫度中制備。在完成熔融后，為了制備具有纖芯及包層結(jié)構(gòu)的光纖母材，在為此而被合適的設(shè)計的桿及管型模具中投入熔融玻璃，并在完成規(guī)定時間左右的熱處理后，分離模具，由此制備成桿及管形態(tài)的光纖母材，并使上述光纖母材經(jīng)過光纖拉伸工藝制備成直徑為120～130μm的光纖。在光纖拉伸過程中，防止因結(jié)晶化而降低光纖強度及增加損耗的現(xiàn)象尤為重要，為此，適當調(diào)節(jié)玻璃成分及光纖拉伸溫度。參照曲線圖，可知，在大約535～590nm范圍中存在根據(jù)波長的具有線性的光吸收特性的區(qū)間，尤其，在910～1030及1100～1290nm范圍中存在根據(jù)波長具有明顯的線性的光吸收特性地區(qū)間，可將這種特性適用于光纖傳感器系統(tǒng)用解調(diào)光纖的制備。

圖8a為示出還有一實施例的根據(jù)添加有Au納米粒子的解調(diào)光纖材料的波長的光吸收特性的圖，圖8b為放大示出在圖8a的添加有Au納米粒子的解調(diào)光纖中呈現(xiàn)明顯的線性的特性的570～595nm附近的光吸收光譜的圖。使用于實施例的上述解調(diào)用光纖材料通過在利用溶膠凝膠法的光纖材料制備工序中添加誘導上述光吸收特性的物質(zhì)來制備。作為原料物質(zhì)，與當作作為玻璃的基質(zhì)成分的二氧化硅的原料使用的Si(OC₂H₅)₄或Si(OCH₃)₄一同使用成為C₂H₅OH及Au納米粒子的原料的HAuCl₄-4H₂O。與上述原料物質(zhì)一同使用誘導琉璃化的催化劑，并經(jīng)過包括水解及聚合過程的琉璃化過程來制備光纖用玻璃母材。并且，為了適合于桿及管形態(tài)的光纖用玻璃母材制備，而使上述琉璃化過程發(fā)生在由特氟隆等塑料材質(zhì)形成的模具的內(nèi)部。為了形成Au納米粒子，而在光纖拉伸過程中適當?shù)卣{(diào)節(jié)拉伸溫度及拉伸速度或者在光纖拉伸后進行光纖熱處理過程，以形成納米粒子。

參照圖8a的曲線圖，可知，在大約325～340nm、510～535nm及570～595nm范圍中存在根據(jù)波長具有線性的光吸收特性的區(qū)間，參照圖8b，可知，尤其在570～595nm附近具有明顯的線性的光吸收特性?？蓪⑦@種特性使用于光纖傳感器系統(tǒng)用解調(diào)光纖的制備。

圖9為示出還有一實施例的根據(jù)添加有PbS納米粒子的解調(diào)光纖材料的波長的光吸收特性的圖。使用于實施例的上述解調(diào)用光纖材料通過在利用玻璃熔融法及成型法的光纖材料制備工序中添加誘導上述光吸收特性的物質(zhì)來制備。并且，添加有PbS納米粒子的解調(diào)光纖可使用氣相淀積工序及溶膠凝膠法來制備。參照曲線圖，可知，在大約600～900nm及1150～1250nm的非常寬的帶寬的波長范圍內(nèi)存在根據(jù)波長具有線性的光吸收特性的區(qū)間，將將這種特性使用于光纖傳感器系統(tǒng)用解調(diào)光纖的制備。

以下，對經(jīng)過實施例的解調(diào)光纖的信號光的強度變化進行說明。可通過計算進過解調(diào)光纖后的信號光地強度I與經(jīng)過解調(diào)光纖前的信號光的強度I₀的光強度之比，即，通過計算R＝10log(I/I₀)來確認根據(jù)波長的信號光的光強度變化。

其中，經(jīng)過解調(diào)光纖前的信號光的強度I₀與基準光的光強度相對應，并且可通過第一檢測部33進行檢測，經(jīng)過解調(diào)光纖后的信號光的光強度I在第二檢測部34檢測。

圖10為使圖2的A區(qū)間中的信號光的光強度變化在1500nm以上的波長中相對部分區(qū)間示出的圖。，上述信號光是經(jīng)過添加有長度為約10cm的釷(Tm³⁺)的解調(diào)光纖的，即，如在圖5所確認的，添加有釷的解調(diào)光纖針對相應區(qū)間的互不相同的波長具有線性依賴的特定的光吸收率，因此通過上述解調(diào)光纖的信號光的光強度也變化成線性，這在圖10中也可得到確認。通過圖5及圖10，根據(jù)解調(diào)光纖的波長的光吸收率為線性的區(qū)間可確保25nm至50nm以上，在實施例中可知，可檢測出相對這種區(qū)間移動的信號光的波長變化。以下，對通過解調(diào)光纖進行變化的波長及尤由此而從外部施加的物理量進行檢測的方法進行更詳細的說明。

在與圖10一同說明的利用添加有上述釷的解調(diào)光纖的實施例中，表示根據(jù)波長λ的上述光強度比率R的分析函數(shù)如下(數(shù)學式1)。

數(shù)學式1：R＝-5.84×10^-2×λ+86.9

因此，若計算出光強度比率R，則可根據(jù)數(shù)學式1檢測出信號光的波長λ。并且，可將光強度比率R與波長λ的關(guān)系式廣義地表示為如下(數(shù)學式2)。

數(shù)學式2：R＝a×λ+b

其中，a和b作為系數(shù)，可以為由根據(jù)解調(diào)光纖的波長的光吸收特性決定的系數(shù)。

而且，若使在感測部產(chǎn)生的信號光的波長λ針對從外部施加于感測部的物理量M以線性的方式進行變換及移動，則可如下的表示波長λ與物理量M之間的關(guān)系式。

數(shù)學式3：λ＝c×M+a

其中，c和d作為系數(shù)，可以為由根據(jù)施加物理量的感測部器件的敏感度特性確定的特性系數(shù)。

若相互結(jié)合數(shù)學式2和數(shù)學式3，則最終可整理成如下的數(shù)學式。

數(shù)學式4：R＝a×(c×M+b)+d＝p×M+q

其中，特性系數(shù)由p＝a×c、q＝a×c+d組成。因此，最終可根據(jù)數(shù)學式4從檢測出的光強度比率R中導出物理量M。

并且，在上述關(guān)系式(數(shù)學式2、數(shù)學式3)中，對解調(diào)光纖及感測部器件針對信號光的波長及物理量的變化分別具有線性的一次函數(shù)特性的情況進行了說明，但在二次函數(shù)等具有其它單調(diào)變化函數(shù)形態(tài)的特性的情況下，導出物理量的過程也相同。即，可改變上述數(shù)學式2和數(shù)學式3的部分形態(tài)，但信號光的強度，即，從光強度比率R中檢測信號光的波長λ，并由此測量物理量M的基本概念不變。其中，其它單調(diào)變化函數(shù)是指如指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、多項式函數(shù)的等函數(shù)，即，使函數(shù)值在部分或所有區(qū)間中呈現(xiàn)持續(xù)增加或持續(xù)減少的單調(diào)函數(shù)(monotonic function)特性，尤其，在部分區(qū)間中具有一次函數(shù)形態(tài)的特性。

為了提高信號分析的準確度以及增加分析的容易性，優(yōu)選地，使解調(diào)光纖的光吸收特性進行單調(diào)變換。更優(yōu)選地，使解調(diào)光纖的光吸收特性根據(jù)波長進行線性變換，由此使信號分析準確及容易。其中，優(yōu)選地，使吸收特性為線性的區(qū)間在對數(shù)尺度(log scale)或線性尺度(linear scale)單位中使用線性的區(qū)間。因此，在圖10中，在對數(shù)尺度中使用了完成分析的實施例，但在線性尺度中也可通過適用數(shù)學式2和數(shù)學式3來進行分析。并且，根據(jù)情況為了提高信號分析的準確度，可將所分析的波長范圍分成多個，并通過使用具有各個單調(diào)變化函數(shù)形態(tài)的分析函數(shù)來進行分析。其中，為了進行分析，優(yōu)選地，通過使用由各個一次函數(shù)構(gòu)成的分析函數(shù)來對分成多個波長范圍進行分析。

圖18a及圖18b為分別示出本發(fā)明實施例的光纖傳感用光學特性測量裝置及利用其的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。分別與圖4a及圖4b的實施例相比，其他部分相同，但本實施例的特征在于，在由第一光耦合器31分配并向第二檢測部34傳輸?shù)男盘柟獾囊苿庸饴飞显O(shè)置有長度為L1的第一解調(diào)光纖32-1，在由第一光耦合器31分配并向第一檢測部33傳輸?shù)幕鶞使獾囊苿庸饴飞显O(shè)置有長度為L2的第二解調(diào)光纖32-2。上述第一解調(diào)光纖32-1及第二解調(diào)光纖32-2的特征在于，它們由光吸收斜率相反的光纖構(gòu)成，可通過以相對的方式相互交叉光吸收斜率來改善物理量的測量敏感度。以下實施例一同對上述實施例的詳細工作原理及結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。

圖19為示出對實施例的為了通過反向交叉光吸收斜率來增大測量敏感度而分別添加鉺(Er³⁺)及鋱(Tb³⁺)的解調(diào)光纖的光吸收特性進行比較的圖。在1530～1700nm范圍的波長范圍內(nèi)，在Er³⁺的情況下，具有負光吸收斜率，相反地，在Tb³⁺的情況下，具有正光吸收斜率。因此，如下的舉例說明，與如圖4a及圖4b的結(jié)構(gòu)中的在向第二檢測部34傳輸?shù)男盘柟獾囊苿庸饴飞蟽H使用添加有Er³⁺的解調(diào)光纖的結(jié)構(gòu)相比，如圖18a及圖18b的結(jié)構(gòu)中的向第一檢測部33及第二檢測部34傳輸?shù)幕鶞使饧靶盘柟獾囊苿庸饴飞线B接分別添加有Tb³⁺及Er³⁺的解調(diào)光纖來構(gòu)成光學特性測量裝置及光纖傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可根據(jù)斜率的相互交叉特性提高測量敏感度。當然，即使以變更所連接的解調(diào)光纖的順序的方式在基準光及信號光的移動光路上連接分別添加有Er³⁺及Tb³⁺的解調(diào)光纖也可獲得相同的改善效果，這對本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，非常容易理解。

表2示出了本發(fā)明實施例的為了以相對的方式相互交叉光吸收斜率來改善物理量的測量敏感度而可向解調(diào)光纖添加的主要添加物質(zhì)的種類及成分以及基于上述種類、成分的主要解調(diào)用波長范圍。

表2

圖11為簡要示出實施例的將光纖布拉格光柵使用于感測部且將循環(huán)器作為第二光耦合器使用的光纖傳感器系統(tǒng)的圖，圖12的(a)部分為示出根據(jù)施加在圖11中的B地點的基準光的光譜及波長的光強度分布的曲線圖，圖12的(b)部分為示出根據(jù)施加在圖11中的C地點的因解調(diào)光纖而衰減的信號光的光譜及波長的光強度分布的曲線圖。

在圖11的實施例中適用了在1530～1560nm波長范圍內(nèi)輸出強度為平坦的光源、在上述波長范圍內(nèi)插入損耗為規(guī)定的第二光耦合器13以及在上述波長范圍內(nèi)耦合器比率為50：50的規(guī)定范圍的第一光耦合器31。

參照圖11，從光源部10射出的輸入光在感測部20的光纖布拉格光柵被反射，并通過光耦合器31向兩個光輸出線分離，一側(cè)經(jīng)過第一檢測部33以及另一側(cè)經(jīng)過解調(diào)光纖32行進至第二檢測部34。

然后參照圖12，根據(jù)外部環(huán)境的變化而在光纖布拉格光柵反射的并產(chǎn)生的光信號會改換共振波長，與在第二檢測部34檢測出的光強度斜率曲線圖一同，在圖12的(b)部分示出經(jīng)過具有如圖10所示的光學特性地解調(diào)光纖后的被衰減的信號光的光譜。即，解調(diào)光纖的光衰減大小根據(jù)波長進行線性變化，因此在第二檢測部34檢測出的光強度也進行線性變化。相反地，在向第一檢測部行進的基準光的情況下，由于未經(jīng)過解調(diào)光纖32而不產(chǎn)生光衰減，如圖12的(a)部分所述，若去除常規(guī)的噪音或誤差，則檢測出不依賴于波長的規(guī)定的光強度。

然后，若對如上所述的在第一檢測部檢測出的基準光地光強度和在第二檢測部檢測出的被衰減的信號光的光強度進行比較，則可導出信號光的波長。因此，在第一檢測部33及第二檢測部34檢測并比較所傳輸?shù)墓獾膹姸?，從而可檢測出由感測部產(chǎn)生的信號光的所變化的波長，由此可最終導出變化后的物理量。

圖13至圖16為簡要示出本發(fā)明的還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。與圖11相比，在圖13中說明的光纖傳感器系統(tǒng)具有無第一光耦合器且在第二光耦合器13直接連接第一檢測部33及解調(diào)光纖32的結(jié)構(gòu)，但其余的光纖傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及物理量測量方式與圖11的情況相同。即，在圖11的情況下，在第一光耦合器31將由感測部20產(chǎn)生的光信號分成兩個，并將其中的一部分作為基準光使用，相反地，在圖13中，通過第二光耦合器13將從光源部10傳輸?shù)妮斎牍獾囊徊糠肿鳛榛鶞使庵苯咏邮?，并在第一檢測部33檢測光強度。為了使基準光的強度衰減，在第一檢測部33之前，可配置無波長依賴特性的光衰減器36。在這種情況下，由于不使用第一光耦合器，因此存在使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單以及減低單價的優(yōu)點。除此之外地，使用解調(diào)光纖32的檢測部結(jié)構(gòu)、檢測及分析信號的方法與圖11一同說明的實施例相同。

圖14為簡要示出本發(fā)明還有一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。與圖11相比，在圖14的情況下，在光源部10輸出的輸入光不經(jīng)過第二光耦合器13而直接傳輸至感測部20。然后，在感測部20產(chǎn)生的光信號由第一光耦合器31分成兩個，其中的一部分作為基準光使用，并由第一檢測部33檢測出光強度，另一部分作為信號光使用，并經(jīng)過解調(diào)光纖32由第二檢測部34檢測出。通過使用解調(diào)光纖32來對在感測部20產(chǎn)生的光信號進行測量及分析的測量部30結(jié)構(gòu)及方法與在圖11說明的實施例相同。

在與圖11一同說明的感測部20的情況下，作為制備與在光源部10輸出的輸入光的射出方向相反的光信號的情況，作為適合于這種感測部的光器件，可例舉基于光纖布拉格光柵、受激布里淵散射的光器件。相反地，在圖14說明的感測部20的情況下，作為制備與輸入光的射出方向相同的光信號，適合于這種感測用光器件的光器件可以為利用長周期光纖光柵、法布里-珀羅濾波器、喇曼散射、相干反斯托克斯-拉曼散射、光參量產(chǎn)生、和頻產(chǎn)生(DFG：SHG，THG)、差頻產(chǎn)生、四波混頻過程等的光器件。根據(jù)需要，如圖14所示，在感測部20周圍可使用用于保護光源部的光隔離器12及僅使在感測部產(chǎn)生的光信號通過的通帶濾波器16。

圖15為簡要示出本發(fā)明的再一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。上述光纖傳感器系統(tǒng)具有在互不相同的波長中運行的多個感測部20-1、20-2、20-3、……，因此可使用于波分復用(WDM)測量及利用其的分散型傳感系統(tǒng)領(lǐng)域。在圖15中公開的傳感器系統(tǒng)由在互不相同的波長11、12、13、……運行的感測部20-1、20-2、20-3、……、第二光耦合器13-1、13-2、13-3、……、測量部30-1、30-2、30-3、……組構(gòu)成。更詳細地，在光源部10產(chǎn)生的輸入光經(jīng)過第二光耦合器13-1、13-2、13-3、……傳輸至感測部20-1、20-2、20-3、……，并且在上述各感測部產(chǎn)生在互不相同的共振波長11、12、13、……向受到外部環(huán)境的影響的光信號。并且，各個第一光耦合器僅將在與其相對應的感測部產(chǎn)生光信號傳輸至各個測量部30-1、30-2、30-3、……，由此檢測及分析光信號。優(yōu)選地，由于將多個波長使用于測量工序，因此使用于圖15的傳感器系統(tǒng)的光源部10的特性具有腦闊上述所有波長λ1、λ2、λ3、……的充分寬度的光帶。為了實現(xiàn)多重測量而結(jié)合多個在圖11中說明的個別光纖傳感器系統(tǒng)的形態(tài)或者通過使用解調(diào)光纖來檢測及分析在各感測部產(chǎn)生的光信號的基本多重測量部的結(jié)構(gòu)及方法與在圖11中說明的實施例相同。

圖16為簡要示出本發(fā)明再一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。上述光纖傳感器系統(tǒng)具有以相隔規(guī)定距離L1、L2、L3、……的方式形成的多個感測部20-4、20-5、20-6、……，因此可使用于時分復用(TDM)測量及利用其的分散型傳感系統(tǒng)領(lǐng)域。在到達測量部30而被檢測之前，在各感測部產(chǎn)生的光信號經(jīng)過互不相同的長度的光路，因此以互不相同的時間間距被測量，從而可利用上述時間間距來相互區(qū)分在各感測部檢測出的物理量，由此進行測量。

為此，優(yōu)選地，圖16的光源部10為以脈沖結(jié)構(gòu)驅(qū)動的光源，并且檢測部33、34能夠以測量上述光源的方式構(gòu)成。為了實現(xiàn)多重測量而結(jié)合多個在圖11中說明的個別光纖傳感器系統(tǒng)的形態(tài)或者通過使用解調(diào)光纖來對在各感測部產(chǎn)生的光信號進行測量及分析的基本測量部的結(jié)構(gòu)及方法與在圖11中說明的實施例相同。

圖20為簡要示出本發(fā)明再一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。如圖15所示的傳感器系統(tǒng)，上述光纖傳感器系統(tǒng)具有在互不相同的波長中運行的多個感測部20-1、20-2、20-3、……，從而可使用于波分復用測量及利用其的分散型傳感系統(tǒng)領(lǐng)域。上述傳感器系統(tǒng)由在互不相同的波長11、12、13、……中運行的感測部20-1、20-2、20-3、……及測量部30-1、30-2、30-3、……組構(gòu)成。

與圖15中所示的傳感器系統(tǒng)不同的是，為了分配在感測部產(chǎn)生的信號光，將多個第二光耦合器替換成第二光耦合器13及波分器件37來使用的方面。作為上述波分器件37，可使用陣列波導光柵(arrayed waveguide grating，AWG)、平面中階梯光柵(planar Echelle grating)、空間外差光譜儀(spatial heterodyne spectrometer)等。更詳細地，在光源部10產(chǎn)生的輸入光經(jīng)過第二光耦合器13向感測部20-1、20-2、20-3、……傳輸，并且在上述各感測部產(chǎn)生在互不相同的共振波長11、12、13、……受到外部環(huán)境影響的光信號。

然后，在多個感測部產(chǎn)生的光信號根據(jù)波長傳輸至分別對應的測量部30-1、30-2、30-3、……，并由波分器件37檢測及分析光信號。在圖20所示的傳感器系統(tǒng)的情況下，與圖15所示的相比，具有可使系統(tǒng)大小小型化的優(yōu)點。在圖20說明的根據(jù)波分復用化的光纖傳感器系統(tǒng)的情況下，也與圖15的情況相同，由此通過使用解調(diào)光纖來對在各感測部產(chǎn)生的光信號進行測量及分析的基本測量部的結(jié)構(gòu)及方法與圖11一同說明實施例相同。

與圖11一同揭示的實施例相比不同的是，在圖21中說明的光纖傳感器系統(tǒng)代替圖11的兩個檢測部33、34而由一個檢測部33及光開關(guān)38，除此之外，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及物理量測量方式與圖11的情況相同。接收光源部10的輸入光并在感測部20產(chǎn)生的信號光經(jīng)過第二光耦合器13及第一光耦合器31后，分別作為基準光及被衰減的信號光傳輸至B地點及C地點。

然后，通過光開關(guān)38按規(guī)定時間周期使基準光及被衰減的信號光的光強度由相同的檢測部33檢測，并對在分析部35按規(guī)定間隔檢測出的上述基準光及被衰減的信號光的強度進行比較，由此計算物理量。根據(jù)需要，如圖4b及圖13所示，為了使基準光或信號光的強度衰減，可在第二光耦合器與檢測部33之間的光路上配置光衰減器36。若利用在圖21說明的方法，則可明顯地減少圖15及圖20中的因波分復用化而需要的多個光耦合器及檢測部的數(shù)量，從而具有可降低傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)費用的優(yōu)點。

圖22為簡要示出本發(fā)明再一實施例的光纖傳感器系統(tǒng)的圖。與圖4b及圖11相比，在圖22的情況下，用于產(chǎn)生信號光的感測部20-7并未通過光纖與第二光耦合器13相連接，而是以中間隔著由氣體或液體形成的規(guī)定間距的自由空間40的方式形成。

更詳細地，在圖22揭示的傳感器系統(tǒng)的情況下，在光源部10輸出的輸入光經(jīng)過第二光耦合器13后，通過與上述第二光耦合器13相連接的收發(fā)用光器件39向感測部20-7側(cè)射出。然后，輸入光在經(jīng)過規(guī)定間距的自由空間40后到達至感測部20-7，并在上述感測部20-7產(chǎn)生信號光。所產(chǎn)生的上述信號光重新經(jīng)過自由空間40后，經(jīng)過收發(fā)用光器件39到達至第二光耦合器，并由與上述第二光耦合器相連接的第一光耦合器31分成兩個，其中的一部分作為基準光使用，并由第一檢測部33檢測光強度，另一部分作為信號光使用，并在經(jīng)過解調(diào)光纖32后，由第二檢測部34檢測。

通過使用解調(diào)光纖32來對在感測部20-7產(chǎn)生的光信號進行測量及分析的測量部30的結(jié)構(gòu)及方法與圖4b及圖11中說明的實施例相同。并且，作為用于獲得基準光的方法，代替圖4b及圖11中揭示的結(jié)構(gòu)，可利用在圖13說明的傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖22中的上述收發(fā)用光器件39可通過具有向感測部20-7傳輸輸入光的輸出部功能和接收在感測部20-7產(chǎn)生的信號光并向第二光耦合器13側(cè)進行傳輸?shù)氖展獠抗δ?，從而可由單個至多個光學鏡頭構(gòu)成。并且，上述收發(fā)用光器件39可以為漸變折射率(GRIN)鏡頭或熱膨脹芯(Thermally expended core，TEC)光纖器件等構(gòu)成光纖型準直器(collimator)。并且，上述收發(fā)用光器件39為了增大輸出及收光效率可具有擴增所輸出的輸入光的直徑的功能。

并且，在上述感測部20-7的體積大的情況下，上述收發(fā)用光器件39可具有改變朝向感測部20-7的輸入光的方向的掃描功能。并且，可在光路上使用如圖11所示地用于保護光源部10的光隔離器12及如圖14所述地僅使在感測部產(chǎn)生的光信號通過的通帶濾波器16。在上述感測部20-7產(chǎn)生的信號光可以為根據(jù)瑞利(Rayleigh)散射、米氏(Mie)散射、拉曼(Raman)散射、布里淵散射及多普勒效應等的光信號。上述感測部20-7可以為大氣及海洋等的流體物質(zhì)?？赏ㄟ^分布在這種流體物質(zhì)內(nèi)的黃沙、微塵、氣溶膠(aerosol)及浮游生物等的超細物質(zhì)的特性來使上述信號光的中心波長等的光學特性發(fā)生變化，并且利用光纖傳感器系統(tǒng)來測量這種信號光的特性變化，因此可分析上述感測部20-7的特性變化，例如，大氣及海洋等的流向及存在于流體物質(zhì)內(nèi)的上述超細物質(zhì)的分布特性。

作為再一實施例，可通過復合結(jié)合圖4a、4b、11、13、14、16、18a、18b、19、21中說明的光纖傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、圖15及圖20中說明的波分復用結(jié)構(gòu)以及圖16中說明的時分復用結(jié)構(gòu)來構(gòu)成光纖傳感器系統(tǒng)。

即，實施例的光學特性測量裝置及利用其的光纖傳感器系統(tǒng)與現(xiàn)有的相比，作為可更簡單地連接解調(diào)光纖的結(jié)構(gòu)，測量部無須針對內(nèi)部部件的光學校直，并且具有不受振動、壓力、溫度等外部環(huán)境的影響的特性。并且，在結(jié)構(gòu)方面單純且系統(tǒng)制備簡單，因此可明顯地降低單價，并且，若本發(fā)明的光纖傳感器系統(tǒng)利用上述實施例中說明的基本測量結(jié)構(gòu)及原理，則除了在上述實施例中說明的結(jié)構(gòu)以外，還能夠以多種結(jié)構(gòu)制備。

圖17為示出利用本發(fā)明的多種實施例的光纖傳感器系統(tǒng)來測量光學特性的方法的流程圖。參照圖17，對實施例的光學特性的測量方法進行說明。

首先，從光源部下馬關(guān)感測部射出具有規(guī)定的波長的輸入光。上述感測部能夠以包括光纖布拉格光柵的方式由多種光器件構(gòu)成，并且由感測用光器件基于從光源傳輸?shù)妮斎牍猱a(chǎn)生信號光(光信號)。然后，根據(jù)外部環(huán)境的變化，即，根據(jù)施加在感測部的物理量變化(S1)使感測部受到影響，由此使在感測部產(chǎn)生的信號光的中心波長進行移動(S2)。

為了測量根據(jù)施加在感測部的物理量而移動的信號光的波長，使信號光的一部分向設(shè)置于測量部的作為測量部光纖的解調(diào)光纖進行傳輸。在上述解調(diào)光纖中光吸收特性根據(jù)波長呈現(xiàn)線性，因此若信號光經(jīng)過上述上述解調(diào)光纖，則根據(jù)上述信號光的波長改變光強度(S3)。然后，進過解調(diào)并根據(jù)波長受到其它衰減的信號光的光強度與未經(jīng)過解調(diào)光纖的基準光的光強度一同在檢測部檢測(S4)。

可通過比較在檢測部檢測出的基準光和信號光的光強度來在分析部導出信號光的波長，最終可基于所導出的信號光的波長來導出根據(jù)溫度、應變(變形)、彎曲(bending)、扭曲(torsion)、壓力、折射率、濃度等外部環(huán)境變化而施加在感測部的物理量(S5)。

以上，以本發(fā)明的優(yōu)選實施例為中心對本發(fā)明進行了說明，但上述優(yōu)選實施例僅用于例示，并不用于限制本發(fā)明，只要是本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，則可在未脫離本發(fā)明的本質(zhì)上的特性的范圍內(nèi)實現(xiàn)以上未進行例示的多種變形和引用。例如，可通過變更在本發(fā)明的實施例具體說明的個結(jié)構(gòu)要素來實施。而且，需要理解的是，與這些變形和引用相關(guān)的差異也包含在所附的發(fā)明要求保護范圍中規(guī)定的本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明可適用于分析光器件用光學特性的光纖傳感器，從而具有產(chǎn)業(yè)上的可利用性。