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公開番号2025008652
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023110995
出願日2023-07-05
発明の名称再生位相シフトファイバブラッググレーティング、その製造中間体及び製造方法
出願人国立大学法人東京大学
代理人弁理士法人ドライト国際特許事務所
主分類G02B 6/02 20060101AFI20250109BHJP(光学)
要約【課題】目的とする特性を有する再生位相シフトファイバブラッググレーティング、その製造方法及び当該再生位相シフトファイバブラッググレーティングが得られる製造中間体を提供する。
【解決手段】再生位相シフトFBGは、グレーティング体31をアニールすることで作製される。グレーティング体31は、光ファイバ22のコア22aにグレーティング領域31aが形成されている。グレーティング領域31aは、コア22aをその軸方向に屈折率を周期的に変調するとともに、その中央で屈折率変調の位相を半周期シフトしてある。目的とする再生位相シフトFBGの特製を満たすように、グレーティング領域31aの軸方向のグレーティング長さL及び屈折率振幅が特定され、その特定したグレーティング長さL及び屈折率振幅でグレーティング体31が作製される。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
目的とする再生位相シフトファイバブラッググレーティングの元となり、光ファイバのコアに周期的な屈折率変調を有し当該屈折率変調の中央部に半周期の位相シフトを持つグレーティング領域が形成されるグレーティング体について、前記再生位相シフトファイバブラッググレーティングの特性を満たす前記グレーティング領域のグレーティング長さ及び屈折率振幅を、前記再生位相シフトファイバブラッググレーティングの特性から特定する特定工程と、
光ファイバのコアの屈折率を光誘起屈折率変化によって変化させて、前記特定工程によって特定された前記グレーティング長さ及び前記屈折率振幅の前記グレーティング領域を形成することにより、前記グレーティング体を作製するグレーティング体作製工程と、
前記グレーティング体をアニールすることにより、前記グレーティング領域における屈折率変調を消失させた後に再生させて前記再生位相シフトファイバブラッググレーティングとするアニール工程と
を有することを特徴とする再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記特定工程は、数値解析により前記グレーティング長さ及び前記屈折率振幅を特定することを特徴とする請求項１に記載の再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造方法。
【請求項３】
前記特定工程は、前記再生位相シフトファイバブラッググレーティングの特性と、数値解析により得られる位相シフトファイバブラッググレーティングにおけるグレーティング領域のグレーティング長さ及び屈折率振幅と前記位相シフトファイバブラッググレーティングの特性との関係を示す参照データとから、前記再生位相シフトファイバブラッググレーティングの特性を満たすグレーティング領域のグレーティング長さ及び屈折率振幅を求め、求めた前記再生位相シフトファイバブラッググレーティングの特性を満たすグレーティング領域のグレーティング長さ及び屈折率振幅を前記グレーティング体についての前記グレーティング長さ及び前記屈折率振幅に変換することを特徴とする請求項２に記載の再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造方法。
【請求項４】
前記特定工程は、前記グレーティング長さを１７ｍｍ以下の範囲で特定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造方法。
【請求項５】
前記特定工程は、前記グレーティング長さを５ｍｍ以上の範囲で特定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造方法。
【請求項６】
前記特定工程は、前記屈折率振幅を１５×１０
－４
以下の範囲で特定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造方法。
【請求項７】
アニールにより再生位相シフトファイバブラッググレーティングとされる製造中間体において、
光ファイバのコアが周期的な屈折率変調を有し当該屈折率変調の中央部に半周期の位相シフトを持つグレーティング領域を備え、
前記グレーティング領域のグレーティング長さが大きくても１７ｍｍである
ことを特徴とする再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造中間体。
【請求項８】
アニールにより再生位相シフトファイバブラッググレーティングとされる製造中間体において、
光ファイバのコアが周期的な屈折率変調を有し当該屈折率変調の中央部に半周期の位相シフトを持つグレーティング領域を備え、
前記グレーティング領域のグレーティング長さが小さくても５ｍｍである
ことを特徴とする再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造中間体。
【請求項９】
アニールにより再生位相シフトファイバブラッググレーティングとされる製造中間体において、
光ファイバのコアが周期的な屈折率変調を有し当該屈折率変調の中央部に半周期の位相シフトを持つグレーティング領域を備え、
前記グレーティング領域の屈折率振幅が大きくとも１５×１０
－４
である
ことを特徴とする再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造中間体。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項に記載の製造中間体の前記屈折率変調をアニールにより消失させた後に回復させた再生位相シフトファイバブラッググレーティング。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生位相シフトファイバブラッググレーティング、その製造中間体及び製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
光ファイバのコアの周期的な屈折率変調を有するグレーティング領域が形成されたファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと称する）が知られている。ＦＢＧは、光ファイバに広帯域光が入射すると、グレーティング領域に特有なブラッグ波長を中心とした狭い波長域の光だけを反射し、他の波長の光成分を透過する。光ファイバに生じる歪み（伸縮）によりグレーティング領域における屈折率変調の周期が変化することによってブラッグ波長がシフトする。この性質を利用して、ＦＢＧは、センサとして多く利用されている。例えば、構造部材の内部の変形や破壊の際に生じる弾性波（音波や超音波）を検出するアコースティックエミッション（ＡＥ）計測のセンサとしても用いられている。
【０００３】
また、グレーティング領域の中心に屈折率変調の位相を半周期だけシフトさせた位相シフトＦＢＧが知られている。位相シフトＦＢＧは、反射スペクトルの中央すなわちブラッグ波長を中心とする鋭いスペクトルディップが存在する。この位相シフトＦＢＧでは、このスペクトルディップが光ファイバに生じる歪みによってシフトすることを利用して、上述のＦＢＧに比べてより高い感度を有するセンサとして用いられる。
【０００４】
ＦＢＧ、位相シフトＦＢＧを作製する場合には、例えば、石英系ガラスで構成される光ファイバが用いられ、紫外線を照射することで、屈折率を高くするために例えばＧｅ（ゲルマニウム）を添加したコアに光誘起屈折率変化を誘起し、そのコアの屈折率を軸方向に周期的に変化させることで形成する。
【０００５】
位相シフトＦＢＧを高温でアニールした再生位相シフトＦＢＧが知られている（例えば特許文献１、非特許文献１を参照）。上記のように作製される位相シフトＦＢＧを高温（例えば９００℃以上）に加熱すると位相シフトＦＢＧとしての性質が消失するが、高温を所定時間維持すると、グレーティング領域が再生される。再生位相シフトＦＢＧは、このように高温下において、位相シフトＦＢＧとしての性質をいったん消失させたのちに再生させたものである。再生位相シフトＦＢＧは、冷却した後に再度例えば９００℃に加熱しても位相シフトＦＢＧとしての性質が消失しないため耐熱性に優れたセンサとして用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１３－１４２６６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
Feng-ming Yu, Yoji Okabe " Regenerated Fiber Bragg Grating Sensing System for Ultrasonic Detection in a 900℃ Environment" ASME J Nondestructive Evaluation. Feb 2019, 2(1): 011006-011006-8
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、再生位相シフトＦＢＧは、その元となった位相シフトＦＢＧと大きく特性が変わってしまうすなわち反射スペクトルが変化して感度が著しく低下する等の問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、目的とする特性を有する再生位相シフトファイバブラッググレーティング、その製造方法及び当該再生位相シフトファイバブラッググレーティングが得られる製造中間体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の再生位相シフトファイバブラッググレーティングの製造方法は、目的とする再生位相シフトファイバブラッググレーティングの元となり、光ファイバのコアに周期的な屈折率変調を有し当該屈折率変調の中央部に半周期の位相シフトを持つグレーティング領域が形成されるグレーティング体について、再生位相シフトファイバブラッググレーティングの特性を満たすグレーティング領域のグレーティング長さ及び屈折率振幅を、再生位相シフトファイバブラッググレーティングの特性から特定する特定工程と、光ファイバのコアの屈折率を光誘起屈折率変化によって変化させて、特定工程によって特定されたグレーティング長さ及び屈折率振幅のグレーティング領域を形成することにより、グレーティング体を作製するグレーティング体作製工程と、グレーティング体をアニールすることにより、グレーティング領域における屈折率変調を消失させた後に再生させて再生位相シフトファイバブラッググレーティングとするアニール工程とを有するものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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