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光ファイバセンサ概論(6)

基礎編<その1>(10)

基礎編<その2>(10)

基礎編<その3>(10)

基礎編<その4>(3)

設計編<その1>(10)

設計編<その2>(3)

施工保守編<その1>(10)

施工保守編<その2>(10)

施工保守編<その3>(3)

コラム(11)

基礎編<その1>

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02_光にはどのような性質がありますか<3>

事務局

散 乱

散乱は、図11に示すように、媒質の不均一性や媒質中の粒子の影響により光が微少な反射をする現象です。

日常生活で見る代表的な散乱現象としては空が青く見えたり夕焼けが赤く見えたりする例があります。

空が青く見えるのは大気中の空気の分子や微小な塵などにより太陽光が散乱し、散乱されやすい光の波長(色)が青なので、空が青く見えるわけです。

 図11
図11 散乱現象

 光ファイバセンサの中で、この散乱をうまく利用したセンサとしてROTDRやBOTDRがあります。

これらは分布型光ファイバセンサとも呼ばれ、光ファイバの長手方向の温度や歪を連続して計測することができます。

後述するOTDR(Optical Time Domain Reflectometry)と言われる技術を用いており、光ファイバ中に入射した光パルスが、光ファイバ中の媒質であるガラスのいたるところで散乱される散乱光を観測することで、温度や歪の長手方向の分布計測を可能としています。

光ファイバ中には、レーリー散乱、ラマン散乱、ブリルアン散乱といった散乱光があり、レーリー散乱は光ファイバ中に入射した光と同じ波長の散乱光、ラマン散乱、ブリルアン散乱は、入射した光とは別の波長の散乱光です。

回 折

図12のように、海の波が防波堤の切れ目を通過すると、波が折れ曲がる現象が発生します。これを回折と呼んでいます。光も電磁波という横波であり、海の波と同様に回折します。
 
図12
図12 回折現象

図13のような微小なスリットに光をあてると、おのおののスリットを通過した光は回折し、回折した光波は重なり合って、強め合う場所と弱め合う場所ができることで(干渉)、スクリーン上に光の縞模様が現れます。

光の波長によって強め合う場所と弱め合う場所が異なるので、太陽光線のような多数の波長を持つ光をあてると、虹色の縞模様が現れます。音楽用CDやDVDの表面を見ると虹色に見えますが、それはこの回折と次項で述べる干渉によって生じる現象です。

光ファイバセンサでは、たとえば、FBG(Fiber Bragg Grating)でも同様の原理を用いて、歪や温度を計測することができます。

 図13
図13 回折の例



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