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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<4>

事務局

干 渉

 干渉は2つの波が重なって発生する現象です。光(電磁波)は海の波と同じ横波で、海の波と同様に、図14に示すように2つの波が重ねあうと大きな波になり、波の山と波の谷とが重なると打ち消し合います。逆に山と山が重なると強め合うという特性を持っています。

図14
図14 波の干渉現象

たとえば、図15に示すような、水たまりに油膜があると虹色に見える現象は日常生活の中で目にすることができます。これも、油膜の表面と、油膜と水の境目で反射した2つの光の干渉によって生じる現象です。

図15
図15 水たまりの油膜が虹色に見える干渉現象

このような干渉現象を利用すると非常に敏感な光ファイバセンサを作ることができます。

たとえば、図16に示すような光学系を構成し、1つの光源から発生した光をスプリッタと呼ばれる光学部品で2つの光に分波し、それを再度スプリッタで合波すると、2つの光を干渉させることができます。

このとき発生している干渉状態は、光の山と谷の重ね合わせで発生しています。光ファイバ中を伝搬している光の山と谷の間隔(波長)は1 µm程度と非常に小さいので、2本の光ファイバのうち、1本の光ファイバを引っ張るなどして少し長さが変わっただけで干渉状態も敏感に変化します。

干渉を利用した光ファイバセンサは、非常に敏感なので、潜水艦のソナーや構造物の歪計測などの光ファイバセンサとして応用されています。

図16
図16 干渉を利用した光ファイバセンサの例

偏 光

光は電磁波です。電磁波とは、図17に示すように、電界と磁界が交互に発生しながら媒質中を伝搬する波です。媒質の不均一や媒質の変化によって、電界(または磁界)方向が変化、回転する現象が発生します。

1種類の方向しか持たない光を偏光と呼んでいます。身近な例では、サングラスや車の窓ガラスは、眩しさを低減するために偏光ガラスを用いています。

太陽光線は様々な方向を持つ偏光が重なっています。偏光ガラスとは、電界(または磁界)の方向のうち1つの方向成分のみを透過するガラスです。

偏光ガラスは、たとえば、海面での反射光を低減させて海中を見やすくしてくれます。

また電圧を加えることで、ある一方向の偏光のみを透過したり遮断したりする液晶は、液晶TVや3Dテレビなどに応用されています。

光ファイバセンサでは、光ファイバに加わる応力や曲げ、振動によって、光ファイバ中を伝搬する光の偏光が変化する現象を利用することで、光ファイバ振動センサ、光ファイバ通話機などに応用されています。

図17
図17 光(電磁波)という波の伝搬


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