膨潤性ポリマによるクラッドモードのリーキー導波構造変換を用いたシングルモードファイバ型リモートガスセンサ

摘要

リモートガスセンシングのために膨潤性ポリマによるリーキー導波構造変換を用いたシングルモードフアイバ型ガスセンサについて述べる.本ガスセンサは膨潤性ポリマを塗布したセンサへッドと長周期ファィバグレーティングを構成要素とする.本稿で提案するセンサ構造において長周期ファイバグレーティングはモード変換器としてのみ用いられる.膨潤性ポリマは特定分子に対して選択的に膨潤し屈折率が顕著に低下するものであり，これを光導波部周囲に塗布することでリーキー•導波の構造変換を引き起こすセンサへッドとして用いる.膨潤性ポリマとしてヒドロキシルェチルセルロース(HEC)を用いて構成された水蒸気の検出用ガスセンサでは0.lsec以下の十分に短い応答時間と9dB以上の高い感度を同時に得た.%In this technical report, an optical gas sensor, based on structural conversion between leaky and guided modes in single mode optical fibers (SMFs), is proposed and experimentally demonstrated. This gas sensor consists of a piece of SMF coated with swelling polymer and wedged between two long period fiber gratings (LPFGs). The LPFGs are used not as sensor heads but as just mode converters to increase sensitivity by concentrating optical field near cladding surface. When swelling polymer around the SMF is touched with a specific molecule, the refractive index of the swelling polymer significantly decreases by swollen, resulting in the structural conversion from the leaky mode to the guided mode. A series of experimental demonstration was conducted for watery vapor using Hydroxyl Ethyl Cellulose as swelling polymer. The proposed watery vapor sensor showed significantly short response time of less than 0.1 second as well as high sensitivity of more than 9dB.