特許 7395545 光拡散ファイバを用いた光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】光拡散ファイバを用いた光デバイス

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/00 20060101AFI20231204BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20231204BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20231204BHJP

   F21S 2/00 20160101ALN20231204BHJP

【ＦＩ】

G02B6/00 326

G02B6/036 301

F21V8/00 241

F21V8/00 282

F21S2/00 663

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021145187

(22)【出願日】2021-09-07

(65)【公開番号】P2023038453

(43)【公開日】2023-03-17

【審査請求日】2022-09-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003263

【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷口 浩一

(72)【発明者】

【氏名】中島 宣武

(72)【発明者】

【氏名】金 正高

【審査官】堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／００１５８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１９１３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６１２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０１２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２６５２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１１７４８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１３１５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１７８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５３６５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２０２４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４４２２７１９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／００－６／１０

６／２４５－６／２５

６／４４－６／５４

Ｆ２１Ｖ ８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光散乱機能を有さない第１コアと、前記第１コアに接触して被覆するように設けられた光散乱機能を有する第２コアと、を備え、前記第２コアが前記第１コアよりも屈折率が高い第２コア本体を含む光拡散ファイバと、
前記光拡散ファイバの一端に接続された出射光の拡がり角度が可変である第１の光源と、
前記光拡散ファイバの他端に接続された出射光の拡がり角度が可変である第２の光源と、
を有する光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光拡散ファイバを用いた光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

照明等の用途において光拡散ファイバが用いられている。例えば、特許文献１には、散乱構造を有するコアと、そのコアを被覆するように内側から順に同心状に設けられたクラッド、二次被覆、及びジャケットとを備えた光拡散ファイバが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６４８３０９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、光取り出し効率が高い光拡散ファイバを用いた光デバイスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、光散乱機能を有さない第１コアと、前記第１コアに接触して被覆するように設けられた光散乱機能を有する第２コアとを備え、前記第２コアが前記第１コアよりも屈折率が高い第２コア本体を含む光拡散ファイバと、前記光拡散ファイバの一端に接続された出射光の拡がり角度が可変である第１の光源と、前記光拡散ファイバの他端に接続された出射光の拡がり角度が可変である第２の光源とを有する光デバイスである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、第１コアに接触して被覆するように設けられた光散乱機能を有する第２コアが、第１コアよりも屈折率が高い第２コア本体を含むことにより、高い光取り出し効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】実施形態に係る光拡散ファイバの横断面図である。

【図1B】実施形態に係る光拡散ファイバの縦断面図である。

【図2】ライン状光源の構成を示す図である。

【図3A】ライン状光源の第１の変形例の構成及び動作を示す第１の図である。

【図3B】ライン状光源の第１の変形例の構成及び動作を示す第２の図である。

【図4】ライン状光源の第２の変形例の構成を示す図である。

【図5】透過型の光ファイバ応力センサの構成を示す図である。

【図6A】透過型の光ファイバ応力センサの第１の変形例の構成を示す図である。

【図6B】透過型の光ファイバ応力センサの第２の変形例の構成を示す図である。

【図7】反射型の光ファイバ応力センサの構成を示す図である。

【図8】実施形態に係る光拡散ファイバを用いた空間光の集光及び結合を示す図である。

【図9A】実施例モデルの入射光の拡がり角度と散乱光量との関係を示すグラフである。

【図9B】比較例モデル１の入射光の拡がり角度と散乱光量との関係を示すグラフである。

【図9C】比較例モデル２の入射光の拡がり角度と散乱光量との関係を示すグラフである。

【図10A】実施例モデルの長さ方向の位置と散乱光強度との関係を示すグラフである。

【図10B】比較例モデル１の長さ方向の位置と散乱光強度との関係を示すグラフである。

【図10C】比較例モデル２の長さ方向の位置と散乱光強度との関係を示すグラフである。

【図11A】実施例モデルの散乱光の出射角度と散乱光強度との関係を示すグラフである。

【図11B】比較例モデル１の散乱光の出射角度と散乱光強度との関係を示すグラフである。

【図11C】比較例モデル２の散乱光の出射角度と散乱光強度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について説明する。

【0010】

図１Ａ及びＢは、実施形態に係る光拡散ファイバ１０を示す。この光拡散ファイバ１０は、ファイバ側面から散乱光を出射する光学部品である。

【0011】

実施形態に係る光拡散ファイバ１０は、第１コア１１、第２コア１２、クラッド１３、及び被覆層１４を備える。

【0012】

第１コア１１は、ファイバ中心に設けられている。第１コア１１の断面形状は、円形である。第１コア１１の直径は、例えば１０μｍ以上２０００μｍ以下である。第１コア１１は、ガラス材料で形成されていることが好ましい。ガラス材料としては、例えば、純粋石英、フッ素（Ｆ）やゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされて屈折率が調整された石英等が挙げられる。第１コア１１は、アクリル樹脂等の樹脂材料で形成されていてもよい。

【0013】

第２コア１２は、第１コア１１に接触して被覆するように設けられている。第２コア１２の断面形状は、環状である。第２コア１２の外径は、例えば１００μｍ以上１００００μｍ以下である。第２コア１２は、第１コア１１よりも屈折率が高いマトリクスの第２コア本体１２１と、その第２コア本体１２１に分散した光散乱体１２２とを含む。

【0014】

第２コア本体１２１は、第１コア１１よりも屈折率が高い材料で形成されている。第２コア本体１２１は、樹脂材料で形成されていることが好ましい。樹脂材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）樹脂、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂など）、ポリアミド系樹脂（ナイロン樹脂など）等が挙げられる。シリコーン系樹脂は、多種の光散乱体１２２との親和性が高いので、光散乱体１２２を均一に分散させることができる。シリコーン系樹脂は、放熱性が高いので、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂やポリスチレン（ＰＳ）樹脂のような熱に弱い光散乱体１２２の劣化を抑制することができる。シリコーン系樹脂は、石英との密着性が高いので、第１コア１１がガラス材料で形成されている場合には、第１コア１１と第２コア１２との高い密着性を得ることができる。シリコーン系樹脂は、光の透過率が高いので、レーザ光に対する高い耐性を得ることができる。これらのことから、第２コア本体１２１は、シリコーン系樹脂で形成されていることが好ましい。第１コア１１がガラス材料で形成されている場合、第１コア１１の線引きに続いて、その表面上に第２コア１２を形成加工し、高い量産性及び再現性を得る観点からは、第２コア本体１２１は、熱硬化型又は紫外線硬化型のシリコーン系樹脂で形成されていることがより好ましい。なお、第２コア本体１２１は、純粋石英、フッ素（Ｆ）やゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされて屈折率が調整された石英等のガラス材料で形成されていてもよい。

【0015】

光散乱体１２２は、無機材料、有機材料、セラミックス材料、又は、金属材料の粒状物で構成されていてもよい。無機材料としては、例えば石英等が挙げられる。有機材料では、例えばＰＭＭＡやＰＳが挙げられる。セラミックス材料では、例えば光透過性のＴｉＯ_２等が挙げられる。金属材料では、例えばアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等が挙げられる。粒状物の光散乱体１２２は、内部に空気層を持つ多重構造を有していてもよい。光散乱体１２２は、微細な気泡で構成されていてもよい。光散乱体１２２は、これらのうちの１種又は２種以上で構成されていることが好ましく、第２コア本体１２１がシリコーン系樹脂で形成されている場合、透明性が高く、光吸収が少なく、分散性が良好であるという観点から、有機材料の粒状体で構成されていることがより好ましい。光透過性を有する光散乱体１２２では、その屈折率は、第２コア本体１２１の屈折率と異なれば良く、高くても低くても良い。

【0016】

光散乱体１２２の粒径は、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下である。光散乱体１２２の粒度分布は、粒子径が揃った単分散でも、粒子径分布が幅を持つ多分散でも、どちらでもよい。なお、光散乱体１２２の粒度分布が単分散の場合、伝播光の波長が変化すると、散乱光の特性も変化するが、多分散の場合、伝播光の波長が変化しても、散乱光の特性の変化を抑えることができる。光散乱体１２２が粒状物の場合、第２コア１２における光散乱体１２２の含有量は、例えば第２コア本体１２１の含有量に対して０．０１質量％以上３０質量％以下であり、光散乱体１２２による光の吸収及び長さ方向における散乱光量の偏りの抑制の観点から、好ましくは３質量％以下である。

【0017】

第２コア１２は、光散乱体１２２に加えて、蛍光体及び／又は蓄光体を含んでいてもよい。蛍光体及び蓄光体の直径、粒度分布、及び含有量は、光散乱体１２２の場合と同一である。例えば、伝搬光が波長４４０ｎｍ付近の青色光である場合、第２コア１２が、この青色光を励起光として黄色を発光する蛍光体（例えばＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ））を含んでいれば、青色の散乱光と黄色の蛍光とを混合した疑似白色の発光を得ることができる。また、第２コア１２が蓄光体を含んでいれば、伝搬光が途絶えても、暫くの間は燐光による発光を得ることができ、それを避難表示に利用することができる。例えば、伝搬光の波長が４０５ｎｍである場合、第２コア１２は、これを励起光として緑色を発光する蓄光体（アルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ_２Ｏ_４）系、硫化亜鉛（ＺｎＳ））を第２コア１２が含んでいてもよい。

【0018】

クラッド１３は、第２コア１２に接触して被覆するように設けられている。被覆層１４は、クラッド１３に接触して被覆するように設けられている。クラッド１３及び被覆層１４の断面形状は、いずれも環状である。クラッド１３及び被覆層１４の外径は、例えば２００μｍ以上２００００μｍである。クラッド１３及び被覆層１４は、樹脂材料で形成されていることが好ましい。樹脂材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂等が挙げられる。クラッド１３及び被覆層１４を形成する樹脂材料は、ハイパワーのレーザ光の伝送への耐性、耐熱性、屋外における耐候性の観点から、シリコーン系樹脂及びフッ素系樹脂が好ましい。クラッド１３及び被覆層１４を形成する樹脂材料は、結晶性を有していてもよい。クラッド１３の屈折率は、第２コア本体１２１の屈折率よりも低いことが好ましいが、第２コア本体１２１の屈折率よりも高くてもよい。被覆層１４の屈折率は、クラッド１３の屈折率よりも高くても、低くても、どちらでもよい。クラッド１３及び被覆層１４は、第２コア１２と同一又は異なる光散乱体を含んでいてもよい。

【0019】

以上の構成の実施形態に係る光拡散ファイバ１０によれば、第１コア１１に接触して被覆するように設けられた光散乱機能を有する第２コア１２が、第１コア１１よりも屈折率が高い第２コア本体１２１を含むことにより、第１コア１１の伝搬光が、第２コア１２に容易に導かれて散乱光として外部に放出されるので、高い光取り出し効率を得ることができる。

【0020】

ところで、高屈折率のコアが光散乱体を含む低屈折率のクラッドで被覆された光拡散ファイバでは、コアの伝播光をクラッドに漏洩させ、その光を光散乱体に導いて散乱させる必要がある。そのため、コアにクラッドとの界面の臨界角を越えるような大きな拡がり角度の光を入射する手段やクラッドにおける光散乱体の含有量を多くしてコアとクラッドとの界面に屈折率や構造の不均一部分を形成することによりコアの伝播光を放射モードに変える手段が講じられる。

【0021】

しかしながら、前者の手段では、拡がり角度の大きい光を発する専用の光源を準備する必要があるという問題がある。後者の手段では、光散乱体による光吸収が多いとともに、不均一部分の影響が過大になり易いので、光拡散ファイバの長さ方向で散乱光量に偏りが生じるという問題がある。

【0022】

これに対し、実施形態に係る光拡散ファイバ１０では、第２コア本体１２１が第１コア１１よりも屈折率が高く、第１コア１１の伝搬光が、第２コア１２に容易に導かれるので、第１コア１１の伝搬光を第２コア１２に漏洩させるために、拡がり角度の大きい光を発する専用の光源を用いる必要がなく、高屈折率のコアが光散乱体を含む低屈折率のクラッドで被覆された光拡散ファイバのように、クラッドに多くの散乱体を含有させて、コアとの界面近傍に屈折率や構造の不均一部分を形成する必要が無いので、実施形態に係る光拡散ファイバ１０では、第２コア１２における光散乱体１２２の含有量を少量とすることができる。このことにより、光散乱体１２２による光の吸収を抑制することができるとともに、屈折率や構造の不均一部分の影響を小さくできるので、長さ方向における散乱光量の偏りを抑制することができる。また、不均一部分を形成することを目的とした最低限の光散乱体１２２の含有量という制約事項がないので、光拡散ファイバ１０の設計の高い自由度を得ることができる。

【0023】

実施形態に係る光拡散ファイバ１０は、第１コア１１から光散乱体１２２に至る光の角度に対する制限が緩和され、第１コア１１の伝搬光の変動に伴って散乱光の出射角度が変動することから、この特性を利用することにより、例えば照明や表示などの各種の光源、光ファイバセンサ等の光デバイスに用いることができる。

【0024】

図２は、光デバイスの一例であるライン状光源２０を示す。

【0025】

このライン状光源２０は、実施形態に係る光拡散ファイバ１０と、その一端に接続された原光源２１とを有する。

【0026】

このライン状光源２０では、原光源２１からの光の拡がり角度を変えることにより、散乱光の出射角度を制御し、図２に示す実線矢印と破線矢印との間の範囲において、散乱光を所望の方向に導いて出射させることができる。

【0027】

ここで、原光源２１からの光の拡がり角度を変える方法としては、例えば、発する光の拡がり角度が異なる複数の原光源２１を切り換える方法、レンズなどの光学部品を用いて光の拡がり角度を変える方法、原光源２１から光拡散ファイバ１０への入射角度を変える方法、原光源２１と光拡散ファイバ１０とを別の光ファイバで繋ぎ、その光ファイバに外部応力や熱を加えて光伝搬特性を変える方法、光拡散ファイバ１０自身に外部応力を加える方法等が挙げられる。

【0028】

ライン状光源２０は、図３Ａ及びＢに示すように、光拡散ファイバ１０の一端に第１原光源２１１及び他端に第２原光源２１２がそれぞれ接続された構成であってもよい。このライン状光源２０では、図３Ａに示すように第１原光源２１１からの伝搬光を散乱光として出射させる場合と、図３Ｂに示すように第２原光源２１２からの伝搬光を散乱光として出射させる場合とを使い分けることで、より誘目性を強調することができる。

【0029】

ライン状光源２０は、図４に示すように、光拡散ファイバ１０に、伝搬光を曲げたり、或いは、伝搬光を制限する機能付与構造２２が設けられた構成であってもよい。これにより、機能付与構造２２が設けられた部分において、光が点滅する効果や誘目性が高まる効果等を得ることができる。

【0030】

以上のライン状光源２０は、光拡散ファイバ１０が可撓性に優れるので、光拡散ファイバ１０を任意の形状に曲げて配置することができ、また、光拡散ファイバ１０を二次元的に並べた面光源や三次元的に積み上げた立体光源を構成することもできる。さらに、展示用照明として使用する場合には、光源の設置位置を変えることなく、展示物に対する光の照射の方向を変えることができる。農業における植物育成用照明として使用する場合には、光の照射の方向を変えて、光が当たらない葉の裏側などの影の部分へも光を当てることができる。案内表示として使用する場合には、光の出射の方向を変えることにより、誘目性の優れた表示を行うことができる。なお、原光源２１並びに第１及び第２原光源２１１，２１２の出射光は、可視光、赤外光、及び紫外光のうちのいずれでもよいが、案内表示の場合には、可視光が好ましい。

【0031】

図５は、光デバイスの一例である透過型の光ファイバ応力センサ３０を示す。

【0032】

この光ファイバ応力センサ３０は、光源３１と、その光源３１に一端が接続されたセンシング部３２１を含む光ファイバ３２と、その他端に接続された実施形態に係る光拡散ファイバ１０と、光拡散ファイバ１０の出射側部分に設けられた光検出器３３とを有する。

【0033】

この光ファイバ応力センサ３０では、光源３１からの光が、光ファイバ３２に入射して伝播するのに続いて、光拡散ファイバ１０に入射して伝播し、光検知器３３が、光拡散ファイバ１０からの散乱光の出射角度分布を検知する。そして、光ファイバ３２のセンシング部３２１に外力Ｆ（側圧、曲がり、温度等）が作用すると、光ファイバ３２の伝播光の拡がり角度が変化し、この変化が光拡散ファイバ１０からの散乱光の出射角度分布の変化として現れ、光検知器３３は、その拡がり角度が変化した散乱光の出射角度分布を検知する。このことから、光検知器３３が検知する光拡散ファイバ１０からの散乱光の出射角度分布の変化に基づき、センシング部３２１に作用した外力Ｆを測定することができる。従来の同種の光ファイバ応力センサでは、センシング部が光ファイバとは異なる構造や材料で形成されてため光接続が困難である、また、センサ機能に応じた特殊な光源が必要である等の課題がある。しかしながら、この光ファイバ応力センサ３０では、そのような課題がない。また、従来の光ファイバ応力センサのようにセンシング部に特殊な構造を形成する必要がない。センシング部３２１は、外力Ｆが伝わり易い構造や配置で光ファイバ３２、光拡散ファイバ１０の近傍に設けても良い。またセンシング部３２１として具体的な構造を設けなくとも、光ファイバ３２、光拡散ファイバ１０自身が直接外力Ｆを受けるように敷設しても良い。前者の場合は特定の位置での検出、後者の場合は敷設した広いエリアでの検出が可能である。例えば、前者の場合、生体内の特定部位のセンシングやロボットの関節部分のセンシング等に有効である。また後者の場合、崩落危険地帯の広いエリアでの地形変動のセンシング等に有効である。

【0034】

なお、センシング部３２１は、光拡散ファイバ１０に設けられていてもよい。また、図６Ａに示すように、センシング部３２１が複数設けられていてもよく、光ファイバ３２の全長の全領域がセンシング部３２１を構成していてもよい。さらに、図６Ｂに示すように、光ファイバ３２、光拡散ファイバ１０、及び光検出器３３のユニットが直列に複数接続されていてもよい。

【0035】

図７は、光デバイスの一例である反射型の光ファイバ応力センサ３０を示す。

【0036】

この光ファイバ応力センサ３０は、光源３１と、その光源３１に一端が接続された実施形態に係る光拡散ファイバ１０と、その他端に接続されたセンシング部３２１を含む光ファイバ３２と、光拡散ファイバ１０の出射側部分及び入射側部分にそれぞれ設けられた第１及び第２光検出器３３１，３３２と、光ファイバ３２の出射端に設けられた反射ミラー３４とを有する。

【0037】

この光ファイバ応力センサ３０では、光源３１からの光が、進行方向に、光拡散ファイバ１０に入射して伝播するのに続いて、光ファイバ３２に入射して伝播し、反射ミラー３４で反射した後、後進方向に、光ファイバ３２を伝播するのに続いて、光拡散ファイバ１０に入射して伝播し、第１光検出器３３１が、進行方向に伝播する光源３１からの光の散乱光の出射角度分布を検知するとともに、第２光検出器３３２が、後進方向に伝播する光ファイバ３１からの光の散乱光の出射角度分布を検知する。そして、光ファイバ３２のセンシング部３２１に外力Ｆ（側圧、曲がり、温度等）が作用すると、光ファイバ３２の伝播光の拡がり角度が変化し、この変化が後進方向に伝播する光の光拡散ファイバ１０からの散乱光の出射角度分布の変化として現れ、第２光検知器３３２は、その拡がり角度が変化した散乱光の出射角度分布を検知する。一方、第１光検出器３３１は、外力Ｆに影響されていない光源３１自身の出射角度分布を検知しているので、第１及び第２光検知器３３１，３３２が検知する光拡散ファイバ１０からの散乱光の出射角度分布の相違に基づき、センシング部３２１に作用した外力Ｆを測定することができる。光ファイバ３２の伝搬光は、進行方向及び後進方向に往復して伝播し、センシング部３２１に作用する外力Ｆによる影響を大きく受ける。このことから、外力Ｆの高い検出感度を得ることができる。なお、この反射型の光ファイバ応力センサ３０でも、センシング部３２１が複数設けられていてもよい。また、光ファイバ３２の全長の全領域がセンシング部３２１を構成していてもよい。

【0038】

実施形態に係る光拡散ファイバ１０は、散乱光の出射角度の範囲が広いので、光相反性の原理より、図８に示すように、空間光を集光して結合させ易い、つまり、空間光の結合効率が高い構造を有し、集光した空間光を結合させて出射する。したがって、この光拡散ファイバ１０を二次元的に並べた平面構造、三次元的に配置した立体構造、可撓性を利用した任意の曲面構造の集光部材を構成し、それを用いることにより、効率のよい光結合装置を構成することができる。なお、複数の光拡散ファイバ１０からの光は、光カプラ、レンズ、ミラー等の光学部品を用いて合波することができる。また、空間光は、可視光、赤外光、及び紫外光のうちのいずれでもよい。

【0039】

なお、上記実施形態では、断面形状が円形の単一の第１コア１１がファイバ中心に設けられた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、第１コアの断面形状が矩形や多角形等であってもよく、第１コアが複数設けられていてもよく、第１コアがファイバ中心から偏心して設けられていてもよい。

【0040】

上記実施形態では、第２コア１２が光散乱体１２２を含む構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、第２コアが、光散乱体を含まず、例えばフッ素系樹脂やポリアミド系樹脂等の結晶性を有する樹脂材料で形成されて光散乱機能を有する構成であってもよい。

【実施例】

【0041】

光学設計解析ソフトウェア（Zemax OpticStudio Zemax社製）を用いて行ったシミュレーションについて説明する。

【0042】

第１コア及び第２コア並びにクラッドが内側から順に同心状に設けられた光拡散ファイバであって、第２コアが、第１コアよりも屈折率が高い第２コア本体に光散乱体が均一に分散した構成のものを実施例モデルとした。実施例モデルの光拡散ファイバでは、第１コアの直径を１００μｍ及び屈折率を１．４５、第２コアの外径を２００μｍ及び第２コア本体の屈折率を１．５０、クラッドの外径を７００μｍ及び屈折率を１．４０、並びに光散乱体の粒径を２μｍ及び屈折率を１．４９とした。

【0043】

第２コア本体の屈折率を１．４０、したがって、第２コア本体の屈折率を第１コアの屈折率よりも低くし、且つ光散乱体の添加濃度が増えてその２５％が第１コアに接触するように、光散乱体を第１コアと第２コアとの界面に偏在させたことを除いて実施例モデルと同一構成の光拡散ファイバを比較例モデル１とした。

【0044】

第２コア本体の屈折率を１．４０、したがって、第２コア本体の屈折率を第１コアの屈折率よりも低くしたことを除いて実施例モデルと同一構成の光拡散ファイバを比較例モデル２とした。

【0045】

シミュレーションでは、各モデルの光拡散ファイバについて、水平方向及び垂直方向のいずれの方向にも単峰性のガウシアン形状の強度分布を有する可視光の入射光を入射するシミュレートを行い、そのときの光拡散ファイバからの側方への散乱光の光量及び強度並びに出射角度を解析した。シミュレーションは、第２コアにおける光散乱体の含有量を含有量Ａ乃至Ｃ（Ａ＜Ｂ＜Ｃ）の３水準変量した場合、及び入射光の拡がり角度を変量した場合について行った。

【0046】

図９Ａ乃至Ｃは、それぞれ実施例モデル並びに比較例モデル１及び２の入射光の拡がり角度と散乱光量との関係を示す。

【0047】

図９Ａによれば、実施例モデルでは、光散乱体の含有量Ａ乃至Ｃのいずれの場合でも、入射光の拡がり角度が変化しても、散乱光量の変化は少なく、特に拡がり角度が小さくても、安定した散乱光量が得られることが分かる。このことから、実施例モデルと同様の構成の光拡散ファイバであれば、第１コアと第２コアとの界面の臨界角を越えるような大きな拡がり角度の出射光を発する光源を準備する必要もなく、また、第１コアと第２コアとの界面に屈折率や構造の不均一部分を形成するために光散乱体を高濃度に添加する必要もない。

【0048】

図９Ｂによれば、比較例モデル１では、入射光の拡がり角度が変化すると、散乱光量も大きく変化し、また、拡がり角度が小さいと、大きな散乱光量が得られないことが分かる。

【0049】

図９Ｃによれば、比較例モデル２でも、入射光の拡がり角度が変化すると、散乱光量も大きく変化し、また、入射光の拡がり角度が開口数を越える角度にならないと、大きな散乱光量が得られないことが分かる。

【0050】

図１０Ａ乃至Ｃは、それぞれ実施例モデル並びに比較例モデル１及び２の長さ方向の位置と散乱光強度との関係を示す。

【0051】

図１０Ａによれば、実施例モデルでは、入射光の拡がり角度がいずれの場合でも、光源３２側から長さ方向に沿って散乱光強度が高くなることが分かる。これは、長さ方向に沿って第１コアから第２コアに徐々に光が漏洩して散乱光が出射され、それにより長さ方向に沿って散乱光強度が均一になることを示すものである。

【0052】

図１０Ｂによれば、比較例モデル１では、光源から１５０ｍｍ乃至３００ｍｍの範囲において、散乱光強度が高いことが分かる。これは、第１コアと第２コアとの界面の不均一部分が、過度に第１コアの導波モードに影響していることが推測される。

【0053】

図１０Ｃによれば、比較例モデル２でも、光源から１５０ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲において、散乱光強度が高いことが分かる。また、比較例モデル２では、拡がり角度の大きい入射光を使用する必要があることが分かる。

【0054】

図１１Ａ乃至Ｃは、それぞれ実施例モデル並びに比較例モデル１及び２の散乱光の出射角度と散乱光強度との関係を示す。なお、散乱光の出射角度は、長さ方向に直交する方向からの角度である。なお、８８°付近から９０°までの出射角度は、主には第１コアの伝搬光の伝送モードの角度である。

【0055】

図１１Ａによれば、実施例モデルでは、入射光の拡がり角度がいずれの場合でも、出射角度が最低６０°付近から大凡３０°の幅で散乱光が存在し、入射光の拡がり角度が変わると、散乱光の出射角度の成分分布が変わることが分かる。具体的には、入射光の拡がり角度が小さいと、出射角度が大きい成分が多いが、入射光の拡がり角度が大きくなると、出射角度が小さい成分が増えることが分かる。なお、出射角度の可変幅は、第１及び第２コアなどの屈折率及びサイズ、並びに光散乱体の粒径等で調整することができる。

【0056】

図１１Ｂによれば、比較例モデル１でも、入射光の拡がり角度が変わると、散乱光の出射角度の成分分布が変わるが、その可変幅は、実施例モデルよりも小さいことが分かる。

【0057】

図１１Ｃによれば、比較例モデル２では、入射光の拡がり角度が変わっても、散乱光の出射角度の成分分布がほとんど変わらないことが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、光拡散ファイバを用いた光デバイスの技術分野について有用である。

【符号の説明】

【0059】

１０ 光拡散ファイバ
１１ 第１コア
１２ 第２コア
１２１ 第２コア本体
１２２ 光散乱体
１３ クラッド
１４ 被覆層
２０ ライン状光源（光デバイス）
２１ 原光源
２１１ 第１原光源
２１２ 第２原光源
２２ 機能付与構造
３０ 光ファイバ応力センサ（光デバイス）
３１ 光源
３２ 光ファイバ
３２１ センシング部
３３ 光検出器
３３１ 第１光検出器
３３２ 第２光検出器
３４ 反射ミラー

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図11A】

【図11B】

【図11C】