光ファイバーの外層に光が漏れた場合、センシングに利用できますか？
光が光ファイバーの外層に漏れ出すことは、光ファイバー光学において「クラッドモード（Cladding Mode）」の励起と呼ばれます。ご質問に対する答えは「はい」です。光ファイバーの外層に漏れ出した光は、センシングに利用できるだけでなく、光ファイバー環境および生化学センシング分野における最も中核的かつ重要な物理メカニズムの一つです。
一、 クラッドモードとは？
標準的なシングルモード光ファイバーでは、光は全反射によって直径約 9\ \mu\text{m} のコア（Core）内に閉じ込められて伝搬します。これはコアモード（Core Mode）と呼ばれます。
光ファイバーの構造が変化すると（例えば、テーパリング、曲げ、屈折率の急変、または長周期ファイバーグレーティング（LPG）や傾斜ファイバーグレーティング（TFBG）の書き込みなど）、コア内の光の一部が光ファイバーのクラッド（Cladding）に結合され、クラッドと外部媒体（空気、コーティング層、または液体）の境界に沿って前方に伝搬し続けます。この光に対応する電磁場分布モードが、クラッドモードです。
二、 クラッドモードはどのようにセンシングを行うのか？
通常のコアモードの光場は、コアと厚いクラッドの内部に深く閉じ込められており、外部媒体と直接接触できません。そのため、外部環境の屈折率や化学成分の変化に対して極めて鈍感です。
対照的に、クラッドモードは以下のセンシング上の利点を持っています。
- エバネッセント波（Evanescent Wave）効果：クラッドモードが伝搬する際、その電磁場は主にクラッド内に存在しますが、クラッドと外部環境の界面に沿って外側に広がるエバネッセント波を生成します。このエバネッセント波は、光ファイバー外部の媒体に直接さらされます。
- 環境屈折率への感度：外部媒体の屈折率 n_{\text{ext}}、濃度、または化学成分が変化すると、クラッドモードの実効屈折率 n_{\text{eff}} が直接変化します。この変化は、クラッドモードの伝搬定数、位相、およびスペクトル損失に現れます。
三、 代表的なセンシング応用
- 高精度屈折率（RI）センサー：傾斜ファイバーグレーティング（TFBG）を利用して光をクラッドに結合させ、スペクトルにおけるクラッドモード共振ピークのシフトと振幅の変化を監視することで、液体の濃度、糖度、塩分などを高精度に測定できます。
- 生化学・ガスセンサー：コーティング層を除去した裸ファイバーのクラッド表面に、特異的な感応膜（抗原、抗体、または多孔質ナノ材料など）を修飾します。ターゲット分子がこの薄膜と結合すると、局所的な屈折率が大きく変化します。クラッドモードのエバネッセント波は、この変化を非常に鋭敏に捉え、極めて高感度な微量生化学検出を実現します。
- 液面・界面センサー：光ファイバーが存在する環境が空気から液体に変化すると、境界の屈折率の急変により、特定のクラッドモードが漏洩して光強度の損失を引き起こし、液面を検出します。
四、 産業用FBGセンシングにおける「クラッドモード」の抑制
注目すべきは、産業分野で温度やひずみなどの物理量を測定するために使用される標準的なファイバーブラッググレーティング（FBG）センサーにおいて、クラッドモードはむしろ**極力排除・抑制すべき「干渉ノイズ」**であるということです。
これらのセンサー、例えば OFSCN® 800°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor では、物理測定の基礎はコアモードのブラッグ反射ピークです。一方、クラッドモードは反射スペクトルの主ピークの短波長側に一連の寄生損失ピークを生成します。これらの損失ピークが強すぎると、デモジュレータによる温度主ピークの精密なピークサーチや計算を深刻に妨害します。したがって、このような精密センサー用光ファイバー（例: OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber ）やパッケージングプロセスでは、センサーの高安定性と高信号対雑音比を保証するために、通常、特殊な材料と高品質なパッケージングプロセスが採用され、クラッドモードが抑制されます。
