CN1542482A - 光学器件及其计测装置和计测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种微型的、信号的发送及接收功能兼有的光学器件、及使用该器件的光学传感器。其特点是不易受电磁影响、因减少各部件间的连接所以在光信号的传递过程中所产生的杂音小、衰减低、因此精度及灵敏度高、安全可靠、成本低。达到上述目标的技术特征是对聚合物成型体实施光照射，诱发其被照射部位的折射率发生变化，进而形成一个分支式光波导或者光纤、与此同时将发光及受光器件制作在波导或光纤的端部。并将发光·受光器件的控制电路及信号处理电路做成一体。

Description

光学器件及其计测装置和计测方法

本发明是涉及一种集发光器件·受光器件、光波导、或者光纤、及光栅于一体的微型的、并且具有发送及接收信号功能的光学器件、及将发光·受光控制电路和信号处理电路与该光学器件一体化的光学组合器件及光学传感器、特别是涉及到化学物质、温度、湿度、力学及速度等物理量的计测方面的光波导型、光纤型及光删型传感器。

从来，在使用与波导有关的光学器件作为通讯手段时，一般地来说，是需要使用光纤等导光体将发光器件和受光器件与波导相连接起来。这是光信号的衰减及产生杂音的主要原因之一，给使用上带来了很多不便，因而限制了它的用途。

再者，从来作为检测力学量的手段之一多是使用机械式或者电动应力式传感器。另外、作为化学传感器，是以电力驱动的燃烧式及固体电解质式，及光学式为主。

例如，在小型压力传感器领域，使用压力电阻型或者静电电容型的变换元件来计测压力是熟知的方法。压力电阻型传感器的工作原理是：当振动膜受到压力作用时，将产生力学位移变形，通过计测这种力学位移变形来推算出压力的大小。但是，就如何检测振动膜的力学位移变形的方法来讲是有很大困难的。例如，因由于这种传感器外壳的应力而产生的综合感度很高，所以，传感器的精度有限。再者，在高温条件下因为电阻元件具有随温度的升高其灵敏度也升高的倾向，所以在高温环境下的检测结果很不可靠。

静电电容型传感器是由在振动膜与其邻接的第二个框架之间固定有可变的顶部端子式电容器而构成。当加压于振动膜时，因顶部端子位置发生变化所以电容器的静电容量将产生变化，通过测试该电容量的变化量来计算振动膜的变形位移，再由变形位移来推算振动膜所到的压力。这种传感器存在着很多问题。第一，因为是电气驱动式，在远距离遥控时，需要远距离送电装置。因此，这种传感器并不容易使用。第二，因为传感器外壳应力的感度很高，再加上在高温条件下计测值受温度的影响很大，所以在高温环境下的检测具有很不可靠的倾向。第三，因为是电气驱动式传感器，所以必须在传感器上附加由导电材料做成的接线端子。但是能够用作这种接线端子的材料有限。例如，在很易被腐蚀的环境下使用时，既要有很强的抗腐蚀能力，又要保证传感器的灵敏度，所以不仅选材困难而且费用高。

随着科学技术的进步和人们物质生活水平的提高，传感器技术正在日益广泛地使用于家庭及产业上。常被使用的传感器多为半导体式及固体电解质式。特别是固体电解质式传感器，人们曾期待着电解质能够有选择地检测离子，但是因为该种传感器中的移动离子与气体形成金属络合物后，变得易与多种气体相反应，因而其选择性就要降低。例如，现在广为使用的家用瓦斯传感器大多是半导体式及固体电解质式，因其选择性低，故易发生误报。另外，这些传感器一般必须加热到300至400度，甚至到900度以上才能工作，所以引火，爆炸的危险性很高。这样因此需要防暴措施，所以造价也高。

一种既能有效解决上述电气驱动式传感器所存在的问题、又不易受电磁影响、同时能将信号变换为电气信号的水晶振子传感器、光学传感器也已实用化。例如，将压力加于使用水晶振子发振装置的传感器时，压力可作为振动频率的函数表示出来。当对这种装置施加0.5psi压力时、可以获得1英寸深度的精度。但是，这种振动频率式压力传感器不仅昂贵而且体积大，所以很难用于窄小的地方。

作为光学式力学传感器的一种有非接触式光学传感器，使用它即使是在十分苛刻的环境及高温条件下也不会对其感度产生太大的影响。这种光学传感器是利用光波的衍射现象来计测压力的。与传感器一体的衍射仪内装有一个感压性镜子，该镜子的位置将受压力的影响而发生变化，进而引起衍射仪内部的塞子位置发生变化，这样当具有某一波长的光被送到传感器时，衍射仪内部与波长相吻合的衍射现象也将发生。因此将发生衍射的光信号与初期光信号的标准值相比较即可以求出压力值。

但是，当长距离传送光波时，将产生杂音及衰减。所以与标准值相比较的衍射光信号并不等于来自传感器所受压力的信号本身。这种压力传感器之所以经常不能提供正确的压力值其原因就在于此。

又如日本公开专利公报H05-157640，H06-249734，H08-43227，2000-162057，2000-221085，等所公开的是关于光波导型力学传感器的技术。这些技术的共同特征是在振动膜上做有两根平行的光波导，其中一根作为检测用波导，另一根作为补正用波导。其原理是因波导内的光删周期会随着受到的应力的大小而发生相应的变化，进而引起传递光的波长发生变化，而将这一微小的波长变化量通过译码器记录下来，就可以进行力学量的检测。但是，这种技术不仅存在着上述同类传感器的缺陷，因信号需要通过光纤来进行传递和接收，所以光纤和波导的连接处将易受外部的振动，环境等因素的影响而产生较大的杂音。又因为波导是使用无机材料，所以不易加工，成本也高。

近年来、有关没有引火，暴炸危险的光纤传感器的研究也很多。因为光纤不仅轻量而且经细，在窄小的地方也可以使用。又因为其本身是绝缘体，故抗电磁干扰性强，即使是在高压电区也可以使用。特别是以石英玻璃为材料的光纤在高温和可燃气体环境中也可以使用。

关于光纤式压力传感器的详细例子有日本专利昭60-13336，H07-306109，H09-243415，H11-110673，H11-264778，H2000-97786，2000-193539等。当该种压力传感器受到外部压力时，光纤将发生变形，从而引起透过光纤的光强度发生变化。因压力是零的时候其光强度将因光源的劣化及温度的变化而变化，所以压力的检测精度很低。

作为解决这一问题的对策是采用衍射方式。即将从光源发出的光同时射入分支型光纤的两端，由设在光纤另一端的检光器用来检测射出光。这时，两个分支的光纤的光道长度刚好设计得可以使检光器所接收的光在发生衍射后其光波正好为零。这种方法虽然可以解决在压力是零时的光强度因光源的劣化及温度的变化而引起压力检测精度低下的问题，但是却大大提高了成本。

用于检测化学物质的光学传感器也被广泛使用。日本公开专利公报H03-502610，美国专利USP4846548等所开示的技术就是典型的例子。这些专利的共同特征是：原理上主要是检测由全反射条件的变化而引起的输出光的折射角或者后方反射光，及后方散射光的变化来进行检测的。由于检测原理及传感器构造上的问题，易受测试系统的杂音的影响，所以即使是对高浓度的气体等进行检测时，作为其输出光信号的角度变化量却是十分微小，因此需要十分昂贵的装置。所以这种传感器的成本太高，不便于批量生产，缺乏实用性。

又如欧洲专利EP0621474A1所开示的技术是通过测试反射光的颜色的变化来进行检测的。因该种原理必须使用色素来提高其灵敏度，所以不仅不便于使用，而且因色素易劣化，所以传感器的寿命短、耐久性也差。

日本公开专利公报H09-329553，H10-104163所开示的技术是将高聚物涂在玻璃或者棱镜表面上，当激光按一定的角度入射时，其反射角度将因汽油的有无而发生变化，通过观测这一微小的角度变化即可以判定汽油的存在与否。但是这种传感器装置不仅不便使用而且价格昂贵。

以往的技术可以概括整理如下：使用于通讯等方面的波导等光学器件，需要使用光纤等光导体将波导和发光及受光器件连接起来，所以不仅光衰减大，而且易产生噪音。特别是使用该技术的光纤型和波导型压力传感器、化学传感器不仅存在灵敏度低的问题，还因存在光纤和传感器单元的连接而造成的杂音大，个体间差异大等问题。又因这种传感器需要光源稳定化对策，所以不易做到小型化因此很难用于窄小地方。再者，因使用高价的无机材料，不仅制造工艺复杂，加工难度大而且成本也高。另外，机械式力学传感器因其构成复杂，难于组装到综合控制系统。电气驱动式力学传感器及化学传感器因只能提供微弱的信号变化加上易受电磁影响，所以难以用于远距离遥控，并且需要高价的信号处理电路及杂音对策。

本发明就是在鉴戒上述各类传感器的缺点的基础之上，在解决上述各种课题的基础上，提供一种不受电磁及环境条件的影响、易于使用的、微型的、且利于量产的、成本低、原理单纯、用途广阔的光学组合型器件，以及使用该种光学组合器件的、特别是适应于窄小地方的、可以远距离遥控的光学传感器。

为了达到上述目的，本发明不仅采用高聚物、齐聚物等有机材料来作为光学器件的原料，而且整个制造过程是使用光照射来进行的。本发明开发了将发光器件、受光器件与传感器的感应部分、及发光、受光控制电路、信号处理电路一体化的技术。最具有代表性的作法是：首先在支持衬板上设有发光及受光器件、然后再涂布一层高聚物薄膜，随后通过对该高聚物进行光照射来做成波导，该波导含有检测部分和补正部分。二者均可传导由发光器件发射出来的光波，并且由位置于波导的另一端的受光器件来进行接收。

当然，作为发光及受光器件可以使用一般的发光二极管和光敏二极管。也可以将发光及受光体做在衬板上，这样更便于使用。更具有使用价值的作法是，可以将发光、受光控制电路及信号处理电路与其成为一体，做成微型的传感器组合器件。

作为上述传感器组合器件的驱动电源，虽然可以使用金属导线由外部提供，因为本发明的传感器是非电力驱动方式，耗电少，所以可使用安装在其内部的微型电池来作为电源。一种可以适用于需要远距离遥控的作法是，通过光纤将光信号传递过来，再由光敏二极管来变换成电流，以提供给组合型传感器件作电源使用。

下面按光学组合器件的制作顺序对本发明进行说明。首先，使光致折射率变化性物质，例如可首先在基板上设置好发光器件和受光器件后，再将高聚物在衬板上制成膜，接着对膜实行紫外光照射即可得到波导。这样就形成了光学组合器件的基本结构。

另外一个更为方便的例子是可以在硅片上直接做上光电二极管。而发光器件可以使用电致发光子。其制作方法如下：例如可以依次在衬板上镀上金属电极，发光层，空穴输送层，透明电极层即可得到电致发光子。最后在发光及受光体上使用光致折射率变化性高聚物做成膜，并对该薄膜进而光照射就可以形成光波导。根据要求可以在波导内做成光栅。如此不仅把受光器件，连发光器件也同时做在同一衬板上，使之与光学组合器件的技术是本发明的一个特征。

电致发光子的结构是，因要将外部电压将加在发光层和空穴输送层之间，所以空穴输送层的一面要镀上透明电极，而电致发光层的一面则镀上金属电极。作为金属电极的材料有Al，Al-Li，Ag-Mg等。透明电极则由铟钛氧，ZnO，SnO₂，将F扩散于SnO₂内的氧化物，将Al扩散于ZnO内而形成的这类材料来做成。金属电极的膜厚一般在10至1000nm之间，最理想范围在50至200nm之间。透明电极的膜厚一般在10至400nm之间，最理想范围在10至300nm之间。

电极一般可以视情况选用电镀，印刷，真空蒸涂，旋涂等方法。

作为空穴输送层材料，一般可以采用空穴输送性能好的高聚物，有机低分子化合物等。例如这样的材料有：三苯基胺二聚物，三甲基苯胺二聚物，α-三萘胺二聚物等。当然，这些材料可以单独使用，也可以两种以上混合使用。还可以将其接在高聚物的主链或者支链上，或者将它们分散在高聚物内也可以。空穴输送层的膜厚一般在10至500nm之间，最理想范围在100至30nm之间。制膜可以使用电镀，印刷，真空蒸涂，旋涂等方法。

本发明的电致发光子一般要做在波导的入射端的芯部。例如：可以选用铟钛氧作为衬板，将空穴输送性材料分散在光致折射率变化性高聚物内并成膜。例如欲使电致发光子发红光时，可以在制作电致发光子的波导芯部做出周期为0.3至0.4微米的光栅。在光栅上盖上屏膜片后用光照射做成波导。再在光栅上部涂上色素(发光层材料)，最后蒸上电极层就算完成了。

另外，空穴输送层除了可以使用电镀，印刷，真空蒸涂，旋涂等方法成膜外，还可以使用析出法，浇铸法等。

电致发光层可采用无机材料，也可以采用有机材料。但是选用原则是发光波长要容易选择。一般地说来有机低分子材料比较理想。这种材料例如有：类似于铝化三喹啉这样的氮萘错体，类似于Zn(BOX)2的苯肼氧杂基的金属错体，聚胺基三偶氮，DMC(4-dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)，DCJT(4-(dicyanomethylene)-6-(1，1，7，7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran)，等都适于使用。当然这些有机化合物可以单独使用，也可以几种以上混合使用。还可以将其分散在高聚物中使用。电致发光层的膜厚一般在10至500nm之间，最理想范围在10至30nm之间。制膜方法有电镀，印刷，真空蒸涂，旋涂等。

在需要使用压电器件时，可以使用熟知的方法来制作。作为材料例如有陶瓷，PZT(Palladium Zinc Tantalum)，聚偏二氟乙烯等。在使用溶胶凝胶法时可以使用氢氧化硅，氢氧化钛与聚胺类氧化物组成的溶胶凝胶物，SiO₂，TiO₂与聚酰亚胺组成的溶胶凝胶物。当然将上述无机化合物分散在高聚物内也可以。

可以使用的衬板可以用金属，玻璃，铟钛氧，硅片及其他的合成材料来做。但是，当衬板的折射率比形成波导的光致折射率变化性高聚物高的情况下，如果将光致折射率变化性高聚物直接在衬板上成膜，光将会从波导的芯部泄漏到衬板去。为了防止这种现象可以对光致折射率变化性高聚物膜施行光照射，在波导和衬板之间形成一层包层。

还有，在衬板上先做上一层折射率比形成波导的光致折射率变化性高聚物低的缓冲层也可以。缓冲层例如可以预先做好再粘结到衬板上，也可以将熔融的高聚物等直接浇铸到衬板上。还可以使用电镀，印刷，旋涂等方法。此外，使用紫外线硬化材料也可以。

作为前述衬板材料，原则上是使用折射率比光致折射率变化性物质低的材料。这些材料通常可以是高聚物、齐聚物，这些高聚物或齐聚物的单量体可以列举如下：苯乙烯、氯代苯乙烯、乙烯醇缩醛、α-甲基苯乙烯、p-氯代苯乙烯、丙烯腈、苯基乙烯醇缩醛、安息香酸乙稀脂、萘乙烯脂、偏二氯乙烯脂、丙烯酸乙脂、丙烯酸丁脂、丙烯酸环己脂、丙烯酸苯脂、丙烯酸苯偶酰脂、丙烯酸碳酰脂、丙烯酸羟烷脂、丙烯酸全氟代烷脂、双丙三醇四丙烯酸脂等丙烯酸脂的高聚物或者齐聚物，甲基丙烯酸萘脂、甲基丙烯酸羟烷脂、甲基丙烯酸碳酰脂、甲基丙烯酸萘脂、甲基丙烯酸双环己基脂、甲基丙烯酸乙基脂、甲基丙烯酸苯基脂、甲基丙烯酸丁基脂、甲基丙烯酸腈脂、甲基丙烯酸甲基脂、2，2，2-三氟化乙基丙烯酸甲基脂、4-甲基环己基乙基丙烯酸甲基脂、甲基丙烯酸糠醛基脂、1-苯代乙基丙烯酸甲基脂、1-苯代环己基丙烯酸甲基脂、甲基丙烯酸连苯酰基脂等甲基丙烯酸脂的高聚物及齐聚物，以及它们的衍生物，或者聚脂类树脂、环氧树脂等，及其他适合于成型加工的聚合物均可以使用。

作为上述衬板的材料不单有聚合物材料、玻璃及金属等无机物也可以使用。当然，将两种以上的高聚物或齐聚物混合使用也可以，或者将有机物和无机物相混合也可以。但是该材料最好是在以后的制作工程中所使用的光源可以透过的物质。

本发明的另一个技术特征是，作为光照射对象的聚合物成型体可以通过通常的工业手段很简单地加工出来。可以使聚合物材料在合适的衬板上成型，其方法有，旋涂，印刷，浇铸等。也可以将其预先做成膜以后再使用粘合，冲压等手段帖合到衬板上也可以。膜的制作可以使用挤出成型，冲压成型等手段。例如，纤维状聚合物成型体可以使用一般的挤出成型；膜状成型物则可使用浇铸成型、模压成型、旋涂、及挤出成型等方法来制作。较为一般的做法是将光致折射率变化性物质即波导材料溶解在适宜的溶煤里使用旋涂法来成型。这是因为使用旋涂法可以得到厚度均匀的薄膜。

本发明的又一个特征是波导的芯部及包层和光删是一体的，波导及光删是通过光照射一次性完成的，就是说它们各自被规定的折射率值全部是通过光照射来赋予的。而被照射的成型体不是由难于加工的无机材料形成，而是使用易于加工的，其折射率可以通过光照射来改变的高聚物、齐聚物所形成。这种聚合物、齐聚物至少含有一种为对其施以光照射能引起其折射率发生变化的高聚物、齐聚物、低分子的有机化合物或无机化合物等。在此均把这类物质定义为光致折射率变化性物质。

作为光致折射率变化性聚合物、齐聚物其特征是在其主链以及/或者支链上接有光致折射率变化性物质。其特征还在于，将两种以上的光致折射率变化性高聚物、齐聚物相混和，或者将光致折射率变化性物质分散在高聚物或者齐聚物内。将光致折射率变化性物质接到上述的高聚物以及齐聚物的主连及支链的方法有很多。例如，首先将光致折射率变化性物质做成单量体之后使其单独聚合也可以，与其他的单量体共聚合也可以。还可以先将其他单量体聚合成高聚物及齐聚物以后，通过加成反应将光致折射率变化性物质接到主连及支链上去。还有其他能把光致折射率变化性物质导入高聚物以及齐聚物的主连及支链上的方法均可以使用。

本发明中作为光致折射率变化性物质例如有：含硅化合物、含黄硝衍生物、肉桂酸衍生物、含均二苯代乙烯衍生物、二苯乙烯基对二氮杂苯衍生物、蒽酮衍生物、连苯基衍生物、偶氮衍生物、连偶氮衍生物、连烯烃衍生物等。当然从这些化合物中任选两种以上同时使用时效果会更好。

将旋光性化合物聚合成高聚物，或者将其分散在高聚物中也可以使用。例如将均二苯代乙烯衍生物、连萘酚衍生物、薄荷醇衍生物、连苯基衍生物等接在主链或者/以及支链上的高聚物均可使用。

作为黄硝衍生物可以列举出：α-t-丁基-N-苯基黄硝、α-二甲基氨基苯基-N-苯基黄硝、α-苯基-N-苯基黄硝等。

连烯烃衍生物例如有：1，5-环己二稀、1，5-环癸二稀、1，5，5-三甲基二稀酮、1，4-二苯基丁二烯、1，6-二苯基己三稀、1，2，3，4，5-五苯基环己二稀等具有双键结合的化合物。

上面所列举的化合物可以单独使用，也可以选数种以上组合起来使用。

较常使用的高聚物还有同质聚硅烷，以及将含硅单量体与其他单量体共聚合的共聚物。例如部分化合物的化学结构式是：

(化学结构式1)

(化学结构式2)

其中R1、R2、及R3、R4可以是氢原子、任意一种的碳氢化合物、脂肪碳氢化合物、环式碳氢化合物、芳香碳氢化合物等。更具体地说可以是苯基、萘基、蒽酮基、菲基、连苯基、烷烃基等。这些碳氢基可以是被卤族原素、醚键、硫醚键、或者含有脂键的官能基、羟基、硫醇基、羧基等官能基所置换的。就同一高聚物而言，R1、R2、R3、R4可以相同也可以不同。但是不能同时是氢原子。

另外，作为同质聚硅化合物的n是5到10000的自然数，作为共聚硅化合物的n、m及k可以分别是1到10000的自然数，n和m可以相同也可以不同。

例如下面这些同质聚硅物均可使用：聚甲基苯基硅烷、聚连甲基硅烷、聚环己基硅烷、聚二丁基硅烷、聚甲基丙基硅烷、聚甲基丁基硅烷、聚甲基连苯酰硅烷、聚甲基己基硅烷、聚甲基-4-氯代苯基硅烷、聚甲基-4-氯代丁基硅烷、聚甲基-3-氟代丙基硅烷、聚双连苯酰硅烷、聚二己基硅烷、聚萘基硅烷、聚氯代萘基硅烷、聚萘基酮硅烷等。

上述的聚硅化合物可以单独使用，也可以将两种以上混和使用。也可以将具有上述构造的齐聚物或者高聚物混和在其他类型的高聚物内使用。又如具有不同的R1、R2、R3及R4的含硅单量体的共聚合物也可以使用。

为了改善聚硅化合物的性能，特别是其力学性能，可以用交联剂使聚硅化合物互相交联而构成网络结构。其方法例如将具有乙烯基那样的光聚合型单量体在聚硅化合物的聚合阶段加入，或者是在聚硅化合物成型时加入。常被使用的这类光聚合型单量体例如有苯乙烯、对二乙烯苯、乙二醇连丙烯酸脂等。这些光聚合型单量体一经光照射其双键将被切断，与此同时聚硅化合物的σ键也因光照射而被切断，因此二者重新结合而形成网络结构，其形成物将变得不溶于所有溶媒，其力学性能等因而得到改善。

需要改变光致折射率变化性物质的可塑性时，可以将某种高聚物、齐聚物、低分子添加进去。在添加时，可将待添加的物质先分散在适当的溶剂里，也可以直接和高聚物及齐聚物一起搅拌。不管采用哪种方式只要能把二者均匀混合就行。被添加的物质对光致折射率变化性物质的比例，可以根据物质的种类及所要得到的折射率等来确定。一般地来说其浓度在1％至60％之间比较理想。此外，为了防止因添加而影响混合物的性能，对被添加物质的物理及化学性质有一定的要求。例如1.如果是高聚物的话其玻璃化温度要高于70度；2.低分子的话，其熔点要在70度以上；3.没有吸湿性；4.在空气中及光照射时不易发生氧化及还原反应；5.对制作波导时所使用的波长以外的光要稳定；6.和光致折射率变化性物质之间的相容性要好等。当光致折射率变化性物质是聚硅烷时，能满足这些条件的化合物有：苯胺类、萘胺类、葸胺类、菲胺类、二苯胺类、联苯胺类、苯砜类等。具体的例子有三苯胺二聚物，三甲基苯胺二聚物，α-三萘胺二聚物等。

特别的情况下，金属、玻璃等无机材料也可以分散使用。

当然作为光致折射率变化性物质，不使用聚硅烷那样的高聚物而使用玻璃等无机物也可以。例如，使用两台激光从两个方向交叉照射时，在被照射的焦点位置将发生二光子反应。这样可以形成通道型波导。这时可以将玻璃板固定在精密移动式平台上进行扫描。

本发明的又一个特征是只需要对光致折射率变化性薄膜实施光照射就可以形成光波导。有必要地话，可以在波导内再通过光照射做上布朗格光删。光删的制作方法是，将位相屏膜片盖在膜上以后再照射，或者使光束形成衍射光之后再照射到膜上。例如：将波长在聚合物的光谱范围以外的光源经过位相屏膜片，再对成型在衬板上的折射率为n₀的聚合物膜内部进行照射，从而诱发被照射部位的折射率产生周期性地变化，进而形成一个布郎格光栅。接着，将刻有波导图案(例如Y型)的光学屏膜片盖在膜上(当然布郎格光栅也同时被遮上)，将波长在聚合物的光谱范围以内的光对上述成型体的表面进行照射，则可以使其至前记工程所形成的光栅为止的被照射部位的折射率发生变化而形成波导。如果要做成通道式波导的话，可以去掉光学屏膜片后进一步将波长在聚合物的光谱范围以内的光对上述成型体的表面进行光照射即可。

这时，受光器件例如光电二极管及发光器件被分别设在光波导的射出端及入射端，光波导连接着受光器件和发光器件。

二分支波导的情况下，其中一个分支刻有检测用布郎格光栅；而另一个分支则刻有对前者进行补正的布郎格光栅。这样通过测定来自补正用波导的光波长或者光强度的变化量，可以进一步计算出发光器件的温飘值，从而完成对检测用布郎格光栅的特性进行补正。

当然，波导可以是多分支波导，其中两个以上的分支用于检测，而用于补正的分支原则上只要一个即可。多分支检测用波导可以用于同时对不同的对象进行检测。例如作为传感器使用时，既可以同时检测同一范围内的不同物质，也可以同时对不同的范围内的同一物质进行检测。当然如果和光纤结合起来也可以同时对不同的范围内的不同的物质进行检测。

受光器件及发光器件一般地来说相对与衬板而言可以设置在与波导同一面上。另外，相应于光学器件的用法，也可以设置在与波导相反的一面上。例如图1b所示发光及受光器件可以设置在与波导端面有一适宜的距离的位置。也可以将波导弯成弧状穿过衬板，再在其端面设置发光及受光器件。还可以在波导的端面使用45度的光结合器将其与发光及受光器件结合起来。更为简捷地是可以在波导的端部做上光删，再在光删上涂上发光材料做成电致发光器件。

也可以用光纤来代替波导。可以使用的光纤有单模光纤、多摸光纤、高聚物涂布玻璃光纤、或者高聚物制光纤。在使用光纤时，只用一根也可以，两根以上也可以。使用两根以上时，可以将光纤的包层研磨去掉后再粘合到一起形成分支式光纤。当然互相平行配置也行。

如果发光器件的发光面及受光器件的受光面分别与波导的端面相垂直时，要想使从发光器件发射出来的光通过波导传递到受光器件，需要光结合手段。例如可以使用45度光学棱镜，或者将波导的端面切成45度后再涂上一层折射率比波导的芯部低的材料也行。还可以对波导的端部实施光照射使被照射部形成折射率分布型棱镜。

前述波导等的制作工程所使用的光源可以是紫外线灯泡、激光等。虽然对其波长没有限制，但是需要针对不同的材料和不同的制造流程来考虑使用不同的光源和照射方法。例如在制作上述波导时，因需要对成型体的整个外表面或者一部分进行照射，所以一般来说使用紫外线光源时效率较高。这时所使用的紫外线光源的波长在材料的光谱范围内比较理想。当然将激光束放大后再照射也可以。如果光源的波长在材料的光谱范围以外时，可以使用两光子反应，即使用波长为材料光谱的最大波长的两倍的两束激光交叉照射，在适当的地方做成通道型波导。这里所说的两束光可以是将来自同一光源的光经分束而成的，也可以是使用两个不同的光源诸如激光器，紫外线灯泡等。

在制作光删时，原则上是使用单模激光。使用激光作光源时可以用一台，也可以同时使用两台以上的激光沿着不同方向进行交叉照射。另外，数台激光可以具有同样的波长也可以是不同的波长，既可以同时照射也可以按先后顺序照射。

在制作检测力学量、温度、光强度等物理量时所使用的传感器时，波导最好是做成通道型波导。这是因为做成通道型波导可以避免不必要的来自化学反应的杂音。具体作法是，对光致折射率变化性物质膜实施光照射做成有两个分支以上的波导，在波导的分支芯部分别实施光照射做成能满足布朗格衍射条件的检测用布郎格光栅及温度补正用布郎格光栅。另外，也可以用两根以上的波导或者光纤并使其平行排列，并在各个波导或者光纤内做出检测及补正用布郎格光栅。

欲将本发明的光学器件用作波长选择型过滤器使用时，光删可以做在波导的内部，也可以做在波导的延长线上。光删的周期则要根据所要过滤的波长来设计。

将本发明的光学器件作为压力传感器使用时，宜在基础衬板上先做上一个薄厚不均的分支型薄板，检测用波导做在薄层分支上；而补正用波导则设置在不易受压力影响的厚层分支上。

这种构成可以通过测定温度补正用布郎格光栅的布朗格波长的变化来计算出温度，进而使用该温度值来对检测用布郎格光栅的温度特性进行补正。

分支型薄板与波导即光致折射率变化性膜可以用粘合剂来固定在一起。也可以将二者加热到其塑性变形温度以下进行熔融粘合。这里的光致折射率变化性膜一般是使用旋涂法或者浇铸法制作。但是不管哪一种均需要严密地温度湿度控制。比较适宜地制膜条件为：溶液浓度为5％至30％之间，浇铸温度为30度左右，湿度在20％以下。

将本发明的光学器件用作化学传感器及湿度传感器时，至少是检测用波导要为平面型波导；而补正用波导最好是通道型波导。当然，两者均可以做成平面型波导，在二者的表面涂上一层可与要检测的化学种相反应的薄层之后，再在补正用波导的上面涂上一层不与检测化学种相反应的薄膜即可。

与要被检测的某种化学物质相反应的材料可以是高聚物、齐聚物，或者将一些有机及无机的低分子分散到高聚物及齐聚物中去也可以。但是，要根据检测的化学物质来选择不同的材料。例如，以甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、苯、汽油等碳氢化合物为对象时，涂布于波导表面的反应性薄膜至少要含有一种以上的高聚物是从聚甲稀、聚乙烯、聚乙基乙烯、聚丙烯、聚正丁烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚丙基乙二烯、聚环戊基乙烯、聚环戊烷、聚(4-甲基-1-戊烷)、分子量80万以上的聚顺式异戊二烯、分子量20万以上的聚反式异戊二烯、聚(1，2-丁二烯)、聚(1，3-丁二烯)中任意选出来的。

又如、适应于检测醇类、有机酸类化合物、脂类及酮类化合物的涂布于波导表面的反应性薄膜至少要含有一种以上的高聚物是从其主链或者/以及支链上含有NO、NO₂、OH、F、Cl、Br、I、S、SO、Si、CN等官能基的一群高聚物中任意选出来的。能满足这种条件的高聚物有：藻朊酸类，甲壳质蛋白素类，纤维素类，甲基纤维素，乙基纤维素，丙基纤维素，丁基纤维素等纤维素类；聚甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷等聚硅氧烷类高聚物、聚环氧类高聚物、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯等聚卤乙烯类高聚物、聚乙烯醇、聚醛树脂、聚乙烯酮、聚乙烯腈、聚乙烯醚、诸如主链-C-O-C、-C-S-C、-C-S-N、-C-N-C等主链型环杂原子类高聚物。另外，聚酐类、主链-O-杂原子类高聚物、聚丙烯酸、聚丙烯酸脂、聚氟代丙烯酸甲基脂、聚环氧树脂、聚苯酚树脂、聚酚醛树脂等。

当然，上述高聚物可以单独使用，也可以两种以上混合使用。还可以将铁、铝、钌、钴、镍、铂、金、银等任意一种以上的金属掺进去以后再使用。

如果有效地选择上述这些高聚物的反应性，不仅是醇类，还可以做成像用于检测一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气、水等的传感器。例如，使用聚丙烯酸、聚丙烯酸脂、或者二者的共聚物可以得到高感度的湿度传感器。再者从下面的氧化物群：TiO₂-V₂O₃、MgCr₂O₄-TiO₂、Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂、Ta₂O₅、CeO₂、HfO₂、ThO₂、Bi₂O₃中任选出一种掺入上述高聚物内可以做成感度更高的湿度传感器。

这些化学传感器的机理可以说明如下：在化学物质不存在的情况下，由发光器件所发射的光同时等量地分别入射到检测及补正用波导内。因为检测用波导表面的反应性薄膜的折射率高于波导芯部的折射率，所以光将泄漏掉，所以受光子所接收到的光强度很弱。但是，当化学物质存在时，波导表面的反应性薄膜和化学物质之间发生物理的或者化学的相互作用，因而其折射率变得低于波导的芯部。因此这时传导在检测波导芯部的光就不再泄漏，与反应前相比变强。通过监视受光器件的电流强度可以判别化学物质的有无。

因为一方面发光器件发光强度因温度的变化而自然衰减，另一方面受整个器件的温度特性的影响，所以需要监视补正用波导内的光强度的变化，例如将该信号与来自检测波导的信号强度作一比较，就可以对起因于温度等的杂音成分进行补正。

当然，检测用波导表面的感应性薄膜的折射率与波导芯部相比即使低也可以，或者相等也可以。关键是只要波导表面的反应性薄膜与化学物质发生相互作用后引起其折射率发生变化就可以检测出化学物质。

如果在波导的芯部做上光删的话，可以提高传感器的灵敏度。通过本发明的实施例可以明确一个事实就是使用波导光删式传感器可以检测到数百万分之一浓度的化学物质。

如果将控制发光及受光的电路、信号处理电路与传感器组成一体的话，可以得到小型灵巧，便于使用的传感器组合件。如果再组装上振荡线路来将信号转化成信号电波，可以使用于密封容器等人不易接近的地方，或者远距离遥控。

作为前述电路的驱动电源，例如可以使用光纤将光传递到光学器件，再由与光学器件组成一体的受光器件接收，并转变成光电流，再进行适当的放大即可作为电源。也可以内装微型电池作为电源。

如上所述，本发明开发的光学器件的特点是：微型、信号发送及接收功能兼有。并且不易受电磁波影响、又由于省掉了联结，所以不仅光信号传递过程中所产生的杂音小，而且衰减也小。因此用作传感器时，不仅灵敏度高、而且安全可靠。因此该种光学器件具有十分广阔的应用前景。例如作为光通信用器件的话，有波长耦合器，波长分离器，波导，波分多路复用/分用器件等；作为传感器可以用作力学传感器，化学传感器及温度，湿度，火灾传感器，医疗器械用的生体成分传感器(比如：发汗计，口臭计等)和其他工业用及民用传感器方面。下面将通过实例来对本发明作进一步的说明。

在进行说明之前先就附图作些说明。图1为本发明的一个实例中光学组合器件的构成图；图中布郎格光栅为布郎各光栅；3，发光器件；4，受光器件；5，光结合器；6，高聚物衬板；7，反应性薄膜；9，检测用波导；10，基础衬板；12，补正波导；17，防护罩。图2为本发明的一个实例中光导纤维式光学器件的构成图；图中布郎格光栅为布郎各光栅；3，发光器件；4，受光器件；6，高聚物衬板；14，光导纤维。图3为本发明的一个实例中的波长选择器的构成及动作原理图；图中布郎格光栅为布郎各光栅；3，发光器件；4，受光器件；13，透过光；15，衍射光；16，入射光。图4为本发明的一个实例中的检测系统概念图；图中1为实验用容器；2，判读器。

实施模式一

图1所示的是本发明的第一种实施模式。通道式波导型传感器是由弹性高聚物在衬板上做成由检测波导和补正波导构成的分支型波导。在波导的芯内分别做有检测用和补正用布郎格光栅，位于波导入射端装有发光器件，位于波导射出端装有光敏二极管，光结合器件及设置在补正用波导表面的保护层所组成。这里的光结合器件可以是光学棱镜，可以是对波导的两端进行光照射所形成的折射率分布型棱镜。或者将波导两端削成45度的斜面，在该斜面上涂上一层折射率较低的材料而形成的反射体。

这一实施模式的检测机理可以说明如下，从发光子发出的光通过光结合器传递到波导。其中一半射入到检测用波导，而另一半则射入到补正用波导。由检测用布郎格光栅及补正用布郎格光栅的折射率变化周期及折射率所规定的波长(布朗格波长)的光信号将被有选择地反射。因形成布郎格光栅的物质是高聚物，所以布郎格光栅在受到应力时发生可逆性弹性变形，从而引起布朗格波长信号发生变化。另外，因补正用布郎格光栅被与外界隔离，所以不受应力的作用，通过测量其布郎格波长来检测出波导四周的温度，进一步导出补正值并对检测用布郎格光栅的温度特性等进行修正。在这一实施模式里，可以将光致折射率变化性高聚物熔融后加压定形在衬板上，也可以将高聚物溶解在溶剂内再浇铸在衬板上或者采用旋涂法等，因此不用粘合工程可以获得可信度高的光学器件，如果用做传感器的话可以获得很高的灵敏度。

实施模式二

还可以将Y型分支波导直接做在Y形高聚物制衬板上。该衬板整个是与基础衬板成为一体的。检测用波导在较薄的，与基础衬板分离的一侧上；补正用波导则做在较厚的衬板上。高聚物衬板的两端被切成45度斜面，并在该斜面上涂上一层折射率比衬板低的材料以代替光结合部件。这一实施模式作为传感器使用时的动作原理与实施模式一一样。

实施模式三

也可以将波导做成平面波导。例如将该器件用做传感器时其构成为：在衬板上形成的分支型波导，波导表面的检测化学物质用的薄膜，位置于波导的入射端的发光器件，及位置于波导的射出端的光敏二极管，将发光二极管和光敏二极管与波导相连接起来的光学结合器件，设置于补正用波导外侧的非反应性膜。当然，如果将补正用波导做成通道式波导地话，可以省掉保护膜。

这种实施模式的动作原理可以解释如下：从发光子发射的光经过光结合器件传递到波导中去。其中一半被分配到检测用波导、而另一半则分配给补正用波导。因为涂在波导表面的检测化学物质用薄膜的折射率比波导的芯部高，所以在化学物质不存在的情况下，在检测波导中传导的光将往外部泄漏，因而光敏二极管所能接收到的光较弱。但是，一旦位于检测波导表面的薄膜与化学物质接触，在二者之间将产生相互作用，因而其折射率将降低，因此往外部泄漏的光将减少，光敏二极管所接收到的光将相应地增强。另一方面，因补正用波导受到保护而不与化学物质发生任何相互作用，通过测量其布郎格波长来检测出波导周围的温度，进一步导出补正值，达到修正检测用波导的温度特性的目的。

实施模式四

平面型波导型光学式化学传感器与实施模式3同样由检测用波导及补正用波导所构成。但是，与实施模式3所不同的是在检测和补正波导的芯部分别做上了具有同样周期的布郎格光栅。该实施模式的原理为：从发光子发射的光经过光结合器件传递到波导中去。其中一半被分配到检测用波导、而另一半则分配给补正用波导。根据化学物质的存在与否，涂在波导表面的检测化学物质用薄膜的折射率将发生变化，因此被布郎格光栅反射的布朗格波长的光信号亦将发生变化。另一方面，因补正用波导受到保护而不与化学物质发生任何相互作用，通过测量其布郎格波长的信号变化来检测出波导周围的温度，进一步导出补正值达到修正检测用波导的温度特性之目的。

实施模式五

该实施模式的光学传感器组件是由上所述的发光器件、受光器件及由波导构成的检测部，加上发光、受光控制电路及信号处理电路所构成。

使用该组合型传感器件，一般的情况下1分钟内就可以完成测试。如果要短缩测量时间的话，例如可以在信号处理电路中加上微分电路等。当然，也可以使用软件来处理。在试制品中采用了一阶及二阶求导程序可供选择。

在这一实施模式中我们同样采用了检测波导及补正波导的分支方式。实际上不采用分支方式也行，或者将光纤做成分支式也可以。其方法是例如可以将光纤的包层研磨到芯部再粘合起来，或者使用专门的分支接口也可以。使用专用分支接口时，分支前端的入射用光纤及分支后的光纤直径相同也可以；不同也可以。当直径不同时，分支前端的光纤直径最好是分支后的二倍。在本发明的实施例中，分支前端的光纤直径为1mm，分支后的直径为0.5mm。其实测灵敏度相当高。

例如，像图2a所示的那样，将塑料制光纤弯曲后再穿过衬板的小孔，与配置在衬板反面的发光二极管及光敏二极管相连接也可以。当然使用波导也可以。在波导或者光纤内做上光删也可以。这种传感器组合件特别适应于液体、气体钢瓶、储藏罐等。

实施模式六

作为本发明的又一个非常有实用价值的构造是光学器件做在塑料光纤的一端，就是说与光纤是一体的。在将要做成光学器件的部分光纤的包层除掉后，在对光纤进行加热的同时，使用带有锲形的模具加压、使越接近光纤的端部越薄。一般来说，端部的理想厚度为10微米至50微米之间。该锲形薄片为Y型，并且还可以在锲形薄片的两个分支内做有周期相同的光栅。该光栅可以采用上述的加工方法来做，也可以使用摸压法来做。在未被挤压的光纤一端接上发光器件，而在分支锲形端分别接上了受光器件。如果将该器件用做传感器使用时，可以在光栅的表面再涂上一层反应性薄膜即可。

实例一

为了将波导和电致发光器件做在同一薄膜上，这里选择了铟钛氧薄板作为衬板，作为波导成型用薄膜材料即光致折射率变化性高聚物，这里使用了分子量为3万的聚甲基苯基硅烷。因要将该薄膜同时用作电致发光器件的空穴输送层使用，所以将三苯胺二聚物以1∶5的比例添加到聚甲基苯基硅烷内，并溶解于甲苯后在铟钛氧衬板上做成了2微米厚的薄膜。因为聚甲基苯即硅烷在250nm至350nm之间具有最大的吸收光谱，所以照射光源使用了波长为350nm的紫外线激光。如图所示，首先在预定制作检测波导和补正波导内，将刻有固定周期的位相屏膜片盖在膜上，并保证布郎格光栅以外的领域不被照射的条件下，用激光照射了20秒，形成了检测用布郎格光栅及补正用布郎格光栅。UV激光在照射到具有微小周期的位相屏光片时，将按位相屏光片上的光删间隔所制约的条件形成干涉条纹，这干涉条纹照射到聚硅烷制薄膜上的预定形成布郎格光栅的领域后，将周期性地切断位于波导芯部的局部的σ结合，因此产生周期性的折射率变化。接着，将刻有Y型图案的光学屏光片遮住检测及补正用布郎格光栅，使用在250nm至350nm区间有最大照射能量的紫外线灯泡(平均照射能量为100mW/cm²)照射了5分钟，在波导芯部两侧形成包层。最后去掉光学屏光片从波导的上面照射了10秒钟使其形成通道式波导。

这时，波导以外的部分全部被照射也可以。但是，为了在波导的一端制作电致发光子必须将波导的入射端留下。为了形成空穴输送层，首先在波导的入射端部放上一个周期为0.4微米的位相屏光片，使用等离子体激光(波长255nm，能量为15mJ/秒，脉冲间隔是在5nS至7nS之间)照射两分钟形成一个光删。接着，使用DCJT在光删上涂上一层厚度为200nm的薄层作为电致发光层。其发光波长为640nm。最后，用真空蒸涂法再蒸上一层厚为50nm的Al作为电极而完成本发明的电致发光子。光敏二极管例如可以直接做在硅片上，但是，本实施例是将光电二极管埋在了波导的输出端。

最后，在电致发光子及波导的射出端的表面盖上光学屏光片后，使用紫外线灯泡，按图示方向照射形成了折射率分布区域。当从发光子发射的光进入该领域时，将折向波导的轴向并通过波导，到光敏二极管的上方时在向下折45度由光敏二极管来完成信号接收。

该光学器件的工作过程是，射入检测波导芯部的光在折射率周期性变化的布郎格光栅领域内，部分被反射而形成返回波(以下称之为反射波，一般称之为布朗格反射)。如果设反射波的波长为λB，芯部的有效折射率为n，折射率的变化周期为Λ的话，其相互关系可以由1式来表示。

    λB＝2nΛ                              (1)

在此将反射波的波长叫做布朗格波长。当附加一荷重到检测用波导时，因此而产生的变形及温度的变化将引起布郎格光栅部分的伸缩、弯曲变形，从而进一步引起内布郎格光栅的折射率差变化及其周期Λ的变化，因而布朗格波长λB也产生变化。正是这一特性可以用来作为传感器使用。

另一方面，补正波导因被保护起来而不受应力的影响，所以可以从它的信号变化中导出因温度、光源等其他原因所产生的影响来对检测波导进行补正。

当然，不使用布朗格波长λB的变化来检测应力，而是通过检测透过布郎格光栅的光信号的变化来进行检测应力也可以。例如，从透过布郎格光栅的光强度的变化可以检测到应力的变化。在采用光强度的测定方法时，可以将透过检测布郎格光栅的光信号水平与透过补正用布郎格光栅的信号水平作一次减法或者除法运算即可判定应力的变化有无。在对该传感器进行测试的结果证明，其分辨能可以达到2gf，检测限度为5gf。

实施例二

如果使用橡胶样的聚硅烷做成波导布郎格光栅地话，例如和较软的物体相接触时，在布郎格光栅内所发生的位移变化将是很缓慢地，因此反射波长变化到某一ΔλB所需要的时间将较长；但是，如果和较硬的物体相接触时，因位移变化快，所以反射波长变化到ΔλB所需要的时间就短。如果对应于某一接触应力能计算出布郎格光栅的反射波的最大变化值ΔλB、或者输出的光强度的最大变化量，并同时计算出达到该最大变化量时的所需要的时间，则有可能检测出被测试物体的硬度。按照实施例一的方法使用橡胶性聚甲基环己基硅烷做成了传感器，对这一特性进行了测试结果发现用作触觉传感器时对物体的软硬程度具有良好的识别性能。

实施例三

对高聚物材料采取不接触方式加压的话，其折射率也将发生变化。根据这一性质，例如，将上例的传感器放入气瓶，储藏罐，储藏塔，气体输送管内的话，可以监视它们内部压力的变化。这是因为由于内部压力的变化而引起布郎格光栅的周期Λ、折射率n的变化，所以反射波λB及输出光强度也要发生变化。一般地来说，如果容器内的气体或者液体减少的话，其内部压力也要相应地减小，所以通过监视其内压变化可以知道气体，液体的残留量。因此这种传感器可以用作液面计。

作为检测容器内压的传感器组合件，其构成为上例的一个传感器，加上发光及受光控制电路、信号处理电路和作为驱动电源的微型电池。另外还具有将处理信号按照某一频率发射出来的无线电发射器。当然处理信号的取出也可以通过使用光纤来实现。

在这一实施例中，在传感器组件内使用了一个6V电池作为电源，并且有一个发射频率为10赫芝的振荡线路。将传感器密封于聚四氟乙烯制的盒子内，并使其感应部位暴露在盒子的窗口处。然后将它放入装有溴化氢的容量为50L的钢瓶内。通过测试发现该钢瓶在满容量时的内压为20个大气压，其容量每变化1％时内压的变化值为0.05大气压。

实施例四

这一实施例所使用的波导及布郎格光栅均与实施例一相同，所不同的是压力检测用布郎格光栅是成型在聚丙烯酸制的衬板的较薄的一侧上。聚丙烯酸制衬板是使用挤出成型法与基础衬板成为一体。当然，像不锈钢、铝等金属材料制成的振动膜片也可以用来代替高聚物衬板。但是，使用金属振动膜片的话因需要粘合剂，所以不仅耐久性差而且成本高。在这里，为了制作电致发光子，所以在聚丙烯酸衬板上位于波导的入射端部分镀上了一层铟钛氧薄层。另外，作为光结合子是将波导的端部切成45度的斜面后在其表面上涂上一层折射率比波导芯部低的聚偏二氟乙烯。补正用布郎格光栅因要避免压力的影响而达到温度补正的作用，所以被成型在高聚物衬板的厚层分支上。该厚层分支是整个贴合在基础衬板上的，并且在其外面覆盖上一个槽形保护盖。

根据这一构造，当高聚物衬板薄层分支受到压力时将产生应力变形，该变形将引起与其固定为一体的压力检测用布郎格光栅的收缩变形，因此布郎格光栅的周期Λ将发生变化，从1式可知，布朗格波长λB也将变化。

下面对这种压力传感器的布朗格波长λB和压力之间的关系进行说明。当厚h的均质高聚物衬板受到压力p的作用时，距离衬板的右端部r位置的位移x根据悬壁梁理论可由2式来表示。

X＝pr²(3L-r)/(6EI)                       (2)

如果所受的力为均匀分布荷重的话则由3式来表示。

X＝WL⁴/(8EI)                             (3)

这里L为高聚物衬板6的长度，E为高聚物衬板的弹性系数，I为截面二次力矩。当高聚物衬板受到应力而发生位移变形时，如果假定压力检测用布郎格光栅也和高聚物衬板发生同样的变形的话可以从2式及3式的位移x计算出检测用布郎格光栅的伸长量。为了简单起见，不妨假定检测用布郎格光栅的有效折射率n不因位移x的变化而变化，同时又假设布朗格波长λB不因温度的变化而变化，那么可由1式计算出波长λ的变化。

实际上，因温度的影响，检测用布郎格光栅的布朗格波长λB的变化从1式可知由光删布郎格光栅的周期Λ、折射率n所决定。但是，在本实施例中，因为布郎格光栅是固定在高聚物衬板上的，所以将受高聚物衬板及光波导材料的线膨胀系数的影响而发生变化。

将波导和高聚物衬板这两种具由不同的线膨胀系数的材料结合在一起时，因温度的变化而引起的布朗格波长λB的变化量可以由4式计算出来。

ΔλB/λB＝[(1-pe)αS+β]           (4)

这里ΔλB为波长迁移量，λB为布朗格反射波长，α为材料的热膨胀系数，β为表示折射率随温度变化的热光学系数，pe为光弹性系数，S为基础热膨胀系数。为了补正这种温度特性，使用了压力检测用布郎格光栅和温度补正用布郎格光栅。中心波长λB经过压力检测用及温度补正用布郎格光栅时将发生微小变化而互不干涉。因为温度补正用布郎格光栅要补正高聚物衬板的压力灵敏度，所以使其尽量靠近高聚物衬板，并且不受高聚物衬板的位移变形x影响的位置、或者是受其影响小的位置。如果设检测及补正用布郎格光栅的布朗格波长分别为λB1、λB2，压力为p，温度为T时，λB1作为压力p及温度T的函数由式5来表示。

λB1＝f(p，T)                      (5)

另外，假设在检测及补正布郎格光栅附近的温度相同，并进一步假设补正用布郎格光栅不受压力p的影响，那么λB2作为温度T的函数由6式表示出来。

ΛB2＝g(T)                         (6)

测试出λB2通过6式可以求出温度T，再另外测试出λB1并将T及λB1一起带入5式的话就可以得到压力p。

以上，在波导内分别做上检测及温度补正用布郎格光栅，并由温度补正用布郎格光栅求出波长λB1进而求出补正温度T，再另外通过检测布郎格光栅求出波长λB1，最后由λB1和T来求算压力p的原理同样可以扩张到光纤。就是说，在光纤内做上压力检测用光纤型布郎格光栅及温度检出用光纤型布郎格光栅，并由温度补正用光纤型布郎格光栅求出波长λB2进而求出补正温度T，再另外通过压力检测光纤型布郎格光栅求出波长λB1，最后可以由λB1和T来求算压力p。

使用与实施例一相同的波导及布郎格光栅传感器组合件，对溴化氢钢瓶的内压及液面高度之间的关系进行了调查，结果是其分辨能约是上例的2倍。

实施例五

以实施例四使用的传感器为基础，内装一个小型电池与发光·受光电路。将该传感器组合件放入充满溴化氢的钢瓶内，处理信号经由一个低频振荡器发出，在外面由接收器接收信号，由此成功地监视了钢瓶内部的压力变化。

实施例六

将聚甲基丙烯酸甲基脂制衬板在180度的条件下融接到支持衬板上之后，在衬板上正对着波导的入射及射出端位置挖了三个小槽，刚好能将发光二极管及光敏二极管分别嵌装到里面。在将聚甲基丙烯酸甲基脂制衬板的两端切成45度斜面，再在发光二极管及光敏二极管的正上方位置分别贴上45度的棱镜作为光结合器件。用来制作波导的高聚物薄膜是将分子量为1万的聚甲基苯基硅烷按2∶1的比例与聚甲基丙烯酸甲基脂混溶后，使用旋涂法在厚度为0.5mm的聚甲基丙烯酸甲基脂制衬板上做成厚度为10微米的薄膜。

因为聚甲基苯基硅烷在250nm至350nm范围内具由最大的吸收光谱故使用波长为266nm的钇铝石榴石激光进行照射。照射能量为2mJ/秒，脉冲周期为10赫芝。通过具由如图3所示的波导图案的光学屏光片照射5秒钟后形成了波导，其包层的折射率正好下降为1.49。接着，将聚酚醛树脂、铁钉一同放入二甲基亚砜内一边加热一边搅拌48小时后得到黑色溶液。将该溶液使用旋涂法涂在波导的表面，而补正用波导的外面又涂上一层不与化学物质反应的聚苯乙烯。

因为检测用波导分支表面的聚酚醛的折射率高于其芯部，所以传递在该波导芯部的入信号将经过聚酚醛薄膜泄漏到外部。但是，一旦聚酚醛薄膜与化学物质相接触，便发生可逆的物理反应，其折射率将下降至低于芯部，原来泄漏的光便被封在波导内部。这样一来，光敏二极管所接收到的光将变强。由此可见，只要监视光敏二极管的光电流便可以达到检测化学物质的目的。

实际上，高聚物材料的折射率将因温度及大气压的变化而变化。就是说，如果温度及大气压变化地话，传输在波导芯部的光强度也要发生变化。为了补正这一特性，使用了检测化学物质用波导及温度·气压检出用波导。如假定在前述两种波导附近的温度和压力均相同的话，只要将二者的输出信号强度作一下比较，便可以对因温度及气压的变化而产生的影响排除掉。

作为实装技术，例如在补正用波导的外面涂上一层不与化学物质反应的保护层，或者在其外侧加上一个密封盖子也可以，或者干脆将其做成通道式波导也行。这样可以保证补正波导部分不受化学种的影响，只提供因温度及气压的变化而引起的信号变化值，达到补正检测波导信号的目的。

使用该传感器对各种酒精的感应程度进行测试的结果是最小检出界限分别为：对甲醇为20ppm，乙醇为50ppm，异丙醇为30ppm。从气体导入到检测完毕所需时间仅仅为5秒，复原所需时间在30秒钟以内。还发现绝对输出最大值与各种醇类的浓度均呈线性关系。经实验还发现，该种传感器对温度的变化很迟钝，对水及炭氢化合物等均不发生任何反应，所以作为醇类传感器具由十分优良的选择性。

实施例七

与实施例六同样，将聚甲基丙烯酸甲基脂制衬板在180度的条件下融接到支持衬板上之后，在衬板的反面设置有发光二极管及光敏二极管。将芯部为阿酮制的光纤经加热弯曲后通过衬板上的小孔传导反面，使其两端刚好分别与发光二极管的发光面和光敏二极管的受光面相对。

为了提高传感器的灵敏度，要尽量使涂在光纤表面的薄膜的折射率接近于光纤芯部的折射率。一般地来说，二者的差在0.001至0.1之间就可以得到很高的灵敏度。最为理想的是二者的差在0.01至0.1之间最佳。因此，这里需要对涂层材料的折射率作些调整。在前例的配方的基础上，将分子量为23万，折射率为1.42的聚偏二氟乙稀按与聚酚醛树脂以2∶8的比例混合使用。以后的做法均与前例相同。

如果使用两根光纤的话，其中一根可以用做补正光纤。但是，有必要在外面涂上一层不与化学物质反应的保护层，或者在其外侧加上一个密封盖子以保证其不受化学种的影响。这时可以使用两个发光二极管和光敏二极管分别进行发光·受光。当然，将两根光纤的侧面经研磨后粘合成分支状使用一个发光二极管发光，由两个光敏二极管受光也行。

这一传感器组合件带有发光·受光控制电路及信号处理电路，还装有向外发射无线信号的发射器。使用该传感器对水蒸汽中的甲醇、乙醇、及异丙醇进行了检测，感度均达到10ppm。绝对输出最大值与各种醇类的浓度均呈良好的线性关系。

实施例八

与实施例六一样制作了Y型波导。但是用来制作波导的高聚物薄膜是将分子量为1万的聚甲基苯基硅烷按2∶3的比例与聚甲基丙烯酸甲基脂混溶后再使用。然后使用旋涂法在波导的表面涂上一层厚度为0.5微米的聚丙烯酸。而在补正用波导上面又涂上一层聚苯乙烯作为保护层。

按这种设计，检测用波导分支表面的聚丙烯酸一旦与湿气相接触，便发生可逆的物理反应，其折射率将下降的低于芯部，因而传递于波导芯部的光便被封在波导内。所以由光敏二极管所接收到的光将变强，由此达到检测湿度的目的。另外，因补正用波导表面的聚苯乙烯不与湿气发生任何作用，使用其信号变化量可以用来补正在检测时温度·气压对信号的影响。

该传感器的湿度灵敏度测试结果表明，在相对湿度为0至100％的范围内，输出信号与湿度之间具由很好的线形关系。为了提高感度，将5％的五氧化二钽混入聚丙烯酸内重复上述做法得到了感度更高的传感器。测试结果表明，对于同一湿度而言，输出信号强度为上例的2倍以上。

实施例九

采用光敏二极管来接收从光纤传递来的光信号转变为电流，经过放大后作为传感器的驱动电源。光纤被沿着衬板的长度方向用熔融的聚甲基丙烯酸甲基脂埋在衬板上。而光敏二极管的受光面则正对着光纤的端面。聚甲基丙烯酸甲基脂被做成半球型在其外表面涂上一层聚偏二氟乙稀以使从光纤来的光全部折向光敏二极管。

接着按前述方法做成高聚物衬板，并在衬板的端部挖出小槽以固定发光二极管及光敏二极管。用来形成波导的高聚物则是由分子量1万的聚甲基苯基硅烷∶分子量50万的聚甲基丙烯酸甲基脂∶聚偏二氟乙稀按2∶1∶1的比例相混合而成。该混合物的折射率为1.50。使用光照射形成了Y型波导。在波导的表面涂上一层2微米厚的聚异戊二烯(折射率为1.51)。补正用波导外面又涂上一层聚苯乙烯。该传感器接的测试结果是，对浓度为10ppm的甲烷，20ppm的乙烷，30ppm的乙烯及乙炔气体均以很高的精度检测到。

实施例十

将聚乙烯咔唑与聚偏二氟乙稀以5∶2的比例相混合后涂布在实施例六制作的波导表面。又在补正用波导的外面涂上一层聚甲基丙烯酸甲基脂完成了传感器的制作。

按这种设计，检测用波导分支表面的反应性薄膜一旦与二氧化碳相接触，其折射率将下降，因而传递于波导芯部的光便被封在波导内部。所以由光敏二极管所接收到的光将变强，由此达到检测二氧化碳的目的。该传感器对二氧化碳的识别能力达到10ppm。

实施例十一

如果将实施例十的传感器例如使用在蔬菜温室，植物等培养室的二氧化碳浓度监视上，从其精度来讲是足够的。但是作为家用的话则要求更高的灵敏度及精度。因此，使用实施模式四中所开示的技术就制作高感度及高精度的传感器进行了尝试。首先在实施例六所制作的波导的芯部内做上布郎格光栅，然后将聚乙烯咔唑与聚偏二氟乙稀以7∶3的比例相混合后涂布在波导表面，又与实施例十样在补正用波导的外面涂上一层聚乙烯咔唑作为保护层。

按这种设计，检测用布郎格光栅表面的反应性薄膜一旦与二氧化碳相接触，其折射率将下降，因而被布郎格光栅反射的光便被封在波导内。所以由光敏二极管所接收到的光将发生变化，由此达到检测二氧化碳的目的。

实际上，因温度的影响检测用布郎格光栅的布朗格波长λB的变化从1式可知由布郎格光栅的周期Λ、折射率n所决定。为了对此进行补正，假设在两个布郎格光栅附近的温度及大气压均相同，只要将检测布郎格光栅及补正布郎格光栅的信号值作一下比较就可以。

实验结果表明，使用该传感器可以高精度的检测到5ppm的二氧化碳。该传感器在二氧化碳存在的空气中，其感应信号为正向变化，但是在氧气、炭氢化合物气体、水蒸气、酒精气体存在时，感应信号均为负方向变化，因此说该种传感器具由很高的选择性。

作为实装技术，例如可以将检测用布郎格光栅与补正用布郎格光栅放在不同的壳体内，在放有补正用布郎格光栅的壳体内封入标准气体。那么，通过对两个布郎格光栅的信号进行比较便可以正确地检测到二氧化碳。

这还提示我们，可以通过适当地改变测试条件和方法，可以使用此种传感器分别对氧气，氮气及一氧化碳气体，二氧化炭气体进行检测。

实施例十二

另外还有很多其他的材料适合于检测二氧化碳。例如，可以在实施例九所做的波导表面上涂上一层将折射率为1.54的聚双苯基碳化双亚胺与聚偏二氟乙稀的混合物。该种传感器对二氧化碳有很高的灵敏度。

实施例十三

在实施例9所制作的Y型波导内分别做上布郎格光栅，并在其表面涂上一层2微米厚的聚异戊二烯。补正用波导外面又涂上一层聚苯乙烯。对该传感器进行测试结果是，对浓度为2ppm的甲烷，5ppm的乙烷，10ppm的乙烯及乙炔气体的检测精度均很高。其检测精度为实施例9的2倍以上。

实施例十四

按照前述方法使用光学屏光片做成了1×5型波导。其中四个分支用作检测，剩下一个则作为补正用。并分别在各个分支波导内做上布郎格光栅。然后在它们的表面分别涂上检测炭氢化合物用的聚偏戊二稀、检测酒精用的含有聚酚醛树脂的混合物、检测二氧化碳用的聚乙烯咔唑与聚偏二氟乙稀按7∶3的比例混合而成的混合物、及检测湿度的聚丙烯酸。整个传感器用一个发光二极管作为入射光源，在5个波导分支的射出口分别各用一个光敏二极管进行受光。实验结果表明，同时对天然管道气、乙醇、及二氧化碳、湿度均以较高的精度检测出来。同时通过补正波导也成功地给出了温度。

通过该实例证明使用光纤型传感器来构筑室内用安全警报系统时可行的。再者，例如同时使用多个这样的传感器的话，可以构成更为大型的综合安全监视系统。这种情况下，信号可以由内藏于传感器组合件的无线电发射器发射出来，也可以由光纤与控制中心相连接起来。

实施例十五

作为本发明的一个特别具有实用价值的光学器件制造法，是将光学器件做在塑料光纤的一端，即与光纤是一体的。在将要做成光学器件的部分光纤的包层除掉后，一面对光纤加热，同时使用带有锲形的模具加压、使越接近光纤的端部越薄，其端部的厚度为10微米。该锲形薄片为Y型。然后在该薄片表面涂布一层聚甲基苯基硅烷，使用位相屏光片及紫外线照射在薄片的两个分支内做成具有同一周期的光栅。然后在光栅的表面上又涂上一层聚偏戊二稀。关于传感器的其他制作方法均与上述相同。测试结果表明，对浓度为1000ppm的甲烷的感应时间是前述实验的十分之四。该实验证明使用本技术可以得到更高感度的传感器。

其他用来提高传感器感度的方法是使用含有色素的材料来制作传感器的表面涂层。色素可以接在聚合物的主链上，也可以接在其支链上，还可以分散到聚合物内。本发明的实验表明，通过使用色素，或者色素与聚合物的混和体可以提高传感器的感度。

实施例十六

按实施例1所示的方法将发射红色，绿色及蓝色的三种发光材料混合后在衬板上做成了发射白色光的电致发光子。然后在上面旋涂上一层聚甲基苯基硅烷，使用光学屏光片做成了1×6分支型波导。波导分支点的直线部分(图3)的宽度为2mm，在这里沿着与光轴垂直的方向作了一个周期为0.5微米的光删，光删的深度与波导的深度一致。根据这种构造，从电致发光子发射的光从左端入射，将被光删按不同的波长反射到不同的位置，从而进入不同的波导分支。所以这种器件可以用作波长选择器件。为了确认波长分离效果，在波导的射出端固定了一面镜子。当给电致发光子加上6V电压时，观察到在六根分支波导的射出端，按从两侧往中心的顺序，依次有红色，绿色，蓝色的光射出。当然，在分支波导的端面设置上光敏二极管，分别从其光电流的大小也可以区分。

实施例十七

按照实施例十六的方法在衬板上制造了发射白色光的电致发光子，并在上面旋涂上一层将聚甲基苯基硅烷与聚甲基丙烯酸甲基脂按1∶1的比例混合而成的混合物。使用光学屏光片经光照射做成直线形波导。接着，在位置于电致发光子上方的波导内沿着波导的光轴方向做出一个周期为0.5的布郎格光栅，形成了滤波器。布郎格光栅的深度与波导的深度相同。然后又在布郎格光栅的上面涂上一层折射率较高的聚甲基苯基硅烷，其厚度为1微米。使用紫外线灯泡照射使涂层表面，使其折射率下降一个微小的值Δn。这个Δn及从布郎格光栅表面到涂层的折射率下降到Δn的界面为止的距离刚好设计为只允许经布郎格光栅衍射的光成分中的红色光成分才能在此界面被反射。当在电致发光子接通6V电源时，从波导的射出端观测到了红色光。

实施例十八

制造了一个类似与实施例十七的滤波器，并在其直线波导的入射端多设置一个发光二极管。还有一点不同的是布郎格光栅只是存在于紧靠着电致发光子的表面。这种构造，可以允许从发光二极管发射的光通过直线波导，也就是说能从电致发光子的上面通过。而波导的构造与实施例十七相同，只允许经布郎格光栅衍射的光成分中的红色光成分才能在界面被反射。因此这种器件具有将传递于波导芯部的光与经布郎格光栅衍射的光相结合起来的作用，即波长结合功能。在使发光二极管发射的同时，观察了电致发光子在发光及不发光时波导射出端的射出光的变化，结果是当电致发光子发光时射出光强度较其不发光时强13％。这说明这种器件可以用来增加信道。

除了以上所介绍的例子之外，使用说明书中所列举的材料特别是光致折射率变化型高聚物材料，我们作了大量的实验，因篇幅的关系在此予以省略。但是仅仅通过所介绍的一部分例子，已足够能说明本发明的技术特征。即便对本发明所开示的技术及所涉及的材料等作一些修正或者改良都将被视为是对本发明权利的侵犯。

如上所述，本发明所提供的光学器件的制作技术可以广泛地应用于像滤波器，波长结合·分离器，光删结合器等光通讯用组合器件。特别是适合于应用到光学传感器方面。本技术的最大优越性在于整个制作过程基本上只要光照射就可以完成。而所使用的材料不是难于加工的无机材料而是易于加工的高聚物等有机材料。又如，可以将布郎格光栅与波导及发光器件、受光器件成型为一体，波导可以是纤维状，也可以做在薄膜状或板状等其他形状的成型体内。当采用检测用及补正用两套以上的波导(或者包括布郎格光栅)时，从补正用波导得到的信号可以有效地补正因温度、大气压、光源的劣化等因素所造成的杂音等，以提高光学器件的精度。

从以往的光学传感器技术来看，发光器件、受光器件及传感头几乎都是分离的。就是说，只能采用从传感头外部引入发光及受光手段的方法。但是，根据这种方式从发光器件发射的光在传递过程中不仅易受环境的影响，例如还存在着只能从特定的方向才能接收光信号等问题。因此不仅检测精度低而且不利于应用。本发明的技术，首次成功地将发光器件、受光器件、感知部分成为一体。开发了小型的、传递信号及接收信号功能兼有的传感器组合件。并开发了将发光·受光控制电路、及信号处理电路集于一体的技术。因此与以往的技术相比较本发明的优点在于：1.因为易于做成小型、便于使用的光学传感器，所以可以应用于窄小空间、人们不易接近的地方，更适应于远距离遥控；2.因可以集发光·受光器件、感应部件于一体，不仅可以使传感器构造及电路简单化，还可以降低成本；3.因不易受电磁波的影响，所以不仅杂音少，还提高了检测精度及感度；4.因为可视实际需要任意设计传感器的构造及使用高聚物材料，所以不仅耐侯性，耐久性能好，并且易于安装使用，所以应用前景广阔。

Claims (20)

1.一种光学器件的制造法，其特征在于包括：将受光器件设置在衬板上的工程1、将发光器件设置在同一衬板上的工程2、在前述衬板上形成一层折射率较前述衬板低的缓冲层的工程3、使光致折射率变化性聚合物形成一层薄膜的工程4、对该薄膜实施光照射而形成光波导、同时使前述发光及受光器件连接在其两端的工程5.

2.一种光学器件的制造法，其特征在于包括：将受光器件设置在衬板上的工程1、将发光器件设置在同一衬板上的工程2、在前述衬板上形成一层折射率较前述衬板低的弹性体层的工程3、使光致折射率变化性聚合物形成一层薄膜的工程4、对该薄膜实施光照射而形成光波导、同时使前述发光及受光器件连接在其两端的工程5.

3.前记光波导为光纤、且将该光纤适当弯曲使其两端能穿过衬板的工程1、在衬板的反面对着光纤端面的位置设置发光器件和受光器件的工程2为特征的光学器件的制造法。

4.一种光学器件的制造法，其特征在于包括：截取适当长的塑料光纤，并将其中一段的包层除掉的工程1、将除掉光纤包层的部分压成、越接近端部越薄的Y字锲形薄片的工程2、在锲形薄片的表面上形成一层光致折射率变化性聚合物薄膜的工程3、对前述薄膜实施光照射而形成光栅的工程4、在未被挤压的光纤一端接上发光器件及在分支锲形端接上受光器件的工程5.

5.关于根据权利要求1至权利要求4的光学器件、形成其光波导的材料中至少含有一种高聚合物、齐聚物其主链以及/或者支链的全部或者一部分含有Si-Si键或者Si-C键，Si-O为特征。

6.根据权利要求1至权利要求5的光学器件，构成其光波导的材料是以一种聚合物为主，另外至少添加一种以上的光致折射率变化性高聚物、齐聚物，或者低分子化合物，无机物微粒子为特征。

7.根据权利要求1至权利要求5的光学器件、其发光器件为电致发光子、该电致发光子作为光波导的一部分并位置于光波导的入射端为特征，并且该电致发光子的空穴输送层是由聚甲基苯基硅烷(x)对四苯基胺二聚物(y)以x∶y＝0.05∶0.95至0.4∶0.6(但是x+y＝1)之间的任意比例混合而得到的材料制作而成为特征的光学器件。

8.除权利要求1至权利要求7的任一光学器件制造方法以外，至少在其波导的一部分表面涂上一层可与有机及无机气体、液体或者它们的混合物之间发生物理以及/或者化学反应的薄膜的制造工程A、并且在补正用波导部分表面再涂上一层与被测物质不发生任何反应的薄膜的工程B为特征的光学式化学传感器的制作方法。

9.根据权利要求1至权利要求7的任一制造方法而成的光学传感器，至少是由：检测用光波导、补正用波导、位置于波导入射端的发光器件、位置于同波导射出端的受光器件、及波导表面上的可与有机及无机气体、液体或者它们的混合物之间发生物理以及/或者化学反应薄膜A、并且在补正用波导表面上的与被测物质不发生任何反应的薄膜B而构成的为特征的光学化学传感器。

10.根据权利要求1至权利要求7的任一制造方法而成的光学传感器，其特征为至少是由：检测用光波导及做在其内部的检测用布郎格光栅、补正用波导及做在其内部的补正用布郎格光栅、位置于波导入射端的发光器件、位置于同波导出射端的受光器件、及存在于波导表面上的可与有机及无机气体、液体或者它们的混合物之间发生物理以及/或者化学反应薄膜A、并且在补正用波导表面上的与被测物质不发生任何反应的薄膜B而构成的。

11.根据权利要求1至权利要求7的任一制造方法而成的饱和炭氢化合物、不饱和炭氢化合物、芳香族炭氢化合物的光学化学传感器、其检测用波导的表面涂层为含有聚丙烯、聚异戊二烯制作而成为特征。

12.由前记方法做成的光学醇类传感器、其检测用波导的表面涂层至少含有一种以上的高聚物是从聚偏二氟乙烯、聚苯酚树脂、聚酚醛树脂、聚环氧树脂、主链及/或者支链上含有带有一个以上的氮、氧、硫元素的环状化合物的高聚物中任选出来的、并且将从铁、铝、钌、钴、镍、铂、金、银中任意选出的一种以上的金属与被选择的高聚物相混合为特征。

13.前记任一光学醇类传感器、其光波导为高聚物制光纤、且涂在光纤芯材表面的涂层材料为将聚偏二氟乙烯(x)与聚酚醛树脂(y)相混合、其混合比例在x∶y＝0.05∶0.95至0.4∶0.6(但是x+y＝1)范围内、并且与铁形成络合物为特征。

14.根据前记任一制造方法而制成的光学湿度传感器、其检测用波导的表面涂层至少含有一种以上的高聚物是从聚丙烯酸、聚丙烯酸脂、以及丙烯酸与丙烯酸脂的共聚物中任选出来的聚合物为特征。

15.根据前记任一制造方法而制成的光学二氧化碳气体传感器、其检测用波导的表面涂层至少含有一种以上的、诸如聚偏氟乙烯等含有卤族元素的高聚物、与另一种折射率较高的高聚物、齐聚物、低分子混合而成为特征。

16.根据权利要求1至权利要求7的任一制造方法而制成的光学力学传感器，其特征为：至少是由因受力而产生位移变形的检测用光波导、位置于该波导的附近补正用波导、位置于波导入射端的发光器件、位置于同波导出射端的受光器件而构成。

17.根据权利要求1至权利要求7的任一制造方法而成的光学力学传感器，其特征为：至少是由因受力而产生位移变形的检测部、位置于该检测部表面的检测用光波导及做在该波导内部的检测用布郎格光栅、位置于检测波导附近的补正用波导极其内部的补正用布郎格光栅、位置于波导入射端的发光器件、位置于同波导射出端的受光器件而构成。

18.根据权利要求1至权利要求7的任一制造方法而成的光学力学传感器，其特征为：至少是由因受力而产生位移变形的检测用弹性体光波导及做在该波导内部的检测用布郎格光栅、位置于检测波导附近的补正用非弹性体波导极其内部的补正用布郎格光栅、位置于波导入射端的发光器件、位置于同波导出射端的受光器件而构成。

19.根据权利要求16至权利要求18的任一光学力学传感器，其特征为：因受力而产生位移变形的检测器件为Y字型高聚物衬板、且其一为薄层分支，另一为厚层分支，Y字型波导位置于该衬板的表面，检测用光波导位于薄衬板上面，补正用波导则位于厚衬板上面。

20.一种光学组合型传感器件，其特征为：由至少有一个根据权利要求5至权利要求19的任一光学传感器、驱动电路、与驱动电路相连接光纤、与该光纤相连接的受光二极管接受由光纤传递来的光信号、进而将光电流进行放大用作驱动电源。

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