JP5021457B2 - 光センサ - Google Patents
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Description
図1に示した光センサ1は、センサ1が曝露された温度および/または流体圧力(気体または液体、静止または流動)を測定するように適応させることができる。センサ1は、サファイア体2の底面4に画成された凹部3を有するサファイア体2を含む。凹部3の端部に位置するサファイア体2の部分は膜6を形成する。膜6の内面7(つまり、凹部3に直接隣接する膜6の表面)はサファイア体2の底面4と略平行であり、好ましくは平面状である。
光センサ1、20、30に固定される光ファイバ10の選択は、センサ1、20、30およびファイバ10が曝露される環境条件に依存する。シリカファイバは、800℃を越える温度で光学的に劣化し始める。加えて、これ以下の高温でシリカ内のドーパントは拡散を起こし、したがってシリカファイバは高温での長期使用には適さない。したがって、高温用途には、サファイアファイバを使用することが好ましい。
図6に示したセンサ1を製造する方法を今から説明する。説明するステップの幾つかは、要求されるセンサ1の設計に応じて製造工程から省くことができる。例えば、ボンディング層8を堆積したり、あるいは凹部3に反射性コーティング15およびパッシベーション層16、17をライニングする非必須ステップは省くことができる。さらに、以下で特定の寸法に言及するが、これらは単なる実施例として提供するものであって、代替寸法を使用してもよいことは理解されるであろう。
上述した様々なセンサの実施形態は、ファブリペローキャビティとインタフェースするいずれかの一般的に受け入れられる方法を用いて照会することができる。好適な実施形態は、周知の技術である白色光干渉測定法を使用する。その最も簡単なレベルでは、これは分光計および適切なソフトウェアを使用して、スペクトルデータからキャビティ長を算出することを含む。機械的または光電子的(つまりスキャンニングファブリペロー干渉計、または位相変調器付き集積光導波路キャビティ)整合キャビティを使用して、測定キャビティを追跡することができる。
Claims (33)
- 内部に密閉キャビティを有する本体と、さらに前記密閉キャビティから離間した表面で前記本体に固定された光ファイバと、を備えた光センサであって、
前記密閉キャビティは、少なくとも、入射光を反射する第1および第2表面によって規定され、
前記第1および第2表面はファブリペローキャビティを画成し、
前記光ファイバは、前記密閉キャビティの第1および第2表面からの反射光を受けるために前記ファブリペローキャビティと光学的に結合しており、
前記光ファイバのコアはサファイアからなり、前記本体はサファイアからなるサファイア体であり、
前記光センサはさらに保護パッケージを備えており、
前記保護パッケージは、
中空の円筒体として形成され、底部がブシュの中に納められたケースと、
前記ケースの前記ブシュから離れた端部にあり、前記光センサを取り囲む環境に前記光センサの前記本体を晒すための開窓と、
前記ケースの軸に沿って配置され、かつ、前記ブシュの方へ延びる前記光ファイバを包む、前記ケースの中にあるチューブと、
前記チューブを前記開窓の方へ動かす、前記ブシュの中に配置されたばねと、
前記ケースを前記開窓のまわりの前記本体から隔離するガスケットと、
前記チューブと前記ケースの間にあるライナと、
を備えている、光センサ。 - 前記サファイア体の前記第1および第2表面のうちの一つの上に配置された反射性コーティングをさらに備えた、請求項1に記載の光センサ。
- 前記サファイア体の前記第1および第2表面のうちの一つと前記反射性コーティングとの間に配置されたパッシベーション材料をさらに備えた、請求項2に記載の光センサ。
- 前記密閉キャビティが0.1から500μmの間の深さを有する、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の光センサ。
- 前記密閉キャビティが10から2000μmの間の最大直径を有する、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の光センサ。
- 前記サファイア体の前記表面が0.1から500μmの間の厚さである、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の光センサ。
- 前記ファブリペローキャビティが0.1から10μmの深さを有する、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の光センサ。
- 前記サファイア体の表面上に配置された熱応答性材料のコーティングをさらに備えた、請求項1ないし7のいずれか一項に記載の光センサ。
- 電流プローブとして機能するよう構成され、前記熱応答性材料が前記光センサを加熱する渦電流を誘導するためのグラファイトを含む、請求項8に記載の光センサ。
- 前記光ファイバの自由端が鋭角または鈍角に劈開される、請求項1に記載の光センサ。
- 前記サファイア体および光ファイバが気密密閉される、請求項1に記載の光センサ。
- さらなる光ファイバを受容しかつ固定するために前記光ファイバの自由端に取り付けられたフェルールをさらに備えた、請求項1に記載の光センサ。
- 前記ファブリペローキャビティが干渉計のセンサキャビティである、請求項1ないし12のいずれかに記載の光センサを備えた干渉計。
- 前記干渉計が白色光干渉計である、請求項13に記載の干渉計。
- 前記センサキャビティと合致するように調整可能な基準キャビティまたはそのような基準キャビティの代わりに分光計および関連データ処理手段のいずれかをさらに備えた、請求項14に記載の干渉計。
- 請求項13ないし15のいずれかに記載の干渉計を備えた温度センサ。
- 請求項13ないし15のいずれかに記載の干渉計を備えた圧力センサ。
- 光センサを製造する方法であって、
本体を用意するステップと、
前記本体に密閉キャビティを形成し、前記密閉キャビティが、少なくとも、入射光を反射する第1および第2表面によって規定されるようにし、かつ前記第1および第2表面がファブリペローキャビティを画成するようにするステップと、
光ファイバを前記本体における前記密閉キャビティから離間した表面に固定し、前記密閉キャビティの前記第1および第2表面からの反射光を受ける前記ファブリペローキャビティに、前記光ファイバを光学的に結合させるステップと、
前記光ファイバを、前記光ファイバを包むためのチューブに挿入し、
中空の円筒体として形成され、かつ、前記光センサを取り囲む環境に前記本体を直接晒すための開窓を端面に有するケースに、前記チューブと前記光ファイバを挿入し、
前記ケースを前記開窓の周囲の前記本体から隔離するためのガスケットを取り付け、
前記ケースの前記開窓から離れた端部をブシュの内側にはめ込み、前記窓の方に前記チューブを動かすためのばねを前記ブシュの中に設ける、
ことにより、前記本体と前記光ファイバをパッケージするステップと、
を含み、
前記光ファイバのコアがサファイアからなり、前記本体がサファイアからなるサファイア体であり、
前記光ファイバは、前記ケースの軸に沿って前記ブシュの方に延びるよう構成され、
前記チューブと前記ケースの間にライナがはめ込まれる、方法。 - 前記サファイア体が第1サファイアウェハおよび第2サファイアウェハを含み、前記本体は、前記第1サファイアウェハの表面に凹部をエッチングし、かつ前記凹部を閉じ、前記密閉キャビティを形成するように前記第1サファイアウェハの表面に前記第2サファイアウェハを固定することによって形成される、請求項18に記載の方法。
- 前記ファブリペローキャビティの表面を画成する前記サファイア体の前記第1表面に反射性材料を被覆するステップをさらに含む、請求項18または19に記載の方法。
- 前記ファブリペローキャビティの表面を画成する前記サファイア体の前記第1表面にパッシベーション材料を被覆し、かつ前記パッシベーション材料に反射性材料を被覆するステップをさらに含む、請求項18または19に記載の方法。
- 前記サファイア体の表面にイットリアまたはYAGのボンディング層を被覆するステップをさらに含む、請求項18ないし21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記密閉キャビティが0.1から500μmの間の深さを有する、請求項18ないし22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記密閉キャビティが10から2000μmの間の最大直径を有する、請求項18ないし23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ファブリペローキャビティの表面を画成する前記サファイア体の前記第1表面が0.1から500μmの間の厚さである、請求項18ないし24のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ファブリペローキャビティが0.1から10μmの間の深さを有する、請求項18ないし25のいずれか一項に記載の方法。
- 前記サファイア体が第1サファイアウェハ、第2サファイアウェハ、および第3サファイアウェハを備え、前記密閉キャビティを形成する前記ステップが、前記第1サファイアウェハに前記第1サファイアウェハの1つの表面から対向する表面にまで貫通して延びる貫通孔を形成し、かつ前記密閉キャビティを形成するために前記孔を閉じるように、前記1つの表面および対向する表面にそれぞれに前記第2サファイアウェハおよび前記第3サファイアウェハを固定することを含み、
前記第1サファイアウェハは、所定の厚さにまで研磨され、それによって、ファブリペローキャビティ長を規定する、請求項18に記載の方法。 - 前記光ファイバが真空熱プレスによって前記サファイア体に固定される、請求項18に記載の方法。
- 前記光ファイバがレーザ溶接によって前記サファイア体に固定される、請求項18に記載の方法。
- 前記ファイバの自由端を鋭角または鈍角に劈開するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記サファイア体および前記光ファイバを気密コーティングに密閉するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- さらなる光ファイバを受容するために前記ファイバの自由端にフェルールを取り付けるステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 請求項1ないし17のいずれか一項に記載のセンサを環境に配置し、かつ干渉計を使用してファブリペローキャビティを測定することを含む、環境の温度および/または圧力を感知する方法。
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