JP6815438B2 - 光導波路及び光学式濃度測定装置 - Google Patents
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Description
被測定気体または被測定液体の濃度を測定する光学式濃度測定装置に用いる光導波路であって、
基板と、
長手方向に沿って延伸し、光が伝搬可能なコア層と、
前記基板の少なくとも一部と前記コア層の一部とを接続し、前記基板に対して前記コア層を支持する支持部と、
前記基板および前記コア層に挟まれる空間領域において前記支持部とは異なる位置に配置されており、前記コア層の幅方向の中央位置から外れた位置で最大高さとなるように前記基板から前記コア層に向かって突出する突起部と、を備えることを特徴とする。
本発明の実施態様に係る光導波路は、被測定気体または被測定液体の濃度を測定する光学式濃度測定装置に用いる光導波路であって、基板と、長手方向に沿って延伸し且つ光が伝搬可能なコア層と、基板の少なくとも一部とコア層の一部とを接続し基板に対してコア層を支持する支持部と、基板およびコア層に挟まれる空間領域において支持部とは異なる位置に配置されておりコア層の幅方向の中央位置から外れた位置で最大高さとなるように基板からコア層に向かって突出する突起部と、を備えている。なお、長手方向とは、少なくとも1方向に沿って延伸している形状の三次元構造物における、最も長く延びている方向であって、直線状の方向だけでなく、曲線状の方向を含む。また、基板およびコア層に挟まれる空間領域において支持部とは異なる位置とは、当該空間領域内において、長手方向および幅方向の少なくとも一方において支持部が存在しない位置である。また、幅方向とは、本実施態様において、コア層の長手方向に垂直且つ基板の主面に平行な方向である。基板の主面とは、基板の板厚方向に垂直な表面であって、さらに言換えると、本実施態様において、基板を形成する6面の中で、面積が最大である面である。さらに、コア層は曲線状に延びる部分を含み、かつ突起部はコア層の曲線状に延びる部分と基板とに挟まれる空間領域、言い換えると、突起部はコア層の曲線状に延びる部分の直下に配置されていてよい。なお、直下とは、コア層から基板に向かう方向を上下方向と定めた場合における、まっ直ぐ下であることを意味する。突起部は、コア層の曲線状に延びる部分において、コア層の内周側もしくは外周側に偏った位置でコア層の直下に配置されていてよい。
コア層は、長手方向に沿って延伸し且つ光が長手方向に沿って伝搬可能であれば特に制限されない。具体的には、シリコン(Si)やガリウムひ素(GaAs)、ゲルマニウム(Ge)等で形成されたコア層が挙げられる。なお、長手方向とは、少なくとも1方向に沿って延伸している形状の三次元構造物における、最も長く延びている方向であって、直線状の方向だけでなく、曲線状の方向を含む。コア層の長手方向に沿った任意の位置における垂直な断面は、円形に限定されず、当該断面の中心から外表面までの距離が当該断面の中心を軸にした回転によって変動する任意の形状、例えば矩形であってよい。したがって、コア層は、本実施態様において長尺の板状である。
基板は、基板上に支持部、突起部、及びコア層を形成可能であれば特に制限されない。具体的には、シリコン基板やGaAs基板等が挙げられる。基板の主面とは、基板の水平方向(膜厚方向に垂直な方向)の表面を指す。基板の表面は、必ずしも露出していなくてもよく、一部が支持部および突起部と同じ材料の薄膜により覆われていてもよい。なお、基板の表面が露出していない場合、後述する突起部の高さとは、基板の表面を基準とした突起部表面の高さではなく、コア層直下の領域における当該薄膜表面のうち、最も低くなる位置を基準とした場合の突起部表面の高さを指す。
支持部は、基板の少なくとも一部とコア層の一部とを接続する。また、支持部は、基板に対してコア層を支持するようになっている。
突起部は、基板およびコア層に挟まれる空間領域において支持部とは異なる位置に配置されている。また、突起部は、コア層の幅方向の中央位置から外れた位置で最大高さである。ただし、突起部は、コア層の長手方向の全域に亘って、コア層の幅方向の中央位置から外れた位置で最大高さでなくてよい。例えば、突起部は、コア層の長手方向の少なくとも一部の領域においてコア層の幅方向の中央位置から外れた位置で最大高さであって、別の一部の領域においてコア層の幅方向の中央位置で最大高さであってよい。また、突起部は、基板からコア層に向かって突出する。なお、基板およびコア層の間で支持部とは異なる位置とは、基板およびコア層に挟まれる空間領域において、長手方向および幅方向の少なくとも一方で支持部が存在しない位置である。
本発明の各実施態様に係る光学式濃度測定装置は、本発明の各実施態様に係る光導波路と、コア層に光を入射可能な光源と、コア層を伝搬した光を受光可能な検出部と、を備える。
光源は、コア層に光を入射可能であれば特に制限されない。ガスの測定に赤外線を用いる場合には光源として、白熱電球やセラミックヒータ、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ヒータや赤外線LED(Light Emitting Diode)などを用いることができる。光源は光導波路と光接続可能な構成であればどのような配置でもよい。例えば、光源は、光導波路と同じ個体内に光導波路に隣接して配置してもよいし、別の個体として光導波路から一定の距離を置いて配置されてもよい。また、ガスの測定に紫外線を用いる場合には光源として、水銀ランプや紫外線LEDなどを用いることができる。また、ガスの測定にX線を用いる場合には光源として、電子ビームや電子レーザーなどを用いることができる。
検出部は、光導波路のコア層を伝搬した光を受光可能であれば特に制限されない。ガスの測定に赤外線を用いる場合には検出部として、焦電センサ(Pyroelectric sensor)、サーモパイル(Thermopile)あるいはボロメータ(Bolometer)等の熱型赤外線センサや、ダイオードあるいはフォトトランジスタ等の量子型赤外線センサ等を用いることができる。また、ガスの測定に紫外線を用いる場合には検出部として、ダイオードやフォトトランジスタ等の量子型紫外線センサ等を用いることができる。また、ガスの測定にX線を用いる場合には検出部として、各種半導体センサを用いることができる。
本発明の実施形態による光導波路および光学式濃度測定装置について図1から図15を用いて説明する。
2 外部空間
10、10’ 光導波路
10a 光導波路主要部
11、11’ コア層
11a 活性基板
13 空隙
15、15’ 基板
15a 支持基板
17 支持部
17a BOX層
18、18’ 突起部
19 薄膜
40 光検出器
51 構造体
53 物質
100 SOI基板
118,119 グレーティングカプラ
171 第1の支持部の接続部分
cp コア層の幅方向の中央位置
DM 集束イオンビームによるダメージ層
E1 構造体の内部を伝播する光の強度
E2 エバネッセント波の強度
EW エバネッセント波
IR 赤外線
L 光
MO 被測定物質
OA 光軸
WS コア層の影
Claims (18)
- 被測定気体または被測定液体の濃度を測定する光学式濃度測定装置に用いる光導波路であって、
基板と、
長手方向に沿って延伸し、光が伝搬可能なコア層と、
前記基板の少なくとも一部と前記コア層の一部とを接続し、前記基板に対して前記コア層を支持する支持部と、
前記基板および前記コア層に挟まれる空間領域において前記支持部とは異なる位置に配置されており、前記コア層の幅方向の中央位置から外れた位置で最大高さとなるように前記基板から前記コア層に向かって突出する突起部と、を備える
光導波路。 - 前記支持部は、前記コア層よりも屈折率の小さい材料で形成されている
請求項1に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記支持部と同一の材料で形成されている
請求項1または2に記載の光導波路。 - 前記突起部は、山形状である
請求項1から3のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記コア層の幅方向において対称である
請求項1から4のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記コア層の幅方向において非対象である
請求項1から4のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記コア層の幅方向の中央位置から、前記コア層の幅の3%以上離れた位置で最大高さである
請求項1から6のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記コア層の幅方向の中央位置から、100nm以上離れた位置で最大高さである
請求項1から7のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記突起部の最大高さは、前記コア層および前記基板の間隔の1/20以上である
請求項1から8のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記突起部の最大高さは、100nm以上である
請求項1から9のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記長手方向に沿って延びる前記コア層は、曲線状に延びる部分を含み、
前記突起部は、前記曲線状に延びる部分の直下に配置されている
請求項1から10のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記曲線状に延びる部分において、前記コア層の内周側に偏った位置で前記コア層の直下に配置されている
請求項11に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記曲線状に延びる部分において、前記コア層の外周側に偏った位置で前記コア層の直下に配置されている
請求項11に記載の光導波路。 - 前記突起部は、前記コア層の長手方向に沿って断続的に存在する
請求項1から13のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記コア層の少なくとも一部は、露出、または、薄膜により被覆されている、
請求項1から14のいずれか1項に記載の光導波路。 - 前記コア層を伝搬する光はアナログ信号としての赤外線である
請求項1から15までのいずれか1項に記載の光導波路。 - 請求項1から16までのいずれか1項に記載の光導波路と、
前記コア層に光を入射可能な光源と、
前記コア層を伝搬した光を受光可能な検出部と、を備える
光学式濃度測定装置。 - 前記光源は真空波長が2μm以上12μm未満の赤外線を前記コア層に入射する
請求項17に記載の光学式濃度測定装置。
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JP2018163489 | 2018-08-31 |
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