JPH02143114A - 光センサ - Google Patents
光センサInfo
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- JPH02143114A JPH02143114A JP29860288A JP29860288A JPH02143114A JP H02143114 A JPH02143114 A JP H02143114A JP 29860288 A JP29860288 A JP 29860288A JP 29860288 A JP29860288 A JP 29860288A JP H02143114 A JPH02143114 A JP H02143114A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野］
この発明は、光を利用して圧力、振動、加速度、温度な
どの物理量を検出する光センサに関する。
どの物理量を検出する光センサに関する。
従来より、圧力センサとしてシリコンのピエゾ抵抗効果
を利用した半導体圧力センサ等が知られている。また、
振動を検出するものとして磁界中でコイルを移動させる
電磁型マイクロフォン等が知られている。温度は熱抵抗
体を用いた温度センサにより検出される。
を利用した半導体圧力センサ等が知られている。また、
振動を検出するものとして磁界中でコイルを移動させる
電磁型マイクロフォン等が知られている。温度は熱抵抗
体を用いた温度センサにより検出される。
しかしながら、従来の半導体圧力センサ、各種のマイク
ロフォン、温度センサでは微小な圧力、振動、温度の検
出が難しいという欠点がある。 この発明は、小型で且つ微小な圧力、振動、加速度、温
度等の物理量の検出が可能な、精度の高い光センナを提
供することを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、この発明による光センサにお
いては、光共振器を形成すべき両端面の一方に反射防止
膜が形成されたレーザダイオードと、該反射防止膜の側
に、該レーザダイオードとは離れて配置された変形可能
な反射膜と、上記レーザダイオードの反射面となってい
る側に配置された光検出器とが備えられる。
ロフォン、温度センサでは微小な圧力、振動、温度の検
出が難しいという欠点がある。 この発明は、小型で且つ微小な圧力、振動、加速度、温
度等の物理量の検出が可能な、精度の高い光センナを提
供することを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、この発明による光センサにお
いては、光共振器を形成すべき両端面の一方に反射防止
膜が形成されたレーザダイオードと、該反射防止膜の側
に、該レーザダイオードとは離れて配置された変形可能
な反射膜と、上記レーザダイオードの反射面となってい
る側に配置された光検出器とが備えられる。
通常のレーザダイオードでは両端面が光共振器を形成す
る反射面となっているが、その一方の端面に反射防止膜
が形成され、これと離れて変形可能な反射膜が配置され
る。すなわち、この変形可能な反射膜と、反対側のの端
面とにより光共振器が形成される。 この変形可能な反射膜は、圧力や振動、あるいは加速度
に応じて変形する。また、温度が変わると熱膨張で変形
する。すると、反射膜の位置が変わったり反射率が変わ
ったりすることになり、レーザ発振強度が変化する。 そのため、反射面となっている端面から漏れてくるレー
ザ光を光検出器により検出することによって、圧力、振
動、加速度、温度等を非常に精度高く検出することが可
能になる。
る反射面となっているが、その一方の端面に反射防止膜
が形成され、これと離れて変形可能な反射膜が配置され
る。すなわち、この変形可能な反射膜と、反対側のの端
面とにより光共振器が形成される。 この変形可能な反射膜は、圧力や振動、あるいは加速度
に応じて変形する。また、温度が変わると熱膨張で変形
する。すると、反射膜の位置が変わったり反射率が変わ
ったりすることになり、レーザ発振強度が変化する。 そのため、反射面となっている端面から漏れてくるレー
ザ光を光検出器により検出することによって、圧力、振
動、加速度、温度等を非常に精度高く検出することが可
能になる。
つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図において、レーザダイオード１はＧａ
Ａｓ系やＩｎ２系等の通常のものであり、通常のものと
同様に内部に活性層１１を有し、且つ一方の表面に電極
１２が設けられているが（他方の面の電極は金属で形成
された気密ケース４により形成される）、通常とは異な
り、方の端面しか反射面となっていす、他方の端面は反
射しないようにたとえばＳｉＯ□などの反射防止膜１４
が形成されている。反射膜（たとえばＡ、Ｑ２０３など
からなる）１３は一方の端面にしか形成されていない（
したがってこの限りでは端面発光ダイオードの構成と同
じになっている）。これら反射膜１３、反射防止膜１４
はたとえばイオンビームアシスト電子ビーム蒸着、基板
加熱蒸着、スパッタなどの薄膜作製法により作製し、通
常１０００人〜２０００人の単層膜とする。光共振器を
形成するための他方の反射面は、レーザダイオードチッ
プの外部に配置された反射体２により形成される。こう
して形成されたレーザダイオード１は外部の反射膜２２
の特性によりその特性が大きく変化する。 この反射体２は、石英、５ｉ０２、Ｂ Ｋ、 ７等のガ
ラス、あるいはバイルックスガラスや光学ガラス等の基
板２１の表面に反射ｇ１２２を形成したもので、凹部２
３等を形成することによって薄膜部が形成され、この薄
膜部が容易に変形するようになっている。この反射Ｍ２
２としては多層膜フィルタや金属膜を使用できる。前者
はたとえばイオンビームアシスト電子ビーム蒸着、基板
加熱蒸着、スパッタなどの薄膜作製法によりＳｉＯ□−
Ｔｉ０２．５ｉ０２−ＣａＦ２．５ｉ０２−Ａ Ｑ ２
０３等の屈折率の大きく異なる２種の誘電体を薄膜状に
して交互に多層に形成したもので、後者はＡｕやＡＱ等
を蒸着して形成できる。 四部２３は研麿やエツチングなどの方法によって形成す
るが、薄膜部を形成することによって容易に変形可能に
するためであるから、変形可能な薄膜部を形成するもの
であれば凹部２３に限らず全体を薄くしてもよい。 そして、レーザダイオード１の反射膜１３の側に５ｉ−
ＰＤ、 Ｇｅ−ＰＤ、 ＩｎＧａＡｓ−ＰＤ、 ５ｉ−
ＡＰＤ、 ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤなどの光検出器３が配
置される。そして、この実施例の場合、レーザダイオー
ド１、反射体２及び光検出器３が気密ゲース４により気
密に保持され、凹部２３に加わる外部圧力により反射膜
２２が変形するようにされている。気密ケース４の中は
真空あるいは一定圧力の気体で満たされる。なお、レー
ザダイオ−１’ １の部分はベルチェ素子などにより温
度を安定化しておくことが望ましい。 この場合、外部の圧力が変動すると、反射Ｍ２２が変形
し、その位置が変わるので、光共振器長が変化し、その
ため反射膜１３から漏れてくるレーザ光の出力が変わる
。すなわち、このレーザダイオード１の駆動電流と光出
力との関係は通常では第２図の実線のようになっている
が、圧力が変化して反射ｐｌＡ２２の位置が変わったり
反射率が変わると点線のようになる。そのため、ある一
定の駆動電流Ｉを与えておくと、光出力がＡ〜Ｂの範囲
で変化し、この変化領域が圧力検知領域ということにな
る。このレーザ光出力は光検出器３によって検出される
ので、結局外部の圧力変動を捉えることかできる。反射
膜２２の部分を薄くしてより容易に変形するようにすれ
ば、圧力検出の感度が高くなり、他方その部分を厚くす
ればより高圧の検知に向く。 空気中あるいは水中での音響等の振動が反射膜２２に加
わって反射膜２２が振動する場合も同様で、発振出力の
変化及び発振周波数の変化として振動を捉えることがで
きる。発振周波数の検出のためにはたとえばスペクトラ
ムアナライザを用いる。また、加速度により反射膜２２
が変形するときも発振出力が変化するためこれを検出す
ることができる。このように、振動や加速度を検知する
場合は、反射体２の形状として凹部２３を形成して薄膜
部を形成する以外に、振動や加速度によってより変形し
易い形状をとることができる。すなわち、反射体２の周
囲を気密に保持するのでなく、その一端を固定し、他端
を自由端として自由に振れることができるような構造も
考えられる。この場合も自由端側を薄くすればより変形
し易くなり、厚くすれば変形しづらくなる。そのため、
このような片持ち構造あるいは第１図のような構造にお
いて、反射体２を薄くすることによってより高感度の光
センサが、厚くすることによって振動や加速度の広い範
囲の検知に適した光センサが得られる。 また、温度が変化するとき、気密ケース４の中の気体の
膨張により、あるいは反射体２自体の熱膨張により反射
膜２２が変形する。そのため、温度検出センサとしても
使用できる０反射体２の熱膨張による反射Ｍ２２の変形
を利用する場合は、温度により変形し易い他の構造を選
択できるので、気密ケース４を使用することに限らない
０反射膜２２の部分を薄くしてより変形し易くするとよ
り高感度の温度センサが得られ、厚くすれば温度検出範
囲の広い温度センサが得られる。 つぎに具体的な例について説明する。レーザダイオード
１として光共振器長が４００μｍのＢＣ（バリードクレ
ッセント）構造の１．３０μｍ帯レーザしイオードを用
い、イオンビームアシスト電子ビーム蒸着法によりその
一端にＡＱ、０３反射膜１３を、他端に５ｉ０２透過膜
（反射防止膜〉１４を設けた。外部反射膜２２としてイ
オンビームアシスト電子ビーム蒸着′法によりガラス基
板２１に設けた多層膜フィルタを用いた。このガラス基
板２１の部分をエツチングによりその一部を除去して凹
部２３を形成した。この多層膜フィルタをレーザダイオ
ード１と結合して光共振器の一方の反射鏡を形成する。 これにより形成されるレーザダイオードの発振しきい値
は５０ｍＡとなった。気密ケース４の材料としては、熱
膨張係数の小さいパーマロイを用いた。温度２５℃、電
流７５ｍＡで駆動したときの光出力は５ｍＷであった。 光検出器３としてＩ ｎＧａ５ｂ三元フォＩ・ダイオー
ドを用いてこの光出力の変動を検出した。 外部の圧力が７６０ｍｍＨｇ〜３６０ｍｍＨｇ間で変化
したとき光出力は５ｍＷからＯＷまで変化した６反射体
２のガラス基板２１の一部を除去して薄くなっている部
分に圧力の変化を加えることにより、ｌｍｍＨｇの圧力
変化を検出でき、非常に高感度の圧力検出ができること
が分がっな。 また、２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲で外部の振動の周波数
を変化させるとともにその強度を変化させたところ、光
出力は７ｍＷからＯＷまで変化し、周波数もそれに対応
して変化した。反射体２のガラス基板２１の一部を除去
して薄くなっている部分に振動を加えることにより、４
０ｄＢ〜５０ｄＢの音圧変化が高感度に検出できた。 さらに、温度に対してらつぎのように高感度に検出でき
た。すなわち、−４０℃〜６０℃の範囲で外部温度を変
化させたところ、光出力は７ｍＷからＯＷまで変化した
１反射体２のガラス基板２１の一部を除去して薄くなっ
ている部分に温度変化を加えることにより、０．１℃の
感度で温度変化が高感度に検出できた。 【発明の効果］ この発明の光センサによれば、小型でありながら、微小
な圧力、微小な振動、微小な加速度、微小な温度変（ヒ
等を非常に正確に検出することができる。
説明する。第１図において、レーザダイオード１はＧａ
Ａｓ系やＩｎ２系等の通常のものであり、通常のものと
同様に内部に活性層１１を有し、且つ一方の表面に電極
１２が設けられているが（他方の面の電極は金属で形成
された気密ケース４により形成される）、通常とは異な
り、方の端面しか反射面となっていす、他方の端面は反
射しないようにたとえばＳｉＯ□などの反射防止膜１４
が形成されている。反射膜（たとえばＡ、Ｑ２０３など
からなる）１３は一方の端面にしか形成されていない（
したがってこの限りでは端面発光ダイオードの構成と同
じになっている）。これら反射膜１３、反射防止膜１４
はたとえばイオンビームアシスト電子ビーム蒸着、基板
加熱蒸着、スパッタなどの薄膜作製法により作製し、通
常１０００人〜２０００人の単層膜とする。光共振器を
形成するための他方の反射面は、レーザダイオードチッ
プの外部に配置された反射体２により形成される。こう
して形成されたレーザダイオード１は外部の反射膜２２
の特性によりその特性が大きく変化する。 この反射体２は、石英、５ｉ０２、Ｂ Ｋ、 ７等のガ
ラス、あるいはバイルックスガラスや光学ガラス等の基
板２１の表面に反射ｇ１２２を形成したもので、凹部２
３等を形成することによって薄膜部が形成され、この薄
膜部が容易に変形するようになっている。この反射Ｍ２
２としては多層膜フィルタや金属膜を使用できる。前者
はたとえばイオンビームアシスト電子ビーム蒸着、基板
加熱蒸着、スパッタなどの薄膜作製法によりＳｉＯ□−
Ｔｉ０２．５ｉ０２−ＣａＦ２．５ｉ０２−Ａ Ｑ ２
０３等の屈折率の大きく異なる２種の誘電体を薄膜状に
して交互に多層に形成したもので、後者はＡｕやＡＱ等
を蒸着して形成できる。 四部２３は研麿やエツチングなどの方法によって形成す
るが、薄膜部を形成することによって容易に変形可能に
するためであるから、変形可能な薄膜部を形成するもの
であれば凹部２３に限らず全体を薄くしてもよい。 そして、レーザダイオード１の反射膜１３の側に５ｉ−
ＰＤ、 Ｇｅ−ＰＤ、 ＩｎＧａＡｓ−ＰＤ、 ５ｉ−
ＡＰＤ、 ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤなどの光検出器３が配
置される。そして、この実施例の場合、レーザダイオー
ド１、反射体２及び光検出器３が気密ゲース４により気
密に保持され、凹部２３に加わる外部圧力により反射膜
２２が変形するようにされている。気密ケース４の中は
真空あるいは一定圧力の気体で満たされる。なお、レー
ザダイオ−１’ １の部分はベルチェ素子などにより温
度を安定化しておくことが望ましい。 この場合、外部の圧力が変動すると、反射Ｍ２２が変形
し、その位置が変わるので、光共振器長が変化し、その
ため反射膜１３から漏れてくるレーザ光の出力が変わる
。すなわち、このレーザダイオード１の駆動電流と光出
力との関係は通常では第２図の実線のようになっている
が、圧力が変化して反射ｐｌＡ２２の位置が変わったり
反射率が変わると点線のようになる。そのため、ある一
定の駆動電流Ｉを与えておくと、光出力がＡ〜Ｂの範囲
で変化し、この変化領域が圧力検知領域ということにな
る。このレーザ光出力は光検出器３によって検出される
ので、結局外部の圧力変動を捉えることかできる。反射
膜２２の部分を薄くしてより容易に変形するようにすれ
ば、圧力検出の感度が高くなり、他方その部分を厚くす
ればより高圧の検知に向く。 空気中あるいは水中での音響等の振動が反射膜２２に加
わって反射膜２２が振動する場合も同様で、発振出力の
変化及び発振周波数の変化として振動を捉えることがで
きる。発振周波数の検出のためにはたとえばスペクトラ
ムアナライザを用いる。また、加速度により反射膜２２
が変形するときも発振出力が変化するためこれを検出す
ることができる。このように、振動や加速度を検知する
場合は、反射体２の形状として凹部２３を形成して薄膜
部を形成する以外に、振動や加速度によってより変形し
易い形状をとることができる。すなわち、反射体２の周
囲を気密に保持するのでなく、その一端を固定し、他端
を自由端として自由に振れることができるような構造も
考えられる。この場合も自由端側を薄くすればより変形
し易くなり、厚くすれば変形しづらくなる。そのため、
このような片持ち構造あるいは第１図のような構造にお
いて、反射体２を薄くすることによってより高感度の光
センサが、厚くすることによって振動や加速度の広い範
囲の検知に適した光センサが得られる。 また、温度が変化するとき、気密ケース４の中の気体の
膨張により、あるいは反射体２自体の熱膨張により反射
膜２２が変形する。そのため、温度検出センサとしても
使用できる０反射体２の熱膨張による反射Ｍ２２の変形
を利用する場合は、温度により変形し易い他の構造を選
択できるので、気密ケース４を使用することに限らない
０反射膜２２の部分を薄くしてより変形し易くするとよ
り高感度の温度センサが得られ、厚くすれば温度検出範
囲の広い温度センサが得られる。 つぎに具体的な例について説明する。レーザダイオード
１として光共振器長が４００μｍのＢＣ（バリードクレ
ッセント）構造の１．３０μｍ帯レーザしイオードを用
い、イオンビームアシスト電子ビーム蒸着法によりその
一端にＡＱ、０３反射膜１３を、他端に５ｉ０２透過膜
（反射防止膜〉１４を設けた。外部反射膜２２としてイ
オンビームアシスト電子ビーム蒸着′法によりガラス基
板２１に設けた多層膜フィルタを用いた。このガラス基
板２１の部分をエツチングによりその一部を除去して凹
部２３を形成した。この多層膜フィルタをレーザダイオ
ード１と結合して光共振器の一方の反射鏡を形成する。 これにより形成されるレーザダイオードの発振しきい値
は５０ｍＡとなった。気密ケース４の材料としては、熱
膨張係数の小さいパーマロイを用いた。温度２５℃、電
流７５ｍＡで駆動したときの光出力は５ｍＷであった。 光検出器３としてＩ ｎＧａ５ｂ三元フォＩ・ダイオー
ドを用いてこの光出力の変動を検出した。 外部の圧力が７６０ｍｍＨｇ〜３６０ｍｍＨｇ間で変化
したとき光出力は５ｍＷからＯＷまで変化した６反射体
２のガラス基板２１の一部を除去して薄くなっている部
分に圧力の変化を加えることにより、ｌｍｍＨｇの圧力
変化を検出でき、非常に高感度の圧力検出ができること
が分がっな。 また、２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲で外部の振動の周波数
を変化させるとともにその強度を変化させたところ、光
出力は７ｍＷからＯＷまで変化し、周波数もそれに対応
して変化した。反射体２のガラス基板２１の一部を除去
して薄くなっている部分に振動を加えることにより、４
０ｄＢ〜５０ｄＢの音圧変化が高感度に検出できた。 さらに、温度に対してらつぎのように高感度に検出でき
た。すなわち、−４０℃〜６０℃の範囲で外部温度を変
化させたところ、光出力は７ｍＷからＯＷまで変化した
１反射体２のガラス基板２１の一部を除去して薄くなっ
ている部分に温度変化を加えることにより、０．１℃の
感度で温度変化が高感度に検出できた。 【発明の効果］ この発明の光センサによれば、小型でありながら、微小
な圧力、微小な振動、微小な加速度、微小な温度変（ヒ
等を非常に正確に検出することができる。
第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図は同実施
例の光出力特性を示すグラフである。 １・・・レーザダイオード、１１・・・活性層、１２・
・・電極、１３．２２・・・反射膜、１４・・反射防止
膜、２・・・反射体、２１・・・基板、３・・・光検出
器、４・・・気密ケース。
例の光出力特性を示すグラフである。 １・・・レーザダイオード、１１・・・活性層、１２・
・・電極、１３．２２・・・反射膜、１４・・反射防止
膜、２・・・反射体、２１・・・基板、３・・・光検出
器、４・・・気密ケース。
Claims (1)
- （１）光共振器を形成すべき両端面の一方に反射防止膜
が形成されたレーザダイオードと、該反射防止膜の側に
、該レーザダイオードとは離れて配置された変形可能な
反射膜と、上記レーザダイオードの反射面となっている
側に配置された光検出器とを有することを特徴とする光
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29860288A JPH02143114A (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 光センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29860288A JPH02143114A (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 光センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02143114A true JPH02143114A (ja) | 1990-06-01 |
Family
ID=17861855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29860288A Pending JPH02143114A (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 光センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02143114A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021012902A (ja) * | 2019-07-03 | 2021-02-04 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 複合光共振器、温度センサ、光共振器装置 |
-
1988
- 1988-11-25 JP JP29860288A patent/JPH02143114A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021012902A (ja) * | 2019-07-03 | 2021-02-04 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 複合光共振器、温度センサ、光共振器装置 |
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