JPH0514850B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は光応用計測に使用する光センサの改良
に関する。

〔従来技術の説明〕

光センサは、エレクトロニクスセンサに比べて
電界、磁界に影響されずに高精度の計測を行なう
ことができ、また防爆性の面でも優れているなど
多くの特長をもつている。

光センサの中には検知部として光フアイバその
ものを利用したものもあるが、センサ機能の拡張
性および材料選択の自由度の大きさから平面導波
路を用いた光センサが優れている。

導波路型光センサは一般に、導波路が設けられ
た透明基板表面あるいはこの基板表面に被覆形成
した吸着層にガス状、液状あるいは固体の被検出
物質が付着することによる導波路からの洩光損失
を検出するもので、実際にはこの導波路素子を検
出したい箇所に分散配置し、これら素子間および
光源と測定装置との間を光フアイバで接続して全
光式のリモートセンシングを行なう。

そして、離れた位置で上記センサ導波路の洩光
損失を検出するには光フアイバの欠陥箇所検出に
用いられている後方散乱法が適しており、この後
方散乱法で測定することによつて損失の変化だけ
でなく、この損失を生じているすなわち被検出物
が付着しているセンサの位置も知ることができ
る。第１図に後方散乱法による損失測定系の例を
示す。

第１図において、レーザーダイオード等の光源
１からのレーザ光をパルスジエネレータ２でパル
ス変調し、方向性結合器３を通して光フアイバ４
に入射させるとフアイバ４を進行方向に伝搬した
光パルスはこのフアイバ４に接続された平面導波
路センサ５…に入光する。そしていずれかのセン
サ表面に被検知物質が付着して導波路から洩光を
生じると、レーリ散乱現象に起因する反射光（後
方散乱光）が光フアイバ４を通じて光源側に戻
り、この反射光のみを方向性結合器３により抽出
し、増倍作用のある光検出器６例えばアバランシ
エフオトダイオードにより電気信号に変換する。

電気信号に変換された反射波形はデータ処理さ
れ波形表示装置７に後方散乱光波形として表示さ
れる。この波形観測により、損失を生じている箇
所までの距離および損失特性の測定などを行なう
ことができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように平面導波路と光フアイバとを用い
て後方散乱光検出によるリモートセンシングを行
なう場合、第２図に示すように、通常通り導波路
５の端面５Ａと接続フアイバ４の端面４Ａの両方
を光軸に垂直な面に形成して両者を接合した場合
次のような問題を生じる。

すなわち光フアイバ４と導波路５の両端面にお
いてフレネル反射を生じ、このフレネル反射光
は、前述した後方散乱光に比べて数十dB大きい
ため第３図に示すように本来の後方散乱波形８が
歪んでしまう。このためセンサ導波路の伝送損失
の変化および発生箇所を後方散乱法を用いて検出
するリモートセンシング装置は今のところ実用化
されていない。

なお、フレネル反射光の戻りを低減する方法と
して、屈折率整合剤の使用が考えられるが、光フ
アイバと光導波路の屈折率が異なる場合には、こ
の方法では充分な反射低減効果を得ることができ
ない。

〔問題点を解決する手段〕

センサ導波路の端面と、これに接続される光フ
アイバの端面とを、伝搬方向に直交する面に対し
傾斜させる。

〔作用〕

上記構造によれば、光フアイバ及び光導波路の
それぞれの端面からのフレネル反射光が、これら
端面が伝搬方向直交面に対し角度をもつた傾斜面
になつているため、フアイバおよび導波路の臨界
角以上となつてフアイバ及び導波路の伝送部以外
のクラツド層等に逃げていくので、光フアイバ及
び光導波路に再帰入射されるフレネル反射光はほ
とんど無くなり、前述したように後方散乱法を用
いてセンサの検出部損失及び損失発生位置を正確
にリモートセンシングできる。

＜実施例＞ 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて詳
細に説明する。

第４図は、本発明の要部を示す平面図であり、
光フアイバ４の一端側は第１図の方向性結合器３
に接続されており、その他端が平面導波路センサ
５の端部に接続されている。センサ５は、ガラ
ス、石英、プラスチツク等の透光性基板１０中に
他の部分よりも屈折率の大な領域で光導波路１１
が形成してあり、この導波路１１は断面が略円形
で基板内の浅い位置にイオン拡散法等により基板
と一体化して埋め込み形成されている。

上記の導波路上面に屈折率が基板よりも大な被
検出物例えば油が付着すると、導波路１１中を伝
播する光は導波路外に出射し、導波路１１の伝送
損失が増加する。

そして上記の洩光箇所でレーリ散乱現象に起因
する反射光（後方散乱光）が光フアイバ４を通じ
て戻り、第１図の装置における光検出器６で検出
されて表示装置７で後方散乱光波形として表示さ
れる。

上記のセンサ検出部において接続部のフレネル
反射光戻り防止を図るため、導波路１１の端面を
含む基板１０の側縁１０Ａを、光伝搬方向軸線１
２に直交する面１３に対し、基板面に平行な面内
で一定角度θをもつて傾斜させてあり、また上記
導波路１１に軸線を一致させて接続される光フア
イバ４の端面４Ａも同様に同一角度θで傾斜させ
てある。

そして、両端面１１Ａ，４Ａは間に屈折率調合
剤を介して光学的に結合されている。

同様に、導波路の他端側およびこれに接続され
る光フアイバ４の端面も同一角度θで傾斜させて
ある。

上記のセンサで光フアイバ４を伝播した後フア
イバ端面４Ａおよび導波路端面１１Ａでフレネル
反射してフアイバ内に戻つた光は、これら両端面
が傾斜しているため、フアイバ４の界面に対し全
反射臨界角よりも大きい角度で当りフアイバ外へ
と出射する。

ここで、接合面の傾斜角θはあまり小さいと、
戻り反射光がフアイバ外へ出射せずに光検出器ま
で伝送され、またあまり角度を大きくとるとフア
イバと導波路との軸ずれあるいは角度誤差に起因
して接続損失が大となるので、導波路が多モード
導波路の場合はθを７度ないし10度の範囲、単一
モード導波路の場合でθを3.5度ないし６度の範
囲内とするのが望ましい。

この範囲内であれば反射光を20dB以上低減さ
せることができる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。

本例は光フアイバ端面４Ａおよび光導波路端面
１１Ａを基板面に垂直な面内で伝播方向直交面に
対し一定角度θを付けて傾斜させた構造であり、
前述実施例と同様の効果が得られる。

以上本発明を図面に示した実施例について説明
したが、検出部の導波路構造に特に制限はなく、
例えば、導波路表面に多孔質層を設けて被検知物
の付着、吸着性を向上させたものなど種々の構造
をとり得ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光フアイバと導波路との接合
部におけるフレネル反射光が防止され、後方散乱
光の波形が第６図に示すように、上記反射光によ
るノイズの入らない明瞭な波形として得られるの
で、光フアイバと平面導波路とを組み合せた全光
式の光センサに、従来光フアイバの欠陥位置検出
に用いられてきた後方散乱法を適用することが可
能となり、これにより導波路伝送損失の測定ばか
りでなく損失を発生している箇所、すなわち被検
出物が存在している位置の正確な検出も全光式で
リモートセンシングできるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は後方散乱法を用いたりモートセンシン
グ装置の一例を示す模式図、第２図は従来の導波
路と光フアイバとの接続部構造を示す平面図、第
３図は、第２図の構造における後方散乱光波形を
示すグラフ、第４図は本発明に係る導波路センサ
と光フアイバとの接続部構造を示す平面図、第５
図は本発明の他の実施例を示す側断面図、第６図
は本発明センサによる後方散乱光波形を示すグラ
フである。 １……光源、２……パルスジエネレータ、３…
…方向性結合器、４……光フアイバ、５……平面
導波路センサ、６……光検出器、７……波形表示
装置、８……後方散乱光波形、１０……基板、１
１……光導波路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光フアイバ端に、表面を検知面とした平面光
   導波路を接続し、前記導波路の伝送損失変化と検
   出位置情報とを後方散乱法でリモートセンシング
   するようにした導波路型光センサであつて、前記
   導波路端面およびこれに接続される光フアイバ端
   面を、それぞれの端面からのフレネル反射光が、
   導波路ないし光フアイバの全反射臨界角よりも大
   きい角度で導波路ないし光フアイバの界面に対し
   当たり、導波路ないし光フアイバの外へ出射する
   ようにそれぞれの端面を傾斜させたことを特徴と
   する導波路型光センサ。