JPH06507711A - 干渉計使用法による集積光学系中の物体の特性測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 干渉計使用法による集積光学系中の物体の特性測定装置技術分野 本発明は集積光学系中で作動すべくなされた物体の特性を測定するための干渉計 型の測定装置に関する。この装置はとくに可動体の移動の測定、ならびにその移 動方向の決定を可能にする。また液体またはガスの屈折率の測定を可能にする。

本発明は可動体によりカバーされる距離、ならびにその移動方向を知ることが望 まれるあらゆる分野にかっとくに宇宙、航空、船舶およびロボットの分野におい てかつ多数の物体（車、家電設備、食品の格付は等）用の組み立てチェーンおよ び全般的な言葉で言えば寸法計測において使用される。

本発明はまた流体の屈折率を知ることが望まれるすべての分野において使用され 得る。とくに、ガスの屈折率の測定は該ガスの性質およびその濃度の決定を可能 にする。これはとくに他のガスと混合される危険なまたは毒性のガスの場合に関 心がある。同一の方法において、液体の屈折率の測定はその性質およびその密度 の決定を可能にすることができ、したがってｐＨ１希釈または濃度のごときパラ メータへのアクセスを付与する。

背景技術 多年にわたって研究された情報進行の処理および／または遠隔伝送は平面構造の 光ガイド中の光波による伝送を使用する。これらのガイドはガイド層の屈折率以 下の屈折率を有する２つの媒体間に配置された、ガイド層により構成される。２ つの媒体の一方は一般に空気により構成される。

各光学ガイドと有効指数ｎａ＝ｃ／ｖが関連付けられ、■はガイド層中の光用速 度およびＣは真空中の光速度を示す。有効指数の値は前記ガイドを構成する相の 屈折率の値、ならびに層の厚さに依存する。かくして、集積光学系において、光 波の速度は存在する種々の層の指数変化、またはそれらの厚さの変化により変更 されることが可能である。

集積光学系に現在使用される流体の屈折率を測定するだめの移動変換器および装 置はマイケルソンまたはマツハ・ゼングー型の干渉計である。それらは基準ビー ムと測定ビームとの間の研究されるべき物体がそれに挿入され干渉装置の分析に 基礎を置いている。干渉縞は可動体の移動および移動方向、または研究されるべ き流体の屈折率を示す。

フランス特許第２６１３８２６号はマイケルソン干渉計型の集積光学系の移動変 換器を記載している。この変換器は幾つかの欠点を有する。とくに、可動体の振 幅および移動方向を測定するために、好ましくはπ／２だけ移相された２つの干 渉縞装置を有することが必要である。これは、とくに完全に受動の変換器を有す ることを望場合には、技術的に引き起こすことは困難ではない。この複雑さを考 慮して、集積移動変換器はすべて干渉縞の２つの装置間の移相の能動的調整を使 用する。

フランス特許第２６１３８２６号において、π／２の移相は物体と一体のミラー により反射された測定ビームを方向付けすることにより動的に調整される。この 調整は１度だけ行われ、それは前記変換器の用途を制限する。それゆえ物体と一 体のミラーは常に入射測定光ビームに対して垂直に動かなければならない。

他の公知の集積移動変換器において、基準アームの移相は熱移相器または他の幾 つかの移相器型を使用することにより能動にされる。

ＷＯ−９０／１１４８４はまた、光学回路中の電気制御を必要とする、測定アー ム上の能動移相器を使用する集積光学系移動変換器を記載している。

公知のすべての集積光学系移動変換器の欠点は、エネルギを消費しかつその時間 応答が問題を生しるかも知れない能動構成要素が使用されることである。したが って、熱移相器はとくに供給される光信号中のドリフトまたは変化、ならびに過 度の上昇または形成時間を有するかも知れない。

干渉装置中の能動構成要素の使用による欠点を除去するために、２つの干渉装置 間のπ／２の受動移相装置を製造することが検討され得る。残念ながら、１０％ 以内も同様に、π／２移相はその縁部の直線性が４０ないし５０ｎｍより決して 良好でない集積光学要素の品質の結果として現在得られることができず、それは ミラーを基礎にした形状およびマイクロガイド装置において約６０°の移相を示 す。

要約すると、現在公知のすべての集積光学系の移動変換器は制限された用途、高 いコストまたは複雑さの問題を有する。加えて、測定の確度はしばしば不適当で ある。

発明の開示 本発明はとくにこれらの欠点の除去を可能にする干渉計型集積光学系移動変換器 に関する。

流体の屈折率を測定するための集積光学系装置において、また２つの干渉装置間 の移相の能動調整が使用される（これに関してはフランス特許第２６３８８４７ 号参照）。かかる移相型の製造および使用に関する問題は集積移動変換器の問題 と同一である。

本発明はまた従来技術の欠点の除去を可能にする流体の屈折率を測定するための 集積光学装置に関する。

一般的な言葉で言えば、本発明は、集積光学系において、物体の特性を干渉針使 用法により測定しそして入射光ビームを放出することができる光源、基準ビーム および入射測定ビームへの入射光ビームを分割するためのマイクロガイド分割手 段、入射測定ビームを物体へ運ぶための第１光学マイクロガイド、基準ビームを 運ぶための第２光学マイクロガイド、物体から測定ビームを運ぶための第３光学 マイクロガイド、基準ビームおよび物体からの測定ビームの干渉を引き起こすた めにマイクロガイドを使用しかつ少なくとも１つの干渉信号を形成する干渉手段 、干渉信号を検出しかつ該干渉信号を示す２つの移相された電気信号を供給する ための少なくとも２つの検出器を有し、分割手段、第１、第２および第３マイク ロガイドおよび干渉信号が基板上に集積されたガイド構造上にそれぞれ形成され 、干渉手段がヤング二重スリットから選ばれた手段および少なくとも３つのチャ ンネルカブラからなる装置に関する。

ヤング二重スリットが干渉手段として使用されるとき、少な（とも２つの検出器 が使用されかつ少なくとも３つのチャンネルまたはヤンネルと連係する３つの検 出器が使用される。

ヤング二重スリットによれば、単一干渉装置が幾つかの縞により得られかつ該装 置は少なくとも２つの検出器により２つの異なる領域において検出され、それは 前記単一干渉装置を示す２つの移相電気信号を導く。

３つまたはそれ以上のチャンネルを有するカプラの場合において、２つまたはそ れ以上の移相干渉装置が得られ、それは少なくとも２つの検出器により検出され る。

検出器は基板に組み込まれるかまたは基板と独立することができる。検出器は独 立のフォトダイオードまたは好ましくは多重フォトダイオード、とくに使用され る干渉手段の結果として二重または三重フォトダイオードからなることができる 。

多重フォトダイオードの使用は２つの検出器を隔離する距−の良好な制御の招来 を可能にしかつそれに干渉手段がヤング二重スリットであるとき２つの検出され た干渉装置間の移相が依存する。

干渉手段として多重フォトダイオードかつとくにヤング二重スリットが使用され るとき、干渉手段に対してこれらのフォトダイオードを正確゛に位置決めするこ とができねばならず、その結果それらは最適な干渉信号の検出を引き起こす。そ のうえ、検出器により供給された２つの電気信号間に導入された移相はまた干渉 手段および検出器を隔離する距離に依存する。

加えて、これらの検出器の位置決めを容易にするために、検出器と干渉手段との 間に吸収体を挿入することにより集積光学系と同じ高さに１または複数の干渉信 号導くことが可能である。これらの吸収体の結果として、２つの検出器および該 検出器の能動領域を隔離する距離は任意の性質からなる。

かくして、ｌまたは複数の検出された干渉装置はこの場合に干渉手段のマイクロ ガイドの出力から吸収体を隔離する距離によってのみ決定される。この距離はマ イクロガイドおよび吸収体が１μｍより良好な重ね合わせによりマスクを基礎に して位置決めされるため正確に制御され得る。

好都合には、干渉手段は検出器がπ／２だけ移相された２つの信号を供給するよ うな方法において配置される。したがって、ヤング二重スリットは望まれる移相 を付与しかつ３−チャンネルカプラは、後述されるごとく、検出信号の減算後π ／２の移相を付与する。

本発明によれば、隔離または分割信号は２つ、３つまたはそれ以上のチャンネル カブラまたはＹ接合からなることができる。Ｙ接合は平面図においてＹを画成す るマイクロガイドにより構成される。

２−チャンネルカブラは隣接する物体を有する２つのマイクロガイドにより構成 され、結合長さと呼ばれるその長さは結合係数を基礎にして画成される。

結合されるべき前記２つのマイクロガイドに関して、これらのマイクロガイドの ２つの長手方向軸線を隔離する距離が横方向の極めて微かな波が相互に作用し得 るために１０μｍ以下であることが必要である。実際に、この距離は１ないし５ μｍの間である。

２つのマイクロガイドの結合マイクロガイド相互作用長さは５０μｍないし１ｃ ｍの間にすることが可能である。各マイクロガイドにおいて５０１５０に近い光 分布を得るために、一般には１ないし５ｍｍの相互作用長さが使用される。Ｙ接 合はＹの各分岐中に５０１５０方法において光ビームを自動的に分布する。

３−チャンネルカブラは同一方向に位置決めされた３つのマイクロガイドにより 構成される。中央のマイクロガイドとそれぞれ２つの横方向マイクロガイドとの 間の結合長さは各横方向マイクロガイド中の光ビームの分布を一定にする。

３−チャンネルカブラによれば、光は２つの横方向のマイクロガイド中に同一の 分布を得るために２つの横方向マイクロガイドに好都合に投射される。加えて、 横方向マイクロガイドから中央マイクロガイドを隔離する距離は１０μｍより小 さくかつ実際には１ないし５μｍである。そのうえ、各横方向マイクロガイドと の相互作用長さは、選ばれたカプラ形状の結果として、５０μｍから１ｃｍに変 化可能である。同一の分布に関して、１ないし５ｍｍの結合長さが一般に使用さ れる。

Ｙ接合のような３−チャンネルカブラは光が中央チャンネルに入るとき２つの横 方向チャンネル上に同一の光割合の受容を可能にする。そのうえ、Ｙ接合はＹの ２つの分岐により伝送される２つの光ビーム間のどのような移相も導入しないが 、２−チャンネルカブラはπに厳密に等しい移相を導入する。

物体から第３のマイクロガイドへの測定ビームの入射は一方で第１マイクロガイ ドの出力と第３のマイクロガイドの入力との間にかつ他方で研究されるべき物体 との間に挿入されたレンズを使用することにより保証され得る。

物体に到達する入射測定ビームと物体からの復帰測定ビームとの間の全体の独立 を保証するために、それぞれそれらの出力端およびそれらの入力端において第１ および第３マイクロガイドの軸線は少なくとも２０μｍだけ間隔が置かれそして レンズの光軸がそれらの軸線から等距離でこれら２つのマイクロガイド間を通過 する。

別個の外向きおよび復帰測定チャンネルの使用は光源への光復帰を回避しかつし たがって安定性を増大する。しかしながら、第１マイクロガイドの出力で物体か ら光ビームを回収することができる。

この場合に、第１マイクロガイドの出力端および第３マイクロガイドの入力端は ２−または３−チャンネルカブラの原理にしたがって結合されねばならない。そ のうえ、物体の上流に置かれたレンズの光軸は第１マイクロガイドの長手方向軸 線と一致せねばならな１本発明による測定装置は任意のガイド構造型上に形成さ れ得る。

とくに、装置はガラス、ニオブ酸塩リチウム、ＩＩＩ−Ｖまたは１ｌ−ＶＩ槽構 造ごとき半導体多層構造から製造されることが可能である。例えば、以下の構造 の１つ、すなわち、−イオン交換／　Ｓ　ｉ　Ｏ＊によりドーピングされたガラ ス／ガラス、−チタン拡散／ＬｉＮｂ０＝によりドーピングされたＬ　ｉ　Ｎ　 ｂ　Ｏｓ／ＬｉＮＢＯ＝、 これら最初の２つの場合において、バッファ層は基板と一致腰−Ｓ　ｉ／Ｓ　ｊ ｏｇ　／Ｓ　ｉ＋　Ｎｔ　／Ｓ　ｊｏｇ、−Ｏ＜Ｘ＜２および０　＜　ｙ　＜　 ４　／　３によるＳ　ｉ　／　Ｓ　ｉ　Ｏ＊　／　Ｓ　ｉえばリン、ゲルマニウ ム、チタンまたは窒素のごとき隣接層より高い屈折率を有するようになっている 。

５ｆｓＮ＋ガイド層をアルミナで置き換えおよび／またはｌくツファ層としてか つフッ素のごときシリカの屈折率を減少するドー、＜ントにより、またはシリカ の屈折率を増加するドーパントによりガイド構造の上層としてシリカをドーピン グすることができる。明らかなように、ガイド層は常にバッファ層の屈折率およ びそれと連係する上層の屈折率より高い屈折率を有しなければならない。

すべての場合において単一モードビームを得かつどのような干渉光をも除去する ように、第１、第２および第３マイクロガイドの入力においてそして第１マイク ロガイドの出力において空間フィルタを使用することができる。

これらの空間フィルタは基板に支持されかつ、該基板の表面に対して平行な平面 において、少なくとも１つの屈曲部分を有する光学マイクロガイドおよび該マイ クロガイドの屈曲部分の両側で同一平面に置かれた２つの光吸収体により構成さ れる。

本発明によれば、測定装置の種々の吸収体、空間フィルタの種々の吸収体および 干渉手段の出力で使用される種々の吸収体は感光性樹脂のごときポリマまたは染 料によりドーピングされたポリマ（例えば、ＰＭＭＡ）　、または使用される波 長の結果としてＳｉ、ＣｄＴｅおよびＧａＡｓのごとき吸収半導体、またはアル ミニウム、クロムおよび金のごとき金属から作ることができる。使用し得る材料 はとくに本出願人の名義で１９９０年６月１３日に出願されたフランス特許出願 第９００７３０４９号の材料である。

図面の簡単な説明 本発明を以下に非限定的な実施例に関連してかつ添付図面を参照してより詳細に 説明する。

第１図は本発明による集積移動変換器の第１実施例を略示する平面図である。

第２図は第１図の変換器の第１の変形例を示す斜視図である。

第３図は方向ＩＩＩ−ＩＩＩにおける第２図の断面図である。

第４図は第１図の移動変換器の第２の変形例を示す断面図である。

第５図は第１図の変換器の第３の変形例を示す斜視図である。

第６図は方向Ｖ　Ｉ　−Ｖ　Ｉにおける第５図の断面図である。

第７図は第１図の移動変換器の第４の変形例を示す断面図である。

第８図は本発明による屈折率を測定するための集積装置を略示する平面図である 。

第９図は第８図の測定装置の変形例を示す説明図である。

第１０図は本発明による集積移動変換器の第２実施例を略示する平面図である。

第１１図は光入射レンズと同じ高さの第９図の拡大部分を示す図である。

第１２図は本発明による集積移動変換器の第３実施例を略示する平面図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図に示される移動変換器は平行六面体ガイド構造１０からなり、その人口Ｓ および出口Ｓ面は厳密に平行でありそして検出面りは入口および出口面に対して 厳密に垂直である。これは例えば単結晶基板を切断することにより得られる。

変換器はその人口Ｅにおいてとくにレーザダイオード型の単色性光源１２を有す る。この光ビームは第１マイクロガイド１４により受光され、その入口および出 口面はそれぞれガイド構造の入口Ｅおよび出口Ｓと面一である。このマイクロガ イド１４は構造の検出面りに対して平行に向けられかつ入射測定ビームを運ぶ。

変換器はまたそれぞれ基準ビームおよび研究されるべき物体Ｏからの測定ビーム を運びかつ構造１０から間隔が置かれる第２マイクロガイド１６および第３マイ クロガイド１８を有する。

マイクロガイド１６および１８はそれらの入口において２つのチャンネルそれぞ れ符号２０および２２を有するマイクロガイド１４のカブラを備えるように位置 決めされる。このために、マイクロガイド１６および１８の各々はマイクロガイ ド１４に隣接する部分を有する。

結合チャンネル２０においてマイクロガイド１６からマイクロガイド１４を隔離 する距離および結合チャンネル２２においてマイクロガイド１８からマイクロガ イド１４を隔離する距離は１ないしｌ０１１ｍの間、かつ好ましくは１ないし５ μｍの間にありそしてマイクロガイド１４の方向に測定された各カブラ２０，２ ２に関する相互作用長さは１ないし１０ｍｍかつ代表的には１ないし５ｍｍであ る。２−チャンネルカブラの構造および差動は公知である。

加えて、マイクロガイドＩ６およびＩ８はそれらの出口においてヤング二重スリ ット型の干渉光学装置２４を形成するようにガイド構造内で想像面ＤＭに配置さ れる。このために、マイクロガイド１Ｇおよび１８の出口は擬似平行である。各 マイクロガイドの軸線は構造の検出面り内に含まれる方向Ｙに対して直角の方向 Ｘに対して０ないし２０６の角度を形成することができる。

計算簡単化の理由のため、マイクロガイド１６および１８の出力マイクロガイド 出口軸線は方向Ｘに対して平行に選ばれかっ２ｙ。

がこれら２つの軸線を隔離する距離である。

第１図に示したように、マイクロガイド１６および１８の出口端を含む平面ＤＭ は構造の検出面りに対して平行である。

本発明は第１図に示したガイド構造ｌＯの型に制限されないのは明らかである。

かくして、検出面りが入口面Ｅと一致する構造を使用することができる。マイク ロガイド１６および１Ｂの形状はその場合に変更される。

マイクロガイド１４へのみの光の入射を保証するために、マイクロガイド１６の 入口端１６ａはマイクロガイド１４からかつ好都合には光源１２から間隔が置か れる。同一方法において、マイクロガイド１８の入口端１８ａはマイクロガイド １４からかつ好都合には面Ｓから間隔が置かれる。

レンズ２６は研究されるべき物体Ｏに向かってマイクロガイドＩ４を通過する光 ビームをかつ逆に物体からマイクロガイドＩ４の出口端への光の焦点合わせを規 準する。物体０はそれ自他に反射する物体、マイクロガイドミラーがそれに固定 される非反射物体にすることができ、その結果物体からの光が反射される。

はぼ５０１５０分布を有するカブラ２０および２２の結果として、出力において 基準および測定ビーム用のマイクロガイド１６および１８が得られ、これらのビ ームはヤングの原理にしたがって屈折しかつガイド構造内の干渉領域２８におい て干渉する。干渉信号は基本的な正弦近似である。

前記干渉領域内にかつ構造のマイクロガイドの出口面または屈折面ＤＭからの距 離Ｚにおいて、距離ｌにより隔離された長さｄの２つのフォトダイオードＤ１お よびＤ２が配置される。この場合にこれらのフォトダイオードはガイド構造に結 合されるが、それらはまた前記構造に組み込まれることができる（第８図）。

したがって、干渉装置の２つの領域について検出が行われかっＺ。

ｄおよび１が適切に選ばれるとき、各検出器が他の検出器に比してπ／２だけ移 相された信号を受信することを示すことができる。

ａがマイクロガイドにより屈折された光学モードの振幅であるならば、それぞれ １１およびＩ２で示される、検出器ＤＩおよびＤ２により供給された電気強度は 、 Ｉ　１＝ａ”　（ａ’１＋ａ２□）ｄ ｌ　２＝ａ’　（ａ２＋＋ａ２２）　ｄａｌおよびａ２はそれぞれマイクロガイ ド１６および１８の出力での光振幅の比率、λは光源により放出されたビームの 波長、ψ０はフォトダイオードにより放出された２つの電気干渉信号、Ｙｌは検 出器の平面りにおいて軸線Ｙに沿う検出器ＤＩの検出領域の開始の座標（好まし くはＤｉとＤ２との間の平面りにおいて取られる原点による）、ｌ、ｄ、Ｚおよ びｙｏは上述された意味を有する。

これらの計算は、観察平面内の電磁界の振幅が屈折平面（この場合にマイクロガ イドの出口面ＤＭ）中の電磁界の振幅のフーリエ変換である。

したがって、２つの信号１１およびＩ２はたけ移相される。

それゆえ、ｄ、１．　ｙｏおよびＺはΔψ＝（２に＋１）π／２であるように選 ばれることができる。

また干渉縞のコントラストがゼロでなくがっ項５ｉｎ（２πｄｙＯ／λＺ）がし たがって０と異なることが保証されねばならない。

前記項は最大であることが望ましくかつそれゆえできるだけ小さいに′およびｌ ≦〈ｄにより（２πｄｙｏ／λＺ）＝　（２に’　＋１）π／２であり、それに よりｋおよびに′はに≠に°により≧０の整数である。

実際に、Ｚ＝１０００μｍ、ｙｏ５ｔｔｍおよびλ＝０．５μｍにより、ｄはｄ ｍ−λＺ／８ｙｏ１すなわちｄｍ＝１２．５μｒｒ１以下にすることができない 。

最終的な関係に従う幾つかの解決がある。

例１　：に＝ｌ、　ｋ’　＝Ｏ１例１はｄｍ２５μｍおよび１＝１２．５μｍを 導き； 例２：に＝３およびに’＝１、例２はｄｍ７５μｍおよび１＝１２．５μｍを導 く。

例２は例１により得られるよりも非常に小さい縞コントラストと）　なる。

第２図は第１図に示した変換器の第１の変形例を示しかつ第３図は第２図の変換 器の方向ｌｌｌ−１１の断面図である。

この変換器は一方で検出器Ｄ１およびＤ２とマイクロガイド１６および１Ｂの出 口端との間の吸収体３０の挿入により前述した変換器と異なる。これらの吸収体 ３０は集積構造の一体部分を形成しかつ好都合には金属から作られる。これらの ３つの吸収値体はしたがってそれぞれ２つの検出器Ｄ１およびＤ２に向かって干 渉装置を導く。

これらの条件下て、Ｚ、ｌおよびｄは吸収体３０の位置および寸法により付与さ れかつ検出器は任意の性質の空間および長手方向寸法を有することができる。こ の場合に、Ｚは平面ＭＤおよび吸収体の入口平面を隔離する距離、ｄはそれらの 入口のレベルでの吸収体間の距離モしてｌはその入口での中央吸収体の幅である 。

本発明によれば、本発明による変換器のガイド構造（１０）は第２図ないし第７ 図に示される変形例を有することができる。第２図ないし第４図は制限された屈 折率差（＜０．０２）を有する構造に関しかつ第５図ないし第７図は大きな屈折 率差（＞Ｏ，Ｉ）を有する構造に関する。

共通の方法において、本発明によるガイド構造はバッファ層３４、ガイド層３６ および上層３８または上方層を支持する半導体基板３２を有する。ガイド層３６ は層３４および３８の屈折率より高い屈折率を有する。

例えば、基板３２は単結晶シリコンから作られかつシリコンブロックを切断する ことにより得られ、バッファ層３４は故意にドーピングされないシリカであり、 層３６はリン、ゲルマニウム、チタンまたは窒素のごときその屈折率を増加する ドーパントによりドーピングされたシリカ（第２図ないし第４図）、または窒化 シリコンまたはアルミ（第５図ないし第７図）からなりそして上層３８は故意に ドーピングされないシリカからなる。図示を容易にするために、層３８は第２図 には示されないが、一般には型０ＩＳ２の構造全体をカバーする。

０１Ｓ２で示される、型Ｓ　ｉ　／　Ｓ　ｉ　Ｏ２／ドーピングされたＳｔｏ　 ２　／　Ｓ　ｉ　０２の単一モードガイド構造（第２図ないし第４図）に関して 、ガイド層３６は０．５ないし８μｍの間の厚さを有する。

層３４および３８は基板からのガイド層光および空気の良好な分離を保証するた めに４ないし１５μｍの間の厚さを有する。

０ＩＳＩで示される、型Ｓ　ｉ／Ｓ　ｉｏｓ　／Ｓ　ｉ＋　Ｎ＋　／Ｓ　ｉｏｔ からなる第５図ないし第７図による形状において、窒化シリコン層３６は５０な いし２５０ｎｍかつ例えば＋６５ｎｍの厚さ、バッファ層は２ないし１０μｍの 厚さおよび上層３ＢはＩないし５μｍの厚さを有する。

層３４．３６および３Ｂはそれぞれプラズマ支援または非支援化学気相成長（Ｃ ＤＶまたはＰＥＣＶＤ）により得られる。

第２図ないし第４図の０ＩＳＺガイド構造において、ドーピングされたシリカ案 内層３６はマイクロガイド１４．１６および１８の形状および寸法を画成するよ うにエツチングされる。第３図および４図において点線形状においてマイクロガ イド１８の限界が示される。

第５図ないし第７図の０ＩＳＩガイド構造において、それはマイクロガイドの所 望のパターンにしたがってエツチングされるドービングされない上層３８である 。

ガイド構造ｌＯはまた、とくに金属から作られる、吸収体３０をとくに形成する エツチングされた吸収層３９を有することができる。

第２図ないし第４図に示した本発明による０ＩＳ２ガイド構造はバッファ層３４ およびガイド層３６を連続して堆積しかつ次いでマイクロガイドの形成に望まれ るパターンに応じて層３６を全体的にまたは部分的にエツチングすることにより 得られる。したがって、吸収体は２つの異なる方法において製造され得る。

ａ）一般的に金属吸収層３９を堆積することができ、これに例えば吸収体３０を 形成するために層３９の化学的エツチングが続く。

上層３８が次いで完全な構造上に堆積される（第３図）。この方法は上層３８の 堆積が吸収値層３９を損傷することな（行われることができる場合に使用でき、 それはとくにＰＥＣＶＤ堆積による場合である。層３９は代表的には５ないし１ ５ｎｍの厚さの金属層である。完全な構造上に吸収層３９を堆積しかつ次いで例 えば化学的エツチングを実施するのに代えて、リフトオフ方法を使用することが できる。

ｂ）上層３８は完全な構造上に堆積され、それに吸収体３０の所望の形状の結果 として上層３８の部分的なまたは全体的なエツチングが続く。これに吸収層３９ の堆積および吸収体３０の形状に応じてエツチングが続く（第４図）。

被覆層４０は吸収体の金属層３９を保護するために任意に設けることが可能であ る。この層４０は上層３８の屈折率に等しいかまたはそれ以下の実際の屈折率を 有する材料から作られそして８ないし、１５μｍの厚さを有する。シリカ層３８ に関して、光学糊またはシリカゲルからなる層４０がとくに使用される。

第５図および第６図に示される型０１ＳＩの高い屈折率差を有するガイド構造は バッファ層３４、ガイド層３６および次にとくに吸収体３０を形成するために所 望のパターンに応じて全体的にエツチングされる吸収層３９を連続して堆積する ことにより得られる。この層３９は代表的には１００ないし５００ｎｍの金属層 である。

これに吸収層を破壊しない条件により上層３８の堆積が続き、これに続いてマイ クロガイドを形成するためにその部分的なマイクロガイド全体的なエツチングが 行われる。この層３８は吸収体の上方でエツチングされてもされなくてもよい。

第７図に示される高い屈折率差を有するガイド構造はガイド層の堆積にすぐに続 く上層３８の堆積により第５図および第６図に示したガイド構造と異なり、これ に続いてマイクロガイドを形成しかつ吸収体３０の形状を画成するために所望の パターンに応じて前記層３８の部分的または全体的なエツチングが行われる。吸 収層の堆積およびエツチングに続いて、層３８の屈折率にほぼ等しい実際の屈折 率を有する新たな誘電体層４０の任意の堆積がある。

ガイド構造１２から間隔が置かれかつ単一モードのファイバによりそれに結合さ れた単色光源を使用する遠隔測定を実施することが望まれるならば、高い結合係 数を得るために０ＩＳ２ガイド構造（第２図ないし第４図）を使用するのが好ま しい。

第８図は本発明による流体の屈折率を測定するための装置を示す。

かかる装置において、研究されるべき物体が固定されかつ移動変換器におけるよ うに可動でない。この実施例において、その屈折率が測定される流体と接触して 測定領域４２がある。該測定領域４２の後方に配置される平面ミラー４４が、領 域４２およびレンズ２６を介して、マイクロガイドＩ４への測定ビームの反射を 可能にする。

測定領域、平面ミラーおよびレンズは基板に集積されかつ案内されたモードの有 効屈折率の局部的な変更により得られる。ガイド構造からの光の出口がない。

とくに、レンズ２６および測定領域４２は上層３８の局部エツチングにより得ら れ、それに反してミラー４４は層３８．３６および３４の深い局部エツチングに より得られる。レンズはフレネル型または段階屈折率型からなることができる。

測定領域４２は保護されない。

この屈折率測定装置の構造に関するさらに他の詳細に関して、フランス特許出願 第２６３８８４７号を参照し得る。

この測定装置はまたマイクロガイド１４および１６がそれらの間にＹ接合４６を 画成するという事実により移動変換器と異なり、Ｙの尾部の軸線は光源１２の延 長部に配置される。Ｙ接合の使用はマイクロガイド１４およびマイクロガイド１ ６との間の光強さの５０１５０分割を許容する。

明らかなように、第１図に示されるように、２−チャンネルカブラ２０、または ３−チャンネルカブラを備えたこの測定装置を備えることも可能である。

そのうえ、この実施例において、検出器ＤＩおよびＤ２はガイド構造１０内に集 積される。この集積はフランス特許出願第２５７８９８６号にしたがって実施さ れ得る。

好都合には、レンズおよび反射ミラー２６〜４４の連係は、第９図に示されるよ うに、単一の球形またはパラボラ反射ミラー４４ａに置き換えられ得る。これは かなりの口径を有するレンズを製造するのが難しい、小さい屈折率差を有する構 造においである意味で必須である。

またレンズ２６を除去しかつマイクロガイド１４の出口端上に相互作用領域４０ を形成することが可能で、それは前記領域４２にかつとくに０ＩＳ２構造の場合 に上層がない。

例えば０ＩＳ２型の、小さい屈折率差を有する構造はＮｇによりＮ＜Ｎｇがガイ ド層材料の屈折率、例えばシリカに関してＮ＜１゜４５ないし１．５０であるよ うに屈折率Ｎの検出を可能にする。

例えば０ＩＳ２からなる、大きい屈折率差を有する構造に関して、検出可能な屈 折率値Ｎは、その屈折率が２に近い、５ｉｓＮｔガイド層の場合において１．　 ８〜１．９に達し得る。

第１０図は本発明による移動変換器の他の実施例を示す。この変換器は２つのマ イクロガイド１４およびＩ６にわたって入射光を分布させるためのＹ接合４６の 使用および入射測定ビームおよび物体Ｏにより反射された測定ビーム用の２つの 別個のチャンネルの使用により第１図および第２図に示した実施例と異なる。

これを達成するために、マイクロガイド１４の出口およびマイクロガイド１８の 入口は互いに間隔が置かれねばならない。その距離は、これらの２つのマイクロ ガイドの間のどのような結合も阻止するように、少なくとも１０μｍを越える。

そのうえ、レンズ２６の光軸はマイクロガイド１４および１８の出口軸線から等 距離にこれらのマイクロガイド間を通過する線Ｙと一致せねばならない。

したがって、第１１図に示されるように、マイクロガイド１４まで通過する光は レンズ２６により規準されかつ次いでマイクロガイド１８の入口でレンズ２６に より焦点合わせされるために物体Ｏにより反射される。

■ないし５ｍｍのレンズ焦点距離に関して、２つのマイクロガイド１４および１ ８の軸線を隔離する距離りは２０ないし５０μｍの間にありそして線Ｙとマイク ロガイド１４を通過する多くの屈折光ビーム４８との間の角度は０．　２ないし １０であり、その結果入射ビームおよび物体により反射された測定ビームはそれ ぞれマイクロガイド１４および１８により伝送される。この配置は明らかなよう に屈折率測定装置に設けられ得る。

すべての干渉光を除去しかつ単一モードの測定光ビームを得るために、空間フィ ルタ５０がマイクロガイド１４の入口に（より正確にはＹ結合の上流に）、マイ クロガイド１４の出口に、そしてマイクロガイド１８の入口に設けられる。

基板表面に対して平行な面（第１Ｏ図の平面）において、これらの空間フィルタ ５０は２つの光吸収体５４．５６がそれに沿って延びる屈曲マイクロガイド部分 ５２により構成される。好都合にはこれらの吸収体はマイクロガイドに向かい合 うそれらの側に、マイクロガイドの長平方向軸線に対して幾何学的な対称でない ように不規則に間隔が置かれおよび／または往復可能に移動される複数の歯を有 する。部分５２はとくにＳ形状である。かかる空間フィルタについてのさらに他 の詳細に関しては、上述したフランス特許出願筒ＥＮ９００７３０４９号を参照 可能である。

吸収体５４および５６は光学マスク３０と同一の材料から作られる。したがって 、本発明による装置がマイクロガイド１６．１８の出口で空間フィルタ５０およ び吸収体３０を有するとき、これらのフィルタおよび吸収体は、第２図ないし第 ７図に関連して前述された原理にしたがって、同一の吸収層から同時に製造され る。

第１Ｏ図の変換器の入口でＹ結合を使用することに代えて、第１図を参照して記 載されたように、２−チャンネルカブラ、または３−チャンネルカブラを使用で きることは明らかである。

そのうえ、第１Ｏ図に示した実施例はマイクロガイド１６および１８の出力に吸 収体３０を有するが、また、第１図に示されるように、それらを使用しないこと も可能である。

第１２図は本発明による移動変換器の他の実施例を示し、該実施例はそれぞれマ イクロガイド１６．１８により伝送される基準および測定ビーム間の干渉を引き 起こすためにヤング二重スリットに代。

えて３−チャンネルカブラ５８の使用により前述した実施例とは本質的に異なる 。この３−チャンネルカブラ５８はガイド構造１０の検出面りに対して垂直に向 けられかつマイクロガイド１６と１８との間に配置された中央マイクロガイド６ ０を有する。

結合領域において、マイクロガイド１６および１８はマイクロガイド６０に隣接 しかつ該マイクロガイド６０をそれぞれマイクロガイド１６および１８から隔離 する距離は１ないし１０μｍの間、好ましくは１ないし５μｍの間である。

一方でマイクロガイド６０とマイクロガイド１６との間のかつ他方でマイクロガ イド６０とマイクロガイド１８との間の光強さの同一の分布に関して、１から５ ｍｍの結合領域が使用される。

検出面りにおいて、マイクロガイド１６．６０および１８はどのような結合も阻 止するために少なくとも１０８ｍかつ代表的にはほぼ２０ないし５０μｍを越え る距離まで互いに非常に広く間隔が置かれる。

マイクロガイド６０は同時にかつマイクロガイド１６および１８と同一の方法に おいて製造される。

かくして、前記３−チャンネルカブラ５Ｂによりマイクロガイド１６．６０およ び１８の出力にそれぞれ向かい合う３つの検出器Ｄａ　＋　Ｄ　ｂ　、Ｄ　ｃが 使用される。

検出器Ｄａ、ＤｂおよびＤＣは検出面の下流に形成されかつ以下の等式、すなわ ち、 −Ｉａ＝Ａ＋Ｂｃｏｓψ＋Ｃｓ１ｎψ −Ｉｂ＝１−　（Ｉａ＋Ｉｃ） −Ｉｃ＝Ａ＋Ｂｃｏｓψ−Ｃｓ　ｉｎψを満足させる干渉信号を示す、それぞれ 強さＩａ＋　ＴｂおよびＩｃの電気信号を発生する。

これらの等式においてＡ、　ＢおよびＣはカブラのジオメトリに依存する光分布 係数でありそしてψは測定ビームと基準ビームとの間の移相変位である。Ｉａ− １ｃを行うことにより、我々は２Ｃｓ　ｉｎψを得、一方）Ｈ＋Ｉｃは２Ａ＋２ ＢｃｏｓψおよびＩｂ＝ａ−（２Ａ＋２Ｂｃｏｓψ）を付与する。

したがって、直角位相（位相変位π／２）の縞の２つの系統が３−チャンネルカ ブラの特性の結果として得られる。

この構造において、Ｉａ＋ＩｃおよびＩａ−Ｉｃは常にπ／２だけ移相され、こ れに反してヤング二重スリット装置において、移相は技術的誤差の結果としてπ ／２±θであり、θは多くの場合にｌＯ″以下である。

基準および測定ビーム間の干渉を引き起こすために３−チャンネルカブラを使用 することに代えて、４−または５−チャンネルカブラを使用することができる。

これらの多チヤンネルカブラの製造および作動は従来技術から公知である。

第１２図の実施例において、検出器の位置は３−チャンネルカブラの使用により もはや重要でない。それゆえ、第２図に示したように、吸収体３０を使用する必 要はもはやない。検出器Ｄａ、ＤｂおよびＤＣはそれぞれマイクロガイド１６． ６０および１８の出力に配置される。

第１２図の実施例において、マイクロガイド１４と１６との間に入射光を分布す るためのＹ結合４６および第１Ｏ図に記載したように、入射測定チャンネルおよ び復帰測定チャンネルの減結合が使用される。

さらに、入力において第１図に示したような２−チャンネルカブラ２０、または ３−チャンネルカブラおよび変換器の出力において少なくとも２つのチャンネル ２２を有するカブラを使用することができる。また、第１Ｏ図に記載されたよう に、マイクロガイド１４゜１６および１８の入力および出力において空間フィル タを使用することもできる。

最後に、第８図に示したような流体の屈折率を測定するための装置用の干渉手段 として３−チャンネルカブラを使用することも可能である。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８の規定による補正書）平成５年１１月１９日

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．干渉計使用法により集積光学系中の物体の特性を測定するための測定装置に おいて、該装置が入射光ビームを放出することができる光源（１２）、基準ビー ムおよび入射測定ビームヘの入射光ビームを分割するためのマイクロガイド分割 手段（２０，４６）、入射測定ビームを物体へ運ぶための第１光学マイクロガイ ド（１４）、基準ビームを運ぶための第２光学マイクロガイド（１６）、物体（ ０）から測定ビームを運ぶための第３光学マイクロガイド（１８）、基準ビーム および物体からの測定ビームの干渉を引き起こすためにマイクロガイドを使用し かつ少なくとも１つの干渉信号を形成する干渉手段（２４，５８）、干渉信号を 検出しかつ該干渉信号を示す２つの移相された電気信号を供給するための少なく とも２つの検出器（Ｄ１，Ｄ２，Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ）を有し、前記分割手段（２ ０，４６）、前記第１、第２および第３マイクロガイド（１４，１６，１８）お よび干渉手段（２４，５８）が基板（３２）上に集積されたガイド構造上にそれ ぞれ形成され、干渉手段がヤング二重スリット（２４）および少なくとも３−チ ャンネルカプラ（５８）から選ばれた手段からなることを特徴とする測定装置。
2. ２．前記光マスク（３０）が干渉信号を空間的に制限するために前記干渉手段と 前記検出器との間に設けられることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の測定 装置。
3. ３．前記分割手段が少なくとも２−チャンネルカプラ（２０）およびＹ接合（４ ６）の中から選ばれた手段からなることを特徴とする請求の範囲第１項または第 ２項に記載の測定装置。
4. ４．少なくとも２−チャンネル方向カプラ（２２）が前記第１マイクロガイドの 出口および前記第３マイクロガイドの入口を結合することを特徴とする請求の範 囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の測定装置。
5. ５．前記干渉手段が前記検出器がπ／２だけ移相された２つの信号を供給するよ うな方法において配置されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項の いずれか１項に記載の測定装置。
6. ６．空間フィルタ（５０）が前記第１マイクロガイドの入口に設けられることを 特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の測定装置。
7. ７．複数の空間フィルタ（５０）が前記第３マイクロガイドの入口にかつ前記第 １マイクロガイドの出口に設けられることを特徴とする請求の範囲第１項ないし 第６項のいずれか１項に記載の測定装置。
8. ８．光学焦点合わせ要素（２６）が前記第１マイクロガイドの出口にかつ前記第 ３マイクロガイドの入口に設けられることを特徴とする請求の範囲第１項ないし 第７項のいずれか１項に記載の測定装置。
9. ９．可動物体と一体の反射ミラーが設けられることを特徴とする可動物体により カバーされる距離および前記可動物体の移動方法の決定を測定するため請求の範 囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記載の測定装置。
10. １０．流体の屈折率を測定するために、前記ガイド構造の相互作用領域（４２） が前記流体と接触するように設けられそして基板に集積されたミラー（４４）が 前記第３マイクロガイドの入口に向かって前記相互作用領域を横切る光ビームを 反射するために前記相互作用領域の出口に設けられることを特徴とする請求の範 囲第１項ないし第８項のいずれか１項に記載の測定装置。
11. １１．前記ガイド構造がバツフア層（３４）、ガイド層（３６）、前記基板上に 積層された上層（３８）および光吸収層（３９）を有し、前記ガイド層が前記バ ツフア層および上層の屈折率より高い屈折率を有し、前記上層または前記ガイド 層がマイクロガイド、干渉手段および分割手段の形状を定着するようにエッチン グされることを特徴とする請求の範囲第２項ないし第１０項のいずれか１項に記 載の測定装置。
12. １２．誘電体（４０）が前記マイクロガイドおよび前記吸収層に設けられること を特徴とする請求の範囲第１１項に記載の測定装置。
13. １３．前記基板がシリコンからなり、前記バツフア層および前記上層がドーピン グされないかまたはその屈折率を減少するドーパントによりドーピングされるシ リカからなり、前記ガイド層がその屈折率を増加するドーパントによりドーピン グされたシリカ、窒化シリコンまたはアルミナの中から選ばれた材料からなりそ して前記吸収層が反射金属からなることを特徴とする請求の範囲第１１項または 第１２項に記載の測定装置。
14. １４．前記空間フィルタが前記基板により支持されかつ該基板表面に対して平行 な平面に沿って、少なくとも１つの屈曲部分（５２）および前記マイクロガイド の前記屈曲部分の両側で同一平面に配置された２つの光吸収体（５４，５６）を 有する光学マイクロガイドにより構成されることを特徴とする請求の範囲第６項 ないし第１３項のいずれか１項に記載の測定装置。