JPS60233520A - 導波路型センサ− - Google Patents

導波路型センサ−

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JPS60233520A
JPS60233520A JP8962384A JP8962384A JPS60233520A JP S60233520 A JPS60233520 A JP S60233520A JP 8962384 A JP8962384 A JP 8962384A JP 8962384 A JP8962384 A JP 8962384A JP S60233520 A JPS60233520 A JP S60233520A
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JP
Japan
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light
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waveguide
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temperature
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JP8962384A
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JPH055054B2 (ja
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Koichi Nishizawa
紘一 西沢
Hiroo Shono
裕夫 庄野
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres

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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光のモード分散を利用して外部の物理的、化
学的変化を検出する光センサーに関する。
〔従来技術〕
従来、光を利用して外部の物理的、化学的変化を検出す
るものとして第S図に示すような光導波路型温度センサ
が知られている。図の温度センサはLiNbO3の基板
100上に共通の入出射導波路10/から分岐する一対
の分岐路102,103を設け、分岐路102,103
の路長差は入射光の波長よりも長くしてあってマツハツ
エンダ型干渉計を構成しており、上記入出射導波路10
/にそれぞれ単一モード7アイバ1OIIが接続される
。上記のセンサにの導波路における入出力比は次の(1
)式で与えられる分岐路102,103の位相差によっ
て変化する。
△ψx 2 πN e f f △L /λ・−−−(
+)△ψ:位相差 Neff :光導波路の有効屈折率 △L:分岐導波路102,103の光路長差λ:伝搬す
る光の波長 ここでNeffおよびΔLは温度のパラメータとなって
おり位相差を測定することにより温度変化を知ることが
できる。
〔従来技術の問題点〕
上記のような単一モード光を用いた導波路型センサは光
の干渉を利用しているために非常に高感度であるが、単
一モードファイバはコア型が極めて微小であるが故に光
軸合せ調整、組み立てが難しくこれら作業に多大の工数
を要していた。また半導体レーザなどの光源のスペクト
ル変動のために干渉縞が安定しないなどの欠点があった
〔本発明の目的〕
本発明の目的は、従来技術の上述問題点を解決し、製作
が極めて容易でしかも高感度で信頼性の高い検出を行な
うことのできる導波路型センサを提供することを目的と
している。
〔本発明の構成〕
上記の目的を達成する本発明のセンサは、検出対象物理
量の変化による屈折率および厚みの少なくとも一方の変
化の度合いが異なる二種以上の導波路を、境界を接して
光進行方向に連接してなるモード分散発生回路と、前記
回路の最側端に位置する1つの導波路を通して前記境界
に多モード光を入射させる手段と、前記境界からの透過
光および(または)反射光を受光する受光手段、および
散光のモード変化を検出する検出手段とを備えたことを
特徴としている。本発明の望ましい実施例では、薄膜導
波路の一端にレンズ、プリズム等の光学系を介して多モ
ード光伝送ファイバを、その軸線を導波路間境界線に対
し臨界角以内の角度をつけて斜めに接続する。そして上
記境界を屈折透過した後他方の薄膜導波路を通って出射
する光を、この導波路に接続した多モード光伝送7アイ
ノぐに入射させ、このファイバ終端側に接続した受光検
出器により受光量変化を検出する。また前記境界からの
反射光についても前者導波路に接続した他の光伝送ファ
イバに入射させて他の受光検出器に導いて反射光の光量
変化を検出する。光量変化の検出は透過光または反射光
のいずれか一方のみでもよい。
〔本発明の作用〕
一般に、導波路を伝搬する導波モードは導波路を形成す
るパラメータすなわち媒質の屈折率n1厚さd1使用す
る光の波長λによって正確に決まってくる。
しかもこれらのパラメータが一定である限りその導波路
中を伝搬するモードは互いに独立でありモード間の相互
作用はなく、それぞれのモーFが保存されたままで伝搬
する。もしこれらのパラメータの一部または全部が外部
から加えられた物理量例えば温度、圧力、電界、磁界、
などによって影響を受ければ、伝播するモードまたはモ
ードパラメータは加えられた物理量に比例して変化する
ことになる。そして本発明のように、物理量変化による
光導波路パラメータの屈折率あるいは導波路厚みの変化
の度合いが異なる例えば二種の導波路を境界を接して連
接し、この境界に多モード光を入射させると境界におい
て各モードに対応する光はそれぞれに対応する等側屈折
率に従って屈折し空間的な分散を生ずる。いま導波路面
に接する外部環境条件例えば温度が変化すると第一およ
び第二導波路に対応する導波路パラメータの屈折率およ
び導波路厚が変化する。このとき第1と第2の導波路で
上記導波路パラメータの温度依存性が異なるので上記境
界において各モードの屈折角が温度変化に対応して変化
することになる。したがって第2の導波路から出射する
透過光を特定点において観測すると上記の屈折角変化に
伴なって上記観測点を次々と異なるモードの光が横切る
ことになり、上記観測点における受光量は時間とともに
正弦波状に変動する。したがって観測点におけるモード
次数の変化つまり周期的受光量変動のピーク光量通過数
をディジタル的に計数すれば基準温度からの温度変化量
を極めて精密に測定することができる。また上記透過光
のモード変化に影響を受けた導波路間境界からの反射光
の光量変化を検出することによっても温度測定を行なう
ことができる。
〔本発明の効果〕
本発明によれば、多モード光を使用するため従来の単一
モード光を用いる場合に比較して非常に扱い易く、光伝
送ファイバの接続も容易でありセンサの組み立て作業を
大幅に簡素化することができる。また光源のスペクトル
変動の影響を受け難く安定した信頼性の高い検出を行な
うことができる0 〔実 施 例〕 以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳細に説明す
る。
第1図は本発明に係るセンサの平面図であり、1つの基
板面上に検出対象物理量例えば温度変化に対する屈折率
および厚みのいずれか一方の変化率が異なる且つ屈折率
が基板よりも大な二種の薄膜導波路2,3を連接してモ
ード分散発生回路lを構成している。そして第1導波路
2の斜断側面にはモード整合用レンズtを介して入射用
の多モード光伝送ファイバjが接続されている。
すなわち両導波路間境界乙に対して斜め方向から多モー
ド光を入射させるようにファイバSの軸線を境界乙に対
し斜めにして接続している。また入射ファイバ5から出
射し境界≦を透過して第二導波路3から出射する透過光
7を受光すべく、他の多モード光伝送ファイバざを第二
導波路3側面に接続する。さらに第一導波路2に導波路
境界乙からの反射光を受光伝送する他の多モード光伝送
ファイバタを接続する。上記構造のセンサにおいて、入
射用ファイバjを通して多モード光10を第一導波路λ
に導入すると、この光の一部は導波路境界乙を透過し、
このときモード次数に応じて異なる屈折角をもって各モ
ード光が分散屈折する。
−例として図において7aが最低次のモード光であり7
nは最高次のモード光である。これにより上記センサの
導波路面が接する環境条件が基準状態にあるとき特定の
モード光7rが受光7アイバざに入射し、ファイバざの
終端に接続した光電変換素子等の受光検出子//Aで受
光が検出される。
いま導波路面周囲の環境の特定物理量例えば温度が変化
すると両導波路2,3の屈折率あるいは厚みに相対変化
を生じ、境界gにおける各モード光7a・・・7nの屈
折角が温度変化に対応して変化することになる。これに
より受光ファイバざをモード次数の異なる光が次々と横
切り、検出子//Aでの受光量は正弦波状に変動する。
したがってこの受光量のビータ値の通過数をディジタル
的に計数すればモード次数の変化量を知ることができる
そして上記センサにおける単位温度差当りの上記モード
次数変化量を予め検定により把握しておけば、あとは検
出子//A によるモード次数変化量を検出するだけで
基準温度からの湿度差を極めて精密に測定することがで
きる。同様にして反射光lλにおけるモード変化を反射
光受光7アイノぐりに接続された受光検出子//、Bで
読み取ることによっても温度を測定することができる。
以下に本発明の具体的数値例を示す。
基板として石英板(屈折率へ弘5)を使用し、Ba5F
の屈折率Nbは八6、単位温度差当りの屈折上記例にお
いて透過光受光7アイノく−で検出されるモードの次数
と温度との関係を第3図に示した。第3図において横軸
は温度差ΔT ’C、たて軸はモート°次数を示し、グ
ラフ中のパラメータのθ1は第1図の導波路境界乙に対
する投射光入射角、θ2は透過光受光ファイバざに入射
する光線7rの屈折角をあられす。同図から、例えば入
射角θ1−7.!、t10、屈折角θ2−ざ9°となる
ような位置にそれぞれのファイバ5.ざを接続しておけ
ば、およそ200″Cの温度変化に対してtSO本程度
のモードの次数変化を生ずることがわかる。また上記の
例において反射光光量変化を測定した結果を第1図のグ
ラフに示す。グラフ中のパラメータθ3は反射光受光フ
ァイバ9に入射する光の反射角である。
この場合もおよそ200℃の変化に対してファイノくり
に入射するモード次数は150本程度変化する。
このようにして屈折で分散したモードの次数変化を測定
した場合は温度の相対的変化が、反射光量を測定した場
合は湿度の絶対的変化が測定できることになる。
上述の図示例では二種の導波路を連接してモード分散発
生回路lを構成したが、第2図に示すように透過光の進
行方向に屈折率または(および)厚みの変化率の異なる
三種以上の導波路2に、 2BN2C・・・2Nを透過
光の進行方向に連接して第1の導波路境界6Aでモード
分散した透過光を第2の導波路境界4Bに斜め入射させ
るというように、モード分散した光の分散角を各導波路
境界t A %JB・・・で次々と拡大し、最終段の導
波路2Nに接続したファイバgにより受光検出子//A
に導いてモード次数変化を検出すればさらに測定精度を
高めることができる。
以上本発明を温度センサについて説明したが、圧力、振
動、歪等他の物理量変化に対しても、測定の対象となる
物理量変化による導波路パラメータの変化の度合いが異
なる媒質組み合せを用いれば前述実施例と同様に各物理
量を精密に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す平面図、第2図は本発
明の他の実施例を示す平面図、第3図は本発明に係るセ
ンサで導波路境界への光入射角θ1および透過光量測定
点に入る光の屈折角θ2を種々変えた場合の温度と上記
測定点での光モード次数との関係の一例を示すグラフ、
第7図は導波路境界からの反射光測定点に入る光の反射
角θ3を種々変えた場合の温度と上記反射光測定点での
光モード次数との関係の一例を示すグラフ、第3図は従
来の導波路型センサを示す平面図である。 l・・・モード分散発生回路 λ、−2A−、−i! B ” ”・2N、 3.1.
、導波路t、J19・・−光伝送ファイバ 乙・・・導波路境界 7a、7r、7n・・Qモード分散した透過光i /A
、 /、/B・・・受光検出子第3図 △T(’C) 第4図 △T(’C) 第5図 手続補正書 昭和30年1月72日 特許庁長官殿 特願昭59−ざqt、23号 特公昭 −号 −発明の名称 導波路型センサー 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 大阪府大阪市東区道修町4丁目8番地名 称 
(zoo) 日本板硝子株式会社代表者 刺 賀 信 
雄 ダ代理人 7、 補正の内容 (1)願書を別紙の通り補正する。 (2) 明細書第1頁の〔産業上の利用分野〕の項第2
行目に「光センサ−」とあるのを「光学センサー」と補
正する。 嘔 (3] 1iJ4細書第3−#第2行に「コア路」とあ
るのを1コア径」と補正する。 (4)明細書箱ざ一自第6行に「最低次」とあるのを「
最高次」と補正する。 (5) 明細間第g貫第7行に「最高次」とあるのを「
最低次」と補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 検出対象物理量の変化に対する屈折率および厚みの少な
    くとも一方の変化の度合いが異なる二種以上の導波路を
    、境界を接して光進行方向に連接してなるモード分散発
    生回路と、前記回路の最側端に位置する1つの導波路を
    通して前記境界に多モード光を入射させる手段と、前記
    境界からの透過光および(または)反射光を受光する受
    光手段、および散光のモード変化を検出する検出手段と
    を備えたことを特徴とする導波路型センサー。
JP8962384A 1984-05-04 1984-05-04 導波路型センサ− Granted JPS60233520A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8962384A JPS60233520A (ja) 1984-05-04 1984-05-04 導波路型センサ−

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JP8962384A JPS60233520A (ja) 1984-05-04 1984-05-04 導波路型センサ−

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JPS60233520A true JPS60233520A (ja) 1985-11-20
JPH055054B2 JPH055054B2 (ja) 1993-01-21

Family

ID=13975877

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JP8962384A Granted JPS60233520A (ja) 1984-05-04 1984-05-04 導波路型センサ−

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JP (1) JPS60233520A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63308570A (ja) * 1987-06-10 1988-12-15 Hamamatsu Photonics Kk 電圧検出装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63308570A (ja) * 1987-06-10 1988-12-15 Hamamatsu Photonics Kk 電圧検出装置

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JPH055054B2 (ja) 1993-01-21

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