JPS629230A - 導波路型光センサ - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は光応用ス１測に使用する光セ／すの改良に関す
る。

〔従来技術の説明〕

光センナは、エレクトロニクスセンナに比べて電界、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ってい
る。

光センサの中には検知部として光ファイバそのものを利
用したものもあるが、センナ機能の拡張性および材ｉ：
［選択の〔１山度の大きさから平面）４波路を用いた光
セ／すが優れている。

導波路型光センナは一般に、導波路が設けられた■明基
板表面あるいはこの基板表面に被■形成し、た吸着■に
ガス状、液状あるいは固体の被検出物■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ァイバで接
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／す導波路の洩光ｔｉ１失
を検出するには光ファ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
ることによって損失の変化だけでなく、この損失を生じ
ているずなわち被検出物が付：’？しているセンナの位
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ェネレーク２でパルス変調し、方向
性結合器３を通して光ファイバ４に入射させるとファイ
バ４を進行方向に伝搬した光パルスはこのファイバ４に
接続された平面導波路センサ５・・・に入光する。そし
ていずれかのセンナ表面に被検知物質が付むして導波路
から残光を生じると、レーり散乱現象に起因する反射光
（後方散乱光）が光ファイバ４を通じて光源側に戻り、
どの反射光のみを方向性結合器３により抽出し、■倍作
用のある光検出器６例えばアバランシュフォトダイオオ
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
ｆ５！Ｓ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４波路と光ファ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７
１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。

ずなわち光ファイバ４と４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＋ｄｌｌ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
ナ導波路の伝送損失の変化および発生ｆＩＩｍ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、光ファイバと先導波
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／す導波路の端面と、これに接続される光ファイバの
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、光ファ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った傾斜面になっているため、フ
ァイバおよび導波路の臨界角以上となってファイバ及び
導波路の伝送部以外のクラッド層等に逃げていくので、
光ファイバ及び先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／す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、光ファイ
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、プラスチック等の透光性基板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。

−１−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、４波路１１中を伝播する先は
４波路外に出射し、４波路１１の伝送損失が増加する。

そして−１；記の残光箇所でレーり散乱現象に起因する
反射光（後方散乱光）が光ファイバ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。

」−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Ｊｌ（板
１０の側縁１０Ａを、光伝搬方向軸線１２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をもって
傾斜させてあり、また上記導■■１１に軸線を一致させ
て接続される光ファイバ４の端面４Ａも同様に同一角度
θをもって傾斜させてある。

そして、両端面１１Ａ、４Ａは間に を介して光学的に結合されている。屈折率調合■同様に
、４波路の他端側およびこれに接続される光ファイバ４
の端面も同一角度θで傾斜させである。

上記のセ／すで光ファイバ４を伝播した後フ。

イバ端面４Ａおよび導波路端面１１Ａでフレネル反射し
てファイバ内に戻った光は、これら両端面が傾斜してい
るため、ファイバ４の界面に対し全反射臨界角よりも大
きい角度で当りファ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
光がファ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ァイバと導波路との仙ず
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。

■本例は光ファイバ端面４Ａおよび光導波路端面１Ａを
基板面に垂直な面内で伝■方向直交面に前述実施例と同
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、４波路
表面に多孔５！ｔＴ！Ｊ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、光ファイバと４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、光ファイバと平面４波路
とを組み合せた全光式の光センサに、従来光ファイバの
欠陥位置検出に用いられてきた後方散乱法を連用するこ
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（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った。

【図面の簡単な説明】

゛１１！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
ァイバとの接続部構造を示ず平面図、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、ｍ４図は
本発明に係る４波路センナと光ファ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ず側断
面図、第６図は本発明センナによる後方散乱光波形を示
ずグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバ端に、表面を検知面とした平面光導路を接続
   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
   センサであって、前記導波路端面およびこれに接続され
   る光ファイバ端面を伝搬方向直交面に対し傾斜させたこ
   とを特徴とする導波路型光センサ。