JPS6365329A - Waveguide type temperature sensor - Google Patents
Waveguide type temperature sensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は、光学的に温度を測定するセンサに関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a sensor that optically measures temperature.
「従来技術とその問題点」
光学的に温度を測定するセンサとしては、光ファイバの
コア部分に液体が充填されたものがある。"Prior Art and its Problems" Some sensors that optically measure temperature include a core portion of an optical fiber filled with liquid.
このセンサは、コアをなす液体のレイリー散乱により、
ファイバの伝送損失が温度に応じて変化するのを利用し
たもので、コアを伝播した信号光の出力強度を測定する
ことによって、センサが設置された箇所の温度を検知ず
ろことができる。This sensor uses Rayleigh scattering of the liquid that forms the core.
It takes advantage of the fact that fiber transmission loss changes with temperature, and by measuring the output intensity of the signal light propagated through the core, it is possible to detect the temperature at the location where the sensor is installed.
ところが、このセンサにあっては、信号光を発する発光
素子あるいは出力光強度を検知する検知器とセンサとを
接続する光ファイバの伝送損失が温度によって変化する
と、検出される出力光強度に直接影響があるので、精度
の高い温度測定を行えない不満があった。However, with this sensor, if the transmission loss of the optical fiber that connects the sensor to the light emitting element that emits the signal light or the detector that detects the output light intensity changes with temperature, it will directly affect the detected output light intensity. Because of this, there were complaints that highly accurate temperature measurements could not be performed.
「問題点を解決するための手段j
そこで、本発明の導波路型温度センサにあっては、光の
入力側と出力側とを有する導波路の一部区間に、幅の狭
い間隙を介して光の出力側を有する導波路の一部区間を
添わせて設け、上記間隙に液体を充填することによって
、上記問題点の解決を図った。``Means for Solving the Problems'' Therefore, in the waveguide type temperature sensor of the present invention, a narrow gap is provided in a part of the waveguide having an input side and an output side of light. The above problem was solved by providing a partial section of the waveguide having the light output side and filling the gap with liquid.
以下、図面に示す実施例を参照して本発明の導波路型温
度センサを詳しく説明する。Hereinafter, the waveguide type temperature sensor of the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
第1図および第2図は、本発明の一実施例を示すもので
、図中符号lは基板である。この基板1は、硅素(Si
)、二酸化硅素(SiOz)、ガリウムヒ素(G aA
s)などからなるもので、その表面にはメイン導波路
2とサブ導波路3が電界イオン拡散法や気相成長法など
の手段によって形成されている。この例のセンサの導波
路2,3は、気相成長法によって形成されているので、
導波路2.3は第2図に示すように基板1上に設けられ
ている。FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the present invention, and reference numeral l in the figures represents a substrate. This substrate 1 is made of silicon (Si).
), silicon dioxide (SiOz), gallium arsenide (GaA
A main waveguide 2 and a sub-waveguide 3 are formed on the surface thereof by means such as electric field ion diffusion or vapor phase growth. The waveguides 2 and 3 of the sensor in this example are formed by vapor phase growth, so
The waveguide 2.3 is provided on the substrate 1 as shown in FIG.
これら導波路2.3は、コア部2a、3aとクラッド部
2 b、 3 bとから形成されている。These waveguides 2.3 are formed from core parts 2a, 3a and cladding parts 2b, 3b.
上記メイン導波路2は、基板1を横切って設けられた導
波路で、その両端部は光の入力側Bと出力側Cとされて
いる。このメイン導波路2の中央部分は、基板1の中心
線にほぼ沿って設けられている。またメイン導波路2の
両端部は基板1の中心線から離れて設けられており、こ
れら両端部と上記中央部分とはほぼテーパ状に滑らかに
接続されている。The main waveguide 2 is a waveguide provided across the substrate 1, and its both ends are an input side B and an output side C of light. A central portion of the main waveguide 2 is provided approximately along the center line of the substrate 1. Further, both ends of the main waveguide 2 are provided apart from the center line of the substrate 1, and these ends and the above-mentioned central portion are smoothly connected in a substantially tapered shape.
サブ導波路3は、その一端部分がメイン導波路2の中央
部分に添うように設けられており、その他端部はメイン
導波路2の出力側Cと同一の側に延びて基板l端面に開
口し出力側りとされている。The sub-waveguide 3 is provided so that one end thereof is along the center part of the main waveguide 2, and the other end extends to the same side as the output side C of the main waveguide 2 and is opened at the end surface of the substrate l. It is said that the output side is the same.
このサブ導波路3の出力側りも、基板lの中心線から離
れた位置に設けられており、上記一端部分との間はテー
パ状に滑らかに接続されている。The output side of this sub-waveguide 3 is also provided at a position away from the center line of the substrate 1, and is smoothly connected to the above-mentioned one end portion in a tapered shape.
メイン導波路2の中央部分とこれに添うサブ導波路3の
一端部分との間には、幅の狭い感知用間隙4が設けられ
ている。この例の感知用間隙4は溝状に設けられている
。感知用間隙4の幅は、10μm以下に設定されること
が望ましい。感知用間隙4の幅が10μだ以上になると
、この感知用間隙4を通過する光の損失が大きくなり、
センサの測定精度が損なわれる不都合がある。また、こ
の感知用間隙4の深さ方向の位置および深さ寸法は、少
なくとも導波路2.3のコア部2a、3aが間隙4によ
って仕切られるように、すなわち少なくとも導波路2.
3のコア部2 a、 3 aとほぼ同一の深さ位置に同
コア部2a、3aの高さとほぼ同一寸法の深さを有する
間隙が存在するようになされることが望ましい。A narrow sensing gap 4 is provided between the central portion of the main waveguide 2 and one end portion of the sub-waveguide 3 adjacent thereto. The sensing gap 4 in this example is provided in the shape of a groove. The width of the sensing gap 4 is desirably set to 10 μm or less. When the width of the sensing gap 4 is 10μ or more, the loss of light passing through the sensing gap 4 becomes large.
There is a disadvantage that the measurement accuracy of the sensor is impaired. Further, the position and depth dimension of the sensing gap 4 in the depth direction are set such that at least the core portions 2a, 3a of the waveguide 2.3 are partitioned by the gap 4, that is, at least the waveguide 2.3.
It is desirable that a gap having a depth approximately the same as the height of the core portions 2a, 3a exists at a position approximately at the same depth as the core portions 2a, 3a of No. 3.
上記導波路2.3のクラッド部2b、3bは、第2図に
示すように感知用間隙4の両側で全く除去されるか、ま
たは他の部分よりも薄く形成されている。The cladding parts 2b, 3b of the waveguide 2.3 are either completely removed on both sides of the sensing gap 4, as shown in FIG. 2, or are made thinner than the other parts.
この感知用間隙4はハウジング5によって密閉されてお
り、これによって形成された密閉空間には液体が充填さ
れている。充填する液体としては、温度による屈折率の
変化が大きいものが好ましく用いられる。そのような液
体としては、四塩化炭素や四塩化炭素をヘキサクロロト
3ブタジェンなどで希釈したものなどを挙げることがで
きる。This sensing gap 4 is sealed by a housing 5, and the sealed space formed thereby is filled with liquid. As the liquid to be filled, a liquid whose refractive index changes largely depending on temperature is preferably used. Examples of such liquids include carbon tetrachloride and carbon tetrachloride diluted with hexachlorotri-butadiene.
このような温度検知用の液体が充填された間隙8とメイ
ン導波路2の中央部分およびサブ導波路3の一端部分と
によってセンサ部Eが形成されている。A sensor section E is formed by the gap 8 filled with such a liquid for temperature detection, the central portion of the main waveguide 2, and one end portion of the sub-waveguide 3.
第4図は、本発明の導波路型温度センサの他の例を示す
ものである。このセンサは、電界イオン拡散法によって
製造されたものである。FIG. 4 shows another example of the waveguide type temperature sensor of the present invention. This sensor was manufactured by electric field ion diffusion method.
このセンサの基板1は、光が伝播し得る材料、例えばS
i 02などによって形成されている。この基板1に
は、イオン拡散法によって屈折率を大きくする添加物、
ゲルマニヤ(G eo 2)などが浸透せしめられ、こ
れにより第4図に示すように導波路2.3が基板l内に
形成されている。この導波路2.3はコア部分のみから
なり、基板1がクラッドとして機能している。The substrate 1 of this sensor is made of a material through which light can propagate, for example S
i02, etc. This substrate 1 contains an additive that increases the refractive index by an ion diffusion method.
Germania (G eo 2) or the like is infiltrated, thereby forming a waveguide 2.3 in the substrate 1, as shown in FIG. This waveguide 2.3 consists of only a core portion, and the substrate 1 functions as a cladding.
メイン導波路2の中央部分とこれに添うように設けられ
たサブ導波路3の一端部分との間には、溝状に感知用間
隙4が設けられており、この間隙4は蓋部材6によって
閉止されている。これによって形成された密閉空間には
、温度検知用の液体が充填されている。A groove-shaped sensing gap 4 is provided between the central portion of the main waveguide 2 and one end portion of the sub-waveguide 3 provided along the main waveguide 2, and this gap 4 is closed by a lid member 6. Closed. The sealed space thus formed is filled with a liquid for temperature detection.
「作用 」
次に、本発明の導波路型温度センサの動作について説明
する。"Operation" Next, the operation of the waveguide type temperature sensor of the present invention will be explained.
まず、本発明のセンサのメイン導波路2に入力側Bから
信号光を入射すると、メイン導波路2の信号光の一部が
サブ導波路3に分岐される。First, when signal light enters the main waveguide 2 of the sensor of the present invention from the input side B, a part of the signal light in the main waveguide 2 is branched to the sub-waveguide 3.
外部の温度変化を受けて感知用間隙4に充填された液体
の温度が変化すると、それにより液体の屈折率が変化し
、メイン導波路2からサブ導波路3に分岐される光量が
変化するので、メイン導波路2およびサブ導波路3から
の出力光強度を測定し、信号光の分岐比を求めることに
よって温度を検知することができる。When the temperature of the liquid filled in the sensing gap 4 changes due to external temperature changes, the refractive index of the liquid changes, and the amount of light branched from the main waveguide 2 to the sub-waveguide 3 changes. The temperature can be detected by measuring the intensity of the output light from the main waveguide 2 and the sub-waveguide 3 and determining the branching ratio of the signal light.
この場合、分岐による強度変化がメイン導波路2とザブ
導波路3の両方に表れるので、これらの比は温度に応じ
て大幅に変化する。従って、温度を高精度に測定できる
。In this case, since the intensity change due to branching appears in both the main waveguide 2 and the sub waveguide 3, the ratio of these changes significantly depending on the temperature. Therefore, temperature can be measured with high precision.
本発明のセンサにあっては、メイン導波路とサブ導波路
からの出力光強度の比、即ち分岐比によって温度を検知
するので、出力側C,Dに接続された両光ファイバを同
一経路で敷設しておけば、このセンサと発光素子や検知
器とを接続する光ファイバに温度変化などによる伝送損
失の変化があっても、それらの影響は出力光強度の比を
取ることによって相殺しされる。従って、本発明のセン
サは外乱の影響を受は難いものとなる。In the sensor of the present invention, the temperature is detected by the ratio of the output light intensity from the main waveguide and the sub-waveguide, that is, the branching ratio, so both optical fibers connected to the output sides C and D can be connected in the same path. If installed, even if there is a change in transmission loss due to temperature changes in the optical fiber that connects this sensor to the light emitting element or detector, those effects will be canceled out by taking the ratio of the output light intensity. Ru. Therefore, the sensor of the present invention is less susceptible to disturbances.
「実施例」
以下、実施例に沿って本発明の導波路型温度センサをさ
らに詳しく説明する。"Example" Hereinafter, the waveguide type temperature sensor of the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
(実施例1)
第1図ないし第3図に示す構造の導波路型温度センサを
作成した。(Example 1) A waveguide type temperature sensor having the structure shown in FIGS. 1 to 3 was created.
この導波路型温度センサは石英製基板lからなるもので
、そのセンサ部Eは、導波路2,3のコア部2a、3a
間に幅5μmの感知用間隙4が設けられ、この感知用間
隙4がハウジング5によって密閉された構造となってい
る。そして、この密閉された感知用間隙4には温度感知
用の液体が充填されている。この例のセンサにあっては
、この液体にヘキサクロロ1.3ブタジ工ン75vo1
%と四塩化炭素25vo1%からなるものを用いた。こ
の溶液の屈折率は、20℃で1.485であった。This waveguide type temperature sensor is made of a quartz substrate l, and the sensor part E is composed of core parts 2a and 3a of the waveguides 2 and 3.
A sensing gap 4 with a width of 5 μm is provided between them, and this sensing gap 4 is sealed by a housing 5. This sealed sensing gap 4 is filled with a temperature sensing liquid. In the sensor of this example, this liquid contains 75 vol of hexachloro 1.3 butadiene.
% and carbon tetrachloride 25vol% was used. The refractive index of this solution was 1.485 at 20°C.
このセンサのメイン導波路2の入力側Bには500mの
50/ 125グレーデツドインデツクス型光フアイバ
を介して発光ダイオードを接続した。またメイン導波路
2およびサブ導波路3のそれぞれの出力側C1Dには、
500mの光ファイバを介してアバランンエフォトダイ
オードを接続した。A light emitting diode was connected to the input side B of the main waveguide 2 of this sensor via a 500 m long 50/125 graded index type optical fiber. In addition, on each output side C1D of the main waveguide 2 and sub waveguide 3,
An avalanche photodiode was connected via a 500 m optical fiber.
まず、この導波路型温度センサのみを恒温機内にセット
して、温度特性を調べた。結果を第5図に示す。First, we set only this waveguide type temperature sensor in a constant temperature machine and investigated its temperature characteristics. The results are shown in Figure 5.
第5図の結果から、導波路2.3からの出力の比(分岐
比)と温度との間には1.1の対応が得られ、本発明の
導波路型温度センサは温度センサとして利用できること
を確認できた。From the results shown in Fig. 5, a correspondence of 1.1 is obtained between the ratio of the output from the waveguide 2.3 (branching ratio) and the temperature, and the waveguide type temperature sensor of the present invention can be used as a temperature sensor. I was able to confirm that it is possible.
ついで、このセンサに加えセンサと発光素子、センサと
受光素子を接続する光ファイバを恒温機にセットして、
分岐比一温度の関係を調べたところ、第5図の結果と同
一のデータが得られた。この結果から、本発明のセンサ
は、測定環境の温度が変化しても安定した測定を行える
ものであることを確認できた。Next, in addition to this sensor, optical fibers connecting the sensor and light emitting element, and the sensor and light receiving element are set in a constant temperature machine.
When the relationship between branching ratio and temperature was investigated, the same data as the results shown in FIG. 5 were obtained. From this result, it was confirmed that the sensor of the present invention can perform stable measurements even when the temperature of the measurement environment changes.
(実施例2)
感知用間隙4に四塩化炭素を充填した点のみ実施例3の
ものと異なる導波路型温度センサを製作し、その温度特
性を調べた。四塩化炭素の屈折率は20℃で1.460
であった。結果を第6図に示す。第6図の結果から、こ
のセンサも温度センサとして実用に供し得ることを確認
できた。(Example 2) A waveguide type temperature sensor was manufactured that differed from that of Example 3 only in that the sensing gap 4 was filled with carbon tetrachloride, and its temperature characteristics were investigated. The refractive index of carbon tetrachloride is 1.460 at 20°C
Met. The results are shown in Figure 6. From the results shown in FIG. 6, it was confirmed that this sensor could also be put to practical use as a temperature sensor.
「発明の効果」
以上説明したように、本発明の導波路型温度センサは、
光の入力端と出力側とを有ずろメイン導波路の一部区間
に幅の狭い間隙を介して光の出力側を有するサブ導波路
の一部区間を添わせて設け、上記間隙に液体を充填した
ものなので、メイン導波路からの出力光強度とサブ導波
路からの出力光強度の比を算出することによって、温度
を検知することができる。"Effects of the Invention" As explained above, the waveguide temperature sensor of the present invention has the following effects:
A partial section of a sub-waveguide having an optical input end and an output side is provided along with a partial section of a sub-waveguide having an optical output side through a narrow gap, and a liquid is injected into the gap. Since the waveguide is filled, the temperature can be detected by calculating the ratio of the output light intensity from the main waveguide to the output light intensity from the sub waveguide.
この場合、分岐による強度変化がメイン導波路とサブ導
波路の両方に表ねるので、これら両導波路からの出力光
強度の比は温度芯じて大きく変化する。従って、本発明
の導波路型温度センサは、温度を精度良く感知し得るも
のとなる。In this case, since the intensity change due to branching appears in both the main waveguide and the sub waveguide, the ratio of the output light intensities from these two waveguides changes greatly with temperature. Therefore, the waveguide type temperature sensor of the present invention can sense temperature with high accuracy.
また、本発明のセンサにあっては、メイン導波路とサブ
導波路からの出力光強度の比、即ち分岐比によって温度
を検知するので、メイン導波路、サブ導波路と発光素子
、検知器とを接続する光ファイバに温度等の影響があっ
ても、それらの影響は出力光強度の比を取ることによっ
て相殺しされろ。Furthermore, in the sensor of the present invention, the temperature is detected by the ratio of the output light intensity from the main waveguide and the sub-waveguide, that is, the branching ratio. Even if there are effects such as temperature on the optical fibers that connect them, those effects can be canceled out by taking the ratio of the output light intensities.
従って、本発明のセンサは外乱の影響を受(J難く、セ
ンサの設置された箇所の温度を精度良く測定できるもの
となる。Therefore, the sensor of the present invention is less susceptible to disturbances and can accurately measure the temperature at the location where the sensor is installed.
第1図ないし第3図は本発明の導波路型温度センサの第
1実施例を示すもので、第1図は平面図、第2図は第1
図の■−■線視線面断面図3図は第1図の■−■線視線
面断面図4図は本発明の導波路型温度センサの第2実施
例のセンサ部分を示す断面図、第5図は実施例1のセン
サの分岐比一温度特性を示すグラフ、第6図は実施例2
のセンサの分岐比一温度特性を示すグラフである。
2・・メイン導波路、3・・・サブ導波路、4・・感知
用間隙、B・・・入力側、C,D・・出力側。1 to 3 show a first embodiment of the waveguide type temperature sensor of the present invention, FIG. 1 is a plan view, and FIG.
Figure 3 is a cross-sectional view along the line ■-■ in Figure 1. Figure 4 is a cross-sectional view showing the sensor portion of the second embodiment of the waveguide type temperature sensor of the present invention. Figure 5 is a graph showing the branching ratio vs. temperature characteristics of the sensor of Example 1, and Figure 6 is the graph of Example 2.
2 is a graph showing the branching ratio versus temperature characteristic of the sensor. 2... Main waveguide, 3... Sub-waveguide, 4... Sensing gap, B... Input side, C, D... Output side.
Claims (1)
の狭い間隙を介して光の出力側を有する導波路の一部区
間が添うように設けられ、さらに上記間隙に液体が充填
されてなることを特徴とする導波路型温度センサ。A part of the waveguide having an input side and an output side of light is provided with a part of the waveguide having an output side of light through a narrow gap, and a liquid is further provided in the gap. A waveguide type temperature sensor characterized by being filled.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21008886A JPS6365329A (en) | 1986-09-06 | 1986-09-06 | Waveguide type temperature sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21008886A JPS6365329A (en) | 1986-09-06 | 1986-09-06 | Waveguide type temperature sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6365329A true JPS6365329A (en) | 1988-03-23 |
Family
ID=16583620
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21008886A Pending JPS6365329A (en) | 1986-09-06 | 1986-09-06 | Waveguide type temperature sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6365329A (en) |
-
1986
- 1986-09-06 JP JP21008886A patent/JPS6365329A/en active Pending
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