JPH0319937B2 - - Google Patents

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JPH0319937B2
JPH0319937B2 JP57130095A JP13009582A JPH0319937B2 JP H0319937 B2 JPH0319937 B2 JP H0319937B2 JP 57130095 A JP57130095 A JP 57130095A JP 13009582 A JP13009582 A JP 13009582A JP H0319937 B2 JPH0319937 B2 JP H0319937B2
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optical waveguide
optical
pressure
light
optical waveguides
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Masayuki Izutsu
Tadashi Sueda
Masaharu Matano
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Omron Corp
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Publication date
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Priority to US07/000,865 priority patent/US4850666A/en
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    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • GPHYSICS
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    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、圧力変化を光の強度変化に変換し
て検出する光学的圧力センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical pressure sensor that detects changes in pressure by converting them into changes in light intensity.

圧力計測には、従来から、金属製のダイヤフラ
ムやブルドン管を用いた機械式計測装置と、各種
の歪ゲージを用いたり、半導体pn接合の圧力変
化特性を利用した電気的計測装置とが多く使用さ
れている。ところが、機械式の圧力計測装置には
ヒステリシスがあつて、精度の高い測定ができな
いという欠点がある。電気的計測では、シリコン
の単結晶に異方性エツチングによつてダイヤフラ
ムを形式し、このダイヤフラム上に拡散により歪
ゲージを作つた圧力センサが精度の良い、ヒステ
リシスのないセンサとしてよく使われるようにな
つてきている。しかしながらこの半導体センサ
は、電磁雑音が存在する環境では計測精度が低下
する、電気スパークによる火災または爆発のおそ
れがある、雰囲気によつては金属導電体が腐蝕し
やすいなどの問題がある。そこで、これらの諸問
題を解消する計測装置として光学的に圧力変化を
測定するものが脚光をあびてきた。光を用いた圧
力センサとしては、ダイヤフラムを形成したシリ
コン・チツプと光フアイバとを対向配置し、圧力
変化をシリコン・ダイヤフラムの変位に変換し、
さらにこの変位置を光フアイバから出射される光
の反射量の変化に変換して再びフアイバ中を逆方
向に伝搬させるという方式のものが知られてい
る。しかしながら、この光学的圧力センサではシ
リコン・チツプと光フアイバとの相対的な位置関
係を一定にかつ高精度に保つ必要があり、組立が
きわめて難しく、また圧力変化に対する光量の変
化が小さいという欠点がある。
Conventionally, mechanical measuring devices using metal diaphragms and Bourdon tubes, as well as electrical measuring devices using various strain gauges or utilizing the pressure change characteristics of semiconductor pn junctions, have been widely used for pressure measurement. has been done. However, mechanical pressure measuring devices have a drawback in that they have hysteresis and cannot perform highly accurate measurements. For electrical measurements, pressure sensors, in which a diaphragm is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal, and a strain gauge is created on the diaphragm by diffusion, are often used as highly accurate and hysteresis-free sensors. I'm getting used to it. However, this semiconductor sensor has problems such as reduced measurement accuracy in an environment where electromagnetic noise is present, the risk of fire or explosion due to electric sparks, and the tendency for metal conductors to corrode depending on the atmosphere. Therefore, measurement devices that optically measure pressure changes have been in the spotlight as measurement devices that solve these problems. As a pressure sensor using light, a silicon chip forming a diaphragm and an optical fiber are arranged facing each other, and pressure changes are converted into displacement of the silicon diaphragm.
Furthermore, a method is known in which this positional change is converted into a change in the amount of reflection of light emitted from the optical fiber, and the light is propagated in the opposite direction through the fiber again. However, in this optical pressure sensor, the relative positional relationship between the silicon chip and the optical fiber must be maintained constant and with high precision, making assembly extremely difficult, and the drawback is that the change in the amount of light in response to pressure changes is small. be.

この発明は、わずかな圧力変化に対しても大き
な光量変化が得られ高精度の圧力測定が可能であ
るとともに、構成が簡単で製造が容易な光学的圧
力センサを提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide an optical pressure sensor that can obtain a large change in the amount of light even in response to a slight change in pressure and can perform highly accurate pressure measurement, and that is simple in structure and easy to manufacture.

この発明による光学的圧力センサは、少なくと
も1つの入出力用単一モード光導波路と、この入
出力用光路波路の一端に一端がそれぞれ結合され
た1対の圧力検出用単一モード光導波路とを有す
る基板、圧力検出用光導波路を伝搬する光波をそ
の他端側でそれぞれ反射させる手段、および1対
の圧力検出用光導波路の少なくとも一方の上に被
検出圧力を加え光導波路の位相定数を変化させる
手段からなることを特徴とする。
The optical pressure sensor according to the present invention includes at least one input/output single mode optical waveguide and a pair of pressure detection single mode optical waveguides each having one end coupled to one end of the input/output optical waveguide. means for respectively reflecting the light waves propagating through the pressure detection optical waveguide at the other end thereof, and applying a pressure to be detected onto at least one of the pair of pressure detection optical waveguides to change the phase constant of the optical waveguide. It is characterized by consisting of means.

被検出圧力が一方の圧力検出用光導波路に加わ
ることにより圧力が加えられた部分においてその
光導波路の位相定数が変化する。入出力用光導波
路に入力した光波は、1対の圧力検出用光導波路
に分岐して伝搬し、反射手段によつて反射されて
反対方向に伝搬し再び入出力用光導波路に入つて
重ね合わされる。一方の圧力検出用光導波路の位
相定数が被検出圧力によつて変化するから、1対
の圧力検出用光導波路を伝搬する光波には位相差
が生じる。入出力用光導波路から出射される光の
強度はこの位相差によつて変化するから、出射光
の強度を測定することにより、被検出圧力を知る
ことができる。
When the pressure to be detected is applied to one of the pressure detection optical waveguides, the phase constant of the optical waveguide changes in the portion where the pressure is applied. The light waves input to the input/output optical waveguide are branched to a pair of pressure detection optical waveguides, propagated, reflected by the reflecting means, propagated in the opposite direction, and then enter the input/output optical waveguide again where they are superimposed. Ru. Since the phase constant of one of the pressure detection optical waveguides changes depending on the pressure to be detected, a phase difference occurs between the light waves propagating through the pair of pressure detection optical waveguides. Since the intensity of the light emitted from the input/output optical waveguide changes depending on this phase difference, the pressure to be detected can be determined by measuring the intensity of the emitted light.

両方の圧力検出用光導波路に異なる大きさの圧
力をそれぞれ加えることにより、これらの圧力の
差を検出することもできる。
It is also possible to detect the difference between these pressures by applying pressures of different magnitudes to both pressure detection optical waveguides.

この発明においては、光導波路の圧力による位
相定数の変化を利用しているから、圧力を精度よ
く検出することができる。しかも基板上に形成さ
れた光導波路構造、その一部を加圧するための手
段および反射手段を設ければ足り構成が簡単であ
り、製作が容易となる。
In this invention, since the change in phase constant due to pressure in the optical waveguide is utilized, pressure can be detected with high accuracy. Moreover, the structure is simple, and manufacturing is facilitated by simply providing an optical waveguide structure formed on a substrate, a means for pressurizing a part of the structure, and a reflection means.

この発明の実施例の説明に先だち、その実施例
で利用される特殊な光導波路構造について説明し
ておく。
Before explaining the embodiments of the present invention, a special optical waveguide structure used in the embodiments will be explained.

第1図において、1対の単一モード光導波路1
と2がその一端において微小角度θ1で交差してい
る。これらの光導波路1と2とは等しい巾W1,
W2を有しており、したがつて位相定数が等しく
設定されている。もう1対の単一モード光導波路
3と4とがあり、これらの光導波路3と4もまた
一端にて微小角度θ2で交差している。光導波路3
と4の巾W3とW4とは異なり、光導波路4の巾
W4は光導波路3の巾W3よりも狭くなつている。
したがつて、光導波路3と4の位相定数は異な
り、光導波路3の方が大きい。このような光導波
路1,2と光導波路3,4とは、これらの光導波
路がほぼ直線状になるように、それぞれの交差部
で結合されている。この結合部を符号5で示す。
説明の便宜のために、光導波路1,2から光導波
路3,4に向う方向をZ軸、紙面に垂直な方向を
X軸として、XYZ座標軸をとる。また、光導波
路1,2を対称側、光導波路3,4を非対称側と
呼ぶ。
In FIG. 1, a pair of single mode optical waveguides 1
and 2 intersect at one end at a small angle θ1. These optical waveguides 1 and 2 have the same width W1,
W2, and therefore the phase constants are set equal. There is another pair of single mode optical waveguides 3 and 4, which also intersect at one end at a small angle θ2. Optical waveguide 3
The width of the optical waveguide 4 is different from the widths W3 and W4 of the optical waveguide 4.
W4 is narrower than the width W3 of the optical waveguide 3.
Therefore, the phase constants of optical waveguides 3 and 4 are different, and optical waveguide 3 is larger. The optical waveguides 1 and 2 and the optical waveguides 3 and 4 are coupled at their respective intersections so that these optical waveguides are substantially straight. This joint portion is designated by the reference numeral 5.
For convenience of explanation, XYZ coordinate axes are taken, with the direction from the optical waveguides 1 and 2 toward the optical waveguides 3 and 4 being the Z axis, and the direction perpendicular to the plane of the paper being the X axis. Moreover, the optical waveguides 1 and 2 are called the symmetric side, and the optical waveguides 3 and 4 are called the asymmetric side.

簡単のために、X方向には変化のない2次元構
造を考える。また、2つの交差角θ11,θ2はい
ずれも十分に小さく、光波はほぼZ方向に進行
し、Z方向の微小変化に対して光導波路1と2の
間隔、および光導波路3と4の間隔の変化は無視
できるものとする。すなわち、結合部5を除い
て、微小区間を考えれば、2本の平行な光導波路
があり、Y方向に一様な5層構造が形成されてい
る、とみなすことができるものとする。このよう
な場合には、ローカル・ノーマル・モード
(Local Nomal Mode)による解析法が適用でき
る。
For simplicity, consider a two-dimensional structure with no change in the X direction. In addition, both of the two crossing angles θ11 and θ2 are sufficiently small, the light wave travels approximately in the Z direction, and the distance between optical waveguides 1 and 2 and the distance between optical waveguides 3 and 4 changes with respect to minute changes in the Z direction. Changes are assumed to be negligible. That is, when considering a minute section excluding the coupling portion 5, it can be considered that there are two parallel optical waveguides and a uniform five-layer structure is formed in the Y direction. In such a case, a local normal mode analysis method can be applied.

よく知られているように、2つの単一モード光
導波路からなる5層光導波路の固有モードには、
偶モードと奇モードの2種類がある。第2図a,
bには、この5層光導波路構造における偶モード
と奇モードの伝搬状態がそれぞれ示されている。
第2図cには、この5層光導波路構造の偶、奇両
モードの位相定数の変化の様子が示されている。
光導波路1,2からなる対称側において、結合部
5から十分に遠く、光導波路1と2の間隔が広い
位置では、光導波路1と2の間の結合が無視でき
るため2つの固有モードは縮退し、両モードの位
相定数は等しい。結合部5に近づくにつれて縮退
がとけて両モードの位相定数の差が大きくなる。
結合部5では、2つの光導波路が1つになり、3
層光導波路構造となるため、偶モードは3層光導
波路の基本モード(位相定数の大きい方)に、奇
モードは1次モード(位相定数の小さい方)にそ
れぞれ移行する。結合部5を過ぎて、光導波路3
と4からなる非対称側にはいると、光導波路3と
4の間隔が再び拡大するため両モードの位相定数
の差は減少するが、光導波路3と4の位相定数が
異なるので偶、奇モードの位相定数はそれぞれ異
なる値に漸近する。この例では、光導波路3の幅
が光導波路4の幅より広くなつているから、位相
定数は光導波路3のほうで大きい。したがつて、
偶モードの光波パワーは光導波路3に、奇モード
の光波パワーは光導波路4にそれぞれ集中する。
As is well known, the eigenmodes of a five-layer optical waveguide consisting of two single mode optical waveguides are:
There are two types: even mode and odd mode. Figure 2a,
Part b shows the propagation states of even mode and odd mode in this five-layer optical waveguide structure.
FIG. 2c shows how the phase constants of the even and odd modes of this five-layer optical waveguide structure change.
On the symmetric side consisting of the optical waveguides 1 and 2, at a position sufficiently far from the coupling part 5 and where the distance between the optical waveguides 1 and 2 is wide, the coupling between the optical waveguides 1 and 2 can be ignored, so the two eigenmodes are degenerated. However, the phase constants of both modes are equal. As the coupling portion 5 is approached, the degeneracy is broken and the difference in phase constants of both modes becomes larger.
In the coupling part 5, the two optical waveguides become one, and the 3
Since it has a layered optical waveguide structure, the even mode shifts to the fundamental mode (the one with the larger phase constant) of the three-layered optical waveguide, and the odd mode shifts to the primary mode (the one with the smaller phase constant). After passing through the coupling part 5, the optical waveguide 3
When the optical waveguides 3 and 4 enter the asymmetric side consisting of The phase constants of each asymptote to different values. In this example, since the width of the optical waveguide 3 is wider than the width of the optical waveguide 4, the phase constant of the optical waveguide 3 is larger. Therefore,
Even mode light wave power is concentrated in the optical waveguide 3, and odd mode light wave power is concentrated in the optical waveguide 4.

上述の説明は、光が対称側から非対称側に伝搬
する場合のものであるが、非対称側から対称側に
光が進む場合には、上述の説明を逆にたどればよ
い。
The above explanation is for the case where the light propagates from the symmetric side to the asymmetric side, but when the light propagates from the asymmetric side to the symmetric side, the above explanation can be followed in reverse.

第3図は、上述の光導波路に対称側から種々の
光波を入力したときに得られる光波出力を示して
いる。第3図aは、対称側の2つの光導波路1,
2に同相の光波が入力した場合である。対称側で
は偶モードが励振されて伝搬し、結合部5では基
本モードに、非対称側では再び偶モードにそれぞ
れ変化する。非対称側における偶モードの光波パ
ワーは光導波路3に集中しているため、出力光波
は光導波路3から得られる。第3図bは、互いに
逆相の光波を対称側の2つの光導波路1,2に入
力した場合である。対称側では奇モードが励振さ
れて伝搬し、結合部5では1次モードに、非対称
側では再び奇モードにそれぞれ変化する。非対称
側における奇モードの光波パワーは光導波路4に
集中しているため、出力光波は光導波路4から得
られる。第3図cは、光波が光導波路1にのみ入
力した場合である。この場合には、対称側で偶モ
ードと奇モードとが等しいパワーで励振されたと
考えられるから、第3図aとbの重ね合わせとな
り、光導波路3と4に等しいパワーの光波が出力
される。
FIG. 3 shows the light wave output obtained when various light waves are input into the above-mentioned optical waveguide from the symmetrical side. FIG. 3a shows two optical waveguides 1 on the symmetric side,
This is a case where light waves of the same phase are input to 2. The even mode is excited and propagates on the symmetrical side, and changes to the fundamental mode at the coupling portion 5, and to the even mode again on the asymmetrical side. Since the optical wave power of the even mode on the asymmetric side is concentrated in the optical waveguide 3, the output optical wave is obtained from the optical waveguide 3. FIG. 3b shows a case where light waves having mutually opposite phases are input into two optical waveguides 1 and 2 on the symmetrical side. The odd mode is excited and propagates on the symmetrical side, and changes to the primary mode at the coupling portion 5, and to the odd mode again on the asymmetrical side. Since the light wave power of the odd mode on the asymmetric side is concentrated in the optical waveguide 4, the output light wave is obtained from the optical waveguide 4. FIG. 3c shows a case where a light wave is input only to the optical waveguide 1. In this case, it is considered that the even mode and the odd mode are excited with equal power on the symmetric side, so the superposition of a and b in Fig. 3 occurs, and light waves with equal power are output to optical waveguides 3 and 4. .

光波を非対称側から入力することもでき、この
場合には上述した逆の過程をたどる。たとえば、
光導波路3に光波が入力した場合には、対称側の
両光導波路1と2とから同相の光波が出力される
(第3図aに破線の矢印で示す)。他についても同
じよううに考えることができる。以上の考察か
ら、この光導波路構造が通常の光ビーム・スプリ
ツタ(たとえばハーフ・ミラー)と等価な機能を
有するものであることが理解されよう。
It is also possible to input light waves from the asymmetric side, in which case the reverse process described above is followed. for example,
When a light wave is input to the optical waveguide 3, light waves in the same phase are outputted from both optical waveguides 1 and 2 on the symmetric side (indicated by broken line arrows in FIG. 3a). You can think about other things in the same way. From the above considerations, it will be understood that this optical waveguide structure has a function equivalent to a normal optical beam splitter (for example, a half mirror).

第4図は実施例を示している。Zカツトの
LiNbO3結晶基板10の一面上に、Tiを熱拡散す
ることにより、第1図に示すような光導波路1と
2の対、光導波路3と4の対およびこれらの交差
部の結合部5が形成されている。これらの光導波
路1〜〜4の結合部5と反対側端部には、平行な
光導波路11,12,13,14がそれぞれ連続
している。光導波路3,13が入力用、光導波路
4,14が出力用、光導波路1,2,11,12
が圧力検出用である。このような使い方は、第3
図aに破線で示すように、光波を非対称側から入
力するものと同じである。光導波路1と2の交差
角、光導波路3と4の交差角θ1,θ2はいずれも
1.2゜以上の小さい値にとられている。基板10の
光導波路11,12側の端面にはAlを蒸着する
ことにより反射膜8が形成されている。また、光
導波路11,12上には、同じ長さのSiO2薄膜
6,7がこれらを覆うようにそれぞれ形成されて
いる。そして、一方のSiO2膜6上にはロツド9
によつて被検出圧力が印加されるようになつてい
る。被検出圧力が機械的な機構によつて発生され
る場合にはこのロツド9がその機構に直接にまた
は関接に連結される。被検出圧力が流体圧の場合
には、その流体が導かれるシリンダのピストンに
このロツド9が連結される。ロツド9に代えてシ
リンダをSiO2膜6上に配置し、このシリンダに
被検出流体を直接に導いてもよい。
FIG. 4 shows an embodiment. Z-cut
By thermally diffusing Ti onto one surface of the LiNbO 3 crystal substrate 10, a pair of optical waveguides 1 and 2, a pair of optical waveguides 3 and 4, and a coupling portion 5 at the intersection of these are formed as shown in FIG. It is formed. Parallel optical waveguides 11, 12, 13, and 14 are continuous at the end portions of these optical waveguides 1 to 4 opposite to the coupling portion 5, respectively. Optical waveguides 3 and 13 are for input, optical waveguides 4 and 14 are for output, and optical waveguides 1, 2, 11, 12.
is for pressure detection. This kind of usage is the third
This is the same as inputting light waves from the asymmetric side, as shown by the broken line in Figure a. The crossing angle between optical waveguides 1 and 2, and the crossing angles θ1 and θ2 between optical waveguides 3 and 4 are both
It is set to a small value of 1.2° or more. A reflective film 8 is formed on the end face of the substrate 10 on the side of the optical waveguides 11 and 12 by depositing Al. Furthermore, SiO 2 thin films 6 and 7 of the same length are formed on the optical waveguides 11 and 12, respectively, so as to cover them. Then, a rod 9 is placed on one SiO 2 film 6.
The pressure to be detected is applied by. If the pressure to be detected is generated by a mechanical mechanism, this rod 9 is connected directly or indirectly to that mechanism. When the pressure to be detected is fluid pressure, this rod 9 is connected to the piston of the cylinder into which the fluid is introduced. Instead of the rod 9, a cylinder may be placed on the SiO 2 film 6, and the fluid to be detected may be introduced directly into this cylinder.

入力用光導波路13には適当な光源(図示略)
から光学系または光フアイバなどを通して光が入
射される。出力用光導波路14は、光学系または
光フアイバを介して光電検出器(図示略)に結合
されている。ロツド9によつて圧力が印加されて
いない場合には、光導波路1,11と2,12と
の位相定数は等しい。したがつて光導波路13か
ら入射された光は両光導波路1,2に等しく分れ
て伝搬し、反射膜8で反射したのち再び光導波路
13に戻り、光導波路14から出力光は得られな
い(第3図a参照)。ロツド9を介して圧力が印
加されると、この圧力によつて光導波路11の厚
さが変化すること、および圧力によつて生じた歪
みによつて光導波路11の屈折率が変化すること
により、光導波路11の位相定数が変化する。し
たがつて、光導波路1,11と光導波路2,12
とを伝搬する光波に位相差が生じ、この位相差に
応じた強度の光が光導波路14から出射する。光
導波路14から出力する光の強度を測定すること
により、圧力を検出することができる。印加圧力
に対する光導波路14の出力光の強度変化が第5
図に示されている。
A suitable light source (not shown) is provided for the input optical waveguide 13.
Light is incident from the source through an optical system or optical fiber. The output optical waveguide 14 is coupled to a photoelectric detector (not shown) via an optical system or an optical fiber. When no pressure is applied by the rod 9, the phase constants of the optical waveguides 1, 11 and 2, 12 are equal. Therefore, the light incident from the optical waveguide 13 is equally divided into both optical waveguides 1 and 2 and propagated, and after being reflected by the reflective film 8 returns to the optical waveguide 13 again, and no output light is obtained from the optical waveguide 14. (See Figure 3a). When pressure is applied through the rod 9, the thickness of the optical waveguide 11 changes due to this pressure, and the refractive index of the optical waveguide 11 changes due to the strain caused by the pressure. , the phase constant of the optical waveguide 11 changes. Therefore, the optical waveguides 1 and 11 and the optical waveguides 2 and 12
A phase difference occurs in the light waves propagating through the optical waveguide 14, and light with an intensity corresponding to this phase difference is emitted from the optical waveguide 14. Pressure can be detected by measuring the intensity of light output from the optical waveguide 14. The intensity change of the output light of the optical waveguide 14 with respect to the applied pressure is the fifth
As shown in the figure.

第4図において、光導波路14から光を入射さ
せ光導波路13から検出光を得るようにしてもよ
い。また、SiO2膜7に圧力を加えるようにして
もよい。SiO2膜6,7の両方にそれぞれ異なる
圧力を印加すると、これらの圧力の差を検出する
ことができる。さらに、光導波路1,11,2,
12を入出力用、光導波路3,13,4,14を
圧力検出用とすることも可能である。
In FIG. 4, light may be input from the optical waveguide 14 and detection light may be obtained from the optical waveguide 13. Alternatively, pressure may be applied to the SiO 2 film 7. By applying different pressures to both the SiO 2 films 6 and 7, the difference between these pressures can be detected. Furthermore, optical waveguides 1, 11, 2,
It is also possible to use the optical waveguides 12 for input/output and the optical waveguides 3, 13, 4, and 14 for pressure detection.

また、光導波路11と12における光の反射位
置を光の波長をλとして、λ/4だけ異ならせて
おけば、圧力を印加しない場合に光導波路14か
ら最大強度の出力光が得られる。光の反射手段は
基板10に形成せずに、基板10の外部に設けて
もよい。そして、反射手段としては反射鏡以外に
たとえば光フアイバの端面を利用してもよい。
Furthermore, if the light reflection positions in the optical waveguides 11 and 12 are set to differ by λ/4, where the wavelength of the light is λ, the maximum intensity output light can be obtained from the optical waveguide 14 when no pressure is applied. The light reflecting means may be provided outside the substrate 10 instead of being formed on the substrate 10. In addition to the reflecting mirror, for example, an end face of an optical fiber may be used as the reflecting means.

第6図はこの発明の他の実施例を示している。
ガラス基板20上に銀イオンを電界拡散させるこ
とにより、入出力用単一モード光導波路24、こ
の光導波路24のY字形光分岐路23、およびこ
のY字形光分岐路23にそれぞれつながる1対の
平行な圧力検出用単一モード光導波路21,22
が形成され、基板20の光導波路21,22側端
面にAlを蒸着することにより反射膜25が形成
されている。1対の光導波路21,22のうち一
方21に被検出圧力を印加するためのロツド9が
配置されている。光は光導波路24から入射され
る。圧力が印加されていない場合には、1対の光
導波路21,22を伝搬する光波間には位相差は
生じないから、光導波路24から出射される両導
波路21,22の光波の重ね合わされた光は最大
値を示す。ロツド9によつて光導波路21に圧力
が印加されると、光導波路21の位相定数が変化
するので、光導波路24から出力される光は圧力
によつて強度変調される。
FIG. 6 shows another embodiment of the invention.
By dispersing silver ions in an electric field on the glass substrate 20, a single mode optical waveguide 24 for input/output, a Y-shaped optical branch 23 of this optical waveguide 24, and a pair of optical branches each connected to the Y-shaped optical branch 23 are formed. Parallel single mode optical waveguides 21 and 22 for pressure detection
is formed, and a reflective film 25 is formed by depositing Al on the end face of the substrate 20 on the side of the optical waveguides 21 and 22. A rod 9 for applying a pressure to be detected to one of the pair of optical waveguides 21 and 22 is arranged. Light is input from the optical waveguide 24. When no pressure is applied, there is no phase difference between the light waves propagating through the pair of optical waveguides 21 and 22, so the light waves from both waveguides 21 and 22 emitted from the optical waveguide 24 are superimposed. The light shown is the maximum value. When pressure is applied to the optical waveguide 21 by the rod 9, the phase constant of the optical waveguide 21 changes, so that the intensity of the light output from the optical waveguide 24 is modulated by the pressure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、導波形光ビーム・スプリツタの動作
原理を示す構成図、第2図a,bは、このビー
ム・スプリツタにおける固有モードの伝搬の様子
を示す図、第2図cは位相定数の変化を示すグラ
フ、第3図は、このビーム・スプリツタへの光波
の入力と出力との種々の関係を示す図、第4図
は、この発明の実施例を示す斜視図、第5図は、
出力光の強度の圧力による変化を示すグラフ、第
6図はこの発明の他の実施例を示す斜視図であ
る。 1,2,11,12,21,22…圧力検出用
単一モード光導波路、3,4,13,14,24
…入出力用単一モード光導波路、10,20…基
板、8,25…反射膜、9…被検出圧力印加用ロ
ツド。
Figure 1 is a block diagram showing the operating principle of a waveguide optical beam splitter, Figures 2a and b are diagrams showing how the eigenmode propagates in this beam splitter, and Figure 2c is a diagram showing the phase constant. Graphs showing changes; FIG. 3 is a diagram showing various relationships between the input and output of light waves to this beam splitter; FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the present invention; FIG.
A graph showing changes in the intensity of output light due to pressure, and FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the present invention. 1, 2, 11, 12, 21, 22...Single mode optical waveguide for pressure detection, 3, 4, 13, 14, 24
... Single mode optical waveguide for input/output, 10, 20... Substrate, 8, 25... Reflection film, 9... Rod for applying pressure to be detected.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 少なくとも1つの入出力用単一モード光導波
路と、この入出力用光導波路の一端に一端がそれ
ぞれ結合された1対の圧力検出用単一モード光導
波路とを有する基板、 圧力検出用光導波路を伝搬する光波をその他端
側でそれぞれ反射させる手段、および 少なくとも一方の圧力検出用光導波路上に被検
出圧力を加え光導波路の位相定数を変化させる手
段、 を備えている光学的圧力センサ。 2 入出力用光導波路にその他端から光波を入射
させる手段、および入出力用光導波路の他端から
出射する光の強度を検出する手段を備えている、
特許請求の範囲第1項記載の光学的圧力センサ。
[Claims] 1. A substrate having at least one input/output single mode optical waveguide and a pair of pressure detection single mode optical waveguides each having one end coupled to one end of the input/output optical waveguide. , means for reflecting the light waves propagating through the pressure detection optical waveguide at the other end, and means for applying a detected pressure onto at least one of the pressure detection optical waveguides to change the phase constant of the optical waveguide. Optical pressure sensor. 2. A means for inputting a light wave into the input/output optical waveguide from the other end, and a means for detecting the intensity of the light emitted from the other end of the input/output optical waveguide.
An optical pressure sensor according to claim 1.
JP13009582A 1982-05-20 1982-07-26 Optical pressure sensor Granted JPS5919829A (en)

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US06/816,974 US4674827A (en) 1982-05-20 1986-01-06 Slab-type optical device
US07/000,865 US4850666A (en) 1982-05-20 1987-01-06 Slab-type optical device

Applications Claiming Priority (1)

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JP13009582A JPS5919829A (en) 1982-07-26 1982-07-26 Optical pressure sensor

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