JPH0510815A - 光励起振動子形センサ - Google Patents

光励起振動子形センサ

Info

Publication number
JPH0510815A
JPH0510815A JP16066691A JP16066691A JPH0510815A JP H0510815 A JPH0510815 A JP H0510815A JP 16066691 A JP16066691 A JP 16066691A JP 16066691 A JP16066691 A JP 16066691A JP H0510815 A JPH0510815 A JP H0510815A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
semiconductor laser
oscillator
vibration
photodetector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP16066691A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroo Ukita
宏生 浮田
Hidenao Tanaka
秀尚 田中
Yuji Uenishi
祐司 上西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP16066691A priority Critical patent/JPH0510815A/ja
Publication of JPH0510815A publication Critical patent/JPH0510815A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で安価、かつ使い易い光励起振動子形セ
ンサを提供する。 【構成】 振動子1と、振動子1にその連続発振状態で
光ビームを照射する検出用レーザ2と、振動子1からの
反射光8が内部光9と干渉して生ずる光出力10から振
動子1の固有振動数を検知する光検出器3が同一基板上
に一体化されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力、温度、変位、流
量などの測定に使用される光励起振動子形センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】図6(1)、(2)はそれぞれナイフエ
ッジ法、干渉法による従来の光励起振動子形センサの概
略構成図(羽根:「フォトサーマル振動の非破壊光計測
への応用」光学、19,PP.85〜90,1990)
である。図6(1)の場合、振動励起用半導体レーザ2
4で集光レンズ25を通して振動子21をその固有振動
数の光パルスで照射し、振動子21の厚さ方向に熱応力
を発生させて固有振動を励起し、一方検出用半導体レー
ザ22で振動子21の振動部を照射し、その反射光の位
置ずれを光ディスクの焦点誤差検出と同じ原理でナイフ
エッジ26を通して光検出器23で検知する。振動子2
1の固有振動数は振動子21に加わる圧力、温度などで
変化する。この種のセンサは振動数の変化からそれらの
量を測定するので、測定感度が極めて高いという特徴を
有する。図6(2)は、検出用半導体レーザ22、ナイ
フエッジ26、光検出器23に代えて光路変換用ミラー
27と干渉計28を用いたもので、干渉計28から光路
変換用ミラー27を通して振動子21に光ビームを照射
し、その反射光と内部光との干渉から振動子21の固有
振動数を測定する。
【0003】図7は図6(2)の光励起振動子形センサ
を圧力センサに適用した例を示している。振動子21は
Siの異方性エッチング技術により作製され、共振板2
1aとダイアフラムバネ21bより構成されている。部
位30と31の圧力差による振動子21の固有振動数を
光ファイバ29を通し、図6(2)に示す干渉計28で
検知する。なお、振動励起用半導体レーザ24の光出力
は2.25mWで、振動子21上の直径約60μmの領
域を照射している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光励起
振動子形センサは、振動子自体は小形であるが、振動励
起系,振動数検出系はそれぞれ別構成でともに大型であ
るため、高価で使いづらいという欠点があった。本発明
の目的は、小型で安価、かつ使い易い光励起振動子形セ
ンサを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の光励起振
動形センサは、振動子と、該振動子に光ビームを照射
し、その反射光と内部光の干渉にもとづく光出力から前
記振動子の固有振動数を検知する光検出器付半導体レー
ザとが同一基板上に一体化されてなる。本発明の第2の
光励起振動形センサは、振動子と、該振動子に固有振動
を励起する振動励起用半導体レーザと、該振動子に光ビ
ームを照射し、その反射光と内部光の干渉にもとづく光
出力から前記振動子の固有振動数を検知する光検出器付
半導体レーザとが同一基板上に一体化されてなる。
【0006】本発明の第3の光励起振動形センサは、振
動子と、該振動子に固有振動を励起する振動励起用半導
体レーザと、該振動励起用半導体レーザの光ビームを前
記振動子上に集光するための第1のレンズと、前記振動
子の振動状態を検出するための第2のレンズと、第2の
レンズを介して該振動子に光ビームを照射し、第2のレ
ンズを通して帰還するその反射光と内部光の干渉にもと
づく光出力から前記振動子の固有振動数を検知する光検
出器付半導体レーザとが同一基板上に一体化されてな
る。
【0007】
【作用】本発明では、振動励起系の原理は従来と同一で
あるが、振動数検出系には振動子での反射光が光検出器
付半導体レーザに帰還する場合の複合共振作用を利用し
ている。この方法では振動子の端面と光検出器付半導体
レーザの出力端面が複合共振器を構成しているので、検
出用半導体レーザの光出力は両者の距離hに対してλ/
2(λ:光波長)を周期として余弦関数で変化する。つ
まり、検出用半導体レーザの光出力変化から振動子の固
有数の変化を検知する。
【0008】第1の光励起振動子形センサでは、振動子
と振動数検出系が一体化され、第2、第3の光励起振動
子形センサでは振動子と振動数検出系と振動励起系が一
体化されるので、光励起振動子センサが小形で安価にな
り、使用も容易となる。さらに、第3の光励起振動子形
センサでは振動励起系と振動数検出系の間隔を広げるこ
とができるために、光励起振動子形センサの作製が容易
となる。
【0009】
【実施例1】次に、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。図1(1)は本発明の第1の実施例の光
励起振動子形センサの平面図、図1(2)はその側面
図、図1(3)は信号検出原理図、図1(4)は光出力
10の波形図である。
【0010】本実施例では、振動子1と、振動子1にそ
の連続発振状態で光ビームを照射する検出用半導体レー
ザ2と、検出用半導体レーザ2の光出力10から振動子
1の固有振動数を検出する光検出器3が同一基板上に一
体化されている。検出用半導体レーザ2の破線で囲まれ
た部分は導波領域であり、検出用半導体レーザ2の端面
7と振動子1の端面6は互いに対向している。また、検
出用半導体レーザ2と光検出器3の間には両者を電気的
に絶縁するための絶縁溝5が形成されている。なお、検
出用半導体レーザ2と光検出器3が光検出器付半導体レ
ーザを構成している。
【0011】不図示のレーザ光で振動子1をパルス照射
し、振動子1にその固有振動を水平方向に励起する。一
方、図1(3)に示すように、検出用半導体レーザ2が
反対側から振動子1を連続発振状態で照射すると、反射
光8が検出用半導体レーザ2に帰還する。反射光8は内
部光9と干渉し、図1(4)に示すように、振動子1の
端面6と振動検出用半導体レーザ2の端面7の間隔hに
対してλ/2(λ:光波長)を周期として余弦関数で変
化する光出力10が得られる。この検出用半導体レーザ
2の光出力10は光検出器3で検出され、振動子1の固
有振動数が測定される。なお、光出力10は間隔hが大
きくなるにつれて、検出用半導体レーザ2から振動子1
に照射される光ビームが周囲に広がるため、振幅が次第
に小さくなる。また、振動子1の垂直方向の振動に対し
ては、間隔hは不変であり、反射光8の大小による複合
共振作用から振動子1の固有振動数を測定する。
【0012】絶縁溝5の溝加工は反応性イオンビームエ
ッチングにより作製する。基板材料にはSiではなくG
aAs、InPなどの半導体レーザ材料を使用する。振
動子1の作製には選択エッチング法を適用する。これは
半導体レーザ結晶形成時にエッチングレートの大きく異
なるエッチンクストップ層をあらかじめ形成しておき、
エッチングがその層に到達するとエッチングはもはや垂
直方向には進行せず、横方向に進行し、下部をえぐり取
って振動子1が形成されることによる。この深さは例え
ば8μm,光励起振動子形センサの基板厚みは約100
μm,寸法は500x500μm程度である。
【0013】図2(1)は本発明の第2の実施例の光励
起振動子形センサの平面図、図(2)はその側面図であ
る。本実施例は、振動励起用半導体レーザ4を第1の実
施例の光励起振動子形センサに一体化したもので、動作
原理は第1の実施例と同じである。図3(1)は本発明
の第3の実施例の光励起振動子形センサの平面図、図3
(2)はその側面図である。
【0014】第2の実施例では、光ビームが広がらない
端面領域で検出を行なうので、振動励起用半導体レーザ
4と検出用半導体レーザ2の間隔約10μmの間に振動
子1を形成する必要があり、このため構造は簡単である
が、作製には高度の技術が必要になる。そこで、本実施
例ではこの間隔を広げ作製を容易にするとともに、振動
子1、振動励起用半導体レーザ4、該半導体レーザ4の
光ビームを振動子1上に集光するためのレンズ11、振
動状態を検出するためのレンズ12、光検出器3、検出
用半導体レーザ2を一体化したものである。レンズ1
1、12はSi34やSiO2の誘電体を使用できる。
【0015】図4(1)は本発明の第4の実施例の光励
起振動子形センサの平面図、図4(2)はその断面図で
ある。第1、第2、第3の実施例では振動子1は片持ち
梁となっているが、本実施例では両持ち梁となってお
り、これにより振動子1の強度が増している。振動子1
は13の部位で、図4(2)に示すように基板14から
浮き上がっている。また、基板14の裏側の掘込み15
によりダイアフラム16を形成し、振動子1と共振系を
形成している。これにより感度が増している。振動子1
の材料は半導体レーザ2、4と同一のGaAsやInP
であってもよいし、レンズ11,12と同一材料のSi
34やSiO2の誘電体を使用してもよい。
【0016】図5(1)は本発明の第5の実施例の光励
起振動子形センサの平面図、図5(2)はその側面図で
ある。本実施例では振動励起用半導体レーザ4の光軸1
7と検出用半導体レーザ2の光軸18を互いにずらすこ
とによって、振動励起用半導体レーザ4の光が検出用半
導体レーザ2に入射するのを防止し、信号検出特性の劣
化を防止したものである。本例では第2の実施例に対し
て説明したが、第3、第4の実施例にも同様に適用可能
である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、次のよう
な効果がある。 (1)請求項1の発明は、振動数検出系を振動子と一体
化することにより、光励起振動子形センサが小形で安価
になり、使用も容易となる。 (2)請求項2の発明は、振動数検出系と振動励起系を
振動子と一体化することにより、光励起振動子形センサ
が小形で安価になり、使用も容易となる。 (3)請求項3の発明は、振動数検出系と振動励起系を
振動子と一体化することにより、光励起振動子形センサ
が小形で安価になり、使用も容易となり、さらに振動励
起用半導体レーザの光ビームを振動子上に集光するため
のレンズと、振動子の振動状態を検出するためのレンズ
を備えることにより、光励起振動子形センサの作製が容
易となる。 (4)請求項4の発明は、振動励起用半導体レーザの光
軸と検出用半導体レーザの光軸を互いにずらすことによ
り、(2),(3)の効果に加えて、信号検出特性の劣
化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の光励起振動子形センサ
の平面図(同図(1))と側面図(同図(2))と信号
検出原理の説明図(同図(3))と光出力10の波形図
(同図(4))である。
【図2】本発明の第2の実施例の光励起振動子形センサ
の平面図(同図(1))と側面図(同図(2))であ
る。
【図3】本発明の第3の実施例の光励起振動子形センサ
の平面図(同図(1))と側面図(同図(2))であ
る。
【図4】本発明の第4の実施例の光励起振動子形センサ
の平面図(同図(1))と側面図(同図(2))であ
る。
【図5】本発明の第5の実施例の光励起振動子形センサ
の平面図(同図(1))と側面図(同図(2))であ
る。
【図6】従来の光励起振動子形センサの構成図である。
【図7】図6(2)の従来の光励起振動子形センサを圧
力センサに適用した例を示す図である。
【符号の説明】
1 振動子 2 検出用半導体レーザ 3 光検出器 4 振動励起用半導体レーザ 5 絶縁用溝 6 振動子1の端面 7 検出用半導体レーザ2の端面 8 反射光 9 内部光 10 検出用半導体レーザ2の光出力 11,12 レンズ 13 部位 14 基板 15 掘込み 16 ダイアフラム 17 検出用半導体レーザ2の光軸 18 振動励起用半導体レーザ4の光軸 21 振動子 22 検出用半導体レーザ 23 光検出器 24 振動励起用半導体レーザ 25 レンズ 26 ナイフエッジ 27 光路変換用ミラー 28 干渉計 29 光ファイバ 30,31 部位

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動子と、該振動子に光ビームを照射
    し、その反射光と内部光の干渉にもとづく光出力から前
    記振動子の固有振動数を検知する光検出器付半導体レー
    ザとが同一基板上に一体化されてなる光励起振動子形セ
    ンサ。
  2. 【請求項2】 振動子と、該振動子に固有振動を励起す
    る振動励起用半導体レーザと、該振動子に光ビームを照
    射し、その反射光と内部光の干渉にもとづく光出力から
    前記振動子の固有振動数を検知する光検出器付半導体レ
    ーザとが同一基板上に一体化されてなる光励起振動子形
    センサ。
  3. 【請求項3】 振動子と、該振動子に固有振動を励起す
    る振動励起用半導体レーザと、該振動励起用半導体レー
    ザの光ビームを前記振動子上に集光するための第1のレ
    ンズと、前記振動子の振動状態を検出するための第2の
    レンズと、第2のレンズを介して該振動子に光ビームを
    照射し、第2のレンズを通して帰還するその反射光と内
    部光の干渉にもとづく光出力から前記振動子の固有振動
    数を検知する光検出器付半導体レーザとが同一基板上に
    一体化されてなる光励起振動子形センサ。
  4. 【請求項4】 前記振動励起用半導体レーザの光軸と前
    記光検出器付半導体レーザの検出用半導体レーザの光軸
    が互いにずれている請求項2または3記載の光励起振動
    子形センサ。
JP16066691A 1991-07-01 1991-07-01 光励起振動子形センサ Pending JPH0510815A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16066691A JPH0510815A (ja) 1991-07-01 1991-07-01 光励起振動子形センサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16066691A JPH0510815A (ja) 1991-07-01 1991-07-01 光励起振動子形センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0510815A true JPH0510815A (ja) 1993-01-19

Family

ID=15719865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16066691A Pending JPH0510815A (ja) 1991-07-01 1991-07-01 光励起振動子形センサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0510815A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006106874A1 (ja) * 2005-03-31 2006-10-12 National University Corporation Gunma University カンチレバー型センサ
US9240617B2 (en) 2004-05-25 2016-01-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9240617B2 (en) 2004-05-25 2016-01-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery
WO2006106874A1 (ja) * 2005-03-31 2006-10-12 National University Corporation Gunma University カンチレバー型センサ
JP2006284391A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Gunma Univ カンチレバー型センサ

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11733027B2 (en) Laser interferometer
US5420688A (en) Interferometric fiber optic displacement sensor
Tudor et al. Silicon resonator sensors: interrogation techniques and characteristics
JPH02176533A (ja) センサー
US5101664A (en) Optical pressure transducer
JPH0392729A (ja) センサ
US5591914A (en) Ultrasonic position sensor
CN112147368A (zh) 一种反射式光纤加速度测量装置
US5195374A (en) Sensor systems
US20070158554A1 (en) Probe for probe microscope using transparent substrate, method of producing the same, and probe microscope device
US6603557B2 (en) Ring laser gyro having ring resonator semiconductor lasers and driving method thereof
CN119470281B (zh) 一种适用于低气压环境的光纤光声气体传感系统及方法
JPH0510815A (ja) 光励起振動子形センサ
US11073421B2 (en) Methods and apparatuses for measuring optical radiation
US5265479A (en) Micro resonator
JP3112099B2 (ja) 光励起音叉振動子形センサ
US20030173864A1 (en) Heat pumped parametric MEMS device
Lammerink et al. Fiber-optic sensors based on resonating mechanical structures
CN117928710A (zh) 一种基于微悬臂梁的光纤超声传感器、制备方法及系统
RU2135957C1 (ru) Микрорезонаторный волоконно-оптический преобразователь физических величин
JPS63108202A (ja) 微少隙間の測定方法及びその測定装置
JPH0752118B2 (ja) 測定装置
JPH06117913A (ja) 光励起振動子センサ
RU2142117C1 (ru) Микрорезонаторный волоконно-оптический датчик угловых перемещений
JP2002257719A (ja) 全反射減衰を利用したセンサー