JPH06160276A - 化学物質用集積光学センサー - Google Patents
化学物質用集積光学センサーInfo
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- JPH06160276A JPH06160276A JP5197330A JP19733093A JPH06160276A JP H06160276 A JPH06160276 A JP H06160276A JP 5197330 A JP5197330 A JP 5197330A JP 19733093 A JP19733093 A JP 19733093A JP H06160276 A JPH06160276 A JP H06160276A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 流体、気体又は液体の存在の検出、また液体
中の溶質の濃度の変化、又は生体臨床医学の分野での抗
原・抗体濃度変化を検出したい場合の導波管構造体。 【構成】 特に化学物質のための、集積された光学的構
成部分を有するセンサーにおいて、基体（１３）上に集
積された、導波管と混成された二重螺旋で、光源（１
４）から発した光強度を二つの部分に分離することがで
きる第一光学的構成部分（１５）を通して光源からの信
号を受け、それらの出力信号を第二光学的構成部分（１
６）を通って少なくとも一つの検出器（１７）へ送る二
重螺旋を有し、然も二つの導波管の第一のもの（１１）
は測定すべき物質の影響から隔離された基準導波管であ
り、第二のものは（１２）測定すべき物質により影響を
受ける測定用導波管になっているセンサー。
中の溶質の濃度の変化、又は生体臨床医学の分野での抗
原・抗体濃度変化を検出したい場合の導波管構造体。 【構成】 特に化学物質のための、集積された光学的構
成部分を有するセンサーにおいて、基体（１３）上に集
積された、導波管と混成された二重螺旋で、光源（１
４）から発した光強度を二つの部分に分離することがで
きる第一光学的構成部分（１５）を通して光源からの信
号を受け、それらの出力信号を第二光学的構成部分（１
６）を通って少なくとも一つの検出器（１７）へ送る二
重螺旋を有し、然も二つの導波管の第一のもの（１１）
は測定すべき物質の影響から隔離された基準導波管であ
り、第二のものは（１２）測定すべき物質により影響を
受ける測定用導波管になっているセンサー。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積された光学的構成
部分を有するセンサー、特に化学物質用センサーに関す
る。
部分を有するセンサー、特に化学物質用センサーに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】化学物質の存在を検出するために、次の
二つの種類の現象を利用した光学的センサーを用いるこ
とができる： − 屈折率変化、 − 光吸収率変化。
二つの種類の現象を利用した光学的センサーを用いるこ
とができる： − 屈折率変化、 − 光吸収率変化。
【０００３】これらの変化は測定すべき物質（気体又は
液体）に直接関係するか、又は測定すべき物質を選択的
に吸着又は吸収して、その光学的特性を変化させる中継
物質を利用することができる。
液体）に直接関係するか、又は測定すべき物質を選択的
に吸着又は吸収して、その光学的特性を変化させる中継
物質を利用することができる。
【０００４】残念ながら、殆どの時間、これらの変化は
極めて僅かであるが、非常に長い間の相互作用によって
光学的構成部分で補償することができる。実際、測定す
べき物質により起こされる屈折率変化Δｎは、位相変化
Δφ＝２π／ΔｎＬを生ずる。もし干渉計図表で検出す
ることができる最小位相変化がδφであるならば、検出
可能な最小変化δｎはδｎ＝λδφ／２πＬである。も
しＬが極端に大きいと、δｎは極めて小さくなる。
極めて僅かであるが、非常に長い間の相互作用によって
光学的構成部分で補償することができる。実際、測定す
べき物質により起こされる屈折率変化Δｎは、位相変化
Δφ＝２π／ΔｎＬを生ずる。もし干渉計図表で検出す
ることができる最小位相変化がδφであるならば、検出
可能な最小変化δｎはδｎ＝λδφ／２πＬである。も
しＬが極端に大きいと、δｎは極めて小さくなる。
【０００５】同様に、吸収率変化Δαは、出力光強度信
号Ｉｓに直接影響を与える。もし検出可能な最小の相対
的変化がδＩ／Ｉｓ（Ｉｓは乱されていない系の光強度
である）であるならば、後者はΔαＬに比例する。従っ
て、検出可能な最小吸収率変化は、Ｌに逆比例する。
号Ｉｓに直接影響を与える。もし検出可能な最小の相対
的変化がδＩ／Ｉｓ（Ｉｓは乱されていない系の光強度
である）であるならば、後者はΔαＬに比例する。従っ
て、検出可能な最小吸収率変化は、Ｌに逆比例する。
【０００６】１９８８年１１月４日に出願されたフラン
ス特許出願ＦＲ−Ａ−８８ １４４３３には、流体の屈
折率を測定するのに用いられる集積光学装置が記載され
ており、それは、（ａ）基体上に形成された光ビームを
伝達させるための導波フイルムで、その導波フイルムの
屈折率よりも小さな屈折率を有する下方フイルムと上方
フイルムとの間に挿入された導波フイルムを有する、導
波モードでの有効屈折率ｎｌの光導波管と、（ｂ）流体
と接触させることを目的とした光導波管によるその流体
との相互作用を測定するための領域とを有し、然も、該
測定領域の高さの所にある上方フイルムは、誘導される
光ビームの減衰波(dying out wave)の透過距離よりも小
さい厚さを有し、且つこの相互作用領域以外ではこの同
じ減衰波の上記透過距離よりも大きな厚さを有し、少な
くとも部分的に前記光導波管の所に形成されており、該
光学装置は一つの光学的干渉回路及び前記測定領域を含
めた一つの光学的測定回路を有し、流体による導波モー
ドの有効屈折率ｎ２の変化により惹き起こされた位相変
化を測定することができる。
ス特許出願ＦＲ−Ａ−８８ １４４３３には、流体の屈
折率を測定するのに用いられる集積光学装置が記載され
ており、それは、（ａ）基体上に形成された光ビームを
伝達させるための導波フイルムで、その導波フイルムの
屈折率よりも小さな屈折率を有する下方フイルムと上方
フイルムとの間に挿入された導波フイルムを有する、導
波モードでの有効屈折率ｎｌの光導波管と、（ｂ）流体
と接触させることを目的とした光導波管によるその流体
との相互作用を測定するための領域とを有し、然も、該
測定領域の高さの所にある上方フイルムは、誘導される
光ビームの減衰波(dying out wave)の透過距離よりも小
さい厚さを有し、且つこの相互作用領域以外ではこの同
じ減衰波の上記透過距離よりも大きな厚さを有し、少な
くとも部分的に前記光導波管の所に形成されており、該
光学装置は一つの光学的干渉回路及び前記測定領域を含
めた一つの光学的測定回路を有し、流体による導波モー
ドの有効屈折率ｎ２の変化により惹き起こされた位相変
化を測定することができる。
【０００７】この装置は、集積された光学的構成部分で
は、導波モードの有効屈折率が、導波管の構造の全ての
パラメーター、特にこの導波管を構成する種々の屈折率
のフイルムの厚さに依存すると言うことを利用してい
る。また、これらのパラメーターの一つ、特にこれらの
フイルムの一つの屈折率の変動により、問題の導波モー
ドの有効屈折率が変化し、それによって局部的に光の位
相変化を生じ、それを干渉計により検出することができ
る。
は、導波モードの有効屈折率が、導波管の構造の全ての
パラメーター、特にこの導波管を構成する種々の屈折率
のフイルムの厚さに依存すると言うことを利用してい
る。また、これらのパラメーターの一つ、特にこれらの
フイルムの一つの屈折率の変動により、問題の導波モー
ドの有効屈折率が変化し、それによって局部的に光の位
相変化を生じ、それを干渉計により検出することができ
る。
【０００８】従来の既知の型の光学的装置では、大きな
長さに亙る相互作用を利用する必要があることが、大き
な空間的条件を持たせる結果にもなっている。導波光学
的構成部分では、これらの二つの制約が、光学繊維を使
用することにより解決されている。
長さに亙る相互作用を利用する必要があることが、大き
な空間的条件を持たせる結果にもなっている。導波光学
的構成部分では、これらの二つの制約が、光学繊維を使
用することにより解決されている。
【０００９】しかし、その場合、種々の寄生(parastic)
効果、例えば、温度又は圧力変動又は入って来る光の強
度の変化により起こされる撹乱に関連して行われる処置
とは無関係な基準を持たせることは極めて困難である。
効果、例えば、温度又は圧力変動又は入って来る光の強
度の変化により起こされる撹乱に関連して行われる処置
とは無関係な基準を持たせることは極めて困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの影響を受けないようにした導波管構造体を与えるこ
とであり、爆発限界（１％）よりも低いメタンの濃度の
如き、流体、気体又は液体の存在の検出、また液体中の
溶質の濃度の変化、例えば、ｐＨの時間変化、又は生体
臨床医学の分野での抗原・抗体濃度変化を検出したい場
合の導波管構造体を与えることである。
らの影響を受けないようにした導波管構造体を与えるこ
とであり、爆発限界（１％）よりも低いメタンの濃度の
如き、流体、気体又は液体の存在の検出、また液体中の
溶質の濃度の変化、例えば、ｐＨの時間変化、又は生体
臨床医学の分野での抗原・抗体濃度変化を検出したい場
合の導波管構造体を与えることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、特に化学的物
質のための、集積された光学的構成部分を有するセンサ
ーに関し、それは、基体上に集積された導波管と混成(i
nterlace）された二重螺旋で、光源から発した光強度を
二つの部分に分離することができる第一光学的構成部分
を通して光源からの信号を受け、それらの出力信号を第
二光学的構成部分を通って少なくとも一つの検出器へ送
る二重螺旋を有し、然も二つの導波管の第一のものは測
定すべき物質の影響から隔離された基準導波管であり、
第二のものは測定すべき物質により影響を受ける測定用
導波管になっている。
質のための、集積された光学的構成部分を有するセンサ
ーに関し、それは、基体上に集積された導波管と混成(i
nterlace）された二重螺旋で、光源から発した光強度を
二つの部分に分離することができる第一光学的構成部分
を通して光源からの信号を受け、それらの出力信号を第
二光学的構成部分を通って少なくとも一つの検出器へ送
る二重螺旋を有し、然も二つの導波管の第一のものは測
定すべき物質の影響から隔離された基準導波管であり、
第二のものは測定すべき物質により影響を受ける測定用
導波管になっている。
【００１２】螺旋の入口及び出口は、基体の同じ側に位
置しているのが有利であり、この態様によって一層小型
の構造で、一層実際的な利用性を達成することができ
る。
置しているのが有利であり、この態様によって一層小型
の構造で、一層実際的な利用性を達成することができ
る。
【００１３】第二の導波管は測定すべき物質によって、
直接か又は中継物質により間接的に影響を受けるのが有
利である。本発明のセンサーを使用して次のことを実現
することができる： − 直接の強度測定（選択的吸収率測定）、又は − 吸収率の同時測定を伴った、又は伴わない干渉計測
定（実際の屈折率測定）。
直接か又は中継物質により間接的に影響を受けるのが有
利である。本発明のセンサーを使用して次のことを実現
することができる： − 直接の強度測定（選択的吸収率測定）、又は − 吸収率の同時測定を伴った、又は伴わない干渉計測
定（実際の屈折率測定）。
【００１４】第一の態様として、第二光学的構成部分
は、第一基準導波管と第二の測定用導波管の間で起きた
位相変化を測定するように、導波管の出力信号を干渉さ
せることができる二芯カップラー、好ましくは三芯カッ
プラーであるのが有利であり、この三芯カップラーは、
測定用導波管及び基準導波管に伴われたそれら導波管の
間に配置した中心導波管を有する。
は、第一基準導波管と第二の測定用導波管の間で起きた
位相変化を測定するように、導波管の出力信号を干渉さ
せることができる二芯カップラー、好ましくは三芯カッ
プラーであるのが有利であり、この三芯カップラーは、
測定用導波管及び基準導波管に伴われたそれら導波管の
間に配置した中心導波管を有する。
【００１５】第二の態様として、第二の光学的構成部分
は、それらの導波管から出る光強度を検出するように、
二つの導波管と二つの検出器を接続することができるの
が有利である。
は、それらの導波管から出る光強度を検出するように、
二つの導波管と二つの検出器を接続することができるの
が有利である。
【００１６】螺旋の入口及び出口部分では、二つの導波
管が基準導波管の構造と同様な構造を有するのが有利で
ある。これらの部分の外では、測定用導波管は測定を可
能にする異なった構造を有する。導波管の入口及び出口
部分と、中心の測定用部分との間の結合は、断熱遷移に
よって形成されているのが有利である。
管が基準導波管の構造と同様な構造を有するのが有利で
ある。これらの部分の外では、測定用導波管は測定を可
能にする異なった構造を有する。導波管の入口及び出口
部分と、中心の測定用部分との間の結合は、断熱遷移に
よって形成されているのが有利である。
【００１７】螺旋の導波管と、螺旋の二つの末端部の一
つとの交差は、螺旋自身の面内の導波管の直接の交差に
より、集積された光学的構成部分内に実現されているの
が有利であり、種々の導波管の交差角は、１０°より大
きいのが好ましい。
つとの交差は、螺旋自身の面内の導波管の直接の交差に
より、集積された光学的構成部分内に実現されているの
が有利であり、種々の導波管の交差角は、１０°より大
きいのが好ましい。
【００１８】光導波管は、Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓi3Ｎ4 ／
ＳｉＯ2 及びＳｉ／ＳｉＯ2 ／高屈折率ＳｉＯ2 ／Ｓｉ
Ｏ2 構造体の一つで実現されるのが好ましい。
ＳｉＯ2 及びＳｉ／ＳｉＯ2 ／高屈折率ＳｉＯ2 ／Ｓｉ
Ｏ2 構造体の一つで実現されるのが好ましい。
【００１９】この螺旋構造体の重要性は、小さな体積
で、渦巻きの数に従ってセンサーの感度を著しく増大す
ることができることにある。
で、渦巻きの数に従ってセンサーの感度を著しく増大す
ることができることにある。
【００２０】更に、混成された螺旋状に互いに近接した
二つの導波管を用いることにより、寄生環境と同様な反
応を示す二つの導波管を得ることができる。
二つの導波管を用いることにより、寄生環境と同様な反
応を示す二つの導波管を得ることができる。
【００２１】〔好ましい態様についての詳細な記述〕図
１及び２に示したように、本発明のセンサーには、導波
管１１及び１２と混成され、基体１３上に集積された二
重螺旋１０を有する。
１及び２に示したように、本発明のセンサーには、導波
管１１及び１２と混成され、基体１３上に集積された二
重螺旋１０を有する。
【００２２】この二重螺旋１０は、光源１４からの信号
を、二芯カップラー又はＹ型接合器でもよい第一光学的
構成部分１５を通って受け、それによって光源１４から
発した光を二つの等しい部分に分けることができる。
を、二芯カップラー又はＹ型接合器でもよい第一光学的
構成部分１５を通って受け、それによって光源１４から
発した光を二つの等しい部分に分けることができる。
【００２３】二重螺旋１０の出口では、二本の導波管１
１及び１２から出る信号が第二光学的構成部分１６によ
って再び一緒にされ、一つ又は複数の検出器１７へ送ら
れる。
１及び１２から出る信号が第二光学的構成部分１６によ
って再び一緒にされ、一つ又は複数の検出器１７へ送ら
れる。
【００２４】構成部分１５及び１６は、二重螺旋１０の
ための基体と同じ基体上に集積されて具体化されている
のが便利である。
ための基体と同じ基体上に集積されて具体化されている
のが便利である。
【００２５】導波管１１及び１２の交差１８は、接合部
Ｘによって生じ、その交差角は１０度より大きいのが好
ましく、それにより、角度が極めて小さい時に光の一部
分が望ましくない方向に間違って移され、検出器（単数
又は複数）による結果の利用に対し有害な電波干渉を惹
き起こすのを回避することができる。
Ｘによって生じ、その交差角は１０度より大きいのが好
ましく、それにより、角度が極めて小さい時に光の一部
分が望ましくない方向に間違って移され、検出器（単数
又は複数）による結果の利用に対し有害な電波干渉を惹
き起こすのを回避することができる。
【００２６】基体１３の同じ側に螺旋１０の入り口及び
出口が配置されている図２の態様により、一層実際的な
小型の構造を得ることができる。例えば、生体臨床医学
の用途に関して、もし使い捨てセンサーが用いられた場
合には、螺旋１０の入り口及び出口へのコネクターの接
続及び切り離しは一層容易になる。
出口が配置されている図２の態様により、一層実際的な
小型の構造を得ることができる。例えば、生体臨床医学
の用途に関して、もし使い捨てセンサーが用いられた場
合には、螺旋１０の入り口及び出口へのコネクターの接
続及び切り離しは一層容易になる。
【００２７】図１及び２に示した二重螺旋では、第一導
波管１１は、測定すべき物質の影響から完全に隔離され
た基準導波管である。第二導波管１２は、直接又は中継
物質により測定される物質により影響を受ける。従っ
て、この第二導波管はセンサーの感応性素子である。
波管１１は、測定すべき物質の影響から完全に隔離され
た基準導波管である。第二導波管１２は、直接又は中継
物質により測定される物質により影響を受ける。従っ
て、この第二導波管はセンサーの感応性素子である。
【００２８】本発明のセンサーは、二種類の測定に用い
ることができる：
ることができる：
【００２９】Ａ／ 検出すべき物質により与えられた実
際の屈折率の変化により、又は中継物質のそれにより、
主に惹き起こされた導波モードの有効屈折率の実効部分
の変動を検出する。
際の屈折率の変化により、又は中継物質のそれにより、
主に惹き起こされた導波モードの有効屈折率の実効部分
の変動を検出する。
【００３０】この場合には、第一基準導波管１１と第二
測定用導波管１２との間に生じた位相変化を測定する。
従って、導波管１１と１２の出力信号を干渉させること
が必要である。その場合、構成部分１６は、二芯カップ
ラー又は好ましくは三芯カップラーであるのが好まし
い。
測定用導波管１２との間に生じた位相変化を測定する。
従って、導波管１１と１２の出力信号を干渉させること
が必要である。その場合、構成部分１６は、二芯カップ
ラー又は好ましくは三芯カップラーであるのが好まし
い。
【００３１】図１及び２に示したように、この三芯カッ
プラー１６又は３チャンネルカップラーは、導波管１１
及び１２に結合され、それらの導波管の間に配置された
中心導波管２を有する。
プラー１６又は３チャンネルカップラーは、導波管１１
及び１２に結合され、それらの導波管の間に配置された
中心導波管２を有する。
【００３２】結合領域では、導波管１１及び１２は導波
管２に隣接し、その導波管２を導波管１１及び１２から
夫々分離する距離は１〜１０μｍ、好ましくは１〜５μ
ｍである。
管２に隣接し、その導波管２を導波管１１及び１２から
夫々分離する距離は１〜１０μｍ、好ましくは１〜５μ
ｍである。
【００３３】光強度の同一分配のためには、典型的に
は、１〜１５ｍｍの結合領域が、最初に導波管２と導波
管１１との間に用いられ、第二に導波管２と導波管１２
との間に用いられる。
は、１〜１５ｍｍの結合領域が、最初に導波管２と導波
管１１との間に用いられ、第二に導波管２と導波管１２
との間に用いられる。
【００３４】導波管１１、２及び１２の出口に相当する
検出面の水準の所で、それら導波管は少なくとも１０μ
ｍよりも長く、典型的には約２０μｍ〜５０μｍの距離
により互いに充分隔てられており、どのような結合も起
きないようにしてある。
検出面の水準の所で、それら導波管は少なくとも１０μ
ｍよりも長く、典型的には約２０μｍ〜５０μｍの距離
により互いに充分隔てられており、どのような結合も起
きないようにしてある。
【００３５】導波管２は、導波管１１及び１２の場合と
同じやり方で、同時に形成されている。
同じやり方で、同時に形成されている。
【００３６】この３チャンネルカップラー１６には、導
波管１１、２及び１２の出口に夫々相対する所に配置さ
れている３つの検出器１７を伴っている。
波管１１、２及び１２の出口に夫々相対する所に配置さ
れている３つの検出器１７を伴っている。
【００３７】３つの検出器１７は、検出面より下流に形
成され、次の等式を満足する干渉信号を表す強度Ｉａ、
Ｉｂ及びＩｃを夫々有する電気信号を生ずる： Ｉａ＝Ａ＋Ｂｃｏｓψ＋Ｃｓｉｎψ Ｉｂ＝１−（Ｉａ＋Ｉｃ） Ｉｃ＝Ａ＋Ｂｃｏｓψ−Ｃｓｉｎψ
成され、次の等式を満足する干渉信号を表す強度Ｉａ、
Ｉｂ及びＩｃを夫々有する電気信号を生ずる： Ｉａ＝Ａ＋Ｂｃｏｓψ＋Ｃｓｉｎψ Ｉｂ＝１−（Ｉａ＋Ｉｃ） Ｉｃ＝Ａ＋Ｂｃｏｓψ−Ｃｓｉｎψ
【００３８】これらの等式ではＡ、Ｂ及びＣは光分配係
数であり、それはカップラーの幾何学的形態に依存し、
ψは測定用ビームと基準ビームとの位相のずれである。
数であり、それはカップラーの幾何学的形態に依存し、
ψは測定用ビームと基準ビームとの位相のずれである。
【００３９】Ｉａ−Ｉｃを行なうと、２Ｃｓｉｎψが得
られるのに対し、Ｉａ＋Ｉｃにより２Ａ＋２Ｂｃｏｓψ
が得られ、Ｉｂ＝１−（２Ａ＋２Ｂｃｏｓψ）が得られ
る。
られるのに対し、Ｉａ＋Ｉｃにより２Ａ＋２Ｂｃｏｓψ
が得られ、Ｉｂ＝１−（２Ａ＋２Ｂｃｏｓψ）が得られ
る。
【００４０】このようにして、位相の直角位相のフリン
ジ（fringes in phase quadrature）の二つの系が、３
チャンネルカップラーの性質により得られる（位相差π
／２）。
ジ（fringes in phase quadrature）の二つの系が、３
チャンネルカップラーの性質により得られる（位相差π
／２）。
【００４１】この構造では、Ｉａ＋Ｉｃ及びＩａ−Ｉｃ
は、依然としてπ／２だけ位相がずれているのに対し、
ヤング・ホール(Young hole)をもつ装置では技術的誤差
により位相差はπ／２±δφであり、殆どの場合、１０
％より小さい。
は、依然としてπ／２だけ位相がずれているのに対し、
ヤング・ホール(Young hole)をもつ装置では技術的誤差
により位相差はπ／２±δφであり、殆どの場合、１０
％より小さい。
【００４２】Ｂ／ 吸収変化の検出：この場合、導波管
１１及び１２を干渉させる必要はなく、それら二つの導
波管の出口での光強度Ｉｓ１及びＩｓ２を検出できさえ
すれば充分である。構成部分１６は、導波管１１及び１
２を二つの検出器１７へ接続することができるようにし
ている。
１１及び１２を干渉させる必要はなく、それら二つの導
波管の出口での光強度Ｉｓ１及びＩｓ２を検出できさえ
すれば充分である。構成部分１６は、導波管１１及び１
２を二つの検出器１７へ接続することができるようにし
ている。
【００４３】上で述べた二つの場合（Ａ及びＢ）では、
二つの導波管１１及び１２の混成により、外部寄生パラ
メーターの影響を確実に与え、その影響はそれらの各々
に関係してできるだけ同じになるようにする。測定すべ
きパラメーターの影響だけが、出力強度に差を生ずる結
果を与える。
二つの導波管１１及び１２の混成により、外部寄生パラ
メーターの影響を確実に与え、その影響はそれらの各々
に関係してできるだけ同じになるようにする。測定すべ
きパラメーターの影響だけが、出力強度に差を生ずる結
果を与える。
【００４４】第二導波管は、幾つかの方法によって実現
することができ、次のことを可能にする：
することができ、次のことを可能にする：
【００４５】１／ 誘導波と測定すべき物質との直接の
接触（一般に減衰波による）：
接触（一般に減衰波による）：
【００４６】空気の屈折率に非常に近い屈折率を有する
ガスの場合、この方法を用いることができる。それは、
何種類かのガスが同時に存在している場合及び惹き起こ
された位相変化（干渉計測定）が測定される場合、選択
的ではない欠点を有する。
ガスの場合、この方法を用いることができる。それは、
何種類かのガスが同時に存在している場合及び惹き起こ
された位相変化（干渉計測定）が測定される場合、選択
的ではない欠点を有する。
【００４７】この方法は、もし吸収率変化が測定される
ならば、選択的になることができる。但し、測定すべき
ガスに特徴的な吸収線に相当する効果的な波長を用い
る。基準導波管がこの波長に対して透明であり、それを
発生することができる光源を入手することができること
が必要であることは確かである。
ならば、選択的になることができる。但し、測定すべき
ガスに特徴的な吸収線に相当する効果的な波長を用い
る。基準導波管がこの波長に対して透明であり、それを
発生することができる光源を入手することができること
が必要であることは確かである。
【００４８】これらの場合の全てにおいて、この導波管
１２の絶縁膜は部分的又は完全に除かれ、誘導波モード
の減衰波と環境媒体との間の相互作用が用いられる。
１２の絶縁膜は部分的又は完全に除かれ、誘導波モード
の減衰波と環境媒体との間の相互作用が用いられる。
【００４９】２／ 誘導波と測定すべき物質との間接的
接触：
接触：
【００５０】この場合、効果的波長に対して透明及び感
応性の誘電体物質、即ち測定すべき気体（又は液体でも
よい）を吸収又は吸着することができる誘電体材料によ
って接触を行なう。この吸収又は吸着は、感応性誘電体
材料の屈折率又はその吸収率又はそれらの両方を変化さ
せる。
応性の誘電体物質、即ち測定すべき気体（又は液体でも
よい）を吸収又は吸着することができる誘電体材料によ
って接触を行なう。この吸収又は吸着は、感応性誘電体
材料の屈折率又はその吸収率又はそれらの両方を変化さ
せる。
【００５１】これらの変化は、導かれた波の位相又は吸
収率（又はその両方）の変化によって表される。従っ
て、誘電体材料は、誘導された波がそれと接触すること
ができるようなやり方で配置させることが必要である。
収率（又はその両方）の変化によって表される。従っ
て、誘電体材料は、誘導された波がそれと接触すること
ができるようなやり方で配置させることが必要である。
【００５２】螺旋１０の二つの導波管１１及び１２は、
次の構造をもって具体化することができる： ＯＩＳ１： Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓi3Ｎ4 ／ＳｉＯ2 又は ＯＩＳ２：Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／高屈折率ＳｉＯ2 ／ＳｉＯ
2
次の構造をもって具体化することができる： ＯＩＳ１： Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓi3Ｎ4 ／ＳｉＯ2 又は ＯＩＳ２：Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／高屈折率ＳｉＯ2 ／ＳｉＯ
2
【００５３】測定すべき物質の影響から隔離された本発
明のセンサーの第一導波管１１を具体化するように、Ｏ
ＩＳ１型及びＯＩＳ２型導波管をこのように隔離するこ
とは比較的簡単である：
明のセンサーの第一導波管１１を具体化するように、Ｏ
ＩＳ１型及びＯＩＳ２型導波管をこのように隔離するこ
とは比較的簡単である：
【００５４】−図３に示したように、ＯＩＳ１型の導波
管１１については、その導波管の上に置いた誘電体又は
非導電体２０を、窒化ケイ素上のシリカブロックによっ
て規定された導波管を隔離するように選択する。それ
は、次の点を満たすことが必要である： ・屈折率ｎｏ＜ｎＳｉＯ2 、 ・導波モードに伴った減衰波が環境を見ることができな
いような厚さ ・外部の物質、勿論特に検出すべき物質に対して良好な
不透過性
管１１については、その導波管の上に置いた誘電体又は
非導電体２０を、窒化ケイ素上のシリカブロックによっ
て規定された導波管を隔離するように選択する。それ
は、次の点を満たすことが必要である： ・屈折率ｎｏ＜ｎＳｉＯ2 、 ・導波モードに伴った減衰波が環境を見ることができな
いような厚さ ・外部の物質、勿論特に検出すべき物質に対して良好な
不透過性
【００５５】この非導電体２０は、検出すべき物質によ
り異なっていてもよい。実際には、適切にアニールした
シリカゲル又は光学的接着剤がこの絶縁を確実に与える
ことができる。
り異なっていてもよい。実際には、適切にアニールした
シリカゲル又は光学的接着剤がこの絶縁を確実に与える
ことができる。
【００５６】図４に示したようなＯＩＳ２型導波管１１
については、そのような構造体を覆うことにより、もし
上のシリカ膜ＳｉＯ2 が充分厚く、導波モードに伴った
減衰波の透過距離よりも大きいならば、外の媒体に対し
てその絶縁を確実に与える。
については、そのような構造体を覆うことにより、もし
上のシリカ膜ＳｉＯ2 が充分厚く、導波モードに伴った
減衰波の透過距離よりも大きいならば、外の媒体に対し
てその絶縁を確実に与える。
【００５７】本発明のセンサーの、測定すべき物質によ
って影響を受ける第二導波管１２を具体化するために、
幾つかの形態が可能である：
って影響を受ける第二導波管１２を具体化するために、
幾つかの形態が可能である：
【００５８】１／ 誘導波と測定すべき物質との直接接
触により： − 図５の左側に示したＯＩＳ１型導波管１２について
は、シリカブロックＳｉＯ2 によって定められた測定用
導波管の両側の幅ｄは、導波管１２のブロックと、恐ら
く非導電体が乗っている隣接した周りの部分との間に全
く結合を起こさないように計算されている必要がある。
実際上、距離ｄは約数μの値に等しいか又はそれより大
きい。
触により： − 図５の左側に示したＯＩＳ１型導波管１２について
は、シリカブロックＳｉＯ2 によって定められた測定用
導波管の両側の幅ｄは、導波管１２のブロックと、恐ら
く非導電体が乗っている隣接した周りの部分との間に全
く結合を起こさないように計算されている必要がある。
実際上、距離ｄは約数μの値に等しいか又はそれより大
きい。
【００５９】この図５は、図６〜図１４と同様に、螺旋
１０の二つの隣接した導波管１１及び１２の断面図であ
り、測定用導波管１２は図の左側部分に示されている。
１０の二つの隣接した導波管１１及び１２の断面図であ
り、測定用導波管１２は図の左側部分に示されている。
【００６０】第二に、導波モードの減衰波が測定すべき
流体を「見る」こと、従って高さｈ又はｈ′は上のシリ
カ膜中のこの減衰波の透過深さｐより小さいことが必須
である。
流体を「見る」こと、従って高さｈ又はｈ′は上のシリ
カ膜中のこの減衰波の透過深さｐより小さいことが必須
である。
【００６１】勿論、導波モードの横方向への閉じ込め
（confinement ）を確実にするようにｈ＜ｈ′が存在す
る。 ・ もしｈ′＞ｐ、ｈ＜ｐならば、導波管の上ではな
く、側面だけによって接触が行われる。 ・ ｈ′＜ｐ，ｈ＜ｐならば、接触は側面及び上によっ
て行われる。感度は与えられた螺旋長さ１０に対して一
層良くなり、ｈは両方の場合で、０にすることができ
る。
（confinement ）を確実にするようにｈ＜ｈ′が存在す
る。 ・ もしｈ′＞ｐ、ｈ＜ｐならば、導波管の上ではな
く、側面だけによって接触が行われる。 ・ ｈ′＜ｐ，ｈ＜ｐならば、接触は側面及び上によっ
て行われる。感度は与えられた螺旋長さ１０に対して一
層良くなり、ｈは両方の場合で、０にすることができ
る。
【００６２】螺旋断面の二つの隣り合った導波管１１及
び１２を示した図５のこの態様では、距離ｌは、基準導
波管１１の保護が完全になるように計算されている。距
離ｄは、測定用導波管と基準導波管との間の結合が阻止
されるような距離である。
び１２を示した図５のこの態様では、距離ｌは、基準導
波管１１の保護が完全になるように計算されている。距
離ｄは、測定用導波管と基準導波管との間の結合が阻止
されるような距離である。
【００６３】基準導波管１１のシリカＳｉＯ2 の厚さ
ｈ″は、一般にｐ（減衰波の透過深さ）よりも大きく、
従ってｈ″は恐らくｈ′とは異なっている。
ｈ″は、一般にｐ（減衰波の透過深さ）よりも大きく、
従ってｈ″は恐らくｈ′とは異なっている。
【００６４】− 図６の左側部分に示したＯＩＳ２型導
波管１２については、シリカ覆いフイルムＳｉＯ2 は、
厚さｈ＜ｐであり、０でもよい。「ＳｉＯ2 ＨＩ」は、
高屈折率ＳｉＯ2 を意味する。この場合、導波管の側面
及び上によって接触が行われる。
波管１２については、シリカ覆いフイルムＳｉＯ2 は、
厚さｈ＜ｐであり、０でもよい。「ＳｉＯ2 ＨＩ」は、
高屈折率ＳｉＯ2 を意味する。この場合、導波管の側面
及び上によって接触が行われる。
【００６５】中間的形態を実現することもできる。これ
を示す図６では、距離ｄは、基準導波管と測定用導波管
の二つの間には結合が不可能になるように計算されてい
る。
を示す図６では、距離ｄは、基準導波管と測定用導波管
の二つの間には結合が不可能になるように計算されてい
る。
【００６６】距離ｌは、基準導波管が環境から完全に絶
縁されるように計算されている。
縁されるように計算されている。
【００６７】高さｈは、誘導波と分析すべき周りの媒体
との間の相互作用が確実に行われるように充分小さなも
のになっており、ｈは０でもよい。
との間の相互作用が確実に行われるように充分小さなも
のになっており、ｈは０でもよい。
【００６８】２／ 誘導波と測定すべき物質との間接的
接触のために、次の形態を具体化することができる：
接触のために、次の形態を具体化することができる：
【００６９】ａ）もし感応性非導電体の実際の屈折率ｎ
ＤＳが、ＳｉＯ2 の屈折率ｎＳｉＯ 2 より小さいなら
ば、ｎＤＳ＜ｎＳｉＯ2 である。
ＤＳが、ＳｉＯ2 の屈折率ｎＳｉＯ 2 より小さいなら
ば、ｎＤＳ＜ｎＳｉＯ2 である。
【００７０】このことは、多くの重合体に当てはまるこ
とである：例えば、エーテルラウリルポリオキシエチレ
ン（ＰＯＥＬＡ）は、全く異なったセンサー形態で（メ
タンＣＨ4 検出のため）既に用いられている：その屈折
率ｎＤＳはシリカＳｉＯ2 の屈折率よりも僅かに小さ
い：（ｎＤＳ〜１．４５１２）。
とである：例えば、エーテルラウリルポリオキシエチレ
ン（ＰＯＥＬＡ）は、全く異なったセンサー形態で（メ
タンＣＨ4 検出のため）既に用いられている：その屈折
率ｎＤＳはシリカＳｉＯ2 の屈折率よりも僅かに小さ
い：（ｎＤＳ〜１．４５１２）。
【００７１】− 図７の左側部分に示したＯＩＳ１型導
波管の場合、感応性非導電体の厚さｗは、どのようなも
のでもよいが、但し流体の吸収が誘導波と相互作用する
ための領域に到達できるものとする。実際には、ｗは数
分の一〜数μｍである。
波管の場合、感応性非導電体の厚さｗは、どのようなも
のでもよいが、但し流体の吸収が誘導波と相互作用する
ための領域に到達できるものとする。実際には、ｗは数
分の一〜数μｍである。
【００７２】高さｈ及びｈ′及び距離ｌ及びｄに関する
条件は、誘導波と測定すべき物質との直接接触の場合に
ついて前に述べたものと同じである。
条件は、誘導波と測定すべき物質との直接接触の場合に
ついて前に述べたものと同じである。
【００７３】− 第８図の左側部分に示したＯＩＳ２型
導波管１２では、誘導波と測定すべき物質との直接接触
について述べたことがそのまま当てはまる。感応性非導
電体の厚さｗは、ＯＩＳ１型導波管についてのものと同
じ限定に従う。
導波管１２では、誘導波と測定すべき物質との直接接触
について述べたことがそのまま当てはまる。感応性非導
電体の厚さｗは、ＯＩＳ１型導波管についてのものと同
じ限定に従う。
【００７４】ｂ）もし感応性非導電体の屈折率ｎＤＳが
ｎＳｉＯ2 よりも大きいならば、ｎＤＳ＞ｎＳｉＯ2 −
ＨＩであり、通常のドープ剤、ホウ素、燐、窒素、ゲル
マニウム、又はチタンを用いて得ることができる最大の
ものとしてＳｉＯ2 −ＨＩの屈折率を基準としてとるこ
とができる。
ｎＳｉＯ2 よりも大きいならば、ｎＤＳ＞ｎＳｉＯ2 −
ＨＩであり、通常のドープ剤、ホウ素、燐、窒素、ゲル
マニウム、又はチタンを用いて得ることができる最大の
ものとしてＳｉＯ2 −ＨＩの屈折率を基準としてとるこ
とができる。
【００７５】− 図９の左側部分に示したＯＩＳ１型導
波管については、この測定用導波管１２は、感応性非導
電体を利用して光の横方向を閉じ込めることによって具
体化されている。
波管については、この測定用導波管１２は、感応性非導
電体を利用して光の横方向を閉じ込めることによって具
体化されている。
【００７６】シリカＳｉＯ2 の残りの厚さｈ′はｐ、即
ち導波モードの減衰波の透過距離よりも小さいであろ
う。
ち導波モードの減衰波の透過距離よりも小さいであろ
う。
【００７７】導波管１２について、この場合にはもしＳ
ｉＯ2 −ＨＩマイクロ導波管の芯を維持したいならばＯ
ＩＳ２構造は不適切である。しかし、この導波管１２の
芯を感応性非導電体により、もしそれが充分に透明なら
ば、具体化することができる。しかし、これは、この感
応性非導電体に伴われる技術が充分に開発されているこ
とを仮定しており、それはめったにないことである。第
１０図は、感応性非導電体を技術的に使用することがで
きる場合、例えば食刻することができる場合の螺旋交差
部分の二つの隣接した導波管１１及び１２を表した図を
示している。ここで感応性重合体は、芯の役割と感応性
非導電体との役割との両方を果たしている。
ｉＯ2 −ＨＩマイクロ導波管の芯を維持したいならばＯ
ＩＳ２構造は不適切である。しかし、この導波管１２の
芯を感応性非導電体により、もしそれが充分に透明なら
ば、具体化することができる。しかし、これは、この感
応性非導電体に伴われる技術が充分に開発されているこ
とを仮定しており、それはめったにないことである。第
１０図は、感応性非導電体を技術的に使用することがで
きる場合、例えば食刻することができる場合の螺旋交差
部分の二つの隣接した導波管１１及び１２を表した図を
示している。ここで感応性重合体は、芯の役割と感応性
非導電体との役割との両方を果たしている。
【００７８】螺旋領域の外側にある螺旋１０の入り口及
び出口部分では、二つの測定用導波管及び基準導波管１
１及び１２が、夫々基準導波管の種類（ＯＩＳ１又はＯ
ＩＳ２）と同じ構造を取り戻している。測定用導波管の
入り口及び出口と、測定に用いられるこの導波管の中心
部分との結合は、もしそれら二つの構造が互いに近似し
ているならば（シリカの屈折率に近いｎＤＳ）、直接結
合により、又は断熱遷移（ＯＩＳ２構造が用いられた場
合で、ｎＤＳがｎＳｉＯ2 とは全く異なっているなら
ば）、行なうことができる。これらの断熱遷移領域は、
Ｙ．シャニ(Shani）その他による「珪素上にテープした
導波管による光学繊維への半導体レーザーの効果的結
合」(Efficient coupling of a semiconductor laser t
o an opticalfiber by means of a taped waveguide on
silicon)〔Applied Physical Letters, 55(23) 4 Dec.
(1989 ）〕と題する文献中に記載されているようにし
て具体化することができる。
び出口部分では、二つの測定用導波管及び基準導波管１
１及び１２が、夫々基準導波管の種類（ＯＩＳ１又はＯ
ＩＳ２）と同じ構造を取り戻している。測定用導波管の
入り口及び出口と、測定に用いられるこの導波管の中心
部分との結合は、もしそれら二つの構造が互いに近似し
ているならば（シリカの屈折率に近いｎＤＳ）、直接結
合により、又は断熱遷移（ＯＩＳ２構造が用いられた場
合で、ｎＤＳがｎＳｉＯ2 とは全く異なっているなら
ば）、行なうことができる。これらの断熱遷移領域は、
Ｙ．シャニ(Shani）その他による「珪素上にテープした
導波管による光学繊維への半導体レーザーの効果的結
合」(Efficient coupling of a semiconductor laser t
o an opticalfiber by means of a taped waveguide on
silicon)〔Applied Physical Letters, 55(23) 4 Dec.
(1989 ）〕と題する文献中に記載されているようにし
て具体化することができる。
【００７９】誘導波と測定すべき物質との間接的接触の
場合の別の態様が、ｎＤＳ＜ｎＳｉＯ2 −ＨＩ及びｎＤ
Ｓ＞ｎＳｉＯ2 −ＨＩの夫々に対し、ＯＩＳ１構造体
（図１１及び図１３）及びＯＩＳ２（図１２及び図１
４）に関して図１１〜図１４に示されている。これらの
態様は、感応性材料が用いられ、従って寄生効果を一層
よく抑制することができる場合に、基準導波管１１と測
定用導波管１２との間のフイルムの積層を対称にして改
良することができる点で有利である。
場合の別の態様が、ｎＤＳ＜ｎＳｉＯ2 −ＨＩ及びｎＤ
Ｓ＞ｎＳｉＯ2 −ＨＩの夫々に対し、ＯＩＳ１構造体
（図１１及び図１３）及びＯＩＳ２（図１２及び図１
４）に関して図１１〜図１４に示されている。これらの
態様は、感応性材料が用いられ、従って寄生効果を一層
よく抑制することができる場合に、基準導波管１１と測
定用導波管１２との間のフイルムの積層を対称にして改
良することができる点で有利である。
【００８０】図１１〜図１４で、距離ｌは、種々の導波
管の下で伸びている誘導された光と、この距離に亙って
覆っている媒体との間に相互作用が全くないように計算
されている。
管の下で伸びている誘導された光と、この距離に亙って
覆っている媒体との間に相互作用が全くないように計算
されている。
【００８１】図１１及び１２は、ＳｉＯ2 −ＨＩ又はＳ
ｉＯ2 シリカブロック６０を示し、それらの幅は、ｄ及
びｌについて選択された値及び導波管１１及び１２の芯
を分離する距離に依存する。このブロックの幅は０でも
よい。
ｉＯ2 シリカブロック６０を示し、それらの幅は、ｄ及
びｌについて選択された値及び導波管１１及び１２の芯
を分離する距離に依存する。このブロックの幅は０でも
よい。
【００８２】導波管の保護非導電体６１は、温度に対す
る抵抗性が屡々低い感応性材料をそれが覆うので、低温
の所におくことが出来るようになっているべきである。
このことは、用いることができる保護材料の範囲に関
し、限定することになることは確かであるが、広い範囲
の他の可能性、陰極スプレー又は蒸着による種々の重合
体、ＳｉＯ2 シリカ付着物又は他の物質、が存在する。
しかし、保護フイルムの光学的品質は重要ではない。
る抵抗性が屡々低い感応性材料をそれが覆うので、低温
の所におくことが出来るようになっているべきである。
このことは、用いることができる保護材料の範囲に関
し、限定することになることは確かであるが、広い範囲
の他の可能性、陰極スプレー又は蒸着による種々の重合
体、ＳｉＯ2 シリカ付着物又は他の物質、が存在する。
しかし、保護フイルムの光学的品質は重要ではない。
【００８３】勿論、上で与えた例は、導波構造体の成分
の性質に関する限定と見做す必要はなく、後者は、集積
された光学的構成部分に慣用的に用いられるどのような
材料から実質的に形成されていてもよく、特にイオン交
換によって屈折率を変えることができるガラス、又は半
導体又はニオブ酸リチウム構造体から形成してもよい。
の性質に関する限定と見做す必要はなく、後者は、集積
された光学的構成部分に慣用的に用いられるどのような
材料から実質的に形成されていてもよく、特にイオン交
換によって屈折率を変えることができるガラス、又は半
導体又はニオブ酸リチウム構造体から形成してもよい。
【００８４】本発明は、屈折率が１に一層近く、シリカ
の屈折率よりは低いガス及び液体の特性を測定すること
ができる。但し液体の屈折率ｎＬは、光波を閉じ込める
のを駄目にするようなものではなく、従って、ｎＬ＜ｎ
ＳｉＯ2 −ＨＩであるような屈折率であるとする。
の屈折率よりは低いガス及び液体の特性を測定すること
ができる。但し液体の屈折率ｎＬは、光波を閉じ込める
のを駄目にするようなものではなく、従って、ｎＬ＜ｎ
ＳｉＯ2 −ＨＩであるような屈折率であるとする。
【００８５】液体の場合、測定は一般にセンサーの周り
に液体が存在することを表す（この場合、遥かに簡単な
センサーを具体化することができる）ことからなるので
はなく、センサーが浸漬された液体の屈折率の変化、例
えば、ｐＨ（Ｈ＋濃度）変化、又は他の極端に低い溶質
濃度量に連動した屈折率変化を表すことからなる。
に液体が存在することを表す（この場合、遥かに簡単な
センサーを具体化することができる）ことからなるので
はなく、センサーが浸漬された液体の屈折率の変化、例
えば、ｐＨ（Ｈ＋濃度）変化、又は他の極端に低い溶質
濃度量に連動した屈折率変化を表すことからなる。
【００８６】図１５及び１６により、図１及び２の通路
１８の可能な具体的方式を示すことができる。これらの
図では、記載した通路は橋のように上に交差している。
しかし、それに限定されるものではなく、下側の通路を
用いることからなる解決法も可能であることは明白に理
解されるべきである。
１８の可能な具体的方式を示すことができる。これらの
図では、記載した通路は橋のように上に交差している。
しかし、それに限定されるものではなく、下側の通路を
用いることからなる解決法も可能であることは明白に理
解されるべきである。
【００８７】記載を簡単にするために、今後単一の交差
について記述するが、螺旋の各導波管には一つの交差が
伴っていることは分かるであろう。
について記述するが、螺旋の各導波管には一つの交差が
伴っていることは分かるであろう。
【００８８】図１５の場合、二つの同等な導波構造体を
通路領域１８内で重ね、希望の交差ブリッヂを実現する
ように一方を他方の上に配置する。この記載した例で用
いた導波構造体は、Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／高屈折率ＳｉＯ2
／ＳｉＯ2 型構造体であるが、別の構造体にすることも
できる。
通路領域１８内で重ね、希望の交差ブリッヂを実現する
ように一方を他方の上に配置する。この記載した例で用
いた導波構造体は、Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／高屈折率ＳｉＯ2
／ＳｉＯ2 型構造体であるが、別の構造体にすることも
できる。
【００８９】図１５の場合、基本的構造は、シリカフイ
ルム３２及びＳｉＯ2 シリカがドープされた種々の導波
ブロック１９が乗っている珪素フイルム３０を有する。
これらの中には、実際の螺旋１０の導波管１１及び１２
のブロック及びこの第一構造体のカップラー２９及び３
１の二つの下方ブロック２１及び２２が存在する。この
第一構造体は、その上に乗った上方構造体を有する。こ
の上方構造体はシリカフイルム３３及びドープされたシ
リカ導波管芯３５を有する。二つの構造体に共通なフイ
ルム３７に関して、これはシリカから作られている。図
１５には、ブロック２１及び導波管３５の芯の直ぐ上の
部分２７によって構成されたカップラー２９、及び螺旋
の他方の端に位置する、ブロック２２及び導波管３５の
芯のくぼんだ部分２３によって構成されているカップラ
ー３１を示している。連続した矢印の線は、光がカップ
ラー３１中をブロック２２から導波管３５の芯の方へ通
り、カップラー２９中では導波管３５の芯からブロック
２１中へ通る仕方を示している。この通過方法により、
螺旋１０の導波管中の光の伝播に悪影響を与えることな
く、領域１８の交差を行うことができる。
ルム３２及びＳｉＯ2 シリカがドープされた種々の導波
ブロック１９が乗っている珪素フイルム３０を有する。
これらの中には、実際の螺旋１０の導波管１１及び１２
のブロック及びこの第一構造体のカップラー２９及び３
１の二つの下方ブロック２１及び２２が存在する。この
第一構造体は、その上に乗った上方構造体を有する。こ
の上方構造体はシリカフイルム３３及びドープされたシ
リカ導波管芯３５を有する。二つの構造体に共通なフイ
ルム３７に関して、これはシリカから作られている。図
１５には、ブロック２１及び導波管３５の芯の直ぐ上の
部分２７によって構成されたカップラー２９、及び螺旋
の他方の端に位置する、ブロック２２及び導波管３５の
芯のくぼんだ部分２３によって構成されているカップラ
ー３１を示している。連続した矢印の線は、光がカップ
ラー３１中をブロック２２から導波管３５の芯の方へ通
り、カップラー２９中では導波管３５の芯からブロック
２１中へ通る仕方を示している。この通過方法により、
螺旋１０の導波管中の光の伝播に悪影響を与えることな
く、領域１８の交差を行うことができる。
【００９０】図１５ａ〜１６ｇは、説明のために、図１
５の交差ブリッヂを形成する方法の主な段階を示してい
る。図１５に示したように、その方法は、目的とするカ
ップラーのブロック２１及び２２及び螺旋１０の螺旋導
波管１９のブロックを、シリカを被覆した珪素基体上に
置くことによって開始する。この段階では、その系は上
から見ると図１５ｂのように見える。
５の交差ブリッヂを形成する方法の主な段階を示してい
る。図１５に示したように、その方法は、目的とするカ
ップラーのブロック２１及び２２及び螺旋１０の螺旋導
波管１９のブロックを、シリカを被覆した珪素基体上に
置くことによって開始する。この段階では、その系は上
から見ると図１５ｂのように見える。
【００９１】次の段階（図１５ｃ）は、プラズマ補助気
相化学蒸着によりシリカの中間フイルム３７を付着さ
せ、次に化学的食刻を行うことからなる。ブロック２１
及び２２の上のこのフイルムは、光導波管３５が後で収
められる波形部を有する。この図１５の状態に相当する
上から見た図は、図１５ｄに示されている。
相化学蒸着によりシリカの中間フイルム３７を付着さ
せ、次に化学的食刻を行うことからなる。ブロック２１
及び２２の上のこのフイルムは、光導波管３５が後で収
められる波形部を有する。この図１５の状態に相当する
上から見た図は、図１５ｄに示されている。
【００９２】次の段階（図１５ｅ）は、導波管構造体３
５の芯を前の構造体上に付着させ、この芯をマスクを通
して（光の横方向の閉じ込めを確実にさせるため）、食
刻することからなる。芯３５の材料はドープしたシリカ
である。この状態での同じ装置の上から見た図は、図１
５ｆによって示されている。
５の芯を前の構造体上に付着させ、この芯をマスクを通
して（光の横方向の閉じ込めを確実にさせるため）、食
刻することからなる。芯３５の材料はドープしたシリカ
である。この状態での同じ装置の上から見た図は、図１
５ｆによって示されている。
【００９３】次の段階は、図１５ｇに示したように、最
終的フイルム即ち、表面層３９を付着させることにあ
る。このシリカＳｉＯ2 の付着も、プラズマ補助気相化
学蒸着により実現することができる。
終的フイルム即ち、表面層３９を付着させることにあ
る。このシリカＳｉＯ2 の付着も、プラズマ補助気相化
学蒸着により実現することができる。
【００９４】当業者には分かるように、種々のフイルム
の与えられた厚さは、それらの各々の希望の有効屈折率
及びカップラー２９及び３１の高さの所での減衰波の正
確な通過を行わせるのに必要なこと依存している。
の与えられた厚さは、それらの各々の希望の有効屈折率
及びカップラー２９及び３１の高さの所での減衰波の正
確な通過を行わせるのに必要なこと依存している。
【００９５】次に図１６を参照して、交差領域の別の態
様について記述するが、この領域は二つの異なった重ね
られた構造体を使って得られる。この型の場合、下方構
造体と上方構造体との結合は、各構造体中で伝達される
光波の速度が異なるので、一般に極めて僅かである。そ
れにも拘わらず、これら二つの構造体の間で光の通過が
行われるので、ネットワークのカップラーを、次のよう
になるピッチｐを有するように形成する必要がある： β１＋２πｍ／ｐ＝β２ ここで、β１＝（２πｎ１）／λｏ 及び β２＝（２
πｎ２）／λｏ。β１及びβ２は、上方及び下方導波管
の構造体のモードの伝播定数であり、ｐはネットワーク
のピッチであり、ｍは屈折回数であり、ｎ１及びｎ２は
上方及び下方導波管の芯１９及び４１の有効屈折率であ
る。もし前の条件を考慮に入れるならば、上方構造体と
下方構造体との結合は完全であり、領域２５での交差の
具体例を可能にする。図１６の例では、下方構造体はド
ープしたＳｉＯ2 ／Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／ＳｉＯ2 型であ
り、上方導波管の型は Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓi3Ｎ4 （又
はＳｉＯｘＮｙ）／ＳｉＯ2 型である。このことは、図
１６で分かることであり、その場合、下方基体４３は珪
素基体であり、その上に第一シリカフイルム４５が乗っ
ている。このフイルム４５の表面上に、ドープしたシリ
カ螺旋１０の導波管ブロック、同様にネットワーク４７
及び４９の同じくシリカをドープした支持ブロック２１
及び２２が配置されている。
様について記述するが、この領域は二つの異なった重ね
られた構造体を使って得られる。この型の場合、下方構
造体と上方構造体との結合は、各構造体中で伝達される
光波の速度が異なるので、一般に極めて僅かである。そ
れにも拘わらず、これら二つの構造体の間で光の通過が
行われるので、ネットワークのカップラーを、次のよう
になるピッチｐを有するように形成する必要がある： β１＋２πｍ／ｐ＝β２ ここで、β１＝（２πｎ１）／λｏ 及び β２＝（２
πｎ２）／λｏ。β１及びβ２は、上方及び下方導波管
の構造体のモードの伝播定数であり、ｐはネットワーク
のピッチであり、ｍは屈折回数であり、ｎ１及びｎ２は
上方及び下方導波管の芯１９及び４１の有効屈折率であ
る。もし前の条件を考慮に入れるならば、上方構造体と
下方構造体との結合は完全であり、領域２５での交差の
具体例を可能にする。図１６の例では、下方構造体はド
ープしたＳｉＯ2 ／Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／ＳｉＯ2 型であ
り、上方導波管の型は Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓi3Ｎ4 （又
はＳｉＯｘＮｙ）／ＳｉＯ2 型である。このことは、図
１６で分かることであり、その場合、下方基体４３は珪
素基体であり、その上に第一シリカフイルム４５が乗っ
ている。このフイルム４５の表面上に、ドープしたシリ
カ螺旋１０の導波管ブロック、同様にネットワーク４７
及び４９の同じくシリカをドープした支持ブロック２１
及び２２が配置されている。
【００９６】導波管１９のブロック及びカップラー２９
及び３１のブロック２１及び２２の上にあるシリカフイ
ルム５１は、下方及び上方構造体に共通のものである。
上方構造体には、窒化珪素Ｓi3Ｎ4 又はＳｉＯｘＮｙ型
化合物から作られた実際の導波管４１の芯が含まれ、シ
リカフイルム５３が乗っている。ネットワーク４７及び
４９は、二つの前の構造体の間の光結合を確実に与え
る。図１６の構造体は、定数β１及びβ２について前に
述べた条件が満足されるならば、即ち、特に種々の導波
管の厚さ及び屈折率が適切で、ネットワーク４７及び４
９のピッチｐとコヒーレントになるならば、技術的に有
望になる。
及び３１のブロック２１及び２２の上にあるシリカフイ
ルム５１は、下方及び上方構造体に共通のものである。
上方構造体には、窒化珪素Ｓi3Ｎ4 又はＳｉＯｘＮｙ型
化合物から作られた実際の導波管４１の芯が含まれ、シ
リカフイルム５３が乗っている。ネットワーク４７及び
４９は、二つの前の構造体の間の光結合を確実に与え
る。図１６の構造体は、定数β１及びβ２について前に
述べた条件が満足されるならば、即ち、特に種々の導波
管の厚さ及び屈折率が適切で、ネットワーク４７及び４
９のピッチｐとコヒーレントになるならば、技術的に有
望になる。
【００９７】当業者には図１６の導波構造体をどのよう
にしたら具体化することができるかが分かるであろう
が、図１６ａ〜１６ｆは、この構造体を具体化するため
の主な段階を概略的に示しているものである。
にしたら具体化することができるかが分かるであろう
が、図１６ａ〜１６ｆは、この構造体を具体化するため
の主な段階を概略的に示しているものである。
【００９８】図１６ａは、シリカフイルム４５が乗って
いる珪素基体４３を示し、そのフイルムの上のブロック
１９、２１及び２２は慣用的手段で食刻されている。こ
の段階で到達した構造体は上から見た部分が図１６ｂに
示されている。
いる珪素基体４３を示し、そのフイルムの上のブロック
１９、２１及び２２は慣用的手段で食刻されている。こ
の段階で到達した構造体は上から見た部分が図１６ｂに
示されている。
【００９９】次の段階は、フイルム５１の屈折率とは異
なった屈折率を有する非導電性フイルムを付着し、次に
マスクを通して食刻することによりネットワーク４７及
び４９を実現することからなる。図１６ｄは、ネットワ
ーク４７及び４９が螺旋１０の導波管の両側に位置する
同じ構造体の、上から見た状態を示している。
なった屈折率を有する非導電性フイルムを付着し、次に
マスクを通して食刻することによりネットワーク４７及
び４９を実現することからなる。図１６ｄは、ネットワ
ーク４７及び４９が螺旋１０の導波管の両側に位置する
同じ構造体の、上から見た状態を示している。
【０１００】図１６ｅは、二つの構造体に共通な中間的
シリカフイルム５１を化学蒸着により付着させることを
示している。その時の装置の上から見た状態を図１６ｆ
に示してある。それは、導波管の芯４１を付着し、次に
食刻し、シリカ基体ＳｉＯ2 を付着させることによりそ
れを完成するだけで充分である。図１５の例の場合のよ
うに、付着物の各々の厚さは、各フイルムについて希望
される有効屈折率に従って当業者により選択される。
シリカフイルム５１を化学蒸着により付着させることを
示している。その時の装置の上から見た状態を図１６ｆ
に示してある。それは、導波管の芯４１を付着し、次に
食刻し、シリカ基体ＳｉＯ2 を付着させることによりそ
れを完成するだけで充分である。図１５の例の場合のよ
うに、付着物の各々の厚さは、各フイルムについて希望
される有効屈折率に従って当業者により選択される。
【０１０１】上述した本発明のセンサーは、一般に次の
化学的測定に適用することができる； − 気体の検出、 − 液体濃度の測定（ｐＨ、溶質濃度等）、 − 感応性非導電体による抗体移植又は移植拒否反応後
の抗原濃度の測定：この場合、唯一の差は、感応性非導
電体の厚さが非常に小さい（数十ｎｍ）ことである。移
植原理はよく知られており、特にシリカに関して知られ
ている。
化学的測定に適用することができる； − 気体の検出、 − 液体濃度の測定（ｐＨ、溶質濃度等）、 − 感応性非導電体による抗体移植又は移植拒否反応後
の抗原濃度の測定：この場合、唯一の差は、感応性非導
電体の厚さが非常に小さい（数十ｎｍ）ことである。移
植原理はよく知られており、特にシリカに関して知られ
ている。
【図１】本発明の装置の一態様を例示する上面図であ
る。
る。
【図２】本発明の装置の別の態様を例示する上面図であ
る。
る。
【図３】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の一
態様を例示する概略的断面図である。
態様を例示する概略的断面図である。
【図４】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の他
の態様を例示する概略的断面図である。
の態様を例示する概略的断面図である。
【図５】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の更
に他の態様を例示する概略的断面図である。
に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図６】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の更
に他の態様を例示する概略的断面図である。
に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図７】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の更
に他の態様を例示する概略的断面図である。
に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図８】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の更
に他の態様を例示する概略的断面図である。
に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図９】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の更
に他の態様を例示する概略的断面図である。
に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図１０】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図１１】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図１２】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図１３】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図１４】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
更に他の態様を例示する概略的断面図である。
【図１５】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の
一態様を例示する概略的断面図であり、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、ｆ、及びｇは一つの態様の交差ブリッジを形成
する方法の主な段階を示す図である。
一態様を例示する概略的断面図であり、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、ｆ、及びｇは一つの態様の交差ブリッジを形成
する方法の主な段階を示す図である。
【図１６】本発明のセンサーの螺旋を形成する導波管の
他の態様を例示する概略的断面図であり、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、及びｆは別の態様の交差ブリッジを形成する方
法の主な段階を示す図である。
他の態様を例示する概略的断面図であり、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、及びｆは別の態様の交差ブリッジを形成する方
法の主な段階を示す図である。
１０ 二重螺旋 １１ 導波管 １２ 導波管 １３ 基体 １４ 光源 １５ 第一光学的構成部分 １６ 第二光学的構成部分 １７ 検出器 ３１ カップラー ３２ カップラー
Claims (12)
- 【請求項１】 特に化学物質のための、集積された光学
的構成部分を有するセンサーにおいて、基体上に集積さ
れた、導波管と混成された二重螺旋で、光源から発した
光強度を二つの部分に分離することができる第一光学的
構成部分を通して光源からの信号を受け、それらの出力
信号を第二光学的構成部分を通って少なくとも一つの検
出器へ送る二重螺旋を有し、然も二つの導波管の第一の
ものは測定すべき物質の影響から隔離された基準導波管
であり、第二のものは測定すべき物質により影響を受け
る測定用導波管になっているセンサー。 - 【請求項２】 螺旋の入り口及び出口が基体の同じ側に
位置している請求項１に記載のセンサー。 - 【請求項３】 第二導波管が、測定すべき物質によって
直接に又は中継物質により間接的に影響を受ける請求項
１に記載のセンサー。 - 【請求項４】 強度の直接測定（選択的吸収率測定）、
又は出来れば吸収率の同時測定を伴った干渉計測定（実
際の屈折率測定）を行なうのに用いられる請求項１〜３
のいずれか１項に記載のセンサー。 - 【請求項５】 第二光学的構成部分が、第一の基準導波
管と第二の測定用導波管との間に惹き起こされた位相変
化を測定するために導波管の出力信号を干渉させること
ができる二芯カップラーか又は三芯カップラーである請
求項４に記載のセンサー。 - 【請求項６】 二芯カップラー又は好ましくは三芯カッ
プラーである第二光学的構成部分が、基準導波管と測定
用導波管に伴われたそれら導波管の間に配置された中心
導波管を有する請求項５に記載のセンサー。 - 【請求項７】 第二光学的構成部分が、二つの導波管
と、それら導波管の出口の光強度を検出するための二つ
の検出器とを接続することができる請求項４に記載のセ
ンサー。 - 【請求項８】 螺旋の入り口と出口部分で、二つの導波
管が基準導波管の構造と同じ構造を有する請求項１に記
載のセンサー。 - 【請求項９】 螺旋の入り口及び出口部分以外の所で
は、測定用導波管が測定を可能にする異なった構造を有
し、導波管の入り口及び出口部分と、中心の測定用部分
との結合が、断熱遷移によって行われる請求項８に記載
のセンサー。 - 【請求項１０】 螺旋の導波管の、その螺旋の二つの末
端部の一方との交差が、前記螺旋自身の面内での前記導
波管の直接の交差によって実現されており、種々の導波
管の交差角が好ましくは１０°より大きい請求項１に記
載のセンサー。 - 【請求項１１】 螺旋の導波管の二つの末端部の一方
と、ループの渦巻きとの交差が、二つの交差する導波構
造体を重ねることにより橋状に一つの上（又は下）の通
路の形で具体化されており、螺旋自身によって構成され
た下方の構造体が、該螺旋の導波管の両方の側の夫々入
り口（又は出口）末端部上に位置する二つのカップラー
によって上方交差構造体に光学的に結合されている請求
項１に記載のセンサー。 - 【請求項１２】 光導波管が、Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／Ｓi3Ｎ
4 ／ＳｉＯ2 （ＯＩＳ１）及びＳｉ／ＳｉＯ2 ／高屈折
率ＳｉＯ2 ／ＳｉＯ2 （ＯＩＳ２）構造体の一方により
具体化されている請求項１〜１１のいずれか１項に記載
のセンサー。
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