JPH1054916A - 光機械デバイス及び該デバイスを用いた光機械センサ - Google Patents
光機械デバイス及び該デバイスを用いた光機械センサInfo
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- JPH1054916A JPH1054916A JP9133000A JP13300097A JPH1054916A JP H1054916 A JPH1054916 A JP H1054916A JP 9133000 A JP9133000 A JP 9133000A JP 13300097 A JP13300097 A JP 13300097A JP H1054916 A JPH1054916 A JP H1054916A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高周波数に対して感度が良い、隣り合う出力
用導波路間のカップリングに伴う問題を避ける光機械デ
バイスを提供する。 【解決手段】 固定部（１０、１２）と、光導波路構造
（３４）、該固定部に接続された第１の固定端（３
０）、及び第２の移動端（３２）を有する移動部（２
８）とを有しており、前記移動部は、第１の方向（ｙ）
に変位可能であり、前記固定部は、Ｎ（Ｎ≧２）個の光
収集手段（２０、２２）と前記移動部の前記光導波路構
造（３４）に対向する多モードカプラ（２４）とを有し
ており、該多モードカプラから該Ｎ個の光収集手段へ光
信号を伝送することを可能としている光機械デバイスで
ある。
用導波路間のカップリングに伴う問題を避ける光機械デ
バイスを提供する。 【解決手段】 固定部（１０、１２）と、光導波路構造
（３４）、該固定部に接続された第１の固定端（３
０）、及び第２の移動端（３２）を有する移動部（２
８）とを有しており、前記移動部は、第１の方向（ｙ）
に変位可能であり、前記固定部は、Ｎ（Ｎ≧２）個の光
収集手段（２０、２２）と前記移動部の前記光導波路構
造（３４）に対向する多モードカプラ（２４）とを有し
ており、該多モードカプラから該Ｎ個の光収集手段へ光
信号を伝送することを可能としている光機械デバイスで
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光機械的分野に関
する。特に、本発明は、同一材料でエッチされた機械構
造を有する集積光導波路に関連するデバイスに関する。
これらのデバイスは、測量学的分野に特に関係する。
する。特に、本発明は、同一材料でエッチされた機械構
造を有する集積光導波路に関連するデバイスに関する。
これらのデバイスは、測量学的分野に特に関係する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】集積光
デバイス及びマイクロ機械の分野ではうまく分かれて発
展しているけれども、光機械はマイクロテクノロジの広
い分野における最近の進歩に起因する。
デバイス及びマイクロ機械の分野ではうまく分かれて発
展しているけれども、光機械はマイクロテクノロジの広
い分野における最近の進歩に起因する。
【０００３】光機械センサの分野では、１つ以上の固定
された光導波路の端部に対向する光導波路の端部の機械
的な変位を利用する。それは、測定すべき物理的な現象
（加速度、振動等）であり、導波路の端部の変位を生じ
る。
された光導波路の端部に対向する光導波路の端部の機械
的な変位を利用する。それは、測定すべき物理的な現象
（加速度、振動等）であり、導波路の端部の変位を生じ
る。
【０００４】光ファイバの分野において、この変位ｄを
測定するための非常に簡単な形態が図１に説明された方
法であり、２つの並列した光ファイバ６及び８の前部
に、自由端４を有する光ファイバ２を位置づけることか
らなる。これら各ファイバは、信号Ｓ1 及びＳ2 を伝送
する。
測定するための非常に簡単な形態が図１に説明された方
法であり、２つの並列した光ファイバ６及び８の前部
に、自由端４を有する光ファイバ２を位置づけることか
らなる。これら各ファイバは、信号Ｓ1 及びＳ2 を伝送
する。
【０００５】この形態では、２つの出力用ファイバから
の２つの光信号の差Ｓ1 −Ｓ2 を電気的に形成するセン
サによって受けられた加速度に比例する信号が得られ
る。このデバイスは、簡単ではあるが、特定の問題を生
じる。
の２つの光信号の差Ｓ1 −Ｓ2 を電気的に形成するセン
サによって受けられた加速度に比例する信号が得られ
る。このデバイスは、簡単ではあるが、特定の問題を生
じる。
【０００６】移動量が静加速度(static acceleration)
Ａに従う際に、該加速度Ａによって誘発された量の変位
Ｘは以下の非常に簡単な関係式によって与えられる。
Ａに従う際に、該加速度Ａによって誘発された量の変位
Ｘは以下の非常に簡単な関係式によって与えられる。
【数１】 ｆo は、該量の自然共振周波数である。移動量(mobile
mass) が振動を受ける際に、変位が該周波数ｆo より十
分に小さい周波数に対してもこの式によって与えられ
る。なおさら、変位は該周波数ｆo より大きい周波数に
はならない。従って、非常に感度の良いセンサ、即ち限
定された加速度に対してかなりの変位を伴う地震量(sei
smic mass)を有することを望むならば、共振周波数は非
常に低くなければならない。そのために高周波数での振
動を測定することが不可能となる。逆に、高い周波数の
振動を測定することが望まれる際に、より高い共振周波
数を有することが必要となり、その結果センサは大して
感度がよくならない。高い周波数に大して高感度のセン
サを有するためには、結果として移動量の極めて小さい
変位を検出することが必要となる。
mass) が振動を受ける際に、変位が該周波数ｆo より十
分に小さい周波数に対してもこの式によって与えられ
る。なおさら、変位は該周波数ｆo より大きい周波数に
はならない。従って、非常に感度の良いセンサ、即ち限
定された加速度に対してかなりの変位を伴う地震量(sei
smic mass)を有することを望むならば、共振周波数は非
常に低くなければならない。そのために高周波数での振
動を測定することが不可能となる。逆に、高い周波数の
振動を測定することが望まれる際に、より高い共振周波
数を有することが必要となり、その結果センサは大して
感度がよくならない。高い周波数に大して高感度のセン
サを有するためには、結果として移動量の極めて小さい
変位を検出することが必要となる。
【０００７】図１に関連して記載された前述のデバイス
は、光ファイバの自由端のかなりの変位を必要とする。
従って、光ファイバの直径が約１２５μｍであるとする
と、出力用光ファイバ６及び８の２つのコア間の最小間
隔は１２５μｍとなる。従って、該デバイスは光ファイ
バ２の自由端４の比較的大きい変位に対してわずかに高
感度となるだけであり、その結果、低周波数に限定され
る。
は、光ファイバの自由端のかなりの変位を必要とする。
従って、光ファイバの直径が約１２５μｍであるとする
と、出力用光ファイバ６及び８の２つのコア間の最小間
隔は１２５μｍとなる。従って、該デバイスは光ファイ
バ２の自由端４の比較的大きい変位に対してわずかに高
感度となるだけであり、その結果、低周波数に限定され
る。
【０００８】このデバイスは、ファイバの比較的大きい
直径によって限定された感度を有しており、より良い感
度を得るために２つの出力用ファイバを一緒に動かすこ
とを可能としている。更に、該デバイスは、その効率特
性が３本のファイバの正確な位置付けに非常に大きく依
存するため、製造するのが非常に難しい。
直径によって限定された感度を有しており、より良い感
度を得るために２つの出力用ファイバを一緒に動かすこ
とを可能としている。更に、該デバイスは、その効率特
性が３本のファイバの正確な位置付けに非常に大きく依
存するため、製造するのが非常に難しい。
【０００９】集積マイクロ光機械のこのようなセンサを
製造することが可能となる。該センサは、同一原理で常
に作用する。感度は、２つの固定された出力用導波路を
一緒に動かすことを可能とすることによって改善され
る。より特定すると、導波路が基板上の層をデポジット
し且つエッチングすることによって製造されるような、
共により接近する２つの固定された出力用導波路と、移
動導波路に対して完全な一直線にする方法で得ることが
できる。これは、より高感度なセンサを与え、即ちより
高い周波数を測定できる。
製造することが可能となる。該センサは、同一原理で常
に作用する。感度は、２つの固定された出力用導波路を
一緒に動かすことを可能とすることによって改善され
る。より特定すると、導波路が基板上の層をデポジット
し且つエッチングすることによって製造されるような、
共により接近する２つの固定された出力用導波路と、移
動導波路に対して完全な一直線にする方法で得ることが
できる。これは、より高感度なセンサを与え、即ちより
高い周波数を測定できる。
【００１０】しかしながら、この形態もまた問題を生じ
る。従って、２つの出力用光導波路は、互いに過度に接
近させることはできない。なぜなら、この場合、それら
の間の光エネルギを交換し、複数の出力信号の差が加速
度に比例しなくなる。従って、センサ感度が再び限定さ
れる。
る。従って、２つの出力用光導波路は、互いに過度に接
近させることはできない。なぜなら、この場合、それら
の間の光エネルギを交換し、複数の出力信号の差が加速
度に比例しなくなる。従って、センサ感度が再び限定さ
れる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は光機械デバイス
を提案しており、その構造は公知のデバイスと比較して
感度を改善することを可能とする。
を提案しており、その構造は公知のデバイスと比較して
感度を改善することを可能とする。
【００１２】より詳細に、本発明は、固定部と、光導波
路構造、該固定部に接続された第１の固定端、及び第２
の移動端を有する移動部とを有しており、前記移動部
は、第１の方向（ｙ）に変位可能であり、前記固定部
は、Ｎ（Ｎ≧２）個の光収集手段と前記移動部の前記光
導波路構造に対向する多モードカプラとを有しており、
該多モードカプラから該Ｎ個の光収集手段へ光信号を伝
送することを可能としている光機械デバイスに関連す
る。
路構造、該固定部に接続された第１の固定端、及び第２
の移動端を有する移動部とを有しており、前記移動部
は、第１の方向（ｙ）に変位可能であり、前記固定部
は、Ｎ（Ｎ≧２）個の光収集手段と前記移動部の前記光
導波路構造に対向する多モードカプラとを有しており、
該多モードカプラから該Ｎ個の光収集手段へ光信号を伝
送することを可能としている光機械デバイスに関連す
る。
【００１３】このデバイスは、隣り合う出力用導波路間
のカップリングに伴う問題を避ける。
のカップリングに伴う問題を避ける。
【００１４】移動部に対して同一特性、及びそれゆえの
同一共振周波数を有している他のデバイスと比較して、
本発明によるデバイスの中で、多モードカプラの存在
は、同一加速度でより良い感度を得ることができる。従
って、本発明によるデバイスは、高い振動周波数に対し
て感度が良くなる。
同一共振周波数を有している他のデバイスと比較して、
本発明によるデバイスの中で、多モードカプラの存在
は、同一加速度でより良い感度を得ることができる。従
って、本発明によるデバイスは、高い振動周波数に対し
て感度が良くなる。
【００１５】多モードカプラは、多モード導波路、即ち
エネルギを交換することができるように分布された単一
モード導波路の組であり、これは、カプラの入力部に向
けられた光ビームの分布が単一最大値を有する際に、カ
プラの出力部においてこの分布をＮ（Ｎ≧２）個の最大
値を有する分布へ変換することが可能となる。
エネルギを交換することができるように分布された単一
モード導波路の組であり、これは、カプラの入力部に向
けられた光ビームの分布が単一最大値を有する際に、カ
プラの出力部においてこの分布をＮ（Ｎ≧２）個の最大
値を有する分布へ変換することが可能となる。
【００１６】カプラの出力部におけるＮ個の収集手段
は、光導波路若しくは光ファイバ又は検出器によって形
成でき、２又は３個のこれらの手段の結合によっても形
成できる。
は、光導波路若しくは光ファイバ又は検出器によって形
成でき、２又は３個のこれらの手段の結合によっても形
成できる。
【００１７】Ｎ個の検出器の場合、各々供給する信号Ｓ
i （ｉ＝１…Ｎ）手段は、複数の信号Ｓi の結合を表す
１つの信号を伝えるために提供される。この信号は、例
えば量Σλi Ｓi を表する信号であり、λi は信号Ｓi
の重み係数である。Ｎ＝２に関連する結合は、差Ｓ1 −
Ｓ2 に比例する信号であり、比較的小さい変位に対して
準線形となる。
i （ｉ＝１…Ｎ）手段は、複数の信号Ｓi の結合を表す
１つの信号を伝えるために提供される。この信号は、例
えば量Σλi Ｓi を表する信号であり、λi は信号Ｓi
の重み係数である。Ｎ＝２に関連する結合は、差Ｓ1 −
Ｓ2 に比例する信号であり、比較的小さい変位に対して
準線形となる。
【００１８】更に、Ｎ＝２について、信号処理手段は、
量Ｓ1 −Ｓ2 ／Ｓ1 ＋Ｓ 2を表する信号を伝えるために
提供され、移動導波路のより大きい変位距離を越える準
線形信号を与える。
量Ｓ1 −Ｓ2 ／Ｓ1 ＋Ｓ 2を表する信号を伝えるために
提供され、移動導波路のより大きい変位距離を越える準
線形信号を与える。
【００１９】収集手段がＮ個の光導波路である場合、光
ファイバは該出力用光導波路の伸長部において提供され
る。迷光を取り除くために、リフレクタはファイバの１
つの入力部の前部に位置づけられる。更に、ファイバ
は、固定部内のホール内に挿入され、該ホールは少なく
とも１つのポイントで拡幅される。これらの拡幅は、フ
ァイバを保持するために光接着剤の供給を容易にする。
ファイバは該出力用光導波路の伸長部において提供され
る。迷光を取り除くために、リフレクタはファイバの１
つの入力部の前部に位置づけられる。更に、ファイバ
は、固定部内のホール内に挿入され、該ホールは少なく
とも１つのポイントで拡幅される。これらの拡幅は、フ
ァイバを保持するために光接着剤の供給を容易にする。
【００２０】更に、光を、入力用光ファイバ及び入力用
光導波路によって移動部に供給できる。これらの状態の
下で、デバイスはまた、入力用光導波路の両側における
入力用光ファイバの出力部に複数のリフレクタを有す
る。
光導波路によって移動部に供給できる。これらの状態の
下で、デバイスはまた、入力用光導波路の両側における
入力用光ファイバの出力部に複数のリフレクタを有す
る。
【００２１】移動部のより大きい変位を得るために、特
にその移動端において、重くされ又は安定される。
にその移動端において、重くされ又は安定される。
【００２２】第２の方向の前記移動部の偏差問題を解決
するために、該移動部のひずみを補償するための手段を
提供することが可能となる。これらの手段は、例えば少
なくとも１つの補償アームを有しており、該アームは、
第１の方向の変位を妨げることのない該第１の方向に十
分な可撓性と、第２の方向のひずみを限定する該第２の
方向に十分な剛性とを有している。結果として、様々な
異なるアームの形状（Ｕ型で直角で直線状）を描くこと
ができる。
するために、該移動部のひずみを補償するための手段を
提供することが可能となる。これらの手段は、例えば少
なくとも１つの補償アームを有しており、該アームは、
第１の方向の変位を妨げることのない該第１の方向に十
分な可撓性と、第２の方向のひずみを限定する該第２の
方向に十分な剛性とを有している。結果として、様々な
異なるアームの形状（Ｕ型で直角で直線状）を描くこと
ができる。
【００２３】本発明は、また、前述されたタイプのデバ
イスを備えている光機械センサにも関する。
イスを備えている光機械センサにも関する。
【００２４】本発明は、更に、仏国特許公開公報第２，
６６０，４４４号に記載されるような電気的又は電磁的
な制御手段が移動部に加えられた、光スイッチの製造に
も用途がある。
６６０，４４４号に記載されるような電気的又は電磁的
な制御手段が移動部に加えられた、光スイッチの製造に
も用途がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の特徴及び効果は、添付さ
れた図面を参照して、以下の何ら限定されない実施形態
の記載からより明らかとなる。
れた図面を参照して、以下の何ら限定されない実施形態
の記載からより明らかとなる。
【００２６】本発明の第１の実施形態は、図２と共に以
下に記載されている。この実施形態において、光収集手
段は光出力用導波路、光ファイバ及び検出器を備えてい
る。
下に記載されている。この実施形態において、光収集手
段は光出力用導波路、光ファイバ及び検出器を備えてい
る。
【００２７】より特定すれば、前記デバイスは、平面層
即ち（１つ以上の層から形成された）導波路構造１０を
備えている。これは、例えば単結晶シリコンである基板
１２上に作られており、互いに平行で且つ例えばクリー
ビングすることによって得られる入力面Ｅ及び出力面Ｓ
を有している。該導波路構造１０は、例えば８〜１２μ
ｍの厚さのシリコン酸化緩衝層１４と、２〜１０μｍの
厚さのシリカ上部層１６とを有しており、特定用途によ
ってはシリカ上部層１６を空気と置き換えることができ
る。
即ち（１つ以上の層から形成された）導波路構造１０を
備えている。これは、例えば単結晶シリコンである基板
１２上に作られており、互いに平行で且つ例えばクリー
ビングすることによって得られる入力面Ｅ及び出力面Ｓ
を有している。該導波路構造１０は、例えば８〜１２μ
ｍの厚さのシリコン酸化緩衝層１４と、２〜１０μｍの
厚さのシリカ上部層１６とを有しており、特定用途によ
ってはシリカ上部層１６を空気と置き換えることができ
る。
【００２８】導波路構造はまた、入力用マイクロ導波路
１６とシリコン酸化物の２つの出力用マイクロ導波路２
０及び２２とを備え、例えばリンによってドープされて
おり、２〜６μｍの高さで且つ２〜８μｍの幅を有す
る。同様に、多モードカプラ２４は、通常の幅１０〜５
０μｍに対して実質的に同じ高さ（２〜６μｍ）を有す
る。マイクロ導波路１８、２０及び２２は、ｘ方向に平
行であり、平面層又は導波路構造１０の最大表面９にそ
れ自身平行となり、導波路構造１０を横切って凹部２６
の両側に位置づけられている。
１６とシリコン酸化物の２つの出力用マイクロ導波路２
０及び２２とを備え、例えばリンによってドープされて
おり、２〜６μｍの高さで且つ２〜８μｍの幅を有す
る。同様に、多モードカプラ２４は、通常の幅１０〜５
０μｍに対して実質的に同じ高さ（２〜６μｍ）を有す
る。マイクロ導波路１８、２０及び２２は、ｘ方向に平
行であり、平面層又は導波路構造１０の最大表面９にそ
れ自身平行となり、導波路構造１０を横切って凹部２６
の両側に位置づけられている。
【００２９】前述において導波路構造の一実施形態を与
えているが、本発明は、例えばガラス若しくはリチウム
ニオブ塩酸の基板のイオン交換によって、又はＳｉ3 Ｎ
4 、ＳｉＯx Ｎy 、ＡｓＧａ、ＩｎＰ等のシリカの層の
デポジッション若しくはエッチングによって得られるよ
うな他のタイプの構造にも適用できる。
えているが、本発明は、例えばガラス若しくはリチウム
ニオブ塩酸の基板のイオン交換によって、又はＳｉ3 Ｎ
4 、ＳｉＯx Ｎy 、ＡｓＧａ、ＩｎＰ等のシリカの層の
デポジッション若しくはエッチングによって得られるよ
うな他のタイプの構造にも適用できる。
【００３０】凹部２６は、導波路構造１０及び基板１２
の中で、ｘ方向と平行な静止状態において向けられる可
撓ビーム２８を規定する。該ビームは、凹部２６内でｙ
方向に変位でき、導波路構造表面９に平行で且つｘ方向
に垂直となる。このビーム２８は、固定部をなす固定端
３０と、凹部２６内で変位可能な自由端３２とを有す
る。入力用マイクロ導波路１８の伸長部の中で、中央マ
イクロ導波路３４は、ビーム２８の全長にわたって伸長
しており、その端３６はそれらの端３２において発射す
る。
の中で、ｘ方向と平行な静止状態において向けられる可
撓ビーム２８を規定する。該ビームは、凹部２６内でｙ
方向に変位でき、導波路構造表面９に平行で且つｘ方向
に垂直となる。このビーム２８は、固定部をなす固定端
３０と、凹部２６内で変位可能な自由端３２とを有す
る。入力用マイクロ導波路１８の伸長部の中で、中央マ
イクロ導波路３４は、ビーム２８の全長にわたって伸長
しており、その端３６はそれらの端３２において発射す
る。
【００３１】多モードカプラ２４は、マイクロ導波路３
４の端部３６に対向して位置づけられる。専門用語の多
モードカプラは、いくつかの伝搬モード又はいくつかの
単一モード導波路を有する多モード導波路又はカプラを
意味するものとして知られている。
４の端部３６に対向して位置づけられる。専門用語の多
モードカプラは、いくつかの伝搬モード又はいくつかの
単一モード導波路を有する多モード導波路又はカプラを
意味するものとして知られている。
【００３２】多モードカプラ２４を直線状にできる（図
３）が、図３の中で破線で示されたように漏斗状にもで
きる。多モードカプラ２４は、たとえ導波路が直線状か
又は漏斗状であっても、図３における対称軸ＡＡ´を有
する。
３）が、図３の中で破線で示されたように漏斗状にもで
きる。多モードカプラ２４は、たとえ導波路が直線状か
又は漏斗状であっても、図３における対称軸ＡＡ´を有
する。
【００３３】多モードカプラ２４の長さＬは、移動部の
マイクロ導波路（可撓ビーム）からの光信号が、Ｎ個の
光収集手段に伝送されるようにする。カプラの入力部へ
向けられた投射ビームＩが単一最大値で強度分布を有す
る際に、出力ビームがＮ≧２のＮ個の最大値を有して得
られるようなＬにするのが好ましい。
マイクロ導波路（可撓ビーム）からの光信号が、Ｎ個の
光収集手段に伝送されるようにする。カプラの入力部へ
向けられた投射ビームＩが単一最大値で強度分布を有す
る際に、出力ビームがＮ≧２のＮ個の最大値を有して得
られるようなＬにするのが好ましい。
【００３４】このような結果を得るための状態は、例え
ば、R.Ulrichらによる論文「Self imaging in homogene
ous planar optical waveguides 」、Applied Physics
Letters 、第２７巻、第６号、１９７５年９月１５日、
３３７〜３３９頁の中の多モードカプラについて記載さ
れた分析方法によって提供される。
ば、R.Ulrichらによる論文「Self imaging in homogene
ous planar optical waveguides 」、Applied Physics
Letters 、第２７巻、第６号、１９７５年９月１５日、
３３７〜３３９頁の中の多モードカプラについて記載さ
れた分析方法によって提供される。
【００３５】この論文により且つ図４に説明されたよう
に、平行又は漏斗状のどちらか一方の任意の多モードカ
プラ２４、及びカプラ内での任意の目的ポイントＰに対
して、光伝搬方向のＰの流れにおけるカプラの異なるポ
イントＱ1 及びＱ2 等におけるＰの単一撮像、及び（例
えば図４のＲ1 、Ｒ2 及びＲ3 における）中間位置にあ
るＰの多重の撮像の現実の特定数が存在する。
に、平行又は漏斗状のどちらか一方の任意の多モードカ
プラ２４、及びカプラ内での任意の目的ポイントＰに対
して、光伝搬方向のＰの流れにおけるカプラの異なるポ
イントＱ1 及びＱ2 等におけるＰの単一撮像、及び（例
えば図４のＲ1 、Ｒ2 及びＲ3 における）中間位置にあ
るＰの多重の撮像の現実の特定数が存在する。
【００３６】収差及び分解問題は、R.Ulrichらによる論
文「Resolution of self-images inplanar optical wav
eguides」、the Journal of the Optical Society of A
merica 出版、第６８巻、第５号、１９７８年、５８３
〜５９２頁の中でも研究されている。
文「Resolution of self-images inplanar optical wav
eguides」、the Journal of the Optical Society of A
merica 出版、第６８巻、第５号、１９７８年、５８３
〜５９２頁の中でも研究されている。
【００３７】たとえ多モードカプラに特徴があっても、
入力部における単一最大値で分布に対して出力部におけ
るいくつかの最大値を有する強度分布を得るために必要
な長さを決定することも可能となる。これは、M.D.Feit
らによる論文「Light propagation in graded-index op
tical fibers」、Applied Optics、１９７８年、第１７
巻、第２４号、３９９０〜３９９８頁、G.R.Hadleyによ
る論文「Transparentboundary condition for beam pro
pagation 」、Optics Letters、１９９１年、第１６
巻、第９号、６２４〜６２６頁、及びChung らによる論
文「An assessment of finite difference beam propag
ation method」、IEEE Journal of Quantum Electronic
s 、第２６巻、第８号、１３３５〜１３３９頁に記載さ
れているような、ビーム伝搬方式（ＢＰＭ）及びそれら
の変形のようなデジタル方式を提供することによる。こ
のデジタル計算方式は、前述した分析方式よりもより精
度の高い波動方程式の解に基づいている。更に、このデ
ジタル方式に基づくコンピュータソフトウェアが市販さ
れている。例えば、カナダのQuebecにおけるNationalOp
tics institute Bulletin、Special Edition 、1991年
に記載のBPM CAD がある。
入力部における単一最大値で分布に対して出力部におけ
るいくつかの最大値を有する強度分布を得るために必要
な長さを決定することも可能となる。これは、M.D.Feit
らによる論文「Light propagation in graded-index op
tical fibers」、Applied Optics、１９７８年、第１７
巻、第２４号、３９９０〜３９９８頁、G.R.Hadleyによ
る論文「Transparentboundary condition for beam pro
pagation 」、Optics Letters、１９９１年、第１６
巻、第９号、６２４〜６２６頁、及びChung らによる論
文「An assessment of finite difference beam propag
ation method」、IEEE Journal of Quantum Electronic
s 、第２６巻、第８号、１３３５〜１３３９頁に記載さ
れているような、ビーム伝搬方式（ＢＰＭ）及びそれら
の変形のようなデジタル方式を提供することによる。こ
のデジタル計算方式は、前述した分析方式よりもより精
度の高い波動方程式の解に基づいている。更に、このデ
ジタル方式に基づくコンピュータソフトウェアが市販さ
れている。例えば、カナダのQuebecにおけるNationalOp
tics institute Bulletin、Special Edition 、1991年
に記載のBPM CAD がある。
【００３８】幅広い多モードカプラ２４の代わりに、い
くつかの好ましい平行な単一モード導波路を選択して用
いることが可能となる。これはエネルギを交換するそれ
ら複数のモードを有効にするように共に十分に近接され
ている。実際に、隣接した単一モード導波路は、互いの
間隔が１０μｍよりも小さく、好ましくは５μｍよりも
小さくしなければならない。単一モード導波路の幅は約
１〜２μｍである。多モードカプラ、即ち入力部におい
て単一最大値を有する強度分布に対して、出力部におい
ていくつかの最大値を有する強度分布を有するような、
同一結果を得るために必要な長さは、例えば前述のよう
な同じデジタル方式を適用することによって得られる。
くつかの好ましい平行な単一モード導波路を選択して用
いることが可能となる。これはエネルギを交換するそれ
ら複数のモードを有効にするように共に十分に近接され
ている。実際に、隣接した単一モード導波路は、互いの
間隔が１０μｍよりも小さく、好ましくは５μｍよりも
小さくしなければならない。単一モード導波路の幅は約
１〜２μｍである。多モードカプラ、即ち入力部におい
て単一最大値を有する強度分布に対して、出力部におい
ていくつかの最大値を有する強度分布を有するような、
同一結果を得るために必要な長さは、例えば前述のよう
な同じデジタル方式を適用することによって得られる。
【００３９】このような多モードカプラの動作は、図５
Ａ〜図５Ｃと共に説明される。これは、幅Ｗ及び長さＬ
が以下のように選択されるカプラの一例に関係する。シ
ステムが動作しないならば、即ち、入力ビームＩE がカ
プラの対称軸上の中心におかれて単一最大値を有する強
度分布を有するならば、その出力部における強度分布
が、カプラの対称軸に対して対称に分布された４つのポ
イントＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3及びＭ4 において４つの最大値
を得ることができるように選択される（前記その４つの
撮像が出力で得られる）。
Ａ〜図５Ｃと共に説明される。これは、幅Ｗ及び長さＬ
が以下のように選択されるカプラの一例に関係する。シ
ステムが動作しないならば、即ち、入力ビームＩE がカ
プラの対称軸上の中心におかれて単一最大値を有する強
度分布を有するならば、その出力部における強度分布
が、カプラの対称軸に対して対称に分布された４つのポ
イントＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3及びＭ4 において４つの最大値
を得ることができるように選択される（前記その４つの
撮像が出力で得られる）。
【００４０】図５Ａはカプラの入力部及び出力部におけ
る強度分布を概略的に表している。図５Ｂは、出力部に
おける撮像分布をより詳細に表している。動作しない際
に、Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3 及びＭ4 のそれぞれにおいて測定
された強度Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3及びＩ4 は等しくなる。 Ｉ1 ＝Ｉ2 ＝Ｉ3 ＝Ｉ4
る強度分布を概略的に表している。図５Ｂは、出力部に
おける撮像分布をより詳細に表している。動作しない際
に、Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3 及びＭ4 のそれぞれにおいて測定
された強度Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ3及びＩ4 は等しくなる。 Ｉ1 ＝Ｉ2 ＝Ｉ3 ＝Ｉ4
【００４１】入力ビームが中心からはずれた際に、多モ
ードカプラの出力部における強度分布は、アンバランス
で、この理由により軸ＡＡ′に対して非対称になる。こ
れは、カプラの出力部における詳細な強度分布の発生を
表している図５Ｃに説明される。
ードカプラの出力部における強度分布は、アンバランス
で、この理由により軸ＡＡ′に対して非対称になる。こ
れは、カプラの出力部における詳細な強度分布の発生を
表している図５Ｃに説明される。
【００４２】カプラの場合、この特徴は、入力部におけ
る１個の最大値に対してＮ＝２個の最大値が出力部にお
いて得られるようになっており、動作原理は同じであ
る。従って、入力ビームの最大値が変位された際に、出
力部において発生された信号の強度分布のアンバランス
が存在する。
る１個の最大値に対してＮ＝２個の最大値が出力部にお
いて得られるようになっており、動作原理は同じであ
る。従って、入力ビームの最大値が変位された際に、出
力部において発生された信号の強度分布のアンバランス
が存在する。
【００４３】本発明によるデバイス又はセンサの動作は
以下のようになる。図２には表されていないが、光信号
は、（例えば波長０．７８μｍで）放射源によって発生
され、入力用光ファイバ１７とマイクロ導波路１８及び
多モードカプラ２４の方向の３４とによって伝送され
る。多モードカプラ２４の出力部において、Ｎ個の出力
用導波路２０及び２２（図２ではＮ＝２）が、光検出器
４２及び４４に接続されたＮ個の光ファイバ３８及び４
０への放射を伝達する。各出力用マイクロ導波路は、入
力用ビームがカプラの入力部の中央になされた際に、カ
プラの出力部において１つの最大値の形態位置に位置づ
けられる。各検出器は、その出力部に配置された光ファ
イバによって伝送された光信号を表す信号を伝える。最
後に、これらの検出器は、供給する複数信号の処理のた
めに手段４６へ接続される。
以下のようになる。図２には表されていないが、光信号
は、（例えば波長０．７８μｍで）放射源によって発生
され、入力用光ファイバ１７とマイクロ導波路１８及び
多モードカプラ２４の方向の３４とによって伝送され
る。多モードカプラ２４の出力部において、Ｎ個の出力
用導波路２０及び２２（図２ではＮ＝２）が、光検出器
４２及び４４に接続されたＮ個の光ファイバ３８及び４
０への放射を伝達する。各出力用マイクロ導波路は、入
力用ビームがカプラの入力部の中央になされた際に、カ
プラの出力部において１つの最大値の形態位置に位置づ
けられる。各検出器は、その出力部に配置された光ファ
イバによって伝送された光信号を表す信号を伝える。最
後に、これらの検出器は、供給する複数信号の処理のた
めに手段４６へ接続される。
【００４４】手段４６による複数信号の処理は、いくつ
かの異なる方法で行うことができる。例えば、アナログ
−デジタルコンバータを有する光検出器によって供給さ
れた各信号をデジタル化し、それによりマイクロプロセ
ッサを伴うデジタル処理を行うことが可能となる。複数
の光検出器によって供給された信号に対して、増幅器又
は演算増幅器タイプの回路によってアナログ処理をさせ
ることもできる。
かの異なる方法で行うことができる。例えば、アナログ
−デジタルコンバータを有する光検出器によって供給さ
れた各信号をデジタル化し、それによりマイクロプロセ
ッサを伴うデジタル処理を行うことが可能となる。複数
の光検出器によって供給された信号に対して、増幅器又
は演算増幅器タイプの回路によってアナログ処理をさせ
ることもできる。
【００４５】デバイス４６はまた、測定量による異なる
動作、特に互いにこれらの量を結合する動作を行うため
の手段を集積している（結合
動作、特に互いにこれらの量を結合する動作を行うため
の手段を集積している（結合
【数２】 は、例えばλi が検出器ｉから来る信号Ｓi の重み係数
となるように形成されている）。データの記憶のために
必要などんな手段をも明確に集積することができる。
となるように形成されている）。データの記憶のために
必要などんな手段をも明確に集積することができる。
【００４６】例えば、振動又は加速度が発生する際に、
ビーム８の自由端がｙ方向に移動する。これは多モード
カプラの出力部における放射の分布、それゆえのＮ個の
出力用導波路２０及び２２によって伝送された放射、そ
の結果として検出器４２及び４４によって発生された信
号を修正する。従って、前述したように、変位ｄy は、
関係式
ビーム８の自由端がｙ方向に移動する。これは多モード
カプラの出力部における放射の分布、それゆえのＮ個の
出力用導波路２０及び２２によって伝送された放射、そ
の結果として検出器４２及び４４によって発生された信
号を修正する。従って、前述したように、変位ｄy は、
関係式
【数３】 によって振動の加速度γにつながり、ここでのｆo は、
ビーム２８の自然共振周波数である。
ビーム２８の自然共振周波数である。
【００４７】一般的な表現として、本発明によるデバイ
ス又はセンサの設計は、好ましくは特定の最小加速度γ
min から特定の最大加速度γmax までの所望の加速度測
定範囲と、特定の周波数ｆmin から特定の測定周波数ｆ
max までの所望の測定周波数範囲とを明示する仕様書に
よって導かれる。
ス又はセンサの設計は、好ましくは特定の最小加速度γ
min から特定の最大加速度γmax までの所望の加速度測
定範囲と、特定の周波数ｆmin から特定の測定周波数ｆ
max までの所望の測定周波数範囲とを明示する仕様書に
よって導かれる。
【００４８】更に、センサはフラット周波数応答を有す
るのが好ましく、即ち信号対加速度比が特定の精度ε
（通常ε＝１％、２％又は５％）を伴う加速度の周波数
と一定でなければならない。一般的な表現における周波
数の作用として地震量の変位ｄy は、図６に示された形
態を有する。次いで、最大線形測定周波数ｆmax は、関
係式
るのが好ましく、即ち信号対加速度比が特定の精度ε
（通常ε＝１％、２％又は５％）を伴う加速度の周波数
と一定でなければならない。一般的な表現における周波
数の作用として地震量の変位ｄy は、図６に示された形
態を有する。次いで、最大線形測定周波数ｆmax は、関
係式
【数４】 によって与えられる。ここでのｆo は、地震量の共振周
波数であり、ｆmax 及びεは、仕様書によって与えられ
る。従って、この関係式は、共振周波数ｆo を固定する
ことが可能となる。ｆo が得られただけで、加速度γの
作用としての地震量の変位ｄy が、前述の関係式（１）
によって与えられる。
波数であり、ｆmax 及びεは、仕様書によって与えられ
る。従って、この関係式は、共振周波数ｆo を固定する
ことが可能となる。ｆo が得られただけで、加速度γの
作用としての地震量の変位ｄy が、前述の関係式（１）
によって与えられる。
【００４９】従って、加速度γがかかる際に、地震量の
大きさは、特定の変位ｄy を得るために構造のジオメト
リ寸法を固定することになる。
大きさは、特定の変位ｄy を得るために構造のジオメト
リ寸法を固定することになる。
【００５０】図７Ａ及び図７Ｂは、比較的似せて表され
ている。図７Ａにおいては、多モードカプラを有さない
センサについてである。ビームのマイクロ導波路は、２
つの出力用マイクロ導波路に対向する。マイクロビーム
は、その静止位置に対して変位された位置にもたらされ
る。従って、２つの導波路の入力部の間の伝送された投
射ビームが該２つの導波路の中央に対して０．５μｍだ
け変位される。図７Ｂにおいては、多モードカプラを有
するセンサについてである。マイクロビームは、図７Ａ
に関して同じ量だけ変位される（破線によって示された
カプラの軸に対して０．５μｍ）。
ている。図７Ａにおいては、多モードカプラを有さない
センサについてである。ビームのマイクロ導波路は、２
つの出力用マイクロ導波路に対向する。マイクロビーム
は、その静止位置に対して変位された位置にもたらされ
る。従って、２つの導波路の入力部の間の伝送された投
射ビームが該２つの導波路の中央に対して０．５μｍだ
け変位される。図７Ｂにおいては、多モードカプラを有
するセンサについてである。マイクロビームは、図７Ａ
に関して同じ量だけ変位される（破線によって示された
カプラの軸に対して０．５μｍ）。
【００５１】図７Ａによる第１の場合、かなりの光損失
があり、２つの導波路の出力部において伝送された信号
はごくわずかな差しかない。第２の場合、出力用導波路
においてより大きいエネルギが存在するので、結果は明
らかによくなる。更に、基部の出力用導波路における光
強度は、先端の出力用導波路内よりもより大きくなる。
従って、信号は前述の場合よりもより大きくなる。
があり、２つの導波路の出力部において伝送された信号
はごくわずかな差しかない。第２の場合、出力用導波路
においてより大きいエネルギが存在するので、結果は明
らかによくなる。更に、基部の出力用導波路における光
強度は、先端の出力用導波路内よりもより大きくなる。
従って、信号は前述の場合よりもより大きくなる。
【００５２】この相対的な例は、多モードカプラの挿入
が、従来のデバイスの感度が良くないために見えなかっ
たマイクロビームの変位を明らかにすることを表してい
る。更に、多モード導波路の使用は、移動導波路からの
光エネルギの部分の損失を避けており、従って信号対ノ
イズ比が改善される。
が、従来のデバイスの感度が良くないために見えなかっ
たマイクロビームの変位を明らかにすることを表してい
る。更に、多モード導波路の使用は、移動導波路からの
光エネルギの部分の損失を避けており、従って信号対ノ
イズ比が改善される。
【００５３】図８は、本発明によれば、移動導波路変位
ｄy の作用として、センサ又はデバイスからの信号Ｓを
表している。２つの出力用検出器（Ｎ＝２）は、それぞ
れ、信号Ｓ1 及びＳ 2を供給する。図８は、信号Ｓ＝Ｓ
1 ＋Ｓ 2の差が比較的小さい変位に対して準線形信号を
得ることが可能となることを表している（完全線形応答
は、破線形状で表された直線状の線Δである）。処理
（Ｓ1 ＋Ｓ 2）／（Ｓ1＋Ｓ 2）を行うために、準線形
信号は移動導波路のより大きい変位範囲を越えて得られ
る。
ｄy の作用として、センサ又はデバイスからの信号Ｓを
表している。２つの出力用検出器（Ｎ＝２）は、それぞ
れ、信号Ｓ1 及びＳ 2を供給する。図８は、信号Ｓ＝Ｓ
1 ＋Ｓ 2の差が比較的小さい変位に対して準線形信号を
得ることが可能となることを表している（完全線形応答
は、破線形状で表された直線状の線Δである）。処理
（Ｓ1 ＋Ｓ 2）／（Ｓ1＋Ｓ 2）を行うために、準線形
信号は移動導波路のより大きい変位範囲を越えて得られ
る。
【００５４】図９Ａに説明されたように、本発明による
デバイスを平面図で表しており、参照符号は、図２と同
様である。各出力用導波路２０及び２２の両側及び出力
用光ファイバ３８及び４０への該導波路の接続の前部に
リフレクタ６０、６２、６４及び６６を追加することが
可能となる。
デバイスを平面図で表しており、参照符号は、図２と同
様である。各出力用導波路２０及び２２の両側及び出力
用光ファイバ３８及び４０への該導波路の接続の前部に
リフレクタ６０、６２、６４及び６６を追加することが
可能となる。
【００５５】これらリフレクタの機能は、図９Ｂによっ
てより精確に説明されており、出力用導波路２０の端部
と、光ファイバ３８の接続と、２つのリフレクタ６０及
び６２を表している。図９Ｂに説明された例において、
リフレクタは機械的構造（構造１４及び１６並びに導波
路２０及び２２）及びファイバ受入ホールに対して用い
られた製造工程中のデバイスからくり抜かれた矩形状に
なる。
てより精確に説明されており、出力用導波路２０の端部
と、光ファイバ３８の接続と、２つのリフレクタ６０及
び６２を表している。図９Ｂに説明された例において、
リフレクタは機械的構造（構造１４及び１６並びに導波
路２０及び２２）及びファイバ受入ホールに対して用い
られた製造工程中のデバイスからくり抜かれた矩形状に
なる。
【００５６】複数のリフレクタは、取り巻く媒体の屈折
率ｎ1 よりも小さい屈折率ｎ2 を有さなければならな
い。従って、くり抜かれたホールは、屈折率ｎ2 の材料
を有しなければならず、金属層、又は空気（ｎair ＝
１）若しくは真空（ｎvacuum＝１）のような気体にでき
る。
率ｎ1 よりも小さい屈折率ｎ2 を有さなければならな
い。従って、くり抜かれたホールは、屈折率ｎ2 の材料
を有しなければならず、金属層、又は空気（ｎair ＝
１）若しくは真空（ｎvacuum＝１）のような気体にでき
る。
【００５７】更に、光ファイバは、その受入円錐角α(a
cceptance cone of angle)によって特徴づけられる。ビ
ームの角度が該受入円錐角αよりも小さいならば、ビー
ムが出力用光ファイバに再び入り且つ導かれる。その角
度がαを越えるならば、出力用光ファイバによって導か
れない。
cceptance cone of angle)によって特徴づけられる。ビ
ームの角度が該受入円錐角αよりも小さいならば、ビー
ムが出力用光ファイバに再び入り且つ導かれる。その角
度がαを越えるならば、出力用光ファイバによって導か
れない。
【００５８】加えて、屈折率ｎ1 の媒体内で伝搬するビ
ームがｎ1 よりも小さい屈折率ｎ2の媒体を有する境界
面に衝突する際に、境界面に対して垂直をなす該ビーム
によって形成された角度が、Ａｒｃｓｉｎ( ｎ2 ／ｎ
1）を越えるとき完全に反射される。
ームがｎ1 よりも小さい屈折率ｎ2の媒体を有する境界
面に衝突する際に、境界面に対して垂直をなす該ビーム
によって形成された角度が、Ａｒｃｓｉｎ( ｎ2 ／ｎ
1）を越えるとき完全に反射される。
【００５９】従って、複数のリフレクタは、それたビー
ム又は光を反射することが可能となり、導波路２０及び
ファイバ３８の軸を有する主側によって形成された角度
βが
ム又は光を反射することが可能となり、導波路２０及び
ファイバ３８の軸を有する主側によって形成された角度
βが
【数５】 のようになる際に、その角度が光ファイバの受入円錐角
内にある。ここでのｎ2はリフレクタの屈折率であり、
ｎ1 は導波路構造又は層の屈折率である。それゆえｎ2
がｎ1 よりも小さくなればなるほど、リフレクタは大き
い角度範囲で反射する。それゆえｎ2 をできる限り小さ
くする（それゆえ空気又は真空）ことに関心がいく。
内にある。ここでのｎ2はリフレクタの屈折率であり、
ｎ1 は導波路構造又は層の屈折率である。それゆえｎ2
がｎ1 よりも小さくなればなるほど、リフレクタは大き
い角度範囲で反射する。それゆえｎ2 をできる限り小さ
くする（それゆえ空気又は真空）ことに関心がいく。
【００６０】このように規定された円錐角の外側のビー
ム又は光線は、迷光又はビームとなり、それはファイバ
内へ導入されない。従って、マイクロ導波路からの光線
だけがファイバへ伝送される。
ム又は光線は、迷光又はビームとなり、それはファイバ
内へ導入されない。従って、マイクロ導波路からの光線
だけがファイバへ伝送される。
【００６１】本発明によれば、デバイスを製造するため
の処理の一例は、 ・例えば基板１２の熱酸化による、層１４を形成する段
階と、 ・例えばリンがドープされる、ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶ
Ｄによるシリカ層のデポジション段階と、 ・例えばマイクロ導波路３４、２０、２２及び多モード
カプラ２４（又はカップルされた単一モード導波路）を
構成しようとする領域をマスクする正極樹脂マスクを光
リソグラフすることによる、製造段階と、 ・マイクロ導波路及び多モードカプラを得るために、該
マスクを介してなされたリアクティブイオンタイプの異
方性エッチング段階であって、マスクが酸素プラズマを
取り除く段階と、 ・ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤによって層１６をデポジッ
トする段階と、 ・ビーム２８を自由にするために（前述のような）別の
マスクを製造する段階と、 ・例えばＣＦＨ3 を用いるリアクティブイオンタイプの
異方性エッチング段階であって、該段階が、規定するビ
ーム及び接続領域の両方で、層１４及び１６をエッチす
ることが可能となる段階と、 ・基板からのビームを自由にするために、同一マスクを
用いるシリコン基板１２の異方性エッチング段階（例え
ばＳＦ6 でリアクティブイオンエッチング）であるけれ
ども、光ファイバ３８及び４０の接続領域３７及び３９
（図９Ａ及び図９Ｂ）の製造を終結するための段階と、
を備えることができる。
の処理の一例は、 ・例えば基板１２の熱酸化による、層１４を形成する段
階と、 ・例えばリンがドープされる、ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶ
Ｄによるシリカ層のデポジション段階と、 ・例えばマイクロ導波路３４、２０、２２及び多モード
カプラ２４（又はカップルされた単一モード導波路）を
構成しようとする領域をマスクする正極樹脂マスクを光
リソグラフすることによる、製造段階と、 ・マイクロ導波路及び多モードカプラを得るために、該
マスクを介してなされたリアクティブイオンタイプの異
方性エッチング段階であって、マスクが酸素プラズマを
取り除く段階と、 ・ＬＰＣＶＤ又はＰＥＣＶＤによって層１６をデポジッ
トする段階と、 ・ビーム２８を自由にするために（前述のような）別の
マスクを製造する段階と、 ・例えばＣＦＨ3 を用いるリアクティブイオンタイプの
異方性エッチング段階であって、該段階が、規定するビ
ーム及び接続領域の両方で、層１４及び１６をエッチす
ることが可能となる段階と、 ・基板からのビームを自由にするために、同一マスクを
用いるシリコン基板１２の異方性エッチング段階（例え
ばＳＦ6 でリアクティブイオンエッチング）であるけれ
ども、光ファイバ３８及び４０の接続領域３７及び３９
（図９Ａ及び図９Ｂ）の製造を終結するための段階と、
を備えることができる。
【００６２】リフレクタが提供される（例えば図９Ｂ）
ならば、対応する配置が、ファイバ接続領域と同時にく
り抜かれる。
ならば、対応する配置が、ファイバ接続領域と同時にく
り抜かれる。
【００６３】（単一出力用導波路及び対応する光ファイ
バのみを表している）図９Ｃに説明されたように、ファ
イバ３８のために提供された接続領域３７を、ファイバ
を保持することを可能にする光接着剤の供給を促進する
ための特定の配置３７ａ、３７ｂ、３７ｃ及び３７ｄに
おいて拡幅することもできる。拡幅３７ａ〜３７ｄは、
接続領域３７と同時に製造される。これはファイバの各
接続領域に適用できる。
バのみを表している）図９Ｃに説明されたように、ファ
イバ３８のために提供された接続領域３７を、ファイバ
を保持することを可能にする光接着剤の供給を促進する
ための特定の配置３７ａ、３７ｂ、３７ｃ及び３７ｄに
おいて拡幅することもできる。拡幅３７ａ〜３７ｄは、
接続領域３７と同時に製造される。これはファイバの各
接続領域に適用できる。
【００６４】たとえ計画された製造手順であっても、ビ
ームの形状は、感度を増加し並びに／又は寄生変形及び
（デバイスの面９に垂直又は直立である）軸ｚに沿った
感度問題から自由を得るように修正されることもでき
る。
ームの形状は、感度を増加し並びに／又は寄生変形及び
（デバイスの面９に垂直又は直立である）軸ｚに沿った
感度問題から自由を得るように修正されることもでき
る。
【００６５】より詳細で且つ（凹部２６内のビーム２８
だけを表している）図１０に説明されたように、ビーム
を重くできる。ビームを重く又はバランスする１つの方
法は、より大きい容積を有する自由端７４からなる。こ
れは、より大きい量を有するビームへ導き、同一加速度
に対して自由端のより大きい変位となり、非常に小さい
加速度を検出することがより容易になる。
だけを表している）図１０に説明されたように、ビーム
を重くできる。ビームを重く又はバランスする１つの方
法は、より大きい容積を有する自由端７４からなる。こ
れは、より大きい量を有するビームへ導き、同一加速度
に対して自由端のより大きい変位となり、非常に小さい
加速度を検出することがより容易になる。
【００６６】他の問題は、軸ｚに沿って又はデバイスの
面に垂直方向への、ビームの感度につながる。ビーム製
造段階は、垂直なｚ方向に従って応力勾配へ導き、シス
テムの変形を引き起こす。これは、ビームが異なるリン
のドーピング動作と共に、ＰＥＣＶＤによって得られた
シリカである特別な場合である。これは、図１１Ａに説
明されており、数字の参照符号は同一要素を指示してい
る図２と同じである。図１１Ａは、ビーム自由段階の前
に得られた構造を表しており、σ2 は基板１２と薄層１
４、３４及び１６との間の境界面における応力を指示し
ており、σ1 は薄層の表面における応力を指示してい
る。層におけるリンのドーピング差と同様に、下層１
４、３４及び１６に似た差のために、薄層内の応力勾配
が存在し、応力σ2 は応力σ1 よりも小さい。従って、
ビーム２８を自由にし、即ち、空洞２６はビーム２８を
受けて中空にされ、入力及び出力用の光導波路の中心か
ら完全にはずれ、図１１Ｂに説明されているように、効
力のないデバイスを与えることができる。
面に垂直方向への、ビームの感度につながる。ビーム製
造段階は、垂直なｚ方向に従って応力勾配へ導き、シス
テムの変形を引き起こす。これは、ビームが異なるリン
のドーピング動作と共に、ＰＥＣＶＤによって得られた
シリカである特別な場合である。これは、図１１Ａに説
明されており、数字の参照符号は同一要素を指示してい
る図２と同じである。図１１Ａは、ビーム自由段階の前
に得られた構造を表しており、σ2 は基板１２と薄層１
４、３４及び１６との間の境界面における応力を指示し
ており、σ1 は薄層の表面における応力を指示してい
る。層におけるリンのドーピング差と同様に、下層１
４、３４及び１６に似た差のために、薄層内の応力勾配
が存在し、応力σ2 は応力σ1 よりも小さい。従って、
ビーム２８を自由にし、即ち、空洞２６はビーム２８を
受けて中空にされ、入力及び出力用の光導波路の中心か
ら完全にはずれ、図１１Ｂに説明されているように、効
力のないデバイスを与えることができる。
【００６７】本発明の見地の中にあるこれらの問題の第
１の解決は、図１２Ａに説明されている。図２のこれら
と同一参照符号は、同じ要素を表しているが、全てがよ
り概略的に表されている。
１の解決は、図１２Ａに説明されている。図２のこれら
と同一参照符号は、同じ要素を表しているが、全てがよ
り概略的に表されている。
【００６８】補償システムは、構造１０の残部にビーム
２８の自由端を接続する２つのアーム５０及び５２によ
って構成されており、シリコン基板１２に接続されてい
るために、固定部となる。図１２Ｂにおいてより詳細に
理解できるように、各アーム５０及び５２は、Ｕ型体５
１によって構成されており、分枝５３及び５５が、Ｕ体
の各横側分枝へ実質的に垂直な自由端へ加えられる。こ
れら分枝５３及び５５の一方の自由端は、ビーム２８に
接続されており、他方の分枝の自由端は導波路構造１０
の残部に接続される。同様に第２の補償アームに対して
適用される。
２８の自由端を接続する２つのアーム５０及び５２によ
って構成されており、シリコン基板１２に接続されてい
るために、固定部となる。図１２Ｂにおいてより詳細に
理解できるように、各アーム５０及び５２は、Ｕ型体５
１によって構成されており、分枝５３及び５５が、Ｕ体
の各横側分枝へ実質的に垂直な自由端へ加えられる。こ
れら分枝５３及び５５の一方の自由端は、ビーム２８に
接続されており、他方の分枝の自由端は導波路構造１０
の残部に接続される。同様に第２の補償アームに対して
適用される。
【００６９】補償アームのジオメトリを、種々の方法で
描かくことができる。それにもかかわらず、アームは垂
直方向（ｚ方向）の剛性と、水平方向（ｘｙ面）の可撓
性とが選択される。動作は、高さ／幅の形状係数を増加
することによってアームのジオメトリを生じることがで
きる。高さｈ及び幅ｌは、それぞれ、（ｚｘに平行な面
に従う）水平部の補償アームの部分の高さ、及び同一水
平部分の補償アームの幅のように図１２Ｂと同じにな
る。この形状係数における動作によって、面ｘｙのビー
ムの変位を妨げることのない面ｘｙに十分な可撓性と、
ｚ方向のビームの変形を限定するためのｚ方向に十分な
剛性とを得ることが可能となる。
描かくことができる。それにもかかわらず、アームは垂
直方向（ｚ方向）の剛性と、水平方向（ｘｙ面）の可撓
性とが選択される。動作は、高さ／幅の形状係数を増加
することによってアームのジオメトリを生じることがで
きる。高さｈ及び幅ｌは、それぞれ、（ｚｘに平行な面
に従う）水平部の補償アームの部分の高さ、及び同一水
平部分の補償アームの幅のように図１２Ｂと同じにな
る。この形状係数における動作によって、面ｘｙのビー
ムの変位を妨げることのない面ｘｙに十分な可撓性と、
ｚ方向のビームの変形を限定するためのｚ方向に十分な
剛性とを得ることが可能となる。
【００７０】他の実施形態によれば、アームは直線状又
は直線形状である。
は直線形状である。
【００７１】補償アームの他の実施形態は、図１２Ｃに
説明されており、再び２つの補償アーム５６及び５８が
存在するけれども、各アームは互いに実質的に垂直な２
つのセグメントを有しておよそ直角にある。再び作用
は、各アームの部分の高さ／幅を形成する係数又は比率
を生じる。垂直方向の所望の剛性と、水平面の所望の可
撓性とを提供するようになる。
説明されており、再び２つの補償アーム５６及び５８が
存在するけれども、各アームは互いに実質的に垂直な２
つのセグメントを有しておよそ直角にある。再び作用
は、各アームの部分の高さ／幅を形成する係数又は比率
を生じる。垂直方向の所望の剛性と、水平面の所望の可
撓性とを提供するようになる。
【００７２】システムは、単一補償アームを有して作用
することもできる。それにも関わらず、好ましい実施形
態は、システムが（図１２Ａ及び図１２Ｃのようにｚ０
ｘに平行な中央面に対して）水平面に対称であることで
ある。より一般的な表現では、その変形が正確となるべ
き移動部が特定の空間対称を有するならば、同一対称を
有することが補償システムに対して所望される。このジ
オメトリは、シリカ又は移動部を補償する材料が、圧縮
して球形となる事実のために、アームのバックリングの
ために生じ得る小さい横変形を避ける。
することもできる。それにも関わらず、好ましい実施形
態は、システムが（図１２Ａ及び図１２Ｃのようにｚ０
ｘに平行な中央面に対して）水平面に対称であることで
ある。より一般的な表現では、その変形が正確となるべ
き移動部が特定の空間対称を有するならば、同一対称を
有することが補償システムに対して所望される。このジ
オメトリは、シリカ又は移動部を補償する材料が、圧縮
して球形となる事実のために、アームのバックリングの
ために生じ得る小さい横変形を避ける。
【００７３】これら種々の補償アーム構造は、応力勾配
のために、一方がｚ軸によるデバイスの感度と、他方が
該同一ｚ軸による偏向を減少することが可能となる。
のために、一方がｚ軸によるデバイスの感度と、他方が
該同一ｚ軸による偏向を減少することが可能となる。
【００７４】最後に、図１３に説明されたように、重み
ビーム及び補償アームの両方を用いる２つの前述の実施
形態を結合することが可能となる。それにより、このデ
バイスは、両実施形態の効果に役立つ。
ビーム及び補償アームの両方を用いる２つの前述の実施
形態を結合することが可能となる。それにより、このデ
バイスは、両実施形態の効果に役立つ。
【００７５】その形状が補償アームに対して取り入れら
れているとしても、これは、例えばエッチングのよって
主ビームとして同時に製造される。エッチングマスクの
ジオメトリだけが変化する。
れているとしても、これは、例えばエッチングのよって
主ビームとして同時に製造される。エッチングマスクの
ジオメトリだけが変化する。
【００７６】デバイスが（図１３の要素７０及び７２の
ような）重み要素をビームの両側に備えている場合、中
央ビーム及び該要素７０及び７２の取り外しは、光ファ
イバ用の接続ホールの製造と同時になされる。エッチン
グの深さ及びそれゆえのエッチングの時間は、ファイバ
の径によって決められる。機械的構造が重み要素を備え
ているならば、この時間は、通常、該機械的構造を自由
にするために必要な時間よりも小さい。これら欠点を取
り除くために、重み要素に予めこれらホールを製造する
ことが可能となる（このようなホールは、図１３におけ
る破線形状で表されている）。これらホールは、重み要
素を規定するために層１０をエッチングする時間におい
て製造される。これらホールは、機械的構造の自由度を
容易にし、どんなランダムな形状にもすることができ
る。これらの大きさは、製造方法又は選択されたエッチ
ングに適合される。
ような）重み要素をビームの両側に備えている場合、中
央ビーム及び該要素７０及び７２の取り外しは、光ファ
イバ用の接続ホールの製造と同時になされる。エッチン
グの深さ及びそれゆえのエッチングの時間は、ファイバ
の径によって決められる。機械的構造が重み要素を備え
ているならば、この時間は、通常、該機械的構造を自由
にするために必要な時間よりも小さい。これら欠点を取
り除くために、重み要素に予めこれらホールを製造する
ことが可能となる（このようなホールは、図１３におけ
る破線形状で表されている）。これらホールは、重み要
素を規定するために層１０をエッチングする時間におい
て製造される。これらホールは、機械的構造の自由度を
容易にし、どんなランダムな形状にもすることができ
る。これらの大きさは、製造方法又は選択されたエッチ
ングに適合される。
【００７７】補償アームを特定寸法にするための処理
が、以下に記載されている。この処理は、以下の方法
（図１４を参照）の現実のビーム＋補償アームのシステ
ムをモデル化することからなる。マイクロビームは、剛
性Ｅ1 ×Ｉ1 （Ｅ1 はマイクロビームのヤング係数を表
しており、Ｉ1 はその慣性モーメントを表している）の
長さ（現実のマイクロビームの長さ）の第１の単一ビー
ムに連結されており、それは点０に固定された支持体に
はめ込まれており、座標０ｘｚの基点として得られる。
補償アームは、長さｂ（補償アームの長さ）の第２のビ
ームに連結されており、その一方の端は点Ａにおいて固
定された支持体にはめ込まれており、他方の自由端は、
剛性Ｅ2 ×Ｉ2 （Ｅ2 は補償アームのヤング係数を表し
ており、Ｉ2は単一アームの慣性モーメントを重ねてお
り、第２のビームは単一補償アームの２倍の重みを有す
る）の長さａのビームの自由端に接続されている。
が、以下に記載されている。この処理は、以下の方法
（図１４を参照）の現実のビーム＋補償アームのシステ
ムをモデル化することからなる。マイクロビームは、剛
性Ｅ1 ×Ｉ1 （Ｅ1 はマイクロビームのヤング係数を表
しており、Ｉ1 はその慣性モーメントを表している）の
長さ（現実のマイクロビームの長さ）の第１の単一ビー
ムに連結されており、それは点０に固定された支持体に
はめ込まれており、座標０ｘｚの基点として得られる。
補償アームは、長さｂ（補償アームの長さ）の第２のビ
ームに連結されており、その一方の端は点Ａにおいて固
定された支持体にはめ込まれており、他方の自由端は、
剛性Ｅ2 ×Ｉ2 （Ｅ2 は補償アームのヤング係数を表し
ており、Ｉ2は単一アームの慣性モーメントを重ねてお
り、第２のビームは単一補償アームの２倍の重みを有す
る）の長さａのビームの自由端に接続されている。
【００７８】前述のモデル化は、異なるジオメトリのビ
ームに対して有効であり、ジオメトリの差は慣性モーメ
ントＩ1 及びＩ2 の計算において表されている。
ームに対して有効であり、ジオメトリの差は慣性モーメ
ントＩ1 及びＩ2 の計算において表されている。
【００７９】ビームは、一体であり、即ちビームの軸に
垂直な補償アームの部分が変形されない。これは、アー
ムの垂直な長さが通常平行アームの長さの５倍よりも短
く、変形が通常該長さの立方体に比例しているという範
囲で正当性を示す。従って、平行アームの変形と垂直ア
ームの変形との間の少なくとも１００の係数が存在し、
結果として最小値は無視される。
垂直な補償アームの部分が変形されない。これは、アー
ムの垂直な長さが通常平行アームの長さの５倍よりも短
く、変形が通常該長さの立方体に比例しているという範
囲で正当性を示す。従って、平行アームの変形と垂直ア
ームの変形との間の少なくとも１００の係数が存在し、
結果として最小値は無視される。
【００８０】完結するために、保持されたモデルは、前
述で記載された全長ａ＋ｂのビームに、分布された力点
Ｐ0 、Ｐ1 、Ｐ2 の範囲に配分された図１５Ａのように
なる。Ｐ0 は重み構造の重みを表しており、Ｐ1 は主ビ
ームの分布された重みを表しており、Ｐ2 は補償ビーム
の分布された重みを表している（Ｐ1 ＝ρＳ1 ｇにおい
て、ρは材料の比重を示しており、Ｓ1 はビーム部分
を、ｇは加速度を表している。Ｐ2 ＝ρ２Ｓ2 ｇにおい
て、Ｓ2 は補償アームの部分である）。
述で記載された全長ａ＋ｂのビームに、分布された力点
Ｐ0 、Ｐ1 、Ｐ2 の範囲に配分された図１５Ａのように
なる。Ｐ0 は重み構造の重みを表しており、Ｐ1 は主ビ
ームの分布された重みを表しており、Ｐ2 は補償ビーム
の分布された重みを表している（Ｐ1 ＝ρＳ1 ｇにおい
て、ρは材料の比重を示しており、Ｓ1 はビーム部分
を、ｇは加速度を表している。Ｐ2 ＝ρ２Ｓ2 ｇにおい
て、Ｓ2 は補償アームの部分である）。
【００８１】このモデルは、図１５Ｂから図１５Ｅに説
明された方法で分析されている。これらの図の各々を用
いて、応力範囲及び変形ｙ1 （ｘ）、ｙ2 （ｘ）（ｙ1
は０≦ｘ≦ａ及びｙ2 はａ≦ｘ≦ａ＋ｂ）に対応してお
り、 ・図１５Ｂの場合、等価ビームは、それに沿って分布さ
れた力がかかっており、端部において任意のトルクから
自由であり、Ｐ11及びＰ12が２つの端部で反作用力を指
示している。 ・図１５Ｃの場合、等価ビームは、重み負荷の重力の中
心点において力がかっており、Ｐ21及びＰ22は、２つの
端部において、反作用力を指示している。 ・図１５Ｄの場合、等価ビームは、一方の端部でトルク
Ｍa がかかっており、他方の端部で任意のトルクから自
由となる。 ・図１５Ｅの場合、等価ビームの変形は、他方の端部に
おいてトルクＭb がかかっており、第１の端部において
任意のトルクからも自由となる。
明された方法で分析されている。これらの図の各々を用
いて、応力範囲及び変形ｙ1 （ｘ）、ｙ2 （ｘ）（ｙ1
は０≦ｘ≦ａ及びｙ2 はａ≦ｘ≦ａ＋ｂ）に対応してお
り、 ・図１５Ｂの場合、等価ビームは、それに沿って分布さ
れた力がかかっており、端部において任意のトルクから
自由であり、Ｐ11及びＰ12が２つの端部で反作用力を指
示している。 ・図１５Ｃの場合、等価ビームは、重み負荷の重力の中
心点において力がかっており、Ｐ21及びＰ22は、２つの
端部において、反作用力を指示している。 ・図１５Ｄの場合、等価ビームは、一方の端部でトルク
Ｍa がかかっており、他方の端部で任意のトルクから自
由となる。 ・図１５Ｅの場合、等価ビームの変形は、他方の端部に
おいてトルクＭb がかかっており、第１の端部において
任意のトルクからも自由となる。
【００８２】ビームの全体の変形は、部分的に計算され
た４つの変形の合計である。最後に端部において負わさ
れたトルクは、全体の変形の２つの端部に零変形の角度
で負わすことによって決められる。
た４つの変形の合計である。最後に端部において負わさ
れたトルクは、全体の変形の２つの端部に零変形の角度
で負わすことによって決められる。
【００８３】計算は多項式の変形だけを用いる。限界値
の状態の適用は、これら多項式の積分定数の相対的に難
解な表現に早く導く。この理由から、ここに表された全
てが方法及び主な結果として詳細な計算にいくことなく
得られる。（例えば、Wolfram Researchの数学の）記号
計算ソフトウェアによって得られる。
の状態の適用は、これら多項式の積分定数の相対的に難
解な表現に早く導く。この理由から、ここに表された全
てが方法及び主な結果として詳細な計算にいくことなく
得られる。（例えば、Wolfram Researchの数学の）記号
計算ソフトウェアによって得られる。
【００８４】１．図１５Ｂの場合の変形の計算
【００８５】最初に、反作用力Ｐ11及びＰ12が計算され
る。このために２つのビームの間の接合点における力の
平衡及びモーメントの平衡が記載されている。
る。このために２つのビームの間の接合点における力の
平衡及びモーメントの平衡が記載されている。
【数６】
【００８６】Ｐ11及びＰ12は、これら２つの等式から得
られる。第２の段階は、任意の点ｘにおいて、該点ｘの
上向きを表す力のためにモーメントＭx を表すことから
なる。
られる。第２の段階は、任意の点ｘにおいて、該点ｘの
上向きを表す力のためにモーメントＭx を表すことから
なる。
【数７】
【００８７】次いで変形の等式を得る。
【数８】
【００８８】第３の段階は、統合式である。
【数９】
【００８９】第４の段階は、定数Ａ0 、Ａ1 、Ｂ0 、Ｂ
1 を求めることからなり、その目的に対する状態値は以
下の限定値である。
1 を求めることからなり、その目的に対する状態値は以
下の限定値である。
【数１０】 従って、
【数１１】
【００９０】２．図１５Ｃの場合の変形の計算
【００９１】方法は全く同じであり、計算は更に簡単と
なる。
なる。
【００９２】力及びモーメントの平衡を、
【数１２】 で早く導ける。
【００９３】モーメントＭx は、
【数１３】 であり、変形は、
【数１４】 と記載され、
【数１５】 を有している。
【００９４】３．図１５Ｄ及び図１５Ｅの場合の変形の
計算
計算
【００９５】図１５Ｄにおいて、任意の点におけるモー
メントは、
メントは、
【数１６】 で記載され、残りの計算は前述で与えられるものと等価
である。
である。
【００９６】図１５Ｅは、
【数１７】 を有して、図Ｄに関して同じ計算である。
【００９７】各変形が、４つの前述の場合の各々で部分
的に計算されているが、各変形は、ｙi1、ｙi2、ｉ＝１
〜４によって指示されており、全体的な変形が、
的に計算されているが、各変形は、ｙi1、ｙi2、ｉ＝１
〜４によって指示されており、全体的な変形が、
【数１８】 によって得られる。
【００９８】モーメントＭa 及びＭb は、
【数１９】 を負わせることによって得られる。
【００９９】図１６は、補償されることによって得られ
る変形の一例を与えているが、４００ｍ／ｓ2 の加速度
の効果の下での重くないシリカビームである。ビーム
が、２ｍｍの長さで且つ１０μｍの幅であり、補償アー
ムが５００μｍの長さである。種々の曲線は、種々の補
償ビームの幅１に対して得られている。変形の受入最大
増幅の作用は、必要な幅を有するアームが保証される。
変形の特定最大増幅に対して選択すべき、前記パラメー
タの値から推論するために、他のパラメータ（例えば保
証アームの長さｂ）の作用としての変形を計算すること
も可能となる。
る変形の一例を与えているが、４００ｍ／ｓ2 の加速度
の効果の下での重くないシリカビームである。ビーム
が、２ｍｍの長さで且つ１０μｍの幅であり、補償アー
ムが５００μｍの長さである。種々の曲線は、種々の補
償ビームの幅１に対して得られている。変形の受入最大
増幅の作用は、必要な幅を有するアームが保証される。
変形の特定最大増幅に対して選択すべき、前記パラメー
タの値から推論するために、他のパラメータ（例えば保
証アームの長さｂ）の作用としての変形を計算すること
も可能となる。
【０１００】（前述の段階の処理を用いる）一例によれ
ば、センサは以下の特徴を有して製造される。 ・光構造の厚さ（図２の構造１０：１５μｍ（層１４：
厚さ約８．５μｍ、層１６：厚さ約６．５μｍ）） ・層１４及び１６の屈折率ｎ3 ： ｎ3 ＝１．４７ ・マイクロ導波路３４の屈折率ｎ4 （及びカプラ２４と
同様に導波路１８、２０、２２）：ｎ4 ＝１．４８ ・軸に垂直な面のマイクロ導波路３４、１８、２０、２
２の寸法：幅２．５μｍ、厚さ２μｍ ・ビームのジオメトリ特性：長さ２ｍｍ、幅１０μｍ ・補償アーム：長さ５００μｍ、幅２μｍ
ば、センサは以下の特徴を有して製造される。 ・光構造の厚さ（図２の構造１０：１５μｍ（層１４：
厚さ約８．５μｍ、層１６：厚さ約６．５μｍ）） ・層１４及び１６の屈折率ｎ3 ： ｎ3 ＝１．４７ ・マイクロ導波路３４の屈折率ｎ4 （及びカプラ２４と
同様に導波路１８、２０、２２）：ｎ4 ＝１．４８ ・軸に垂直な面のマイクロ導波路３４、１８、２０、２
２の寸法：幅２．５μｍ、厚さ２μｍ ・ビームのジオメトリ特性：長さ２ｍｍ、幅１０μｍ ・補償アーム：長さ５００μｍ、幅２μｍ
【０１０１】ビームの端部は４００ｍ／ｓ2 の加速度
（図１６）に対して０．６μｍだけ変位する。従って、
その共振周波数は４１００Ｈｚである。周波数線形性は
０〜１２００Ｈｚの周波数帯域において±５％である。
約３０ｄＢの信号対ノイズ比を仮定すると、以下に記載
のセンサが得られる。 ・線形測定範囲：０〜１２００Ｈｚ、共振４１００Ｈｚ
及びε＝５％ ・加速度範囲：０〜１０００ｍ／ｓ2 （−１．５μｍ及
び＋１．５μｍの間のビームの端部に対する線形応答） ・測定感度：１ｍ／ｓ2 （３０ｄＢ）
（図１６）に対して０．６μｍだけ変位する。従って、
その共振周波数は４１００Ｈｚである。周波数線形性は
０〜１２００Ｈｚの周波数帯域において±５％である。
約３０ｄＢの信号対ノイズ比を仮定すると、以下に記載
のセンサが得られる。 ・線形測定範囲：０〜１２００Ｈｚ、共振４１００Ｈｚ
及びε＝５％ ・加速度範囲：０〜１０００ｍ／ｓ2 （−１．５μｍ及
び＋１．５μｍの間のビームの端部に対する線形応答） ・測定感度：１ｍ／ｓ2 （３０ｄＢ）
【０１０２】本発明によるデバイスは、光機械センサの
分野において用いられる。従って、加速度計又は振動検
出器を製造することが可能となり、移動ビーム又は部分
の偏差は加速度又は振動を検出することが可能となる。
本発明は、移動部に適用される振動又は変形の検出を含
んでいる、マイクロホン又は応力の測定にも適用され
る。
分野において用いられる。従って、加速度計又は振動検
出器を製造することが可能となり、移動ビーム又は部分
の偏差は加速度又は振動を検出することが可能となる。
本発明は、移動部に適用される振動又は変形の検出を含
んでいる、マイクロホン又は応力の測定にも適用され
る。
【図１】従来技術のデバイスの動作図である。
【図２】本発明によるデバイスの一実施形態である。
【図３】本発明の多モード光カプラの断面図である。
【図４】本発明の多モード光カプラの断面内の撮像点を
表す概略図である。
表す概略図である。
【図５Ａ】多モード導波路又はカプラの入力部及び出力
部における強度の分布図である。
部における強度の分布図である。
【図５Ｂ】出力部における強度分布を表すグラフであ
る。
る。
【図５Ｃ】出力部における強度分布を表すグラフであ
る。
る。
【図６】地震量の変位が加速度を受けたグラフである。
【図７Ａ】多モード導波路を有さないデバイスの入力及
び出力部における光信号を表す図である。
び出力部における光信号を表す図である。
【図７Ｂ】多モード導波路を有するデバイスの入力及び
出力部における光信号を表す図である。
出力部における光信号を表す図である。
【図８】本発明によるデバイスの出力信号のグラフであ
る。
る。
【図９Ａ】光導波路出力部における光リフレクタを有す
る本発明の一実施形態である。
る本発明の一実施形態である。
【図９Ｂ】図９Ａのリフレクタの部分をより詳細に示す
概略図である。
概略図である。
【図９Ｃ】光ファイバの接続領域と該領域の拡幅を示す
概略図である。
概略図である。
【図１０】重み負荷を有するビームを示す概略図であ
る。
る。
【図１１Ａ】基板のエッチング前の本発明によるデバイ
スの製造段階の概略図である。
スの製造段階の概略図である。
【図１１Ｂ】基板のエッチング後の本発明によるデバイ
スの製造段階の概略図である。
スの製造段階の概略図である。
【図１２Ａ】移動部の変形を補償するための手段の一実
施形態である。
施形態である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの補償アームを示す概略図であ
る。
る。
【図１２Ｃ】移動部の変形を補償するための手段の他の
実施形態である。
実施形態である。
【図１３】補償デバイスを有する重みビームを表す概略
図である。
図である。
【図１４】補償アームのモデル図である。
【図１５Ａ】変形補償デバイスのモデル図である。
【図１５Ｂ】変形補償デバイスの一実施形態のモデル図
である。
である。
【図１５Ｃ】変形補償デバイスの他の実施形態のモデル
図である。
図である。
【図１５Ｄ】変形補償デバイスの更なる実施形態のモデ
ル図である。
ル図である。
【図１５Ｅ】変形補償デバイスの更なる実施形態のモデ
ル図である。
ル図である。
【図１６】補償アームの幅に対するビーム変形を表すグ
ラフである。
ラフである。
２、６、８ 光ファイバ ４ 自由端 ９ 導波路構造表面、最大表面 １０ 導波路構造 １２ 基板 １４ シリコン酸化緩衝層 １６ シリカ上部層、入力用マイクロ導波路 １７ 入力用光ファイバ １８ マイクロ導波路 ２０、２２ 出力用マイクロ導波路 ２４ 多モードカプラ ２６ 凹部 ２８ ビーム ３０ 固定端 ３２ 自由端 ３４ 中央マイクロ導波路 ３６ ビーム端 ３７、３９ 接続領域 ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ 拡幅 ３８、４０ 光ファイバ ４２、４４ 光検出器 ４６ 信号処理手段 ５０、５２、５６、５８ 補償アーム ５１ Ｕ型体 ５３、５５ 分枝 ６０、６２、６４、６６ リフレクタ ７０、７２ 変形補償デバイス ７４ 重み負荷
Claims (26)
- 【請求項１】 固定部と、光導波路構造、該固定部に接
続された第１の固定端、及び第２の移動端を有する移動
部とを有しており、 前記移動部は、第１の方向（ｙ）に変位可能であり、 前記固定部は、Ｎ（Ｎ≧２）個の光収集手段と前記移動
部の前記光導波路構造に対向する多モードカプラとを有
しており、該多モードカプラから該Ｎ個の光収集手段へ
光信号を伝送することを可能としていることを特徴とす
る光機械デバイス。 - 【請求項２】 前記多モードカプラは、該カプラの入力
部に向けられた前記光ビームの分布が最大値を有する際
に、該カプラの出力部においてＮ（Ｎ≧２）個の最大値
を有する分布へこの分布を変換することができることを
特徴とする請求項１に記載の光機械デバイス。 - 【請求項３】 前記多モードカプラは、エネルギを交換
でき、且つ導波路の配列の入力部に向けられた前記光ビ
ームの分布が単一最大値を有する際に、該導波路の配列
の出力部においてＮ（Ｎ≧２）個の最大値を有する分布
へ前記分布を変換することができるように分布された単
一モード導波路の配列を有することを特徴とする請求項
１に記載の光機械デバイス。 - 【請求項４】 前記Ｎ個の収集手段はＮ個の出力用導波
路光構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光
機械デバイス。 - 【請求項５】 前記Ｎ個の収集手段はＮ個の光ファイバ
を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１
項に記載の光機械デバイス。 - 【請求項６】 前記Ｎ個の収集手段は、信号Ｓi を検出
するためのＮ個の検出手段と、信号Ｓi の結合を表す信
号を形成するための信号処理手段とを有することを特徴
とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光機械デ
バイス。 - 【請求項７】 前記結合は、線形結合Σλi Ｓi である
ことを特徴とする請求項６に記載の光機械デバイス。 - 【請求項８】 前記収集手段はＮ＝２個であり、前記結
合Σλi Ｓi は差Ｓ 1 −Ｓ2 に比例することを特徴とす
る請求項６に記載の光機械デバイス。 - 【請求項９】 前記信号処理手段は、量（Ｓ1 −Ｓ2 ）
／（Ｓ1 ＋Ｓ2 ）を表す信号を形成することも可能とし
ていることを特徴とする請求項８に記載の光機械デバイ
ス。 - 【請求項１０】 前記光ファイバの少なくとも１つの前
記入力部の前部に位置づけられた複数のリフレクタは、
迷光が該光ファイバへ導入されないように該迷光の反射
を可能にすることを特徴とする請求項５に記載の光機械
デバイス。 - 【請求項１１】 前記デバイスの各光ファイバが、前記
固定部内に作られたホール内へ挿入されていることを特
徴とする請求項５に記載の光機械デバイス。 - 【請求項１２】 前記デバイスの前記移動部は、重く又
は安定されていることを特徴とする請求項１から４のい
づれか１項に記載の光機械デバイス。 - 【請求項１３】 前記移動部は、その移動端で重く又は
安定されることを特徴とする請求項１２に記載の光機械
デバイス。 - 【請求項１４】 ２つの重み負荷が、前記移動部の移動
端の両側に配置されていることを特徴とする請求項１３
に記載の光機械デバイス。 - 【請求項１５】 前記重み負荷が、ホールによって横切
られていることを特徴とする請求項１４に記載の光機械
デバイス。 - 【請求項１６】 前記第１の方向（ｙ）と異なる第２の
方向（ｚ）の前記移動部の変形を補償するための手段を
有することも特徴とする請求項１から４のいずれか１項
に記載の光機械デバイス。 - 【請求項１７】 前記移動部の変形を補償するための前
記手段は、一方が該移動部の移動端に且つ他方が前記デ
バイスの固定部に接続する少なくとも１つのアームを有
しており、該１つ又は複数のアームは、前記第１の方向
（ｙ）の該移動部の変位を妨げることのない該第１の方
向（ｙ）に十分な可撓性と、前記第２の方向の該移動部
の変形を限定するための該第２の方向（ｚ）に十分な剛
性とを有することを特徴とする請求項１６に記載の光機
械デバイス。 - 【請求項１８】 前記補償用の１つ又は複数のアーム
は、前記移動部に対して横側に位置づけられた固定部、
又は前記移動部の移動端に対向する固定部に接続されて
いることを特徴とする請求項１７に記載の光機械デバイ
ス。 - 【請求項１９】 前記第１の方向（ｙ）及び第２の方向
（ｚ）は互いに垂直であることを特徴とする請求項１６
に記載の光機械デバイス。 - 【請求項２０】 ２つのアームを有していることを特徴
とする請求項１７に記載の光機械デバイス。 - 【請求項２１】 前記移動部は中央面に対して対称であ
り、前記２つのアームは該同一中央面に対して互いに対
称であることを特徴とする請求項２０に記載の光機械デ
バイス。 - 【請求項２２】 前記１つ又は複数のアームは、各々、
直角であり、互いに実質的に垂直な２つのセグメントを
有していることを特徴とする請求項１７に記載の光機械
デバイス。 - 【請求項２３】 前記１つ又は複数のアームは、各々、
Ｕ型の本体を有しており、該Ｕ型の各横側分枝にを追加
され且つそれらに実質的に垂直である分枝を有すること
を特徴とする請求項１７に記載の光機械デバイス。 - 【請求項２４】 前記１つ又は複数のアームは直線状で
あることを特徴とする請求項１７に記載の光機械デバイ
ス。 - 【請求項２５】 請求項１から４のいずれか１項に記載
のデバイスを備えていることを特徴とする光機械セン
サ。 - 【請求項２６】 請求項１から４のいずれか１項に記載
のデバイスと、前記移動部を制御するための手段とを備
えていることを特徴とする光スイッチ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9605842 | 1996-05-10 | ||
| FR9605842A FR2748578B1 (fr) | 1996-05-10 | 1996-05-10 | Dispositif optomecanique et application a des capteurs en optique integree |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1054916A true JPH1054916A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=9492017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9133000A Withdrawn JPH1054916A (ja) | 1996-05-10 | 1997-05-08 | 光機械デバイス及び該デバイスを用いた光機械センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5926591A (ja) |
| EP (1) | EP0806687A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1054916A (ja) |
| FR (1) | FR2748578B1 (ja) |
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| US9116344B2 (en) | 2008-10-27 | 2015-08-25 | Pixtronix, Inc. | MEMS anchors |
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