JPS6365329A - 導波路型温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、光学的に温度を測定するセンサに関するもの
である。

「従来技術とその問題点」 光学的に温度を測定するセンサとしては、光ファイバの
コア部分に液体が充填されたものがある。

このセンサは、コアをなす液体のレイリー散乱により、
ファイバの伝送損失が温度に応じて変化するのを利用し
たもので、コアを伝播した信号光の出力強度を測定する
ことによって、センサが設置された箇所の温度を検知ず
ろことができる。

ところが、このセンサにあっては、信号光を発する発光
素子あるいは出力光強度を検知する検知器とセンサとを
接続する光ファイバの伝送損失が温度によって変化する
と、検出される出力光強度に直接影響があるので、精度
の高い温度測定を行えない不満があった。

「問題点を解決するための手段ｊ そこで、本発明の導波路型温度センサにあっては、光の
入力側と出力側とを有する導波路の一部区間に、幅の狭
い間隙を介して光の出力側を有する導波路の一部区間を
添わせて設け、上記間隙に液体を充填することによって
、上記問題点の解決を図った。

以下、図面に示す実施例を参照して本発明の導波路型温
度センサを詳しく説明する。

第１図および第２図は、本発明の一実施例を示すもので
、図中符号ｌは基板である。この基板１は、硅素（Ｓｉ
）、二酸化硅素（ＳｉＯｚ）、ガリウムヒ素（Ｇ　ａＡ
　ｓ）などからなるもので、その表面にはメイン導波路
２とサブ導波路３が電界イオン拡散法や気相成長法など
の手段によって形成されている。この例のセンサの導波
路２，３は、気相成長法によって形成されているので、
導波路２．３は第２図に示すように基板１上に設けられ
ている。

これら導波路２．３は、コア部２ａ、３ａとクラッド部
２　ｂ、　３　ｂとから形成されている。

上記メイン導波路２は、基板１を横切って設けられた導
波路で、その両端部は光の入力側Ｂと出力側Ｃとされて
いる。このメイン導波路２の中央部分は、基板１の中心
線にほぼ沿って設けられている。またメイン導波路２の
両端部は基板１の中心線から離れて設けられており、こ
れら両端部と上記中央部分とはほぼテーパ状に滑らかに
接続されている。

サブ導波路３は、その一端部分がメイン導波路２の中央
部分に添うように設けられており、その他端部はメイン
導波路２の出力側Ｃと同一の側に延びて基板ｌ端面に開
口し出力側りとされている。

このサブ導波路３の出力側りも、基板ｌの中心線から離
れた位置に設けられており、上記一端部分との間はテー
パ状に滑らかに接続されている。

メイン導波路２の中央部分とこれに添うサブ導波路３の
一端部分との間には、幅の狭い感知用間隙４が設けられ
ている。この例の感知用間隙４は溝状に設けられている
。感知用間隙４の幅は、１０μｍ以下に設定されること
が望ましい。感知用間隙４の幅が１０μだ以上になると
、この感知用間隙４を通過する光の損失が大きくなり、
センサの測定精度が損なわれる不都合がある。また、こ
の感知用間隙４の深さ方向の位置および深さ寸法は、少
なくとも導波路２．３のコア部２ａ、３ａが間隙４によ
って仕切られるように、すなわち少なくとも導波路２．
３のコア部２　ａ、　３　ａとほぼ同一の深さ位置に同
コア部２ａ、３ａの高さとほぼ同一寸法の深さを有する
間隙が存在するようになされることが望ましい。

上記導波路２．３のクラッド部２ｂ、３ｂは、第２図に
示すように感知用間隙４の両側で全く除去されるか、ま
たは他の部分よりも薄く形成されている。

この感知用間隙４はハウジング５によって密閉されてお
り、これによって形成された密閉空間には液体が充填さ
れている。充填する液体としては、温度による屈折率の
変化が大きいものが好ましく用いられる。そのような液
体としては、四塩化炭素や四塩化炭素をヘキサクロロト
３ブタジェンなどで希釈したものなどを挙げることがで
きる。

このような温度検知用の液体が充填された間隙８とメイ
ン導波路２の中央部分およびサブ導波路３の一端部分と
によってセンサ部Ｅが形成されている。

第４図は、本発明の導波路型温度センサの他の例を示す
ものである。このセンサは、電界イオン拡散法によって
製造されたものである。

このセンサの基板１は、光が伝播し得る材料、例えばＳ
　ｉ　０２などによって形成されている。この基板１に
は、イオン拡散法によって屈折率を大きくする添加物、
ゲルマニヤ（Ｇ　ｅｏ　２）などが浸透せしめられ、こ
れにより第４図に示すように導波路２．３が基板ｌ内に
形成されている。この導波路２．３はコア部分のみから
なり、基板１がクラッドとして機能している。

メイン導波路２の中央部分とこれに添うように設けられ
たサブ導波路３の一端部分との間には、溝状に感知用間
隙４が設けられており、この間隙４は蓋部材６によって
閉止されている。これによって形成された密閉空間には
、温度検知用の液体が充填されている。

「作用　」 次に、本発明の導波路型温度センサの動作について説明
する。

まず、本発明のセンサのメイン導波路２に入力側Ｂから
信号光を入射すると、メイン導波路２の信号光の一部が
サブ導波路３に分岐される。

外部の温度変化を受けて感知用間隙４に充填された液体
の温度が変化すると、それにより液体の屈折率が変化し
、メイン導波路２からサブ導波路３に分岐される光量が
変化するので、メイン導波路２およびサブ導波路３から
の出力光強度を測定し、信号光の分岐比を求めることに
よって温度を検知することができる。

この場合、分岐による強度変化がメイン導波路２とザブ
導波路３の両方に表れるので、これらの比は温度に応じ
て大幅に変化する。従って、温度を高精度に測定できる
。

本発明のセンサにあっては、メイン導波路とサブ導波路
からの出力光強度の比、即ち分岐比によって温度を検知
するので、出力側Ｃ，Ｄに接続された両光ファイバを同
一経路で敷設しておけば、このセンサと発光素子や検知
器とを接続する光ファイバに温度変化などによる伝送損
失の変化があっても、それらの影響は出力光強度の比を
取ることによって相殺しされる。従って、本発明のセン
サは外乱の影響を受は難いものとなる。

「実施例」 以下、実施例に沿って本発明の導波路型温度センサをさ
らに詳しく説明する。

（実施例１） 第１図ないし第３図に示す構造の導波路型温度センサを
作成した。

この導波路型温度センサは石英製基板ｌからなるもので
、そのセンサ部Ｅは、導波路２，３のコア部２ａ、３ａ
間に幅５μｍの感知用間隙４が設けられ、この感知用間
隙４がハウジング５によって密閉された構造となってい
る。そして、この密閉された感知用間隙４には温度感知
用の液体が充填されている。この例のセンサにあっては
、この液体にヘキサクロロ１．３ブタジ工ン７５ｖｏ１
％と四塩化炭素２５ｖｏ１％からなるものを用いた。こ
の溶液の屈折率は、２０℃で１．４８５であった。

このセンサのメイン導波路２の入力側Ｂには５００ｍの
５０／　１２５グレーデツドインデツクス型光フアイバ
を介して発光ダイオードを接続した。またメイン導波路
２およびサブ導波路３のそれぞれの出力側Ｃ１Ｄには、
５００ｍの光ファイバを介してアバランンエフォトダイ
オードを接続した。

まず、この導波路型温度センサのみを恒温機内にセット
して、温度特性を調べた。結果を第５図に示す。

第５図の結果から、導波路２．３からの出力の比（分岐
比）と温度との間には１．１の対応が得られ、本発明の
導波路型温度センサは温度センサとして利用できること
を確認できた。

ついで、このセンサに加えセンサと発光素子、センサと
受光素子を接続する光ファイバを恒温機にセットして、
分岐比一温度の関係を調べたところ、第５図の結果と同
一のデータが得られた。この結果から、本発明のセンサ
は、測定環境の温度が変化しても安定した測定を行える
ものであることを確認できた。

（実施例２） 感知用間隙４に四塩化炭素を充填した点のみ実施例３の
ものと異なる導波路型温度センサを製作し、その温度特
性を調べた。四塩化炭素の屈折率は２０℃で１．４６０
であった。結果を第６図に示す。第６図の結果から、こ
のセンサも温度センサとして実用に供し得ることを確認
できた。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の導波路型温度センサは、
光の入力端と出力側とを有ずろメイン導波路の一部区間
に幅の狭い間隙を介して光の出力側を有するサブ導波路
の一部区間を添わせて設け、上記間隙に液体を充填した
ものなので、メイン導波路からの出力光強度とサブ導波
路からの出力光強度の比を算出することによって、温度
を検知することができる。

この場合、分岐による強度変化がメイン導波路とサブ導
波路の両方に表ねるので、これら両導波路からの出力光
強度の比は温度芯じて大きく変化する。従って、本発明
の導波路型温度センサは、温度を精度良く感知し得るも
のとなる。

また、本発明のセンサにあっては、メイン導波路とサブ
導波路からの出力光強度の比、即ち分岐比によって温度
を検知するので、メイン導波路、サブ導波路と発光素子
、検知器とを接続する光ファイバに温度等の影響があっ
ても、それらの影響は出力光強度の比を取ることによっ
て相殺しされろ。

従って、本発明のセンサは外乱の影響を受（Ｊ難く、セ
ンサの設置された箇所の温度を精度良く測定できるもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の導波路型温度センサの第
１実施例を示すもので、第１図は平面図、第２図は第１
図の■−■線視線面断面図３図は第１図の■−■線視線
面断面図４図は本発明の導波路型温度センサの第２実施
例のセンサ部分を示す断面図、第５図は実施例１のセン
サの分岐比一温度特性を示すグラフ、第６図は実施例２
のセンサの分岐比一温度特性を示すグラフである。 ２・・メイン導波路、３・・・サブ導波路、４・・感知
用間隙、Ｂ・・・入力側、Ｃ，Ｄ・・出力側。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光の入力側と出力側とを有する導波路の一部区間に、幅
   の狭い間隙を介して光の出力側を有する導波路の一部区
   間が添うように設けられ、さらに上記間隙に液体が充填
   されてなることを特徴とする導波路型温度センサ。