WO2010105716A1 - Sensoranordnung und detektionsverfahren - Google Patents

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WO2010105716A1
WO2010105716A1 PCT/EP2010/000184 EP2010000184W WO2010105716A1 WO 2010105716 A1 WO2010105716 A1 WO 2010105716A1 EP 2010000184 W EP2010000184 W EP 2010000184W WO 2010105716 A1 WO2010105716 A1 WO 2010105716A1
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Helmut Heidrich
Peter Lützow
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    • G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7779—Measurement method of reaction-produced change in sensor interferometric

Definitions

  • the invention relates to an optical sensor arrangement according to the preamble of the main claim and to a detection method that can be carried out with such a sensor arrangement and with which the presence or concentration of a substance or a mechanical load can be detected.
  • a generic sensor arrangement comprises a measuring waveguide which exhibits a birefringence which varies as a function of a measured variable, as well as an optical evaluation unit with two waveguide-implemented optical arms forming a Mach-Zehnder interferometer and an optical coupler for merging into the two arms guided light, wherein at least one output of the coupler is optically connected to at least one photosensitive element.
  • a Mach-Zehnder interferometer in the present document generally designates an optical arrangement having two different, emanating from a beam splitter and re-merged for at least partial overlay optical paths.
  • a known from the prior art sensor of this type is described in the document DE 41 38 222 C1.
  • it is proposed to measure a phase offset that occurs under the influence of a variable to be measured within the Mach-Zehnder interferometer realized as integrated optics.
  • a sensitive area of this sensor can therefore not be arranged spatially separated from the integrated optics which also contain electrical components, which is why it is impossible to use the sensor in an environment which is sensitive to electricity. Since the sensitive area is arranged within a path of the Mach-Zehnder interferometer, its spatial extent is again set narrow limits, which thus also deleteriously limit a sensitivity of the sensor.
  • the invention is therefore based on the object to provide a comparable sensor arrangement which avoids these disadvantages and allows for different tasks customizable and in particular to realize high measuring sensitivities, wherein an application should also be possible in respect of electrical fields or electrical conductors critical environments.
  • the invention strug is also the object of proposing a correspondingly advantageous method for detecting a substance or a mechanical stress.
  • the evaluation unit comprises a polarizing beam splitter, from which said opti see arms emanate, wherein the measuring waveguide is connected upstream of an optical input of the polarizing beam splitter and wherein in a course of one of the optical arms, a polarization converter is arranged, a phase offset between two The polarization components of a light bundle that originates within the measuring waveguide are detected spatially separated by the Mach-Zehnder interferometer.
  • a mode splitter is referred to as the beam splitter, with which typically two fundamental eigenmodes of two mutually orthogonal polarizations are separated, an input and two outputs of the mode splitter being formed by waveguides, ie the beam splitter should not be designed as a free-jet arrangement.
  • the proposed measures thus advantageously allow an arrangement of the measuring waveguide which is spatially separated from the evaluation unit and thus also from all electrical components, which can be connected to the evaluation unit, for example, by a polarization-maintaining waveguide.
  • the measuring waveguide can be designed largely arbitrary and in particular be designed with any length, which can be implemented for different applications each suitable and in particular also very high sensitivities of the sensor arrangement.
  • the polarizing beam splitter which is designed to feed light components of different polarization into the two arms, will typically be embodied as a so-called TE / TM splitter, that is to say that it splits a fed-in light beam into two mutually orthogonal linearly polarized components which is a TE polarized and a TM polarized.
  • the polarization converter may be implemented as a TE / TM mode converter.
  • a correspondingly advantageous detection method which, depending on the design of the measuring waveguide, can be used both to detect the presence or concentration of a substance and to detect a mechanical load and which can be carried out with a sensor arrangement of the type described here, provides that light is fed with two orthogonal polarization components in a measuring waveguide, which for these polarizations a depending on an attachment of the substance and / or the mechanical load variable birefringence, ie different refractive indices for these shares shows - eg by feeding the light with a by 45 ° relative to the main axes of the measuring waveguide inclined linear polarization.
  • the two components After leaving the measuring waveguide, the two components are separated and passed through two different optical arms, where the polarization of at least one of these components is changed, so that at one output of this arm and the other arm light with components of the same polarization emerges , Finally, at an output of the two arms, the two components are again superimposed, whereby a phase shift between two components is determined by measuring the intensity of a superimposition of the two components. see the two shares is detected. Overlaying the two components becomes possible by changing the polarization in at least one of the arms, for which purpose the polarization converter of the proposed sensor arrangement is provided.
  • the proposed sensor arrangement preferably further comprises a linearly polarized, monochromatic laser light source for feeding in polarized
  • the measuring waveguide which is designed and arranged so that the light fed into the measuring waveguide portions of two such different polarizations that is passed through the beam splitter in each of the two arms of the evaluation each one of these proportions.
  • the measuring waveguide and the beam splitter are preferably oriented relative to one another in such a way that two light components guided into the different arms by the beam splitter are polarized such that they propagate light components in the measuring waveguide with a defined refractive index, albeit dependent on the measured variable
  • Both proportions should as far as possible be fed with the same intensity, e.g. can be achieved by feeding the light with a linear polarization inclined by 45 ° with respect to the main axes of the measuring waveguide.
  • the evaluation unit is designed as integrated optics, in the beam splitter, the optical arms with the polarization converter and the coupler, possibly also the at least one photosensitive element are disposed on a common planar substrate from which they are typically separated by an optical buffer.
  • This substrate can be formed, for example, from a part of a wafer and, for example, from silicon or lithium niobate, wherein the evaluation unit can also be produced at the wafer level, ie before the wafer is separated into numerous chips.
  • a production in SOI technology is possible.
  • Cores of the waveguides can be realized, for example, by ribs above the substrate or the buffer.
  • TE polarized is a light wave having an electric field oriented parallel to the substrate
  • TM polarizing a light wave having a magnetic field oriented parallel to the substrate are advantageously compact and robust construction of the sensor arrangement.
  • the measuring waveguide can carry a selective layer for attaching this substance.
  • the sensor arrangement can be designed in particular as a biosensor. Suitable materials for the selective layer are well known in the art, see e.g. to the article "Optical Biosensors" by S.M. Borisov and O.T. Wolfbeis, Chem.
  • the deposition of the substance is intended to have a polarization-dependent influence on light transported in the measuring waveguide, which is why the selective layer is not to be applied on all sides and preferably only on an upper side of the measuring waveguide.
  • the sensor arrangement can also be designed to detect a mechanical load.
  • the measuring Waveguide for this at least partially free floating for example, as a cantilever, including a base of the measuring waveguide can be etched away in places.
  • the measuring waveguide By having a core of the measuring waveguide made of an optically uniaxial material, such as e.g. Lithium niobate is formed, it can be achieved that this is birefringent even in an initial state in which it is not occupied or not loaded with the substance to be detected.
  • the measuring waveguide may for this purpose also have an anisotropic cross-section, e.g. in one embodiment, as a ridge waveguide on a planar substrate, and possibly additionally subjected to a mechanical bias.
  • a particularly high measuring sensitivity results when the measuring waveguide is birefringent even in the non-loaded or unoccupied state and has a length which corresponds to several beat lengths between light components of different polarization. In this case, the length of a path, along which there is a relative phase offset of exactly 2 ⁇ between the light components of the two polarizations, is referred to as the beat length.
  • the measuring waveguide is designed to be single-mode, that is to say that it allows only one mode to be propagated for each of the two polarizations.
  • the waveguides forming the arms of the evaluation unit and preferably all the waveguides of the sensor arrangement are connected at least in sections. are executed modig. In any case, all waveguides of the sensor arrangement, with the exception of the polarization converter, should be as polarization-preserving as possible.
  • At least one of the optical arms of the evaluation unit may also comprise a phase shifter. This can be realized, e.g. by utilizing a dependence between the refractive index of a waveguide core and an electrical current prevailing there
  • the polarizing beam splitter can be realized structurally simply in the form of a directional coupler with two waveguide sections running parallel to one another along a coupling path, wherein these waveguide sections can have different cross sections in order to favor light of different polarization.
  • one of these waveguide sections may also be on one side - e.g. above - carry a metallic coating which suppresses TM-polarized light components.
  • the beam splitter may also be implemented as a Y-splitter with outputs of different cross sections or as a multi-mode interference coupler (MMI).
  • MMI multi-mode interference coupler
  • the optical coupler in turn can be given by an optical four-port and typically also designed as a directional coupler.
  • the polarization converter can be made passive, that is without electrodes, and for this purpose e.g. be given by a waveguide with along a course of the waveguide changing cross-sectional shape. This also contributes to a simple structure and low susceptibility to interference.
  • the sensor arrangement can also comprise a plurality of measuring waveguides which are optically connected to the input of the beam splitter or optionally, e.g. by means of optical switches, can be connected to the beam splitter. Then, a single evaluation unit is sufficient for reading many sensors, each of which can be given by a correspondingly shaped waveguide and therefore itself can be constructed very simply.
  • the different measuring waveguides can be arranged at different locations and / or sensitive to different substances or measured variables.
  • FIG. 2 shows a detail of a measuring waveguide of the sensor arrangement from FIG. 1, shown in perspective, with a cross section of this measuring waveguide, FIG. 3 in a representation corresponding to FIG. 2, a measuring waveguide for a modification of this sensor arrangement, FIG.
  • Fig. 4 is a plan view of a polarizing
  • FIG. 5 shows a perspective view of a section of a waveguide which forms a polarization converter from this sensor arrangement, wherein in particular a cross section of this waveguide can be seen.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of an optical sensor arrangement which can be used as a biosensor and is suitable for detecting a concentration of a specific substance. In a modification, this sensor arrangement is also suitable for detecting a mechanical load.
  • the illustrated sensor arrangement comprises a measuring waveguide 1 and an optical evaluation unit 2 arranged spatially separated from the measuring waveguide 1 and connected to it by a polarization-maintaining waveguide.
  • the measuring waveguide 1 of which a section is shown in FIG. 2, is designed as a single-mode and double-breaking device and has a birefringence that varies as a function of a measured variable.
  • the measured quantity used here is the concentration of the substance to be detected.
  • a core of the measuring waveguide 1 embedded in a chip carries a selective layer 3 in the form of a thin layer, which is designed for selective application of the detected waveguide. the substance.
  • the selective layer 3 is applied only on an upper side of the measuring waveguide 1, so that an attachment of the substance to a refractive index for a TM-polarized portion of a light propagating in the measuring waveguide 1 light beam has a different influence than on a deviating refractive index for a TE polarized portion of this light beam.
  • the measuring waveguide 1 of the present exemplary embodiment shown in FIG. 2 has a core embedded in said chip, wherein the chip is formed from optically uniaxial lithium niobate and the core is realized by titanium diffused into this lithium niobate, ie by a titanium doping is. Because of this and because of its anisotropic cross section, the measuring waveguide 1 is already birefringent in an unoccupied state, with an optical main axis perpendicular to a chip plane defined by the chip and perpendicular to a longitudinal axis of the measuring waveguide 1, while a second optical main axis perpendicular to the longitudinal axis of the measuring waveguide 1 and parallel to the chip level.
  • the measuring waveguide 1 is embodied as a rib waveguide - for example made of silicon - and separated by a buffer layer, for example made of silicon dioxide, from a carrier material not shown in FIG. 3, eg likewise silicon.
  • the measuring waveguide 1 can also be free-floating at least in sections and to some extent undercut.
  • the selective layer 3 can be dispensed with if only mechanical loads are to be detectable.
  • the measuring waveguide 1 could also be formed, for example, from silicon or Si (O) N x and, for example, designed to be extremely flat. By a mechanical bias of the core of the measuring waveguide 1, its birefringent property can be further enhanced.
  • the sensor arrangement from FIG. 1 comprises a light source, not shown there itself, for feeding monochromatic polarized light into the measuring waveguide 1, which may have a polarizer for this purpose, and is arranged such that the light fed into the measuring waveguide 1 is at 45 ° to the light source has two principal axes inclined and illustrated in Fig. 1 by a double arrow linear polarization.
  • the light fed into the measuring waveguide 1 thus contains a TE component and a TM component of the same intensity.
  • the evaluation unit 2 is realized as an integrated optic on a single substrate 4 obtained from a silicon or lithium nitrate wafer. With a The first optical arm 5 and a second optical arm 6, the evaluation unit 2 on two optical paths, which are each formed by one-mode waveguide and together form a Mach-Zehnder interferometer. Said waveguides have waveguide cores embedded in the substrate 4 or, in the case of the Si-based embodiment, rippled waveguide cores separated from or embedded in the substrate 4 by a buffer layer.
  • the evaluation unit 2 can be designed, for example, in SOI technology.
  • the two arms 5 and 6 start from a polarizing beam splitter 7, in which the light leaving the measuring waveguide 1 is fed.
  • the beam splitter 7 is a TE / TM
  • the chip carrying the measuring waveguide 1 and the substrate 4 of the evaluation unit 2 are arranged coplanar.
  • FIG. 4 shows a detailed plan view of the beam splitter 7, which shows that the latter is realized by a directional coupler with two waveguide sections running parallel to one another along a coupling path 8, one of which has a hatched coating on an upper side 9 carries gold, due to which only the TE polarized portion is coupled into this waveguide section.
  • the two waveguide sections can also be designed with such different cross sections that the effect of a TE / TM mode splitting is achieved.
  • a polarization converter 10 designed as a passive TE / TM mode converter is arranged within the second optical arm 6, a polarization converter 10 designed as a passive TE / TM mode converter is arranged.
  • the evaluation unit 2 has an optical coupler 11, which is provided by a directional coupler and designed as an optical four-port, each of two outputs of this coupler 11 each having a photosensitive element 12 connected is. Electrical outputs of these photosensitive elements 12 are in turn connected to two inputs of a differential amplifier 13. In this way, a relative phase position between the two portions of the light guided through the measuring waveguide 1 and the two arms 5 and 6, which depends on the measured variable, can be determined by evaluating an intensity distribution at the outputs of the coupler 11b forming a 3dB coupler be determined.
  • the second optical arm 6 also comprises a phase shifter 14 arranged between the beam splitter 7 and the coupler 11, with which the relative phase position can be changed as a function of a control voltage which can be applied between two electrodes, ie, for example occurring in the measuring waveguide 1 displacement of the relative phase angle can be compensated.
  • a phase shift takes place here in the phase shifter 14, making use of a dependence between the refractive index of a waveguide core of the phase shifter 14 and an electric field prevailing there.
  • the sensor arrangement schematically illustrated in FIG. 1 can also have a plurality of measuring waveguides 1, which are optically connected to the input of the beam splitter 7 or, for example. by means of optical switch, either with this connectable and thereby successively readable.
  • a sensor part containing one or more of such measuring waveguides 1 can be inexpensively manufactured as an array, e.g. with known CMOS technology or in lithium niobate technology.
  • a sensitivity of the proposed system can be adapted for different measurement tasks by an appropriate preselection of a sensor length, that is to say a length of the measuring waveguide 1, and a resulting number of TE / TM beat lengths.
  • a sensor length that is to say a length of the measuring waveguide 1
  • a resulting number of TE / TM beat lengths The same applies to the use of appropriately selected, known from the prior art selective thin films on the measuring waveguide first
  • the light with the two components of different polarizations is fed into the measuring waveguide 1, which exhibits a birefringence variable in dependence on the measured variable for these polarizations.
  • the two portions After leaving the measuring waveguide 1, the two portions are separated and passed through the two different optical arms 5 and 6.
  • the polarization of the portion guided by the second arm 6 is changed by the polarization converter 14 such that light emerges at an output of this arm 6 and of the other arm 5 with components of the same polarization.
  • the two components are superimposed by means of the coupler 11, whereupon by intensity measurement of a superposition of the two components a phase shift occurring in the measuring waveguide 1 - ie a shift in a relative phase position between the two components - is detected which indicates the measurand.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Sensoranordnung, umfassend einen Messwellenleiter (1), der eine in Abhängigkeit von einer Messgröße veränderliche Doppelbrechung zeigt, sowie eine optische Auswerteeinheit (2) mit zwei durch Wellenleiter realisierten opti schen Armen (5, 6), die einen Mach-Zehnder-Interferoraeter bilden, und einem optischen Koppler (11) zum Zusammenführen von in den zwei Armen (5, 6) geführtem Licht, wobei mindestens ein Ausgang des Kopplers (11) optisch mit mindestens einem lichtempfindlichen Element (12) verbunden ist und wobei die Auswerteeinheit (2) einen polarisierenden Strahlteiler (7) umfasst, von dem die genannten optischen Arme (5, 6) ausgehen, wobei der Messwellenleiter (1) einem optischen Eingang des polarisierenden Strahlteilers (7) vorgeschaltet ist und wobei in einem Verlauf eines der optischen Arme (5, 6) ein Polarisationskonverter (10) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Detektionsverfahren, das mit dieser Sensoranordnung durchführbar ist.

Description

Sensorandordnung und Detektionsverfahren
Die Erfindung betrifft eine optische Sensoranordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Detektionsverfahren, das mit einer derartigen Sensoranordnung durchgeführt werden kann und mit dem das Vorhandensein oder eine Konzentration eines Stoffes oder eine mechanische Belastung detektierbar ist.
Eine gattungsgemäße Sensoranordnung umfasst einen Messwellenleiter, der eine in Abhängigkeit von einer Messgröße veränderliche Doppelbrechung zeigt, sowie eine optische Auswerteeinheit mit zwei durch Wellenleiter realisierten optischen Armen, die einen Mach- Zehnder-Interferometer bilden, und einem optischen Koppler zum Zusammenführen von in den zwei Armen geführtem Licht, wobei mindestens ein Ausgang des Kopplers optisch mit mindestens einem lichtempfindlichen Element verbunden ist. Dabei sei als Mach- Zehnder-Interferometer in der vorliegenden Schrift ganz allgemein eine optische Anordnung bezeichnet, die zwei verschiedene, von einem Strahlteiler ausgehende und zur zumindest teilweisen Überlagerung wieder zusammengeführte optische Pfade aufweist.
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Sensor dieser Art wird in der Druckschrift DE 41 38 222 Cl beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, einen Phasenversatz zu messen, der unter Einfluss einer zu messenden Größe innerhalb des als integrierte Optik realisierten Mach-Zehnder-Interferometers zustande kommt. Ein sensitiver Bereich dieses Sensors kann daher nicht räumlich von der auch elektrische Komponenten enthaltenden integrierten Optik getrennt angeordnet werden, weshalb sich ein Einsatz des Sensors in einer Umgebung verbietet, die auf Elektrizität empfindlich reagiert. Da der sensitive Bereich innerhalb eines Pfades des Mach-Zehnder-Interferometers angeordnet ist, sind seiner räumlichen Ausdehnung wiederum enge Gren- zen gesetzt, die damit auch eine Sensitivität des Sensors nachteilig begrenzen.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine vergleichbare Sensoranordnung zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet und für verschiedene Aufgaben anpassbare und insbesondere hohe Messempfindlichkeiten zu realisieren erlaubt, wobei ein Einsatz auch in bezüglich elektrischer Felder oder elektrischer Leiter kritischen Umgebungen möglich sein soll. Der Erfin- düng liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechend vorteilhaftes Verfahren zum Detektieren eines Stoffes oder einer mechanischen Belastung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sensoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch ein De- tektionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche .
Dadurch, dass die Auswerteeinheit einen polarisierenden Strahlteiler umfasst, von dem die genannten opti- sehen Arme ausgehen, wobei der Messwellenleiter einem optischen Eingang des polarisierenden Strahlteilers vorgeschaltet ist und wobei in einem Verlauf eines der optischen Arme ein Polarisationskonverter angeordnet ist, kann ein Phasenversatz zwischen zwei Po- larisationsanteilen eines Lichtbündels, der innerhalb des Messwellenleiters zustande kommt, davon räumlich getrennt durch den Mach-Zehnder-Interferometer er- fasst werden. Als Strahlteiler sei dabei ein Modensplitter bezeichnet, mit dem typischerweise zwei Grundeigenmoden zweier zueinander orthogonaler Polarisationen getrennt werden, wobei ein Eingang und zwei Ausgänge des Modensplitters durch Wellenleiter gebildet werden, der Strahlteiler also nicht als Freistrahlanordnung ausgeführt sein soll. Die vorge- schlagenen Maßnahmen erlauben damit in vorteilhafter Weise eine räumlich von der Auswerteeinheit und damit auch von allen elektrischen Komponenten getrennte Anordnung des Messwellenleiters, der z.B. durch einen polarisationserhaltenden Wellenleiter mit der Auswer- teeinheit verbunden sein kann. Auch kann der Messwellenleiter weitgehend beliebig gestaltet und insbesondere mit beliebiger Länge ausgeführt werden, wodurch sich für verschiedene Anwendungen jeweils geeignete und insbesondere auch sehr hohe Empfindlichkeiten der Sensoranordnung realisieren lassen. Der polarisierende Strahlteiler, der zur Einspeisung von Lichtanteilen verschiedener Polarisation in die beiden Arme ausgelegt ist, wird typischerweise als sogenannter TE/TM-Splitter ausgeführt sein, also der- art, dass er ein eingespeistes Lichtbündel in zwei zueinander orthogonal linear polarisierte Komponenten zerlegt, von denen eine TE-polarisiert und eine TM- polarisiert ist. Dementsprechend kann der Polarisationskonverter als TE/TM-Modenkonverter ausgeführt sein.
Ein entsprechend vorteilhaftes Detektionsverfahren, das je nach Ausführung des Messwellenleiters sowohl zum Detektieren eines Vorhandenseins oder einer Kon- zentration eines Stoffes als auch zum Detektieren einer mechanischen Belastung verwendet werden kann und das sich mit einer Sensoranordnung hier beschriebener Art durchführen lässt, sieht vor, dass Licht mit zwei orthogonalen Polarisationsanteilen in einen Messwel- lenleiter eingespeist wird, der für diese Polarisationen eine in Abhängigkeit von einer Anlagerung des Stoffes und/oder der mechanischen Belastung veränderliche Doppelbrechung, also unterschiedliche Brechungsindizes für diese Anteile, zeigt - z.B. durch ein Einspeisen des Lichts mit einer um 45° gegenüber Hauptachsen des Messwellenleiters geneigten linearen Polarisation. Nach einem Verlassen des Messwellenleiters werden die zwei Anteile getrennt und durch zwei verschiedene optische Arme geleitet, wo die Polarisa- tion zumindest eines dieser Anteile geändert wird, und zwar so, dass an einem Ausgang dieses Arms und des anderen Arms Licht mit Komponenten gleicher Polarisation austritt. An einem Ausgang der beiden Arme werden die beiden Anteile schließlich wieder überla- gert, wobei durch Intensitätsmessung einer Überlagerung der beiden Anteile eine Phasenverschiebung zwi- sehen den beiden Anteilen detektiert wird. Ein Überlagern der beiden Anteile wird dabei durch das Ändern der Polarisation in zumindest einem der Arme möglich, wozu der Polarisationskonverter der vorgeschlagenen Sensoranordnung vorgesehen ist.
Um eine solches Detektionsverfahren zu ermöglichen, weist die vorgeschlagene Sensoranordnung vorzugsweise ferner eine linear polarisierte, monochromatische La- ser-Lichtguelle zum Einspeisen von polarisiertem
Licht in den Messwellenleiter auf, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass das in den Messwellenleiter eingespeiste Licht Anteile zweier derart verschiedener Polarisationen enthält, dass durch den Strahltei- ler in jeden der beiden Arme der Auswerteeinheit jeweils einer dieser Anteile geleitet wird. Ferner werden der Messwellenleiter und der Strahlteiler vorzugsweise so relativ zueinander orientiert, dass zwei durch den Strahlteiler in die verschiedenen Arme ge- leitete Lichtanteile so polarisiert sind, dass diese Lichtanteile im Messwellenleiter mit jeweils einem definierten - wenn auch jeweils von der Messgröße abhängigen - Brechungsindex propagieren, also typischerweise jeweils parallel zu einer optischen Haupt- achse des Messwellenleiters linear polarisiert sind. Beide Anteile sollten möglichst mit gleicher Intensität eingespeist werden, was z.B. durch Einspeisen des Lichts mit einer um 45° gegenüber den Hauptachsen des Messwellenleiters geneigten linearen Polarisation er- reicht werden kann.
Ein vorteilhaft kompakter und robuster Aufbau der Sensoranordnung ergibt sich, wenn zumindest die Auswerteeinheit als integrierte Optik ausgeführt ist, bei der Strahlteiler, die optischen Arme mit dem Polarisationskonverter und der Koppler, eventuell auch das mindestens eine lichtempfindliche Element, auf einem gemeinsamen planaren Substrat angeordnet sind, von dem sie typischerweise durch einen optischen Puffer getrennt sind. Dieses Substrat kann z.B. aus ei- nem Teil eines Wafers und beispielsweise aus Silizium oder Lithiumniobat gebildet werden, wobei die Auswerteeinheit auch auf Waferebene, also vor einem Trennen des Wafers in zahlreiche Chips, hergestellt werden kann. Möglich ist insbesondere eine Herstellung in SOI-Technik. Kerne der Wellenleiter können z.B. durch Rippen oberhalb des Substrats oder des Puffers realisiert sein. Als TE-polarisiert sei in diesem Fall eine Lichtwelle mit einem parallel zum Substrat orientierten elektrischem Feld, als TM-polarisiert eine Lichtwelle mit parallel zum Substrat orientiertem magnetischen Feld bezeichnet.
Wenn die Sensoranordnung zum Detektieren eines Stoffes geeignet sein soll, kann der Messwellenleiter ei- ne selektive Schicht zum Anlagern dieses Stoffes tragen. So kann die Sensoranordnung insbesondere als Biosensor ausgeführt werden. Geeignete Materialien für die selektive Schicht sind an sich hinlänglich bekannt, verwiesen sei z.B. auf den Artikel „Optical Biosensors" von S. M. Borisov und O. T. Wolfbeis, Chem.
Rev. 2008, 108, 423-461. Das Anlagern des Stoffes soll dabei einen polarisationsabhängigen Einfluss auf in dem Messwellenleiter transportiertes Licht haben, weshalb die selektive Schicht nicht auf allen Seiten und vorzugsweise nur auf einer Oberseite des Messwellenleiters aufzubringen ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung auch zur Erfassung einer mechanischen Belastung aus- gelegt sein. Damit diese einen Einfluss auf eine Doppelbrechung des Messwellenleiters hat, kann der Mess- Wellenleiter dazu zumindest streckenweise frei schwebend ausgeführt werden, z.B. als Cantilever, wozu eine Unterlage des Messwellenleiters stellenweise weggeätzt werden kann.
Indem ein Kern des Messwellenleiters aus einem optisch einachsigen Material, wie z.B. Lithiumniobat, gebildet wird, lässt sich erreichen, dass dieser auch in einem Ausgangszustand, in dem er nicht mit dem zu detektierenden Stoff belegt oder nicht belastet ist, doppelbrechend ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Messwellenleiter zu diesem Zweck auch einen anisotropen Querschnitt haben, z.B. bei einer Ausführung als Rippenwellenleiter auf einem planaren Substrat, und eventuell zusätzlich einer mechanischen Vorspannung ausgesetzt werden. Eine besonders hohe Messempfindlichkeit ergibt sich dabei dann, wenn der Mess- wellenleiter auch in dem nicht belasteten bzw. nicht belegten Zustand doppelbrechend ist und eine Länge hat, die mehreren Schwebungslängen zwischen Lichtanteilen verschiedener Polarisation entspricht. Dabei sei als Schwebungslänge die Länge einer Strecke bezeichnet, längs derer sich zwischen den Lichtanteilen der beiden Polarisationen ein relativer Phasenversatz von genau 2π ergibt.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Messwellenleiter einmodig ausgeführt wird, also so, dass er für jede der beiden Polarisationen nur jeweils einer Mode zu propagieren erlaubt. Dadurch lassen sich Dispersionen zwischen verschiedenen Moden gleicher Polarisationen vermeiden, was wiederum eine hohe Messgenauigkeit möglich macht. Aus dem gleichen Grund ist es von Vorteil, wenn die die Arme der Auswerteeinheit bil- denden Wellenleiter und vorzugsweise alle Wellenleiter der Sensoranordnung zumindest streckenweise ein- modig ausgeführt sind. In jedem Fall sollten alle Wellenleiter der Sensoranordnung mit Ausnahme des Polarisationskonverters möglichst polarisationserhal- tend sein.
Mindestens einer der optischen Arme der Auswerteeinheit kann auch einen Phasenschieber umfassen. Dieser kann realisiert werden z.B. durch Ausnutzung einer Abhängigkeit zwischen Brechungsindex eines Wellenlei - terkerns und einem dort herrschenden elektrischen
Feld, das wiederum einstellbar sein kann durch eine an Elektroden in einer Umgebung des Wellenleiterkerns anlegbare SteuerSpannung .
Der polarisierende Strahlteiler lässt sich konstruktiv einfach in Form eines Richtkopplers mit zwei längs einer Koppelstrecke parallel zueinander verlaufenden Wellenleiterabschnitten realisieren, wobei diese Wellenleiterabschnitte unterschiedliche Quer- schnitte aufweisen können, um Licht verschiedener Polarisation zu favorisieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch einer dieser Wellenleiterabschnitte an einer Seite - z.B. oben - eine metallische Beschich- tung tragen, durch die TM-polarisierte Lichtanteile unterdrückt werden. Alternativ kann der Strahlteiler auch als Y-Teiler mit Ausgängen unterschiedlicher Querschnitte oder als Multimoden-Interferenz-Koppler (MMI) ausgeführt werden.
Der optische Koppler wiederum kann durch ein optisches Viertor gegeben sein und typischerweise ebenfalls als Richtkoppler ausgeführt sein. Eine zuverlässige Detektion eines relativen Phasenversatzes zwischen Lichtanteilen, die ursprünglich unterschied- liehe Polarisationen hatten, wird dann möglich, indem jeder von zwei Ausgängen des Kopplers mit jeweils ei- nem lichtempfindlichen Element verbunden wird. Elektrische Ausgänge dieser lichtempfindlichen Elemente können dazu mit Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden sein.
Der Polarisationskonverter kann passiv, also ohne Elektroden, ausgeführt werden und dazu z.B. durch einen Wellenleiter mit sich längs eines Verlaufs des Wellenleiters ändernder Querschnittsform gegeben sein. Auch das trägt zu einem einfachen Aufbau und einer geringen Störanfälligkeit bei.
Schließlich kann die Sensoranordnung auch mehrere Messwellenleiter umfassen, die optisch mit dem Ein- gang des Strahlteilers verbunden oder wahlweise, z.B. mittels optischer Schalter, mit dem Strahlteiler verbindbar sind. Dann genügt eine einzige Auswerteeinheit zum Auslesen vieler Sensoren, die jeweils durch einen entsprechend gestalteten Wellenleiter gegeben und daher selbst sehr einfach aufgebaut sein können. Dabei können die verschiedenen Messwellenleitern an unterschiedlichen Orten angeordnet und/oder für unterschiedliche Substanzen oder Messgrößen empfindlich sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 4 beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer opti- sehen Sensoranordnung,
Fig. 2 einen perspektivisch dargestellten Ausschnitt eines Messwellenleiters der Sensoranordnung aus Fig. 1 mit einem Querschnitt dieses Messwellenleiters, Fig. 3 in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung ein Messwellenleiter für eine Abwandlung dieser Sensoranordnung,
Fig. 4 eine Aufsicht auf einen polarisierenden
Strahlteiler aus der in Fig. 1 gezeigten Sensoranordnung und
Fig. 5 einen perspektivisch dargestellten Aus- schnitt eines Wellenleiters, der einen Polarisationskonverter aus dieser Sensoranordnung bildet, wobei insbesondere ein Querschnitt dieses Wellenleiters zu erkennen ist.
In Fig. 1 ist eine schematisierte Aufsicht auf eine optische Sensoranordnung gezeigt, die als Biosensor einsetzbar und zum Detektieren einer Konzentration eines bestimmten Stoffes geeignet ist. In einer Ab- Wandlung eignet sich diese Sensoranordnung auch für ein Erfassen einer mechanischen Belastung. Die abgebildete Sensoranordnung umfasst einen Messwellenleiter 1 und eine vom Messwellenleiter 1 räumlich getrennt angeordnete und durch einen polarisationser- haltenden Wellenleiter mit diesem verbundene optische Auswerteeinheit 2.
Der Messwellenleiter 1, von dem in Fig. 2 ein Ausschnitt abgebildet ist, ist einmodig und doppelbre- chend ausgeführt und weist eine in Abhängigkeit von einer Messgröße veränderliche Doppelbrechung auf. Als Messgröße dient dabei die Konzentration des zu detek- tierenden Stoffes. Dazu trägt ein Kern des in einen Chip eingebetteten Messwellenleiters 1 eine als Dünn- schicht ausgeführte selektive Schicht 3, die ausgelegt ist zum selektiven Anlagern des zu detektieren- den Stoffes. Dabei ist die selektive Schicht 3 nur auf einer Oberseite des Messwellenleiters 1 aufgetragen, so dass ein Anlagern des Stoffes auf einen Brechungsindex für einen TM-polarisierten Anteil eines im Messwellenleiter 1 propagierenden Lichtbündels einen anderen Einfluss hat als auf einen davon abweichenden Brechungsindex für einen TE-polarisierten Anteil dieses Lichtbündels.
Der in Fig. 2 gezeigte Messwellenleiter 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist einen in den genannten Chip eingebetteten Kern auf, wobei der Chip aus optisch einachsigem Lithiumniobat gebildet ist und der Kern durch in dieses Lithiumniobat eindiffun- diertes Titan, also durch eine Titan-Dotierung, realisiert ist. Dadurch und wegen seines anisotropen Querschnitts ist der Messwellenleiter 1 bereits in einem nicht belegten Zustand doppelbrechend, wobei eine optische Hauptachse senkrecht auf einer durch den Chip aufgespannten Chipebene und senkrecht auf einer Längsachse des Messwellenleiters 1 steht, während eine zweite optische Hauptachse senkrecht zur Längsachse des Messwellenleiters 1 und parallel zur Chipebene liegt. Zwischen Lichtanteilen mit TE- und TM- Polarisation ergibt sich so eine Schwebungslänge oder Beatlänge von einigen 10 μm bis einigen 100 μm, wobei eine durch die Ausdehnung der selektiven Schicht 3 definierte Länge des Messwellenleiters 1 mehreren Schwebungslängen entspricht.
Bei einer in Fig. 3 gezeigten anderen Ausführung ist der Messwellenleiter 1 als Rippenwellenleiter ausgeführt - z.B. aus Silizium - und durch eine z.B. aus Siliziumdioxid gebildete Pufferschicht von einem in Fig. 3 nicht gezeigten Trägermaterial - z.B. ebenfalls Silizium - getrennt. In der Abwandlung, in der die Sensoranordnung zum Messen mechanischer Belastungen geeignet sein soll, oder wenn eine Anlagerung des zu detektierenden Stof- fes eine mechanische Deformation hervorrufen soll, kann der Messwellenleiter 1 auch zumindest streckenweise frei schwebend ausgeführt und dazu stellenweise unterätzt sein. Auf die selektive Schicht 3 kann verzichtet werden, wenn nur mechanische Belastungen de- tektierbar sein sollen.
Auch bei einer Verwendung eines optisch isotropen Materials für den Kern des Messwellenleiters 1 kann dieser die gewünschten Eigenschaften haben, wenn sein Querschnitt hinreichend anisotrop ist. So könnte der Messwellenleiter 1 auch z.B. aus Silizium oder Si(O)Nx gebildet und z.B. ausgesprochen flach ausgeführt sein. Durch eine mechanische Vorspannung des Kerns des Messwellenleiters 1 kann seine doppelbre- chende Eigenschaft noch verstärkt werden.
Die Sensoranordnung aus Fig. 1 umfasst eine dort selbst nicht abgebildete Lichtquelle zum Einspeisen von monochromatischem polarisierten Licht in den Messwellenleiter 1, die dazu einen Polarisator aufweisen kann so ausgeführt und angeordnet ist, dass das in den Messwellenleiter 1 eingespeiste Licht eine um 45° gegenüber den beiden Hauptachsen geneigte und in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil veranschaulichte lineare Polarisation hat. Das in den Messwellenleiter 1 eingespeiste Licht enthält also einen TE-Anteil und einen TM-Anteil gleicher Intensität.
Die Auswerteeinheit 2 ist als integrierte Optik auf einem einzigen aus einem Silizium- oder Lithiumnio- bat-Wafer gewonnenen Substrat 4 realisiert. Mit einem ersten optischen Arm 5 und einen zweiten optischen Arm 6 weist die Auswerteeinheit 2 zwei optische Pfade auf, die jeweils durch einmodige Wellenleiter gebildet sind und zusammen einen Mach-Zehnder-Interfero- meter bilden. Die genannten Wellenleiter weisen in das Substrat 4 eingebettete auf oder im Fall der Ausführung auf Si -Basis rippenförmige Wellenleiterkerne, die von dem Substrat 4 durch eine Pufferschicht getrennt oder in dieses eingebettet sind. Die Auswerte- einheit 2 kann z.B. in SOI-Technik ausgeführt sein.
Die beiden Arme 5 und 6 gehen von einem polarisierenden Strahlteiler 7 aus, in den das den Messwellenleiter 1 verlassende Licht eingespeist wird. Bei dem Strahlteiler 7 handelt es sich um einen TE/TM-
Splitter, so dass der TM-polarisierte Anteil des Lichts in den ersten Arm 5 und der TE-polarisierte Anteil in den zweiten Arm 6 geleitet wird. Bei dem vorliegenden Beispiel seien dabei der den Messwellen- leiter 1 tragende Chip und das Substrat 4 der Auswerteeinheit 2 koplanar angeordnet.
In Fig. 4 ist eine detaillierte Aufsicht auf den Strahlteiler 7 gezeigt, die erkennen lässt, das die- ser durch einen Richtkoppler realisiert ist mit zwei längs einer Koppelstrecke 8 parallel zueinander verlaufenden Wellenleiterabschnitten, von denen einer an einer Oberseite eine schraffiert dargestellte Be- schichtung 9 aus Gold trägt, aufgrund derer nur der TE-polarisierte Anteil in diesen Wellenleiterabschnitt übergekoppelt wird. Alternativ oder zusätzlich zu der Beschichtung 9 eines der Wellenleiterabschnitte können die beiden Wellenleiterabschnitte auch mit derart unterschiedlichen Querschnitten aus- geführt sein, dass der Effekt eines TE/TM- Modensplitting erzielt wird. Innerhalb des zweiten optischen Arms 6 ist ein als passiver TE/TM-Modenkonverter ausgeführter Polarisationskonverter 10 angeordnet ist. Der Polarisations- konverter 10, von dem ein Ausschnitt in Fig. 5 dargestellt ist, ist durch einen Wellenleiter gegeben, der längs eines Verlaufs wechselnde Querschnittsformen der in Fig. 5 erkennbaren Art aufweist. Dadurch wird zumindest ein Teil des im zweiten Arm 6 transportier- ten Lichts so konvertiert, dass es eine TM-Polarisation erhält und dadurch mit dem durch den ersten Arm 5 geleiteten Licht interferieren kann. Selbstverständlich könnten die Polarisationen der genannten Anteile des Lichts auch vertauscht sein. Es kann also auch ein TE-Anteil durch den ersten Arm 5 geleitet und ein TM-Anteil in den zweiten Arm 6 gelenkt werden, der dann durch den Polarisationskonverter 10 zumindest teilweise in eine TE-Mode zu konvertieren wäre .
Zum Zusammenführen von in den zwei Armen 5 und 6 geführtem Licht weist die Auswerteeinheit 2 einen optischen Koppler 11 auf, der durch einen Richtkoppler gegeben und als optisches Viertor ausgeführt ist, wo- bei jeder von zwei Ausgängen dieses Kopplers 11 mit jeweils einem lichtempfindlichen Element 12 verbunden ist. Elektrische Ausgänge dieser lichtempfindlichen Elemente 12 wiederum sind mit zwei Eingängen eines Differenzverstärkers 13 verbunden. Damit kann eine relative Phasenlage zwischen den beiden Anteilen des durch den Messwellenleiter 1 und die beiden Arme 5 bzw. 6 hindurchgeleiteten Lichts, die von der Mess- größe abhängt, durch Auswerten einer Intensitätsverteilung an den Ausgängen des einen 3dB-Koppler bil- denden Kopplers 11 ermittelt werden. Um diese Ermittlung der relativen Phasenlage zu erleichtern, umfasst der zweite optische Arm 6 schließlich auch einen zwischen dem Strahlteiler 7 und dem Koppler 11 angeordneten Phasenschieber 14 , mit dem die relative Phasenlage in Abhängigkeit von einer zwischen zwei Elektroden anlegbaren SteuerSpannung verändert werden, also z.B. eine im Messwellenleiter 1 aufgetretene Verschiebung der relativen Phasenlage kompensiert werden kann. Eine Phasenverschiebung ge- schieht dabei im Phsenschieber 14 unter Ausnutzung einer Abhängigkeit zwischen dem Brechungsindex eines Wellenleiterkerns des Phasenschiebers 14 und einem dort herrschenden elektrischem Feld.
In einer Weiterbildung kann die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Sensoranordnung auch mehrere Messwellenleiter 1 aufweisen, die optisch mit dem Eingang des Strahlteilers 7 verbunden oder, z.B. mittels optischer Schalter, wahlweise mit diesem verbindbar und dadurch nacheinander auslesbar sind. Ein Sensorteil, das einen oder mehrere solcher Messwellenleiter 1 enthält, kann kostengünstig auch als Array hergestellt werden, z.B. mit an sich bekannter CMOS- Technologie oder in Lithiumniobat -Technologie .
Eine Empfindlichkeit des vorgeschlagenen Systems ist durch eine entsprechende Vorwahl einer Sensorlänge, also einer Länge des Messwellenleiters 1, und eine sich damit ergebende Anzahl von TE/TM-Beatlängen für verschiedene Messaufgaben adaptierbar. Das gleiche gilt für den Einsatz entsprechend auszuwählender, aus dem Stand der Technik bekannter selektiver Dünnschichten auf dem Messwellenleiter 1.
Zum Detektieren des Stoffes - bzw. in der genannten Abwandlung zum Detektieren der Belastung - mit der beschriebenen Sensoranordnung wird also das Licht mit den zwei Anteilen verschiedener Polarisationen in den Messwellenleiter 1 eingespeist, der für diese Polarisationen eine in Abhängigkeit von der Messgröße ver- änderliche Doppelbrechung zeigt. Nach einem Verlassen des Messwellenleiters 1 werden die beiden Anteile getrennt und durch die zwei verschiedenen optischen Arme 5 und 6 geleitet. Die Polarisation des durch den zweiten Arm 6 geleiteten Anteils wird mit dem Polari- sationskonverter 14 so geändert, dass an einem Ausgang dieses Arms 6 und des anderen Arms 5 Licht mit Komponenten gleicher Polarisation austritt. Am Ausgang der beiden Arme 5 und 6 werden die beiden Anteil mittels des Kopplers 11 überlagert, worauf durch In- tensitätsmessung einer Überlagerung der beiden Anteile eine im Messwellenleiter 1 zustande gekommene Phasenverschiebung - also eine Verschiebung einer relativen Phasenlage zwischen den beiden Anteilen - de- tektiert wird, die auf die Messgröße schließen lässt.

Claims

Patentansprüche
1. Optische Sensoranordnung, umfassend einen Mess- wellenleiter (1) , der eine in Abhängigkeit von einer Messgröße veränderliche Doppelbrechung zeigt, sowie eine optische Auswerteeinheit (2) mit zwei durch Wellenleiter realisierten optischen Armen (5, 6) und einem optischen Koppler (11) zum Zusammenführen von in diesen Armen (5, 6) geführtem Licht, wobei die beiden Arme (5, 6) einen Mach-Zehnder-Interferometer bilden und wo- bei mindestens ein Ausgang des Kopplers (11) optisch mit mindestens einem lichtempfindlichen Element (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (2) einen polarisieren- den Strahlteiler (7) umfasst, von dem die genannten optischen Arme (5, 6) ausgehen, wobei der Messwellenleiter (1) einem optischen Eingang des polarisierenden Strahlteilers (7) vorgeschaltet ist und wobei in einem Verlauf eines der optischen (5, 6) Arme ein Polarisationskonverter (10) angeordnet ist.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Auswerteeinheit (2) als integrierte Optik ausgeführt ist, wobei der Strahlteiler (7), die optischen Arme (5, 6) mit dem Polarisationskonverter (10) und der Koppler (11) auf einem gemeinsamen planaren Substrat (4) angeordnet sind.
3. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwellenleiter (1) eine selektive Schicht (3) zum Anlagern eines zu detektierenden Stoffes trägt.
4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwellenleiter (1) zumindest streckenweise frei schwebend ausgeführt ist zur Erfassung einer mechanischen Belastung.
5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kern des Messwellenleiters (1) aus einem optisch einachsigen Material gebildet ist und/oder einen anisotropen Querschnitt hat.
6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwellenleiter (1) auch in einem nicht belasteten und/oder nicht belegten Zustand doppelbrechend ist und eine Länge hat, die mehreren Schwebungs- längen zwischen Lichtanteilen verschiedener Polarisation entspricht.
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Lichtquelle zum Einspeisen von polarisiertem Licht in den Messwellenleiter (1) aufweist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass das in den Messwellenleiter (1) eingespeiste Licht Anteile zweier derart verschiedener Polarisationen enthält, dass in jeden der beiden Arme (5, 6) der Auswerteeinheit (2) durch den Strahlteiler
(7) jeweils einer dieser Anteile geleitet wird.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis I1 dadurch gekennzeichnet, dass der Messwellen- leiter (1) und/oder die die Arme (5, 6) der Auswerteeinheit bildenden Wellenleiter einmodig ausgeführt sind.
9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer der optischen Arme (5, 6) einen Phasenschieber (14) um- fasst .
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der polarisie- rende Strahlteuer (7) durch einen Richtkoppler realisiert ist mit zwei längs einer Koppelstrecke (8) parallel zueinander verlaufenden Wellenleiterabschnitten, die unterschiedliche Querschnitte aufweisen und/oder von denen einer eine metallische Beschichtung (9) trägt.
11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Koppler (11) durch ein optisches Viertor gegeben ist, wobei jeder von zwei Ausgängen des Kopplers (11) mit jeweils einem lichtempfindlichen Element (12) verbunden ist.
12. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationskonverter (10) passiv ausgeführt ist.
13. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Messwellenleiter (1) umfasst, die optisch mit dem Eingang des Strahlteilers (7) verbunden oder wahlweise mit diesem verbindbar sind.
14. Detektionsverfahren zum Detektieren eines Stoffes und/oder einer mechanischen Belastung, bei dem Licht mit zwei Anteilen verschiedener PoIa- risationen in einen Messwellenleiter (1) eingespeist wird, der für diese Polarisationen eine in Abhängigkeit von einer Anlagerung des Stoffes und/oder der mechanischen Belastung veränderli- che Doppelbrechung zeigt, wobei die zwei Anteile nach einem Verlassen des Messwellenleiters (1) getrennt und durch zwei verschiedene optische Arme (5, 6) geleitet werden, wo die Polarisation zumindest eines dieser Anteile geändert wird, und wobei die beiden Anteile an einem Ausgang der beiden Arme (5, 6) überlagert werden und durch Intensitätsmessung einer Überlagerung der beiden Anteile eine Phasenverschiebung zwischen den beiden Anteilen detektiert wird.
15. Verwendung einer Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Durchführung eines Detek- tionsverfahrens nach Anspruch 14.
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