[发明专利]聚合物光波导电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物光波导电流传感器，更详细地讲，涉及一种能够通过将利用聚合物光波导技术制造的光波导元件集成在一个芯片上来构成的集成光学光波导电流传感器。

背景技术

一般来讲，现有的用于测量电流的光学传感器利用光纤来制造。这样的用于测量电流的光学传感器具有如下的特点，完全不改变电流流过的电路的特性且能够以非接触方式测量电流。与经常作为非接触测量方式传感器而使用的霍尔效应传感器(hall effect sensor)相比，用于测量电流的光学传感器具有可以防止由使用高电流的系统的周围经常存在的电磁波导致的干涉现象和准确地测量电流的优点。

现有的用于测量电流的光学传感器因作为其构成要素的光学部件的价格较高，因此即使具有如上的优点，也仅在特定领域中被使用。随着光学通信技术发展而开发了各种光学部件，且以低价在市场中被销售，但是构成用于测量电流的光学传感器所必需的部件依旧保持高价。因此，扩大新的用于测量电流的光学传感器应用领域的前提条件为，进行用于测量电流的光学传感器的低价部件的开发和利用这些部件的高性能传感器的开发。

用于测量电流的光学传感器的原理为，测量沿着光纤传播的光波的偏振状态在相邻的磁场的影响下的变化。这样的磁场引起的偏振状态变化的现象称为法拉第效应(Faraday effect)。但是，构成光纤的二氧化硅材料的法拉第效应非常微弱，因此通过围绕电线周围的光纤来传播光，从而放大微弱的法拉第效应。当测量微弱磁场时，在电线周围缠绕十圈以上的光纤，以与传播距离成比例地放大法拉第效应。

理想的情况为，用于测量电流的光学传感器仅基于电场(electric field)引起偏振变化，但是，用于测量电流的光学传感器具有周围温度的变化或者光纤的震动也引起偏振变化的问题。为了克服这种问题，广泛地研究了利用偏振保持光纤方式的传感器(名称为“Fiber-optic current sensor(光纤电流传感器)”、公开日为2004.05.27的第US 2004/0101228A1号公开专利；名称为“Reflection type optical fiber current sensor(反射型光纤电流传感器)”，公开日为2007.02.15的第JP 2007-040884号公开专利；名称为“Temperature-stablizied sensor coil and current sensor(温度稳定的传感器线圈)”、公开日为2005.04.28的第US 2005/0088662A1号公开专利)。但是，这样的利用偏振保持光纤的电流传感器包括用于调节偏振状态的线偏振变换器和圆偏振变换器，以及光耦合器、相位调制器等的附加光学部件，且必需包含所述偏振保持光纤，因此存在系统变得复杂且价格上升的问题。

在用于测量电流的光学传感器所必需的部件中，存在将偏振器和光耦合器集成在一个芯片上来构成电流传感器的例子(名称为“Waveguide type optical part and optical fiber current sensor using it(波导型光学部件和使用它的光纤电流传感器)”、公开日为2000.02.08的JP 2000-039528号公开专利)。但是，所述第JP 2000-039528号公开专利没有提出将构成光学电流传感器的所有部件集成在一个芯片上的方法，能够实现集成的光学部件明显少。还提出，将光波导结构形成在电流流动的电线的周围来测量波导光的偏振状态变化的传感器(名称为“Polarimetic sensor for the optical detection of a magnetic field and polarimetric sensor for the optical detection of an electric current(用于光学检测磁场的偏振传感器和用于光学检测电流的偏振传感器)”、公开日2003.01.28的第US 6,512,357B2号公开专利)。但是，没有考虑光学部件的集成。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种将各种功能的光学部件集成到一个芯片上来能够测量电流的传感器。其目的在于，通过比现有光纤电流传感器体积较小、制作简单且可以大量生产的集成型电流传感器来实现低价的高性能电流传感器。

本发明的另一个目的在于，作为用于制造集成型电流传感器的构成部件的方法，使用利用了聚合物材料的特性的光学元件。