(57)【要約】【課題】温度変化量が小さくても温度変化の検知に必要な位相シフト量を得ることができ、温度感度が優れたＭＺＩ型温度センサの提供。【解決手段】２本の光導波路Ａ、Ｂが２カ所で近接されて方向性結合器１３ａ、１３ｂが２カ所設けられるとともにこれら方向性結合器間に２本のアーム光導波路ａ、ｂが設けられ、上記２本の光導波路Ａ、Ｂは屈折率温度係数が互いに異符号を示す材料から構成されたＭＺＩ型温度センサ。【選択図】  図１
2004333158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の光導波路が２カ所で近接されて方向性結合器が２カ所設けられるとともにこれら方向性結合器間に２本のアーム光導波路が設けられたマッハツェンダー干渉計型温度センサであって、前記２本の光導波路は屈折率温度係数が互いに異符号を示すものであることを特徴とするマッハツェンダー干渉計型温度センサ。
【請求項２】
前記２本のアーム光導波路は、物理的長さが略等しいものであることを特徴とする請求項１記載のマッハツェンダー干渉計型温度センサ。
【請求項３】
前記マッハツェンダー干渉計型温度センサは、
δ／κ≦０．２
（式中、δは２本の光導波路の伝搬定数差／２、κは結合定数）
で示される関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載のマッハツェンダー干渉計型温度センサ。
【請求項４】
前記２本の光導波路のうち一方の光導波路は、ＴｉＯ２、ＰｂＭｏＯ４、Ｔａ２Ｏ５  のうちいずれか１種の屈折率温度係数が負の材料から構成され、他方の光導波路は、ＬｉＮｂＯ３、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛、ＳｉＯｘＮｙのうちいずれか１種の屈折率温度係数が正の材料から構成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマッハツェンダー干渉計型温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路を利用したマッハツェンダー干渉計型温度センサ（ＭＺＩ型温度センサ）係わり、遠隔地点での温度モニタ等に好適に用いることができるＭＺＩ型温度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＭＺＩ型温度センサとしては、図９に示すような構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
従来のＭＺＩ型温度センサは、シリコン基板上に積層されたクラッド層中に形成された石英系導波路８４が途中で複数に分岐され、さらにこれら複数の導波路が２本づつ再び近接されてマッハツェンダー形導波路部９０が複数箇所設けられたものである。
マッハツェンダー形導波路部９０は、２本のアーム光導波路部８４ａ，８４ｂを有しており、一方のアーム光導波路部８ｂの光路長が他方のアーム光導波路部８４ａの光路長ＬよりΔＬだけ長くされている。
【０００３】
このＭＺＩ型温度センサでは、光導波路８４の一方の端部（第１の入力ポート９２ａ）から入射した光１０１は、光導波路８４の他方の端部（第２の出力ポート９２ｄ）から出射されるが、上記のように２本のアーム光導波路８４ａ、８４ｂは物理的光路長が異なるために温度変化によって第２の出力ポート９２ｄから出射される光強度の変化が生じるようになっている。それは、２本のアーム光導波路８４ａ、８４ｂは物理的光路長が異なるために（但し、屈折率温度係数については同符号である）、雰囲気温度が変化した場合に光を合波する際の位相差に変化をもたらし、温度による出力光１０３の強度の変化を生じさせるからである。光導波路の出力光強度は温度に対して周期的に変化するが、１周期の中では温度と光強度は１対１に対応しているため光強度から温度を求めることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１８１０８７号公報（図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来のＭＺＩ型温度センサでは、同じ材料から構成した２本のアーム光導波路８４ａ、８４ｂの物理的光路長差ΔＬは、アーム光導波路部８４ａの光路長Ｌに対して少しか変えることができないため、温度変化を検知するのに必要な位相シフト量は、温度がある程度高くならないと得られないため、温度感度が悪いものであった。同じ材料から構成した２本のアーム光導波路８４ａ、８４ｂの物理的光路長差ΔＬが小さい理由は、２本のアーム光導波路８４ａ、８４ｂの物理的光路長差ΔＬが大きくなるとセンサが大型化してしまうためであり、また、物理的光路長差ΔＬを大きくした上で、センサを小型化するには、アーム光導波路８４ｂの曲げ角度が大きくなってしまい（曲率半径が小さくなってしまい）、光の損失の問題が生じてしまうからである。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、温度変化量が小さくても温度変化の検知に必要な位相シフト量を得ることができ、温度感度が優れたＭＺＩ型温度センサの提供を目的とする。
また、本発明は温度変化量が小さくても温度変化の検知に必要な位相シフト量を得ることができ、温度感度が優れ、しかも小型化されたＭＺＩ型温度センサの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のマッハツェンダー干渉計型温度センサ（ＭＺＩ型温度センサ）は、２本の光導波路が２カ所で近接されて方向性結合器が２カ所設けられるとともにこれら方向性結合器間に２本のアーム光導波路が設けられたＭＺＩ型温度センサであって、前記２本の光導波路は屈折率温度係数が互いに異符号を示すものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明のＭＺＩ型温度センサは、屈折率温度係数が互いに異符号を示す２本の光導波路が備えられたことにより、物理的条件を同じにした場合（特に２本の光導波路の物理的長さの差を同じにした場合）、同じ材料から構成した２本の光導波路（言い換えれば屈折率温度係数が同じ材料から構成した２本の光導波路）を用いた従来のＭＺＩ型温度センサに比べて、温度が変化したときの２本のアーム光導波路の有効光路長差を大きくでき、伝搬光の位相シフト量も大きくできる。
また、本発明のＭＺＩ型温度センサは、温度変化量が小さくても温度変化の検知に必要な伝搬光の位相シフト量が得られるので、同じ材料から構成した２本の光導波路を用いた従来のＭＺＩ型温度センサに比べて温度感度が優れる。
また、本発明のＭＺＩ型温度センサは、上記２本の光導波路の材料として屈折率温度係数が互いに異符号を示すものを選択すればよいので、構造や製造工程が簡略であり、量産向きである。
本発明のＭＺＩ型温度センサは、遠隔地点での温度モニタに好適に用いることができる。
【０００９】
また、本発明のＭＺＩ型温度センサにおいては、前記２本の光導波路は屈折率温度係数が互いに異符号を示すものであるので、前記２本のアーム光導波路は物理的長さが略等しいものであってもよく、かかる構成のＭＺＩ型温度センサは、同じ材料から構成した２本の光導波路を用いた従来のＭＺＩ型温度センサに比べて２本のアーム光導波路の実効光路長差を大きくできる。
また、本発明のＭＺＩ型温度センサでは、上記のように２本のアーム光導波路は物理的長さが略等しいものであってもよいので、２本のアーム光導波路の物理的長さを互いに異ならした場合よりも２本のアーム光導波路を近づけることができ、曲げ角度も少なくて済み（曲率半径を大きくでき）、光損失を小さくできるうえ、オフセットもなく、小型化が可能である。このように本発明のＭＺＩ型温度センサは、コンパクト化が可能であるので、遠隔地点での温度モニタ等に好適に用いることができる。
【００１０】
また、本発明のＭＺＩ型温度センサにおいては、δ／κ≦０．２
（式中、δは２本の光導波路の伝搬定数差／２、κは結合定数）
で示される関係を満たすことが、消光比を大きくでき、また、温度分解能を大きくできる点で好ましく、さらに好ましくはδ／κ≦０．１なる関係を満たすことが消光比３０ｄＢ以上とすることができる点で好ましい。δ／κ≦０．２なる関係を満たすには、上記δを小さくするか、あるいは上記κを大きくすればよい。上記δを小さくするには、例えば、光導波路の断面形状を変更すればよい。また、上記κを大きくするには、上記方向性結合器のところの２本の光導波路の間隔を狭くすればよい。
【００１１】
また、本発明のＭＺＩ型温度センサにおいては、上記２本の光導波路のうち一方の光導波路は、ＴｉＯ２、ＰｂＭｏＯ４、Ｔａ２Ｏ５  のうちいずれか１種の屈折率温度係数が負の材料から構成され、他方の光導波路は、ＬｉＮｂＯ３、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、ＳｉＯｘＮｙのうちいずれか１種の屈折率温度係数が正の材料から構成されていてもよい。特に、一方の光導波路の材料としてＴｉＯ２を選択し、他方の光導波路の材料としてＰＬＺＴを選択した場合には、屈折率温度係数の差が特に大きく、温度変化が生じた場合に２本のアーム光導波路の有効光路長差を大きくでき、伝搬光の位相シフト量も大きくできる点で好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態のＭＺＩ型温度センサの概略構成を示す平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
この実施形態のＭＺＩ型温度センサは、図１乃至図３に示すようにシリコン等からなる基板２上に積層された下部クラッド層３ａと、この下部クラッド層３ａの表面に形成された２本の光導波路Ａ、Ｂと、これら２本の光導波路Ａ、Ｂと下部クラッド層３ａを覆うように積層された上部クラッド層３ｂとを備えている。下部クラッド層３ａと上部クラッド層３ｂを構成する材料としては、屈折率は光導波路Ａ、Ｂを構成する材料の屈折率よりも小さく、しかも屈折率温度係数の絶対値は光導波路Ａ、Ｂを構成する材料の屈折率温度係数の絶対値よりも小さいものが用いられ、例えば、ＳｉＯ２が用いられる。
【００１３】
下部クラッド層３ａの表面に形成された２本の光導波路Ａ、Ｂは、２カ所で近接されることで２つの３ｄＢ方向性結合器１３ａ、１３ｂが設けられるとともにこれら方向性結合器間に２本のアーム光導波路ａ、ｂが設けられている。
２本の光導波路Ａ、Ｂは、屈折率温度係数が互いに異符号を示すものである。
本実施形態では、一方の光導波路Ａは、下記式（１）で示される条件を満たす材料、即ち、屈折率温度係数が負の材料から構成されており、例えばＴｉＯ２、ＰｂＭｏＯ４、Ｔａ２Ｏ５  のうちから選択される１種が用いられる。
他方の光導波路Ｂは、下記式（２）で示される条件を満たす材料、即ち、屈折率温度係数が正の材料から構成されており、例えば、ＬｉＮｂＯ３  、ＰＬＺＴ、ＳｉＯｘＮｙのうちから選択される１種が用いられる。なお、ＳｉＯｘＮｙの屈折率は１．４８〜１．９である（ｙの値が大きくなると（Ｎが増えると）屈折率が大きくなる）。
光導波路に用いる材料の好ましい組み合わせとしては、光導波路Ａの材料としてＴｉＯ２が用いられ、光導波路Ｂの材料としてＰＬＺＴが用いられるのが先に述べた理由により好ましい。
【００１４】
（∂Ｎ／∂Ｔ）Ａ＜０      ・・・式（１）
（∂Ｎ／∂Ｔ）Ｂ＞０      ・・・式（２）
上記式（１）、式（２）中、Ｎは光導波路の屈折率、Ｔは温度（℃）である。
【００１５】
なお、上記光導波路に用いられる各材料の屈折率温度係数は、ＴｉＯ２が−７×１０−５℃−１、ＰｂＭｏＯ４が−４×１０−５℃−１、Ｔａ２Ｏ５が−１×１０−５℃−１であり、ＬｉＮｂＯ３が４×１０−５℃−１、ＰＬＺＴが１０×１０−５℃−１、ＳｉＯｘＮｙが１×１０−５℃−１である。
【００１６】
２本の光導波路ＡとＢは物理的長さ（物理長）が等しくなるように設けられている。また、２本のアーム光導波路ａとｂも物理的長さ（物理長）Ｌが等しくなるように設けられている。
【００１７】
また、本実施形態のＭＺＩ型温度センサにおいては、δ／κ≦０．２（式中、δは（βＢ−βＡ）／２、κは結合定数であり、上記βＡは光導波路Ａの伝播定数、βＢは光導波路Ｂの伝播定数）で示される関係を満たすことが、消光比を大きくできるため出力が計り易く、また、温度変化をアナログ処理するときの温度分解能を大きくできる点で好ましく、さらに好ましくはδ／κ≦０．１なる関係を満たすことが消光比３０ｄＢ以上とすることができる点で好ましい。
δ／κ≦０．２なる関係を満たすには、上記δを小さくするか、あるいは上記κを大きくすればよい。上記δを小さくするには、例えば、光導波路ＡやＢの断面形状を変更すればよい。また、上記κを大きくするには、上記方向性結合器１３ａや１３ｂのところの２本の光導波路ＡとＢの間隔を狭くすればよい。
このようなＭＺＩ型温度センサの光導波路に入射させる光としては、例えば、１．３μｍまたは１．５５μｍの波長が用いられる。
【００１８】
次に、本実施形態のＭＺＩ型温度センサの動作について図１を用いて説明する。
なお、図１においてＡ０〜Ａ３、Ｂ０〜Ｂ３は、ＭＺＩ型温度センサにおける各位置を示すものある。
Ａ０は光導波路Ａの一端部側に設けられた第１の入力ポート２２ａの位置（光導波路Ａに入射前の位置）、Ａ１は導波路Ａにおける一点であって、第１の入力ポート側の３ｄＢ方向性結合器１３ａの直後の位置、Ａ２は導波路Ａにおける一点であって、光導波路Ａの他端部側の３ｄＢ方向性結合器１３ｂの直前の位置、Ａ３は光導波路Ａの他端部側に設けられた第１の出力ポート２２ｃの位置である。
Ｂ０は光導波路Ｂの一端部側に設けられた第２の入力ポート２２ｂの位置（光導波路Ｂに入射前の位置）、Ｂ１は導波路Ｂにおける一点であって、第２の入力ポート側の３ｄＢ方向性結合器１３ａの直後の位置、Ｂ２は導波路Ｂにおける一点であって、光導波路Ｂの他端部側の３ｄＢ方向性結合器１３ｂの直前位置、Ｂ３は光導波路Ａの他端部側に設けられた第２の出力ポート２２ｄの位置である。
【００１９】
温度変化無しの場合（温度変化前の状態）に、第１の入力ポート２２ａから例えば１．５５μｍの波長の光Ｒを入射すると、この光Ｒは第２の出力ポート２２ｄから出射される。なお、この場合のＡ０〜Ａ３とＢ０〜Ｂ３の各位置での入射光、出射光パワー、位相シフト量（あるいは波動複素振幅）を以下に示す。この場合の３ｄＢ方向性結合器１３ａと１３ｂの結合率はいずれも０．５のときである。
【００２０】
Ａ０での入射光パワー１
Ａ１での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・０
Ａ２での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・０    
Ａ３での出射光パワー０
それは
（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・０
＋（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・（−π／２）
＝０となるからである。
【００２１】
Ｂ０での入射光パワー０
Ｂ１での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・（−π／２）
Ｂ２での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・（−π／２）    
Ｂ３での出射光パワー１
それは
（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・（−π／２）
＋（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・（−π／２）
となり、｜Ｂ３｜２  ＝１となるからである。
【００２２】
温度変化有りの場合、２本のアーム光導波路ａ、ｂは両方とも温度が上昇する。この場合、２本のアーム光導波路ａ、ｂは上記のように屈折率温度係数が互いに異符号を示すものであるので、屈折率温度係数が同じ材料から構成した光導波路を用いた従来のＭＺＩ型温度センサに比べて２本のアーム光導波路の有効光路長差が大きくなり、温度変化が小さくても（低い温度でも）温度変化の検知に必要な伝搬光位相シフト量としてπだけシフトさせることができ、従って、第１の入力ポート２２ａから例えば１．５５μｍの波長の光Ｒを入射すると、この光Ｒは第１の出力ポート２２ｃから出射される。この光Ｒの出力光パワーは温度に対して周期的に変化するが、１周期の中では温度と出射光パワーは１対１に対応しているため光強度から温度を求めることができる。
なお、この場合のＡ０〜Ａ３とＢ０〜Ｂ３の各位置での入射光及び出射光パワー、位相シフト量（あるいは波動複素振幅）を下記に示す。
ここで示す例は、ΔφＡ，Ｂ＝ΔφＢ−ΔφＡ＝π（ΔφＡは加熱されたアーム光導波路ａを通過する入射光の位相差、ΔφＢは加熱されたアーム光導波路ｂを通過する入射光の位相差）となる温度まで温度が上昇し、しかもＬＡ＝ＬＢ＝Ｌ（ＬＡはアーム光導波路ａの物理的長さ、ＬＢはアーム光導波路ｂの物理的長さ）、ＮＡ≠ＮＢ（ＮＡは光導波路Ａの屈折率、ＮＢは光導波路Ｂの屈折率）、ΔφＡ＜０、ΔφＢ＞０である場合である。
【００２３】
Ａ０での入射光パワー１
Ａ１での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・０
Ａ２での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・ΔφＡ
Ａ３での出射光パワー１
それは
（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・ΔφＡ
＋（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・（−π＋ΔφＢ）
（この式中、ΔφＡはΔφＡを表し、ΔφＢはΔφＢを表す。）となり、ここでは、ΔφＡ，Ｂ＝ΔφＢ−ΔφＡ＝πであるので、従って｜Ａ３｜２  ＝１となるからである。
【００２４】
Ｂ０での入射光パワー０
Ｂ１での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・（−π／２）
Ｂ２での波動複素振幅（１／√２）ｅｉ・（（−π／２）＋ΔφＢ）
Ｂ３での出射光パワー０
それは
（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・（ΔφＡ−π／２）
＋（１／√２）×（１／√２）ｅｉ・（（−π／２）＋ΔφＢ）
（この式中、ΔφＡはΔφＡを表し、ΔφＢはΔφＢを表す。）となるので、ここではΔφＡ，Ｂ＝ΔφＢ−ΔφＡ＝πであるので、従って、｜Ｂ３｜２  ＝０となるからである。
【００２５】
なお、φＡ  は下記式（３−Ａ）で計算でき、φＢ  は下記式（３−Ｂ）で計算できる。
φＡ＝（２πＬ／λ）ＮＡ    ・・・式（３−Ａ）
上記式（３−Ａ）中、Ｌはアーム光導波路ａの物理的長さ、ＮＡは光導波路Ａの屈折率である。
φＢ＝（２πＬ／λ）ＮＢ    ・・・式（３−Ｂ）
上記式（３−Ｂ）中、Ｌはアーム光導波路ｂの物理的長さ、ＮＢは光導波路Ｂの屈折率である。
また、ΔφＡ  は下記式（３−１）で計算でき、ΔφＢ  は下記式（３−２）で計算できる。
ΔφＡ＝（２πＬ／λ）（∂Ｎ／∂Ｔ）Ａ  ΔＴ    ・・・式（３−１）
上記式（３−１）中、Ｌはアーム光導波路ａの物理的長さ、λは入射光の波長、ΔＴは温度の変化量である。
【００２６】
ΔφＢ＝（２πＬ／λ）（∂Ｎ／∂Ｔ）Ｂ  ΔＴ    ・・・式（３−２）
上記式（３−２）中、Ｌはアーム光導波路ｂの物理的長さ、λは入射光の波長、ΔＴは温度の変化量である。
また、ΔφＡ，Ｂ  は下記式（３−Ｃ）で計算できる。
2004333158.tif 000003
【００２７】
本実施形態のＭＺＩ型温度センサは、屈折率温度係数が互いに異符号を示す２本の光導波路ＡとＢが備えられたことにより、２本の光導波路の物理的長さの差を同じにした場合、同じ材料から構成した２本の光導波路（言い換えれば屈折率温度係数が同じ材料から構成した２本の光導波路）を用いた従来のＭＺＩ型温度センサに比べて、温度が変化したときの２本のアーム光導波路の有効光路長差を大きくでき、伝搬光の位相シフト量も大きくできる。
また、本実施形態のＭＺＩ型温度センサは、温度変化量が小さくても温度変化の検知に必要な伝搬光の位相シフト量が得られるので、同じ材料から構成した２本の光導波路を用いた従来のＭＺＩ型温度センサに比べて温度感度が優れる。
【００２８】
それは、同じ材料の２本の光導波路を用いた従来のＭＺＩ型温度センサでは、温度変化の検知に必要な伝搬光の位相シフト量がπであるとき、位相をπだけシフトさせるに必要な温度の変化量（ΔＴ）πは、下記式（４−１）で計算できる。
2004333158.tif 000004
上記式（４−１）中、Ｌはアーム光導波路の物理的長さ、λは入射光の波長である。なお、ここでの従来のＭＺＩ型温度センサのアーム光導波路や屈折率等の条件は、ＬＡ＜ＬＢ、ＬＢ＝ＬＡ＋ΔＬ、ＮＡ＝ＮＢ＝Ｎ、
（∂Ｎ／∂Ｔ）Ａ＝（∂Ｎ／∂Ｔ）Ｂ＝（∂Ｎ／∂Ｔ）である。
例えば、上記の従来のＭＺＩ型温度センサに用いる２本の光導波路の材料としてＬｉＮｂＯ３  （屈折率Ｎ＝２．２、（∂Ｎ／∂Ｔ）＝４×１０−５℃−１）  を採用し、ΔＬ＝０．０１ｃｍ、ＬＡ＝５ｃｍ、λ＝０．６３３μｍ、（∂ΔＬ／∂Ｔ）＝１．６×１０−５℃−１とすると、式（４−１）から（ΔＴ）π＝４２℃となる。
【００２９】
これに対して本実施形態のＭＺＩ型温度センサでは、温度変化の検知に必要な伝搬光の位相シフト量がπであるとき、位相をπだけシフトさせる（ΔφＢ−ΔφＡ＝π）に必要な温度の変化量（ΔＴ）πは、下記式（５）で計算できる。（なお、（５）式は図１のようにＬＡ＝ＬＢの場合である。ＬＡ＜ＬＢの場合は図４に示すような場合であるので、後述の第２の実施形態で説明する。）
2004333158.tif 000005
上記式（５）中、Ｌはアーム光導波路の物理的長さ、λは入射光の波長である。
このように式（５）の分母は、式（４）の分母より大きいので、本実施形態のＭＺＩ型温度センサの（ΔＴ）π  は、従来のＭＺＩ型温度センサの（ΔＴ）πより小さくなる。
例えば、本実施形態のＭＺＩ型温度センサに用いる光導波路Ａの材料としてＴｉＯ２（屈折率ＮＡ＝２．２、（∂Ｎ／∂Ｔ）Ａ＝−７×１０−５℃−１）を採用し、光導波路Ｂの材料としてＳｉＯｘＮｙ（屈折率ＮＢ＝１．４８〜１．９、（∂Ｎ／∂Ｔ）Ｂ＝１×１０−５℃−１）を採用し、Ｌ＝５ｃｍ、λ＝０．６３３μｍとすると、式（５）から（ΔＴ）π＜０．１℃となる。
従って、本実施形態のＭＺＩ型温度センサは、従来のＭＺＩ型温度センサよりも低い温度で温度変化を検知できる。
【００３０】
また、本実施形態のＭＺＩ型温度センサは、２本の光導波路Ａ、Ｂの材料として屈折率温度係数が互いに異符号を示すものを選択すればよいので、構造や製造工程が簡略であり、量産向きである。
また、本実施形態のＭＺＩ型温度センサでは、上記のように２本のアーム光導波路は物理的長さが略等しくてもよいので、２本のアーム光導波路を近づけることができ、曲げ角度も少なくて済み、光損失を小さくできるうえ、オフセットもなく、コンパクト化が可能である。
【００３１】
（第２の実施形態）
図４は、本発明に係る第２の実施形態のＭＺＩ型温度センサの概略構成を示す平面図である。
第２の実施形態のＭＺＩ型温度センサが、図１乃至図３に示した第１の実施形態のＭＺＩ型温度センサと異なるところは、光導波路Ａと光導波路Ｂ’は物理的長さが異なる点であり、詳しくは光導波路Ａのアーム光導波路ａの物理長よりも光導波路Ｂ’のアーム光導波路ｂ’の物理長が長くされた点である。
本実施形態においても光導波路Ａは、第１の実施形態で用いたものと同様の屈折率温度係数が負の材料からなるものであり、光導波路Ｂ’は第１の実施形態で光導波路Ｂで用いたものと同様の屈折率温度係数が正の材料からなるものである。
下記式（６）にアーム光導波路ａとアーム光導波路ｂ’の物理的長さの関係を示す。
ＬＢ＝ＬＡ＋ΔＬ    …式（６）
上記式（６）中、ＬＡはアーム光導波路ａの物理的長さ、ＬＢはアーム光導波路ｂ’の物理的長さ、ΔＬはＬＢとＬＡの差である。
【００３２】
本実施形態では、ΔφＡ，Ｂ  は下記式（３−Ｄ）で計算できる。
2004333158.tif 000006
【００３３】
本実施形態のＭＺＩ型温度センサでは、温度変化の検知に必要な伝搬光の位相シフト量がπであるとき、位相をπだけシフトさせる（ΔφＢ−ΔφＡ＝π）に必要な温度の変化量（ΔＴ）πは、下記式（７）で計算できる。
2004333158.tif 000007
上記式（７）中、ＬＡはアーム光導波路ａの物理的長さ、ＬＢはアーム光導波路ｂ’の物理的長さ、λは入射光の波長である。
このように式（７）の分母は、上記式（４）の分母より大きいので、本実施形態のＭＺＩ型温度センサの（ΔＴ）π  は、従来のＭＺＩ型温度センサの（ΔＴ）πより小さくなる。
【００３４】
例えば、本実施形態のＭＺＩ型温度センサに用いる光導波路Ａの材料としてＴｉＯ２（屈折率ＮＡ＝２．２、（∂Ｎ／∂Ｔ）Ａ＝−７×１０−５℃−１）を採用し、光導波路Ｂ’の材料としてＳｉＯｘＮｙ（屈折率ＮＢ＝１．４８〜１．９、
（∂Ｎ／∂Ｔ）Ｂ＝１×１０−５℃−１）を採用し、ＬＡ＝５ｃｍ、ＬＢ＝５．０１ｃｍ、ΔＬ＝０．０１ｃｍ、λ＝０．６３３μｍとすると、
式（７）から（ΔＴ）π＜０．１℃となる。
【００３５】
【実施例】
δ／κを０．０１〜０．５の範囲で変更した以外は図１乃至図３に示した第１の実施形態と同様のＭＺＩ型温度センサを作製した。このＭＺＩ型温度センサの３ｄＢ方向性結合器の結合器パラメータ条件は、ｑｌ＝π／４である。上記式中、ｑは有効結合定数、ｌ（エル）は方向性結合器の結合長さ、πは位相シフト量である。作製したＭＺＩ型温度センサの消光比について調べた。ここでの消光比は、第１の入力ポート２２ａから１．５５μｍの入射光を入射し、第１の出力ポートの出射パワーを測定し、位相シフトを電極電圧をに置き換えることにより調べた。
その結果を図５乃至図８に示す。
図５は、δ／κ＝０．０１としたときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量（ｒａｄ）と相対出力光強度（ｄＢ）の関係を示すグラフである。
図６は、δ／κ＝０．１としたときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量（ｒａｄ）と相対出力光強度（ｄＢ）の関係を示すグラフである。
図７は、δ／κ＝０．２としたときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量（ｒａｄ）と相対出力光強度（ｄＢ）の関係を示すグラフである。
図８は、δ／κ＝０．５としたときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量（ｒａｄ）と相対出力光強度（ｄＢ）の関係を示すグラフである。
【００３６】
図５乃至図８に示した結果からδ／κ＝０．５とした比較例のＭＺＩ型温度センサは、消光比が１４ｄＢしか得られないが、δ／κ≦０．２とした実施例のＭＺＩ型温度センサでは、消光比が２８ｄＢ程度以上得られており、特に、δ／κ≦０．１とした実施例のＭＺＩ型温度センサでは、消光比が４０ｄＢ程度以上得られており、従って、実用上好ましいとされる３０ｄＢ以上の消光比が得るには、δ／κ≦０．１とすることが好ましいことがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のＭＺＩ型温度センサによれば、２本の光導波路として屈折率温度係数が互いに異符号を示すものが用いられたことにより、温度感度が優れたＭＺＩ型温度センサを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る第１の実施形態のＭＺＩ型温度センサの概略構成を示す平面図。
【図２】図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図。
【図４】図４は、本発明に係る第２の実施形態のＭＺＩ型温度センサの概略構成を示す平面図。
【図５】図５は、δ／κ＝０．０１のときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量と相対出力光強度の関係を示すグラフ。
【図６】図６は、δ／κ＝０．１としたときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量と相対出力光強度の関係を示すグラフ。
【図７】図７は、δ／κ＝０．２としたときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量と相対出力光強度の関係を示すグラフ。
【図８】図８は、δ／κ＝０．５としたときのＭＺＩ型温度センサの位相シフト量と相対出力光強度の関係を示すグラフ。
【図９】従来のＭＺＩ型温度センサの例を示す平面図。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ，Ｂ’…光導波路、ａ，ｂ，ｂ’…アーム光導波路、２…基板、３ａ…下部クラッド層、３ｂ…上部クラッド層、１３ａ…方向性結合器、１３ｂ…方向性結合器、２２ａ…第１の入力ポート、２２ｂ…第２の入力ポート、２２ｃ…第１の出力ポート、２２ｄ…第２の出力ポート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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