INTERFERÓMETRO ÓPTICO DE GUÍA DE ONDAS INTEGRADO.

Sensor (1) de interferómetro óptico de guía de ondas integrado para la detección evanescente de cantidades químicas y/o físicas,

que comprende un sustrato que lleva una estructura en capas de guía de ondas provista de - una primera capa interior de guía de ondas intercalada entre dos primeras capas de revestimiento formadas en esta secuencia partiendo del sustrato por una primera capa (6) de revestimiento inferior y una primera capa de revestimiento superior, de un índice de refracción más bajo que la primera capa interior de guía de ondas, - una segunda capa interior de guía de ondas intercalada entre dos segundas capas de revestimiento formadas en esta secuencia partiendo del sustrato por una segunda capa (6) de revestimiento inferior y una segunda capa de revestimiento superior, de un índice de refracción más bajo que la segunda capa interior de guía de ondas, - un divisor y un combinador para acoplar ópticamente dichas primera y segunda capas interiores de guía de ondas en una primera y segunda juntas, respectivamente, - una sección de un material (9) de revestimiento polimérico incluido en una de las primeras capas (6) de revestimiento superior y/o incluido en una de las segundas capas (6) de revestimiento superior, siendo el material (9) de revestimiento polimérico aplicado dentro de una ventana (7, 8) entre la primera y segunda juntas retirando localmente una de las primeras capas (6) de revestimiento y/o una de las segundas capas (6) de revestimiento aplicadas originalmente, caracterizada porque dicho material (9) de revestimiento polimérico tiene un índice de refracción entre 1,46 y 2,5 que varía con la temperatura, y porque el sensor comprende medios (10) para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimérico, formando el material de revestimiento polimérico de este modo una sección de modulación adaptada para cambiar la fase de la radiación que se propaga a través de dichas primera y segunda capas interiores de guía de ondas

Interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado La presente invenci6n se refiere a un sensor de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado para la detecci6n evanescente de cantidades qufmicas y/o ffsicas, que comprende un sustrato que lleva una estructura en capas de gufa de ondas provista de

- una primera capa interior de gufa de ondas intercalada entre dos primeras capas de revestimiento formadas por una primera capa de revestimiento inferior y una primera capa de revestimiento superior, de un fndice de refracci6n mas bajo que la primera capa interior de gufa de ondas,

- una segunda capa interior de gufa de ondas intercalada entre dos segundas capas de revestimiento formada por una segunda capa de revestimiento inferior y una segunda capa de revestimiento superior, de un fndice de refracci6n mas bajo que la segunda capa interior de gufa de ondas,

- un divisor y un combinador para acoplar 6pticamente dichas primera y segunda capas interiores de gufa de ondas en una primera y segunda juntas, respectivamente.

Se conoce un interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado como tal por la publicaci6n de patente de Estados Unidos nO 6.240.226 (Lucent Technologies, Inc.) . El interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado descrito en la misma es del tipo Mach-Zehnder. Este conocido interfer6metro de Mach-Zehnder incluye un primer canal interior de gufa de ondas y un segundo canal interior de gufa de ondas, unidos ambos de manera estrecha en un primer acoplador direccional y un segundo acoplador direccional. El primer canal interior de gufa de ondas esta rodeado en todos los lados no en contacto con el sustrato por un primer revestimiento, y el segundo canal interior de gufa de ondas esta rodeado en todos los lados no en contacto con el sustrato por un segundo revestimiento. El primer revestimiento incluye una secci6n de un revestimiento polimerico en contacto, en todos los lados no en contacto con el sustrato, con el primer canal interior de gufa de ondas entre el primer y el segundo acopladores direccionales. Fuera de la secci6n polimerica, el primer canal interior de gufa de ondas esta rodeado por un material de revestimiento estandar. El segundo canal interior de gufa de ondas es similar al primer canal interior de gufa de ondas, excepto que se emplea un material de revestimiento estandar en toda su longitud. El revestimiento polimerico tiene un fndice de refracci6n que varfa con la temperatura. La temperatura de la secci6n del revestimiento polimerico se ajusta para causar un cambio correspondiente en la fase de la luz que fluye a traves del primer canal interior de gufa de ondas limitado por el revestimiento polimerico para efectuar un cambio o modulaci6n de la luz deseado.

Es de hacer notar que la presente invenci6n no esta limitada al interfer6metro de Mach-Zehnder, sino que tambien se extiende a otros interfer6metros, tales como un llamado interfer6metro de Michelson o un llamado interfer6metro de Young. Sin embargo, la presente invenci6n se refiere particularmente a un llamado interfer6metro 6ptico de gufa de ondas plana, que es un interfer6metro que consiste en una fina pelfcula interior transparente intercalada entre capas de revestimiento transparentes con fndices de refracci6n mas bajos que confinan la luz que se propaga en la pelfcula interior de tal modo que esta presente un gran campo de detecci6n 6ptica evanescente en las capas de revestimiento, en donde tal apilamiento de la gufa de ondas esta preferiblemente depositado sobre un sustrato liso y plano con el prop6sito de proporcionar estabilidad mecanica. Ademas, en la estructura de la presente invenci6n, el divisor y el combinador no s6lo se refieren a un primer y un segundo acoplador direccional, como se describe en dicha publicaci6n de patente de Estados Unidos nO 6.240.226, sino que tambien se refieren a, por ejemplo, un primer cubo divisor de rayos micro6ptico y un segundo cubo divisor de rayos micro6ptico, o un primer divisor ramificado en Y y un segundo divisor ramificado en Y, respectivamente. Finalmente, el termino "detecci6n evanescente", como se usa anteriormente, es un termino bien conocido en la tecnica, que es aplicar un material qufmicamente sensible como capa de revestimiento dentro de una ventana obtenida retirando localmente la capa de revestimiento aplicada originalmente.

Una desventaja de un interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado conocido por dicha publicaci6n de patente de Estados Unidos nO 6.240.226 es que, dependiendo del campo tecnico de uso, la eficacia y precisi6n en aplicaciones de detecci6n no cumplen los deseos de hoy en dfa. Para aplicaciones de detecci6n se requiere un campo evanescente grande, lo cual fuerza a que el nucleo sea fino y predominantemente plano, sin estructuraci6n de crestas o con s6lo una estructuraci6n de crestas superficial. Una secci6n de revestimiento polimerica cubrira por tanto s6lo la parte superior del nucleo de gufa de ondas. Por consiguiente, la modulaci6n termo6ptica no sera tan eficaz para un revestimiento polimerico que rodee el nucleo en todos los lados no en contacto con el sustrato.

Por lo tanto, es un objetivo de la invenci6n mejorar la tecnica anterior, y para lograr ese objetivo un interfer6metro del tipo mencionado en el preambulo segun la invenci6n comprende:

- una secci6n de un material de revestimiento polimerico incluido en una de las primeras capas superiores de revestimiento y/o incluida en una de las segundas capas superiores de revestimiento, siendo aplicado el material de revestimiento polimerico dentro de una ventana entre la primera y segunda juntas retirando localmente una de las primeras capas superiores de revestimiento y/o una de la segundas capas superiores de revestimiento aplicadas originalmente, caracterizada porque dicho material de revestimiento polimerico tiene un fndice de refracci6n entre 1, 46 y 2, 5 que varfa con la temperatura, y porque el sensor comprende

- medios para subir y bajar la temperatura de dicho material de revestimiento polimerico, formando el material de revestimiento polimerico de este modo una secci6n de modulaci6n adaptada para cambiar la fase de la radiaci6n que se propaga a traves de dichas primera y segunda capas interiores de gufa de ondas.

Un rasgo importante es, por tanto, que se obtiene una secci6n de modulaci6n por medio de una estructura de capas asimetrica equipada con dicha secci6n de material de revestimiento polimerico que tiene un fndice de refracci6n mas alto que la capa de revestimiento inferior, seleccionado de tal modo que el campo evanescente esta cerca del "corte". Esto significa que el campo evanescente es empujado hacia dicha secci6n del material de revestimiento polimerico, mientras que los cambios termicos en su fndice de refracci6n tendran un fuerte efecto sobre el fndice de refracci6n efectivo de la estructura.

La publicaci6n de patente de Estados Unidos nO 2006/0165340 (Wu) describe un dispositivo de gufa de ondas termo6ptico que incluye un sustrato, una gufa de ondas 6ptica y un calentador de pelfcula fina que ejerce un efecto termo6ptico sobre la gufa de ondas 6ptica. El dispositivo de gufa de ondas termo6ptico incluye ademas una ranura de separaci6n termica dispuesta en paralelo con un nucleo de gufa de ondas 6ptica a lo largo de dos lados del nucleo de gufa de ondas 6ptica que corresponde al calentador de pelfcula fina. En el metodo de fabricaci6n del dispositivo de gufa de ondas termo6ptico, la ranura de separaci6n termica dispuesta cerca del nucleo de gufa de ondas 6ptica se forma junto con la gufa de ondas 6ptica, en un procedimiento de formaci6n de la gufa de ondas 6ptica sobre el sustrato usando un fotopolfmero.

La publicaci6n de patente francesa nO 2.774.887 (Centre Nat. Rech. Scient.) describe un sensor de interfer6metro de Mach-Zehnder provisto de una ventana de detecci6n llena de un material polimerico y que incluye ademas una secci6n de modulaci6n independiente formada por un modulador 6ptico acustico.

Particularmente, dicho interfer6metro acorde con la invenci6n satisface las ecuaciones siguientes en dicha secci6n de modulaci6n:

(1) nc > ns 2 2) 1/2

(2) V = 2n (h/A) (nf -nc

(3) r = (nf 2 -ns2) / (nf 2 -nc2)

- siendo nc el fndice de refracci6n de la primera capa de revestimiento superior y/o la segunda capa de revestimiento superior;

- siendo ns el fndice de refracci6n de la primera capa de revestimiento inferior y/o la segunda capa de revestimiento inferior;

- siendo nf el fndice de refracci6n de la primera capa interior y/o la segunda capa interior;

- siendo h el grosor de la primera capa interior y/o la segunda capa interior;

- siendo A la longitud de onda 6ptica;

- variando V entre 0, 1 y 4 para r >... [Seguir leyendo]

1. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado para la detecci6n evanescente de cantidades qufmicas y/o ffsicas, que comprende un sustrato que lleva una estructura en capas de gufa de ondas provista de

- una primera capa interior de gufa de ondas intercalada entre dos primeras capas de revestimiento formadas en esta secuencia partiendo del sustrato por una primera capa (6) de revestimiento inferior y una primera capa de revestimiento superior, de un fndice de refracci6n mas bajo que la primera capa interior de gufa de ondas,

- una segunda capa interior de gufa de ondas intercalada entre dos segundas capas de revestimiento formadas en esta secuencia partiendo del sustrato por una segunda capa (6) de revestimiento inferior y una segunda capa de revestimiento superior, de un fndice de refracci6n mas bajo que la segunda capa interior de gufa de ondas,

- un divisor y un combinador para acoplar 6pticamente dichas primera y segunda capas interiores de gufa de ondas en una primera y segunda juntas, respectivamente,

- una secci6n de un material (9) de revestimiento polimerico incluido en una de las primeras capas (6) de revestimiento superior y/o incluido en una de las segundas capas (6) de revestimiento superior, siendo el material (9) de revestimiento polimerico aplicado dentro de una ventana (7, 8) entre la primera y segunda juntas retirando localmente una de las primeras capas (6) de revestimiento y/o una de las segundas capas (6) de revestimiento aplicadas originalmente, caracterizada porque dicho material (9) de revestimiento polimerico tiene un fndice de refracci6n entre 1, 46 y 2, 5 que varfa con la temperatura, y porque el sensor comprende medios (10) para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimerico, formando el material de revestimiento polimerico de este modo una secci6n de modulaci6n adaptada para cambiar la fase de la radiaci6n que se propaga a traves de dichas primera y segunda capas interiores de gufa de ondas.

2. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun la reivindicaci6n 1, en el que dicho interfer6metro (1) en dicha secci6n de modulaci6n satisface las ecuaciones:

(1) nc > ns 22) 1/2

(2) V =2n (h/A) (nf -nc

(3) r = (n.

2. ns2) / (n.

2. nc2)

- siendo nc el fndice de refracci6n de la primera capa de revestimiento superior y/o la segunda capa de revestimiento superior;

- siendo ns el fndice de refracci6n de la primera capa de revestimiento inferior y/o la segunda capa de revestimiento inferior;

- siendo nf el fndice de refracci6n de la primera capa interior y/o la segunda capa interior;

- siendo h el grosor de la primera capa interior y/o la segunda capa interior;

- siendo A la longitud de onda 6ptica;

- variando V entre 0, 1 y 4 para r > 1, 1.

3. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun la reivindicaci6n 1 o 2, en el que dicho material (9) de revestimiento polimerico esta hecho al menos sustancialmente de un material seleccionado del grupo que consiste en poli (metacrilato de pentabromofenilo) , poli (acrilato de pentabromofenilo) , poli (metacrilato de pentabromobencilo) , poli (acrilato de pentabromobencilo) , poli (metacrilato de 2, 4, 6-tribromofenilo) , poli (sulfuro de vinilfenilo) , poli (metacrilato de 1-naftilo) , poli (2-viniltiofeno) , poli (2, 6-dicloroestireno) , poli (N-vinilftalamida) , poli (2-cloroestireno) y poli (metacrilato de pentaclorofenilo) .

4. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun la reivindicaci6n 1 o 2, en el que dicho material (9) de revestimiento polimerico esta hecho al menos sustancialmente de un material seleccionado del grupo que consiste en un polfmero basado en anillos aromaticos de benceno y un polfmero basado en anillos aromaticos condensados.

5. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun la reivindicaci6n 3 o 4, en el que se han anadido partfculas de alto fndice de refracci6n al material de dicho material (9) de revestimiento polimerico a fin de aumentar el fndice de refracci6n del mismo.

6. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 5, en el que dichos medios (10) para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimerico comprenden un calentador y/o un enfriador adyacente a la secci6n de dicho material (9) de

revestimiento polimerico.

7. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 6, en el que dicha primera capa interior de gufa de ondas y/o dicha segunda capa interior de gufa de ondas esta (n) provista (s) de un perfil en la forma de una cresta.

8. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 7, en el que el fndice de refracci6n de dicha primera capa interior de gufa de ondas y/o dicha segunda capa interior de gufa de ondas se selecciona en el intervalo entre 1, 5 y 2, 5.

9. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, en el que dicha primera capa interior de gufa de ondas y/o dicha segunda capa interior de gufa de ondas esta (n) hecha (s) al menos sustancialmente de un material seleccionado del grupo que consiste en Si3N4, Ti02, Ta203, Zr02, Al203, Y203 y Nb205.

10. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 9, en el que dicha primera capa de revestimiento inferior y/o dicha segunda capa de revestimiento inferior esta (n) hecha (s) al menos sustancialmente de sflice cultivada termicamente o depositada por vapor qufmico (CVD) , sflice que contiene vidrios multicomponentes, vidrios de fluoruro, polfmeros organicos que contienen silicio o polfmeros hfbridos organicos-inorganicos que contienen silicio o polfmeros organicos que contienen fluor o polfmeros hfbridos organicos-inorganicos que contienen fluor.

11. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 10, en el que dicho medio (10) para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimerico es una banda de metal polarizante.

12. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, que comprende ademas una espuma aplicada sobre dichos medios para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimerico.

13. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, que comprende ademas una cubierta aplicada sobre dichos medios (10) para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimerico, en donde es mantenido un hueco para el aire entre dicha cubierta y dichos medios (10) para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimerico.

14. Sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 13, en el que estan provistos medios para la modulaci6n electrica de una senal a ser aplicada a dichos medios (10) para subir y bajar la temperatura de dicho material (9) de revestimiento polimerico.

15. Uso de un sensor (1) de interfer6metro 6ptico de gufa de ondas integrado segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 14 en una varilla medidora.