JPH0740048B2 - Optical fiber type voltage sensor - Google Patents

Optical fiber type voltage sensor

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JPH0740048B2
JPH0740048B2 JP61042214A JP4221486A JPH0740048B2 JP H0740048 B2 JPH0740048 B2 JP H0740048B2 JP 61042214 A JP61042214 A JP 61042214A JP 4221486 A JP4221486 A JP 4221486A JP H0740048 B2 JPH0740048 B2 JP H0740048B2
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optical fiber
light
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output
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石塚  訓
修 鎌田
澄子 森崎
和郎 戸田
大典 石河
光一 金山
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はポッケルス効果を用いた光ファイバ型電圧セン
サに関する。
The present invention relates to an optical fiber type voltage sensor using the Pockels effect.

従来の技術 BSO,LiNbO3,ZnS等の電気光学結晶のポッケルス効果を利
用して高圧送電線などの電圧を光学的に測定する光ファ
イバ型電圧センサは、絶縁性や電磁誘導ノイズの点です
ぐれており、抵抗分圧法やコンデンサ分圧法などによる
電気的測定法に比較して多くの長所を有しているため、
近年、積極的に開発が行なわれている。
ART BSO, optical fiber type voltage sensor for measuring voltage optically, such as high voltage transmission lines utilizing the Pockels effect of the electro-optic crystal of LiNbO 3, ZnS, etc., excellent in terms of insulation and electromagnetic induction noise Since it has many advantages over electrical measurement methods such as the resistance voltage division method and capacitor voltage division method,
In recent years, development has been actively conducted.

従来の光ファイバ型センサは、例えば、電気通信学会技
術研究報告(OQE82−59)に示すように、第2図のよう
な構成となっていた。双方向で用いる入,出力兼用光フ
ァイバ1と自己集束性ロッドレンズ2の一端側との間
に、1枚の複屈折材料(ルチル平板)3を置いて偏光分
離機能を持たせ、また、自己集束性ロッドレンズ2の他
端には、電極4を有するポッケルス材料(本従来例で
は、LiNbO3単結晶)5と1/3波長板6及び反射板7を配
置して、反射光学系を構成する。入出力兼用光ファイバ
1の手前には分岐器8があって、入力光ファイバ9から
の光linを入出力兼用光ファイバ1に通し、また、入出
力兼用光ファイバ1から逆方向に帰ってきた信号光lout
を出力光ファイバ10に分岐する。
The conventional optical fiber type sensor has a configuration as shown in FIG. 2, for example, as shown in Technical Report of the Institute of Electrical Communication (OQE82-59). A birefringent material (rutile flat plate) 3 is placed between the bidirectional input / output optical fiber 1 used in both directions and one end of the self-focusing rod lens 2 to provide a polarization separation function. At the other end of the converging rod lens 2, a Pockels material (LiNbO 3 single crystal in this conventional example) 5 having an electrode 4, a 1/3 wavelength plate 6 and a reflection plate 7 are arranged to form a reflection optical system. To do. There is a branching device 8 in front of the input / output combined use optical fiber 1, the light lin from the input optical fiber 9 is passed through the input / output combined use optical fiber 1, and returned from the input / output combined use optical fiber 1 in the opposite direction. Signal light lout
To the output optical fiber 10.

この動作原理を説明すると、入出力兼用光ファイバ1か
ら出射した光linはルチル平板3で直線偏光になり、ポ
ッケルス材料5及び1/3波長板6を透過後、ミラー7で
反射され、再び1/3波長板6及びポッケルス材料5を通
過後、ルチル平板3で偏光分離されて、入出力兼用光フ
ァイバ1に受光される。ポッケルス材料5は電界により
屈折率が変化するが、その変化率が偏光方向により異な
るため、通過する光の位相が変わり、楕円偏光となる。
この偏光の変化を検光子に当たるルチル平板3で偏光分
離し、強度変化に変換する。ここで、ポッケルス材料5
を通過する光が電界により受ける光学的位相差Δφは印
加電界強度Eに比例する。
The operation principle will be described. The light lin emitted from the input / output optical fiber 1 becomes linearly polarized by the rutile flat plate 3, passes through the Pockels material 5 and the 1/3 wavelength plate 6, is reflected by the mirror 7, and is again 1 After passing through the / 3 wave plate 6 and the Pockels material 5, the light is split into polarized light by the rutile flat plate 3 and received by the optical fiber 1 which also serves as an input / output. Although the refractive index of the Pockels material 5 changes depending on the electric field, the rate of change differs depending on the polarization direction, so that the phase of the light passing therethrough changes and becomes elliptically polarized light.
This change in polarization is polarized and separated by the rutile flat plate 3 which is an analyzer, and converted into a change in intensity. Where Pockels material 5
The optical phase difference Δφ that the light passing through receives the electric field is proportional to the applied electric field strength E.

すなわち Δφ=kE ただしk:比例定数 …………(1) となる。That is, Δφ = kE where k: proportionality constant ………… (1).

また、光線は1/3波長板を往復することにより、π/2の
位相差を受ける。従って、この場合の出力光強度は、 P∝1−sin(Δφ) …………(2) となり、Δφが小さい時には、 P∝1−Δφ=1−kE …………(3) となり、電界強度Eに比例した光量変化が得られる。
Also, the light beam undergoes a phase difference of π / 2 by going back and forth through the 1/3 wavelength plate. Therefore, the output light intensity in this case is P∝1-sin (Δφ) ………… (2), and when Δφ is small, P∝1-Δφ = 1-kE ………… (3), A light amount change proportional to the electric field strength E can be obtained.

発明が解決しようとする問題点 このような光ファイバ型電圧センサでは、印加電圧をV,
光源の波更をλとすると、印加電圧による光の位相差φ
は、次のような式で表わされる。
Problems to be Solved by the Invention In such an optical fiber type voltage sensor, the applied voltage is
If the wavelength of the light source is λ, the phase difference φ of the light due to the applied voltage
Is expressed by the following equation.

ここでn0は、LiNbO3の常光線屈折率、dはLiNbO3の厚
さ、lはLiNbO3の長さ(電極長)である。
Where n 0 is the ordinary index of refraction of LiNbO 3, d is the thickness of the LiNbO 3, l is the length of LiNbO 3 (electrode length).

また、このような光ファイバ型電圧センサでは、一般的
に光源として発光ダイオードを使用しているが、発光ダ
イオードLEDの発光波長広がりの半値全巾が0.8μm帯LE
Dで30〜60nm、1.3μm帯LEDで100nm以上と、非常に広い
ため、(4)式で示すように、LEDの波長の巾により、
位相差φに巾が生じ、測定精度が悪化する。
Further, in such an optical fiber type voltage sensor, a light emitting diode is generally used as a light source, but the full width at half maximum of the emission wavelength spread of the light emitting diode LED is 0.8 μm band LE.
It is very wide, 30 to 60 nm for D and 100 nm or more for 1.3 μm band LED. Therefore, as shown in equation (4), depending on the width of the LED wavelength,
There is a width in the phase difference φ, which deteriorates the measurement accuracy.

また、入力光ファイバから出射した光が出力光ファイバ
に入射するまでの距離が20mm以上必要となるが、この距
離が長い程入力光ファイバから出力光ファイバへ結合す
る光の損失が増大する要因となるとともに厳しい軸合せ
精度が要求される。
Also, a distance of 20 mm or more is required for the light emitted from the input optical fiber to enter the output optical fiber, and the longer this distance is, the more the loss of light coupled from the input optical fiber to the output optical fiber increases. In addition, strict alignment accuracy is required.

問題点を解決するための手段 本発明は、上記の問題を解決するために、半導体レーザ
を光源として使用し、偏波面保存型光ファイバを入力側
光ファイバとしてマルチモード型光ファイバを出力型光
ファイバとして各々使用し、前記入力型光ファイバから
出射する直線偏光が、少なくともポッケルス材料と1/4
波長板及び検光子とを通過して前記出力側光ファイバに
入射するものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention uses a semiconductor laser as a light source, uses a polarization-maintaining optical fiber as an input side optical fiber, and a multimode type optical fiber as an output type optical fiber. The linearly polarized light emitted from the input type optical fiber is at least 1/4 of Pockels material
The light passes through the wave plate and the analyzer and is incident on the output side optical fiber.

作用 本発明は上記の方法により、測定精度が向上するととも
に、接着剤で固定する光学部品のうち、偏光子を省略す
ることができるため、信頼性の向上が期待でき、またコ
ア径の小さい光ファイバから大きい光ファイバへの光の
結合となるため、損失増加を防ぐことが可能となるもの
である。
Action The present invention improves the measurement accuracy by the above method, and of the optical components fixed with an adhesive, the polarizer can be omitted, so that the reliability can be expected to be improved, and the light with a small core diameter can be expected. Since the light is coupled from the fiber to the large optical fiber, it is possible to prevent an increase in loss.

実 施 例 第1図に本発明の光マイソレータについての一実施例を
示す。
Practical Example FIG. 1 shows an embodiment of the optical mysolator of the present invention.

半導体レーザ12から出射した直線偏光の光を、偏波面保
存型光ファイバ13の偏光固有軸に入射する。このため、
光は直線偏光を保ったまま光ファイバ13中を伝搬し、自
己集束型レンズ14で平行光となり、ポッケルス材料16を
通過時に電極15から印加される電圧に対応した位相変化
を受け楕円偏光となる。この位相の変化は検光子18で強
度変化に変換され、自己集束型レンズ19で出力用マルチ
モード型光ファィバに集光され伝搬し、電圧の強度に比
例した光量の変化が得られる。
The linearly polarized light emitted from the semiconductor laser 12 is incident on the polarization proper axis of the polarization-maintaining optical fiber 13. For this reason,
The light propagates in the optical fiber 13 while maintaining the linearly polarized light, becomes parallel light by the self-focusing lens 14, and becomes elliptically polarized light due to the phase change corresponding to the voltage applied from the electrode 15 when passing through the Pockels material 16. . This change in phase is converted into a change in intensity by the analyzer 18, is condensed and propagated by the self-focusing lens 19 to the output multimode optical fiber, and a change in the amount of light proportional to the intensity of the voltage is obtained.

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、半導体レーザ12の
発振波長広がりの半値全巾は一般的に数nm程度とLEDに
比べて非常に狭いために測定精度の改善が可能となる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, the full width at half maximum of the oscillation wavelength spread of the semiconductor laser 12 is generally about several nm, which is much narrower than that of an LED, so that the measurement accuracy can be improved. Become.

また、入力用の偏波面保存型光ファイバから出射する光
は直線偏光となっており、従来使用の偏光子が不用とな
る。さらに、偏波面保存型光ファイバのコア径は10μm
以下と微細であり、これに比較して出力用のマルチモー
ド光ファイバのコア径は50μm以上と比較的大きなもの
であることから、入・出力光ファイバ間の光の結合損失
はほとんど無く、また軸合せも非常に容易に行なうこと
ができるものである。
Further, the light emitted from the polarization-maintaining optical fiber for input is linearly polarized light, which makes the conventionally used polarizer unnecessary. Furthermore, the polarization maintaining optical fiber has a core diameter of 10 μm.
Since the core diameter of the multimode optical fiber for output is comparatively large at 50 μm or more, the coupling loss of light between the input and output optical fibers is almost zero. Alignment of axes is also very easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例における光ファイバ型電圧セ
ンサの概略構成図、第2図は従来のセンサの構成図であ
る。 12……半導体レーザ、13……偏波面保存型光ファイバ、
2,14,19……自己集束型レンズ、5,16……ポッケルス材
料、4,15……電極、17……1/4波長板、18……検光子、2
0……マルチモード型光ファイバ。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical fiber type voltage sensor in one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional sensor. 12 …… Semiconductor laser, 13 …… Polarization-maintaining optical fiber,
2,14,19 …… Self-focusing lens, 5,16 …… Pockels material, 4,15 …… Electrode, 17 …… 1/4 wave plate, 18 …… Analyzer, 2
0 …… Multimode optical fiber.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸田 和郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石河 大典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 金山 光一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−34366(JP,A) 特開 昭59−61783(JP,A) 実開 昭59−106075(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuro Toda 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Dainori Ishikawa 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Koichi Kanayama, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-58-34366 (JP, A) JP-A-59-61783 (JP, A) 59-106075 (JP, U)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体レーザを光源として使用し、偏波面
保存型光ファイバを入力側光ファイバとしてマルチモー
ド型光ファイバを出力側光ファイバとして各々使用し、
前記入力側光ファイバから出射する直線偏光が、少なく
ともポッケルス材料と1/4波長板及び検光子とを通過し
て前記出力側光ファイバに入射してなる光ファイバ型電
圧センサ。
1. A semiconductor laser is used as a light source, a polarization maintaining optical fiber is used as an input side optical fiber, and a multimode type optical fiber is used as an output side optical fiber.
An optical fiber type voltage sensor in which linearly polarized light emitted from the input side optical fiber passes through at least a Pockels material, a quarter-wave plate and an analyzer and enters the output side optical fiber.
JP61042214A 1986-02-27 1986-02-27 Optical fiber type voltage sensor Expired - Lifetime JPH0740048B2 (en)

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JPS62198768A JPS62198768A (en) 1987-09-02
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