DE69430728T2

DE69430728T2 - Fühler für elektrische felder

Info

Publication number: DE69430728T2
Application number: DE69430728T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Tokano
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1993-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2014-07-08
Also published as: KR950703153A; CA2144075A1; EP0668508A4; KR100220289B1; DE69430728D1; EP0668508A1; CN1052071C; CA2144075C; WO1995002193A1; US5488677A; EP0668508B1; CN1111917A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Sensor eines elektrischen Feldes zum Messen einer elektrischen Feldintensität einer elektromagnetischen Welle oder Ähnlichem.

Hintergrundtechnik

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Sensor eines elektrischen Feldes. Der Sensor eines elektrischen Feldes weist einen Sensorkopf 1 und eine mit dem Sensorkopf 1 verbundene Antenne 2 auf. Der Sensorkopf 1 weist ein Substrat 3 und einen an dem Substrat 3 angebrachten optischen Modulator 4 auf.
Der optische Modulator 4 weist einen auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Einfallswellenleiter 5, zwei optische Phasenverschiebungswellenleiter 6, die auf dem Substrat 3 so gebildet sind, dass sie sich von dem optischen Einfallswellenleiter 5 verzweigen, und von denen jeder einen variablen Brechungsindex aufweist, der als Reaktion auf eine daran angelegte elektrische Feldintensität variiert, einen auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Austrittswellenleiter 7 zum Verbinden der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 und zwei auf oder in der Nähe der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 gebildeten Modulationselektroden 8 auf. Der optischen Einfallswellenleiter 5 ist mit einer optischen Einfallsfaser 9 verbunden. Der optische Austrittswellenleiter 7 ist mit einer optischen Austrittsfaser 10 verbunden.
Die Antenne 2 weist zwei Stangenantennelelemente 11 auf. Die Stangenantennenelemente 11 sind durch Leitungsdrähte 12 mit den entsprechenden Modulationselektroden 8 verbunden. Die Stangenantennenelemente 11 sind so angeordnet, dass sie in eine Richtung eines elektrischen Feldes weisen, mit anderen Worten, so, dass sie senkrecht zu den optischen Phasenverschiebungswellenleitern 6 stehen. Die Stangenantennenelemente 11 sind durch ein Gehäuse befestigt, das in der Figur nicht dargestellt ist.
Bei dem herkömmlichen Sensor eines elektrischen Feldes weisen die Antennenelemente in Richtung des elektrischen Feldes während der Messung. Folglich weist ein Herausziehabschnitt der optischen Faser in eine Richtung der Messung. Dieses resultiert möglicher Weise in der Beschädigung der optischen Faser.
Bei dem herkömmlichen Sensor eines elektrischen Feldes muss die Antenne in verschiedene Richtungen während der Messung wegen ihrer strikten Richtwirkung angeordnet werden.
Aus dem US-Patent 5 210 407 ist ein Sensor eines elektrischen Feldes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, der ein Paar von gegenüberliegenden Platten aufweist, die eine Antennenordnung vom Kondensator-Typ bilden.
Gemäß dem bekannten Sensor eines elektrischen Feldes erstrecken sich die zwei Antennenelemente in die gleiche Richtung zueinander, senkrecht zu der Richtung der optischen Phasenverschiebungswellenleiter.

Offenbarung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Sensor eines elektrischen Feldes Vorzusehen, der eine Beschädigung einer optischen Faser verhindern kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor eines elektrischen Feldes mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Sensors eines elektrischen Feldes.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine noch andere Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 6 ist eine Draufsicht eines Sensor eines elektrischen Feldes mit weiteren Antennen.
Fig. 7 ist eine Seitenansicht des Sensors in Fig. 6.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Sensor mit einer Mehrzahl von Antennen.

Ausführungsformen

Die Beschreibung wird nun im Einzelnen in Hinblick auf Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, weist ein Sensor eines elektrischen Feldes gemäß dieser Erfindung einen Sensorkopf 1, ein den Sensorkopf 1 aufnehmendes Gehäuse 13 und eine an der Außenseite des Gehäuses 13 angebrachte und mit dem Sensorkopf 1 verbundene Antenne 14 auf. Der Sensorkopf 1 weist ein. Substrat 3 und einen an dem Substrat 3 angebrachten optischen Modulator 4 auf.
Der optische Modulator 4 weist einen auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Einfallswellenleiter 5, zwei optische Phasenverschiebungswellenleiter 6, die auf dem Substrat 3 so gebildet sind, dass sie sich von dem optischen Einfallswellenleiter 5 verzweigen, und von denen jeder einen variablen Brechungsindex aufweist, der als Reaktion auf eine daran angelegte elektrische Feldintensität variiert, einen auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Austrittswellenleiter 7 zum Verbinden der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 und zwei auf der oder in der Nähe der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 gebildete Modulationselektroden 8 auf.
Der optische Einfallswellenleiter 5 ist mit einer optischen Einfallsfaser 9 verbunden. Die optische Einfallsfaser 3 ist mit einer Lichtquelle 15 verbunden. Zum Beispiel weist die Lichtquelle 15 einen Halbleiterlaser auf. Der optische Austrittswellenleiter 7 ist mit einer optischen Austrittsfaser 10 verbunden. Die optische Austrittsfaser 10 ist mit einem optischen Detektor 16 verbunden.
Die Antenne 14 weist zwei Stangenantennenelemente 17 und 18 auf. Die Stangenantennenelemente 17 und 18 erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen, wobei ihre einen Enden an dem Mittelabschnitt des Gehäuses 13 angeordnet sind und sie parallel zu dem optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 angeordnet sind. Die Stangenantennenelemente 17 und 18 sind durch Leitungsdrähte 19 und 20 mit den entsprechenden Modulationselektroden 8 verbunden.
Ein Lichtstrahl von der Lichtquelle 15 trifft durch die optische Einfallsfaser 9 auf den optischen Einfallswellenleiter 5 auf und wird durch die zwei optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 in verzweigte Strahlen verzweigt, die wieder in dem optischen Austrittswellenleiter 7 miteinander kombiniert werden. Der Lichtstrahl wird, nachdem er mit dem optischen Austrittswellenleiter 7 kombiniert ist, durch die optische Austrittsfaser 10 zu dem optischen Detektor 16 emittiert. Wenn die Antenne 14 ein Empfangssignal empfängt, liegen die Modulationselektroden 8 vorbestimmte elektrische Felder an die optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 an. In Abhängigkeit der Intensitäten der elektrischen Felder werden die Brechungsindizes der optischen Phasen verschiebungswellenleiter 6 variiert. Dieses resultiert in der Variation der Phasen der Lichtstrahlen, die durch die optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 übertragen werden.
Ein spezielleres Beispiel des in Fig. 9 dargestellten Sensors eines elektrischen Feldes wird hier im Folgenden beschrieben, Das Substrat 3 weist eine LiNbO-Platte auf. Der optische Einfallswellenleiter 5, die optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 und der optische Austrittswellenleiter 7 werden durch thermische Diffusion von Ti auf einer Z-Ebene des Substrates 3 gebildet. Die optische Einfallsfaser 9 weist eine optische Konstantpolarisationsfaser auf.
Eine andere in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform weist ähnliche Komponenten auf, wie sie durch die gleichen Bezugszeichen wie jene bezeichnet sind, die in Zusammenhang mit der Ausführungsform von Fig. 2 beschrieben worden sind. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, weist die Antenne 14 zwei Filmantennenelemente 22 und 23 auf, die fest an einer Seitenoberfläche 21 des Gehäuses 13 angebracht sind. Die Filmantennenelemente 22 und 23 erstrecken sich in entgegengesetzte Richtungen, wobei ihre einen Enden an einem Mittelabschnitt des Gehäuses 13 angeordnet sind und sie parallel zu den optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 angeordnet sind. Die Filmantennenelemente 22 und 23 sind durch Leitungsdrähte 24 und 25 mit den entsprechenden Modulationselektroden 8 verbunden.
Mit den Sensoren eines elektrischen Feldes gemäß den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen ist es möglich, einen Schaden der optischen Faser zu verhindern, da der herausgezogene Abschnitt der optischen Faser, der mit dem Sensor eines elektrischen Feldes verbunden ist, nicht in die Richtung der Messung weist.
Eine noch andere in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform weist ähnliche Komponenten auf, die durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wie jene, die in Zusammenhang mit der Ausführungsform von Fig. 2 beschrieben wurden. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, weist eine Antenne 26 zwei Filmantennenelemente 27 und 28 auf, die auf dem Substrat 3 parallel zu den optischen Phasenverschiebungswellenleitern 6 gebildet sind. Die Filmantennenelemente 27 und 28 sind auf beiden Seiten der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 angeordnet. Die Filmantennenelemente 27 und 28 sind durch Leitungsdrähte 29 und 30 mit den entsprechenden Modulationselektroden verbunden.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, können die Filmantennenelemente 27 und 28 auf einer Seite der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 angeordnet sein.
Mit dem Sensor eines elektrischen Feldes gemäß den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen ist es möglich, einen Schaden an der optischen Faser zu verhindern, da der herausgezogene Abschnitt der optischen Faser, der mit dem Sensor eines elektrischen Feldes verbunden ist, nicht in die Richtung der Messung weist. Der Sensor eines elektrischen Feldes gemäß den Ausführungsformen in den Fig. 4 und 5 ist zum Erzielen einer Verringerung der Größe ausgelegt.
Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, weist ein Sensor eines elektrischen Feldes den Sensorkopf 1 das den Sensorkopf 1 aufnehmende Gehäuse 13 und Antennen 31, 32 und 33 auf, die an der Außenseite des Gehäuses 13 angebracht sind und mit dem Sensorkopf 1 verbunden sind.
Der Sensorkopf 1 weist ein Substrat 3 Lind eine Mehrzahl von an dem Substrat angebrachten optischen Modulatoren 34, 35 und 36 auf.
Jeder der optischen Modulatoren 34, 35 und 36 weist den auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Einfallswellenleiter 5, die zwei optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6, die auf dem Substrat 3 so gebildet sind, dass sie sich von dem optischen Einfallswellenleiter 5 verzweigen, und von denen jeder einen variablen Brechungsindex aufweist, der als Reaktion auf die daran angelegte elektrische Feldintensität variiert, den auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Austrittswellenleiter 7 zum Verbinden der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 und die auf oder in der Nähe der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 gebildeten zwei Modulationselektroden 8 auf.
Der optische Einfallswellenleiter 5 ist mit der optischen Einfallsfaser 9 verbunden. Die optische Einfallsfaser 9 ist mit der Lichtquelle 15 verbunden. Der optische Austrittswellenleiter 7 ist mit der optischen Austrittsfaser 10 verbunden. Die optische Austrittsfaser 10 ist mit dem optischen Detektor 16 verbunden.
Die Antennen 31, 32 und 33 sind so angeordnet, dass sie senkrecht zueinander sind. Die Antennen 31, 32 und 33 sind durch die Leitungsdrähte mit den Modulationselektroden 8 der optischen Modulatoren 34, 35 bzw. 36 verbunden.
Wie in Fig. 8 dargestellt ist, weist jeder der optischen Modulatoren 34, 35 und 36 den auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Einfallswellenleiter 5, die zwei optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6, die auf dem Substrat 3 so gebildet sind, dass sie sich von dem optischen Einfallswellenleiter 5 verzweigen, und von denen jeder einen variablen Brechungsindex aufweist, der als Reaktion auf die daran angelegte elektrische Feldintensität variiert, und den auf dem Substrat 3 gebildeten optischen Austrittswellenleiter 7 zum Verbinden der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 und die auf oder in der Nähe der optischen Phasenverschiebungswellenleiter 6 gebildeten zwei Modulationselektroden auf.
Der Sensorkopf 1 weist einen mit der optischen Einfallsfaser 8 verbundenen gemeinsamen optischen Einfallswellenleiter 37, auf dem Substrat 3 so gebildete optische Primärverzweigungswellenleiter 38 und 39, dass sie sich von dem gemeinsamen optischen Einfallswellenleiter 37 verzweigen, auf dem Substrat 3 so gebildete optische Sekundärverzweigungswellenleiter 40 und 41, dass sie sich von dem optischen Primärverzweigungswellenleiter 38 verzweigen, und auf dem Substrat 3 so gebildete optische Tertiärverzweigungswellenleiter 42 und 43, dass sie sich von den optischen Primärverzweigungswellenleiter 39 verzweigen, auf.
Der optische Sekundärverzweigungswellenleiter 40 ist mit dem optischen Einfallswellenleiter 5 des optischen Modulators 34 verbunden. Der optische Sekundärverzweigungswellenleiter 41 ist mit dem optischen Einfallswellenleiter 5 des optischen Modulators 35 verbunden. Der optische Tertiärverzweigungswellenleiter 42 ist mit dem optischen Einfallswellenleiter 5 des optischem Modulators 36 verbunden. Der optische Tertiärverzweigungswellenleiter 43 ist durch die optische Austrittsfaser 10 mit dem optischen Detektor 16 verbunden. Der durch den optischen Tertiärverzweigungswellenleiter 43 übertragene Lichtstrahl wird durch die optische Austrittsfaser 10 zu dem optischen Detektor 16 übertragen. Der durch den optischen Tertiärwellenleiter 43 übertragene Lichtstrahl wird als Referenzlichtstrahl zum Überwachen des Lichtstrahles benutzt, der durch die optischen Modulatoren 34, 35 und 36 übertragen wird.
Jede der in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Ausführungsformen weist eine Mehrzahl von Antennen auf. Es ist daher unnötig, die Orientierung in verschiedene Richtungen während der Messung zu ändern. Zusätzlich ist es möglich, eine Messung unabhängig von der Einfallsrichtung der elektromagnetischen Welle, die zu messen ist, und von der Polarisationskomponente auszuführen.

Industrielle Anwendbarkeit

Diese Erfindung ist geeignet zur Benutzung in einer Vorrichtung zum Messen einer Intensität eines elektrischen Feldes wie eine elektromagnetische Welle und elektromagnetisches Rauschen.

Claims

1. Sensor eines elektrischen Feldes, mit:

einem Sensorkopf (1) mit einem Substrat (3) und einem an dem Substrat (3) angebrachten optischen. Modulator (4),

wobei der optische Modulator einen auf dem Substrat (3) gebildeten optischen Einfallswellenleiter (5), zwei optische Phasenverschiebungswellenleiter (6, 6), die auf dem Substrat (3) so gebildet sind, dass sie sich von dem optischen Einfallswellenleiter (5) verzweigen, von denen jeder einen variablen Brechungsindex aufweist, der als Reaktion auf eine daran angelegte elektrische Feldintensität variiert, einen auf dem Substrat (3) gebildeten optischen Austrittswellenleiter (7) zum Verbinden der optischen Phasenverschiebungswellenleiter (6, 6) und zwei auf oder in der Nähe der optischen Phasenverschiebungswellenleiter (6, 6) gebildete Modulationselektroden (8, 8) aufweist;

einem den Sensorkopf (1) aufnehmenden Gehäuse (13); und

einer Antenne (14, 26), die zwei Antennenelemente (17, 18, 22, 23, 27, 28) aufweist, die entsprechend mit den zwei Modulationselektroden (8, 8) verbunden sind;

dadurch gekennzeichnet,

dass sich die zwei Antennenelemente (17, 18, 22, 23, 27, 28) in entgegengesetzte Richtungen parallel zu den optischen Phasenverschiebungswellenleitern (6, 6) erstrecken, wobei ihre Enden an einem Mittelabschnitt des Gehäuses angeordnet sind.

2. Sensor eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, bei dem die zwei Antennenelemente Stangenantennenelemente (17, 18) sind, die auf einer Außenseite des Gehäuses (13) angebracht sind.

3. Sensor eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, bei dem die zwei Antennenelemente Filmantennenelemente (22, 23) sind, die auf einer Außenoberfläche (21) des Gehäuses (13) gebildet sind.

4. Sensor eines elektrischen Feldes nach Anspruch 1, bei dem die zwei Antennenelemente Filmantennenelemente (27, 28) sind, die auf dem Substrat (3) gebildet sind.

5. Sensor eines elektrischen Feldes nach Anspruch 4, bei dem die Filmantennenelemente (27, 28) auf gegenüberliegenden Seiten im Bezug auf den optischen Modulator (4) entsprechend vorgesehen sind.

6. Sensor eines elektrischen Feldes nach Anspruch 4, bei dem die Filmantennenelemente (27, 28) auf der gleichen Seite in Bezug auf den optischen Modulator (4) vorgesehen sind.