JP2000121682A - 広帯域導波路型光電界センサ - Google Patents

広帯域導波路型光電界センサ

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JP2000121682A
JP2000121682A JP10306373A JP30637398A JP2000121682A JP 2000121682 A JP2000121682 A JP 2000121682A JP 10306373 A JP10306373 A JP 10306373A JP 30637398 A JP30637398 A JP 30637398A JP 2000121682 A JP2000121682 A JP 2000121682A
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直美 日高
Hideaki Sugama
秀晃 菅間
Akira Usui
亮 臼井
Makoto Yasuda
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁波障害対策(EMC対策)のための電磁
界測定や、情報通信産業における光変調器等として使用
する広帯域導波路型光電界センサに関する。 【解決手段】 基板の中央に光導波路を設け、かつ、前
記光導波路を中心にダイポールアンテナをアレイ状に配
置するとともに、基板周囲を進む電磁波の速度と光導波
路中を進む光の速度とを一致させるべく、基板の周囲に
特定の誘電率を有する粉体又は液体からなる物質を充填
配置したことならびに基板の中央に光導波路を設けると
ともに、前記光導波路を中心にそれぞれ長さの異なるダ
イポールアンテナをアレイ状、かつ、対数周期的に配置
したことにより、電磁波の強度の測定に際し、低周波域
から高周波域まで均一な測定を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波障害対策
(EMC対策)のための電磁界測定や、情報通信産業に
おける光変調器等として使用するのに好適な広帯域導波
路型光電界センサに関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器は、それ自身から発生する電磁
波によって、他の電子機器に誤作動等の悪影響を及ぼす
ことがある。そのため、各種の規格によって、当該電子
機器が外部に放射する電磁波の許容値並びに当該電子機
器にとって誤作動の原因となる外部からの電磁界放射に
対して、当該電子機器がどの程度まで耐えられるか(イ
ミュニティ試験)についての基準が定められている。
【0003】電子機器がこれらの規格に適合しているか
否かを検査する場合、図6に示すような電波暗室でその
試験が行われる。特に、イミュニティ試験においては電
子機器に照射する電磁界を測定するために光電界センサ
が用いられる。
【0004】上記の光電界センサは、電磁波の強度とそ
の周波数を測定するものであり、図4は、バルク型ポッ
ケルス素子16を用いたものである。この光電界センサ
は、外部との接続に、誘電体である光ファイバ17が用
いられており、電界検出のために最小限必要なアンテナ
20及び電極21以外には金属部分を持っていない。そ
のため、光電界センサは、金属製の同軸線路で外部と接
続されている通常のアンテナに比べ、アンテナ周囲の電
磁界を乱すことが極端に少なく、正確な電磁界の測定が
要求される場合に使用される。なお、図4において18
は偏光子、19は1/4λ板である。
【0005】ところで、この光電界センサの感度を高め
るためには、電磁波によって光を変調する変調器部分の
構造を最適に設計する必要がある。一般的に、変調器部
分の電極幅を狭くし、電極長を長くすることによってそ
の感度を高めることができる。
【0006】図5はバルク型ポッケルス素子の電極長を
30mm、電極間隔を2mmとし、これに長さ243m
m又は126mmのアンテナを取り付けた場合の光電界
センサの特性を示すものであるが、このポッケルス素子
を用いた光電界センサの感度を向上させるためには、ポ
ッケルス素子の電極長を長くするか、或いは、電極間隔
を狭くすることが必要である。しかしながら、電極長を
長くすることにより、センサ周辺の空間電磁界とポッケ
ルス素子中を進行する光との相互の位相の不整合が起こ
る。図4に示すように、電極長30mmの場合、この不
整合が原因で約2GHz以上では感度がなくなる。ま
た、図4のような構造では、光のビーム径を十分に絞る
ことができないことから、電極間隔をこれ以上狭くする
ことができない。そこで、光ファイバーのように10μ
m程度の狭い幅に光を閉じこめて、これを導波させるこ
とのできる光導波路を利用した、導波路型光電界センサ
を用いることにより、この電極幅を限界まで狭めること
ができる。ところが、従来の導波路型電界センサでは、
アンテナが1対のダイポールアンテナであり、かつ、長
さが数センチであるため、高い周波数のマイクロ波の検
出には適さなかった。そこで、これまでより高い周波数
において使用可能な光電界センサの開発が望まれてい
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
の解決を図ったもので、光電界センサの使用可能な周波
数を低周波側に制限することなく、高周波の電磁波を
も、より高感度で測定可能とすることを目的とするもの
であり、また、低周波域からより高周波域に至るまで光
電界センサの感度を均一にすることを目的とするもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の広帯
域導波路型光電界センサは、請求項1に記載の通り、基
板の中央に光導波路を設け、かつ、前記光導波路を中心
にダイポールアンテナをアレイ状に配置するとともに、
基板周囲を進む電磁波の速度と光導波路中を進む光の速
度とを一致させるべく、基板の周囲に特定の誘電率を有
する粉体又は液体からなる物質を充填配置したことを特
徴とする。また、請求項2記載の広帯域導波路型光電界
センサは、基板の中央に光導波路を設けるとともに、前
記光導波路を中心にそれぞれ長さの異なるダイポールア
ンテナをアレイ状、かつ、対数周期的に配置したことを
特徴とする。また、請求項3記載の広帯域導波路型光電
界センサは、請求項2記載の広帯域導波路型光電界セン
サにおいて、基板周囲を進む電磁波の速度と光導波路中
を進む光の速度とを一致させるべく、基板の周囲に特定
の誘電率を有する粉体又は液体からなる物質を充填配置
したことを特徴とする。
【0009】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面に基づき
説明する。図1は本発明センサの実施例を示す斜視図、
図2は本発明の他実施例を示す斜視図、図3は図1に示
す本発明センサの感度特性図、図4はバルク型ポッケル
ス素子を用いた光電界センサの斜視図、図5はその感度
特性図、図6は光電界センサと電波暗室の測定系を示す
説明図である。
【0010】図1及び図2において、1は電気光学効果
を有するニオブ酸リチウム等の材料からなる基板で、そ
の中央に光導波路2が設置されている。3はこの光導波
路2を中心にアレイ状に配置されたダイポールアンテ
ナ、4は前記の各ダイポールアンテナ3と接続する電極
で、隣接するアンテナとは電気的に分離されている。な
お、これらのアンテナ3及び電極4は真空蒸着等の方法
により基板1に直接プリントされている。5は前記基板
1の周囲に充填配置された特定の誘電率を有する粉体又
は液体からなる誘電物質、6は前記誘電物質5を収容し
た円筒形の容器である。
【0011】本発明は、前記のようにダイポールアンテ
ナ3をアレイ状に配置することにより、アンテナに指向
性が得られる。すなわち、光導波路2の延長方向のアン
テナ利得が最も大きくなる。さらに、検出しようとする
電磁波の方向と光の進行方向を一致させることにより、
光と電磁波の位相整合が得られ易くなり、電磁波の方向
が光の進行方向と反対である場合に比較して、より高い
周波数の電界を検出することが可能となる。
【0012】ところで、光電界センサを空気中に置いた
場合、基板1の周囲を進む電磁波の速度と導波路中を進
む光の速度が一致しないために、更に高い周波数では電
磁波と光の位相がずれ、図3に示す光電界センサの感度
特性図における細線から明らかなように約12GHzで
は感度がなくなってしまう。そこで、本発明において
は、基板1の周囲に特定の誘電率を有する粉体又は液体
からなる誘電物質5を充填配置するようにした。図1に
示す構造の光電界センサを作製し、この光電界センサを
空気中に置いた場合と、誘電物質5として塩化カリウム
を用い、光電界センサをその中に置いた場合の周波数特
性を測定した結果を前記の図3に示してある。この感度
特性図(図3)における太線に示すように、電磁波と光
の位相が整合され、その結果、基板1の周囲が空気であ
る場合に比較して高周波数の電磁波を感度よく検出する
ことが可能となる。
【0013】上記の特定の誘電率を有する粉体又は液体
からなる誘電物質5としては塩化カリウム(KCl)が
適当である。すなわち、塩化カリウムの誘電率は約4.
8であり、これは電磁波が感じる屈折率として約2.1
9に相当する。一方、基板1の材料であるニオブ酸リチ
ウム中の光の屈折率は約2.23であり、このことから
基板1の周囲の電磁波の速度が導波路2中を進む光の速
度とほぼ一致することがわかる。なお、このとき電磁波
の方向と光の進行方向を一致させている。前記のよう
に、図3において、細線は光電界センサを空気中に置い
た場合、太線は光電界センサを塩化カリウム中に置いた
場合の感度を示すものであるが、光電界センサを空気中
においた場合は約12GHzで感度がなくなっている。
これは、この周波数において、電磁波と光の位相が半波
長分ずれるために生ずる現象である。これに対し、光電
界センサを塩化カリウム中に置いた場合には、前記周波
数における急激な感度の低下はみられない。このことか
ら、光電界センサの周囲に塩化カリウム等の誘電物質5
を充填配置することにより、電磁波と光の位相整合が得
られていることがわかる。また誘電物質5を充填配置し
た場合は感度が幾分高くなっているのが認められるが、
これは前記誘電物質5の誘電率が空気より大きいために
電磁波が集中することによるものである。
【0014】また、図2に示す他実施例では、広帯域の
周波数範囲に亘って均一な感度が得られるようにしたも
のである。すなわち、図1に示すようなダイポールアン
テナ3の長さを一定にして、アレイ状に配置した場合、
特定の周波数で感度が高くなり、従って通信用のアンテ
ナには適しているが、広い周波数範囲で均一な感度を得
る必要がある電磁界計測用のアンテナとしては適してい
ない。そこで、本実施例においては図2に示すように、
ダイポールアンテナ3のアレイを対数周期的に配置し
た。このようにダイポールアンテナ3を配置すると、各
アンテナはそれぞれ長さが異なるので、それぞれ特定の
周波数に対して固有の感度を有するため、結果として、
広い周波数範囲で均一な感度を得ることができる。
【0015】例えば、上記のような構成を有する光電界
センサを図6に示す電波暗室7内に設置し、測定室(シ
ールドルーム)8内に設けたLD励起レーザ等のレーザ
光源9で発生したレーザ光を偏波コントローラ10を介
して基板1の中央に設置した光導波路2に導入するとと
もに、前記測定室8内に設けた信号発生器13により発
生し、可変増幅器(パワーアンプ)14を介してLPD
A15から発射される高周波信号を光電界センサに照射
して、高周波信号を光信号に変調し、その光信号を光シ
グナルアナライザ11に導入して電磁波の測定を行うこ
とで、低周波範囲から高周波範囲まで広い周波数範囲で
均一な感度での測定を行うことができる。なお、12は
演算装置で、光シグナルアナライザ11の作動と信号発
生器13の作動を制御するためのものである。
【0016】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の広帯域
導波路型光電界センサによれば、光電界センサによる電
磁波の測定に際し、低周波からより高周波に至るまで高
感度の測定を行うことができる。また、高周波側におけ
る周波数特性の均一化を図ることが可能である等々、そ
の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す斜視図。
【図2】本発明の他実施例を示す斜視図。
【図3】図1に示す本発明センサの感度特性図。
【図4】バルク型ポッケルス素子を用いた光電界センサ
の斜視図。
【図5】その感度特性図。
【図6】光電界センサと電波暗室の測定系を示す説明
図。
【符号の説明】
1 基板 2 光導波路 3 ダイポールアンテナ 4 電極 5 誘電物質 6 容器 7 電波暗室 8 測定室 9 レーザ光源 10 偏波コントローラ 11 光シグナルアナライザ 12 演算装置 13 信号発生器 14 可変増幅器(パワーアンプ) 15 LPDA 16 光電界センサ 17 光ファイバ 18 偏光子 19 1/4λ板 20 アンテナ 21 電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の中央に光導波路を設け、かつ、前
    記光導波路を中心にダイポールアンテナをアレイ状に配
    置するとともに、基板周囲を進む電磁波の速度と光導波
    路中を進む光の速度とを一致させるべく、基板の周囲に
    特定の誘電率を有する粉体又は液体からなる物質を充填
    配置したことを特徴とする広帯域導波路型光電界セン
    サ。
  2. 【請求項2】 基板の中央に光導波路を設けるととも
    に、前記光導波路を中心にそれぞれ長さの異なるダイポ
    ールアンテナをアレイ状、かつ、対数周期的に配置した
    ことを特徴とする広帯域導波路型光電界センサ。
  3. 【請求項3】 基板周囲を進む電磁波の速度と光導波路
    中を進む光の速度とを一致させるべく、基板の周囲に特
    定の誘電率を有する粉体又は液体からなる物質を充填配
    置したことを特徴とする請求項2記載の広帯域導波路型
    光電界センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006317239A (ja) * 2005-05-11 2006-11-24 Noise Laboratory Co Ltd 広帯域導波路型光電界センサの特性を向上させるための方法
JP2009060183A (ja) * 2007-08-29 2009-03-19 Osaka Univ 無線信号受信分離装置
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JP2009128154A (ja) * 2007-11-22 2009-06-11 Noise Laboratory Co Ltd 光電界センサ
CN108051654A (zh) * 2017-12-04 2018-05-18 北京航空航天大学 一种采用斜边渐变结构的磁场探头

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