JP2000249734A - センシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低廉であるとともに、高性能、高信頼性のセ
ンシング装置を提供すること。 【解決手段】 電磁波に応じて交流電圧を誘起する受信
アンテナ１５と、偏波面が互いに垂直に結合された直線
偏光を発生する光発生部１６と、直線偏光を複数の偏光
成分に分離する光分離合成器１３と、交流電圧に応じて
複数の偏光成分をそれぞれ変調して複数の変調光を生成
する光変調器１１，１２と、複数の変調光に応じて装置
出力を生成する出力手段を含むセンシング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波を光信号に
変換して検出するセンシング装置に関する。この種のセ
ンシング装置は、無線通信や放送などに使用される信号
電波の受信、ＥＭＣ分野における電波の強さや周波数の
検出、電磁ノイズの検出などに利用される。

【０００２】

【従来の技術】情報網の発展に伴い、主要な情報伝送媒
体である電波の利用密度が増加し、より高周波へと広が
っている。通信システムにおいても、高周波化が比較的
容易である光ファイバ伝送路と無線の融合が進んでい
る。

【０００３】また、コンピュータなどの情報機器や通信
装置、ロボットなどのＦＡ機器、自動車の制御装置など
多くの電子装置は、外部から到来する電磁波の影響を受
けて誤動作する危険を常に持っている。外来電磁波の対
策を行うには、まず各装置や機器が発生する電磁波を正
確に測定することが重要である。その目的で、光変調器
にアンテナロッドを接続して電磁波を光信号に直接に変
換し、その光信号の強度や周波数などを検出することで
電磁波を測定することのできるセンシング装置が開発さ
れている。

【０００４】図２は、従来のセンシング装置の構成の一
例を示す図である。図において矢印付きの破線は、光が
伝播される向きを示す（以下同じ）。図３は、センシン
グ装置に用いられる反射型光変調器の構成を示す図であ
る。光変調器ニオブ酸リチウム結晶を基板８１とし、基
板８１の上にチタン拡散による入出射光導波路８５、位
相シフト光導波路８４、反射型分岐干渉型光導波路と分
割構造の変調電極８２が形成されている。分岐干渉型光
導波路の位相シフト光導波路８４の端部には、反射部８
６が形成されている。

【０００５】電界によって受信アンテナ４４に誘起され
た交流電圧は、端子８３を経て変調電極８２に導かれ、
位相シフト光導波路８４に印加される。光源４６からの
光は、順次、光ファイバ４２、光サーキュレータ１４、
光ファイバ４４を通って反射型光変調器４１入出射光導
波路８５に入射される。入出射光導波路８５に入射され
た光は、二つの位相シフト光導波路８４にエネルギーが
分割され、反射部８６で反射され、再び入出射光導波路
８５を通って光ファイバ４４に出射される。

【０００６】反射型光変調器４１の出射光の強度は、変
調電極８２に印加される電圧に応じて変化するので、出
射光の強度の変化を光検出器１７で検出することによ
り、受信アンテナ４５に誘起される電波の強度や周波
数、電波に含まれる信号などを検出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のセンシ
ング装置においては、光導波路型の光変調器４１は一定
の偏光成分に対してのみ動作するので、使用する光ファ
イバ４２としては偏光保持光ファイバに限定されてい
た。通常のシングルモード光ファイバを使用した場合に
は、歪みや温度変化などにより、偏光状態に変化が生
じ、光変調器によって変調される光のパワーが変動する
ためである。偏光保持光ファイバは、通常のシングルモ
ード光ファイバに較べて高価なため、センシング装置の
コストダウンを阻止する要因ともなっていた。

【０００８】本発明の目的は、低廉であるとともに、高
性能、高信頼性のセンシング装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のセンシング装置
は、電磁波に応じて交流電圧を誘起する受信アンテナ
と、偏波面が互いに垂直に結合された直線偏光を発生す
る光発生手段と、直線偏光を複数の偏光成分に分離する
光分離手段と、交流電圧に応じて複数の偏光成分をそれ
ぞれ変調して複数の変調光を生成する光変調手段と、複
数の変調光に応じて装置出力を生成する出力手段を含
む。

【００１０】本発明のセンシング装置では、光発生手段
は、それぞれ直線偏光を出射する二つの光源と、入射さ
れた二つの直線偏光を、偏波面が互いに垂直に結合され
た直線偏光に変換する光結合器を備え、二つの光源と偏
波保持ファイバを介してそれぞれ接続されている。

【００１１】本発明のセンシング装置では、出力手段
は、複数の変調光を合成して合成光を生成する偏光合成
手段と、合成光を検出して装置出力を生成する光検出手
段を含む。

【００１２】本発明のセンシング装置では、光変調手段
は、複数の偏光成分がそれぞれ入力され、かつ交流電圧
が同時に印加されるように構成され、偏光分離手段と光
合成手段との間に並列に接続された複数の光変調器を含
む。あるいは、交流電圧が、複数の光変調器に同期して
印加される構成としてもよい。

【００１３】本発明のセンシング装置では、偏光分離手
段と偏光合成手段との間に並列に接続された複数の光変
調器を含む光路の間の、光路長の差を、１ｍ以下とす
る。

【００１４】さらに、本発明のセンシング装置では、偏
光分離手段と偏光合成手段との間に並列に接続された複
数の光変調器を含む光路の間の、損失の差を、３ｄＢ以
下とする。あるいは、偏光分離手段と偏光合成手段との
間の光路に、異なる光変調器を通過するもの間の光路の
損失の差を多くとも３ｄＢに制限する光減衰器を挿入し
てもよい。

【００１５】本発明のセンシング装置では、複数の光変
調器のうち、少なくとも１台は、入射された光が内部で
反射し、入射端に戻るように構成された反射型光変調器
からなり、偏光分離手段および偏光合成手段は、単一の
偏光分離合成器から構成されている。

【００１６】本発明のセンシング装置では、光発生手段
および光検出手段の各々と光分離合成器との間に、光サ
ーキュレータが備えられた構成である。

【００１７】本発明のセンシング装置は、光発生手段と
光サーキュレータとを、および、光検出手段と光サーキ
ュレータとを、シングルモード光ファイバ伝送路で接続
して構成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明のセンシング装置の構成を
示す図である。図１に示すセンシング装置には、図２に
示した従来のセンシング装置と同じ光検出器４７、光サ
ーキュレータ１４を用いることができる。

【００２０】光発生手段として機能する光源部１６は、
偏波面が互いに直交した二つの直線偏光を結合して出射
する。光源部１６は、それぞれ直線偏光を出射する二つ
のレーザ光源１８、１９、光結合器２０、およびこれら
を接続する偏波保持ファイバ２１から構成されている。

【００２１】光源部１６から出射された光は、シングル
モード光ファイバ２２を通り、光サーキュレータ１４を
経て、偏光分離合成器１３から構成され、互いに直交す
る二つの偏光成分に分離される。偏光分離合成器１３の
出射光は、偏光方向を調整した上で、それぞれ反射型光
変調器１１、１２に入射される。

【００２２】光変調手段は、二つの反射型光変調器１
１、１２から構成されている。反射型光変調器１１、１
２には、ともに、さきに図３に示したと同一の構成の反
射型光変調器を用いることができる。以下において、反
射型光変調器１１、１２の説明には、図３をそのまま適
用し、図１における端子２７、２８の各符号は、図３に
おける端子８３をそれぞれ読み替えるものとする。

【００２３】受信アンテナ１５に誘起された交流電圧
は、反射型光変調器１１、１２の変調電極８２に、同時
に印加される。反射型光変調器１１、１２の各変調電極
８２の端子２７、２８は、受信アンテナ１５の出力端子
に並列に接続されている。反射型光変調器１１、１２の
入射光３１、３２は、受信アンテナ１５に誘起された交
流電圧に応じて強度変調され、それぞれ出射光３３、３
４として出射される。

【００２４】出射光３３、３４は、偏光分離合成器１３
により合成される。偏光分離合成器１３により合成され
た合成光は、光サーキュレータ１４を経由して、シング
ルモード光ファイバ２３を通って光検出器１７に入射さ
れる。図１において、出力手段は、偏光分離合成器１
３、光サーキュレータ１４、シングルモード光ファイバ
２３、および光検出器１７を指す。

【００２５】受信アンテナ１５と、反射型光変調器１
１、１２の各端子２７、２８を接続する線路３５、３６
を、互いにほぼ等しい長さに設定することにより、受信
アンテナ１５で受けた信号を、二つの反射型光変調器１
１、１２に同期して印加することができる。また、二つ
の反射型光変調器１１、１２を通る光路長を、互いにほ
ぼ等しい長さに設定することにより、反射型光変調器１
１、１２で変調された出射光３３と３４も、同期して合
成される。たとえば、反射型光変調器１１、１２を含め
て、反射型光変調器１１、１２に接続される偏波保持フ
ァイバ２５，２６からなる光路長の差を１ｍ以下とする
ことによって、変調周波数が２０ＭＨｚ程度の信号につ
いて、位相のずれを１／１０波長以下とすることができ
る。

【００２６】本発明のセンシング装置において、シング
ルモード光ファイバ２２を用いた伝送路の中で、歪や温
度変化などによって偏光状態が変化しても、光源部の出
力光はシングルモード光ファイバ２２を伝搬し、偏光分
離合成器１３によって互いに直交する強度比の等しい二
つの偏光に分離される。反射型光変調器１１、１２で光
変調された出射光３３、３４は、偏光分離合成器１３に
より合成される。反射型光変調器１１を通過する光路
と、反射型光変調器１２を通過する光路の損失の差を、
３ｄＢ以内に設定することにより、光検出器１７には、
常に一定の光パワーが入射される。また、光源部１６の
２台のレーザ光源１８、１９のうち、１台のレーザ光源
が故障しても、レーザ光源の出力に応じて、光検出器へ
の入射光の光パワーは一定となる。あるいは、２台の光
変調器１１、１２のうち、１台が故障しても、同様に、
光検出器への入射光の光パワーは一定となる。光変調器
１１、１２の挿入損失の差を補償するように光路中に光
減衰器を入れて光路の損失の差を多くとも３ｄＢに調整
してもよい。

【００２７】２台のレーザ光源１８、１９を用いて偏波
面を互いに直交させ、光変調器１１、１２を２台使用す
ることにより、光源部１６の光パワーを有効に使用する
ことができる。光検出器１７に入射される光の入力パワ
ーを、従来のセンシング装置の２倍にすることができ
る。さらに、本センシング装置の感度は、光検出器１７
に入射される光の入力パワーにほぼ比例するため、感度
も、従来の２倍に上昇させることできる。

【００２８】また、本発明のセンシング装置では、レー
ザ光源、光変調器がそれぞれ２台配備されているため、
レーザ光源、光変調器のいずれか１台が故障しても、従
来と同様の性能が補償され、高い信頼性をもっている。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低廉であるとともに、高性能、高信頼性のセンシング装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセンシング装置の構成を示す図。

【図２】従来のセンシング装置の構成の一例を示す図。

【図３】センシング装置に用いられる反射型光変調器の
構成を示す図。

【符号の説明】

１１、１２ 反射型光変調器 １３ 偏光分離合成器 １４ 光サーキュレータ １５ 受信アンテナ １６ 光源部 １７ 光検出器 １８、１９ レーザ光源 ２０ 光結合器 ２１、２５、２６ 偏波保持ファイバ ２２、２３、２４ シングルモード光ファイバ ２７、２８ 端子 ３１、３２ 入射光 ３３、３４ 出射光 ３５、３６ 線路 ４１ 反射型光変調器 ４２、４３、４４ 光ファイバ ４５ 受信アンテナ ４６ 光源 ８１ 基板 ８２ 変調電極 ８３ 端子 ８４ 位相シフト光導波路 ８５ 入出射光導波路 ８６ 反射部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁波に応じて交流電圧を誘起する受信
   アンテナと、偏波面が互いに垂直に結合された直線偏光
   を発生する光発生手段と、前記直線偏光を複数の偏光成
   分に分離する偏光分離手段と、前記交流電圧に応じて前
   記複数の偏光成分をそれぞれ変調して複数の変調光を生
   成する光変調手段と、前記複数の変調光に応じて装置出
   力を生成する出力手段を含むことを特徴とするセンシン
   グ装置。
2. 【請求項２】 前記光発生手段は、それぞれ直線偏光を
   出射する二つの光源と、入射された前記二つの直線偏光
   を、偏波面が互いに垂直に結合された直線偏光に変換す
   る光結合器を備え、前記二つの光源と偏波保持ファイバ
   を介してそれぞれ接続されていることを特徴とする請求
   項１のセンシング装置。
3. 【請求項３】 前記出力手段は、前記複数の変調光を合
   成して合成光を生成する偏光合成手段と、前記合成光を
   検出して前記装置出力を生成する光検出手段を含むこと
   を特徴とする請求項１または請求項２記載のセンシング
   装置。
4. 【請求項４】 前記光変調手段は、前記偏光分離手段と
   前記偏光合成手段との間に、並列に接続された複数の光
   変調器を含み、該複数の光変調器は、前記複数の偏光成
   分がそれぞれ入力され、かつ前記交流電圧が同時に印加
   されるように構成されていることを特徴とする請求項１
   ないし請求項３のいずれかに記載のセンシング装置。
5. 【請求項５】 前記交流電圧は、前記複数の光変調器に
   同期して印加されるように構成されていることを特徴と
   する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のセンシ
   ング装置。
6. 【請求項６】 前記複数の光変調器を含む光路の間の光
   路長の差は、１ｍ以下であることを特徴とする請求項１
   ないし請求項５のいずれかに記載のセンシング装置。
7. 【請求項７】 前記複数の光変調器を含む光路の間の損
   失の差は、３ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１
   ないし請求項６のいずれかに記載のセンシング装置。
8. 【請求項８】 前記複数の光変調器を含む光路の間の損
   失の差を、３ｄＢ以下に制限する光減衰器を備えたこと
   を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載
   のセンシング装置。
9. 【請求項９】 前記複数の光変調器のうち、少なくとも
   １台の光変調器は、入射された光が内部で反射し、入射
   端に戻るように構成された反射型光変調器からなるとと
   もに、前記偏光分離手段および前記偏光合成手段は、単
   一の偏光分離合成器から構成されていることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のセンシン
   グ装置。
10. 【請求項１０】 前記光発生手段と前記光検出手段の各
    々と、前記光分離合成器との間には、光サーキュレータ
    が備えられていることを特徴とする請求項９記載のセン
    シング装置。
11. 【請求項１１】 前記光発生手段と前記光サーキュレー
    タの間、および、該光サーキュレータと前記光検出手段
    の間は、それぞれシングルモード光ファイバ伝送路で接
    続されていることを特徴とする請求項１０記載のセンシ
    ング装置。