JP2002257884A - Photoelectric field sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主として光を用い
て電界の測定を行う光電界センサであって、詳しくは狭
い空間領域におけるＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界測定用
に好適な小型の光電界センサ及びそれを使用した電界セ
ンシング装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical electric field sensor for measuring an electric field mainly using light, and more particularly, to an electric field sensor suitable for measuring electric fields in three directions of X, Y and Z in a narrow space area. The present invention relates to a small optical electric field sensor and an electric field sensing device using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、電気光学効果を利用した干渉型光
導波路を用いた光電界センサは、金属部を殆ど持たない
ために被測定電界を乱さないこと、光ファイバで検出信
号を伝送するので途中で誘導や電気的雑音の影響を受け
ないこと、結晶の電気光学効果を利用するために高速応
答が可能であり、且つその検出信号をそのまま少ない損
失で伝送できること、センサ部に電源を必要としないこ
と、光導波路とアンテナ電極が一体である上に電源を有
しないために小型化が容易なこと等の諸点で優れた特徴
を持っている。このような特徴を有する故、光電界セン
サは電磁干渉（ＥＭＣ）分野等の電界測定に用いられて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, an optical electric field sensor using an interference type optical waveguide utilizing the electro-optic effect does not disturb the electric field to be measured because it has almost no metal part, and transmits a detection signal through an optical fiber. It must not be affected by induction or electrical noise on the way, be capable of high-speed response by utilizing the electro-optic effect of the crystal, and be able to transmit its detection signal with little loss, and require a power supply for the sensor unit. This is an excellent feature in that the optical waveguide and the antenna electrode are integrated, and there is no power supply, so that miniaturization is easy. Because of these features, the optical electric field sensor is used for electric field measurement in fields such as electromagnetic interference (EMC).
【０００３】図７は、従来の光電界センサの基本構成を
示した斜視図であり、同図（ａ）は１軸方向の電界測定
用タイプに関するもの，同図（ｂ）は３軸方向の電界測
定用タイプに関するものである。FIG. 7 is a perspective view showing the basic structure of a conventional optical electric field sensor. FIG. 7 (a) relates to a uniaxial electric field measuring type, and FIG. It relates to an electric field measurement type.
【０００４】図７（ａ）を参照すれば、１軸方向の電界
測定用タイプの光電界センサは、一端側に反射ミラー７
１が設けられたＬｉＮｂＯ3 単結晶から成るＬｉＮｂＯ
3 単結晶基板６７上に他端側から一端側に向かって入出
射光導波路６８より分岐された２本の分岐光導波路６９
ａ，６９ｂが反射ミラー７１に結合されるように設けら
れると共に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６７における他端
側の入出射光導波路６８には光ファイバ６０が結合さ
れ、更にＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６７上の一端側寄り箇
所であって、分岐光導波路６９ａを挟む所定の箇所に
は、対向する金属電極７０ａ，７０ｂが配設されて構成
されている。これらの金属電極７０ａ，７０ｂは、分岐
光導波路６９ａ，６９ｂの延在方向と垂直な方向Ｍにお
ける電界強度に対する感度が高くなるように形成されて
いる。Referring to FIG. 7 (a), an optical electric field sensor of a type for measuring an electric field in a uniaxial direction has a reflecting mirror 7 at one end.
LiNbO 3 composed of LiNbO 3 single crystal provided with
(3 ) Two branched optical waveguides 69 branched from the input / output optical waveguide 68 on the single crystal substrate 67 from the other end to the one end.
a, 69b together are provided to be coupled to a reflecting mirror 71, optical fiber 60 is coupled to the other end of the input and output optical waveguide 68 in the LiNbO 3 single crystal substrate 67, further LiNbO 3 single crystal substrate 67 on The metal electrodes 70a and 70b facing each other are arranged at predetermined positions on both sides of the branch optical waveguide 69a. These metal electrodes 70a and 70b are formed such that the sensitivity to the electric field strength in a direction M perpendicular to the extending direction of the branch optical waveguides 69a and 69b is increased.
【０００５】この光電界センサの場合、光ファイバ６０
から入射した光がＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６７上の入出
射光導波路６８を経て２本の分岐光導波路６９ａ，６９
ｂに分岐され、このとき一方の分岐光導波路６９ａには
金属電極７０ａ，７０ｂにより電界が印加されて屈折率
の変化が生じるが、他方の分岐光導波路６９ｂには電界
による屈折率の変化は無く、何れの分岐光導波路６９
ａ，６９ｂを伝播する光も反射ミラー７１で反射された
後、分岐光導波路６９ａ，６９ｂを逆方向に伝播して再
び入出射光導波路６８で合波される。この合波に際し
て、２つの光路の屈折率の差異により生じる位相差のた
め、合波後の光強度は変化し、この後は光ファイバ６０
に結合して出射する。In the case of this optical electric field sensor, the optical fiber 60
Incident on the LiNbO 3 single crystal substrate 67 passes through the input / output optical waveguide 68 and the two branched optical waveguides 69 a and 69.
At this time, an electric field is applied to one of the branch optical waveguides 69a by the metal electrodes 70a and 70b to cause a change in the refractive index, whereas the other branch optical waveguide 69b has no change in the refractive index due to the electric field. , Which branch optical waveguide 69
The light propagating through a and 69b is also reflected by the reflection mirror 71, then propagates in the opposite directions through the branch optical waveguides 69a and 69b and is multiplexed again by the input / output optical waveguide 68. At the time of this multiplexing, the light intensity after the multiplexing changes due to the phase difference caused by the difference in the refractive index between the two optical paths.
And is emitted.
【０００６】これに対し、図７（ｂ）を参照すれば、３
軸方向の電界測定用タイプの光電界センサは、図７
（ａ）に示した１軸方向の反射型光電界センサをそれぞ
れＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向に配置して３軸方向の
電界を測定することが可能な構成、即ち、ＬｉＮｂＯ3
単結晶基板６４，６５，６６をそれぞれＸ方向，Ｙ方
向，及びＺ方向の電界を検出するように配置することに
より、光ファイバ６１，６２，６３から入射した光がそ
れぞれＸ方向，Ｙ方向，及びＺ方向の電界により変調さ
れて出射するようになっている。尚、ここで変調出射さ
れた光は、更に光ファイバや光サーキュレータを経て光
検出器へと導かれ、電気信号に変換される。On the other hand, referring to FIG.
The optical electric field sensor of the type for measuring the electric field in the axial direction is shown in FIG.
A configuration in which the uniaxial reflection-type optical electric field sensor shown in FIG. 1A is arranged in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction to measure electric fields in three-axis directions, ie, LiNbO 3
By arranging the single crystal substrates 64, 65, and 66 so as to detect electric fields in the X, Y, and Z directions, light incident from the optical fibers 61, 62, and 63 can be transmitted in the X, Y, and Y directions, respectively. And is modulated by an electric field in the Z direction and emitted. The light modulated and emitted here is further guided to a photodetector via an optical fiber and an optical circulator, and is converted into an electric signal.
【０００７】ところで、最近では携帯電話機等、人体の
頭部の近くから送信される電磁波による人体の頭部への
影響に関する本格的な研究が行われており、この研究分
野においては、人体の頭部と同じ誘電率を有する頭部ダ
ミーの内部における電界強度の分布を測定することが重
要視されている。こうした場合に電界測定を行うために
使用される３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサ
には、特に小型で安定して精度良く３軸方向の電界測定
を可能であることが要求されている。又、自動車のエン
ジンルームや車室内等の狭小な場所における電界測定を
行う場合においても、３軸方向の電界測定用タイプの光
電界センサには、特に小型で安定して精度良く３軸方向
の電界測定を可能であることが要求されている。In recent years, full-scale research has been conducted on the effects of electromagnetic waves transmitted from the vicinity of the head of a human body, such as a portable telephone, on the head of the human body. It is important to measure the distribution of the electric field intensity inside the head dummy having the same dielectric constant as the part. In such a case, the optical electric field sensor for measuring electric fields in three axes used for measuring electric fields in such a case is required to be particularly small, stable and capable of measuring electric fields in three axes accurately with high accuracy. I have. Even when measuring electric fields in a small place such as an engine room or a vehicle interior of an automobile, a small-sized, stable and highly accurate three-axis direction electric field sensor is particularly suitable for a triaxial electric field measuring type optical electric field sensor. It is required that electric field measurement be possible.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述した３軸方向の電
界測定用タイプの光電界センサの場合、小型で安定して
精度良く３軸方向の電界測定を可能であることが要求さ
れているが、実際には図７（ｂ）に示したような従来型
の光電界センサでは光ファイバの取り扱い上の制限があ
るため、小型化することが困難であるという問題があ
る。In the case of the above-mentioned optical electric field sensor for measuring the electric field in the three-axis direction, it is required that the electric field sensor in the three-axis direction can be measured stably and accurately with a small size. However, in practice, the conventional optical electric field sensor as shown in FIG. 7B has a problem in that it is difficult to miniaturize the optical fiber because there is a restriction in handling the optical fiber.
【０００９】この光ファイバの取り扱い上の制限に関す
る理由として、光ファイバは曲げの曲率が増すと光損失
が増大し、その光損失が変動し易いという特性を有する
ため、光変調部に光を入出力する光ファイバの曲率は低
く抑えなければならないことや、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基
板の光導波路と光ファイバとの接続において熱的に高信
頼性を持つ接続部を得るためには、接続部に光ファイバ
の曲げによる歪みが生じないことが重要視されているこ
と等が挙げられ、こうした事情により光ファイバの取り
扱い上の制限が生じることにより、３軸方向の電界測定
用タイプの光電界センサの小型化を困難にしている。The reason for the restriction on the handling of the optical fiber is that the optical fiber has a characteristic that the optical loss increases as the bending curvature increases, and the optical loss tends to fluctuate. In order to keep the curvature of the output optical fiber low and to obtain a thermally reliable connection between the optical waveguide of the LiNbO 3 single crystal substrate and the optical fiber, an optical fiber must be connected to the connection. The importance of not causing distortion due to bending of the fiber is considered important. Due to such circumstances, the handling of the optical fiber is restricted. Making it difficult.
【００１０】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、狭い空間領域にあ
っても安定して精度良く３軸方向の電界測定が可能な小
型の光電界センサを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and the technical problem thereof is that a small-sized small-sized electric field can be stably and accurately measured even in a narrow space area. An optical electric field sensor is provided.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電気光
学結晶による電気光学結晶基板上に電極と分岐光導波路
とを配設して成り、且つ該分岐光導波路に対して平行な
方向の電界検出が可能な１個の第１の反射型マッハツェ
ンダ干渉計、並びに電気光学結晶による電気光学結晶基
板上に電極と分岐光導波路とを配設して成り、且つ該分
岐光導波路に対してそれぞれ異なる垂直な方向の電界検
出が可能な２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計を
組み合わせて成る光変調部と、光変調部に対して光を入
出力するために１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉
計及び２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計と結合
される光ファイバとを備えて構成される光電界センサで
あって、光変調部では、１個の第１の反射型マッハツェ
ンダ干渉計及び２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉
計における分岐光導波路の全ての延在方向が互いにほぼ
平行に配置されると共に、光ファイバの引き出し方向が
ほぼ同一方向に配置され、且つ該２個の第２の反射型マ
ッハツェンダ干渉計における電界検出する方向の成す角
度がほぼ直角になるように配置された光電界センサが得
られる。According to the present invention, an electrode and a branch optical waveguide are provided on an electro-optic crystal substrate made of an electro-optic crystal, and the electrode and the branch optical waveguide are arranged in a direction parallel to the branch optical waveguide. An electrode and a branch optical waveguide are provided on one first reflection type Mach-Zehnder interferometer capable of detecting an electric field, and an electro-optic crystal substrate made of an electro-optic crystal, and An optical modulation unit formed by combining two second reflection type Mach-Zehnder interferometers capable of detecting electric fields in different vertical directions, and one first reflection unit for inputting and outputting light to and from the optical modulation unit An electric field sensor comprising an optical fiber coupled to the Mach-Zehnder interferometer and two second reflection-type Mach-Zehnder interferometers, wherein the optical modulator includes one first Mach-Zehnder interferometer. Interferometer and 2 In the second reflection type Mach-Zehnder interferometer, all the extending directions of the branch optical waveguides are arranged substantially in parallel to each other, and the optical fibers are pulled out in substantially the same direction, and the two second An optical electric field sensor is obtained in which the angle formed by the electric field detection direction in the reflection type Mach-Zehnder interferometer is substantially a right angle.
【００１２】又、本発明によれば、上記光電界センサに
おいて、光ファイバは、３芯光ファイバである光電界セ
ンサが得られる。Further, according to the present invention, in the above-mentioned optical electric field sensor, an optical electric field sensor in which the optical fiber is a three-core optical fiber is obtained.
【００１３】更に、本発明によれば、上記何れかの光電
界センサにおいて、電気光学結晶は、ＬｉＮｂＯ3 単結
晶であり、分岐光導波路は、電気光学結晶基板としてＬ
ｉＮｂＯ3 単結晶によるＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上にＴ
ｉイオンを拡散して形成された光電界センサが得られ
る。Further, according to the present invention, in any of the above optical electric field sensors, the electro-optic crystal is a LiNbO 3 single crystal, and the branch optical waveguide is an L-type electro-optic crystal substrate.
T on the LiNbO 3 single crystal substrate by iNbO 3 single crystal
An optical electric field sensor formed by diffusing i ions is obtained.
【００１４】一方、本発明によれば、上記何れか一つの
光電界センサと、それぞれ３組の光源部，光サーキュレ
ータ，及び光検出器とを備えて構成される電界センシン
グ装置が得られる。On the other hand, according to the present invention, there is provided an electric field sensing device including any one of the above-described optical electric field sensors and three sets of light source units, optical circulators, and photodetectors.
【００１５】この電界センシング装置において、３組の
光源部は、光源として半導体レーザを備えて成ること、
或いは光源として半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレー
ザを備えて成ることは、それぞれ好ましい。In this electric field sensing device, the three sets of light sources include a semiconductor laser as a light source;
Alternatively, it is preferable to provide a semiconductor laser-pumped Nd: YAG laser as a light source.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の光
電界センサ及びそれを使用した電界センシング装置につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The optical electric field sensor of the present invention and an electric field sensing device using the same will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１７】図１は、本発明の一実施例に係る３軸方向
の電界測定用タイプの光電界センサの基本構成を示した
もので、同図（ａ）は一部を破断した全体の外観斜視図
に関するもの，同図（ｂ）はその局部を成すセンサヘッ
ド部４１の上面から見た断面図に関するものである。FIG. 1 shows the basic structure of a three-axis electric field measuring type optical electric field sensor according to one embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2B is a perspective view, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the sensor head 41 as a local part thereof, as viewed from above.
【００１８】この光電界センサは、図１（ａ）を参照す
れば、外観上において、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界を
測定するための反射型マッハツェンダ干渉計から成る光
変調部を収納した口径φが１２ｍｍで高さＨが３５ｍｍ
のセンサヘッド部４１と、光変調部の反射型マッハツェ
ンダ干渉計に結合された偏波保持型の３芯光ファイバ４
３と、３芯光ファイバ４３を被覆してセンサヘッド部４
１の端面に結合された非金属製の保持ロッド４２とから
構成されている。Referring to FIG. 1 (a), this optical electric field sensor has an optical modulator comprising a reflection type Mach-Zehnder interferometer for measuring electric fields in three directions of X, Y and Z. The stored diameter φ is 12mm and the height H is 35mm
And a polarization-maintaining three-core optical fiber 4 coupled to the reflection type Mach-Zehnder interferometer of the optical modulator.
3 and the sensor head 4 covering the three-core optical fiber 43.
1 and a non-metallic holding rod 42 coupled to the end face.
【００１９】又、図１（ｂ）を参照すれば、このセンサ
ヘッド部４１は、ハウジング１５内の略中心部分に配置
された直角三角形の断面を有する三角柱状の支持部材１
４の各側面にＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界を測定するた
めの１軸方向の電界測定用タイプの光電界センサ（上述
した反射型マッハツェンダ干渉計）の３種として、直角
を成す一方の辺部における側面にＸ軸方向の電界を測定
するためのＸ軸方向用１軸光電界センサ１１を装着し、
直角を成す他方の辺部における側面にＹ軸方向の電界を
測定するためのＹ軸方向用１軸光電界センサ１２を装着
し、斜辺における側面にＺ軸方向の電界を測定するため
のＺ軸方向用１軸光電界センサ１３を装着して光変調部
を構成している。Referring to FIG. 1B, the sensor head portion 41 is a triangular prism-shaped support member 1 having a right-angled triangular cross section and disposed at a substantially central portion in the housing 15.
Each of the four sides forms a right angle as one of three types of optical electric field sensors (reflection type Mach-Zehnder interferometer described above) for measuring electric fields in three axial directions of X, Y and Z in one axis direction. A uniaxial optical electric field sensor 11 for X-axis direction for measuring an electric field in the X-axis direction is attached to a side surface on one side,
A one-axis Y-axis direction electric field sensor 12 for measuring the electric field in the Y-axis direction is mounted on the side surface on the other side forming a right angle, and the Z-axis for measuring the electric field in the Z-axis direction on the side surface on the oblique side. The optical modulator is configured by mounting the uniaxial optical electric field sensor 13 for direction.
【００２０】このうち、Ｚ軸方向用１軸光電界センサ１
３は、電気光学結晶としてＬｉＮｂＯ3 単結晶によるＬ
ｉＮｂＯ3 単結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配設
し、且つ分岐光導波路に対して平行な方向の電界検出が
可能な１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計（分岐
光導波路に対して平行な方向の電界検出に高い感度を有
する反射型ＬｉＮｂＯ3 光変調器）として構成され、Ｘ
軸方向用１軸光電界センサ１１及びＹ軸方向用１軸光電
界センサ１２は、同様に電気光学結晶としてＬｉＮｂＯ
3 単結晶によるＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上に電極と分岐
光導波路とを配設し、且つ分岐光導波路に対してそれぞ
れ異なる垂直な方向の電界検出が可能な２個の第２の反
射型マッハツェンダ干渉計（分岐光導波路に対して垂直
な方向の電界検出に高い感度を有する２個の反射型Ｌｉ
ＮｂＯ3 光変調器）として構成され、これらの総計３個
の反射型マッハツェンダ干渉計が組み合わされて光変調
部を構成している。Among them, the one-axis optical electric field sensor 1 for the Z-axis direction
Reference numeral 3 denotes L made of LiNbO 3 single crystal as an electro-optic crystal.
An electrode and a branch optical waveguide are arranged on an iNbO 3 single crystal substrate, and one first reflection type Mach-Zehnder interferometer capable of detecting an electric field in a direction parallel to the branch optical waveguide (for a branch optical waveguide) And a reflective LiNbO 3 optical modulator having high sensitivity for detecting an electric field in a direction parallel to
Similarly, the uniaxial optical electric field sensor 11 for the axial direction and the uniaxial optical electric field sensor 12 for the Y axis direction are made of LiNbO
An electrode and a branch optical waveguide are arranged on a LiNbO 3 single crystal substrate made of three single crystals, and two second reflection type Mach-Zehnder interferences capable of detecting electric fields in directions perpendicular to the branch optical waveguide respectively. Meter (two reflective Lis with high sensitivity for electric field detection in the direction perpendicular to the branch optical waveguide)
NbO 3 optical modulator), and these three reflective Mach-Zehnder interferometers are combined to form an optical modulator.
【００２１】３芯光ファイバ４３は、光変調部に対して
光を入出力するために結合される光ファイバであって、
１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計（Ｚ軸方向用
１軸光電界センサ１３）と２個の第２の反射型マッハツ
ェンダ干渉計（Ｘ軸方向用１軸光電界センサ１１及びＹ
軸方向用１軸光電界センサ１２）とに結合される３芯構
造となっている。The three-core optical fiber 43 is an optical fiber that is coupled to input and output light to and from the light modulation unit.
One first reflection type Mach-Zehnder interferometer (one-axis optical electric field sensor 13 for Z-axis direction) and two second reflection type Mach-Zehnder interferometers (one-axis optical electric field sensor 11 for X-axis direction and Y)
It has a three-core structure that is coupled to the axial single-axis optical electric field sensor 12).
【００２２】この３軸方向の電界測定用タイプの光電界
センサの場合、光変調部では、総計３個の各反射型マッ
ハツェンダ干渉計における分岐光導波路の全ての延在方
向が互いにほぼ平行に配置されると共に、３芯光ファイ
バ４３の引き出し方向がほぼ同一方向に配置され（ここ
では各分岐光導波路の延在方向と３芯光ファイバ４３の
引き出し方向とが紙面に垂直なＺ軸方向に延びてい
る）、且つ２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計に
おける電界検出する方向の成す角度がほぼ直角になるよ
うに配置され、これによって小型に構成されている。In the case of the optical electric field sensor of the type for measuring electric fields in three axial directions, in the optical modulation section, the extending directions of all the branch optical waveguides in each of the three reflective Mach-Zehnder interferometers are arranged substantially in parallel with each other. And the pull-out direction of the three-core optical fiber 43 is arranged in substantially the same direction (here, the extending direction of each branch optical waveguide and the pull-out direction of the three-core optical fiber 43 extend in the Z-axis direction perpendicular to the paper surface). And the two reflection-type Mach-Zehnder interferometers are arranged so that the angles formed by the directions in which the electric field is detected are substantially perpendicular to each other.
【００２３】尚、Ｘ軸方向用１軸光電界センサ１１，Ｙ
軸方向用１軸光電界センサ１２，及びＺ軸方向用１軸光
電界センサ１３では、分岐光導波路が何れもＬｉＮｂＯ
3 単結晶基板上にＴｉイオンを拡散して形成されるＴｉ
拡散導波路により作製されており、その他に分岐光導波
路へ電圧を印加する金属電極，反射ミラー，及び偏波保
持光ファイバを備えて構成される。The uniaxial optical electric field sensor 11 for the X-axis direction, Y
In the uniaxial optical electric field sensor 12 for the axial direction and the uniaxial optical electric field sensor 13 for the Z axis direction, the branch optical waveguides are both LiNbO 2.
3 Ti which is formed by diffusing Ti ions on a single crystal substrate
It is made of a diffusion waveguide, and further includes a metal electrode for applying a voltage to the branch optical waveguide, a reflection mirror, and a polarization maintaining optical fiber.
【００２４】図２は、上述したＸ軸方向用１軸光電界セ
ンサ１１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２の基本構成
を示した外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view showing the basic configuration of the above-described uniaxial optical electric field sensor 11 for the X-axis direction and the aforementioned uniaxial optical electric field sensor 12 for the Y-axis direction.
【００２５】これらのＸ軸方向用１軸光電界センサ１
１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２は、図７（ａ）に
示した従来の１軸方向の電界測定用タイプの光電界セン
サとほぼ同様に構成され、一端側に反射ミラー２６が設
けられたＬｉＮｂＯ3 単結晶から成るＬｉＮｂＯ3 単結
晶基板２２上に他端側から一端側に向かって入出射光導
波路２３より分岐された２本の分岐光導波路２４ａ，２
４ｂが反射ミラー２６に結合されるように設けられると
共に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板２２における他端側の入
出射光導波路２３には偏波保持光ファイバ２１が結合さ
れ、更にＬｉＮｂＯ3 単結晶基板２２上の一端側寄り部
分から他端側へと延びた箇所であって、分岐光導波路２
４ａを挟む所定の箇所には、対向する金属電極２５が３
つ並びで配設されて構成されている。この金属電極２５
は、三角形の金属膜の組み合わせにより形成され、矢印
で示すＸ軸方向，Ｙ軸方向の電界によって誘起された電
圧を分岐光導波路２４ａに印加するようにそのパターン
が決められている。又、特に電界に対する感度を高める
ために、ここでは金属電極２５を３対の三角形の金属膜
から成るパターンとして増設している。These one-axis optical electric field sensors 1 for the X-axis direction
The one-axis one-axis optical electric field sensor 12 for the Y-axis direction is substantially the same as the conventional one-axis direction electric field measurement type optical electric field sensor shown in FIG. provided the LiNbO 3 the two that are branched from the input and output optical waveguide 23 toward the one end from the other end on the LiNbO 3 single crystal substrate 22 of monocrystalline branch optical waveguide 24a, 2
4b together are provided so as to be coupled to the reflecting mirror 26, LiNbO 3 polarization maintaining optical fiber 21 is coupled to the other end of the input and output optical waveguide 23 in the single crystal substrate 22, further LiNbO 3 single crystal substrate 22 A portion extending from the upper end near the one end side to the other end side, and the branch optical waveguide 2
4a, the opposing metal electrodes 25
They are arranged side by side. This metal electrode 25
Is formed by a combination of triangular metal films, and its pattern is determined so that a voltage induced by an electric field in the X-axis direction and the Y-axis direction indicated by arrows is applied to the branch optical waveguide 24a. Further, in order to particularly increase the sensitivity to an electric field, the metal electrodes 25 are added here as a pattern made of three pairs of triangular metal films.
【００２６】これらのＸ軸方向用１軸光電界センサ１
１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２の場合も、偏波保
持光ファイバ２１から入射した光がＬｉＮｂＯ3 単結晶
基板２２上の入出射光導波路２３を経て２本の分岐光導
波路２４ａ，２４ｂに分岐され、このとき一方の分岐光
導波路２４ａには金属電極２５により電界が印加されて
屈折率の変化が生じるが、他方の分岐光導波路２４ｂに
は電界による屈折率の変化は無く、何れの分岐光導波路
２４ａ，２４ｂを伝播する光も反射ミラー２６で反射さ
れた後、分岐光導波路２４ａ，２４ｂを逆方向に伝播し
て再び入出射光導波路２３で合波される。この合波に際
して、２つの光路の屈折率の差異により生じる位相差の
ため、合波後の光強度は変化し、この後は偏波保持光フ
ァイバ２１に結合して出射する。The single-axis optical electric field sensor 1 for the X-axis direction
Also in the case of the one-axis optical electric field sensor 12 for the Y-axis direction, the light incident from the polarization maintaining optical fiber 21 passes through the input / output optical waveguide 23 on the LiNbO 3 single crystal substrate 22 and the two branch optical waveguides 24 a, At this time, an electric field is applied to one of the branch optical waveguides 24a by the metal electrode 25 to cause a change in the refractive index. However, the other branch optical waveguide 24b has no change in the refractive index due to the electric field. The light propagating through the branch optical waveguides 24a and 24b is also reflected by the reflection mirror 26, then propagates in the opposite directions through the branch optical waveguides 24a and 24b, and is multiplexed again by the input / output optical waveguide 23. At the time of the multiplexing, the light intensity after the multiplexing changes due to the phase difference caused by the difference in the refractive index between the two optical paths, and thereafter, the light is coupled to the polarization maintaining optical fiber 21 and emitted.
【００２７】図３は、上述したＺ軸方向用１軸光電界セ
ンサ１３の基本構成を示した外観斜視図である。FIG. 3 is an external perspective view showing the basic structure of the above-described uniaxial optical electric field sensor 13 for the Z-axis direction.
【００２８】このＺ軸方向用１軸光電界センサ１３は、
一端側に反射ミラー３６が設けられたＬｉＮｂＯ3 単結
晶から成るＬｉＮｂＯ3 単結晶基板３２上に他端側から
一端側に向かって入出射光導波路３３より分岐された２
本の分岐光導波路３４ａ，３４ｂが反射ミラー３６に結
合されるように設けられると共に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶
基板３２における他端側の入出射光導波路３３には偏波
保持光ファイバ３１が結合され、更にＬｉＮｂＯ3 単結
晶基板３２上の一端側寄り部分から他端側へと延びた箇
所であって、分岐光導波路２４ａを跨ぐ所定の箇所に
は、金属電極３５が４つ並びで配設されて構成されてい
る。この金属電極３５は、そのパターンを除いては図２
に示したＸ軸方向用１軸光電界センサ１１，Ｙ軸方向用
１軸光電界センサ１２の金属電極２５の場合と同様な形
態となっており、Ｚ軸方向の電界、即ち、分岐光導波路
３４ａに平行な電界によって誘起された電圧を分岐光導
波路３４ａに印加するように形成されている。又、特に
電界に対する感度を高めるために、ここでは金属電極３
５を４個の複合形の金属膜から成るパターンとして増設
している。The uniaxial optical electric field sensor 13 for the Z-axis direction
On a LiNbO 3 single crystal substrate 32 made of a LiNbO 3 single crystal provided with a reflection mirror 36 on one end side, the light branched from the input / output optical waveguide 33 from the other end side toward one end side.
The branch optical waveguides 34 a and 34 b are provided so as to be coupled to the reflection mirror 36, and the polarization maintaining optical fiber 31 is coupled to the input / output optical waveguide 33 at the other end of the LiNbO 3 single crystal substrate 32. Further, four metal electrodes 35 are arranged in a row at a predetermined location on the LiNbO 3 single crystal substrate 32 extending from the portion near one end to the other end and straddling the branch optical waveguide 24a. It is configured. This metal electrode 35 is the same as that shown in FIG.
And the metal electrode 25 of the uniaxial optical electric field sensor 11 for the X-axis direction and the uniaxial optical electric field sensor 12 for the Y-axis direction shown in FIG. It is formed so that a voltage induced by an electric field parallel to 34a is applied to the branch optical waveguide 34a. In addition, in order to particularly increase the sensitivity to an electric field, the metal electrode 3 is used here.
5 is added as a pattern composed of four composite metal films.
【００２９】このＺ軸方向用１軸光電界センサ１３の場
合も、偏波保持光ファイバ３１から入射した光がＬｉＮ
ｂＯ3 単結晶基板３２上の入出射光導波路３３を経て２
本の分岐光導波路３４ａ，３４ｂに分岐され、このとき
一方の分岐光導波路３４ａには金属電極３５により電界
が印加されて屈折率の変化が生じるが、他方の分岐光導
波路３４ｂには電界による屈折率の変化は無く、何れの
分岐光導波路３４ａ，３４ｂを伝播する光も反射ミラー
３６で反射された後、分岐光導波路３４ａ，３４ｂを逆
方向に伝播して再び入出射光導波路３３で合波される。
この合波に際して、２つの光路の屈折率の差異により生
じる位相差のため、合波後の光強度は変化し、この後は
偏波保持光ファイバ３１に結合して出射する。Also in the case of the uniaxial optical electric field sensor 13 for the Z-axis direction, the light incident from the polarization maintaining optical fiber 31 is LiN
2 through the input / output optical waveguide 33 on the bO 3 single crystal substrate 32
The light is branched into two branch optical waveguides 34a and 34b. At this time, an electric field is applied to one of the branch optical waveguides 34a by the metal electrode 35 to change the refractive index, while the other branch optical waveguide 34b is refracted by the electric field. There is no change in the rate, and the light propagating in any of the branch optical waveguides 34a and 34b is reflected by the reflection mirror 36, and then propagates in the branch optical waveguides 34a and 34b in the opposite directions and is multiplexed again by the input / output optical waveguide 33. Is done.
At the time of this multiplexing, the light intensity after the multiplexing changes due to the phase difference caused by the difference in the refractive index between the two optical paths, and thereafter, the light is coupled to the polarization maintaining optical fiber 31 and emitted.
【００３０】ところで、このような構成の３軸方向の電
界測定用タイプの光電界センサ（３軸光電界センサと呼
ばれても良い）は、それぞれ３組の光源部，光サーキュ
レータ，及び光検出器と組み合わせることで、電界セン
シング装置として構成することができる。The three-axis electric field measuring type optical electric field sensor (also referred to as a three-axis optical electric field sensor) having such a configuration has three sets of light source units, optical circulators, and light detection units. By combining with a device, it can be configured as an electric field sensing device.
【００３１】図４は、上述した３軸光電界センサ５０を
用いた電界センシング装置の基本構成を示したブロック
図である。FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration of an electric field sensing device using the above-described three-axis optical electric field sensor 50.
【００３２】この電界センシング装置は、偏波保持光フ
ァイバ８１，８４，８７によりそれぞれ３組の第１〜第
３の光源部５１，５２，５３に対して接続されると共
に、偏波保持光ファイバ８３，８６，８９によりそれぞ
れ３組の第１〜第３の光検出器（Ｏ／Ｅ）５７，５８，
５９に対して接続された３組の第１〜第３のサーキュレ
ータ５４，５５，５６をそれぞれ偏波保持光ファイバ８
２，８５，８８を用いて３軸光電界センサ５０に対して
接続して構成されている。This electric field sensing device is connected to three sets of first to third light sources 51, 52 and 53 by polarization maintaining optical fibers 81, 84 and 87, respectively. 83, 86, 89, three sets of first to third photodetectors (O / E) 57, 58,
59. The three sets of first to third circulators 54, 55, 56 connected to the
2, 85, 88 are used to connect to the three-axis optical electric field sensor 50.
【００３３】このうち、３組の第１〜第３の光源部５
１，５２，５３で用いる光源の波長は、光変調部の各反
射型マッハツェンダ干渉計における分岐光導波路（Ｔｉ
拡散導波路）の電気光学効果と光損失とを考慮して１．
２μｍ〜１．６μｍ程度の波長を選定し、光源としてＲ
ＩＮ（相対雑音強度）特性の良い半導体レーザ励起Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザか、或いは低消費電力の半導体レーザ
を適用することが好ましい。尚、半導体レーザ励起のＮ
ｄ：ＹＡＧレーザを光源として用いる場合には１．３μ
ｍ、或いは１．３４μｍのレーザ波長が使い易く、半導
体レーザを光源として用いる場合には高出力が得られる
１．３１μｍ、１．４８μｍ、或いは１．５５μｍのレ
ーザ波長が使い易い。又、３組の第１〜第３の光検出器
（Ｏ／Ｅ）５７，５８，５９は、それぞれフォトダイオ
ードと増幅器（アンプ）との組み合わせにより構成され
る。Of these, three sets of first to third light source units 5
The wavelength of the light source used in each of the optical modulators 1, 52, and 53 depends on the branching optical waveguide (Ti
1. Considering the electro-optic effect and light loss of the diffused waveguide,
A wavelength of about 2 μm to 1.6 μm is selected, and R
Semiconductor laser pumping N with good IN (relative noise intensity) characteristics
d: It is preferable to use a YAG laser or a semiconductor laser with low power consumption. Note that the N
d: 1.3 μm when a YAG laser is used as a light source
m or 1.34 μm is easy to use, and when a semiconductor laser is used as a light source, a laser wavelength of 1.31 μm, 1.48 μm, or 1.55 μm that can provide high output is easy to use. The three sets of first to third photodetectors (O / E) 57, 58, and 59 are each configured by a combination of a photodiode and an amplifier.
【００３４】次に、この電界センシング装置の動作につ
いて説明する。先ず、１軸方向の電界に対するセンシン
グ系として、第１の光源部５１から出射した直線偏光の
光は、偏波保持光ファイバ８１，第１のサーキュレータ
５４，及び偏波保持光ファイバ８２を経て３軸光電界セ
ンサ５０に入射し、ここで被測定電界による強度変調を
受けから再び偏波保持光ファイバ８２に入射し、その後
に変調された光は、第１の光サーキュレータ５４を経て
第１の光検出器（Ｏ／Ｅ）５７に入射し、ここで電気信
号に変換される。又、他の２軸方向の電界に対するセン
シング系は、１軸方向の電界に対するセンシング系の場
合と同様である。即ち、第２の光源部５２から出射した
直線偏光の光は、偏波保持光ファイバ８４，第２のサー
キュレータ５５，及び偏波保持光ファイバ８５を経て３
軸光電界センサ５０に入射し、ここで被測定電界による
強度変調を受けから再び偏波保持光ファイバ８５に入射
し、その後に変調された光は、第２の光サーキュレータ
５５を経て第２の光検出器（Ｏ／Ｅ）５８に入射し、こ
こで電気信号に変換される。第３の光源部５３から出射
した直線偏光の光は、偏波保持光ファイバ８７，第３の
サーキュレータ５６，及び偏波保持光ファイバ８８を経
て３軸光電界センサ５０に入射し、ここで被測定電界に
よる強度変調を受けから再び偏波保持光ファイバ８８に
入射し、その後に変調された光は、第３の光サーキュレ
ータ５６を経て第２の光検出器（Ｏ／Ｅ）５９に入射
し、ここで電気信号に変換される。Next, the operation of the electric field sensing device will be described. First, as a sensing system for an electric field in one axis direction, linearly polarized light emitted from the first light source unit 51 passes through the polarization maintaining optical fiber 81, the first circulator 54, and the polarization maintaining optical fiber 82, and then becomes 3. The light enters the axial optical electric field sensor 50, receives the intensity modulation by the electric field to be measured, and then enters the polarization maintaining optical fiber 82 again. The light modulated thereafter passes through the first optical circulator 54 to the first optical circulator 54. The light enters the photodetector (O / E) 57, where it is converted into an electric signal. The sensing system for the electric field in the other two axes is the same as the sensing system for the electric field in the one axis. That is, the linearly-polarized light emitted from the second light source unit 52 passes through the polarization maintaining optical fiber 84, the second circulator 55, and the polarization maintaining optical fiber 85, and
The light enters the axial optical electric field sensor 50, receives the intensity modulation by the electric field to be measured, and then enters the polarization maintaining optical fiber 85 again. The light modulated thereafter passes through the second optical circulator 55 to the second optical circulator 55. The light enters a photodetector (O / E) 58, where it is converted into an electric signal. The linearly polarized light emitted from the third light source unit 53 enters the three-axis optical electric field sensor 50 via the polarization maintaining optical fiber 87, the third circulator 56, and the polarization maintaining optical fiber 88, where the light is received. After receiving the intensity modulation by the measurement electric field, the light enters the polarization-maintaining optical fiber 88 again, and the modulated light thereafter enters the second optical detector (O / E) 59 via the third optical circulator 56. , Where it is converted to an electrical signal.
【００３５】このような構成により、電界センシング装
置は直交３軸方向の電界を測定することができる。With such a configuration, the electric field sensing device can measure electric fields in three orthogonal directions.
【００３６】更に、この電界センシング装置の感度特性
を説明する。ここでは、Ｇ−ＴＥＭセル内において、一
定方向に一定偏波で進行する電磁波に対して図１
（ａ），（ｂ）に示した光電界センサをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ
軸の回りで回転して電界強度を測定した。Further, the sensitivity characteristics of the electric field sensing device will be described. Here, in the G-TEM cell, an electromagnetic wave traveling in a certain direction with a certain polarization is shown in FIG.
The optical electric field sensor shown in FIGS.
The electric field strength was measured by rotating around the axis.
【００３７】図５は、図１（ａ），（ｂ）に示すＹ軸方
向に進行すると共に、Ｘ軸方向に電界が振動している電
磁波に対してＹ軸方向の回りで光電界センサのセンサヘ
ッド部４１を回転させた場合における総計３個の１軸光
電界センサからの出力のうちの図１（ｂ）に示すＸ軸方
向用１軸光電界センサ１１からの出力が回転角度に依存
して変化する様子を示したものである。但し、図５中で
は光電界センサのセンサヘッド部４１の中心軸がＺ軸方
向に一致したときの角度を０度とし、出力をｄＢ単位の
相対値によって示している。FIG. 5 shows an optical electric field sensor which travels in the Y-axis direction shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), and rotates around the Y-axis direction against an electromagnetic wave whose electric field is oscillating in the X-axis direction. When the sensor head 41 is rotated, the output from the single-axis optical electric field sensor 11 for the X-axis direction shown in FIG. 1B among the outputs from the total of three single-axis optical electric field sensors depends on the rotation angle. It is shown how it changes. However, in FIG. 5, the angle when the center axis of the sensor head 41 of the optical electric field sensor coincides with the Z-axis direction is set to 0 degree, and the output is indicated by a relative value in dB.
【００３８】図５からは、０度又は１８０度の方向で感
度が最大になり、９０度又は１８０度の方向で感度が最
小になることが判る。FIG. 5 shows that the sensitivity becomes maximum in the direction of 0 or 180 degrees, and becomes minimum in the direction of 90 or 180 degrees.
【００３９】又、同様に図１（ａ），（ｂ）に示すＸ軸
方向に進行すると共に、Ｙ軸方向に電界が振動している
電磁波に対してＸ軸方向の回りで光電界センサのセンサ
ヘッド部４１を回転させた場合における総計３個の１軸
光電界センサからの出力のうちの図１（ｂ）に示すＹ軸
方向用１軸光電界センサ１２からの出力が回転角度に依
存して変化する様子は，図５に示す様子と全く同じなの
で省図する。Similarly, the electromagnetic wave traveling in the X-axis direction shown in FIGS. When the sensor head 41 is rotated, the output from the single-axis optical electric field sensor 12 for the Y-axis direction shown in FIG. 1B among the outputs from the total of three single-axis optical electric field sensors depends on the rotation angle. The state of the change is exactly the same as the state shown in FIG.
【００４０】これに対し、図６は、図１（ａ），（ｂ）
に示すＸ−Ｙ面内の何れかの方向に進行すると共に、Ｚ
軸方向で電界が振動している電磁波に対して図１（ｂ）
に示すＺ軸方向用１軸光電界センサ１３のＬｉＮｂＯ3
単結晶基板面を垂直に保った状態で光電界センサのヘッ
ドセンサ部４１を電磁波の進行方向を軸として回転させ
た場合におけるＺ軸方向用１軸光電界センサ１３からの
出力が回転角度に依存して変化する様子を示したもので
ある。但し、図６中では光電界センサのセンサヘッド部
４１の中心軸がＺ軸方向に一致したときの角度を０度と
し、出力をｄＢ単位の相対値によって示している。On the other hand, FIG. 6 shows FIGS. 1 (a) and 1 (b).
While traveling in any direction in the XY plane shown in FIG.
Fig. 1 (b) for an electromagnetic wave with an electric field oscillating in the axial direction
LiNbO 3 of the uniaxial optical electric field sensor 13 for the Z-axis direction shown in FIG.
When the head sensor unit 41 of the optical electric field sensor is rotated about the traveling direction of the electromagnetic wave while keeping the single crystal substrate surface vertical, the output from the uniaxial optical electric field sensor 13 for the Z-axis direction depends on the rotation angle. It is shown how it changes. However, in FIG. 6, the angle when the central axis of the sensor head 41 of the optical electric field sensor coincides with the Z-axis direction is set to 0 degree, and the output is indicated by a relative value in dB.
【００４１】図６からは、０度又は１８０度の方向で感
度が最小になり、９０度又は１８０度の方向で感度が最
大になることが判る。From FIG. 6, it can be seen that the sensitivity becomes minimum in the direction of 0 or 180 degrees, and becomes maximum in the direction of 90 or 180 degrees.
【００４２】以上の結果を光電界センサのセンサヘッド
部４１を固定した状態に対して換言すれば、図１
（ａ），（ｂ）に示す光電界センサの場合、このセンサ
ヘッド部４１の中心軸に垂直な方向、即ち、Ｘ−Ｙ面内
のあらゆる方向から入射する電磁波に対して電界ベクト
ルの方向に拘らず電界強度の測定を可能にする。又、セ
ンサヘッド部４１の中心軸方向に進行する電磁波に対し
ては、この電界の振動方向はＸ−Ｙ面内にあり、その電
界ベクトルは、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に進行する電磁波
の電界ベクトルと等しいため、Ｘ軸方向用１軸光電界セ
ンサ１１又はＹ軸方向用１軸光電界センサ１２による測
定が可能である。即ち、一実施例に係る光電界センサを
用いると、３次元のあらゆる方向に進行する電磁波に対
してその電界強度を測定することができる。因みに、一
実施例に係る光電界センサにおいて、光変調部における
総計３個の１軸光電界センサの最大感度の方向は互いに
直交しているが、こうした条件下にあれば測定電界の振
動ベクトルを決定するときの演算処理を容易にすること
ができる。In other words, the above result is obtained with respect to the state where the sensor head 41 of the optical electric field sensor is fixed.
In the case of the optical electric field sensor shown in (a) and (b), in the direction perpendicular to the central axis of the sensor head 41, that is, in the direction of the electric field vector with respect to electromagnetic waves incident from all directions in the XY plane. Regardless, it is possible to measure the electric field strength. Also, for an electromagnetic wave traveling in the direction of the central axis of the sensor head portion 41, the direction of oscillation of this electric field is in the XY plane, and the electric field vector is the electromagnetic wave traveling in the X-axis direction or the Y-axis direction. Since it is equal to the electric field vector, the measurement can be performed by the uniaxial optical electric field sensor 11 for the X-axis direction or the uniaxial optical electric field sensor 12 for the Y-axis direction. That is, the use of the optical electric field sensor according to one embodiment makes it possible to measure the electric field strength of electromagnetic waves traveling in all three-dimensional directions. Incidentally, in the optical electric field sensor according to one embodiment, the directions of the maximum sensitivity of the total of three uniaxial optical electric field sensors in the optical modulator are orthogonal to each other. Arithmetic processing for the determination can be facilitated.
【００４３】尚、一実施例に係る光電界センサでは、光
変調部における電気光学結晶基板の電気光学結晶として
ＬｉＮｂＯ3 単結晶を用いた場合を説明したが、ＬｉＮ
ｂＯ 3 単結晶に代えて例えばＬｉＴａＯ3 単結晶を用い
ることも可能であり、この場合にはレーザ光による光損
失を低減することができる。又、分岐光導波路がＬｉＮ
ｂＯ3 単結晶基板上にＴｉイオンを拡散して形成される
Ｔｉ拡散導波路により作製される場合を説明したが、Ｔ
ｉ拡散導波路に代えてＨ+ 交換導波路を用いることもで
きる。In the optical electric field sensor according to the embodiment, the light
As an electro-optic crystal on the electro-optic crystal substrate in the modulation section
LiNbOThreeThe case where a single crystal is used has been described.
bO ThreeInstead of a single crystal, for example, LiTaOThreeUsing a single crystal
In this case, it is possible to
Loss can be reduced. The branch optical waveguide is made of LiN.
bOThreeFormed by diffusing Ti ions on a single crystal substrate
The case of manufacturing with a Ti diffusion waveguide has been described.
H instead of i-diffusion waveguide+ You can also use an exchange waveguide
Wear.
【００４４】[0044]
【発明の効果】以上に述べた通り、本発明の光電界セン
サによれば、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界を測定するた
めの反射型マッハツェンダ干渉計から成る光変調部をセ
ンサヘッド部に収納すると共に、光変調部の各反射型マ
ッハツェンダ干渉計に接続される偏波保持型の３芯光フ
ァイバをセンサヘッド部の端面に結合される非金属製の
保持ロッドで被覆した構成とし、更に、センサヘッド部
ではハウジング内の略中心部分に配置された直角三角形
の断面を有する三角柱状の支持部材の各側面にＸ，Ｙ，
Ｚの３軸方向の電界を測定するための光電界センサ（反
射型マッハツェンダ干渉計）の３種としてＸ軸方向用１
軸光電界センサ，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ，Ｚ軸方
向用１軸光電界センサを装着して光変調部を構成してい
るので、狭い空間領域にあっても安定して精度良く３軸
方向の電界測定が可能な小型の光電界センサを提供する
ことができ、この光電界センサを用いて同様な機能を有
する電界センシング装置を小型で構成できるようにな
る。As described above, according to the optical electric field sensor of the present invention, the optical modulation section comprising the reflection type Mach-Zehnder interferometer for measuring the electric field in the three axes of X, Y, and Z is used as the sensor head. And a polarization-maintaining three-core optical fiber connected to each reflection type Mach-Zehnder interferometer of the light modulation unit is covered with a non-metallic holding rod coupled to the end face of the sensor head unit. Further, in the sensor head portion, X, Y, and X are provided on each side surface of a triangular prism-shaped support member having a right-angled triangular cross section disposed at a substantially central portion in the housing.
One of three types of optical electric field sensors (reflection type Mach-Zehnder interferometer) for measuring electric fields in the three axial directions of Z
Since the optical modulator is configured by mounting the axial optical electric field sensor, the Y-axis uniaxial optical electric field sensor, and the Z-axial uniaxial optical electric field sensor, it is stable and accurate even in a narrow space area. A small-sized optical electric field sensor capable of measuring electric fields in three axial directions can be provided, and an electric field sensing device having a similar function can be configured in a small size using the optical electric field sensor.
【図１】本発明の一実施例に係る３軸方向の電界測定用
タイプの光電界センサの基本構成を示したもので、
（ａ）は一部を破断した全体の外観斜視図に関するも
の，（ｂ）はその局部を成すセンサヘッド部の上面から
見た断面図に関するものである。FIG. 1 shows a basic configuration of a three-axis direction electric field measuring type optical electric field sensor according to an embodiment of the present invention.
(A) relates to a partially cutaway perspective view of the entire appearance, and (b) relates to a cross-sectional view as viewed from the top of a sensor head portion forming a local portion thereof.
【図２】図１に示す光電界センサの光変調部に備えられ
るＸ軸方向用１軸光電界センサ，Ｙ軸方向用１軸光電界
センサの基本構成を示した外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view showing a basic configuration of a single-axis optical electric field sensor for an X-axis direction and a single-axis optical electric field sensor for a Y-axis direction provided in a light modulator of the optical electric field sensor shown in FIG.
【図３】図１に示す光電界センサの光変調部に備えられ
るＺ軸方向用１軸光電界センサの基本構成を示した外観
斜視図である。3 is an external perspective view illustrating a basic configuration of a single-axis optical electric field sensor for a Z-axis direction provided in a light modulator of the optical electric field sensor illustrated in FIG. 1;
【図４】図１に示す光電界センサ（３軸光電界センサ）
を用いた電界センシング装置の基本構成を示したブロッ
ク図である。FIG. 4 is an optical electric field sensor (a three-axis optical electric field sensor) shown in FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of an electric field sensing device using the device.
【図５】図１（ａ），（ｂ）に示すＹ軸方向に進行する
と共に、Ｘ軸方向に電界が振動している電磁波に対して
Ｙ軸方向の回りで光電界センサのセンサヘッド部を回転
させた場合におけるＸ軸方向用１軸光電界センサからの
出力が回転角度に依存して変化する様子を示したもので
ある。FIG. 5 shows a sensor head portion of an optical electric field sensor which travels in the Y-axis direction shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) and rotates around the Y-axis direction with respect to an electromagnetic wave whose electric field oscillates in the X-axis direction. FIG. 6 shows a state in which the output from the uniaxial optical electric field sensor for the X-axis direction changes depending on the rotation angle when is rotated.
【図６】図１（ａ），（ｂ）に示すＸ−Ｙ面内の何れか
の方向に進行すると共に、Ｚ軸方向で電界が振動してい
る電磁波に対してＺ軸方向用１軸光電界センサのＬｉＮ
ｂＯ3 単結晶基板面を垂直に保った状態で光電界センサ
のヘッドセンサ部を電磁波の進行方向を軸として回転さ
せた場合におけるＺ軸方向用１軸光電界センサからの出
力が回転角度に依存して変化する様子を示したものであ
る。FIG. 6 is a diagram showing one axis for the Z-axis direction with respect to an electromagnetic wave traveling in any direction in the XY plane shown in FIGS. 1A and 1B and having an electric field vibrating in the Z-axis direction. LiN for optical electric field sensor
When the head sensor of the optical electric field sensor is rotated about the traveling direction of the electromagnetic wave with the bO 3 single crystal substrate surface kept vertical, the output from the uniaxial optical electric field sensor for the Z-axis direction depends on the rotation angle. It is shown how it changes.
【図７】従来の光電界センサの基本構成を示した外観斜
視図であり、（ａ）は１軸方向の電界測定用タイプに関
するもの，（ｂ）は３軸方向の電界測定用タイプに関す
るものである。FIG. 7 is an external perspective view showing a basic configuration of a conventional optical electric field sensor, in which (a) relates to a uniaxial electric field measuring type, and (b) relates to a triaxial electric field measuring type. It is.
１１ Ｘ軸方向用１軸光電界センサ １２ Ｙ軸方向用１軸光電界センサ １３ Ｚ軸方向用１軸光電界センサ １４ 支持部材 １５ ハウジング ２１，３１，８１〜８９ 偏波保持光ファイバ ２２，３２，６８ 入出射光導波路 ２３，３３，６５〜６７ ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板 ２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ，６９ａ，６９ｂ 分
岐光導波路 ２５，３５，７０ａ，７０ｂ 金属電極 ２６，３６，７１ 反射ミラー ４１ センサヘッド部 ４３ ３芯光ファイバ ５０ ３軸光電界センサ ５１，５２，５３ 光源部 ５４，５５，５６ 光サーキュレータ ５７，５８，５９ 光検出器（Ｏ／Ｅ） ６０〜６３ 光ファイバDESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1-axis optical electric field sensor for X-axis directions 12 1-axis optical electric field sensor for Y-axis directions 13 1-axis optical electric field sensor for Z-axis directions 14 Support member 15 Housing 21, 31, 81-89 Polarization-maintaining optical fibers 22, 32 , 68 Input / output optical waveguides 23, 33, 65-67 LiNbO 3 single crystal substrate 24a, 24b, 34a, 34b, 69a, 69b Branched optical waveguides 25, 35, 70a, 70b Metal electrodes 26, 36, 71 Reflecting mirror 41 Sensor Head unit 43 3-core optical fiber 50 3-axis optical electric field sensor 51, 52, 53 Light source unit 54, 55, 56 Optical circulator 57, 58, 59 Optical detector (O / E) 60 to 63 Optical fiber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 垂澤 芳明 東京都千代田区永田町二丁目11番１号 株 式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内 (72)発明者 野島 俊雄 東京都千代田区永田町二丁目11番１号 株 式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内 Ｆターム(参考） 2G025 AA05 AB11 AC06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoshiaki Tarusawa 2-11-1, Nagatacho, Chiyoda-ku, Tokyo Inside NTT DoCoMo, Inc. (72) Inventor Toshio Nojima Machiji Nagata, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) in NTT DoCoMo, Inc. 11-11 chome 2G025 AA05 AB11 AC06
Claims (6)
に電極と分岐光導波路とを配設して成り、且つ該分岐光
導波路に対して平行な方向の電界検出が可能な１個の第
１の反射型マッハツェンダ干渉計、並びに電気光学結晶
による電気光学結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配
設して成り、且つ該分岐光導波路に対してそれぞれ異な
る垂直な方向の電界検出が可能な２個の第２の反射型マ
ッハツェンダ干渉計を組み合わせて成る光変調部と、前
記光変調部に対して光を入出力するために前記１個の第
１の反射型マッハツェンダ干渉計及び前記２個の第２の
反射型マッハツェンダ干渉計と結合される光ファイバと
を備えて構成される光電界センサであって、前記光変調
部では、前記１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計
及び前記２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計にお
ける前記分岐光導波路の全ての延在方向が互いにほぼ平
行に配置されると共に、前記光ファイバの引き出し方向
がほぼ同一方向に配置され、且つ該２個の第２の反射型
マッハツェンダ干渉計における前記電界検出する方向の
成す角度がほぼ直角になるように配置されたことを特徴
とする光電界センサ。An electrode and a branch optical waveguide are provided on an electro-optic crystal substrate made of an electro-optic crystal, and one first first electrode capable of detecting an electric field in a direction parallel to the branch optical waveguide. A reflection type Mach-Zehnder interferometer, and an electrode and a branch optical waveguide disposed on an electro-optic crystal substrate made of an electro-optic crystal, and electric fields can be detected in different vertical directions with respect to the branch optical waveguide. An optical modulator comprising a combination of two second reflective Mach-Zehnder interferometers; one first reflective Mach-Zehnder interferometer for inputting and outputting light to and from the optical modulator; An optical electric field sensor comprising an optical fiber coupled to the second reflection type Mach-Zehnder interferometer of the first aspect of the invention, wherein the optical modulation unit includes the one first reflection-type Mach-Zehnder interferometer and the second reflection type Mach-Zehnder interferometer. Second In the reflection type Mach-Zehnder interferometer, all the extending directions of the branch optical waveguides are arranged substantially in parallel with each other, and the drawing directions of the optical fibers are arranged in substantially the same direction. An optical electric field sensor, wherein the angle formed by the direction in which the electric field is detected in the Mach-Zehnder interferometer is substantially perpendicular.
前記光ファイバは、３芯光ファイバであることを特徴と
する光電界センサ。2. The optical electric field sensor according to claim 1, wherein
The optical fiber sensor is characterized in that the optical fiber is a three-core optical fiber.
いて、前記電気光学結晶は、ＬｉＮｂＯ3 単結晶であ
り、前記分岐光導波路は、前記電気光学結晶基板として
前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶によるＬｉＮｂＯ3 単結晶基板
上にＴｉイオンを拡散して形成されたことを特徴とする
光電界センサ。3. The optical electric field sensor according to claim 1 or 2, wherein said electro-optical crystal is a LiNbO 3 single crystal, the branched optical waveguide, LiNbO 3 by the LiNbO 3 single crystal as the electro-optical crystal substrate An optical electric field sensor formed by diffusing Ti ions on a single crystal substrate.
界センサと、それぞれ３組の光源部，光サーキュレー
タ，及び光検出器とを備えて構成されることを特徴とす
る電界センシング装置。4. An electric field comprising the optical electric field sensor according to claim 1, and three sets of a light source unit, an optical circulator, and a photodetector, respectively. Sensing device.
いて、前記３組の光源部は、光源として半導体レーザを
備えて成ることを特徴とする電界センシング装置。5. The electric field sensing device according to claim 4, wherein the three sets of light source units include a semiconductor laser as a light source.
いて、前記３組の光源部は、光源として半導体レーザ励
起のＮｄ：ＹＡＧレーザを備えて成ることを特徴とする
電界センシング装置。6. The electric field sensing device according to claim 4, wherein the three sets of light source units include a semiconductor laser-excited Nd: YAG laser as a light source.
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- 2001-03-02 JP JP2001058043A patent/JP3727051B2/en not_active Expired - Lifetime
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