JP2003279601A - ファラデー回転子とこれを用いた偏光制御方法および電流計測方法 - Google Patents
ファラデー回転子とこれを用いた偏光制御方法および電流計測方法Info
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- JP2003279601A JP2003279601A JP2002085429A JP2002085429A JP2003279601A JP 2003279601 A JP2003279601 A JP 2003279601A JP 2002085429 A JP2002085429 A JP 2002085429A JP 2002085429 A JP2002085429 A JP 2002085429A JP 2003279601 A JP2003279601 A JP 2003279601A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型かつ高感度で、周波数特性の良好なファ
ラデー効果を呈する素子を提供する。 【解決手段】 ファラデー効果を呈する素子として、従
来は専ら結晶構造のものが用いられているが、これには
発熱の問題や、感度向上のためには大きな素子（特に、
長さの長いもの）が必要で大型化するなどの問題がある
が、この発明では光ファイバ１１（特に、光弾性の影響
が少なくベルデ定数が大きな鉛ガラスファイバを用いる
と良い）をリング状に巻き、これに導線１２を巻いて構
成することにより、掲記課題の解決を図る。これを用い
て、電流計測や偏光制御などを全光学的に行なうことが
可能となる。
ラデー効果を呈する素子を提供する。 【解決手段】 ファラデー効果を呈する素子として、従
来は専ら結晶構造のものが用いられているが、これには
発熱の問題や、感度向上のためには大きな素子（特に、
長さの長いもの）が必要で大型化するなどの問題がある
が、この発明では光ファイバ１１（特に、光弾性の影響
が少なくベルデ定数が大きな鉛ガラスファイバを用いる
と良い）をリング状に巻き、これに導線１２を巻いて構
成することにより、掲記課題の解決を図る。これを用い
て、電流計測や偏光制御などを全光学的に行なうことが
可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバから
なるファラデー素子（ファラデーローテータまたはファ
ラデー回転子とも言う）とこれを用いた電流計測および
偏光制御に関するものである。
なるファラデー素子（ファラデーローテータまたはファ
ラデー回転子とも言う）とこれを用いた電流計測および
偏光制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ファラデー素子としては、ファラデー効
果を呈する直方体状の等方性バルク固体が一般的であ
る。
果を呈する直方体状の等方性バルク固体が一般的であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】結晶体では発熱した
り、感度を上げようとすると長さを長くしなければなら
ず、大型化するなどの問題がある。したがって、この発
明の課題は、ファラデー素子の小型，高感度化を図り、
各種の応用に供し得るようにすることにある。
り、感度を上げようとすると長さを長くしなければなら
ず、大型化するなどの問題がある。したがって、この発
明の課題は、ファラデー素子の小型，高感度化を図り、
各種の応用に供し得るようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、光ファイバをリング状に
巻き、これに導線をトロイダル状に巻いて構成したこと
を特徴とする。この請求項１の発明においては、光ファ
イバを鉛ガラスファイバとすることができる（請求項２
の発明）。請求項１または２においては、前記導線に電
流を流すことにより、前記光ファイバに入射される直線
偏光の制御を可能にすることができ（請求項３の発
明）、または前記ファラデー回転子を２つ用い、この間
に１／４波長板を光路に対して縦続的に配置し、２つの
ファラデー回転子の各導線に電流を流すことにより、任
意の入射光の偏光制御を可能にすることができる（請求
項４の発明）。
るため、請求項１の発明では、光ファイバをリング状に
巻き、これに導線をトロイダル状に巻いて構成したこと
を特徴とする。この請求項１の発明においては、光ファ
イバを鉛ガラスファイバとすることができる（請求項２
の発明）。請求項１または２においては、前記導線に電
流を流すことにより、前記光ファイバに入射される直線
偏光の制御を可能にすることができ（請求項３の発
明）、または前記ファラデー回転子を２つ用い、この間
に１／４波長板を光路に対して縦続的に配置し、２つの
ファラデー回転子の各導線に電流を流すことにより、任
意の入射光の偏光制御を可能にすることができる（請求
項４の発明）。
【０００５】上記請求項４の発明においては、前記１／
４波長板は光ファイバを曲げて形成することができる
（請求項５の発明）。また、請求項１または２の発明に
おいては、前記導線に交流電流を流すことにより、交流
電流の計測を可能にすることができ（請求項６の発
明）、または、前記導線に交流電流を流すとともに、前
記ファラデー回転子の導線が巻かれている部分に重ねる
か、または導線が巻かれていない直線部分に別途巻かれ
た巻線に直流電流を流すことにより、直流電流の計測を
可能にすることができる（請求項７の発明）。
４波長板は光ファイバを曲げて形成することができる
（請求項５の発明）。また、請求項１または２の発明に
おいては、前記導線に交流電流を流すことにより、交流
電流の計測を可能にすることができ（請求項６の発
明）、または、前記導線に交流電流を流すとともに、前
記ファラデー回転子の導線が巻かれている部分に重ねる
か、または導線が巻かれていない直線部分に別途巻かれ
た巻線に直流電流を流すことにより、直流電流の計測を
可能にすることができる（請求項７の発明）。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。光ファイバ１１をリング状に巻
き、これに導線（コイル）１２をトロイダル状に巻くこ
とで、ファラデー効果を有する素子１（ファラデーロー
テータまたはファラデー回転子とも言う）を形成するも
のである。このとき、コイルの巻数を多くしてもその断
面積はできるだけ小さくなるようにして（インダクタン
スを小さくし）、大きな磁界が作れるようにして小型，
高感度化を図り、周波数特性を上げることが望ましい。
また、光ファイバ１１としては、光弾性の影響が少な
い、換言すればブリュースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）係
数が小さく、ベルデ定数が大きい鉛ガラスファイバを用
いるのが、特に高感度化の点で好適であるが、これに限
らず全ての光ファイバが使用可能である。
態を示す構成図である。光ファイバ１１をリング状に巻
き、これに導線（コイル）１２をトロイダル状に巻くこ
とで、ファラデー効果を有する素子１（ファラデーロー
テータまたはファラデー回転子とも言う）を形成するも
のである。このとき、コイルの巻数を多くしてもその断
面積はできるだけ小さくなるようにして（インダクタン
スを小さくし）、大きな磁界が作れるようにして小型，
高感度化を図り、周波数特性を上げることが望ましい。
また、光ファイバ１１としては、光弾性の影響が少な
い、換言すればブリュースター（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ）係
数が小さく、ベルデ定数が大きい鉛ガラスファイバを用
いるのが、特に高感度化の点で好適であるが、これに限
らず全ての光ファイバが使用可能である。
【０００７】ここで、図１のファラデー回転子１に対
し、図２のようにファンクションシンセサイザ２１から
交流信号を与え、交流電流がどのように変化するかをデ
ジタルマルチメータ２２でその電流値を読み取って調べ
ると、一つの例として図３の結果となった。つまり、交
流電流ＩACは１ｋＨｚまではほぼ一定であり、良好な特
性を得ている。また、導線（コイル）の巻径等を小さく
することにより、更に高周波領域まで伸ばすことが可能
である。
し、図２のようにファンクションシンセサイザ２１から
交流信号を与え、交流電流がどのように変化するかをデ
ジタルマルチメータ２２でその電流値を読み取って調べ
ると、一つの例として図３の結果となった。つまり、交
流電流ＩACは１ｋＨｚまではほぼ一定であり、良好な特
性を得ている。また、導線（コイル）の巻径等を小さく
することにより、更に高周波領域まで伸ばすことが可能
である。
【０００８】次に、図１のような素子を用いたこの発明
の実施の形態を図４に示す。同図において、１は上述の
ファラデー回転子、２は光源としてのスーパールミネッ
セントダイオード（ＳＬＤ）、３１，３２，３３はレン
ズ、４は偏光子（Ｐｏｌ：Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、５は
検光子（Ａｎａ：Ａｎａｌｙｚｅｒ）、６はディテク
タ、７はオシロスコープである。ＳＬＤ２から出射され
た光は対物レンズ３１で平行光にされた後、偏光子４を
通過して直線偏光となり、対物レンズ３２で集光された
後ファラデー回転子１の光ファイバ１１に入射される。
ファラデー回転子１を通過する光は、コイル１２に流れ
る電流が誘起する磁界により、ファラデー効果による偏
光面の回転を受ける。ファイバ１１からの出射光をレン
ズ３３で平行光にした後、検光子５を通過させ、フォト
ダイオード（ＰＤ）等のディテクタ６で光量を電気信号
に変換し、これをオシロスコープ７で測定する。
の実施の形態を図４に示す。同図において、１は上述の
ファラデー回転子、２は光源としてのスーパールミネッ
セントダイオード（ＳＬＤ）、３１，３２，３３はレン
ズ、４は偏光子（Ｐｏｌ：Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、５は
検光子（Ａｎａ：Ａｎａｌｙｚｅｒ）、６はディテク
タ、７はオシロスコープである。ＳＬＤ２から出射され
た光は対物レンズ３１で平行光にされた後、偏光子４を
通過して直線偏光となり、対物レンズ３２で集光された
後ファラデー回転子１の光ファイバ１１に入射される。
ファラデー回転子１を通過する光は、コイル１２に流れ
る電流が誘起する磁界により、ファラデー効果による偏
光面の回転を受ける。ファイバ１１からの出射光をレン
ズ３３で平行光にした後、検光子５を通過させ、フォト
ダイオード（ＰＤ）等のディテクタ６で光量を電気信号
に変換し、これをオシロスコープ７で測定する。
【０００９】図５に図１のような素子を用いたこの発明
の他の実施の形態を示す。これは、任意の方位と楕円率
をもつ偏光状態を作り出せるようにしたもので、２つの
ファラデー回転子１Ａ，１Ｂの間に１／４波長板として
の光ファイバコイル８１を挿入した点が特徴である。ま
た、楕円偏光を特定の直線偏光に変化させるために、Ｓ
ＬＤ２からの出射光を偏光子を使わずに光ファイバコイ
ル８２を用いて、偏光状態を変化させるようにしてい
る。つまり、ＳＬＤ２からの出射光を光ファイバコイル
８２により楕円偏光にしてファラデー回転子１Ａに入射
し、その電流を調節して楕円偏光の軸を回転させ、１／
４波長板としての光ファイバコイル８１の軸に合わせ
る。この光ファイバコイル８１を通過後は楕円偏光は直
線偏光に変換され、ファラデー回転子１Ｂの電流を調節
して直線偏光の方向を回転させて特定の方向を向くよう
にしたものである。その他の点は、図４と同様である。
の他の実施の形態を示す。これは、任意の方位と楕円率
をもつ偏光状態を作り出せるようにしたもので、２つの
ファラデー回転子１Ａ，１Ｂの間に１／４波長板として
の光ファイバコイル８１を挿入した点が特徴である。ま
た、楕円偏光を特定の直線偏光に変化させるために、Ｓ
ＬＤ２からの出射光を偏光子を使わずに光ファイバコイ
ル８２を用いて、偏光状態を変化させるようにしてい
る。つまり、ＳＬＤ２からの出射光を光ファイバコイル
８２により楕円偏光にしてファラデー回転子１Ａに入射
し、その電流を調節して楕円偏光の軸を回転させ、１／
４波長板としての光ファイバコイル８１の軸に合わせ
る。この光ファイバコイル８１を通過後は楕円偏光は直
線偏光に変換され、ファラデー回転子１Ｂの電流を調節
して直線偏光の方向を回転させて特定の方向を向くよう
にしたものである。その他の点は、図４と同様である。
【００１０】図６に図１のような素子を用いたこの発明
のさらに他の実施の形態を示す。これは、交流電流計測
の例を示し、ファラデー回転子１の表示態様が異なる外
は図４の場合と基本的に同じであるが、ここではファラ
デー回転子１に印加される交流電流を計測する例として
示す。
のさらに他の実施の形態を示す。これは、交流電流計測
の例を示し、ファラデー回転子１の表示態様が異なる外
は図４の場合と基本的に同じであるが、ここではファラ
デー回転子１に印加される交流電流を計測する例として
示す。
【００１１】図７に別の例を示す。これは、ファラデー
回転子１のコイル１２が巻かれていないファイバ１１の
直線状部分に導線（コイル）１３を巻き、偏光子４と検
光子５との間に挿入したものである。そして、ファラデ
ー回転子１の外周に正弦波の電流ｉmを流し、コイル１
３に被測定用の直流電流Ｉを流すと、ファラデー回転子
１からは偏波面の方位が正弦波状に変調された光が出射
された後、コイル１３で電流Ｉに比例する角度だけ回転
するので、この光を偏光子４に直交した検光子５を通過
させ、ディテクタ６で電気信号に変換する。ここで、フ
ァラデー回転子１は変調用ファラデー素子として、ま
た、コイル１３は検出用ファラデー素子として機能す
る。
回転子１のコイル１２が巻かれていないファイバ１１の
直線状部分に導線（コイル）１３を巻き、偏光子４と検
光子５との間に挿入したものである。そして、ファラデ
ー回転子１の外周に正弦波の電流ｉmを流し、コイル１
３に被測定用の直流電流Ｉを流すと、ファラデー回転子
１からは偏波面の方位が正弦波状に変調された光が出射
された後、コイル１３で電流Ｉに比例する角度だけ回転
するので、この光を偏光子４に直交した検光子５を通過
させ、ディテクタ６で電気信号に変換する。ここで、フ
ァラデー回転子１は変調用ファラデー素子として、ま
た、コイル１３は検出用ファラデー素子として機能す
る。
【００１２】図８に図７の原理説明図を示す。同図の縦
軸の下に描かれている波形はファラデー変調を示し、横
軸にはその変調に対応する出力信号波形を表わしてい
る。この出力信号には変調用正弦波電流ｉmの周波数成
分ωmと、２倍の周波数成分２ωmが観測され、被測定用
の直流分は２つの成分のピーク値の差として得られる。
なお、図８のδは検出用ファラデー素子における偏光面
の回転角、ａは変調用ファラデー素子における偏光面の
回転角の振幅を示す。図７でファラデー回転子１に流す
電流（バイアス電流）を正弦波交流としたが、これに限
らず矩形波，三角波またはパルス等を用いることがで
き、それに応じて上記ωm，２ωm成分も矩形波，三角波
またはパルス波形となる。
軸の下に描かれている波形はファラデー変調を示し、横
軸にはその変調に対応する出力信号波形を表わしてい
る。この出力信号には変調用正弦波電流ｉmの周波数成
分ωmと、２倍の周波数成分２ωmが観測され、被測定用
の直流分は２つの成分のピーク値の差として得られる。
なお、図８のδは検出用ファラデー素子における偏光面
の回転角、ａは変調用ファラデー素子における偏光面の
回転角の振幅を示す。図７でファラデー回転子１に流す
電流（バイアス電流）を正弦波交流としたが、これに限
らず矩形波，三角波またはパルス等を用いることがで
き、それに応じて上記ωm，２ωm成分も矩形波，三角波
またはパルス波形となる。
【００１３】図９に図７の変形例を示す。これは、コイ
ル１３をファラデー回転子１のコイル１２が巻かれてい
るところへ重ねて巻くようにした点が異なるだけで、そ
の他は図７と同様である。なお、図４〜図７および図９
は透過型に構成されているが、ミラーやビームスプリッ
タを用いて反射型に構成できることは勿論である。
ル１３をファラデー回転子１のコイル１２が巻かれてい
るところへ重ねて巻くようにした点が異なるだけで、そ
の他は図７と同様である。なお、図４〜図７および図９
は透過型に構成されているが、ミラーやビームスプリッ
タを用いて反射型に構成できることは勿論である。
【００１４】
【発明の効果】請求項１，２の発明によれば、小型で高
感度、かつ周波数特性の良好なファラデー回転子を提供
することができる。請求項３〜５の発明によれば、全電
気光学的な偏光制御が実現でき、可動部もないため小
型，高速化が可能である。請求項６，７の発明によれ
ば、全電気光学的な電流計測ができ、可動部もないため
小型，高速化が実現できる。
感度、かつ周波数特性の良好なファラデー回転子を提供
することができる。請求項３〜５の発明によれば、全電
気光学的な偏光制御が実現でき、可動部もないため小
型，高速化が可能である。請求項６，７の発明によれ
ば、全電気光学的な電流計測ができ、可動部もないため
小型，高速化が実現できる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】ファラデー回転子の特性を測定するための構成
図である。
図である。
【図３】ファラデー回転子の周波数特性図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図５】この発明の第３の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図６】この発明の第４の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図７】この発明の第５の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図８】図７の原理説明図である。
【図９】図７の変形例を示す構成図である。
１…ファラデー回転子、１１…光ファイバ、１２，１３
…導線（コイル）、２…光源（ＳＬＤ：ｓｕｐｅｒ−ｌ
ｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）、２１…ファンク
ションシンセサイザ、２２…デジタルマルチメータ、３
１，３２，３３…レンズ、４…偏光子（Ｐｏｌ：Ｐｏｌ
ａｒｉｚｅｒ）、５…検光子（Ａｎａ：Ａｎａｌｙｚｅ
ｒ）、６…ディテクタ（フォトダイオード（ＰＤ））、
７…オシロスコープ（ＯＳＣ）、８１…１／４波長板
（光ファイバコイル）、８２…光ファイバコイル。
…導線（コイル）、２…光源（ＳＬＤ：ｓｕｐｅｒ−ｌ
ｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）、２１…ファンク
ションシンセサイザ、２２…デジタルマルチメータ、３
１，３２，３３…レンズ、４…偏光子（Ｐｏｌ：Ｐｏｌ
ａｒｉｚｅｒ）、５…検光子（Ａｎａ：Ａｎａｌｙｚｅ
ｒ）、６…ディテクタ（フォトダイオード（ＰＤ））、
７…オシロスコープ（ＯＳＣ）、８１…１／４波長板
（光ファイバコイル）、８２…光ファイバコイル。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 横田 正幸
群馬県桐生市相生町１−167−３
(72)発明者 小出 英延
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
Ｆターム(参考） 2G025 AA05 AB09 AB10 AC06 AC07
Claims (7)
- 【請求項１】 光ファイバをリング状に巻き、これに導
線をトロイダル状に巻いて構成したことを特徴とするフ
ァラデー回転子。 - 【請求項２】 前記光ファイバは鉛ガラスファイバであ
ることを特徴とする請求項１に記載のファラデー回転
子。 - 【請求項３】 前記導線に電流を流すことにより、前記
光ファイバに入射される直線偏光の制御を可能にしたこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のファラデー回
転子を用いた偏光制御方法。 - 【請求項４】 前記ファラデー回転子を２つ用い、この
間に１／４波長板を光路に対して縦続的に配置し、２つ
のファラデー回転子の各導線に電流を流すことにより、
任意の入射光の偏光制御を可能にしたことを特徴とする
請求項１または２に記載のファラデー回転子を用いた偏
光制御方法。 - 【請求項５】 前記１／４波長板は光ファイバを曲げて
形成したことを特徴とする請求項４に記載のファラデー
回転子を用いた偏光制御方法。 - 【請求項６】 前記導線に交流電流を流すことにより、
交流電流の計測を可能にしたことを特徴とする請求項１
または２に記載のファラデー回転子を用いた交流電流計
測方法。 - 【請求項７】 前記導線に交流電流を流すとともに、前
記ファラデー回転子の導線が巻かれている部分に重ねる
か、または導線が巻かれていない直線部分に別途巻かれ
た巻線に直流電流を流すことにより、直流電流の計測を
可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の
ファラデー回転子を用いた直流電流計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002085429A JP2003279601A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | ファラデー回転子とこれを用いた偏光制御方法および電流計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002085429A JP2003279601A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | ファラデー回転子とこれを用いた偏光制御方法および電流計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003279601A true JP2003279601A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=29232400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002085429A Pending JP2003279601A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | ファラデー回転子とこれを用いた偏光制御方法および電流計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003279601A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009222725A (ja) * | 2009-07-06 | 2009-10-01 | Toshiba Corp | 光電流検出装置 |
| JP2018112442A (ja) * | 2017-01-11 | 2018-07-19 | 日本電気硝子株式会社 | 電流センサ用ファラデー回転子 |
-
2002
- 2002-03-26 JP JP2002085429A patent/JP2003279601A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009222725A (ja) * | 2009-07-06 | 2009-10-01 | Toshiba Corp | 光電流検出装置 |
| JP2018112442A (ja) * | 2017-01-11 | 2018-07-19 | 日本電気硝子株式会社 | 電流センサ用ファラデー回転子 |
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