JP2004212138A - 電界センシング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】汎用光部品を用いて構成できる低価格の電界センシング装置を提供すること。
【解決手段】互いに直交する２つの直線偏光を出力する２つの直線偏光光源１６ａ，１６ｂからの光を偏波合成器１７で合波して、全ての偏光方向に対して等強度の成分を有するレーザ光を生成する光源１３と、偏光無依存型サーキュレータ１２と、シングルモード光ファイバ１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、電界により光強度を変調する光電界センサ１１と、光検出器１４とを備えた電界センシング装置とする。
【選択図】 図１
【解決手段】互いに直交する２つの直線偏光を出力する２つの直線偏光光源１６ａ，１６ｂからの光を偏波合成器１７で合波して、全ての偏光方向に対して等強度の成分を有するレーザ光を生成する光源１３と、偏光無依存型サーキュレータ１２と、シングルモード光ファイバ１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、電界により光強度を変調する光電界センサ１１と、光検出器１４とを備えた電界センシング装置とする。
【選択図】 図１
Description
【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電界センシング装置に係り、特に、狭い空間領域における電界の測定に好適な電界センシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、以下のような優れた特質を持っている。即ち、金属部をほとん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ので、高速応答が可能であり、か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、さらに、光導波路とアンテナ電極が一体で、また電源を有しないために小型化が容易なことなどである。このような特質のゆえに光電界センサは、ＥＭＣ分野などの広範な電界測定に用いられている。
【０００３】
図３は光電界センサを使用した従来の電界センシング装置の構成図である。３１は光電界センサ、３２は偏光依存型のサーキュレータ、３３は直線偏光光源、３４は光検出器、３５ａ、３５ｂは偏波保持光ファイバ、３６はシングルモード光ファイバである。また、３４の光検出器は３７のフォトダイオードおよび３８のアンプから構成される。
【０００４】
直線偏光光源３３から出射された光は、偏波保持光ファイバ３５ａ、偏光依存型のサーキュレータ３２、偏波保持光ファイバ３５ａを経て、偏光方向を保持された状態で、光電界センサ３１に入射する。なお、円の内部に示した矢印は偏光方向を模式的に示す。
【０００５】
この光電界センサ３１で被測定電界による強度変調を受けて、再び、偏波保持光ファイバ３５ｂに入射する。その後、変調された光は偏光依存型のサーキュレータ３２、シングルモード光ファイバ３６を経て、光検出器３４に入射し、電気信号に変換される。
【０００６】
上記の光電界センサ３１のＬｉＮｂＯ３単結晶基板には偏光依存性があり、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板の偏光方向に合わせて光を入射しなければならないため、直線偏光光源と偏光依存型のサーキュレータと偏波保持光ファイバを使用して偏光方向を保持する必要がある。
【０００７】
ところで、円偏光の光を電気光学結晶基板上に変調電極とともに形成された光導波路に入射して、光変調を行う電界の検出方法が次の特許文献１に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１５１８０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電界センシング装置に用いられる光電界センサには、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板が従来からよく使用されている。このＬｉＮｂＯ３単結晶基板上に形成された光導波路には偏光依存性があるため、従来は、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板の偏光方向に合わせた直線偏光を入射していた。図３に基づいて説明したとおりである。そのため、光学系には直線偏光光源と、偏光無依存型サーキュレータに比べて高価な偏光依存型のサーキュレータと、偏波保持光ファイバとを使用して、偏光方向を保持していた。
【００１０】
このように、使用する光部品が高価であるため、コストダウンが難しかった。
【００１１】
また、特許文献１では、円偏光のレーザ光を偏光依存型の光変調器に入力して得られる変調光については、記載されているが、２つの直線偏光光源からのレーザ光をシングルモード光ファイバによって伝送した後、偏光依存型の変調器に入力して得られる変調光については、記載されていない。
【００１２】
そこで、本発明は、汎用光部品を用いて構成できる低価格の電界センシング装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電界センシング装置は、直線偏光を出力する２つの直線偏光光源を有し、前記２つの直線偏光光源から出力された２つの直線偏光の偏光面を直交させて合成し、全ての偏光方向に対して等強度の成分を有するレーザ光を発生させる光源と、偏光無依存型サーキュレータと、シングルモード光ファイバと、測定しようとする電界により光強度を変調する光電界センサと、光検出器とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、前記光電界センサはＬｉＮｂＯ３基板上にＴｉイオンを拡散してなる分岐光導波路および金属電極を有する干渉計型センサとすることができる。
【００１５】
また、前記直線偏光光源は半導体レーザとすることができる。
【００１６】
そして、前記直線偏光光源は半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザとすることもできる。
【００１７】
本発明を作用に基づいて説明する。
【００１８】
互いに直交する２つの直線偏光を出力する直線偏光光源を有し、全ての偏光方向に対して等強度となるレーザ光を発生させる光源を用いることで、偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバを光の伝搬経路に使用できるようになり、コストダウンが可能となる。
【００１９】
全ての偏光方向に対して等強度となるレーザ光は、２個の直線偏光光源からの光を偏波合成器によって、２つの偏光方向が直交するように合成して生成される。このとき、２個の直線偏光光源からの光出力が等しくなるように調整することで、あらゆる偏光方向に対して強度が等しい光を生成することができる。その結果、各光学部品内および接続部分での偏光方向の回転を無視して、偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバを使用した電界センシング装置が構成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態における電界センシング装置の構成図である。１１は光電界センサ、１２は偏光無依存型サーキュレータ、１３は光源、１４は光検出器、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはシングルモード光ファイバである。
【００２２】
光源１３は直線偏光光源１６ａ，１６ｂと偏波合成器１７からなる。光検出器１４はフォトダイオード１９とアンプ２０からなる。なお、円の内部に示した矢印は偏光方向を示す。
【００２３】
図２を用いて、本実施の形態における光電界センサについて説明する。２１はシングルモード光ファイバ、２２はＬｉＮｂＯ３基板、２３は光導波路、２４ａ，２４ｂは分岐光導波路、２５は金属電極、２６は反射ミラーである。
【００２４】
金属電極２５は、アンテナおよび変調電極として作用し、例えば三角形の金属膜の組み合わせにより形成され、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る。
【００２５】
このとき用いる光源の波長としては、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板上のＴｉ拡散導波路における電気光学効果とロスを考慮して、１．２〜１．６μｍ程度の波長が選ばれる。また、ＲＩＮ（相対雑音強度）特性の良い、直線偏光を出力する半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザや低消費電力の半導体レーザが直線偏光光源として適している。
【００２６】
次に、図１に基づいて本実施の形態の電界センシング装置の動作について説明する。光源１３から出射した、２直交直線偏光はシングルモード光ファイバ１５ａ、偏光無依存型サーキュレータ１２、およびシングルモード光ファイバ１５ｂを経て、光電界センサ１１に入射する。ここで被測定電界による強度変調を受けて、再び、シングルモード光ファイバ１５ｂに入射する。その後、変調された光は偏光無依存型サーキュレータ１２およびシングルモード光ファイバ１５ｃを経て、光検出器１４に入射し、電気信号に変換される。
【００２７】
このとき、光電界センサ１１に入射する光の偏光方向は、偏光無依存型サーキュレータ１２とシングルモード光ファイバ１５ａ，１５ｂを通過する時に、任意に回転した結果に依存している。しかし、光源１３を構成する直線偏光光源１６ａ，１６ｂの強度比を調整し、偏波合成器１７から出射される光を、全ての偏光方向で等強度の成分を持つ光としたので、伝搬光の偏光方向がシングルモード光ファイバ１５ａ，１５ｂや偏光無依存型サーキュレータ１２の内部で変動しても、光電界センサ１１に入射する一定方向の偏光成分の光強度は僅かしか変動しない。言い換えると、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板の基板面に平行な偏光成分の光強度も、基板面に垂直な偏光成分の光強度も、実用的に問題とならない程度の変動範囲に入っている。
【００２８】
本実施の形態では、２つの直線偏光光源から出射された光を合成して、あらゆる偏光方向に対して等強度の光とすることで、安価な偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバの使用が可能となり、さらに光電界センサの変調感度の偏光依存性に影響されない電界センシング装置を作製することができた。
【００２９】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、２直線偏光の直交光源を用いることにより、偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバの使用が可能となり、安価でしかも光電界センサの変調感度の偏光依存性に影響されない電界センシング装置を提供することができる。すなわち、汎用光部品を用いて安価な電界センシング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における電界センシング装置の構成図。
【図２】本発明の一実施の形態における光電界センサの構造を示す斜視図。
【図３】従来の電界センシング装置の構成図。
【符号の説明】
１１，３１ 光電界センサ
１２ 偏光無依存型サーキュレータ
１３ 光源
１４，３４ 光検出器
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，２１，３６ シングルモード光ファイバ
１６ａ，１６ｂ、３３ 直線偏光光源
１７ 偏波合成器
１８ａ，１８ｂ，３５ａ，３５ｂ 偏波保持光ファイバ
１９，３７ フォトダイオード
２０，３８ アンプ
２２ ＬｉＮｂＯ３基板
２３ 光導波路
２４ａ，２４ｂ 分岐光導波路
２５ 金属電極
２６ 反射ミラー
３２ 偏光依存型の光サーキュレータ
【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電界センシング装置に係り、特に、狭い空間領域における電界の測定に好適な電界センシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、以下のような優れた特質を持っている。即ち、金属部をほとん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ので、高速応答が可能であり、か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、さらに、光導波路とアンテナ電極が一体で、また電源を有しないために小型化が容易なことなどである。このような特質のゆえに光電界センサは、ＥＭＣ分野などの広範な電界測定に用いられている。
【０００３】
図３は光電界センサを使用した従来の電界センシング装置の構成図である。３１は光電界センサ、３２は偏光依存型のサーキュレータ、３３は直線偏光光源、３４は光検出器、３５ａ、３５ｂは偏波保持光ファイバ、３６はシングルモード光ファイバである。また、３４の光検出器は３７のフォトダイオードおよび３８のアンプから構成される。
【０００４】
直線偏光光源３３から出射された光は、偏波保持光ファイバ３５ａ、偏光依存型のサーキュレータ３２、偏波保持光ファイバ３５ａを経て、偏光方向を保持された状態で、光電界センサ３１に入射する。なお、円の内部に示した矢印は偏光方向を模式的に示す。
【０００５】
この光電界センサ３１で被測定電界による強度変調を受けて、再び、偏波保持光ファイバ３５ｂに入射する。その後、変調された光は偏光依存型のサーキュレータ３２、シングルモード光ファイバ３６を経て、光検出器３４に入射し、電気信号に変換される。
【０００６】
上記の光電界センサ３１のＬｉＮｂＯ３単結晶基板には偏光依存性があり、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板の偏光方向に合わせて光を入射しなければならないため、直線偏光光源と偏光依存型のサーキュレータと偏波保持光ファイバを使用して偏光方向を保持する必要がある。
【０００７】
ところで、円偏光の光を電気光学結晶基板上に変調電極とともに形成された光導波路に入射して、光変調を行う電界の検出方法が次の特許文献１に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−１５１８０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
電界センシング装置に用いられる光電界センサには、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板が従来からよく使用されている。このＬｉＮｂＯ３単結晶基板上に形成された光導波路には偏光依存性があるため、従来は、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板の偏光方向に合わせた直線偏光を入射していた。図３に基づいて説明したとおりである。そのため、光学系には直線偏光光源と、偏光無依存型サーキュレータに比べて高価な偏光依存型のサーキュレータと、偏波保持光ファイバとを使用して、偏光方向を保持していた。
【００１０】
このように、使用する光部品が高価であるため、コストダウンが難しかった。
【００１１】
また、特許文献１では、円偏光のレーザ光を偏光依存型の光変調器に入力して得られる変調光については、記載されているが、２つの直線偏光光源からのレーザ光をシングルモード光ファイバによって伝送した後、偏光依存型の変調器に入力して得られる変調光については、記載されていない。
【００１２】
そこで、本発明は、汎用光部品を用いて構成できる低価格の電界センシング装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電界センシング装置は、直線偏光を出力する２つの直線偏光光源を有し、前記２つの直線偏光光源から出力された２つの直線偏光の偏光面を直交させて合成し、全ての偏光方向に対して等強度の成分を有するレーザ光を発生させる光源と、偏光無依存型サーキュレータと、シングルモード光ファイバと、測定しようとする電界により光強度を変調する光電界センサと、光検出器とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、前記光電界センサはＬｉＮｂＯ３基板上にＴｉイオンを拡散してなる分岐光導波路および金属電極を有する干渉計型センサとすることができる。
【００１５】
また、前記直線偏光光源は半導体レーザとすることができる。
【００１６】
そして、前記直線偏光光源は半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザとすることもできる。
【００１７】
本発明を作用に基づいて説明する。
【００１８】
互いに直交する２つの直線偏光を出力する直線偏光光源を有し、全ての偏光方向に対して等強度となるレーザ光を発生させる光源を用いることで、偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバを光の伝搬経路に使用できるようになり、コストダウンが可能となる。
【００１９】
全ての偏光方向に対して等強度となるレーザ光は、２個の直線偏光光源からの光を偏波合成器によって、２つの偏光方向が直交するように合成して生成される。このとき、２個の直線偏光光源からの光出力が等しくなるように調整することで、あらゆる偏光方向に対して強度が等しい光を生成することができる。その結果、各光学部品内および接続部分での偏光方向の回転を無視して、偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバを使用した電界センシング装置が構成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態における電界センシング装置の構成図である。１１は光電界センサ、１２は偏光無依存型サーキュレータ、１３は光源、１４は光検出器、１５ａ，１５ｂ，１５ｃはシングルモード光ファイバである。
【００２２】
光源１３は直線偏光光源１６ａ，１６ｂと偏波合成器１７からなる。光検出器１４はフォトダイオード１９とアンプ２０からなる。なお、円の内部に示した矢印は偏光方向を示す。
【００２３】
図２を用いて、本実施の形態における光電界センサについて説明する。２１はシングルモード光ファイバ、２２はＬｉＮｂＯ３基板、２３は光導波路、２４ａ，２４ｂは分岐光導波路、２５は金属電極、２６は反射ミラーである。
【００２４】
金属電極２５は、アンテナおよび変調電極として作用し、例えば三角形の金属膜の組み合わせにより形成され、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る。
【００２５】
このとき用いる光源の波長としては、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板上のＴｉ拡散導波路における電気光学効果とロスを考慮して、１．２〜１．６μｍ程度の波長が選ばれる。また、ＲＩＮ（相対雑音強度）特性の良い、直線偏光を出力する半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザや低消費電力の半導体レーザが直線偏光光源として適している。
【００２６】
次に、図１に基づいて本実施の形態の電界センシング装置の動作について説明する。光源１３から出射した、２直交直線偏光はシングルモード光ファイバ１５ａ、偏光無依存型サーキュレータ１２、およびシングルモード光ファイバ１５ｂを経て、光電界センサ１１に入射する。ここで被測定電界による強度変調を受けて、再び、シングルモード光ファイバ１５ｂに入射する。その後、変調された光は偏光無依存型サーキュレータ１２およびシングルモード光ファイバ１５ｃを経て、光検出器１４に入射し、電気信号に変換される。
【００２７】
このとき、光電界センサ１１に入射する光の偏光方向は、偏光無依存型サーキュレータ１２とシングルモード光ファイバ１５ａ，１５ｂを通過する時に、任意に回転した結果に依存している。しかし、光源１３を構成する直線偏光光源１６ａ，１６ｂの強度比を調整し、偏波合成器１７から出射される光を、全ての偏光方向で等強度の成分を持つ光としたので、伝搬光の偏光方向がシングルモード光ファイバ１５ａ，１５ｂや偏光無依存型サーキュレータ１２の内部で変動しても、光電界センサ１１に入射する一定方向の偏光成分の光強度は僅かしか変動しない。言い換えると、ＬｉＮｂＯ３単結晶基板の基板面に平行な偏光成分の光強度も、基板面に垂直な偏光成分の光強度も、実用的に問題とならない程度の変動範囲に入っている。
【００２８】
本実施の形態では、２つの直線偏光光源から出射された光を合成して、あらゆる偏光方向に対して等強度の光とすることで、安価な偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバの使用が可能となり、さらに光電界センサの変調感度の偏光依存性に影響されない電界センシング装置を作製することができた。
【００２９】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、２直線偏光の直交光源を用いることにより、偏光無依存型サーキュレータとシングルモード光ファイバの使用が可能となり、安価でしかも光電界センサの変調感度の偏光依存性に影響されない電界センシング装置を提供することができる。すなわち、汎用光部品を用いて安価な電界センシング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における電界センシング装置の構成図。
【図２】本発明の一実施の形態における光電界センサの構造を示す斜視図。
【図３】従来の電界センシング装置の構成図。
【符号の説明】
１１，３１ 光電界センサ
１２ 偏光無依存型サーキュレータ
１３ 光源
１４，３４ 光検出器
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，２１，３６ シングルモード光ファイバ
１６ａ，１６ｂ、３３ 直線偏光光源
１７ 偏波合成器
１８ａ，１８ｂ，３５ａ，３５ｂ 偏波保持光ファイバ
１９，３７ フォトダイオード
２０，３８ アンプ
２２ ＬｉＮｂＯ３基板
２３ 光導波路
２４ａ，２４ｂ 分岐光導波路
２５ 金属電極
２６ 反射ミラー
３２ 偏光依存型の光サーキュレータ
Claims (4)
- 直線偏光を出力する２つの直線偏光光源を有し、前記２つの直線偏光光源から出力された２つの直線偏光の偏光面を直交させて合成し、全ての偏光方向に対して等強度の成分を有するレーザ光を発生させる光源と、偏光無依存型サーキュレータと、シングルモード光ファイバと、測定しようとする電界により光強度を変調する光電界センサと、光検出器とを備えることを特徴とする電界センシング装置。
- 前記光電界センサはＬｉＮｂＯ３基板上にＴｉイオンを拡散してなる分岐光導波路および金属電極を有する干渉計型センサであることを特徴とする請求項１に記載の電界センシング装置。
- 前記直線偏光光源は半導体レーザであることを特徴とする請求項１または２に記載の電界センシング装置。
- 前記直線偏光光源は半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項１または２に記載の電界センシング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002380297A JP2004212138A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 電界センシング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002380297A JP2004212138A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 電界センシング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004212138A true JP2004212138A (ja) | 2004-07-29 |
Family
ID=32816562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002380297A Pending JP2004212138A (ja) | 2002-12-27 | 2002-12-27 | 電界センシング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004212138A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104459350A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-03-25 | 清华大学 | 一种铌酸锂直波导电场测量系统 |
| CN108693413A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-23 | 华北电力大学 | 旋转式光学电场传感器及其测定电场方法 |
| WO2019021424A1 (ja) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | 三菱電機株式会社 | 電磁界計測装置および電磁界計測方法 |
-
2002
- 2002-12-27 JP JP2002380297A patent/JP2004212138A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104459350A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-03-25 | 清华大学 | 一种铌酸锂直波导电场测量系统 |
| CN104459350B (zh) * | 2014-12-05 | 2017-07-18 | 清华大学 | 一种铌酸锂直波导电场测量系统 |
| WO2019021424A1 (ja) * | 2017-07-27 | 2019-01-31 | 三菱電機株式会社 | 電磁界計測装置および電磁界計測方法 |
| JP6532632B1 (ja) * | 2017-07-27 | 2019-06-19 | 三菱電機株式会社 | 電磁界計測装置および電磁界計測方法 |
| CN108693413A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-10-23 | 华北电力大学 | 旋转式光学电场传感器及其测定电场方法 |
| CN108693413B (zh) * | 2018-04-25 | 2023-09-19 | 华北电力大学 | 旋转式光学电场传感器及其测定电场方法 |
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Legal Events
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