JP2005315697A - 磁界検出素子とそれを用いた磁界測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定物に極めて接近させることができると共に、測定物にほとんど影響することなく、高空間分解能で、微小領域における横方向の磁界を検出できる。
【解決手段】 光ファイバ２１の先端に微小プリズム２６が透明接着剤によって接着されている。光ファイバ２１は微少プリズム２６の直角部を挟む２面のうちの一方の面に接着され、もう一方の面にＭＯ結晶２４が接着剤によって接着されている。ＭＯ結晶２４の微小プリズム２６に対して反対の面には誘電体のミラー薄膜２５が形成されている。微小プリズム２６の直角部と対向する面にも誘電体のミラー薄膜２７が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁界検出素子及びそれらを用いた磁界測定装置に関し、特に部品実装されたプリント基板やMCM（マルチチップモジュール）に搭載されているLSIパッケージの外部ピンやLSIチップ上の配線から放射される近傍磁界を検出するために用いられる磁界検出素子及びそれを用いた磁界測定装置に関する。

従来、ＥＭＩ（Electric Magnetic Interference：電磁波障害）の対策に関連した技術において、部品実装されたプリント基板やMCMなどから放射される近傍磁界の検出が重要視されつつあるが、通常、基板、MCMやLSIから放射される電磁界の発生源の特定を電界や磁界センサを用いて測定している。現在、それらの測定のうち、磁界測定としては一般的にループコイルセンサが用いられ、ル―プコイルセンサは10cmから1mm以下のループ検出面積のものが使用されている。

ループコイル型センサにおいては、プリント基板の材料で構成されたものやセラミックスで製作されたものが市販されており、ある方向限定では有るが100μm以下の分解能を持つ薄膜型ループ型センサの報告もなされている。

また、最近、基板上の配線等に対しての磁気光学効果を有する結晶（MO結晶）と光ファイバを利用した磁界検出素子についても研究が行なわれている。

このようなＭＯ結晶と光ファイバを利用した磁界検出素子の一例を図１１に示す。中心にコア領域１２、この周囲にクラッド領域１３を形成している光ファイバ１１の先端部がＭＯ結晶１４の上面に垂直に接着され、ＭＯ結晶１４の底面には誘電体のミラー薄膜１５が形成されている。基板上の配線からの磁界を測定する場合は、磁界検出素子の先端のＭＯ結晶１４を測定対象である配線に対向させた状態で、光ファイバ１１を通してレーザ光をＭＯ結晶１４に入力する。ＭＯ結晶１４の底面のミラー薄膜１５で反射してきた光の偏光角の変化を検出することで、配線上の磁界を測定することができる。

磁界計測において、一般的な配線上の磁界分布を測定する際には、ループコイル型センサでは横方向の磁界を検出できるが、空間分解能はそれほど高くできない。その上、センサの構造上、金属成分を除くことができないため、配線への影響も避けられず、電界成分からの影響も常に考えなければならない。このような影響の問題は、空間分解能を向上するために測定物に極めて接近させる必要があることから、高分解能化に伴って増大するものと考えられている。

一方、図１１に示したような従来の、磁気光学結晶を光ファイバの先端に接着した磁界検出素子では、電界の影響はほとんどなく、配線への影響も少なく、高空間分解能化は比較的容易であるが、検出磁界成分は光の方向に規定され、基板に対して高さ方向の磁界成分を検出することになる。

ＭＯ結晶を光ファイバ先端に設けたもので、横方向磁界を検出できる磁界検出素子に関しては、特許文献１および２に提案されたものがある。

まず、特許文献１の磁界検出素子について図１２を参照して説明する。図１２は特許文献１の磁界検出素子の基本構成を示す概念図である。この図によると、発光ダイオード１０１の光が入射側光ファイバ１０２から出た後、入射側レンズ１０３、入射側全反射三角プリズム１０４、入射側偏光子１０５を通過後、直線偏光となる。偏光した光が磁気光学素子１０６を通過する際に被測定磁界の大きさに応じて偏光面は回転する。これにより、磁界の大きさに対応した強度の光が出射側偏光子１０７から得られる。この光は出射側全反射三角プリズム１０８で屈折して出射側レンズ１０９で出射側光ファイバ１１０に集光された後、光検出器１１１に導かれ光電変換され、電気信号として検出される。なお、入射側全反射三角プリズム１０４、入射側偏光子１０５、磁気光学素子１０６、出射側偏光子１０７および出射側全反射三角プリズム１０８はホルダ１１２の平面部に図１２に示す配置で固定されている。

次に、特許文献２の磁界検出素子について図１３を参照して説明する。図１３の（ａ）に特許文献２の光磁気素子の基本構成を示す斜視図で、同図（ｂ）はこの素子の先端部の分解図である。図１３によると、入力用の光ファイバ２０１によって導かれた光は、ガラス製ガイド２０２の傾斜した端面２０３で反射し、薄型の偏光子２０４により直線偏波され、磁気光学結晶２０５に入射される。このとき、光路に対して平行な方向の磁界の強さに伴い偏光面が回転する。磁気光学結晶２０５を透過した光は誘電体反射鏡２０６により全反射され、再び磁気光学結晶２０５により偏光面が回転し、薄型の偏光子２０４と透過方向が互いに４５°の角度にある薄型の偏光子２０８を通過して、出力用のファイバ２０９に導かれる。なお、誘電体反射鏡２０６は、薄型の偏光子２０４から磁気光学結晶２０５に入射した光を全反射して、薄型の偏光子２０８に入射させるように、磁気光学結晶２０５との間にスペーサ２０７を介在して配設されている（図１３（ｂ））。
特開平08-105918号公報 特開平05-203680号公報

しかしながら、上記の特許文献１の構成ではプリズムが必ず2つ必要であり、磁界検出素子の先端部を小さくすることが困難であり、微小な領域の測定や高分解能な計測には向いていない。

また、上記の特許文献２の構成では、磁気光学結晶と誘電体反射鏡との間にスペーサを介在させて入力側の光と出力側の光を別々の偏光子に通す必要があり、その結果、製作過程で調整が難しくなるという問題が生じる。また、特許文献１の磁界検出素子と同様で、磁界検出素子の先端部分を構成する部品が多いため、微小な領域の測定や高分解能な計測には向いていない。

以上のように、高空間分解能（例えば１００μｍ以下の空間分解能）の計測であって、配線に影響が少なくかつ電界の影響を受けない、横方向磁界の検出については難しい状況であった。

本発明の目的は、超小型で配線に影響が少なくかつ電界の影響を受けずに高分解能な横方向の磁界成分の計測が可能な磁界検出素子及び高分解能な磁界計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、光ファイバの先端に微小な三角プリズムを接着し、その三角プリズムの側面に磁気光学結晶を接着した磁界検出素子を提供する。あるいは、光ファイバの先端を45°に斜め光学研磨し、光がその面で反射される方向の光ファイバの側面を面だし加工して、その面に磁気光学結晶を貼り付けた磁界検出素子を提供する。

このように本発明では、微小な三角プリズムの直角部を挟む２面の一方に光ファイバ先端が接着され、そのプリズムの他の面に磁気光学結晶が接着された構造や、光ファイバの先端を斜め光学研磨加工し、その光ファイバの側面を光学研磨し、その研磨部分に磁気光学結晶が接着された構造にすることにより、磁気光学結晶内を伝播する方向を測定対象物に対して横方向にすることができ、その方向の磁界を計測できることになる。光ファイバの光ビーム径と磁気光学結晶の厚さ及び磁気光学結晶内における光透過位置と測定物までの間隔によって分解能が決まり、本発明の構造を有する素子ではより測定物に接近させることが可能になるので、高分解能に横方向の磁界成分を計測することが可能になる。かつ、微小プリズム、磁気光学結晶と光ファイバで構成される本磁界検出素子では、3次元の分布測定が容易に可能になり、かつその先端サイズが小さいので、そのサイズより大きな隙間に挿入して、内部の磁界の検出が可能になるものである。さらに、磁気検出部には金属材料を用いず、かつ電界による検出もないことから、配線に影響が少なくかつ電界の影響を受けない、高分解能に横方向の磁界成分を計測できる素子を製造でき、それらの素子を用いて微小領域での高分解能な横方向磁界成分計測が可能になる。

本発明によれば、光ファイバの先端に光を直角に曲げることができる微小プリズムを設置してそのプリズムの側面に磁気光学結晶を配置した構造や、光ファイバの先端を斜め加工して光を垂直に曲げられるようにし、光の曲がる方向の光ファイバ側面を加工して磁気光学結晶を接着した構造の磁界検出素子を用いることによって、測定物に極めて素子を接近させることができると共に、測定物にほとんど影響することなく、高空間分解能で、横方向の磁界を検出できる。

次に、本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照して、詳細に説明する。

図１〜図５は本発明の実施の形態を示すもので、光ファイバの先端加工や微小プリズムを配置した部分に磁気光学効果を有する結晶を取付けた構造を持つ磁界検出素子の先端部の構成図を示したものである。

本発明の第１の実施形態について述べる。

図１は第１の実施形態の横方向磁界検出素子を示す構成図である。

図１の形態においては、シングルモードファイバまたはシングルモードファイバ先端部分のコア領域を拡大したファイバである光ファイバ２１の先端に微小な三角プリズム（以下、微小プリズム２６と称する）が透明接着剤によって接着されている。光ファイバ２１は微少プリズム２６の直角部を挟む２面のうちの一方の面に接着され、もう一方の面にＭＯ結晶（ＭＯ薄膜）２４が接着剤によって接着されている。ＭＯ結晶２４の微小プリズム２６に対して反対の面には誘電体のミラー薄膜２５が形成されている。さらに、微小プリズム２６の直角部と対向する面（４５°の斜面）にも誘電体のミラー薄膜２７が形成されている。

この構成では、光ファイバ２１のコア領域２２を伝播してきたレーザー光の光路が、一旦微小プリズム２６のミラー薄膜２７によって直角に曲げられ、光ファイバ２１の光路に対して直角な光がMO結晶２４に入射するようにしている。したがって、基板上の配線などの被測定物にファイバ先端の微小プリズムの接近させたとき、ＭＯ結晶を透過する光の方向が基板上の配線などの被測定物に対して水平な方向（横方向）を向くので、横磁界の検出が可能である。

なお、微小プリズム２６は被測定物への影響を考え、磁気光学効果を持たず、かつ金属成分が含まれない材料を使用する。

次に、本発明の第２の実施形態について述べる。

図２は第２の実施形態の横方向磁界検出素子を示す構成図である。ここでは第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を割愛する。

第２の実施形態では、図１の微小プリズム２６に代えて、図２に示すように、あらかじめ光導波路領域（コア領域）３７が形成された微小プリズム３６が用いられている。微小プリズム３６の光導波路領域３７は光ファイバ２１のコア領域２２と結合させてある。

次に、本発明の第３の実施形態について述べる。

図３は第３の実施形態の横方向磁界検出素子を示す構成図である。ここでは第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を割愛する。

第３の実施形態では、図１の微小プリズム２６に代えて、図３に示すように、被測定物に接近させる先端部分４６ａが研磨加工されている微小プリズム４６が用いられている。特に、横方向の光路が微小プリズム４６の最下点にできる限り近づくように、先端部分４６ａが光の伝播に支障がない程度に研磨されている。

次に、本発明の第４の実施形態について述べる。

図４は第４の実施形態の横方向磁界検出素子を示す構成図である。ここでは第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を割愛する。

第４の実施形態では、図１の微小プリズム２６に代えて、図４に示すように、あらかじめ光導波路領域（コア領域）５７が形成された微小プリズム５６が用いられており、微小プリズム５６の被測定物に接近させる先端部分５６ａが研磨加工されている。特に、横方向の光路が微小プリズム５６の最下点にできる限り近づくように、先端部分５６ａが光の伝播に支障がない程度に研磨されている。

次に、本発明の第５の実施形態について述べる。

図５は第５の実施形態の横方向磁界検出素子を示す構成図である。ここでは第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を割愛する。

第５の実施形態では、図５に示すように、光ファイバ５１の先端が斜め４５°に平坦に研磨され、この研磨された斜面５１ａに誘電体のミラー薄膜２７が形成されている。さらに、研磨された斜面５１ａのミラー薄膜２７で光が直角に曲げられる方向の光ファイバ５１の側面５１ｂが平坦に研磨され、その研磨された側面５１ｂにＭＯ結晶２４が透明接着剤で接着されている。ＭＯ結晶２４の光ファイバ側面５１ｂに対して反対の面には誘電体のミラー薄膜２５が形成されている。

次に、第１〜第５の実施形態の磁界検出素子を使用した磁界計測装置について説明する。図６は本発明に係る磁界計測装置の一例を示すブロック図である。なお、図において光ファイバ６４は白抜き矢印で示してある。

図６に示すように、上述した形態の磁界検出素子６０の先端（ＭＯ結晶側）にＸＹＺステージ７１で測定対象物７１近傍が近接配置された後、横方向に移動させられる。この状態でレーザー光源６１からの光が光ファイバ６４を通ってFＡ（ファイバアンプ）６２で増幅され、偏波コントローラ６３で偏光状態が調整され、光サーキュレータ６５を通して、磁界検出素子６０に入力される。

磁界検出素子６０に入力された光はＭＯ結晶に付けたミラー薄膜で反射され、光サーキュレータ６５に戻る。磁界検出素子６０から反射されてきた光は、光サーキュレータ６５でレーザー光源６１とは異なるパスにある検光子６６に入力される。検光子６６で偏光角の変化が検出され、検光子６６を経た光の強度がＦＡ６７で増幅され、光検出器（ＰＤ）６８に入力される。そして光検出器（ＰＤ）６８で光強度が電気信号に変換され、スペクトルアナライザ６９でその信号の周波数成分が検出される。つまり、所定の偏光状態に調整された光を磁界検出素子６０のＭＯ結晶内に横方向に入力しているとき、磁界検出素子６０のＭＯ結晶が磁界中にあると、その磁界強度に応じて偏光角が変化するため、この偏光角の変化を電気信号に変換することで、測定対象物７１の横方向の磁界成分を計測することができる。

次に、上述した各実施形態の構成について具体的な数値を挙げて、さらに詳しく説明する。

（実施例１）
磁気光学（MＯ）を利用した横方向磁界を検出できる磁界検出素子として、図１に示すような外観の素子を製造した。

ＭＯ結晶２４としてはＢｉ置換型ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）薄膜結晶を研磨加工し、磁化方向が面に対して平行方向になるようにしたものを使用した。一方、光を垂直に曲げるために使用する微小プリズム２６として、BK−７の材料を使用し、断面が直角二等辺三角形で、直角を挟む２辺が少なくとも０．３ｍｍ以下であるプリズムを使用した。そのプリズムの直角部に対向した面には、使用する波長の光を９０％以上反射できる誘電体多層膜のミラー薄膜２７を形成した。

以上のような微小プリズム２６の直角部を挟む２面の一方にコア径１０μｍのシングルモードの光ファイバ２１の先端面を透明接着剤で接着し、他方の面に前述のように研磨加工された約１００μｍの厚さのＭＯ結晶２４を透明接着剤を用いて接着した。ＭＯ結晶２４にはあらかじめ接着面の反対側に反射率９０％以上の誘電体多層膜のミラー薄膜２５を形成した。

微小プリズム２６に光ファイバ２１を接着する際には、光ファイバ２１のコア領域２２がＭＯ結晶２４を接着した直角の面から約５０μｍの位置にくるようにした。

以上のようにして作製した磁界検出素子を図６に示される磁界計測システムに組み込み、１．５５μｍの波長で１ｍＷの出力の半導体レーザーの光源６１からの光を光ファイバ６４を通して、ＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバアンプ）で１０ｍＷに増幅し、偏波コントローラ６３で偏光状態を調節して、光サーキュレータ６５を通して前述のような構成の磁界検出素子６０に入力する。ＭＯ結晶のミラー面で反射してきた光を光サーキュレータ６５を通して、レーザー光源６１とは異なるパスにある検光子６６で偏光角の変化を検出し、磁界強度変化を光強度の変化に変換し、高速光検出器（ＰＤ）で光強度を電気信号に変換し、スペクトルアナライザ６９によって、信号の周波数成分を検出した。

以上のようにして製作した磁界検出素子と計測システムを用いて、信号電力１５ｄＢｍ、周波数１０ＭＨｚの信号を入力した２．２ｍｍの配線幅で、特性インピーダンスが５０オームのマイクロストリップ構造の配線上の磁界の計測を行なったところ、配線に対して横断する方向に磁界検出素子６０を移動させることによって横方向の磁界成分を計測することができることを確認でき、図７のようなデータを得ることができた。１ＧＨｚの周波数においても同様の磁界分布データが得られた。

（実施例２）
磁気光学（ＭＯ）を利用した横方向磁界を検出できる磁界検出素子として、図２のような外観の素子を製造した。ＭＯ結晶２４としてはＢｉ置換型ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）薄膜結晶を研磨加工し、磁化方向が面に対して平行方向になるようにしたものを使用した。一方、光を垂直に曲げるために使用する微小プリズム３６として、石英を使用し、断面が直角二等辺三角形で、直角を挟む２辺が少なくとも０．３ｍｍ以下であるプリズムを使用した。そのプリズムの直角部に対向した面には使用する波長の光を９０％以上反射できる誘電体多層膜のミラー薄膜２７を形成した。

そのような石英製のプリズムにレンズで１０μｍ程度に集光された波長８０５ｎｍ、ピーク強度３００ｋＷ/ｃｍ²、幅２００ｆｓ、繰り返し２５０ｋＨｚのパルスレーザを照射して、プリズム内にシングルモードの光ファイバ２１のコア領域２２と同程度の径（８μｍ）の光導波路領域３７を形成した。導波路領域３７は微小プリズム３６の直角部から約３０μｍの位置に作製した。微小プリズム３６に作製された導波路領域３７にシングルモードの光ファイバ２１のコア領域２２が合うように光軸調整して、できるだけロスがないように微小プリズム３６の直角部を挟む２面の一方に光ファイバ２１を接着し、他方の面に前述のように研磨加工された約１００μｍの厚さのＭＯ結晶２４を透明接着剤で接着した。微小プリズム３６に光ファイバ２１を接着する際には、光ファイバ２１のコア領域２２がＭＯ結晶２４を接着した直角部の面から約３０μｍの位置に来るようにした。

ＭＯ結晶２４にはあらかじめ接着面の反対側に反射率９０％以上の誘電体多層膜のミラー薄膜２５を形成した。

以上のようにして作製した磁界検出素子を図６に示される磁界計測システムに組み込み、１．５５μｍの波長で１ｍＷの出力の半導体レーザーの光源６１からの光を光ファイバ６４を通して、EDFA（ファイバアンプ６２）で１０ｍＷに増幅し、偏波コントローラ６３で偏光状態を調節して、光サーキュレータ６５を通して前述のような構成の磁界検出素子６０に入力する。ＭＯ結晶のミラー面で反射してきた光を光サーキュレータ６５を通して、レーザー光源６１とは異なるパスにある検光子６６で偏光角の変化を検出し、磁界強度変化を光強度の変化に変換し、高速光検出器（ＰＤ）６８で光強度を電気信号に変換し、スペクトルアナライザ６９によって、信号の周波数成分を検出した。

以上のようにして製作した磁界検出素子と計測システムを用いて、配線幅８０μｍの一本の配線が２回屈曲され、中央部で３本となるマイクロストリップ構造の配線に信号電力１５ｄＢｍ、周波数１０MHzの信号を入力し、その３本の配線上の磁界計測を行なった。配線に対して横断する方向に磁界検出素子６０を移動させることによって横方向の磁界成分を計測することができることを確認でき、図８のようなデータを得ることができた。

（実施例３）
磁気光学（ＭＯ）を利用した横方向磁界を検出できる磁界検出素子として、図３のような外観の素子を製造した。ＭＯ結晶２４としてはＢｉ置換型ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）薄膜結晶を研磨加工し、磁化方向が面に対して平行方向になるようにしたものを使用した。一方、光を垂直に曲げるために使用する微小プリズム４６として、GGG（ガドリウムガリウムガーネット）材料を使用し、断面が直角二等辺三角形で、直角部を挟む２辺が少なくとも０．３ｍｍ以下であるプリズムを使用した。そのプリズムの直角部に対向した面には使用する波長の光を９０％以上反射できる誘電体多層膜のミラー薄膜２７を形成した。一方、そのような微小プリズム４６の一部を図３の構造になるように研磨加工した（ファイバに接着される面の反対側の先端部分４６ａ）。

以上のような微小プリズム４６の直角部を挟む２面の一方にコア径２０μｍのコア拡大ファイバ２１の先端面を透明接着剤で接着し、他方の面に前述のように研磨加工された約３０μｍの厚さのＭＯ結晶２４を透明接着剤で接着した。ＭＯ結晶２４にはあらかじめ接着面の反対側に反射率９０％以上の誘電体多層膜のミラー薄膜２５を形成した。微小プリズム４６に光ファイバ２１を接着する際には、光が研磨加工された部分（先端部分４６ａ）から漏れないで、光ファイバ２１のコア領域２２からの光ができるだけサイドに設けられたＭＯ結晶２４の最下点に近い部分を通過するように調整した。

以上のようにして作製した磁界検出素子を図６に示される磁界計測システムに組み込み、１．５５μｍの波長で１ｍＷの出力の半導体レーザーの光源６１からの光を光ファイバを通して、EDFA（ファイバアンプ６２）で１０ｍＷに増幅し、偏波コントローラ６３で偏光状態を調節して、光サーキュレータ６５を通して前述のような構成の磁界検出素子６０に入力する。ＭＯ結晶のミラー面で反射してきた光を光サーキュレータ６５を通して、レーザー光源６１とは異なるパスにある検光子６６で偏光角の変化を検出し、磁界強度変化を光強度の変化に変換し、高速光検出器（ＰＤ）６８で光強度を電気信号に変換し、スペクトルアナライザ６９によって、信号の周波数成分を検出した。

以上のようにして製作した磁界検出素子と計測システムを用いて、信号電力１５ｄＢｍ、周波数１０ＭＨｚの信号を入力した配線幅８０μｍのマイクロストリップ構造の配線上の磁界計測を行なった。配線に対して横断する方向に磁界検出素子６０を移動させることによって横方向の磁界成分を計測することができることを確認でき、図９のようなデータを得ることができた。

（実施例４）
磁気光学（ＭＯ）を利用した横方向磁界を検出できる磁界検出素子として、図４のような外観の素子を製造した。ＭＯ結晶２４としてはＢｉ置換型ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）薄膜結晶を研磨加工し、磁化方向が面に対して平行方向になるようにしたものを使用した。一方、光を垂直に曲げるために使用する微小プリズム５６として、石英を使用し、断面が直角二等辺三角形で、直角部を挟む２辺が少なくとも０．３ｍｍ以下であるプリズムを使用した。そのプリズムの直角部に対向した面には使用する波長の光を９０％以上反射できる誘電体多層膜のミラー薄膜２７を形成した。

そのような石英製のプリズムにレンズで１０μｍ程度に集光された波長８０５ｎｍ、ピーク強度３００ｋＷ/ｃｍ²、幅２００ｆｓ、繰り返し２５０ｋＨｚのパルスレーザを照射して、プリズム内にシングルモードファイバのコア部と同程度の大きさの光導波路領域５７を形成した。このようにして光が導波路を伝播して直角に曲げられるようなプリズムを用いた。光ファイバ２１を接続する導波路領域５７は直角部から約３０μｍの位置に作製した。微小プリズム５６に作製された導波路領域５７が光ファイバ２１のコア領域２２に合うように光軸調整し、できるだけロスがないように微小プリズム５６の直角部を挟む２面の一方にシングルモードの光ファイバ２１を接着し、他方の面に前述のように研磨加工された約３０μｍの厚さのＭＯ結晶２４を透明接着剤で接着した。ＭＯ結晶２４にはあらかじめ接着面の反対側に反射率９０％以上の誘電体多層膜のミラー薄膜２５を形成した。

図４のように微小プリズム５６の下側の先端部分５６ａを研磨加工する際には、プリズムに形成された光導波路領域５７の光が小さなロスで伝播でき、かつプリズム内の光導波路領域５７が下面にできるだけ近くなるように加工した。

以上のようにして作製した磁界検出素子を図６に示される磁界計測システムに組み込み、１．５５μｍの波長で１ｍＷの出力の半導体レーザーの光源６１からの光を光ファイバ６４を通して、ＥＤＦＡ（ファイバアンプ６２）で１０ｍＷに増幅し、偏波コントローラ６３で偏光状態を調節して、光サーキュレータ６５を通して前述のような構成の磁界検出素子６０に入力する。ＭＯ結晶のミラー面で反射してきた光を光サーキュレータ６５を通して、レーザー光源６１とは異なるパスにある検光子６６で偏光角の変化を検出し、磁界強度変化を光強度の変化に変換し、光検出器（ＰＤ）６８で光強度を電気信号に変換し、スペクトルアナライザ６９によって、信号の周波数成分を検出した。

以上のようにして製作した磁界検出素子と計測システムを用いて、信号電力１５ｄＢｍ、周波数１０ＭＨｚの信号を入力した配線幅８０μｍのマイクロストリップ構造の配線上の磁界計測を行なった。配線に対して横断する方向に磁界検出素子６０を移動させることによって横方向の磁界成分を計測することができることを確認でき、図１０のようなデータを得ることができた。

（実施例５）
磁気光学（ＭＯ）を利用した横方向磁界を検出できる磁界検出素子として、図５のような外観の素子を製造した。ＭＯ結晶２４としてはＢｉ置換型ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）薄膜結晶を研磨加工し、磁化方向が面に対して平行方向になるようにしたものを使用した。一方、シングルモードの光ファイバ５１の先端を４５°の角度になるように斜め光学研磨した。その斜め研磨された面（斜面５１ａ）には使用する波長の光に対して反射率９０％以上の誘電体多層膜のミラー薄膜２７を形成した。さらに、斜面５１ａのミラー薄膜２７で光が反射される方向の光ファイバ５１の側面を約５０〜６０μｍ光学研磨し、光ファイバ５１のクラッド領域５３に対して面だしを行なった。このように面だしされた面（側面５１ｂ）に前述のように研磨加工された約３０μｍの厚さのＭＯ結晶２４を透明接着剤で接着した。ＭＯ結晶２４にはあらかじめ接着面の反対側に反射率９０％以上の誘電体多層膜のミラー薄膜２５を形成した。

以上のようにして作製した磁界検出素子を図６に示される磁界計測システムに組み込み、１．５５μｍの波長で１ｍＷの出力の半導体レーザーの光源６１からの光を光ファイバ６４を通して、EDFA（ファイバアンプ６２）で１０ｍＷに増幅し、偏波コントローラ６３で偏光状態を調節して、光サーキュレータ６５を通して前述のような構成の磁界検出素子６０に入力する。ＭＯ結晶２４のミラー面で反射してきた光を光サーキュレータ６５を通して、レーザー光源６１とは異なるパスにある検光子６６で偏光角の変化を検出し、磁界強度変化を光強度の変化に変換し、高速光検出器（ＰＤ）６８で光強度を電気信号に変換し、スペクトルアナライザ６９によって、信号の周波数成分を検出した。

以上のようにして製作した磁界検出素子と計測システムを用いて、信号電力１５ｄＢｍ、周波数１０ＭＨｚの信号を入力したマイクロストリップ構造８０μｍの配線幅の配線上の磁界計測を行なった。配線に対して横断する方向に磁界検出素子６０を移動させることによって横方向の磁界成分を計測することができることを確認でき、図１０のようなデータを得ることができた。

本発明の第１の実施形態による磁界検出素子を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態による磁界検出素子を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態による磁界検出素子を示す構成図である。 本発明の第４の実施形態による磁界検出素子を示す構成図である。 本発明の第５の実施形態による磁界検出素子を示す構成図である。 本発明の磁界検出素子を用いた磁界測定装置の一実施形態を示す図である。 本発明の実施例１で作製した素子を用いて測定したマイクロストリップ配線上の磁界成分の測定結果を示す図である。 本発明の実施例２で作製した素子を用いて測定したマイクロストリップ配線上の磁界成分の測定結果を示す図である。 本発明の実施例３で作製した素子を用いて測定したマイクロストリップ配線上の磁界成分の測定結果を示す図である。 本発明の実施例４及び実施例５で作製した素子を用いて測定したマイクロストリップ配線上の磁界成分の測定結果を示す図である。 従来用いられているMO結晶と光ファイバを用いた磁界検出素子の概略図である。 特許文献１の磁界検出素子の概略図である。 特許文献２の磁界検出素子の概略図である。

符号の説明

２１、５１ 光ファイバ
２２、５２ コア領域
２３、５３ クラッド領域
２４ ＭＯ結晶（ＭＯ薄膜）
２５、２７ ミラー薄膜
２６ 微小プリズム
３６ 導波路付きの微小プリズム
３７ 導波路領域
４６ 先端加工された微小プリズム
４６ａ、５６ａ 先端部分
５１ａ 斜面
５１ｂ 側面
５６ 導波路付きの、先端加工された微小プリズム
６０ 磁界検出素子
６１ レーザー光源
６２、６７ ファイバアンプ
６３ 偏波コントローラ
６４ 光ファイバ
６５ 光サーキュレータ
６６ 検光子
６８ 光検出器
６９ スペクトルアナライザ
６０ データ収集＆制御装置
７１ ＸＹＺステージ
７２ 測定対象物

Claims (9)

1. 磁気光学結晶が三角プリズムに接着されており、該三角プリズムが光ファイバの先端に接着されている磁界検出素子。
2. 測定物に対して横方向の磁界成分を検出する磁界検出素子であって、
   三角プリズムの直角部を挟む一方の面に光ファイバの先端面が接着され、他方の面に磁気光学結晶が接着されており、前記三角プリズムの直角部に対向する面には誘電体ミラーが形成された磁界検出素子。
3. 光ファイバがシングルモードファイバ、またはシングルモードファイバの先端をコア拡大加工したファイバである請求項２に記載の磁界検出素子。
4. 三角プリズムが、磁気光学効果を持たず、かつ金属成分が含まれない材料を使用したものである請求項２に記載の磁界検出素子。
5. 三角プリズムに、光ファイバのコア径と略同径のコア部がレーザ加工によって形成され、該コア部に合うように光ファイバのコア部が接合されている、請求項２に記載の磁界検出素子。
6. 光ファイバからの光が三角プリズム内を通って誘電体ミラーで反射して磁気光学結晶に入射するときの入射光路が磁界検出素子の先端に限りなく近くなるように、三角プリズムの一部が研磨加工されている、請求項２から５のいずれかに記載の磁界検出素子。
7. 測定物に対して横方向の磁界成分を検出する磁界検出素子であって、
   光ファイバの先端が斜め４５°に平坦に研磨され、この研磨された斜面に誘電体ミラーが形成され、該誘電体ミラーで光が直角に曲げられる方向の光ファイバの側面が平坦に研磨され、この研磨された側面に磁気光学結晶が接着されている磁界検出素子。
8. 磁気光学結晶の、接着されていない方の面に誘電体ミラーが形成されている請求項２から７のいずれか１項に記載の磁界検出素子。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の磁界検出素子を備えた磁界測定装置であって、
   半導体レーザー光源、ファイバアンプ、偏波コントローラ、光サーキュレータ、検光子、高速光検出器およびスペクトルアナライザを備え、
   前記レーザー光源からの光を前記ファイバアンプで増幅し、前記偏波コントローラで偏光度を調整し、前記光サーキュレータを通して、測定対象物の近傍に配置された磁界検出素子に入力し、該磁界検出素子から反射されてきた光を、前記光サーキュレータで前記レーザー光源とは異なるパスにある前記検光子に入力し、前記検光子で偏光度の変化を検出し、前記検光子を経た光の強度を高速光検出器に入力した後、該高速光検出器で電気信号に変換し、前記スペクトルアナライザでその信号の周波数成分を検出することで前記測定対象物の磁界成分を測定する磁界測定装置。

Images