JP2009128154A - Optical electric field sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波障害対策（ＥＭＣ対策）のための電磁界測定や、情報通信産業における光変調器等として使用するのに好適で、優れた感度の広帯域導波路型光電界センサに関する。 The present invention relates to an electromagnetic field measurement for electromagnetic wave countermeasures (EMC countermeasures) and a broadband waveguide type optical electric field sensor having excellent sensitivity suitable for use as an optical modulator in the information communication industry.
広帯域導波路型光電界センサとして、例えば、特許文献１等に開示されている。これらの光電界センサの中でも、マッハツェンダー型の導波路を採用したものが、特許文献２に開示されている。
この特許文献２に開示されるアンテナ電極構造は、図５に示すように、１つの導波路４２に対してアンテナエレメント３の電極３ａ〜３ｅを設けている。
しかしながら、このようなアンテナ電極構造の場合、アンテナエレメント３が共振する際に、隣接するアンテナエレメント３同士で、電圧位相を打ち消すことがあり、感度が低下するという問題があった。
As a broadband waveguide type optical electric field sensor, for example, it is disclosed in Patent Document 1. Among these optical electric field sensors, Patent Document 2 discloses one that employs a Mach-Zehnder type waveguide.
Antenna electrode structure disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 5, is provided with electrodes 3a~3e of the antenna element 3 with respect to one waveguide 4 2.
However, in the case of such an antenna electrode structure, when the antenna element 3 resonates, there is a problem that the voltage phase may be canceled between adjacent antenna elements 3 and the sensitivity is lowered.
そこで、本発明は、隣接するアンテナエレメント間において、電圧位相を打ち消すことのない優れた感度を有する広帯域導波路型の光電界センサを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a broadband waveguide type optical electric field sensor having an excellent sensitivity without canceling a voltage phase between adjacent antenna elements.
上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見出した。
即ち、本発明の光電界センサは、請求項１に記載の通り、マッハツェンダー型又は単一導波路型の導波路を備え、前記導波路と交叉する方向に延出するアンテナエレメントを、その長さ及び／又は間隔が対数周期となるように隣接して配置した光電界センサであって、隣接する前記アンテナエレメントの極性を反転させるようにしたことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の光電界センサにおいて、前記導波路の短いアンテナエレメント側を反射端とし、他端側を入出力端としたことを特徴とする。
請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の光電界センサにおいて、前記アンテナエレメントが半波長共振する角周波数（ω）と、前記導波路中において光が前記アンテナエレメントから前記反射端により反射されて該アンテナエレメントに戻るまでの時間（τ）との関係を、ω・τ＝２πとなるようにしたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の光電界センサにおいて、前記各アンテナエレメントが形成された基板と前記導波路が形成された基板とを異なる誘電率の材料により形成したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found a solving means as follows as a result of intensive studies.
That is, the optical electric field sensor according to the present invention includes a Mach-Zehnder type or single waveguide type waveguide, and an antenna element extending in a direction crossing the waveguide. An optical electric field sensor arranged adjacently so as to have a logarithmic period and / or interval, wherein the polarity of the adjacent antenna element is inverted.
According to a second aspect of the present invention, in the optical electric field sensor according to the first aspect, the short antenna element side of the waveguide is a reflection end, and the other end side is an input / output end.
According to a third aspect of the present invention, in the optical electric field sensor according to the second aspect, an angular frequency (ω) at which the antenna element resonates at half wavelength, and light is reflected from the antenna element to the reflection end in the waveguide. It is characterized in that the relation between the time (τ) from when the light is reflected back to the antenna element becomes ω · τ = 2π.
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical electric field sensor according to any one of the first to third aspects, the substrate on which the antenna elements are formed differs from the substrate on which the waveguide is formed. It is characterized in that it is made of a material with a ratio.
本発明によれば、隣同士の電極の電圧位相がほぼ同相になるために、互いに強め合い広帯域波路型の光電界センサの感度が向上する。また、変調波の影響を受けることにより、位相不整合が生じやすい反射型の光電界センサであっても感度の低下を生じることがない。 According to the present invention, the voltage phases of adjacent electrodes are substantially in phase, so that the sensitivity of the wideband waveguide type optical electric field sensor is enhanced. Further, even if it is a reflection type optical electric field sensor that is likely to cause phase mismatch due to the influence of the modulation wave, the sensitivity does not decrease.
本発明の光電界センサは、マッハツェンダー型又は単一の導波路を備え、この導波路と交叉する方向に延出するアンテナエレメントを、その長さ及び／又は間隔が対数周期となるように隣接して配置したものである。尚、本明細書において、マッハツェンダー型の導波路とは、１つの光束から分離された導波路をいうものとする。
アンテナエレメントの長さが対数周期の関係にあるとは、隣接するアンテナエレメントの長さを、導波路の反射端側から他端側に向かって、Ｐ1，Ｐ2，・・・，Ｐn-1，Ｐnとすると、
Ｐn＝ａ×Ｐn-1
ａは1以上の定数、ｎはアンテナエレメントの本数・・・（式１）
の関係にあることをいい、また、アンテナエレメントの間隔が対数周期の関係にあるとは、隣接するアンテナエレメントの間隔を、導波路の反射端側から他端側に向かって、Ｄ2，Ｄ3，・・・，Ｄn-1，Ｄnとすると、
Ｄn＝ｂ×Ｄn-1
ｂは、1以上の定数、ｎはアンテナエレメントの本数（ただし、3以上）・・・（式２）
の関係にあることをいう。アンテナエレメントの長さ又はアンテナエレメントの間隔が前記のような関係にあるとき、それらの対数をとると、それぞれの差が一定となる。つまり、
ｌｏｇ（Ｐn）−ｌｏｇ（Ｐn-1）＝ｌｏｇ（ａ）・・・（式３）
ｌｏｇ（Ｄn）−ｌｏｇ（Ｄn-1）＝ｌｏｇ（ｂ）・・・（式４）
となる。尚、前記アンテナエレメントの長さ及び／又は間隔の全てが対数周期となることに限定するものではなく、少なくとも、部分的に隣接するアンテナエレメント間で、対数周期であればよい。
The optical electric field sensor of the present invention includes a Mach-Zehnder type or a single waveguide, and adjacent antenna elements extending in a direction intersecting with the waveguide so that the length and / or interval thereof is a logarithmic period. Are arranged. In this specification, the Mach-Zehnder type waveguide means a waveguide separated from one light beam.
The length of an antenna element is in a logarithmic cycle relationship means that the lengths of adjacent antenna elements are P 1 , P 2 ,..., P n from the reflection end side to the other end side of the waveguide. -1 and P n ,
P n = a × P n-1
a is a constant of 1 or more, n is the number of antenna elements (Equation 1)
The relationship between the antenna elements is a logarithmic period. The distance between adjacent antenna elements is defined as D 2 , D from the reflection end side to the other end side of the waveguide. 3 , ..., D n-1 , D n ,
D n = b × D n-1
b is a constant of 1 or more, n is the number of antenna elements (however, 3 or more) (Equation 2)
It means that there is a relationship. When the length of the antenna element or the distance between the antenna elements is in the above relationship, the difference between them becomes constant when the logarithm thereof is taken. That means
log (P n ) −log (P n−1 ) = log (a) (Equation 3)
log (D n ) −log (D n−1 ) = log (b) (Equation 4)
It becomes. The length and / or interval of the antenna elements are not limited to the logarithmic period, and may be a logarithmic period at least between partially adjacent antenna elements.
前記アンテナエレメントは、電磁界の変動を測定できるように金属製材料を、公知（例えば、蒸着等）の方法により基板上に設けることにより形成される。アンテナエレメントの長さは、適宜設定することができるが、通常は、受信しようとする波長の半分程度としている。また、アンテナエレメントが形成された基板を小さくするためには、前記基板に用いる材料は、比誘電率が１よりも十分に大きい材料とすることが好ましく、具体的には、回路基板等を選択することができる。一般的に誘電率の大きい材料に金属製のアンテナエレメントを設けると波長短縮効果が現れ、自由空間中のアンテナエレメントよりも短い長さで半波長共振しやすいからである。 The antenna element is formed by providing a metal material on a substrate by a known method (for example, vapor deposition or the like) so that the fluctuation of the electromagnetic field can be measured. The length of the antenna element can be set as appropriate, but is usually about half the wavelength to be received. In order to reduce the substrate on which the antenna element is formed, the material used for the substrate is preferably a material having a relative dielectric constant sufficiently larger than 1, and specifically, a circuit board or the like is selected. can do. This is because, when a metal antenna element is generally provided on a material having a high dielectric constant, a wavelength shortening effect appears, and half-wave resonance tends to occur with a shorter length than the antenna element in free space.
上記のような構成の光電界センサにおいて、本発明では、隣接するアンテナエレメントの極性を、互いに反転するようにしたものである。極性を反転するとは、電圧の位相差を少なくとも９０°以上２７０°以下であることをいうものとする。具体的には、分割された導波路の場合には、図１に示すように分割された導波路４１，４２の反射端４ｂ側から導波路４１，４２に対して交互にアンテナエレメントの電極３ａ〜３ｅを設ける方法や、図２に示すように分割された導波路４１，４２の反射端４ｂ側から、各アンテナエレメント３に対応するようにして、導波路４１，４２の外側と、導波路４１，４２間に電極３ａ〜３ｅ（図示したものでは、３本）を入力端側に向かって所定の間隔をおいて隣接配置し、隣接する電極間（例えば、３ａと３ｂ）同士で、まず、電極３ａでは、一方の基板２１側のアンテナエレメント３は、中央の電極と基板２１側の電極とをワイヤーや金属薄膜等により接続し、他方の基板２２側のアンテナエレメント３は、両側の電極を接続し、これに隣接する電極３ｂでは、上記電極３ａと逆に接続する方法等が考えられる。また、単一導波路の場合には、図２に示すように、導波路４の両側に電極３ａ〜３ｅを設け、隣接する電極間（例えば、３ａと３ｂ）同士で、まず、電極３ａでは、アンテナエレメント３は、アンテナエレメント３に近い側の電極とをワイヤーや金属薄膜等により接続し、これに隣接する電極３ｂでは、アンテナエレメント３は、導波路４を超えて反対側の電極を接続する方法等が考えられる。尚、これらは単に例示に過ぎず、本発明は、極性を反転できるものであれば特に限定するものではない。
これにより、隣り合うアンテナエレメント同士の電圧位相がほぼ同相になるために、互いに強め合い感度が向上することになる。
In the optical electric field sensor configured as described above, in the present invention, the polarities of adjacent antenna elements are reversed from each other. Reversing the polarity means that the voltage phase difference is at least 90 ° and not more than 270 °. Specifically, in the case of the divided waveguide antenna alternately to the waveguide 4 1, 4 2 from the split waveguides 4 1, 4 2 of reflecting end 4b side as shown in FIG. 1 a method of providing an electrode 3a~3e elements, from the divided waveguide 4 1, 4 2 of reflecting end 4b side as shown in FIG. 2, so as to correspond to each antenna element 3, the waveguide 4 1, 4 and 2 of the outer waveguide 41, 42 (than those shown, three) electrode 3a~3e between 2 toward the input end side adjacently arranged at a predetermined interval, between adjacent electrodes ( for example, in 3a and 3b) with each other, first, in the electrode 3a, one antenna element 3 of the substrate 2 1 side, and a central electrode and the substrate 2 1 side electrode connected by a wire or a metal thin film or the like, other antenna element 3 of the substrate 2 2 side connects both sides of the electrode In the electrode 3b adjacent thereto, and a method of connecting to the electrode 3a and the reverse is conceivable. In the case of a single waveguide, as shown in FIG. 2, electrodes 3a to 3e are provided on both sides of the waveguide 4, and between adjacent electrodes (for example, 3a and 3b), The antenna element 3 is connected to the electrode on the side close to the antenna element 3 with a wire, a metal thin film, or the like. In the electrode 3b adjacent thereto, the antenna element 3 is connected to the electrode on the opposite side beyond the waveguide 4 The method of doing etc. can be considered. These are merely examples, and the present invention is not particularly limited as long as the polarity can be reversed.
As a result, the voltage phases of the adjacent antenna elements are almost in phase, so that they are mutually intensified and the sensitivity is improved.
前記光電界センサにおいて、短いアンテナエレメント側を反射端とし、他端側を入出力端として反射型の光電界センサとすることが好ましい。光路長が長くなっても、位相不整合の影響を受けにくくなるからである。 In the optical electric field sensor, a reflective optical electric field sensor is preferably used with the short antenna element side as a reflection end and the other end side as an input / output end. This is because even if the optical path length becomes long, it becomes difficult to be affected by phase mismatch.
各アンテナエレメントが形成された基板と導波路が形成された基板とを、それぞれ異なる誘電率の材料から形成することが好ましい。具体的には、導波路が形成された基板に、各アンテナエレメントに対応する位置に、電気的に絶縁した電極を設け、アンテナエレメントが設けられた基板と接合する。 The substrate on which each antenna element is formed and the substrate on which the waveguide is formed are preferably formed from materials having different dielectric constants. Specifically, an electrically insulated electrode is provided on a substrate on which a waveguide is formed at a position corresponding to each antenna element, and is bonded to the substrate on which the antenna element is provided.
具体的には、アンテナエレメントが形成される基板を構成する材料を回路基板等とし、導波路が形成される基板を構成する材料を、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、以下「ＬＮ」とする。）等により構成する。また、アンテナエレメントと、電極とは、ワイヤーボンディング等により接合する。 Specifically, a material constituting the substrate on which the antenna element is formed is a circuit board or the like, and a material constituting the substrate on which the waveguide is formed is lithium niobate (LiNbO 3 , hereinafter referred to as “LN”). Etc. Further, the antenna element and the electrode are joined by wire bonding or the like.
更に、好ましくは、光電界センサ全体の大きさに制約がある場合は、アンテナエレメントが形成される基板の比誘電率を、1よりも十分大きくすることが好ましい。一方、特に高い周波数での感度を高めるためには、アンテナエレメントを長くする必要があるのでアンテナエレメントが形成される基板の比誘電率を、1に近づけることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the relative dielectric constant of the substrate on which the antenna element is formed is sufficiently larger than 1 when the size of the entire optical electric field sensor is limited. On the other hand, in order to increase the sensitivity at a particularly high frequency, it is necessary to lengthen the antenna element. Therefore, it is preferable that the relative dielectric constant of the substrate on which the antenna element is formed be close to 1.
次に、図面を参照して説明する。
図１に示す光電界センサ１は、基板２1及び基板２2上に、その長さと間隔が対数周期的になるようにアンテナエレメント３を配置して構成される。アンテナエレメント３の長さ（Ｐk）は、Ｐk＝ａ(k-1)×Ｐ1の関係（ｋは正の整数，ａは１以上の値）を有し、アンテナエレメント３の間隔は、Ｄk＝ｂ(k-1)×Ｄ2の関係を有する。また、導波路４は、入出力端４ａから２つに分割４１，４２され、それぞれに反射端４ｂを備えている。
Next, a description will be given with reference to the drawings.
The optical electric field sensor 1 shown in FIG. 1 is configured by arranging antenna elements 3 on a substrate 2 1 and a substrate 2 2 so that their lengths and intervals are logarithmically periodic. The length (P k ) of the antenna element 3 has a relationship of P k = a (k−1) × P 1 (k is a positive integer, a is a value of 1 or more), and the distance between the antenna elements 3 is , D k = b (k−1) × D 2 . Further, the waveguide 4 is divided into two 4 1 and 4 2 from the input / output end 4a, and each has a reflection end 4b.
そして、隣接するアンテナエレメント３の各電極３ａ〜３ｅは、分割された導波路４１，４２に対して交互に設けられている。図示されるものでは、反射端４ｂ側からみて、電極３ａは導波路４２側，電極３ｂは導波路４１側，電極３ｃは導波路４2側，電極３ｄは導波路４1側，電極３ｅは導波路４2側，・・・というようにして電極が設けられ、これにより、隣接するアンテナエレメント３間で極性が反転する。 And each electrode 3a-3e of the adjacent antenna element 3 is alternately provided with respect to the divided | segmented waveguides 4 1 and 4 2 . The invention is illustrated, viewed from reflecting end 4b side, electrodes 3a waveguide 4 2 side, the electrode 3b waveguide 4 1 side, electrodes 3c waveguide 4 2 side, electrodes 3d waveguide 4 1 side, electrode 3e waveguide 4 2 side, is provided on to the electrodes so on ..., thereby, the polarity between adjacent antenna element 3 is inverted.
更に、周波数の変調波で半波長共振するアンテナエレメント３から反射端４ｂまでの距離をＬkとし、光がＬkを往復するのに要する時間をτとすると、変調波の角周波数ωとτの積ωτが２πである場合、光が往路で受けた変調と復路で受けた変調の位相が一致し、互いに強め合う関係になる。これにより、光電界センサ１の感度は、透過型である場合と比べて２倍となる。
例えば、ａ＝ｂであって変調波が２ＧＨｚである場合、ωτを２πとするためには、τ＝５×１０-10ｓｅｃである必要があり、導波路４を備える基板５の屈折率を２．２２と見積ると、Ｌｋが３３．７５ｍｍの場合にその間を光が往復するために必要な時間が５×１０-10ｓｅｃとなる。変調波が６ＧＨｚの場合は、Ｌｋが１１．２５ｍｍ（２ＧＨｚの場合の１／３）でωτ＝２πとなり、半波長共振するアンテナエレメント３の長さも同様に２ＧＨｚの場合の１／３となる。
このように、ある周波数でωτ＝２πとなるようにＬｋを設定すれば、ほぼ全ての周波数でωτ＝２πとなる関係を維持することができる。
この構成を採用することにより、半波長共振のアンテナエレメント３の長さが変調波の波長に比例する周波数領域では、広帯域において互いに強め合う関係を維持することができ、マイクロ波帯域であっても、位相整合を容易にすることができる。その結果、変調波が作用する光路が長くなることに起因する位相不整合が生じやすい反射型の光電界センサであっても感度の低下を生じることがない。
Further, the distance from the antenna element 3 to a half-wavelength resonance at a modulation wave having a frequency to the reflecting end 4b and L k, when the time required for light reciprocates a L k and tau, and the angular frequency ω of the modulated wave tau When the product ωτ of 2π is 2π, the phase of the modulation that the light has received on the forward path and the modulation that has been received on the return path are in agreement, and are in a mutually reinforcing relationship. Thereby, the sensitivity of the optical electric field sensor 1 is doubled compared to the case of the transmission type.
For example, when a = b and the modulation wave is 2 GHz, in order to set ωτ to 2π, it is necessary that τ = 5 × 10 −10 sec, and the refractive index of the substrate 5 including the waveguide 4 is is estimated as 2.22, the time required for L k reciprocates light between them in the case of 33.75mm is 5 × 10 -10 sec. When the modulation wave is 6 GHz, L k is 11.25 mm (1/3 in the case of 2 GHz) and ωτ = 2π, and the length of the antenna element 3 that resonates half-wave is also 1/3 in the case of 2 GHz. .
In this way, if L k is set so that ωτ = 2π at a certain frequency, the relationship of ωτ = 2π can be maintained at almost all frequencies.
By adopting this configuration, in the frequency region where the length of the half-wavelength resonant antenna element 3 is proportional to the wavelength of the modulated wave, it is possible to maintain a strengthening relationship with each other in a wide band. Phase matching can be facilitated. As a result, even if it is a reflection type optical electric field sensor in which the phase mismatch due to the length of the optical path on which the modulated wave acts is likely to occur, the sensitivity does not decrease.
（実施例１）
図１に示す構造の光電界センサ１を、次のようにして作製した。
まず、厚み約1ｍｍ、幅約2ｍｍ、長さ約70ｍｍの矩形状のＬＮ製の基板５に、マッハツェンダー型の導波路４を設けた。次に、厚み約1.6ｍｍ、幅約25ｍｍ、長さ約50ｍｍの矩形状の高周波用回路基板製の基板２1及び基板２2を用意して、それぞれにアンテナエレメント３を形成した。アンテナエレメント３は、最終的に光電界センサ１とした場合に、長さ6ｍｍ〜約60ｍｍ、幅0.1ｍｍ〜1ｍｍ、間隔0.3ｍｍ〜3ｍｍの間で対数周期的（比例定数ａ＝ｂ＝約1.08）な30対のアンテナエレメント３が備わるようにした。尚、アンテナエレメント３が半波長共振する角周波数（ω）と、導波路４中において光がアンテナエレメント３から反射端４ｂにより反射されて該アンテナエレメント３に戻るまでの時間（τ）との関係を、ω・τ＝２πとなるように、反射端４ｂから各アンテナエレメント３までの距離Ｌｋを調整した。
そして、アンテナエレメント３が形成された基板２1及び基板２2間に、導波路４を備えた基板５を挟み込み、アンテナエレメント３と電極３ａ〜３ｅとをそれぞれ金製のワイヤにより接続した。このとき、隣接するアンテナエレメント３の各電極３ａ〜３ｅは、分割された導波路４１，４２に対して交互になるように接続した。
(Example 1)
The optical electric field sensor 1 having the structure shown in FIG. 1 was produced as follows.
First, a Mach-Zehnder type waveguide 4 was provided on a rectangular LN substrate 5 having a thickness of about 1 mm, a width of about 2 mm, and a length of about 70 mm. Next, a board 2 1 and a board 2 2 made of a rectangular high-frequency circuit board having a thickness of about 1.6 mm, a width of about 25 mm, and a length of about 50 mm were prepared, and the antenna element 3 was formed on each of them. When the antenna element 3 is finally an optical electric field sensor 1, the antenna element 3 is logarithmically periodic (proportional constant a = b = about 1.08) between a length of 6 mm to about 60 mm, a width of 0.1 mm to 1 mm, and an interval of 0.3 mm to 3 mm. ) 30 pairs of antenna elements 3 are provided. The relationship between the angular frequency (ω) at which the antenna element 3 resonates at half wavelength and the time (τ) until light is reflected from the antenna element 3 by the reflection end 4b and returned to the antenna element 3 in the waveguide 4. The distance L k from the reflection end 4b to each antenna element 3 was adjusted so that ω · τ = 2π.
Then, between the substrates 2 1 and the substrate 2 2 antenna element 3 is formed by sandwiching a substrate 5 with a waveguide 4, an antenna element 3 and the electrode 3a~3e are connected by respective gold steel wire. At this time, the electrodes 3a to 3e of the adjacent antenna elements 3 were connected to the divided waveguides 4 1 and 4 2 alternately.
（比較例１）
図４に示すように、単一の導波路４を、厚み0.5ｍｍ、幅50ｍｍ、長さ28ｍｍの矩形状のＬＮ製の基板２上に設け、更に、この基板２上に、長さ3.4ｍｍ〜45ｍｍ、幅0.043ｍｍ〜0.56ｍｍ、間隔0.085ｍｍ〜1.125ｍｍの間で対数周期的（比例定数ａ＝ｂ＝1.05）になるように54対のアンテナエレメント３を設けて光電界センサ１とした。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 4, a single waveguide 4 is provided on a rectangular LN substrate 2 having a thickness of 0.5 mm, a width of 50 mm, and a length of 28 mm. An optical electric field sensor 1 is provided with 54 pairs of antenna elements 3 so as to be logarithmically periodic (proportional constant a = b = 1.05) between .about.45 mm, width 0.043 mm to 0.56 mm, and interval 0.085 mm to 1.125 mm. .
（比較例２）
図５に示すように、厚み0.5ｍｍ、底辺50ｍｍ、高さ28ｍｍの略三角形状のＬＮ製の基板２上に、三角形の頂部（頂角90度）に形成される反射端４ｂから底辺の入出力端４ａに向かって、長さ3.4ｍｍ〜45ｍｍ、幅0.043ｍｍ〜0.56ｍｍ、間隔0.085ｍｍ〜1.125ｍｍの間で対数周期的（比例定数ａ＝ｂ＝1.05）になるように54対のアンテナエレメント３を設けて光電界センサ１とした。尚、本例の場合、マッハツェンダー型の導波路４の一方の導波路４２のみにアンテナエレメント３の電極３ａ〜３ｅを設けるようにした。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 5, the bottom side enters from the reflective end 4b formed on the top of the triangle (vertical angle 90 degrees) on the substantially triangular LN substrate 2 having a thickness of 0.5 mm, a base of 50 mm, and a height of 28 mm. 54 pairs of antennas that are logarithmically periodic (proportional constant a = b = 1.05) between length 3.4 mm to 45 mm, width 0.043 mm to 0.56 mm, and spacing 0.085 mm to 1.125 mm toward output end 4a The element 3 was provided to provide the optical electric field sensor 1. In the case of this example, it was only one of the waveguides 4 2 Mach-Zehnder waveguide 4 to be provided with electrodes 3a~3e antenna element 3.
図６は、比較例１、比較例２及び実施例１の感度を比較したものである。図では、最も感度の高い実施例１の感度の最大点を０ｄＢとしている。送信側のアンテナにはダブルリッジドガイドホーンアンテナを用いた。
比較例２では比較例１に比べて若干の感度の向上が認められるものの、周波数の変化に対する感度の変動が大きく、その変動の周期は、概ね各アンテナエレメントの共振周波数ごとに現れている。
位相反転を施した実施例１では、比較例１に比較して、概ね各周波数で約３０ｄＢの感度の向上がみられた。また、比較例２のようなアンテナエレメントの共振周波数ごとに顕著に現れる周期的な感度の変動をなくすことができた。
FIG. 6 compares the sensitivity of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 1. In the figure, the maximum sensitivity point of Example 1 having the highest sensitivity is set to 0 dB. A double-ridged guide horn antenna was used as the transmitting antenna.
In Comparative Example 2, although a slight improvement in sensitivity is recognized as compared to Comparative Example 1, the sensitivity varies greatly with changes in frequency, and the period of the variation appears for each resonance frequency of each antenna element.
In Example 1 in which phase inversion was performed, the sensitivity was improved by about 30 dB at each frequency as compared with Comparative Example 1. Further, it was possible to eliminate periodic sensitivity fluctuations that remarkably appear at each resonance frequency of the antenna element as in Comparative Example 2.
次に、実施例２と従来の測定系アンテナであるダブルリッジドガイドホーンアンテナ（ＤＲＧＡ）、ダイポールアンテナ（２ＧＨｚ用、２．４ＧＨｚ用、５ＧＨｚ用）及びバイコニカルアンテナの感度を比較したところ、図６に示す通りとなった。送信側のアンテナには、ＤＲＧＡを用い、各アンテナは２０ｍの同軸ケーブルで測定器とつないだ。図５の基準となる０ｄＢはダブルリッジドガイドホーンアンテナ同士を対向させ測定した場合の感度である。
このように、３ＧＨｚ以下では、実施例１の方が、基準となるダブルリッジドガイドホーンアンテナよりも若干感度が高く、２．４ＧＨｚ付近では、ダイポールアンテナに比較し約１０ｄＢ感度が高い。また、バイコニカルアンテナと比較すると測定した２〜６ＧＨｚの範囲では、ほぼ実施例１の感度が優っていることがわかった。
Next, the sensitivity of the double-ridged guide horn antenna (DRGA), the dipole antenna (for 2 GHz, for 2.4 GHz, for 5 GHz) and the biconical antenna, which are the conventional measurement system antennas, is compared with that of Example 2. It became as shown in 6. DRGA was used for the antenna on the transmission side, and each antenna was connected to a measuring instrument with a 20-meter coaxial cable. 5 dB as a reference in FIG. 5 is the sensitivity when the double-ridged guide horn antennas are opposed to each other and measured.
Thus, at 3 GHz or less, Example 1 is slightly more sensitive than the standard double-ridged guide horn antenna, and at around 2.4 GHz, the sensitivity is about 10 dB compared to the dipole antenna. Moreover, it turned out that the sensitivity of Example 1 is almost excellent in the range of 2-6 GHz measured compared with the biconical antenna.
本発明の光電界センサは、近傍と遠方の中間領域（約数ｃｍ〜約１ｍ）では、ＥＭＩ測定に適しており、このようなセンサと被測定物を近づけることができるという利点を活かし、複素誘電率測定への応用も期待できる。更に、高感度・広帯域であることと、広い指向性を有することを活かし、マイクロ波通信を光で中継するシステムなどをはじめとして産業上広く利用することができる。 The optical electric field sensor of the present invention is suitable for EMI measurement in the intermediate region (approximately several cm to approximately 1 m) between the vicinity and the distance, taking advantage of the advantage that such a sensor can be brought close to the object to be measured. Application to dielectric constant measurement can also be expected. Furthermore, taking advantage of its high sensitivity and wide bandwidth and wide directivity, it can be widely used in industries including systems that relay microwave communications with light.
１ 光電界センサ
２１，２２ 基板（アンテナエレメント用）
３ アンテナエレメント
３ａ〜３ｄ 電極
４ 導波路
４１，４２ 分割された導波路
４ａ 入出力端
４ｂ 反射端
５ 基板（導波路用）
1 Optical electric field sensor 2 1 , 2 2 substrate (for antenna element)
3 antenna elements 3a~3d electrode 4 waveguide 4 1, 4 2 divided waveguides 4a output end 4b reflection end 5 substrate (waveguide)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2007-11-22 JP JP2007302806A patent/JP2009128154A/en active Pending
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