JP2011106943A - Measurement apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement apparatus for stabilizing the sensitivity of a probe, and surely measuring an electric field strength or a magnetic field strength. <P>SOLUTION: The measurement apparatus includes a laser light source 12, a polarization controller 13 for converting a polarization state of a light, an optical fiber 11 for guiding the light emitted from the polarization controller 13, the probe 19 provided in the optical fiber 11, a photodetector 111 for entering the light emitted from the probe 19 through the optical fiber 11, and a polarization monitor 112 for detecting the polarization state of the light entering into the photodetector 111. The probe 19 has a polarizer 15, an EO crystal 17 for changing a refractive index, and a reflection mirror 18 for reflecting a light transmitted through the EO crystal 17. The polarization controller 13 converts the polarization state of the light entering from the laser light source 12 to cause the polarization state of the light entering into the optical fiber 11 to be a polarization state for canceling a change in the polarization state which is applied to the light within the optical fiber 11. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、計測装置に関するものである。   The present invention relates to a measuring device.

電界強度または磁界強度を計測する装置として、レーザー光を利用した計測装置が知られている。例えば、非特許文献1には、レーザー光を導波する光ファイバーの一端に、電気光学(electro-optic:EO)結晶や磁気光学(magneto-optic:MO)結晶を設けた計測装置の構成が示されている。このような計測装置では、電界によってEO結晶の屈折率が、または磁界によってMO結晶の屈折率が変化することにより、これらの結晶を通るレーザー光の偏光状態を変化させる電気光学効果または磁気光学効果を利用して、EO結晶の電界またはMO結晶の磁界を計測する。   As a device for measuring electric field strength or magnetic field strength, a measuring device using laser light is known. For example, Non-Patent Document 1 shows a configuration of a measuring device in which an electro-optic (EO) crystal or a magneto-optic (MO) crystal is provided at one end of an optical fiber that guides laser light. Has been. In such a measuring device, an electro-optic effect or a magneto-optic effect that changes the polarization state of laser light passing through these crystals by changing the refractive index of the EO crystal by an electric field or the refractive index of an MO crystal by a magnetic field. Is used to measure the electric field of the EO crystal or the magnetic field of the MO crystal.

すなわち、上述の計測装置では、検出プローブの内部にEO/MO結晶を包含し、電界または磁界の測定箇所に該検出プローブを配置すると、電界または磁界の影響によりEO/MO結晶の屈折率が変化する。この屈折率が変化した結晶中にレーザー光を透過させ、さらに該レーザー光を検光子によって平面偏光とすることにより、EO/MO結晶の電界/磁界に応じた光の強度を備えた偏光を取り出す。この平面偏光の偏光状態の変化をフォトディテクターにより電気信号に変換することによって、EO/MO結晶の電界/磁界を検出する構成となっている。   That is, in the above-described measuring apparatus, when the EO / MO crystal is included in the detection probe and the detection probe is disposed at the measurement location of the electric field or magnetic field, the refractive index of the EO / MO crystal changes due to the influence of the electric field or magnetic field. To do. Laser light is transmitted through the crystal having a changed refractive index, and the laser light is converted into plane polarized light by an analyzer, so that polarized light having light intensity corresponding to the electric field / magnetic field of the EO / MO crystal is extracted. . The electric field / magnetic field of the EO / MO crystal is detected by converting the change in the polarization state of the plane polarized light into an electric signal by a photodetector.

図6は、上述の計測装置6の概略図である。計測装置6では、レーザー光源62から射出されたレーザー光が、偏光コントローラ63を透過しサーキュレータ64を介して、プローブ69に入射する構成となっている。プローブ69内では、レーザー光が偏光子65、位相差板66,EO結晶67を介して反射ミラー68に達する。その後、レーザー光は光路を逆に辿り、サーキュレータ64を介してフォトディテクター610で光量が検出される。   FIG. 6 is a schematic diagram of the measurement apparatus 6 described above. The measuring device 6 is configured such that the laser light emitted from the laser light source 62 passes through the polarization controller 63 and enters the probe 69 via the circulator 64. In the probe 69, the laser light reaches the reflection mirror 68 through the polarizer 65, the phase difference plate 66, and the EO crystal 67. Thereafter, the laser light travels in the reverse optical path, and the amount of light is detected by the photodetector 610 via the circulator 64.

EO結晶67では、測定箇所の電界に起因した電気光学効果の大きさに応じて屈折率が変化するため、EO結晶67に入射した光の偏光状態が変化する。この偏光状態の変化量に応じて、プローブ69から射出される光の量(偏光子65を透過可能な光の量)が変化するため、フォトディテクター610で光量を検出することにより、間接的にプローブ69が配置された測定箇所の電界/磁界を検出することができる。   In the EO crystal 67, since the refractive index changes according to the magnitude of the electro-optic effect caused by the electric field at the measurement location, the polarization state of the light incident on the EO crystal 67 changes. Since the amount of light emitted from the probe 69 (the amount of light that can be transmitted through the polarizer 65) changes in accordance with the amount of change in the polarization state, the amount of light is detected by the photodetector 610, so that it is indirectly detected. It is possible to detect the electric field / magnetic field at the measurement location where the probe 69 is disposed.

このような構成の計測装置は、EO/MO結晶を用いない従来の計測装置に比べると、小型なEO/MO結晶を使うことによりプローブ部分を小型化することができる。また、プローブ部分やケーブルに金属部分を使用しないので低侵襲性であり、さらに、電界/磁界に対するEO/MO結晶の応答性が、GHz以上の高周波帯域まであるため、優れた検出特性を有することが知られている。   The measuring device having such a configuration can downsize the probe portion by using a small EO / MO crystal as compared with a conventional measuring device that does not use an EO / MO crystal. In addition, since no metal part is used for the probe part or cable, it is minimally invasive, and since the EO / MO crystal responsiveness to electric / magnetic fields is in the high frequency band of GHz or higher, it has excellent detection characteristics. It has been known.

しかし、このような構成の計測装置では、EO結晶67に入る光の強度と偏光状態とが一定でないと、得られる信号強度の感度も安定でなくなってしまう。ところが、プローブ69を引き回す際に、サーキュレータ64とプローブ69とをつなぐ光ファイバー61に加わる応力や、測定環境の温度の変化によって、光ファイバー61を伝わる光の偏光状態は一定ではなく、結果、偏光子65を介してEO結晶67に入る光の強度が一定ではないため、感度が安定しないという問題があった。   However, in the measurement apparatus having such a configuration, if the intensity of light entering the EO crystal 67 and the polarization state are not constant, the sensitivity of the obtained signal intensity is not stable. However, when the probe 69 is routed, the polarization state of the light transmitted through the optical fiber 61 is not constant due to the stress applied to the optical fiber 61 that connects the circulator 64 and the probe 69 and the temperature change of the measurement environment. Since the intensity of light entering the EO crystal 67 through the slab is not constant, there is a problem that the sensitivity is not stable.

この問題に対し、特許文献1,2には感度を安定させるための構成が示されている。いずれも、光検出器で検出された出力を用いてフィードバック制御を行い、サーキュレータと光検出器との光路上で偏光制御を行うことにより、プローブの感度低下を抑制している。   With respect to this problem, Patent Documents 1 and 2 show a configuration for stabilizing the sensitivity. In either case, feedback control is performed using the output detected by the photodetector, and polarization control is performed on the optical path between the circulator and the photodetector, thereby suppressing a decrease in sensitivity of the probe.

特開2006−266711号公報JP 2006-266711 A 特開2005−292068号公報JP 2005-292068 A

S. Wakana, T. Ohara, M. Abe, E. Yamazaki, M. Kishi and M. Tsuchiya,“Fibera-Edge Electrooptic/Magnetooptic Probe for Spectral-Domain Analysis of Electromagnetic Field,”IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 48, no. 12, pp.2611-2616S. Wakana, T. Ohara, M. Abe, E. Yamazaki, M. Kishi and M. Tsuchiya, “Fibera-Edge Electrooptic / Magnetooptic Probe for Spectral-Domain Analysis of Electromagnetic Field,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech. , vol. 48, no. 12, pp.2611-2616

しかしながら、上記特許文献の構成には次のような問題がある。すなわち、特許文献1の構成では、観測条件に依存して制御系も調整する必要があり、プローブの検出感度を安定化させることが難しい。特に、微小信号を計測するときには、スペクトラムアナライザの周波数スパンを狭め、スイープタイムを遅くする必要があるため、その条件に影響され安定化にかかる時間が遅くなってしまう。また、特許文献2の構成では、ロックインアンプを用いた複雑な制御システムとなるため、測定に制限を加えることになる。   However, the configuration of the above patent document has the following problems. That is, in the configuration of Patent Document 1, it is necessary to adjust the control system depending on the observation conditions, and it is difficult to stabilize the detection sensitivity of the probe. In particular, when measuring a minute signal, it is necessary to narrow the frequency span of the spectrum analyzer and slow down the sweep time. Therefore, the time required for stabilization is slowed by the conditions. Moreover, since the configuration of Patent Document 2 is a complicated control system using a lock-in amplifier, the measurement is limited.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバー内の偏光状態の揺らぎを打ち消し、プローブの感度を安定化して、電界強度または磁界強度の測定を確実に行うことができる計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a measurement that can reliably measure the electric field strength or magnetic field strength by canceling the fluctuation of the polarization state in the optical fiber and stabilizing the sensitivity of the probe. An object is to provide an apparatus.

上記の課題を解決するため、本発明の計測装置は、光源と、前記光源から射出された光の偏光状態を変換する偏光変換部と、前記偏光変換部から射出された光が導波される光ファイバーと、前記光ファイバーの一端に設けられた測定プローブと、前記測定プローブから射出された光が前記光ファイバーを介して入射する光量検出部と、前記光量検出部に入射する前記光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、を備え、前記測定プローブは、前記光ファイバーを介して導波される前記光を直線偏光に変換する偏光素子と、電気光学効果または磁気光学効果により屈折率が変化し前記偏光素子を介した光が入射する光学結晶と、前記光学結晶を透過した光を前記光ファイバーに向けて反射する反射部と、を有しており、前記偏光変換部は、前記偏光状態検出部によって検出された前記光の偏光状態に基づいて、前記光ファイバーに入射する光の偏光状態が、前記光ファイバー内で光が受ける偏光状態の変化を相殺する偏光状態となるように、前記光源から入射した光の偏光状態を変換することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the measurement apparatus of the present invention is directed to a light source, a polarization conversion unit that converts a polarization state of light emitted from the light source, and light emitted from the polarization conversion unit. An optical fiber, a measurement probe provided at one end of the optical fiber, a light amount detection unit in which light emitted from the measurement probe enters through the optical fiber, and a polarization state of the light incident on the light amount detection unit A polarization state detecting unit that converts the light guided through the optical fiber into linearly polarized light and a refractive index that changes due to an electro-optic effect or a magneto-optic effect. An optical crystal on which light through the polarizing element is incident, and a reflection unit that reflects the light transmitted through the optical crystal toward the optical fiber, and the polarization conversion unit includes: Based on the polarization state of the light detected by the light state detector, the polarization state of the light incident on the optical fiber is a polarization state that cancels a change in the polarization state received by the light in the optical fiber. The polarization state of light incident from a light source is converted.

また、本発明においては、前記光量検出部に入射する前記光の偏光状態を維持して一部を分離し、前記偏光状態検出部に導くビームスプリッターを有する構成とすることができる。   Further, in the present invention, a configuration may be adopted in which a beam splitter that maintains a polarization state of the light incident on the light amount detection unit and separates a part thereof and guides the light to the polarization state detection unit may be employed.

また、本発明においては、前記偏光変換部は、前記光が入射する電気光学結晶を有し、前記電気光学結晶への印加状態を制御することにより、前記光の偏光状態を制御する構成とすることができる。   In the present invention, the polarization conversion unit includes an electro-optic crystal on which the light is incident, and controls a polarization state of the light by controlling a state of application to the electro-optic crystal. be able to.

また、本発明においては、前記測定プローブは、前記偏光素子と前記光学結晶との間に、前記光学結晶を透過し,前記反射部に入射する光の偏光状態が円偏光となるように、前記偏光素子から入射した光に位相差を付与する位相差板を有する構成とすることができる。   Further, in the present invention, the measurement probe transmits the optical crystal between the polarizing element and the optical crystal so that the polarization state of the light incident on the reflecting portion is circularly polarized light. It can be set as the structure which has a phase difference plate which provides a phase difference to the light which injected from the polarizing element.

また、本発明においては、前記測定プローブとして、x軸方向の電界を測定する第1測定プローブと、y軸方向の電界を測定する第2測定プローブと、z軸方向の電界を測定する第3測定プローブと、を有し、前記第1測定プローブ、前記第2測定プローブ、前記第3測定プローブのそれぞれに、前記光ファイバーが設けられ、各々の光ファイバーに対して、前記偏光変換部から射出された光を切り替えて射出する光スイッチが設けられている構成とすることができる。   In the present invention, as the measurement probe, a first measurement probe that measures an electric field in the x-axis direction, a second measurement probe that measures an electric field in the y-axis direction, and a third measurement that measures an electric field in the z-axis direction. Each of the first measurement probe, the second measurement probe, and the third measurement probe is provided with the optical fiber, and the optical fiber is emitted from the polarization conversion unit to each optical fiber. It can be set as the structure provided with the optical switch which switches and inject | emits light.

本発明に係る計測装置においては、光ファイバー内を伝わる光に生じる偏光状態の変化を、光ファイバーから射出される光の偏光状態から検知し、該変化を相殺するようにプローブへの入射光を変換するため、プローブの感度を安定化し確実な測定を行うことができる計測装置を提供することができる。   In the measuring apparatus according to the present invention, a change in the polarization state generated in the light transmitted through the optical fiber is detected from the polarization state of the light emitted from the optical fiber, and the incident light to the probe is converted so as to cancel the change. Therefore, it is possible to provide a measuring apparatus that can stabilize the sensitivity of the probe and perform reliable measurement.

本発明の第1実施形態に係る計測装置の構成図である。It is a lineblock diagram of the measuring device concerning a 1st embodiment of the present invention. 第1実施形態の計測装置におけるプローブを示す概略図である。It is the schematic which shows the probe in the measuring apparatus of 1st Embodiment. ファイバー効果による偏光の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the polarization by the fiber effect. 本発明の第1実施形態に係る計測装置の変形例を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing the modification of the measuring device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る計測装置の構成図である。It is a block diagram of the measuring device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 計測装置の従来例を示した構成図である。It is the block diagram which showed the prior art example of the measuring device.

[第1実施形態]
以下、図1〜図3を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る計測装置1について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
[First Embodiment]
Hereinafter, the measurement apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.

図1は、本実施形態に係る電気光学結晶を有するプローブを備えた計測装置1の構成図である。計測装置1は、安定な直線偏光の光信号を発生するレーザー光源(光源)12と、偏光コントローラ(偏光変換部)13と、サーキュレータ14と、プローブ(測定プローブ)19と、ビームスプリッター110と、フォトディテクター(光量検出部)111と、偏光モニタ(偏光状態検出部)112と、制御信号処理部113と、を有している。   FIG. 1 is a configuration diagram of a measuring apparatus 1 including a probe having an electro-optic crystal according to the present embodiment. The measuring device 1 includes a laser light source (light source) 12 that generates a stable linearly polarized optical signal, a polarization controller (polarization converter) 13, a circulator 14, a probe (measurement probe) 19, a beam splitter 110, A photodetector (light quantity detection unit) 111, a polarization monitor (polarization state detection unit) 112, and a control signal processing unit 113 are included.

レーザー光源12から出射されたレーザー光は、偏光コントローラ13を通り偏光の状態を変移され、サーキュレータ14を通り光ファイバー11の先にあるプローブ19に向かう。   The laser light emitted from the laser light source 12 passes through the polarization controller 13, changes its polarization state, passes through the circulator 14, and travels toward the probe 19 at the tip of the optical fiber 11.

図2は、プローブ19を示す概略図である。図に示すように、プローブ19は、偏光子(偏光素子)15、位相差板16、EO結晶17、高反射率を持つ誘電体多層膜からなる反射ミラー18を有している。   FIG. 2 is a schematic view showing the probe 19. As shown in the drawing, the probe 19 has a polarizer (polarizing element) 15, a phase difference plate 16, an EO crystal 17, and a reflection mirror 18 made of a dielectric multilayer film having a high reflectance.

位相差板16は、例えばλ/4板であり、入射する直線偏光を円偏光に変換する機能を有している。また、EO結晶17としては、EO効果(ポッケルス効果)の大きいPZT、PZLT、DAST、BSO、LTO結晶を好適に用いることができる。   The retardation plate 16 is a λ / 4 plate, for example, and has a function of converting incident linearly polarized light into circularly polarized light. As the EO crystal 17, PZT, PZLT, DAST, BSO, and LTO crystals having a large EO effect (Pockels effect) can be suitably used.

ここで、偏光子15の透過光軸、位相差板16、EO結晶17の速軸、遅軸は、それぞれ図に示す様な状態に合わせられている。すなわち、位相差板16、EO結晶17の速軸および遅軸は、それぞれ同方向に向いていると共に、偏光子15の透過光軸がこれら速軸、遅軸と交差するように配置されている。   Here, the transmission optical axis of the polarizer 15, the phase difference plate 16, and the fast axis and slow axis of the EO crystal 17 are respectively adjusted to the states shown in the figure. That is, the fast axis and the slow axis of the phase difference plate 16 and the EO crystal 17 are oriented in the same direction, respectively, and the transmission optical axis of the polarizer 15 is arranged so as to intersect the fast axis and the slow axis. .

このような構成のプローブ19では、入射するレーザー光(図中(a))は、まず偏光子15で直線偏光を取り出された上で(図中(b))、位相差板16を透過することにより、直線偏光が円偏光の光に変換される(図中(c))。この円偏光は、測定箇所における電界の影響により屈折率が変化したEO結晶17に入射され、偏光状態の変化を受ける。   In the probe 19 having such a configuration, incident laser light ((a) in the figure) is first extracted from the linearly polarized light by the polarizer 15 ((b) in the figure) and then transmitted through the phase difference plate 16. Thus, linearly polarized light is converted into circularly polarized light ((c) in the figure). This circularly polarized light is incident on the EO crystal 17 whose refractive index has changed due to the influence of the electric field at the measurement location, and undergoes a change in polarization state.

反射ミラー18で反射しEO結晶17から射出された光は、EO結晶17に入射する前とは異なる楕円偏光の光となって位相差板16に入射する(図中(d))。楕円偏光の光であるため、位相差板16から射出された光も楕円偏光の光と変換され、偏光子15に入射する(図中(e))。偏光子15では、入射する楕円偏光の光のうち、透過光軸と同方向の直線偏光が取り出されて射出される(図中(f))。すなわち、EO結晶17が電界の影響により受ける屈折率の変化量に応じて、取り出される直線偏光の光の量が変化することになる。   The light reflected by the reflection mirror 18 and emitted from the EO crystal 17 enters the phase difference plate 16 as elliptically polarized light different from that before entering the EO crystal 17 ((d) in the figure). Since it is elliptically polarized light, the light emitted from the phase difference plate 16 is also converted into elliptically polarized light and enters the polarizer 15 ((e) in the figure). In the polarizer 15, linearly polarized light in the same direction as the transmitted optical axis is extracted from the incident elliptically polarized light and emitted ((f) in the figure). That is, the amount of linearly polarized light that is extracted changes according to the amount of change in the refractive index that the EO crystal 17 is affected by the influence of the electric field.

図1に戻って、プローブ19から射出された光は、光ファイバー11、サーキュレータ14を再び通り、ビームスプリッター110によって分離される。分離された光の一部分は、信号計測用のフォトディテクター111に向かい、残りは偏光モニタ112に向かう。   Returning to FIG. 1, the light emitted from the probe 19 passes through the optical fiber 11 and the circulator 14 again and is separated by the beam splitter 110. A part of the separated light is directed to the photodetector 111 for signal measurement, and the rest is directed to the polarization monitor 112.

偏光モニタ112では、光の偏光状態を読み取り、制御信号処理部113では、読み取った偏光状態に基づいて、直線偏光を読み取った偏光状態に変化させる変換の逆変換を求め、当該逆変換を直線偏光に適用したときの偏光状態を計算する。そして、制御信号処理部113は、偏光コントローラ13から射出された光が、当該逆変換を直線偏光に適用したときの偏光状態になるように偏光コントローラ13を調整する。この制御を加えることにより、光ファイバー11で生じた偏光状態の揺らぎを打ち消すことができる。   The polarization monitor 112 reads the polarization state of the light, and the control signal processing unit 113 obtains the inverse conversion of the conversion for changing the linearly polarized light to the read polarization state based on the read polarization state, and the inverse conversion is converted to the linearly polarized light. Calculate the polarization state when applied to. Then, the control signal processing unit 113 adjusts the polarization controller 13 so that the light emitted from the polarization controller 13 is in a polarization state when the inverse transformation is applied to linearly polarized light. By applying this control, it is possible to cancel the fluctuation of the polarization state generated in the optical fiber 11.

図3は、制御信号処理部113の計算に基づいて偏光コントローラ13に加えた調整により、光ファイバー11に生じる偏光状態の揺らぎを打ち消すことができる仕組みを説明する説明図である。   FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a mechanism that can cancel the fluctuation of the polarization state generated in the optical fiber 11 by adjustment applied to the polarization controller 13 based on the calculation of the control signal processing unit 113.

光ファイバー11を通って生じる偏光状態の変化量ΔΦは、光の進む向きによらず同じである。そのため、本実施形態のプローブ19の場合は、光ファイバー11の出口の偏光状態(レーザー光Lbの偏光状態)を計測することで、光ファイバー11の入り口から直線偏光で入った光が偏光子15の手前までで受けた偏光状態の変化(レーザー光Laが受ける偏光状態の変化)を知ることができる。   The amount of change ΔΦ in the polarization state that occurs through the optical fiber 11 is the same regardless of the light traveling direction. For this reason, in the case of the probe 19 of the present embodiment, the polarization state at the exit of the optical fiber 11 (the polarization state of the laser light Lb) is measured, so that light that is linearly polarized from the entrance of the optical fiber 11 is in front of the polarizer 15. It is possible to know the change in polarization state (change in polarization state received by the laser beam La).

プローブ19から射出される光は、偏光子15を介していることから直線偏光となっている。そのため、偏光モニタ112において検出される光の偏光状態の楕円度と偏光軸をモニタリングすることにより、光ファイバー11を透過する直線偏光が受けた偏光状態の変化をモニタすることができる。この偏光状態の変化は、光ファイバー11の曲がり、熱膨張、不均一性等の要因によるものである。   The light emitted from the probe 19 is linearly polarized because it passes through the polarizer 15. Therefore, by monitoring the ellipticity and polarization axis of the polarization state of the light detected by the polarization monitor 112, the change in the polarization state received by the linearly polarized light transmitted through the optical fiber 11 can be monitored. This change in polarization state is due to factors such as bending, thermal expansion, and non-uniformity of the optical fiber 11.

したがって、偏光状態の変化を知ることができれば、その逆変換をもともとの直線偏光に与えておくことにより、偏光子15の手前でちょうど直線偏光になるように保つことができる。   Therefore, if the change in the polarization state can be known, it is possible to keep the linearly polarized light just before the polarizer 15 by giving the inverse transformation to the original linearly polarized light.

ある光の偏光状態は、球面上の一点が対応する偏光状態を表すポアンカレ球で一意に表現することができる。また、偏光状態をJonesベクトルで表すと、ある偏光状態から別の偏光状態へ変化したときの状態遷移を、行列式を用いて表すことができる。すなわち、制御信号処理部113にて、光ファイバー11通過により受ける状態変化の情報を得ることができ、当該情報から光ファイバー11から受ける変化に対応した行列の情報を得ることができる。   The polarization state of a certain light can be uniquely expressed by a Poincare sphere in which one point on the spherical surface corresponds to the polarization state. In addition, when the polarization state is represented by a Jones vector, a state transition when changing from one polarization state to another polarization state can be represented using a determinant. That is, the control signal processing unit 113 can obtain information on the state change received by passing through the optical fiber 11, and information on a matrix corresponding to the change received from the optical fiber 11 can be obtained from the information.

制御信号処理部113では、光ファイバー11から受ける変化に対応した行列の逆変換を行い、その逆変換によって得られた新たな行列に相当する偏光調整の情報を偏光コントローラ13に送ることにより、光ファイバー11に入射する光の偏光状態を変換する。   The control signal processing unit 113 performs inverse transformation of the matrix corresponding to the change received from the optical fiber 11, and sends the polarization adjustment information corresponding to the new matrix obtained by the inverse transformation to the polarization controller 13. The polarization state of the light incident on is converted.

偏光コントローラ13は、1/2波長板、1/4波長板を有することにより、入射するレーザー光を自由な偏光状態の偏光に変化することができる。また、これらの波長板に代わりに、ファイバクランク、ファイバコイル、ファラデー回転子、電気光学結晶などを利用することもできる。特に電気光学結晶を用いて偏光状態を制御すると、電気的な制御で偏光状態を変換することができるため、機械的な制御と異なり、GHz以上の速い応答速度で偏光の変換が可能であり好ましい。   Since the polarization controller 13 has a half-wave plate and a quarter-wave plate, the incident laser light can be changed to a polarized light in a free polarization state. Further, in place of these wave plates, a fiber crank, a fiber coil, a Faraday rotator, an electro-optic crystal, or the like can be used. In particular, when the polarization state is controlled using an electro-optic crystal, the polarization state can be converted by electrical control. Therefore, unlike mechanical control, polarization can be converted at a fast response speed of GHz or higher, which is preferable. .

偏光コントローラ13で変換された光は、光ファイバー11の中を透過する際に前述と同じ変換を受け、偏光子15の手前でちょうど直線偏光となる。したがって、プローブ19には一定の光量の光を入射することができ、測定感度を安定させることができる。   The light converted by the polarization controller 13 undergoes the same conversion as described above when passing through the optical fiber 11 and becomes just linearly polarized light before the polarizer 15. Therefore, a fixed amount of light can be incident on the probe 19 and the measurement sensitivity can be stabilized.

このような制御システムでは、光量を測定する信号計測系と、偏光状態を制御する制御系と、はほとんど独立しており、従来のシステムに大きな変更を加えることなく付加することができる。そのため、容易に信頼性の高い制御システムとすることができる。   In such a control system, the signal measurement system for measuring the amount of light and the control system for controlling the polarization state are almost independent, and can be added without significant changes to the conventional system. Therefore, a highly reliable control system can be easily obtained.

以上のような構成の計測装置1によれば、光ファイバー内の偏光状態の揺らぎを打ち消し、プローブの感度を安定化して、電界強度の測定を確実に行うことができる。   According to the measuring apparatus 1 configured as described above, it is possible to cancel the fluctuation of the polarization state in the optical fiber, stabilize the sensitivity of the probe, and reliably measure the electric field strength.

なお、本実施形態の計測装置1では、プローブ19内に位相差板16を有する構成とし、EO結晶17による影響を検出しやすくしているが、この構成に限らない。位相差板16が無い構成の場合、EO結晶17に入射する光は直線偏光であり、EO結晶17を透過することにより楕円偏光へ変換される。このような楕円偏光は、プローブ19から射出されるときに一部が偏光子15で遮られ、射出される光量が変化する。したがって、上述の構成と同様にフォトディテクター111で光量の変化を計測し、目的とする計測装置とすることができる。   In the measurement apparatus 1 of the present embodiment, the phase difference plate 16 is provided in the probe 19 and the influence of the EO crystal 17 is easily detected. However, the configuration is not limited thereto. In the configuration without the phase difference plate 16, the light incident on the EO crystal 17 is linearly polarized light and is converted into elliptically polarized light by passing through the EO crystal 17. Such elliptically polarized light is partially blocked by the polarizer 15 when emitted from the probe 19, and the amount of emitted light changes. Therefore, similarly to the above-described configuration, the change in the amount of light can be measured by the photodetector 111, and the target measuring device can be obtained.

また、本実施形態では、ビームスプリッター110によって一部の光を分離して偏光モニタ112に導き、偏光状態を検出する構成であることとしたが、これに限らず、例えばフォトディテクター111が、偏光状態検出部としての機能も有し、自身に入射する光の光量と同時に偏光状態も検出可能な構成のものを用いることとしても良い。   Further, in the present embodiment, the configuration is such that a part of light is separated by the beam splitter 110 and guided to the polarization monitor 112 to detect the polarization state. However, the present invention is not limited to this. A device having a function as a state detection unit and capable of detecting the polarization state simultaneously with the amount of light incident on itself may be used.

[第2実施形態]
図4は、本発明の第2実施形態に係る計測装置の説明図である。本実施形態の計測装置は、第1実施形態の計測装置1と一部共通している。異なるのは、EO結晶17を有するプローブ19の代わりに、MO結晶を有するプローブを用いることである。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is an explanatory diagram of a measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The measurement device of this embodiment is partially in common with the measurement device 1 of the first embodiment. The difference is that instead of the probe 19 having the EO crystal 17, a probe having an MO crystal is used.

図4は、計測装置が有するプローブ49の構成図である。プローブ49は、偏光子41、MO結晶42、反射ミラー43を有している。MO結晶42としては、MO効果(ファラデー効果)の大きなYIGやBi置換型YIGなどのガーネット結晶を好適に用いることができる。   FIG. 4 is a configuration diagram of the probe 49 included in the measurement apparatus. The probe 49 includes a polarizer 41, an MO crystal 42, and a reflection mirror 43. As the MO crystal 42, a garnet crystal such as YIG or Bi-substituted YIG having a large MO effect (Faraday effect) can be preferably used.

第1実施形態の計測装置1のプローブ19を、このようなプローブ49に取り替えることにより、安定した感度で磁界の計測が可能な計測装置を構成することができる。   By replacing the probe 19 of the measurement apparatus 1 of the first embodiment with such a probe 49, a measurement apparatus capable of measuring a magnetic field with stable sensitivity can be configured.

[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態に係る計測装置の説明図である。図に示すように、本実施形態の計測装置5は、第1実施形態の計測装置1と一部共通している。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is an explanatory diagram of a measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the measuring device 5 of the present embodiment is partially in common with the measuring device 1 of the first embodiment.

計測装置5では、3軸の電界を測定可能とするため、光サーキュレータ14の直後に光スイッチ55を配置し、その先に光ファイバー51を介して、互いに直交するx軸方向、y軸方向、z軸方向のそれぞれの電界を計測できるx軸方向計測用プローブ(第1測定プローブ)59x、y軸方向計測用プローブ(第2測定プローブ)59y、z軸方向計測用プローブ(第3測定プローブ)59zが接続されている。   In the measuring device 5, in order to be able to measure a triaxial electric field, an optical switch 55 is disposed immediately after the optical circulator 14, and an x-axis direction, a y-axis direction, and a z-axis that are orthogonal to each other via an optical fiber 51 beyond that. X-axis direction measurement probe (first measurement probe) 59x, y-axis direction measurement probe (second measurement probe) 59y, z-axis direction measurement probe (third measurement probe) 59z capable of measuring respective electric fields in the axial direction. Is connected.

このような構成により、光スイッチで切り替えて導波されている光ファイバー51で生じる偏光揺らぎの影響を打ち消すことができ、測定感度を安定させて3軸の電界を測定することができる計測装置とすることができる。   With such a configuration, it is possible to cancel the influence of the polarization fluctuation generated in the optical fiber 51 that is guided by being switched by the optical switch, to stabilize the measurement sensitivity, and to measure the triaxial electric field. be able to.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

1,5,6, 計測装置
11,51,61 光ファイバー
12,62, レーザー光源(光源)
13,63, 偏光コントローラ(偏光変換部)
14,64, サーキュレータ
15,41,65 偏光子(偏光素子)
16,66 位相差板
17,67 EO結晶(光学結晶)
18,43,68 反射ミラー(反射部)
19,49,69 プローブ(測定プローブ)
42 MO結晶(光学結晶)
55 光スイッチ
59x x軸方向計測用プローブ(第1測定プローブ)
59y y軸方向計測用プローブ(第2測定プローブ)
59z z軸方向計測用プローブ(第3測定プローブ)
111,610 フォトディテクター(光量検出部)
110 ビームスプリッター
112 偏光モニタ(偏光状態検出)
113 制御信号処理部
1, 5, 6, Measuring device 11, 51, 61 Optical fiber 12, 62, Laser light source (light source)
13, 63, Polarization controller (polarization converter)
14, 64, Circulator 15, 41, 65 Polarizer (polarizing element)
16, 66 Phase difference plate 17, 67 EO crystal (optical crystal)
18, 43, 68 Reflection mirror (reflection part)
19, 49, 69 Probe (measurement probe)
42 MO crystal (optical crystal)
55 Optical switch 59x x-axis direction measurement probe (first measurement probe)
59y Y-axis direction measurement probe (second measurement probe)
59z z-axis direction measurement probe (third measurement probe)
111,610 Photodetector (light intensity detector)
110 Beam splitter 112 Polarization monitor (polarization state detection)
113 Control signal processor

Claims (5)

光源と、
前記光源から射出された光の偏光状態を変換する偏光変換部と、
前記偏光変換部から射出された光が導波される光ファイバーと、
前記光ファイバーの一端に設けられた測定プローブと、
前記測定プローブから射出された光が前記光ファイバーを介して入射する光量検出部と、
前記光量検出部に入射する前記光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、を備え、
前記測定プローブは、前記光ファイバーを介して導波される前記光を直線偏光に変換する偏光素子と、電気光学効果または磁気光学効果により屈折率が変化し前記偏光素子を介した光が入射する光学結晶と、前記光学結晶を透過した光を前記光ファイバーに向けて反射する反射部と、を有しており、
前記偏光変換部は、前記偏光状態検出部によって検出された前記光の偏光状態に基づいて、前記光ファイバーに入射する光の偏光状態が、前記光ファイバー内で光が受ける偏光状態の変化を相殺する偏光状態となるように、前記光源から入射した光の偏光状態を変換することを特徴とする計測装置。
A light source;
A polarization converter that converts the polarization state of the light emitted from the light source;
An optical fiber through which light emitted from the polarization converter is guided;
A measurement probe provided at one end of the optical fiber;
A light amount detection unit on which light emitted from the measurement probe enters through the optical fiber;
A polarization state detection unit that detects a polarization state of the light incident on the light amount detection unit,
The measurement probe includes a polarizing element that converts the light guided through the optical fiber into linearly polarized light, and an optical device in which the refractive index changes due to an electro-optic effect or a magneto-optic effect and light that enters the polarizing element enters. A crystal, and a reflection part that reflects the light transmitted through the optical crystal toward the optical fiber,
The polarization conversion unit is a polarization in which a polarization state of light incident on the optical fiber cancels a change in polarization state received by the light in the optical fiber based on the polarization state of the light detected by the polarization state detection unit. A measuring apparatus that converts a polarization state of light incident from the light source so as to be in a state.
前記光量検出部に入射する前記光の偏光状態を維持して一部を分離し、前記偏光状態検出部に導くビームスプリッターを有することを特徴とする請求項1に記載の計測装置。   The measuring apparatus according to claim 1, further comprising a beam splitter that maintains a polarization state of the light incident on the light amount detection unit, separates a part thereof, and guides the light to the polarization state detection unit. 前記偏光変換部は、前記光が入射する電気光学結晶を有し、前記電気光学結晶への印加状態を制御することにより、前記光の偏光状態を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の計測装置。   The polarization conversion unit includes an electro-optic crystal on which the light is incident, and controls a polarization state of the light by controlling a state of application to the electro-optic crystal. The measuring device described in 1. 前記測定プローブは、前記偏光素子と前記光学結晶との間に、前記光学結晶を透過し,前記反射部に入射する光の偏光状態が円偏光となるように、前記偏光素子から入射した光に位相差を付与する位相差板を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の計測装置。   The measurement probe transmits light through the optical crystal between the polarizing element and the optical crystal, and reflects light incident from the polarizing element so that the polarization state of the light incident on the reflecting portion is circularly polarized light. The measuring apparatus according to claim 1, further comprising a phase difference plate that imparts a phase difference. 前記測定プローブとして、x軸方向の電界を測定する第1測定プローブと、y軸方向の電界を測定する第2測定プローブと、z軸方向の電界を測定する第3測定プローブと、を有し、
前記第1測定プローブ、前記第2測定プローブ、前記第3測定プローブのそれぞれに、前記光ファイバーが設けられ、
各々の光ファイバーに対して、前記偏光変換部から射出された光を切り替えて射出する光スイッチが設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の計測装置。
The measurement probe includes a first measurement probe that measures an electric field in the x-axis direction, a second measurement probe that measures an electric field in the y-axis direction, and a third measurement probe that measures an electric field in the z-axis direction. ,
The optical fiber is provided in each of the first measurement probe, the second measurement probe, and the third measurement probe,
5. The measuring device according to claim 1, wherein an optical switch that switches and emits light emitted from the polarization conversion unit is provided for each optical fiber. 6.
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