JP2023158963A - Interference type optical magnetic field sensor device - Google Patents

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光教 宮本
Mitsunori Miyamoto
聡 須江
Satoshi Sue
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

To provide an interference type optical magnetic field sensor device that can suppress distortion of a waveform of an electric signal indicative of a magnetic field to be detected.SOLUTION: An interference type magnetic field sensor device 1 has: a first magnetic field sensor element 50A and a second magnetic field sensor element 50B upon which first linear polarization and second linear polarization are incident, and which cause the first linear polarization and the second linear polarization to be changed in accordance with a magnetic field to be applied, and emit third linear polarization and fourth linear polarization; and an optical path unit 40 that has a first optical path propagating the first linear polarization and the fourth linear polarization, and a second optical path propagating the second linear polarization and the third linear polarization, and a branch coupler demultiplexing each of the first linear polarization and the second linear polarization to emit the first linear polarization and the second linear polarization to the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element, multiplexing each of the third linear polarization and the fourth linear polarization incident respectively from the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element to emit the multiplexed third linear polarization to the second optical path, and emit the multiplexed fourth linear polarization to the first optical path.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、干渉型光磁界センサ装置に関する。 The present invention relates to an interferometric optical magnetic field sensor device.

光ファイバ先端にファラデー回転子を設けた磁界センサ素子を使用し、磁界センサ素子を透過した光を光電変換してファラデー回転子に印加される磁界に応じた検出信号を生成する干渉型光磁界センサ装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載される干渉型光磁界センサ装置(以下、センサ装置とも称する)は、被測定導体を間に挟んで所定の磁界内に配置可能な一対の磁界センサ素子を使用して磁界を検出することで、検出される磁界の測定値への外部磁界の影響を抑制することできる。 An interferometric optical magnetic field sensor that uses a magnetic field sensor element with a Faraday rotator installed at the tip of an optical fiber, and photoelectrically converts the light that passes through the magnetic field sensor element to generate a detection signal according to the magnetic field applied to the Faraday rotator. Devices are known (see, for example, Patent Document 1). The interferometric optical magnetic field sensor device (hereinafter also referred to as the sensor device) described in Patent Document 1 uses a pair of magnetic field sensor elements that can be placed within a predetermined magnetic field with a conductor to be measured in between. By detecting it, it is possible to suppress the influence of the external magnetic field on the measured value of the detected magnetic field.

特開2021-025794号公報Japanese Patent Application Publication No. 2021-025794

しかしながら、特許文献1に記載されるセンサ装置では、第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1は、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bの間を接続するPANDAファイバを介して順次入射する。特許文献1に記載されるセンサ装置では、第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1がPANDAファイバを通過する時間が磁界検出の時間差となり磁界を示す電気信号の波形がゆがむおそれがある。PANDAファイバを通過する時間による磁界検出の時間差に起因する磁界を示す電気信号の波形のゆがみは、数MHz以上の高周波数帯で動作するときに検出誤差の要因となる。特にセンサファイバ長が長いほど低い周波数帯から検出誤差を生じる。 However, in the sensor device described in Patent Document 1, the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 are sequentially transmitted via a PANDA fiber connecting between the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B. incident. In the sensor device described in Patent Document 1, the time it takes for the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 to pass through the PANDA fiber causes a time difference in detecting the magnetic field, which may distort the waveform of the electric signal indicating the magnetic field. Distortion of the waveform of the electrical signal representing the magnetic field due to the time difference in magnetic field detection due to the time it takes to pass through the PANDA fiber becomes a cause of detection error when operating in a high frequency band of several MHz or higher. In particular, the longer the sensor fiber length, the more detection errors occur from low frequency bands.

本発明は、検出する磁界を示す電気信号の波形のゆがみを抑制可能な干渉型光磁界センサ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an interferometric optical magnetic field sensor device capable of suppressing waveform distortion of an electric signal indicating a detected magnetic field.

本発明に係る干渉型光磁界センサ装置は、第1直線偏波光を出射する発光部と、入射された第1直線偏波光に応じて第1直線偏光と第2直線偏光を出射し、入射された第3直線偏光及び第4直線偏光に応じて第2直線偏波光を出射する第1光学素子と、第1直線偏光及び第2直線偏光が入射され、印加される磁界に応じて第1直線偏光及び第2直線偏光を変化させて前記第3直線偏光及び第4直線偏光を出射する第1磁界センサ素子及び第2磁界センサ素子と、第1直線偏光及び第4直線偏光を伝搬する第1光路、第2直線偏光及び第3直線偏光を伝搬する第2光路、並びに第1直線偏光及び第2直線偏光のそれぞれを分波して第1磁界センサ素子及び第2磁界センサ素子に出射すると共に、第1磁界センサ素子及び第2磁界センサ素子のそれぞれから入射する第3直線偏光及び第4直線偏光のそれぞれを合波して、合波した第3直線偏光を第2光路に出射すると共に、合波した第4直線偏光を第1光路に出射する分岐カプラとを有する光路部と、第2直線偏波光の2成分を受光して電気信号に変換することで、磁界に応じた検出信号を出力する検出信号発生部と、第1直線偏波光を第1光学素子へ透過させ、第2直線偏波光を検出信号発生部へ分岐する光分岐部とを有する。 The interferometric optical magnetic field sensor device according to the present invention includes a light emitting section that emits first linearly polarized light, and a light emitting section that emits first linearly polarized light and second linearly polarized light according to the incident first linearly polarized light. a first optical element that emits second linearly polarized light according to the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light; a first magnetic field sensor element and a second magnetic field sensor element that emit the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light by changing the polarized light and the second linearly polarized light; and a first magnetic field sensor element that propagates the first linearly polarized light and the fourth linearly polarized light. an optical path, a second optical path for propagating the second linearly polarized light and the third linearly polarized light, and branching each of the first linearly polarized light and the second linearly polarized light and emitting them to the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element; , combining the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light incident from each of the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element, and outputting the combined third linearly polarized light to the second optical path, A detection signal corresponding to the magnetic field is generated by receiving two components of the second linearly polarized light and converting them into electrical signals. It has a detection signal generation section that outputs the detection signal, and an optical branching section that transmits the first linearly polarized light to the first optical element and branches the second linearly polarized light to the detection signal generation section.

また、本発明に係る干渉型光磁界センサ装置は、被測定導体の周りを囲むように配置され、第1磁界センサ素子及び第2磁界センサ素子を保持するヨークを更に有することが好ましい。 Further, it is preferable that the interferometric optical magnetic field sensor device according to the present invention further includes a yoke that is arranged to surround the conductor to be measured and holds the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element.

また、本発明に係る干渉型光磁界センサ装置は、分岐カプラと第1磁界センサ素子とを光学的に接続する第1偏波保持ファイバと、分岐カプラと第2磁界センサ素子とを光学的に接続する第2偏波保持ファイバと、を更に有し、第1偏波保持ファイバ及び第2偏波保持ファイバの長さは、互いに等しいことが好ましい。 Further, the interferometric optical magnetic field sensor device according to the present invention includes a first polarization maintaining fiber that optically connects the branch coupler and the first magnetic field sensor element, and a first polarization maintaining fiber that optically connects the branch coupler and the second magnetic field sensor element. It is preferable that the first polarization maintaining fiber and the second polarization maintaining fiber have the same length.

また、本発明に係る干渉型光磁界センサ装置では、第2偏波保持ファイバは、第1直線偏光、第2直線偏光、第3直線偏光及び第4直線偏光のそれぞれの偏光面を90°回転させることが好ましい。 Further, in the interferometric optical magnetic field sensor device according to the present invention, the second polarization maintaining fiber rotates each polarization plane of the first linearly polarized light, the second linearly polarized light, the third linearly polarized light, and the fourth linearly polarized light by 90 degrees. It is preferable to let

また、本発明に係る干渉型光磁界センサ装置では、第2偏波保持ファイバは、遅相軸及び進相軸を90°回転させて融着された一対の偏波保持ファイバにより形成されることが好ましい。 Further, in the interferometric optical magnetic field sensor device according to the present invention, the second polarization-maintaining fiber is formed by a pair of polarization-maintaining fibers that are fused with the slow axis and the fast axis rotated by 90 degrees. is preferred.

本発明に係る干渉型光磁界センサ装置は、検出する磁界を示す電気信号の波形のゆがみを抑制することができる。 The interferometric optical magnetic field sensor device according to the present invention can suppress distortion of the waveform of an electric signal indicating a detected magnetic field.

実施形態に係るセンサ装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a sensor device according to an embodiment. 図1に示す第1磁界センサ素子及び第2磁界センサ素子の模式図である。2 is a schematic diagram of a first magnetic field sensor element and a second magnetic field sensor element shown in FIG. 1. FIG. 図1において矢印Aで示される部分の部分拡大平面図である。FIG. 2 is a partially enlarged plan view of the portion indicated by arrow A in FIG. 1. FIG. 図1に示す第1受光素子、第2受光素子及び信号処理回路の回路図である。2 is a circuit diagram of a first light receiving element, a second light receiving element, and a signal processing circuit shown in FIG. 1. FIG. 図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図(その1)である。FIG. 2 is a diagram (part 1) for explaining the operation of the sensor device shown in FIG. 1; 図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図(その2)である。FIG. 2 is a diagram (part 2) for explaining the operation of the sensor device shown in FIG. 1; (a)は図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図(その3)であり、(b)は図1に示すセンサ装置の動作を説明するための図(その4)である。(a) is a diagram (part 3) for explaining the operation of the sensor device shown in FIG. 1, and (b) is a diagram (part 4) for explaining the operation of the sensor device shown in FIG. 1. (a)は比較例に係るセンサ装置のPBSと磁界センサとの接続関係を示す図であり、(b)は(a)に示す磁界センサ素子のそれぞれにおいて検出された磁界を示す電気信号が出力されるタイミングを示す図である。(a) is a diagram showing the connection relationship between the PBS and the magnetic field sensor of the sensor device according to the comparative example, and (b) is a diagram showing the output of an electric signal indicating the magnetic field detected in each of the magnetic field sensor elements shown in (a). FIG.

以下、図面を参照して、干渉型光磁界センサ装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 The interferometric optical magnetic field sensor device will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

図1は、センサ装置1のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of the sensor device 1. As shown in FIG.

センサ装置1は、干渉型光磁界センサ装置の一例であり、発光部10と、サーキュレータ20と、1/2波長板30と、光路部40とを有する。センサ装置1は、第1磁界センサ素子50Aと、第2磁界センサ素子50Bと、第1偏波保持ファイバ51と、第2偏波保持ファイバ52と、ヨーク53と、検出信号発生部60とを更に有する。発光部10、サーキュレータ20、1/2波長板30、光路部40及び検出信号発生部60の間の光路は、PANDA(Polarization-maintaining AND Absorption-reducing)ファイバによって形成される。なお、1/2波長板30、光路部40、及び検出信号発生部60の間の光路は、ボウタイ(Bow-tie)ファイバ又は楕円ジャケット(Elliptical Jacket)ファイバ等の偏波保持ファイバによって形成してもよい。 The sensor device 1 is an example of an interferometric optical magnetic field sensor device, and includes a light emitting section 10, a circulator 20, a 1/2 wavelength plate 30, and an optical path section 40. The sensor device 1 includes a first magnetic field sensor element 50A, a second magnetic field sensor element 50B, a first polarization maintaining fiber 51, a second polarization maintaining fiber 52, a yoke 53, and a detection signal generating section 60. Furthermore, it has The optical path between the light emitting section 10, the circulator 20, the half-wave plate 30, the optical path section 40, and the detection signal generating section 60 is formed by a PANDA (Polarization-maintaining AND Absorption-reducing) fiber. Note that the optical path between the 1/2 wavelength plate 30, the optical path section 40, and the detection signal generation section 60 is formed by a polarization-maintaining fiber such as a bow-tie fiber or an elliptical jacket fiber. Good too.

発光部10は、発光素子11と、アイソレータ12と、偏光子13とを有する。発光素子11は、例えば半導体レーザ又は発光ダイオードであり、具体的には、ファブリペローレーザ、スーパールミネッセンスダイオード等であることが好ましい。アイソレータ12は、発光素子11が発した光をサーキュレータ20側に透過すると共に、サーキュレータ20から発光部10に入射した光を発光素子11側に透過しないことで発光素子11を保護する。アイソレータ12は、例えば偏光依存型光アイソレータであり、偏光無依存型光アイソレータであってもよい。偏光子13は、発光素子11が発した光を直線偏波光にするための光学素子であり、その種類は特に限定されない。偏光子13で得られる第1直線偏波光は、サーキュレータ20に入射される。 The light emitting unit 10 includes a light emitting element 11, an isolator 12, and a polarizer 13. The light emitting element 11 is, for example, a semiconductor laser or a light emitting diode, and specifically, preferably a Fabry-Perot laser, a superluminescence diode, or the like. The isolator 12 protects the light emitting element 11 by transmitting the light emitted by the light emitting element 11 to the circulator 20 side and not transmitting the light incident on the light emitting part 10 from the circulator 20 to the light emitting element 11 side. The isolator 12 is, for example, a polarization-dependent optical isolator, or may be a polarization-independent optical isolator. The polarizer 13 is an optical element for converting the light emitted by the light emitting element 11 into linearly polarized light, and its type is not particularly limited. The first linearly polarized light obtained by the polarizer 13 is input to the circulator 20 .

サーキュレータ20は、光分岐部の一例であり、発光部10から出射された第1直線偏波光を1/2波長板30に透過すると共に、1/2波長板30から出射された第2直線偏波光を検出信号発生部60に分岐する。サーキュレータ20は、例えばファラデー回転子、1/2波長板、偏光ビームスプリッタ又は反射ミラーによって形成される。 The circulator 20 is an example of a light branching section, and transmits the first linearly polarized light emitted from the light emitting section 10 to the 1/2 wavelength plate 30, and transmits the second linearly polarized light emitted from the 1/2 wavelength plate 30. The wave light is branched to a detection signal generating section 60. The circulator 20 is formed by, for example, a Faraday rotator, a half-wave plate, a polarizing beam splitter, or a reflecting mirror.

1/2波長板30は、第1光学素子の一例であり、サーキュレータ20から入射される第1直線偏波光の偏光面に対して方位角が22.5°になるように配置され、その第1直線偏波光の偏光面を45°回転して光路部40に出射する。1/2波長板30から出射される第1直線偏波光は、P偏光である第1直線偏光CW1と、第1直線偏光CW1に直交するS偏光である第2直線偏光CCW1とを有する。また、1/2波長板30は、光路部40から入射される第2直線偏波光の偏光面を45°回転してサーキュレータ20に出射する。 The 1/2 wavelength plate 30 is an example of a first optical element, and is arranged so that its azimuth angle is 22.5° with respect to the polarization plane of the first linearly polarized light incident from the circulator 20. The polarization plane of the one linearly polarized light is rotated by 45 degrees and output to the optical path section 40 . The first linearly polarized light emitted from the half-wave plate 30 has a first linearly polarized light CW1 that is P polarized light and a second linearly polarized light CCW1 that is S polarized light orthogonal to the first linearly polarized light CW1. Further, the half-wave plate 30 rotates the polarization plane of the second linearly polarized light incident from the optical path section 40 by 45 degrees and outputs the second linearly polarized light to the circulator 20 .

光路部40は、PBS(偏光ビームスプリッタ)41と、分岐カプラ42と、第1光路43と、第2光路44と、位相調整素子45とを有する。 The optical path section 40 includes a PBS (polarizing beam splitter) 41, a branching coupler 42, a first optical path 43, a second optical path 44, and a phase adjustment element 45.

PBS41は、1/2波長板30から入射される第1直線偏波光をP偏光成分とS偏光成分とに分離して、第1直線偏光CW1を第1光路43に、第2直線偏光CCW1を第2光路44にそれぞれ出射する。また、PBS41は、第3直線偏光CW2が第2光路44から、第4直線偏光CCW2が第1光路43からそれぞれ入射され、それらを合成して1/2波長板30に出射する。第3直線偏光CW2及び第4直線偏光CCW2は、1/2波長板30に出射される第2直線偏波光の互いに直交する偏光成分である。PBS41は、例えばプリズム型ビームスプリッタであるが、平面型ビームスプリッタ又はウェッジ型ビームスプリッタであってもよい。 The PBS 41 separates the first linearly polarized light incident from the 1/2 wavelength plate 30 into a P polarized light component and an S polarized light component, and sends the first linearly polarized light CW1 to the first optical path 43 and the second linearly polarized light CCW1 to the first optical path 43. The light is emitted to the second optical path 44, respectively. Further, the PBS 41 receives the third linearly polarized light CW2 from the second optical path 44 and the fourth linearly polarized light CCW2 from the first optical path 43, synthesizes them, and outputs them to the half-wave plate 30. The third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 are mutually orthogonal polarized components of the second linearly polarized light emitted to the half-wave plate 30. The PBS 41 is, for example, a prism beam splitter, but may also be a planar beam splitter or a wedge beam splitter.

分岐カプラ42は、偏光無依存特性を有する溶融型又はフィルタ型の光ファイバカプラであり、第1光路43、第2光路44、第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52に光学的に接続される。分岐カプラ42は、第1光路43から入射される第1直線偏光CW1及び第2光路44から入射される第2直線偏光CCW1のそれぞれを分波して、第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52のそれぞれに出射する。分岐カプラ42は、第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1のそれぞれを50:50の比率で分波する。分岐カプラ42によって分波された第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1の一方は、第1偏波保持ファイバ51を介して第1磁界センサ素子50Aに入射される。分岐カプラ42によって分波された第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1の他方は、第2偏波保持ファイバ52を介して第2磁界センサ素子50Bに入射される。 The branching coupler 42 is a fused type or filter type optical fiber coupler having polarization-independent characteristics, and connects the first optical path 43, the second optical path 44, the first polarization-maintaining fiber 51, and the second polarization-maintaining fiber 52 with optical fibers. connected. The branching coupler 42 splits the first linearly polarized light CW1 incident from the first optical path 43 and the second linearly polarized light CCW1 incident from the second optical path 44, and separates them into the first polarization maintaining fiber 51 and the second linearly polarized light CCW1. The light is emitted to each of the polarization maintaining fibers 52. The branch coupler 42 separates each of the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 at a ratio of 50:50. One of the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 separated by the branching coupler 42 is input to the first magnetic field sensor element 50A via the first polarization maintaining fiber 51. The other of the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 separated by the branching coupler 42 is input to the second magnetic field sensor element 50B via the second polarization maintaining fiber 52.

分岐カプラ42は、第1磁界センサ素子50Aから第1偏波保持ファイバ51を介して入射される第3直線偏光CW2と、第2磁界センサ素子50Bから第2偏波保持ファイバ52を介して入射される第3直線偏光CW2とを合波する。分岐カプラ42は、合波した第3直線偏光CW2を第2光路44に出射する。分岐カプラ42は、第1磁界センサ素子50Aから第1偏波保持ファイバ51を介して入射される第4直線偏光CCW2と、第2磁界センサ素子50Bから第2偏波保持ファイバ52を介して入射される及び第4直線偏光CCW2とを合波する。分岐カプラ42は、合波した第4直線偏光CCW2を第1光路43に出射する。 The branching coupler 42 receives the third linearly polarized light CW2 which is input from the first magnetic field sensor element 50A via the first polarization maintaining fiber 51, and the third linearly polarized light CW2 which is input from the second magnetic field sensor element 50B via the second polarization maintaining fiber 52. and the third linearly polarized light CW2. The branching coupler 42 outputs the combined third linearly polarized light CW2 to the second optical path 44. The branching coupler 42 receives the fourth linearly polarized light CCW2 which is input from the first magnetic field sensor element 50A via the first polarization maintaining fiber 51, and the fourth linearly polarized light CCW2 which is input from the second magnetic field sensor element 50B via the second polarization maintaining fiber 52. and the fourth linearly polarized light CCW2. The branching coupler 42 outputs the combined fourth linearly polarized light CCW2 to the first optical path 43.

第1光路43は、一端がPBS41に、他端が分岐カプラ42に光学的に接続されたPANDAファイバである。第1光路43は、PBS41から導入された第1直線偏光CW1を分岐カプラ42に導出すると共に、分岐カプラ42から導入された第4直線偏光CCW2をPBS41に導出する。第2光路44は、一端がPBS41に、他端が分岐カプラ42に光学的に接続されたPANDAファイバである。第2光路44は、PBS41から導入された第2直線偏光CCW1を分岐カプラ42に導出すると共に、分岐カプラ42から導入された第3直線偏光CW2をPBS41に導出する。分岐カプラ42間の光路もPANDAファイバである。なお、第1光路43、第2光路44及び分岐カプラ42間の光路は、ボウタイファイバ又は楕円ジャケットファイバ等の偏波保持ファイバであってもよい。 The first optical path 43 is a PANDA fiber optically connected to the PBS 41 at one end and the branch coupler 42 at the other end. The first optical path 43 guides the first linearly polarized light CW1 introduced from the PBS 41 to the branch coupler 42, and also guides the fourth linearly polarized light CCW2 introduced from the branch coupler 42 to the PBS 41. The second optical path 44 is a PANDA fiber optically connected to the PBS 41 at one end and the branch coupler 42 at the other end. The second optical path 44 guides the second linearly polarized light CCW1 introduced from the PBS 41 to the branch coupler 42, and also guides the third linearly polarized light CW2 introduced from the branch coupler 42 to the PBS 41. The optical path between branch couplers 42 is also a PANDA fiber. Note that the optical path between the first optical path 43, the second optical path 44, and the branching coupler 42 may be a polarization-maintaining fiber such as a bow-tie fiber or an elliptical jacket fiber.

位相調整素子45は、1/4波長板46,47と、45度ファラデー回転子48とを有する。位相調整素子45は、第2光学素子の一例であり、第2光路44に配置され、第3直線偏光CW2と第4直線偏光CCW2との位相差が90°になるように第2直線偏光CCW1及び第3直線偏光CW2の位相を調整する。1/4波長板46は、第2光路44を形成するPANDAファイバの遅相軸及び進相軸に対して光学軸が45°傾斜して配置され、直線偏光を円偏光に変換すると共に、円偏光を直線偏光に変換する。1/4波長板47は、第2光路44を形成するPANDAファイバの遅相軸及び進相軸に対して光学軸が-45°傾斜して配置され、円偏光を直線偏光に変換すると共に、直線偏光を円偏光に変換する。 The phase adjustment element 45 includes quarter-wave plates 46 and 47 and a 45-degree Faraday rotator 48. The phase adjustment element 45 is an example of a second optical element, and is arranged in the second optical path 44, and adjusts the second linearly polarized light CCW1 so that the phase difference between the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 becomes 90°. and adjust the phase of the third linearly polarized light CW2. The quarter-wave plate 46 is arranged so that its optical axis is inclined at 45 degrees with respect to the slow axis and the fast axis of the PANDA fiber forming the second optical path 44, and converts linearly polarized light into circularly polarized light. Convert polarized light to linearly polarized light. The quarter-wave plate 47 is arranged so that its optical axis is tilted by −45° with respect to the slow axis and fast axis of the PANDA fiber forming the second optical path 44, and converts circularly polarized light into linearly polarized light. Convert linearly polarized light to circularly polarized light.

45度ファラデー回転子48は、1/4波長板46,47の間に配置され、これらから入射される円偏光の位相を変化させる。45度ファラデー回転子48は、1/4波長板47から出射される第2直線偏光CCW1の位相が1/4波長板46に入射される第2直線偏光CCW1の位相から45°シフトするように、入射光の位相を変化させる。また、45度ファラデー回転子48は、1/4波長板46から出射される第3直線偏光CW2の位相が1/4波長板47に入射される第3直線偏光CW2の位相から-45°シフトするように、入射光の位相を変化させる。 The 45-degree Faraday rotator 48 is arranged between the quarter-wave plates 46 and 47, and changes the phase of the circularly polarized light incident thereon. The 45-degree Faraday rotator 48 is configured such that the phase of the second linearly polarized light CCW1 emitted from the quarter-wave plate 47 is shifted by 45 degrees from the phase of the second linearly polarized light CCW1 incident on the quarter-wave plate 46. , changes the phase of the incident light. In addition, the 45-degree Faraday rotator 48 shifts the phase of the third linearly polarized light CW2 emitted from the quarter-wave plate 46 by -45° from the phase of the third linearly polarized light CW2 incident on the quarter-wave plate 47. The phase of the incident light is changed so that

図2は、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bの模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram of the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B.

第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは、同一の構成を有する1対の素子であり、何れも1/4波長板54と、ファラデー回転子55と、ミラー素子56とを有する。 The first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B are a pair of elements having the same configuration, and both include a quarter wavelength plate 54, a Faraday rotator 55, and a mirror element 56.

第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは、被測定導体100を間に挟んで所定の磁界内に配置可能であり、互いに一定の間隔を空けて一体的に形成されている。第1磁界センサ素子50Aの第2磁界センサ素子50Bに対する相対位置は固定されており、測定時にセンサ装置1が移動した場合でも第1磁界センサ素子50Aと第2磁界センサ素子50B間との距離は不変である。第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは光透過性を有し、ファラデー回転子55に印加される磁界に応じて透過光の位相を変化させる。第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bの双方は、第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1が入射され、第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1が入射されることに応じて、第3直線偏光CW2及び第4直線偏光CCW2を出射する。 The first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B can be placed within a predetermined magnetic field with the conductor to be measured 100 therebetween, and are integrally formed with a constant interval between them. The relative position of the first magnetic field sensor element 50A to the second magnetic field sensor element 50B is fixed, and even if the sensor device 1 moves during measurement, the distance between the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B remains constant. Unchanging. The first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B have optical transparency and change the phase of transmitted light according to the magnetic field applied to the Faraday rotator 55. Both the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B receive the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1, and respond to the input of the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1. Then, the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 are emitted.

1/4波長板54は、分岐カプラ42又は分岐カプラ42との間を光学的に接続する第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52の遅相軸及び進相軸に対して光学軸が45°傾斜して配置される。1/4波長板54は、分岐カプラ42から入射される直線偏光を円偏光に変換すると共に、ファラデー回転子55から入射される戻り光である円偏光を直線偏光に変換する。 The 1/4 wavelength plate 54 is arranged with respect to the slow axis and the fast axis of the branching coupler 42 or the first polarization maintaining fiber 51 and the second polarization maintaining fiber 52 that optically connect the branching coupler 42. The optical axis is arranged at an angle of 45°. The quarter-wave plate 54 converts the linearly polarized light incident from the branching coupler 42 into circularly polarized light, and also converts the circularly polarized light, which is the return light incident from the Faraday rotator 55, into linearly polarized light.

ファラデー回転子55は、誘電体550と、誘電体550から安定的に相分離した状態で誘電体550中に分散しているナノオーダの磁性体粒子551とを有するグラニュラー膜であり、1/4波長板54の端面に配置される。磁性体粒子551は、例えば最表層等のごく一部では酸化物になっていてもよいが、ファラデー回転子55の全体では、バインダとなる誘電体と化合物を作らずに、単独で薄膜中に分散している。ファラデー回転子55内における磁性体粒子551の分布は、完全に一様でなくてもよく、多少偏っていてもよい。誘電体550として透明性が高いものを用いれば、誘電体550中に磁性体粒子551が光の波長よりも小さいサイズで存在することにより、ファラデー回転子55は光透過性を有する。 The Faraday rotator 55 is a granular film having a dielectric material 550 and nano-order magnetic particles 551 dispersed in the dielectric material 550 in a state of stable phase separation from the dielectric material 550. It is arranged on the end face of the plate 54. The magnetic particles 551 may be oxides in a small part, such as the outermost layer, but in the entire Faraday rotator 55, they can be formed into a thin film alone without forming a compound with a dielectric material that serves as a binder. Dispersed. The distribution of the magnetic particles 551 within the Faraday rotator 55 does not have to be completely uniform and may be somewhat biased. If a highly transparent dielectric material 550 is used, the Faraday rotator 55 has optical transparency because the magnetic particles 551 are present in the dielectric material 550 in a size smaller than the wavelength of light.

ファラデー回転子55は、単層のものに限らず、グラニュラー膜と誘電体膜とが交互に積層した多層膜であってもよい。グラニュラー膜を多層膜にすることで、グラニュラー膜内での多重反射によって、より大きなファラデー回転角が得られる。 The Faraday rotator 55 is not limited to a single layer, but may be a multilayer film in which granular films and dielectric films are alternately laminated. By making the granular film a multilayer film, a larger Faraday rotation angle can be obtained due to multiple reflections within the granular film.

誘電体550は、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化アルミニウム(AlF3)、フッ化イットリウム(YF3)等のフッ化物(金属フッ化物)が好ましい。また、誘電体550は、酸化タンタル(Ta25)、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、五酸化二ニオビウム(Nb25)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化ハフニウム(HfO2)及び三酸化二アルミニウム(Al23)等の酸化物であってもよい。誘電体550と磁性体粒子551との良好な相分離のためには、酸化物よりもフッ化物の方が好ましく、透過率が高いフッ化マグネシウムが特に好ましい。 The dielectric 550 is preferably a fluoride (metal fluoride) such as magnesium fluoride (MgF 2 ), aluminum fluoride (AlF 3 ), or yttrium fluoride (YF 3 ). Further, the dielectric material 550 is made of tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), silicon dioxide (SiO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), diniobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), or hafnium dioxide. (HfO 2 ) and dialuminum trioxide (Al 2 O 3 ). For good phase separation between the dielectric material 550 and the magnetic particles 551, fluoride is preferable to oxide, and magnesium fluoride, which has high transmittance, is particularly preferable.

磁性体粒子551の材質は、ファラデー効果を生じるものであればよく、特に限定されないが、材質としては、強磁性金属である鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)並びにこれらの合金が挙げられる。Fe、Co及びNiの合金としては、例えば、FeNi合金、FeCo合金、FeNiCo合金、NiCo合金が挙げられる。Fe、Co及びNiの単位長さ当たりのファラデー回転角は、従来のファラデー回転子に適用されている磁性ガーネットに比べて2~3桁近く大きい。なお、磁性体粒子551の材質は、磁性ガーネットやフェライトなどの従来からある透明磁性体を使用してもよい。 The material of the magnetic particles 551 is not particularly limited as long as it produces a Faraday effect, but examples include ferromagnetic metals such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and alloys thereof. can be mentioned. Examples of alloys of Fe, Co, and Ni include FeNi alloys, FeCo alloys, FeNiCo alloys, and NiCo alloys. The Faraday rotation angle per unit length of Fe, Co, and Ni is nearly two to three orders of magnitude larger than that of magnetic garnet used in conventional Faraday rotators. Note that the material of the magnetic particles 551 may be a conventional transparent magnetic material such as magnetic garnet or ferrite.

ミラー素子56は、ファラデー回転子55の1/4波長板54とは反対側の面に形成されており、ファラデー回転子55を透過した光をファラデー回転子55に向けて反射する。ミラー素子56としては、例えば、銀(Ag)膜、金(Au)膜、アルミニウム(Al)膜又は誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。特に、反射率の高いAg膜及び耐食性が高いAu膜が成膜上簡便で好ましい。ミラー素子56の厚さは、98%以上の十分な反射率を確保できる大きさであればよく、例えばAg膜の場合には、50nm以上かつ200nm以下であることが好ましい。ミラー素子56を用いてファラデー回転子55内で光を往復させることにより、ファラデー回転角を大きくすることができる。 The mirror element 56 is formed on the surface of the Faraday rotator 55 opposite to the 1/4 wavelength plate 54, and reflects the light transmitted through the Faraday rotator 55 toward the Faraday rotator 55. As the mirror element 56, for example, a silver (Ag) film, a gold (Au) film, an aluminum (Al) film, a dielectric multilayer mirror, or the like can be used. In particular, an Ag film with high reflectance and an Au film with high corrosion resistance are preferred because they are easy to form. The thickness of the mirror element 56 may be any size that can ensure a sufficient reflectance of 98% or more; for example, in the case of an Ag film, it is preferably 50 nm or more and 200 nm or less. By reciprocating light within the Faraday rotator 55 using the mirror element 56, the Faraday rotation angle can be increased.

第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52のそれぞれは、互いに同一の長さを有するPANDAファイバである。第1偏波保持ファイバ51は分岐カプラ42と第1磁界センサ素子50Aとの間を光学的に接続し、第2偏波保持ファイバ52は分岐カプラ42と第2磁界センサ素子50Bとの間を光学的に接続する。第1偏波保持ファイバ51は、単一のPANDAファイバで形成され、P偏光の直線偏光が導入されたとき、P偏光の直線偏光を導出し、S偏光の直線偏光が導入されたとき、S偏光の直線偏光を導出する。第2偏波保持ファイバ52は、融着点Pfにおいて遅相軸及び進相軸を90°回転させて融着された一対のPANDAファイバにより形成され、P偏光の直線偏光が導入されたとき、S偏光の直線偏光を導出し、S偏光の直線偏光が導入されたとき、P偏光の直線偏光を導出する。第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52のそれぞれは、ボウタイファイバ又は楕円ジャケットファイバ等の偏波保持ファイバによって形成してもよい。 Each of the first polarization maintaining fiber 51 and the second polarization maintaining fiber 52 is a PANDA fiber having the same length. The first polarization maintaining fiber 51 optically connects the branch coupler 42 and the first magnetic field sensor element 50A, and the second polarization maintaining fiber 52 connects the branch coupler 42 and the second magnetic field sensor element 50B. Connect optically. The first polarization maintaining fiber 51 is formed of a single PANDA fiber, and when P-polarized linearly polarized light is introduced, it derives P-polarized linearly polarized light, and when S-polarized linearly polarized light is introduced, S Derive the linear polarization of polarized light. The second polarization-maintaining fiber 52 is formed by a pair of PANDA fibers that are fused with the slow axis and fast axis rotated by 90 degrees at the fusion point Pf, and when P-polarized linearly polarized light is introduced, S-polarized linearly polarized light is derived, and when S-polarized linearly polarized light is introduced, P-polarized linearly polarized light is derived. Each of the first polarization-maintaining fiber 51 and the second polarization-maintaining fiber 52 may be formed of a polarization-maintaining fiber such as a bow-tie fiber or an elliptical jacket fiber.

第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52は、分岐カプラ42によって分波された第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1が導入される。第1偏波保持ファイバ51は、分岐カプラ42から導入された第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1を第1磁界センサ素子50Aに導出する。第2偏波保持ファイバ52は分岐カプラ42から導入された第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1の偏光面を、90°回転させて第2磁界センサ素子50Bに導出する。 The first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 separated by the branching coupler 42 are introduced into the first polarization maintaining fiber 51 and the second polarization maintaining fiber 52 . The first polarization maintaining fiber 51 guides the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 introduced from the branching coupler 42 to the first magnetic field sensor element 50A. The second polarization-maintaining fiber 52 rotates the polarization planes of the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 introduced from the branching coupler 42 by 90 degrees and outputs them to the second magnetic field sensor element 50B.

第1偏波保持ファイバ51は、第1磁界センサ素子50Aから導入された第3直線偏光CW2及び第4直線偏光CCW2を分岐カプラ42に導出する。第2偏波保持ファイバ52は、第2磁界センサ素子50Bから導入された第3直線偏光CW2及び第4直線偏光CCW2の偏光面を、90°回転させて分岐カプラ42に導出する。 The first polarization-maintaining fiber 51 guides the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 introduced from the first magnetic field sensor element 50A to the branching coupler 42. The second polarization-maintaining fiber 52 rotates the polarization planes of the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 introduced from the second magnetic field sensor element 50B by 90 degrees and outputs them to the branching coupler 42.

図3は、図1において矢印Aで示される部分の部分拡大平面図である。 FIG. 3 is a partially enlarged plan view of the portion indicated by arrow A in FIG.

ヨーク53は、第1ヨーク53A及び第2ヨーク53Bを有する。第1ヨーク53A及び第2ヨーク53Bは、比透磁率が1よりも大きな磁性体から成り、軟磁性粒子が樹脂などの絶縁体に分散したコンポジット材料を用いれば、渦電流の抑制効果によって高周波特性が良好となり好ましい。被測定導体100に電流が流れることにより生じる磁界により形成される磁気回路を第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bと共に形成する。 The yoke 53 includes a first yoke 53A and a second yoke 53B. The first yoke 53A and the second yoke 53B are made of a magnetic material with a relative magnetic permeability greater than 1, and if a composite material in which soft magnetic particles are dispersed in an insulator such as resin is used, high frequency characteristics can be improved due to the effect of suppressing eddy currents. is favorable, which is preferable. A magnetic circuit formed by a magnetic field generated by a current flowing through the conductor to be measured 100 is formed together with the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B.

第1ヨーク53Aは、第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52が埋入され、第2ヨーク53Bと共に第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bを挟持することで、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bを保持する。第2ヨーク53Bは、不図示の固定部材を介して第1ヨーク53Aに固定される。 The first yoke 53A has a first polarization maintaining fiber 51 and a second polarization maintaining fiber 52 embedded therein, and by sandwiching the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B together with the second yoke 53B, A first magnetic field sensor element 50A and a second magnetic field sensor element 50B are held. The second yoke 53B is fixed to the first yoke 53A via a fixing member (not shown).

検出信号発生部60は、PBS61と、第1受光素子62と、第2受光素子63と、信号処理回路70とを有する。検出信号発生部60は、サーキュレータ20で分岐された第2直線偏波光をS偏光成分64及びP偏光成分65に分離する。また、検出信号発生部60は、分離したS偏光成分64及びP偏光成分65を受光して電気信号に変換して差動増幅することで、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bに印加される磁界に応じた検出信号Edを出力する。PBS61は、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型又は光導波路型等の偏光ビームスプリッタであり、サーキュレータ20で分岐された第2直線偏波光をS偏光成分64とP偏光成分65とに分離する。 The detection signal generation section 60 includes a PBS 61, a first light receiving element 62, a second light receiving element 63, and a signal processing circuit 70. The detection signal generating section 60 separates the second linearly polarized light branched by the circulator 20 into an S polarized light component 64 and a P polarized light component 65. In addition, the detection signal generating section 60 receives the separated S-polarized light component 64 and P-polarized light component 65, converts them into electrical signals, and differentially amplifies them, thereby transmitting the signals to the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B. A detection signal Ed is output according to the magnetic field applied to the magnetic field. The PBS 61 is a polarization beam splitter of prism type, planar type, wedge substrate type, optical waveguide type, etc., and separates the second linearly polarized light branched by the circulator 20 into an S polarized light component 64 and a P polarized light component 65.

図4は、第1受光素子62、第2受光素子63及び信号処理回路70の回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram of the first light receiving element 62, the second light receiving element 63, and the signal processing circuit 70.

信号処理回路70は、例えばオペアンプである増幅素子71と、抵抗素子72とを有する。第1受光素子62及び第2受光素子63のそれぞれは、例えばPINフォトダイオードであり、光電変換をして受光量に応じた電気信号を出力する。第1受光素子62のアノード及び第2受光素子63のカソードは、増幅素子71のマイナス入力端子に接続され、第1受光素子62のカソードは正電源+Vに接続され、第2受光素子63のアノードは負電源-Vに接続される。第1受光素子62は、第3直線偏光CW2と第4直線偏光CCW2との合波のS偏光成分64を受光し、その強度に比例する電流である第1電気信号E1を出力する。第2受光素子63は、第3直線偏光CW2と第4直線偏光CCW2との合波のP偏光成分65を受光し、その強度に比例する電流である第2電気信号E2を出力する。 The signal processing circuit 70 includes an amplification element 71, which is, for example, an operational amplifier, and a resistance element 72. Each of the first light-receiving element 62 and the second light-receiving element 63 is, for example, a PIN photodiode, and performs photoelectric conversion and outputs an electric signal according to the amount of light received. The anode of the first light receiving element 62 and the cathode of the second light receiving element 63 are connected to the negative input terminal of the amplifying element 71, the cathode of the first light receiving element 62 is connected to the positive power supply +V, and the anode of the second light receiving element 63 is connected to the negative input terminal of the amplifying element 71. is connected to the negative power supply -V. The first light receiving element 62 receives the S-polarized light component 64 of the combination of the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2, and outputs a first electrical signal E1 which is a current proportional to the intensity thereof. The second light receiving element 63 receives the P-polarized light component 65 of the combination of the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2, and outputs a second electric signal E2 which is a current proportional to the intensity thereof.

検出信号発生部60に入射する第3直線偏光CW2のS偏光成分とP偏光成分は次式のECWで表され、第4直線偏光CCW2のS偏光成分とP偏光成分は次式のECCWで表される。θFはファラデー回転子55に印加される磁界に応じたファラデー回転角であり、jは虚数単位である。 The S-polarized light component and the P-polarized light component of the third linearly polarized light CW2 incident on the detection signal generating section 60 are expressed by the ECW of the following equation, and the S-polarized light component and the P-polarized light component of the fourth linearly polarized light CCW2 are expressed by the ECCW of the following equation. be done. θ F is a Faraday rotation angle according to the magnetic field applied to the Faraday rotator 55, and j is an imaginary unit.

Figure 2023158963000002
Figure 2023158963000002

第3直線偏光CW2と第4直線偏光CCW2との合波のS偏光成分P0及びP偏光成分P90は、上記のECWとECCWの式から次式のように表される。ECW,0,ECCW,0,ECW,90,ECCW,90は、それぞれ、第3直線偏光CW2のS偏光成分、第4直線偏光CCW2のS偏光成分、第3直線偏光CW2のP偏光成分、第4直線偏光CCW2のP偏光成分である。 The S-polarized light component P0 and the P-polarized light component P90 of the combination of the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 are expressed as follows from the equations of ECW and ECCW described above. ECW,0, ECCW,0, ECW,90, ECCW,90 are the S polarized light component of the third linearly polarized light CW2, the S polarized light component of the fourth linearly polarized light CCW2, the P polarized light component of the third linearly polarized light CW2, and the third linearly polarized light CW2, respectively. This is the P polarized light component of the four linearly polarized light CCW2.

Figure 2023158963000003
Figure 2023158963000003

信号処理回路70は、反転増幅回路であり、第1電気信号E1と第2電気信号E2との差動信号(E1-E2)を反転増幅することで、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bに印加される磁界に応じた検出信号Edを出力する。増幅素子71のプラス入力端子は接地され、増幅素子71のマイナス入力端子には差動信号(E1-E2)が入力される。差動信号(E1-E2)は、S偏光成分P0とP偏光成分P90との差分に比例し、ファラデー回転角θFに応じた電気信号である。検出信号Edは、基準光強度に相当する直流成分が除去された電気信号である。 The signal processing circuit 70 is an inverting amplification circuit, and by inverting and amplifying the differential signal (E1-E2) between the first electric signal E1 and the second electric signal E2, the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field A detection signal Ed corresponding to the magnetic field applied to the sensor element 50B is output. The plus input terminal of the amplification element 71 is grounded, and the differential signal (E1-E2) is input to the minus input terminal of the amplification element 71. The differential signal (E1-E2) is an electrical signal that is proportional to the difference between the S polarization component P0 and the P polarization component P90 and corresponds to the Faraday rotation angle θ F. The detection signal Ed is an electrical signal from which a DC component corresponding to the reference light intensity has been removed.

図5~図7は、センサ装置1の動作を説明するための図である。図5及び図7(a)は第1直線偏光CW1及び第3直線偏光CW2の伝搬状態を示し、図6及び図7(b)は第2直線偏光CCW1及び第4直線偏光CCW2の伝搬状態を示す。図5~図7において、細い矢印は光の伝搬方向を示し、図5及び図7(a)の太い矢印101~116及び図6及び図7(b)の太い矢印201~216はそれぞれの箇所における偏光状態を示す。符号Iは被測定導体100に流れる電流を示し、符号Hは被測定磁界を示す。 5 to 7 are diagrams for explaining the operation of the sensor device 1. FIG. 5 and 7(a) show the propagation states of the first linearly polarized light CW1 and the third linearly polarized light CW2, and FIGS. 6 and 7(b) show the propagation states of the second linearly polarized light CCW1 and the fourth linearly polarized light CCW2. show. In FIGS. 5 to 7, thin arrows indicate the propagation direction of light, and thick arrows 101 to 116 in FIGS. 5 and 7(a) and thick arrows 201 to 216 in FIGS. 6 and 7(b) indicate the respective locations. shows the polarization state at . The symbol I indicates the current flowing through the conductor 100 to be measured, and the symbol H indicates the magnetic field to be measured.

まず、P偏光である第1直線偏波光が発光部10の偏光子13から出射され(矢印101,201)、サーキュレータ20を透過して1/2波長板30に入射する(矢印102,202)。第1直線偏波光は、1/2波長板30を透過することで偏光面が45°回転して、P偏光である第1直線偏光CW1とS偏光である第2直線偏光CCW1とを有する光になる(矢印103,203)。第1直線偏光CW1は、PBS41を介して第1光路43に入射され(矢印104)、分岐カプラ42で分波され、第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52のそれぞれに導入される(矢印105,106)。 First, first linearly polarized light, which is P-polarized light, is emitted from the polarizer 13 of the light emitting unit 10 (arrows 101, 201), passes through the circulator 20, and enters the half-wave plate 30 (arrows 102, 202). . The first linearly polarized light has a polarization plane rotated by 45 degrees by passing through the half-wave plate 30, and has a first linearly polarized light CW1 that is P polarized light and a second linearly polarized light CCW1 that is S polarized light. (arrows 103, 203). The first linearly polarized light CW1 enters the first optical path 43 via the PBS 41 (arrow 104), is split by the branching coupler 42, and introduced into each of the first polarization-maintaining fiber 51 and the second polarization-maintaining fiber 52. (arrows 105, 106).

第1偏波保持ファイバ51に導入された第1直線偏光CW1は、第1偏波保持ファイバ51から第1磁界センサ素子50Aに入射される。第1磁界センサ素子50Aに入射した第1直線偏光CW1は、1/4波長板54を透過することで左回転の円偏光になり、ファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を-θF変化させる。第1直線偏光CW1は、ミラー素子56で反射することで右回転の円偏光になり、再びファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を更に-θF変化させる。第1直線偏光CW1は、再び1/4波長板54を透過することでS偏光に変換されて、第1偏波保持ファイバ51を介して分岐カプラ42に第3直線偏光CW3として出射される(矢印107)。第1磁界センサ素子50Aでの合計の位相変化量は-2θFになる。 The first linearly polarized light CW1 introduced into the first polarization maintaining fiber 51 is input from the first polarization maintaining fiber 51 to the first magnetic field sensor element 50A. The first linearly polarized light CW1 incident on the first magnetic field sensor element 50A becomes counterclockwise circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 54, and changes to the magnetic field H to be measured by passing through the Faraday rotator 55. to change the phase by -θ F. The first linearly polarized light CW1 becomes clockwise circularly polarized light by being reflected by the mirror element 56, and passes through the Faraday rotator 55 again to further change the phase by -θ F in accordance with the magnetic field H to be measured. The first linearly polarized light CW1 is converted into S-polarized light by passing through the quarter-wave plate 54 again, and is emitted as the third linearly polarized light CW3 to the branching coupler 42 via the first polarization-maintaining fiber 51 ( arrow 107). The total amount of phase change in the first magnetic field sensor element 50A is -2θF .

第2偏波保持ファイバ52に導入されたP偏光である第1直線偏光CW1は、第2偏波保持ファイバ52の融着点Pfにおいて偏光面が90°回転されてS偏光として第2磁界センサ素子50Bに入射される(矢印108)。第2磁界センサ素子50Bに入射した第1直線偏光CW1は、1/4波長板54を透過することで左回転の円偏光になり、ファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を-θF変化させる。第1直線偏光CW1は、ミラー素子56で反射することで右回転の円偏光になり、再びファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を更に-θF変化させる。第1直線偏光CW1は、再び1/4波長板54を透過することでP偏光に変換されて、第2偏波保持ファイバ52に第3直線偏光CW3として導入される(矢印109)。第3直線偏光CW3は、第2偏波保持ファイバ52の融着点Pfにおいて偏光面が90°回転されてS偏光である第3直線偏光CW2として分岐カプラ42に出射される(矢印110)。第2磁界センサ素子50Bでの合計の位相変化量は-2θFになる。 The first linearly polarized light CW1, which is P-polarized light, introduced into the second polarization-maintaining fiber 52 has its polarization plane rotated by 90 degrees at the fusion point Pf of the second polarization-maintaining fiber 52, and is converted into S-polarized light to the second magnetic field sensor. The light is incident on element 50B (arrow 108). The first linearly polarized light CW1 incident on the second magnetic field sensor element 50B becomes counterclockwise circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 54, and changes to the magnetic field H to be measured by passing through the Faraday rotator 55. to change the phase by -θ F. The first linearly polarized light CW1 becomes clockwise circularly polarized light by being reflected by the mirror element 56, and passes through the Faraday rotator 55 again to further change the phase by -θ F in accordance with the magnetic field H to be measured. The first linearly polarized light CW1 is converted into P-polarized light by passing through the quarter-wave plate 54 again, and is introduced into the second polarization-maintaining fiber 52 as the third linearly polarized light CW3 (arrow 109). The plane of polarization of the third linearly polarized light CW3 is rotated by 90 degrees at the fusion point Pf of the second polarization maintaining fiber 52, and the third linearly polarized light CW3 is outputted to the branching coupler 42 as the third linearly polarized light CW2 which is S-polarized light (arrow 110). The total amount of phase change in the second magnetic field sensor element 50B is -2θF .

第3直線偏光CW2は、分岐カプラ42を介して第2光路44の位相調整素子45に入射される(矢印111)。位相調整素子45において、第3直線偏光CW2は、1/4波長板47、45度ファラデー回転子48及び1/4波長板46を順に透過することで、左回転の円偏光になり、位相を-45°変化させ、P偏光になる。位相調整素子45を透過した第3直線偏光CW2は、PBS41を介してS偏光に変換され(矢印112)、1/2波長板30に出射される。 The third linearly polarized light CW2 is incident on the phase adjustment element 45 of the second optical path 44 via the branching coupler 42 (arrow 111). In the phase adjustment element 45, the third linearly polarized light CW2 passes through the quarter-wave plate 47, the 45-degree Faraday rotator 48, and the quarter-wave plate 46 in order, thereby becoming counterclockwise circularly polarized light and changing the phase. It changes by -45° and becomes P polarized light. The third linearly polarized light CW2 that has passed through the phase adjustment element 45 is converted to S-polarized light via the PBS 41 (arrow 112), and is emitted to the 1/2 wavelength plate 30.

一方、第2直線偏光CCW1は、PBS41を介してP偏光に変換されて第2光路44に入射され(矢印204)、位相調整素子45に入射される。位相調整素子45において、第2直線偏光CCW1は、1/4波長板46、45度ファラデー回転子48及び1/4波長板47を順に透過することで、左回転の円偏光になり、位相を45°変化させ、P偏光になる(矢印205)。位相調整素子45を透過した第2直線偏光CCW1は、分岐カプラ42で分波され、第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52のそれぞれに導入される(矢印206,207)。 On the other hand, the second linearly polarized light CCW1 is converted into P-polarized light via the PBS 41, enters the second optical path 44 (arrow 204), and enters the phase adjustment element 45. In the phase adjustment element 45, the second linearly polarized light CCW1 passes through the 1/4 wavelength plate 46, the 45 degree Faraday rotator 48, and the 1/4 wavelength plate 47 in order, thereby becoming counterclockwise circularly polarized light and changing the phase. It changes by 45 degrees and becomes P polarized light (arrow 205). The second linearly polarized light CCW1 transmitted through the phase adjustment element 45 is split by the branching coupler 42 and introduced into the first polarization maintaining fiber 51 and the second polarization maintaining fiber 52, respectively (arrows 206, 207).

第1偏波保持ファイバ51に導入された第2直線偏光CCW1は、第1偏波保持ファイバ51から第1磁界センサ素子50Aに入射される。第1磁界センサ素子50Aに入射した第2直線偏光CCW1は、1/4波長板54を透過することで左回転の円偏光になり、ファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を-θF変化させる。第2直線偏光CCW1は、ミラー素子56で反射することで右回転の円偏光になり、再びファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を更に-θF変化させ、再び1/4波長板54を透過することでS偏光に変換される。第2直線偏光CCW1は、第1偏波保持ファイバ51を介して分岐カプラ42に第4直線偏光CCW2として出射される(矢印208)。第1磁界センサ素子50Aでの合計の位相変化量は-2θFになる。 The second linearly polarized light CCW1 introduced into the first polarization maintaining fiber 51 is input from the first polarization maintaining fiber 51 to the first magnetic field sensor element 50A. The second linearly polarized light CCW1 incident on the first magnetic field sensor element 50A becomes counterclockwise circularly polarized light by passing through the 1/4 wavelength plate 54, and responds to the magnetic field H to be measured by passing through the Faraday rotator 55. to change the phase by -θ F. The second linearly polarized light CCW1 becomes clockwise circularly polarized light by being reflected by the mirror element 56, and by passing through the Faraday rotator 55 again, the phase is further changed by −θ F according to the magnetic field H to be measured, and the second linearly polarized light CCW1 is turned into clockwise circularly polarized light. The light is transmitted through the quarter-wave plate 54 and converted into S-polarized light. The second linearly polarized light CCW1 is output as the fourth linearly polarized light CCW2 to the branching coupler 42 via the first polarization maintaining fiber 51 (arrow 208). The total amount of phase change in the first magnetic field sensor element 50A is -2θF .

第2偏波保持ファイバ52に導入されたS偏光で第2直線偏光CCW1は、第2偏波保持ファイバ52の融着点Pfにおいて偏光面が90°回転されてP偏光として第2磁界センサ素子50Bに入射される(矢印209)。第2磁界センサ素子50Bに入射した第2直線偏光CCW1は、1/4波長板54を透過することで左回転の円偏光になり、ファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を-θF変化させる。第2直線偏光CCW1は、ミラー素子56で反射することで右回転の円偏光になり、再びファラデー回転子55を透過することで被測定磁界Hに応じて位相を更に-θF変化させる。第2直線偏光CCW1は、再び1/4波長板54を透過することでS偏光に変換され、第2偏波保持ファイバ52に第4直線偏光CCW2として導入される(矢印210)。第4直線偏光CCW2は、第2偏波保持ファイバ52の融着点Pfにおいて偏光面が90°回転されてP偏光である第4直線偏光CCW2として分岐カプラ42に出射される(矢印211)。第2磁界センサ素子50Bでの合計の位相変化量は-2θFになる。 The S-polarized second linearly polarized light CCW1 introduced into the second polarization-maintaining fiber 52 has its polarization plane rotated by 90 degrees at the fusion point Pf of the second polarization-maintaining fiber 52, and is converted into P-polarized light to the second magnetic field sensor element. 50B (arrow 209). The second linearly polarized light CCW1 incident on the second magnetic field sensor element 50B becomes counterclockwise circularly polarized light by passing through the 1/4 wavelength plate 54, and responds to the magnetic field H to be measured by passing through the Faraday rotator 55. to change the phase by -θ F. The second linearly polarized light CCW1 becomes clockwise circularly polarized light by being reflected by the mirror element 56, and passes through the Faraday rotator 55 again to further change the phase by -θ F in accordance with the magnetic field H to be measured. The second linearly polarized light CCW1 is converted into S-polarized light by passing through the quarter-wave plate 54 again, and is introduced into the second polarization-maintaining fiber 52 as the fourth linearly polarized light CCW2 (arrow 210). The plane of polarization of the fourth linearly polarized light CCW2 is rotated by 90 degrees at the fusion point Pf of the second polarization maintaining fiber 52, and the fourth linearly polarized light CCW2 is emitted to the branching coupler 42 as P-polarized light (arrow 211). The total amount of phase change in the second magnetic field sensor element 50B is -2θF .

第4直線偏光CCW2は、分岐カプラ42を介して第1光路43に導入される(矢印212)。第1光路43に導出された第4直線偏光CCW2は、PBS41を介してP偏光に変換され(矢印113)、1/2波長板30に出射される。 The fourth linearly polarized light CCW2 is introduced into the first optical path 43 via the branching coupler 42 (arrow 212). The fourth linearly polarized light CCW2 guided to the first optical path 43 is converted to P-polarized light via the PBS 41 (arrow 113), and is emitted to the 1/2 wavelength plate 30.

第3直線偏光CW2及び第4直線偏光CCW2はPBS41で合波され、1/2波長板30を透過することで偏光面が45°回転する。第3直線偏光CW2及び第4直線偏光CCW2のそれぞれは、P偏光成分とS偏光成分とを有する光になり(矢印113,213)、サーキュレータ20で分岐してPBS61に入射する(矢印114,214)。第3直線偏光CW2及び第4直線偏光CCW2の合波のS偏光成分は第1受光素子62に(矢印115,215)、P偏光成分は第2受光素子63に(矢印116,216)、それぞれPBS61を介して入射する。このように、センサ装置1では、時計回りの偏光Ecwと反時計回りの偏光EccwがPBS41で2経路に分離され、それぞれ2個の磁界センサ素子を通過し、最後に1/2波長板30を通過するときに互いに干渉する。 The third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 are combined by the PBS 41 and transmitted through the 1/2 wavelength plate 30, thereby rotating the plane of polarization by 45°. Each of the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 becomes light having a P polarized light component and an S polarized light component (arrows 113, 213), branches at the circulator 20, and enters the PBS 61 (arrows 114, 214). ). The S polarized light component of the combination of the third linearly polarized light CW2 and the fourth linearly polarized light CCW2 is sent to the first light receiving element 62 (arrows 115, 215), and the P polarized light component is sent to the second light receiving element 63 (arrows 116, 216), respectively. It enters through the PBS 61. In this way, in the sensor device 1, the clockwise polarized light Ecw and the counterclockwise polarized light Eccw are separated into two paths by the PBS 41, each passing through two magnetic field sensor elements, and finally passing through the 1/2 wavelength plate 30. interfere with each other as they pass.

センサ装置1では、被測定導体100の表裏に配置される第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bに直線偏光を同時に入射することで、被測定導体100の表裏の磁界Hを同時に計測することができる。 In the sensor device 1, linearly polarized light is simultaneously incident on the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B arranged on the front and back sides of the conductor to be measured 100, thereby simultaneously measuring the magnetic field H on the front and back sides of the conductor to be measured 100. can do.

図8(a)は、特許文献1に記載される比較例に係るセンサ装置のPBS42A及び42Bと第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bとの接続関係を示す図である。図8(b)は、図8(a)に示す第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bのそれぞれにおいて検出された磁界を示す電気信号が出力されるタイミングを示す図である。 FIG. 8A is a diagram showing a connection relationship between PBSs 42A and 42B, a first magnetic field sensor element 50A, and a second magnetic field sensor element 50B of a sensor device according to a comparative example described in Patent Document 1. FIG. 8(b) is a diagram showing the timing at which electrical signals indicating the magnetic fields detected in each of the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B shown in FIG. 8(a) are output.

特許文献1に記載されるセンサ装置では、第1直線偏光CW1は、PBS42Aから第1磁界センサ素子50Aに入射される。第1直線偏光CW1は、第1磁界センサ素子50Aから出射され、PBS42A及び42Bを介して、第1磁界センサ素子50Aから光学的距離Lだけ離隔した第2磁界センサ素子50Bに入射される。第1直線偏光CW1は、第2磁界センサ素子50Bから第3直線偏光CW2とて出射される。 In the sensor device described in Patent Document 1, the first linearly polarized light CW1 is incident on the first magnetic field sensor element 50A from the PBS 42A. The first linearly polarized light CW1 is emitted from the first magnetic field sensor element 50A, and is incident on the second magnetic field sensor element 50B, which is separated by an optical distance L from the first magnetic field sensor element 50A, via the PBSs 42A and 42B. The first linearly polarized light CW1 is emitted from the second magnetic field sensor element 50B as the third linearly polarized light CW2.

第2磁界センサ素子50Bは、第1直線偏光CW1が第1磁界センサ素子50Aに入射してから、第1磁界センサ素子50Aと第2磁界センサ素子50Bの間の光学的距離Lに応じた時間tL後に第1直線偏光CW1が入射する。時間差tLが生じることより、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bが検出した磁界を示す電気信号の波形W101及びW102が出力されるタイミングが相違する。第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bが磁界を検出するタイミングが相違することで、検出された磁界を示す電気信号の波形W103は、立上り波形及び立下り波形に傾きが生じて波形にゆがみが生じる。 The second magnetic field sensor element 50B receives the first linearly polarized light CW1 for a period of time corresponding to the optical distance L between the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B after the first linearly polarized light CW1 enters the first magnetic field sensor element 50A. After t L, the first linearly polarized light CW1 is incident. Due to the time difference t L , the timings at which the electric signal waveforms W101 and W102 representing the magnetic fields detected by the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B are output are different. Because the timing at which the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B detect the magnetic field is different, the waveform W103 of the electric signal indicating the detected magnetic field has a slope in the rising waveform and the falling waveform. Distortion occurs.

一方、センサ装置1では、第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1は、分岐カプラ42によって分波されて第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bの双方に同時に入射される。センサ装置1では、第1直線偏光CW1及び第2直線偏光CCW1は、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bの双方に同時に入射されるので、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bが磁界を検出するタイミングが一致する。センサ装置1では、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bが磁界を検出するタイミングが一致するので、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bが検出によって検出された磁界を示す電気信号は、波形にゆがみが生じない。センサ装置1では、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bが検出によって検出された磁界を示す電気信号は、波形にゆがみが生じないので、高周波数で動作するときに検出誤差を抑制できる。 On the other hand, in the sensor device 1, the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 are split by the branching coupler 42 and simultaneously enter both the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B. In the sensor device 1, the first linearly polarized light CW1 and the second linearly polarized light CCW1 are simultaneously incident on both the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B. The timing at which the sensor element 50B detects the magnetic field coincides. In the sensor device 1, the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B detect the magnetic field at the same timing, so the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B detect the magnetic field. The electrical signal shown has no waveform distortion. In the sensor device 1, the electric signals indicating the magnetic field detected by the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B are not distorted in waveform, so detection errors are suppressed when operating at high frequency. can.

また、センサ装置1は、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bを保持するヨーク53を有する。センサ装置1は、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bをヨーク53によって保持することで、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bに磁界を集中させて、高精度に磁界を検出できる。 The sensor device 1 also includes a yoke 53 that holds the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B. The sensor device 1 holds the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B by the yoke 53, thereby concentrating the magnetic field on the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B, and achieving high precision. Can detect magnetic fields.

また、センサ装置1では、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは、同一の長さを有する第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52によって分岐カプラ42に光学的に接続されるので、分岐カプラ42との間の光学的距離が等しい。センサ装置1では、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは、分岐カプラ42との間の光学的距離が等しいので、磁界を検出するタイミングが相違するおそれが低く、高周波数で動作するときに検出誤差を抑制できる。 In the sensor device 1, the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B are optically connected to the branch coupler 42 by the first polarization maintaining fiber 51 and the second polarization maintaining fiber 52 having the same length. , so that the optical distance between the branch coupler 42 and the branch coupler 42 is equal. In the sensor device 1, the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B have the same optical distance from the branch coupler 42, so there is a low possibility that the timing of detecting the magnetic field will be different, and they can operate at high frequency. Detection errors can be suppressed when

また、センサ装置1では、第2偏波保持ファイバ52は、導入される直線偏光の偏光面を90°回転させることで、第2磁界センサ素子50Bにおけるファラデー回転の回転方向を第1磁界センサ素子50Aにおけるファラデー回転の回転方向と反転できる。センサ装置1では、第2磁界センサ素子50Bにおけるファラデー回転の回転方向を第1磁界センサ素子50Aにおけるファラデー回転の回転方向と反転させることで、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bのファラデー回転を合成できる。 In addition, in the sensor device 1, the second polarization maintaining fiber 52 rotates the polarization plane of the introduced linearly polarized light by 90 degrees, thereby changing the rotation direction of the Faraday rotation in the second magnetic field sensor element 50B to the first magnetic field sensor element. The rotation direction of Faraday rotation at 50A can be reversed. In the sensor device 1, the rotation direction of the Faraday rotation in the second magnetic field sensor element 50B is reversed with the rotation direction of the Faraday rotation in the first magnetic field sensor element 50A. Faraday rotation can be synthesized.

また、センサ装置1では、第2偏波保持ファイバ52は、遅相軸及び進相軸を90°回転させて融着された一対の偏波保持ファイバにより形成されるので、導入される直線偏光の偏光面を90°回転させる構造を簡易且つ高精度で製造することができる。 In addition, in the sensor device 1, the second polarization-maintaining fiber 52 is formed by a pair of polarization-maintaining fibers that are fused with the slow axis and the fast axis rotated by 90 degrees, so that the linearly polarized light that is introduced is A structure that rotates the plane of polarization by 90 degrees can be easily manufactured with high precision.

センサ装置1では、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは、ヨークによって固定的に保持されるが、実施形態に係るセンサ装置では、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは、ヨーク以外の部材によって保持されてもよい。また、実施形態に係るセンサ装置では、第1磁界センサ素子50A及び第2磁界センサ素子50Bは、ヨーク又はヨーク以外の部材によって移動可能に保持されてもよい。 In the sensor device 1, the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B are fixedly held by the yoke, but in the sensor device according to the embodiment, the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B may be held by a member other than the yoke. Further, in the sensor device according to the embodiment, the first magnetic field sensor element 50A and the second magnetic field sensor element 50B may be movably held by the yoke or a member other than the yoke.

また、センサ装置1では、第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52の長さは同一であるが、実施形態に係るセンサ装置では、第1偏波保持ファイバ51及び第2偏波保持ファイバ52の長さは、検出精度に影響を与えない範囲で相違してもよい。 Further, in the sensor device 1, the lengths of the first polarization-maintaining fiber 51 and the second polarization-maintaining fiber 52 are the same, but in the sensor device according to the embodiment, the lengths of the first polarization-maintaining fiber 51 and the second polarization-maintaining fiber 52 are the same. The length of the wave-maintaining fiber 52 may vary within a range that does not affect detection accuracy.

また、センサ装置1では、第2偏波保持ファイバ52は、遅相軸及び進相軸を90°回転させて融着された一対の偏波保持ファイバにより形成される。しかしながら、実施形態に係るセンサ装置では、1/2波長板を挟持するように配置された一対の偏波保持ファイバにより形成されてもよい。 Further, in the sensor device 1, the second polarization maintaining fiber 52 is formed by a pair of polarization maintaining fibers that are fused together with the slow axis and the fast axis rotated by 90 degrees. However, the sensor device according to the embodiment may be formed by a pair of polarization-maintaining fibers arranged to sandwich the 1/2 wavelength plate.

1 センサ装置
10 発光部
20 サーキュレータ(光分岐部)
30 1/2波長板(第1光学素子)
40 光路部
42 分岐カプラ
43 第1光路
44 第2光路
50A 第1磁界センサ素子
50B 第2磁界センサ素子
1 Sensor device 10 Light emitting section 20 Circulator (light branching section)
30 1/2 wavelength plate (first optical element)
40 Optical path section 42 Branch coupler 43 First optical path 44 Second optical path 50A First magnetic field sensor element 50B Second magnetic field sensor element

Claims (5)

第1直線偏波光を出射する発光部と、
入射された前記第1直線偏波光に応じて第1直線偏光と第2直線偏光を出射し、入射された第3直線偏光及び第4直線偏光に応じて第2直線偏波光を出射する第1光学素子と、
前記第1直線偏光及び前記第2直線偏光が入射され、印加される磁界に応じて前記第1直線偏光及び前記第2直線偏光を変化させて前記第3直線偏光及び前記第4直線偏光を出射する第1磁界センサ素子及び第2磁界センサ素子と、
前記第1直線偏光及び前記第4直線偏光を伝搬する第1光路、前記第2直線偏光及び前記第3直線偏光を伝搬する第2光路、並びに前記第1直線偏光及び前記第2直線偏光のそれぞれを分波して前記第1磁界センサ素子及び前記第2磁界センサ素子に出射すると共に、前記第1磁界センサ素子及び前記第2磁界センサ素子のそれぞれから入射する前記第3直線偏光及び前記第4直線偏光のそれぞれを合波して、合波した前記第3直線偏光を前記第2光路に出射すると共に、合波した前記第4直線偏光を前記第1光路に出射する分岐カプラとを有する光路部と、
前記第2直線偏波光の2成分を受光して電気信号に変換することで、前記磁界に応じた検出信号を出力する検出信号発生部と、
前記第1直線偏波光を前記第1光学素子へ透過させ、前記第2直線偏波光を前記検出信号発生部へ分岐する光分岐部と、を有する、
ことを特徴とする干渉型光磁界センサ装置。
a light emitting unit that emits first linearly polarized light;
A first that emits first linearly polarized light and second linearly polarized light in response to the incident first linearly polarized light, and emits second linearly polarized light in response to the incident third linearly polarized light and fourth linearly polarized light. an optical element;
The first linearly polarized light and the second linearly polarized light are incident, and the first linearly polarized light and the second linearly polarized light are changed according to an applied magnetic field to output the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light. a first magnetic field sensor element and a second magnetic field sensor element,
A first optical path that propagates the first linearly polarized light and the fourth linearly polarized light, a second optical path that propagates the second linearly polarized light and the third linearly polarized light, and each of the first linearly polarized light and the second linearly polarized light. The third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light enter from the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element, respectively. an optical path including a branching coupler that combines each of the linearly polarized lights, outputs the combined third linearly polarized light to the second optical path, and outputs the combined fourth linearly polarized light to the first optical path; Department and
a detection signal generation unit that outputs a detection signal according to the magnetic field by receiving two components of the second linearly polarized light and converting them into electrical signals;
an optical branching section that transmits the first linearly polarized light to the first optical element and branches the second linearly polarized light to the detection signal generating section;
An interferometric optical magnetic field sensor device characterized by:
被測定導体の周りを囲むように配置され、前記第1磁界センサ素子及び前記第2磁界センサ素子を保持するヨークを更に有する、請求項1に記載の干渉型光磁界センサ装置。 The interferometric optical magnetic field sensor device according to claim 1, further comprising a yoke arranged to surround the conductor to be measured and holding the first magnetic field sensor element and the second magnetic field sensor element. 前記分岐カプラと前記第1磁界センサ素子とを光学的に接続する第1偏波保持ファイバと、
前記分岐カプラと前記第2磁界センサ素子とを光学的に接続する第2偏波保持ファイバと、を更に有し、
前記第1偏波保持ファイバ及び前記第2偏波保持ファイバの長さは、互いに等しい、請求項1又は2に記載の干渉型光磁界センサ装置。
a first polarization maintaining fiber optically connecting the branch coupler and the first magnetic field sensor element;
further comprising a second polarization maintaining fiber optically connecting the branch coupler and the second magnetic field sensor element,
3. The interferometric optical magnetic field sensor device according to claim 1, wherein the first polarization-maintaining fiber and the second polarization-maintaining fiber have equal lengths.
前記第2偏波保持ファイバは、前記第1直線偏光、前記第2直線偏光、前記第3直線偏光及び前記第4直線偏光のそれぞれの偏光面を90°回転させる、請求項3に記載の干渉型光磁界センサ装置。 4. The interference according to claim 3, wherein the second polarization-maintaining fiber rotates each polarization plane of the first linearly polarized light, the second linearly polarized light, the third linearly polarized light, and the fourth linearly polarized light by 90 degrees. type optical magnetic field sensor device. 前記第2偏波保持ファイバは、遅相軸及び進相軸を90°回転させて融着された一対の偏波保持ファイバにより形成される、請求項4に記載の干渉型光磁界センサ装置。 5. The interferometric magneto-optical field sensor device according to claim 4, wherein the second polarization-maintaining fiber is formed by a pair of polarization-maintaining fibers that are fused with a slow axis and a fast axis rotated by 90 degrees.
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