JP2592942B2 - ファラデー効果材料および磁界センサ - Google Patents
ファラデー効果材料および磁界センサInfo
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- JP2592942B2 JP2592942B2 JP31462388A JP31462388A JP2592942B2 JP 2592942 B2 JP2592942 B2 JP 2592942B2 JP 31462388 A JP31462388 A JP 31462388A JP 31462388 A JP31462388 A JP 31462388A JP 2592942 B2 JP2592942 B2 JP 2592942B2
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- znse
- mnse
- cdse
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- field sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ファラデー効果を有する材料に関するも
のであり、さらには、たとえば送電線や配電線に流れる
電流や磁界を検知するための磁界センサ、あるいは探傷
用磁界センサや電力量計測用磁界センサなどのファラデ
ー効果材料を使用した磁界センサに関するものである。
のであり、さらには、たとえば送電線や配電線に流れる
電流や磁界を検知するための磁界センサ、あるいは探傷
用磁界センサや電力量計測用磁界センサなどのファラデ
ー効果材料を使用した磁界センサに関するものである。
［従来の技術］ 鉛ガラス、ZnSe結晶、BSO結晶等の光透過性の良い磁
気光学材料に外部から磁界を与え、磁界と同じ方向に光
を透過させると、ファラデー効果により磁気光学材料を
通過中に光の偏波面が回転する現象が知られている。偏
波面の回転角θ（min）は下式により与えられる。
気光学材料に外部から磁界を与え、磁界と同じ方向に光
を透過させると、ファラデー効果により磁気光学材料を
通過中に光の偏波面が回転する現象が知られている。偏
波面の回転角θ（min）は下式により与えられる。
θ＝VHl ここで、Ｖはベルデ定数（min/Oe・cm）、Ｈは磁界の
強さ（Oe）、ｌはファラデー回転素子の長さ（cm）を示
す。
強さ（Oe）、ｌはファラデー回転素子の長さ（cm）を示
す。
この磁気族光現象を利用して磁界の測定を行なうこと
ができる。第８図は、ファラデー効果を利用した磁界セ
ンサの基本構成を示している。第８図において、入射光
９は、光ファイバ１およびロッドレンズ２を通り、直方
体状の偏光子３を通過して直線偏波となり、次いで同様
に直方体状のファラデー回転素子４に入射し、ここで磁
界５の影響により偏波面が角度θだけ回転されてファラ
デー回転素子４から出る。このときの偏波面の回転角度
θは、ファラデー回転素子４の出力側に置いた直方体状
の検光子６により光の強度に置換えられる。そして、こ
の光は、ロッドレンズ７および光ファイバ８を通り、出
射光10となり、この出射光の強度をフォトダイオードで
検知することにより測定することができる。
ができる。第８図は、ファラデー効果を利用した磁界セ
ンサの基本構成を示している。第８図において、入射光
９は、光ファイバ１およびロッドレンズ２を通り、直方
体状の偏光子３を通過して直線偏波となり、次いで同様
に直方体状のファラデー回転素子４に入射し、ここで磁
界５の影響により偏波面が角度θだけ回転されてファラ
デー回転素子４から出る。このときの偏波面の回転角度
θは、ファラデー回転素子４の出力側に置いた直方体状
の検光子６により光の強度に置換えられる。そして、こ
の光は、ロッドレンズ７および光ファイバ８を通り、出
射光10となり、この出射光の強度をフォトダイオードで
検知することにより測定することができる。
第８図に示す磁界センサでは、ファラデー回転素子４
として鉛ガラス、ZnSe結晶、BSO結晶（Bi12SiO20）等の
光学結晶が用いられており、それらの感度はベルデ定数
Ｖで表わされ、850nmの波長では、次の数値となる。
として鉛ガラス、ZnSe結晶、BSO結晶（Bi12SiO20）等の
光学結晶が用いられており、それらの感度はベルデ定数
Ｖで表わされ、850nmの波長では、次の数値となる。
鉛ガラス 0.01 min/Oe・cm BSO結晶 0.10 min/Oe・cm ZnSe結晶 0.15 min/Oe・cm ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来の光学結晶は、いずれもベ
ルデ定数値が小さく、このため感度が低かった。実用的
な感度を得るためには、一定の回転角度θを得る必要が
あるが、上述の式θ＝VHlから明らかなように、ベルデ
定数値が低い場合には、ファラデー回転素子の長さｌ
を、たとえば５〜30mm程度の長さに設定する必要があっ
た。このため、従来のファラデー効果材料を用いた場合
には、センサが大型化し、狭い場所での磁界測定が困難
になるという問題を生じた。
ルデ定数値が小さく、このため感度が低かった。実用的
な感度を得るためには、一定の回転角度θを得る必要が
あるが、上述の式θ＝VHlから明らかなように、ベルデ
定数値が低い場合には、ファラデー回転素子の長さｌ
を、たとえば５〜30mm程度の長さに設定する必要があっ
た。このため、従来のファラデー効果材料を用いた場合
には、センサが大型化し、狭い場所での磁界測定が困難
になるという問題を生じた。
この発明の目的は、大きなベルデ定数値を示すファラ
デー効果材料を提供するとともに、このファラデー効果
材料を用いることにより小型化を図ることのできる磁界
センサを提供することにある。
デー効果材料を提供するとともに、このファラデー効果
材料を用いることにより小型化を図ることのできる磁界
センサを提供することにある。
［課題を解決するための手段およびその作用効果］ 本発明者は、上記の問題点を解決するため、従来より
も大きなベルデ定数を有するファラデー効果材料につい
て種々検討を重ねた結果、CdMnSe系合金に、ZnSeを合金
化させることにより、ベルデ定数の大きなファラデー効
果材料が得られることを見出し、この発明をなすに至っ
たものである。
も大きなベルデ定数を有するファラデー効果材料につい
て種々検討を重ねた結果、CdMnSe系合金に、ZnSeを合金
化させることにより、ベルデ定数の大きなファラデー効
果材料が得られることを見出し、この発明をなすに至っ
たものである。
すなわち、この発明のファラデー効果材料は、CdSe−
MnSe−ZnSe系合金を主成分とすることを特徴としてい
る。
MnSe−ZnSe系合金を主成分とすることを特徴としてい
る。
さらに、この発明のファラデー効果材料は、以下のよ
うな組成範囲内にあることが好ましい。すなわち、添付
の第１図の３元系相図に示すように、Cd0.45Mn0.45Zn
0.1Se（CdSe45％,MnSe45％,ZnSe10％）、Cd0.55Mn0.4Zn
0.05Se（CdSe55％,MnSe40％,ZnSe5％）、Cd0.9Mn0.05Zn
0.05Se（CdSe90％,MnSe5％,ZnSe5％）、Cd0.85Mn0.05Zn
0.1Se（CdSe85％,MnSe5％,ZnSe10％）、Cd0.75Mn0.1Zn
0.15Se（CdSe75％,MnSe10％,ZnSe15％）、およびCd0.45
Mn0.4Zn0.15Se（CdSe45％,MnSe40％,ZnSe15％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を主成分とし
て有することが好ましい。
うな組成範囲内にあることが好ましい。すなわち、添付
の第１図の３元系相図に示すように、Cd0.45Mn0.45Zn
0.1Se（CdSe45％,MnSe45％,ZnSe10％）、Cd0.55Mn0.4Zn
0.05Se（CdSe55％,MnSe40％,ZnSe5％）、Cd0.9Mn0.05Zn
0.05Se（CdSe90％,MnSe5％,ZnSe5％）、Cd0.85Mn0.05Zn
0.1Se（CdSe85％,MnSe5％,ZnSe10％）、Cd0.75Mn0.1Zn
0.15Se（CdSe75％,MnSe10％,ZnSe15％）、およびCd0.45
Mn0.4Zn0.15Se（CdSe45％,MnSe40％,ZnSe15％） で囲まれる範囲内（境界線を含む）の組成を主成分とし
て有することが好ましい。
この発明においては、CdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成
分とするファラデー効果材料であればよく、たとえばTe
などのような元素が微量含まれていてもよい。
分とするファラデー効果材料であればよく、たとえばTe
などのような元素が微量含まれていてもよい。
また、この発明の磁界センサは、上述のファラデー効
果材料、すなわちCdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成分とし
たファラデー回転素子を有し、このファラデー回転素子
を通過する光の偏波面の回転角の大きさから磁界を検知
する。
果材料、すなわちCdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成分とし
たファラデー回転素子を有し、このファラデー回転素子
を通過する光の偏波面の回転角の大きさから磁界を検知
する。
また、磁界センサは、好ましくは、添付の第１図に示
す範囲内（境界線を含む）の上記と同様の組成を有する
CdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成分とするファラデー効果
材料からなるファラデー回転素子を有する。
す範囲内（境界線を含む）の上記と同様の組成を有する
CdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成分とするファラデー効果
材料からなるファラデー回転素子を有する。
この発明のファラデー効果材料は、大きなベルデ定数
を有しており、特に第１図に示す範囲内の組成のもの
は、1.4min/Oe・cm以上のベルデ定数を有している。し
たがって、従来のファラデー効果材料である鉛ガラス、
BSO結晶およびZnSe結晶等に比べると、10倍〜数10倍あ
るいはそれ以上の大きなベルデ定数を有していることに
なる。このため、この発明のファラデー効果材料を使用
した磁界センサでは、ファラデー回転素子の長さｌを従
来に比べ1/10〜1/数10に小型化することができる。この
ため、この発明の磁界センサは小型化が可能であり、狭
い場所でも磁界測定が可能となる。
を有しており、特に第１図に示す範囲内の組成のもの
は、1.4min/Oe・cm以上のベルデ定数を有している。し
たがって、従来のファラデー効果材料である鉛ガラス、
BSO結晶およびZnSe結晶等に比べると、10倍〜数10倍あ
るいはそれ以上の大きなベルデ定数を有していることに
なる。このため、この発明のファラデー効果材料を使用
した磁界センサでは、ファラデー回転素子の長さｌを従
来に比べ1/10〜1/数10に小型化することができる。この
ため、この発明の磁界センサは小型化が可能であり、狭
い場所でも磁界測定が可能となる。
［実施例］ 第２図の３元系相図中に○で示した組成の結晶を、ブ
リッジマン法により作製した。高純度の原料であるCdS
e,MnSeおよびZnSeをそれぞれ所定の組成比となるよう
に、グラファイトボート中で配合し、肉厚の石英反応管
中に入れ真空封入した。この石英反応管を横形電気炉中
に入れ、原料を加熱溶融した後、約12時間保持した。そ
の後石英反応管を低温部へ微速で移動させることによ
り、一端から結晶化させた。得られた結晶は、幅40mm、
長さ200mm、深さ15mmであり、多結晶体であった。結晶
の長さ方向の中央部から、厚さ2mmのウエハ試料を切出
し、両面を研摩し、鏡面仕上げして厚さ1mmの試料とし
た。得られた結晶の構造は、分析の結果、ウルツ鉱型結
晶の単一相であった。各試料について、室温でベルデ定
数を測定した。測定波長は、660、730、780、850および
1300nmの光で測定した。第３図は、660nmの測定波長に
おける実施例のベルデ定数を示す３元系相図である。各
組成比の結晶に対する測定結果は、それぞれの測定比を
示す点の右上に示した。単位は、min/Oe・cmであり、光
が透過しない試料については、●で示した。
リッジマン法により作製した。高純度の原料であるCdS
e,MnSeおよびZnSeをそれぞれ所定の組成比となるよう
に、グラファイトボート中で配合し、肉厚の石英反応管
中に入れ真空封入した。この石英反応管を横形電気炉中
に入れ、原料を加熱溶融した後、約12時間保持した。そ
の後石英反応管を低温部へ微速で移動させることによ
り、一端から結晶化させた。得られた結晶は、幅40mm、
長さ200mm、深さ15mmであり、多結晶体であった。結晶
の長さ方向の中央部から、厚さ2mmのウエハ試料を切出
し、両面を研摩し、鏡面仕上げして厚さ1mmの試料とし
た。得られた結晶の構造は、分析の結果、ウルツ鉱型結
晶の単一相であった。各試料について、室温でベルデ定
数を測定した。測定波長は、660、730、780、850および
1300nmの光で測定した。第３図は、660nmの測定波長に
おける実施例のベルデ定数を示す３元系相図である。各
組成比の結晶に対する測定結果は、それぞれの測定比を
示す点の右上に示した。単位は、min/Oe・cmであり、光
が透過しない試料については、●で示した。
同様に、第４図、第５図、第６図および第７図は、そ
れぞれ測定波長730nm、780nm、850nmおよび1300nmにお
ける測定結果を示している。第３図〜第７図に示す測定
結果から明らかなように、ベルデ定数の値は測定波長に
よって変化するが、Mn,Zn,CdおよびSeの量に大きく依存
している。
れぞれ測定波長730nm、780nm、850nmおよび1300nmにお
ける測定結果を示している。第３図〜第７図に示す測定
結果から明らかなように、ベルデ定数の値は測定波長に
よって変化するが、Mn,Zn,CdおよびSeの量に大きく依存
している。
第１図に示す斜線の領域は、第３図〜第７図に示す測
定ベルデ定数が1.4min/Oe・cm以上の従来にない大きな
値を示す組成範囲を示している。なお、この組成範囲
は、境界線に相当する部分も含まれる。
定ベルデ定数が1.4min/Oe・cm以上の従来にない大きな
値を示す組成範囲を示している。なお、この組成範囲
は、境界線に相当する部分も含まれる。
このように、この発明に従うファラデー効果材料は、
高いベルデ定数を有するため、ファラデー回転素子を構
成する結晶体として、このファラデー効果材料を用いた
場合、結晶体の長さｌを長く設定しなくとも、十分な感
度が得られ、狭い場所でも磁界測定が可能な磁界センサ
とすることができる。従来より用いられているZnSe結晶
やBSO結晶をファラデー回転素子に用いた場合、たとえ
ば５〜30mmの長さが必要であったとすると、この発明の
CdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成分とした場合には、ファ
ラデー回転素子の結晶体の長さを約0.06mm〜2.3mm程度
まで短くすることができ、磁界センサを小型化すること
ができる。
高いベルデ定数を有するため、ファラデー回転素子を構
成する結晶体として、このファラデー効果材料を用いた
場合、結晶体の長さｌを長く設定しなくとも、十分な感
度が得られ、狭い場所でも磁界測定が可能な磁界センサ
とすることができる。従来より用いられているZnSe結晶
やBSO結晶をファラデー回転素子に用いた場合、たとえ
ば５〜30mmの長さが必要であったとすると、この発明の
CdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成分とした場合には、ファ
ラデー回転素子の結晶体の長さを約0.06mm〜2.3mm程度
まで短くすることができ、磁界センサを小型化すること
ができる。
第１図は、この発明の実施例において、室温で1.4min/O
e・cm以上のベルデ定数を示す組成範囲を示す３元系相
図である。第２図は、この発明の実施例において測定し
た組成を示す３元系相図である。第３図は、660nmの測
定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図で
ある。第４図は、730nmの測定波長における実施例のベ
ルデ定数を示す３元系相図である。第５図は、780nmの
測定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図
である。第６図は、850nmの測定波長における実施例の
ベルデ定数を示す３元系相図である。第７図は、1300nm
の測定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相
図である。第８図は、磁界センサの構成概念図である。 第８図において、１は光ファイバ、２はロッドレンズ、
３は偏光子、４はファラデー回転素子、５は磁界、６は
検光子、７はロッドレンズ、８は光ファイバ、９は入射
光、10は出射光を示す。
e・cm以上のベルデ定数を示す組成範囲を示す３元系相
図である。第２図は、この発明の実施例において測定し
た組成を示す３元系相図である。第３図は、660nmの測
定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図で
ある。第４図は、730nmの測定波長における実施例のベ
ルデ定数を示す３元系相図である。第５図は、780nmの
測定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相図
である。第６図は、850nmの測定波長における実施例の
ベルデ定数を示す３元系相図である。第７図は、1300nm
の測定波長における実施例のベルデ定数を示す３元系相
図である。第８図は、磁界センサの構成概念図である。 第８図において、１は光ファイバ、２はロッドレンズ、
３は偏光子、４はファラデー回転素子、５は磁界、６は
検光子、７はロッドレンズ、８は光ファイバ、９は入射
光、10は出射光を示す。
Claims (4)
- 【請求項１】CdSe−MnSe−ZnSe系合金を主成分とするこ
とを特徴とするファラデー効果材料。 - 【請求項２】前記CdSe−MnSe−ZnSe系合金が、添付の第
１図の３元系相図に示すように、Cd0.45Mn0.45Zn0.1Se
（CdSe45％,MnSe45％,ZnSe10％）、Cd0.55Mn0.4Zn0.05S
e（CdSe55％,MnSe40％,ZnSe5％）、Cd0.9Mn0.05Zn0.05S
e（CdSe90％,MnSe5％,ZnSe5％）、Cd0.85Mn0.05Zn0.1Se
（CdSe85％,MnSe5％,ZnSe10％）、Cd0.75Mn0.1Zn0.15Se
（CdSe75％,MnSe10％,ZnSe15％）、およびCd0.45Mn0.4Z
n0.15Se（CdSe45％,MnSe40％,ZnSe15％）で囲まれる範
囲内（境界線を含む）の組成を有する、請求項１記載の
ファラデー効果材料。 - 【請求項３】ファラデー回転素子を通過する光の偏波面
の回転角の大きさから磁界を検知する磁界センサにおい
て、 前記ファラデー回転素子がCdSe−MnSe−ZnSe系合金を主
成分として形成されていることを特徴とする磁界セン
サ。 - 【請求項４】前記CdSe−MnSe−ZnSe系合金が、添付の第
１図の３元系相図に示すように、Cd0.45Mn0.45Zn0.1Se
（CdSe45％,MnSe45％,ZnSe10％）、Cd0.55Mn0.4Zn0.05S
e（CdSe55％,MnSe40％,ZnSe5％）、Cd0.9Mn0.05Zn0.05S
e（CdSe90％,MnSe5％,ZnSe5％）、Cd0.85Mn0.05Zn0.1Se
（CdSe85％,MnSe5％,ZnSe10％）、Cd0.75Mn0.1Zn0.15Se
（CdSe75％,MnSe10％,ZnSe15％）、およびCd0.45Mn0.4Z
n0.15Se（CdSe45％,MnSe40％,ZnSe15％）で囲まれる範
囲内（境界線を含む）の組成を有する、請求項３記載の
磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31462388A JP2592942B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31462388A JP2592942B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157812A JPH02157812A (ja) | 1990-06-18 |
| JP2592942B2 true JP2592942B2 (ja) | 1997-03-19 |
Family
ID=18055536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31462388A Expired - Lifetime JP2592942B2 (ja) | 1988-12-12 | 1988-12-12 | ファラデー効果材料および磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2592942B2 (ja) |
-
1988
- 1988-12-12 JP JP31462388A patent/JP2592942B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02157812A (ja) | 1990-06-18 |
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