JP3044084B2 - 磁界センサ用磁気光学素子 - Google Patents
磁界センサ用磁気光学素子Info
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- JP3044084B2 JP3044084B2 JP3094850A JP9485091A JP3044084B2 JP 3044084 B2 JP3044084 B2 JP 3044084B2 JP 3094850 A JP3094850 A JP 3094850A JP 9485091 A JP9485091 A JP 9485091A JP 3044084 B2 JP3044084 B2 JP 3044084B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数枚の磁気光学素子
を互いに隔離して配置した低損失且つ高感度の磁気光学
素子を使用した磁界センサに関する。
を互いに隔離して配置した低損失且つ高感度の磁気光学
素子を使用した磁界センサに関する。
【０００２】
【従来技術】磁界センサ用磁気光学素子は、ファラデー
効果を利用した磁界強度を測定するための光学素子であ
る。ファラデー回転角をθF 、磁界をＨとして両者の関
係を第１図に示す。図中、ＨS は飽和磁界、θFSは飽和
ファラデー回転角を表し、磁界センサの感度はθFS／Ｈ
S で表される。従って、かかる素子の感度を増大するに
は、ＨS を小さくするかあるいはθfsを大きくすればよ
い。ＨS を小さくすることは材料組成を変化することに
より実現できるが、測定可能な磁界範囲が制限されてし
まうため磁界センサとしては好ましくない（測定範囲は
−ＨS ＜Ｈ＜ＨS である）。一方、θfsは、ファラデー
効果の関係式θf ＝Ｖ×Ｌ×Ｈで与えられるので（式
中、Ｖはベルデ定数、Ｌは光路長、Ｈは磁界である）、
θfsを大きくするには素子の厚さＬを厚くすれば実現で
きる。単位厚さ当たりのファラデー回転角を表すファラ
デー回転能（θfs／厚さ）が大きいものしてビスマス置
換希土類鉄ガーネットが知られている。
効果を利用した磁界強度を測定するための光学素子であ
る。ファラデー回転角をθF 、磁界をＨとして両者の関
係を第１図に示す。図中、ＨS は飽和磁界、θFSは飽和
ファラデー回転角を表し、磁界センサの感度はθFS／Ｈ
S で表される。従って、かかる素子の感度を増大するに
は、ＨS を小さくするかあるいはθfsを大きくすればよ
い。ＨS を小さくすることは材料組成を変化することに
より実現できるが、測定可能な磁界範囲が制限されてし
まうため磁界センサとしては好ましくない（測定範囲は
−ＨS ＜Ｈ＜ＨS である）。一方、θfsは、ファラデー
効果の関係式θf ＝Ｖ×Ｌ×Ｈで与えられるので（式
中、Ｖはベルデ定数、Ｌは光路長、Ｈは磁界である）、
θfsを大きくするには素子の厚さＬを厚くすれば実現で
きる。単位厚さ当たりのファラデー回転角を表すファラ
デー回転能（θfs／厚さ）が大きいものしてビスマス置
換希土類鉄ガーネットが知られている。
【０００３】しかしながら、ビスマス置換希土類鉄ガー
ネットを量産性に適したＬＰＥ法により製造すると、通
常は第２図のように垂直磁化膜となり、磁区構造は多磁
区構造となる。飽和磁場未満では、かかる多磁区構造は
回折格子として作用して、光が透過する際に入射光の一
部の回折損失をもたらす。従って、素子を透過した信号
強度が低下するという問題点があった。
ネットを量産性に適したＬＰＥ法により製造すると、通
常は第２図のように垂直磁化膜となり、磁区構造は多磁
区構造となる。飽和磁場未満では、かかる多磁区構造は
回折格子として作用して、光が透過する際に入射光の一
部の回折損失をもたらす。従って、素子を透過した信号
強度が低下するという問題点があった。
【０００４】そこで、本発明の目的は、磁化容易軸が光
の進行方向と平行である光磁界センサー用光学素子にお
いて、素子による回折が少ない磁気光学素子を使用した
高感度磁界センサを提供することにある。
の進行方向と平行である光磁界センサー用光学素子にお
いて、素子による回折が少ない磁気光学素子を使用した
高感度磁界センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討した結果、複数の磁気光学素子を
互いに隔離して配置することにより、それらの素子の厚
さの総和に相当する厚さを持つ単独の素子に比べて回折
損失がより少ない透過光を検出することができることを
見出した。
決するために鋭意検討した結果、複数の磁気光学素子を
互いに隔離して配置することにより、それらの素子の厚
さの総和に相当する厚さを持つ単独の素子に比べて回折
損失がより少ない透過光を検出することができることを
見出した。
【０００６】すなわち、本発明は、希土類鉄ガーネッ
ト、ビスマス置換希土類鉄ガーネット、又はオルソフェ
ライト製の磁気光学素子をｎ枚重ね合せたものを使用し
た磁界センサであって（ｎ≧２、ｎ：整数）、飽和磁場
におけるｎ枚の磁気光学素子のファラデー回転角の合計
が１５度以上であり、磁気光学素子の磁化容易軸が光の
進行方向と平行であり、且つ各々の磁気光学素子の磁性
層が互いに接触してないことを特徴とする磁気光学的磁
界センサを提供するものである。
ト、ビスマス置換希土類鉄ガーネット、又はオルソフェ
ライト製の磁気光学素子をｎ枚重ね合せたものを使用し
た磁界センサであって（ｎ≧２、ｎ：整数）、飽和磁場
におけるｎ枚の磁気光学素子のファラデー回転角の合計
が１５度以上であり、磁気光学素子の磁化容易軸が光の
進行方向と平行であり、且つ各々の磁気光学素子の磁性
層が互いに接触してないことを特徴とする磁気光学的磁
界センサを提供するものである。
【０００７】
【０００８】本願発明で用いる磁気光学素子は、磁界が
印加されていないときに、第２図に示したような磁気光
学素子の磁化容易軸が入射光の進行方向と平行である素
子材料を用いる。このような素子材料として、例えば、
希土類鉄ガーネット、ビスマス置換した希土類鉄ガーネ
ット、オルソフェライト等を挙げ得る。かかる材料は、
飽和磁場未満では、通常、上記のような多磁区構造に基
づく回折による透過損失を生じており、本願発明を用い
てかかる回折損失は有効に低減される。
印加されていないときに、第２図に示したような磁気光
学素子の磁化容易軸が入射光の進行方向と平行である素
子材料を用いる。このような素子材料として、例えば、
希土類鉄ガーネット、ビスマス置換した希土類鉄ガーネ
ット、オルソフェライト等を挙げ得る。かかる材料は、
飽和磁場未満では、通常、上記のような多磁区構造に基
づく回折による透過損失を生じており、本願発明を用い
てかかる回折損失は有効に低減される。
【０００９】本発明ではかかる材料素子を２枚以上用
い、それらを互いに隔離して用いる。第３図のように互
いに密着して使用すると、その多磁区構造は図のように
二つの素子で同一になるために、後述するように、単一
の素子を用いた場合と同様に光の透過損失が大きくなる
ため好ましくない。従って、本発明では第４図のよう
に、例えば、非磁性基板を用いて上記の磁気光学素子を
隔離して用いなければならない。
い、それらを互いに隔離して用いる。第３図のように互
いに密着して使用すると、その多磁区構造は図のように
二つの素子で同一になるために、後述するように、単一
の素子を用いた場合と同様に光の透過損失が大きくなる
ため好ましくない。従って、本発明では第４図のよう
に、例えば、非磁性基板を用いて上記の磁気光学素子を
隔離して用いなければならない。
【００１０】更に本発明では上記の素子をｎ枚を隔離配
置して、素子に磁界を印加して飽和磁化にせしめた場合
に、ファラデー回転角がｎ枚の合計で１５度以上になる
必要がある。これを以下に説明する。次式は、第４図の
ような複数の垂直磁化素子に光が入射した場合の透過率
Ｔを求める計算式である。ただし、素子には磁界は印加
されていない。
置して、素子に磁界を印加して飽和磁化にせしめた場合
に、ファラデー回転角がｎ枚の合計で１５度以上になる
必要がある。これを以下に説明する。次式は、第４図の
ような複数の垂直磁化素子に光が入射した場合の透過率
Ｔを求める計算式である。ただし、素子には磁界は印加
されていない。
【００１１】
【数１】 Ｔ＝［ＣＯＳ2 （θfs／ｎ）］n ×（ｔR ）n ｎ：素子の枚数 ｔR ：１枚の素子の反射及び吸収損失を考慮した透過率 ＣＯＳ2 （θfs／ｎ）：回折損失の項
【００１２】上式において、ｔR ＝０．９８として、ｎ
＝１〜３の場合の透過率を算出して透過損失を種々の飽
和ファラデー回転角θfsに対して表したのが第５図であ
る。同図から飽和ファラデー回転角が大きくなると透過
損失が増大することがわかる。例えば、単独の素子で
は、θfs＝２６度のときの損失は１ｄＢである。しかし
θfs＝１３度の素子２枚から構成した場合には損失は約
０．６ｄＢであり、大幅に損失を低減することができ
る。またθfs＝８．７度の素子を３枚にしたときにはそ
の効果は更に大きくなる。しかしながら、複数枚の素子
を用いてこのような透過損失低減の効果が現れるのは同
図から明らかなようにθfs≧１５度の場合である。この
ため本願発明ではｎ枚の磁気光学素子のファラデー回転
角の合計が１５度以上であることが要求される。上記計
算は磁界が印加されていない場合の結果であるが、飽和
磁界未満の磁界を検出するために用いる本願発明の磁界
センサ−用磁気光学素子の場合にも当てはまる。すなわ
ち、飽和磁界未満の磁界では、前記のような多磁区構造
に基づく回折損失が生じているからである。
＝１〜３の場合の透過率を算出して透過損失を種々の飽
和ファラデー回転角θfsに対して表したのが第５図であ
る。同図から飽和ファラデー回転角が大きくなると透過
損失が増大することがわかる。例えば、単独の素子で
は、θfs＝２６度のときの損失は１ｄＢである。しかし
θfs＝１３度の素子２枚から構成した場合には損失は約
０．６ｄＢであり、大幅に損失を低減することができ
る。またθfs＝８．７度の素子を３枚にしたときにはそ
の効果は更に大きくなる。しかしながら、複数枚の素子
を用いてこのような透過損失低減の効果が現れるのは同
図から明らかなようにθfs≧１５度の場合である。この
ため本願発明ではｎ枚の磁気光学素子のファラデー回転
角の合計が１５度以上であることが要求される。上記計
算は磁界が印加されていない場合の結果であるが、飽和
磁界未満の磁界を検出するために用いる本願発明の磁界
センサ−用磁気光学素子の場合にも当てはまる。すなわ
ち、飽和磁界未満の磁界では、前記のような多磁区構造
に基づく回折損失が生じているからである。
【００１３】本発明の別の態様として、上記の磁気光学
素子を備える磁界センサは、例えば、第６図のように構
成することができる。同図は、上記磁気光学素子を備え
る本発明の磁界センサの一例を示したもので、光送信機
１、光受信機２、光ファイバ３ａ，３ｂ、屈折率分布型
レンズ４ａ，４ｂ、偏光子５、磁界センサ−用磁気光学
素子６、検光子７から構成されている。光送信機１から
の光は、光ファイバ３ａにより光センサ部に導かれる。
光センサ部では、光ファイバ３ａからの光を屈折率分布
型レンズ４ａでコリメートした後、偏光子５で直線偏光
に変換し、磁界センサ−用磁気光学素子６に導く。ここ
で、磁界センサ−用磁気光学素子６に平行に磁界が印加
されたとすると、素子６を通過する直線偏光の偏光面が
磁界の強度に比例して回転する。この回転の程度を、偏
光子５と光軸が４５°だけ傾いた検光子７によって光強
度に変換し、その光を屈折率分布型レンズ４ｂで絞り、
光フェイバ３ｂを経て光受信機２に導く。光受信機２で
は、光信号を電気信号に変換し、光センサ部に印加され
た磁界強度を求める動作が行われる。磁界強度を測定さ
れると、直ちに電流の大きさが求められる。偏光子５、
検光子７としては、グラントムソンプリズムや偏光ビー
ムスプリッタを用いた。
素子を備える磁界センサは、例えば、第６図のように構
成することができる。同図は、上記磁気光学素子を備え
る本発明の磁界センサの一例を示したもので、光送信機
１、光受信機２、光ファイバ３ａ，３ｂ、屈折率分布型
レンズ４ａ，４ｂ、偏光子５、磁界センサ−用磁気光学
素子６、検光子７から構成されている。光送信機１から
の光は、光ファイバ３ａにより光センサ部に導かれる。
光センサ部では、光ファイバ３ａからの光を屈折率分布
型レンズ４ａでコリメートした後、偏光子５で直線偏光
に変換し、磁界センサ−用磁気光学素子６に導く。ここ
で、磁界センサ−用磁気光学素子６に平行に磁界が印加
されたとすると、素子６を通過する直線偏光の偏光面が
磁界の強度に比例して回転する。この回転の程度を、偏
光子５と光軸が４５°だけ傾いた検光子７によって光強
度に変換し、その光を屈折率分布型レンズ４ｂで絞り、
光フェイバ３ｂを経て光受信機２に導く。光受信機２で
は、光信号を電気信号に変換し、光センサ部に印加され
た磁界強度を求める動作が行われる。磁界強度を測定さ
れると、直ちに電流の大きさが求められる。偏光子５、
検光子７としては、グラントムソンプリズムや偏光ビー
ムスプリッタを用いた。
【００１４】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
るが、本発明はこれらに何等限定されない。
るが、本発明はこれらに何等限定されない。
【００１５】
【実施例】本発明の磁界センサ用磁気光学素子の製造方
法を以下に記載する。実施例１ ＬＰＥ法により、高格子定数ＧＧＧ基板上にＢｉ1.4 Ｈ
ｏ1.6 Ｆｅ5 Ｏ12の組成の膜を作製し、膜厚が７０μｍ
となるように研磨した。この材料を２枚、第４図のよう
に互いに隔離して配置した。こうして構成した磁気光学
素子に磁界を印加してその特性を試験したところ、飽和
ファラデー回転角は２８°で、感度は０．０４度／Ｏｅ
と大きく、また、印加磁界がゼロのときの損失は０．８
ｄＢであった。
法を以下に記載する。実施例１ ＬＰＥ法により、高格子定数ＧＧＧ基板上にＢｉ1.4 Ｈ
ｏ1.6 Ｆｅ5 Ｏ12の組成の膜を作製し、膜厚が７０μｍ
となるように研磨した。この材料を２枚、第４図のよう
に互いに隔離して配置した。こうして構成した磁気光学
素子に磁界を印加してその特性を試験したところ、飽和
ファラデー回転角は２８°で、感度は０．０４度／Ｏｅ
と大きく、また、印加磁界がゼロのときの損失は０．８
ｄＢであった。
【００１６】比較例１ 実施例１の組成材料の膜厚を１４０μｍとし、１枚だけ
を用いて特性を観測した。結果は、損失が１．５ｄＢと
大きく、実施例１の損失の約２倍であった。
を用いて特性を観測した。結果は、損失が１．５ｄＢと
大きく、実施例１の損失の約２倍であった。
【００１７】実施例２ 実施例１と同様の方法で、Ｂｉ1.5 Ｙ1.5 Ｆｅ5 Ｏ12の
材料を、膜厚が６０μｍとなるようにし、この材料を互
いに接しないように３枚重ねて配置した。こうして構成
した磁気光学素子に磁界を印加してその特性を試験した
ところ、飽和ファラデー回転角は４０°、感度は０．０
６度／Ｏｅ、損失は１．１ｄＢであった。
材料を、膜厚が６０μｍとなるようにし、この材料を互
いに接しないように３枚重ねて配置した。こうして構成
した磁気光学素子に磁界を印加してその特性を試験した
ところ、飽和ファラデー回転角は４０°、感度は０．０
６度／Ｏｅ、損失は１．１ｄＢであった。
【００１８】比較例２ 実施例２の材料を用いて膜厚を１８０μｍとし、１枚だ
けを用いて特性を観測した。結果は、損失が２．６ｄＢ
と大きかった。
けを用いて特性を観測した。結果は、損失が２．６ｄＢ
と大きかった。
【００１９】
【発明の効果】本発明の磁界センサ用磁気光学素子を用
いることにより、垂直磁化素子による光ビームの回折損
失が低減されるため好感度の磁界センサが得られる。
いることにより、垂直磁化素子による光ビームの回折損
失が低減されるため好感度の磁界センサが得られる。
【図１】 磁界センサ用磁気光学素子における磁界とフ
ァラデー回転角の関係を表すグラフである。
ァラデー回転角の関係を表すグラフである。
【図２】 ビスマス置換希土類鉄ガーネット垂直磁化素
子の多磁区構造を表す。
子の多磁区構造を表す。
【図３】 図２の垂直磁化素子を２枚接して配置した場
合の磁区構造を表す。
合の磁区構造を表す。
【図４】図２の垂直磁化素子を互いに非磁性基板により
隔離して配置した場合の磁区構造を表す。
隔離して配置した場合の磁区構造を表す。
【図５】 ｔR ＝０．９８として、ｎ＝１〜３の場合の
垂直磁化膜の透過率を算出し、透過損失を飽和ファラデ
ー回転角θfsに対して表したグラフである。
垂直磁化膜の透過率を算出し、透過損失を飽和ファラデ
ー回転角θfsに対して表したグラフである。
【図６】 本発明の磁気光学素子を備える磁界センサの
一具体例である。
一具体例である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−77409（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−188982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−74527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259618（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−177186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−81570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−139082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−76327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−127522（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−274779（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/09 - 1/09 505 G02B 27/28 G01R 15/24 G01R 33/032
Claims (1)
- 【請求項１】 希土類鉄ガーネット、ビスマス置換希土
類鉄ガーネット、又はオルソフェライト製の磁気光学素
子をｎ枚重ね合せたものを使用した磁界センサであって
（ｎ≧２、ｎ：整数）、 飽和磁場におけるｎ枚の磁気光学素子のファラデー回転
角の合計が１５度以上であり、 磁気光学素子の磁化容易軸が光の進行方向と平行であ
り、且つ各々の磁気光学素子の磁性層が互いに接触して
ないことを特徴とする磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094850A JP3044084B2 (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 磁界センサ用磁気光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094850A JP3044084B2 (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 磁界センサ用磁気光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04304417A JPH04304417A (ja) | 1992-10-27 |
| JP3044084B2 true JP3044084B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=14121509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094850A Expired - Fee Related JP3044084B2 (ja) | 1991-04-02 | 1991-04-02 | 磁界センサ用磁気光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3044084B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0577114A3 (en) * | 1992-07-01 | 1994-06-15 | Mitsubishi Gas Chemical Co | Reflection type magneto-optic sensor head |
-
1991
- 1991-04-02 JP JP3094850A patent/JP3044084B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04304417A (ja) | 1992-10-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000215 |
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