JP3049190B2 - 電界センサ装置 - Google Patents
電界センサ装置Info
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- JP3049190B2 JP3049190B2 JP6160987A JP16098794A JP3049190B2 JP 3049190 B2 JP3049190 B2 JP 3049190B2 JP 6160987 A JP6160987 A JP 6160987A JP 16098794 A JP16098794 A JP 16098794A JP 3049190 B2 JP3049190 B2 JP 3049190B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路型光変調器を
用いた電界センサ装置に関し、特に、ＣＡＴＶ等のアナ
ログ光信号を用いた高速光通信システム、電磁界計測等
に適用して有効な技術に関するものである。
用いた電界センサ装置に関し、特に、ＣＡＴＶ等のアナ
ログ光信号を用いた高速光通信システム、電磁界計測等
に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、ＣＡＴＶ等のアナログ光信号
を用いた高速光通信システム、電磁界計測の分野におい
て、光導波路を用いた光変調器が用いられている。
を用いた高速光通信システム、電磁界計測の分野におい
て、光導波路を用いた光変調器が用いられている。
【０００３】電磁界計測に用いられる電界センサ装置の
構成を図９に示す。図９において、１は光変調器に無変
調の光電力を送るための光源、２は偏波面保持ファイバ
内部を伝搬する光波の偏波と光源の偏波との関係を調整
し、直線偏向の光波がファイバ内を伝搬するようにする
ための偏波補償器、３は光源の光電力を光変調器に伝搬
するための偏波面保持ファイバ、４は光変調器がその上
に形成されている電気光学効果を持つ材料で作られた基
板、５は光導波路、６は光変調器の電極、７は電界セン
サ装置の金属ロッド、８は電界センサ装置の光変調器を
収容した筐体、９は光変調器と光検出器を結ぶシングル
モード光ファイバ、１０は光検出器、１１は光検出器で
変換した電気信号レベルを測定するためのレベルメータ
である。
構成を図９に示す。図９において、１は光変調器に無変
調の光電力を送るための光源、２は偏波面保持ファイバ
内部を伝搬する光波の偏波と光源の偏波との関係を調整
し、直線偏向の光波がファイバ内を伝搬するようにする
ための偏波補償器、３は光源の光電力を光変調器に伝搬
するための偏波面保持ファイバ、４は光変調器がその上
に形成されている電気光学効果を持つ材料で作られた基
板、５は光導波路、６は光変調器の電極、７は電界セン
サ装置の金属ロッド、８は電界センサ装置の光変調器を
収容した筐体、９は光変調器と光検出器を結ぶシングル
モード光ファイバ、１０は光検出器、１１は光検出器で
変換した電気信号レベルを測定するためのレベルメータ
である。
【０００４】電磁界計測、特に、ＥＭＣ（電磁環境）の
分野では、オートマチック車の暴走事件に代表されるよ
うに、近年、電灯のスイッチから放射される妨害波等に
よりディジタル処理回路が誤操作を起こす現象が問題と
なってきており、このようなインパルス性の妨害波レベ
ルを測定するためのアンテナが必要とされている。
分野では、オートマチック車の暴走事件に代表されるよ
うに、近年、電灯のスイッチから放射される妨害波等に
よりディジタル処理回路が誤操作を起こす現象が問題と
なってきており、このようなインパルス性の妨害波レベ
ルを測定するためのアンテナが必要とされている。
【０００５】インパルス性の電磁界を測定するためのア
ンテナとして現在は、微小ダイポールアンテナ、円錐ア
ンテナやホーンアンテナが使用されている。しかし、こ
れらのアンテナはアンテナと信号の測定器間の接続に同
軸ケーブルを使用しているため、測定した電磁界の特性
にケーブルの影響が出てしまい、測定レベルがケーブル
の配置状況により変動してしまう。そこで、電磁界を検
出するセンサ部と測定器間を光ファイバで結ぶ電界セン
サ装置が検討されている。
ンテナとして現在は、微小ダイポールアンテナ、円錐ア
ンテナやホーンアンテナが使用されている。しかし、こ
れらのアンテナはアンテナと信号の測定器間の接続に同
軸ケーブルを使用しているため、測定した電磁界の特性
にケーブルの影響が出てしまい、測定レベルがケーブル
の配置状況により変動してしまう。そこで、電磁界を検
出するセンサ部と測定器間を光ファイバで結ぶ電界セン
サ装置が検討されている。
【０００６】特に、図９に示す電界センサ装置は、バッ
テリーを内蔵する必要がなく、広い周波数帯域に渡って
一定の感度特性が得られるので、パルス性の妨害波の測
定や情報装置の妨害波に対する耐力を試験するための試
験装置の特性評価に有効である。
テリーを内蔵する必要がなく、広い周波数帯域に渡って
一定の感度特性が得られるので、パルス性の妨害波の測
定や情報装置の妨害波に対する耐力を試験するための試
験装置の特性評価に有効である。
【０００７】この電界センサ装置は、光源として波長
１．３μｍのレーザダイオードを、電気光学効果を持つ
結晶としてニオブ酸リチウムを使用している。レーザダ
イオードを出た光波は偏波面保持ファイバ３を伝搬して
光変調器に達する。
１．３μｍのレーザダイオードを、電気光学効果を持つ
結晶としてニオブ酸リチウムを使用している。レーザダ
イオードを出た光波は偏波面保持ファイバ３を伝搬して
光変調器に達する。
【０００８】光変調器の構造を図１０に示す。図１０で
１２、１３は光導波路である。図１０に示す光変調器
は、マッハチェンダ光干渉計を用いており、入射した光
は２つの光導波路１２、１３にいったん分離され再び結
合され、２本の導波路を通る光の位相差により強度変調
された光信号が得られる。
１２、１３は光導波路である。図１０に示す光変調器
は、マッハチェンダ光干渉計を用いており、入射した光
は２つの光導波路１２、１３にいったん分離され再び結
合され、２本の導波路を通る光の位相差により強度変調
された光信号が得られる。
【０００９】いま、金属ロッド７を電界中に置くと、電
磁誘導により電極６間に電圧が誘起され、図１１に示す
ように電界が印加される。このとき、図１１に示すよう
に、導波路１２には下方向の電界が導波路１３には上方
向の電界が印加される。電界が印加されると、電気光学
効果により導波路の屈折率が変化する。この場合、電界
の印加する方向が導波路１２と導波路１３では反対方向
であるため、一方の導波路を進む光波は位相が進み、一
方の導波路の光波は位相が遅れる。従って、これらの導
波路を伝搬する光波の位相差、すなわち、印加された電
圧に比例した強度変調光信号が得られる。
磁誘導により電極６間に電圧が誘起され、図１１に示す
ように電界が印加される。このとき、図１１に示すよう
に、導波路１２には下方向の電界が導波路１３には上方
向の電界が印加される。電界が印加されると、電気光学
効果により導波路の屈折率が変化する。この場合、電界
の印加する方向が導波路１２と導波路１３では反対方向
であるため、一方の導波路を進む光波は位相が進み、一
方の導波路の光波は位相が遅れる。従って、これらの導
波路を伝搬する光波の位相差、すなわち、印加された電
圧に比例した強度変調光信号が得られる。
【００１０】光信号はシングルモード光ファイバ９を伝
搬し、光検出器１０に送られる。光検出器１０で電気信
号に変換された光信号レベルをレベルメータで測定する
ことにより、電界強度を求めることができる。
搬し、光検出器１０に送られる。光検出器１０で電気信
号に変換された光信号レベルをレベルメータで測定する
ことにより、電界強度を求めることができる。
【００１１】この時の、電界強度Ｅと光検出器の出力レ
ベルＶの関係は式（１）で表される。
ベルＶの関係は式（１）で表される。
【００１２】
【数１】 Ｖr＝０．５ηｌout ＊〔１＋ｃｏｓ{((Ｅｈe／(１＋ｊωＣmＺa))／Ｖ0）π＋φ}〕 …（１） 数１において、 Ｖ0：光変調器の半波長電圧 ｌout：光変調器の最大光電力出力レベル η：光検出器の変換効率 ｈe：２本の金属ロッドで構成されるダイポールエレメ
ントの実効長 Ｃm：光変調器の入力容量 Ｚa：２本の金属ロッドで構成されるダイポールエレメ
ントの駆動点インピーダンス φ：電界を印加しない時の導波路１２と１３を伝搬する
光波の位相差（光バイアス角） である。
ントの実効長 Ｃm：光変調器の入力容量 Ｚa：２本の金属ロッドで構成されるダイポールエレメ
ントの駆動点インピーダンス φ：電界を印加しない時の導波路１２と１３を伝搬する
光波の位相差（光バイアス角） である。
【００１３】電界センサ装置の電極に印加させる電圧と
電界センサ装置の光電力出力レベルの関係を図１２に示
す。測定では電界センサ装置のエレメントに三角波を印
加し、光検出器の出力レベルＶr変化を測定した。式
（１）より電極間に印加される電圧Ｖxと光検出器の出
力レベルＶrの関係は式（２）となる。
電界センサ装置の光電力出力レベルの関係を図１２に示
す。測定では電界センサ装置のエレメントに三角波を印
加し、光検出器の出力レベルＶr変化を測定した。式
（１）より電極間に印加される電圧Ｖxと光検出器の出
力レベルＶrの関係は式（２）となる。
【００１４】
【数２】 Ｖr＝０.５ηｌout＊〔１＋ｃｏｓ{(Ｖx／Ｖ0)π＋φ}〕 …（２） 光電力出力レベルは、光検出器の出力レベルＶrに比例
するので、光検出器の出力レベルを測定することによ
り、光電力出力レベルの変動を測定することができる。
式（２）に示すように、印加電圧Ｖxを変化させると図
１２に示すようなサインカーブを描く。印加電圧がゼロ
の時、式（２）は式（３）となる。
するので、光検出器の出力レベルを測定することによ
り、光電力出力レベルの変動を測定することができる。
式（２）に示すように、印加電圧Ｖxを変化させると図
１２に示すようなサインカーブを描く。印加電圧がゼロ
の時、式（２）は式（３）となる。
【００１５】
【数３】 Ｖr＝０.５ηｌout＊〔１＋ｃｏｓ{φ}〕…（３） 図９に示すように、電界センサ装置に使用する光変調器
は、ＤＣバイアスを印加しないので、この状態で動作す
る。式（３）に示すように、この時の光電力レベルは光
バイアス角（φ）により決まる。
は、ＤＣバイアスを印加しないので、この状態で動作す
る。式（３）に示すように、この時の光電力レベルは光
バイアス角（φ）により決まる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、マッハチェ
ンダ光干渉計の場合、通常、光導波路１２、１３の長さ
は同じになるように製造される。なぜならば、現在の技
術では、導波路の個々の長さを光の位相を考慮してコン
トロールすることは困難であるからである。その場合、
電圧を印加しない状態（ＤＣバイアスがゼロの場合）で
は２つの導波路を伝搬する光波の位相差がゼロ（光バイ
アス角がゼロ）となり、式（３）より光電力出力レベル
は最大となる。図１２では、印加電圧がゼロの時、光電
力出力レベルはほぼ最大となっており、従来の変調器は
光バイアス角をほぼゼロの状態で使用していることがわ
かる。
ンダ光干渉計の場合、通常、光導波路１２、１３の長さ
は同じになるように製造される。なぜならば、現在の技
術では、導波路の個々の長さを光の位相を考慮してコン
トロールすることは困難であるからである。その場合、
電圧を印加しない状態（ＤＣバイアスがゼロの場合）で
は２つの導波路を伝搬する光波の位相差がゼロ（光バイ
アス角がゼロ）となり、式（３）より光電力出力レベル
は最大となる。図１２では、印加電圧がゼロの時、光電
力出力レベルはほぼ最大となっており、従来の変調器は
光バイアス角をほぼゼロの状態で使用していることがわ
かる。
【００１７】この場合の光変調器の入力レベルと変調さ
れた光信号レベルの関係を図１３に示す。図１３に示す
ように、光バイアス角がゼロ（図の光電力の値が最大に
なる点）に近づくと、光電力出力レベルと印加電圧の関
係を表す曲線の傾きが小さくなり（光バイアス角がゼロ
の場合、曲線の傾きはゼロ）、変調効率が悪くなる（す
なわち、電界センサ装置の感度が下がる）ことがわか
る。また、この位置では、曲線の直線部分が短く、ダイ
ナミックレンジが小さくなる欠点があることもわかる。
れた光信号レベルの関係を図１３に示す。図１３に示す
ように、光バイアス角がゼロ（図の光電力の値が最大に
なる点）に近づくと、光電力出力レベルと印加電圧の関
係を表す曲線の傾きが小さくなり（光バイアス角がゼロ
の場合、曲線の傾きはゼロ）、変調効率が悪くなる（す
なわち、電界センサ装置の感度が下がる）ことがわか
る。また、この位置では、曲線の直線部分が短く、ダイ
ナミックレンジが小さくなる欠点があることもわかる。
【００１８】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、ＤＣバイアスを印
加しなくても、光バイアスの制御が可能な導波路型光変
調器を用いて、高感度でダイナミックレンジの大きな電
界センサ装置を実現することが可能な技術を提供するこ
とにある。
されたものであり、本発明の目的は、ＤＣバイアスを印
加しなくても、光バイアスの制御が可能な導波路型光変
調器を用いて、高感度でダイナミックレンジの大きな電
界センサ装置を実現することが可能な技術を提供するこ
とにある。
【００１９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。即ち、本発明は、直列に配置された
２つの金属棒と、該金属棒間に形成された空隙と、該空
隙内に設けられた光変調器とを有する電界センサ装置で
あって、前記光変調器は、電気光学効果を有し一端が固
定される基板と、前記基板の一面に設けられた少なくと
も２本の光導波路と、前記基板の一面に設けられ前記各
光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、前記基
板の固定されていない他端の、前記各光導波路が設けら
れている面およびその対向面以外の面の一点から、前記
各光導波路の光の伝搬方向に対して直角に応力を印加し
て前記基板を変形させ、前記基板上の各光導波路の長さ
に差を生じさせる手段とを備えたことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記光変調器が、２本の光導波路の干渉
を用いたマッハチェンダ型光変調器であることを特徴と
する。また、本発明は、前記光変調器の基板を形成する
電気光学結晶が、ニオブ酸リチウムであることを特徴と
する。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。即ち、本発明は、直列に配置された
２つの金属棒と、該金属棒間に形成された空隙と、該空
隙内に設けられた光変調器とを有する電界センサ装置で
あって、前記光変調器は、電気光学効果を有し一端が固
定される基板と、前記基板の一面に設けられた少なくと
も２本の光導波路と、前記基板の一面に設けられ前記各
光導波路を伝搬する光波を制御する制御電極と、前記基
板の固定されていない他端の、前記各光導波路が設けら
れている面およびその対向面以外の面の一点から、前記
各光導波路の光の伝搬方向に対して直角に応力を印加し
て前記基板を変形させ、前記基板上の各光導波路の長さ
に差を生じさせる手段とを備えたことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記光変調器が、２本の光導波路の干渉
を用いたマッハチェンダ型光変調器であることを特徴と
する。また、本発明は、前記光変調器の基板を形成する
電気光学結晶が、ニオブ酸リチウムであることを特徴と
する。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【作用】前述した手段によれば、印加電圧と光電力出力
の関係はサイン曲線で表されるので、光電力出力レベル
が最大値の半分の位置（光バイアス角φが９０度）に調
整すれば、ダイナミックレンジ及び感度を最も良くする
ことができる。この光バイアス角での印加電圧レベルと
光変調信号出力レベルの関係を図８に示す。図８に示す
ように、この光バイアス角での曲線の傾きが最も大き
く、感度もこの光バイアス角で最も大きいことがわか
る。
の関係はサイン曲線で表されるので、光電力出力レベル
が最大値の半分の位置（光バイアス角φが９０度）に調
整すれば、ダイナミックレンジ及び感度を最も良くする
ことができる。この光バイアス角での印加電圧レベルと
光変調信号出力レベルの関係を図８に示す。図８に示す
ように、この光バイアス角での曲線の傾きが最も大き
く、感度もこの光バイアス角で最も大きいことがわか
る。
【００２６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００２７】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
【００２８】図１は本発明による一実施例の電界センサ
装置の概略構成を示す平面図、図２は図１の丸印で示す
部分の拡大図、図３は図１のＡ−Ａ線で切った断面図、
図４は図１のＢ−Ｂ線で切った断面図、図５は本実施例
の光導波路の変形量の解析に用いたモデルを示す図であ
る。
装置の概略構成を示す平面図、図２は図１の丸印で示す
部分の拡大図、図３は図１のＡ−Ａ線で切った断面図、
図４は図１のＢ−Ｂ線で切った断面図、図５は本実施例
の光導波路の変形量の解析に用いたモデルを示す図であ
る。
【００２９】図１乃至図５において、３は光源の光電力
を光変調器に伝搬するための偏波面保持ファイバ、４は
光変調器がその上に形成されている電気光学効果を持つ
材料で作られた基板、５ａ，５ｂは光導波路、６は光変
調器の電極、７は金属ロッド（金属棒）、８は電界セン
サ装置の光変調器を収容した筐体、９は光変調器と光検
出器を結ぶシングルモード光ファイバ、１４は光変調器
が形成されている基板に外力を与えて応力を印加するた
めの応力印加装置（例えば、応力印加用のナイロン製の
ネジを用いる）、１５は基板４を固定するための固定装
置、１６はナイロン製のナットである。
を光変調器に伝搬するための偏波面保持ファイバ、４は
光変調器がその上に形成されている電気光学効果を持つ
材料で作られた基板、５ａ，５ｂは光導波路、６は光変
調器の電極、７は金属ロッド（金属棒）、８は電界セン
サ装置の光変調器を収容した筐体、９は光変調器と光検
出器を結ぶシングルモード光ファイバ、１４は光変調器
が形成されている基板に外力を与えて応力を印加するた
めの応力印加装置（例えば、応力印加用のナイロン製の
ネジを用いる）、１５は基板４を固定するための固定装
置、１６はナイロン製のナットである。
【００３０】前記基板４としては、長さ５５ｍｍ、幅１
ｍｍ、厚さ０.５ｍｍのニオブ酸リチウムの結晶を使用
し、この結晶上にチタンを拡散してマッハチェンダ光干
渉計を構成している。電極６の長さは４０ｍｍ、半波長
電圧は約３Ｖ、電極間容量は約１０ｐＦである。
ｍｍ、厚さ０.５ｍｍのニオブ酸リチウムの結晶を使用
し、この結晶上にチタンを拡散してマッハチェンダ光干
渉計を構成している。電極６の長さは４０ｍｍ、半波長
電圧は約３Ｖ、電極間容量は約１０ｐＦである。
【００３１】また、図３に示すように、筐体８はアクリ
ル製であり、その側面にナイロン製の応力印加装置（応
力印加用のナイロン製のネジ）１４が取り付けられてい
る。このナイロン製の応力印加装置１４がゆるまないよ
うにナイロン製のナット１７を介在させてある。このよ
うして、アクリル製の筐体８にナイロン製の応力印加装
置１４を取り付けることにより、基板４の側面方向に応
力を印加している。
ル製であり、その側面にナイロン製の応力印加装置（応
力印加用のナイロン製のネジ）１４が取り付けられてい
る。このナイロン製の応力印加装置１４がゆるまないよ
うにナイロン製のナット１７を介在させてある。このよ
うして、アクリル製の筐体８にナイロン製の応力印加装
置１４を取り付けることにより、基板４の側面方向に応
力を印加している。
【００３２】本実施例の電界センサ装置は、図１，図
２、図３及び図４に示すように、基板４上に設けられて
いる２つの光導波路５ａ，５ｂを備え、これらの２つの
光導波路５ａ，５ｂの長手方向と直角でかつ光導波路が
形成されている面及びその対抗する面ではない面から応
力をナイロン製の応力印加装置１４により印加し、基板
４を変形させ、光導波路５ａ，５ｂの長さを変えること
により、２つの光導波路５ａ，５ｂを伝搬する光波の位
相差を変化させ、光バイアス角を制御する光変調器を用
いている。
２、図３及び図４に示すように、基板４上に設けられて
いる２つの光導波路５ａ，５ｂを備え、これらの２つの
光導波路５ａ，５ｂの長手方向と直角でかつ光導波路が
形成されている面及びその対抗する面ではない面から応
力をナイロン製の応力印加装置１４により印加し、基板
４を変形させ、光導波路５ａ，５ｂの長さを変えること
により、２つの光導波路５ａ，５ｂを伝搬する光波の位
相差を変化させ、光バイアス角を制御する光変調器を用
いている。
【００３３】図１，図２、図３及び図４において、応力
印加装置１４により基板４に応力を印加すると、基板４
の別の端は、固定装置１５により筐体８に固定されてい
るので、図１に示すようにたわむ。この場合、２本の光
導波路５ａ，５ｂが基板４の中心線に対して対称の位置
にあれば、一方の光導波路５ａには引っ張り応力が、も
う一方の光導波路５ｂには圧縮応力が加わるため、一方
の導波路５ａの長さは伸び、もう一方の導波路５ｂの長
さは縮む。
印加装置１４により基板４に応力を印加すると、基板４
の別の端は、固定装置１５により筐体８に固定されてい
るので、図１に示すようにたわむ。この場合、２本の光
導波路５ａ，５ｂが基板４の中心線に対して対称の位置
にあれば、一方の光導波路５ａには引っ張り応力が、も
う一方の光導波路５ｂには圧縮応力が加わるため、一方
の導波路５ａの長さは伸び、もう一方の導波路５ｂの長
さは縮む。
【００３４】この解析モデルを図５に示す。このような
場合、基板４は一端を固定された弾性体と考えられ、別
の一端に変形を与えた場合、基板４は変位量で決まる半
径ｒの円の円弧の一部を描く。従って、２つの光導波路
５ａ，５ｂの長さ、Ｌ1、Ｌ2は、図５に示す解析モデル
を用いれば、近似的には式（４）、（５）で表される。
場合、基板４は一端を固定された弾性体と考えられ、別
の一端に変形を与えた場合、基板４は変位量で決まる半
径ｒの円の円弧の一部を描く。従って、２つの光導波路
５ａ，５ｂの長さ、Ｌ1、Ｌ2は、図５に示す解析モデル
を用いれば、近似的には式（４）、（５）で表される。
【００３５】
【数４】 Ｌ1＝２＊（ｒ＋△ｒ／２）α＋ｋ△Ｌ0／２…（４）
【００３６】
【数５】 Ｌ2＝２＊（ｒ−△ｒ／２）α−ｋ△Ｌ0／２…（５） ここで
【００３７】
【数６】ｒ＝ｄ／（２＊ｓｉｎ2α）…（６）
【００３８】
【数７】α＝Ｔａｎ~1（ｄ／ａ）…（７） ｄ：基板４の応力印加による変形量（図５参照） ａ：基板４の固定部と応力印加部との距離（図５参照） △ｒ：２つの光導波路５ａ，５ｂの間隔 △Ｌ0：応力を印加しない時の光導波路の長さの差 ｋ：係数（Ｌ1の方が長い時は１、Ｌ2の方が長い時は−
１） である。
１） である。
【００３９】従って、応力を印加した時の、導波路の長
さの差（△Ｌ）は式（８）となる。
さの差（△Ｌ）は式（８）となる。
【００４０】
【数８】 △Ｌ＝Ｌ1−Ｌ2＝２＊△ｒα＋ｋ△Ｌ0…（８） 従って位相差（△β）は式（９）となる。
【００４１】
【数９】 △β＝β（Ｌ1−Ｌ2）＝β△Ｌ …（９） β：光波の位相定数 ここで
【００４２】
【数１０】 β＝２π／λg＝２π／（λ／ｎ）…（１０） λ：光波の自由空間での波長 ｎ：導波路の屈折率 であるので、
【００４３】
【数１１】△β＝２π（ｎ／λ）△Ｌ＝４π（ｎ／λ）
＊△ｒα＋２π（ｎ／λ）ｋ△Ｌ0…（１１） となる。
＊△ｒα＋２π（ｎ／λ）ｋ△Ｌ0…（１１） となる。
【００４４】式（１１）おいて、第１項目は、応力を印
加し、基板４を変形させることにより生じる位相変化、
第２項目は製造工程の中で生じる位相変化である。現在
の技術では、光導波路の長さを制御することは困難であ
る。本発明は、このような製造工程で発生した誤差を応
力を印加することにより補正できる特徴もある。
加し、基板４を変形させることにより生じる位相変化、
第２項目は製造工程の中で生じる位相変化である。現在
の技術では、光導波路の長さを制御することは困難であ
る。本発明は、このような製造工程で発生した誤差を応
力を印加することにより補正できる特徴もある。
【００４５】基板４の変形量と光バイアス角の関係の測
定例を図６に示す。測定では、ニオブ酸リチウムからな
る基板（厚さ０．５ｍｍ、幅１ｍｍ、長さ５５ｍｍ）４
上に形成したマッハチェンダ型光変調器を用いて固定部
から５０ｍｍの位置で基板４の幅方向に応力を印加し、
印加部における基板４の変形量と光バイアス角の関係を
測定した。
定例を図６に示す。測定では、ニオブ酸リチウムからな
る基板（厚さ０．５ｍｍ、幅１ｍｍ、長さ５５ｍｍ）４
上に形成したマッハチェンダ型光変調器を用いて固定部
から５０ｍｍの位置で基板４の幅方向に応力を印加し、
印加部における基板４の変形量と光バイアス角の関係を
測定した。
【００４６】また、図６に示す直線は、式（１１）を用
いて求めた理論値である。ｋ△Ｌの値は応力を印加しな
い時の光バイアス角から求めた。光波の波長は測定に用
いた１.３μｍとし、光導波路の屈折率ｎはニオブ酸リ
チウムからなる基板４の平均的な値として２.２とし
た。
いて求めた理論値である。ｋ△Ｌの値は応力を印加しな
い時の光バイアス角から求めた。光波の波長は測定に用
いた１.３μｍとし、光導波路の屈折率ｎはニオブ酸リ
チウムからなる基板４の平均的な値として２.２とし
た。
【００４７】図６に示すように、理論値と測定値は良く
一致しており、この位相変化が光導波路の長さの変化に
より生じていることがわかる。
一致しており、この位相変化が光導波路の長さの変化に
より生じていることがわかる。
【００４８】ニオブ酸リチウムは応力を加えることによ
り、光学定数が変化する特徴もあるが、図６に示すよう
に、変形量は０.２ｍｍと非常に少なく、印加した応力
も４ｇ以下であり、応力による光学定数の変化は光バイ
アス角にほとんど影響を与えていない。例えば、応力を
印加する冶具としてナイロン（線膨張係数１.０×１０~
4／℃）を使用すれば、１℃当りの光バイアス角変化は
０.００１ｄｅｇ／℃以下となる。
り、光学定数が変化する特徴もあるが、図６に示すよう
に、変形量は０.２ｍｍと非常に少なく、印加した応力
も４ｇ以下であり、応力による光学定数の変化は光バイ
アス角にほとんど影響を与えていない。例えば、応力を
印加する冶具としてナイロン（線膨張係数１.０×１０~
4／℃）を使用すれば、１℃当りの光バイアス角変化は
０.００１ｄｅｇ／℃以下となる。
【００４９】また、応力を印加することにより、基板の
光学定数を変化させ、光バイアス角を制御することも考
えられるが、そのためには、大きな応力を印加する必要
があり、また、温度を変化させた場合、印加冶具の少し
の膨張・収縮により印加する応力が大きく変化し、安定
な制御ができないという問題がある。
光学定数を変化させ、光バイアス角を制御することも考
えられるが、そのためには、大きな応力を印加する必要
があり、また、温度を変化させた場合、印加冶具の少し
の膨張・収縮により印加する応力が大きく変化し、安定
な制御ができないという問題がある。
【００５０】しかし、本発明の方法では、基板４に変形
を加えているのみであるので、応力印加冶具の温度変形
に対しても、基板４の変形はゆるやかであり、光バイア
ス角は大きく変化しない。従って、周囲温度変動に対し
て安定な光変調器を提供できる。
を加えているのみであるので、応力印加冶具の温度変形
に対しても、基板４の変形はゆるやかであり、光バイア
ス角は大きく変化しない。従って、周囲温度変動に対し
て安定な光変調器を提供できる。
【００５１】また、これまでに述べた電界センサ装置用
光変調器は、電界センサ装置だけでなく、従来は光変調
器を最も直線性の良い位置に制御するために、ＤＣバイ
アスを加えていた、ＣＡＴＶ等のアナログ光信号を用い
た光通信に用いる場合についても、応用が可能である。
特に、ＤＣバイアスを印加した場合、ＤＣドリフトとい
う現象が生じ、一定のＤＣ電圧を印加しても、光バイア
ス角を一定値に保てない問題点があり、この問題点を解
決した光通信システムを実現できる特徴がある。
光変調器は、電界センサ装置だけでなく、従来は光変調
器を最も直線性の良い位置に制御するために、ＤＣバイ
アスを加えていた、ＣＡＴＶ等のアナログ光信号を用い
た光通信に用いる場合についても、応用が可能である。
特に、ＤＣバイアスを印加した場合、ＤＣドリフトとい
う現象が生じ、一定のＤＣ電圧を印加しても、光バイア
ス角を一定値に保てない問題点があり、この問題点を解
決した光通信システムを実現できる特徴がある。
【００５２】また、基板４に応力を印加し光導波路に非
対称な歪みを加えるためには、基板４の幅はできるだけ
狭いことが望ましいが、あまり狭いと機械的強度が落ち
るので、１０ｍｍ程度から１ｍｍ程度までが実際的な値
である。
対称な歪みを加えるためには、基板４の幅はできるだけ
狭いことが望ましいが、あまり狭いと機械的強度が落ち
るので、１０ｍｍ程度から１ｍｍ程度までが実際的な値
である。
【００５３】本実施例の半波長電圧の測定結果を図７に
示す。図７に示すように、本実施例では、光バイアス角
の調整機構を持っているため、最もダイナミックレンジ
の大きくなる位置（光電力レベルが最大レベルの半分に
なる位置）に光バイアス角を調整することができる。
示す。図７に示すように、本実施例では、光バイアス角
の調整機構を持っているため、最もダイナミックレンジ
の大きくなる位置（光電力レベルが最大レベルの半分に
なる位置）に光バイアス角を調整することができる。
【００５４】電磁パルスの測定では、大きな電界強度を
測定する必要があるので、光バイアス角が最適な位置に
設定されている場合は、ダイナミックレンジが大きくな
り、それだけ正確に強いパルス波形が測定できることに
なりその効果は非常に大きい。
測定する必要があるので、光バイアス角が最適な位置に
設定されている場合は、ダイナミックレンジが大きくな
り、それだけ正確に強いパルス波形が測定できることに
なりその効果は非常に大きい。
【００５５】以上の説明からわかるように、本実施例に
よれば、印加電圧と光電力出力の関係はサイン曲線で表
されるので、光電力出力レベルが最大値の半分の位置
（光バイアス角φが９０度）に調整すれば、ダイナミッ
クレンジを最も良くすることができる。この光バイアス
角での印加電圧レベルと光変調信号出力レベルの関係を
図８に示す。図８に示すように、この光バイアス角での
曲線の傾きが最も大きく、感度もこの光バイアス角で最
も大きいことがわかる。
よれば、印加電圧と光電力出力の関係はサイン曲線で表
されるので、光電力出力レベルが最大値の半分の位置
（光バイアス角φが９０度）に調整すれば、ダイナミッ
クレンジを最も良くすることができる。この光バイアス
角での印加電圧レベルと光変調信号出力レベルの関係を
図８に示す。図８に示すように、この光バイアス角での
曲線の傾きが最も大きく、感度もこの光バイアス角で最
も大きいことがわかる。
【００５６】以上、本発明を前記実施例に基づき具体的
に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更
可能であることは勿論である。
に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更
可能であることは勿論である。
【００５７】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。光導波路を用いた光変調器が形成さ
れた基板に応力を印加し、基板を変形させて光導波路の
長さを変え、光導波路間の光波の位相差を変化させるこ
とにより、光バイアス角を最適な値に調整することが可
能な光変調器が得られる。これにより、高感度でダイナ
ミックレンジの大きな電界センサ装置が実現できる。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。光導波路を用いた光変調器が形成さ
れた基板に応力を印加し、基板を変形させて光導波路の
長さを変え、光導波路間の光波の位相差を変化させるこ
とにより、光バイアス角を最適な値に調整することが可
能な光変調器が得られる。これにより、高感度でダイナ
ミックレンジの大きな電界センサ装置が実現できる。
【図１】 図１は本発明による一実施例の電界センサ装
置の概略構成を示す平面図である。
置の概略構成を示す平面図である。
【図２】 図１の丸印で示す部分の拡大図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ線で切った断面図である。
【図４】 図１のＢ−Ｂ線で切った断面図である。
【図５】 本実施例の光導波路の変形量の解析に用いた
モデルを示す図である。
モデルを示す図である。
【図６】 本実施例の基板の変形量と光バイアス角の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図７】 本実施例の電極間電圧と光電力出力レベルの
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図８】 本実施例の光バイアス角と光変調信号出力レ
ベルの関係を示す図である。
ベルの関係を示す図である。
【図９】 従来の電界センサ装置の基本的な全体の概略
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図１０】 従来の光変調器の概略構成を示す図であ
る。
る。
【図１１】 図１０に示す光変調器の光導波路に印加さ
れる電界を示す図である。
れる電界を示す図である。
【図１２】 従来の電界センサ装置の光バイアス角の測
定例を示す図である。
定例を示す図である。
【図１３】 従来の電界センサ装置の光バイアス角と光
変調信号出力レベルの関係を示す図である。
変調信号出力レベルの関係を示す図である。
１…光源、２…偏波補償器、３…偏波面保持ファイバ、
４…基板、５，５ａ，５ｂ…光導波路、６…光変調器の
電極、７…金属ロッド（金属棒）、８…筐体、９…シン
グルモード光ファイバ、１０…光検出器、１１…レベル
メータ、１２，１３…光導波路、１４…応力印加装置、
１５…基板の固定装置、１６…ナイロンナット。
４…基板、５，５ａ，５ｂ…光導波路、６…光変調器の
電極、７…金属ロッド（金属棒）、８…筐体、９…シン
グルモード光ファイバ、１０…光検出器、１１…レベル
メータ、１２，１３…光導波路、１４…応力印加装置、
１５…基板の固定装置、１６…ナイロンナット。
フロントページの続き (72)発明者 菅又 徹 東京都千代田区神田美土代町１番地 住 友セメント株式会社内 (72)発明者 箕輪 純一郎 東京都千代田区神田美土代町１番地 住 友セメント株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−242162（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−15354（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 15/24 G01R 29/08
Claims (3)
- 【請求項１】 直列に配置された２つの金属棒と、前記
金属棒間に形成された空隙と、前記空隙内に設けられた
光変調器とを有する電界センサ装置であって、 前記光変調器は、電気光学効果を有し一端が固定される
基板と、 前記基板の一面に設けられる 少なくとも２本の光導波路
と、前記基板の一面に設けられ前記各 光導波路を伝搬する光
波を制御する制御電極と、前記基板の固定されていない他端側の、前記各光導波路
が設けられている面およびその対向面以外の面の一点か
ら、前記各光導波路の光の伝搬方向に対して直角に応力
を印加して前記基板を変形させ、 前記基板上の各光導波
路の長さに差を生じさせる手段とを備えたことを特徴と
する電界センサ装置。 - 【請求項２】 前記光変調器は、２本の光導波路の干渉
を用いたマッハチェンダ型光変調器であることを特徴と
する請求項１に記載の電界センサ装置。 - 【請求項３】 前記光変調器の基板を形成する電気光学
結晶は、ニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の電界センサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6160987A JP3049190B2 (ja) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | 電界センサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6160987A JP3049190B2 (ja) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | 電界センサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829457A JPH0829457A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3049190B2 true JP3049190B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=15726421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6160987A Expired - Fee Related JP3049190B2 (ja) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | 電界センサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3049190B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005091072A (ja) * | 2003-09-16 | 2005-04-07 | Sureway Inc | 電界測定装置 |
| CA2511134C (en) * | 2004-07-05 | 2011-04-19 | Ntt Docomo, Inc. | Measurement system of specific absorption rate |
| JP4708452B2 (ja) * | 2008-04-14 | 2011-06-22 | アンリツ株式会社 | 光変調デバイス |
| JP2010127777A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-06-10 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 電界計測装置 |
| CN107664720B (zh) * | 2017-09-19 | 2020-01-07 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | M-z型电场传感器 |
-
1994
- 1994-07-13 JP JP6160987A patent/JP3049190B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0829457A (ja) | 1996-02-02 |
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