JP3388371B2 - 分岐干渉光導波路型磁界センサ - Google Patents
分岐干渉光導波路型磁界センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光を用いた磁界を検出
する光学式磁界センサに関し、特に反射型の分岐干渉型
光導波路を用いた光学式磁界センサに関する。
する光学式磁界センサに関し、特に反射型の分岐干渉型
光導波路を用いた光学式磁界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】配電線等を流れる電流の測定は、一般
に、次のような方法で行われている。リング状の磁性体
コアと磁気検出素子とを有する磁気検出器を用いて、上
記配電線の周囲に発生する磁界の強度を検出し、計算器
によりこの検出した磁界強度を電流値に換算し出力す
る。ここで、磁気検出素子としては、ホール素子や磁気
抵抗素子等が使用される。
に、次のような方法で行われている。リング状の磁性体
コアと磁気検出素子とを有する磁気検出器を用いて、上
記配電線の周囲に発生する磁界の強度を検出し、計算器
によりこの検出した磁界強度を電流値に換算し出力す
る。ここで、磁気検出素子としては、ホール素子や磁気
抵抗素子等が使用される。
【０００３】一方、高電圧を取り扱う分野では、電流の
測定に、次に述べるような光学式磁界センサが用いられ
るようになってきている。光学式磁界センサは、高い電
気絶縁性と各種の電磁誘導性による妨害を受けないとい
う利点がある。光学式磁界センサは、磁界を検出する磁
界検出素子として、光の進行方向に磁界が加わると、そ
の磁界の強度に応じて光の偏波面が回転するファラデー
効果を呈するファラデー素子を用いたものである。
測定に、次に述べるような光学式磁界センサが用いられ
るようになってきている。光学式磁界センサは、高い電
気絶縁性と各種の電磁誘導性による妨害を受けないとい
う利点がある。光学式磁界センサは、磁界を検出する磁
界検出素子として、光の進行方向に磁界が加わると、そ
の磁界の強度に応じて光の偏波面が回転するファラデー
効果を呈するファラデー素子を用いたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述した光学式磁界セ
ンサは、磁界の強度に対する感度が比較的低いファラデ
ー素子を磁界検出素子として用いているので、微小な電
流によって発生する強度の弱い磁界を検出するには感度
が足りないという欠点がある。
ンサは、磁界の強度に対する感度が比較的低いファラデ
ー素子を磁界検出素子として用いているので、微小な電
流によって発生する強度の弱い磁界を検出するには感度
が足りないという欠点がある。
【０００５】これを解決するため、次に述べるような、
感度を向上させる提案がなされている。その１つは、フ
ァラデー素子の表面に反射膜を設け、ファラデー素子を
透過する光をその反射膜で複数回反射させ、光路長を長
くすることである。他の１つは、磁性体コアの断面より
小さい磁性体からなる保持部材を用いることによりファ
ラデー素子を通過する磁束の量を増加させることであ
る。しかしながら、このような提案がなされているにも
拘らず、まだ十分に感度を向上させることができない。
感度を向上させる提案がなされている。その１つは、フ
ァラデー素子の表面に反射膜を設け、ファラデー素子を
透過する光をその反射膜で複数回反射させ、光路長を長
くすることである。他の１つは、磁性体コアの断面より
小さい磁性体からなる保持部材を用いることによりファ
ラデー素子を通過する磁束の量を増加させることであ
る。しかしながら、このような提案がなされているにも
拘らず、まだ十分に感度を向上させることができない。
【０００６】したがって、本発明の課題は、感度を向上
させた光学式磁界センサを提供することにある。
させた光学式磁界センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による分岐干渉光導波路型磁界センサは、磁
気複屈折を示す結晶と、この結晶上に形成された主光導
波路と、結晶上に形成され、主光導波路より分岐した２
つの位相シフト光導波路とを有し、主光導波路の一端か
ら入射した光波が主光導波路の他端で２つの位相シフト
光導波路に分岐し、２つの位相シフト光導波路のそれぞ
れの端面で反射し、この反射した光波が主光導波路の他
端において結合した後、主光導波路の一端から出射する
ように構成され、２つの位相シフト光導波路の各々を導
波する光の位相シフトが磁気複屈折効果によって生じる
ことを利用する分岐干渉光導波路型磁界センサにおい
て、ａ）２つの位相シフト光導波路のうち少なくとも一
方の近傍に磁性体を設けること、ｂ）少なくとも一方の
位相シフト光導波路の一部を、少なくとも一方の位相シ
フト光導波路の残りの部分に対して、磁化反転させるこ
と、ｃ）２つの位相シフト光導波路の光学距離を相互に
異ならせること、の３つの構成要件のうちいづれか１つ
または少なくとも２つの構成要件を含むことを特徴とす
る。
に、本発明による分岐干渉光導波路型磁界センサは、磁
気複屈折を示す結晶と、この結晶上に形成された主光導
波路と、結晶上に形成され、主光導波路より分岐した２
つの位相シフト光導波路とを有し、主光導波路の一端か
ら入射した光波が主光導波路の他端で２つの位相シフト
光導波路に分岐し、２つの位相シフト光導波路のそれぞ
れの端面で反射し、この反射した光波が主光導波路の他
端において結合した後、主光導波路の一端から出射する
ように構成され、２つの位相シフト光導波路の各々を導
波する光の位相シフトが磁気複屈折効果によって生じる
ことを利用する分岐干渉光導波路型磁界センサにおい
て、ａ）２つの位相シフト光導波路のうち少なくとも一
方の近傍に磁性体を設けること、ｂ）少なくとも一方の
位相シフト光導波路の一部を、少なくとも一方の位相シ
フト光導波路の残りの部分に対して、磁化反転させるこ
と、ｃ）２つの位相シフト光導波路の光学距離を相互に
異ならせること、の３つの構成要件のうちいづれか１つ
または少なくとも２つの構成要件を含むことを特徴とす
る。
【０００８】
【作用】本発明は光導波路素子を用いた光学式磁界セン
サに係る。以下に本発明による光学式磁界センサの原理
と発明の基本構成について説明する。
サに係る。以下に本発明による光学式磁界センサの原理
と発明の基本構成について説明する。
【０００９】磁気複屈折効果を有する物質の表面に、反
射型の分岐干渉光導波路を形成する。外部の光源から光
ファイバによって主光導波路に導入された光は、２つの
位相シフト光導波路に分岐される。これらの位相シフト
光導波路の他端に全反射膜を配置すると、導波光はここ
で反射し再び主光導波路で結合し、干渉によってその強
度を増加または減少して、光ファイバへ出射する。
射型の分岐干渉光導波路を形成する。外部の光源から光
ファイバによって主光導波路に導入された光は、２つの
位相シフト光導波路に分岐される。これらの位相シフト
光導波路の他端に全反射膜を配置すると、導波光はここ
で反射し再び主光導波路で結合し、干渉によってその強
度を増加または減少して、光ファイバへ出射する。
【００１０】反射型の分岐干渉光導波路素子に磁界検出
機能を持たせるために、２つの位相シフト光導波路を伝
搬する光波に位相差を付与する。すなわち、磁界強度に
依存して位相シフト光導波路の屈折率が変化し、その結
果２つの分岐した光波間に位相差を生ずることが可能な
構成であれば良い。
機能を持たせるために、２つの位相シフト光導波路を伝
搬する光波に位相差を付与する。すなわち、磁界強度に
依存して位相シフト光導波路の屈折率が変化し、その結
果２つの分岐した光波間に位相差を生ずることが可能な
構成であれば良い。
【００１１】本発明は、位相シフト光導波路の屈折率変
化を、基本的に次の３つの手段（構成要件）のいづれか
１つによって、或いはこれらの組み合わせによって有効
な磁界センサを実現する。一方の位相シフト光導波路
の近傍に磁性体を配置する。一方の位相シフト光導波
路の磁化を反転させる。２つ位相シフト光導波路の長
さの差による光学的距離の差を設ける。出射光の強度変
化によって磁界強度を検出することができる。
化を、基本的に次の３つの手段（構成要件）のいづれか
１つによって、或いはこれらの組み合わせによって有効
な磁界センサを実現する。一方の位相シフト光導波路
の近傍に磁性体を配置する。一方の位相シフト光導波
路の磁化を反転させる。２つ位相シフト光導波路の長
さの差による光学的距離の差を設ける。出射光の強度変
化によって磁界強度を検出することができる。
【００１２】ここで、磁気複屈折効果とは光の進行方向
に対し垂直方向に磁界が印加された場合、磁界に平行な
偏光と垂直な偏光との間に位相差を生じる効果のことを
いう。たとえば、磁気複屈折効果を有する結晶から成る
光導波路の面内方向でかつ光進行方向に垂直に磁界を印
加した場合、ＴＭモードの偏光の位相がシフトすること
になる。
に対し垂直方向に磁界が印加された場合、磁界に平行な
偏光と垂直な偏光との間に位相差を生じる効果のことを
いう。たとえば、磁気複屈折効果を有する結晶から成る
光導波路の面内方向でかつ光進行方向に垂直に磁界を印
加した場合、ＴＭモードの偏光の位相がシフトすること
になる。
【００１３】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。
説明する。
【００１４】［実施例１］図１を参照して、本発明の第
１の実施例による磁界センサについて説明する。本実施
例の磁界センサは、結晶面（１１１）を有するガリウム
・ガドリニウム・ガーネット（Ｇａ3 Ｇｄ5 Ｏ12）結晶
基板１１と、この結晶基板１１上にエピタキシャル成長
されたＬａ，Ｇａ置換イットリウム鉄ガーネット薄膜単
結晶１２とを有する。この薄膜単結晶１２は面内磁化を
有する。
１の実施例による磁界センサについて説明する。本実施
例の磁界センサは、結晶面（１１１）を有するガリウム
・ガドリニウム・ガーネット（Ｇａ3 Ｇｄ5 Ｏ12）結晶
基板１１と、この結晶基板１１上にエピタキシャル成長
されたＬａ，Ｇａ置換イットリウム鉄ガーネット薄膜単
結晶１２とを有する。この薄膜単結晶１２は面内磁化を
有する。
【００１５】薄膜単結晶１２の表面には、主光導波路１
３と、この主光導波路１３から分岐した第１および第２
の位相シフト光導波路１４および１５とが形成されてい
る。これら光導波路１３〜１５によって分岐干渉型導波
路が構成される。
３と、この主光導波路１３から分岐した第１および第２
の位相シフト光導波路１４および１５とが形成されてい
る。これら光導波路１３〜１５によって分岐干渉型導波
路が構成される。
【００１６】このような分岐干渉型導波路を次のように
して形成した。まず、薄膜単結晶１２の表面上にフォト
レジスト膜（図示せず）を形成する。フォトレジスト膜
からフォトリソグラフィーにより上記分岐干渉型導波路
のパターン部を除去する。その除去したパターン部にス
パッタリングによりチタン（Ｔｉ）を堆積する。リフト
オフにより残ったフォトレジスト膜を除去する。チタン
をエッチング用のマスクとして使用してアルゴンイオン
で薄膜単結晶１２の表面をエッチングした。このように
して、主光導波路１３とこれから分岐した第１および第
２の位相シフト光導波路１４および１５とを形成した。
して形成した。まず、薄膜単結晶１２の表面上にフォト
レジスト膜（図示せず）を形成する。フォトレジスト膜
からフォトリソグラフィーにより上記分岐干渉型導波路
のパターン部を除去する。その除去したパターン部にス
パッタリングによりチタン（Ｔｉ）を堆積する。リフト
オフにより残ったフォトレジスト膜を除去する。チタン
をエッチング用のマスクとして使用してアルゴンイオン
で薄膜単結晶１２の表面をエッチングした。このように
して、主光導波路１３とこれから分岐した第１および第
２の位相シフト光導波路１４および１５とを形成した。
【００１７】各光導波路の幅は５〜１０μｍの範囲であ
り，高さは０．５〜０．８μｍの範囲である。２つの位
相シフト光導波路１４および１５の端面に、スパッタリ
ング法によってアルミニウム（Ａｌ）の全反射膜１６を
形成した。
り，高さは０．５〜０．８μｍの範囲である。２つの位
相シフト光導波路１４および１５の端面に、スパッタリ
ング法によってアルミニウム（Ａｌ）の全反射膜１６を
形成した。
【００１８】光導波路を形成した面を、スパッタリング
によりＳｉＯ2 膜（図示せず）でコーティングした。こ
のＳｉＯ2 膜はバッファ層として使用される。第１の位
相シフト光導波路１４の近傍に幅１００μｍ、長さ３ｍ
ｍの第１のニッケル（Ｎｉ）膜１７を設けた。また、第
２の位相シフト光導波路１５の近傍に幅１００μｍ、長
さ１０ｍｍの第２のニッケル（Ｎｉ）膜１８を設けた。
周知のように、第１および第２のニッケル（Ｎｉ）膜１
７および１８は高透磁率を示す。
によりＳｉＯ2 膜（図示せず）でコーティングした。こ
のＳｉＯ2 膜はバッファ層として使用される。第１の位
相シフト光導波路１４の近傍に幅１００μｍ、長さ３ｍ
ｍの第１のニッケル（Ｎｉ）膜１７を設けた。また、第
２の位相シフト光導波路１５の近傍に幅１００μｍ、長
さ１０ｍｍの第２のニッケル（Ｎｉ）膜１８を設けた。
周知のように、第１および第２のニッケル（Ｎｉ）膜１
７および１８は高透磁率を示す。
【００１９】主光導波路１３の端面に、入射光導入およ
び出射光伝送のための光ファイバ２０を接続した。これ
により分岐干渉光導波路型磁界センサを構成した。
び出射光伝送のための光ファイバ２０を接続した。これ
により分岐干渉光導波路型磁界センサを構成した。
【００２０】次に、このような構成の分岐干渉光導波路
型磁界センサの動作について説明する。光ファイバ２０
より導入された入射光は主光導波路１３の一端から入射
する。この入射した光波は主光導波路１３の他端で第１
および第２の位相シフト光導波路１４および１５に分岐
する。この第１および第２の位相シフト光導波路１４お
よび１５中を伝搬する光波には、第１および第２のニッ
ケル膜１７および１８により位相差が付与される。その
後、これら位相差の付与された光波は、第１および第２
の位相シフト光導波路１４および１５のそれぞれの端面
で全反射膜１６により全反射され、これら反射した光波
は再び第１および第２のニッケル膜１７および１８によ
り位相差が付与された後、主光導波路１３の他端におい
て結合される。この結合によって第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５中を伝搬してきた光波は
干渉する。この干渉によって結合した光波の強度が増加
または減少する。この結合した光波は、主光導波路１３
の一端から光ファイバ２０へ出射光として出射され、光
ファイバ２０中を伝送していく。この光ファイバ２０中
を伝送した光波は、光ファイバ２０の端（図示せず）か
ら出射され、この出射された光波を光検出器（図示せ
ず）で検出し、この検出信号に計算器（図示せず）で所
定の演算を施すことにより、分岐干渉光導波路型磁界セ
ンサの周囲の磁界強度を検出することができる。
型磁界センサの動作について説明する。光ファイバ２０
より導入された入射光は主光導波路１３の一端から入射
する。この入射した光波は主光導波路１３の他端で第１
および第２の位相シフト光導波路１４および１５に分岐
する。この第１および第２の位相シフト光導波路１４お
よび１５中を伝搬する光波には、第１および第２のニッ
ケル膜１７および１８により位相差が付与される。その
後、これら位相差の付与された光波は、第１および第２
の位相シフト光導波路１４および１５のそれぞれの端面
で全反射膜１６により全反射され、これら反射した光波
は再び第１および第２のニッケル膜１７および１８によ
り位相差が付与された後、主光導波路１３の他端におい
て結合される。この結合によって第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５中を伝搬してきた光波は
干渉する。この干渉によって結合した光波の強度が増加
または減少する。この結合した光波は、主光導波路１３
の一端から光ファイバ２０へ出射光として出射され、光
ファイバ２０中を伝送していく。この光ファイバ２０中
を伝送した光波は、光ファイバ２０の端（図示せず）か
ら出射され、この出射された光波を光検出器（図示せ
ず）で検出し、この検出信号に計算器（図示せず）で所
定の演算を施すことにより、分岐干渉光導波路型磁界セ
ンサの周囲の磁界強度を検出することができる。
【００２１】本発明者は、このように構成した第１の実
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、この分岐干渉光導波路型磁界センサを周
波数５０Ｈｚの電流が流れている導体（図示せず）に対
して、薄膜単結晶１２の表面から約５ｍｍ離し、かつ導
体と光導波路１３〜１５とが平行となるように設置し
て、その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、
最小強度が０．５Ｏｅの磁界を検出できることを確認し
た。
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、この分岐干渉光導波路型磁界センサを周
波数５０Ｈｚの電流が流れている導体（図示せず）に対
して、薄膜単結晶１２の表面から約５ｍｍ離し、かつ導
体と光導波路１３〜１５とが平行となるように設置し
て、その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、
最小強度が０．５Ｏｅの磁界を検出できることを確認し
た。
【００２２】［実施例２］図２を参照して、本発明の第
２の実施例による磁界センサは、第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５の近傍にそれぞれ第１お
よび第２のニッケル膜１７および１８を設ける代わり
に、第１および第２の位相シフト光導波路１４および１
５の一部にそれぞれ第１および第２の分極反転部１７ａ
および１８ａを形成したことを除いて、図１に示したも
のと同様の構成を有する。以下では、第１の実施例と相
違する点についてのみ説明する。
２の実施例による磁界センサは、第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５の近傍にそれぞれ第１お
よび第２のニッケル膜１７および１８を設ける代わり
に、第１および第２の位相シフト光導波路１４および１
５の一部にそれぞれ第１および第２の分極反転部１７ａ
および１８ａを形成したことを除いて、図１に示したも
のと同様の構成を有する。以下では、第１の実施例と相
違する点についてのみ説明する。
【００２３】第１の位相シフト光導波路１４の長さ３ｍ
ｍの所定部分（図面で網目を施している部分）にレーザ
ビーム・アニールを施して、その部分のみ磁化を反転さ
せ、第１の分極反転部１７ａを形成した。同様に、第２
の位相シフト光導波路１５の長さ１０ｍｍの所定部分
（図面で網目を施している部分）にレーザビーム・アニ
ールを施して、その部分のみ磁化を反転させ、第２の分
極反転部１８ａを形成した。
ｍの所定部分（図面で網目を施している部分）にレーザ
ビーム・アニールを施して、その部分のみ磁化を反転さ
せ、第１の分極反転部１７ａを形成した。同様に、第２
の位相シフト光導波路１５の長さ１０ｍｍの所定部分
（図面で網目を施している部分）にレーザビーム・アニ
ールを施して、その部分のみ磁化を反転させ、第２の分
極反転部１８ａを形成した。
【００２４】本発明者は、このように構成した第２の実
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上記
第１の実施例と同様に、最小強度が０．５Ｏｅの磁界を
検出できることを確認した。
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上記
第１の実施例と同様に、最小強度が０．５Ｏｅの磁界を
検出できることを確認した。
【００２５】［実施例３］図３を参照して、本発明の第
３の実施例による磁界センサは、第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５の近傍にそれぞれ第１お
よび第２のニッケル膜１７および１８を設ける代わり
に、第１の位相シフト光導波路１４の光学距離を第２の
位相シフト光導波路１５ａのそれと異ならせたことを除
いて、図１に示したものと同様の構成を有する。以下で
は、第１の実施例と相違する点についてのみ説明する。
３の実施例による磁界センサは、第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５の近傍にそれぞれ第１お
よび第２のニッケル膜１７および１８を設ける代わり
に、第１の位相シフト光導波路１４の光学距離を第２の
位相シフト光導波路１５ａのそれと異ならせたことを除
いて、図１に示したものと同様の構成を有する。以下で
は、第１の実施例と相違する点についてのみ説明する。
【００２６】本実施例では、第２の位相シフト光導波路
１５ａの光学距離を第１の位相シフト光導波路１４のそ
れよりも２ｍｍ短くなるように設計した。
１５ａの光学距離を第１の位相シフト光導波路１４のそ
れよりも２ｍｍ短くなるように設計した。
【００２７】本発明者は、このように構成した第３の実
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上述
した第１および第２の実施例と同様に、最小強度が０．
５Ｏｅの磁界を検出できることを確認した。
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上述
した第１および第２の実施例と同様に、最小強度が０．
５Ｏｅの磁界を検出できることを確認した。
【００２８】［実施例４］図４を参照して、本発明の第
４の実施例による磁界センサは、第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５の近傍にそれぞれ第１お
よび第２のニッケル膜１７および１８を設ける代わり
に、第１の位相シフト光導波路１４の近傍にのみの永久
磁石１９を設けたことを除いて、図１に示したものと同
様の構成を有する。以下では、第１の実施例と相違する
点についてのみ説明する。
４の実施例による磁界センサは、第１および第２の位相
シフト光導波路１４および１５の近傍にそれぞれ第１お
よび第２のニッケル膜１７および１８を設ける代わり
に、第１の位相シフト光導波路１４の近傍にのみの永久
磁石１９を設けたことを除いて、図１に示したものと同
様の構成を有する。以下では、第１の実施例と相違する
点についてのみ説明する。
【００２９】本実施例では、永久磁石１９として、幅１
００μｍ、長さ３ｍｍのマンガン・ビスマス（ＭｎＢ
ｉ）膜を膜厚方向に磁化したものを使用した。
００μｍ、長さ３ｍｍのマンガン・ビスマス（ＭｎＢ
ｉ）膜を膜厚方向に磁化したものを使用した。
【００３０】本発明者は、このように構成した第４の実
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上述
した第１乃至第３の実施例と同様に、最小強度が０．５
Ｏｅの磁界を検出できることを確認した。
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上述
した第１乃至第３の実施例と同様に、最小強度が０．５
Ｏｅの磁界を検出できることを確認した。
【００３１】［実施例５］図５を参照して、本発明の第
５の実施例による磁界センサは、第１の位相シフト光導
波路１４の近傍にニッケル膜１７を設ける代わりに、第
１の位相シフト光導波路１４の一部に分極反転部１７ａ
を設けたことを除いて、図１に示したものと同様の構成
を有する。換言すれば、本実施例による磁界センサは、
上述した第１および第２の実施例による磁界センサとの
組み合わせた構造を有する。
５の実施例による磁界センサは、第１の位相シフト光導
波路１４の近傍にニッケル膜１７を設ける代わりに、第
１の位相シフト光導波路１４の一部に分極反転部１７ａ
を設けたことを除いて、図１に示したものと同様の構成
を有する。換言すれば、本実施例による磁界センサは、
上述した第１および第２の実施例による磁界センサとの
組み合わせた構造を有する。
【００３２】すなわち、本実施例では、第１の位相シフ
ト光導波路１４の長さ３ｍｍの所定部分（図面で網目を
施している部分）にレーザビーム・アニールを施して、
その部分のみ磁化を反転させ、分極反転部１７ａを形成
した。一方、第２の位相シフト光導波路１５の近傍に幅
１００μｍ、長さ１０ｍｍのニッケル（Ｎｉ）膜１８を
設けた。
ト光導波路１４の長さ３ｍｍの所定部分（図面で網目を
施している部分）にレーザビーム・アニールを施して、
その部分のみ磁化を反転させ、分極反転部１７ａを形成
した。一方、第２の位相シフト光導波路１５の近傍に幅
１００μｍ、長さ１０ｍｍのニッケル（Ｎｉ）膜１８を
設けた。
【００３３】本発明者は、このように構成した第５の実
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上述
した第１乃至第５の実施例と同様に、最小強度が０．５
Ｏｅの磁界を検出できることを確認した。
施例による分岐干渉光導波路型磁界センサの有効性を確
認するために、上記第１の実施例と同様に、この分岐干
渉光導波路型磁界センサを上述の如く周波数５０Ｈｚの
電流が流れている導体（図示せず）の近傍に設置して、
その電流の作る磁界の強度を測定した。その結果、上述
した第１乃至第５の実施例と同様に、最小強度が０．５
Ｏｅの磁界を検出できることを確認した。
【００３４】尚、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形・変
更が可能であるのは勿論である。例えば、磁性体として
は、ニッケル（Ｎｉ膜）やマンガン・ビスマス（ＭｎＢ
ｉ）膜以外にも、高い透磁率を有する軟磁性体材料を使
用することができる。また、一方の位相シフト光導波
路の近傍に磁性体を配置する，一方の位相シフト光導
波路の磁化を反転させる，および２つ位相シフト光導
波路の長さの差による光学的距離の差を設けるの３つの
構成要件の組み合わせは、第５の実施例で記載したと
の組み合わせばかりでなく、それ以外を結合させるよ
うにしても良いのは勿論である。
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形・変
更が可能であるのは勿論である。例えば、磁性体として
は、ニッケル（Ｎｉ膜）やマンガン・ビスマス（ＭｎＢ
ｉ）膜以外にも、高い透磁率を有する軟磁性体材料を使
用することができる。また、一方の位相シフト光導波
路の近傍に磁性体を配置する，一方の位相シフト光導
波路の磁化を反転させる，および２つ位相シフト光導
波路の長さの差による光学的距離の差を設けるの３つの
構成要件の組み合わせは、第５の実施例で記載したと
の組み合わせばかりでなく、それ以外を結合させるよ
うにしても良いのは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、２つの位
相シフト光導波路を伝搬する光波に位相差を付与する構
成を有する反射型の分岐干渉光導波路型磁界センサによ
り、微弱な磁界の強度を高い感度で検出することができ
ることが可能となる。
相シフト光導波路を伝搬する光波に位相差を付与する構
成を有する反射型の分岐干渉光導波路型磁界センサによ
り、微弱な磁界の強度を高い感度で検出することができ
ることが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例による分岐干渉光導波路
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による分岐干渉光導波路
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
【図３】本発明の第３の実施例による分岐干渉光導波路
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
【図４】本発明の第４の実施例による分岐干渉光導波路
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
【図５】本発明の第５の実施例による分岐干渉光導波路
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
型磁界センサの構成を示す概略平面図である。
１１ ガリウム・ガドリニウム・ガーネット（Ｇａ3 Ｇ
ｄ5 Ｏ12）結晶基板 １２ Ｌａ，Ｇａ置換イットリウム鉄ガーネット薄膜単
結晶 １３ 主光導波路 １４，１５ 位相シフト光導波路 １６ 全反射膜 １７，１８ ニッケル（Ｎｉ）膜 １７ａ，１８ａ 分極反転部 １９ マンガン・ビスマス（ＭｎＢｉ）膜（永久磁石） ２０ 光ファイバ
ｄ5 Ｏ12）結晶基板 １２ Ｌａ，Ｇａ置換イットリウム鉄ガーネット薄膜単
結晶 １３ 主光導波路 １４，１５ 位相シフト光導波路 １６ 全反射膜 １７，１８ ニッケル（Ｎｉ）膜 １７ａ，１８ａ 分極反転部 １９ マンガン・ビスマス（ＭｎＢｉ）膜（永久磁石） ２０ 光ファイバ
Claims (4)
- 【請求項１】 磁気複屈折を示す結晶と、該結晶上に形
成された主光導波路と、前記結晶上に形成され、前記主
光導波路より分岐した２つの位相シフト光導波路とを有
し、前記主光導波路の一端から入射した光波が前記主光
導波路の他端で前記２つの位相シフト光導波路に分岐
し、前記２つの位相シフト光導波路のそれぞれの端面で
反射し、この反射した光波が前記主光導波路の他端にお
いて結合した後、前記主光導波路の一端から出射するよ
うに構成され、前記２つの位相シフト光導波路の各々を
導波する光の位相シフトが磁気複屈折効果によって生じ
ることを利用する分岐干渉光導波路型磁界センサにおい
て、 前記２つの位相シフト光導波路のうち少なくとも一方の
近傍に永久磁石材料から成る磁性体を設けることを特徴
とする分岐干渉光導波路型磁界センサ。 - 【請求項２】 磁気複屈折を示す結晶と、該結晶上に形
成された主光導波路と、前記結晶上に形成され、前記主
光導波路より分岐した２つの位相シフト光導波路とを有
し、前記主光導波路の一端から入射した光波が前記主光
導波路の他端で前記２つの位相シフト光導波路に分岐
し、前記２つの位相シフト光導波路のそれぞれの端面で
反射し、この反射した光波が前記主光導波路の他端にお
いて結合した後、前記主光導波路の一端から出射するよ
うに構成され、前記２つの位相シフト光導波路の各々を
導波する光の位相シフトが磁気複屈折効果によって生じ
ることを利用する分岐干渉光導波路型磁界センサにおい
て、 前記２つの位相シフト光導波路のうち少なくとも一方の
一部を、前記２つの位相シフト光導波路のうち少なくと
も一方の残りの部分に対して、磁化反転させることを特
徴とする分岐干渉光導波路型磁界センサ。 - 【請求項３】 磁気複屈折を示す結晶と、該結晶上に形
成された主光導波路と、前記結晶上に形成され、前記主
光導波路より分岐した２つの位相シフト光導波路とを有
し、前記主光導波路の一端から入射した光波が前記主光
導波路の他端で前記２つの位相シフト光導波路に分岐
し、前記２つの位相シフト光導波路のそれぞれの端面で
反射し、この反射した光波が前記主光導波路の他端にお
いて結合した後、前記主光導波路の一端から出射するよ
うに構成され、前記２つの位相シフト光導波路の各々を
導波する光の位相シフトが磁気複屈折効果によって生じ
る ことを利用する分岐干渉光導波路型磁界センサにおい
て、 前記２つの位相シフト光導波路の光学距離を相互に異な
らせることを特徴とする分岐干渉光導波路型磁界セン
サ。 - 【請求項４】 磁気複屈折を示す結晶と、該結晶上に形
成された主光導波路と、前記結晶上に形成され、前記主
光導波路より分岐した２つの位相シフト光導波路とを有
し、前記主光導波路の一端から入射した光波が前記主光
導波路の他端で前記２つの位相シフト光導波路に分岐
し、前記２つの位相シフト光導波路のそれぞれの端面で
反射し、この反射した光波が前記主光導波路の他端にお
いて結合した後、前記主光導波路の一端から出射するよ
うに構成され、前記２つの位相シフト光導波路の各々を
導波する光の位相シフトが磁気複屈折効果によって生じ
ることを利用する分岐干渉光導波路型磁界センサにおい
て、 ａ）前記２つの位相シフト光導波路のうち少なくとも一
方の近傍に磁性体を設けること、 ｂ）少なくとも一方の位相シフト光導波路の一部を、前
記少なくとも一方の位相シフト光導波路の残りの部分に
対して、磁化反転させること、 ｃ）前記２つの位相シフト光導波路の光学距離を相互に
異ならせることの３つの構成要件のうち少なくとも２つ
の構成要件を含むことを特徴とする分岐干渉光導波路型
磁界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08124094A JP3388371B2 (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | 分岐干渉光導波路型磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08124094A JP3388371B2 (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | 分岐干渉光導波路型磁界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07287058A JPH07287058A (ja) | 1995-10-31 |
| JP3388371B2 true JP3388371B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=13740908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08124094A Expired - Fee Related JP3388371B2 (ja) | 1994-04-20 | 1994-04-20 | 分岐干渉光導波路型磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3388371B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7208098B2 (ja) * | 2019-04-25 | 2023-01-18 | 京セラ株式会社 | 光アイソレータ及び光源装置 |
-
1994
- 1994-04-20 JP JP08124094A patent/JP3388371B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07287058A (ja) | 1995-10-31 |
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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