JP3430340B2 - 電界センサ - Google Patents
電界センサInfo
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- electric field
- optical waveguide
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光導波路により入射光
を制御する光制御デバイスに関し、特に電気回路から発
生する電波ノイズ及び測定環境内の電波ノイズの計測
や、大電力装置及び送電線に発生する電界の計測等に使
用する分岐干渉形光導波路を測定環境中に置き、入出射
側に接続された光ファイバーを介してレーザ光を入射
し、出射レーザ光強度を測定する電界センサに関する。 【０００２】 【従来の技術】現在、最も多く用いられているＥＭＣ用
電界センサは、アンテナを利用し、このアンテナで感知
した電波強度を測定してノイズ測定を行なっている。し
かし、この方法を用いると、アンテナから測定装置まで
の間を同軸ケーブルで繋がなければならない。この同軸
ケーブルは、それ自体が数ｄＢのノイズを発生するた
め、測定誤差を生む原因となっている。 【０００３】このような同軸ケーブルからのノイズの発
生を防止する方法として、アンテナからの電界情報伝搬
の手段に光ファイバーケーブルを用いて、測定中に発生
する測定ノイズによる誤差を低減させる方法が考えられ
る。 【０００４】その具体的な手法として用いられる光導波
路を図１に示す。この導波路１としては、入射されたレ
ーザ光を２本のレーザ光に等分に分岐し、その後に２本
のレーザ光を合波する、分岐干渉形光導波路（スイッ
チ）が使用される。 【０００５】通常、分岐干渉形光変調器は、分岐された
光導波路のそれぞれに相反する電界をかけ、２本の光導
波路を通るレーザ光の位相をπ／２だけずらして合波す
るとき、互いのレーザ光を位相差によって打ち消させ、
出射光導波路上のレーザ光強度を“０”にする構造を有
している。 【０００６】従って、アンテナからの電界情報（電圧）
を、この分岐干渉形光変調器の電極部分に与えることに
より、その電界強度によって分岐干渉形光変調器から出
射されるレーザ光の強度が、その印加電界によって直線
的に変動するため、アンテナでの電界強度を光ファイバ
ーによって伝達することが可能となる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た方法では、アンテナとのインピーダンスマッチングが
難しく、分岐干渉形光変調器の電極の特性劣化が発生し
たり、電界が存在することにより電場の乱れを生じる。 【０００８】また、この方法では、大電力装置の電場を
測定する場合にも、上述と同様に電極の存在が問題とな
る場合が多い。 【０００９】本発明の課題は、上述のような分岐干渉形
光変調器による電界センサ用のアンテナ部及び電極部を
削除し、金属を含まない純粋な光学部品だけで構成でき
る分岐干渉形光導波路を含む電界センサを提供すること
にある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、測定環
境中に分岐干渉形光導波路を置き入出射側に光ファイバ
ーを接続し、レーザ光を入射し出射レーザ光強度を測定
する電界センサにおいて、前記分岐干渉形光導波路が、
電気光学効果を有する強誘電体基板上に形成され入射さ
れる光を２つに分岐する第１のＹ分岐光導波路と、この
分岐された２つの光導波路に接続された２つの位相シフ
ト光導波路と、これら２つの位相シフト光導波路を合流
させるための第２のＹ分岐光導波路とからなり、かつ、
上記２つの位相シフト光導波路の少なくとも一方の位相
シフト光導波路の一部分を分極反転させてなることを特
徴とする電界センサが得られる。 【００１１】 【作用】分岐干渉形光変調器に印加する電界は、使用す
るＬｉＮｂＯ3 結晶の結晶軸方向に印加される。 【００１２】この結晶軸に印加される電界方向は変動さ
せる位相の方向を決定するため、通常の分岐干渉形光変
調器では、２本に分岐された光導波路のそれぞれに、光
導波路近くに設置した電極によって、相反する電界を印
加して電気光学効果により互いに逆方向の屈折率変化を
生じさせて、位相差をπ／２にしている。 【００１３】従って、通常使用されている分岐干渉形光
変調器の電極部分を単に取り外した場合には、分岐され
た２本の光導波路にかかる電界が結晶軸に対して同方向
にあるため、同相で位相シフトした光が合流されて、出
力光として単に位相変調されたレーザ光が出射されてし
まい、位相のずれを判断するしか、電界強度を測定する
ことができなくなる。すなわち、この場合には、電界に
よって光強度を変動させることができなくなる。 【００１４】これに対し、本発明の電界センサ内に有す
る分岐干渉形光導波路の場合には、２本に分岐された光
導波路にかかる電界が、一方は結晶軸に対して同方向
に、他方はそれと逆方向に印加されることになるので、
これら両者間に互いに逆方向の屈折率変化が生じ、位相
のずれが生じる。すなわち、この場合には、分岐干渉形
光導波路にかかる電界によって、この光導波路を通過す
るレーザ光強度を変動させることが可能となる。 【００１５】 【実施例】以下、本発明の実施例を図によって詳細に説
明する。 【００１６】本発明の実施例としては、ＺカットのＬｉ
ＮｂＯ3 結晶基板を用い、表面に、幅８μｍ、深さ６μ
ｍの光導波路１を、分岐干渉形にＴｉ熱拡散によって形
成した。ここで、光導波路１と分極反転させた光導波路
部分２との、分岐直線部の長さは２５ｍｍ、分岐直線部
の間隔は２０μｍ、とした。 【００１７】また、この分岐干渉形光変調器に、ＳｉＯ
2 を約０．５μｍ堆積し、フォトレジストパターニング
とＳｉＯ2 エッチングで、２本に分岐された光導波路の
１本の部分を露出させた。 【００１８】次ぎに、ＷＥＴ酸素雰囲気中で、１０００
℃、２時間の熱処理を行ない、加熱終了後、電気炉内で
自然冷却させた。これにより、光導波路の分極反転部を
作成した。なお、結晶表面に残ったＳｉＯ2 は、バッフ
ァエッチング液で除去した。 【００１９】このようにして製造した分岐干渉形光導波
路に、光ファイバー（入射側は偏波面保持ファイバー、
出射側はシングルモードファイバーとし、伝搬レーザ光
波長は１．３１μｍとした）を接続し、測定環境外で出
射レーザ光強度を測定した。また、この測定は５０ＭＨ
ｚで行なった。更に、レベルメータバンド幅は、７．５
ｋＨｚとした。 【００２０】このようにして本実施例における電界セン
サの電界強度を測定したところ、１５０ｄＢμＶ／ｍ〜
６０ｄＢμＶ／ｍまで、直線性を示すことが確認され
た。 【００２１】また、この電界センサで検出可能な電界強
度は、約６０ｄＢμＶ／ｍ（約１ｍＶ／ｍ）であること
がわかった。この値は、従来のバルクＬｉＮｂＯ3 を用
いた電界センサに比べて、１０倍以上、感度が改善され
たことになる。 【００２２】また、この電界センサは、電極やアンテナ
等を用いないので、非常に小型で、伝達ノイズの少ない
素子となっている。 【００２３】 【発明の効果】上述したように、本発明によれば、分岐
干渉形光変調器による電界センサ用のアンテナ部及び電
極部を削除して、金属を含まない純粋な光学部品だけで
分岐干渉形光導波路を構成できるので、従来の光導波路
を含む電界センサに比べて、その感度を大幅に向上させ
ることができ、かつ、素子の小型化、及び伝達ノイズの
低減化を図ることができる。
を制御する光制御デバイスに関し、特に電気回路から発
生する電波ノイズ及び測定環境内の電波ノイズの計測
や、大電力装置及び送電線に発生する電界の計測等に使
用する分岐干渉形光導波路を測定環境中に置き、入出射
側に接続された光ファイバーを介してレーザ光を入射
し、出射レーザ光強度を測定する電界センサに関する。 【０００２】 【従来の技術】現在、最も多く用いられているＥＭＣ用
電界センサは、アンテナを利用し、このアンテナで感知
した電波強度を測定してノイズ測定を行なっている。し
かし、この方法を用いると、アンテナから測定装置まで
の間を同軸ケーブルで繋がなければならない。この同軸
ケーブルは、それ自体が数ｄＢのノイズを発生するた
め、測定誤差を生む原因となっている。 【０００３】このような同軸ケーブルからのノイズの発
生を防止する方法として、アンテナからの電界情報伝搬
の手段に光ファイバーケーブルを用いて、測定中に発生
する測定ノイズによる誤差を低減させる方法が考えられ
る。 【０００４】その具体的な手法として用いられる光導波
路を図１に示す。この導波路１としては、入射されたレ
ーザ光を２本のレーザ光に等分に分岐し、その後に２本
のレーザ光を合波する、分岐干渉形光導波路（スイッ
チ）が使用される。 【０００５】通常、分岐干渉形光変調器は、分岐された
光導波路のそれぞれに相反する電界をかけ、２本の光導
波路を通るレーザ光の位相をπ／２だけずらして合波す
るとき、互いのレーザ光を位相差によって打ち消させ、
出射光導波路上のレーザ光強度を“０”にする構造を有
している。 【０００６】従って、アンテナからの電界情報（電圧）
を、この分岐干渉形光変調器の電極部分に与えることに
より、その電界強度によって分岐干渉形光変調器から出
射されるレーザ光の強度が、その印加電界によって直線
的に変動するため、アンテナでの電界強度を光ファイバ
ーによって伝達することが可能となる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た方法では、アンテナとのインピーダンスマッチングが
難しく、分岐干渉形光変調器の電極の特性劣化が発生し
たり、電界が存在することにより電場の乱れを生じる。 【０００８】また、この方法では、大電力装置の電場を
測定する場合にも、上述と同様に電極の存在が問題とな
る場合が多い。 【０００９】本発明の課題は、上述のような分岐干渉形
光変調器による電界センサ用のアンテナ部及び電極部を
削除し、金属を含まない純粋な光学部品だけで構成でき
る分岐干渉形光導波路を含む電界センサを提供すること
にある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、測定環
境中に分岐干渉形光導波路を置き入出射側に光ファイバ
ーを接続し、レーザ光を入射し出射レーザ光強度を測定
する電界センサにおいて、前記分岐干渉形光導波路が、
電気光学効果を有する強誘電体基板上に形成され入射さ
れる光を２つに分岐する第１のＹ分岐光導波路と、この
分岐された２つの光導波路に接続された２つの位相シフ
ト光導波路と、これら２つの位相シフト光導波路を合流
させるための第２のＹ分岐光導波路とからなり、かつ、
上記２つの位相シフト光導波路の少なくとも一方の位相
シフト光導波路の一部分を分極反転させてなることを特
徴とする電界センサが得られる。 【００１１】 【作用】分岐干渉形光変調器に印加する電界は、使用す
るＬｉＮｂＯ3 結晶の結晶軸方向に印加される。 【００１２】この結晶軸に印加される電界方向は変動さ
せる位相の方向を決定するため、通常の分岐干渉形光変
調器では、２本に分岐された光導波路のそれぞれに、光
導波路近くに設置した電極によって、相反する電界を印
加して電気光学効果により互いに逆方向の屈折率変化を
生じさせて、位相差をπ／２にしている。 【００１３】従って、通常使用されている分岐干渉形光
変調器の電極部分を単に取り外した場合には、分岐され
た２本の光導波路にかかる電界が結晶軸に対して同方向
にあるため、同相で位相シフトした光が合流されて、出
力光として単に位相変調されたレーザ光が出射されてし
まい、位相のずれを判断するしか、電界強度を測定する
ことができなくなる。すなわち、この場合には、電界に
よって光強度を変動させることができなくなる。 【００１４】これに対し、本発明の電界センサ内に有す
る分岐干渉形光導波路の場合には、２本に分岐された光
導波路にかかる電界が、一方は結晶軸に対して同方向
に、他方はそれと逆方向に印加されることになるので、
これら両者間に互いに逆方向の屈折率変化が生じ、位相
のずれが生じる。すなわち、この場合には、分岐干渉形
光導波路にかかる電界によって、この光導波路を通過す
るレーザ光強度を変動させることが可能となる。 【００１５】 【実施例】以下、本発明の実施例を図によって詳細に説
明する。 【００１６】本発明の実施例としては、ＺカットのＬｉ
ＮｂＯ3 結晶基板を用い、表面に、幅８μｍ、深さ６μ
ｍの光導波路１を、分岐干渉形にＴｉ熱拡散によって形
成した。ここで、光導波路１と分極反転させた光導波路
部分２との、分岐直線部の長さは２５ｍｍ、分岐直線部
の間隔は２０μｍ、とした。 【００１７】また、この分岐干渉形光変調器に、ＳｉＯ
2 を約０．５μｍ堆積し、フォトレジストパターニング
とＳｉＯ2 エッチングで、２本に分岐された光導波路の
１本の部分を露出させた。 【００１８】次ぎに、ＷＥＴ酸素雰囲気中で、１０００
℃、２時間の熱処理を行ない、加熱終了後、電気炉内で
自然冷却させた。これにより、光導波路の分極反転部を
作成した。なお、結晶表面に残ったＳｉＯ2 は、バッフ
ァエッチング液で除去した。 【００１９】このようにして製造した分岐干渉形光導波
路に、光ファイバー（入射側は偏波面保持ファイバー、
出射側はシングルモードファイバーとし、伝搬レーザ光
波長は１．３１μｍとした）を接続し、測定環境外で出
射レーザ光強度を測定した。また、この測定は５０ＭＨ
ｚで行なった。更に、レベルメータバンド幅は、７．５
ｋＨｚとした。 【００２０】このようにして本実施例における電界セン
サの電界強度を測定したところ、１５０ｄＢμＶ／ｍ〜
６０ｄＢμＶ／ｍまで、直線性を示すことが確認され
た。 【００２１】また、この電界センサで検出可能な電界強
度は、約６０ｄＢμＶ／ｍ（約１ｍＶ／ｍ）であること
がわかった。この値は、従来のバルクＬｉＮｂＯ3 を用
いた電界センサに比べて、１０倍以上、感度が改善され
たことになる。 【００２２】また、この電界センサは、電極やアンテナ
等を用いないので、非常に小型で、伝達ノイズの少ない
素子となっている。 【００２３】 【発明の効果】上述したように、本発明によれば、分岐
干渉形光変調器による電界センサ用のアンテナ部及び電
極部を削除して、金属を含まない純粋な光学部品だけで
分岐干渉形光導波路を構成できるので、従来の光導波路
を含む電界センサに比べて、その感度を大幅に向上させ
ることができ、かつ、素子の小型化、及び伝達ノイズの
低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の分岐干渉形光変調器を示す概
略構成図である。 【符号の説明】 １ 光導波路 ２ 分極反転させた光導波路部分
略構成図である。 【符号の説明】 １ 光導波路 ２ 分極反転させた光導波路部分
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 測定環境中に分岐干渉形光導波路を置き
入出射側に光ファイバーを接続し、レーザ光を入射し出
射レーザ光強度を測定する電界センサにおいて、 前記分岐干渉形光導波路が、 電気光学効果を有する強誘
電体基板上に形成され入射される光を２つに分岐する第
１のＹ分岐光導波路と、この分岐された２つの光導波路
に接続された２つの位相シフト光導波路と、これら２つ
の位相シフト光導波路を合流させるための第２のＹ分岐
光導波路とからなり、かつ、上記２つの位相シフト光導
波路の少なくとも一方の位相シフト光導波路の一部分を
分極反転させてなることを特徴とする電界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01220793A JP3430340B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 電界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01220793A JP3430340B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 電界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06222307A JPH06222307A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3430340B2 true JP3430340B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=11798947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01220793A Expired - Fee Related JP3430340B2 (ja) | 1993-01-28 | 1993-01-28 | 電界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3430340B2 (ja) |
-
1993
- 1993-01-28 JP JP01220793A patent/JP3430340B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06222307A (ja) | 1994-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021127 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030409 |
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