JP3435584B2 - 電界センサヘッドおよび電界センサ - Google Patents
電界センサヘッドおよび電界センサInfo
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- JP3435584B2 JP3435584B2 JP17708594A JP17708594A JP3435584B2 JP 3435584 B2 JP3435584 B2 JP 3435584B2 JP 17708594 A JP17708594 A JP 17708594A JP 17708594 A JP17708594 A JP 17708594A JP 3435584 B2 JP3435584 B2 JP 3435584B2
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- field sensor
- phase shift
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空間を伝搬する電磁波
の電界強度の測定する装置、空間を伝搬する電磁波にの
った信号を検出する装置または導電および帯電固体の周
囲の電界強度を測定する装置に用いる電界センサに関す
る。
の電界強度の測定する装置、空間を伝搬する電磁波にの
った信号を検出する装置または導電および帯電固体の周
囲の電界強度を測定する装置に用いる電界センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ等の情報機器や、通信機
器、ロボットなどのＦＡ機器、自動車、鉄道などの輸送
手段の制御器など多くの電気機器は外部から入射する電
磁界によって誤動作などを生ずる危険をもっており、機
器自体がこのような電磁界を発生する源ともなってい
る。従って機器の動作に影響を及ぼすような電磁界の測
定や、機器から発生する電磁界の測定を正確に行うこと
が重要となっている。
器、ロボットなどのＦＡ機器、自動車、鉄道などの輸送
手段の制御器など多くの電気機器は外部から入射する電
磁界によって誤動作などを生ずる危険をもっており、機
器自体がこのような電磁界を発生する源ともなってい
る。従って機器の動作に影響を及ぼすような電磁界の測
定や、機器から発生する電磁界の測定を正確に行うこと
が重要となっている。
【０００３】多くの場合アンテナで受信した電磁波のノ
イズや信号は、メタル同軸ケーブルを通じて所定の測定
機器まで伝送するのが通常である。この場合メタルケー
ブルの存在による測定電界の乱れや、メタルケーブルへ
の外部電磁界の侵入による影響等が避けられない。
イズや信号は、メタル同軸ケーブルを通じて所定の測定
機器まで伝送するのが通常である。この場合メタルケー
ブルの存在による測定電界の乱れや、メタルケーブルへ
の外部電磁界の侵入による影響等が避けられない。
【０００４】このような問題を避けるために、（ａ）ア
ンテナを用いて受信した信号を検波して光信号に変換し
て光ファイバーで測定機器まで伝送する装置と、（ｂ）
印加される電界強度に応じて透過光の強度が変化するよ
うに構成された光電界センサヘッドとこれに光ファイバ
を介して接続された光源おび測定器と具備する装置が開
発されている。
ンテナを用いて受信した信号を検波して光信号に変換し
て光ファイバーで測定機器まで伝送する装置と、（ｂ）
印加される電界強度に応じて透過光の強度が変化するよ
うに構成された光電界センサヘッドとこれに光ファイバ
を介して接続された光源おび測定器と具備する装置が開
発されている。
【０００５】前記（ａ）の装置においては、ダイオード
で検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて光信
号に変換して光ファイバーで光検出器に導くものである
が、センサヘッド部に電気回路やバッテリーを必要とす
るため、ある大きさの金属部分が存在しかつ形状も大き
くなり、また電界の検出感度が低く応答速度が遅いとい
う欠点がある。
で検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて光信
号に変換して光ファイバーで光検出器に導くものである
が、センサヘッド部に電気回路やバッテリーを必要とす
るため、ある大きさの金属部分が存在しかつ形状も大き
くなり、また電界の検出感度が低く応答速度が遅いとい
う欠点がある。
【０００６】前記（ｂ）の装置は、電界強度を透過光の
強度変化に変換する光学素子として電気光学効果を有す
る結晶を用いている。その素子構造としては、光源より
導かれた光ファイバーの出射光をレンズで平行光とし
て、小型アンテナを取りつけた結晶中を透過させ、結晶
中の電界により透過光の偏光状態を変化させ、検光子で
強度変化に変換した後再び光ファイバーに結合するバル
ク型素子と、結晶上、表面近傍内部に設けた光導波路に
より上記光学素子を形成する光導波路型素子があり、通
常、導波路型の方がバルク型よりも１０倍以上検出感度
が高い。
強度変化に変換する光学素子として電気光学効果を有す
る結晶を用いている。その素子構造としては、光源より
導かれた光ファイバーの出射光をレンズで平行光とし
て、小型アンテナを取りつけた結晶中を透過させ、結晶
中の電界により透過光の偏光状態を変化させ、検光子で
強度変化に変換した後再び光ファイバーに結合するバル
ク型素子と、結晶上、表面近傍内部に設けた光導波路に
より上記光学素子を形成する光導波路型素子があり、通
常、導波路型の方がバルク型よりも１０倍以上検出感度
が高い。
【０００７】図５は、従来の導波路型素子による電界セ
ンサヘッドの代表的な構成例を示す。この電界センサヘ
ッド１は、基板２と、入射光導波路３と、２つの位相シ
フト光導波路４と、出射光導波路５とを具備している。
前記入射光導波路３は、基板１の上に形成され入射光フ
ァイバ６に接続されている。前記位相シフト光導波路４
は、前記基板２に入射光導波路３から分岐するように形
成され印加される電界の強度に応じて屈折率が変化す
る。前記出射光導波路５は、前記基板２に位相シフト光
導波路４と合流するように形成されていると共に出射光
ファイバ７に接続されている。また、前記位相シフト光
導波路４の上には、一対の電極８が形成されている。こ
れらの電極８には、ロッドアンテナ９が接続されてい
る。
ンサヘッドの代表的な構成例を示す。この電界センサヘ
ッド１は、基板２と、入射光導波路３と、２つの位相シ
フト光導波路４と、出射光導波路５とを具備している。
前記入射光導波路３は、基板１の上に形成され入射光フ
ァイバ６に接続されている。前記位相シフト光導波路４
は、前記基板２に入射光導波路３から分岐するように形
成され印加される電界の強度に応じて屈折率が変化す
る。前記出射光導波路５は、前記基板２に位相シフト光
導波路４と合流するように形成されていると共に出射光
ファイバ７に接続されている。また、前記位相シフト光
導波路４の上には、一対の電極８が形成されている。こ
れらの電極８には、ロッドアンテナ９が接続されてい
る。
【０００８】図５において、入射光ファイバ６からの入
射光は入射光導波路３に入射した後、位相シフト光導波
路４に分岐される。電界が印加された場合、ロッドアン
テナ９により電極８に電圧が誘起されて位相シフト光導
波路４には深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生ず
る。この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて
位相シフト光導波路４を伝搬する光波間には印加電界の
大きさに応じた位相差が生じ、それらが合流して出射光
導波路５に結合する場合に干渉により光強度が変化す
る。すなわち、印加電界の強度に応じて出射光ファイバ
７に出射する出射光の強度は変化することになり、その
光強度の変化を光検出器で測定することにより印加電界
の強度を測定できる。
射光は入射光導波路３に入射した後、位相シフト光導波
路４に分岐される。電界が印加された場合、ロッドアン
テナ９により電極８に電圧が誘起されて位相シフト光導
波路４には深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生ず
る。この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて
位相シフト光導波路４を伝搬する光波間には印加電界の
大きさに応じた位相差が生じ、それらが合流して出射光
導波路５に結合する場合に干渉により光強度が変化す
る。すなわち、印加電界の強度に応じて出射光ファイバ
７に出射する出射光の強度は変化することになり、その
光強度の変化を光検出器で測定することにより印加電界
の強度を測定できる。
【０００９】図６は、図５の従来の電界センサヘッド１
を用いた電界センサを示す。電界センサヘッド１の入射
光ファイバ６は、送信用ファイバ１０を介して光源１１
に接続されている。電界センサヘッド１の出射光ファイ
バ７は、受信用光ファイバ１２を介して光検出器１３に
接続されいる。図６では省略してあるが、光検出器１３
からの検出された電気信号は通常の電圧計、電流計また
はスペクトラムアナライザ等の測定器に接続される。
を用いた電界センサを示す。電界センサヘッド１の入射
光ファイバ６は、送信用ファイバ１０を介して光源１１
に接続されている。電界センサヘッド１の出射光ファイ
バ７は、受信用光ファイバ１２を介して光検出器１３に
接続されいる。図６では省略してあるが、光検出器１３
からの検出された電気信号は通常の電圧計、電流計また
はスペクトラムアナライザ等の測定器に接続される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の電界センサの電
界の検出感度は、光波に対して位相シフトを与える電極
の長さが長いほど高く、また、電極の容量が小さいほど
アンテナで検出された電界を有効に利用できるため検出
感度は高い。しかし、通常電極の長さに依存して電極容
量は大きくなってしまうため、従来の電界センサでは電
界の検出感度はある程度以上高くできないという問題が
ある。
界の検出感度は、光波に対して位相シフトを与える電極
の長さが長いほど高く、また、電極の容量が小さいほど
アンテナで検出された電界を有効に利用できるため検出
感度は高い。しかし、通常電極の長さに依存して電極容
量は大きくなってしまうため、従来の電界センサでは電
界の検出感度はある程度以上高くできないという問題が
ある。
【００１１】また、従来の電界センサヘッドは、基板の
入出力端両側に光ファイバが接続されているので取扱い
が不便であり、形状も大きくなってしまうという問題が
ある。
入出力端両側に光ファイバが接続されているので取扱い
が不便であり、形状も大きくなってしまうという問題が
ある。
【００１２】本発明の課題は、電界の検出感度が高く、
形状が小さく、かつ、取扱い易い電界センサヘッドおよ
び電界センサを提供することにある。
形状が小さく、かつ、取扱い易い電界センサヘッドおよ
び電界センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、基板と、この基板に形成され入射光を受けると共に
出射光を出射する入出射光導波路と、この入出射光導波
路にそれぞれの一端が結合されるように前記基板に形成
され印加される電界の強度に応じて屈折率が変化する第
１および第２の位相シフト光導波路と、これらの第１お
よび第２の位相シフト光導波路の他端に形成され前記第
１および前記第２の位相シフト光導波路からの光を反射
する光反射器と、前記第１および前記第２の位相シフト
光導波路の上または近傍に光の進行方向において分割し
て形成された複数の分割電極とを有し、前記複数の分割
電極は凹部と凸部との離間嵌合により互いに容量結合さ
れていることを特徴とする電界センサヘッドが得られ
る。
ば、基板と、この基板に形成され入射光を受けると共に
出射光を出射する入出射光導波路と、この入出射光導波
路にそれぞれの一端が結合されるように前記基板に形成
され印加される電界の強度に応じて屈折率が変化する第
１および第２の位相シフト光導波路と、これらの第１お
よび第２の位相シフト光導波路の他端に形成され前記第
１および前記第２の位相シフト光導波路からの光を反射
する光反射器と、前記第１および前記第２の位相シフト
光導波路の上または近傍に光の進行方向において分割し
て形成された複数の分割電極とを有し、前記複数の分割
電極は凹部と凸部との離間嵌合により互いに容量結合さ
れていることを特徴とする電界センサヘッドが得られ
る。
【００１４】
【００１５】本発明の他の態様によれば、電界センサヘ
ッドと、この電界センサヘッドに接続され入射光を受け
ると共に出射光を出射する入出射光ファイバと、この入
出射光ファイバの一端部に接続され前記入射光と反射光
を分離するための光分離器と、前記入射光を光分離器を
介して前記入出射光ファイバに与える光源と、前記光分
離器からの反射光を検出する光検出器とを具備し、前記
電界センサヘッドは、基板と、この基板に前記入出光フ
ァイバに接続するように形成され入射光を受けると共に
出射光を出射する入出射光導波路と、この入出射光導波
路にそれぞれの一端が結合されるように前記基板に形成
され印加される電界の強度に応じて屈折率が変化する第
１および第２の位相シフト光導波路と、これらの第１お
よび第２の位相シフト光導波路の他端に形成され前記第
１および前記第２の位相シフト光導波路からの光を反射
する光反射器と、前記第１および前記第２の位相シフト
光導波路の上または近傍に光の進行方向において分割し
て形成された複数の分割電極とを有し、前記複数の分割
電極は凹部と凸部との離間嵌合により互いに容量結合さ
れていることを特徴とする電界センサが得られる。
ッドと、この電界センサヘッドに接続され入射光を受け
ると共に出射光を出射する入出射光ファイバと、この入
出射光ファイバの一端部に接続され前記入射光と反射光
を分離するための光分離器と、前記入射光を光分離器を
介して前記入出射光ファイバに与える光源と、前記光分
離器からの反射光を検出する光検出器とを具備し、前記
電界センサヘッドは、基板と、この基板に前記入出光フ
ァイバに接続するように形成され入射光を受けると共に
出射光を出射する入出射光導波路と、この入出射光導波
路にそれぞれの一端が結合されるように前記基板に形成
され印加される電界の強度に応じて屈折率が変化する第
１および第２の位相シフト光導波路と、これらの第１お
よび第２の位相シフト光導波路の他端に形成され前記第
１および前記第２の位相シフト光導波路からの光を反射
する光反射器と、前記第１および前記第２の位相シフト
光導波路の上または近傍に光の進行方向において分割し
て形成された複数の分割電極とを有し、前記複数の分割
電極は凹部と凸部との離間嵌合により互いに容量結合さ
れていることを特徴とする電界センサが得られる。
【００１６】
【００１７】
【作用】本発明の電界センサヘッドでは、位相シフト光
導波路の一端に設けた光反射器で入射光を反射させて２
度位相シフト光導波路を通過させることにより、図５の
従来のものに比べて同じ電極の長さで２倍の位相シフト
を与えることができる。従って反射器を用いない場合に
比べて電界の検出感度は２倍となる。また容量的に結合
した分割電極を設けることにより、分割数をＮとすると
全容量は１／Ｎ2に減少し、位相シフト量は１／Ｎに減
少する。容量の減少と共に感度は向上する範囲にあり、
位相シフト量の減少と共に感度は低下すると考えられる
ので、分割電極による感度の向上はＮ倍となる。結局全
体として検出感度の向上は２Ｎ倍となる。
導波路の一端に設けた光反射器で入射光を反射させて２
度位相シフト光導波路を通過させることにより、図５の
従来のものに比べて同じ電極の長さで２倍の位相シフト
を与えることができる。従って反射器を用いない場合に
比べて電界の検出感度は２倍となる。また容量的に結合
した分割電極を設けることにより、分割数をＮとすると
全容量は１／Ｎ2に減少し、位相シフト量は１／Ｎに減
少する。容量の減少と共に感度は向上する範囲にあり、
位相シフト量の減少と共に感度は低下すると考えられる
ので、分割電極による感度の向上はＮ倍となる。結局全
体として検出感度の向上は２Ｎ倍となる。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基いて詳細に
説明する。
説明する。
【００１９】（実施例１）図１に示すように、実施例１
としての本発明の電界センサヘッド１４は、基板２と、
入出射光導波路１５と、第１および第２の位相シフト光
導波路４と、複数の分割電極１６と、光反射器１７とを
具備してなる。入出射光導波路１５は、基板２に入出射
光ファイバ１８に接続されように形成され入射光を受け
ると共に出射光を出射する。前記位相シフト光導波路４
は、前記入出射光導波路１５にそれぞれの一端が接続さ
れるように前記基板２に形成され印加される電界の強度
に応じて屈折率が変化する。前記光反射器１７は、第１
および第２の位相シフト光導波路４の他端に形成され前
記第１および前記第２の位相シフト光導波路４からの光
を反射する。前記複数の分割電極１６は、前記第１およ
び前記第２の位相シフト光導波路４の上または近傍に形
成され光の進行方向において分割して形成され、かつ、
容量結合されている。
としての本発明の電界センサヘッド１４は、基板２と、
入出射光導波路１５と、第１および第２の位相シフト光
導波路４と、複数の分割電極１６と、光反射器１７とを
具備してなる。入出射光導波路１５は、基板２に入出射
光ファイバ１８に接続されように形成され入射光を受け
ると共に出射光を出射する。前記位相シフト光導波路４
は、前記入出射光導波路１５にそれぞれの一端が接続さ
れるように前記基板２に形成され印加される電界の強度
に応じて屈折率が変化する。前記光反射器１７は、第１
および第２の位相シフト光導波路４の他端に形成され前
記第１および前記第２の位相シフト光導波路４からの光
を反射する。前記複数の分割電極１６は、前記第１およ
び前記第２の位相シフト光導波路４の上または近傍に形
成され光の進行方向において分割して形成され、かつ、
容量結合されている。
【００２０】図１の実施例においては、４つの分割電極
１６が、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路
４の上または近傍に光の進行方向において分割して形成
されている。４つの分割電極１６のうち両側の分割電極
１６には、それぞれロッドアンテナ１９が接続されてい
る。
１６が、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路
４の上または近傍に光の進行方向において分割して形成
されている。４つの分割電極１６のうち両側の分割電極
１６には、それぞれロッドアンテナ１９が接続されてい
る。
【００２１】実施例１のより具体的な例を次に説明す
る。前記基板２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）
結晶板で形成される。入出射光導波路１５は、基板２の
上に厚さ４０〜１００nmのチタン膜パターンを温度１０
００〜１１００℃で４〜８時間拡散して幅が５〜１０μ
m であるように形成されている。前記第１および前記第
２の位相シフト光導波路４は、基板２の上に厚さ４０〜
１００nmのチタン膜パターンを温度１０００〜１１００
℃で４〜８時間拡散して幅が５〜１０μm であり、長さ
が５〜２０mmであるように形成されている。前記光反射
器１７は、前記第１および前記第２の位相シフト光導波
路４に対し垂直である基板２の端面に金等の金属膜をコ
ーティングして形成されている。前記入出射光ファイバ
１５は、偏波保持型の光ファイバで形成されている。３
つの分割電極１６は、位相シフト光導波路４の上または
近傍に光吸収を防ぐためのバッファ層となる二酸化珪素
膜を介して形成されている。
る。前記基板２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）
結晶板で形成される。入出射光導波路１５は、基板２の
上に厚さ４０〜１００nmのチタン膜パターンを温度１０
００〜１１００℃で４〜８時間拡散して幅が５〜１０μ
m であるように形成されている。前記第１および前記第
２の位相シフト光導波路４は、基板２の上に厚さ４０〜
１００nmのチタン膜パターンを温度１０００〜１１００
℃で４〜８時間拡散して幅が５〜１０μm であり、長さ
が５〜２０mmであるように形成されている。前記光反射
器１７は、前記第１および前記第２の位相シフト光導波
路４に対し垂直である基板２の端面に金等の金属膜をコ
ーティングして形成されている。前記入出射光ファイバ
１５は、偏波保持型の光ファイバで形成されている。３
つの分割電極１６は、位相シフト光導波路４の上または
近傍に光吸収を防ぐためのバッファ層となる二酸化珪素
膜を介して形成されている。
【００２２】実施例１においては、ＬｉＮｂＯ3 結晶板
からなる基板２に対して垂直な偏光成分をもつ光波が、
入出射光ファイバ１８から入出射光導波路１５に入射さ
れ、分岐されて位相シフト光導波路４に入り、そこで外
部から印加された電界強度に応じた位相シフトを光の伝
搬中に受けた後に、再び入出射光導波路１５に出射す
る。このとき２つの位相シフト光導波路４において光の
伝搬中に生じた位相差に応じた光強度、即ち印加電界の
大きさに応じた光強度で光が入出射光導波路１５に出射
される。
からなる基板２に対して垂直な偏光成分をもつ光波が、
入出射光ファイバ１８から入出射光導波路１５に入射さ
れ、分岐されて位相シフト光導波路４に入り、そこで外
部から印加された電界強度に応じた位相シフトを光の伝
搬中に受けた後に、再び入出射光導波路１５に出射す
る。このとき２つの位相シフト光導波路４において光の
伝搬中に生じた位相差に応じた光強度、即ち印加電界の
大きさに応じた光強度で光が入出射光導波路１５に出射
される。
【００２３】実施例１による電界センサヘッド１４は、
図５の従来のものに比べ、感度がほぼ６倍となり、形状
も小さく、かつ、光ファイバが１本しか接続されていな
いので取扱いが容易である。
図５の従来のものに比べ、感度がほぼ６倍となり、形状
も小さく、かつ、光ファイバが１本しか接続されていな
いので取扱いが容易である。
【００２４】（実施例２）図２に示すように、実施例２
としての本発明の電界センサヘッド２０は、基板２と、
入射光導波路２１と、第１および第２の位相シフト光導
波路４と、方向性結合器２２と、光反射器１７と、出射
光導波路２３と、複数の分割電極１６とを具備する。
としての本発明の電界センサヘッド２０は、基板２と、
入射光導波路２１と、第１および第２の位相シフト光導
波路４と、方向性結合器２２と、光反射器１７と、出射
光導波路２３と、複数の分割電極１６とを具備する。
【００２５】前記入射光導波路２１は、基板２に入射光
ファイバ２４に接続されように形成され入射光を受け
る。前記第１および第２の位相シフト光導波路４は、入
射光導波路２１にそれぞれの一端が前記方向性結合器２
２を介して結合されるように前記基板２に形成され印加
される電界の強度に応じて屈折率が変化する。前記方向
性結合器２２は、前記基板２に前記入射光導波路２１と
前記第１および前記第２の位相シフト導波路４の間の前
記基板２に形成され前記入射光導波路２１からの前記入
射光を２分割して前記第１および前記第２の位相シフト
光導波路４に導入する。
ファイバ２４に接続されように形成され入射光を受け
る。前記第１および第２の位相シフト光導波路４は、入
射光導波路２１にそれぞれの一端が前記方向性結合器２
２を介して結合されるように前記基板２に形成され印加
される電界の強度に応じて屈折率が変化する。前記方向
性結合器２２は、前記基板２に前記入射光導波路２１と
前記第１および前記第２の位相シフト導波路４の間の前
記基板２に形成され前記入射光導波路２１からの前記入
射光を２分割して前記第１および前記第２の位相シフト
光導波路４に導入する。
【００２６】前記光反射器１７は、前記第１および前記
第２の位相シフト光導波路４の他端に接続するように前
記基板２に形成され前記第１および前記第２の位相シフ
ト光導波路４へ反射光として反射し、この反射光を前記
方向性結合器２２に供給する。前記出射光導波路２３
は、前記基板に前記方向性結合器２２の近傍に形成され
前記方向性結合器２２から前記反射光を受ける。前記基
板２の前記入射光ファイバ２４が形成されている端面に
は、出射光ファイバ２５が接続されている。この出射光
ファイバ２５に接続されるように前記出射光導波路２３
が基板２に形成されている。前記複数の分割電極１６
は、前記第１および第２の位相シフト光導波路４の上ま
たは近傍に光の進行方向において分割して形成され、か
つ、容量結合されている。
第２の位相シフト光導波路４の他端に接続するように前
記基板２に形成され前記第１および前記第２の位相シフ
ト光導波路４へ反射光として反射し、この反射光を前記
方向性結合器２２に供給する。前記出射光導波路２３
は、前記基板に前記方向性結合器２２の近傍に形成され
前記方向性結合器２２から前記反射光を受ける。前記基
板２の前記入射光ファイバ２４が形成されている端面に
は、出射光ファイバ２５が接続されている。この出射光
ファイバ２５に接続されるように前記出射光導波路２３
が基板２に形成されている。前記複数の分割電極１６
は、前記第１および第２の位相シフト光導波路４の上ま
たは近傍に光の進行方向において分割して形成され、か
つ、容量結合されている。
【００２７】図２の実施例においては、５つの分割電極
１６が、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路
４の上または近傍に光の進行方向において分割して形成
されている。５つの分割電極１６のうち両側の分割電極
１６には、それぞれアンテナ薄膜片２６が接続されてい
る。これらのアンテナ薄膜片２６は、基板２に形成され
ている。
１６が、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路
４の上または近傍に光の進行方向において分割して形成
されている。５つの分割電極１６のうち両側の分割電極
１６には、それぞれアンテナ薄膜片２６が接続されてい
る。これらのアンテナ薄膜片２６は、基板２に形成され
ている。
【００２８】前記入射光ファイバ２１からの入射光は入
射光導波路２１を通って光方向性結合器２２で２分割さ
れて位相シフト光導波路４に入射して光反射器１７で反
射される。図１の実施例と同様に、光は位相シフト光導
波路４での伝搬中に電界強度に応じた位相シフトを生じ
て光方向性結合器２２に戻る。この光方向性結合器２２
で光の位相シフトが０である場合には戻り光はすべて出
射光導波路２３に結合するが、位相シフトが０でない場
合にはその位相シフトの大きさに応じて光強度が減少し
出射光導波路２３に結合し出射光ファイバ２５に導かれ
る。
射光導波路２１を通って光方向性結合器２２で２分割さ
れて位相シフト光導波路４に入射して光反射器１７で反
射される。図１の実施例と同様に、光は位相シフト光導
波路４での伝搬中に電界強度に応じた位相シフトを生じ
て光方向性結合器２２に戻る。この光方向性結合器２２
で光の位相シフトが０である場合には戻り光はすべて出
射光導波路２３に結合するが、位相シフトが０でない場
合にはその位相シフトの大きさに応じて光強度が減少し
出射光導波路２３に結合し出射光ファイバ２５に導かれ
る。
【００２９】実施例２による電界センサヘッド２０は、
図５の従来のものに比べ、感度がほぼ８倍となり、形状
も小さく、かつ、２本の光ファイバがか接続されている
が２本とも基板２の同一の端面に接続されるので取扱い
が容易であり、さらにアンテナ薄膜片２６が基板２に形
成されているので小型化に適している。
図５の従来のものに比べ、感度がほぼ８倍となり、形状
も小さく、かつ、２本の光ファイバがか接続されている
が２本とも基板２の同一の端面に接続されるので取扱い
が容易であり、さらにアンテナ薄膜片２６が基板２に形
成されているので小型化に適している。
【００３０】（実施例３）図３は、本発明による電界セ
ンサの実施例３を示す図である。図３に示すように、本
発明による電界センサにおいては、図１に示す前記電界
センサヘッド１４の入出射光ファイバ１８は、偏波保持
型の送受信用光ファイバ２７に接続されている。この送
受信用光ファイバ２７の一端部は、光分離器であるハー
フミラー２８の近傍に配置されている。このハーフミラ
ー２８の近傍には、半導体レーザ２９が配置されてい
る。この半導体レーザ２９から出射した光はレンズ３０
でコリメートされてそのエネルギーの半分がハーフミラ
ー２８を通過してレンズ３１により送受信用光ファイバ
２７に与えられ電界センサヘッド１４に送られる。一
方、送受信用光ファイバ２７からの戻り光は、レンズ３
１によりコリメートされてそのエネルギーの半分がハー
フミラー２８により反射されてレンズ３２を介して光検
出器３３に与えられる。この光検出器３３の検出信号は
測定器３４に与えられる。
ンサの実施例３を示す図である。図３に示すように、本
発明による電界センサにおいては、図１に示す前記電界
センサヘッド１４の入出射光ファイバ１８は、偏波保持
型の送受信用光ファイバ２７に接続されている。この送
受信用光ファイバ２７の一端部は、光分離器であるハー
フミラー２８の近傍に配置されている。このハーフミラ
ー２８の近傍には、半導体レーザ２９が配置されてい
る。この半導体レーザ２９から出射した光はレンズ３０
でコリメートされてそのエネルギーの半分がハーフミラ
ー２８を通過してレンズ３１により送受信用光ファイバ
２７に与えられ電界センサヘッド１４に送られる。一
方、送受信用光ファイバ２７からの戻り光は、レンズ３
１によりコリメートされてそのエネルギーの半分がハー
フミラー２８により反射されてレンズ３２を介して光検
出器３３に与えられる。この光検出器３３の検出信号は
測定器３４に与えられる。
【００３１】（実施例４）図４は本発明による電界セン
サの他の実施例を示す図である。図４に示すように、本
発明による電界センサにおいては、図１に示す前記電界
センサヘッド１４の入出射光ファイバ１８は、偏波保持
型の送受信用光ファイバ２７に接続されている。この送
受信用光ファイバ２７の一端部は、光分離器の近傍に配
置されている。本実施例では前記光分離器としてガーネ
ット膜３５と偏光プリズム３６により構成したサーキュ
レータを用いる。前記偏光プリズム３６の近傍には、半
導体レーザ２９が配置されている。
サの他の実施例を示す図である。図４に示すように、本
発明による電界センサにおいては、図１に示す前記電界
センサヘッド１４の入出射光ファイバ１８は、偏波保持
型の送受信用光ファイバ２７に接続されている。この送
受信用光ファイバ２７の一端部は、光分離器の近傍に配
置されている。本実施例では前記光分離器としてガーネ
ット膜３５と偏光プリズム３６により構成したサーキュ
レータを用いる。前記偏光プリズム３６の近傍には、半
導体レーザ２９が配置されている。
【００３２】前記半導体レーザ２９から出射したｘ方向
に偏光した入射光３７はレンズ３０でコリメートされ、
そのエネルギーをほぼ保ったまま偏光プリズム３６を通
過してファラデー効果を有するガーネット膜３５に入射
する。ガーネット膜３５には磁石３８によって磁界が印
加され入射光３７の偏光方向が４５度回転するように設
定されている。ガーネット膜３５を通過した光は、レン
ズ３１により送受信用光ファイバ２７に与えられ電界セ
ンサヘッド１４に送られる。前記送受信用光ファイバ２
７および電界センサヘッド１４では偏光方向は保持され
るので、送受信用光ファイバ２７からの戻り光の偏光方
向は、送受信用光ファイバ２７への入射光と同じであ
る。
に偏光した入射光３７はレンズ３０でコリメートされ、
そのエネルギーをほぼ保ったまま偏光プリズム３６を通
過してファラデー効果を有するガーネット膜３５に入射
する。ガーネット膜３５には磁石３８によって磁界が印
加され入射光３７の偏光方向が４５度回転するように設
定されている。ガーネット膜３５を通過した光は、レン
ズ３１により送受信用光ファイバ２７に与えられ電界セ
ンサヘッド１４に送られる。前記送受信用光ファイバ２
７および電界センサヘッド１４では偏光方向は保持され
るので、送受信用光ファイバ２７からの戻り光の偏光方
向は、送受信用光ファイバ２７への入射光と同じであ
る。
【００３３】前記戻り光がガーネット膜３５を通過する
際にさらに４５度偏光方向が回転するので戻り光は、入
射光３７と直交する偏波となり、偏光プリズム３６によ
りそのエネルギーをほぼ保ったまま反射されてレンズ３
２を介して光検出器３３に与えられる。
際にさらに４５度偏光方向が回転するので戻り光は、入
射光３７と直交する偏波となり、偏光プリズム３６によ
りそのエネルギーをほぼ保ったまま反射されてレンズ３
２を介して光検出器３３に与えられる。
【００３４】実施例４は、実施例３と比べると光エネル
ギーの損失が大幅に低減されるという特長があり、より
高感度が得られる。
ギーの損失が大幅に低減されるという特長があり、より
高感度が得られる。
【００３５】図３および図４に示す実施例において、電
界センサヘッド１４の代わりに、図２に示す電界センサ
ヘッド２０を用いても良い。
界センサヘッド１４の代わりに、図２に示す電界センサ
ヘッド２０を用いても良い。
【００３６】なお、本発明に用いる基板２の材料や光導
波路および分割電極１６の構造や分割数、また、光反射
器１７および光分離器は、前記実施例に限定されるもの
ではない。例えば基板２の材料としてはタンタル酸リチ
ウム結晶、ＫＴＰ結晶等を用いることができ、光反射器
１７としては基板２上の一部を垂直にエッチングして形
成することも可能である。分割電極１６の数として、ア
ンテナ容量に対する単一電極容量の比率（電極容量／ア
ンテナ容量）程度前後まで増加させることも可能であ
る。
波路および分割電極１６の構造や分割数、また、光反射
器１７および光分離器は、前記実施例に限定されるもの
ではない。例えば基板２の材料としてはタンタル酸リチ
ウム結晶、ＫＴＰ結晶等を用いることができ、光反射器
１７としては基板２上の一部を垂直にエッチングして形
成することも可能である。分割電極１６の数として、ア
ンテナ容量に対する単一電極容量の比率（電極容量／ア
ンテナ容量）程度前後まで増加させることも可能であ
る。
【００３７】
【発明の効果】本発明の電界センサヘッドおよび電界セ
ンサは、従来に比べて電界の検出感度が高く、形状が小
さく、かつ、取扱い易い。
ンサは、従来に比べて電界の検出感度が高く、形状が小
さく、かつ、取扱い易い。
【図１】本発明の実施例１を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例２を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例３を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例４を示す概略図である。
【図５】従来の電界センサヘッドを示す斜視図である。
【図６】従来の電界センサを示す概略図である。
１ 電界センサヘッド
２ 基板
３ 入射光導波路
４ 位相シフト光導波路
５ 出射光導波路
６ 入射光ファイバ
７ 出射光ファイバ
８ 電極
９ ロッドアンテナ
１０ 送信用ファイバ
１１ 光源
１２ 受信用ファイバ
１３ 光検出器
１４ 電界センサヘッド
１５ 入出射光導波路
１６ 分割電極
１７ 光反射器
１８ 入出射光ファイバ
１９ ロッドアンテナ
２０ 電界センサヘッド
２１ 入射光導波路
２２ 方向性結合器
２３ 出射光導波路
２４ 入射光ファイバ
２５ 出射光ファイバ
２６ アンテナ薄膜片
２７ 送受信用光ファイバ
２８ ハーフミラー
２９ 半導体レーザ
３０〜３２ レンズ
３３ 光検出器
３４ 測定器
３５ ガーネット膜
３６ 偏光プリズム
３７ 入射光
Claims (3)
- 【請求項１】 基板と、この基板に形成され入射光を受
けると共に出射光を出射する入出射光導波路と、この入
出射光導波路にそれぞれの一端が結合されるように前記
基板に形成され印加される電界の強度に応じて屈折率が
変化する第１および第２の位相シフト光導波路と、これ
らの第１および第２の位相シフト光導波路の他端に形成
され前記第１および前記第２の位相シフト光導波路から
の光を反射する光反射器と、前記第１および前記第２の
位相シフト光導波路の上または近傍に光の進行方向にお
いて分割して形成された複数の分割電極とを有し、前記
複数の分割電極は凹部と凸部との離間嵌合により互いに
容量結合されていることを特徴とする電界センサヘッ
ド。 - 【請求項２】 電界センサヘッドと、この電界センサヘ
ッドに接続され入射光を受けると共に出射光を出射する
入出射光ファイバと、この入出射光ファイバの一端部に
接続され前記入射光と反射光を分離するための光分離器
と、前記入射光を光分離器を介して前記入出射光ファイ
バに与える光源と、前記光分離器からの反射光を検出す
る光検出器とを具備し、前記電界センサヘッドは、基板
と、この基板に前記入出光ファイバに接続するように形
成され入射光を受けると共に出射光を出射する入出射光
導波路と、この入出射光導波路にそれぞれの一端が結合
されるように前記基板に形成され印加される電界の強度
に応じて屈折率が変化する第１および第２の位相シフト
光導波路と、これらの第１および第２の位相シフト光導
波路の他端に形成され前記第１および前記第２の位相シ
フト光導波路からの光を反射する光反射器と、前記第１
および前記第２の位相シフト光導波路の上または近傍に
光の進行方向において分割して形成された複数の分割電
極とを有し、前記複数の分割電極は凹部と凸部との離間
嵌合により互いに容量結合されていることを特徴とする
電界センサ。 - 【請求項３】 請求項２に記載の電界センサにおいて、
前記光分離器は、ファラデー効果を有する媒体と、直交
する偏光を分離するための手段とを有することを特徴と
する電界センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17708594A JP3435584B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 電界センサヘッドおよび電界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17708594A JP3435584B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 電界センサヘッドおよび電界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843467A JPH0843467A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3435584B2 true JP3435584B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=16024870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17708594A Expired - Lifetime JP3435584B2 (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 電界センサヘッドおよび電界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3435584B2 (ja) |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP17708594A patent/JP3435584B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0843467A (ja) | 1996-02-16 |
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