JP4941298B2 - 電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システム - Google Patents

Description

本発明は、電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システムに関し、特に微細領域での測定に適用される電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システムに関する。

微細領域の電磁界を測定する電磁界センサーと、それを用いた電磁界測定システムが知られている。図１Ａは、従来の電界測定システムの一例を示すブロック図である。図１Ｂは、その電界測定システムに用いられている電界センサの断面図である。この電界測定システム８２０は、図１Ａに示すように、光ファイバ８０１、連続レーザ光源８００、ファイバアンプ８０２、偏光コントローラ８０３、光サーキュレータ８０４、電界センサー８０５、検光子８０６、ファイバアンプ８０７、フォトディテクタ８０８、スペクトラムアナライザ８０９を具備する。電界センサ８０５は、図１Ｂに示すように、光ファイバ８０１、電気光学結晶８１２、誘電体多層反射層８１３を備える。電気光学結晶８１２は、光ファイバ８０１の先端に接着層８１１を介して接着された微小な電界検知素子である。誘電体多層反射層８１３は、電気光学結晶８１２の底面に設けられ、光を反射する。

この電界測定システム８２０の電界検出原理を以下に概述する。連続レーザ光源８００は、レーザ光を出射する。ファイバアンプ８０２は、そのレーザ光を増幅する。偏光コントローラ８０３は、そのレーザ光の偏光面を制御する。光サーキュレータ８０４は、レーザ光を電界センサ８０５へ出射する。電気光学結晶８１２の底面の誘電体多層反射層８１３は、そのレーザ光を反射する。このとき、電気光学結晶８１２の屈折率は、回路基板８１０から発生する電界により変化する。それに伴い、その結晶中を伝搬するレーザ光の偏光状態は、その外部電界の強さに応じた変調を受けている。光サーキュレータ８０４は、変調され反射してきたレーザ光を再び光ファイバ８０１へ戻す。検光子８０６は、そのレーザ光を強度変調光に変換する。ファイバアンプ８０７は、変換後のレーザ光を増幅する。フォトディテクタ８０８は、増幅されたレーザ光を電気信号に変換する。スペクトラムアナライザ８０９は、その電気信号を検出する。スペクトラムアナライザ８０９で検出される電気信号のピークは、外部電界に起因する信号に対応する。本システムの原理上、外部電界の強さに応じてその信号の強度が異なる。そのため、回路基板８１０上の電界センサ８０５の位置を変えることにより電界分布が得られる。

図１Ｂにおける電気光学結晶８１２を磁気光学結晶とすることにより、図１Ａは従来の磁界測定システムを示すことになる。この場合の磁界検出原理は、上述の電界検出原理の説明中の電界を磁界とすることで説明される。

従来の電界測定システムあるいは磁界測定システムは、光ファイバの先端に取り付けられた電界センサあるいは磁界センサを用いている。これらの電界センサあるいは磁界センサは、微小加工された電気光学結晶８１２あるいは磁気光学結晶が光ファイバの先端に接着された構造を有している。その適用領域と空間分解能は、結晶サイズにより制限される。すなわち、結晶サイズが小さいほど、より微小な領域に適用でき、空間分解能も高くなる。空間分解能は結晶内を伝搬するセンサ光の体積によって決まる。センサ光の体積が小さいほど高空間分解能となる。例えば、光ファイバの先端に磁気光学結晶が接着された従来の磁界センサでは、平面サイズ２７０μｍ×２７０μｍ、厚み１１μｍの結晶を用いて１０μｍ級の空間分解能を有するセンサが実現されている。しかし、このような構造では、結晶の微小加工技術の限界により、これ以上のセンサの小型化、高空間分解能化の実現は困難である。すなわち、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能なセンサーを提供することができない。

また、従来の電磁界センサは、前述のように微小加工された結晶を光ファイバの先端に有する。ただし、一般的に、その結晶の平面サイズがファイバの断面積よりも大きい。そのため、複数本の電磁界センサを束ねることが困難であった。また、厚みの等しい結晶を複数個準備することが困難であった。更に、エネルギー損失の原因となる接着層の厚みの等しいセンサーを複数本準備することが困難であった。これらの理由により、空間分解能と感度の等しい複数本の電磁界センサを束ねて電磁界測定システムを構築することができなった。これらの理由のため、センサを走査させずに２次元情報を測定することができなかった。また、複数本のセンサ間での信号処理による磁界測定システムの高感度化が実現できなかった。

関連する技術として、特開平７−１０４０１３号公報にプローブが開示されている。このプローブは、ガラスブロックと、ガラスプレートと、透明電極と、電気光変換素子と、誘電体多層反射膜と、電線と、光ファイバと、ファイバ固定部と、クランプ部とを含む。
ガラスブロックは、角推形の石英ガラスの頂点を底面と平行面で削り取った先端部を有する。ガラスプレートは、このガラスブロックを同一平面状に一列に複数個並べて保持する。透明電極は、複数個並べた前記ガラスブロックの斜面と削り取った面とに同時に蒸着した。電気光変換素子は、前記ガラスブロックの先端部に接着する。誘電体多層反射膜は、この電気光変換素子上であって前記ガラスブロックと接着した面の反対面に位置しレーザー光を反射する。電線は、前記透明電極から引き出す。光ファイバは、前記ガラスプレート上に位置し前記電気光変換素子にレーザー光を導く。ファイバ固定部は、この光ファイバをカラスプレート上に固定する。クランプ部は、この固定部と被検査物の検査する面の反対の面とを挟み込む。

特開平６−８２４８８号公報に光変成器用センサが開示されている。この光変成器用センサは、偏光子と検光子との間にファラデー素子を配するとともに、前記偏光子の入光側及び前記検光子の出光側に夫々複数の光ファイバ群からなる第一及び第二のファイババンドルを設けてなる。この光変成器用センサは、前記ファラデー素子面を指向する前記第一のファイババンドルの端面を凸球面研磨するとともに研磨部表面に誘電体膜を形成し、この誘電体膜を前記偏光子としている。

特開平７−１２０５０４号公報に電圧測定装置が開示されている。この電圧測定装置は、レーザー光源と、電気光学部材と、反射手段と、検出手段とを備える。レーザー光源は、
第１及び第２の出射端面を有する。電気光学部材は、表面に高反射コートが形成された曲面を有し、この曲面の曲率中心点と前記レーザー光源の第１の出射端面の光出射点とが一致するように前記曲面の反対側の面と前記レーザー光源の第１の出射端面とを接合させた、電界に応じて光に対する屈折率が変化する。反射手段は、前記レーザー光源の第２の出射端面側に設けられている。検出手段は、前記反射手段を透過して出射するレーザー光の光強度を検出する。

特開昭５９−１４５９７７号公報に磁界測定装置の技術が開示されている。この磁界測定装置は、検出部と光ファイバと計測部とからなる。検出部は、光ファイバの端部又は途中に偏光子とファラデー回転能素子を装着している。光ファイバは、上記検出部へ光を送りかつ上記検出部からの光を伝送する。計測部は、上記光ファイバに光源を結合し、かつ、上記検出部からの光の変動を計測する。

特開平１１−６７０６１号公報に電界放出カソードと磁気センサが開示されている。この電界放出カソードは、先端部をテーパ状に成形したガラスフアイバと、前記ガラスフアイバの長手方向の中心部に埋設されているカーボン繊維からなる。前記カーボン繊維と絶縁された状態で前記ガラスフアイバの周辺部が導電性材料により被覆されている。

特開２００１−２８１４７０号公報に強磁性体含有光ファイバ並びに該光ファイバを用いた電流センサ及び磁界センサが開示されている。この電流センサは、光を射出する光源と、入射する光を２方向に分岐するビームスプリッタと、光を直線偏光にする偏光板と、強磁性体の粒子を含む磁性体膜で一端面を覆ったことを特徴とする光ファイバと、光を検出する検出器とを備え、前記光源から射出された光は、前記ビームスプリッタ及び前記偏光板を介して前記光ファイバに入射され、該入射された光は、前記光ファイバの入射端とは逆の端で反射されて前記入射端から射出され、該射出された光は、前記偏光板及びビームスプリッタを介して前記検出器に入射されるようにした。

特開２０００−１６２５６６号公報に磁気光学効果増大素子およびその製造方法が開示されている。この磁気光学効果増大素子は、第１および第２の誘電体多層反射膜間にフェライト膜を挟んでサンドイッチ構造とするとともに、ファブリペロー共鳴条件を満足させるように構成している。前記フェライト膜をフェライトめっき法により２０℃以上１００℃以下の温度で作製するようにしている。

特開昭６０−２６３８６６号公報に光電界センサの技術が開示されている。この光電界センサは、電界により光の偏光の直交成分に位相差が生じるボッケルス効果を有するボッケルス素子を用いてなる。この光電界センサは、光ファイバの先端に偏光子、前記ボッケルス素子、１／８波長板および反射鏡からなるセンサ部を設け、光ファイバによって光源からの光を前記ボッケルス素子に伝播すると共に前記ボッケルス素子を通過して前記反射鏡で反射されて再び前記ボッケルス素子を通過した光を受光部に伝播する構成としている。

また、関連する技術がＴ． Ｏｈａｒａ，ｅｔ ａｌ，“Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｌｉｎｅｓ ｗｉｔｈ ａ Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ ｏｒ ａ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄｇａｐ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ ＥＯ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ”， Ｐｒｏｃ． Ｉｎｔ． Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， Ｏｘｆｏｒｄ， Ｕ．Ｋ．， Ｓｅｐｔ．２０００， ｐｐ．２１０−２１３．に開示されている。

また、関連する技術がＳ． Ｗａｋａｎａ，ｅｔ ａｌ，“Ｆｉｂｅｒ−Ｅｄｇｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ／Ｍａｇｎｅｔｏｏｐｔｉｃ Ｐｒｏｂｅ ｆｏｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ−Ｄｏｍａｉｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ”， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ Ｔｅｃｈ．， Ｖｏｌ．４８， Ｎｏ．１２， Ｄｅｃ．２０００， ｐｐ．２６１１−２６１６．に開示されている。

また、関連する技術がＥ． Ｙａｍａｚａｋｉ，ｅｔ ａｌ，“Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｖｅｒ １０ − ５０ μｍ−Ｓｃａｌｅ Ｌｉｎｅ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐａｔｔｅｒｎｓ”， Ｐｒｏｃ． ｔｈｅ １４ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｌａｓｅｒｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｎｏｖ．２００１， ｐ．３１８．に開示されている。

また、関連する技術がＥ． Ｙａｍａｚａｋｉ，ｅｔ ａｌ，“Ｈｉｇｈ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｐｒｏｂｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＢｉＲＩＧ Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ”， ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．， Ｖｏｌ．Ｅ８６−Ｃ， Ｎｏ．７， Ｊｕｌｙ ２００３， ｐｐ．１３３８−１３４４．に開示されている。

また、関連する技術がＭ． Ｉｗａｎａｍｉ，ｅｔ ａｌ，“Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｏｏｐｔｉｃ Ｐｒｏｂｅ ｗｉｔｈ １０ μｍ−Ｃｌａｓｓ Ｓｐａｔｉａｌ
Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ”， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．４３， Ｎｏ．４Ｂ， Ａｐｒ．２００４， ｐｐ．２２８８−２２９２．に開示されている。

本発明の目的は、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、走査させずに２次元情報が測定可能な電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電界センサは、光ファイバと、光ファイバの端部における端面上に設けられ、光ファイバを介して入射する光を反射する光学層とを具備する。

上記の電磁界センサにおいて、光学層は、電気光学層を備えていても良い。上記の電磁界センサにおいて、光学層は、磁気光学層を備えていても良い。上記の電磁界センサにおいて、端面は、凸面であっても良い。上記の電磁界センサにおいて、光ファイバは、端部が伸張された略円錐であっても良い。光学層は、略円錐の先端部の側面に設けられても良い。上記の電磁界センサにおいて、光学層と端面との間に誘電体層を更に具備しても良い。上記の電磁界センサにおいて、光学層を有する光ファイバは複数あり、一つに束ねられていても良い。上記の電磁界センサにおいて、複数の光ファイバは、一次元的に束ねられていても良い。上記の電磁界センサにおいて、複数の光ファイバは、二次元的に最密充填になるように束ねられても良い。

上記の電磁界センサは、上記各項のいずれか一項に記載の電磁界センサとしての電界検知用の複数の電界センサと、上記各項のいずれか一項に記載の電磁界センサとしての磁界検知用の複数の磁界センサとを具備していても良い。複数の電界センサと複数の磁界センサとは、一つに束ねられていても良い。上記の電磁界センサにおいて、複数の電界センサの各々と、複数の磁界センサの各々とは、互い違いに整列されて束ねられていても良い。

上記課題を解決するために、本発明の電磁界測定システムは、レーザ光源と、電磁界センサと、検出部とを具備する。レーザ光源は、光を発する。電磁界センサは、上記各項のいずれか一項に記載されている。検出部は、反射光を検出する。

上記課題を解決するために、本発明の電磁界センサの製造方法は、（ａ）光ファイバの端部の端面上にエアロゾルデポジション法により電気光学層及び磁気光学層のいずれか一方をセンサ層として形成する工程と、（ｂ）センサ層を熱処理する工程とを具備する。

上記の電磁界センサの製造方法において、（ａ）工程は、（ａ１）端部を研磨して、凸面状の端面を形成する工程を備えていても良い。上記の電磁界センサの製造方法において、（ａ）工程は、（ａ２）端部を伸張して、略円錐状の端面を形成する工程を備えていても良い。

上記課題を解決するために、本発明の電磁界センサの電磁界検知方法は、（ｍ）束になっている複数のセンサのうちの第１センサが検出した第１検出信号を取得するステップと、（ｎ）複数のセンサのうちの第２センサが検出した第２検出信号を取得する工程と、（ｏ）第１検出信号と第２検出信号との加算平均としての第１加算平均信号を算出する工程と、（ｐ）複数のセンサのうち、未だ検出信号を取得されていない他のセンサが検出した第３検出信号を取得する工程と、（ｑ）第１加算平均信号と第３検出信号との加算平均を算出して、第１加算平均信号とする工程と、（ｒ）複数のセンサの全てについて、検出信号の加算平均を行うまで（ｐ）ステップ及び（ｑ）ステップを繰り返すステップとを具備する。複数のセンサの各々は、光ファイバと、光ファイバの端部における凸面の端面上に設けられた電気光学層及び磁気光学層のいずれか一方とを備える。

本発明によれば、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムが提供される。さらに、走査させずに２次元情報が測定可能であり、信号処理による高感度化が可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムが提供される。

図１Ａは、従来の電界（磁界）測定システムの一例を示すブロック図である。 図１Ｂは、従来の電界（磁界）測定システムに用いられている電界センサの断面図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサを用いる電界測定システムの構成を示すブロック図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサの断面図である。 図３は、本発明に係る電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分布の一例を示すグラフである。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサの変形例の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサの他の変形例の構成を示す断面図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る電界センサの構成を示す断面図である。 図７は、本発明の電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分布の一例を示すグラフである。 図８は、第１の実施の形態の電界センサを複数本束ねて形成された電界センサの一例を示す図である。 図９は、本発明の電界センサと従来の電界センサとにおける電気信号の検出結果を示すグラフである。 図１０Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る磁界センサを用いる磁界測定システムの構成を示すブロック図である。 図１０Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る磁界センサの断面図である。 図１１は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用いて測定した磁界分布の一例を示すグラフである。 図１２は、本発明の第５の実施の形態に係る磁界センサの構成を示す断面図である。 図１３は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用いて測定した磁界分布の一例を示すグラフである。 図１４は、第１の実施の形態の磁界センサ５０５を複数本束ねて形成された磁界センサ８０５の一例を示す図である。 図１５は、電界センサ１０５及び磁界センサ５０５を複数本束ねて形成された電磁界センサ９０５の一例を示す図である。 図１６は、電界測定システムに含まれる情報処理装置の構成を示すブロック図である。 図１７は、本発明の磁界センサの実施の形態の製造方法を示すフローチャートである。 図１８は、平均信号検出部の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第１の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ、電磁界測定システムについて電界センサを用いる電界測定システムについて説明する。

図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサを用いる電界測定システムの構成を示すブロック図である。図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサの断面図である。この電界測定システム１２０は、図２Ａに示すように、光ファイバ１０１、連続レーザ光源１００、ファイバアンプ１０２、偏光コントローラ１０３、光サーキュレータ１０４、電界センサ１０５、検光子１０６、ファイバアンプ１０７、フォトディテクタ１０８、スペクトラムアナライザ１０９を具備する。

光ファイバ１０１、連続レーザ光源１００、ファイバアンプ１０２、偏光コントローラ１０３、光サーキュレータ１０４、検光子１０６、ファイバアンプ１０７、フォトディテクタ１０８、スペクトラムアナライザ１０９は、光ファイバ８０１、連続レーザ光源８００、ファイバアンプ８０２、偏光コントローラ８０３、光サーキュレータ８０４、検光子８０６、ファイバアンプ８０７、フォトディテクタ８０８、及びスペクトラムアナライザ８０９と同様である。ただし、光サーキュレータ１０４と電界センサ１０５との間は、本発明では、光ファイバ１１２である。

電界センサ１０５は、図２Ｂに示すように、光ファイバ１１２、電気光学層１１５を備える。光ファイバ１１２は、クラッド層１１３及びコア１１４層を含む。光ファイバ１１２は、一方の端部を光サーキュレータ１０４に接続されている。他方の端部は、その端面１３５が研磨により凸状の曲面に加工されている。その端面１３５上には、微小な電界検知素子である電気光学層１１５が直接形成されている。電気光学層１１５の外側の表面１３６は、測定対象に向けられる。電気光学層１１５が凸状の曲面状に形成されていることは、光が曲面で集光されるためセンサ光の体積が縮小される結果、従来よりも分解能を高めることができ好ましい。

次に、本発明の電界測定システムの第１の実施の形態の動作を説明する。連続レーザ光源１００は、レーザ光を出射する。ファイバアンプ１０２は、そのレーザ光を増幅する。
偏光コントローラ１０３は、そのレーザ光の偏光面を制御する。光サーキュレータ１０４は、レーザ光を電界センサ１０５へ出射する。光ファイバ１１２のコア層１１４を進んだレーザ光（１３１）は、電気光学層１１５の底面において、電気光学層１１５の屈折率と空気の屈折率との差により反射される。このとき、電気光学層１１５の屈折率は、回路基板１１０から発生する電界により変化する。それに伴い、その電気光学層１１５中を伝搬するレーザ光の偏光状態は、その外部電界の強さに応じた変調を受けている。光サーキュレータ１０４は、変調され反射してきたレーザ光（１３２）を再び光ファイバ１０１へ戻す。検光子１０６は、そのレーザ光を強度変調光に変換する。ファイバアンプ１０７は、変換後のレーザ光を増幅する。フォトディテクタ１０８は、増幅されたレーザ光を電気信号に変換する。スペクトラムアナライザ１０９は、その電気信号を検出する。スペクトラムアナライザ１０９で検出される電気信号のピークは、外部電界に起因する信号に対応する。本システムの原理上、外部電界の強さに応じてその信号の強度が異なる。そのため、回路基板１１０上の電界センサ１０５の位置を変えることにより電界分布が得られる。

電界センサの空間分解能は電気光学層１１５内を伝搬するセンサ光（レーザ光）の体積によって決まる。センサ光（レーザ光）の体積が小さいほど高空間分解能となる。
このうち、高さ方向の分解能は電気光学層１１５の厚さで定まるため、薄いことが望ましい。従来はバルクの電気光学部材を加工により薄層化して、光ファイバーの先端に接着させていた。バルク部材の加工による薄層化は１０μｍ程度が加工上の限界である。そのため、高さ方向の分解能を高めることは困難であった。しかし、本発明では、研磨により凸状の曲面に加工された光ファイバ１１２の先端に、電気光学層１１５を直接に薄膜で形成する。したがって、加工限界の１０μｍに制限されること無く、電気光学層１１５の厚さをより薄くすることができる。それにより、高さ方向分解能を向上させることができる。電気光学層１１５の厚さとしては、例えば、１μｍ以上８μｍ以下が好ましい。１μｍ以上より薄いと、電界計測に十分なＳ／Ｎ比を得ることができなくなる。８μｍ以下であれば好ましい高分解能が得られる。

また、水平方向の分解能は電気光学層１１５中を伝搬するレーザ光の径で定まるため、光径が絞り込まれることが望ましい。従来は上述のように接着層が存在していたため光径を十分に絞れなかった。本発明では、上述のように、光ファイバ１１２の先端に電気光学層１１５を直接に薄膜で形成しているので、接着層を用いる必要がない。したがって、接着層に妨害されること無く、レーザ光の径を絞り込むことができる。それにより、水平方向分解能を向上させることができる。
以上のように、高さ方向及び水平方向の分解能を向上することで電界センサ１０５の空間分解能の高分解能化を実現した。

次に、本発明の電界センサの第１の実施の形態の製造方法を説明する。
電気光学層１１５は、エアロゾルデポジション法により形成した。エアロゾルデポジション法は、まず、超微粒子をエアロゾル発生器に充填する。次に、キャリアガス（例示：窒素、空気）をエアロゾル発生器に導入して超微粒子を均一に分散させたエアロゾルを作り出す。続いて、そのエアロゾルを成膜室に搬送してノズルから基板に向かって噴射し堆積させる。これにより、所望の膜が成膜される。このとき、超微粒子（脆性材料）は機械的衝撃力が付加されて基板に到達するので、基板上で粉砕されながら、堆積する。

図１７は、本発明の電界センサの実施の形態の製造方法を示すフローチャートである。
まず、エアロゾルデポジション法による成膜に用いる基板を準備する（ステップＳ０１）。基板は、光ファイバ１１２を用いる。成膜面は、光ファイバ１１２の端部の端面１３５である。光ファイバ１１２の端部を、研磨により凸状の曲面に加工して形成する。次に、エアロゾルデポジション法による成膜を行う（ステップＳ０２）。エアロゾルデポジション法による電気光学層１１５の成膜条件は、以下のとおりである。電気光学層１１５の成膜の膜厚は６０００ｎｍとした。原料粉末はＰｂ（Ｚｒ０．６Ｔｉ０．４）０３（以下、「ＰＺＴ」とする）、キャリヤガスは酸素をそれぞれ用いた。基板（光ファイバ１１２の端面１３５）に対するノズルの入射角を１０度、ガス流量を１２リットル／分、ノズル−基板間距離を５ｍｍ、成膜速度を０．８μｍ／ｍｉｎ、加振器の振動数を２５０ｒｐｍとして成膜した。

その後、熱処理を含む以下の処理を行った（ステップＳ０３）。すなわち、まず、成膜後、電気光学層１１５を大気中で、６００℃、１５分間程度熱処理した。この熱処理により、電気光学層１１５の電気光学効果を発現させた。さらに、２００℃で１００ｋＶ／ｃｍ程度の電界印加の下で分極処理を行った。一次電気光学係数ｒ３３は２００ｐｍ／Ｖであった。熱処理後、電気光学層１１５の膜の表面１３６の凹凸を除去するために、膜厚５４００ｎｍまで研磨し、平坦化した。
以上の製造方法により、電界センサ１０５が形成された。

上記の説明では、電気光学層１１５の組成としてＰＺＴの場合を説明した。しかし、この組成に限定されるものではなく、例えば、Ｌａを添加した組成であっても良い。また、ジルコン酸チタン酸鉛系の材料以外にも、電気光学効果の大きいチタン酸バリウム、ストロンチウム置換チタン酸バリウム、タンタリウム置換ニオブ酸カリウム、等も有効な材料である。

本発明では、電気光学層１１５の成膜にエアロゾルデポジション法を用いていることも発明の特徴のひとつである。その理由は以下による。本発明の目的の一つは、高分解能な電界センサを提供することにある。そのためには、加工された光ファイバの先端に電気光学層１１５を直接薄膜で形成することが重要である。また、電界計測に十分なＳ／Ｎ比を得るためには、その膜厚は１μｍ以上であることが望ましい。１μｍの強誘電体透明膜をガラス、プラスチックや高分子を含む樹脂や任意の組成の誘電体上に実現できるのは、現在の技術ではスパッタ法でもゾル・ゲル法でも不可能であり、ただエアロゾルデポジション法でのみ可能である。

図３は、本発明に係る電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分布の一例を示すグラフである。曲線Ａ１は本発明の電界センサを用いた場合であり、曲線Ｂ１は従来の電界センサを用いた場合である。横軸は位置を示し、縦軸は電界強度に対応する電気信号を示す。電界分布の測定は、配線幅／間隔５μｍの３線ミアンダ配線上空で行った。
ミアンダ配線には１０ＭＨｚ、１５ｄＢｍの信号を印加した。電界センサをミアンダ配線上空１０μｍの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に１μｍピッチで走査させたときに得られた電界分布である。従来の電界センサの場合、隣接配線間で観測されるはずの電界ピークが不明瞭であった（曲線Ｂ１）。一方、本発明の電界センサの場合、電界ピークが明瞭に観測されている（曲線Ａ１）。この結果から、本発明の電界センサが従来の電界センサよりも高空間分解能であることが分かる。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサの変形例の構成を示す断面図である。この電界センサ２０５は、電界センサ１０５と比較して、センサ感度をより高めることができる。電界センサ２０５は、光ファイバ２１２、電気光学層２１５及び誘電体多層膜反射層２１６を含む。光ファイバ２１２は、コア層２１４とそれを囲むクラッド層２１３より構成されている。端部は、その端面２３５が研磨により凸状の曲面に加工されている。その端面２３５上には、微小な電界検知素子である電気光学層２１５が直接形成されている。誘電体多層膜反射層２１６は、電気光学層２１５の外側の表面２３６上に形成されている。例えば、図１７のステップＳ０３の後に、誘電体多層膜反射層２１６を、イオンプレーティング法で形成するステップを入れる。誘電体多層膜反射層２１６の存在により反射するレーザ光の光量を大きくすることができる。それにより、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
なお、誘電体多層膜反射層２１６の外側の表面２３７は、測定対象に向けられる。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る電界センサの他の変形例の構成を示す断面図である。この電界センサ３０５は、電界センサ２０５と比較して、センサ感度をさらに高めることができる。電界センサ３０５は、光ファイバ３１２、下部誘電体多層膜反射層３１７、電気光学層３１５及び上部誘電体多層膜反射層３１６を含む。光ファイバ３１２は、コア層３１４とそれを囲むクラッド層３１３より構成されている。端部は、その端面３３８が研磨により凸状の曲面に加工されている。下部誘電体多層膜反射層３１７は、その端面３３８上に直接形成されている。例えば、図１７のステップＳ０１の後でステップＳ０２の前に、下部誘電体多層膜反射層３１７を、イオンプレーティング法で形成するステップを入れる。電界検知素子である電気光学層３１５は、下部誘電体多層膜反射層３１７の表面３３５上に形成されている。既述の図１７のステップＳ０２、Ｓ０３のように形成する。上部誘電体多層膜反射層３１６は、電気光学層３１５の外側の表面３３６上に形成されている。例えば、図１７のステップＳ０３の後に、上部誘電体多層膜反射層３１６を、イオンプレーティング法で形成するステップを入れる。下部誘電体多層膜反射層３１７と電気光学層３１５と上部誘電体多層膜反射層３１６とは、ファブリペロ共振器構造を構成している。このようなファブリペロ共振器構造を形成することにより、電気光学層３１５の上面（３３６）と下面（３３５）でレーザ光の多重反射が生じる。これは電気光学層３１５内の光路長が増加することと等価であり、光の変調度の増大をもたらす結果、Ｓ／Ｎ比をさらに高めることができる。

本発明により、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ、電磁界測定システムについて電界センサを用いる電界測定システムについて説明する。

本実施の形態では、電界測定システムは基本的に第１の実施の形態の電界測定システム１２０と同様である。しかし、本実施の形態の電界測定システムにおける電界センサ４０５の構成が、第１の実施の形態の電界センサ１０５の構成と異なる。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る電界センサの構成を示す断面図である。電界センサ４０５は光ファイバ４１２、電気光学層４１５を備える。光ファイバ４１２は、クラッド層４１３及びコア４１４層を含む。光ファイバ４１２は、一方の端部を光サーキュレータ１０４に接続されている。他方の端部は、円錐４３１を形成されている。ただし、正確に円錐状の形状でなくても良く、端部を加熱中の引張り操作により伸張した場合にできる概ね円錐状の形状であれば良い。その円錐４３１の先端部の側面（曲面）４３５には、微小な電界検知素子である電気光学層４１５が直接形成されている。電気光学層４１５の外側の表面４３６は、測定対象に向けられる。電界センサ４０５のその他の構成については、第１の実施の形態と同様である。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る電界測定システムの動作については、電界センサ４０５を用いる他は第１の実施の形態と同様である。

この場合にも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、本実施の形態の電界センサ１０５は、凸状の曲面１３５に加工された光ファイバ１１２の先端に電気光学層１１５を形成して作製する第１の実施の形態の電界センサ１０５よりも、さらにレーザ光を集光することが可能である。そのため、第１の実施の形態の電界センサ１０５よりも高空間分解能となる。

光ファイバの端部の形状は、上記の第１の実施の形態や本実施の形態に限定されるものではない。その形状は、光ファイバ４１２の先端部のように、端部で反射したレーザ光が集光しやすい形状であることが好ましい。これにより、測定に寄与するレーザ光が増え、電界センサの感度やＳ／Ｎ比を向上することができる。

次に、本発明の電界センサの第２の実施の形態の製造方法については、光ファイバ４１２を用いる他は図１７に示す第１の実施の形態と同様である。ただし、ステップＳ０１における基板としての光ファイバ４１２の端部は、以下のようにして加工される。まず、端部を加熱し、その加熱中の端部を引張り操作により伸張させて、適当な位置にて切断する。その後、その先端部を研磨により鋭利に尖らせて形成した。この場合にも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図７は、本発明の電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分布の一例を示すグラフである。曲線Ａ２は本発明の電界センサを用いた場合であり、曲線Ｂ２は従来の電界センサを用いた場合である。横軸は位置を示し、縦軸は電界強度に対応する電気信号を示す。電界分布の測定は、配線幅／間隔５μｍの３線ミアンダ配線上空で行った。ミアンダ配線には１０ＭＨｚ、１５ｄＢｍの信号を印加した。電界センサをミアンダ配線上空１０μｍの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に１μｍピッチで走査させたときに得られた電界分布である。従来の電界センサの場合、隣接配線間で観測されるはずの電界ピークが不明瞭であった（曲線Ｂ２）。一方、本発明の電界センサの場合、電界ピークが明瞭に観測されている（曲線Ａ２）。この結果から、本発明の電界センサが従来の電界センサよりも高空間分解能であることが分かる。さらに、第１の実施の形態に記載の電界センサ１０５を用いた場合よりも中央部２箇所の電界ピークの相対強度が強い。図７は、本実施の形態の電界センサ４０５が第１の実施の形態に記載の電界センサ１０５よりも高空間分解能であることを示している。

本発明により、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

（第３の実施の形態）
本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第３の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ、電磁界測定システムについて電界センサを用いる電界測定システムについて説明する。

本実施の形態では、電界測定システムは基本的に第１の実施の形態の電界測定システム１２０と同様である。ただし、１点ごとの電界測定ではなく、電界センサ１０５を複数本束ねて複数点の電界測定を一度に行う点で第１の実施の形態と異なる。

複数点での電界測定の方法としては、例えば、電界測定システム１２０を複数用意し、それらに属する複数の電界センサ１０５を束ねる方法が考えられる。図８は、第１の実施の形態の電界センサ１０５を複数本束ねて形成された電界センサ７０５の一例を示す図である。電気光学層１１５の側から見た図である。電界センサ７０５は、一次元的に並んだ複数の電界センサ１０５が、更に、二次元的に最密充填になるように（千鳥状、蜂の巣状）に束ねられている。そして、各電界測定システム１２０のスペクトラムアナライザ１０９からのデータを一台のコンピュータ（図示されず）で処理するようにする。

電界センサ１０５をこのように束ねた電界センサ７０５を用いて電界強度を測定することで、従来より極めて短時間で、走査させずに高分解能な電界強度の二次元分布を得ることが可能となる。

電界センサは、単に一次元的に一列に並んだ複数の電界センサ１０５だけであっても良い。その場合、束ねた方向に対して垂直な方向へ、狭ピッチで走査させることにより、従来より短時間で高分解能な電界強度の二次元分布を得ることができる。

また、電界測定システム１２０は一つで、電界センサとして電界センサ７０５を用いても良い。その場合、光サーキュレータ１０４と電界センサ７０５との間に、レーザ光が入射する電界センサ７０５内の電界センサ１０５を連続的に切り替えるレーザ切替部（図示されず）を設ける。このようにすることで、一つの電界測定システム１２０で連続的に高分解能な電界強度の二次元分布を測定することも可能である。

また、複数の光ファイバを束ねた電界センサ７０５では、それを構成する個々の電界センサ１０５間の平均信号の検出を行うことにより、ノイズを平均化することができる。それにより、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。平均信号の検出は、スペクトラムアナライザ１０９に内蔵された情報処理装置や、スペクトラムアナライザ１０９に接続された情報処理装置（後述）において、そのプログラムにより行う。

図１６は、電界測定システム１２０（磁界測定システム５２０）に含まれる情報処理装置７００の構成を示すブロック図である。情報処理装置７００は、コンピュータに例示され、スペクトラムアナライザ１０９、５０９に接続されている。情報処理装置７００は、平均信号を検出するプログラムとしての平均信号検出部７０１を内部のメモリに格納している。

図１８は、平均信号検出部７０１の動作を示すフローチャートである。平均信号の検出は、平均信号検出部７０１が、電界センサ７０５を構成する個々の電界センサ１０５からの信号及びノイズの加算平均を行って求めている。具体的には、例えば、以下のプロセスである。
始めに、一つの電界センサ１０５からのノイズを含む信号（データ）をスペクトラムアナライザから取得する（ステップＳ１１）。次に、別の電界センサ１０５からのノイズを含む信号（次のデータ）をスペクトラムアナライザから取得する（ステップＳ１２）。そして、一つの電界センサ１０５からのノイズを含む信号と別の電界センサ１０５からのノイズを含む信号との間で加算平均を行い、加算平均信号を求める（ステップＳ１３）。ここで、全ての電界センサ１０５からの信号について加算平均を行ったか否かを判断する（ステップＳ１４）。全ての電界センサ１０５からの信号について加算平均を行っていない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１２へ戻る。そして、次の別の電界センサ１０５からのノイズを含む信号を取得し（ステップＳ１２）、ステップＳ１３での加算平均信号と間で更に加算平均を行い、加算平均信号を求める（ステップＳ１３）。このような処理を電界センサ７０５に含まれる全ての電界センサ１０５にわたって逐次実行する。ただし、加算平均とは、複数の信号を重ね合わせ、それを信号の総数で割る操作である。全ての電界センサ１０５からの信号について加算平均を行った場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、計算結果を出力する。ただし、加算平均とは、複数の信号を重ね合わせ、それを信号の総数で割る操作である。

その他の構成、動作、製造方法については、第１の実施の形態と同様である。

図９は、本発明の電界センサ７０５と従来の電界センサとにおける電気信号の検出結果を示すグラフである。横軸は周波数を示し、縦軸は電界強度に対応する電気信号を示す。
曲線Ａ３は、本発明の電界センサ７０５を電界測定システム１２０に組み込み、レーザ光が入射する電界センサ１０５を逐次切り替えて連続的に測定する過程で、個々の電界センサ１０５の間の平均信号の検出を行った結果である。曲線Ｂ３は、従来の電界センサによる電気信号の検出結果を示している。被測定回路は単一直線ストリップ導体を有するマイクロストリップ線路とし、各センサーを線路上空１０μｍの位置に固定して測定を行った。線路には１０ＭＨｚ、１５ｄＢｍの信号を印加した。本発明の電界センサ７０５を適用した結果、ノイズが低減され、従来の電界センサに比べてＳ／Ｎ比を高め、高感度化実現することができた。

なお、本実施の形態の電界センサは、第１の実施の形態の電界センサを複数本束ねて形成されている。しかし、束ねる電界センサを第２の実施の形態の電界センサとしてもよい。また、束ねる電界センサは第１の実施の形態、第２の実施の形態の電界センサに限定されるものではない。例えば、電気光学層が平坦な光ファイバ端面上に形成されている電界センサであってもよい。

本発明により、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

（第４の実施の形態）
本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第４の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして磁界センサ、電磁界測定システムについて磁界センサを用いる磁界測定システムについて説明する。

図１０Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る磁界センサを用いる磁界測定システムの構成を示すブロック図である。図１０Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る磁界センサの断面図である。この磁界測定システム５２０は、図１０Ａに示すように、光ファイバ５０１、連続レーザ光源５００、ファイバアンプ５０２、偏光コントローラ５０３、光サーキュレータ５０４、磁界センサ５０５、検光子５０６、ファイバアンプ５０７、フォトディテクタ５０８、スペクトラムアナライザ５０９を具備する。

光ファイバ５０１、光ファイバ５１２、連続レーザ光源５００、ファイバアンプ５０２、偏光コントローラ５０３、光サーキュレータ５０４、検光子５０６、ファイバアンプ５０７、フォトディテクタ５０８、及びスペクトラムアナライザ５０９は、第１の実施の形態の光ファイバ１０１、光ファイバ１１２、連続レーザ光源１００、ファイバアンプ１０２、偏光コントローラ１０３、光サーキュレータ１０４、検光子１０６、ファイバアンプ１０７、フォトディテクタ１０８、スペクトラムアナライザ１０９と同様である。

磁界センサ５０５は、図１０Ｂに示すように、光ファイバ５１２、磁気光学層５１５を備える。光ファイバ５１２は、クラッド層５１３及びコア５１４層を含む。光ファイバ５１２は、一方の端部を光サーキュレータ５０４に接続されている。他方の端部は、その端面５３５が研磨により凸状の曲面に加工されている。その端面５３５上には、微小な磁界検知素子である磁気光学層５１５が直接形成されている。磁気光学層５１５の外側の表面５３６は、測定対象に向けられる。磁気光学層５１５が凸状の曲面状に形成されていることは、光が曲面で集光されるためセンサ光の体積が縮小される結果、従来よりも分解能を高めることができ好ましい。

次に、本発明の第４の実施の形態に係る磁界測定システムの動作を説明する。連続レーザ光源５００は、レーザ光を出射する。ファイバアンプ５０２は、そのレーザ光を増幅する。偏光コントローラ５０３は、そのレーザ光の偏光面を制御する。光サーキュレータ５０４は、レーザ光を磁界センサ５０５へ出射する。光ファイバ５１２のコア層５１４を進んだレーザ光（５３１）は、磁気光学層５１５の底面において、磁気光学層１１５の屈折率と空気の屈折率との差により反射される。このとき、磁気光学層５１５の屈折率は、回路基板５１０から発生する磁界により変化する。それに伴い、その磁気光学層５１５中を伝搬するレーザ光の偏光状態は、その外部磁界の強さに応じた変調を受けている。光サーキュレータ５０４は、変調され反射してきたレーザ光（５３２）を再び光ファイバ５０１へ戻す。検光子５０６は、そのレーザ光を強度変調光に変換する。ファイバアンプ５０７は、変換後のレーザ光を増幅する。フォトディテクタ５０８は、増幅されたレーザ光を電気信号に変換する。スペクトラムアナライザ５０９は、その電気信号を検出する。スペクトラムアナライザ５０９で検出される電気信号のピークは、外部磁界に起因する信号に対応する。本システムの原理上、外部磁界の強さに応じてその信号の強度が異なる。そのため、回路基板５１０上の磁界センサ５０５の位置を変えることにより磁界分布が得られる。

磁界センサの空間分解能は磁気光学層５１５内を伝搬するセンサ光（レーザ光）の体積によって決まる。センサ光（レーザ光）の体積が小さいほど高空間分解能となる。
このうち、高さ方向の分解能は磁気光学層５１５の厚さで定まるため、薄いことが望ましい。従来はバルクの磁気光学部材を加工により薄層化して、光ファイバーの先端に接着させていた。バルク部材の加工による薄層化は１０μｍ程度が加工上の限界である。そのため、高さ方向の分解能を高めることは困難であった。しかし、本発明では、研磨により凸状の曲面に加工された光ファイバ５１２の先端に、磁気光学層５１５を直接に薄膜で形成する。したがって、加工限界の１０μｍに制限されること無く、磁気光学層５１５の厚さをより薄くすることができる。それにより、高さ方向分解能を向上させることができる。磁気光学層５１５の厚さとしては、例えば、１μｍ以上８μｍ以下が好ましい。１μｍ以上より薄いと、磁界計測に十分なＳ／Ｎ比を得ることができなくなる。８μｍ以下であれば好ましい高分解能が得られる。

また、水平方向の分解能は磁気光学層５１５中を伝搬するレーザ光の径で定まるため、光径が絞り込まれることが望ましい。従来は上述のように接着層が存在していたため光径を十分に絞れなかった。本発明では、上述のように、光ファイバ５１２の先端に磁気光学層５１５を直接に薄膜で形成しているので、接着層を用いる必要がない。したがって、接着層に妨害されること無く、レーザ光の径を絞り込むことができる。それにより、水平方向分解能を向上させることができる。
以上のように、高さ方向及び水平方向の分解能を向上することで磁界センサ５０５の空間分解能の高分解能化を実現した。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る磁界センサの製造方法を説明する。
磁気光学層５１５は、エアロゾルデポジション法により形成した。エアロゾルデポジション法は、まず、超微粒子をエアロゾル発生器に充填する。次に、キャリアガス（例示：窒素、空気）をエアロゾル発生器に導入して超微粒子を均一に分散させたエアロゾルを作り出す。続いて、そのエアロゾルを成膜室に搬送してノズルから基板に向かって噴射し堆積させる。これにより、所望の膜が成膜される。このとき、超微粒子（脆性材料）は機械的衝撃力が付加されて基板に到達するので、基板上で粉砕されながら、堆積する。

図１７は、本発明の磁界センサの実施の形態の製造方法を示すフローチャートである。
まず、エアロゾルデポジション法による成膜に用いる基板を準備する（ステップＳ０１）。基板は、光ファイバ５１２を用いる。成膜面は、光ファイバ５１２の端部の端面５３５である。光ファイバ５１２の端部を、研磨により凸状の曲面に加工して形成する。次に、エアロゾルデポジション法による成膜を行う（ステップＳ０２）。エアロゾルデポジション法による磁気光学層５１５の成膜条件は、以下のとおりである。磁気光学層５１５の成膜の膜厚は４０００ｎｍとした。原料粉末はＢｉ置換ＹＩＧ（イットリウム−鉄−ガーネット）、キャリヤガスは酸素をそれぞれ用いた。基板（光ファイバ５１２の端面５３５）に対するノズルの入射角を３０度、ガス流量を８リットル／分、ノズル基板間距離を５ｍｍ、成膜速度を１．０μｍ／ｍｉｎ、加振器の振動数を２５０ｒｐｍとして成膜した。

その後、熱処理を含む以下の処理を行った（ステップＳ０３）。すなわち、成膜後、磁気光学層５１５を大気中で、６００℃、１５分間程度熱処理した。この熱処理により、磁気光学層５１５の磁気光学効果を発現させた。ファラデー回転角は７ｄｅｇ／ｍｍであった。熱処理後、磁気光学層５１５の膜の表面５３６の凹凸を除去するために、膜厚３６００ｎｍまで研磨し、平坦化した。
以上の製造方法により、磁界センサ５０５が形成された。

上記の説明では、磁気光学層５１５の組成としてＢｉ置換ＹＩＧの場合を説明した。しかし、この組成に限定されるものではなく、例えば、Ｃｅを添加した組成であっても良い。また、ＹＩＧ系の材料以外にも、磁気光学効果の大きいスピネル構造、ヘキサゴナル構造のいずれかを有するフェライト等も有効な材料である。さらに、磁気光学層として鉄、ニッケル、コバルトのいずれかを含む強磁性膜の極薄層を用いることができる。

本発明では、磁気光学層５１５の成膜にエアロゾルデポジション法を用いていることも発明の特徴のひとつである。その理由は以下による。本発明の目的の一つは、高分解能な磁界センサを提供することにある。そのためには、加工された光ファイバの先端に磁気光学層５１５を直接薄膜で形成することが重要である。また、磁界計測に十分なＳ／Ｎ比を得るためには、その膜厚は１μｍ以上であることが望ましい。１μｍの強誘電体透明膜をガラス、プラスチックや高分子を含む樹脂や任意の組成の誘電体上に実現できるのは、現在の技術ではスパッタ法でもゾル・ゲル法でも不可能であり、ただエアロゾルデポジション法でのみ可能である。

図１１は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用いて測定した磁界分布の一例を示すグラフである。曲線Ａ４は本発明の磁界センサを用いた場合であり、曲線Ｂ４は従来の磁界センサを用いた場合である。横軸は位置を示し、縦軸は磁界強度に対応する電気信号を示す。磁界分布の測定は、配線幅／間隔５μｍの３線ミアンダ配線上空で行った。ミアンダ配線には１０ＭＨｚ、１５ｄＢｍの信号を印加した。磁界センサをミアンダ配線上空１０μｍの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に１μｍピッチで走査させたときに得られた磁界分布である。従来の磁界センサの場合、隣接配線間で観測されるはずの磁界ピークが観察されなかった（曲線Ｂ４）。一方、本発明の磁界センサの場合、磁界ピークが明瞭に観測されている（曲線Ａ４）。この結果から、本発明の磁界センサが従来の磁界センサよりも高空間分解能であることが分かる。

本発明により、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

（第５の実施の形態）
本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第５の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして磁界センサ、電磁界測定システムについて磁界センサを用いる磁界測定システムについて説明する。

本実施の形態では、磁界測定システムは基本的に第４の実施の形態の磁界測定システム５２０と同様である。しかし、本実施の形態の磁界測定システムにおける磁界センサ６０５の構成が、第４の実施の形態の磁界センサ５０５の構成と異なる。

図１２は、本発明の第５の実施の形態に係る磁界センサの構成を示す断面図である。磁界センサ６０５は光ファイバ６１２、磁気光学層６１５を備える。光ファイバ６１２は、クラッド層６１３及びコア６１４層を含む。光ファイバ６１２は、一方の端部を光サーキュレータ５０４に接続されている。他方の端部は、円錐６３１を形成されている。ただし、正確に円錐状の形状でなくても良く、端部を加熱中の引張り操作により伸張した場合にできる概ね円錐状の形状であれば良い。その円錐６３１の先端部の側面（曲面）６３５には、微小な磁界検知素子である磁気光学層６１５が直接形成されている。磁気光学層６１５の外側の表面６３６は、測定対象に向けられる。磁界センサ６０５のその他の構成については、第４の実施の形態と同様である。

次に、本発明の第５の実施の形態に係る磁界測定システムの動作については、磁界センサ６０５を用いる他は、第４の実施の形態と同様である。

この場合にも、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、本実施の形態の磁界センサ６０５は、凸状の曲面５３５に加工された光ファイバ５１２の先端に磁気光学層５１５を形成して作製する第４の実施の形態の磁界センサ５０５よりも、さらにレーザ光を集光することが可能である。そのため、第４の実施の形態の磁界センサ５０５よりも高空間分解能となる。

光ファイバの端部の形状は、第４の実施の形態や本実施の形態に限定されるものではない。その形状は、光ファイバ６１２の先端部のように、端部で反射したレーザ光が集光しやすい形状であることが好ましい。これにより、測定に寄与するレーザ光が増え、磁界センサの感度やＳ／Ｎ比を向上することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態に係る磁界センサの製造方法については、光ファイバ６１２を用いる他は図１７に示す第４の実施の形態と同様である。ただし、基板としての光ファイバ６１２の端部は、以下のようにして加工される。まず、端部を加熱し、その加熱中の端部を引張り操作により伸張させて、適当な位置にて切断する。その後、その先端部を研磨により鋭利に尖らせて形成した。この場合にも、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図１３は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用いて測定した磁界分布の一例を示すグラフである。曲線Ａ５は本発明の磁界センサを用いた場合であり、曲線Ｂ４は従来の磁界センサを用いた場合である。なお、曲線Ａ４は、図１１で説明したものと同じである。横軸は位置を示し、縦軸は磁界強度に対応する電気信号を示す。磁界分布の測定は、配線幅／間隔５μｍの３線ミアンダ配線上空で行った。ミアンダ配線には１０ＭＨｚ、１５ｄＢｍの信号を印加した。磁界センサをミアンダ配線上空１０μｍの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に１μｍピッチで走査させたときに得られた磁界分布である。
従来の磁界センサの場合、隣接配線間で観測されるはずの磁界ピークが観測されなかった（曲線Ｂ４）。一方、本発明の磁界センサの場合、磁界ピークが明瞭に観測されている（曲線Ａ５）。この結果から、本発明の磁界センサが従来の磁界センサよりも高空間分解能であることが分かる。さらに、第４の実施の形態に記載の磁界センサ５０５を用いた場合（曲線Ａ４）よりも中央部２箇所の磁界ピークの相対強度が強い。図１３は、本実施の形態の磁界センサ６０５が第４の実施の形態に記載の磁界センサ５０５よりも高空間分解能であることを示している。

また、本発明の電界センサの実施の形態で説明された内容と同様の効果により、磁気光学層の上あるいは上下に誘電体多層膜反射層を形成することにより本発明の磁界センサをより高感度とすることができる。

本発明により、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

（第６の実施の形態）
本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第６の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして磁界センサ、電磁界測定システムについて磁界センサを用いる磁界測定システムについて説明する。

本実施の形態では、磁界測定システムは基本的に第４の実施の形態の磁界測定システム５２０と同様である。ただし、１点ごとの磁界測定ではなく、磁界センサ５０５を複数本束ねて複数点の磁界測定を一度に行う点で第４の実施の形態と異なる。

複数点での磁界測定の方法としては、例えば、磁界測定システム５２０を複数用意し、それらに属する複数の磁界センサ５０５を束ねる方法が考えられる。図１４は、第１の実施の形態の磁界センサ５０５を複数本束ねて形成された磁界センサ８０５の一例を示す図である。磁気光学層５１５の側から見た図である。磁界センサ９００は、一次元的に並んだ複数の磁界センサ５０５が、更に、二次元的に最密充填になるように（千鳥状、蜂の巣状）に束ねられている。そして、各磁界測定システム５２０のスペクトラムアナライザ５０９からのデータを一台のコンピュータ（図示されず）で処理するようにする。

磁界センサ５０５をこのように束ねた磁界センサ９００を用いて磁界強度を測定することで、従来より極めて短時間で、走査させずに高分解能な磁界強度の二次元分布を得ることが可能となる。

磁界センサは、単に一次元的に一列に並んだ複数の磁界センサ５０５だけであっても良い。その場合、束ねた方向に対して垂直な方向へ、狭ピッチで走査させることにより、従来より短時間で高分解能な磁界強度の二次元分布を得ることができる。

また、磁界測定システム５２０は一つで、磁界センサとして磁界センサ９００を用いても良い。その場合、光サーキュレータ５０４と磁界センサ９００との間に、レーザ光が入射する磁界センサ９００内の磁界センサ５０５を連続的に切り替えるレーザ切替部（図示されず）を設ける。このようにすることで、一つの磁界測定システム５２０で連続的に高分解能な磁界強度の二次元分布を測定することも可能である。

また、複数の光ファイバを束ねた磁界センサ９００では、それを構成する個々の磁界センサ５０５間の平均信号の検出を行うことにより、ノイズを平均化することができる。それにより、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。平均信号の検出は、スペクトラムアナライザ１０９に内蔵された情報処理装置や、スペクトラムアナライザ１０９に接続された情報処理装置（後述）において、そのプログラムにより行う。平均信号の検出方法は、第３の実施の形態（図１６、図１８）で説明したとおりである。

その他の構成、動作、製造方法については、第４の実施の形態と同様である。

なお、本実施の形態の磁界センサは、第４の実施の形態の磁界センサを複数本束ねて形成されている。しかし、束ねる磁界センサを磁界測定システムの第５の実施の形態の磁界センサとしてもよい。また、束ねる磁界センサは磁界測定システムの第４の実施の形態、第５の実施の形態の磁界センサに限定されるものではない。例えば、磁気光学層が平坦な光ファイバー端面上に形成されている磁界センサであってもよい。

本発明により、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

（第７の実施の形態）
本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第７の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ及び磁界センサを用いる磁界測定システムについて説明する。

本実施の形態では、電磁界測定システムは基本的に第１の実施の形態の電界測定システム１２０又は第４の実施の形態の磁界測定システム５２０と同様である。ただし、１点ごとの電界測定及び磁界測定ではなく、電界センサ１０５及び磁界センサ５０５を複数本束ねて複数点の電界測定及び磁界測定を一度に行う点で第１の実施の形態の電界測定システム１２０又は第４の実施の形態の磁界測定システム５２０と異なる。

複数点での電界測定及び磁界測定の方法としては、例えば、電界測定システム１２０及び磁界測定システム５２０を複数用意し、それらに属する複数の電界センサ１０５及び磁界センサ５０５を束ねる方法が考えられる。図１５は、電界センサ１０５及び磁界センサ５０５を複数本束ねて形成された電磁界センサ９０５の一例を示す図である。電気光学層１１５及び磁気光学層５１５の側から見た図である。電磁界センサ９０５は、一次元的に交互に並んだ複数の電界センサ１０５及び磁界センサ５０５が、更に、二次元的に最密充填になるように（千鳥状、蜂の巣状）に束ねられている。そして、各電界測定システム１２０及び磁界測定システム５２０のスペクトラムアナライザ１０９及びスペクトラムアナライザ５０９からのデータを一台のコンピュータ（図示されず）で処理するようにする。

電界センサ１０５及び磁界センサ５０５をこのように束ねた電磁界センサ９０５を用いて電界強度及び磁界強度を測定することで、従来より極めて短時間で、高分解能な電界強度及び磁界強度の二次元分布（高空間分解能電磁界マップ）を得ることが可能となる。

電磁界センサ９０５は、単に一次元的に一列に並んだ複数の電界センサ１０５及び磁界センサ５０５だけであっても良い。その場合、束ねた方向に対して垂直な方向へ、狭ピッチで走査させることにより、従来より短時間で高分解能な電界強度及び磁界強度の二次元分布（高空間分解能電磁界マップ）を得ることができる。

また、一つの磁界測定システム５２０が磁界センサとして電磁界センサ９０５の複数の磁界センサ５０５を用い、一つの電界測定システム１２０が電界センサとして電磁界センサ９０５の複数の電界センサ１０５を用いても良い。その場合、光サーキュレータ１０４と電磁界センサ９０５の複数の電界センサ１０５との間、及び、光サーキュレータ５０４と電磁界センサ９０５の複数の磁界センサ５０５との間に、レーザ光が入射する電界センサ１０５又は磁界センサ５０５を連続的に切り替えるレーザ切替部（図示されず）を設ける。このようにすることで、一つの磁界測定システム５２０及び一つの電界測定システム１２０で連続的に高分解能な電磁界強度の二次元分布を測定することも可能である。

また、一つの電磁界測定システム（磁界測定システム５２０又は電界測定システム１２０）が、電磁界センサ９０５の複数の電界センサ１０５及び磁界センサ５０５を用いても良い。その場合、光サーキュレータ１０４又は光サーキュレータ５０４と電磁界センサ９０５との間に、レーザ光が入射する電界センサ１０５及び磁界センサ５０５を連続的に切り替えるレーザ切替部（図示されず）を設ける。このようにすることで、一つの電磁界測定システムで連続的に高分解能な電磁界強度の二次元分布を測定することも可能である。

また、複数の光ファイバを束ねた電磁界センサ９０５では、それを構成する個々の電界センサ１０５間の平均信号及び個々の磁界センサ５０５間の平均信号の検出を行うことにより、ノイズを平均化することができる。それにより、電界強度及び磁界強度のそれぞれのＳ／Ｎ比を高めることができる。平均信号の検出は、スペクトラムアナライザ１０９やそれに接続されたコンピュータ（図示されず）において、そのプログラムにより行う。平均信号の検出方法は、第３の実施の形態で説明したとおりである。

その他の構成、動作、製造方法については、第１の実施の形態、第４の実施の形態と同様である。

なお、本実施の形態の電磁界センサは、第１の実施の形態の電界センサ及び第４の実施の形態の磁界センサを複数本束ねて形成されている。しかし、束ねる電界センサを第２の実施の形態の電界センサ、束ねる磁界センサを第５の実施の形態の磁界センサとしてもよい。また、束ねる電界センサは第１、第２の実施の形態の電界センサに限定されるものではない。同様に、束ねる磁界センサは第４、５の実施の形態の磁界センサに限定されるものではない。例えば、電気光学層が平坦な光ファイバー端面上に形成されている電界センサであってもよい。磁気光学層が平坦な光ファイバー端面上に形成されている磁界センサであってもよい。

本発明により、より小型で高空間分解能で、ＬＳＩチップ／パッケージの微細領域に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

Claims (21)

1. 光ファイバと、
   前記光ファイバの端部における端面上に設けられ、前記光ファイバを介して入射する光を反射し、屈折率が電界又は磁界で変化する材料を含む光学層と
   を具備し、
   前記光学層は、前記光ファイバの端部の端面上にエアロゾルデポジション法により直接形成されている
   電磁界センサ。
2. 請求項１に記載の電磁界センサにおいて、
   前記光学層は、前記端面上に直接形成された結晶性の膜である
   電磁界センサ。
3. 請求項２に記載の電磁界センサにおいて、
   前記光学層の上部に誘電体層を更に具備する
   電磁界センサ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、
   前記光学層は、電気光学層を備える
   電磁界センサ。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、
   前記光学層は、磁気光学層を備える
   を具備する
   電磁界センサ。
6. 請求項４又は５に記載の電磁界センサにおいて、
   前記端面は、凸面である
   電磁界センサ。
7. 請求項４乃至６のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、
   前記光ファイバは、前記端部が伸張された略円錐であり、
   前記光学層は、前記略円錐の先端部の側面に設けられている
   電磁界センサ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、
   前記光学層と前記端面との間に誘電体層を更に具備し、
   前記光学層は、前記誘電体層上に直接形成された結晶性の膜である
   電磁界センサ。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、
   前記光学層の厚みは１μｍ以上８μｍ以下である
   電磁界センサ。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、
    前記光学層を有する前記光ファイバは複数あり、一つに束ねられている
    電磁界センサ。
11. 請求項１０に記載の電磁界センサにおいて、
    複数の前記光ファイバは、一次元的に束ねられている
    電磁界センサ。
12. 請求項１０に記載の電磁界センサにおいて、
    複数の前記光ファイバは、二次元的に最密充填になるように束ねられている
    電磁界センサ。
13. 請求項１に記載の前記電磁界センサとしての電界検知用の複数の電界センサと、
    請求項１に記載の前記電磁界センサとしての磁界検知用の複数の磁界センサと
    を具備し、
    前記複数の電界センサと前記複数の磁界センサとは、一つに束ねられている
    電磁界センサ。
14. 請求項１３に記載の電磁界センサにおいて、
    前記光学層は、前記端面上に直接形成された結晶性の膜である
    電磁界センサ。
15. 請求項１４に記載の電磁界センサにおいて、
    前記光学層と前記端面との間に誘電体層を更に具備し、
    前記光学層は、前記誘電体層上に直接形成された結晶性の膜である
    電磁界センサ。
16. 請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、
    前記複数の電界センサの各々と、前記複数の磁界センサの各々とは、互い違いに整列されて束ねられる
    電磁界センサ。
17. 光を発するレーザ光源と、
    前記光を光ファイバの端部で反射する、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の電磁界センサと、
    前記反射光を検出する検出部と
    を具備する
    電磁界測定システム。
18. （ａ）光ファイバの端部の端面上にエアロゾルデポジション法により電気光学層及び磁気光学層のいずれか一方をセンサ層として直接形成する工程と、
    （ｂ）前記センサ層を熱処理する工程と
    を具備する
    電磁界センサの製造方法。
19. 請求項１８に記載の電磁界センサの製造方法において、
    前記（ａ）工程は、
    （ａ１）前記端部を研磨して、凸面状の端面を形成する工程を備える
    電磁界センサの製造方法。
20. 請求項１９に記載の電磁界センサの製造方法において、
    前記（ａ）工程は、
    （ａ２）前記端部を伸張して、略円錐状の端面を形成する工程を備える
    電磁界センサの製造方法。
21. （ｍ）束になっている複数のセンサのうちの第１センサが検出した第１検出信号を取得するステップと、
    （ｎ）前記複数のセンサのうちの第２センサが検出した第２検出信号を取得する工程と、
    （ｏ）前記第１検出信号と前記第２検出信号との加算平均としての第１加算平均信号を算出する工程と、
    （ｐ）前記複数のセンサのうち、未だ検出信号を取得されていない他のセンサが検出した第３検出信号を取得する工程と、
    （ｑ）前記第１加算平均信号と前記第３検出信号との加算平均を算出して、前記第１加算平均信号とする工程と、
    （ｒ）前記複数のセンサの全てについて、検出信号の加算平均を行うまで前記（ｐ）ステップ及び前記（ｑ）ステップを繰り返すステップと
    を具備し、
    前記複数のセンサの各々は、
    光ファイバと、
    前記光ファイバの端部における凸面の端面上に設けられた電気光学層及び磁気光学層のいずれか一方としての光学層と
    を備え、
    前記光学層は、前記光ファイバの端部の端面上にエアロゾルデポジション法により直接形成されている
    電磁界センサの電磁界検知方法。

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