JP5376619B2 - 電磁界計測装置 - Google Patents
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Description
S. Wakana, T. Ohara, M. Abe, E. Yamazaki, M. Kishi, and M. Tsuchiya:"Fiber-Edge Electrooptic/Magnetooptic Probe for Spectral-Domain Analysis of Electromagnetic Field", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 48, No. 12, pp. 2611-2616 (Dec. 2000) K. Sasagawa and M. Tsuchiya, "Real-time monitoring system of RF near-field distribution images on the basis of 64-channel parallel electro-optic data acquisition", IEICE Electronics Express, vol. 2, no. 24, pp. 600-606, 2005 H. Takara, "Multiple Optical Carrier Generation from a Supercontinuum Source", Optics & Photonics News, pp. 48-51 (March 2002) 岡山秀彰,"導波路型光波長フィルタ",沖テクニカルレビュー,第192号Vol.69,No.4,pp.72−75(2002年10月)
図1は本発明の第一の実施形態を示す図である。レーザ光源1、偏波コントローラ3、光サーキュレータ4、合波/分波器5、4本の光ファイバプローブ6(6a、6b、6c、6d)、検光子9、フォトディテクタ10、スペクトラムアナライザ11からなる装置であり、各光学機器は全て光ファイバ2で接続されている。光ファイバプローブ6は、光ファイバとその先端に形成されたEO材料あるいはMO材料14からなり、予め、例えばプリント回路基板7の上空や、半導体パッケージ8の近傍に設置しておく。尚、EO材料あるいはMO材料14は、EO材料が先端に形成されているプローブは電界プローブ、MO材料が先端に形成されているプローブは磁界プローブとなる。レーザ光源は波長可変であり、光ファイバプローブの本数に合わせて波長λ1から波長λ4の4種類の波長の光を逐次出射させる。レーザ光は偏波コントローラ3により直線偏光化され光サーキュレータ4を通った後、合波/分波器5により波長ごとに経路が決定され光ファイバプローブ6に入射する。合波/分波器5を用いることにより、例えばλ1の光はプローブ6aへ、λ2の光はプローブ6bへというように光路を決めることができる。その後、光はプローブ先端のEO/MO材料14に入射し材料中を伝搬、材料底面で反射し再び光ファイバ6に戻るが、その過程で外部の電界/磁界強度に応じた偏光変調を受ける。EO材料の場合は電界強度に応じた変調、MO材料の場合は磁界強度に応じた変調が発生する。偏光変調された光は再び合波/分波器5、光サーキュレータ4を通った後、検光子9にて強度変調光に変換され、フォトディテクタ10にて光電変換された後、スペクトラムアナライザ11によって電界強度/磁界強度に応じた信号計測がなされる。本実施形態の場合、波長λ1からλ4の4種類の波長のレーザ光を順々に出射させ、それぞれの波長に対応する光ファイバプローブによる電界あるいは磁界検出を順番に行う。光ファイバプローブを複数用いて多点計測を行うことにより、短時間での回路動作評価が可能となる。尚、本実施形態では4本の光ファイバプローブを用いた場合を示したが、プローブの本数はこれに限定されるものではない。また、必要に応じてレーザ光源1と偏波コントローラ3の間、あるいは検光子9とフォトディテクタ10の間に光ファイバ増幅器を挿入しても良い。さらにまた、各光学機器を接続する光ファイバ、プローブ用光ファイバに偏波保持型のものを用いることにより、レーザ光を直線偏光状態で安定に伝送させることができ、偏波コントローラ3を用いる必要が無くなる。また、信号計測器はスペクトラムアナライザに限定されるものではなく、例えばオシロスコープやマルチメータであっても良い。
図2は本発明の第二の実施形態を示す図である。レーザ光源1は単一波長の光を出射し、光スイッチ12によって光ファイバプローブ6aから6dのいずれかに入射させることが出来る。光スイッチには光路選択用チャネル13が設けられており、当該チャネルを切り替えることによりレーザ光の入射先を選択できる。電磁界計測原理については前記と同様である。単一波長のレーザ光が各プローブに入射するよう光スイッチの光路選択用チャネルを順々に切り替え、それぞれの光ファイバプローブによる電界あるいは磁界検出を順番に行う。光ファイバプローブを複数用いて多点計測を行うことにより、短時間での回路動作評価が可能となる。尚、本実施形態でも4本の光ファイバプローブを用いた場合を示したが、プローブの本数はこれに限定されるものではない。
図3は本発明の第三の実施形態を示す図である。レーザ光源1として多波長の光を同時に出射可能な光源を用いる。光ファイバの特徴の一つとして、一本のファイバで多波長の光を干渉無く伝送させることが出来る点が上げられる。本実施形態は、この性質を積極的に利用したものである。光ファイバプローブの本数に合わせて波長λ1から波長λ4の4種類の波長の光を同時出射させる。レーザ光は偏波コントローラ3により直線偏光化され光サーキュレータ4を通った後、合波/分波器5により波長ごとに経路が決定され光ファイバプローブ6に入射する。合波/分波器5を用いることにより、例えばλ1の光はプローブ6aへ、λ2の光はプローブ6bへというように光路を決めることができる。その後、前記のように光は各プローブ先端のEO/MO材料14にて変調を受け、再び合波/分波器5を経由したのち一本のファイバにて変調波として伝送される。そして、光サーキュレータ4を再度通った後、別の合波/分波器21にて各波長λ1からλ4の光に振り分けられ、それぞれ検光子9で強度変調された後、フォトディテクタ10で光電変換され、スペクトラムアナライザ11で信号計測がなされる。電磁界計測原理については前記と同様である。本実施形態の場合、波長λ1からλ4の4種類の波長のレーザ光を同時に出射させ、それぞれの波長に対応する光ファイバプローブによる電界あるいは磁界検出を同時に行う。光ファイバプローブと信号計測器のそれぞれを複数用い、プローブ装置にWDM技術を取り入れて同時多点計測を行うことにより、タイムリーな回路動作検出が可能となる。本実施形態においても、プローブの本数は4本に限定されるものではない。
図4は本発明の第四の実施形態を示す図である。複数のレーザ光源22a、22b、22c、22dを用いて、それぞれの光源から異なる波長の光を同時に出射させる。光ファイバプローブの本数に合わせて波長λ1から波長λ4の4種類の波長の光を同時出射させる。レーザ光は合波/分波器22により合波され、偏波コントローラ3により直線偏光化され光サーキュレータ4を通った後、別の合波/分波器5により波長ごとに経路が決定され各光ファイバプローブ6(6a、6b、6c、6d)に入射する。その後の光路は前記第三の実施形態と同様である。本実施形態の場合、波長λ1からλ4の4種類の波長のレーザ光を4台の光源22a、22b、22c、22dを用いて同時に出射させ、それぞれの波長に対応する光ファイバプローブ6(6a、6b、6c、6d)による電界あるいは磁界検出を同時に行う。光ファイバプローブ6(6a、6b、6c、6d)と信号計測器11a、11b、11c、11dのそれぞれを複数用い、プローブ装置にWDM技術を取り入れて同時多点計測を行うことにより、タイムリーな回路動作検出が可能となる。本実施形態においても、プローブの本数は4本に限定されるものではない。
λres=2nlcosθ/m (式1)
ここで、
λres:共振波長、
n:EO/MO材料の屈折率、
l:EO/MO材料厚、
θ:入射光の屈折角、
m:整数
で表されるため、材料の屈折率と厚さが既知であれば高感度となる光源波長を決定できる。また、光源波長が決定されている場合には、式1を用いて高感度プローブとするための材料設計が可能である。
2 光ファイバ
3 偏波コントローラ
4 光サーキュレータ
5 合波/分波器
6、6a、6b、6c、6d 光ファイバプローブ
7 プリント回路基板
8 半導体パッケージ
9 検光子
10 フォトディテクタ
11 スペクトラムアナライザ
12 光スイッチ
13 光路選択用チャネル
14a、14b 光反射膜
15 EO/MO材料
16 定在波
Claims (9)
- 時分割で複数の相互に異なった波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける複数の光ファイバプローブと、
前記複数の光ファイバプローブの各々で反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する検光子と、
前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成/分波器に出力すると共に、前記合成/分波器から入力したレーザ光を前記検光子に出力する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータから入力したレーザ光を該レーザ光の各波長毎に分波してから、各波長のレーザ光を前記複数の光ファイバプローブの各々に出力すると共に、前記複数の光ファイバプローブの各々から入力した別々の波長のレーザ光を合波してから、前記光サーキュレータに出力する前記合成/分波器と、
を備え、
前記検光子は、前記光プローブで反射して、前記合成/分波器と前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を前記強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける複数の光ファイバプローブと、
前記複数の光ファイバプローブの各々で反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する検光子と、
前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を光スイッチに出力すると共に、前記光スイッチから入力したレーザ光を前記検光子に出力する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータから入力したレーザ光を、前記複数の光ファイバプローブのうちの光路選択用チャンネルの位置に応じた光ファイバプローブに出力すると共に、前記複数の光ファイバプローブのうちの、その出力先の光ファイバプローブで反射されてから入力したレーザ光を前記光サーキュレータに出力する光スイッチと、
を備え、
前記検光子は、前記光プローブで反射して、前記光スイッチと前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を前記強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。 - 同時に複数の相互に異なった波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける複数の光ファイバプローブと、
その各々が、前記複数の光ファイバプローブのうちの対応する光ファイバプローブで反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する複数の検光子と、
前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成/分波器に出力すると共に、前記合成/分波器から入力したレーザ光を前記複数の検光子に、第2の合成/分波器を介して、出力する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータから入力したレーザ光を該レーザ光の各波長毎に分波してから、各波長のレーザ光を前記複数の光ファイバプローブの各々に出力すると共に、前記複数の光ファイバプローブの各々から入力した別々の波長のレーザ光を合波してから、前記光サーキュレータに出力する前記合成/分波器と、
前記複数の光プローブの各々で反射して、前記合成/分波器で合波され、前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を各波長毎に前記複数の検光子の各々に出力する前記第2の合成/分波器と、
を備え、
前記複数の検光子の各々は、前記第2の合成/分波器から入力した前記レーザ光を前記強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。 - 相互に異なった波長のレーザ光を出射する複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源の各々から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける複数の光ファイバプローブと、
その各々が、前記複数の光ファイバプローブのうちの対応する光ファイバプローブで反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する複数の検光子と、
前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成/分波器に出力すると共に、前記合成/分波器から入力したレーザ光を前記複数の検光子に、第2の合成/分波器を介して、出力する光サーキュレータと、
前記光サーキュレータから入力したレーザ光を該レーザ光の各波長毎に分波してから、各波長のレーザ光を複数の光ファイバプローブの各々に出力すると共に、前記複数の光ファイバプローブの各々から入力した別々の波長のレーザ光を合波してから、前記光サーキュレータに出力する前記合成/分波器と、
前記複数の光プローブで反射して、前記合成/分波器で合波され、前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を各波長毎に前記複数の検光子の各々に出力する前記第2の合成/分波器と、
を備え、
前記複数の検光子の各々は、前記第2の合成/分波器から入力した前記レーザ光を前記強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載の電磁界計測装置において、
前記1以上の検光子の各々で強度変調光に変換された前記レーザ光を光電変換する1以上のフォトディテクタを更に備えることを特徴とする電磁界計測装置。 - 請求項1乃至5の何れか1項に記載の電磁界計測装置において、
前記複数の光ファイバプローブの各々の先端部は共振器構造を有することを特徴とする電磁界計測装置。 - 請求項1乃至6の何れか1項に記載の電磁界計測装置において、
前記電気光学材料又は前記磁気光学材料は、エアロゾルデポジション法により形成されたものであることを特徴とする電磁界計測装置。 - 請求項1乃至7の何れか1項に記載の電磁界計測装置において、
前記電気光学材料の組成がジルコン酸チタン酸鉛、ランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛であることを特徴とする電磁界計測装置。 - 請求項1乃至8の何れか1項に記載の電磁界計測装置において、
前記磁気光学材料の組成がガーネット構造、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であることを特徴とする電磁界計測装置。
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