JP5889123B2 - Optical sensor system - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、少なくとも2つの光電界センサを使用し、空間を伝播する電磁波の少なくとも2つの測定地点の位相を測定しつつ、それら測定地点間の位相差を求める光センサシステムに関する。   The present invention relates to an optical sensor system that uses at least two optical electric field sensors to measure the phase of at least two measurement points of electromagnetic waves propagating in space and obtains a phase difference between the measurement points.

電磁波の各周波数の帯域毎に対応する複数の受信アンテナと、複数の受信アンテナが接続され、電界によってそれら受信アンテナに誘起された電圧が受信アンテナのそれぞれに対応した変調電極に印加され、その電圧に依存して透過される光の強度または位相が変化するように構成されたセンサヘッドと、光ファイバを通じてセンサヘッドに光を入射する光源と、光ファイバを通じてセンサヘッドの出射光を検出する光検出器とから形成され、変調電極に印加される電圧の位相と、その電圧によって変調されて変調電極の間の光路を伝送される光変調波の位相とが同期するように、複数の受信アンテナの相互の間隔と、変調電極の間の光路の長さとが設定された位相整合型光電界センサが開示されている(特許文献1参照)。   A plurality of receiving antennas corresponding to each frequency band of electromagnetic waves and a plurality of receiving antennas are connected, and a voltage induced in the receiving antennas by an electric field is applied to a modulation electrode corresponding to each of the receiving antennas. A sensor head configured to change the intensity or phase of the transmitted light depending on the light source, a light source for entering the sensor head through the optical fiber, and light detection for detecting the light emitted from the sensor head through the optical fiber The phase of the voltage applied to the modulation electrode is synchronized with the phase of the optical modulation wave that is modulated by the voltage and transmitted through the optical path between the modulation electrodes. A phase matching type optical electric field sensor in which a mutual interval and a length of an optical path between modulation electrodes are set is disclosed (see Patent Document 1).

この位相整合型光電界センサでは、受信アンテナに誘起されてセンサヘッドの変調電極に印加される電圧の位相と各変調電極の間の光導波路を伝送される光変調波の位相とが同期する条件が式:d=(L/n)+(λ/n)・〔(δφ2−δφ1)+m〕で表される。なお、Lは、隣接する受信アンテナの間の距離であり、dは、隣接する変調電極の中心間の光路の長さである。nは、光路の平均の屈折率であり、λは、測定対象とする電磁波の波長である。δφ1およびδφ2は、受信アンテナと変調電極の間に接続され、光変調波が進行する順番の遅延要素によるそれぞれの遅延量であり、mは、0を含む正の整数である。位相整合型光電界センサでは、各変調電極に印加される電圧の位相と各変調電極のもとでの導波光の位相とを同期させることによって、変調度が高まり、高感度の受信が可能となる。 In this phase-matching optical electric field sensor, the condition that the phase of the voltage induced by the receiving antenna and applied to the modulation electrode of the sensor head is synchronized with the phase of the optical modulation wave transmitted through the optical waveguide between the modulation electrodes. Is represented by the formula: d = (L / n) + (λ / n) · [(δφ 2 −δφ 1 ) + m]. Note that L is the distance between adjacent receiving antennas, and d is the length of the optical path between the centers of adjacent modulation electrodes. n is the average refractive index of the optical path, and λ is the wavelength of the electromagnetic wave to be measured. δφ 1 and δφ 2 are connected between the receiving antenna and the modulation electrode, and are respective delay amounts due to the delay elements in the order in which the optical modulation waves travel, and m is a positive integer including zero. In a phase-matching optical electric field sensor, the degree of modulation is increased by synchronizing the phase of the voltage applied to each modulation electrode and the phase of the guided light under each modulation electrode, enabling high-sensitivity reception. Become.

特開平11−352165号公報JP 11-352165 A

ところで、空間における電磁波の放射特性を求め、その放射特性を改善する目的で、空間における少なくとも2つの測定地点における電磁波の位相を測定しつつ、それら測定地点間の位相差を求める場合がある。各測定地点における電磁波の位相の測定の一例としては、光電界センサを利用し、その光電界センサによって各測定地点における電磁波の位相を測定し、測定した位相からそれら測定地点間の位相差を求める。その具体例としては、前記特許文献1に開示の光電界センサと同様に、光電界センサにおいてアンテナが受信した電磁波の電界強度に応じて光の強度を変調し、入力光を変調した変調光を光電界センサからO/E変換器に出射するとともに、O/E変換器が変調光を電気信号に変換し、変換した電気信号をネットワークアナライザに出力する。ネットワークアナライザはO/E変換器から出力された電気信号から各測定地点における電磁波の位相を求め、求めた位相からそれら測定地点間の位相差を求める。   By the way, in order to obtain the radiation characteristics of electromagnetic waves in space and improve the radiation characteristics, the phase difference between these measurement points may be obtained while measuring the phases of electromagnetic waves at at least two measurement points in space. As an example of the measurement of the phase of the electromagnetic wave at each measurement point, an optical electric field sensor is used, the phase of the electromagnetic wave at each measurement point is measured by the optical electric field sensor, and the phase difference between these measurement points is obtained from the measured phase. . As a specific example, similar to the optical electric field sensor disclosed in Patent Document 1, the intensity of the light is modulated in accordance with the electric field intensity of the electromagnetic wave received by the antenna in the optical electric field sensor, and the modulated light obtained by modulating the input light is modulated. The light is emitted from the optical electric field sensor to the O / E converter, and the O / E converter converts the modulated light into an electric signal, and outputs the converted electric signal to the network analyzer. The network analyzer obtains the phase of the electromagnetic wave at each measurement point from the electrical signal output from the O / E converter, and obtains the phase difference between the measurement points from the obtained phase.

光電界センサを利用した位相の測定では、その光電界センサとO/E変換器とが所定長さの光ファイバを介して接続される。ここで、1つの光電界センサを使用して空間を伝播する電磁波の位相を測定すると、位相の測定時における温度環境によって光路長が変化し、それによって光ファイバを伝播する変調光の伝播時間が変化するから、測定した電磁波の位相が変動して(ズレて)位相の測定精度がばらつき、正確な位相を測定することができない場合がある。たとえば、測定対象の電磁波の周波数が0.531(GHz)、位相の測定時の温度変動幅が60(℃)、光ファイバの長さが200(m)の場合、測定された電磁波の位相が367(°)変動する(ズレる)。したがって、測定された位相に対する信頼性を担保することが困難であり、測定された位相をそのまま採用することができない。   In phase measurement using an optical electric field sensor, the optical electric field sensor and the O / E converter are connected via an optical fiber having a predetermined length. Here, when the phase of an electromagnetic wave propagating in space is measured using one optical electric field sensor, the optical path length changes depending on the temperature environment at the time of phase measurement, and thereby the propagation time of the modulated light propagating through the optical fiber. Since it changes, the phase of the measured electromagnetic wave fluctuates (shifts) and the measurement accuracy of the phase varies, and the accurate phase may not be measured. For example, when the frequency of the electromagnetic wave to be measured is 0.531 (GHz), the temperature fluctuation width during phase measurement is 60 (° C.), and the length of the optical fiber is 200 (m), the phase of the measured electromagnetic wave is 367 (°) fluctuates (displaces). Therefore, it is difficult to ensure the reliability of the measured phase, and the measured phase cannot be adopted as it is.

本発明の目的は、各測定地点おいて空間を伝播する電磁波の位相を高い信頼性で測定することができ、各測定地点間における電磁波の位相差の測定精度を向上させることができる光センサシステムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an optical sensor system capable of measuring the phase of an electromagnetic wave propagating through space at each measurement point with high reliability and improving the measurement accuracy of the phase difference of the electromagnetic wave between the measurement points. Is to provide.

本発明にかかる光センサシステムは、少なくとも2つの光電界センサを使用して空間を伝播する電磁波の少なくとも2つの測定地点における位相を測定しつつそれら測定地点間の位相差を求める場合において、それら光電界センサのうちの第1光電界センサから出射された位相データを伝送する第1光ファイバの長さ(L1)に対する第2〜第n光電界センサから出射された位相データを伝送する第2〜第n光ファイバの長さ(L2)の経路差(ΔL)(L1−L2)が位相の測定時における温度環境の変化に対して位相を精度よく測定することが可能なプラス2mとマイナス2mとのうちの少なくとも一方の適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)が調節され、経路差(ΔL)が、式:ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)によって算出される(ΔL=経路差[m]、ΔPh=位相のズレ量の差[deg]、Frq=電磁波の周波数[GHz]、ΔT=測定時の温度変動幅[℃]、0.0576=位相係数[deg/GHz・℃・m])ことを特徴とする。 An optical sensor system according to the present invention uses at least two optical electric field sensors to measure a phase difference between at least two measurement points of an electromagnetic wave propagating in space while obtaining the phase difference between the measurement points. Among the field sensors, second to second phase data emitted from the second to n-th optical electric field sensors for the length (L1) of the first optical fiber that transmits the phase data emitted from the first optical electric field sensor. path difference of the length of the n optical fibers (L2) (ΔL) (L1 -L2) is, plus 2m capable of measuring the phase accurately to changes in the temperature environment at the time of measurement of the phase and minus 2m The length (L2) of the second to nth optical fibers is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber so as to be within an appropriate range of at least one of the path difference (ΔL). ) Is calculated by the formula: ΔL ≦ ΔPh / (0.0576 × Frq × ΔT) (ΔL = path difference [m], ΔPh = difference in phase shift [deg], Frq = frequency of electromagnetic wave [GHz] ], ΔT = temperature fluctuation width during measurement [° C.], 0.0576 = phase coefficient [deg / GHz · ° C. · m]) .

本発明の光センサシステムの一例として、光センサシステムにおける電磁波の位相の測定時では、第1〜第n光ファイバにおける温度変動幅(ΔT)が同一であり、それら光電界センサにおいてセンシングする電磁波の周波数(Frq)が同一である。   As an example of the optical sensor system of the present invention, when measuring the phase of electromagnetic waves in the optical sensor system, the temperature fluctuation width (ΔT) in the first to nth optical fibers is the same, and the electromagnetic waves sensed in these optical electric field sensors are the same. The frequency (Frq) is the same.

本発明の光センサシステムの他の一例として、光センサシステムにおける電磁波の位相の測定時では、第1〜第n光電界センサによる位相の測定地点が互いに近接している。   As another example of the optical sensor system of the present invention, when measuring the phase of electromagnetic waves in the optical sensor system, the phase measurement points by the first to nth optical electric field sensors are close to each other.

本発明の光センサシステムの他の一例としては、光センサシステムが、所定の電磁波を受信しつつその電磁波の電界強度に応じて入力光の強度を変調し、入力光を変調した変調光を出力する少なくとも2つの光電界センサと、それら光電界センサに所定長さの光ファイバを介して接続され、それら光電界センサに前記入力光を出射する光変調器用光源と、それら光電界センサに所定長さの光ファイバを介して接続され、それら光電界センサから出射された変調光を電気信号に変換するO/E変換器とを含み、第1〜第n光ファイバの長さが、第1〜第n光電界センサの出力側とO/E変換器の入力側とを接続する光ファイバの長さである。   As another example of the optical sensor system of the present invention, the optical sensor system receives a predetermined electromagnetic wave, modulates the intensity of the input light according to the electric field intensity of the electromagnetic wave, and outputs the modulated light obtained by modulating the input light. At least two optical electric field sensors, optical light sources for optical modulators connected to the optical electric field sensors via optical fibers having a predetermined length and emitting the input light to the optical electric field sensors, and predetermined lengths to the optical electric field sensors. And an O / E converter that converts the modulated light emitted from the optical electric field sensors into an electrical signal, and the lengths of the first to nth optical fibers are the first to the first optical fibers. This is the length of the optical fiber connecting the output side of the nth optical electric field sensor and the input side of the O / E converter.

本発明の光センサシステムの他の一例としては、光変調器が、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、基板に形成された光導波路と、光導波路近傍に設置されたアンテナとを備え、光導波路が、光の入射側に延びる入力光導波路と、入力光導波路から二股に分岐して延びる2本の位相シフト導波路と、光の出射側に延びていてそれら位相シフト光導波路がつながる出力光導波路とから形成され、アンテナが、それら位相シフト導波路に並行して延伸方向へ延びるとともに、電気信号の電界強度をそれら位相シフト導波路に独立して印加することで位相シフト光導波路の屈折率を変化させる。   As another example of the optical sensor system of the present invention, an optical modulator includes a substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and an antenna installed in the vicinity of the optical waveguide. The optical waveguide includes an input optical waveguide extending to the light incident side, two phase shift waveguides extending bifurcated from the input optical waveguide, and extending to the light output side, the phase shift optical waveguides being The phase shift optical waveguide is formed by extending the antenna in parallel with the phase shift waveguide and extending the electric field strength of the electric signal to the phase shift waveguide independently. To change the refractive index.

本発明の光センサシステムの他の一例としては、光変調器が、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、基板に形成された光導波路と、基板上に設置されて光導波路を伝播する光を反射する光反射部と、光導波路近傍に設置されたアンテナとを備え、光導波路が、光の入射側に延びる入出力光導波路と、入出力光導波路から二股に分岐して延びていて光反射部に達する2本の位相シフト導波路とから形成され、アンテナが、それら位相シフト導波路に並行して延伸方向へ延びるとともに、電気信号の電界強度をそれら位相シフト導波路に独立して印加することで位相シフト光導波路の屈折率を変化させる。   As another example of the optical sensor system of the present invention, an optical modulator includes a substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and an optical waveguide installed on the substrate and propagating through the optical waveguide. A light reflecting portion for reflecting light and an antenna installed in the vicinity of the optical waveguide, the optical waveguide extending to the input side of the light, and branching from the input / output optical waveguide And two phase shift waveguides reaching the light reflecting portion, and the antenna extends in the extending direction in parallel with the phase shift waveguides, and the electric field strength of the electric signal is independent of the phase shift waveguides. To change the refractive index of the phase shift optical waveguide.

本発明にかかる光センサシステムによれば、それら光電界センサを使用して空間を伝播する電磁波の各測定地点における位相を測定しつつそれら測定地点間の位相差を求めるから、1つの光電界センサを使用して電磁波の位相を測定する場合と比較し、各光電界センサから延びていて位相データを伝送する光ファイバの長さが測定時の温度環境によって変化し、それによって各光電界センサが測定した位相に変動(ズレ)が生じたとしても、第1光電界センサが測定した位相のズレ量に対して第2〜第n光電界センサが測定した位相のズレ量が近似していることを容易に証明することができ、各光電界センサを利用して空間を伝播する電磁波の位相を高い信頼性で測定することができる。光センサシステムは、各測定地点間の電磁波の位相差を求める場合に、第1光電界センサから出射された位相データを伝送する第1光ファイバの長さ(L1)に対する第2〜第n光電界センサから出射された位相データを伝送する第2〜第n光ファイバの長さ(L2)の経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)が調節されているから、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。   According to the optical sensor system of the present invention, since the phase difference between the measurement points is obtained while measuring the phase at each measurement point of the electromagnetic wave propagating through the space using the optical electric field sensor, one optical electric field sensor is obtained. The length of the optical fiber that extends from each optical electric field sensor and transmits phase data varies depending on the temperature environment at the time of measurement. Even if variation (deviation) occurs in the measured phase, the phase deviation measured by the second to nth optical electric field sensors is approximate to the phase deviation measured by the first optical electric field sensor. The phase of the electromagnetic wave propagating through the space can be measured with high reliability using each optical electric field sensor. When the optical sensor system obtains the phase difference of the electromagnetic waves between the respective measurement points, the second to nth photoelectric sensors with respect to the length (L1) of the first optical fiber that transmits the phase data emitted from the first optical electric field sensor. The length of the first optical fiber so that the path difference (ΔL) (L1−L2) of the length (L2) of the second to nth optical fibers that transmit the phase data emitted from the field sensor is within an appropriate range. Since the length (L2) of the second to n-th optical fibers is adjusted with respect to the length (L1), the phases measured by the respective optical electric field sensors are not greatly deviated, and the optical electric field sensors are substantially accurate. Therefore, the measurement accuracy of the phase difference between the measurement points can be improved.

光センサシステムは、各光電界センサから延びる光ファイバの長さが位相測定時の温度環境によって変化し、各光ファイバの長さが同一になることはないが、第1光ファイバの長さ(L1)に対する第2〜第n光ファイバの長さ(L2)の経路差(ΔL)がプラス2mとマイナス2mとのうちの少なくとも一方の適正範囲内になるように、第1〜第n光ファイバの長さ(L1,L2)が調節されているから、各光ファイバの経路差(ΔL)がプラス2mとマイナス2mとの少なくとも一方の適正範囲内にあ、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。 In the optical sensor system, the length of the optical fiber extending from each optical electric field sensor varies depending on the temperature environment at the time of phase measurement, and the length of each optical fiber is not the same, but the length of the first optical fiber ( The first to nth optical fibers so that the path difference (ΔL) of the length (L2) of the second to nth optical fibers with respect to L1) is within an appropriate range of at least one of plus 2 m and minus 2 m. since the length of (L1, L2) is adjusted, the phase path difference of the optical fiber ([Delta] L) is Ri least one of the proper range near the plus 2m and minus 2m, where each optical electric field sensor was measured Are not greatly deviated from each other, and a substantially accurate phase is measured by these optical electric field sensors, and the measurement accuracy of the phase difference between the measurement points can be improved.

光センサシステムは、経路差(ΔL)が式:ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)によって算出され、前記式を利用することで、各光電界センサが測定した位相の値(位相のズレ量)に対する位相のズレ量の差(ΔPh)を許容範囲に設定し、その許容範囲に基づいて各光ファイバの長さを求めることができるから、各測定地点間の電磁波の位相差を求める場合に、各光ファイバの経路差(ΔL)が適正範囲内になるように、各光ファイバの長さを調節することができる。光センサシステムは、前記式を利用し、各光ファイバの経路差(ΔL)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)を調節することができるから、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。 In the optical sensor system, the path difference (ΔL) is calculated by the formula: ΔL ≦ ΔPh / (0.0576 × Frq × ΔT), and the phase value (phase) measured by each optical electric field sensor is obtained by using the formula. The difference (ΔPh) in the phase shift amount with respect to the shift amount ) can be set in an allowable range, and the length of each optical fiber can be obtained based on the allowable range. When obtained, the length of each optical fiber can be adjusted so that the path difference (ΔL) of each optical fiber is within an appropriate range. The optical sensor system uses the above-described formula, so that the path difference (ΔL) of each optical fiber is within an appropriate range with respect to the length (L1) of the first optical fiber. Since the length (L2) can be adjusted, the phase measured by each optical electric field sensor is not greatly deviated, and a substantially accurate phase is measured by these optical electric field sensors, and the phase difference between each measurement point is measured. Measurement accuracy can be improved.

光センサシステムにおける位相差の測定時において、第1〜第n光ファイバにおける温度変動幅(ΔT)が同一であり、それら光電界センサにおいて測定する電磁波の周波数(Frq)が同一である光センサシステムは、式:ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)において、温度変動幅(ΔT)および周波数(Frq)が定数となり、各光電界センサが測定した位相のズレ量の差(ΔPh)を変数とすることで、そのズレ量の差(ΔPh)を許容範囲に自由に設定することができ、その許容範囲に基づいて各光ファイバの長さを求めることができるとともに、各測定地点間の電磁波の位相差を求める場合に、各光ファイバの経路差(ΔL)が適正範囲内になるように、各光ファイバの長さを調節することができる。光センサシステムは、前記式を利用し、各光ファイバの経路差(ΔL)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)を調節することができるから、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。 At the time of measuring the phase difference in the optical sensor system, the temperature fluctuation width (ΔT) in the first to nth optical fibers is the same, and the frequency (Frq) of the electromagnetic wave measured in these optical electric field sensors is the same. In the formula: ΔL ≦ ΔPh / (0.0576 × Frq × ΔT), the temperature fluctuation range (ΔT) and the frequency (Frq) are constants, and the difference in phase shift (ΔPh) measured by each optical electric field sensor By using as a variable, the difference (ΔPh) in the deviation amount can be freely set within an allowable range, and the length of each optical fiber can be obtained based on the allowable range, and between the measurement points. When obtaining the phase difference of the electromagnetic waves, the length of each optical fiber can be adjusted so that the path difference (ΔL) of each optical fiber is within an appropriate range. The optical sensor system uses the above-described formula, so that the path difference (ΔL) of each optical fiber is within an appropriate range with respect to the length (L1) of the first optical fiber. Since the length (L2) can be adjusted, the phase measured by each optical electric field sensor is not greatly deviated, and a substantially accurate phase is measured by these optical electric field sensors, and the phase difference between each measurement point is measured. Measurement accuracy can be improved.

光センサシステムにおける位相差の測定時において、第1〜第n光電界センサによる位相の測定地点が互いに近接している光センサシステムは、各光電界センサによる位相の測定地点が近接することで、第1〜第n光ファイバにおける温度変動幅(ΔT)が略同一となり、測定する電磁波の周波数(Frq)を同一とすれば、式:ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)において、温度変動幅(ΔT)および周波数(Frq)が定数となり、各光電界センサが測定した位相の値(位相のズレ量)に対する位相のズレ量の差(ΔPh)を変数とすることで、その位相のズレ量の差(ΔPh)を許容範囲に自由に設定することができ、その許容範囲に基づいて各光ファイバの長さを求めることができるとともに、各測定地点間の電磁波の位相差を求める場合に、各光ファイバの経路差(ΔL)が適正範囲内になるように、各光ファイバの長さを調節することができる。光センサシステムは、各光ファイバの経路差(ΔL)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)を調節することができるから、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。 At the time of measuring the phase difference in the optical sensor system, the optical sensor system in which the phase measurement points by the first to n-th optical electric field sensors are close to each other, the phase measurement point by each optical electric field sensor is close, If the temperature fluctuation ranges (ΔT) in the first to nth optical fibers are substantially the same, and the frequency (Frq) of the electromagnetic wave to be measured is the same, in the formula: ΔL ≦ ΔPh / (0.0576 × Frq × ΔT), becomes the range of the temperature variation ([Delta] T) and frequency (Frq) is constant, that the value of the phase of the optical electric field sensor was measured difference in the amount of phase shift with respect to (the amount of phase shift) (.DELTA.PH) as a variable, the phase can be freely set the difference in the displacement amount (.DELTA.PH) the permissible range, it is possible to determine the length of each optical fiber on the basis of the allowable range, the phase difference of electromagnetic waves between the measuring points When obtaining, as the path difference between the optical fiber ([Delta] L) is within the proper range, it is possible to adjust the length of each optical fiber. In the optical sensor system, the length (L2) of the second to nth optical fibers is set to the length (L1) of the first optical fiber so that the path difference (ΔL) of each optical fiber is within an appropriate range. Because it can be adjusted, the phase measured by each optical electric field sensor is not greatly deviated, and the optical electric field sensor measures a substantially accurate phase and improves the measurement accuracy of the phase difference between each measurement point. Can do.

入力光を変調した変調光を出力する少なくとも2つの光電界センサ、それら光電界センサに所定長さの光ファイバを介して接続された光変調器用光源、それら光電界センサに所定長さの光ファイバを介して接続されたO/E変換器を含み、第1〜第n光ファイバの長さが第1〜第n光電界センサの出力側とO/E変換器の入力側とを接続する光ファイバの長さである光センサシステムは、各測定地点間の電磁波の位相差を求める場合に、第1光電界センサの出力側とO/E変換器の入力側とを接続する光ファイバの長さである第1光ファイバの長さ(L1)に対する第2〜第n光電界センサの出力側とO/E変換器の入力側とを接続する光ファイバの長さである第2〜第n光ファイバの長さ(L2)の経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)が調節されているから、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。   At least two optical electric field sensors for outputting modulated light obtained by modulating input light, a light source for an optical modulator connected to the optical electric field sensors via an optical fiber having a predetermined length, and an optical fiber having a predetermined length for the optical electric field sensors The first to nth optical fibers have a length connecting the output side of the first to nth optical electric field sensors and the input side of the O / E converter. The optical sensor system that is the length of the fiber is the length of the optical fiber that connects the output side of the first optical electric field sensor and the input side of the O / E converter when obtaining the phase difference of the electromagnetic waves between the measurement points. The lengths of the optical fibers connecting the output side of the second to nth optical electric field sensors and the input side of the O / E converter with respect to the length (L1) of the first optical fiber that is The path difference (ΔL) (L1−L2) of the optical fiber length (L2) is within an appropriate range. The lengths (L2) of the second to nth optical fibers are adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber so that the phase measured by each optical electric field sensor is greatly deviated. In other words, the optical electric field sensor measures a substantially accurate phase, and the measurement accuracy of the phase difference between the measurement points can be improved.

光変調器が基板と基板に形成された光導波路と基板上に設置されたアンテナとを備え、アンテナが電気信号の電界強度をそれら位相シフト導波路に独立して印加する光センサシステムは、アンテナから印加された電界強度によって位相シフト光導波路の屈折率を変化させ、位相シフト光導波路を通る入力光の強度を変調するから、空間を伝播する電磁波の測定感度を高くすることができ、外部から電力を供給することなく、受信した電磁波の電力のみによってその電磁波の位相を測定することができる。光センサシステムは、光変調器を利用することで、電磁波の測定効率を高くすることができ、電磁波の位相を確実に測定することができるのみならず、各光ファイバの経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)が調節されているから、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。   An optical sensor system includes a substrate, an optical waveguide formed on the substrate, and an antenna installed on the substrate, and the antenna independently applies the electric field strength of the electric signal to the phase shift waveguide. Since the refractive index of the phase shift optical waveguide is changed by the electric field strength applied from and the intensity of the input light passing through the phase shift optical waveguide is modulated, the measurement sensitivity of the electromagnetic wave propagating through the space can be increased, and from the outside Without supplying power, the phase of the electromagnetic wave can be measured only by the power of the received electromagnetic wave. By using an optical modulator, the optical sensor system can increase the measurement efficiency of electromagnetic waves and reliably measure the phase of electromagnetic waves, as well as the path difference (ΔL) of each optical fiber ( Since the length (L2) of the second to n-th optical fibers is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber so that L1-L2) is within the appropriate range, each optical electric field sensor However, the measured phase does not deviate greatly, and a substantially accurate phase is measured by these optical electric field sensors, and the measurement accuracy of the phase difference between the measurement points can be improved.

光変調器が基板と基板に形成された光導波路と基板上に設置されて光導波路を伝播する光を反射する光反射部と基板上に設置されたアンテナとを備え、アンテナが電気信号の電界強度をそれら位相シフト導波路に独立して印加する光センサシステムは、アンテナから印加された電界強度によって位相シフト光導波路の屈折率を変化させ、位相シフト光導波路を通る入力光の強度を変調するから、空間を伝播する電磁波の測定感度を高くすることができ、外部から電力を供給することなく、受信した電磁波の電力のみによってその電磁波の位相を測定することができる。光センサシステムは、光変調器を利用することで、電磁波の測定効率を高くすることができ、電磁波の位相を確実に測定することができるのみならず、各光ファイバの経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)が調節されているから、各光電界センサが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサによって略正確な位相が測定され、各測定地点間の位相差の測定精度を向上させることができる。   An optical modulator includes a substrate, an optical waveguide formed on the substrate, a light reflecting unit that is installed on the substrate and reflects light propagating through the optical waveguide, and an antenna installed on the substrate, and the antenna is an electric field of an electric signal. The optical sensor system that applies the intensity to these phase shift waveguides independently changes the refractive index of the phase shift optical waveguide according to the electric field intensity applied from the antenna, and modulates the intensity of the input light passing through the phase shift optical waveguide. Therefore, the measurement sensitivity of the electromagnetic wave propagating through the space can be increased, and the phase of the electromagnetic wave can be measured only by the power of the received electromagnetic wave without supplying power from the outside. By using an optical modulator, the optical sensor system can increase the measurement efficiency of electromagnetic waves and reliably measure the phase of electromagnetic waves, as well as the path difference (ΔL) of each optical fiber ( Since the length (L2) of the second to n-th optical fibers is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber so that L1-L2) is within the appropriate range, each optical electric field sensor However, the measured phase does not deviate greatly, and a substantially accurate phase is measured by these optical electric field sensors, and the measurement accuracy of the phase difference between the measurement points can be improved.

一例として示す光センサシステムの構成図。The block diagram of the optical sensor system shown as an example. 光センサシステムに使用する光電界センサの一例を示す構成図。The block diagram which shows an example of the optical electric field sensor used for an optical sensor system. 図2の光電界センサの光変調器の構成図。The block diagram of the optical modulator of the optical electric field sensor of FIG. 図3の4−4線端面図。FIG. 4 is an end view taken along line 4-4 of FIG. 3. 光センサシステムにおける光ファイバの経路差を示す図。The figure which shows the path | route difference of the optical fiber in an optical sensor system. 位相のズレ量や位相のズレ量の差を算出する式およびその式によって算出された位相のズレ量や位相のズレ量の差の一例を示す図。It illustrates an example of the difference equation and the deviation amount and phase shift amount of the phase calculated by the expression for calculating the difference between the deviation amount and phase shift amount of the phase. 光ファイバの長さや経路差を算出する式およびその式によって算出された光ファイバの長さや経路差の一例を示す図。The figure which shows an example which calculates the length and path | route difference of an optical fiber, and the length and path | route difference of an optical fiber calculated by the formula. 他の一例として示す光センサシステムの構成図。The block diagram of the optical sensor system shown as another example. 光センサシステムに使用する光電界センサの一例を示す構成図。The block diagram which shows an example of the optical electric field sensor used for an optical sensor system. 図9の光電界センサの光変調器の構成図。The block diagram of the optical modulator of the optical electric field sensor of FIG. 光センサシステムにおける光ファイバの経路差を示す図。The figure which shows the path | route difference of the optical fiber in an optical sensor system.

一例として示す光センサシステム10Aの構成図である図1等の添付の図面を参照し、本発明にかかる光センサシステムの詳細を説明すると、以下のとおりである。なお、図2は、光センサシステム10Aに使用する光電界センサ12A,12Bの一例を示す構成図であり、図3は、図2の光電界センサ12A,12Bの光変調器25の構成図である。図4は、図3の4−4線端面図であり、図5は、光センサシステム10Aにおける光ファイバ(L1,L2)の経路差ΔLを示す図である。図6は、位相のズレ量(Ph)や位相のズレ量の差(ΔPh)を算出する式およびその式によって算出された位相のズレ量(Ph)や位相のズレ量の差(ΔPh)の一例を示す図であり、図7は、光ファイバの長さ(L)や経路差(ΔL)を算出する式およびその式によって算出された光ファイバの長さ(L)や経路差(ΔL)の一例を示す図である。図3,4では、延伸方向(光(レーザ光)の伝播方向)を矢印A(図3のみ)、幅方向を矢印Bで示し、厚み方向を矢印C(図4のみ)で示す。 The details of the optical sensor system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings such as FIG. 1 which is a configuration diagram of the optical sensor system 10A shown as an example. 2 is a configuration diagram illustrating an example of the optical electric field sensors 12A and 12B used in the optical sensor system 10A, and FIG. 3 is a configuration diagram of the optical modulator 25 of the optical electric field sensors 12A and 12B in FIG. is there. 4 is an end view taken along line 4-4 of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram illustrating a path difference ΔL of the optical fibers (L1, L2) in the optical sensor system 10A. 6, the difference between the amount of phase shift (Ph) and the deviation amount of formula and the phase calculated by the expression for calculating the difference (.DELTA.PH) of the amount of phase shift (Ph) and the phase shift amount of (.DELTA.PH) FIG. 7 is a diagram illustrating an example, and FIG. 7 illustrates an expression for calculating the length (L) and path difference (ΔL) of the optical fiber, and the length (L) and path difference (ΔL) of the optical fiber calculated by the expression. It is a figure which shows an example. 3 and 4, the extending direction (the propagation direction of light (laser light)) is indicated by an arrow A (only in FIG. 3), the width direction is indicated by an arrow B, and the thickness direction is indicated by an arrow C (only in FIG. 4).

光センサシステム10Aは、空間を伝播する電磁波の2つの測定地点(第1測定地点K1および第2測定地点K2)(図5参照)における位相を測定し、それら測定地点K1,K2間における電磁波の位相のズレ量の差を求める。なお、図1では2つの第1および第2光電界センサ12A,12Bを図示しているが、光電界センサの個数を2つに限定するものではなく、光センサシステム10A(光センサシステム10Bを含む)において3つ以上の光電界センサ(第1〜第n光電界センサ)を利用して各測定地点における電磁波の位相を測定しつつ、各測定地点間における電磁波の位相差を求める場合もある。 10 A of optical sensor systems measure the phase in the two measurement points (1st measurement point K1 and 2nd measurement point K2) (refer FIG. 5) of the electromagnetic waves which propagate through space, and the electromagnetic waves between these measurement points K1 and K2 Find the difference in phase shift . In FIG. 1, the two first and second optical electric field sensors 12A and 12B are shown. However, the number of the optical electric field sensors is not limited to two, and the optical sensor system 10A (the optical sensor system 10B is the same). In some cases, the phase difference of the electromagnetic wave between the measurement points may be obtained while measuring the phase of the electromagnetic wave at each measurement point using three or more optical electric field sensors (first to nth optical electric field sensors). .

3つの光電界センサ(第1〜第3光電界センサ12A〜12C)を使用する場合は、空間を伝播する電磁波の3つの測定地点(第1〜第3測定地点)における位相を測定し、それら測定地点間における電磁波の位相差を求める。また、4つ光電界センサ(第1〜第4光電界センサ)を使用する場合は、空間を伝播する電磁波の4つの測定地点(第1〜第4測定地点12A〜12D)における位相を測定し、それら測定地点間における電磁波の位相差を求める。   When using three optical electric field sensors (first to third optical electric field sensors 12A to 12C), the phases at three measurement points (first to third measurement points) of electromagnetic waves propagating in space are measured, Obtain the phase difference of electromagnetic waves between measurement points. When using four optical electric field sensors (first to fourth optical electric field sensors), the phase at four measurement points (first to fourth measurement points 12A to 12D) of electromagnetic waves propagating in space is measured. The phase difference of the electromagnetic wave between these measurement points is obtained.

光センサシステム10Aは、送受信装置11と第1光電界センサ12Aおよび第2光電界センサ12Bとから形成されている。送受信装置11は、図1に示すように、光送信部13と光受信部14とから形成されている。光送信部13は、光変調器用光源15と偏波合成器16と光カプラ17(光分配器)とを備えている。光送信部13では、光変調器用光源15と偏波合成器16とが偏波保持光ファイバ34を介して接続され、偏波合成器16と光カプラ17とがシングルモード光ファイバ18を介して接続されている。   The optical sensor system 10A is composed of a transmission / reception device 11, a first optical electric field sensor 12A, and a second optical electric field sensor 12B. As shown in FIG. 1, the transmission / reception device 11 includes an optical transmission unit 13 and an optical reception unit 14. The optical transmitter 13 includes an optical modulator light source 15, a polarization beam combiner 16, and an optical coupler 17 (optical distributor). In the optical transmitter 13, the light source 15 for the optical modulator and the polarization combiner 16 are connected via the polarization maintaining optical fiber 34, and the polarization combiner 16 and the optical coupler 17 are connected via the single mode optical fiber 18. It is connected.

光変調器用光源15は、所定の偏波面を有する第1のレーザ光(第1の入力光)を出射する光変調器用第1光源19Aと、第1のレーザ光と90°異なる偏波面を有する第2のレーザ光(第2の入力光)を出射する光変調器用第2光源19Bとから形成されている。偏波合成器16は、光変調器用第1光源19Aと光変調器用第2光源19Bとから出射(供給)されたそれらレーザ光を偏波面が互いに直交する合成レーザ光に合成する。光カプラ17は、偏波合成器16によって合成された合成レーザ光を2つに分配し、一方の合成レーザ光を第1光電界センサ12Aに出射するとともに、他方の合成レーザ光を第2光電界センサ12Bに出射する。   The light source for optical modulator 15 has a first light source for light modulator 19A that emits a first laser beam (first input light) having a predetermined polarization plane, and a polarization plane that is 90 ° different from that of the first laser beam. The second light source 19B for the optical modulator that emits the second laser light (second input light) is formed. The polarization beam combiner 16 combines the laser beams emitted (supplied) from the first light source for optical modulator 19A and the second light source for light modulator 19B into a combined laser beam whose polarization planes are orthogonal to each other. The optical coupler 17 distributes the combined laser light combined by the polarization beam combiner 16 into two, emits one combined laser light to the first optical electric field sensor 12A, and outputs the other combined laser light to the second photoelectric light. The light is emitted to the field sensor 12B.

光変調器用第1光源19Aは、偏波合成器16(第1および第2光電界センサ12A,12B)に半導体レーザ光を出射(供給)するレーザ光源であり、光変調器用第2光源19Bは、偏波合成器16(第1および第2光電界センサ12A,12B)に半導体レーザ光を出射(供給)するレーザ光源である。それら光源19A,19Bから出射される半導体レーザ光は、1.55μmの波長を有するとともに、50mWの電力量を有する。   The first light source for optical modulator 19A is a laser light source that emits (supply) semiconductor laser light to the polarization beam combiner 16 (first and second optical electric field sensors 12A and 12B), and the second light source for optical modulator 19B is The laser light source emits (supplies) semiconductor laser light to the polarization beam combiner 16 (first and second optical electric field sensors 12A and 12B). The semiconductor laser beams emitted from the light sources 19A and 19B have a wavelength of 1.55 μm and an electric energy of 50 mW.

なお、それら光源19A,19Bから出射されるレーザ光は、その波長が1.26〜1.68μmの範囲にあればよく、その電力量が1〜100mWの範囲にあればよい。レーザ光の波長が1.68μmを超過すると、光ファイバにおいて不要なノイズが発生し、光源19A,19Bから出射されるレーザ光にロスが生じる。レーザ光の電力量が100mWを超過すると、不必要な電力量を有するレーザ光を第1および第2光電界センサ12A,12Bに供給することになり、その結果、光センサシステム10Aの消費電力を少なくすることができない。   Note that the laser light emitted from the light sources 19A and 19B may have a wavelength in the range of 1.26 to 1.68 μm, and may have an electric energy in the range of 1 to 100 mW. When the wavelength of the laser light exceeds 1.68 μm, unnecessary noise is generated in the optical fiber, and a loss occurs in the laser light emitted from the light sources 19A and 19B. When the power amount of the laser light exceeds 100 mW, laser light having an unnecessary power amount is supplied to the first and second optical electric field sensors 12A and 12B. As a result, the power consumption of the optical sensor system 10A is reduced. It cannot be reduced.

光受信部14は、第1O/E変換器20Aおよび第2O/E変換器20Bと第1アンプ21Aおよび第2アンプ21Bとを備えている。光受信部14では、それらO/E変換器20A,20Bとそれらアンプ21A,21Bとが給電線22(同軸ケーブル)を介して電気的に接続されている。それらO/E変換器20A,20Bは、シングルモード光ファイバ18を介して第1および第2光電界センサ12A,12B(光変調器25の出力光導波路27d)に接続されている。   The optical receiver 14 includes a first O / E converter 20A, a second O / E converter 20B, a first amplifier 21A, and a second amplifier 21B. In the optical receiver 14, the O / E converters 20A and 20B and the amplifiers 21A and 21B are electrically connected via a feeder line 22 (coaxial cable). The O / E converters 20A and 20B are connected to the first and second optical electric field sensors 12A and 12B (the output optical waveguide 27d of the optical modulator 25) via the single mode optical fiber 18.

第1および第2O/E変換器20A,20Bは、第1および第2光電界センサ12A,12B(光変調器25)から変調光を受光し、その変調光を電気信号に変換した後、その電気信号をアンプ21A,21Bに出力する。それらアンプ21A,21Bは、給電線22(同軸ケーブル)を介してネットワークアナライザ23に電気的に接続されている。ネットワークアナライザ23は、第1および第2O/E変換器20A,20Bから出力されてアンプ21A,21Bを介して増幅された電気信号から電磁波の位相を解析し、各測定地点間における電磁波の位相差を求める。   The first and second O / E converters 20A and 20B receive the modulated light from the first and second optical electric field sensors 12A and 12B (optical modulator 25), convert the modulated light into an electrical signal, and then Electric signals are output to the amplifiers 21A and 21B. The amplifiers 21A and 21B are electrically connected to the network analyzer 23 via a feeder line 22 (coaxial cable). The network analyzer 23 analyzes the phase of the electromagnetic waves from the electrical signals output from the first and second O / E converters 20A and 20B and amplified through the amplifiers 21A and 21B, and the phase difference of the electromagnetic waves between the measurement points. Ask for.

第1および第2光電界センサ12A,12Bは、図2に示すように、筐体24と、筐体24の内部に所定の固定手段を介して設置された光変調器25(透過タイプ)とから作られている。透過型光変調器25は、空間を伝播する電磁波を後記するアンテナ29で受信し、光カプラ17から入射したレーザ光(入力光)の強度を、アンテナ29が受信した電磁波の電界強度に応じて変調し、レーザ光を変調した変調光を第1および第2O/E変換器20A,20Bに出射する。   As shown in FIG. 2, the first and second optical electric field sensors 12 </ b> A and 12 </ b> B include a housing 24, and an optical modulator 25 (transmission type) installed inside the housing 24 via a predetermined fixing means. Made from. The transmissive optical modulator 25 receives an electromagnetic wave propagating in space by an antenna 29 described later, and the intensity of laser light (input light) incident from the optical coupler 17 is determined according to the electric field strength of the electromagnetic wave received by the antenna 29. The modulated light obtained by modulating and modulating the laser light is emitted to the first and second O / E converters 20A and 20B.

光変調器25は、電気光学効果を有する結晶基板であるXカットのニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶(材料)から作られた単結晶基板26と、基板26の上面側にTi拡散によって作られたマッハツェンダー型光導波路27と、基板26の上面側に成膜されたバッファ層28と、バッファ層28の上に成膜されたアンテナ29とから形成されている。 The optical modulator 25 is made of a single crystal substrate 26 made of an X-cut lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal (material), which is a crystal substrate having an electro-optic effect, and Ti diffusion on the upper surface side of the substrate 26. The Mach-Zehnder type optical waveguide 27, the buffer layer 28 formed on the upper surface side of the substrate 26, and the antenna 29 formed on the buffer layer 28 are formed.

マッハツェンダー型光導波路27は、レーザ光(入力光)の入射側に延びる1本の入力光導波路27aと、入力光導波路27aから二股に分岐して延びる2本の位相シフト導波路27b,27cと、レーザ光の出射側に延びていてそれら位相シフト光導波路27b,27cがつながる1本の出力光導波路27dとから形成されている。   The Mach-Zehnder type optical waveguide 27 includes one input optical waveguide 27a extending to the incident side of the laser light (input light), and two phase shift waveguides 27b and 27c extending branched from the input optical waveguide 27a. The output optical waveguide 27d is connected to the phase shift optical waveguides 27b and 27c and extends to the laser beam emission side.

入力光導波路27aは、シングルモード光ファイバ18を介して光カプラ17(偏波合成器16)に接続されているとともに、出力光導波路27dは、シングルモード光ファイバ18を介してO/E変換器20A,20Bに接続されている。入力光導波路27aや位相シフト光導波路27b,27c、出力光導波路27dは、延伸方向と交差する方向の幅寸法Wが等しい。位相シフト光導波路27b,27cは、それらの延伸方向の長さ寸法が等しい。   The input optical waveguide 27 a is connected to the optical coupler 17 (polarization combiner 16) via the single mode optical fiber 18, and the output optical waveguide 27 d is connected to the O / E converter via the single mode optical fiber 18. 20A and 20B. The input optical waveguide 27a, the phase shift optical waveguides 27b and 27c, and the output optical waveguide 27d have the same width dimension W in the direction intersecting the extending direction. The phase shift optical waveguides 27b and 27c have the same length in the extending direction.

それら光導波路27a〜27dの幅寸法Wは、5〜10μmの範囲にある。各位相シフト光導波路27b,27cの延伸方向の長さ寸法は、10〜30mmの範囲にある。位相シフト光導波路27b,27cでは、その中央部分が幅方向へ所定寸法離間し、互いに平行して延びている。中央部分におけるそれら光導波路27b,27cの離間寸法は、20〜50μmの範囲にある。なお、光導波路27a〜27dの幅寸法Wや各位相シフト光導波路27b,27cの長さ寸法、中央部分におけるそれら光導波路27b,27cの離間寸法について特に限定はなく、それら寸法を任意に設定することができる。   The width dimension W of these optical waveguides 27a to 27d is in the range of 5 to 10 μm. The length dimension in the extending direction of each of the phase shift optical waveguides 27b and 27c is in the range of 10 to 30 mm. The center portions of the phase shift optical waveguides 27b and 27c are spaced apart by a predetermined dimension in the width direction and extend in parallel to each other. The distance between the optical waveguides 27b and 27c in the central portion is in the range of 20 to 50 μm. There are no particular limitations on the width dimension W of the optical waveguides 27a to 27d, the length dimension of each of the phase shift optical waveguides 27b and 27c, and the separation dimension of the optical waveguides 27b and 27c in the central portion, and these dimensions are arbitrarily set. be able to.

バッファ層28は、光導波路27を伝播するレーザ光の一部がそれらアンテナ29に吸収されることを防止する目的で設けられる。バッファ層28は、SiOから作られ、その厚さ寸法が約200nmである。アンテナ29は、一方のそれが入力光導波路27aの側に位置し、他方のそれが出力光導波路27dの側に位置するように、延伸方向へ並んでいる。それらアンテナ29は、スパッタリング等によって成膜されたCr、Au膜である。それらアンテナ29は、空間を伝播する電磁波(電波)を受信し、受信した電磁波の電界強度に比例した電気信号を誘起する。なお、アンテナ29が受信可能な電磁波の周波数帯域について特に限定はない。 The buffer layer 28 is provided for the purpose of preventing a part of the laser light propagating through the optical waveguide 27 from being absorbed by the antennas 29. The buffer layer 28 is made of SiO 2 and has a thickness dimension of about 200 nm. The antennas 29 are arranged in the extending direction so that one of them is located on the input optical waveguide 27a side and the other is located on the output optical waveguide 27d side. These antennas 29 are Cr and Au films formed by sputtering or the like. These antennas 29 receive electromagnetic waves (radio waves) propagating through space and induce an electric signal proportional to the electric field strength of the received electromagnetic waves. The frequency band of electromagnetic waves that can be received by the antenna 29 is not particularly limited.

出力光導波路27dの側に位置するアンテナ29は、位相シフト光導波路27b,27cの間に配置された延伸部位29aを有する。延伸部位29aは、それら光導波路27b,27cの中央部分と平行して延伸方向へ延びている。アンテナ29の延伸部位29aの延伸方向の長さ寸法は、5mmである。   The antenna 29 located on the output optical waveguide 27d side has an extending portion 29a disposed between the phase shift optical waveguides 27b and 27c. The extending portion 29a extends in the extending direction in parallel with the central portions of the optical waveguides 27b and 27c. The length dimension of the extending portion 29a of the antenna 29 in the extending direction is 5 mm.

入力光導波路27aの側に位置するアンテナ29は、位相シフト光導波路27b,27cを挟んでアンテナ29の延伸部位29aの両側に配置された延伸部位29b,29cを有する。延伸部位29b,29cは、それら光導波路27b,27cの中央部分と平行して延伸方向へ延びている。アンテナ29の延伸部位29b,29cの延伸方向の長さ寸法は、5mmである。   The antenna 29 positioned on the input optical waveguide 27a side has extending portions 29b and 29c disposed on both sides of the extending portion 29a of the antenna 29 with the phase shift optical waveguides 27b and 27c interposed therebetween. The extending portions 29b and 29c extend in the extending direction in parallel with the central portions of the optical waveguides 27b and 27c. The length dimension of the extending portions 29b and 29c of the antenna 29 in the extending direction is 5 mm.

なお、アンテナの延伸部位29a,29b,29cの延伸方向の長さ寸法に特に限定はなく、センシングする電磁波の電界強度に応じてその長さを任意に設定することができる。たとえば、センシングする電磁波の電界強度を所定の値に設定したときの延伸部位29a,29b,29cの長さ寸法を基準長さとした場合、センシングする電磁波の電界強度が所定の値から高くなるにつれて、延伸部位29a,29b,29cの長さ寸法を基準長さよりも短くする。   Note that there is no particular limitation on the length in the extending direction of the extending portions 29a, 29b, and 29c of the antenna, and the length can be arbitrarily set according to the electric field strength of the electromagnetic wave to be sensed. For example, when the length dimension of the extending portions 29a, 29b, and 29c when the electric field intensity of the electromagnetic wave to be sensed is set to a predetermined value is set as the reference length, as the electric field intensity of the electromagnetic wave to be sensed increases from the predetermined value, The length dimensions of the stretched portions 29a, 29b, and 29c are made shorter than the reference length.

この光センサシステム10Aでは、図5に示すように、第1および第2光電界センサ12A,12Bを使用して空間を伝播する電磁波の各測定地点(第1測定地点K1および第2測定地点K2)における位相を測定しつつ、各測定地点K1,K2間の位相差を求める場合において、第1光電界センサ12Aから出射された位相データを伝送する第1光ファイバ30の長さL1に対する第2光電界センサ12Bから出射された位相データを伝送する第2光ファイバ31の長さL2の経路差(ΔL)(L1−L2)が位相の測定時における温度環境の変化に対して位相を精度よく測定することが可能な適正範囲内(第1光ファイバ30の長さ(L1)に対する第2光ファイバ31の長さ(L2)の経路差(ΔL)がプラスとマイナスとのうちの少なくとも一方の適正範囲内)になるように、第1光ファイバ30の長さ(L1)に対して第2光ファイバ31の長さ(L2)が調節されている。   In this optical sensor system 10A, as shown in FIG. 5, each measurement point (first measurement point K1 and second measurement point K2) of electromagnetic waves propagating in space using the first and second optical electric field sensors 12A and 12B. In the case of obtaining the phase difference between the measurement points K1 and K2 while measuring the phase at (2), the second relative to the length L1 of the first optical fiber 30 that transmits the phase data emitted from the first optical electric field sensor 12A. The path difference (ΔL) (L1−L2) of the length L2 of the second optical fiber 31 that transmits the phase data emitted from the optical electric field sensor 12B is accurate with respect to the change of the temperature environment during the phase measurement. Within an appropriate range that can be measured (the path difference (ΔL) of the length (L2) of the second optical fiber 31 with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30 is small between positive and negative The length (L2) of the second optical fiber 31 is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30 so as to be within at least one appropriate range.

具体的には、経路差(ΔL)(L1−L2)が式:ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)によって算出され、その式によって算出された経路差(ΔL)となるように、第1光ファイバ30の長さ(L1)と第2光ファイバ31の長さ(L2)とが求められている。   Specifically, the path difference (ΔL) (L1−L2) is calculated by the formula: ΔL ≦ ΔPh / (0.0576 × Frq × ΔT), and the path difference (ΔL) calculated by the formula is used. The length (L1) of the first optical fiber 30 and the length (L2) of the second optical fiber 31 are required.

前記式において、ΔLは、経路差[m]であり、ΔPhは、位相のズレ量の差[deg]である。Frqは、電磁波の周波数[GHz]であり、ΔTは、位相測定時の温度変動幅[℃]であり、0.0576は、位相係数[deg/GHz・℃・m]である。なお、第1光ファイバ30の長さは、第1光電界センサ12Aの出力側と第1O/E変換器20Aの入力側とを接続する光ファイバ18の長さであり、第2光ファイバ31の長さは、第2光電界センサ12Bの出力側と第2O/E変換器20Bの入力側とを接続する光ファイバ18の長さである。 In the above equation, ΔL is a path difference [m], and ΔPh is a phase shift difference [deg]. Frq is the frequency [GHz] of the electromagnetic wave, ΔT is the temperature fluctuation range [° C.] at the time of phase measurement, and 0.0576 is the phase coefficient [deg / GHz · ° C. · m]. The length of the first optical fiber 30 is the length of the optical fiber 18 that connects the output side of the first optical electric field sensor 12A and the input side of the first O / E converter 20A, and the second optical fiber 31. Is the length of the optical fiber 18 that connects the output side of the second optical electric field sensor 12B and the input side of the second O / E converter 20B.

光センサシステム10A(光センサシステム10Bを含む)において、3つ以上の光電界センサ(第1〜第n光電界センサ)を使用し、空間を伝播する電磁波の各測定地点(第1〜第n測定地点)における位相を測定しつつ、各測定地点間の位相差を求める場合において、第1光電界センサから出射された位相データを伝送する第1光ファイバの長さ(L1)に対する第2〜第n光電界センサから出射された位相データを伝送する第2〜第n光ファイバの長さ(L2)の経路差(ΔL)(L1−L2)が位相差の測定時における温度環境の変化に対して位相差を精度よく測定することが可能な適正範囲内(第1光ファイバの長さ(L1)に対する第2〜第n光ファイバの長さ(L2)の経路差(ΔL)がプラス2mとマイナス2mとのうちの少なくとも一方の適正範囲内)になるように、第1光ファイバの長さ(L1)に対して第2〜第n光ファイバの長さ(L2)が調節される。 In the optical sensor system 10A (including the optical sensor system 10B), three or more optical electric field sensors (first to nth optical electric field sensors) are used, and each measurement point (first to nth) of electromagnetic waves propagating in space is used. In the case of obtaining the phase difference between the measurement points while measuring the phase at the measurement point), the second to second lengths (L1) of the first optical fiber transmitting the phase data emitted from the first optical electric field sensor. The path difference (ΔL) (L1−L2) of the length (L2) of the second to nth optical fibers that transmit the phase data emitted from the nth optical electric field sensor is a change in temperature environment at the time of measuring the phase difference. On the other hand, within an appropriate range in which the phase difference can be accurately measured (the path difference (ΔL) of the length (L2) of the second to nth optical fibers with respect to the length (L1) of the first optical fiber is plus 2 m. And minus 2m The length (L2) of the second to nth optical fibers is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber so as to be within at least one appropriate range.

この場合においても、経路差(ΔL)(L1−L2)が前記式によって算出され、第1光ファイバの長さ(L1)と第2〜第n光ファイバの長さ(L2)とが求められる。なお、第2〜第n光ファイバの長さは、第2〜第n光電界センサの出力側と第2〜第nO/E変換器の入力側とを接続する光ファイバの長さである。   Also in this case, the path difference (ΔL) (L1−L2) is calculated by the above formula, and the length (L1) of the first optical fiber and the length (L2) of the second to nth optical fibers are obtained. . The lengths of the second to nth optical fibers are the lengths of the optical fibers connecting the output sides of the second to nth optical electric field sensors and the input sides of the second to nth O / E converters.

位相のズレ量(Ph)は、図6に示すように、式(1):で算出することができ、位相のズレ量の差(ΔPh)は、式(2):で算出することができる。また、位相のズレ量(Ph)に対する光ファイバの長さ(L)は、図7に示すように、式(3):で算出することができ、位相のズレ量の差(ΔPh)に対する経路差(ΔL)は、式(4):で算出することができる。 As shown in FIG. 6, the phase shift amount (Ph) can be calculated by equation (1): and the phase shift amount difference (ΔPh) can be calculated by equation (2): . Further, the length (L) of the optical fiber with respect to the phase shift amount (Ph) can be calculated by the equation (3): as shown in FIG. 7, and the path with respect to the phase shift amount difference (ΔPh). The difference (ΔL) can be calculated by equation (4):

たとえば、図6において、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が60[℃]、光ファイバの長さ(L)が200[m]、位相係数が0.0576である場合、式(1)によって位相のズレ量(Ph)=367.0(°)が算出され、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が60[℃]、光ファイバの長さ(L)が201[m]、位相係数が0.0576である場合、位相のズレ量(Ph)=368.0[°]が算出される。さらに、式(2)によって位相のズレ量の差(ΔPh)=約±1.9[°]が算出される。 For example, in FIG. 6, the frequency (Frq) is 0.531 [GHz], the temperature fluctuation range (ΔT) is 60 [° C.], the length (L) of the optical fiber is 200 [m], and the phase coefficient is 0.0576. In this case, the phase shift amount (Ph) = 367.0 (°) is calculated by the equation (1), the frequency (Frq) is 0.531 [GHz], and the temperature fluctuation range (ΔT) is 60 [° C.]. When the optical fiber length (L) is 201 [m] and the phase coefficient is 0.0576, the phase shift amount (Ph) = 368.0 [°] is calculated. Further, the difference in phase shift amount (ΔPh) = about ± 1.9 [°] is calculated by the equation (2).

また、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が50[℃]、光ファイバの長さ(L)が150[m]、位相係数が0.0576である場合、式(1)によって位相のズレ量(Ph)=229.4(°)が算出され、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が50[℃]、光ファイバの長さ(L)が152[m]、位相係数が0.0576である場合、位相のズレ量(Ph)=232.5[°]が算出される。さらに、式(2)によって位相のズレ量の差(ΔPh)=約±3.1[°]が算出される。 Further, when the frequency (Frq) is 0.531 [GHz], the temperature fluctuation range (ΔT) is 50 [° C.], the length (L) of the optical fiber is 150 [m], and the phase coefficient is 0.0576, The phase shift amount (Ph) = 229.4 (°) is calculated by the equation (1), the frequency (Frq) is 0.531 [GHz], the temperature fluctuation range (ΔT) is 50 [° C.], and the optical fiber When the length (L) is 152 [m] and the phase coefficient is 0.0576, the phase shift amount (Ph) = 232.5 [°] is calculated. Further, the difference in phase shift amount (ΔPh) = about ± 3.1 [°] is calculated by the equation (2).

図7において、位相のズレ量(Ph)が367.0(°)、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が60[℃]、位相係数が0.0576である場合、式(3)によって光ファイバの長さ(L)=200[m]が算出され、位相のズレ量(Ph)が368.9(°)、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が60[℃]、位相係数が0.0576である場合、光ファイバの長さ(L)=201[m]が算出される。さらに、さらに、式(4)によって経路差(ΔL)=約±1[m]が算出される。   In FIG. 7, the phase shift amount (Ph) is 367.0 (°), the frequency (Frq) is 0.531 [GHz], the temperature fluctuation range (ΔT) is 60 [° C.], and the phase coefficient is 0.0576. In some cases, the length (L) of the optical fiber is calculated by Equation (3) = 200 [m], the phase shift amount (Ph) is 368.9 (°), and the frequency (Frq) is 0.531 [GHz]. When the temperature fluctuation range (ΔT) is 60 [° C.] and the phase coefficient is 0.0576, the length (L) of the optical fiber = 201 [m] is calculated. Furthermore, the path difference (ΔL) = about ± 1 [m] is calculated by the equation (4).

また、位相のズレ量(Ph)が229.4(°)、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が50[℃]、位相係数が0.0576である場合、式(3)によって光ファイバの長さ(L)=150[m]が算出され、位相のズレ量(Ph)が232.5(°)、周波数(Frq)が0.531[GHz]、温度変動幅(ΔT)が50[℃]、位相係数が0.0576である場合、光ファイバの長さ(L)=152[m]が算出される。さらに、式(4)によって経路差(ΔL)=約±2[m]が算出される。   When the phase shift amount (Ph) is 229.4 (°), the frequency (Frq) is 0.531 [GHz], the temperature fluctuation range (ΔT) is 50 [° C.], and the phase coefficient is 0.0576. , The length (L) of the optical fiber is calculated by Equation (3) = 150 [m], the phase shift amount (Ph) is 232.5 (°), the frequency (Frq) is 0.531 [GHz], When the temperature fluctuation range (ΔT) is 50 [° C.] and the phase coefficient is 0.0576, the length (L) of the optical fiber = 152 [m] is calculated. Further, the path difference (ΔL) = about ± 2 [m] is calculated by the equation (4).

それら式(1)〜式(4)を利用することで、位相のズレ量(Ph)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)と第2光ファイバの長さ(L2)とを求めることができ、経路差(ΔL)がプラス2mとマイナス2mとのうちの少なくとも一方の適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)と第2光ファイバの長さ(L2)とを求めることができる。 By using these formulas (1) to (4), the length (L1) of the first optical fiber and the length of the second optical fiber are set so that the phase shift amount (Ph) is within the appropriate range. (L2) and the length (L1) of the first optical fiber and the second light so that the path difference (ΔL) falls within an appropriate range of at least one of plus 2 m and minus 2 m. The fiber length (L2) can be determined.

この光センサシステム10Aにおける位相や位相差の測定の手順を説明すると、以下のとおりである。なお、光センサシステム10AのスイッチがONになり、各光源19A,19Bからレーザ光が出射されているものとする。また、光センサシステム10Aにおける位相や位相差の測定時では、第1光電界センサ12Aおよび第2光電界センサ12Bによる位相の測定地点K1,K2が互いに近接している。したがって、第1光電界センサ12Aと第2光電界センサ12Bとが近接して配置されている。   The procedure for measuring the phase and phase difference in the optical sensor system 10A will be described as follows. It is assumed that the switch of the optical sensor system 10A is turned on and laser light is emitted from each of the light sources 19A and 19B. Further, when measuring the phase or phase difference in the optical sensor system 10A, the phase measurement points K1, K2 by the first optical electric field sensor 12A and the second optical electric field sensor 12B are close to each other. Accordingly, the first optical electric field sensor 12A and the second optical electric field sensor 12B are arranged close to each other.

光センサシステム10Aにおける位相や位相差の測定時では、第1光ファイバ30および第2光ファイバ31における温度変動幅(ΔT)が同一であり、それら光電界センサ12A,12Bにおいて測定する電磁波の周波数(Frq)が同一である。他のアンテナ(図示せず)から電磁波が発信されると、その電磁波が光センサシステム10A(第1および第2光電界センサ12A,12Bのアンテナ29)に受信される。   At the time of measuring the phase or phase difference in the optical sensor system 10A, the temperature fluctuation width (ΔT) in the first optical fiber 30 and the second optical fiber 31 is the same, and the frequency of the electromagnetic wave measured in the optical electric field sensors 12A and 12B. (Frq) is the same. When an electromagnetic wave is transmitted from another antenna (not shown), the electromagnetic wave is received by the optical sensor system 10A (antenna 29 of the first and second optical electric field sensors 12A and 12B).

光変調器用第1および第2光源19A,19Bは、1.55μmの波長であって50mWの電力量のレーザ光を出射している。レーザ光は、光源19A,19Bから偏波保持光ファイバ34を通って偏波合成器16に入射し、偏波合成器16によって偏波面が互いに直交する合成レーザ光に合成される。合成レーザ光は、光ファイバ18を通って光カプラ17に入射し、光カプラにおいて2つに分配された後、第1および第2光電界センサ12A,12Bの光変調器26に入射する。   The first and second light sources 19A and 19B for the optical modulator emit laser light having a wavelength of 1.55 μm and an electric energy of 50 mW. The laser light enters the polarization beam combiner 16 from the light sources 19A and 19B through the polarization maintaining optical fiber 34, and is combined by the polarization beam combiner 16 into a combined laser beam whose polarization planes are orthogonal to each other. The combined laser light enters the optical coupler 17 through the optical fiber 18, is divided into two by the optical coupler, and then enters the optical modulator 26 of the first and second optical electric field sensors 12 </ b> A and 12 </ b> B.

光変調器25では、図3に矢印X1で示すように、光カプラ17(偏波合成器16)から出射された合成レーザ光が入力光導波路27aの入射口から導波路27aに進入し、位相シフト導波路27b,27cにおいて二分(分波)されて導波路27b,27cに進入した後、出力光導波路27dにおいて再び結合(合波)され、矢印X2で示すように、出力光導波路27dから出射する。   In the optical modulator 25, as indicated by an arrow X1 in FIG. 3, the combined laser light emitted from the optical coupler 17 (polarization combiner 16) enters the waveguide 27a from the entrance of the input optical waveguide 27a, and the phase After being divided (divided) by the shift waveguides 27b and 27c and entering the waveguides 27b and 27c, they are coupled (combined) again at the output optical waveguide 27d and emitted from the output optical waveguide 27d as indicated by an arrow X2. To do.

光変調器25では、アンテナ29で受信された電磁波の電界強度(高周波信号)によってアンテナ29(アンテナの延伸部位29aと延伸部位29b,29cとの間)に電圧が印加されると、図4に矢印Zで示すZ軸方向に互いに逆向きの電界がそれら位相シフト光導波路27b,27cに印加される(図4参照)。   In the optical modulator 25, when a voltage is applied to the antenna 29 (between the extended portion 29a of the antenna and the extended portions 29b and 29c) by the electric field strength (high-frequency signal) of the electromagnetic wave received by the antenna 29, FIG. Electric fields opposite to each other in the Z-axis direction indicated by the arrow Z are applied to the phase shift optical waveguides 27b and 27c (see FIG. 4).

逆向きの電界が位相シフト光導波路27b,27cに印加されることにより、光導波路27b,27cにおける電気光学効果による屈折率変化の方向が互いに逆向きとなり、位相シフト導波路27b,27cを伝搬するレーザ光(合成レーザ光の一方のレーザ光)に互いに逆向きの位相シフトが生じる。その結果、レーザ光が出力光導波路27dにおける結合時に互いに干渉し、レーザ光の強度が変調されて変調光になる。   By applying an electric field in the opposite direction to the phase shift optical waveguides 27b and 27c, the directions of refractive index change due to the electro-optic effect in the optical waveguides 27b and 27c are opposite to each other and propagate through the phase shift waveguides 27b and 27c. Phase shifts in opposite directions occur in the laser light (one of the combined laser lights). As a result, the laser beams interfere with each other when coupled in the output optical waveguide 27d, and the intensity of the laser light is modulated to become modulated light.

光変調器25によって変調された変調光は、出力光導波路27dから出射され、光ファイバ18(光ファイバ30)を通って第1O/E変換器20Aに入射するとともに、光ファイバ18(光ファイバ31)を通って第2O/E変換器20Bに入射する。それらO/E変換器20A,20Bでは、変調光を変換した電気信号を生成し、その電気信号をアンプ21A,21Bに出力する。アンプ21A,21Bは、O/E変換器20A,20Bから出力された電気信号を増幅し、増幅した電気信号をネットワークアナライザ23に出力する。   The modulated light modulated by the optical modulator 25 is emitted from the output optical waveguide 27d, enters the first O / E converter 20A through the optical fiber 18 (optical fiber 30), and the optical fiber 18 (optical fiber 31). ) And enters the second O / E converter 20B. These O / E converters 20A and 20B generate an electric signal obtained by converting the modulated light, and output the electric signal to the amplifiers 21A and 21B. The amplifiers 21A and 21B amplify the electrical signals output from the O / E converters 20A and 20B, and output the amplified electrical signals to the network analyzer 23.

ネットワークアナライザ23は、アンプ21A,21B(O/E変換器20A,20B)から出力された電気信号に基づいて第1および第2光電界センサ12A,12Bのアンテナ29が受信した各測定地点K1,K2における電磁波の位相を測定し、それら測定地点K1,K2間における電磁波の位相差を求め、測定した位相や求めた位相差をメモリに記憶するとともに、ディスプレイやプリンタから出力する。なお、ネットワークアナライザ23は、各測定地点K1,K2における電磁波の振幅等を測定することもでき、測定した振幅等を記憶しつつ、それらをディスプレイやプリンタから出力することもできる。   The network analyzer 23 receives the measurement points K1 received by the antennas 29 of the first and second optical electric field sensors 12A and 12B based on the electrical signals output from the amplifiers 21A and 21B (O / E converters 20A and 20B). The phase of the electromagnetic wave at K2 is measured, the phase difference of the electromagnetic wave between the measurement points K1 and K2 is obtained, and the measured phase and the obtained phase difference are stored in a memory and output from a display or a printer. The network analyzer 23 can also measure the amplitude of the electromagnetic waves at each of the measurement points K1 and K2, and can also output them from a display or a printer while storing the measured amplitudes.

光センサシステム10Aは、それら光電界センサ12A,12Bを使用して空間を伝播する電磁波の各測定地点K1,K2における位相を測定しつつそれら測定地点K1,K2間の位相差を求めるから、1つの光電界センサを使用して電磁波の位相を測定する場合と比較し、各光電界センサ12A,12Bから延びていて位相データを伝送する光ファイバ30,31の長さL1,L2が測定時の温度環境によって変化し、それによって各光電界センサ12A,12Bが測定した位相に変動(ズレ)が生じたとしても、第1光電界センサ12Aが測定した位相のズレ量に対して第2光電界センサ12Bが測定した位相のズレ量が近似していることを容易に証明することができ、各光電界センサ12A,12Bを利用して空間を伝播する電磁波の位相を高い信頼性で測定することができる。   The optical sensor system 10A obtains the phase difference between the measurement points K1, K2 while measuring the phase at each measurement point K1, K2 of the electromagnetic wave propagating through the space using the optical electric field sensors 12A, 12B. Compared with the case of measuring the phase of electromagnetic waves using two optical electric field sensors, the lengths L1 and L2 of the optical fibers 30 and 31 extending from the respective optical electric field sensors 12A and 12B and transmitting phase data are measured. Even if there is a variation (deviation) in the phase measured by each of the optical electric field sensors 12A and 12B due to change depending on the temperature environment, the second optical electric field with respect to the phase deviation amount measured by the first optical electric field sensor 12A. It can be easily proved that the phase shift amount measured by the sensor 12B is approximate, and the electromagnetic wave propagating in the space using each of the optical electric field sensors 12A and 12B. It can be measured phase with high reliability.

光センサシステム10Aは、各測定地点K1,K2間の電磁波の位相差を求める場合に、第1光電界センサ12Aから出射された位相データを伝送する第1光ファイバ30の長さ(L1)に対する第2光電界センサ12Bから出射された位相データを伝送する第2光ファイバ31の長さ(L2)の経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)を使用して第1光ファイバ30の長さ(L1)に対して第2光ファイバ31の長さ(L2)が調節されているから、各光電界センサ12A,12Bが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサ12A,12Bによって略正確な位相が測定され、各測定地点K1,K2間の位相差の測定精度を向上させることができる。   When the optical sensor system 10A obtains the phase difference of the electromagnetic waves between the measurement points K1 and K2, the optical sensor system 10A corresponds to the length (L1) of the first optical fiber 30 that transmits the phase data emitted from the first optical electric field sensor 12A. ΔL ≦ ΔPh / so that the path difference (ΔL) (L1−L2) of the length (L2) of the second optical fiber 31 that transmits the phase data emitted from the second optical electric field sensor 12B is within an appropriate range. Since the length (L2) of the second optical fiber 31 is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30 using (0.0576 × Frq × ΔT), each optical electric field sensor 12A , 12B are not greatly deviated from each other, and a substantially accurate phase is measured by the optical electric field sensors 12A, 12B, and the measurement accuracy of the phase difference between the measurement points K1, K2 can be improved.

光センサシステム10Aは、光変調器25のアンテナ29から印加された電界強度によって位相シフト光導波路27b,27cの屈折率を変化させ、位相シフト光導波路27b,27cを通る入力光(合成レーザ光)の強度を変調するから、空間を伝播する電磁波の測定感度を高くすることができ、外部から電力を供給することなく、受信した電磁波の電力のみによってその電磁波の位相を測定することができる。   The optical sensor system 10A changes the refractive index of the phase shift optical waveguides 27b and 27c according to the electric field strength applied from the antenna 29 of the optical modulator 25, and inputs light (synthetic laser light) passing through the phase shift optical waveguides 27b and 27c. Therefore, the measurement sensitivity of the electromagnetic wave propagating through the space can be increased, and the phase of the electromagnetic wave can be measured only by the power of the received electromagnetic wave without supplying power from the outside.

光センサシステム10Aは、光変調器25を利用することで、電磁波の測定効率を高くすることができ、各光ファイバ30,31の経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、第1光ファイバ30の長さ(L1)に対して第2光ファイバ31の長さ(L2)が調節されているから、それら光電界センサ12A,12Bによって、各測定地点K1,K2間の位相差の測定精度を確実に向上させることができる。   The optical sensor system 10A can increase the measurement efficiency of electromagnetic waves by using the optical modulator 25, and the path difference (ΔL) (L1-L2) between the optical fibers 30 and 31 is within an appropriate range. Thus, since the length (L2) of the second optical fiber 31 is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30, the measurement points K1, K2 are measured by the optical electric field sensors 12A, 12B. It is possible to reliably improve the measurement accuracy of the phase difference between them.

図8は、他の一例として示す光センサシステム10Bの構成図であり、図9は、光センサシステム10Bに使用する光電界センサ12A,12Bの一例を示す構成図である。図10は、図9の光電界センサ12A,12Bの光変調器25の構成図であり、図11は、光センサシステム10Bにおける光ファイバ(L1,L2)の経路差ΔLを示す図である。図9では、延伸方向(光(レーザ光)の伝播方向)を矢印A、幅方向を矢印Bで示す。光センサシステム10Bは、システム10Aと同様に、空間を伝播する電磁波の2つの測定地点(第1測定地点K1および第2測定地点K2)(図11参照)における位相を測定し、それら測定地点K1,K2間における電磁波の位相差を求める。   FIG. 8 is a configuration diagram of an optical sensor system 10B shown as another example, and FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of optical electric field sensors 12A and 12B used in the optical sensor system 10B. FIG. 10 is a configuration diagram of the optical modulator 25 of the optical electric field sensors 12A and 12B of FIG. 9, and FIG. 11 is a diagram showing a path difference ΔL of the optical fibers (L1, L2) in the optical sensor system 10B. In FIG. 9, the extending direction (the propagation direction of light (laser light)) is indicated by an arrow A, and the width direction is indicated by an arrow B. Similar to the system 10A, the optical sensor system 10B measures the phases of the electromagnetic waves propagating in space at two measurement points (first measurement point K1 and second measurement point K2) (see FIG. 11), and these measurement points K1. , K2 is obtained.

光センサシステム10Bは、送受信装置11と第1光電界センサ12Aおよび第2光電界センサ12Bとから形成されている。送受信装置11は、図8に示すように、光送信部13と光受信部14と光サーキュレータ32A,32Bとから形成されている。光送信部13は、光変調器用光源15と偏波合成器16と光カプラ17(光分配器)とを備えている。光変調器用光源15と偏波合成器16とは偏波保持光ファイバ34を介して接続され、偏波合成器16と光カプラ17とはシングルモード光ファイバ18を介して接続されている。   The optical sensor system 10B is formed of a transmission / reception device 11, a first optical electric field sensor 12A, and a second optical electric field sensor 12B. As shown in FIG. 8, the transmission / reception device 11 is formed of an optical transmitter 13, an optical receiver 14, and optical circulators 32A and 32B. The optical transmitter 13 includes an optical modulator light source 15, a polarization beam combiner 16, and an optical coupler 17 (optical distributor). The light source for optical modulator 15 and the polarization combiner 16 are connected via a polarization maintaining optical fiber 34, and the polarization combiner 16 and the optical coupler 17 are connected via a single mode optical fiber 18.

光変調器用光源15は、所定の偏波面を有する第1のレーザ光を出射する光変調器用第1光源19Aと、第1のレーザ光と90°異なる偏波面を有する第2のレーザ光を出射する光変調器用第2光源19Bとから形成されている。光変調器用第1光源19Aや光変調器用第2光源19B、偏波合成器16、光カプラは、図1のシステム10Aのそれらと同一である。なお、光カプラ17は、シングルモード光ファイバ18を介して光サーキュレータ32A,32Bに接続され、偏波合成器16によって合成された一方の合成レーザ光を光サーキュレータ32Aに出射するとともに、他方の合成レーザ光を光サーキュレータ32Bに出射する。   The light source for optical modulator 15 emits a first light source for optical modulator 19A that emits a first laser beam having a predetermined polarization plane, and a second laser beam that has a polarization plane that is 90 ° different from that of the first laser beam. And the second light source 19B for the optical modulator. The first light source for optical modulator 19A, the second light source for optical modulator 19B, the polarization beam combiner 16, and the optical coupler are the same as those of the system 10A of FIG. The optical coupler 17 is connected to the optical circulators 32A and 32B via the single mode optical fiber 18, and emits one combined laser light combined by the polarization beam combiner 16 to the optical circulator 32A and the other combined. Laser light is emitted to the optical circulator 32B.

光サーキュレータ32A,32Bは、合成レーザ光を一方向へのみ出射する。光サーキュレータ32Aは、シングルモード光ファイバ18を介して第1光電界センサ12A(光変調器25の入力光導波路27aおよび出力光導波路27d)に接続されているとともに、シングルモード光ファイバ18を介して第1O/E変換器20Aに接続されている。光サーキュレータ32Bは、シングルモード光ファイバ18を介して第2光電界センサ12B(光変調器25の入力光導波路27aおよび出力光導波路27d)に接続されているとともに、シングルモード光ファイバ18を介して第2O/E変換器20Bに接続されている。   The optical circulators 32A and 32B emit the combined laser beam only in one direction. The optical circulator 32 </ b> A is connected to the first optical electric field sensor 12 </ b> A (the input optical waveguide 27 a and the output optical waveguide 27 d of the optical modulator 25) via the single mode optical fiber 18 and via the single mode optical fiber 18. It is connected to the first O / E converter 20A. The optical circulator 32B is connected to the second optical electric field sensor 12B (the input optical waveguide 27a and the output optical waveguide 27d of the optical modulator 25) via the single mode optical fiber 18, and via the single mode optical fiber 18. It is connected to the second O / E converter 20B.

光受信部14は、第1O/E変換器20Aおよび第2O/E変換器20Bと第1アンプ21Aおよび第2アンプ21Bとを備えている。光受信部14では、それらO/E変換器20A,20Bとそれらアンプ21A,21Bとが給電線22(同軸ケーブル)を介して電気的に接続されている。アンプ21A,21Bは、給電線22(同軸ケーブル)を介してネットワークアナライザ23に電気的に接続されている。第1および第2O/E変換器20A,20Bやアンプ21A,21B、ネットワークアナライザ23は、図1のシステム10Aのそれらと同一である。   The optical receiver 14 includes a first O / E converter 20A, a second O / E converter 20B, a first amplifier 21A, and a second amplifier 21B. In the optical receiver 14, the O / E converters 20A and 20B and the amplifiers 21A and 21B are electrically connected via a feeder line 22 (coaxial cable). The amplifiers 21A and 21B are electrically connected to the network analyzer 23 via a feeder line 22 (coaxial cable). The first and second O / E converters 20A and 20B, the amplifiers 21A and 21B, and the network analyzer 23 are the same as those of the system 10A of FIG.

第1および第2光電界センサ12A,12Bは、図9に示すように、筐体24と、筐体24の内部に所定の固定手段を介して設置された光変調器25(反射タイプ)とから作られている。反射型光変調器25は、空間を伝播する電磁波を後記するアンテナ29で受信し、光サーキュレータ32A,32Bから入射したレーザ光(入力光)の強度を、アンテナ29が受信した電磁波の電界強度に応じて変調し、レーザ光を変調した変調光を光サーキュレータ32A,32B(第1および第2O/E変換器20A,20B)に出射する。   As shown in FIG. 9, the first and second optical electric field sensors 12 </ b> A and 12 </ b> B include a housing 24 and an optical modulator 25 (reflection type) installed inside the housing 24 via a predetermined fixing means. Made from. The reflection type optical modulator 25 receives an electromagnetic wave propagating in space by an antenna 29 described later, and changes the intensity of the laser light (input light) incident from the optical circulators 32A and 32B to the electric field strength of the electromagnetic wave received by the antenna 29. The modulated light modulated according to the laser light is emitted to the optical circulators 32A and 32B (first and second O / E converters 20A and 20B).

図8の光電界センサ12A,12Bにおける反射型光変調器25は、電気光学効果を有する結晶基板であるXカットのニオブ酸リチウム(LiNbO)結晶(材料)から作られた単結晶基板26と、基板26の上面側にTi拡散によって作られたマッハツェンダー型光導波路27と、基板27の上面側に成膜されたバッファ層28と、バッファ層28の上に成膜されたアンテナ29と、基板26の他方の端部に設置された光反射部33とから形成されている。 8 includes a single crystal substrate 26 made of an X-cut lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal (material), which is a crystal substrate having an electro-optic effect. A Mach-Zehnder type optical waveguide 27 made by Ti diffusion on the upper surface side of the substrate 26, a buffer layer 28 formed on the upper surface side of the substrate 27, an antenna 29 formed on the buffer layer 28, It is formed from a light reflecting portion 33 installed at the other end of the substrate 26.

マッハツェンダー型光導波路27は、レーザ光(入力光)の入射側に延びる1本の入出力光導波路27aと、入出力光導波路27aから二股に分岐して延びる2本の位相シフト導波路27b,27cとから形成されている。入出力光導波路27aや位相シフト光導波路27b,27cは、延伸方向と交差する方向の幅寸法Wが等しい。位相シフト光導波路27b,27cは、それらの延伸方向の長さ寸法が等しい。   The Mach-Zehnder type optical waveguide 27 includes one input / output optical waveguide 27a extending to the laser light (input light) incident side, and two phase shift waveguides 27b extending bifurcated from the input / output optical waveguide 27a. 27c. The input / output optical waveguide 27a and the phase shift optical waveguides 27b and 27c have the same width dimension W in the direction intersecting the extending direction. The phase shift optical waveguides 27b and 27c have the same length in the extending direction.

それら光導波路27a〜27cの幅寸法Wは、5〜10μmの範囲にある。各位相シフト光導波路27b,27cの延伸方向の長さ寸法は、10〜30mmの範囲にある。位相シフト光導波路27b,27cでは、その中央部分が幅方向へ所定寸法離間し、互いに平行して延びている。中央部分におけるそれら光導波路27b,27cの離間寸法は、20〜50μmの範囲にある。   The width dimension W of these optical waveguides 27a to 27c is in the range of 5 to 10 μm. The length dimension in the extending direction of each of the phase shift optical waveguides 27b and 27c is in the range of 10 to 30 mm. The center portions of the phase shift optical waveguides 27b and 27c are spaced apart by a predetermined dimension in the width direction and extend in parallel to each other. The distance between the optical waveguides 27b and 27c in the central portion is in the range of 20 to 50 μm.

バッファ層28は、SiOから作られ、その厚さ寸法が約200nmである(図4援用)。アンテナ29は、一方のそれが入出力光導波路27aの側に位置し、他方のそれが入出力光導波路27aの逆側に位置するように、延伸方向へ並んでいる。それらアンテナ29は、スパッタリング等によって成膜されたCr、Au膜である。 The buffer layer 28 is made of SiO 2 and has a thickness dimension of about 200 nm (with reference to FIG. 4). The antennas 29 are arranged in the extending direction so that one of them is located on the input / output optical waveguide 27a side and the other is located on the opposite side of the input / output optical waveguide 27a. These antennas 29 are Cr and Au films formed by sputtering or the like.

入出力光導波路27aの逆側に位置するアンテナ29は、位相シフト光導波路27b,27cの間に配置された延伸部位29aを有し、入出力光導波路27aの側に位置するアンテナ29は、位相シフト光導波路27b,27cを挟んでアンテナ29の延伸部位29aの両側に配置された延伸部位29b,29cを有する。それら延伸部位29a,29b,29cは、それら光導波路27b,27cの中央部分と平行して延伸方向へ延びている。アンテナ29の延伸部位29a,29b,29cの延伸方向の長さ寸法は、5mmである。   The antenna 29 positioned on the opposite side of the input / output optical waveguide 27a has an extended portion 29a disposed between the phase shift optical waveguides 27b and 27c, and the antenna 29 positioned on the input / output optical waveguide 27a side Extending portions 29b and 29c are disposed on both sides of the extending portion 29a of the antenna 29 with the shift optical waveguides 27b and 27c interposed therebetween. The extending portions 29a, 29b, and 29c extend in the extending direction in parallel with the central portions of the optical waveguides 27b and 27c. The length dimension of the extending portions 29a, 29b, 29c of the antenna 29 in the extending direction is 5 mm.

光反射部33は、基板26のうちの入力光導波路27aが延びる一方の端部の反対側の他方の端部に設置されている。光反射部33は、入出力光導波路27aから入射して位相シフト光導波路27b,27cへ伝播した変調光を反射し、変調光を位相シフト光導波路27b,27cから入出力光導波路27aへ伝播させる。   The light reflecting portion 33 is installed at the other end of the substrate 26 opposite to the one end from which the input optical waveguide 27a extends. The light reflecting section 33 reflects the modulated light that has entered the input / output optical waveguide 27a and propagated to the phase shift optical waveguides 27b and 27c, and propagates the modulated light from the phase shift optical waveguides 27b and 27c to the input / output optical waveguide 27a. .

この光センサシステム10Bでは、図11に示すように、第1および第2光電界センサ12A,12Bを使用して空間を伝播する電磁波の各測定地点(第1測定地点K1および第2測定地点K2)における位相を測定しつつ、各測定地点K1,K2間の位相差を求める場合において、第1光電界センサ12Aから出射された位相データを伝送する第1光ファイバ30の長さL1に対する第2光電界センサ12Bから出射された位相データを伝送する第2光ファイバ31の長さL2の経路差(ΔL)(L1−L2)が位相の測定時における温度環境の変化に対して位相を精度よく測定することが可能な適正範囲内(第1光ファイバ30の長さ(L1)に対する第2光ファイバ31の長さ(L2)の経路差(ΔL)がプラスとマイナスとのうちの少なくとも一方の適正範囲内)になるように、第1光ファイバ30の長さ(L1)に対して第2光ファイバ31の長さ(L2)が調節されている。   In this optical sensor system 10B, as shown in FIG. 11, each measurement point (first measurement point K1 and second measurement point K2) of electromagnetic waves propagating in space using the first and second optical electric field sensors 12A and 12B. In the case of obtaining the phase difference between the measurement points K1 and K2 while measuring the phase at (2), the second relative to the length L1 of the first optical fiber 30 that transmits the phase data emitted from the first optical electric field sensor 12A. The path difference (ΔL) (L1−L2) of the length L2 of the second optical fiber 31 that transmits the phase data emitted from the optical electric field sensor 12B is accurate with respect to the change of the temperature environment during the phase measurement. Within an appropriate range that can be measured (the path difference (ΔL) of the length (L2) of the second optical fiber 31 with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30 is small between plus and minus The length (L2) of the second optical fiber 31 is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30 so as to be within at least one appropriate range.

光センサシステム10Bでは、経路差(ΔL)(L1−L2)が式:ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)によって算出され、その式によって算出された経路差(ΔL)となるように、第1光ファイバ30の長さ(L1)と第2光ファイバ31の長さ(L2)とが求められている。第1光ファイバ30の長さは、第1光電界センサ12Aの出力側と第1O/E変換器20Aの入力側とを接続する光ファイバ18の長さであり、第2光ファイバ31の長さは、第2光電界センサ12Bの出力側と第2O/E変換器20Bの入力側とを接続する光ファイバ18の長さである。   In the optical sensor system 10B, the path difference (ΔL) (L1−L2) is calculated by the formula: ΔL ≦ ΔPh / (0.0576 × Frq × ΔT), and the path difference (ΔL) calculated by the formula is used. In addition, the length (L1) of the first optical fiber 30 and the length (L2) of the second optical fiber 31 are required. The length of the first optical fiber 30 is the length of the optical fiber 18 that connects the output side of the first optical electric field sensor 12A and the input side of the first O / E converter 20A, and the length of the second optical fiber 31. This is the length of the optical fiber 18 that connects the output side of the second optical electric field sensor 12B and the input side of the second O / E converter 20B.

位相のズレ量(Ph)は、図6に示す式(1):で算出することができ、位相のズレ量の差(ΔPh)は、図6に示す式(2):で算出することができる。また、位相のズレ量(Ph)に対する光ファイバの長さ(L)は、図7に示す式(3):で算出することができ、位相のズレ量の差(ΔPh)に対する経路差(ΔL)は、図7に示す式(4):で算出することができる。それら式(1)〜式(4)を利用することで、位相のズレ量(Ph)が適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)と第2光ファイバの長さ(L2)とを求めることができ、経路差(ΔL)がプラス2mとマイナス2mとのうちの少なくとも一方の適正範囲内になるように、第1光ファイバの長さ(L1)と第2光ファイバの長さ(L2)とを求めることができる。 The phase shift amount (Ph) can be calculated by the equation (1): shown in FIG. 6, and the phase shift amount difference (ΔPh) can be calculated by the equation (2): shown in FIG. it can. Further, the length (L) of the optical fiber with respect to the phase shift amount (Ph) can be calculated by the equation (3) shown in FIG. 7, and the path difference (ΔL) with respect to the phase shift amount difference (ΔPh). ) Can be calculated by equation (4): shown in FIG. By using these formulas (1) to (4), the length (L1) of the first optical fiber and the length of the second optical fiber are set so that the phase shift amount (Ph) is within the appropriate range. (L2) and the length (L1) of the first optical fiber and the second light so that the path difference (ΔL) falls within an appropriate range of at least one of plus 2 m and minus 2 m. The fiber length (L2) can be determined.

この光センサシステム10Bにおける位相や位相差の測定の手順を説明すると、以下のとおりである。光センサシステム10Bにおける位相や位相差の測定時では、第1光電界センサ12Aおよび第2光電界センサ12Bによる位相の測定地点K1,K2が互いに近接している。したがって、第1光電界センサ12Aと第2光電界センサ12Bとが近接して配置されている。   The procedure for measuring the phase and phase difference in the optical sensor system 10B will be described as follows. At the time of measuring the phase and phase difference in the optical sensor system 10B, the phase measurement points K1, K2 by the first optical electric field sensor 12A and the second optical electric field sensor 12B are close to each other. Accordingly, the first optical electric field sensor 12A and the second optical electric field sensor 12B are arranged close to each other.

光センサシステム10Bにおける位相や位相差の測定時では、第1光ファイバ30および第2光ファイバ31における温度変動幅(ΔT)が同一であり、それら光電界センサ12A,12Bにおいて測定する電磁波の周波数(Frq)が同一である。他のアンテナから電磁波が発信されると、その電磁波が光センサシステム10B(第1および第2光電界センサ12A,12Bのアンテナ29)に受信される。   At the time of measuring the phase or phase difference in the optical sensor system 10B, the temperature fluctuation width (ΔT) in the first optical fiber 30 and the second optical fiber 31 is the same, and the frequency of the electromagnetic wave measured in the optical electric field sensors 12A and 12B. (Frq) is the same. When an electromagnetic wave is transmitted from another antenna, the electromagnetic wave is received by the optical sensor system 10B (antenna 29 of the first and second optical electric field sensors 12A and 12B).

光変調器用第1および第2光源19A,19Bは、1.55μmの波長であって50mWの電力量のレーザ光を出射している。レーザ光は、光源19A,19Bから偏波保持光ファイバ34を通って偏波合成器16に入射し、偏波合成器16によって偏波面が互いに直交する合成レーザ光に合成される。合成レーザ光は、光ファイバ18を通って光カプラ17に入射し、光カプラにおいて2つに分配された後、光サーキュレータ32A,32Bに入射する。光サーキュレータ32A,32Bは、合成レーザ光を第1および第2光電界センサ12A,12Bの光変調器25に入射させる。   The first and second light sources 19A and 19B for the optical modulator emit laser light having a wavelength of 1.55 μm and an electric energy of 50 mW. The laser light enters the polarization beam combiner 16 from the light sources 19A and 19B through the polarization maintaining optical fiber 34, and is combined by the polarization beam combiner 16 into a combined laser beam whose polarization planes are orthogonal to each other. The combined laser light enters the optical coupler 17 through the optical fiber 18 and is divided into two by the optical coupler, and then enters the optical circulators 32A and 32B. The optical circulators 32A and 32B cause the combined laser light to enter the optical modulator 25 of the first and second optical electric field sensors 12A and 12B.

反射型光変調器25では、図9に矢印X1で示すように、光サーキュレータ32A,32B(偏波合成器16)から出射された合成レーザ光が入出力光導波路27aの入出射口から導波路27aに進入し、位相シフト導波路27b,27cにおいて二分(分波)されて導波路27b,27cに進入する。その後、合成レーザ光から変調された変調光が光反射部33において反射され、矢印X2で示すように、入出力光導波路27aの入出射口から光ファイバ18(光サーキュレータ32A,32B)に出射される。   In the reflection type optical modulator 25, as indicated by an arrow X1 in FIG. 9, the combined laser light emitted from the optical circulators 32A and 32B (polarization synthesizer 16) is a waveguide from the input / output port of the input / output optical waveguide 27a. 27a enters the waveguides 27b and 27c after being divided into two (demultiplexed) by the phase shift waveguides 27b and 27c. Thereafter, the modulated light modulated from the combined laser light is reflected by the light reflecting portion 33 and emitted from the input / output port of the input / output optical waveguide 27a to the optical fiber 18 (optical circulators 32A and 32B) as indicated by an arrow X2. The

光変調器25では、アンテナ29で受信された電磁波の電界強度(高周波信号)によってアンテナ29(アンテナの延伸部位29aと延伸部位29b,29cとの間)に電圧が印加されると、互いに逆向きの電界がそれら位相シフト光導波路27b,27cに印加される(図4援用)。逆向きの電界が位相シフト光導波路27b,27cに印加されることにより、光導波路27b,27cにおける電気光学効果による屈折率変化の方向が互いに逆向きとなり、位相シフト導波路27b,27cを伝搬するレーザ光(合成レーザ光の一方のレーザ光)に互いに逆向きの位相シフトが生じる。その結果、反射部33によって反射したレーザ光が入出力光導波路27aにおける結合時に互いに干渉し、レーザ光の強度が変調されて変調光になる。   In the optical modulator 25, when a voltage is applied to the antenna 29 (between the extended portion 29 a of the antenna and the extended portions 29 b and 29 c) by the electric field strength (high frequency signal) of the electromagnetic wave received by the antenna 29, the directions are opposite to each other. Is applied to the phase shift optical waveguides 27b and 27c (in FIG. 4). By applying an electric field in the opposite direction to the phase shift optical waveguides 27b and 27c, the directions of refractive index change due to the electro-optic effect in the optical waveguides 27b and 27c are opposite to each other and propagate through the phase shift waveguides 27b and 27c. Phase shifts in opposite directions occur in the laser light (one of the combined laser lights). As a result, the laser beams reflected by the reflector 33 interfere with each other when coupled in the input / output optical waveguide 27a, and the intensity of the laser beams is modulated to become modulated light.

光変調器25によって変調された変調光は、入出力光導波路27aから出射され、光ファイバ18(光ファイバ30)を通って光サーキュレータ32Aから第1O/E変換器20Aに入射するとともに、光ファイバ18(光ファイバ31)を通って光サーキュレータ32Bから第2O/E変換器20Bに入射する。それらO/E変換器20A,20Bでは、変調光を変換した電気信号を生成し、その電気信号をアンプ21A,21Bに出力する。アンプ21A,21Bは、O/E変換器20A,20Bから出力された電気信号を増幅し、増幅した電気信号をネットワークアナライザ23に出力する。   The modulated light modulated by the optical modulator 25 is emitted from the input / output optical waveguide 27a, enters the first O / E converter 20A from the optical circulator 32A through the optical fiber 18 (optical fiber 30), and the optical fiber. 18 enters the second O / E converter 20B from the optical circulator 32B through 18 (optical fiber 31). These O / E converters 20A and 20B generate an electric signal obtained by converting the modulated light, and output the electric signal to the amplifiers 21A and 21B. The amplifiers 21A and 21B amplify the electrical signals output from the O / E converters 20A and 20B, and output the amplified electrical signals to the network analyzer 23.

ネットワークアナライザ23は、アンプ21A,21B(O/E変換器20A,20B)から出力された電気信号に基づいて第1および第2光電界センサ12A,12Bのアンテナ29が受信した各測定地点K1,K2における電磁波の位相を測定し、それら測定地点K1,K2間における電磁波の位相差を求め、測定した位相や求めた位相差をメモリに記憶するとともに、ディスプレイやプリンタから出力する。   The network analyzer 23 receives the measurement points K1 received by the antennas 29 of the first and second optical electric field sensors 12A and 12B based on the electrical signals output from the amplifiers 21A and 21B (O / E converters 20A and 20B). The phase of the electromagnetic wave at K2 is measured, the phase difference of the electromagnetic wave between the measurement points K1 and K2 is obtained, and the measured phase and the obtained phase difference are stored in a memory and output from a display or a printer.

光センサシステム10Bは、それら光電界センサ12A,12Bを使用して空間を伝播する電磁波の各測定地点K1,K2における位相を測定しつつそれら測定地点K1,K2間の位相差を求めるから、1つの光電界センサを使用して電磁波の位相を測定する場合と比較し、各光電界センサ12A,12Bから延びていて位相データを伝送する光ファイバ30,31の長さL1,L2が測定時の温度環境によって変化し、それによって各光電界センサ12A,12Bが測定した位相に変動(ズレ)が生じたとしても、第1光電界センサ12Aが測定した位相のズレ量に対して第2光電界センサ12Bが測定した位相のズレ量が近似していることを容易に証明することができ、各光電界センサ12A,12Bを利用して空間を伝播する電磁波の位相を高い信頼性で測定することができる。   The optical sensor system 10B uses the optical electric field sensors 12A and 12B to determine the phase difference between the measurement points K1 and K2 while measuring the phase of the electromagnetic waves propagating in the space at the measurement points K1 and K2. Compared with the case of measuring the phase of electromagnetic waves using two optical electric field sensors, the lengths L1 and L2 of the optical fibers 30 and 31 extending from the respective optical electric field sensors 12A and 12B and transmitting phase data are measured. Even if there is a variation (deviation) in the phase measured by each of the optical electric field sensors 12A and 12B due to change depending on the temperature environment, the second optical electric field with respect to the phase deviation amount measured by the first optical electric field sensor 12A. It can be easily proved that the phase shift amount measured by the sensor 12B is approximate, and the electromagnetic wave propagating in the space using each of the optical electric field sensors 12A and 12B. It can be measured phase with high reliability.

光センサシステム10Bは、各測定地点K1,K2間の電磁波の位相差を求める場合に、第1光電界センサ12Aから出射された位相データを伝送する第1光ファイバ30の長さ(L1)に対する第2光電界センサ12Bから出射された位相データを伝送する第2光ファイバ31の長さ(L2)の経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)を使用して第1光ファイバ30の長さ(L1)に対して第2光ファイバ31の長さ(L2)が調節されているから、各光電界センサ12A,12Bが測定した位相が大きく乖離することはなく、それら光電界センサ12A,12Bによって略正確な位相が測定され、各測定地点K1,K2間の位相差の測定精度を向上させることができる。   When the optical sensor system 10B obtains the phase difference of the electromagnetic waves between the measurement points K1 and K2, the optical sensor system 10B corresponds to the length (L1) of the first optical fiber 30 that transmits the phase data emitted from the first optical electric field sensor 12A. ΔL ≦ ΔPh / so that the path difference (ΔL) (L1−L2) of the length (L2) of the second optical fiber 31 that transmits the phase data emitted from the second optical electric field sensor 12B is within an appropriate range. Since the length (L2) of the second optical fiber 31 is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30 using (0.0576 × Frq × ΔT), each optical electric field sensor 12A , 12B are not greatly deviated from each other, and a substantially accurate phase is measured by the optical electric field sensors 12A, 12B, and the measurement accuracy of the phase difference between the measurement points K1, K2 can be improved.

光センサシステム10Bは、反射型光変調器25のアンテナ29で受信された電気信号の電界強度によって位相シフト光導波路27b,27cの屈折率を変化させ、位相シフト光導波路27b,27cを通る入力光(合成レーザ光)の強度を変調するから、空間を伝播する電磁波の測定感度を高くすることができ、外部から電力を供給することなく、受信した電磁波の電力のみによってその電磁波の位相を測定することができる。   The optical sensor system 10B changes the refractive index of the phase shift optical waveguides 27b and 27c according to the electric field strength of the electric signal received by the antenna 29 of the reflective optical modulator 25, and the input light passes through the phase shift optical waveguides 27b and 27c. Since the intensity of (synthetic laser light) is modulated, the measurement sensitivity of electromagnetic waves propagating in space can be increased, and the phase of the electromagnetic waves is measured only by the power of the received electromagnetic waves without supplying power from the outside. be able to.

光センサシステム10Bは、反射型光変調器25を利用することで、電磁波の測定効率を高くすることができ、各光ファイバ30,31の経路差(ΔL)(L1−L2)が適正範囲内になるように、第1光ファイバ30の長さ(L1)に対して第2光ファイバ31の長さ(L2)が調節されているから、それら光電界センサ12A,12Bによって、各測定地点K1,K2間の位相差の測定精度を確実に向上させることができる。   The optical sensor system 10B can increase the electromagnetic wave measurement efficiency by using the reflective optical modulator 25, and the path difference (ΔL) (L1-L2) between the optical fibers 30 and 31 is within an appropriate range. Since the length (L2) of the second optical fiber 31 is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber 30, the measurement points K1 are measured by the optical electric field sensors 12A and 12B. , K2 can reliably improve the measurement accuracy of the phase difference.

10A 光センサシステム
10B 光センサシステム
11 送受信装置
12A 第1光電界センサ
12B 第2光電界センサ
13 光送信部
14 光受信部
15 光変調器用光源
16 偏波合成器
17 光カプラ
18 シングルモード光ファイバ
19A 光変調器用第1光源
19B 光変調器用第2光源
20A 第1O/E変換器
20B 第2O/E変換器
21A 第1アンプ
21B 第2アンプ
24 筐体アンテナ
25 光変調器
26 単結晶基板(基板)
27 マッハツェンダー型光導波路(光導波路)
27a 入力光導波路(入出力光導波路)
27b 位相シフト光導波路
27c 位相シフト光導波路
27d 出力光導波路
28 バッファ層
29 アンテナ
29a 延伸部位
29b 延伸部位
29c 延伸部位
30 第1光ファイバ
31 第2光ファイバ
32A 光サーキュレータ
32B 光サーキュレータ
33 光反射部
34 偏波保持光ファイバ
K1 第1測定地点
K2 第2測定地点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10A Optical sensor system 10B Optical sensor system 11 Transceiver 12A 1st optical electric field sensor 12B 2nd optical electric field sensor 13 Optical transmission part 14 Optical receiving part 15 Light source for optical modulators 16 Polarization combiner 17 Optical coupler 18 Single mode optical fiber 19A First light source for optical modulator 19B Second light source for optical modulator 20A First O / E converter 20B Second O / E converter 21A First amplifier 21B Second amplifier 24 Housing antenna 25 Optical modulator 26 Single crystal substrate (substrate)
27 Mach-Zehnder type optical waveguide (optical waveguide)
27a Input optical waveguide (input / output optical waveguide)
27b Phase shift optical waveguide 27c Phase shift optical waveguide 27d Output optical waveguide 28 Buffer layer 29 Antenna 29a Extension part 29b Extension part 29c Extension part 30 First optical fiber 31 Second optical fiber 32A Optical circulator 32B Optical circulator 33 Optical reflector 34 Polarization Wave holding optical fiber K1 First measurement point K2 Second measurement point

Claims (6)

少なくとも2つの光電界センサを使用して空間を伝播する電磁波の少なくとも2つの測定地点における位相を測定しつつそれら測定地点間の位相差を求める場合において、それら光電界センサのうちの第1光電界センサから出射された位相データを伝送する第1光ファイバの長さ(L1)に対する第2〜第n光電界センサから出射された位相データを伝送する第2〜第n光ファイバの長さ(L2)の経路差(ΔL)(L1−L2)が前記位相の測定時における温度環境の変化に対して該位相を精度よく測定することが可能なプラス2mとマイナス2mとのうちの少なくとも一方の適正範囲内になるように、前記第1光ファイバの長さ(L1)に対して前記第2〜第n光ファイバの長さ(L2)が調節され、前記経路差(ΔL)が、式:ΔL≦ΔPh/(0.0576×Frq×ΔT)によって算出される(ΔL=経路差[m]、ΔPh=位相のズレ量の差[deg]、Frq=電磁波の周波数[GHz]、ΔT=測定時の温度変動幅[℃]、0.0576=位相係数[deg/GHz・℃・m])ことを特徴とする光センサシステム。 In the case where the phase difference between at least two measurement points is obtained while measuring the phase at least two measurement points of the electromagnetic wave propagating in the space using at least two optical electric field sensors, the first optical electric field of these optical electric field sensors The length (L2) of the second to n-th optical fibers transmitting the phase data emitted from the second to n-th optical electric field sensors with respect to the length (L1) of the first optical fiber transmitting the phase data emitted from the sensor path difference) (ΔL) (L1-L2 ) is, the phase of one of the plus 2m and minus 2m capable of measuring accurately at least one of relative change in temperature environment during measurement of the phase The length (L2) of the second to nth optical fibers is adjusted with respect to the length (L1) of the first optical fiber so as to be within an appropriate range, and the path difference (ΔL) is expressed by the formula: ΔL ≦ Calculated by Ph / (0.0576 × Frq × ΔT) (ΔL = path difference [m], ΔPh = phase shift difference [deg], Frq = electromagnetic wave frequency [GHz], ΔT = measurement time Temperature fluctuation range [° C.], 0.0576 = phase coefficient [deg / GHz · ° C. · m])) . 前記光センサシステムにおける前記電磁波の位相の測定時では、前記第1〜第n光ファイバにおける温度変動幅(ΔT)が同一であり、それら光電界センサにおいてセンシングする前記電磁波の周波数(Frq)が同一である請求項1に記載の光センサシステム。 When measuring the phase of the electromagnetic wave in the optical sensor system, the temperature fluctuation width (ΔT) in the first to nth optical fibers is the same, and the frequency (Frq) of the electromagnetic wave sensed in the optical electric field sensor is the same. light sensor system according to claim 1 is. 前記光センサシステムにおける前記電磁波の位相の測定時では、第1〜第n光電界センサによる位相の測定地点が互いに近接している請求項1または請求項2に記載の光センサシステム。 3. The optical sensor system according to claim 1, wherein at the time of measuring the phase of the electromagnetic wave in the optical sensor system, phase measurement points by the first to n-th optical electric field sensors are close to each other . 前記光センサシステムが、所定の電磁波を受信しつつその電磁波の電界強度に応じて入力光の強度を変調し、前記入力光を変調した変調光を出力する前記少なくとも2つの光電界センサと、それら光電界センサに所定長さの光ファイバを介して接続され、それら光電界センサに前記入力光を出射する光変調器用光源と、それら光電界センサに所定長さの光ファイバを介して接続され、それら光電界センサから出射された変調光を電気信号に変換するO/E変換器とを含み、前記第1〜第n光ファイバの長さが、前記第1〜第n光電界センサの出力側と前記O/E変換器の入力側とを接続する前記光ファイバの長さである請求項1ないし請求項3いずれかに記載の光センサシステム。 The optical sensor system receives predetermined electromagnetic waves, modulates the intensity of input light according to the electric field intensity of the electromagnetic waves, and outputs the modulated light obtained by modulating the input light; and Connected to the optical electric field sensor via an optical fiber having a predetermined length, and connected to the optical electric field sensor via an optical fiber having a predetermined length, and a light source for an optical modulator that emits the input light. An O / E converter that converts the modulated light emitted from the optical electric field sensors into an electric signal, and the length of the first to nth optical fibers is the output side of the first to nth optical electric field sensors. the O / E converter optical sensor system according to claim 3 or to the claims 1 to length of the optical fiber connecting the input side of the. 前記光変調器が、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路近傍に設置されたアンテナとを備え、前記光導波路が、光の入射側に延びる入力光導波路と、前記入力光導波路から二股に分岐して延びる2本の位相シフト導波路と、前記光の出射側に延びていてそれら位相シフト光導波路がつながる出力光導波路とから形成され、前記アンテナが、それら位相シフト導波路に並行して前記延伸方向へ延びるとともに、電気信号の電界強度をそれら位相シフト導波路に独立して印加することで該位相シフト光導波路の屈折率を変化させる請求項1ないし請求項4いずれかに記載の光センサシステム。 The optical modulator includes a substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and an antenna installed in the vicinity of the optical waveguide, and the optical waveguide is configured to receive light. An input optical waveguide extending to the side, two phase shift waveguides extending bifurcated from the input optical waveguide, and an output optical waveguide extending to the light output side and connected to the phase shift optical waveguide The antenna extends in the extension direction in parallel with the phase shift waveguides, and the electric field strength of the electric signal is independently applied to the phase shift waveguides to thereby adjust the refractive index of the phase shift optical waveguides. light sensor system according to any one of claims 4 to claims 1 vary. 前記光変調器が、電気光学効果を有する材料から作られた基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記基板上に設置されて前記光導波路を伝播する光を反射する光反射部と、前記光導波路近傍に設置されたアンテナとを備え、前記光導波路が、光の入射側に延びる入出力光導波路と、前記入出力光導波路から二股に分岐して延びていて前記光反射部に達する2本の位相シフト導波路とから形成され、前記アンテナが、それら位相シフト導波路に並行して前記延伸方向へ延びるとともに、電気信号の電界強度をそれら位相シフト導波路に独立して印加することで該位相シフト光導波路の屈折率を変化させる請求項1ないし請求項いずれかに記載の光センサシステム。 The optical modulator is a substrate made of a material having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and a light reflecting portion that is installed on the substrate and reflects light propagating through the optical waveguide. And an antenna installed in the vicinity of the optical waveguide, the optical waveguide extending to the input side of the light, the input / output optical waveguide extending in a bifurcated manner from the input / output optical waveguide, and extending to the light reflecting portion And the antenna extends in the extension direction in parallel with the phase shift waveguides and applies the electric field strength of the electric signal to the phase shift waveguides independently. light sensor system according to any claims 1 to 4 to change the refractive index of the phase shift optical waveguides by.
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