JP6557630B2 - 電界強度測定器 - Google Patents
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Description
Δn=(1/2)×(n0 3r41E) ・・・(式1)
Δn=(dn/dT)×T ・・・(式2)
Δφ=(2π/λ)×Δn×L ・・・(式3)
I=αsin2(φ+Δφ)(α:係数)・・・(式4)
図2は、本実施形態の電界強度測定器の全体の概略構成を示す図であり、図3は、本実施形態の電界強度測定器に用いられる電界検出素子の構成例を示す図である。本実施形態の電界強度測定器は、図2に示すように、光源1と、電界検出素子2と、光強度検出器3とを備えて構成される。光源1と電界検出素子2とはPMF(Polarization Maintaining Fiber:偏波保持ファイバ)4により接続され、電界検出素子2と光強度検出器3とはSMF(Single Mode Fiber:シングルモードファイバ)5により接続されている。電界強度測定器は、印加電界に応じて伝搬光に位相変化を与える電界検出素子2に対して検出対象の電界Eが印加されるように配置して、光強度検出器3において電界検出素子2を伝搬した光の強度を観測することにより電界測定を行なう。
ここで本実施形態の電界強度測定器に用いられる電界検出素子を説明するために、光導波路を用いたマッハツェンダー干渉計について説明する。光導波路を用いたマッハツェンダー干渉計は、通信分野において光スイッチや光位相変調器などで応用されている。図4に典型的な光導波路を用いた等長マッハツェンダー干渉計の模式図を示す。
一方、図4に示す構成では、アーム導波路21及びアーム導波路22の長さが等しいので、測定環境温度が変動した場合でも、温度変動の影響はアーム導波路21とアーム導波路22の両方に等しく作用するため、導波路長による伝搬光1と伝搬光2の位相差Δφは0となる。したがって、図4に示す等長マッハツェンダー干渉計構造は、2つの伝搬光1、2の位相差は測定環境温度の変動の影響を受けない構成といえる。
ここで図3の電界検出素子の光学特性評価を行った。図7に本実施形態の電界検出素子の光学特性を測定する測定系構成図を示す。
次に、本実施形態の電界強度測定器を用いた電界強度の測定動作について説明する。図2に示す電界強度測定器の電界検出素子2を測定対象の電界Eの電界雰囲気中に配置する。
I=αsin2(φ+Δφ)(α:係数)・・・(式4)
また、上記(式5)より、E=(Δφ×λ)/(2π×n3×r×L)(式6)であるから、算出したΔφと、TE光の波長λ、導波路の長さLA1+LA2=LまたはLB1+LB2=L、電界検出素子2の初期の屈折率nとを(式6)に代入することによって検出対象の電界Eの電界強度が得られる。
第1の実施形態では平面光導波路によるマッハツェンダー干渉計構造を有する電界検出素子により、温度に対して安定に電界強度を測定することができた。第2の実施形態では、第1の実施形態の光導波路のアーム導波路長Lを長くすることで電界強度の測定感度を高めることを実現した。その他の構成については第1の実施形態と同様であり、その説明を省略する。
2 電界検出素子
3 光強度検出器
4 PMF
5 SMF
10 電気光学結晶
11 反射構造
12 光源
13 光ファイバ
14 サーキュレータ
15 光検出器
16 ロックインアンプ
21、22、25、26、27、28 アーム導波路
23、24 3dBカプラー
Claims (4)
- 所定の波長の光を出力する光源と、
測定対象の電界中に設けられ、前記光源から出力された光を導波するマッハツェンダー干渉計と、
前記マッハツェンダー干渉計を伝搬した光の強度を測定することによって、前記測定対象の電界強度を検出する検出部とを備えた電界強度測定器であって、
前記マッハツェンダー干渉計は、電気光学結晶を用いて構成された互いに長さが等しい2本のアーム導波路を有し、該2本のアーム導波路は異なる結晶方位方向に光を導波し、
前記2本のアーム導波路のうちの一方のアーム導波路は、長さL A1 、L A2 を持つ2つの[0*1]方向の光導波路と、4つの90度曲げ導波路によって構成され、他方のアーム導波路は、長さL B1 、L B2 を持つ2つの[0**]方向の光導波路と、4つの90度曲げ導波路によって構成されており、前記アーム導波路の前記長さはL A1 +L A2 =L B1 +L B2 の関係を有し、前記アーム導波路の4つの90度曲げ導波路同士は、互いに等しい長さを有すること
を特徴とする電界強度測定器。 - 前記2本のアーム導波路は、基板上に往復する渦巻状に巻いて形成されることにより、微小領域内に長い導波路を配置することを特徴とする、請求項1に記載の電界強度測定器。
- 前記検出部で検出した光強度をIとし、前記マッハツェンダー干渉計の2本のアーム導波路の直線部分の長さをLA1+LA2=LB1+LB2=L、前記導波する光の波長をλ、ポッケルス係数をr、前記電気光学結晶の電界非印加時の屈折率をnとすると、
前記検出部は、
前記光強度I=αsin2(φ+Δφ)によりΔφを算出し、
さらに、ΔφをE=(Δφ×λ)/(2π×n3×r×L)に代入して測定対象の電界強度Eを算出することを特徴とする、請求項1または2に記載の電界強度測定器。 - 前記光源から出力される光はTE光であることを特徴とする、請求項1乃至3いずれかに記載の電界強度測定器。
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