JPH0464030B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は電気光学効果を有する単結晶を用い
て電圧、電界を測定する光応用電圧・電界センサ
に関する。

〔従来技術とその問題点〕

この種の光応用電圧・電界センサの従来装置と
して、第１図および第２図に示すものが知られて
いる。第１図に示すセンサは、図示しない光源か
らの光（以下これを入射光８という）は光フアイ
バ１によつて導かれ、レンズ２を通過することに
よりほぼ平行ビームとなつて直交偏光子３に入射
される。このとき直交偏光子３は偏光子として作
用し、光は直線偏光となつて電気光学効果を有す
る単結晶５に入射される。単結晶５に入射された
光は単結晶５で矢印Ｅの向きに印加される被測定
電圧・電界強度に比例した位相差が与えられ、さ
らに1/8波長板４でπ／４の位相差が与えられた
後反射板６で反射される。そしてその反射された
光は再び1/8波長板４でπ／４の位相差が与えら
れ、さらに単結晶５で前述と同一の位相差が与え
られ反射前に光が伝播した光路を逆行する。この
逆行する光に対して直交偏光子３は検光子として
作用し、被測定電圧・電界強度に応じた光強度の
光がレンズ２を介して光フアイバ１に入射され、
この光フアイバ１によつて出射光９は受光部に導
かれる。この従来装置では１本の光フアイバによ
り入射光と出射光が導かれる。

第２図に示すセンサは第１図に示すセンサに対
し直交偏光子３の代りに偏光ビームスプリツタ７
を用いている点が異なる。ここで偏光ビームスプ
リツタ７は偏光子および検光子の機能を果すと同
時に光路を90°変更させる機能をも果している。
このことにより光フアイバ１の取り付け方向と単
結晶５中の光路とを直交させ、第１図に示すセン
サの場合の電界Ｅと直交する方向の電界Ｅを測定
するためのものである。

このような第１図および第２図に示すセンサで
は、出射光９を受光部に導びくために光フアイバ
１の途中に入射光８と出射光９を分離する方向性
結合器が必要である。第３図は前述の方向性結合
器を用いて出射光を受光部に導く装置を示し、光
源１０からの光は光フアイバ１１、レンズ１２、
ハーフミラー１３およびレンズ１４を介して光フ
アイバ１５に導かれ、第１図、第２図に示すよう
なセンサの検出部に達する。ここで、光はハーフ
ミラー１３によつて２分されるので検出部に達す
る光の強度は半分に減少する。さらに、検出部か
ら戻つてきた光は光フアイバ１５、レンズ１４、
ハーフミラー１３、レンズ１６および光フアイバ
１７を介して受光部１８に導かれる。この場合に
もハーフミラー１３により光は２分され、受光部
に達する光の光強度は戻つてきた光の半分に減少
する。このため、受光部に達する光はレンズ１２
を出射する光の少なくとも1/4に減少する。前述
ではハーフミラー１３の分配比が理想的な１対１
の場合について説明したが、これ以外の比の場合
にはその光強度の減少はさらに大きくなる。この
ように方向性結合器、例えばハーフミラー１３を
用いると、受光部１８に達する光の光強度が減少
してしまう。このように従来では、光源１０から
検出部へ伝播する光と検出部から受光部１８へ伝
播する光を同一の光フアイバ１５で導くために方
向性結合器が必要となり、これにより方向性結合
器での光強度の減少のために受光部１８に達する
光の強度が減少し、SN比が悪化するので測定感
度、精度が低下するという欠点を有する。

〔発明の目的〕

この発明の目的は従来装置の欠点を除去し、高
感度、高精度の光応用電圧・電界センサを提供す
ることにある。

〔発明の要点〕

この目的は本発明によれば、電気光学効果を有
する結晶の一方の端面側に偏光ビームスプリツタ
を、他方の端面側に反射板を配置し、前記単結晶
中で光の往路と復路で同一の光路を伝播させ、単
結晶中の光の伝播距離を単結晶の長さの２倍とす
るとともに偏光ビームスプリツタへの入射光と異
なる方向の偏光ビームスプリツタからの出射光を
光フアイバを介して受光部に導くことにより達成
される。これにより従来装置のように方向性結合
器を用いるために生じる光強度の減少を除去する
ことが可能で光応用電圧・電界センサの高感度
化、高精度化を達成される。

〔発明の実施例〕

次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第４図はこの発明の実施例を示し、電気光学効
果を有する単結晶２５の一方の端面側に偏光ビー
ムスプリツタ２３を配置し、他の端面側に反射板
２６を配置しかつ単結晶２５と、偏光ビームスプ
リツタ２３との間に1/8波長板２４を配置してい
る。図示してない光源からの光（以下これを入射
光３０という）は光フアイバ２１、レンズ２２を
介してほぼ平行ビームとなり、偏光子として機能
する偏光ビームスプリツタ２３に入射し、一定の
振動面の直線偏光（Ｐ成分）となつて出射する。
出射した光は1/8波長板２４を通過することによ
りπ／４の位相差が与えられ、単結晶２５中で矢
印Ｅ方向に印加される被測定電圧、電界に比例す
る位相差が与えられた後反射板２６によつて反射
され、さらに単結晶２５、1/8波長板２４におい
て往路と同一の位相差が与えられて偏光ビームス
プリツタ２３に入射する。この偏光ビームスプリ
ツタ２５で光は２分される。つまり、光のＰ成分
は直進してレンズ２２に入射し、光のＳ成分は向
きを90°変えてレンズ２７に入射する。レンズ２
７に入射した光を光フアイバ２８を介して出射光
３１として受光部に導き光電変換する。偏光ビー
ムスプリツタ２３はここで検光子として作用する
とともに光を２分する作用をも果している。この
ように入射方向と異なる方向へ光を出射する機能
を有する偏光ビームスプリツタ２３は偏光子と検
光子を直交ニコルに配置した場合と同一の役割を
はたす。

次に第５図は本発明の異なる実施例を示し、偏
光ビームスプリツタ２３からの出射光の向きを変
えるために、反射体２９を配置し、反射体２９の
表面で反射した光が偏光ビームスプリツタ２３へ
の入射光と平行になるようにしたものである。こ
の実施例によれば、光フアイバ２１と２８との取
り付け方向を平行にすることができる。

次に第６図は本発明の異なる実施例を示し、反
射体２９によつてレンズ２２を介して入射する入
射光を反射させその向きを変える構成にしたもの
であり、この構成によれば光フアイバ２１と２８
との取り付け方向を平行にすることができる。

第５図および第６図に示す実施例において、反
射体２９の反射率は誘電体多層膜を用いることに
より、光の偏光成分にほとんど依存せず、反射率
を99％以上とすることができるので反射による光
の損失はほとんどない。また、２本の光フアイバ
２１，２８の取り付け方向を平行にしたため、狭
い空間の電界測定が容易となる。この理由は、光
フアイバはその曲げ半径を非常に小さくすること
はできないが、２本の光フアイバ２１，２８を平
行にすれば光フアイバを曲げる必要がなくなるか
らである。更にこれらの実施例においては、1/8
波長板２４は同じ機能をもつ（１＋4m）／８（ｍ
は整数）波長板でもよい。また1/8波長板２４の
位置は単結晶２５と反射板２６との間でもよく、
反射板２６としては、誘電体多層反射膜を用い、
複素反射率を可能な限り１に近づけるのが望まし
い。そして偏光ビームスプリツタとしては、複屈
折性結晶あるいは誘電体多層膜が用いられ、２分
する光のなす角度は直角でなくともよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電気光学効果を有する単結
晶と、該単結晶の互いに異なる側面に配置された
反射板および偏光ビームスプリツタとを具備し、
光源からの光を前記偏光ビームスプリツタ、前記
単結晶の順に伝播させかつ前記反射板で反射させ
た後再び前記単結晶前記偏光ビームスプリツタの
順に伝播させ、前記偏光ビームスプリツタから出
射する２つの光ビームの中から前記偏光ビームス
プリツタへの入射光とは異なる方向へ出射する光
のみを光フアイバを介して受光部へ伝播させるよ
うに構成したことにより、従来の方向性結合器を
除去することができ、受光部に達する光強度が増
加してSN比が改善され測定感度、精度が良くな
る。また、反射板を用いて光を反射させ、電気光
学効果を有する単結晶中の光の伝播距離を単結晶
の長さの２倍としたことにより、横型変調では被
測定電圧、電界により生じる位相差が２倍となり
感度も２倍になる。さらに単結晶中での往路と復
路とを同一にすることができるため、単結晶の特
定の一方向に光を伝播させることが可能でセンサ
の温度依存性、直線性を悪化させることがないと
いう利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ異なる従来の光
応用電圧・電界センサを示す構成図、第３図は方
向性結合器を用いて出射光を受光部に導くように
した従来装置の構成図、第４図、第５図および第
６図はそれぞれ異なる本発明の実施例を示す構成
図である。 １，１１，１５，１７，２１，２８……光フア
イバ、２，１２，１４，１６，２２，２７……レ
ンズ、３……直交偏光子、５，２５……電気光学
結晶、４，２４……1/8波長板、６，２６……反
射板、７，２３……偏光ビームスプリツタ、８，
３０……入射光、９，３１……出射光、２９……
反射体、１０……光源、１３……ハーフミラー、
１８……受光部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気光学効果を有する単結晶と、該単結晶の
   互いに異なる側面に配置された反射板および偏光
   ビームスプリツタとを具備し、光源からの光を前
   記偏光ビームスプリツタ、前記単結晶の順に伝播
   させかつ前記反射板で反射させた後再び前記単結
   晶前記偏光ビームスプリツタの順に伝播させ、前
   記偏光ビームスプリツタから出射する２つの光ビ
   ームの中から前記偏光ビームスプリツタへの入射
   光とは異なる方向へ出射する光のみを光フアイバ
   を介して受光部へ伝播させることを特徴とする光
   応用電圧・電界センサ。