JPH05172917A - 光磁界センサ - Google Patents
光磁界センサInfo
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- JPH05172917A JPH05172917A JP28173891A JP28173891A JPH05172917A JP H05172917 A JPH05172917 A JP H05172917A JP 28173891 A JP28173891 A JP 28173891A JP 28173891 A JP28173891 A JP 28173891A JP H05172917 A JPH05172917 A JP H05172917A
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- magnetic field
- magneto
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 偏光子，検光子を要せずに簡略な構造を有す
る光磁界センサを提供する。 【構成】 磁界を印加しない状態では多磁区構造を有し
且つ入射光と平行な磁化成分が隣接する磁区で互いに異
なる磁気光学素子に光を透過させ，外部磁界が変化する
と磁壁の移動により変化する回折損失を検出する光磁界
センサである。 【効果】 偏光子，検光子を使用する必要がなく，光学
系を小型化できる。
る光磁界センサを提供する。 【構成】 磁界を印加しない状態では多磁区構造を有し
且つ入射光と平行な磁化成分が隣接する磁区で互いに異
なる磁気光学素子に光を透過させ，外部磁界が変化する
と磁壁の移動により変化する回折損失を検出する光磁界
センサである。 【効果】 偏光子，検光子を使用する必要がなく，光学
系を小型化できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，磁気光学素子を用いた
新規な構造の光磁界センサに関する。
新規な構造の光磁界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】光磁界
センサは，光を媒体としているため，絶縁性が良好であ
り，電磁誘導の影響を受けないという特徴を持ち，送電
線の電流測定等に使用されている。図６に従来の光磁界
センサの検出部の光学系を示す。光学系は，磁気光学素
子１，光ファイバ２，２’，コリメ−タレンズ３，
３’，偏光子７，検光子８から構成されている。光ファ
イバ２から出射した光はコリメ−タレンズ３により平行
ビ−ムとなり，偏光子７を透過し，直線偏光となる。磁
気光学素子１に磁界が印加されるとファラデ−効果によ
りこの直線偏光の偏光面が磁界の強度に比例して回転す
る。この光が検光子３を透過すると偏光面の角度により
光量が変化し，コリメ−タレンズ３’により光ファイバ
２’へ集光される。このようにして，磁界の大きさが光
量に変換される。
センサは，光を媒体としているため，絶縁性が良好であ
り，電磁誘導の影響を受けないという特徴を持ち，送電
線の電流測定等に使用されている。図６に従来の光磁界
センサの検出部の光学系を示す。光学系は，磁気光学素
子１，光ファイバ２，２’，コリメ−タレンズ３，
３’，偏光子７，検光子８から構成されている。光ファ
イバ２から出射した光はコリメ−タレンズ３により平行
ビ−ムとなり，偏光子７を透過し，直線偏光となる。磁
気光学素子１に磁界が印加されるとファラデ−効果によ
りこの直線偏光の偏光面が磁界の強度に比例して回転す
る。この光が検光子３を透過すると偏光面の角度により
光量が変化し，コリメ−タレンズ３’により光ファイバ
２’へ集光される。このようにして，磁界の大きさが光
量に変換される。
【０００３】しかしながら，上記のような従来の光磁界
センサは，特定の偏光成分を取り出すことにより光強度
を調整するため磁気光学素子の両側に偏光子，検光子を
配置する必要があり構造が複雑であるという問題があっ
た。
センサは，特定の偏光成分を取り出すことにより光強度
を調整するため磁気光学素子の両側に偏光子，検光子を
配置する必要があり構造が複雑であるという問題があっ
た。
【０００４】本発明の目的は，偏光子，検光子を要せ
ず，そのため光磁界センサ全体の構造を簡単にすること
ができる新規な光磁界センサを提供することにある。
ず，そのため光磁界センサ全体の構造を簡単にすること
ができる新規な光磁界センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は，上記課題を
解決するために鋭意検討・研究した結果，偏光子，検光
子を配置しなくても，垂直磁化の磁気光学材料を通過し
た光量が外部磁界により大きく変化できることを見出
し，本発明の光磁界センサを完成するに至った。
解決するために鋭意検討・研究した結果，偏光子，検光
子を配置しなくても，垂直磁化の磁気光学材料を通過し
た光量が外部磁界により大きく変化できることを見出
し，本発明の光磁界センサを完成するに至った。
【０００６】すなわち，このような目的は，下記（１）
〜（５）の発明により達成される。
〜（５）の発明により達成される。
【０００７】（１）磁界を印加しない状態では多磁区構
造を有し且つ磁区内の光の進行方向と平行な磁化成分が
隣接する磁区で互いに異なる磁気光学素子を用いたこと
を特徴とする光磁界センサ。
造を有し且つ磁区内の光の進行方向と平行な磁化成分が
隣接する磁区で互いに異なる磁気光学素子を用いたこと
を特徴とする光磁界センサ。
【０００８】（２）磁気光学素子の一方の側に１本また
は２本の光ファイバを配置し，他方の側に反射鏡を配置
したことを特徴とする上記（１）に記載の光磁界セン
サ。
は２本の光ファイバを配置し，他方の側に反射鏡を配置
したことを特徴とする上記（１）に記載の光磁界セン
サ。
【０００９】（３）反射鏡として磁気光学素子の表面に
作製した反射膜を用いることを特徴とする上記（２）に
記載の光磁界センサ。
作製した反射膜を用いることを特徴とする上記（２）に
記載の光磁界センサ。
【００１０】（４）複数枚の上記磁気光学素子を光の進
行方向に重ねて備えることを特徴とする上記（１）ない
し（３）のいずれかに記載の光磁界センサ。
行方向に重ねて備えることを特徴とする上記（１）ない
し（３）のいずれかに記載の光磁界センサ。
【００１１】（５）磁気光学素子としてＬＰＥ法により
作製したＢｉ置換した希土類鉄ガ−ネット膜を用いるこ
とを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記
載の光磁界センサ。
作製したＢｉ置換した希土類鉄ガ−ネット膜を用いるこ
とを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記
載の光磁界センサ。
【００１２】本発明に用いる磁気光学素子は，磁界を印
加しないときに，多磁区構造を有する材料であって，入
射光の進行方向に対する磁化ベクトル成分が隣接する磁
区で互いに異なるように入射光に対して配置される。磁
気光学素子の入射光に対する配置は，図２に示すよう
に，隣接する磁区内の磁化方向が入射光と平行であり且
つ互いに逆向きであることが好ましいが，垂直磁化を有
する磁気光学素子自体を入射光に対して斜めの配置にす
ることもできる。これは，斜めの配置にしても，入射光
と平行な磁化成分があり，かつ隣接するこの磁化成分が
逆向きになっているからである。また，感度の調整の目
的で磁気光学素子を複数枚重ね合わせて使用することも
できる。
加しないときに，多磁区構造を有する材料であって，入
射光の進行方向に対する磁化ベクトル成分が隣接する磁
区で互いに異なるように入射光に対して配置される。磁
気光学素子の入射光に対する配置は，図２に示すよう
に，隣接する磁区内の磁化方向が入射光と平行であり且
つ互いに逆向きであることが好ましいが，垂直磁化を有
する磁気光学素子自体を入射光に対して斜めの配置にす
ることもできる。これは，斜めの配置にしても，入射光
と平行な磁化成分があり，かつ隣接するこの磁化成分が
逆向きになっているからである。また，感度の調整の目
的で磁気光学素子を複数枚重ね合わせて使用することも
できる。
【００１３】上記のような磁界を印加しない状態で多磁
区構造を有する材料としては，例えば，ＬＰＥ法等によ
り作製したＢｉ置換希土類鉄ガ−ネット材料，希土類鉄
ガ−ネット，オルソフェライト等を挙げることができる
が，特にこれらに限定されず，本発明の目的を達成でき
る範囲内で多磁区材料を有する種々の材料を用いること
ができる。これらの材料を，磁化容易軸が面と垂直な方
向となるように切り出すことによって，一般に，垂直磁
化の薄膜状が得られ，本発明の素子として用いることが
できる。特に，ＬＰＥ法により作製したＢｉ置換希土類
鉄ガ−ネット膜の場合は，成長誘導磁気異方性により特
別の処理をしなくてもそのままで垂直磁化性を有してお
り，本発明の目的を達成する上で好ましい。しかも，こ
のＢｉ置換希土類鉄ガ−ネット材料はファラデ−回転能
が大きいため，薄い厚さで大きな回折損失が得られると
いう点からも好適である。
区構造を有する材料としては，例えば，ＬＰＥ法等によ
り作製したＢｉ置換希土類鉄ガ−ネット材料，希土類鉄
ガ−ネット，オルソフェライト等を挙げることができる
が，特にこれらに限定されず，本発明の目的を達成でき
る範囲内で多磁区材料を有する種々の材料を用いること
ができる。これらの材料を，磁化容易軸が面と垂直な方
向となるように切り出すことによって，一般に，垂直磁
化の薄膜状が得られ，本発明の素子として用いることが
できる。特に，ＬＰＥ法により作製したＢｉ置換希土類
鉄ガ−ネット膜の場合は，成長誘導磁気異方性により特
別の処理をしなくてもそのままで垂直磁化性を有してお
り，本発明の目的を達成する上で好ましい。しかも，こ
のＢｉ置換希土類鉄ガ−ネット材料はファラデ−回転能
が大きいため，薄い厚さで大きな回折損失が得られると
いう点からも好適である。
【００１４】
【作用】前記のような多磁区構造を有する磁気光学素子
からの回折損失は，外部磁界により磁壁の移動を介して
変化するので，外部磁界の強度が変化すると光強度が変
化し，磁界センサを実現できる。一般に回折損失は外部
磁界が０のとき最大になり，外部磁界が増すと磁壁の移
動により回折損失が減少する。そして飽和磁界以上で
は，該素子の多磁区構造は単磁区構造に変化するので回
折は生じなくなる。
からの回折損失は，外部磁界により磁壁の移動を介して
変化するので，外部磁界の強度が変化すると光強度が変
化し，磁界センサを実現できる。一般に回折損失は外部
磁界が０のとき最大になり，外部磁界が増すと磁壁の移
動により回折損失が減少する。そして飽和磁界以上で
は，該素子の多磁区構造は単磁区構造に変化するので回
折は生じなくなる。
【００１５】この回折による透過率Ｔは以下の近似式で
表される。
表される。
【００１６】 Ｔ＝ＣＯＳ2θf＋（Ｈ／Ｈｓ）2ＳＩＮ2θf ここで，θf は，飽和のファラデ−回転角 Ｈ は，外部磁界 Ｈｓは，飽和磁界である。
【００１７】このように透過率は外部磁界の２乗に依存
する。そのため外部磁界の大きさにのみ透過率が依存
し，外部磁界の正負は区別できない。通常，光磁界セン
サは，送電線から発生する交流磁界を検出するために用
いられるので，磁界の大きさが検出できれば充分であ
る。なお，磁気光学素子１にバイアスの磁界を印加して
おけば，外部磁界の正負も検出できる。
する。そのため外部磁界の大きさにのみ透過率が依存
し，外部磁界の正負は区別できない。通常，光磁界セン
サは，送電線から発生する交流磁界を検出するために用
いられるので，磁界の大きさが検出できれば充分であ
る。なお，磁気光学素子１にバイアスの磁界を印加して
おけば，外部磁界の正負も検出できる。
【００１８】以下に本発明の実施例を示すが，本発明は
それらに限定されるものではない。
それらに限定されるものではない。
【００１９】
実施例１ 図１に，本発明の光磁界センサの一具体例を用いた光学
系を示す。光学系は，印加磁界がないときに多磁区構造
を有する磁気光学材料１，コリメ−タレンズ３，３’，
光ファイバ２，２’から構成されている。光ファイバ２
から出射した光は，コリメ−タレンズ３により平行ビ−
ムに変換され，磁気光学素子１を透過する。磁気光学素
子１により回折されない光のみ，コリメ−タレンズ３’
により光ファイバ２’へ入射する。磁気光学材料１とし
て，ＬＰＥ法により作製したＢｉ1.4Ｙ1.6Ｆｅ5Ｏ12 の
材料を用いた。この材料は垂直磁化性を有していた。こ
の材料の厚さを２００μｍとした。この系において，外
部磁界の強度を０から徐々に大きくすることによって磁
気光学材料１からの回折損失が低下し，光ファイバ２’
への入射光が増加する。磁界を印加しない状態での透過
損失は１２ｄＢであった。徐々に磁界を印加すると，損
失は徐々に減少し，約１．５ｋＯｅの磁界の下で損失は
１ｄＢとなった。これ以上磁界を印加しても，損失は１
ｄＢのまま変化しなかった。
系を示す。光学系は，印加磁界がないときに多磁区構造
を有する磁気光学材料１，コリメ−タレンズ３，３’，
光ファイバ２，２’から構成されている。光ファイバ２
から出射した光は，コリメ−タレンズ３により平行ビ−
ムに変換され，磁気光学素子１を透過する。磁気光学素
子１により回折されない光のみ，コリメ−タレンズ３’
により光ファイバ２’へ入射する。磁気光学材料１とし
て，ＬＰＥ法により作製したＢｉ1.4Ｙ1.6Ｆｅ5Ｏ12 の
材料を用いた。この材料は垂直磁化性を有していた。こ
の材料の厚さを２００μｍとした。この系において，外
部磁界の強度を０から徐々に大きくすることによって磁
気光学材料１からの回折損失が低下し，光ファイバ２’
への入射光が増加する。磁界を印加しない状態での透過
損失は１２ｄＢであった。徐々に磁界を印加すると，損
失は徐々に減少し，約１．５ｋＯｅの磁界の下で損失は
１ｄＢとなった。これ以上磁界を印加しても，損失は１
ｄＢのまま変化しなかった。
【００２０】実施例２ 図３は，本発明の光磁界センサの別の具体例を用いた光
学系を示す図である。
学系を示す図である。
【００２１】磁気光学材料１の一方の側に，併設した２
本の光ファイバ２，２’を，他方の側に反射鏡４を配置
した光学系である。光ファイバ２から出射した光はコリ
メ−タレンズ３で平行ビ−ムとなり磁気光学素子１を透
過後，反射鏡４で反射される。
本の光ファイバ２，２’を，他方の側に反射鏡４を配置
した光学系である。光ファイバ２から出射した光はコリ
メ−タレンズ３で平行ビ−ムとなり磁気光学素子１を透
過後，反射鏡４で反射される。
【００２２】反射光は再び磁気光学素子１を透過し，コ
リメ−タレンズ３により光ファイバ２’へ集光される。
但し，磁気光学素子１により回折された光は光ファイバ
２’へ集光されず，損失が生じる。この場合，光は，磁
気光学素子１を２度透過するため，実施例１と比較して
磁気光学素子１の厚さをほぼ半分にできる。実際に実施
例１と同じ材料を，厚さを１００μｍとして用い，反射
鏡としては磁気光学素子１の表面に蒸着により作製した
Ａｌ膜を用いて光磁界センサを作製した。各素子は接着
剤により一体化した。測定した所，実施例１とほぼ同様
な結果が得られた。
リメ−タレンズ３により光ファイバ２’へ集光される。
但し，磁気光学素子１により回折された光は光ファイバ
２’へ集光されず，損失が生じる。この場合，光は，磁
気光学素子１を２度透過するため，実施例１と比較して
磁気光学素子１の厚さをほぼ半分にできる。実際に実施
例１と同じ材料を，厚さを１００μｍとして用い，反射
鏡としては磁気光学素子１の表面に蒸着により作製した
Ａｌ膜を用いて光磁界センサを作製した。各素子は接着
剤により一体化した。測定した所，実施例１とほぼ同様
な結果が得られた。
【００２３】実施例３ 図４は，実施例２にさらに反射膜６を備えたガラスプリ
ズム５を配置したものである。光ファイバ２から出射し
た光はコリメ−タレンズ３で平行ビ−ムとなり，反射膜
６で反射され，磁気光学素子１を透過後，反射鏡４で反
射される。反射光はほぼ同じ光路を通り，コリメ−タレ
ンズ３により光ファイバ２’へ集光される。
ズム５を配置したものである。光ファイバ２から出射し
た光はコリメ−タレンズ３で平行ビ−ムとなり，反射膜
６で反射され，磁気光学素子１を透過後，反射鏡４で反
射される。反射光はほぼ同じ光路を通り，コリメ−タレ
ンズ３により光ファイバ２’へ集光される。
【００２４】回折光が集光されないのは，実施例２と同
様であるが，図４に示すように検出可能な磁界の方向
は，実施例２の場合とは，９０°と異なっている。光フ
ァイバが送電線に沿って配置されており，測定したい磁
界が光ファイバの方向と直角の角度をなす場合に，好都
合な構造である。
様であるが，図４に示すように検出可能な磁界の方向
は，実施例２の場合とは，９０°と異なっている。光フ
ァイバが送電線に沿って配置されており，測定したい磁
界が光ファイバの方向と直角の角度をなす場合に，好都
合な構造である。
【００２５】実施例４ 図５は，実施例２において光ファイバを一本のみで構成
した場合である。光ファイバ２から出射した光は，磁気
光学素子１により回折されない光のみ，再び光ファイバ
２へ入射する。この場合は，光送受信側に光分岐器を配
置し，戻り光を受信部で受光できるようにする必要があ
る。光ファイバを一本のみで構成した非常に簡単な構造
である。
した場合である。光ファイバ２から出射した光は，磁気
光学素子１により回折されない光のみ，再び光ファイバ
２へ入射する。この場合は，光送受信側に光分岐器を配
置し，戻り光を受信部で受光できるようにする必要があ
る。光ファイバを一本のみで構成した非常に簡単な構造
である。
【００２６】
【発明の効果】本発明の光磁界センサは，偏光子，検光
子が不要であり構造が極めて簡単である。また，反射鏡
を配置して磁気光学素子に光を２度透過させる構造を採
用した場合は，単に透過させる場合と比較して素子の厚
さを半分にでき，かつレンズも１個で済むため，極めて
小型である。
子が不要であり構造が極めて簡単である。また，反射鏡
を配置して磁気光学素子に光を２度透過させる構造を採
用した場合は，単に透過させる場合と比較して素子の厚
さを半分にでき，かつレンズも１個で済むため，極めて
小型である。
【００２７】
【図１】 本発明の光磁界センサの一具体例を用いた光
学系を示す図である。
学系を示す図である。
【図２】 本発明に用いる多磁区構造を有する磁気光学
素子を示す図である。
素子を示す図である。
【図３】 反射鏡を配置した本発明の光磁界センサの他
の具体例を用いた光学系を示す図である。
の具体例を用いた光学系を示す図である。
【図４】 プリズムを配置した本発明の光磁界センサの
他の具体例を用いた光学系を示す図である。
他の具体例を用いた光学系を示す図である。
【図５】 光ファイバを１本で構成した本発明の光磁界
センサの他の具体例を用いた光学系を示す図である。
センサの他の具体例を用いた光学系を示す図である。
【図６】 従来型の光磁界センサを示す図である。
【符号の説明】 １ 磁気光学材料 ２，２’ 光ファイバ ３，３’ コリメ−タレンズ ４ 反射鏡 ５ ガラスプリズム ６ 反射膜 ７ 偏光子 ８ 検光子
Claims (5)
- 【請求項１】 磁界を印加しない状態では多磁区構造を
有し且つ磁区内の光の進行方向と平行な磁化成分が隣接
する磁区で互いに異なる磁気光学素子を用いたことを特
徴とする光磁界センサ。 - 【請求項２】 磁気光学素子の一方の側に１本または２
本の光ファイバを配置し，他方の側に反射鏡を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の光磁界センサ。 - 【請求項３】 反射鏡として磁気光学素子の表面に作製
した反射膜を用いることを特徴とする請求項２に記載の
光磁界センサ。 - 【請求項４】 複数枚の上記磁気光学素子を光の進行方
向に重ねて備えることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかに記載の光磁界センサ。 - 【請求項５】 磁気光学素子としてＬＰＥ法により作製
したＢｉ置換した希土類鉄ガ−ネット膜を用いることを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光磁界
センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281738A JP3065142B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 光磁界センサ |
| US07/892,468 US5477376A (en) | 1991-06-04 | 1992-06-02 | Optical attenuators and optical modulators employing magneto-optic element |
| US08/526,336 US5619367A (en) | 1991-06-04 | 1995-09-11 | Apparatus and method for measuring magnetic fields employing magneto-optic element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281738A JP3065142B2 (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 光磁界センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172917A true JPH05172917A (ja) | 1993-07-13 |
| JP3065142B2 JP3065142B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=17643298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3281738A Expired - Fee Related JP3065142B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-10-28 | 光磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3065142B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017098423A (ja) * | 2015-11-25 | 2017-06-01 | 公益財団法人電磁材料研究所 | 透光性磁性体 |
| JPWO2019066050A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2020-09-17 | シチズンファインデバイス株式会社 | 磁気センサ素子及び磁気センサ装置 |
-
1991
- 1991-10-28 JP JP3281738A patent/JP3065142B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017098423A (ja) * | 2015-11-25 | 2017-06-01 | 公益財団法人電磁材料研究所 | 透光性磁性体 |
| JPWO2019066050A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2020-09-17 | シチズンファインデバイス株式会社 | 磁気センサ素子及び磁気センサ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3065142B2 (ja) | 2000-07-12 |
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