JPH0640123B2 - 磁界センサ - Google Patents
磁界センサInfo
- Publication number
- JPH0640123B2 JPH0640123B2 JP2002617A JP261790A JPH0640123B2 JP H0640123 B2 JPH0640123 B2 JP H0640123B2 JP 2002617 A JP2002617 A JP 2002617A JP 261790 A JP261790 A JP 261790A JP H0640123 B2 JPH0640123 B2 JP H0640123B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polarization
- incident
- optical waveguide
- magnetic field
- linearly polarized
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光導波ループを用いて充分に温度補償を施し
たループ型の磁界センサに関するものである。
たループ型の磁界センサに関するものである。
（従来の技術と発明が解決しようとするその問題点） 従来の代表的な光学的磁界センサは、第２図に示すよう
に、前後に偏光子33および検光子35を配置したフアラデ
イ回転子１８を通過させた直線偏光光ビームを光検出器
22に導いて、フアラデイ回転子18に印加された磁界に応
じた直線偏光面の回転角に対応した通過光量の変化に基
づいて印加磁界の大きさを知るものである。実際の装置
においては、例えば、図示のように、偏光子33を通過し
た入射光の偏波面に対して45°すなわちπ／４ラジアン
だけ偏波面を回転させた検光子35にフエラデイ回転子18
を通過した入射光を導き、その出力光量の変化からフア
ラデイ回転子18による偏波面の回転角、したがって、フ
アラデイ回転子18の印加磁界の強さを求める。いま、入
射光強度をＤ２とし、フアラデイ回転子18による偏波面
の回転角をθＦとすれば、検光子出力はつぎの(1)式に
比例する。
に、前後に偏光子33および検光子35を配置したフアラデ
イ回転子１８を通過させた直線偏光光ビームを光検出器
22に導いて、フアラデイ回転子18に印加された磁界に応
じた直線偏光面の回転角に対応した通過光量の変化に基
づいて印加磁界の大きさを知るものである。実際の装置
においては、例えば、図示のように、偏光子33を通過し
た入射光の偏波面に対して45°すなわちπ／４ラジアン
だけ偏波面を回転させた検光子35にフエラデイ回転子18
を通過した入射光を導き、その出力光量の変化からフア
ラデイ回転子18による偏波面の回転角、したがって、フ
アラデイ回転子18の印加磁界の強さを求める。いま、入
射光強度をＤ２とし、フアラデイ回転子18による偏波面
の回転角をθＦとすれば、検光子出力はつぎの(1)式に
比例する。
Ｄ２cos2（π／４−θＦ）＝（Ｄ２／２）［１＋cos｛２（π／４−θＦ）｝〕
＝（Ｄ２／２）［１＋sin２θＦ］ (1) したがって、上式(1)から回転角θＦが求まり、さら
に、印加磁界が計測される。しかしながら、かかる磁界
計測においては、入射光強度や各部の損失量が変動すれ
ば、その変動量がそのまま計測誤差になり、特に、入出
射光路に光ファイバを用いた場合には、その伝送損失の
変化も出力に現われて、被測定磁界の強さの変化と混同
されるおそれがあり、しかも、かかる光ファイバ伝送損
失の変動の効果を計測結果から除去することが困難とい
う問題点がある。
＝（Ｄ２／２）［１＋sin２θＦ］ (1) したがって、上式(1)から回転角θＦが求まり、さら
に、印加磁界が計測される。しかしながら、かかる磁界
計測においては、入射光強度や各部の損失量が変動すれ
ば、その変動量がそのまま計測誤差になり、特に、入出
射光路に光ファイバを用いた場合には、その伝送損失の
変化も出力に現われて、被測定磁界の強さの変化と混同
されるおそれがあり、しかも、かかる光ファイバ伝送損
失の変動の効果を計測結果から除去することが困難とい
う問題点がある。
本発明の目的は、偏波保存光ファイバの伝送損失や伝送
定数等のふらつきによる測定誤差が取除かれた光磁界セ
ンサを提供することにある。
定数等のふらつきによる測定誤差が取除かれた光磁界セ
ンサを提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明磁界センサは、偏波面が互いに交叉した直線偏光
の２光波を少なくとも互いに分離するとともに互いに合
成する第１および第２の偏波分離合成手段と、偏波面を
保持して直線偏光の光波を伝送する単一の偏波保存光フ
ァイバよりなって前記第１および前記第２の偏波分離合
成手段を互いに接続する光導波路と、入射した直線偏光
の偏波面を、入射の向きに応じ、それぞれ異なる極性お
よび同一極性で回転させる非相反のフアラデイ回転子お
よび相反回転子を順次に接続した光導波ループとを備
え、前記光導波路を介して前記第１の偏波分離合成手段
に入射した偏波面が互いに直交した直線偏波の２光波を
互いに分離して前記光導波ループに互いに逆の向きに入
射させ、当該光導波ループの互いに逆の向きの出力偏波
光を当該第１の偏波分離合成手段に入射させて互いに合
成するとともに、当該合成の出力光波を、前記光導波路
を介し、前記第２の偏波分離合成手段に入射させて互い
に分離し、当該分離の出力２直線偏波成分の光強度を互
いに比較して算出した前記フアラデイ回転子による偏波
面回転角に基づいて、当該フアラデイ回転子に印加した
磁界の強さを測定し得るようにしたことを特徴とするも
のである。
の２光波を少なくとも互いに分離するとともに互いに合
成する第１および第２の偏波分離合成手段と、偏波面を
保持して直線偏光の光波を伝送する単一の偏波保存光フ
ァイバよりなって前記第１および前記第２の偏波分離合
成手段を互いに接続する光導波路と、入射した直線偏光
の偏波面を、入射の向きに応じ、それぞれ異なる極性お
よび同一極性で回転させる非相反のフアラデイ回転子お
よび相反回転子を順次に接続した光導波ループとを備
え、前記光導波路を介して前記第１の偏波分離合成手段
に入射した偏波面が互いに直交した直線偏波の２光波を
互いに分離して前記光導波ループに互いに逆の向きに入
射させ、当該光導波ループの互いに逆の向きの出力偏波
光を当該第１の偏波分離合成手段に入射させて互いに合
成するとともに、当該合成の出力光波を、前記光導波路
を介し、前記第２の偏波分離合成手段に入射させて互い
に分離し、当該分離の出力２直線偏波成分の光強度を互
いに比較して算出した前記フアラデイ回転子による偏波
面回転角に基づいて、当該フアラデイ回転子に印加した
磁界の強さを測定し得るようにしたことを特徴とするも
のである。
（作用） 本発明によれば、伝送路の伝送損失の変動が補償されて
高精度の性能を備えた磁界センサを実現することができ
る。
高精度の性能を備えた磁界センサを実現することができ
る。
（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳細に説明
する。
する。
本発明による２偏波型安定化磁界センサの構成例を第１
図に示す。図示の構成においては、光導波ループを用い
た磁界センサの出力偏光光波を偏波面により分離して安
定確実に検出し、被測定磁界の強さを正確に解析し得る
ようにしてある。すなわち、光導波ループ中に位置する
構成要素のうち、24は例えば偏波分離プリズムなどの偏
波分離素子であって、入射光波をその偏波面の相違によ
って分離する。また、２，３は反射鏡であり、18は被測
定磁界中に配置したフアラデイ回転子などの非相反偏波
面回転子であって、磁界検出部をなしている。さらに、
25は相反型偏波面回転素子であって、偏波面を45°回転
させるのが最適である。
図に示す。図示の構成においては、光導波ループを用い
た磁界センサの出力偏光光波を偏波面により分離して安
定確実に検出し、被測定磁界の強さを正確に解析し得る
ようにしてある。すなわち、光導波ループ中に位置する
構成要素のうち、24は例えば偏波分離プリズムなどの偏
波分離素子であって、入射光波をその偏波面の相違によ
って分離する。また、２，３は反射鏡であり、18は被測
定磁界中に配置したフアラデイ回転子などの非相反偏波
面回転子であって、磁界検出部をなしている。さらに、
25は相反型偏波面回転素子であって、偏波面を45°回転
させるのが最適である。
一方、偏波分離素子24に対する入出力光波を導入・導出
する偏波保存光ファイバ26は、磁界センサとして不可欠
の構成要素ではないが、上述したように被測定磁界に感
応して偏波面を回転させる入出力偏光光波の偏波面を保
持して伝送し、回転角測定を高精度化、安定化するに有
用であり、特に、遠隔計測の場合に極めて有用である。
なお、偏波保存光ファイバは、光ファイバを非軸対称に
構成して単一偏波のみを伝搬させ、しかも、その偏波を
そのまま保持した状態で伝搬させ得るものである。
する偏波保存光ファイバ26は、磁界センサとして不可欠
の構成要素ではないが、上述したように被測定磁界に感
応して偏波面を回転させる入出力偏光光波の偏波面を保
持して伝送し、回転角測定を高精度化、安定化するに有
用であり、特に、遠隔計測の場合に極めて有用である。
なお、偏波保存光ファイバは、光ファイバを非軸対称に
構成して単一偏波のみを伝搬させ、しかも、その偏波を
そのまま保持した状態で伝搬させ得るものである。
また、27は入出力光波分離用のビームスプリッタであ
り、28はビームスプリッタ27により分離した光導波ルー
プからの光波を偏波面に応じて互いに分離する偏波分離
素子である。さらに、22,23は光検出器であって、それ
ぞれ偏波面の異なる光波の振幅を検出し、それらの検出
出力信号を信号解析器29に導いて解析を行ない、フアラ
デイ回転子18により検知した被測定磁界の強さを算出す
る。
り、28はビームスプリッタ27により分離した光導波ルー
プからの光波を偏波面に応じて互いに分離する偏波分離
素子である。さらに、22,23は光検出器であって、それ
ぞれ偏波面の異なる光波の振幅を検出し、それらの検出
出力信号を信号解析器29に導いて解析を行ない、フアラ
デイ回転子18により検知した被測定磁界の強さを算出す
る。
上述した第10図示の構成による磁界センサにおいて、い
ま、偏波保存光ファイバ26を介して互いに直交する直線
偏光の２光波Ａ，Ｂが偏波分離素子24に入射すると、そ
れらの２光波Ａ，Ｂは互いに分離されて光導波ループを
互いに逆回りに進行する。かかる２光波の進行中に、光
波Ａが、その進行方向に向って時計回りの向きに、相反
偏波面回転素子25によりθＯラジアンだけ偏波面の回転
を受けるとともに非相反のフアラデイ回転子18によりθ
Ｆラジアンだけ偏波面の回転を受け、合計（θＯ＋
θＦ）ラジアンの偏波面回転を生じたとすると、光波Ｂ
は、その進行方向に向って同じく時計回りの向きに、相
反偏波面回転素子25によりθＯラジアンだけ偏波面の回
転を受けるとともに非相反のフアラデイ回転子18により
−θＦラジアンだけ偏波面の回転を受け、合計（θＯ−
θＦ）ラジアンの偏波面回転を生ずることになる。しか
も、光波Ｂは、光波Ａとは逆向きに進行しているのであ
るから、光波Ａの進行方向に向っては時計回りの向きに
（θＦ−θＯ）ラジアンだけの偏波面回転を生じている
ことになる。
ま、偏波保存光ファイバ26を介して互いに直交する直線
偏光の２光波Ａ，Ｂが偏波分離素子24に入射すると、そ
れらの２光波Ａ，Ｂは互いに分離されて光導波ループを
互いに逆回りに進行する。かかる２光波の進行中に、光
波Ａが、その進行方向に向って時計回りの向きに、相反
偏波面回転素子25によりθＯラジアンだけ偏波面の回転
を受けるとともに非相反のフアラデイ回転子18によりθ
Ｆラジアンだけ偏波面の回転を受け、合計（θＯ＋
θＦ）ラジアンの偏波面回転を生じたとすると、光波Ｂ
は、その進行方向に向って同じく時計回りの向きに、相
反偏波面回転素子25によりθＯラジアンだけ偏波面の回
転を受けるとともに非相反のフアラデイ回転子18により
−θＦラジアンだけ偏波面の回転を受け、合計（θＯ−
θＦ）ラジアンの偏波面回転を生ずることになる。しか
も、光波Ｂは、光波Ａとは逆向きに進行しているのであ
るから、光波Ａの進行方向に向っては時計回りの向きに
（θＦ−θＯ）ラジアンだけの偏波面回転を生じている
ことになる。
上述のような偏波面回転を生じた光波Ａが再度偏波分離
素子24に入射した際に、その偏波分離素子24を通過し得
るのは光波Ａの偏波面と直交する偏波成分であり、その
振幅は入射光波Ａのsin（θＯ＋θＦ）であり、同様に
して、光波Ｂが再度偏波分離素子24に入射した際に、そ
の偏波分離素子24を通過し得るのは入射光波Ｂの振幅の
sin（θＯ−θＦ）倍である。偏波分離素子24を通過し
たこれらの光波は偏波保存光ファイバ26を介して送出源
側に戻るのであるが、入射時とは異なる偏波面をもって
戻るので、光波Ａ，Ｂともに往路と復路とで全く同一の
光路を経由することになり、光ファイバの異なる２偏波
に対する伝送損失、位相定数等の伝送特性の差異は往路
と復路とでそれぞれ相殺されることになる。
素子24に入射した際に、その偏波分離素子24を通過し得
るのは光波Ａの偏波面と直交する偏波成分であり、その
振幅は入射光波Ａのsin（θＯ＋θＦ）であり、同様に
して、光波Ｂが再度偏波分離素子24に入射した際に、そ
の偏波分離素子24を通過し得るのは入射光波Ｂの振幅の
sin（θＯ−θＦ）倍である。偏波分離素子24を通過し
たこれらの光波は偏波保存光ファイバ26を介して送出源
側に戻るのであるが、入射時とは異なる偏波面をもって
戻るので、光波Ａ，Ｂともに往路と復路とで全く同一の
光路を経由することになり、光ファイバの異なる２偏波
に対する伝送損失、位相定数等の伝送特性の差異は往路
と復路とでそれぞれ相殺されることになる。
しかして、偏波保存光ファイバ26を経由して戻って来た
２光波Ａ，Ｂをビームスプリッタ27により分岐して偏波
分離素子28に導き、互いに異なる偏波面を有する２光波
Ａ，Ｂを互いに分離して光検出器22,23にそれぞれ導
き、それぞれの光強度を検出すると、それらの光検出強
度はそれぞれつぎの(2)式および(3)式によって表わされ
る。
２光波Ａ，Ｂをビームスプリッタ27により分岐して偏波
分離素子28に導き、互いに異なる偏波面を有する２光波
Ａ，Ｂを互いに分離して光検出器22,23にそれぞれ導
き、それぞれの光強度を検出すると、それらの光検出強
度はそれぞれつぎの(2)式および(3)式によって表わされ
る。
Ａ２sin2（θＯ＋θＦ） (2) Ｂ２sin2（θＯ−θＦ） (3) しかして、入射時における光波Ａと光波Ｂとの強度を互
いに等しくしておくか、あるいは、光検出器22と23との
感度調整により、フアラデイ回転子18に対する磁界無印
加時における双方の検出出力信号レベルを互いに等しく
しておけば、Ａ２＝Ｂ２となし得るので、両検出出力の
差Δはつぎの(4)式のように表わされる。
いに等しくしておくか、あるいは、光検出器22と23との
感度調整により、フアラデイ回転子18に対する磁界無印
加時における双方の検出出力信号レベルを互いに等しく
しておけば、Ａ２＝Ｂ２となし得るので、両検出出力の
差Δはつぎの(4)式のように表わされる。
Δ＝Ａ２sin2（θＯ＋θＦ）−Ｂ２sin2（θＯ−θＦ）＝Ａ２〔−cos｛２（θ
Ｏ＋θＦ）｝＋cos｛２（θＯ−θＦ）｝〕／２＝Ａ２sin２θＯ・sin２θＦ
(4) この(4)式から非相反のフアラデイ回転子18による偏波
面回転角θＦがつぎの(5)式のように求められる。
Ｏ＋θＦ）｝＋cos｛２（θＯ−θＦ）｝〕／２＝Ａ２sin２θＯ・sin２θＦ
(4) この(4)式から非相反のフアラデイ回転子18による偏波
面回転角θＦがつぎの(5)式のように求められる。
θＦ＝(1/2)sin-1｛Δ／Ａ２sin２θＯ）｝ (5) この(5)式によれば、フアラデイ回転子18に印加される
被測定磁界が弱くて偏波面回転角θＦが小さい場合にも
容易確実に検出し得るようにするためには、(5)式の右
辺におけるA2sin２θＯが大きいことが望ましく、した
がって、相反位相回転素子25による偏波面回転角θＯを
45°すなわち（π／４）ラジアンとするのが最適であ
る。なお、光検出器22と23との両検出出力の和SUMはつ
ぎの(6)式となる。
被測定磁界が弱くて偏波面回転角θＦが小さい場合にも
容易確実に検出し得るようにするためには、(5)式の右
辺におけるA2sin２θＯが大きいことが望ましく、した
がって、相反位相回転素子25による偏波面回転角θＯを
45°すなわち（π／４）ラジアンとするのが最適であ
る。なお、光検出器22と23との両検出出力の和SUMはつ
ぎの(6)式となる。
SUM＝Ａ２（１−cos２θＯ・cos２θＦ）(6) この(6)式による両検出出力の和SUMと(4)式による差Δ
との比Γはつぎの(7)式のように表わされる。
との比Γはつぎの(7)式のように表わされる。
この(7)式からもフアラデイ回転角θＦを算出すること
ができる。また、この場合には、入力光波の強度や光フ
ァイバあるいは光導波ループ部における伝送損失などの
変動により上述の和SUMおよび差Δがそれぞれ変動して
も、両検出出力の和SUMと差Δとの比Γは一定であり、
極めて安定にフアラデイ回転角θＦを測定することがで
きる。
ができる。また、この場合には、入力光波の強度や光フ
ァイバあるいは光導波ループ部における伝送損失などの
変動により上述の和SUMおよび差Δがそれぞれ変動して
も、両検出出力の和SUMと差Δとの比Γは一定であり、
極めて安定にフアラデイ回転角θＦを測定することがで
きる。
一方、フアラデイ回転角θＦはフアラデイ回転子18に印
加される軸方向磁界の強さに比例するのであるから、上
述のようにしてフアラデイ回転角θＦを求めることによ
って印加磁界の強さを算出することができる。なお、相
反型偏波面回転素子25には、ガラス等の旋光性媒質を用
いる他、従来周知の半波長板を適切な角度に回転させ、
相反位相回転素子25として用いることもできる。
加される軸方向磁界の強さに比例するのであるから、上
述のようにしてフアラデイ回転角θＦを求めることによ
って印加磁界の強さを算出することができる。なお、相
反型偏波面回転素子25には、ガラス等の旋光性媒質を用
いる他、従来周知の半波長板を適切な角度に回転させ、
相反位相回転素子25として用いることもできる。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、非相
反偏波面回転素子を組合わせて温度補償が施された高精
度の磁界センサを実現することができる。
反偏波面回転素子を組合わせて温度補償が施された高精
度の磁界センサを実現することができる。
第１図は本発明によりループ型光変調器を適用した磁界
センサの構成例を示す構成配置図、 第２図は従来の磁界センサの基本的構成を示す構成配置
図である。 ２…反射鏡、18…フアラデイ回転子 22,23…光検出器、24,28…偏波分離素子 25…相反型偏波面回転素子 26…偏波保存光ファイバ 27…ビームスプリッタ、29…信号解析器 33…偏光子、35…検光子
センサの構成例を示す構成配置図、 第２図は従来の磁界センサの基本的構成を示す構成配置
図である。 ２…反射鏡、18…フアラデイ回転子 22,23…光検出器、24,28…偏波分離素子 25…相反型偏波面回転素子 26…偏波保存光ファイバ 27…ビームスプリッタ、29…信号解析器 33…偏光子、35…検光子
Claims (1)
- 【請求項１】偏波面が互いに交叉した直線偏光の２光波
を少なくとも互いに分離するとともに互いに合成する第
１および第２の偏波分離合成手段と、偏波面を保持して
直線偏光の光波を伝送する単一の偏波保存光ファイバよ
りなって前記第１および前記第２の偏波分離合成手段を
互いに接続する光導波路と、入射した直線偏光の偏波面
を、入射の向きに応じ、それぞれ異なる極性および同一
極性で回転させる非相反のフアラデイ回転子および相反
回転子を順次に接続した光導波ループとを備え、前記光
導波路を介して前記第１の偏波分離合成手段に入射した
偏波面が互いに直交した直線偏波の２光波を互いに分離
して前記光導波ループに互いに逆の向きに入射させ、当
該光導波ループの互いに逆の向きの出力偏波光を当該第
１の偏波分離合成手段に入射させて互いに合成するとと
もに、当該合成の出力光波を、前記光導波路を介し、前
記第２の偏波分離合成手段に入射させて互いに分離し、
当該分離の出力２直線偏波成分の光強度を互いに比較し
て算出した前記フアラデイ回転子による偏光面回転角に
基づいて、当該フアラデイ回転子に印加した磁界の強さ
を測定し得るようにしたことを特徴とする磁界センサ」
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002617A JPH0640123B2 (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 磁界センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002617A JPH0640123B2 (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 磁界センサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23458485A Division JPS6294821A (ja) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | ループ型光変調器およびその光変調器を用いたモード同期レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02222847A JPH02222847A (ja) | 1990-09-05 |
| JPH0640123B2 true JPH0640123B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=11534367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002617A Expired - Lifetime JPH0640123B2 (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 磁界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640123B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58129372A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁界−光変換器 |
| JPS58135465A (ja) * | 1982-02-05 | 1983-08-12 | Mitsubishi Electric Corp | 光電流磁界センサ |
| JPS5940277A (ja) * | 1982-08-31 | 1984-03-05 | Hitachi Cable Ltd | 偏波面保存光フアイバ形磁界センサ |
| JPS60138480A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-23 | Hitachi Cable Ltd | 光学式磁界センサ |
-
1990
- 1990-01-11 JP JP2002617A patent/JPH0640123B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02222847A (ja) | 1990-09-05 |
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