JPH06504372A - ファラディ効果に依存する測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ファラディ効果に依存する測定方法および装置（技術分り 本発明は、ファラディ効果、即ち伝搬方向に磁界が加えられる時磁気光学媒体に おける九の偏光方向の回転が生じることに依存する測定方法および装置に関する 。

（背景技術） 本発明は、導体の周囲に巻付けられた光ファイバにおける光の偏光の回転を検出 することにより導体に流れる電流の大きさを検出するのに特に有効である。

光フアイバ測定装置δは、電力系統用途に対する幾つかの重要な利点を提供する 。

測定される他のパラメータには、磁界強さ、電圧、温度および歪み即ち圧力が含 まれる。

電源系統における電流を測定するため光フアイバ技術を用いる利点は、電気的に 受動的な装置δが用いられ、センサが電磁干渉および飽和の影響を受けないこと である。光ファイバは、トランスジューサ要素と遠隔測定用絶縁媒体の両方とし て働き、長距ｔｓ通信リンクに容易にインターフェースされる。また、大きな帯 域幅、典型的には１０ＭＨｚ以下帯域幅を測定することも可能である。光ファイ バ・システムにおいては、コストが安（、従来の変流器の場合のように、システ ム電圧にそれほど依存しない。

ヨーロッパ特許第３５６．６７０号、フランス国特許第２．４７５．２３０号お よび米国特許第４，５６３，６３９号に記載される如き公知の光ファイバ電流測 定装置コｌにおいては、レーザ・ビートが直線偏波され、電流を運ぶ導体周囲に １回以１．ループをｌ、ｉする甲　モード・ファイバへ送られる３、ファイバは 、次にグラウンド・ベースの検出システム（！ｒｏｕｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｄｅｔ ｅｃｔｏｒｓｙｓＬｃｍ）へ戻る１、クラツディング・モードが外されると、フ ァイバ・コアを伝搬する直線偏波された光は、ファラディ磁気光学効果の作用に よりその偏光方向がループ周囲の長手方向の磁界により回転させられる。最終的 な回転量ｐは、ｎ個のループ周囲の磁界Ｈの線積分値に比例する。即ち、ρ＝Ｖ ｎ　ｆＨ，ｄ　１ 但し、■は、ファイバ材料のベルブ（Ｖｃｒｄｃｔ）定数（即ち、磁気光学定数 ）である。しかし、アンペアの周回路理論によれば１、ｆｌ（、ｄｉ　＝　１ 但し、Ｉは１つのループにより閉鎖される電流である。このため、ρ＝Ｖｎｌ このことは、ループ内の導体の大きさまたは形状の如何に拘わらず真であり、導 体は回転の大きさに影響を及ぼすことなく振動する。

結果として生じる回転は、例えば、入射光信号を２つの直交する直線偏波成分に 分割するウォラストン（Ｗｏ　Ｉ　）ａｓ　ｔｏｎ）プリズムの助けにより検出 される１、これら成分の各々はフォトダイオードにより個々に検出され、２つの 強さ間の差はそれらの和に正規化されて偏光回転爪ρと比例するパラメータＰを 生じる。

即ち、 Ｐ　＝　（Ｉｔ　１２）／　（ＩＩ＋１２）＝にρ但し、Ｋはファイバ特性にの み依存する。このため、出力は受取った光量とは独立し、従ってレーザのドリフ トおよび経路減衰における変動とは独立している。

本装置は交流および直流の測定が可能である。

実際使用における光フアイバ電流測定装置に存在する主な問題は、温度あるいは 減衰の変動の如き伝搬条件における変動に対してファイバが感応することである １、ある公知の電流測定装置は、ファラディ回転が非可逆的であるという事実、 即ち偏光方向の回転の絶対方向が長手方向の磁界方向に関して一定であり、光の 伝搬方向とは独立しているという事実を利用する。これは、光の伝搬方向の逆数 でフ７ラディ回転の符号を反転する効果を有する。英特許明細書（ＧＢ）第２． １０４．２１３号、米国特許第４．５３９，５１９号、同第４．５６０゜８６７ 号およびＷＯ第０１５１０／１９９１号に記載される装置は全て、固有あるいは 誘起される可逆的効果を打消すため、同じ経路に沿って戻るよう磁気光学媒体へ 放出されるＹｒＴ線偏波レーザ・ビームに関するものである。米国特許第４．５ ６３．６４６号、同第４．５４２，３３８号および同第４．３７０６１２号に記 載の装置は、磁気光学媒体内を逆方向に伝搬する２つの光ビームを用いる。しか し、全てに共通する問題は、多くの電力系統の用途において禁止的に大きくなり 得る変動ノイズの問題である。

変動の影響はファイバに圧力を生じるほどになり、このためその内部に非対称的 な歪みを生じる。大部分の実際の状況におけるこの歪みの主たる結果は、ファイ バの軸心と直角方向に作用する作用力成分により生じる横方向の非対称性を生じ ることである。この非対称性は、線形複屈折δをファイバ中に生じる。

ファラディ回転爪ρが線形複屈折の存在下で測定されるならば、これらの量の双 方がファイバの全長にわたり均等に分散されるという仮説が可能である。光が光 ファイバへ放出されるんらば、その偏光状態が線形複屈折軸心Ｏｘ（遅い）およ びＯｙ（早い）の方向における電界成分により規定されるこの光は、下式により 定義することができる。即ち、 Ｅ、＝（、ＣＸｐ　ｉ　ω【 Ｅ、＝ｃ、　ｅＸｐ　ｉ（ωｔ　＋　（１））　（１）ジョーン（Ｊｏｎｃｓ） 　・マトリックス計算法は、ファイバから出てくる光の成分Ｅ、′およびＥ　、 １を決定するため使用することができる。即ち、但し、 α歎ＣＯＳ　（Δ／２） ｂ　−（６２＋　４ｐ２）″　（４） Ａ、Ｊ、Ｒｏｇｅｒｓ著ｒＰｏｌａｒｉｚａＬｉｏｎ　０ｐｔｉｃｓ　ｆｏｒり 表わされる。即ち、 １６　＝　（ｅ×２（，２＋　Ｉ２）　＋　ｙ２ｅｙ２　７−２ｅｘｅｙｙ（ａ 　ｃｏｓ　４１−　（ｌ　ｓｉｎ　４１＞］　ＣＯ５２ｅ＋　［ｅｘ２ｙ２　＋ 　ｅｙ２（，２＋　Ｉ２）　＋　２ｅｘｅ、ｙ（ａ　ＣＯ５４１−Ｉ３　ｓｉｎ 　４１）］　５ｉｎ２ｅ１式（５）において、ρまたはδが個々の変数としてど こにもなく、（イれか−に設定されるならば、 ｃ−＝１　ｅ　ｙ＝　Ｏθ＝π／４ 従って、式（５）から、 同様に、ＯＸ方向に対して一４５°の偏光分析器の場合は、式（４）における１ １およびＩ２を１．７４およびＩ〜、７．で置換することにより、δ）２ρなら ば、、ッ２ｐｓｉｎ　＆　（７ａ）δ（２ρならば、Ｐ＝ｓｉｎ２ｐ　（７ｂ） これは、非常に小さな変動レベルが次に示すようにδ）２ρを導くため、変動問 題を示す式（７ａ）により表わされる状態である。

媒体における応力により生じる屈折率における変化は、Ａ、Ｙａｒｖｉｖ著［Ｉ ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　０ｐｔｉｃａｌ　ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＪの ３４６ページ（Ｈｏｌｔ、Ｒｅ１ｎｈａｒｄ　＆　Ｗｉｎｓｔｏｎ、ＮｅｗＹｏ ｒｋ、１９７６年）に下記の如く記載されている。

Δｎ＝−（η３ρ／２）σ 但し、ηは（擾乱のない）屈折率であり、σは歪み、ρは関連する材料の光弾性 係数である。シリカの場合は、ρ＝０．２となり、このため、Δｎ＝０．３１１ σ 八〇が横方向の線形歪みにより生じる線形複屈折を指す。即ち、δ＝（２π／λ ）Δｎ　Ｉ　（９） 但し、！はファイバの長さλであり、伝搬光の波長である。シリカのベルデ定数 は、８５００ｍの波長において０．１５°ｋＡ−’であり、従ってρは６７ｋＡ において１０°の値を有し、これは実際の正確な測定に常に要求される如き大き さの電流である。このため、条件δ）２ρはδ≧２００６になる。半径が０．１ ５ｍのファイバ・ループの場合、下式（９）からこのような長さにわたりπ（１ ８０°）の線形複屈折（δ）を生じるためには、ファイバ長さは〜１ｍとなる。

即ち、 Δｎ＝λ／２＝４．２５Ｘ１０−’ （また、この複屈折が後者の半径〜１０°の如き曲がり複屈折（ｂｅｎｄ　ｂｉ ｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）よりはるかに大きいことを知るべきである。）（８） におけるこのΔｎ値を用いて、σ＝１３．６７Ｘ１０−’、例えば〜１〇＝６と なる。

次に、１０−６の歪みがファイバ内で僅かに１０−１°の横方向の振動振幅で生 じる。あるいはまた、これは応力〜ＩＱｓ　Ｎ　ｍ４だけ生じ、これはファイバ 長さにわたり均等に分散された〜３０ｇの重さと対応し、あるいは人間の可聴能 力の下限である衝掌音波強さ〜ＩＱ−”Ｗ　ｍ−”と対応する。

従って、非常に緩やかな環境的影響が顕著なδ値を生じ得、これは式（７ａ）を 介して、測定値ρに対して大きな影響を生じることになる。例えば、δがゼロか らπへ変化すると、ρは５ｉｎ２ρからゼロへ変化することになる。もし環境の 影響が性格的に（即ち、振動）時間的に変化するならば、結果は検出ノイズ・レ ベルとなり、これが装置の性能を制限することになる。

（発明の概要） 本発明の目的は、磁気光学媒体に誘起されるファラディ回転を線形複屈折とは独 立的に、従って振動ノイズとは独立的に測定することを可能にする方法および装 置の提供にある。

線形複屈折の影響を低減するため、高い円形複屈折を有するファイバの使用は公 知である（Ｗ、　Ａ、　Ｇａｍｂ　Ｉ　ｉ　ｎ　ｇおよびＳ、Ｂ、Ｐｏｏｌｅ著 ｒｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｒｅ　５ｅｎｓｏｒｓＪ第１巻２４９〜２７６ページ （Ａｒｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ、１９８８年）および英国特許明細書箱２．１６８ ．８０７号）。英国特許明細書箱２．１０４，２１３号に記載の通り、単一モー ド光ファイバは、円形複屈折の如き可逆効果を打消すため、それ自体の軸心周囲 に螺旋状に巻付けられ、直線偏波がファイバに対して放出され、次いで同じ経路 に沿って逆反射される。７ 本発明の第１の特質によれば、 磁界の存在時に偏光のファラディ回転を呈する光学的案内装置を通るように偏光 された逆方向に伝搬する光ビームを通し、前記案内装置に伝搬する光の方向に沿 って磁界成分を加え、前記案内装置はこの成分による光ビームの偏光のファラデ ィ回転と比較して高い円形複屈折を有し、１つの方向および他の方向にそれぞれ 案内装置に通した後受取った光から第１および第２の光に依存する信号を取得し 、この第１および第２の信号は受取った光の偏光状態に依存しかつファラディ回 転に依存するが可逆的偏光効果には依存しない出力信号を取得させ、 測定される量を表わすとして出力信号を光依存信号から取得することを含む測定 方法が提供される。

本発明の第２の特質によれば、 光学的案内装置における光の伝播方向に沿って加えられる磁界成分の存在時に偏 光のフ７ラディ回転を呈する案内装置を通するように偏光された逆伝播光ビーム を通す装置と、 １つの方向および他の方向にそれぞれ前記案内装置を通った後受取った光から第 １および第２の光に依存する信号を取得する検出装置とを含み、第１および第２ の信号は、ファラディ回転には依存するが可逆的偏光効果には依存しない、受取 られかつ出力信号を取得させる光の偏光状態に依存し、測定される蛍を表わす出 力信号を光に依存する信号から取得する処理装置を含む測定装置が提供される。

前記案内装置は、磁気光学効果を呈する光ファイバを含む。

通常、逆方向に伝搬する光ビームは直線偏波されるが、このことは偏光状態が既 知であるかあるいは決定することができる限り必然ではない。

本発明の方法および装置は、測定される電流が前記案内装量に磁気成分を加える 時電流測定のため使用される。このような測定のためには、前記案内装置は電流 が流れる導体の周囲にコイル状に取付けられた光ファイバの形態であることが望 ましい７．他の構成においては、先に述べた如き他のパラメータが測定される。

電圧は、これに依存する電流を取得することにより測定され、磁界の測定は、前 記磁界成分を加えて測定される磁界を備えた本発明の装置を用いて行うことがで きる。もしベルデ定数が温度に依存するならば、出力信号は、電流が一定に保持 されることを前提として温度を表示し、歪みは、線形複屈折が歪みに依存させら れるならば測定することができる。

第１および第２の信号の各々は、要求される出力信号を取得することを許容する よう選択された第１および第２の偏光方向に偏光される光に依存する偏光に依存 する１対の第１および第２の信号を含む。

前記第１の偏光方向は、案内装置へ送られる光の偏光方向に対してπ／４の角度 をなし、また第２の偏光方向は第１の偏光方向に対してπ／２の角度をなすこと が望ましい、。

本発明の重要な利点は、電流の測定における変動問題が非常に低減されることで ある。案内装置の円形複屈折は、磁界が誘起する円形複屈折よりもはるかに大き いが、可逆的複屈折の効果は、２対の偏光に依存する信号から前記出力信号を取 得することにより実質的に除去される。

案内装置の円形複屈折もまた線形複屈折に比較して大きければ、案内装置に沿っ た線形複屈折における変化の出力信号に対する影響は著しく低減される。

変動の問題に戻って、情報は、線形複屈折および円形複屈折の影響の確実な分離 を可能にする光が遭遇するファラディ回転の出力偏光状態に存在する。このこと は、先に述べた発明者の論文からの固有モードの試みから理解することができる 。偏光の固有モードは、形態が変化せずにファイバを伝搬する同じ楕円率（符号 を除く）のこれら２つの直交する楕円偏光状態である。これらの状態は、実験的 に識別することができる。ファイバによりこれらに挿入される位相差は、先に述 べたように、パラメータΔである。状態の楕円率は下式により示される。即ち、 χ＝±ｔａｎψ、　ｔａｎ２ψ＝２ρ、／δまた、楕円率は、（例えば、ストー クス（Ｓｔｏｋｅｓ）パラメータにより）容易に測定することができる。このよ うに測定された値は、Ｍ（δ２＋４ρ２）　π／２および２ρ／δから得られ、 これにより２ρおよびδを個々に（２πの曖昧性以内で）決定させる。

本発明の詳細な説明は下記の通り。

光フアイバ内へ放出された光が振幅ＡにおいてＯＸ軸に対して角度にで直線偏波 される場合、 φ＝０ 式（４）におけるＣ１およびＣ２に代入することにより、”　＝　ａ２ｃＯ５” （ｋ　−８）　＋　ｌ５２ＣＯ５２（ｋ　＋　８）　４−　ｙ２ｓｉｎ２（ｋ　 −８）　−ａｙｓ１ｎ２（ｋ　−６１j 分析偏光器が入力偏光方向に対してπ／４にある条件と対応する（ｋ−θ）＝π ２つの直線偏波された逆伝搬ビームが、ρ。）ρとなるように高い円形複屈折ρ 。

を有するファイバへ放出されるならば、受取られるビームＨ、＋および１．−は 下式により示される。即ち、 Δや−［６２＋　４Ｃｐ６　＋　ｐ）２］“Δ−−［６２＋　４（ｐ。−戸）２ ］ｋまた、従って、式（３）から 同様に、偏光分析器が角度π／２にわたり回転されるならば、これらの条件下で 増加する強さは下式により示される。即ち、受取るビームの光強さを検出するた め受入れ軸心が相互にπ／２で配置された１対の偏光分析器を用いることにより 、各方向の伝搬の強さは式１＝ｉ（、や、□、−１、により示される。式（４） における■、および■２を代入することにより、関数は線形複屈折δとは独立的 であるパラメータＳを生じると評価することができる。

このように、パラメータＳはδとは否依存的であり、従って、変動で生じる線形 複屈折および曲がりで生じる線形複屈折（その温度変動を含む）の影響を免れる 。ｐ、がδよりはるかに大きくなると、Ｓもまた固有の線形複屈折の影響を免れ る。。

ベルデ定数が温度とは否依存的である適当なファイバにおいては、ファラディ効 果ρは温度から否依存的である。しかし、円形複屈折ρ。の温度依存性はパラメ ータＳにおける緩やかなドリフトを生じるが、同じ温度依存性を持つファラデイ 効采を呈するファイバの使用でこの問題を克服する。

ρ。は、ρ＝π／４およびθ＝０ならば、これを知ることにより良好な近似値で 得ることができる。

１（θ＋ｗ／２）”　”　’（θ＋ｇ７２）−＝　’Ａ　＋　２ａｙ従って、 ’（ｅ　＋　ｖ／２）”　−’（３”　＝　’（ｅ　＋ｖ／２）−−’＋３−　 ”　”αｙ　＝　ｓｌｎ　２ρ０従１て゛　Ｔ　−５ｉｎ−１（１（６＋　、、 １／２）”　−１６”）　−５ｉｎ−１（１（ｅ　＋　ｗ／２）−−’１５−） な２ｐ。

パラメータＴは、ρ。に否依存的であり、このため温度から否依存的であるρに 対する値を生じるようにＳに対する乗数として使用することができる。

本発明の実施例について、添付図面に関して以下に例示として述べる。

（図面の簡単な説明） 図１および図２は、本発明の異なる実施例を示すブロック図である。

（実施例） 次に図１において、直線偏波光を生じるレーザ１がビーム・スプリッタ２と接続 されている。ビーム・スプリッタは、レーザ光のビームを２つのビームに分割し 、このビー１１は、２つのビームが光ファイバ・ループ３の周囲の対向経路を取 るように２つの指向結合器４．５により光ファイバ・ループに接続される。この 光ファイバ・ループは、測定される電流を流して長手方向の磁界をファイバ・ル ープに誘起する導体６の周囲に巻付けられて、各偏光レーザ・ビームの面を回転 させる。ループの光ファイバは、これも偏光面を回転させる非常に高い円形複屈 折を有する。このようなファイバは、例えば、ファイバを捩るか、あるいは、Ｗ 。

Ａ、Ｇａｍｂｌ　ｉｎｇおよびＳ、Ｂ、Ｐｏｏｌｅ著ｒＯｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂ ｒｅｓ　ｆｏｒ　５ｅｎｓｏｒｓＪ第１巻、２４９〜２７６ページ（Ａｒｔｅｃ ｈＨｏｕｓｃ、１９８年刊）に説明されるように、ファイバが取出される時ｈｔ −ｂｉファイバに対するプリフォームを捩ることによって作ることができる。０ ゜５乃至５ｃｍの範囲内のうなり（ｂｅａｔ）長さを生じる円形複屈折は、ファ ラディ効果により誘起される円形複屈折より非常に大きいという要件を満たすこ とが予期される。

２つの出てくるビームは、指向性結合器（ｄｔｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｃｏｕｐｔ ａｒ）４および５によりそれぞれ２つの偏光ビー１トスプリッタ７および８へ結 合されて、４つのビームを生じる。各偏光ビーム・スプリッタは、それぞれ１対 の光感応検出器１０．１１および１２．１３に結合される。偏光ビーム・スプリ ッタはそれぞれ２つのビームを生じ、その各々は直線偏波されて他方に対して直 角をなす。偏光ビーム・スプリッタ７．８は、２つのビームの偏光方向がレーザ １からの光の偏光方向に対して±π／４をなすように設定される。このため、＋ 　、＋、’　ｆ＃＋１７□げ、ｉａ−およびｒｔａ。、７□、−の値を決定する ことができる。これらの値はプロセッサ１４へ送られ、このプロセッサがパラメ ータＳ、ファラデイ回転の角度、従って導体に流れる電流を決定する。

別の構成における図２において、直線偏波された光ビームを生じるレーザ２０は 、２つのビームを生じるビーム・スプリッタ２１に結合される。ビームの一方は 、ビーム・スプリッタ２３により光ファイバ・ループ２４の一端部へ進み、他方 のビー１１は別のビーム・スプリッタ２５により光ファイバ・ループの他端部に 進み、ここで２つのビームが反対の逆方向伝搬経路（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｐｒｏｐ ａｇａ　Ｌ　ｉｎｇ　ｐａｔｈｓ）を取る。光ファイバ・ループは、測定される 電流を運びファイバ・ループに長手方向磁界を生じる導体２６の周囲に巻付けら れて、各偏光レーザ・ビート面を回転させる。この光ファイバ・ループは、これ もまた偏光面を回転させる非常に高い円形複屈折を有する。光ファイバ・ループ ２４から出てくる時計方向のビームはビーム・スプリッタ２５へ進み、次いで偏 光ビーム・スプリッタ２９へ進んで２つのビームを生じる。この２つのビームは 、１対の光感応検出器３０．３１に結合される。光ファイバ・ループ２４から出 てくる反時計方向のビームは、ビーム・スプリッタ２３へ進み、次いで伝達され たビートは偏光ビーム・スプリッタ３４に達して、１対の光感応検出器３５．３ ６に結合される２つのビームを生じる。偏光ビーム・スプリッタ２９．３４は、 図１の偏光ビーム・スプリッタ７．８と同じように構成され、ｉ、＋、’　（ｅ ｖｅ／□げ、ｉ、−および’　（＃＋＊／２１−の値を決定することを可能にす る。これらの値はプロセッサ３４へ送られ、このプロセッサがパラメータＳ、フ ァラディ回転の角度、従って導体に流れる電流を決定することができる。

本発明を特に先に述べた他の多くの方法で実施できることは明らかであろう。

例えば、ベクトルが回転するに伴いビームからの光の電気的ベクトルの先端によ り描かれる楕円のパラメータにより定義される如き逆方向に伝搬するビームの偏 光状態を決定する他の方法を、ファラディ回転の決定のため用いることができる 。

また、ファイバ間のドリフトおよび変動による実際の問題は操作を非常に困難に する可能性を生じるが、各ファイバにおける逆方向に伝搬するビームの１つを含 む２つの光ファイバを有する案内装心を使用することも可能であろう。他の偏光 光源、およびビーム・スプリッタ、指向性結合器および検出器の構成もまた使用 することができる。

先に述べたように、逆方向に伝搬する光ビームは直線偏波される必要はない。

別の方法においては、ファイバに放出される光ビームは、ファイバから直線偏波 出力を１５えるようにファイバにより変換される偏光状態に置くことができる。

Ｆｉｇ、　ｉ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　５年　７月１６日 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９２１０００８３ ２、発明の名称 ファラディ効果に依存する測定方法および装置３、特許出願人 住　所　イギリス国ロンドン、ニスイード６ビーユー。

ニューイントン・コーズウエイ　１０１名　称　ブリティッシュ・テクノロジー ・グループ・リミテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 （１）　補正書の翻訳文　１通 ３４条補正（１９９２年１２月１６０イー１）英文明細書第５頁 従って、式（５）から、 パラメータＰに対する上式における１１およびＩ２を１．７４およびり、７４で 置換することにより、 δ）２ρならば、、ヨ２ｐｓｉｎａ　（７ａ）−丁− δ（２ρならば、Ｐ　−ｓｉｎ　２ｐ　（７ｂ）これは、非常に小さな変動レベ ルが次に示すようにδ）２ρを導くため、変動問題を示す式（７ａ）により表わ される状態である。

媒体における応力により生じる屈折率における変化は、Ａ、Ｙａｒｖｉｖ著「Ｉ ｎＬｒｏｄｕｃＬｉｏｎ　ｔｏ　０ｐｔｉｃａｌ　ＥＩｅｃｔｒｏｎｉｃｓＪの ３４６ページ（Ｈａｌｔ、Ｒｃｉｎｈａｒｄ　＆　ＷｉｎｓＬｏｎ、Ｎｅｗ　Ｙ ａｒｋ、１９７６年）に記載されている。

Δｎ＝−（η１／Ｊ　／　２　）σ 但し、ηは（擾乱のない）屈折率であり、σは歪み、ρは関連する材料の光弾性 定数である。シリカの場合は、ρ＝０．２となり、このため、Δｎ＝０．３１１ σ Δ「１が（？１１ツノ向の線形歪みにより生じる線形複屈折を示すならば、δ＝ （２π／λ）Δｎ　ｌ　（９） 但し、１はファイバの長さλであり、伝搬光の波長である。シリカのベルデ定数 は、８５０ｎｍの波長において０．１５’ｋＡ−’であり、従ってρは６７ｋＡ において１０°の４Ｉ／ｌを有し、これは（以下略）英文明細書第７頁〜第８頁 （中略）それ自体の軸心周囲に螺旋状に巻付けられ、直線偏波がファイバに対し て放出され、次いで同じ経路に沿って逆反射される。

本発明の第１の特質によれば、 磁界の存在時に偏光のファラディ回転を呈する光学的案内装量を通るように偏光 された逆方向に伝搬する光ビームを通し、前記案内装置に伝搬する光の方向に沿 って磁界成分を加え、前記案内装置はこの成分による光ビームの偏光のフッラブ ィ回転と比較して高い円形複屈折を有し、１つの伝搬方向のみにおける前記案内 装置に通した後受取った光から第１の光依存信号を、また他の伝搬方向のみにお ける案内装置に通した後受取った光から第２の光依存信号を取得し、この第１お よび第２の信号は受取った光の偏光状態に依存しかつファラディ回転に依存する が可逆的偏光効果には依存しない出力信号を取得させ、 測定される＋、Ｂを表わすものとして＋ｉｉｊ記第１記法１第２の光依存信号か ら出力信号を取得する ことを含む測定方法が提供される。

本発明の第２の特質によれば、 光学的案内装置に伝搬する光の方向に沿って加えられる磁界成分の存在時に偏光 のフッラブィ回転を呈する案内装置を通るように偏光された送伝伝搬光ビームを 通す装置と、 １つの伝搬方向および他の伝搬方向にそれぞれ前記案内装置を通った後受取った 光から第１および第２の光依存信号を取得する検出装量とを含み、第１および第 ２の信号は、受取られた光の偏光状態に依存し、かつファラディ回転には依存す るが可逆的偏光効果には依存しない出力信号を取得させ、測定される蛍を表わす ものとして第１および第２の光依存信号から出力信号を取得する処理装置 を含む測定装置が提供される。

＋ｉｉｆ記案内装置は、磁気光学効果を呈する光ファイバを含む。

通常、逆方向に伝搬する光ビームは直線偏波されるが、このことは偏光状態が既 知であるかあるいは決定することができる限り必然ではない。

本発明の方法および装置は、測定される電流が前記磁気成分を加える時電流測定 のため使用される。このような測定のためには、前記案内装置は電流が流れる導 体の内聞にコイル状に巻付けられた光ファイバの形態であることが望ましい。

他の構成においては、先に述べた如き他のパラメータが測定される。電圧は、こ れに依存する電流を取得することにより測定され、磁界の測定は、前記磁界成分 を加えて測定される磁界を備えた本発明の装置を用いて行うことができる。もし ベルデ定数が温度に依存するならば、出力信号は、電流が一定に保持されること を１１；１提として温度を表示し、歪みは、線形複屈折が歪みに依存させられる ならば測定することができる。

イｊする１対の第１および第２の信号を含む。

前記第１の偏光方向は、案内装置へ送られる光の偏光方向に対してπ／４の角度 をなし、また第２の偏光方向は第１の偏光方向に対してπ／２の角度をなすこと が望ましい。

本発明の重要な利点は、電流の測定における変動問題が非常に低減されることで ある１、案内装置の円形複屈折は、磁界が誘起する円形複屈折よりもはるかに大 きいが、Ｉｌｌｌｌ逆層複屈折果は、２対の偏光依存信号から前記出力信号を取 得することにより実質的に除去される。

請求の範囲 ■、磁界の存在下で偏光のファラディ回転を呈する光学的案内手段を介して偏光 された逆方向に伝搬する光ビーノ、・を送り、前記案内手段内を伝搬する光の方 向に沿って磁界の成分を加え、該案内手段は前記成分による光ビームの偏光のフ ァラディ回転と比較して高い円形複屈折を生じ、 １つの伝搬方向のみにおいて前記案内手段に送った後受取る光から第１の光依存 信号を、また他の伝搬方向のみにおいて前記案内手段に送った後受取る光から第 ２の光依存信号を取得し、該第１および第２の信号は、受取る光の偏光状態に依 存し、かつファラディ回転に依存するが可逆的な偏光効果には依存しない出力こ とを含む測定方法。

２、前記第１および第２の信号の各々が、所定の出力信号を取得することを可能 にするよう選択された第１および第２の偏光方向に偏光された光に依存する１対 の第１および第２の偏光依存信号を含む請求の範囲第１項記載の方法。

３、前記第１の偏光方向が前記案内手段へ送られる光の偏光方向に対して角度π ／４をなし、前記第２の偏光方向が前記第１の偏光方向に対して角度π／２、特 許請求の範囲第２項記載の方法１゜ ４、出力信号の取得が下式の評価を含む請求の範囲第３項記載の方法。

但し、ｉ＋１、’　”　Ｉｎ４ｚ／□、は第１の対の各偏光依存信号に比例し、 ｔ−ｎおよびｔ　−ｊｒｒｔｘ７２１は第２の対の各偏光依存信号に比例する。

５、前記案内手段が、磁気光学効果を呈する光ファイバを含む請求の範囲第１項 記載の方法。

６、前記逆方向に伝搬する光ビー１１が直線偏波される請求の範囲第１項乃至第 ５項のいずれかに記載の方法。

７、前記案内手段の円形複屈折が測定「−二生じる線形複屈折と比較して高い請 求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の方法。

８、電流の測定が、前記磁界成分を生成するため測定される電流を導体を介して 送り、該電流を表わすものとして出力信号を取得することを含む電流測定のため の請求の範囲第１項乃至第７ＪＩ′Ｉのいずれかに記載の方法。

９、　＋ｉｉｌ記案内手段が導体の周囲に為付けられたコイルの形態を呈する請 求の範囲第８項記載の方法。

１０、温度による材料の円形複屈折の変動による温度により前記出力信号の変動 を少なくとも低減する温度によりファラディ回転の変動を生じるように前記案内 手段の材料を選択することを含む請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載 の方法。

１１、前記案内手段に伝搬する光の方向に沿って加えられる磁界成分の存在下で 、偏光のファラディ回転を呈する光案内手段を介して偏光された逆方向に伝搬す る光ビームを送る手段と、 １つの伝搬方向のみにおいて前記案内手段を介して送った後受取る光から第１の 光依存信号を、また他の伝搬方向のみにおいて前記案内手段を介して送った後受 取る光から得られる第２の光依存信号を取得する検出手段とを設け、該第１およ び第２の信号は、受取られる光の偏光状態に依存し、かつファラディ回転に依存 するが可逆的偏光効果には依存しない出力信号を取得することを可能にし、測定 される爪を表わすものとして第１および第２の光依存信号から出力信号を取得す る処理手段を設けてなる測定装置。

１２、前記第１および第２の信号の各々が、所定の出力信号を取得することを可 能にするように選択された第１および第２の偏光方向に偏光された光に依存する １対の偏光に依存する第１および第２の信号を含む請求の範囲第１１項記載の装 置。

＋３．前記第１の偏）を方向が、前記案内手段へ送られる光の偏光方向に対して 角度π／４をなし、前記第２の偏光方向が前記第１の偏光方向に対して角度π／ ２、特許請求の範囲第１２項記載の装置。

１４、前記検出手段が、第１および第２の対の偏光依存信号と対応する第１およ び第２の対の光感応手段を含み、各検出手段対が、それぞれ前記第１および第２ の方向に偏光された光を受取るように構成される請求の範囲第１３項記載の装置 。

（’−（θ＋ｖ／２）　−’−８）　”　（”（１１１＋ｖ／２）　−”ｅ）但 し、ｉｔｏ、”　ｆ＃＋＋＋／２１は１対の各光感応手段により取得される各電 気信号であり、 １−＃およびＩ−（ｌｌｌｙ／２＋は他の対の前記光感応手段により取得される 各電気信号である。

１Ｇ、前記案内手段が、磁気光学効果を呈する光ファイバを含む請求の範囲第９ 項乃至第１５項のいずれかに記載の７１＋Ｉｌ定装置、。

１７、前記案内手段の円形複屈折が、測定中動作において生じる線形複屈折と比 較して高い請求の範囲第９項乃至第１７項のいずれかに記載の測定装置。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　５年　７月１６日 特許庁長官　麻　生　渡　殴　コＣ １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９２１０００８３ ２、発明の名称 ファラディ効果に依存する測定方法および装置３、特許出願人 住　所　イギリス国ロンドン、ニスイード６ビーユー。

ニューイントン・コースウェイ　１０１名　称　ブリティッシュ・テクノロジー ・グループ・リミテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ３４条補正（１９９３年１７１５０付）（英文明細書第４頁） 但し、 ａ　ｍ　ｃｏｓ　（／ｌ／２） Δ　＝　（δ２＋４ρ”）””　（４）ηはファイバによる絶対位相遅れを指し 、両方の偏光成分と共通である。Δは、Ａ、Ｊ、Ｒｏｇｅｒｓ著ｒＰｏｌａｒｉ ｚａｔｉｏｎ　０ｐｔｉｃｓ　ｆｏｒＭｏｎｏｍｏｄｃ　Ｆｔｂｒｃ　５ｃｎｓ ｏｒｓＪ　（Ｐｒｏｃ　ＩＥＥ、Ｊ、１３２．３０３．１９８５年）により記載 の如（、その２つの偏光固有モード（ｐｏｌａｚｉｓａＬｉｏｎ　ｃｉｇｅｎｍ ｏｄｃ）間にファイバを挿入された位相遅れを表わす。

偏光分析器がファイバの出力に置かれて、その受光軸心が遅いＯＸ軸心に対して 角度θで設定されるならば、式（２）を用いてこの分析器を通る光は下式により 表わされる。即ち、 １ｅＩＩＩ［ｅ×２（α２＋β２）　＋　ｒ２ｔ！ｙ２７２１’ｙｅｙｙ（ａ　 ｃｏｓ　＊　−１１５ｉｎ　４１）］　ＣＯ５”　ｅ＋　（６ｘ２，２　＋　ａ ｙ２（，２＋　１１２）　＋　２ｅｙｅｙｙ（ａ　ｃｏｓ　４１−１３５ｉｎ　 ＋）］　ｓｌｎ”　６＋　［ａｙ（ｅ×２−　ａｙ２）　−２ａＤｅｘｅｙ　ｓ ｉｎ　φ＋　ｅｘｅｙ（ａ２−　Ｙ２−１３２）］　ｓｉｎ　２θ上式（５）に おいて、ρまたはδが個々の変数としてどこにもなく、いずれか一方の直接的な 測定値である丸の強さを得ることはできない。

ＯＸ方向に偏光された光がファイバへ放出され、偏光分析器が角度θ＝π／４に 設定されるならば、 ｃ、＝ｌ　ｃ、＝Ｑ　θ＝π／４ 従って、 英文明細書第１１頁 受取られたビームの光強さを検出するため受入れ軸心が相互にπ／２で配置され た１対の偏光分析器を用いることにより、各方向の伝搬の強さは式１　””　ｌ 　（ｅ。、２）−ｉｓにより示される。パラメータＰに対する式におけるＩ、お よびＩ２を代入することにより、関数は線形複屈折δとは独立的であるパラメー タＳを生じると評価することができる。

このように、パラメータＳはδとは独立的であり、従って、変動で生じる線形複 屈折および曲がりで生じる線形複屈折（その温度変動を含む）の影響を免れる。

ρ。がδよりはるかに大きくなると、Ｓもまた固有の線形複屈折の影響を免れる 。

ベルデ定数が温度とは独立的である適当なファイバにおいては、フ７ラディ効果 ρは温度から独立的である。しかし、円形複屈折ρ。の温度依存性はパラメータ Ｓにおける緩やかなドリフトを生じるが、同じ温度依存性を持つファラディ効果 を呈するファイバの使用でこの問題を克服する。

／ｌＪｎは、ｐ＝π／４およびθ＝０ならば、これを知ることにより良好な近似 値で得ることができる。

１（θ＋ｖ／２）＋”　’（ｅ　＋　ｖ／２）−”　’Ａ　”　２ａｙ従って、 （（６＋　ｖ／２）＋−’θ＋”　’（ｅ　＋　ｗ／２）−−’６−　”　２α ｙ　ａ　ｓ１°２ρ０従９て゛　Ｔ　−ｓｉｎ　−１□（ｆ（ｅ　＋　ｖ／２） ＋−１０÷）　−ｓｉｎ　−’　（ｆ（６＋　Ｔｌｌ／２）−−ｊｅ−）ｔ２ｐ Ｏ パラメータＴは、ρ。から独立的であり、このため温度から独立的であるρに対 する値を生じるようにＳに対する乗数として使用することができる。

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．磁界の存在下で偏光のファラディ回転を呈する光学的案内手段を介して偏光 された逆方向に伝搬する光ビームを送り、前記案内手段内を伝搬する光の方向に 沿って磁界の成分を加え、該案内手段は前記成分による光ビームの偏光のファラ ディ回転と比較して高い円形複屈折を生じ、 １つの伝搬方向および他の伝搬方向に前記案内手段を通して送った後に受取る光 から第１および第２の光に依存する信号をそれぞれ取得し、該第１および第２の 信号は、受取った光の偏光状態に依存し、かつファラディ回転に依存するが可逆 的な偏光効果には依存しない出力信号を取得させ、測定される量を表わす出力信 号を光に依存しない信号から取得することを含む測定方法。
2. ２．前記第１および第２の信号の冬々が、所望の出力信号を取得することを可能 にするよう選択された第１および第２の偏光方向に偏光された光に依存する１対 の第１および第２の偏光依存信号を含む請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記第１の偏光方向が前記案内手段へ送られる光の偏光方向に対して角度π ／４をなし、前記第２の偏光方向が前記第１の偏光方向に対して角度π／２をな す請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．出力信号の取得が下式の評価を含む請求の範囲第３項記載の方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、ｉ＋θ、ｉ＋（θ＋π／２）は第１の対の各偏光依存信号に比例し、ｉ− θおよびｉ−（θ＋π／２）は第２の対の各偏光依存信号に比例する。
5. ５．前記案内手段が、磁気光学効果を呈する光ファイバを含む請求の範囲第１項 記載の方法。
6. ６．前記逆方向に伝搬する光ビームが直線偏波される請求の範囲第１項乃至第５ 項のいずれかに記載の方法。
7. ７．前記案内手段の円形複屈折が測定中に生じる線形複屈折と比較して高い請求 の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の方法。
8. ８．前記磁界成分を生成するため測定される電流を導体を介して送り、該電流を 表わす出力信号を取得することを含む電流測定のための請求の範囲第１項乃至第 ７項のいずれかに記載の方法。
9. ９．前記案内手段が導体の周囲に巻付けられたコイルの形態を呈する請求の範囲 第８項記載の方法。
10. １０．温度による材料の円形複屈折の変動による温度により前記出力信号の変動 を少なくとも低減する温度によりファラディ回転の変動を生じるように前記案内 手段の材料を選択することを含む請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載 の方法。
11. １１．前記案内手段に伝搬する光の方向に沿って加えられる磁界成分の存在下で 、偏光のファラディ回転を呈する光案内手段を介して偏光された逆方向に伝搬す る光ビームを送る手段と、 １つの伝搬方向および他の伝搬方向に前記案内手段を介してそれぞれ送った後に 受取る光から第１および第２の光に依存する信号を取得する検出手段とを設け、 該第１および第２の信号は、受取った光の偏光状態に依存し、ファラディ回転に 依存するが可逆的偏光効来には依存しない出力信号を取得することを可能にし、 測定される量を表わすものとして光に依存する信号から出力信号を取得する処理 手段を設けてなる測定装置。
12. １２．前記第１および第２の信号の各々が、所望の出力信号を取得することを可 能にするように選択された第１および第２の偏光方向に偏光された光に依存する １対の偏光に依存する第１および第２の信号を含む請求の範囲第１１項記載の装 置。
13. １３．前記第１の偏光方向が、前記案内手段へ送られる光の偏光方向に対して角 度π／４をなし、前記第２の偏光方向が前記第１の偏光方向に対して角度π／２ をなす請求の範囲第１２項記載の装置。
14. １４．前記検出手段が、前記第１および第２の方向に偏光された光を受取るよう に構成された第１および第２の対の偏光依存信号にそれぞれ対応する第１および 第２の対の光感応手段を含む請求の範囲第１３項記載の装置。
15. １５．前記処理手段が下式の評価を行うように構成される請求の範囲第１４項記 載の装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、ｉ＋θ、ｉ＋（θ＋π／２）は１つの対の各光感応手段により取得される 各電気信号であり、 ｉ−θおよびｉ−（θ＋π／２）は他の対の前記光感応手段により取得される各 電気信号である。
16. １６．前記案内手段が、磁気光学効果を呈する光ファイバを含む請求の範囲第９ 項乃至第１５項のいずれかに記載の測定装置。
17. １７．前記案内手段の円形複屈折が、測定中動作において生じる線形複屈折と比 較して高い請求の範囲第９項乃至第１６項のいずれかに記載の測定装置。
18. １８．測定される電流を運び、前記磁界成分を生成するよう配置される導体を含 み、前記処理手段が前記電流を表わすものとして出力信号を取得する請求の範囲 第９項乃至第１７項のいずれかに記載の電流測定装置。
19. １９．前記案内手段が前記導体周囲のコイルの形態を呈する請求の範囲第１８項 記載の装置。
20. ２０．光を送る前記手段が、前記案内手段の反対側端部へビーム・スプリッタに より結合された直線偏波光を放出するレーザ手段を含む請求の範囲第９項乃至第 １９項のいずれかに記載の装置。
21. ２１．前記光感応手段における所望の偏光方向を保証する手段により、光を前記 レーザ手段から案内手段へ送らせ、かつ光を該案内手段から案内手段の反対側端 部における第１および第２の対の光感応手段へ送らせるよう配置された第１およ び第２の指向性結合器を含む請求の範囲第１５項に依存する限り請求の範囲第２ ０項記載の装置。
22. ２２．前記他方のビーム・スプリッタの１つの出力と前記案内手段の一端部との 間に配置された別のビーム・スプリッタを含み、該別のビーム・スプリッタおよ び他のビーム・スプリッタが、前記光感応手段における所望の偏光方向を保証す る手段により、該案内手段から対の光感応手段の各々へ光を指向させるよう配置 される請求の範囲第１４項に依存する限り請求の範囲第項２０記載の装置。
23. ２３．前記案内手段のファラディ回転が、温度による該案内手段の円形複屈折の 変動による処理手段の出力信号に対する温度の影響を少なくとも低減するように 温度と共に変化する請求の範囲第９項乃至第２２項のいずれかに記載の装置。
24. ２４．本文に実質的に述べた如き電流を測定する方法。
25. ２５．添付図面に関して本文に実質的に述べた如き電流測定装置。