JPH06508209A - 光の偏光状態の誘導された変化の測定 - 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】 発明の名称 光の偏光状態の誘導された変化の測定 背景技術 技術分野 本発明は、偏光要素内の光の偏光状態に誘導により生じた変化の測定方法と測定 するためのメツアイバーセンサー装置に関する。偏光状態の変化としては、特に 、電圧、電界及び機械的力により誘導される線形複屈折と電流及び磁界により誘 導される円偏光複屈折とがある。

磁界、電界または機械的力またはこれらの複合したものはそれぞれ、光学的に透 明な電気光学物質、磁気光学物質、または光弾性物質の屈折率の異方性を誘導す ることができ、この異方性は光の偏光状態の変化によって発見することができる 。

線形複屈折は、電圧及び電界の測定に使用し得るいわゆる電気光学ポッケルス（ Ｐｏｃｋｅｌｓ）効果及びカー（Ｋｅｒｒ）効果により、電気光学物質内の電界 によって誘導することができる。

′　円偏光複屈折は、電流及び磁界の測定に使用し得るいわゆる磁気光学ファラ デー効果により、磁気光学物質内の磁界によって誘導することができる。

線形複屈折は、機械的力例えば加速度や圧力の測定に使用し得るいわゆる光弾性 効果により、光弾性物質内の機械的力によって誘導することができる。

一般的に、偏光要素内の偏光状態に誘導により生ずる変化は、光フアイバー偏光 測定光学センサーに利用され、誘導された変化は、下記のステップにより測定す ることができる。

ａ）光学送信部導波手段の一端にある光源から他端にある偏光子手段に向けて非 偏光（偏光していない光）を伝送し、 ｂ）偏光子手段により非偏光を偏光させ、Ｃ）偏光要素を通じて偏光を伝送し、 ｄ）偏光要素から伝送された偏光を検光子手段によって検光し、 ｅ）検光された偏光を光学受信部導波手段の一端から他端の光検出器に向けて伝 送し、 ここで、非偏光は、光学送信部導波手段と偏光子手段の間にある入力結合装置に より平行化（コリメート）され、検光された偏光は出力結合装置により光学送信 部導波手段上に集められ、これらの結合装置は、レンズまたはグレーデッドイン デックスロッドレンズより成っている。

特に、光フアイバー磁気光学電流センサーに対しては、平行光線を反射する少な くとも一つの平らな反射光学面を使用して偏光要素を通じての偏光の伝送を行う ことが今まで提唱されてきた。

しかしこれらの光学上の配置は、多くの不都合な点を有している。

先ず第一に、平行光または僅かに収斂する光線を使用しており、これにより光学 送信部導波手段から光学受信部導波手段へ最適な光エネルギー伝送を行うために 補助の結合レンズが必要となる。

第二に、結合手段として従来のレンズを使用しているが、光学表面における屈折 率の変化を適当に大きくするためにレンズが空気で囲まれていなければならない ので、装置の配置が不都合なほど大きくなる。

またレンズの機械的保持具が必要となり、このため機械的構造が複雑となる。

更に、従来のレンズを使用する電圧または電界センサーの場合は、レンズ周囲の 空気に破壊放電が生じないよう、センサーにかけ得る電界が制限される。

グレーデッドインデックスロッドレンズの場合は、光ファイバーの様な光導波路 に直接結合されると空気によって生ずる問題を回避することができる。また、こ の様な配置は小型に造ることができ、光学界面を電気絶縁性の光学セメントで充 填することができる。しかしながら、グレーデッドインデックスロッドレンズに より送信側からの光線を平行化するためには、光源から光ファイバーに送り込ま れる光の量を制限するような比較的小さなコア径（最大２００μｍ）の光ファイ バーが必要となり、より強力な光源で光量を補わなければ、この装置の信号対雑 音比（ＳＮ比）及び感度が制限される。

それ故、安価な可視光線発光ダイオード、例えば５ｏＯ〜７００ｎｍの範囲の光 を発するＬＥＤでは、小さなコア径のこのような光ファイバーを通じては充分な 光を供給できないから、使用することができない。

その代わりに、強力で更に高価なＬＥＤの発する８００〜９５０ｎｍの範囲の光 を使用しなければならないが、グレーデッドインデックスロッドレンズのみなら ず、この様な波長で作動するＬＥＤや偏光子は高価である。

従って、偏光要素内の光の偏光状態の誘導による変化を測定する方法であって、 コンパクトで、小型で、比較的安価な光フアイバー装置において実施できる方法 が必要となっている。

先行技術 米国特許第３９８０９４９号には、公称及び超過の高電流の両方を測定する磁気 光学測定変換器が開示されている。

この変換器は、第一の磁気的に飽和し得る部分と第二の常磁性の部分とを有し、 第一と第二部分の外表面には反射材を施し、変換器を通る偏光のための多くの通 路を提供している。しかし反射結像光学要素及び平行化（コリメート）されいな い光によって反射させることに付いては、一つも指摘または提案がなされていな い。

Ｗ、Ｂ、Ｓｐｉｌｌｍａｎとり、Ｈ，ＭｃＭａｈｏｎによる「光弾性効果に基づ くマルチモード型光ファイバーセンサーにＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｆｉ ｂｅｒ　０ｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｌａ５ｅｒ　５ｅｎｓｏｒｓ、　ＡｒｌｉＡｒ ｌｌｎ、　Ｖｉｒｇｉｎｉａ、１９８３年４月５〜７日、５ＰＩＥ、第４１２巻 。

論文Ｎｏ、４１２−１７．第１１０〜１１４頁には、光弾性効果に基づくマルチ モード型光ファイバーセンサーが開示され、その中では入力ファイバーからの光 がグレーデッドインデックスロッドレンズにより平行化され、また検光された光 は二つの成分に分離されグレーデッドインデックスロッドレンズを経由して二つ の出力ファイバーに導入される。

英国特許出願公報第２１５９９４４号には、光学センサー、特に電気的切り替え 可能な９０”光学回転子を含む光学圧力センサーが開示されている。このセンサ ーは、平行光を使用し、反射結像光学要素を有していない。

米国特許第４６１３８１１号では、二つの構成部分を有する導体を通じて流れる 電流を測定する光フアイバー磁気光学電流センサーが開示され、二つの構成部分 の一つには二つの構成部分間の偏光光線を反射する平面反射板が含まれている。

しかし反射結像光学要素及び平行化されていない光による偏光の反射に付いては 、一つも指摘または提案がなされていない。

Ｈｕｌｓｈｏｆらによる「光学電圧センサー：電力システムへの応用（Ｏｐｔｉ ｃａｌ　Ｖｏｌｔａｇｅ　５ｅｎｓｏｒｓ：　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　１ｎＥ ｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）Ｊ　５ＰＩＥ、第７９８巻、　 Ｆｉｂｅｒ　０ｐｔｉｃｓ　５ｅｎｓｏｒｓ　ＩＩ　、　１９８７では、ビスマ ス−酸化ゲル、ユユウムのポッケルスセルと従来のレンズまたはグレーデッドイ ンデックスロッドレンズを平行化または集中結合手段として含む伝送型光ファイ バー電圧センサーが開示されている。

ＥＰ特許出願公報第０２８４３４６号では、磁気光学電流変換器のエネルギー伝 送ラインに近くその周囲に配置されたファラデー回転子装置に接続された光学界 面が開示されている。この界面は、スペーサーレンズ要素に結合されたコリメー タ一部分を有し、このコリメータ一部分は、光ファイバーから入射する発散光線 を放物面によって集中させ、偏光要素を通りファラデー回転子装置に向けられる 平行光にする。

米国特許第４８４１２３４号では、直円錐台型に加工された電気光学物質でその 先端は反射鏡で覆われた光学検針を有する光フアイバー電圧検出器が開示されて いる。

光学検針は反射鏡で反射された平行光を提供するコリメーターを有している。し かし反射結像光学要素及び平行化（コリメート）されていない光による反射光の 提供に付いては一つも指摘または提案がなされてぃない。

米国特許第４９４８２５５号では、二つの全反射面を備え光線経路方向を１８ｏ °逆転させる要素を有する光フアイバー光学センサー装置が開示されている。こ の装置は例えばロッドレンズで平行化された光を使用し、反射結像光学要素は含 んでいない。

発明の開示 本発明の第一の側面として、本発明の目的は、偏光要素内における光の偏光状態 の誘導による変化を測定する方法及び使用する光フアイバーセンサーを提供する ことであって、本方法は密集構造で小型かつ比較的安価な、低出力光源により駆 動され設置が容易な装置により実行できるものである。

本発明の他の目的は、破壊放電に曝されること無く、大きな電界に耐え得る方法 と装置を提供することである。

更に本発明のなお他の目的は、温度変化に対し４良好な安定性を有する方法と装 置を提供することである。

の　、の　による　を潰定　る　法 一つの側面において、本発明は、下記の工程からなる、偏光要素内の光の偏光状 態の誘導変化測定方法を提供する。

ａ）光学導波管送信手段の一端がら他端の偏光子手段に向けて光源からの非偏光 （偏光されていない光）を伝送し、゛ ｂ）非偏光を該偏光子手段により偏光し、Ｃ）少なくとも一つの反射光学要素を 用い該偏光要素を通じて偏光を伝送し、 ｄ）検光子手段により該偏光要素がら伝送された偏光を検光し、 ｅ）検光された偏光を該光学導波管受信手段の一端から他端の光検出器に伝送し 、 ここで、 ｆ）該偏光子手段により偏光された非偏光、または検光子手段により検光された 偏光、或いはその双方ともが平行化されておらず、かつ、 ｇ）該偏光子手段と該検光子手段の間の光路内の偏光が少なくとも一つの反射結 像光学要素により集められ反射され、検光された光は非偏光が該偏光子に入るの と同じ側から該検光子手段を出るようになっている。

本発明によれば、偏光子手段により偏光された非偏光または検光子手段により検 光された偏光またはその両方が平行化されておらず、それにより補助の導波管結 合装置特に平行化及び集中結合レンズまたはグレーデッドインデックスロッドレ ンズが不要になる。

更に、本発明によれば、偏光子手段と検光子手段の間の光路内の偏光は、平行化 されていない光と組合わさって、少なくとも一つの反射結像光学要素により集め られ反射され、検光された光は、非偏光が偏光子に入るのと同じ側から検光子手 段を出るようになっている。これにより送信部光学導波手段及び受信部光学導波 手段は、該センサー装置の同じ側から導入できる。

この二つの特徴が一緒になって、同時に構成部品が削減されまた比較的小さな長 さ対幅比で結像ができる。

これにより全体容積に対して比較的大きな割合の活性物質を有する小型の装置が 得られる。

また反射面は、レンズに比べて殆ど容積を必要としないから、さもなくばグレー デッドインデックスロッドレンズや従来のレンズ及び空気が占める空間に活性物 質を使用することができ、それにより光路がより効率的に使用され、従来のレン ズ使用装置に比して比較的小さな装置を得ることができる。

更に、光学送信部導波手段及び光学受信部導波手段は偏光要素の同じ側から導入 できるので、特に測定すべき量が片側からのみ接近できる用途に於いて、装置の 取付が容易である。

また、さもなくばレンズや特に空気により占められる空間に活性物質を使用する ことにより、破壊放電に曝されること無く、大きな電界に耐えることができる。

更にまた、例えばグレーデッドインデックスロッドレンズの使用を避けることが できるから、２００〜１０００μｍ範囲の径を有する比較的安価で大きなコア径 の光学導波手段を使用することができる。それ故、従来の５０〜１００μｍの光 ファイバーを使用するセンサーに比べて、光源から検出器に至る装置通過光路の よりよい伝送効率を得ることができる。更に、より低い光学エネルギーレベルで 従来センサーに匹敵する正確度が得られるのと正に同じく、従来のセンサーに比 べて信号／雑音振幅比（ＳＮ比）と感度が増大する。

また反射結像要素をより多く使用することにより、偏光要素内の多角的伝送が可 能となりかつ全光路が増加し、その結果感度が増大する。

反　・ 本発明に基づき、偏光子手段と検光子手段間の光路の偏光は、少なくとも一つの 反射結像光学要素により反射されるので、偏光は検光される前に一回以上偏光要 素を通り伝送される。

簡単な実施例はただ一つの反射結像光学要素を包含している。

従って、好適な実施例に於いては、偏光は、一つの反射結像光学要素により、− 回以上、好ましくは一回または皿回、感応偏光要素を通って伝送されることであ る。

一般的に、少なくともその一つは結像光学要素を含むより多くの反射光学要素を 使用して、偏光要素を通過して偏光を多数回伝送し、より高い感度を得ることが できる。

特に、光の人出用の開口を有する反射平面とその平面の反対側に反射凸面を有す る偏光要素では、全部で四回偏光をこの偏光要素を通って伝送することができる 。

従って、他の好適な実施例に於いては、偏光は、少なくともその内の一つは結像 を行う二つの反射要素により、−回以上、好ましくは−、皿回または四回、感応 偏光要素を通って伝送される。

一本発明によれば、従来技術で知られた方法により、反射結像光学要素が得られ る。

ある好適な実施例に於いて、反射結像光学要素は、偏光要素の反射コーティング を施した凸面からなり、もし光学送信部導波手段と偏光子の間の開口、偏光子手 段の厚みと屈折東　偏光要素の長さと屈折率、検光子手段の厚みと屈折率、及び 検光子手段と光学受信部導波手段の間の開口が既知ならば、偏光要素の凸面の曲 率は、レンズ製造技術で知られた方法、例えば光線追跡技術を使用して得ること ができる。

更に、反射コーティングは、アルミニウム、銀、金等の金属コーティングや石英 、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化チタン（Ｔｉ０２）、酸化アンチモン（Ｓｂ２０． ）等の誘電性コーティングを含む従来技術で知られた反射性コーティングの中か ら選定することができる。

ある場合、特に高価なまたは脆弱な偏光要素が使用された場合は、偏光要素上に 凸面を直接設けず、例えば平凸レンズ上に凸面を設けることが好ましいであろう 。　従って、もう一つの好適な実施例では、反射結像光学要素は反射コーティン グを施した凸面を有する事実レンズからなっている。これらレンズは、光線追跡 法による光学設計方法を含むレンズ製造技術で既知の方法で得ることができる。

他の場合において、特に凸面を製作する比較的コストのかかる工程を避けるため 、反射性回折性の光学要素を採用することが好ましい場合がある。この要素はホ ログラフィックまたはコンピューター作成の回折性光学要素を製造する方法を含 む従来技術で知られた方法で得ることができる（　Ｐ、　Ｈａｒｉｈａｒａｎ： 　ｒ光学ホログラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ）Ｊ　Ｃａｍｂ ｒｉｇｄｅ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ、　１９８４；　Ｌ、　Ｓｏｌｙ ｍａｒ　ａｎｄ　Ｄ、Ｊ、　Ｃｏｏｋｅ：　ｒ体積ホログラフィ及び体積格子（ Ｖｏｌｕｍｅ　Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄＶｏｌｕｍｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ） Ｊ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、　１９８１：　Ｒ，Ｒ，ＡＳｙｍｓ　ｒ実 用体積ホログラフィ（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ＶｏｌｕｍｅＨｏｌｏｇｒａｐｈＹ ）Ｊ　Ｃ１ａｒａｄｏｎ　Ｐｒｅｓｓ、　０ｘｆｏｒｄ、　１９９０）。

従って、さらに他の好適な実施例に於いては、反射結像光学要素が回折性の光学 要素から成るものがある。

１九１１ 本発明によれば、偏光要素は次の物からなる。

１）磁界、電界または機械的力によりその屈折率の異方性が誘導される適当な偏 光活性物質を含む感応偏光要素、及び、 ２）偏光の位相遅延または偏光の回転を与える任意の補助偏光要素である。

固有の複屈折性を有するものを含む偏光活性物質は従来技術で知られており、下 記のものが含まれる。

ａ）下記の如き結晶を含む電気光学物質弗化カドミウム（ＣｄＦ）、ガリュウム 砒素（ＧａＡｓ）、ガリュウム燐（ＧａＰ）、ベータ硫化亜鉛（β−ＺｎＳ）、 セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、三酸化ゲルマニウムビ スマス（Ｂｉ４Ｇｅ３０，２）、酸化ゲルマニウムビスマス（Ｂｉ、２Ｇｅ０２ ｏ）、酸化珪素ビスマス（Ｂｉｔ　２ｓｉ０２ｏ）、燐酸二水素カリウム（ＫＨ ２ＰＯ４）、燐酸二重水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）、燐酸二水素アンモニウム （ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、燐酸二重水素アンモニウム（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、ニオ ブ酸リチウム（ＬｔＮｂＪ）、タンタル酸リチウム（ＬＬＴａ０３）、沃素酸カ リウム（ＫＩＯ３）、石英（ＳｉＯ７）のほかに、ディスパースレッド１　（Ｄ ｉｓｐｅｒｓｅ　Ｒｅｄ　１）　（４−（４−＝トロフェニルアゾ）−Ｎ−エチ ル−Ｎ−２−ヒドロキシエチルアニリン）等の一種以上のアゾ染料の如き電気光 学染料を含むエポキシ、またはメタクリル酸ポリメチル等のポリマー類をポーリ ングして製造する電気光学ポリマーがある（ポーリングとは、ポーリング場によ る電気光学染料に対する分子配列がポーリング場の除去後も保存されるように、 ポリマーがある電界、即ちポーリング場の影響下で動状態から不動状態へ相転移 される過程を言う）。ポーリング工程は、下記文献に述べられている。Ａ１１ａ ｎＧｏｔｔｓｃｈｅ：　ｒ電カシステムにおける高度応用のための電気光学及び 磁気光学センサー（Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　ａｎｄＭａｇｎｅｔｏｏｐｔｉ ｃ　５ｅｎｓｏｒｓ　ｆｏｒ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉ ｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ）Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐ ｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ 　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＤｅｎｍａｒｋ、刊行物Ｎｏ、９００５　（１９ ９０））。

ｂ）溶融シリカと反磁性ガラス等のガラス類及び結晶類を含む磁気光学物質で、 反磁性的ガラスには、ＢＫ７、ＳＦ６．　５Ｆ５７．　５Ｆ５８．　５Ｆ５９　 （Ｓｃｈｏｔｔ社）、ＦＲ−４，ＦＲ−５゜ＦＲ−７（Ｈｏｙａ社）、Ｍ−１６ （Ｋｉｇｒｅ社）を含み、結晶には、石英（ＳｉＯ２）、弗化ユウロピウム（Ｅ ｕＦ２）、酸化アルミニウムテルビウム（Ｔｂ３Ａｌ、０１２）、弗化テルビウ ムリチウム（ＬｉＴｂＦａ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、弗化セリウム（Ｃｅ 　Ｆ　３　）、弗化ランタン（ＬａＦ３）、三ゲルマニウム酸ビスマス（Ｂｉ４ Ｇｅ３０，２）、ゲルマニウム酸ビスマス（Ｂｉ、２Ｇｅｏ２０　）、テルル化 マンガンカドミウム（ＣｄＭｎＴｅ）、イツトリウム鉄ガーネット（Ｙ３Ｆｅ５ ０またはＹＩＧ）、テルビウムイ・ソトリウム（ＴｂｘＹｘ−ｚまたはＩＧ）が ある。

Ｃ）ガラス類を含む光弾性物質で、ガラス類にはＺＫＮ７、ＦＫ５、ＢＩ３．５ Ｋ１４．５Ｋ１６、Ｆ２、ＬａＦＮ２、ＳＦ２、ＳＦ４及びＳＦ５　（Ｓｃｈｏ ｔｔ社）が含まれる。

光学物質は、全て磁気光学ファラデー効果を有する。

しかしながら、効果の大きさは変化する。また幾つかの磁気光学物質は、同時に 電気光学効果を示す。例えば、三ゲルマニウム酸ビスマス（Ｂｉ４Ｇｅ３０，２ ）、ゲルマニウム酸ビスマス（Ｂｉ、　２Ｇｅ０２゜）、及び、珪酸ビスマス（ Ｂｉ、□５ｉ０２゜）といったものである。

感応偏光要素は、固有の複屈折性を有する物質から選定した材料で構成され、固 有の複屈折性によりλ／４の位相遅延を生じ、これにより補助的な偏光要素が不 要になるように、物理的寸法を選ぶことができる。

補助的な偏光要素は、二色性の位相板、雲母製位相板及び石英製位相板を、例え ば全てガラス板の間に挟んだものを含む、従来技術で知られた位相遅延要素から なる。好適にはλ／４の位相遅延を生ずる位相遅延手段で構成することができる 。補助偏光要素は、固有の複屈折性が殆ど無いか或いは全く無い電気光学または 光弾性物質と共に使用するのが好ましい。

下記に述べる如く、位相遅延手段は、偏光要素を通して偏光を送る反射結像光学 要素で作ることができ、それによりまた補助の偏光要素を削除できる。

温　定性　び　定性の強 特に、波長及び温度の不安定性に対して高い耐性を得るように位相遅延装置を組 み込むことができる。

複屈折性の位相遅延要素とは異なり、反射要素の物理的寸法変化は位相遅延量に 影響を与えないから、反射に基づく位相遅延は温度変化にはむしろ鈍感である（ Ｈ，Ｆａｂｒｉｃｉｕｓ：　ｒ偏光測定センサーに使用するアクロマードプリズ ム遅延装置（Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ　Ｐｒ１５ｍ　Ｒｅｔａｒｄｅｒｆｏｒ　Ｕ ｓｅ　ｉｎ　Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｉｃ　５ｅｎｓｏｒｓ）Ｊ、Ａｐｐｌｉｅｄ 　０ｐｔｉｃｓ、第３０巻、　Ｎｏ、４．　１９９１．　ｐｐ、４２６−４２９ ）。

従って、本発明によれば、位相遅延装置は、反射に基づく位相遅延装置となって いる。

好適な実施例に於いて、反射結像光学要素は、偏光要素の、任意にコーティング を施した内部全反射で反射する凸面から成っている。

ある場合、特に高価なまたは脆弱な偏光要素が使用される場合は、凸面を偏光要 素上に直接膜けず、代わりに追加の光学要素上に設けることが好ましいであるう 。

従って他の実施例では、反射結像光学要素は追加の光学要素の、任意にコーティ ングを施した内部全反射で反射する凸面から成っている。

位相遅延は、この光学要素自身と周囲の空気の屈折率に基づく内部全反射にのみ よるものであるから、温度変化には実質的に鈍感である。光学要素は凸面の内部 全反射表面を有する光学素材からなり、その凸面はもし放物面であればその放物 面の焦点から発する発散光を平行化することができ、また逆に、平行光を焦点に 集めることができる。もし放物面でなければ、凸面はなお位相遅延を生ずること はできるが、平行光を出すことはできない。

反射されると、内部全反射の角度条件を満足する光線は、光学要素の屈折率と、 入射光線・反射光線間の角度との関数である位相遅延を生ずる。各光線は幾分具 なる位相遅延を受けるが、もし光線の強度分布が知られていれば、全光線の表面 の単純反射が検光子で検光され、検出器上にまとめられた時、λ／８位相遅延要 素の効果を代用できる効果を誘導するように光学要素の屈折率を選択することが 可能である。

もし光線が単一表面で皿回反射されるかまたは二つの異なる表面で反射されると 、検光され、検出器上に集められた光線エネルギーの全正味効果は、λ／４位相 遅延要素の効果の代わりとなり得るものである。

（Ｌ土工１ 偏光子手段は、二色性シートポラライザー、ガラスポラライザー（例えば、コー ニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）社製８６１２　ＰｏｌａｒｃｏｒＴＭ）、偏光ビーム スプリッタ−及び方解石ポラライザーを含む直線偏光子から成っている。

１ｉ玉王１ 検光子手段は、偏光子手段及びもしあれば位相遅延装置により選択された光の偏 光状態と偏光要素を去る光の各偏光状態を区別する手段を含んでいる。

検光子手段は偏光子手段に対して述べたものと同じタイプの直線偏光子を含んで いる。

′　゛　び　−波 光学送信部及び受信部用導波手段には従来技術で知られた単−及びマルチモード 光ファイバー等の光ファイバーが含まれ、特に大きなコアを有するマルチモード ファイバーが好まれる。

１１反ゲ厘」Ｉ 光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、光ファイバーに結合するのに適切な 光源から成っている。特に低価格ＬＥＤを大コア径光ファイバーと結合して用い ることができる。

光検出器は、使用光源からの光を検出できるＰＩＮや、アバランシェ型フォトダ イオード、フォトトランジスターを含む、光ファイバーに結合するのに適当な光 検出器から成る。

検光子から伝送される光エネルギーは、光源から放出される光エネルギーに比例 するが、測定量により変調されている。

変調された光信号は、光検出器により検出され、ここで電流に変換さ枳　電気増 幅手段により電圧に変換されるが、電圧の大きさは検光子を経て伝送された光エ ネルギーに比例する。測定量に比例する信号の成分を、雑音信号をとりのぞいて 抽出することができ、光学システム中の損失による信号強度の低下は、電気信号 調整手段、即ち、光フアイバー検知及び偏光光学測定の技術で知られる信号処理 電子回路により補正できる。例えば、上記のＨｕｌｓｈｏｆら、及び５ｐｉｌｌ ＋＋ａｎ　ａｎｄ　ＭｃＭａｈｏｎ、Ｅ　Ｐ特許出願公報第０２４７８４２号及 び第０２５４３９６号参照。

ファイバーセンサー 本発明は、センサー装置に関し、特に偏光要素内の光の偏光状態の誘導変化を測 定する為の光フアイバーセンサー装置に関する。

本発明の別の側面によれば、偏光要素内の光の偏光状態の誘導変化の測定、特に 電流及び磁界により誘導される円偏光側屈折の測定の為の光フアイバーセンサー 装置において、 の一端に接続された偏光子手段と、 −ｂ）偏光要素と、 Ｃ）少なくとも一つの反射光学要素と、ｄ）検光された光を検出器に伝送する光 学受信部導波手段の一端に接続された検光子手段とを含み、ｅ）上記少なくとも 一つの反射光学要素は、該偏光子手段と該検光子手段の間の光路内の光を反射す る結像光学要素であり、該非偏光が偏光子に入るのと同じ側から検光された光が 検光子手段を出て行くようになっていることを特徴とする装置が得られる。

簡単な実施例では、ただ一つの反射結像要素を有する。

従って、好適な実施例に於いては、偏光子手段からの偏光は、一つの反射結像光 学要素により、−回以上、好ましくは一回または皿回、感応偏光要素を通って、 伝送される。

少なくともその一つは結像を行うより多くの反射光学要素により、偏光要素を通 じて偏光を多数回伝送することによって、より高い感度を得ることができる。

従って、もう一つの好適な実施例に於いては、偏光は、少なくともその内の一つ は結像を行う二つの反射結像光学要素により、−回以上、好ましくは−、皿回、 または四回感応偏光要素を通って、伝送される。

上記の少なくとも一つの反射結像光学要素は、１）反射コーティングを施した偏 光要素の凸表面と、２）反射コーティングを施した凸表面を有する平凸レンズと 、 ３）反射性かつ回折性の光学要素と、 からなるグループより選択される。

光学導波管送受信手段は、一つ以上の偏光子手段及び検光子手段にそれぞれ連結 された一つ以上のマルチモード光ファイバーから成っている。

なお他の一つの観点よりすれば、本発明により、偏光要素内の光の偏光状態の誘 導変化の測定、特に電圧、電界及び機械的力により誘導される線形複屈折の測定 の為の光フアイバーセンサー装置において、ａ）光源からの非偏光を放出する光 学送信部導波手段の一端に接続された偏光子手段と、 ｂ）位相遅延手段を有する偏光要素と、Ｃ）少なくとも一つの反射光学要素と、 ｄ）検光された光を検出器に伝送する光学受信部導波手段の一端に接続された検 光子手段と、を含み、ここで、 ｅ）上記少なくとも一つの反射式光学要素は、該偏光子手段と該検光子手段の間 の光路内の光を反射する結像光学要素であり、該非偏光が該偏光子（３１）に入 るのと同じ側から検光された光が該検光子手段を出て行くようになっていること を特徴とする装置が得られる。

簡単な実施例ではただ一つの反射結像要素を有する。

従って、好適な実施例に於いては、偏光子手段からの偏光は、一つの反射結像光 学要素により、−回以上、好ましくは一回または皿回、感応偏光要素を通って、 伝送される。

少なくともその内の一つは結像を行うより多くの光学要素により、偏光要素を通 じて偏光を多数回伝送することによってより高い感度を得ることができる。

従って、もう一つの好適な実施例に於いては、偏光は、少なくともその内の一つ は結像を行う二つの反射結像光学要素により、−回以上、好ましくは−、皿回、 または四回、感応偏光要素を通って伝送される。

少なくとも一つの反射結像光学要素は、１）偏光要素の反射コーティングを施し た凸表面と、２）反射コーティングを施した凸表面を有する平凸レンズと、 ３）反射性かつ回折性の光学要素と、 ４）感応偏光要素の、任意のコーティングを施し内部全反射により反射する凸表 面と、 ５）附加的な光学要素の、任意のコーティングを施し内部全反射により反射する 凸表面と、からなるグループより選択される。

光学導波管送受信手段は、一つ以上の偏光子手段及び検光子手段にそれぞれ連結 された一つ以上のマルチモード光ファイバーから成っている。

特に言及しておくべきことは、単一の光ファイバー、または、単一の送信部／受 信部光フアイバーセットを内蔵する簡単なセンサー装置は、標準的な偏光測定の 慣用方法に従って操作された場合、動的信号つまりインパルスまたはＡＣ信号の 測定のみに使用できることで、これは光が検光子手段を通過した後得られる伝送 光信号のＤＣ成分は、光フアイバー内の動的損失を補正するためにセンサーの駆 動回路が使用するからである。

従って、他に明記されていなければ、上述の光学センサー装置は、ＡＣまたはイ ンパルスの磁界、電界、電流、電圧か、或いは振動、加速度または動的圧力変動 等の動的機械的信号等の、動的信号の測定に使用される。静的信号（ＤＣ信号） の測定は、送受信光ファイバー、偏光子及び検光子の組み合わせのセットを二組 以上使用して行われる。

豆Ｕユ１ 本文中に於いて、　「光フアイバーセンサー」という表現は、光学センサー装置 へ、またはこの装置から、光を伝送するための光フアイバー導波管を備えた光学 センサー装置のみを意味する。

従って、　「光フアイバーセンサー」という表現は、光フアイバー導波管自身が 、その中で光の偏光状態の変化が生じる感応偏光要素であることを意味しない。

本文中に於いて、　「線形複屈折」は、偏光の入射波を物質の特性方向と一致す る偏光平面を有する二つの線形に偏光した偏光波成分に分割する光学物質の能力 を意味する。この偏光波成分は、異なる伝播速度で伝送され、物質通過後再結合 して生ずる伝送波の位相遅延を生じ、入射光波に比べ伝送された光波の偏光状態 が変化する。

また位相遅延は、偏光波をゼロ以外の角度で、好ましくは内部全反射として反射 させるか、または反射コーテイング面で反射させることにより、生じさせること ができる。

位相遅延手段は、屈折率に異方性のある一以上の媒質、即ち、線形複屈折性の媒 質または反射性平面媒質のいずれか、またはその二つの結合から成っている。

π／２ラジアンつまりλ／４波長の位相遅延、即ち、λ／４波長板（四分の一波 長板）は、直線偏光した光を円偏光した光に変換することができ、そのことによ り、例えば電気光学センサーまたは光弾性センサーにおいて、誘導された線形複 屈折の発見の為の参照点のための最適な手がかりが得られる。

更に、本文中に於いて、　「円偏光複屈折」は、円偏光した光の回転方向に関し て異方性の屈折率を有する媒質に入射した偏光した光波が、異なる伝播速度を有 する二つの逆方向に回転する円偏光した偏光成分に分離され、この偏光成分が物 質を通過した後に再結合することにより生じた伝送波が偏光回転をする現象を意 味する。

円偏光複屈折は、直線偏光した光の偏光面を回転させる。

λ／４つまりπ／２ラジアンの位相遅延は、直線偏光を円形偏光に変化させる。

また、本文中に於いて、偏光子手段により偏光されたもとは非偏光の光、または 検光子手段により検光された偏光、またはその両方が平行化（コリメート）され ていないと記述されているとき、　「平行化されていない」という表現は、光学 導波管送信手段により放出された光が発散光線として、偏光子手段及び偏光要素 を通り、光学送信部導波手段の開口数及びコア径と、偏光子手段及び偏光要素の 屈折率によって定まる光波伝播の物理法則に従って伝播しすることと、そして、 少なくとも一つの反射結像光学要素によって集められ反射される光が、偏光要素 と検光子手段を通り、収束光線として、偏光要素及び検光子手段の屈折率と、反 射結像光学要素の開口及び焦点距離により定まる光波伝播の物理法則に従って伝 播しながら、反対に反射されることを意味する。

更に、本文中に於いて、　「偏光要素」、　「補助偏光要素」、　「位相遅延手 段」、　「偏光子手段」、　「検光子手段」といった表現が用いられるときは常 に、上述の装置の特性光軸は、光学関連の文献に記されている通りに、偏光測定 の慣用技術に従って配列されるべきものとする。

即ち、線形電気光学効果または光弾性効果等の誘導された線形複屈折の測定に対 して、偏光子手段及び検光子手段の偏光軸と、位相遅延手段及び偏光要素のいわ ゆる「速い」光軸と「遅い」光軸は、全て偏光測定の慣用技術に従って配列され るべきものとする。従って、磁気光学ファラデー効果等の誘導された円偏光複屈 折の測定に対しては、偏光子手段及び検光子手段の偏光軸と、もし存在すれば補 助偏光要素の「速い」及び「遅い」軸と、偏光要素内の固有の複屈折がもし存在 するとすればその複屈折の「速い」及び「遅い」軸は、全て偏光測定の慣用技術 に従って配列されるべきものとする。

偏光測定の慣用技術は、光学関連文献に記されている。　特に、 １　）　Ｅｕｇｅｎｅ　Ｈｅｃｈｔ：　ｒ光学（Ｏｐｔｉｃｓ）Ｊ、第２版、Ａ ｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｉｎｃ 、、ＷｏｒｌｄＳｔｕｄｅｎｔ　５ｅｒｉｅｓ　（１９８７）　；２　）　Ａ、 　Ｙａｒｉｖ　ａｎｄ　Ｐ、　Ｙｅｈ：　ｒ結晶中の光波（Ｏｐｔｉｃａｌｗａ ｖｅｓ　ｉｎ　ｃｒｙｓｔａｌｓ）Ｊ、　Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃ ｅ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　（１９８４）； ３　）　Ａ１１ａｎ　Ｇｏｔｔｓｃｈｅ：　ｒ電カシステムにおける高度応用の ための電気光学及び磁気光学センサー（Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　ａｎｄ　Ｍ ａｇｎｅｔｏｏｐｔｉｃ　５ｅｎｓｏｒｓ　ｆｏｒ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ａｐｐ ｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ）Ｊ 、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐａｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅ ｎｔ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｒ）ｆ　Ｄ６ｎｍａｒｋ、刊 行物Ｎｏ、９００５　（１９９０）。

図面の簡単な説明 本発明の他の目的及び範囲は、図面を参照して行う詳細な説明と好適な実施例を 単に示す特定の例により明かとなろう。

図ＩＡは、光フアイバー磁気光学センサー装置の好適な実施例を示す。

図ＩＢは、図ＩＡのＩｂ−Ｉｂ線に沿った横断面図を示す。

図ＩＣは、図ＩＡの装置の他の実施例で、偏光が偏光要素を四回通過している状 態を示す。

図２は、図１の装置の他の実施例を示す。

図３は、反射結像光学要素として回折性光学要素を含む光フアイバー磁気光学セ ンサー装置の好適な実施例を示す。

図４は、一つの光フアイバー送信部と二つの光フアイバー受信部を含む図３の装 置の他の実施例を示す。

図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄは、電気光学／光弾性光フアイバーセンサー装置の 好適な実施例を示す。

図６Ａは、同時に送信部及び受信部として機能する一つの光ファイバーを含む磁 気光学光ファイバーセンサー装置の好適な実施例を示す。

図６Ｂは、同時に送信部及び受信部として機能する一つの光ファイバーを含む電 気光学・光弾性センサー装置の好適な実施例を示す。

図７Ａは、反射結像光学面及びλ／４光学要素の代−用をする平面鏡を含む附加 的な光学要素の組み合わせを有する電気光学・光弾性センサー装置の好適な実施 例を示す。

図７Ｂは、感応偏光要素が反射結像光学要素と平面鏡の間に位置する図７への装 置の他の実施例を示す。

図７０は、感応偏光要素の凸表面が反射結像光学要素を形成する、図７Ａに示す 装置の他の実施例を示す。

図７Ｄは、反射結像光学面を含む附加的な光学要素が、感応偏光要素の平な表面 上に搭載された平凸レンズにより構成される、図７Ａの装置の他の実施例を示す 。

図７Ｅは、それぞれ一つまたは二つの光ファイバーを使用する好適な実施例の為 に、図７Ａ及び図７Ｄの線■ｅ−■ｅに沿って切った横断面図を示す。

図７Ｆは、それぞれ一つまたは二つの光ファイバーを使用する好適な実施例の為 に、図７Ｂ及び図７０の線■ｆ−■ｆに沿って切った横断面図を示す。

図７Ｇは、反射結像光学要素と、λ／４光学要素の代用をする位相遅延特性を有 する平面の内部全反射面を含む附加的な光学要素とを有する、偏光要素の組み合 わせを備えた電気光学・光弾性センサー装置の他の実施例を示す。

図７Ｈは、それぞれ一つまたは二つの光ファイバーを使用する好適な実施例を表 す、図７Ｇの線■ｈ−■ｈに沿って切った横断面図を示す。

図８Ａは、二つの位相遅延要素を含む図７Ａの装置の他の実施例を示す。

図８Ｂは、二つの位相遅延要素を含む図７Ｂの装置の他の実施例を示す。

図９は、磁界積分コア内に置かれた本発明に基づく磁気光学光ファイバーセンサ ー装置の利用例を示す。

図１０Ａは、本発明に基づく電気光学センサー装置を電圧センサー電極間に置い た利用例を示す。

図１０Ｂは、図７０に示す本発明に基づく温度及び波長安定性強化電気光学セン サー装置を電圧センサー電極間に置いた利用例を示す。

図１０Ｃは、図７Ｄに示す本発明に基づく温度及び波長安定性強化電気光学セン サー装置を電圧センサー電極間に置いた利用例を示す。

図１１は、電気光学センサー装置、及び磁界積分コアを含む磁気光学センサー装 置の利用例を共に示す。

本発明に基づくこれらの再装置は、電気ケーブルの一本の導体を囲む電気的に接 地したブツシュの内側に置かれている。

図１２は、浮上物体と支持台の間に加速度測定のために置かれた本発明に基づく 光弾性センサー装置の利用例を示す。

図１３は、ロッドを経て圧力測定用膜に接続された本発明に基づく光弾性センサ ー装置の利用例を示す。

詳細な説明 本発明によれば、偏光要素内の光の偏光状態の誘導変化を測定する方法及び装置 は、偏光活性物質が、磁気光学物質か、電気光学物質か、または光弾性物質かに 応じて、偏光要素内の線形及び円形誘導複屈折の両方に使用できる。唯一の相違 は、電気光学物質及び光弾性物質の線形誘導複屈折の場合には、位相遅延手段か 必要であることである。

それ故、好適な実施例の詳細記述は、たとえ明白に記載されなくても、両方のタ イプの複屈折について説明しているものと解されるべきである。

もし他に明白に記載されていなければ、全ての光学要素の光軸は前に述べた偏光 測定の慣用技術に従って配列されている。

磁　′ファイバーセンサー装 図１は、磁気光学光ファイバーセンサー装置１０の好適な実施例を示す。

非偏光（偏光していない光）は、光フアイバー送信部２１、例えば、６００μｍ コアマルチモードプラスチック被覆シリカファイバーＴＥＣＳＴＭ、技術強化被 覆シリカ（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｃ１ａｄ　５ｉｌｉｃａ ）　ＦＴ−６００−ＬＭＴ（３Ｍ社）の一端にある光源（図示せず）から、直線 偏光子、例えば、コーニング社製８６１２　Ｐｏ１ａｒｃｏｒ”ガラス偏光子か らなる他端にある偏光子手段３１に伝送される。

光ファイバー２１からの非偏光発散光は、偏光子３１により直線偏光され、磁場 にさらされると偏光の回転を生じる、例えば５ｃｈｏｔｔ社製ガラスＳＦ６とい った円偏光複屈折磁気光学物質から成る偏光要素４１を通って伝送される。

直線偏光にされたが、偏光面カベ回転した光は、反射光面５１により偏光要素４ １を通って、反射され、集められる、更に偏光回転を生ずる。反射結像光学面５ １は、偏光要素４１の凸面であって、アルミニウムの反射コーティングを施しで ある。

反射光は、直線偏光子、例えば、コーニング社製ガラス偏光子８６１２　Ｐｏｌ ａｒｃｏｒＴＭから成る検光子手段３２を通って集中され、選択された偏光状態 の直線偏光を光フアイバー受信部２２、例えば、６００μｍコアマルチモードプ ラスチック被覆シリカファイバーＴＥＣＳＴＭ。

技術強化被覆シリカＦＴ−６００−ＬＭＴ　（３Ｍ社）の一端に伝送し、検光さ れた光をファイバー受信部の他端にある光検出器（図示せず）に伝送する。

それ放磁界を加えると、光検出器によって検出した光強度の変化から、偏光要素 ４１内の光の偏光状態の変化か測定できる。

偏光要素４１、凸面５１と、もしあれば（図ＩＢ参照）平凸レンズ５２は回転対 称に配置されているので、偏光子、検光子、送信部及び受信部ファイバーのその 他のセットを、例えば、静磁界またはＤＣ電流の測定の為の更に徹底した偏光解 析を行う目的で、対称軸の回りに配置することができる。

図ＩＢは、偏光子３１と検光子３２、及び３１Ａ１３２Ａと、光フアイバー送信 部・受信部２１．２２及び２１Ａ、２２Ａのセットを、それぞれ示す図ＩＡのＩ ｂ−１ｂ線に沿う横断面図により示す。

図ＩＣは、第二の反射光学要素を含む図ＩＡの装置の他の実施例を示す。第二の 反射光学要素は、結像するものかどうかは任意であるが、ここでは、光フアイバ ー送信部２１からの光が偏光子３１から偏光要素４１へ伝送さべ　反射光が偏光 要素４１から検光子３２を経て受信部２２へ伝送される二つの開口部を除いた、 反射コーティングを施した平面５４として示されている。送信部ファイバー２１ からの光は、反射光学結像面５１により集められ、ここでは特に平行光で示すが 偏光要素４１を通り元の方向へ反射され、次いで反射光学面５４によりなお平行 状態で前方に反射され、最後にもう一度反射結像光学面５１によって集められ、 再び元の方向へ偏光要素４１を通り反射され、受信部光フアイバー２２上に集め られる。この様にして、偏光は、合計四回、偏光要素４１を通って伝送され、こ れによりセンサー装置の感応が得られる。

なお特に偏光要素内の反射は、平行光に限られるものではない。さらにまた、偏 光要素を通り偏光を四回伝送する事は、反射光学要素の一つが結像型で他の一つ が非結像型でも、或いは反射光学要素が両方とも結像型でも、達成できる。従っ て、両方の反射光学面５１．５４を共に凸型結像面とするか、または反射光学面 ５１を平面反射面とし反射光学面５４を結像凸面とする事もまた可能である。二 つの反射光学要素を正確に設計する事により、偏光要素を通る偏光された光の往 復通路数を如何なる正の整数に選定する事も理論的には可能である。

図２は、アルミニウムの反射コーティングを施した凸面を有しかつ偏光要素４１ に接続された平凸レンズ５２を含む図１の装置の他の実施例を示す。光学セメン ト、光学エポキシまたは他の材料も、レンズ５２と偏光要素４１の間に任意に使 用できる。

図３は、回折光学要素６１を反射結像光学要素として含む磁気光学光ファイバー センサー装置の他の好適な実施例を示す。

図４は、一つの光フアイバー送信部２１と、二つの光フアイバー受信部２２Ａ、 ２２Ｂとを含む図３の装置の他の実施例を示す。光フアイバー送信部及び受信部 の数は増加する事ができるから、一つの送信部と四つの受信部を静信号、例えば 直流電流の測定に使用する事ができる。

・Ｉ島　゛パ′ファイバーセンサー 図５Ａは、電気光学／光弾性光ファイノく−センサー装置１１の好適な実施例を 示す。

非偏光は、光フアイバー送信部２１、例えば、６０Ｏｔｔｍコアマルチモードプ ラスチック被覆シリカファイバーＴＥＣ５Ｔ−技術強化被覆シリカＦＴ−６００ −ＬＭＴ　（３Ｍ社）の一端にある光源（図示せず）から、直線偏光子、例えば 、コーニング社製ガラス偏光子８６１２　Ｐｏ１ａｒｃｏｒＴｌ′からなる他端 にある偏光子手段３１へ伝送される。

光フアイバー送信部２１からの非偏光発散光は、偏光子３１によって直線偏光さ れ、直線複屈折物資の薄い円板、例えば、λ／４石英波長板からなる補助偏光要 素４１Ｂにより位相が遅延される。遅延された偏光は、次いで感応偏光要素４１ Ａを通って伝送され、要素内で誘導位相遅延を受ける。この偏光要素は、体系的 な名前４−（４−ニトロフェニルアゾ）−Ｎ−エチル−Ｎ−２−ヒドロキシエチ ルアニリンを有する電気光学アゾ染料ディスパースレッド１　（Ｄｉｓｐｅｒｓ ｅ　Ｒｅｄ　１）の充分な濃度を含むエポキシのポーリングによって製造された 直線複屈折電気光学ポリマーから成る。光弾性センサー装置の場合には、偏光要 素４１Ａは、直線複屈折光弾性物質、例えば、５ｃｈｏｔｔ社製のＺＫＮ　７ガ ラスから成る。

円偏光は、反射光学面５１により感応偏光要素４１Ａを通り反射され、集められ 、これにより更に位相遅延を受ける。反射結像光学面５１は、感応偏光要素４１ Ａの凸表面上にアルミニウムの反射コーティングを施しである。

反射光は、直線偏光子、例えば、コーニング社製８６１２　ＰｏｌａｒｃｏｒＴ Ｍガラス偏光子から成る検光子手段３２上に集めら娠　選択された偏光の直線偏 光成分を光フアイバー受信部２２、例えば、６００μｍコアマルチモードプラス チック被覆シリカファイバーＴＥＣＳτＭ１技術強化被覆シリカＦＴ−６００− ＬＭＴ　（３Ｍ社）の一端に伝送し、光フアイバー受信部の他端にある光検出器 （図示せず）に検光された光を伝送する。

それ故、電界及び機械的力を加えると、感応偏光要素４１Ａ内の光の偏光状態の 変化は、光検出器によって検出した光強度の変化から測定できる。

図５Ｂにおいて、補助偏光要素４１Ｂは、検光子手段３２の直前、即ち、光路内 の反射結像光学面５１の後ろではあるがしかし検光子手段３２の前に位置する。

図５０では、補助偏光要素４１Ｂは、感応偏光要素４１Ａと一体である。

図５Ｄでは、補助偏光要素４１Ｂは、反射結像光学面５１を含んでいる。

なお注目すべきは、平凸レンズ５２及び回折性の光学要素６１から成る図２．３ 及び４の反射結像光学要素の実施例もまたこの電気光学／光弾性光センサー装置 用に利用できることである。同様に更に多くの偏光子と検光子の組み合わせや複 数の補助偏光要素及び送信部／受信部ファイバーが、図ＩＢ及び図４に示す装置 と平行して使用できる。

一つの′ファイバー　る磁　 監】」シ“　゛パ′ファイバーセンサーー図６Ａは、同時に送信部兼受信部とし て作用する一つの光ファイバーを有する磁気光学光ファイバーセンサー装置の好 適な実施例を示す。

非偏光（偏光していない光）は、光源（図示せず）から、光フアイバー送信部／ 受信部２３、例えば、６ｏＯμｍコアマルチモードプラスチック被覆シリカファ イバーＴＥＣ５ＴＭ、技術強化被覆シリカＦＴ−６００−ＬＭＴ　（３Ｍ社）の 一端にあるビームスプリッタ−またはファイバースプリッター（図示せず）及び コリメーターレンズ（図示せず）を通って、そして直線偏光子、例えば、コーニ ング社製８６１２　ＰｏｌａｒｃｏｒＴＭガラス偏光子からなる他端にある偏光 子手段３１に伝送される。

光ファイバー２３からの非偏光発散光は、偏光子／検光子手段３１により直線偏 光され、直線複屈折材料の薄いλ／４板、例えば、石英λ／４位相板（石英から なる四分の一波長板）から成る補助偏光要素４１Ｂによって位相遅延され、感応 偏光要素４１Ａを通り伝送される。

偏光方向が回転した光は、反射光学面５１により感応偏光要素４１Ａを通って反 射され、集められ、更に偏光が回転する。反射結像光学要素は、感応偏光要素４ １Ａのアルミニウムの反射コーティングを施した凸面から成っている。

反射光は、λ／４位相板を通じて集められ伝送されて、全体でλ／２の位相遅延 を生じ、結果として偏光面がπ／４ラジアン回転し、直線偏光子、例えば、コー ニング社製８６１２　Ｐｏ１ａｒｃｏｒ”ガラス偏光子から成る偏光子／検光子 手段３１を経て選定した偏光の直線偏光を光フアイバー送信部／受信部２３に伝 送し、コリメーターレンズ（図示せず）とビームスプリッタ−またはファイバー スプリッター（図示せず）を経由して、検光された光を上記ファイバー送信部／ 受信部の他端にある光検出器（図示せず）に伝送する。

それ故、磁界を作用させる事により、光検出器によって発見される光強度の変化 から、感応偏光要素４１Ａ内の偏光状態の変化を測定する事ができる。

図６Ｂは、同時に送信部兼受信部として機能する一つの光ファイバーを含む電気 光学／光弾性センサー装置の好適な実施例を示す。

この装置は、感応偏光要素４１Ａが電気光学／光弾性物質であり、光線が二度通 過したときに、補助偏光要素４１Ｂが、必要なλ／４位相遅延を生ずる直線複屈 折物質の薄い板から成るλ／８位相板である事を除き、図６Ａに示す装置と構造 が同じである。

び　゛′センサー 図７Ａは、温度及び波長安定性がある位相遅延を生ずる内部全反射結像光学面５ １Ａと、ここに平らな反射面５４として示す、任意に結像面ともなし得る反射光 学面とを含む附加的な光学要素５３を有する電気光学／光弾性センサー装置の好 適な実施例を示す。

図７Ａにおいて、附加的な光学要素５３上の放物面形状の内部全反射結像光学面 ５１Ａによって、単一の反射結像光学面５１が置換され、内部全反射結像光学面 ５１Ａは位相遅延を生じλ／８位相遅延を代用する正味効果を反射光線上に与え ることを除き、光路は図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び図６Ａ、６Ｂと同じである。その 結果、面５１Ａでの皿回の反射は、λ／４の位相遅延を代用し、これにより複屈 折補助偏光要素４１Ｂが省略できる。

二つの光ファイバーを使用する実施例は、図７Ｅ（ｂ）及び図７Ｆ　（ｂ）に示 される。

図７Ｅ　（ｂ）には、図７Ａ及び７Ｄの線■ｅ−■ｅに沿った横断面図を示す。

図７Ｆ（ｂ）には、図７Ｂ及び７Ｃの線■ｆ−■ｆに沿った横断面図を示す。

一つの光ファイバーを使用する実施例は、図７Ｅ（ａ）及び図７Ｄ　（ａ）に示 される。

図７Ａ〜７Ｆに示す実施例において、送信部光ファイバーからの非偏光発散光は 、偏光子により直線偏光され、感応偏光要素４１Ａを通って伝送され、附加的な 光学要素５３に入り、内部全反射結像光学面５１Ａにより反射平行化され、平面 反射面５４に送られ、元の経路を通り反射される。面５１Ａは、選定した屈折率 のコーティングを任意に施し、最適な位相遅延量を生じさせても良い。偏光は、 内部反射により二回位相遅延されているから、光線が検光子で検光され光学エネ ルギーが検出器に集約されたとき、λ／４の位相遅延効果を代用する伝送光線上 の全効果が得られる。λ／４の位相遅延にできるだけ近い効果を得る為、内部全 反射結像光学面５１Ａを含む光学要素の製造に対して、ＢａＩ２またはＰＳＫ３ 　（Ｓｃｈｏｔｔ社）等のガラスを使用できる（　Ｈ，Ｆａｂｒｉｃｉｕｓ：　 ｒ偏光測定センサーに使用するアクロマードプリズム遅延装置（Ａｃｈｒｏｍａ ｔｉｃ　Ｐｒ１５ｍ　Ｒｅｔａｒｄｅｒ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｉｎ　Ｐｏｌａｒｉ ｍｅｔｒｉｃ　５ｅｎｓｏｒｓ）Ｊ、Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ、第３０巻 、　Ｎｏ、４．１９９１．ｐｐ、４２６−４２９）。

注目すべきは、λ／４位相遅延手段を代用する効果を生ずる位相遅延放物面要素 は、異なる立体角で放出される光線の部分に対して異なる遅延角を与えるから、 真のλ／４板ではないことである。正味効果は、検光子め後、光が検出器に集め られたときに現れる。

図７０は、図７Ａの装置の実施例を示す。感応偏光要素４１Ａ自身の中に内部全 反射結像光学面５１Ａを形成することにより、附加的な光学要素５３を省略でき る。

図７Ｄは、図７Ａの装置の別の実施例を示す。附加的光学要素５３は、平凸レン ズ５３により構成され、感応偏光要素４１Ａの平面上に搭載され、そのレンズ凸 面は、内部全反射結像光学面５１Ａを構成する。レンズと偏光要素の間には、光 学セメント、光学エポキシまたは他の材料を任意に使用できる。

−図７Ｇは、反射結像光学面５１を有する偏光要素４１と、λ／４光学要素代用 のための位相遅延特性を有する平面の内部全反射面５１Ａを含む附加的光学要素 ５３との組み合わせから成る電気光学／光弾性センサー装置の他の実施例を示す 。

この実施例に対しては、光ファイバーから異なる立体角で放出される個々の光線 の位相遅延の変動が、内部全反射結像面による位相遅延手段を使う実施例の場合 の変動より大きい事に留意する必要がある。

従って本実施例は、λ／４またはλ／８位相遅延手段に対して充分な代用をなす 事ができない。しかしながら、平面の内部全反射面を使用する簡単な形状により 、装置の製造が簡単にできる。

図７Ｇで使用される光路を図７Ｈに示す。光ファイバーを二本使用する実施例を 、図７Ｈ（ｂ）に図７Ｇの線■ｈ−■ｈに沿った横断面図で示す。光ファイバー を一本使用する実施例を図７Ｈ（ａ）に示す。

図８Ａは、二つの位相遅延要素を有する図７Ａの装置の他の実施例を示す。

光フアイバー送信部２１、例えば、６００μｍコアマルチモードプラスチック被 覆シリカファイバーＴＥＣＳτ−技術強化被覆シリカ、ＦＴ−６００−ＬＭＴ　 （３Ｍ社）により供給される非偏光は、偏光子３１、例えば、コーニング社製ガ ラス偏光子８６１２　ＰｏｌａｒｃｏｒＴＭにより偏光化され、感応偏光要素４ １Ａを通り、附加的光学要素５３の放物面状位相遅延面５１Ａへ伝送され、ここ で平行化され位相遅延されながら偏光は、他の放物面形状位相遅延面５１Ｂに送 られ、感応偏光要素４１Ａ及び検光子３２、例えば、コーニング社製ガラス偏光 子８６１２　Ｐｏ１ａｒｃｏｒＴ＋′を通り、光フアイバー受信部２２上に集め られる。

図８Ｂは、図７Ｂの装置の他の実施例を示し、ここでは感応偏光要素４１Ａが二 つの附加的な光学要素５３Ａと５３Ｂの間に置かれている。

例 填し用 例１ 「磁　光８゛′′フアイバーセンシ ングは、本発明に基づく磁気光学光ファイバーセンサー装置を、ＡＣ電流の導線 ９２を囲む磁界濃縮コア９１中に置いた応用例を示す。

濃縮器コアは、導線中の電流の磁界をコアの間隙に集中する目的で作用し、濃縮 器コアの間隙の全容量での磁界の測定値は、導線内を巡る任意の経路に沿った空 ゛気中の磁界の合計値に良く近似することか判明しており、アンペアの法則に従 って導線内の電流値が得られる。従って、本発明によるように、濃縮器の間隙が 殆ど全部磁気光学物質で占められている場合は、間隙中の磁界を測定する磁気光 学センサーが電子装置により正しく較正されていれば、電流は周囲の磁界や磁場 の摂動に殆ど感応せず、かつ濃縮器コアの内部における導線の位置にも余り影響 を受けないから、センサーの出力から非常に信頼すべき電流測定値が得られる。

もし周囲に磁界がなく、かつ磁界を混乱させる物体も存在しないならば、導線を 囲む磁界の強さは、導線中を流れる電流に正比例し、電線への距離の二乗に逆比 例する。従って、磁界が乱れていないと仮定し、磁界の小部分を磁気光学センサ ーによって測定すると、電線への距離とセンサーの特性が電子装置により正しく 較正されていれば、電流の正しい測定値が得られる。

それ故、ある用途に対しては磁界積分コアを省略し、本磁界センサーを直接適用 することができる。

本磁気光学センサーはコンパクトにできているため、空間が殆ど無い場合でも電 流測定に使用できる。例えば、本磁気光学センサーの一つの応用例は、１０〜２ ０ＫＶ動力配線ケーブル内の電流値を測定するために、積分コアがある場合も無 い場合も、センサーを、ケーブルの一本の導線の終端にあるブッシング内に置く のもである（図１１）。

もし応用箇所が重要なものではなく、低い精度が要求されるだけならば、積算コ アを省略することができる。

例２ 「磁　゛″フアイバーセンシン グ１０Ａは、本発明による電気光学センサー装置を、絶縁物質中に投入された電 圧センサーとして、電極９４．９５間に固定した応用例を示す。

センサーの特性が電子装置により正しく較正されていれば、一様なＡＣ電界に置 かれた電気光学センサーの出力から電界の強さが得られる。電気光学センサーが 、一対の電極間に固定配列されていれば、出力信号を較正して電極間の電圧を直 接測定することができる。

使用した電気光学材料が、Ａ１１ａｎ　ＧｏｔｔｓｃｈｅによるＰｈ、Ｄ、論文 ：「電力システムにおける高度応用のための電気光学及び磁気光学センサー（Ｅ ｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　ａｎｄ　Ｍａｇｎｅｔｏｏｐｔｉｃ　５ｅｎｓｏｒｓ 　ｆｏｒ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１ｎＥｌｅｃｔｒｉ ｃ　Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ）Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓ ｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｅｎｍａｒｋ１刊行物Ｎｏ、９００５　（１９９０）に記述さ れた電気光学ポリマー等の絶縁耐力が高い材料であるならば、電気光学材料に搭 載した電極間に直接高い電圧をかけることが可能である。何故ならば、電圧セン サーは、電気的に絶縁された材料中に投入されているので、従来のレンズを有す る電圧センサーがレンズを囲むエアポケット内の放電により被害を受けるレベル の電圧に於いても安全に作動し得るからである。

電気光学結晶体が電気光学材料として使用された場合は、結晶体直接には比較的 低い電圧のみしかかけられない。しかしながら、結晶体は電界に敏感であるから 、電気光学結晶体よりかなり大きい絶縁材料の塊に電気光学センサーを投入する ことができる。絶縁材料の塊に電極を設け、電圧をかけた場合は、結晶厚みの電 極間距離に対する比、及び結晶体と絶縁材料の誘電率により定まる通り、結晶に かかる電圧は、電極間電圧の一部に過ぎない。

上記の如く作業が行われた場合は、非常に僅かな空間しかなくても電圧センサー を使用して電圧が測定される。−例として、電圧センサーを１０〜２０ＫＶの電 力配線ケーブルの電圧測定に使用したが、その時センサーは、導線及びブッシン グの電気的に接地した外被の間に導線を左右に隔てる形で置かれた。

図１０Ｂは、本発明による電気光学センサー装置を、電気絶縁物質中に投入した 電圧センサーとして、電極９４．９５の間に固定した応用例を示す。

この装置は図７０に更に詳しく示す通り、偏光要素の内部全反射結像光学面によ り得られる位相遅延手段を設けた以外は、図１０Ａに示す物と同じである。

上部電極９４と偏光要素４１間の空間１１１により屈折率が必要なだけ変化し、 内部全反射が得られた。

この装置は温度に対する感度がより少ない以外は、図１ＯＡの装置に対し述べた と同じ特性を示した。

図１０Ｃは、本発明の電気光学センサー装置を、電気絶縁物質中に投入した電圧 センサーの電極９４．９５の間に固定した応用例を示す。この装置は、偏光要素 の平面上に搭載したＢａＫ４ガラス（５ｃｈｏｔｔ社）製の平凸レンズ５３の平 らな表面により得られる内部全反射面を設けた以外は、図１０Ｂに示す物と同じ である。

この装置は、図１０Ｂの物に対して記述したのと同じ特徴を示し、他に温度変動 に対する許容度が高い。

図１１は、磁界積分コアを含む磁気光学センサー装置と組み合わせた１曵光学セ ンサー装置の応用例を示す。本発明に基づく両装置は、ｌ０ＫＶ電気配線ケーブ ルの単相導体９２を囲む電気的に接地した金属チューブから成るブッシング９３ の内側に置かれている。

磁気光学センサー装置１０は、単相導体９２及びその主絶縁物１１０を囲む磁界 積分コア９１と共に搭載されている。電気光学センサー装置１１は、絶縁された 単相導体とこれを囲む電気的に接地されたブ・ソシング間に取り付けられている 。電気光学センサー装置は電極を持たず単相導体とこれを囲んでいるブ・ノシン グ間の電界に単に露出されている。センサー装置の光ファイバーは、導入のため ブッシングに明けた孔（図示せず）を通して導入されている。テストの結果、電 気光学及び磁気光学センサー装置を、単相導体とｌ０ＫＶ配線ケーブルのブッシ ングの外被間の限られた空間内に設置し、作動させることが可能であることが証 明された。

例３ 「゛　ファイバーセンシング 図１２は、本発明に従って浮上物体９７と支持台９８の間に置かれた光弾性セン サー装置を加速度計として応用する例を示す。

支持台が加速されると、ニュートンの法則に述べる如く質量の慣性に基づいて、 機械的張力により光弾性のように適用したときは光弾性センサーを加速度計とし て使用できる。

光弾性センサー応用の典型的な例としては、機械部品の振動を監視し、これによ り機械部品の現状と推定寿命を決めることがある。

図１３は、本発明に基づく光弾性センサー装置の応用例を示し、動的圧力変化を 測定するため、装置はロッド（９９）を経て膜（１００）に接続されている。、 膜に作用した差動圧力は、機械的力を生じ、口・ソドを経て光弾性物質に機械的 力を加え、光弾性効果により光弾性物質中に誘導線形複屈折を生ずる。この様に 応用した場合は、光弾性センサーは、動的圧力変動の測定に使用される。

一つの応用例としては、ポンプのストロークにより循環する流体の圧力変動を測 定することがある。この応用の代表的な事例は、人体における心臓収縮期及び心 臓拡張期の血圧差を測定することであろう。

ＦＩＧ、　６Ａ ４１Ａ ＦＩＧ、６Ｂ ＦＩＧ、８Ａ ＦＩＧ、８Ｂ ＦＩＧ、９ Ｎ） 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８）　国 平成５年１２月　７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．偏光要素内の光の偏光状態の誘導された変化を測定する方法において、 ａ）光学送信部導波手段（２１）の一端にある光源から他端にある偏光子手段（ ３１）に非偏光を伝送し、 ｂ）偏光子手段（３１）により該非偏光を偏光し、ｃ）少なくても一つの反射光 学要素を用い偏光要素（４１，４１Ａ、４１Ｂ）を通して該偏光を伝送し、ｄ） 検光子手段（３２）により該偏光要素より伝送された該偏光を検光し、 ｅ）光学受信部導波手段（２２）の一端から他端にある光検出器に該検光された 偏光を伝送し、ここで、 ｆ）偏光子手段（３１）により偏光された該非偏光または検光子手段（３２）に より検光された該偏光、またはその両方が平行化されておらず、ｇ）偏光子手段 （３１）と検光子手段（３２）間の光路内の該偏光が、少なくとも一つの反射結 像光学要素により集められ反射され、該非偏光が偏光子（３１）に入るのと同じ 側から該検光された光が検光子手段（３２）を出るようになっていることを特徴 とする偏光要素内の光の偏光状態の誘導された変化を測定する方法。 ２．偏光子（３１）からの上記偏光が、一つの反射結像光学要素により、一回以 上、好ましくは一回または二回、感応偏光要素（４１，４１Ａ）を通って、伝送 されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．上記偏光が、少なくともその内の一つが結像をする二つの反射光学面により 、一回以上、好ましくは一、二回または四回感応偏光要素（４１、４１Ａ）を通 って伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ４．少なくとも一つの反射結像光学要素が、１）偏光要素（４１，４１Ａ、４１ Ｂ）の反射コーティングを施した凸面（５１）と、 ２）反射コーティングを施した凸面（５１）を有する平凸面（５２）と、 ３）反射性かつ回折性の光学要素（６１）と、４）感応偏光要素（４１Ａ）の、 任意にコーティングを施し内部全反射により反射する凸面（５１Ａ）と、 ５）附加的な光学要素（５３）の、任意にコーティングを施し、内部全反射によ り反射する凸面（５１Ａ、５１Ｂ）と、 から成るグループより選定されることを特徴とする請求項１ないし３に記載の方 法。 ５．光学送信部兼受信部導波手段が、一つ以上の偏光子手段及び検光子手段にそ れぞれ接続された一つ以上のマルチモード光ファイバーから成ることを特徴とす る請求項１ないし４に記載の方法。 ６．偏光要素内の光の偏光状態の誘導変化、特に電流及び磁界により誘導される 円偏光複屈折を測定するための光ファイバーセンサー装置が、 ａ）光源から非偏光を放出する光学送信部導波手段（２１）の一端に接続された 偏光子手段（３１）と、ｂ）偏光要素（４１）と、 ｃ）少なくとも一つの反射光学要素と、ｄ）検光された光を検出装置へ伝送する 光学受信部導波手段（２２）の一端に接続された検光子手段（３２）とを含む時 、 ｅ）上記少なくとも一つの反射光学要素が、偏光子手段（３１）と検光子手段（ ３２）の間の光路の光を反射する結像光学要素であり、該非偏光が偏光子（３１ ）に入るのと同じ側から該検光された光が該検光子手段（３２）を出るようにな っていることを特徴とする偏光要素内の光の偏光状態の誘導変化を測定するため の光ファイバーセンサー装置。 ７．偏光子手段（３１）からの上記偏光は、一つの反射結像光学要素により、一 回以上、好ましくは一回または二回、感応偏光要素（４１，４１Ａ）を通って、 伝送されることを特徴とする請求項６に記載の装置。 ８．上記偏光は、少なくともその内の一つが結像をする二つの反射結像光学要素 によって、一回以上、好ましくは一、二回または四回感応偏光要素（４１）を通 って、伝送されることを特徴とする請求項６に記載の装置。 ９．上記少なくとも一つの反射結像光学要素が、１）偏光要素（４１，４１Ａ） の反射コーティングを施した凸面（５１）と、 ２）反射コーティングを施した凸面（５１）を有する平凸レンズ（５２）と、 ３）反射性かつ回折性の光学要素（６１）と、から成るグループから選択される ことを特徴とする請求項６ないし８に記載の装置。 １０．上記光学送信部兼受信部導波手段が、一つ以上の偏光子手段及び検光子手 段にそれぞれ接続された一つ以上のマルチモード光ファイバーから成ることを特 徴とする請求項６ないし９に記載の装置。 １１．上記偏光要素内の光の偏光状態の誘導変化、特に電圧、電界及び機械的力 により誘導される線形複屈折を測定するための光ファイバーセンサー装置が、ａ ）光源から非偏光を放出する光学送信部導波手段（２１）の一端に接続された偏 光子手段（３１）と、ｂ）位相遅延手段を含む偏光要素（４１Ａ，４１Ｂ）と、 ｃ）少なくとも一つの反射光学要素と、ｄ）検光された光を検出装置へ伝送する 光学受信部導波手段（２２）の一端に接続された検光子手段（３２）と を含み、ここで、 ｅ）上記少なくとも一つの反射光学要素が、該偏光子手段（３１）と該検光子手 段（３２）の間の光路の光を反射する結像光学要素であり、該非偏光が該偏光子 （３１）に入るのと同じ側から該検光された光が該検光子手段（３２）を出るよ うになっていることを特徴とする偏光要素内の光の偏光状態の誘導変化を測定す るための光ファイバーセンサー装置。 １２．偏光子手段（３１）からの上記偏光が、一つの反射結像光学要素により、 一回以上、好ましくは一回または二回、感応偏光要素（４１Ａ）を通って伝送さ れることを特徴とする請求項１１に記載の装置。 １３．上記偏光は、少なくともその内の一つが結像をする二つの反射結像光学要 素によって、一回以上、好ましくは一、二回または四回、感応偏光要素（４１Ａ ）を通って、伝送されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。 １４．上記少なくとも一つの反射結像光学要素が、１）偏光要素（４１Ａ，４１ Ｂ）の反射コーティングを施した凸面（５１）と、 ２）反射コーティングを施した凸面（５１）を有する平凸レンズ（５２）と、 ３）反射性かつ回折性の光学要素（６１）と４）感応偏光要素（４１Ａ）の、任 意にコーティングを施し内部全反射により反射する凸面（５１Ａ）と、５）附加 的な光学要素（５３）の、任意にコーティングを施し、内部全反射により反射す る凸面（５１Ａ、５１Ｂ）と、 から成るグループより選定されることを特徴とする請求項１１ないし１３に記載 の装置。 １５．光学送信部兼受信部導波手段が一つ以上の偏光子手段及び検光子手段にそ れぞれ接続された一つ以上のマルチモード光ファイバーから成ることを特徴とす る請求項１１ないし１４に記載の装置。