JPH0727807A - 反射型電界センサヘッド及び反射型電界センサ - Google Patents
反射型電界センサヘッド及び反射型電界センサInfo
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- JPH0727807A JPH0727807A JP16802093A JP16802093A JPH0727807A JP H0727807 A JPH0727807 A JP H0727807A JP 16802093 A JP16802093 A JP 16802093A JP 16802093 A JP16802093 A JP 16802093A JP H0727807 A JPH0727807 A JP H0727807A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電界の検出感度が高く、形状が小さく、且
つ、接続される光ファイバの数が少なくて取扱い易い電
界センサヘッドの提供。 【構成】 電気光学効果を有する基板１２上に形成さ
れ、入射光を受ける入射光導波路１と；この入射光導波
路１に前記入射光を供給する光ファイバ８と；基板１２
上に形成され、入射光導波路１にそれぞれの一端が結合
されて前記入射光の位相を所定位相だけシフトさせる２
つの位相シフト光導波路３及び４と；２つの位相シフト
光導波路３及び４の他端に設置され、２つの位相シフト
光導波路３及び４からの光を、位相シフト光導波路３及
び４へ反射光として反射し、この反射光を、入射光導波
路１を介して、光ファイバ８に供給する光反射器７と；
を有する。
つ、接続される光ファイバの数が少なくて取扱い易い電
界センサヘッドの提供。 【構成】 電気光学効果を有する基板１２上に形成さ
れ、入射光を受ける入射光導波路１と；この入射光導波
路１に前記入射光を供給する光ファイバ８と；基板１２
上に形成され、入射光導波路１にそれぞれの一端が結合
されて前記入射光の位相を所定位相だけシフトさせる２
つの位相シフト光導波路３及び４と；２つの位相シフト
光導波路３及び４の他端に設置され、２つの位相シフト
光導波路３及び４からの光を、位相シフト光導波路３及
び４へ反射光として反射し、この反射光を、入射光導波
路１を介して、光ファイバ８に供給する光反射器７と；
を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＥＭＣ (electromagneti
c compatibility)分野で電波や電磁ノイズの特性測定に
用いる計測器に関し、特に空間を伝搬する電磁波の電界
強度を測定するための電界センサに関する。
c compatibility)分野で電波や電磁ノイズの特性測定に
用いる計測器に関し、特に空間を伝搬する電磁波の電界
強度を測定するための電界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ等の情報機器や通信機器、
ロボット等のＦＡ(factory automation)機器、自動車、
鉄道等の制御器など多くの電気機器は互いに外部からの
電磁ノイズによって誤動作などの影響を受ける危険を常
にもっており、ＥＭＣ分野においては、外部の電磁環境
や影響を及ぼすようなノイズの大きさ、また自らが発生
するノイズ等を正確に測定することが重要となってい
る。
ロボット等のＦＡ(factory automation)機器、自動車、
鉄道等の制御器など多くの電気機器は互いに外部からの
電磁ノイズによって誤動作などの影響を受ける危険を常
にもっており、ＥＭＣ分野においては、外部の電磁環境
や影響を及ぼすようなノイズの大きさ、また自らが発生
するノイズ等を正確に測定することが重要となってい
る。
【０００３】従来、上述のような電磁ノイズの測定に
は、（ａ）通常のアンテナを用いて受信し同軸ケーブル
で測定器まで導く方法、（ｂ）アンテナを用いて受信し
た信号を検波して光信号に変換し光ファイバで測定器ま
で導く方法、（ｃ）印加される電界強度に応じて透過光
の強度が変化するように構成された光学素子を用いて電
界強度変化を光強度変化に変換し、上記光学素子と光源
及び測定器に接続された光検出器間を光ファイバで接続
する方法がある。（ａ）のアンテナを用いる方法が最も
一般的であるが、同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在
により電界分布が乱れてしまったりケーブル途中からの
ノイズ混入のおそれがある等の問題があるため、光ファ
イバを用いた上記（ｂ）、（ｃ）の方法が開発されてい
る。
は、（ａ）通常のアンテナを用いて受信し同軸ケーブル
で測定器まで導く方法、（ｂ）アンテナを用いて受信し
た信号を検波して光信号に変換し光ファイバで測定器ま
で導く方法、（ｃ）印加される電界強度に応じて透過光
の強度が変化するように構成された光学素子を用いて電
界強度変化を光強度変化に変換し、上記光学素子と光源
及び測定器に接続された光検出器間を光ファイバで接続
する方法がある。（ａ）のアンテナを用いる方法が最も
一般的であるが、同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在
により電界分布が乱れてしまったりケーブル途中からの
ノイズ混入のおそれがある等の問題があるため、光ファ
イバを用いた上記（ｂ）、（ｃ）の方法が開発されてい
る。
【０００４】上記方法のうち（ｂ）の方法はダイオード
で検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて光信
号に変換して光ファイバで光検出器に導くものである
が、センサヘッド部に電気回路やバッテリを必要とする
ため、ある大きさの金属部分が存在しかつ形状も大きく
なってしまう。また、電界の検出感度が低く応答速度が
遅いという欠点がある。
で検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて光信
号に変換して光ファイバで光検出器に導くものである
が、センサヘッド部に電気回路やバッテリを必要とする
ため、ある大きさの金属部分が存在しかつ形状も大きく
なってしまう。また、電界の検出感度が低く応答速度が
遅いという欠点がある。
【０００５】一方、（ｃ）の方法では電界強度を透過光
の強度変化に変換する光学素子として電気光学効果を有
する結晶を用いている。その素子構造としては、光ファ
イバの出射光をレンズで平行光として小型アンテナを取
り付けた結晶中を通過させて結晶中の電界により偏光状
態を変化させ、検光子で強度変化に変換した後再び光フ
ァイバに結合するバルク型素子と、結晶上に設けた光導
波路により上記光学素子を構成する導波路型素子があ
り、通常、道波路型のほうがバルク型よりも１０倍以上
検出感度が高い。
の強度変化に変換する光学素子として電気光学効果を有
する結晶を用いている。その素子構造としては、光ファ
イバの出射光をレンズで平行光として小型アンテナを取
り付けた結晶中を通過させて結晶中の電界により偏光状
態を変化させ、検光子で強度変化に変換した後再び光フ
ァイバに結合するバルク型素子と、結晶上に設けた光導
波路により上記光学素子を構成する導波路型素子があ
り、通常、道波路型のほうがバルク型よりも１０倍以上
検出感度が高い。
【０００６】図６は従来の導波路型素子による電界セン
サヘッドの代表的な構成例を示す。Ｃ軸に垂直に切り出
したニオブ酸リチウム結晶基板１２上にチタンを拡散し
て入射光導波路５２、そこから分岐して結合した２本の
位相シフト光導波路５３および５４、および上記２本の
位相シフト光導波路５３および５４が合流して結合した
出射光導波路５６が形成されている。入射光導波路５２
の入射端には入力光ファイバ５７が結合され、出射光導
波路５６の出射端には出力光ファイバ５８が接続されて
いる。また、位相シフト光導波路５３および５４上には
１対の電極５５が設置され、ロッドアンテナ１５に接続
されている。図６において、入力光ファイバ５７からの
入射光１１は入射光導波路５２に入射した後、位相シフ
ト光導波路５３および５４にエネルギーが分割される。
電界が印加された場合、ロッドアンテナ１５により電極
５５に電圧が誘起されて位相シフト光導波路５３および
５４中には深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生ず
る。この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて
位相シフト光導波路５３および５４を伝搬する光波間に
は印加電界の大きさに応じた位相差が生じ、それらが合
流して出射光導波路５６に結合する場合に干渉により光
強度が変化する。すなわち、印加電界強度に応じて出力
光ファイバ５８に出射する出力光１４の強度は変化する
ことになり、その光強度変化を光検出器で測定すること
により印加電界の強度を測定できる。
サヘッドの代表的な構成例を示す。Ｃ軸に垂直に切り出
したニオブ酸リチウム結晶基板１２上にチタンを拡散し
て入射光導波路５２、そこから分岐して結合した２本の
位相シフト光導波路５３および５４、および上記２本の
位相シフト光導波路５３および５４が合流して結合した
出射光導波路５６が形成されている。入射光導波路５２
の入射端には入力光ファイバ５７が結合され、出射光導
波路５６の出射端には出力光ファイバ５８が接続されて
いる。また、位相シフト光導波路５３および５４上には
１対の電極５５が設置され、ロッドアンテナ１５に接続
されている。図６において、入力光ファイバ５７からの
入射光１１は入射光導波路５２に入射した後、位相シフ
ト光導波路５３および５４にエネルギーが分割される。
電界が印加された場合、ロッドアンテナ１５により電極
５５に電圧が誘起されて位相シフト光導波路５３および
５４中には深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生ず
る。この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて
位相シフト光導波路５３および５４を伝搬する光波間に
は印加電界の大きさに応じた位相差が生じ、それらが合
流して出射光導波路５６に結合する場合に干渉により光
強度が変化する。すなわち、印加電界強度に応じて出力
光ファイバ５８に出射する出力光１４の強度は変化する
ことになり、その光強度変化を光検出器で測定すること
により印加電界の強度を測定できる。
【０００７】図７は上記従来の電界センサヘッドを用い
た電界センサを示す。図６の電界センサヘッド６１の入
力光ファイバが送信用光ファイバ６２を介して光源６３
に接続され、出力光ファイバが受信用光ファイバ６３を
介して光検出器６４に接続される。図では省略してある
が、光検出器からの検出された電気信号は通常の電圧
計、電流計またはスペクトラムアナライザ等の測定器に
接続される。
た電界センサを示す。図６の電界センサヘッド６１の入
力光ファイバが送信用光ファイバ６２を介して光源６３
に接続され、出力光ファイバが受信用光ファイバ６３を
介して光検出器６４に接続される。図では省略してある
が、光検出器からの検出された電気信号は通常の電圧
計、電流計またはスペクトラムアナライザ等の測定器に
接続される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の電界センサ
ヘッドの電界の検出感度は、光波に対して位相シフトを
与える電極５５の長さが長いほど高く、また、電極５５
の容量が小さいほどアンテナで検出された電界を有効に
利用できるため検出感度は高い。しかし、通常電極５５
の長さに依存して電極容量は大きくなってしまうため従
来の構成では電界の検出感度はある程度以上高く出来な
い。また、測定可能な周波数帯域を広げるためにも電極
の容量は小さい方が望ましい。
ヘッドの電界の検出感度は、光波に対して位相シフトを
与える電極５５の長さが長いほど高く、また、電極５５
の容量が小さいほどアンテナで検出された電界を有効に
利用できるため検出感度は高い。しかし、通常電極５５
の長さに依存して電極容量は大きくなってしまうため従
来の構成では電界の検出感度はある程度以上高く出来な
い。また、測定可能な周波数帯域を広げるためにも電極
の容量は小さい方が望ましい。
【０００９】また、従来の電界センサヘッドは基板の入
出力端両側に光ファイバが接続されているので取扱いが
不便であり、形状も大きくなってしまうとい欠点があ
る。このため狭い領域内での測定が難しく、用途が制限
されてしまう。
出力端両側に光ファイバが接続されているので取扱いが
不便であり、形状も大きくなってしまうとい欠点があ
る。このため狭い領域内での測定が難しく、用途が制限
されてしまう。
【００１０】本発明の課題は、従来に比べて電界の検出
感度が高く、形状が小さく、且つ、接続される光ファイ
バの数が少なくて取扱い易い電界センサヘッドを提供す
ることにある。
感度が高く、形状が小さく、且つ、接続される光ファイ
バの数が少なくて取扱い易い電界センサヘッドを提供す
ることにある。
【００１１】本発明の課題は、従来に比べて電界の検出
感度が高く、形状が小さく、且つ、接続される光ファイ
バの数が少なくて取扱い易い電界センサヘッドを用いた
電界センサを提供することにある。
感度が高く、形状が小さく、且つ、接続される光ファイ
バの数が少なくて取扱い易い電界センサヘッドを用いた
電界センサを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電気光
学効果を有する基板と；この基板上に形成され、入射光
を受ける入射光導波路と；この入射光導波路に前記入射
光を供給する光ファイバと；前記基板上に形成され、前
記入射光導波路にそれぞれの一端が結合されて前記入射
光の位相を所定位相だけシフトさせる第１および第２の
位相シフト光導波路と；前記第１および前記第２の位相
シフト光導波路の他端に設置され、前記第１および前記
第２の位相シフト光導波路からの光を、前記第１および
前記第２の位相シフト光導波路へ反射光として反射し、
この反射光を、前記入射光導波路を介して、前記光ファ
イバに供給する光反射器と；を有することを特徴とする
反射型電界センサヘッドが得られる。
学効果を有する基板と；この基板上に形成され、入射光
を受ける入射光導波路と；この入射光導波路に前記入射
光を供給する光ファイバと；前記基板上に形成され、前
記入射光導波路にそれぞれの一端が結合されて前記入射
光の位相を所定位相だけシフトさせる第１および第２の
位相シフト光導波路と；前記第１および前記第２の位相
シフト光導波路の他端に設置され、前記第１および前記
第２の位相シフト光導波路からの光を、前記第１および
前記第２の位相シフト光導波路へ反射光として反射し、
この反射光を、前記入射光導波路を介して、前記光ファ
イバに供給する光反射器と；を有することを特徴とする
反射型電界センサヘッドが得られる。
【００１３】更に本発明によれば、電気光学効果を有す
る基板と；この基板上に形成され、入射光を受ける入射
光導波路と；この入射光導波路に前記入射光を供給する
入力光ファイバと；前記基板上に前記入射光導波路の近
傍に形成され、それぞれの一端に受けた前記入射光の位
相を所定位相だけシフトさせる第１および第２の位相シ
フト光導波路と；前記基板上に前記入射光導波路と前記
第１および前記第２の位相シフト光導波路との近傍に形
成され、前記入射光導波路からの前記入射光を２分割し
て、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路に供
給する方向性結合器と；前記第１および前記第２の位相
シフト光導波路の他端に設置され、前記第１および前記
第２の位相シフト光導波路からの光を、前記第１および
前記第２の位相シフト光導波路へ反射光として反射し、
この反射光を、前記入射光導波路を介して、前記方向性
結合器に供給する光反射器と；前記基板上に前記方向性
結合器の近傍に形成され、前記方向性結合器から前記反
射光を受ける出射光導波路と；この出射光導波路から前
記反射光を受ける出力光ファイバと；を有することを特
徴とする反射型電界センサヘッドが得られる。
る基板と；この基板上に形成され、入射光を受ける入射
光導波路と；この入射光導波路に前記入射光を供給する
入力光ファイバと；前記基板上に前記入射光導波路の近
傍に形成され、それぞれの一端に受けた前記入射光の位
相を所定位相だけシフトさせる第１および第２の位相シ
フト光導波路と；前記基板上に前記入射光導波路と前記
第１および前記第２の位相シフト光導波路との近傍に形
成され、前記入射光導波路からの前記入射光を２分割し
て、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路に供
給する方向性結合器と；前記第１および前記第２の位相
シフト光導波路の他端に設置され、前記第１および前記
第２の位相シフト光導波路からの光を、前記第１および
前記第２の位相シフト光導波路へ反射光として反射し、
この反射光を、前記入射光導波路を介して、前記方向性
結合器に供給する光反射器と；前記基板上に前記方向性
結合器の近傍に形成され、前記方向性結合器から前記反
射光を受ける出射光導波路と；この出射光導波路から前
記反射光を受ける出力光ファイバと；を有することを特
徴とする反射型電界センサヘッドが得られる。
【００１４】前記第１および前記第２の位相シフト光導
波路上に第１および第２の電極がそれぞれ形成されても
よい。
波路上に第１および第２の電極がそれぞれ形成されても
よい。
【００１５】更に、前記基板として強誘電体結晶を用
い、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路が形
成されている部分の分極方向が互いに反転していてもよ
い。
い、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路が形
成されている部分の分極方向が互いに反転していてもよ
い。
【００１６】また本発明によれば、印加される電界強度
に応じて透過する光の強度が変化するように構成され、
かつ、入射光が内部で反射されて入射端にもどるように
構成された光学素子と、上記入射端に接続された１本の
光ファイバと、上記光ファイバの一端に設置された入射
光と反射光を分離するための光分離器と、上記入射光を
発生するための光源と、上記反射光を検出するための光
検出器より構成されることを特徴とする反射型電界セン
サが得られる。
に応じて透過する光の強度が変化するように構成され、
かつ、入射光が内部で反射されて入射端にもどるように
構成された光学素子と、上記入射端に接続された１本の
光ファイバと、上記光ファイバの一端に設置された入射
光と反射光を分離するための光分離器と、上記入射光を
発生するための光源と、上記反射光を検出するための光
検出器より構成されることを特徴とする反射型電界セン
サが得られる。
【００１７】前記光分離器がファラデー効果を有する媒
体と偏光を分離するための手段とを含んでいてもよい。
体と偏光を分離するための手段とを含んでいてもよい。
【００１８】前記光学素子として、前述の反射型電界セ
ンサヘッドを用いてもよい。
ンサヘッドを用いてもよい。
【００１９】
【作用】本発明の反射型電界センサヘッドでは、位相シ
フト光導波路の一端に設けた光反射器で入射光を反射さ
せて２度位相シフト光導波路を通過させて入射光導波路
に戻すことにより、図６の従来の素子に比べて同じ電極
長で２倍の位相差を与えることができる。電極の容量は
同じであるので従来に比べて電界の検出感度は２倍とな
る。さらに、接続される光ファイバの数が少ないため取
扱いが容易になり、かつ、形状も小型となる。
フト光導波路の一端に設けた光反射器で入射光を反射さ
せて２度位相シフト光導波路を通過させて入射光導波路
に戻すことにより、図６の従来の素子に比べて同じ電極
長で２倍の位相差を与えることができる。電極の容量は
同じであるので従来に比べて電界の検出感度は２倍とな
る。さらに、接続される光ファイバの数が少ないため取
扱いが容易になり、かつ、形状も小型となる。
【００２０】また、本発明のように内部で入射光が反射
されて入力光ファイバに戻るように構成された電界セン
サヘッドを利用して反射型電界センサを構成するため、
本発明では、入力光ファイバの光源側に入射光と反射光
を分離するための光分離器を設置し、光源からの光を電
界センサヘッドに導き、電界センサからの出力を光検出
器に導いている。
されて入力光ファイバに戻るように構成された電界セン
サヘッドを利用して反射型電界センサを構成するため、
本発明では、入力光ファイバの光源側に入射光と反射光
を分離するための光分離器を設置し、光源からの光を電
界センサヘッドに導き、電界センサからの出力を光検出
器に導いている。
【００２１】
（実施例１）図１は本発明による反射型電界センサヘッ
ドの第１の実施例を示す斜視図である。ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶基板１２上に厚さ４０〜１００
ｎｍのチタン膜パターンを温度１０００〜１１００℃で
４〜８時間拡散して形成した幅５〜１０μｍの入射光導
波路１と、その入射光導波路１に結合した長さ５〜２０
ｍｍの２本の位相シフト光導波路３および４が設置され
ている。位相シフト光導波路３および４に対して垂直に
形成されたそれぞれの端面５および６を含む基板端面に
は金等の金属膜をコーティングして形成した光反射器７
が設置されている。また、入射光導波路１には偏波保持
型の光ファイバ８が結合している。位相シフト光導波路
３および４上には光吸収を防ぐためのバッファ層となる
二酸化珪素膜を介して電極９が形成され、ロッドアンテ
ナ１５に接続されている。
ドの第１の実施例を示す斜視図である。ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶基板１２上に厚さ４０〜１００
ｎｍのチタン膜パターンを温度１０００〜１１００℃で
４〜８時間拡散して形成した幅５〜１０μｍの入射光導
波路１と、その入射光導波路１に結合した長さ５〜２０
ｍｍの２本の位相シフト光導波路３および４が設置され
ている。位相シフト光導波路３および４に対して垂直に
形成されたそれぞれの端面５および６を含む基板端面に
は金等の金属膜をコーティングして形成した光反射器７
が設置されている。また、入射光導波路１には偏波保持
型の光ファイバ８が結合している。位相シフト光導波路
３および４上には光吸収を防ぐためのバッファ層となる
二酸化珪素膜を介して電極９が形成され、ロッドアンテ
ナ１５に接続されている。
【００２２】本実施例において、ＬｉＮｂＯ3 結晶基板
１２に対して垂直な偏光成分をもつ光波２が光ファイバ
８から入射光導波路１に入射され、エネルギーを２分割
されて位相シフト光導波路３および４に結合し、そこで
外部から印加された電界強度に応じた位相シフトを光導
波路の端面５および６との往復の間に受け、再び入射光
導波路１に入射する。このとき２つの位相シフト光導波
路３および４伝搬中に生じた位相差に応じた光強度、即
ち印加電界の大きさに応じた光強度で、光波が入射光導
波路１に結合し、光ファイバ８に入射される。
１２に対して垂直な偏光成分をもつ光波２が光ファイバ
８から入射光導波路１に入射され、エネルギーを２分割
されて位相シフト光導波路３および４に結合し、そこで
外部から印加された電界強度に応じた位相シフトを光導
波路の端面５および６との往復の間に受け、再び入射光
導波路１に入射する。このとき２つの位相シフト光導波
路３および４伝搬中に生じた位相差に応じた光強度、即
ち印加電界の大きさに応じた光強度で、光波が入射光導
波路１に結合し、光ファイバ８に入射される。
【００２３】本実施例の反射型電界センサヘッドは図６
の従来素子に比べ、感度は２倍となり、形状も小さく、
光ファイバは１本しか接続されていないので取扱いが容
易である。
の従来素子に比べ、感度は２倍となり、形状も小さく、
光ファイバは１本しか接続されていないので取扱いが容
易である。
【００２４】（実施例２）図２は本発明による反射型電
界センサの第２の実施例を示す斜視図である。本実施例
においては入射光導波路２１と出射光導波路２５を分離
したこと、およびロッドアンテナを用いないで基板１２
上に電極２８と一体にアンテナパターン２９を形成した
点が図１の実施例とは異なっている。図２においては、
位相シフト光導波路２３および２４が光方向性結合器２
２により入射光導波路２１に結合しており、光方向性結
合器２２のもう一端は出射光導波路２５に結合してい
る。入力光ファイバ２６からの入射光は光方向性結合器
２２で２分割されて位相シフト光導波路２３および２４
に入射し図１の実施例と同様に電界強度に応じた位相シ
フトを生じて光方向性結合器２２に戻る。ここで上記位
相シフトが０である場合には戻り光はすべて出射光導波
路２５に結合するが位相シフトが０でない場合にはその
位相シフトの大きさに応じて光強度が減少し出射光導波
路２５に結合し出力光ファイバ２７に導かれる。また、
本実施例では位相シフト光導波路２３および２４上の電
極２８は引出しパッド部分２９を電界を検出するアンテ
ナとして機能するように長く引き出している。
界センサの第２の実施例を示す斜視図である。本実施例
においては入射光導波路２１と出射光導波路２５を分離
したこと、およびロッドアンテナを用いないで基板１２
上に電極２８と一体にアンテナパターン２９を形成した
点が図１の実施例とは異なっている。図２においては、
位相シフト光導波路２３および２４が光方向性結合器２
２により入射光導波路２１に結合しており、光方向性結
合器２２のもう一端は出射光導波路２５に結合してい
る。入力光ファイバ２６からの入射光は光方向性結合器
２２で２分割されて位相シフト光導波路２３および２４
に入射し図１の実施例と同様に電界強度に応じた位相シ
フトを生じて光方向性結合器２２に戻る。ここで上記位
相シフトが０である場合には戻り光はすべて出射光導波
路２５に結合するが位相シフトが０でない場合にはその
位相シフトの大きさに応じて光強度が減少し出射光導波
路２５に結合し出力光ファイバ２７に導かれる。また、
本実施例では位相シフト光導波路２３および２４上の電
極２８は引出しパッド部分２９を電界を検出するアンテ
ナとして機能するように長く引き出している。
【００２５】本実施例では、２本の光ファイバが接続さ
れているが２本とも同一の基板端面に接続されるので図
６の従来の素子に比べて取扱い易い。さらに、電極の一
部をアンテナとしているためより小型の電界センサヘッ
ドが得られる。
れているが２本とも同一の基板端面に接続されるので図
６の従来の素子に比べて取扱い易い。さらに、電極の一
部をアンテナとしているためより小型の電界センサヘッ
ドが得られる。
【００２６】（実施例３）図３は本発明による反射型電
界センサヘッドの第３の実施例を示す斜視図である。本
実施例はＬｉＮｂＯ3 結晶基板１２の上に入射光導波路
３１、そこに結合した２本の位相シフト光導波路３３お
よび３４、それらの一端に形成された光反射器３７を設
置し、入射光導波路３１には光ファイバ３６が接続され
ている。但し本実施例では位相シフト光導波路３４が形
成されている部分３９のみ結晶の分極方向が他の部分と
は１８０度反転している。この分極反転部分３９は反転
させるべき部分にチタン膜を設置して急激な温度変化を
与えるか、電子ビームを照射する等の方法で形成し、そ
の部分への光導波路形成はアニール処理を伴うプロトン
交換法等で作製する。また、本実施例では同一の向きの
電界が２つの位相シフト光導波路３３および３４に加え
られた場合でも分極方向が逆であるため互いに逆向きの
屈折率変化が生じ２つの光導波路間に位相差が生ずる。
そこで、本実施例では電極の設置は不要となる。本実施
例の反射型光電界センサヘッドは非常に小型化が可能で
あるので狭い領域の電界検出や、また、金属電極を含ま
ないので高耐圧を必要とする高電界の検出に適してい
る。
界センサヘッドの第３の実施例を示す斜視図である。本
実施例はＬｉＮｂＯ3 結晶基板１２の上に入射光導波路
３１、そこに結合した２本の位相シフト光導波路３３お
よび３４、それらの一端に形成された光反射器３７を設
置し、入射光導波路３１には光ファイバ３６が接続され
ている。但し本実施例では位相シフト光導波路３４が形
成されている部分３９のみ結晶の分極方向が他の部分と
は１８０度反転している。この分極反転部分３９は反転
させるべき部分にチタン膜を設置して急激な温度変化を
与えるか、電子ビームを照射する等の方法で形成し、そ
の部分への光導波路形成はアニール処理を伴うプロトン
交換法等で作製する。また、本実施例では同一の向きの
電界が２つの位相シフト光導波路３３および３４に加え
られた場合でも分極方向が逆であるため互いに逆向きの
屈折率変化が生じ２つの光導波路間に位相差が生ずる。
そこで、本実施例では電極の設置は不要となる。本実施
例の反射型光電界センサヘッドは非常に小型化が可能で
あるので狭い領域の電界検出や、また、金属電極を含ま
ないので高耐圧を必要とする高電界の検出に適してい
る。
【００２７】（実施例４）図４は本発明による反射型電
界センサの一実施例を示す図である。本発明による反射
型電界センサヘッド４１の光ファイバが送受信用の偏波
保持型の光ファイバ４２に接続されている。本実施例で
は光分離器としてハーフミラー４６を用いる。半導体レ
ーザ４７から出射した光はレンズ４４でコリメートされ
てそのエネルギーの半分がハーフミラー４６を通過して
レンズ４３により光ファイバ４２に結合され反射型電界
センサヘッド４１に送られる。一方、光ファイバ４２か
らの戻り光はレンズ４３によりコリメートされてそのエ
ネルギーの半分がハーフミラー４６により反射されて光
検出器４８に結合され、検出電気信号は測定器４９に送
られる。
界センサの一実施例を示す図である。本発明による反射
型電界センサヘッド４１の光ファイバが送受信用の偏波
保持型の光ファイバ４２に接続されている。本実施例で
は光分離器としてハーフミラー４６を用いる。半導体レ
ーザ４７から出射した光はレンズ４４でコリメートされ
てそのエネルギーの半分がハーフミラー４６を通過して
レンズ４３により光ファイバ４２に結合され反射型電界
センサヘッド４１に送られる。一方、光ファイバ４２か
らの戻り光はレンズ４３によりコリメートされてそのエ
ネルギーの半分がハーフミラー４６により反射されて光
検出器４８に結合され、検出電気信号は測定器４９に送
られる。
【００２８】（実施例５）図５は本発明による反射型電
界センサの他の実施例を示す図である。図４と同様に本
発明による反射型電界センサヘッド４１の光ファイバが
送受信用の光ファイバ４２に接続されている。但し本実
施例では光分離器としてガーネット膜１７と偏光プリズ
ム１６により構成したサーキュレータを用いる。半導体
レーザ４７から出射したｘ方向に偏光した入射光１０は
レンズ４４でコリメートされ、そのエネルギーをほぼ保
ったまま偏光プリズム１６を通過してファラデー効果を
有するガーネット膜１７に入射する。ガーネット膜１７
には磁石１８によって磁界が印加され入射光１０の偏光
方向が４５度回転するように設定されている。光ファイ
バ４２及び反射型電界センサヘッド４１では偏光方向は
保持されるので、光ファイバ４２からの戻り光の偏光方
向は光ファイバ４２への入射光と同じである。上記戻り
光がガーネット膜１７を通過する際にさらに４５度偏光
方向が回転するので戻り光は入射光１０と直交する偏波
となり、偏光プリズム１６によりそのエネルギーをほぼ
保ったまま反射されて光検出器４８に結合される。
界センサの他の実施例を示す図である。図４と同様に本
発明による反射型電界センサヘッド４１の光ファイバが
送受信用の光ファイバ４２に接続されている。但し本実
施例では光分離器としてガーネット膜１７と偏光プリズ
ム１６により構成したサーキュレータを用いる。半導体
レーザ４７から出射したｘ方向に偏光した入射光１０は
レンズ４４でコリメートされ、そのエネルギーをほぼ保
ったまま偏光プリズム１６を通過してファラデー効果を
有するガーネット膜１７に入射する。ガーネット膜１７
には磁石１８によって磁界が印加され入射光１０の偏光
方向が４５度回転するように設定されている。光ファイ
バ４２及び反射型電界センサヘッド４１では偏光方向は
保持されるので、光ファイバ４２からの戻り光の偏光方
向は光ファイバ４２への入射光と同じである。上記戻り
光がガーネット膜１７を通過する際にさらに４５度偏光
方向が回転するので戻り光は入射光１０と直交する偏波
となり、偏光プリズム１６によりそのエネルギーをほぼ
保ったまま反射されて光検出器４８に結合される。
【００２９】本実施例では実施例４と比べると上述のよ
うに光エネルギーの損失が大幅に低減されるという特長
があり、より高感度が得られる。
うに光エネルギーの損失が大幅に低減されるという特長
があり、より高感度が得られる。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように本発明の反射型電界セ
ンサヘッド及び反射型電界センサでは、従来に比べて電
界の検出感度が高く、形状が小さく、且つ、接続された
光ファイバの数が少なくて取扱い易い電界センサヘッド
とその電界センサヘッドを用いた電界センサが得られ
る。
ンサヘッド及び反射型電界センサでは、従来に比べて電
界の検出感度が高く、形状が小さく、且つ、接続された
光ファイバの数が少なくて取扱い易い電界センサヘッド
とその電界センサヘッドを用いた電界センサが得られ
る。
【００３１】なお、本発明に用いる基板の材料や光導波
路及び電極構造、また、光反射器、光分離器は上記実施
例に限定されるものではないことは云うまでもない。例
えば基板材料としてはタンタル酸リチウム結晶、ＫＴＰ
結晶等を用いることができ、光反射器としては基板上の
一部を垂直にエッチングして形成することも可能であ
る。
路及び電極構造、また、光反射器、光分離器は上記実施
例に限定されるものではないことは云うまでもない。例
えば基板材料としてはタンタル酸リチウム結晶、ＫＴＰ
結晶等を用いることができ、光反射器としては基板上の
一部を垂直にエッチングして形成することも可能であ
る。
【図１】本発明による反射型電界センサヘッドの第１の
実施例を示す図。
実施例を示す図。
【図２】本発明による反射型電界センサヘッドの第２の
実施例を示す図。
実施例を示す図。
【図３】本発明による反射型電界センサヘッドの第３の
実施例を示す図。
実施例を示す図。
【図４】本発明による反射型電界センサの一実施例を示
す図。
す図。
【図５】本発明による反射型電界センサの他の実施例を
示す図。
示す図。
【図６】従来の電界センサヘッドを示す図。
【図７】従来の電界センサを示す図。
１，２１，３１ 入射光導波路 ３，４，２３，２４，３３，３４ 位相シフト光導波
路 ７，３７ 光反射器 ８，３６ 光ファイバ ９，２８ 電極 １２ ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶基板 １６ 偏光プリズム １７ ガーネット膜 ２６ 入力光ファイバ ４１ 反射型電界センサヘッド ４２ 光ファイバ ４６ ハーフミラー ４７ 半導体レーザ ４８ 光検出器
路 ７，３７ 光反射器 ８，３６ 光ファイバ ９，２８ 電極 １２ ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）結晶基板 １６ 偏光プリズム １７ ガーネット膜 ２６ 入力光ファイバ ４１ 反射型電界センサヘッド ４２ 光ファイバ ４６ ハーフミラー ４７ 半導体レーザ ４８ 光検出器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】前記第１及び前記第２の位相シフト光導波
路上に、又は前記第１および前記第２の位相シフト光導
波路の近傍に、第１および第２の電極がそれぞれ形成さ
れてもよい。
路上に、又は前記第１および前記第２の位相シフト光導
波路の近傍に、第１および第２の電極がそれぞれ形成さ
れてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】
【実施例】 （実施例１）図１は本発明による反射型電界センサヘッ
ドの第１の実施例を示す斜視図である。ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ３）結晶基板１２上に厚さ４０〜１００
ｎｍのチタン膜パターンを温度１０００〜１１００℃で
４〜８時間拡散して形成した幅５〜１０μｍの入射光導
波路１と、その入射光導波路１に結合した長さ５〜２０
ｍｍの２本の位相シフト光導波路３および４が設置され
ている。位相シフト光導波路３および４に対して垂直に
形成されたそれぞれの端面５および６を含む基板端面に
は金等の金属膜をコーティングして形成した光反射器７
が設置されている。また、入射光導波路１には偏波保持
型の光ファイバ８が結合している。位相シフト光導波路
３および４上には光吸収を防ぐためのバッファ層となる
二酸化珪素膜を介して電極９が形成され、ロッドアンテ
ナ１５に接続されている。或いは位相シフト光導波路３
および４の近傍に電極９が形成されてもよい。
ドの第１の実施例を示す斜視図である。ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ３）結晶基板１２上に厚さ４０〜１００
ｎｍのチタン膜パターンを温度１０００〜１１００℃で
４〜８時間拡散して形成した幅５〜１０μｍの入射光導
波路１と、その入射光導波路１に結合した長さ５〜２０
ｍｍの２本の位相シフト光導波路３および４が設置され
ている。位相シフト光導波路３および４に対して垂直に
形成されたそれぞれの端面５および６を含む基板端面に
は金等の金属膜をコーティングして形成した光反射器７
が設置されている。また、入射光導波路１には偏波保持
型の光ファイバ８が結合している。位相シフト光導波路
３および４上には光吸収を防ぐためのバッファ層となる
二酸化珪素膜を介して電極９が形成され、ロッドアンテ
ナ１５に接続されている。或いは位相シフト光導波路３
および４の近傍に電極９が形成されてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】（実施例２）図２は本発明による反射型電
界センサの第２の実施例を示す斜視図である。本実施例
においては入射光導波路２１と出射光導波路２５を分離
したこと、およびロッドアンテナを用いないで基板１２
上に電極２８と一体にアンテナパターン２９を形成した
点が図１の実施例とは異なっている。図２においては、
位相シフト光導波路２３および２４が光方向性結合器２
２により入射光導波路２１に結合しており、光方向性結
合器２２のもう一端は出射光導波路２５に結合してい
る。入力光ファイバ２６からの入射光は光方向性結合器
２２で２分割されて位相シフト光導波路２３および２４
に入射し図１の実施例と同様に電界強度に応じた位相シ
フトを生じて光方向性結合器２２に戻る。ここで上記位
相シフトが０である場合には戻り光はすべて出射光導波
路２５に結合するが位相シフトが０でない場合にはその
位相シフトの大きさに応じて光強度が減少し出射光導波
路２５に結合し出力光ファイバ２７に導かれる。また、
本実施例では位相シフト光導波路２３および２４上の電
極２８は引出しパッド部分２９を電界を検出するアンテ
ナとして機能するように長く引き出している。なお電極
２８は位相シフト光導波路３および４の近傍に形成され
てもよい。
界センサの第２の実施例を示す斜視図である。本実施例
においては入射光導波路２１と出射光導波路２５を分離
したこと、およびロッドアンテナを用いないで基板１２
上に電極２８と一体にアンテナパターン２９を形成した
点が図１の実施例とは異なっている。図２においては、
位相シフト光導波路２３および２４が光方向性結合器２
２により入射光導波路２１に結合しており、光方向性結
合器２２のもう一端は出射光導波路２５に結合してい
る。入力光ファイバ２６からの入射光は光方向性結合器
２２で２分割されて位相シフト光導波路２３および２４
に入射し図１の実施例と同様に電界強度に応じた位相シ
フトを生じて光方向性結合器２２に戻る。ここで上記位
相シフトが０である場合には戻り光はすべて出射光導波
路２５に結合するが位相シフトが０でない場合にはその
位相シフトの大きさに応じて光強度が減少し出射光導波
路２５に結合し出力光ファイバ２７に導かれる。また、
本実施例では位相シフト光導波路２３および２４上の電
極２８は引出しパッド部分２９を電界を検出するアンテ
ナとして機能するように長く引き出している。なお電極
２８は位相シフト光導波路３および４の近傍に形成され
てもよい。
Claims (9)
- 【請求項１】 電気光学効果を有する基板と；この基板
上に形成され、入射光を受ける入射光導波路と；この入
射光導波路に前記入射光を供給する光ファイバと；前記
基板上に形成され、前記入射光導波路にそれぞれの一端
が結合されて前記入射光の位相を所定位相だけシフトさ
せる第１および第２の位相シフト光導波路と；前記第１
および前記第２の位相シフト光導波路の他端に設置さ
れ、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路から
の光を、前記第１および前記第２の位相シフト光導波路
へ反射光として反射し、この反射光を、前記入射光導波
路を介して、前記光ファイバに供給する光反射器と；を
有することを特徴とする反射型電界センサヘッド。 - 【請求項２】 前記第１および前記第２の位相シフト光
導波路上に第１および第２の電極がそれぞれ形成されて
いることを特徴とする請求項１に記載の反射型電界セン
サヘッド。 - 【請求項３】 前記基板として強誘電体結晶を用い、前
記第１および前記第２の位相シフト光導波路が形成され
ている部分の分極方向が互いに反転していることを特徴
とする請求項１に記載の反射型電界センサヘッド。 - 【請求項４】 電気光学効果を有する基板と；この基板
上に形成され、入射光を受ける入射光導波路と；この入
射光導波路に前記入射光を供給する入力光ファイバと；
前記基板上に前記入射光導波路の近傍に形成され、それ
ぞれの一端に受けた前記入射光の位相を所定位相だけシ
フトさせる第１および第２の位相シフト光導波路と；前
記基板上に前記入射光導波路と前記第１および前記第２
の位相シフト光導波路との近傍に形成され、前記入射光
導波路からの前記入射光を２分割して、前記第１および
前記第２の位相シフト光導波路に供給する方向性結合器
と；前記第１および前記第２の位相シフト光導波路の他
端に設置され、前記第１および前記第２の位相シフト光
導波路からの光を、前記第１および前記第２の位相シフ
ト光導波路へ反射光として反射し、この反射光を、前記
入射光導波路を介して、前記方向性結合器に供給する光
反射器と；前記基板上に前記方向性結合器の近傍に形成
され、前記方向性結合器から前記反射光を受ける出射光
導波路と；この出射光導波路から前記反射光を受ける出
力光ファイバと；を有することを特徴とする反射型電界
センサヘッド。 - 【請求項５】 前記第１および前記第２の位相シフト光
導波路上に第１および第２の電極がそれぞれ形成されて
いることを特徴とする請求項４に記載の反射型電界セン
サヘッド。 - 【請求項６】 前記基板として強誘電体結晶を用い、前
記第１および前記第２の位相シフト光導波路が形成され
ている部分の分極方向が互いに反転していることを特徴
とする請求項４に記載の反射型電界センサヘッド。 - 【請求項７】 印加される電界強度に応じて透過する光
の強度が変化するように構成され、かつ、入射光が内部
で反射されて入射端にもどるように構成された光学素子
と、上記入射端に接続された１本の光ファイバと、上記
光ファイバの一端に設置された入射光と反射光を分離す
るための光分離器と、上記入射光を発生するための光源
と、上記反射光を検出するための光検出器より構成され
ることを特徴とする反射型電界センサ。 - 【請求項８】 前記光分離器がファラデー効果を有する
媒体と偏光を分離するための手段とを含んでいることを
特徴とする請求項７に記載の反射型電界センサ。 - 【請求項９】 前記光学素子として、請求項１〜６のい
ずれかに記載の反射型電界センサヘッドを用いたことを
特徴とする請求項８に記載の反射型電界センサ。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16802093A JPH0727807A (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 反射型電界センサヘッド及び反射型電界センサ |
| CA002144076A CA2144076C (en) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | Electric field sensor having sensor head with unbalanced electric field shield to shield branched optical waveguides against an applied electric field |
| EP94919863A EP0668507B1 (en) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | Electric field sensor |
| CN94190479A CN1052072C (zh) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | 电场传感器 |
| DE69431513T DE69431513T2 (de) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | Fühler für elektrische felder |
| US08/392,995 US5625284A (en) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | Electric field sensor having sensor head with unbalanced electric field shield to shield branched optical waveguides against an applied electric field |
| PCT/JP1994/001104 WO1995002192A1 (fr) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | Capteur de champs electriques |
| KR1019950700892A KR100232419B1 (ko) | 1993-07-07 | 1994-07-07 | 전계센서 |
| US08/773,031 US5850140A (en) | 1993-07-07 | 1996-12-24 | Electric field sensor having sensor head with unbalanced electric field shield to shield branched optical waveguides against an applied electric field |
| CN98109631A CN1106577C (zh) | 1993-07-07 | 1998-05-25 | 电场传感器 |
| CN03106057A CN1439882A (zh) | 1993-07-07 | 2003-02-19 | 电场传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16802093A JPH0727807A (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 反射型電界センサヘッド及び反射型電界センサ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001368281A Division JP2002257887A (ja) | 2001-12-03 | 2001-12-03 | 反射型電界センサヘッド及び反射型電界センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0727807A true JPH0727807A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=15860324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16802093A Ceased JPH0727807A (ja) | 1993-07-07 | 1993-07-07 | 反射型電界センサヘッド及び反射型電界センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727807A (ja) |
-
1993
- 1993-07-07 JP JP16802093A patent/JPH0727807A/ja not_active Ceased
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020410 |
|
| A521 | Written amendment |
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