JPH0740048B2 - Optical fiber type voltage sensor - Google Patents

Optical fiber type voltage sensor


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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はポッケルス効果を用いた光ファイバ型電圧センサに関する。 FIELD OF THE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Industry The present invention relates to an optical fiber type voltage sensor using the Pockels effect.

従来の技術 BSO,LiNbO 3 ,ZnS等の電気光学結晶のポッケルス効果を利用して高圧送電線などの電圧を光学的に測定する光ファイバ型電圧センサは、絶縁性や電磁誘導ノイズの点ですぐれており、抵抗分圧法やコンデンサ分圧法などによる電気的測定法に比較して多くの長所を有しているため、 ART BSO, optical fiber type voltage sensor for measuring voltage optically, such as high voltage transmission lines utilizing the Pockels effect of the electro-optic crystal of LiNbO 3, ZnS, etc., excellent in terms of insulation and electromagnetic induction noise and which, because it has a number of advantages compared to electrical measurements due resistor-pressure method or capacitive divider pressure method,
近年、積極的に開発が行なわれている。 In recent years, it is being carried out actively developed.

従来の光ファイバ型センサは、例えば、電気通信学会技術研究報告(OQE82−59)に示すように、第2図のような構成となっていた。 Conventional optical fiber type sensor, for example, as shown in Electrical Communication Engineers Technical Research Report (OQE82-59), has been a configuration of FIG. 2. 双方向で用いる入,出力兼用光ファイバ1と自己集束性ロッドレンズ2の一端側との間に、1枚の複屈折材料(ルチル平板)3を置いて偏光分離機能を持たせ、また、自己集束性ロッドレンズ2の他端には、電極4を有するポッケルス材料(本従来例では、LiNbO 3単結晶)5と1/3波長板6及び反射板7を配置して、反射光学系を構成する。 Input used bidirectionally, between the output combined optical fiber 1 and the one end of the self-focusing rod lens 2, to have a polarization separating function at a single birefringent material (rutile flat) 3, also self the other end of the focusing rod lens 2 (in this conventional example, LiNbO 3 single crystal) Pockels material having an electrode 4 by placing a 5 1/3 wavelength plate 6 and the reflection plate 7, constituting the reflective optical system to. 入出力兼用光ファイバ1の手前には分岐器8があって、入力光ファイバ9からの光linを入出力兼用光ファイバ1に通し、また、入出力兼用光ファイバ1から逆方向に帰ってきた信号光lout In front of the input-output optical fiber 1 be no splitter 8, through the light lin from the input optical fiber 9 to the input-output optical fibers 1, also came back from input-output optical fibers 1 in the opposite direction signal light lout
を出力光ファイバ10に分岐する。 Branches to the output optical fiber 10.

この動作原理を説明すると、入出力兼用光ファイバ1から出射した光linはルチル平板3で直線偏光になり、ポッケルス材料5及び1/3波長板6を透過後、ミラー7で反射され、再び1/3波長板6及びポッケルス材料5を通過後、ルチル平板3で偏光分離されて、入出力兼用光ファイバ1に受光される。 To explain this operation principle, light lin emitted from input-output optical fiber 1 becomes linearly polarized light in the rutile flat 3, after passing through Pockels material 5 and 1/3 wavelength plate 6, it is reflected by the mirror 7, again 1 / 3 after passing through the wavelength plate 6 and Pockels material 5, is polarization splitting rutile flat 3, it is received by the input-output optical fiber 1. ポッケルス材料5は電界により屈折率が変化するが、その変化率が偏光方向により異なるため、通過する光の位相が変わり、楕円偏光となる。 Pockels material 5 whose refractive index changes by the electric field, but since the rate of change varies depending on the polarization direction, changes the phase of light passing through, becomes elliptically polarized.
この偏光の変化を検光子に当たるルチル平板3で偏光分離し、強度変化に変換する。 The changes in polarization by the polarization separation rutile flat 3 impinging on the analyzer are converted into intensity change. ここで、ポッケルス材料5 Here, Pockels material 5
を通過する光が電界により受ける光学的位相差Δφは印加電界強度Eに比例する。 Optical phase difference Δφ of the light passing through the receiving by the electric field is proportional to the applied electric field strength E.

すなわち Δφ=kE ただしk:比例定数 …………(1) となる。 That [Delta] [phi = kE However k: a proportional constant ............ (1).

また、光線は1/3波長板を往復することにより、π/2の位相差を受ける。 Also, light rays by reciprocating a 1/3 wavelength plate, undergoes a phase difference of [pi / 2. 従って、この場合の出力光強度は、 P∝1−sin(Δφ) …………(2) となり、Δφが小さい時には、 P∝1−Δφ=1−kE …………(3) となり、電界強度Eに比例した光量変化が得られる。 Accordingly, the output light intensity in this case, Pα1-sin (Δφ) ............ (2) next, when [Delta] [phi is small, Pα1-Δφ = 1-kE ............ (3), and the change of light intensity in proportion to the electric field strength E is obtained.

発明が解決しようとする問題点 このような光ファイバ型電圧センサでは、印加電圧をV, INVENTION In trying to problems such an optical fiber-type voltage sensor resolution, the applied voltage V,
光源の波更をλとすると、印加電圧による光の位相差φ When a further wave source and lambda, due to the applied voltage phase difference of the light φ
は、次のような式で表わされる。 It is expressed by the following equation.

ここでn 0は、LiNbO 3の常光線屈折率、dはLiNbO 3の厚さ、lはLiNbO 3の長さ(電極長)である。 Where n 0 is the ordinary index of refraction of LiNbO 3, d is the thickness of the LiNbO 3, l is the length of LiNbO 3 (electrode length).

また、このような光ファイバ型電圧センサでは、一般的に光源として発光ダイオードを使用しているが、発光ダイオードLEDの発光波長広がりの半値全巾が0.8μm帯LE Further, in such an optical fiber-type voltage sensor, but generally as the light source using light emitting diodes, half the emission wavelength broadening of the light emitting diode LED full width is 0.8μm band LE
Dで30〜60nm、1.3μm帯LEDで100nm以上と、非常に広いため、(4)式で示すように、LEDの波長の巾により、 30~60nm in D, a 100nm or more 1.3μm band LED, for very wide, (4) as shown by the equation, the width of the wavelength of the LED,
位相差φに巾が生じ、測定精度が悪化する。 Width occurs in a phase difference phi, measuring accuracy is deteriorated.

また、入力光ファイバから出射した光が出力光ファイバに入射するまでの距離が20mm以上必要となるが、この距離が長い程入力光ファイバから出力光ファイバへ結合する光の損失が増大する要因となるとともに厳しい軸合せ精度が要求される。 Although the distance to the light emitted from the input optical fiber enters the output optical fiber is required than 20 mm, a factor that loss of light is increased by this distance is coupled to the output optical fiber from a long enough input optical fiber severe axial alignment accuracy with made is required.

問題点を解決するための手段 本発明は、上記の問題を解決するために、半導体レーザを光源として使用し、偏波面保存型光ファイバを入力側光ファイバとしてマルチモード型光ファイバを出力型光ファイバとして各々使用し、前記入力型光ファイバから出射する直線偏光が、少なくともポッケルス材料と1/4 Means the present invention for solving the problem, in order to solve the above problems, a semiconductor laser used as a light source, an output type optical multimode optical fiber polarization-maintaining optical fiber as the input side optical fiber respectively used as a fiber, linearly polarized light emitted from the input optical fiber, at least Pockels material 1/4
波長板及び検光子とを通過して前記出力側光ファイバに入射するものである。 Those that enters the output optical fiber through the wavelength plate and an analyzer.

作用 本発明は上記の方法により、測定精度が向上するとともに、接着剤で固定する光学部品のうち、偏光子を省略することができるため、信頼性の向上が期待でき、またコア径の小さい光ファイバから大きい光ファイバへの光の結合となるため、損失増加を防ぐことが可能となるものである。 By the action present invention the above method, together with the measurement accuracy is improved, among the optical components fixed by the adhesive, it is possible to omit the polarizer, improved reliability can be expected, also small light core diameters since the coupling of light into the large optical fiber from the fiber, in which it is possible to prevent loss increases.

実 施 例 第1図に本発明の光マイソレータについての一実施例を示す。 It shows an embodiment of the light Maisoreta of the present invention to implementation example Figure 1.

半導体レーザ12から出射した直線偏光の光を、偏波面保存型光ファイバ13の偏光固有軸に入射する。 The linearly polarized light emitted from the semiconductor laser 12 is incident on the polarization eigenstates axis of polarization-maintaining optical fiber 13. このため、 For this reason,
光は直線偏光を保ったまま光ファイバ13中を伝搬し、自己集束型レンズ14で平行光となり、ポッケルス材料16を通過時に電極15から印加される電圧に対応した位相変化を受け楕円偏光となる。 Light propagated through the optical fiber 13 medium while maintaining the linearly polarized light becomes parallel light by the self-focusing lens 14, becomes elliptically polarized light undergoes a phase change corresponding to the voltage applied from the electrode 15 at the time of passing through the Pockels material 16 . この位相の変化は検光子18で強度変化に変換され、自己集束型レンズ19で出力用マルチモード型光ファィバに集光され伝搬し、電圧の強度に比例した光量の変化が得られる。 This change in phase is converted into intensity change by the analyzer 18, it is focused on multimode optical Faiba output by self-focusing lens 19 propagates, change in the amount of light in proportion to the intensity of the voltage is obtained.

発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、半導体レーザ12の発振波長広がりの半値全巾は一般的に数nm程度とLEDに比べて非常に狭いために測定精度の改善が可能となる。 As mentioned above effects, according to the present invention, half the total width of the oscillation wavelength broadening of the semiconductor laser 12 can be generally improved measurement accuracy for very narrow compared to the number of nm and LED and Become.

また、入力用の偏波面保存型光ファイバから出射する光は直線偏光となっており、従来使用の偏光子が不用となる。 Further, the light emitted from the polarization maintaining optical fiber for input has become a linearly polarized light, the polarizer of the conventionally used becomes unnecessary. さらに、偏波面保存型光ファイバのコア径は10μm Further, the core diameter of the polarization-maintaining optical fiber is 10μm
以下と微細であり、これに比較して出力用のマルチモード光ファイバのコア径は50μm以上と比較的大きなものであることから、入・出力光ファイバ間の光の結合損失はほとんど無く、また軸合せも非常に容易に行なうことができるものである。 Below and a fine, it from, the light coupling loss between the input and output optical fiber almost no core diameter compared to the multi-mode optical fiber for the output to be relatively large as more than 50 [mu] m, also axis combined also as it can be very easily performed.


第1図は本発明の一実施例における光ファイバ型電圧センサの概略構成図、第2図は従来のセンサの構成図である。 Figure 1 is a schematic diagram of an optical fiber-type voltage sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a conventional sensor. 12……半導体レーザ、13……偏波面保存型光ファイバ、 12 ...... semiconductor laser, 13 ...... polarization maintaining optical fiber,
2,14,19……自己集束型レンズ、5,16……ポッケルス材料、4,15……電極、17……1/4波長板、18……検光子、2 2,14,19 ...... self-focusing lens, 5, 16, ...... Pockels material, 4,15 ...... electrodes, 17 ...... 1/4-wave plate, 18 ...... analyzer, 2
0……マルチモード型光ファイバ。 0 ...... multi-mode optical fiber.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸田 和郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石河 大典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 金山 光一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−34366(JP,A) 特開 昭59−61783(JP,A) 実開 昭59−106075(JP,U) ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Kazuo Toda Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita Electric industrial Co., Ltd. in the (72) inventor Ishikawa tome Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita Electric industrial Co., Ltd. in the ( 72) inventor Koichi Jinshan Osaka Prefecture Kadoma Oaza Kadoma 1006 address Matsushita Electric industrial Co., Ltd. in the (56) reference Patent Sho 58-34366 (JP, a) JP Akira 59-61783 (JP, a) JitsuHiraku Akira 59-106075 (JP, U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】半導体レーザを光源として使用し、偏波面保存型光ファイバを入力側光ファイバとしてマルチモード型光ファイバを出力側光ファイバとして各々使用し、 1. A semiconductor laser is used as the light source, respectively using the multimode optical fiber polarization-maintaining optical fiber as the input side optical fiber as an output side optical fiber,
    前記入力側光ファイバから出射する直線偏光が、少なくともポッケルス材料と1/4波長板及び検光子とを通過して前記出力側光ファイバに入射してなる光ファイバ型電圧センサ。 Linearly polarized light emitted from the input optical fiber, optical fiber-type voltage sensor comprising enters the output optical fiber through at least Pockels material and a quarter-wave plate and an analyzer.
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