JPH0812231B2 - 磁性流体の屈折率磁場依存性を利用した光干渉装置 - Google Patents
磁性流体の屈折率磁場依存性を利用した光干渉装置Info
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- JPH0812231B2 JPH0812231B2 JP12221782A JP12221782A JPH0812231B2 JP H0812231 B2 JPH0812231 B2 JP H0812231B2 JP 12221782 A JP12221782 A JP 12221782A JP 12221782 A JP12221782 A JP 12221782A JP H0812231 B2 JPH0812231 B2 JP H0812231B2
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、磁性流体の屈折率磁場依存性を利用し、
磁場強度を検出して電気信号の大きさに変換する方法及
び装置に関する。
磁場強度を検出して電気信号の大きさに変換する方法及
び装置に関する。
光が透過可能な磁性流体に磁場を印加すると、光に対
する屈折率が変化する。この屈折率は、磁性流体に印加
された磁場の強さの敏感な函数となる。
する屈折率が変化する。この屈折率は、磁性流体に印加
された磁場の強さの敏感な函数となる。
酸化鉄等から成る強磁性コロイド粒子を分散したコロ
イド溶液に磁場を加えた場合、微小な複屈折性を有する
ことは、マヨラナ効果として公知である。しかしこのコ
ロイド溶液のコロイド粒子数密度は、非常に小さかった
ため、前述の効果も実験室に於ける興味の対象になる程
度の小さなものでしかなく、且つ短時間内にコロイド粒
子が沈澱してしまう様な不安定なコロイド溶液であっ
た。
イド溶液に磁場を加えた場合、微小な複屈折性を有する
ことは、マヨラナ効果として公知である。しかしこのコ
ロイド溶液のコロイド粒子数密度は、非常に小さかった
ため、前述の効果も実験室に於ける興味の対象になる程
度の小さなものでしかなく、且つ短時間内にコロイド粒
子が沈澱してしまう様な不安定なコロイド溶液であっ
た。
この様な理由から、前述の効果を応用しようとする考
えは殆ど現れなかった。
えは殆ど現れなかった。
この発明は、1965年にアメリカで発明された磁性流体
と呼ばれる強磁性微粒子を界面活性剤で包み、溶媒中に
安定した状態で分散させたコロイド粒子数密度の極めて
大きなコロイド溶液が、従来の物質が示す同様な磁気光
学効果の107倍も大きい効果を有する事を利用するもの
である 磁性流体薄膜を透過する光の複屈折率は、正常光に対
する屈折率ｎ⊥と異常光に対する屈折率ｎ の差△ｎ＝
ｎ −ｎ⊥である。この△ｎの磁場異存性が既に測定さ
れている。ここで正常光と異常光とは、磁性流体薄膜に
入射する直線偏光のうち、偏光面（光の電気ベクトル）
が磁性流体薄膜に印加される磁場に垂直な光を正常光、
平行な光を異常光と定義する。
と呼ばれる強磁性微粒子を界面活性剤で包み、溶媒中に
安定した状態で分散させたコロイド粒子数密度の極めて
大きなコロイド溶液が、従来の物質が示す同様な磁気光
学効果の107倍も大きい効果を有する事を利用するもの
である 磁性流体薄膜を透過する光の複屈折率は、正常光に対
する屈折率ｎ⊥と異常光に対する屈折率ｎ の差△ｎ＝
ｎ −ｎ⊥である。この△ｎの磁場異存性が既に測定さ
れている。ここで正常光と異常光とは、磁性流体薄膜に
入射する直線偏光のうち、偏光面（光の電気ベクトル）
が磁性流体薄膜に印加される磁場に垂直な光を正常光、
平行な光を異常光と定義する。
磁性流体薄膜を透過した正常光と異常光の位相差θ
は、 θ＝２πｄ△n/λ となる。ここでｄは、磁性流体薄膜の膜厚、λは光の波
長である。
は、 θ＝２πｄ△n/λ となる。ここでｄは、磁性流体薄膜の膜厚、λは光の波
長である。
一方理論から、ｎ は、Ｈの増加函数、ｎ⊥は、Ｈの
減少函数となる。以下説明の便宜上異常光を使った場合
を説明する。異常光に対する屈折率ｎ を以下ｎと略記
する。
減少函数となる。以下説明の便宜上異常光を使った場合
を説明する。異常光に対する屈折率ｎ を以下ｎと略記
する。
この発明は、磁性流体に印加される磁場強度の変化に
より多重反射を利用して磁性流体が曝されている磁場の
大きさを電気信号の大きさに変換する方法及び装置を提
供するものである。
より多重反射を利用して磁性流体が曝されている磁場の
大きさを電気信号の大きさに変換する方法及び装置を提
供するものである。
前述の磁性流体薄膜が示す複屈折の大きさは、10000e
の磁場に対し、従来この種の現象で大きな効果をもたら
す事で知られているニトロベンゾールの前述の複屈折の
大きさの約107倍に達する。当然ｎの磁場に対する変化
も大きなものとなる。
の磁場に対し、従来この種の現象で大きな効果をもたら
す事で知られているニトロベンゾールの前述の複屈折の
大きさの約107倍に達する。当然ｎの磁場に対する変化
も大きなものとなる。
添付図面についてこの出願発明の実施例を説明する。
光源１の光軸２上に、回折格子３、偏光子４及び第１ス
リット板５を一定間隔を置いて該光軸上に夫々垂直に設
け、該第１スリット板５の次に、該光源の光が透過可能
な磁性流体光学素子６の平面の法線が該光軸に対してθ
角度となる様に該磁性流体光学素子を傾斜して設ける。
又未知磁場が第１、２図に示す通り該光軸に垂直に該磁
性流体光学素子に印加される様にする。
光源１の光軸２上に、回折格子３、偏光子４及び第１ス
リット板５を一定間隔を置いて該光軸上に夫々垂直に設
け、該第１スリット板５の次に、該光源の光が透過可能
な磁性流体光学素子６の平面の法線が該光軸に対してθ
角度となる様に該磁性流体光学素子を傾斜して設ける。
又未知磁場が第１、２図に示す通り該光軸に垂直に該磁
性流体光学素子に印加される様にする。
該磁性流体光学素子６は、該磁性流体を、透明の薄い
プレート内に封入したものである。
プレート内に封入したものである。
光軸２上で磁性流体光学素子６の次に、第２スリット
板10を垂直に設け、該第２スリット板に一定間隔を置い
て受光子11を設ける。これ等部材を、光を透過しない外
匣（図示せず）内に封入して一体の偏光部とする。
板10を垂直に設け、該第２スリット板に一定間隔を置い
て受光子11を設ける。これ等部材を、光を透過しない外
匣（図示せず）内に封入して一体の偏光部とする。
図示の通り、光源１から出た光は、回折格子３を通過
し、波長λ（真空又は空気中）の単色光となり、偏光子
４を通過して偏光となる。この際光軸１から出た光がも
ともと単色光で偏光ならば、回折格子３及び偏光板４は
不必要となる。
し、波長λ（真空又は空気中）の単色光となり、偏光子
４を通過して偏光となる。この際光軸１から出た光がも
ともと単色光で偏光ならば、回折格子３及び偏光板４は
不必要となる。
この偏光は、第１スリット板５のスリット５′を通過
して平行光線となり、光軸２に対して平面の法線がθ角
度傾いた磁性流体光学素子６に入り、該素子内で多重反
射して透過光と反射光が出て来る。
して平行光線となり、光軸２に対して平面の法線がθ角
度傾いた磁性流体光学素子６に入り、該素子内で多重反
射して透過光と反射光が出て来る。
第１図に於いては、透過光が第２スリット板10のスリ
ット10′を透過して受光子11に入り、第２図に於いて
は、磁性流体光学素子６でθ角度で反射され、反射光が
該第２スリット板10のスリット10′を透過して受光子11
に入る。
ット10′を透過して受光子11に入り、第２図に於いて
は、磁性流体光学素子６でθ角度で反射され、反射光が
該第２スリット板10のスリット10′を透過して受光子11
に入る。
第３、４図に於いて、磁性流体光学素子６は２枚の透
明基板７、７とそれ等の間に挟持され、一定の厚さに密
閉されている磁性流体薄膜８から成る。第３図に於いて
は、基板７、７の両面のうち、該磁性流体薄膜８に接し
ていない面に金属９、９等を薄く蒸着し、この面の反射
率を高めている。
明基板７、７とそれ等の間に挟持され、一定の厚さに密
閉されている磁性流体薄膜８から成る。第３図に於いて
は、基板７、７の両面のうち、該磁性流体薄膜８に接し
ていない面に金属９、９等を薄く蒸着し、この面の反射
率を高めている。
他方第４図に示す実施例に於いては、基板７、７の磁
性流体薄膜８に接する面に金属９、９等を薄く蒸着す
る。
性流体薄膜８に接する面に金属９、９等を薄く蒸着す
る。
次に第４図に於いて光の通路を説明するが、第３図の
場合も本質的に同じ原理である。
場合も本質的に同じ原理である。
磁性流体光学素子６を透過した光の強度をＴ（第１図
の場合）とし、反射して出て来る光の強度をＲ（第２図
の場合）とすると、Ｔ、Ｒは繰返し反射干渉の理論か
ら、 ここでａは入射光の振幅、ｒは反射膜を設けた基板面
の反射率、ｎは磁性流体光学素子６の屈折率（正確には
異常光に対する屈折率）、ｄは磁性流体薄膜の厚み、λ
は単色光の真空中（近似的に空気中）に於ける波長を表
し、θ′は、 の関係を満たす角度である（第３、４図参照）。角度θ
が相当小さい場合は、 となる。これからδとＴの間の関係は、第５図の様にな
る。第５図に種々の反射率ｒについてのδ−Ｔ曲線を示
す。δ−Ｒも同様のグラフとなる。
の場合）とし、反射して出て来る光の強度をＲ（第２図
の場合）とすると、Ｔ、Ｒは繰返し反射干渉の理論か
ら、 ここでａは入射光の振幅、ｒは反射膜を設けた基板面
の反射率、ｎは磁性流体光学素子６の屈折率（正確には
異常光に対する屈折率）、ｄは磁性流体薄膜の厚み、λ
は単色光の真空中（近似的に空気中）に於ける波長を表
し、θ′は、 の関係を満たす角度である（第３、４図参照）。角度θ
が相当小さい場合は、 となる。これからδとＴの間の関係は、第５図の様にな
る。第５図に種々の反射率ｒについてのδ−Ｔ曲線を示
す。δ−Ｒも同様のグラフとなる。
δの値を決める因子である磁性流体の屈折率ｎは、既
に述べた通り該磁性流体の曝されている磁場Ｈの増加函
数となるから（第１、２図に示す通り） ｎ＝ｎ（Ｈ） （７） となる。ただしの方向は、入射光の偏光方向と平行に
する。このため磁場Ｈの値が増大すると、δの値も増大
し、従ってＴ、Ｒの値も一意的に変化してくる。その結
果δは、Ｈの鋭敏な函数となり、Ｔ、Ｒの大きさはＨの
大きさに鋭敏に影響される。受光子11は、光量の変化を
電気信号の大きさに変えるから、Ｔ、Ｒの変化は、受光
子11を介して電気信号の大きさに変換される。
に述べた通り該磁性流体の曝されている磁場Ｈの増加函
数となるから（第１、２図に示す通り） ｎ＝ｎ（Ｈ） （７） となる。ただしの方向は、入射光の偏光方向と平行に
する。このため磁場Ｈの値が増大すると、δの値も増大
し、従ってＴ、Ｒの値も一意的に変化してくる。その結
果δは、Ｈの鋭敏な函数となり、Ｔ、Ｒの大きさはＨの
大きさに鋭敏に影響される。受光子11は、光量の変化を
電気信号の大きさに変えるから、Ｔ、Ｒの変化は、受光
子11を介して電気信号の大きさに変換される。
この様にして磁性流体に曝されている磁場Ｈの大きさ
を電気信号の大きさに一意的に変換する事が可能とな
る。
を電気信号の大きさに一意的に変換する事が可能とな
る。
第２の発明を示す第６図に於いて、光源１の光軸２上
に垂直に、回折格子３を設け、次に集光ロッド・レンズ
21、一定の長さを有する光ファイバ22並びに平行ロッド
・レンズ23とから成る第１光ケーブル20を配置し、平行
ロッド・レンズ23の光軸２に第１スリット板５、偏光子
４、第２スリット板10を一定間隔で夫々垂直に設け、光
が透過可能な磁性流体光学素子６を偏光子４と第２スリ
ット10との間に、該光学素子６の平面の法線が光軸２に
対してθ角度になる様に該光学素子６を傾けて設け、こ
れ等各部を光を透過しない外匣（図示せず）内に封入し
て一体とする。
に垂直に、回折格子３を設け、次に集光ロッド・レンズ
21、一定の長さを有する光ファイバ22並びに平行ロッド
・レンズ23とから成る第１光ケーブル20を配置し、平行
ロッド・レンズ23の光軸２に第１スリット板５、偏光子
４、第２スリット板10を一定間隔で夫々垂直に設け、光
が透過可能な磁性流体光学素子６を偏光子４と第２スリ
ット10との間に、該光学素子６の平面の法線が光軸２に
対してθ角度になる様に該光学素子６を傾けて設け、こ
れ等各部を光を透過しない外匣（図示せず）内に封入し
て一体とする。
集光ロッド・レンズ23、光ファイバ22、平行ロッド・
レンズ21とから成る第２光ケーブル20Aの該集光ロッド
・レンズ23を第２スリット10の光軸２の配置し、該ロッ
ド・レンズを受光子11に接続する。そして未知の磁場
を該光学素子６に印加する。
レンズ21とから成る第２光ケーブル20Aの該集光ロッド
・レンズ23を第２スリット10の光軸２の配置し、該ロッ
ド・レンズを受光子11に接続する。そして未知の磁場
を該光学素子６に印加する。
光源１と受光子11とを磁場の測定点から離れた位置に
置き、回折格子３を透過した単色光を第１光ケーブル20
で遠方の第１スリット板５、偏光子４、磁性流体光学素
子６、第２スリット板10に導き、透過光若しくは反射光
を第２光ケーブル20Aにより遠方の受光子11に導いて未
知磁場の大きさを電気信号の大きさに変える事が出来
る。
置き、回折格子３を透過した単色光を第１光ケーブル20
で遠方の第１スリット板５、偏光子４、磁性流体光学素
子６、第２スリット板10に導き、透過光若しくは反射光
を第２光ケーブル20Aにより遠方の受光子11に導いて未
知磁場の大きさを電気信号の大きさに変える事が出来
る。
第１図は、この発明に係る光に対する磁性流体の屈折率
磁場依存性を利用した光干渉装置の側面図、第２図は、
他の実施例を示す側面略図、第３、４図は、磁性流体の
透明基板内に保持して光を多重透過又は多重反射させる
装置の拡大断面図、第５図は、種々の反射率曲線を示す
図、第６図は、第３発明の装置の実施例を示す側面略図
である。 １……光源； ２……光軸； ３……回折格子； ４……偏光子； ５……第１スリット板； ５′……スリット； ６……磁性流体光学素子； ７……基板； ８……磁性流体薄膜； ９……蒸着した金属； 10……第２スリット板； 10′……スリット； 11……受光子； 20……第１光ケーブル； 21……集光ロッド・レンズ； 22……光ファイバ； 23……平行ロッド・レンズ； 20A……第２光ケーブル。
磁場依存性を利用した光干渉装置の側面図、第２図は、
他の実施例を示す側面略図、第３、４図は、磁性流体の
透明基板内に保持して光を多重透過又は多重反射させる
装置の拡大断面図、第５図は、種々の反射率曲線を示す
図、第６図は、第３発明の装置の実施例を示す側面略図
である。 １……光源； ２……光軸； ３……回折格子； ４……偏光子； ５……第１スリット板； ５′……スリット； ６……磁性流体光学素子； ７……基板； ８……磁性流体薄膜； ９……蒸着した金属； 10……第２スリット板； 10′……スリット； 11……受光子； 20……第１光ケーブル； 21……集光ロッド・レンズ； 22……光ファイバ； 23……平行ロッド・レンズ； 20A……第２光ケーブル。
Claims (3)
- 【請求項１】光源と； 回折格子、偏光子及び第１スリット板を一定間隔を置い
て光軸上に夫々垂直に設け、該第１スリット板の次に、
磁性流体を透明基板により１μｍから10μｍの薄膜状に
保持して光が透過可能とし、かつ、該透明基板の表面を
薄く蒸着などして反射率を高くし、該磁性流体内を多重
反射できるようにした磁性流体光学素子を設け、かつ、
該磁性流体光学素子を該磁性流体光学素子の法線が光軸
に対してθ角度となるように傾斜して設け、該磁性流体
光学素子の次に、一定間隔を置いて光軸上に第２スリッ
ト板、受光子とを垂直に設け、これ等部材を光を透過し
ない外匣内に封入した偏光部と； から成り、磁性流体の屈折率磁場依存性を利用して磁場
強度を電気信号の大きさに変換する光干渉装置。 - 【請求項２】光源と； 回折格子、集光ロッド・レベル及び第１スリット板を一
定間隔を置いて光軸上に夫々垂直に設け、該第１スリッ
ト板の次に、磁性流体を透明基板により１μｍから10μ
ｍの薄膜状に保持して光が透過可能とし、かつ、該透明
基板の表面を薄く蒸着などして反射率を高くし、該磁性
流体内を多重反射できるようにした磁性流体光学素子を
設け、かつ、該磁性流体光学素子を該磁性流体光学素子
の法線が光軸に対してθ角度となるように傾斜して設
け、光軸に対して２θ角度をなす反射光の光軸上に、一
定間隔を置いて第２スリット板、受光子とを垂直に設
け、これ等部材を光を透過しない外匣内に封入した偏光
部と； から成り、磁性流体の屈折率磁場依存性を利用して磁場
強度を電気電信号の大きさに変換する光干渉装置。 - 【請求項３】光源と； 回折格子、集光ロッド・レンズ、一定の長さを有する光
ファイバ並びに平行ロッド・レンズとを有する第１光ケ
ーブルと； 該平行ロッド・レンズの次に、一定間隔を置いて光軸上
に垂直に設けられた第１スリット板と； 該偏光子の次に、磁性流体を透明基板により１μｍから
10μｍの薄膜状に保持して光が透過可能とし、かつ、該
透明基板の表面を薄く蒸着などして反射率を高くし、該
磁性流体内を多重反射できるようにした磁性流体光学素
子を設け、かつ、該磁性流体光学素子を該磁性流体光学
素子の法線が光軸に対してθ角度となるように傾斜して
設け、該磁性流体光学素子の次に、一定間隔を置いて光
軸上に第２スリット板、受光子とを垂直に設け、これ等
部材を光を透過しない外匣内に封入した偏光部と； 該磁性流体光学素子の次に、一定間隔を置いて光軸上に
垂直に設けられた第２スリット板、集光ロッド・レン
ズ、一定の長さを有する光ファイバ、平行ロッド・レン
ズ並びに受光子とを有する第２ケーブルと； から成り、磁性流体の屈折率磁場依存性を利用して磁場
強度を電気信号の大きさに変換する光干渉装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12221782A JPH0812231B2 (ja) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | 磁性流体の屈折率磁場依存性を利用した光干渉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12221782A JPH0812231B2 (ja) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | 磁性流体の屈折率磁場依存性を利用した光干渉装置 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13354389A Division JPH02118514A (ja) | 1989-05-27 | 1989-05-27 | 磁性流体の屈折率、磁場依存性を利用する光双安定方法及び装置 |
| JP13354289A Division JPH0285784A (ja) | 1989-05-27 | 1989-05-27 | 磁性流体の屈折率、磁場依存性を利用し、磁場強度を制御して出力信号の大きさに変換する方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5913964A JPS5913964A (ja) | 1984-01-24 |
| JPH0812231B2 true JPH0812231B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=14830445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12221782A Expired - Lifetime JPH0812231B2 (ja) | 1982-07-15 | 1982-07-15 | 磁性流体の屈折率磁場依存性を利用した光干渉装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812231B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6341120A (ja) * | 1986-08-08 | 1988-02-22 | Mitsui Petrochem Ind Ltd | 管状フイルムの製造装置の内部安定体 |
| CN103472411A (zh) * | 2013-10-10 | 2013-12-25 | 中南林业科技大学 | 基于Hybrid长周期光纤光栅的磁场传感器 |
| CN108733965A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-11-02 | 沈阳建筑大学 | 基于非球形分子动力学模拟出的磁流体光栅及模拟方法 |
| JP6831869B2 (ja) | 2019-04-05 | 2021-02-17 | 本田技研工業株式会社 | 車両のダンパーハウジング |
| CN113740785B (zh) * | 2021-08-30 | 2023-03-28 | 西安交通大学 | 一种矢量磁场传感器及矢量磁场检测系统和方法 |
-
1982
- 1982-07-15 JP JP12221782A patent/JPH0812231B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5913964A (ja) | 1984-01-24 |
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