JPH09264939A - 偏波無依存型物理量計測方法 - Google Patents
偏波無依存型物理量計測方法Info
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- JPH09264939A JPH09264939A JP8077024A JP7702496A JPH09264939A JP H09264939 A JPH09264939 A JP H09264939A JP 8077024 A JP8077024 A JP 8077024A JP 7702496 A JP7702496 A JP 7702496A JP H09264939 A JPH09264939 A JP H09264939A
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- polarization
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- optical fiber
- light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度変化等の外乱による光の偏波依存性の無
い偏波無依存型物理量計測方法を提供する。 【解決手段】 光源４側と検出部１４側の少なくとも一
方で光ファイバ伝搬光の偏波状態の変調を行うことによ
り、磁界や電界等を計測する物理量センサにおいて、光
源４側及び検出部１４側の両方或いはいずれか一方で光
ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相を
周波数ｆs （光源側周波数ｆs1とし、検出部側周波数を
ｆs2とする）で変調することにより、中心周波数ｆs1或
いはｆs2（ｆs1±ｆs2或いは（ｆs2±ｆs1））等のスペ
クトル強度信号を検出し、伝搬光の偏波状態の変化に依
存しないで安定して情報を検出することができる。
い偏波無依存型物理量計測方法を提供する。 【解決手段】 光源４側と検出部１４側の少なくとも一
方で光ファイバ伝搬光の偏波状態の変調を行うことによ
り、磁界や電界等を計測する物理量センサにおいて、光
源４側及び検出部１４側の両方或いはいずれか一方で光
ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相を
周波数ｆs （光源側周波数ｆs1とし、検出部側周波数を
ｆs2とする）で変調することにより、中心周波数ｆs1或
いはｆs2（ｆs1±ｆs2或いは（ｆs2±ｆs1））等のスペ
クトル強度信号を検出し、伝搬光の偏波状態の変化に依
存しないで安定して情報を検出することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏波無依存型物理
量計測方法に関する。
量計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４は、ファラデー効果を利用した光
ファイバ型磁束計の従来例である。
ファイバ型磁束計の従来例である。
【０００３】同図に示す光ファイバ型磁束計は、検出装
置１と、光ファイバ２ａ，２ｂと、センサ部３とで構成
される。検出装置１は、光源４、Ｏ／Ｅ変換器８、信号
処理部９及び表示部１０で構成され、センサ部３は、偏
光子５、ファラデー素子６及び検光子７で構成される。
置１と、光ファイバ２ａ，２ｂと、センサ部３とで構成
される。検出装置１は、光源４、Ｏ／Ｅ変換器８、信号
処理部９及び表示部１０で構成され、センサ部３は、偏
光子５、ファラデー素子６及び検光子７で構成される。
【０００４】光源４より出射された光は、光ファイバ２
ａを通り、センサ部３に導かれる。センサ部３におい
て、入射光は偏光子５によって直線偏光となる。この直
線偏光は、ファラデー素子６で磁界の強さに応じて次式
（１）で表される回転角ψだけその方位角を変える。
ａを通り、センサ部３に導かれる。センサ部３におい
て、入射光は偏光子５によって直線偏光となる。この直
線偏光は、ファラデー素子６で磁界の強さに応じて次式
（１）で表される回転角ψだけその方位角を変える。
【０００５】 ψ＝Ｖｅ・Ｈ・ｌ …（１） 但し、Ｖｅはベルデ定数（材料によって決まる比例定
数）、Ｈは磁界強度の光軸成分、ｌはファラデー素子の
長さを示す。
数）、Ｈは磁界強度の光軸成分、ｌはファラデー素子の
長さを示す。
【０００６】この光を検光子７を通し、光ファイバ２ｂ
で検出装置１に伝送する。検出装置１内において、伝送
された光のパワーはＯ／Ｅ変換器８で電気信号に変換さ
れる。信号処理部９で演算処理し、磁界強度に比例する
ファラデー回転角ψを求めることができる。
で検出装置１に伝送する。検出装置１内において、伝送
された光のパワーはＯ／Ｅ変換器８で電気信号に変換さ
れる。信号処理部９で演算処理し、磁界強度に比例する
ファラデー回転角ψを求めることができる。
【０００７】従って、光のパワーとファラデー回転角
（磁界強度）との関係から磁束を計測することができ
る。
（磁界強度）との関係から磁束を計測することができ
る。
【０００８】図１５は光式電界計の他の従来例を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【０００９】同図に示す光式電界計の従来例は、図１４
に示す光磁束計と略同様の構成であり、相違点は、セン
サ部内に１／４波長板１１が加わり、ファラデー素子６
の代わりに電気光学結晶１２が用いられた点である。
に示す光磁束計と略同様の構成であり、相違点は、セン
サ部内に１／４波長板１１が加わり、ファラデー素子６
の代わりに電気光学結晶１２が用いられた点である。
【００１０】前述した光源４より出射された光は、セン
サ部３の偏光子５によって直線偏光となり、１／４波長
板で位相変調を受けて円偏光となる。さらに、この円偏
光は、電気光学結晶１２を通過後、楕円偏光となる。こ
れは電気光学結晶１２に電界が加わると、結晶が直交す
る２つの光学軸の屈折率差Δｎが数式（２）のように印
加電界に比例した量だけ変化するためである。
サ部３の偏光子５によって直線偏光となり、１／４波長
板で位相変調を受けて円偏光となる。さらに、この円偏
光は、電気光学結晶１２を通過後、楕円偏光となる。こ
れは電気光学結晶１２に電界が加わると、結晶が直交す
る２つの光学軸の屈折率差Δｎが数式（２）のように印
加電界に比例した量だけ変化するためである。
【００１１】 Δｎ＝１／２・ｎ0 3 ・γ41・Ｅ・ｌ …（２） 但し、Δｎは２つの光学軸の屈折率差、ｎ0 は電界が零
の場合の結晶の屈折率、γ41は電気光学定数、Ｅは結晶
に加わる電界、ｌは結晶の長さを示す。
の場合の結晶の屈折率、γ41は電気光学定数、Ｅは結晶
に加わる電界、ｌは結晶の長さを示す。
【００１２】この光を検光子７を通し、光ファイバ２ｂ
で検出装置１に伝送する。検出装置１は、伝送された光
のパワーをＯ／Ｅ変換器８で電気信号に変換する。さら
に信号処理部９で演算処理することにより、電界の大き
さに応じた出力が得られる。
で検出装置１に伝送する。検出装置１は、伝送された光
のパワーをＯ／Ｅ変換器８で電気信号に変換する。さら
に信号処理部９で演算処理することにより、電界の大き
さに応じた出力が得られる。
【００１３】図１６は光情報伝送方式の従来例を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【００１４】同図において、各物理量センサの情報を光
式で伝送する方法を適用したシステムの一例を示す。
式で伝送する方法を適用したシステムの一例を示す。
【００１５】検出装置１と光源４とが１本の光ファイバ
２で接続され、その光ファイバ２には、偏波状態変調器
（圧電振動子等）１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，…）
が取り付けられている。偏波状態変調器１５（１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，…）は、接続される物理量センサ１７
（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，…）で検出される信号を受
けて光ファイバ２に振動を与えるように構成されてい
る。物理量センサ１７は、偏波状態変調器１５に検知出
力を送る機構を有している。偏波状態変調器１５は、物
理量センサ１７からの検知出力を受けて動作する電気的
発振回路の出力信号を信号伝送線１６を介して受け、圧
電振動子や磁歪振動子等で光ファイバ２に振動を印加
し、伝搬光の偏波状態を変調するものである。物理量セ
ンサ１７内の電気的発振回路の発振周波数は、物理量セ
ンサごとに異なる値ｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2，…，ｆn にする
ことにより、物理量センサ１７の識別が可能となってい
る。
２で接続され、その光ファイバ２には、偏波状態変調器
（圧電振動子等）１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，…）
が取り付けられている。偏波状態変調器１５（１５ａ，
１５ｂ，１５ｃ，…）は、接続される物理量センサ１７
（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，…）で検出される信号を受
けて光ファイバ２に振動を与えるように構成されてい
る。物理量センサ１７は、偏波状態変調器１５に検知出
力を送る機構を有している。偏波状態変調器１５は、物
理量センサ１７からの検知出力を受けて動作する電気的
発振回路の出力信号を信号伝送線１６を介して受け、圧
電振動子や磁歪振動子等で光ファイバ２に振動を印加
し、伝搬光の偏波状態を変調するものである。物理量セ
ンサ１７内の電気的発振回路の発振周波数は、物理量セ
ンサごとに異なる値ｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2，…，ｆn にする
ことにより、物理量センサ１７の識別が可能となってい
る。
【００１６】さらに物理量センサ１７の出力を受けて動
作する電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１
７の情報が検出可能となっている。すなわち、物理量セ
ンサ１７の出力と偏波状態変調器１５で光ファイバ２内
の伝搬光を変調したとき測定される出力光強度を対応づ
けておけば、物理量センサ１７の情報を検出できる。
作する電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１
７の情報が検出可能となっている。すなわち、物理量セ
ンサ１７の出力と偏波状態変調器１５で光ファイバ２内
の伝搬光を変調したとき測定される出力光強度を対応づ
けておけば、物理量センサ１７の情報を検出できる。
【００１７】偏波状態を変調した光は、検出装置１の偏
光ビームスプリッタ７´で偏波軸の直交するｘ偏光とｙ
偏光とに分けられ、それぞれＯ／Ｅ変換器８ａ，８ｂに
入射し、電気信号に変換され、波形合成部１３に入力さ
れる。入力された２つの信号は、波形合成部１３内で再
び合成され、各周波数毎の合成スペクトル強度信号とし
て検出される（図１７参照）。
光ビームスプリッタ７´で偏波軸の直交するｘ偏光とｙ
偏光とに分けられ、それぞれＯ／Ｅ変換器８ａ，８ｂに
入射し、電気信号に変換され、波形合成部１３に入力さ
れる。入力された２つの信号は、波形合成部１３内で再
び合成され、各周波数毎の合成スペクトル強度信号とし
て検出される（図１７参照）。
【００１８】図１７は従来の各物理量センサの情報を光
式で伝送するシステムで検出される合成スペクトル強度
信号を示す図であり、横軸が周波数軸であり、縦軸が合
成強度信号軸である。
式で伝送するシステムで検出される合成スペクトル強度
信号を示す図であり、横軸が周波数軸であり、縦軸が合
成強度信号軸である。
【００１９】同図に示すｆ0 ，ｆ1 ，ｆ2 ，…，ｆ
n は、予め物理量センサ毎に決めておいた光ファイバ２
に与える偏波状態変調器１５である圧電振動子等の駆動
周波数（発振周波数）であり、この波形合成部１３で物
理量センサ１７の識別を行うことができる。その後、検
出部１４では、物理量センサ１７の出力を受けて動作す
る電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１７の
情報が検出できるようにしておくことにより、各物理量
センサの情報を検出することができる。
n は、予め物理量センサ毎に決めておいた光ファイバ２
に与える偏波状態変調器１５である圧電振動子等の駆動
周波数（発振周波数）であり、この波形合成部１３で物
理量センサ１７の識別を行うことができる。その後、検
出部１４では、物理量センサ１７の出力を受けて動作す
る電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１７の
情報が検出できるようにしておくことにより、各物理量
センサの情報を検出することができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、偏波状態を
変調して光伝送する方法において、偏波状態変調器（圧
電振動子等）は、入力光の偏波状態に強く依存するた
め、光源から偏波状態変換器までの温度変化等による偏
波変動によって、偏波変調がかからない等の場合が生じ
ることがある。また、偏波状態変換器から検出部までの
間の温度変化等による偏波変動により検出部での検出感
度が低下する場合がある。
変調して光伝送する方法において、偏波状態変調器（圧
電振動子等）は、入力光の偏波状態に強く依存するた
め、光源から偏波状態変換器までの温度変化等による偏
波変動によって、偏波変調がかからない等の場合が生じ
ることがある。また、偏波状態変換器から検出部までの
間の温度変化等による偏波変動により検出部での検出感
度が低下する場合がある。
【００２１】一方、磁束、電界等を計測するセンサにお
いても、温度や振動等の外乱によって、送受信光ファイ
バ中の伝搬光の偏波状態或いはセンサ部の各部品で偏波
状態が変化し、受光側での検出感度が低下する等の問題
が生じる場合がある。
いても、温度や振動等の外乱によって、送受信光ファイ
バ中の伝搬光の偏波状態或いはセンサ部の各部品で偏波
状態が変化し、受光側での検出感度が低下する等の問題
が生じる場合がある。
【００２２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、温度変化等の外乱による光の偏波依存性の無い偏波
無依存型物理量計測方法を提供することにある。
し、温度変化等の外乱による光の偏波依存性の無い偏波
無依存型物理量計測方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光源に接続された光ファイバの途中に設け
た偏波状態変換部で光ファイバを伝搬する２つの光軸間
の位相や偏波面の方位等の偏波状態を変化させ、光源と
反対側の光ファイバに接続した検出部で偏波状態を検出
することにより磁界や電界等の物理量を計測する物理量
計測方法において、光源側と検出部側の少なくとも一方
で光ファイバ伝搬光の偏波状態の変調を行うものであ
る。
に本発明は、光源に接続された光ファイバの途中に設け
た偏波状態変換部で光ファイバを伝搬する２つの光軸間
の位相や偏波面の方位等の偏波状態を変化させ、光源と
反対側の光ファイバに接続した検出部で偏波状態を検出
することにより磁界や電界等の物理量を計測する物理量
計測方法において、光源側と検出部側の少なくとも一方
で光ファイバ伝搬光の偏波状態の変調を行うものであ
る。
【００２４】上記構成に加え本発明は、偏波状態変換部
として、ファラデー素子、ポッケルス素子、圧電振動子
或いは磁歪振動子等を用いてもよい。
として、ファラデー素子、ポッケルス素子、圧電振動子
或いは磁歪振動子等を用いてもよい。
【００２５】上記構成に加え本発明は、検出部が少なく
とも特定の偏波面の光を通す検光子と光−電気変換素子
とバンドパスフィルタで構成されてもよい。
とも特定の偏波面の光を通す検光子と光−電気変換素子
とバンドパスフィルタで構成されてもよい。
【００２６】また、本発明は、光源に接続された光ファ
イバを伝搬する光ファイバ伝搬光の２つの光軸間の位相
や偏波面の方位等の偏波状態を変化させることにより磁
界や電界等の物理量を測定する物理量計測方法におい
て、光源側と検出部側の少なくとも一方で光ファイバ伝
搬光の偏波状態の変調を行うものである。
イバを伝搬する光ファイバ伝搬光の２つの光軸間の位相
や偏波面の方位等の偏波状態を変化させることにより磁
界や電界等の物理量を測定する物理量計測方法におい
て、光源側と検出部側の少なくとも一方で光ファイバ伝
搬光の偏波状態の変調を行うものである。
【００２７】光ファイバに予め光信号を伝搬させると共
に、物理量センサからの信号を受け駆動する偏波状態変
調器で光ファイバに外部から振動を周波数ｆm で印加
し、光ファイバの伝搬光の偏波状態変化を検出すること
により、各々の物理量センサの情報を検出する方法にお
いて、光源側及び検出部側の両方或いはいずれか一方で
光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相
を周波数ｆs （光源側周波数ｆs1、検出部側ｆs2）で変
調することにより、ｆs1，ｆs2 ＞ｆｍの場合には、中
心周波数（ｆs1±ｆm ）、（ｆs2±ｆm ）、（ｆs1±ｆ
s2±ｆm ）或いは（ｆs2±ｆs1±ｆm ）等のスペクトル
強度信号を検出し、ｆs1，ｆs2＜ｆｍの場合には、中心
周波数（ｆm ±ｆs1）、（ｆm ±ｆs2）、（ｆm ±ｆs1
±ｆs2）或いは（ｆm ±ｆs2±ｆs1）等のスペクトル強
度信号を検出することによって、各偏波状態変調器（圧
電振動素子等）、すなわち各物理量センサの信号をモニ
タ可能にし、さらに光ファイバ伝搬光の偏波状態の周波
数やそのパターンを検出することにより、物理量センサ
情報を伝搬光の偏波状態の変化に依存しないで安定して
検出できるようにするものである。
に、物理量センサからの信号を受け駆動する偏波状態変
調器で光ファイバに外部から振動を周波数ｆm で印加
し、光ファイバの伝搬光の偏波状態変化を検出すること
により、各々の物理量センサの情報を検出する方法にお
いて、光源側及び検出部側の両方或いはいずれか一方で
光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相
を周波数ｆs （光源側周波数ｆs1、検出部側ｆs2）で変
調することにより、ｆs1，ｆs2 ＞ｆｍの場合には、中
心周波数（ｆs1±ｆm ）、（ｆs2±ｆm ）、（ｆs1±ｆ
s2±ｆm ）或いは（ｆs2±ｆs1±ｆm ）等のスペクトル
強度信号を検出し、ｆs1，ｆs2＜ｆｍの場合には、中心
周波数（ｆm ±ｆs1）、（ｆm ±ｆs2）、（ｆm ±ｆs1
±ｆs2）或いは（ｆm ±ｆs2±ｆs1）等のスペクトル強
度信号を検出することによって、各偏波状態変調器（圧
電振動素子等）、すなわち各物理量センサの信号をモニ
タ可能にし、さらに光ファイバ伝搬光の偏波状態の周波
数やそのパターンを検出することにより、物理量センサ
情報を伝搬光の偏波状態の変化に依存しないで安定して
検出できるようにするものである。
【００２８】以上において、磁界や電界等を計測する物
理量センサにおいても、光源側及び検出部側の両方或い
はいずれか一方で光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２
つの光軸間の位相を周波数ｆs （光源側周波数ｆs1と
し、検出部側周波数をｆs2とする）で変調することによ
り、中心周波数ｆs1或いはｆs2（ｆs1±ｆs2或いは（ｆ
s2±ｆs1））等のスペクトル強度信号を検出し、伝搬光
の偏波状態の変化に依存しないで安定して情報を検出す
ることができる。
理量センサにおいても、光源側及び検出部側の両方或い
はいずれか一方で光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２
つの光軸間の位相を周波数ｆs （光源側周波数ｆs1と
し、検出部側周波数をｆs2とする）で変調することによ
り、中心周波数ｆs1或いはｆs2（ｆs1±ｆs2或いは（ｆ
s2±ｆs1））等のスペクトル強度信号を検出し、伝搬光
の偏波状態の変化に依存しないで安定して情報を検出す
ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００３０】図１は本発明の偏波無依存型物理量計測方
法を適用した偏波無依存型物理量計測装置の一実施の形
態を示すブロック図である。
法を適用した偏波無依存型物理量計測装置の一実施の形
態を示すブロック図である。
【００３１】光源装置２０及び検出装置１が１本の光フ
ァイバ２で接続され、その光ファイバ２に偏波状態変調
部（圧電振動子、磁歪振動子等）１５（１５ａ，１５
ｂ，１５ｃ，…）が取り付けられて偏波無依存型物理量
計測装置が構成されている。
ァイバ２で接続され、その光ファイバ２に偏波状態変調
部（圧電振動子、磁歪振動子等）１５（１５ａ，１５
ｂ，１５ｃ，…）が取り付けられて偏波無依存型物理量
計測装置が構成されている。
【００３２】光源装置２０は、光源４、偏波面の方位を
変調する偏波面方位変調器１８、２つの光軸間の偏光成
分の位相を変調する偏波位相変調器１９で構成されてい
る。
変調する偏波面方位変調器１８、２つの光軸間の偏光成
分の位相を変調する偏波位相変調器１９で構成されてい
る。
【００３３】偏波状態変調器１５は、偏波状態変調器１
５に接続される物理量センサ１７（１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，…）で検出される信号を受けて、光ファイバ２に
振動を与えるように構成されている。物理量センサ１７
は、偏波状態変調器１５に検知出力を送る機構を有して
いる。偏波状態変調器１５は、物理量センサ１７からの
検知出力を受けて動作する電気的発振回路の出力信号を
信号伝送線１６を介して受け、圧電振動子、磁歪振動子
等で光ファイバ２に振動を印加し、伝搬光の偏波状態を
変調するものである。
５に接続される物理量センサ１７（１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，…）で検出される信号を受けて、光ファイバ２に
振動を与えるように構成されている。物理量センサ１７
は、偏波状態変調器１５に検知出力を送る機構を有して
いる。偏波状態変調器１５は、物理量センサ１７からの
検知出力を受けて動作する電気的発振回路の出力信号を
信号伝送線１６を介して受け、圧電振動子、磁歪振動子
等で光ファイバ２に振動を印加し、伝搬光の偏波状態を
変調するものである。
【００３４】検出装置１は、光ファイバ２を通過中に変
調された偏波状態変調光をさらに変調する偏波面方位変
調器１８´、偏波面位相変調器１９´、変調光を強度光
に変換するビームスプリッタ７´、強度光の偏波軸の直
交するｘ偏光とｙ偏光とを光／電気変換（Ｏ／Ｅ変換）
するＯ／Ｅ変換器８ａ，８ｂ、波形合成部１３、検出部
１４及び表示器１０で構成される。
調された偏波状態変調光をさらに変調する偏波面方位変
調器１８´、偏波面位相変調器１９´、変調光を強度光
に変換するビームスプリッタ７´、強度光の偏波軸の直
交するｘ偏光とｙ偏光とを光／電気変換（Ｏ／Ｅ変換）
するＯ／Ｅ変換器８ａ，８ｂ、波形合成部１３、検出部
１４及び表示器１０で構成される。
【００３５】以下、作用について説明する。
【００３６】光源装置２０から、偏波面方位変調器１８
により偏波面の方位を所定の周期で変調し、さらに、偏
波位相変調器１９により２つの光軸間の偏光成分の位相
を所定の周期で変調した光を、光ファイバ２に入射す
る。
により偏波面の方位を所定の周期で変調し、さらに、偏
波位相変調器１９により２つの光軸間の偏光成分の位相
を所定の周期で変調した光を、光ファイバ２に入射す
る。
【００３７】光源４から出射される光がランダム偏光で
あれば、偏光子（図示せず）を用いて出射される光が直
線偏光であればそのまま用いる。
あれば、偏光子（図示せず）を用いて出射される光が直
線偏光であればそのまま用いる。
【００３８】光源４からの出射光である直線偏光の偏波
面方位角ψを、偏波面方位変調器１８において周波数ｆ
s1（＝ωs1／２π）で変調し、強制的に回転させる。こ
のときの変調方法は、例えば図２に示すようにファラデ
ー素子にコイルを巻き交流電流Ｉ（ｔ）＝ＩH ｓｉｎω
s1ｔ（ωs1＝２πｆs1）を印加し、磁束を発生させ、方
位角ψを変調する方法（ＩH ∝Ｈ∝ψ：式（１）及び図
３参照）である。
面方位角ψを、偏波面方位変調器１８において周波数ｆ
s1（＝ωs1／２π）で変調し、強制的に回転させる。こ
のときの変調方法は、例えば図２に示すようにファラデ
ー素子にコイルを巻き交流電流Ｉ（ｔ）＝ＩH ｓｉｎω
s1ｔ（ωs1＝２πｆs1）を印加し、磁束を発生させ、方
位角ψを変調する方法（ＩH ∝Ｈ∝ψ：式（１）及び図
３参照）である。
【００３９】尚、図２は本発明における偏波面の方位角
を変調する偏波面方位変調器の概念を示す図であり、図
３（ａ）、（ｂ）は図２に示した偏波面方位変調器の周
波数変調方法を説明するための説明図である。図３
（ａ）において横軸が時間軸であり、縦軸が電流軸であ
る。図３（ｂ）において横軸が方位角軸であり、縦軸が
電流軸である。
を変調する偏波面方位変調器の概念を示す図であり、図
３（ａ）、（ｂ）は図２に示した偏波面方位変調器の周
波数変調方法を説明するための説明図である。図３
（ａ）において横軸が時間軸であり、縦軸が電流軸であ
る。図３（ｂ）において横軸が方位角軸であり、縦軸が
電流軸である。
【００４０】一方、この方位角ψを変調した偏波面変調
光を、偏波位相変調器１９に入射する。偏波位相変調器
１９に入射する変調光をベクトルで表すと仮定すると、
Ｅｘ及びＥｙ偏光成分は式（３）、（４）で表される。
光を、偏波位相変調器１９に入射する。偏波位相変調器
１９に入射する変調光をベクトルで表すと仮定すると、
Ｅｘ及びＥｙ偏光成分は式（３）、（４）で表される。
【００４１】 Ｅｘ＝√（Ａ（ｔ））・ｃｏｓ（ωｔ−φ（ｔ）） …（３） Ｅｙ＝√（Ａ（ｔ））・ｃｏｓ（ωｔ−φ（ｔ）） …（４） 但し、Ａ（ｔ）は方位変調された光のパワー（Ａ（ｔ）
＝Ａｓｉｎωs1ｔ）、ωは光の各周波数、φ（ｔ）は光
の位相雑音であり、偏波位相変調器１９で位相変調され
た出射光は次の式（５）、（６）で表される。
＝Ａｓｉｎωs1ｔ）、ωは光の各周波数、φ（ｔ）は光
の位相雑音であり、偏波位相変調器１９で位相変調され
た出射光は次の式（５）、（６）で表される。
【００４２】 Ｅ＝√（Ａ（ｔ））・ｃｏｓ（ωｔ−φ（ｔ）−Φｘ（ｔ）） …（５） Ｅ＝√（Ａ（ｔ））・ｃｏｓ（ωｔ−φ（ｔ）−Φｙ（ｔ）） …（６） 但し、Φｘ（ｔ）：ｘ偏光成分の変調器内での位相変
化、Φｙ（ｔ）：ｙ偏光成分の変調器内での位相変化で
あり、式（７）、（８）で表される。
化、Φｙ（ｔ）：ｙ偏光成分の変調器内での位相変化で
あり、式（７）、（８）で表される。
【００４３】 Φｘ（ｔ） ＝２π／λ・ｎ0 ・（１−１／２・ｎ0 2 ・γ13・Ｖ（ｔ）／ｄ）・ｌ…（７） Φｙ（ｔ） ＝２π／λ・ｎ0 ・（１−１／２・ｎ0 2 ・γ33・Ｖ（ｔ）／ｄ）・ｌ…（８） 但し、λは光の波長、ｎ0 は光ファイバ伝搬中の常光線
に対する屈折率、ｎe は光ファイバ伝搬中の異常光線に
対する屈折率、γ13，γ33は電気光学定数（ポッケルス
係数）、ｌは変調器の長さ（ｚ方向（光の伝搬方
向））、ｄは変調器の厚さ（ｙ方向）、Ｖ（ｔ）は変調
印加電圧である。
に対する屈折率、ｎe は光ファイバ伝搬中の異常光線に
対する屈折率、γ13，γ33は電気光学定数（ポッケルス
係数）、ｌは変調器の長さ（ｚ方向（光の伝搬方
向））、ｄは変調器の厚さ（ｙ方向）、Ｖ（ｔ）は変調
印加電圧である。
【００４４】式（７）、（８）の位相変化により出射光
のｘ，ｙ偏光成分間には、式（９）なるリターデーショ
ン（位相差）が導入される。式（９）の第１項は自然複
屈折による残留リターデーションであり、第２項が印加
電圧によるリターデーションである。
のｘ，ｙ偏光成分間には、式（９）なるリターデーショ
ン（位相差）が導入される。式（９）の第１項は自然複
屈折による残留リターデーションであり、第２項が印加
電圧によるリターデーションである。
【００４５】 Φ＝Φ（ｔ）＝Φx （ｔ）−Φy （ｔ） ＝２π／λ・（ｎe −ｎ0 ）・ｌ−π／λ・（ｎ0 3 γ13−ｎ0 3 γ33）・Ｖ （ｔ）／ｄ・ｌ …（９） 偏波位相変調器１９では上記式（９）の第２項における
Ｖ（ｔ）（＝ＶI ｓｉｎωs1ｔ）を変調し、例えば図４
に示すような構成で偏波面方位変調器１８で方位変調さ
れた後の光の位相変調を行う。但し、印加電圧の振幅Ｖ
I はリターデーションΦに比例するものであり、印加電
圧によりΦは０〜πの間で周期的に変化する（図５参
照）。
Ｖ（ｔ）（＝ＶI ｓｉｎωs1ｔ）を変調し、例えば図４
に示すような構成で偏波面方位変調器１８で方位変調さ
れた後の光の位相変調を行う。但し、印加電圧の振幅Ｖ
I はリターデーションΦに比例するものであり、印加電
圧によりΦは０〜πの間で周期的に変化する（図５参
照）。
【００４６】尚、図４は本発明における偏波の位相を変
調する偏波位相変調器の概念図であり、図５（ａ）、
（ｂ）は図４に示した偏波位相変調器の周波数変調方法
を説明するための説明図である。図５（ａ）において横
軸が時間軸であり、縦軸が電圧軸である。図５（ｂ）に
おいて横軸が位相軸であり、縦軸が電圧軸である。
調する偏波位相変調器の概念図であり、図５（ａ）、
（ｂ）は図４に示した偏波位相変調器の周波数変調方法
を説明するための説明図である。図５（ａ）において横
軸が時間軸であり、縦軸が電圧軸である。図５（ｂ）に
おいて横軸が位相軸であり、縦軸が電圧軸である。
【００４７】このようにして、予め光源装置２０にて偏
波面の方位及び位相変調された光を、光ファイバに入射
させておく。光ファイバ２上では、光ファイバ２に取り
付けられた偏波状態変調器１５（１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，…）が、それに接続される物理量センサ１７（１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ，…）で検出される信号を受けて、
光ファイバ２に振動を印加し、伝搬光の偏波状態を変調
する。
波面の方位及び位相変調された光を、光ファイバに入射
させておく。光ファイバ２上では、光ファイバ２に取り
付けられた偏波状態変調器１５（１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，…）が、それに接続される物理量センサ１７（１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ，…）で検出される信号を受けて、
光ファイバ２に振動を印加し、伝搬光の偏波状態を変調
する。
【００４８】物理量センサ１７から偏波状態変調器であ
る圧電振動子等を駆動する周波数、すなわち、物理量セ
ンサ１７内の電気的発振回路の発振周波数ｆm は、物理
量センサ毎に異なる値ｆm0，ｆm1，ｆm2，…，ｆmnにす
ることにより、物理量センサ１７の識別が可能なように
してある。さらに物理量センサ１７の出力を受けて動作
する電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１７
の情報が検出可能なようにしておく。すなわち、物理量
センサ１７の出力と偏波状態変調器１５で光ファイバ２
内の伝搬光を変調したとき測定される出力光強度を対応
づけておけば物理量センサ１７の情報を検出できる。
る圧電振動子等を駆動する周波数、すなわち、物理量セ
ンサ１７内の電気的発振回路の発振周波数ｆm は、物理
量センサ毎に異なる値ｆm0，ｆm1，ｆm2，…，ｆmnにす
ることにより、物理量センサ１７の識別が可能なように
してある。さらに物理量センサ１７の出力を受けて動作
する電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１７
の情報が検出可能なようにしておく。すなわち、物理量
センサ１７の出力と偏波状態変調器１５で光ファイバ２
内の伝搬光を変調したとき測定される出力光強度を対応
づけておけば物理量センサ１７の情報を検出できる。
【００４９】またさらに、高精度に物理情報を検出する
には、物理量センサ１７の出力を受けて動作する電気的
発振回路の出力に応じて予め決められた周波数変化パタ
ーンに従った周波数で変化させることにより、物理量セ
ンサ１７の情報が検出可能なようにしておく（後述する
式（１０）、（１１）参照）。
には、物理量センサ１７の出力を受けて動作する電気的
発振回路の出力に応じて予め決められた周波数変化パタ
ーンに従った周波数で変化させることにより、物理量セ
ンサ１７の情報が検出可能なようにしておく（後述する
式（１０）、（１１）参照）。
【００５０】従って、光源装置２０にて偏波面の方位及
び位相変調された光（ｆs1）は、さらに、周波数ｆm で
変調された光となる。
び位相変調された光（ｆs1）は、さらに、周波数ｆm で
変調された光となる。
【００５１】偏波状態が変調された光は、偏波状態変調
器１５から偏光ビームスプリッタ７´間の偏波変動を回
避するため、再度光源装置で偏波状態を変調したと同様
に、検出装置１内の偏波面方位変調器１８´、偏波位相
変調器１９´で方位、位相変調（周波数ｆs2）され、偏
光ビームスプリッタ７´で偏波軸の直交するｘ偏光とｙ
偏光とに分けられ、それぞれＯ／Ｅ変換器８ａ，８ｂに
入射され、電気信号に変換され、波形合成部１３に入力
される。入力された２つの信号は、波形合成部１３内で
再び合成され、各周波数毎の合成スペクトル強度信号と
して検出される（図６参照）。尚、図６（ａ）はｆs1，
ｆs2＞ｆm の場合の周波数（ｆs1±ｆ m0）の合成スペク
トル強度信号を表した図であり、横軸が周波数軸、縦軸
が合成スペクトル強度信号軸である。図６（ｂ）は、ｆ
s1，ｆs2＜ｆm の場合の周波数（ｆm1±ｆs1）、（ｆm0
±ｆs1）の合成スペクトル強度信号を表した図であり、
横軸が周波数軸、縦軸が合成スペクトル強度信号軸であ
る。
器１５から偏光ビームスプリッタ７´間の偏波変動を回
避するため、再度光源装置で偏波状態を変調したと同様
に、検出装置１内の偏波面方位変調器１８´、偏波位相
変調器１９´で方位、位相変調（周波数ｆs2）され、偏
光ビームスプリッタ７´で偏波軸の直交するｘ偏光とｙ
偏光とに分けられ、それぞれＯ／Ｅ変換器８ａ，８ｂに
入射され、電気信号に変換され、波形合成部１３に入力
される。入力された２つの信号は、波形合成部１３内で
再び合成され、各周波数毎の合成スペクトル強度信号と
して検出される（図６参照）。尚、図６（ａ）はｆs1，
ｆs2＞ｆm の場合の周波数（ｆs1±ｆ m0）の合成スペク
トル強度信号を表した図であり、横軸が周波数軸、縦軸
が合成スペクトル強度信号軸である。図６（ｂ）は、ｆ
s1，ｆs2＜ｆm の場合の周波数（ｆm1±ｆs1）、（ｆm0
±ｆs1）の合成スペクトル強度信号を表した図であり、
横軸が周波数軸、縦軸が合成スペクトル強度信号軸であ
る。
【００５２】図６（ａ）、（ｂ）は、光源側で光ファイ
バ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相を周波数
ｆs2で変調したときのスペクトル強度信号は割愛した。
バ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相を周波数
ｆs2で変調したときのスペクトル強度信号は割愛した。
【００５３】ｆs1，ｆs2＞ｆm の場合、図６（ａ）のよ
うに中心周波数（ｆs1±ｆm ）、（ｆs2±ｆm ）（図示
せず）、（ｆs1±ｆs2±ｆm ）（図示せず）或いは（ｆ
s2±ｆs1±ｆm ）（図示せず）等のスペクトル強度信号
を検出する。
うに中心周波数（ｆs1±ｆm ）、（ｆs2±ｆm ）（図示
せず）、（ｆs1±ｆs2±ｆm ）（図示せず）或いは（ｆ
s2±ｆs1±ｆm ）（図示せず）等のスペクトル強度信号
を検出する。
【００５４】ｆs1，ｆs2＜ｆm の場合、図６（ｂ）のよ
うに中心周波数（ｆm ±ｆs1）、（ｆm ±ｆs2）（図示
せず）、（ｆm ±ｆs1±ｆs2）（図示せず）或いは（ｆ
m ±ｆs2±ｆs1）（図示せず）等のスペクトル強度信号
を検出することによって、各偏波状態変調器１５（各物
理量センサ１７）の信号を検出することが可能である。
うに中心周波数（ｆm ±ｆs1）、（ｆm ±ｆs2）（図示
せず）、（ｆm ±ｆs1±ｆs2）（図示せず）或いは（ｆ
m ±ｆs2±ｆs1）（図示せず）等のスペクトル強度信号
を検出することによって、各偏波状態変調器１５（各物
理量センサ１７）の信号を検出することが可能である。
【００５５】尚、ｆs1とｆs2とが異なる周波数として取
り扱っているが、光源側及び検出部側の変調周波数はｆ
s1＝ｆs2（＝ｆs とする）とした同じ周波数であっても
よい。そのときは、ｆｓ＞ｆｍの場合、中心周波数（ｆ
s ±ｆm ）或いは（２ｆs ±ｆm ）等のスペクトル強度
信号を検出し、また、ｆs ＜ｆm の場合には中心周波数
（ｆm ±ｆs ）或いは（ｆm ±２ｆs ）等のスペクトル
強度信号を検出することによって各偏波状態変調器１５
（各物理量センサ１７）の信号を検出することが可能で
ある。
り扱っているが、光源側及び検出部側の変調周波数はｆ
s1＝ｆs2（＝ｆs とする）とした同じ周波数であっても
よい。そのときは、ｆｓ＞ｆｍの場合、中心周波数（ｆ
s ±ｆm ）或いは（２ｆs ±ｆm ）等のスペクトル強度
信号を検出し、また、ｆs ＜ｆm の場合には中心周波数
（ｆm ±ｆs ）或いは（ｆm ±２ｆs ）等のスペクトル
強度信号を検出することによって各偏波状態変調器１５
（各物理量センサ１７）の信号を検出することが可能で
ある。
【００５６】このように、図６に示すｆm0，ｆm1，…，
ｆmnは、予め物理量センサ毎に決めておいた光ファイバ
２に与える偏波状態変調器１５である圧電振動子等の駆
動周波数（発振周波数）であり、この波形合成部１３で
物理量センサ１７の識別を行うことができる。
ｆmnは、予め物理量センサ毎に決めておいた光ファイバ
２に与える偏波状態変調器１５である圧電振動子等の駆
動周波数（発振周波数）であり、この波形合成部１３で
物理量センサ１７の識別を行うことができる。
【００５７】例えば、図６（ａ）のように周波数（ｆs1
±ｆm1）、図６（ｂ）のように周波数（ｆm1±ｆs1）に
スペクトルが出現すれば１番目の物理量センサによるス
ペクトルであると識別することができる。
±ｆm1）、図６（ｂ）のように周波数（ｆm1±ｆs1）に
スペクトルが出現すれば１番目の物理量センサによるス
ペクトルであると識別することができる。
【００５８】以下に物理情報の検出方法について記述す
る。
る。
【００５９】物理量センサ１７の出力を受けて動作する
電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１７の出
力と偏波状態変調器１５で光ファイバ２内の伝搬光を変
調したとき測定される出力光強度（ｎ番目の物理量セン
サの場合、例えばｆs1，ｆs2＜ｆmnのとき中心周波数
（ｆmn±ｆs1）、（ｆmn±ｆs2）、（ｆm ±ｆs1±
ｆs2）或いは（ｆm ±ｆs2±ｆs1）等の合波スペクトル
強度信号）を対応づけておくことにより、検出部１４で
その強度信号より各物理量センサの情報を検出すること
ができる。
電気的発振回路の出力に応じて、物理量センサ１７の出
力と偏波状態変調器１５で光ファイバ２内の伝搬光を変
調したとき測定される出力光強度（ｎ番目の物理量セン
サの場合、例えばｆs1，ｆs2＜ｆmnのとき中心周波数
（ｆmn±ｆs1）、（ｆmn±ｆs2）、（ｆm ±ｆs1±
ｆs2）或いは（ｆm ±ｆs2±ｆs1）等の合波スペクトル
強度信号）を対応づけておくことにより、検出部１４で
その強度信号より各物理量センサの情報を検出すること
ができる。
【００６０】さらに、高精度に検出するための方法を以
下に示す。
下に示す。
【００６１】物理量センサの情報を検出する周波数パタ
ーンとしては、ｎ番目の物理量センサの周波数ｆ
mn（ｔ）の周波数変調幅Ｂd を物理量センサ出力値に応
じて式（１０）（図７参照）のようにしたり、変調角速
度Ωd を物理量センサ出力値に応じて式（１１）（図８
参照）のようにしたりすることで、物理量センサの情報
を検出することができる。尚、図７（ａ）、図７（ｂ）
は物理量センサの情報を検出するための周波数変化パタ
ーンの内、物理量センサ出力値に応じて周波数変調振幅
を変化させた方法を説明するための説明図である。図７
（ａ）において横軸が時間軸、縦軸が周波数軸であり、
図７（ｂ）において横軸が物理量センサ出力軸、縦軸が
変調振幅軸である。図８（ａ）、図８（ｂ）は物理量セ
ンサの情報を検出するための周波数変化パターンの内、
物理量センサ出力値に応じて変調角速度を変化させた方
法を説明するための説明図である。図８（ａ）において
横軸が時間軸、縦軸が周波数軸である。図８（ｂ）にお
いて横軸が物理量センサ出力軸であり、縦軸が変調角速
度軸である。
ーンとしては、ｎ番目の物理量センサの周波数ｆ
mn（ｔ）の周波数変調幅Ｂd を物理量センサ出力値に応
じて式（１０）（図７参照）のようにしたり、変調角速
度Ωd を物理量センサ出力値に応じて式（１１）（図８
参照）のようにしたりすることで、物理量センサの情報
を検出することができる。尚、図７（ａ）、図７（ｂ）
は物理量センサの情報を検出するための周波数変化パタ
ーンの内、物理量センサ出力値に応じて周波数変調振幅
を変化させた方法を説明するための説明図である。図７
（ａ）において横軸が時間軸、縦軸が周波数軸であり、
図７（ｂ）において横軸が物理量センサ出力軸、縦軸が
変調振幅軸である。図８（ａ）、図８（ｂ）は物理量セ
ンサの情報を検出するための周波数変化パターンの内、
物理量センサ出力値に応じて変調角速度を変化させた方
法を説明するための説明図である。図８（ａ）において
横軸が時間軸、縦軸が周波数軸である。図８（ｂ）にお
いて横軸が物理量センサ出力軸であり、縦軸が変調角速
度軸である。
【００６２】 ｆｍｎ（ｔ）＝ｆｍｎ＋Ｂd ・ｓｉｎ（Ω・ｔ） …（１０） ｆｍｎ（ｔ）＝ｆｍｎ＋Ｂ・ｓｉｎ（Ωd ・ｔ） …（１１） 但し、ｎは物理量センサの数（０，１，２，…，ｎ）、
Ｂd は物理量センサ出力値に応じた周波数変調振幅、Ω
d は物理量センサ出力値に応じた変調角速度である。
Ｂd は物理量センサ出力値に応じた周波数変調振幅、Ω
d は物理量センサ出力値に応じた変調角速度である。
【００６３】検出部１４では、物理量センサ１７の出力
を受けて動作する電気的発振回路の出力に応じて、予め
決められた周波数で変化させることにより、例えば図７
に示すようにｆｘ（ｘ＝１）の振幅Ｂd に従って物理量
センサの出力が対応しており、振幅Ｂd を検出すること
により１番目の物理量センサの物理量を測定できる。
を受けて動作する電気的発振回路の出力に応じて、予め
決められた周波数で変化させることにより、例えば図７
に示すようにｆｘ（ｘ＝１）の振幅Ｂd に従って物理量
センサの出力が対応しており、振幅Ｂd を検出すること
により１番目の物理量センサの物理量を測定できる。
【００６４】また、１番目の物理量センサ１７ａの物理
量を周波数変調角速度で検出する場合、図８に示すよう
にｆx （ｘ＝１）の変調角速度Ωd に従って物理量セン
サの出力が対応しており、変調角速度Ωd を検出するこ
とにより１番目の物理量センサの物理量を測定すること
ができる。
量を周波数変調角速度で検出する場合、図８に示すよう
にｆx （ｘ＝１）の変調角速度Ωd に従って物理量セン
サの出力が対応しており、変調角速度Ωd を検出するこ
とにより１番目の物理量センサの物理量を測定すること
ができる。
【００６５】以上の動作は、他の物理量センサにおいて
も同様であり、物理量センサ１７ａ，１７ｂの出力を受
け偏波状態変調器１５ａ，１５ｂ，光ファイバ２に振動
を印加した場合、各々の物理量センサの識別（位置検
出）及びその物理量情報を検出することができる。ま
た、このことは、上述したように光ファイバを用いて、
ドア或いはバルブ等の開閉を一括して監視できるだけで
なく、温度や湿度等のセンサ出力を検出でき、監視所で
一括して監視することができる。
も同様であり、物理量センサ１７ａ，１７ｂの出力を受
け偏波状態変調器１５ａ，１５ｂ，光ファイバ２に振動
を印加した場合、各々の物理量センサの識別（位置検
出）及びその物理量情報を検出することができる。ま
た、このことは、上述したように光ファイバを用いて、
ドア或いはバルブ等の開閉を一括して監視できるだけで
なく、温度や湿度等のセンサ出力を検出でき、監視所で
一括して監視することができる。
【００６６】本実施の形態では、光源側及び検出部側で
光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相
を周波数ｆs1及びｆs2で変調したが、偏波状態変調器か
ら検出部までの間に温度変化等による外乱等の偏波変動
の影響を受けにくい場合、偏波状態変調（方位及び位相
変調）は光源側のみで行ってもよい。また、偏波状態変
換器での変換効率が偏波変動を受けにくい場合には、偏
波状態変調（方位及び位相変調）を検出部側のみで行っ
てもよい。
光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位相
を周波数ｆs1及びｆs2で変調したが、偏波状態変調器か
ら検出部までの間に温度変化等による外乱等の偏波変動
の影響を受けにくい場合、偏波状態変調（方位及び位相
変調）は光源側のみで行ってもよい。また、偏波状態変
換器での変換効率が偏波変動を受けにくい場合には、偏
波状態変調（方位及び位相変調）を検出部側のみで行っ
てもよい。
【００６７】さらに、本実施の形態では、光源側及び検
出部側の少なくとも一方で偏波状態変調を、偏波面変調
と偏波位相変調の両方を用いる場合で説明したが、偏波
面の方位を変化させなくてもよい環境では、２つの光軸
間の偏光成分の位相を変調する偏波位相変調器を用いる
のみでもよく、偏波の位相を変化させなくてもよい環境
では、偏波面の方位を変調する偏波面方位変調器のみを
用いてもよい。
出部側の少なくとも一方で偏波状態変調を、偏波面変調
と偏波位相変調の両方を用いる場合で説明したが、偏波
面の方位を変化させなくてもよい環境では、２つの光軸
間の偏光成分の位相を変調する偏波位相変調器を用いる
のみでもよく、偏波の位相を変化させなくてもよい環境
では、偏波面の方位を変調する偏波面方位変調器のみを
用いてもよい。
【００６８】図９は本発明の偏波無依存型物理量計測方
法を適用した偏波無依存型物理量計測装置の他の実施の
形態を示すブロック図である。
法を適用した偏波無依存型物理量計測装置の他の実施の
形態を示すブロック図である。
【００６９】同図に示す偏波無依存型物理量計測装置
は、検出装置１、光ファイバ２及びセンサ部３で構成さ
れている。検出装置１は、光源４、偏波面方位変調器１
８，１８´、偏波位相変調器１９，１９´、検光子７、
Ｏ／Ｅ変換器８、信号処理部１３´、検出部１４及び表
示器１０で構成されている。センサ部３は、ファラデー
素子６からなる。
は、検出装置１、光ファイバ２及びセンサ部３で構成さ
れている。検出装置１は、光源４、偏波面方位変調器１
８，１８´、偏波位相変調器１９，１９´、検光子７、
Ｏ／Ｅ変換器８、信号処理部１３´、検出部１４及び表
示器１０で構成されている。センサ部３は、ファラデー
素子６からなる。
【００７０】光源４から出射された光を、本実施の形態
で述べたように、偏波面方位変換器１８及び偏波位相変
調器１９で偏波面の方位及び２つの光軸間の偏光成分の
位相変調（ｆs1）を行い、光ファイバ２ａに入射する。
この変調光は、センサ部３に導かれる。センサ部３にお
いて、従来例の式（１）に示したように、測定対象とす
る磁界の大きさに応じて偏波面の方位角を変える。
で述べたように、偏波面方位変換器１８及び偏波位相変
調器１９で偏波面の方位及び２つの光軸間の偏光成分の
位相変調（ｆs1）を行い、光ファイバ２ａに入射する。
この変調光は、センサ部３に導かれる。センサ部３にお
いて、従来例の式（１）に示したように、測定対象とす
る磁界の大きさに応じて偏波面の方位角を変える。
【００７１】この光を光ファイバ２ｂで、検出装置１に
伝送する。検出装置１において、伝送された光は、セン
サ部３から検光子７の間の温度変化などによる偏波変動
を回避するため、再度、検出装置１内の偏波面方位変調
器１８´、偏波位相変調器１９´で方位、位相変調（周
波数ｆs2）され、検光子７に入射される。その検光子７
に入射した光は、Ｏ／Ｅ変換器８に入射され、電気信号
に変換され、波形合成部１３に入力される。入力された
信号は、信号処理部部１３´内で、図１０に示すよう
に、中心周波数ｆs1、ｆs2のスペクトル強度信号として
検出される。図１０は本発明の技術を利用した光ファイ
バ型磁束計の検出信号を表わす図であり、横軸が周波数
軸、縦軸がスペクトル強度信号軸である。
伝送する。検出装置１において、伝送された光は、セン
サ部３から検光子７の間の温度変化などによる偏波変動
を回避するため、再度、検出装置１内の偏波面方位変調
器１８´、偏波位相変調器１９´で方位、位相変調（周
波数ｆs2）され、検光子７に入射される。その検光子７
に入射した光は、Ｏ／Ｅ変換器８に入射され、電気信号
に変換され、波形合成部１３に入力される。入力された
信号は、信号処理部部１３´内で、図１０に示すよう
に、中心周波数ｆs1、ｆs2のスペクトル強度信号として
検出される。図１０は本発明の技術を利用した光ファイ
バ型磁束計の検出信号を表わす図であり、横軸が周波数
軸、縦軸がスペクトル強度信号軸である。
【００７２】測定対象とする磁界強度（∝偏波面回転
角）の出力に応じて、測定されるスペクトル強度信号
（ｆs1、ｆs2のいずれか或いは両方）を対応づけておく
ことにより、検出部１４でその強度信号より磁界強度
（磁束）の情報を検出できる。
角）の出力に応じて、測定されるスペクトル強度信号
（ｆs1、ｆs2のいずれか或いは両方）を対応づけておく
ことにより、検出部１４でその強度信号より磁界強度
（磁束）の情報を検出できる。
【００７３】図１１は、本発明の技術を利用した光ファ
イバ型電界計のブロック図である。
イバ型電界計のブロック図である。
【００７４】同図に示す光ファイバ型電界計の構成は、
光磁束計とほぼ同じである。センサ部３は、電気光学結
晶１２で構成されている。光源４から出射された光は、
偏波面方位変調器１８及び偏波位相変調器１９で偏波面
の方位及び２つの光軸間の偏向成分の位相が変調
（ｆs1）され、光ファイバ２ａに入射する。この変調光
は、センサ部３に導かれる。センサ部３において、式
（２）に示すように、測定対象とする電界の大きさに応
じて屈折率差が変化する。
光磁束計とほぼ同じである。センサ部３は、電気光学結
晶１２で構成されている。光源４から出射された光は、
偏波面方位変調器１８及び偏波位相変調器１９で偏波面
の方位及び２つの光軸間の偏向成分の位相が変調
（ｆs1）され、光ファイバ２ａに入射する。この変調光
は、センサ部３に導かれる。センサ部３において、式
（２）に示すように、測定対象とする電界の大きさに応
じて屈折率差が変化する。
【００７５】この光を光ファイバ２ｂで検出装置１に伝
送する。検出装置１内において、伝送された光は、セン
サ部３から検光子７の間の温度変化などの偏波変動を回
避するため、再度、検出装置１内の偏波面方位変調器１
８´、偏波位相変調器１９´で方位、位相変調（周波数
ｆs2）され、検光子７に入射される。その検光子７に入
射した光は、Ｏ／Ｅ変換器８に入射され、電気信号に変
換され、信号処理部１３´に入力される。入力された信
号は、信号処理部１３´内で図１２に示すように中心周
波数ｆs1、ｆs2のスペクトル強度信号として検出され
る。図１２は本発明の技術を利用した光ファイバ型電界
計の検出信号を表わす図であり、横軸が周波数軸、縦軸
がスペクトル強度信号軸である。
送する。検出装置１内において、伝送された光は、セン
サ部３から検光子７の間の温度変化などの偏波変動を回
避するため、再度、検出装置１内の偏波面方位変調器１
８´、偏波位相変調器１９´で方位、位相変調（周波数
ｆs2）され、検光子７に入射される。その検光子７に入
射した光は、Ｏ／Ｅ変換器８に入射され、電気信号に変
換され、信号処理部１３´に入力される。入力された信
号は、信号処理部１３´内で図１２に示すように中心周
波数ｆs1、ｆs2のスペクトル強度信号として検出され
る。図１２は本発明の技術を利用した光ファイバ型電界
計の検出信号を表わす図であり、横軸が周波数軸、縦軸
がスペクトル強度信号軸である。
【００７６】測定対象とする電界強度（∝屈折率差）の
出力に応じて、測定されるスペクトル強度信号（ｆs1、
ｆs2のいずれか或いは両方）を対応づけておくことによ
り、検出部１４で強度信号から電界強度の情報を検出す
ることができる。
出力に応じて、測定されるスペクトル強度信号（ｆs1、
ｆs2のいずれか或いは両方）を対応づけておくことによ
り、検出部１４で強度信号から電界強度の情報を検出す
ることができる。
【００７７】従来技術の磁束計や電界計では温度や振動
などの検出対象の周波数よりも低い周波数の外乱などに
よって伝搬光の送受信光ファイバにおける偏波状態、或
いはセンサ部の各部品の偏波状態が変化し、受光側での
検出感度が低下する問題、センサ部の部品が複雑となる
問題などがあったが、検出装置に、偏波面方位角及び位
相変調器を導入したことにより、センサ部の構成が簡単
かつ小型化され、伝搬光の偏波面や位相を予め変調する
ことにより安定して情報を検出することができる。
などの検出対象の周波数よりも低い周波数の外乱などに
よって伝搬光の送受信光ファイバにおける偏波状態、或
いはセンサ部の各部品の偏波状態が変化し、受光側での
検出感度が低下する問題、センサ部の部品が複雑となる
問題などがあったが、検出装置に、偏波面方位角及び位
相変調器を導入したことにより、センサ部の構成が簡単
かつ小型化され、伝搬光の偏波面や位相を予め変調する
ことにより安定して情報を検出することができる。
【００７８】上述した実施の形態において、磁束計や電
界計はスポットセンサであるが、図１３に示すように光
ファイバ３全体をセンサ部としてもよい。図１３は、本
発明の技術を利用したセンサ部が光ファイバ全体とした
偏波無依存型計測システムを示す図である。
界計はスポットセンサであるが、図１３に示すように光
ファイバ３全体をセンサ部としてもよい。図１３は、本
発明の技術を利用したセンサ部が光ファイバ全体とした
偏波無依存型計測システムを示す図である。
【００７９】同図における検出装置は、前述した実施の
形態での磁束計や電界計と同様である。センサ部３をＯ
ＰＧＷに内蔵された光ファイバであるとすると、雷によ
るＯＰＧＷ表面上を流れる電流により発生する磁界を、
センサ部３である光ファイバで偏波変動を検知し、雷位
置検知システムとして利用することができる。
形態での磁束計や電界計と同様である。センサ部３をＯ
ＰＧＷに内蔵された光ファイバであるとすると、雷によ
るＯＰＧＷ表面上を流れる電流により発生する磁界を、
センサ部３である光ファイバで偏波変動を検知し、雷位
置検知システムとして利用することができる。
【００８０】また、センサ部３である光ファイバを電力
ケーブルなどにコイル状にして巻き付け、電流測定など
のシステムとして利用することができる。
ケーブルなどにコイル状にして巻き付け、電流測定など
のシステムとして利用することができる。
【００８１】本発明の偏波無依存型物理量計測計は、バ
ルブやドアの開閉検知などの接点情報及び監視に適用可
能であり、例えば原子力発電所内の立ち入り禁止区域の
バルブ開閉を１本の光ファイバで一括監視することがで
き、また、温度、湿度、圧力などのセンサの識別及びそ
の物理情報を検出することが可能であり、あらゆるセン
サの情報監視伝送などに適用することが可能である。
ルブやドアの開閉検知などの接点情報及び監視に適用可
能であり、例えば原子力発電所内の立ち入り禁止区域の
バルブ開閉を１本の光ファイバで一括監視することがで
き、また、温度、湿度、圧力などのセンサの識別及びそ
の物理情報を検出することが可能であり、あらゆるセン
サの情報監視伝送などに適用することが可能である。
【００８２】以上において、本発明によれば、 (1) 光ファイバに予め光信号を伝搬させると共に、物理
量センサからの信号を受け駆動する偏波状態変調器で光
ファイバに外部から振動を印加し、光ファイバの伝搬光
の状態変化を検出することにより、各々の物理量センサ
の情報を検出する装置において、光源側、検出部側の両
方或いはいずれかで光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や
２つの光軸間の偏光成分の位相を変調する装置を設け、
予め伝搬光の偏波面の方位及び位相を変調することによ
り、偏波状態変調器（圧電振動子など）における入力光
偏波状態依存性の軽減化、すなわち、光源から偏波状態
変換器までの間の温度変化などによる偏波変動が偏波状
態変換器での変換効率に与える影響を抑制でき、さら
に、偏波状態変換器から検出部までの間の温度変化など
による検出部での検出感度に与える影響を抑制でき、光
ファイバ伝搬光の偏波状態の変化に依存しないで安定し
て検出することができる。
量センサからの信号を受け駆動する偏波状態変調器で光
ファイバに外部から振動を印加し、光ファイバの伝搬光
の状態変化を検出することにより、各々の物理量センサ
の情報を検出する装置において、光源側、検出部側の両
方或いはいずれかで光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や
２つの光軸間の偏光成分の位相を変調する装置を設け、
予め伝搬光の偏波面の方位及び位相を変調することによ
り、偏波状態変調器（圧電振動子など）における入力光
偏波状態依存性の軽減化、すなわち、光源から偏波状態
変換器までの間の温度変化などによる偏波変動が偏波状
態変換器での変換効率に与える影響を抑制でき、さら
に、偏波状態変換器から検出部までの間の温度変化など
による検出部での検出感度に与える影響を抑制でき、光
ファイバ伝搬光の偏波状態の変化に依存しないで安定し
て検出することができる。
【００８３】(2) 検出装置側に偏波面の方位及び２つの
光軸間の偏光成分の位相を変調する変調器を設けたこと
で、センサ部の構成が簡単になり、かつ、小型化され、
さらに、光源側、検出部側の両方あるいはいずれか一方
で光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位
相を変調することにより、光ファイバ伝搬光の偏波状態
の変化に依存しないで安定して情報を検出することがで
きる。
光軸間の偏光成分の位相を変調する変調器を設けたこと
で、センサ部の構成が簡単になり、かつ、小型化され、
さらに、光源側、検出部側の両方あるいはいずれか一方
で光ファイバ伝搬光の偏波面の方位や２つの光軸間の位
相を変調することにより、光ファイバ伝搬光の偏波状態
の変化に依存しないで安定して情報を検出することがで
きる。
【００８４】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００８５】光源側と検出部側の少なくとも一方で光フ
ァイバ伝搬光の偏波状態の変調を行うことにより、温度
変化等の外乱による光の偏波依存性の無い偏波無依存型
物理量計測方法の提供を実現することができる。
ァイバ伝搬光の偏波状態の変調を行うことにより、温度
変化等の外乱による光の偏波依存性の無い偏波無依存型
物理量計測方法の提供を実現することができる。
【図１】本発明の偏波無依存型物理量計測方法を適用し
た偏波無依存型物理量計測装置の一実施の形態を示すブ
ロック図である。
た偏波無依存型物理量計測装置の一実施の形態を示すブ
ロック図である。
【図２】本発明における偏波面の方位角を変調する偏波
面方位変調器の概念を示す図である。
面方位変調器の概念を示す図である。
【図３】図２に示した偏波面方位変調器の周波数変調方
法を説明するための説明図である。
法を説明するための説明図である。
【図４】本発明における偏波の位相を変調する偏波位相
変調器の概念図である。
変調器の概念図である。
【図５】図４に示した偏波位相変調器の周波数変調方法
を説明するための説明図である。
を説明するための説明図である。
【図６】（ａ）はｆs1，ｆs2＞ｆm の場合の周波数（ｆ
s1±ｆm0）の合成スペクトル強度信号を表した図であ
り、（ｂ）は、ｆs1，ｆs2＜ｆm の場合の周波数（ｆm1
±ｆs1）、（ｆm0±ｆs1）の合成スペクトル強度信号を
表した図である。
s1±ｆm0）の合成スペクトル強度信号を表した図であ
り、（ｂ）は、ｆs1，ｆs2＜ｆm の場合の周波数（ｆm1
±ｆs1）、（ｆm0±ｆs1）の合成スペクトル強度信号を
表した図である。
【図７】物理量センサの情報を検出するための周波数変
化パターンの内、物理量センサ出力値に応じて周波数変
調振幅を変化させた方法を説明するための説明図であ
る。
化パターンの内、物理量センサ出力値に応じて周波数変
調振幅を変化させた方法を説明するための説明図であ
る。
【図８】物理量センサの情報を検出するための周波数変
化パターンの内、物理量センサ出力値に応じて変調角速
度を変化させた方法を説明するための説明図である。
化パターンの内、物理量センサ出力値に応じて変調角速
度を変化させた方法を説明するための説明図である。
【図９】本発明の偏波無依存型物理量計測方法を適用し
た偏波無依存型物理量計測装置の他の実施の形態を示す
ブロック図である。
た偏波無依存型物理量計測装置の他の実施の形態を示す
ブロック図である。
【図１０】本発明の技術を利用した光ファイバ型磁束計
の検出信号を表わす図である。
の検出信号を表わす図である。
【図１１】本発明の技術を利用した光ファイバ型電界計
のブロック図である。
のブロック図である。
【図１２】本発明の技術を利用した光ファイバ型電界計
の検出信号を表わす図である。
の検出信号を表わす図である。
【図１３】本発明の技術を利用したセンサ部が光ファイ
バ全体とした偏波無依存型計測システムを示す図であ
る。
バ全体とした偏波無依存型計測システムを示す図であ
る。
【図１４】ファラデー効果を利用した光ファイバ型磁束
計の従来例である。
計の従来例である。
【図１５】光式電界計の他の従来例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図１６】光情報伝送方式の従来例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図１７】従来の各物理量センサの情報を光式で伝送す
るシステムで検出される合成スペクトル強度信号を示す
図である。
るシステムで検出される合成スペクトル強度信号を示す
図である。
１ 検出装置 ２ 光ファイバ ３ センサ部 ４ 光源 １５ 偏波状態変調器 １７ 物理量センサ １８ 偏波面方位変調器 １９ 偏波位相変調器 ２０ 光源側装置
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/09 Ｇ０１Ｒ 15/07 Ｂ Ｃ
Claims (4)
- 【請求項１】 光源に接続された光ファイバの途中に設
けた偏波状態変換部で光ファイバを伝搬する２つの光軸
間の位相や偏波面の方位等の偏波状態を変化させ、光源
と反対側の光ファイバに接続した検出部で偏波状態を検
出することにより磁界や電界等の物理量を計測する物理
量計測方法において、上記光源側と検出部側の少なくと
も一方で光ファイバ伝搬光の偏波状態の変調を行うこと
を特徴とする偏波無依存型物理量計測方法。 - 【請求項２】 上記偏波状態変換部として、ファラデー
素子、ポッケルス素子、圧電振動子或いは磁歪振動子等
を用いた請求項１記載の偏波無依存型物理量計測方法。 - 【請求項３】 上記検出部が少なくとも特定の偏波面の
光を通す検光子と光−電気変換素子とバンドパスフィル
タで構成される請求項１又は２記載の偏波無依存型物理
量計測方法。 - 【請求項４】 光源に接続された光ファイバを伝搬する
光ファイバ伝搬光の２つの光軸間の位相や偏波面の方位
等の偏波状態を変化させることにより磁界や電界等の物
理量を測定する物理量計測方法において、光源側と検出
部側の少なくとも一方で光ファイバ伝搬光の偏波状態の
変調を行うことを特徴とする偏波無依存型物理量計測方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8077024A JPH09264939A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 偏波無依存型物理量計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8077024A JPH09264939A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 偏波無依存型物理量計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09264939A true JPH09264939A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=13622193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8077024A Pending JPH09264939A (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 偏波無依存型物理量計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09264939A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107615139A (zh) * | 2015-05-15 | 2018-01-19 | 华为技术有限公司 | 偏振无关反射式调制器 |
| IT201700040531A1 (it) * | 2017-04-12 | 2018-10-12 | Ricerca Sul Sist Energetico Rse S P A | Metodo per la misura vettoriale di campi elettrici e relativa apparecchiatura. |
| US10551640B2 (en) | 2016-11-21 | 2020-02-04 | Futurewei Technologies, Inc. | Wavelength division multiplexed polarization independent reflective modulators |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP8077024A patent/JPH09264939A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107615139A (zh) * | 2015-05-15 | 2018-01-19 | 华为技术有限公司 | 偏振无关反射式调制器 |
| CN107615139B (zh) * | 2015-05-15 | 2020-09-18 | 华为技术有限公司 | 偏振无关反射式调制器 |
| US10551640B2 (en) | 2016-11-21 | 2020-02-04 | Futurewei Technologies, Inc. | Wavelength division multiplexed polarization independent reflective modulators |
| IT201700040531A1 (it) * | 2017-04-12 | 2018-10-12 | Ricerca Sul Sist Energetico Rse S P A | Metodo per la misura vettoriale di campi elettrici e relativa apparecchiatura. |
| WO2018189692A1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-10-18 | Ricerca Sul Sistema Energetico - Rse S.P.A. | A method for vector measurement of electric fields and corresponding apparatus |
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