JPS58196463A - 光電界測定装置 - Google Patents
光電界測定装置Info
- Publication number
- JPS58196463A JPS58196463A JP57078408A JP7840882A JPS58196463A JP S58196463 A JPS58196463 A JP S58196463A JP 57078408 A JP57078408 A JP 57078408A JP 7840882 A JP7840882 A JP 7840882A JP S58196463 A JPS58196463 A JP S58196463A
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- Japan
- Prior art keywords
- electric field
- electro
- znte
- light
- field measuring
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
- G01R15/241—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption
- G01R15/242—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices using electro-optical modulators, e.g. electro-absorption based on the Pockels effect, i.e. linear electro-optic effect
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電気光学効果を利用した電界測定装置に係シ、
特に電気光学効果用媒質としてテルル化亜鉛（Ｚｎ Ｔ
ｅ ）またはテルル化カドミウム（Ｃｄ Ｔｅ ）を利
用することによシミ界測定装置の測定感度を改善したも
のである。
特に電気光学効果用媒質としてテルル化亜鉛（Ｚｎ Ｔ
ｅ ）またはテルル化カドミウム（Ｃｄ Ｔｅ ）を利
用することによシミ界測定装置の測定感度を改善したも
のである。
電気光学効果（ポッケルス効果）を利用した電界測定装
置における電気光学効果用媒質には、従来、主として電
圧測定用として使用されてきたＫ Ｄ Ｐ 、 Ａ Ｄ
Ｐ 、 ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３などの電気光学
結晶が使用できるが、これらを用いたときは、測定装置
の温度特性が悪く、かつ素子の単位長さ当りの電界測定
感度も悪かった。最近、上記の電気光学結晶のかわりに
、Ｂ１１２ＳｉＯ□０またはＢ１１２ＧｅＯ２ｏ単結晶
を使用すると温度特性が改善されることが指摘されてい
る（公開特許公報、特開昭５６−１００３６４号）。し
かしながら、上記Ｂｉ１□Ｓ１０□０またはＢｉ１□Ｇ
ｅ ０２゜単結晶を用いた場合も電界の測定感度は素子
の単位長さ当りで小さく、特に低電界での測定に支障を
きたしている。このため素子の長さを長くする試みもな
されたが検出部が大きくなるばかりでなく、結晶の均一
性の問題で温度特性にも悪い影響を与えている。また、
第−表にも示すように、これらの媒質の誘電率Ｃは大き
く、測定する電界分布をみだすという大きな欠点があり
、正しい電界分布の測定が難しいという問題があった。
置における電気光学効果用媒質には、従来、主として電
圧測定用として使用されてきたＫ Ｄ Ｐ 、 Ａ Ｄ
Ｐ 、 ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３などの電気光学
結晶が使用できるが、これらを用いたときは、測定装置
の温度特性が悪く、かつ素子の単位長さ当りの電界測定
感度も悪かった。最近、上記の電気光学結晶のかわりに
、Ｂ１１２ＳｉＯ□０またはＢ１１２ＧｅＯ２ｏ単結晶
を使用すると温度特性が改善されることが指摘されてい
る（公開特許公報、特開昭５６−１００３６４号）。し
かしながら、上記Ｂｉ１□Ｓ１０□０またはＢｉ１□Ｇ
ｅ ０２゜単結晶を用いた場合も電界の測定感度は素子
の単位長さ当りで小さく、特に低電界での測定に支障を
きたしている。このため素子の長さを長くする試みもな
されたが検出部が大きくなるばかりでなく、結晶の均一
性の問題で温度特性にも悪い影響を与えている。また、
第−表にも示すように、これらの媒質の誘電率Ｃは大き
く、測定する電界分布をみだすという大きな欠点があり
、正しい電界分布の測定が難しいという問題があった。
本発明の目的は、電界の測定感度が大きく、温度特性も
良好でかつ測定電界分布を乱さない光電界測定装置を提
供することにある。
良好でかつ測定電界分布を乱さない光電界測定装置を提
供することにある。
電気光学効果を利用する光電界測定装置における測定感
度は、電気光学結晶のポッケルス係数ｒ。
度は、電気光学結晶のポッケルス係数ｒ。
屈折率ｎの３乗および結晶に誘起される電界に比例する
。電界中において、結晶に誘起される電界は結晶の誘電
率εに反比例するので、電界測定装置に使用される電気
光学結晶材料の測定感度の大小を（ｎ３ｒ／ｆ）なる量
の大小によって評価することが可能である。
。電界中において、結晶に誘起される電界は結晶の誘電
率εに反比例するので、電界測定装置に使用される電気
光学結晶材料の測定感度の大小を（ｎ３ｒ／ｆ）なる量
の大小によって評価することが可能である。
第１表は、これまで電圧測定用電気光学結晶と通勤いら
れてきた、ＫＤＰ 、ＡＤＰ 、ＬｉＮｂＯ３゜ＬｉＴ
ａＯ３，Ｂｉ１□ＳｉＯ２゜、 Ｂ１Ｇｅ０２ｏ、およ
びココテ取上げたＺｎＴｅ 、 ＣｄＴｅ のボ、ケル
ス係数ｒ、屈折率ｎ、誘電率Ｃの既報前値（ｒ、ｎは波
長０．６μｍ近傍（ただし、ＣｄＴｅのみ１μｍ以上）
での、ｔは１００ｋＨｚ 以下での各測定値：朝食書店
発行レーザへ７ドプツク、 Ｒ，Ｅ、Ａｌｄｒｉｃｈ
ｅｔ ａｌ ：Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、 ４２（１９
７１） ４９３ 、 Ｉ、Ｐ、Ｋａｍｉｎｏｗｅｔ
ａｌ ： Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｌａ５ｅｒｓ
Ｓｅｃ、１５，４４７参照）およびそれらを用いて計算
した牟を示した。
れてきた、ＫＤＰ 、ＡＤＰ 、ＬｉＮｂＯ３゜ＬｉＴ
ａＯ３，Ｂｉ１□ＳｉＯ２゜、 Ｂ１Ｇｅ０２ｏ、およ
びココテ取上げたＺｎＴｅ 、 ＣｄＴｅ のボ、ケル
ス係数ｒ、屈折率ｎ、誘電率Ｃの既報前値（ｒ、ｎは波
長０．６μｍ近傍（ただし、ＣｄＴｅのみ１μｍ以上）
での、ｔは１００ｋＨｚ 以下での各測定値：朝食書店
発行レーザへ７ドプツク、 Ｒ，Ｅ、Ａｌｄｒｉｃｈ
ｅｔ ａｌ ：Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、 ４２（１９
７１） ４９３ 、 Ｉ、Ｐ、Ｋａｍｉｎｏｗｅｔ
ａｌ ： Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｌａ５ｅｒｓ
Ｓｅｃ、１５，４４７参照）およびそれらを用いて計算
した牟を示した。
第１表に示したＺｎＴｅ 、 ＣｄＴｅ はこれまで電
気光学効果を利用した光変調器用材料として取上げられ
てはいたが、電界測定用材料としては取扱われたことは
ない。光変調器、光電圧測定装置と光電界測定装置にお
ける電気光学結晶使用上の本質的な差異は、前者では、
電極材された結晶面間に直接印加される電圧を利用する
のに対し、後者では、電界中に結晶（誘電体）が配置さ
れたときの結晶に誘起される電界を利用することにある
。したがって、前者らにおける動作感度、測定感度は誘
電率には関係せず、後者における測定感度は誘電率の大
小に直接関係し、結晶内の誘起電界が大きくなるように
、誘電率の小さな材料が望まれる。
気光学効果を利用した光変調器用材料として取上げられ
てはいたが、電界測定用材料としては取扱われたことは
ない。光変調器、光電圧測定装置と光電界測定装置にお
ける電気光学結晶使用上の本質的な差異は、前者では、
電極材された結晶面間に直接印加される電圧を利用する
のに対し、後者では、電界中に結晶（誘電体）が配置さ
れたときの結晶に誘起される電界を利用することにある
。したがって、前者らにおける動作感度、測定感度は誘
電率には関係せず、後者における測定感度は誘電率の大
小に直接関係し、結晶内の誘起電界が大きくなるように
、誘電率の小さな材料が望まれる。
第１表に示したごとく、ＺｎＴｅ 、 ＣｄＴｅ は、
誘電率が１０程度と他に比較して小さく測定電界をあま
り乱さず、かつ屈折率も約３と他に比較して犬ｎ”ｒ きいため、（□）の値は、他よりも大きい。したがって
、電界測定装置用の電気光学結晶として使用した際の測
定感度は他に比べ大きい。
誘電率が１０程度と他に比較して小さく測定電界をあま
り乱さず、かつ屈折率も約３と他に比較して犬ｎ”ｒ きいため、（□）の値は、他よりも大きい。したがって
、電界測定装置用の電気光学結晶として使用した際の測
定感度は他に比べ大きい。
さらに、ＺｎＴｅ 、 ＣｄＴｅは、Ｂｉｌ、 Ｓｔ
Ｏ２゜、 Ｂｌ、２ＧｅＯ２゜と同様、等軸晶系に属し
、光学的に等方体であり、複屈折がないため、素子形状
による温度補償の必要がなく、屈折率、誘電率自体の温
度変化も小さい。電気光学定数の温度変化もＢｌ□２Ｓ
１０□。、 Ｂ１１□Ｇｅ０２ｏと同様小さいことが期
待できるので、電界測定装置用材料としての温度特性も
良好と考えられる。しかし、ＺｎＴｅ 、 ＣｄＴｅは
半導体結晶であるため結晶のエネルギーギャップは温度
上昇と共に減少し、その結果エネルギーギヤ。
Ｏ２゜、 Ｂｌ、２ＧｅＯ２゜と同様、等軸晶系に属し
、光学的に等方体であり、複屈折がないため、素子形状
による温度補償の必要がなく、屈折率、誘電率自体の温
度変化も小さい。電気光学定数の温度変化もＢｌ□２Ｓ
１０□。、 Ｂ１１□Ｇｅ０２ｏと同様小さいことが期
待できるので、電界測定装置用材料としての温度特性も
良好と考えられる。しかし、ＺｎＴｅ 、 ＣｄＴｅは
半導体結晶であるため結晶のエネルギーギャップは温度
上昇と共に減少し、その結果エネルギーギヤ。
プと密接な関係にある吸収端波長は移動する。このため
ＺｎＴｅの吸収端（０，５μｍ）やＣｄＴｅ（７）吸収
端（０，８μｍ）近辺で使用するときには温度による光
吸収の影響をうける。この温度による吸収端の移動量は
２００℃で約０．０５μｍ程度である。
ＺｎＴｅの吸収端（０，５μｍ）やＣｄＴｅ（７）吸収
端（０，８μｍ）近辺で使用するときには温度による光
吸収の影響をうける。この温度による吸収端の移動量は
２００℃で約０．０５μｍ程度である。
このため、電界測定装置に用いる光源の波長は温度変化
の影響をうけないために少なくともそれぞれの光の吸収
端より０．１μｍ以上長波長側にあることが必要である
。
の影響をうけないために少なくともそれぞれの光の吸収
端より０．１μｍ以上長波長側にあることが必要である
。
なお、第１表では、電気光学定数ｒをテンソル成分子４
□ｌ ｒ６３１ ｒ１３１ ｒ３３１ ”ｆｉｌなどで
、屈折率ｎを常屈折率ｎ。、異常屈折率ｎ０．誘電率Ｃ
を軸方向により １． 、１．で示し、従来、各結晶系
に応じて適当と考えられている代表的な電圧（電界）印
加方向と光の入射方向の組合せに応じて実効的な電気光
学定数ｒ＊、屈折率ｎ＊および誘電率−を決め、測定感
度も各々に応じて計算し、示している。また第１表でｒ
ｃは を意味している。
□ｌ ｒ６３１ ｒ１３１ ｒ３３１ ”ｆｉｌなどで
、屈折率ｎを常屈折率ｎ。、異常屈折率ｎ０．誘電率Ｃ
を軸方向により １． 、１．で示し、従来、各結晶系
に応じて適当と考えられている代表的な電圧（電界）印
加方向と光の入射方向の組合せに応じて実効的な電気光
学定数ｒ＊、屈折率ｎ＊および誘電率−を決め、測定感
度も各々に応じて計算し、示している。また第１表でｒ
ｃは を意味している。
以下、実施例により、本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の光電界測定装置の構成図である。
光源ｌとしては、出力が６０ ｍＷ 、波長Ｏ１８μｍ
の発光ダイオードを用い、直径９．６ｍｍのプラスチッ
ククラッド石英光ファイバ２に入射し、検出部Ａにレン
ズ３を介して平行に導びいた。電界検出部Ａは偏光子４
、電気光学結晶５、ウォラストンプリズム６よりなり、
偏光子４の光の振動方向（直線偏光の向き）とウォラス
トンプリズム６の主軸が４５°に相対するように設定さ
れている。
の発光ダイオードを用い、直径９．６ｍｍのプラスチッ
ククラッド石英光ファイバ２に入射し、検出部Ａにレン
ズ３を介して平行に導びいた。電界検出部Ａは偏光子４
、電気光学結晶５、ウォラストンプリズム６よりなり、
偏光子４の光の振動方向（直線偏光の向き）とウォラス
トンプリズム６の主軸が４５°に相対するように設定さ
れている。
電気光学結晶５の外形は、約５ｍｍ×５ｍｍ Ｘ５ｍｍ
の立方体状で、（１１０）、（ｔＴｏ）、（００１）面
を有し、（ｌｉＯ）面を光の入出射面とすべく鏡面仕上
げとしである。電気光学結晶５の材料として、Ｚｎ Ｔ
ｅおよびＢｉ１□ＳｉＯ２゜を取上げ、同一形状にて、
その電界測定感度の相対比較を行った。
の立方体状で、（１１０）、（ｔＴｏ）、（００１）面
を有し、（ｌｉＯ）面を光の入出射面とすべく鏡面仕上
げとしである。電気光学結晶５の材料として、Ｚｎ Ｔ
ｅおよびＢｉ１□ＳｉＯ２゜を取上げ、同一形状にて、
その電界測定感度の相対比較を行った。
電界は、平行平板電極をｌ ｃｍ隔て、最大１ ｋＶま
で商用周波数（５０Ｈｚ）で、結晶の（１１０）方向に
印加した。ウォラストンプリズムは入射光を２つの直線
偏光に分離するためで、レンズ３−１゜３−２で再び収
光し、光ファイバ２−１．２−２）こ入射した。それぞ
れの出力をＰＩＮフォトダイオード７−１．７−２で検
出し、電気的な演算回なる計算を行い、印加電界強度と
出力Ｓの相関を調べた。電界は第１図の矢Ｅの方向に印
加した。
で商用周波数（５０Ｈｚ）で、結晶の（１１０）方向に
印加した。ウォラストンプリズムは入射光を２つの直線
偏光に分離するためで、レンズ３−１゜３−２で再び収
光し、光ファイバ２−１．２−２）こ入射した。それぞ
れの出力をＰＩＮフォトダイオード７−１．７−２で検
出し、電気的な演算回なる計算を行い、印加電界強度と
出力Ｓの相関を調べた。電界は第１図の矢Ｅの方向に印
加した。
第２図に、電気光学結晶５をＺｎ ＴｅおよびＢ１１２
Ｓｔ Ｏ□。としたときの測定結果を比較して示す。
Ｓｔ Ｏ□。としたときの測定結果を比較して示す。
第２図をみると、 ＺｎＴｅを用いた場合はＢｉ １２
ＳｔＯ２ｏを用いた場合に比べ測定感度が５倍以上大き
い。これは第１表を用いて説明した内容にはｙ合致して
いる。
ＳｔＯ２ｏを用いた場合に比べ測定感度が５倍以上大き
い。これは第１表を用いて説明した内容にはｙ合致して
いる。
さらに、−１０〜＋５０℃の温度範囲で測定値の温度変
化を測定したところ、その変化は±３チ以下であった。
化を測定したところ、その変化は±３チ以下であった。
すなわち、ＺｎＴｅの温度安定性は、Ｂｉ１２８１０２
゜と同程度であり、ＫＤＰ 、ＡＤＰ 。
゜と同程度であり、ＫＤＰ 、ＡＤＰ 。
Ｌｉ ＮｂＯ３，Ｌｉ ＴａＯ３などと比べ優れている
ことが明らかである。
ことが明らかである。
本実施例では、ＺｎＴｅのみＢ１１２ＳｉＯ２゜と比べ
て取り上げたが、第１表で明らかなごとく、ＣｄＴｅも
、透過波長域、結晶の毒性などで問題はあるが、測定感
度についてはＺｎ Ｔｅ以上で、さらに温度特性もＺｎ
Ｔｅと同程度良好である。
て取り上げたが、第１表で明らかなごとく、ＣｄＴｅも
、透過波長域、結晶の毒性などで問題はあるが、測定感
度についてはＺｎ Ｔｅ以上で、さらに温度特性もＺｎ
Ｔｅと同程度良好である。
上述のように、本発明によれば、測定感度が犬きく、か
つ温度安定性も良好な光電界測定装置を提供できる効果
がある。
つ温度安定性も良好な光電界測定装置を提供できる効果
がある。
第１図は、本発明の実施例における測定装置の構成図、
第２図は、本発明の一実施例における印加電界と出力の
関係を示すグラフである。 符号の説明 ｌ・・・・・・光源、 ２ 、２−１ 、２−２・・・
・・・光ファイバ、 ３ 、３−１ 、３−２・・・・
・・収光レンズ、４・・・・・・偏光子、５・・・・・
・電気光学結晶、６・・・・・・ウォラストンプリズム
。
第２図は、本発明の一実施例における印加電界と出力の
関係を示すグラフである。 符号の説明 ｌ・・・・・・光源、 ２ 、２−１ 、２−２・・・
・・・光ファイバ、 ３ 、３−１ 、３−２・・・・
・・収光レンズ、４・・・・・・偏光子、５・・・・・
・電気光学結晶、６・・・・・・ウォラストンプリズム
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光源と、電気光学効果を有する媒質を有してなる電
界検出部と、上記検出部からの光を計測する計測部と、
上記光源と検出部および計測部を光学的に結合する光伝
送路とからなる電界測定装置において、上記電気光学効
果を有する媒質として、テルル化亜鉛（Ｚｎ Ｔｅ ）
または、テルル化カドミウム（Ｃｄ Ｔｅ ）を用いる
ことを特徴とする光電界測定装置。 導体結晶の吸収端波長よシ長波長側に０．１μｍ以上シ
フトしている事を特徴とする光電界測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57078408A JPS58196463A (ja) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | 光電界測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57078408A JPS58196463A (ja) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | 光電界測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58196463A true JPS58196463A (ja) | 1983-11-15 |
Family
ID=13661203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57078408A Pending JPS58196463A (ja) | 1982-05-12 | 1982-05-12 | 光電界測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58196463A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996000905A1 (en) * | 1994-06-30 | 1996-01-11 | University Of Surrey | Optical sensors |
| WO2003052431A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-06-26 | Pirelli & C. S.P.A. | Electro-optic semiconductor modulators |
-
1982
- 1982-05-12 JP JP57078408A patent/JPS58196463A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996000905A1 (en) * | 1994-06-30 | 1996-01-11 | University Of Surrey | Optical sensors |
| WO2003052431A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-06-26 | Pirelli & C. S.P.A. | Electro-optic semiconductor modulators |
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