JPS5832171A - 光応用電圧電界センサ - Google Patents
光応用電圧電界センサInfo
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- JPS5832171A JPS5832171A JP56118257A JP11825781A JPS5832171A JP S5832171 A JPS5832171 A JP S5832171A JP 56118257 A JP56118257 A JP 56118257A JP 11825781 A JP11825781 A JP 11825781A JP S5832171 A JPS5832171 A JP S5832171A
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- Japan
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- bso
- light
- voltage
- field sensor
- electric field
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
- G02F1/0305—Constructional arrangements
- G02F1/0322—Arrangements comprising two or more independently controlled crystals
-
- 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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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】
本発明はビスマスシリコンオキサイドBi12SiO2
゜(以下BSoという)あるいはビスマスゲルマニウム
オキサイドB112Ge02o(以下BGOという)素
子を用いた、広帯域化した光応用電圧電界センサに関す
る。
゜(以下BSoという)あるいはビスマスゲルマニウム
オキサイドB112Ge02o(以下BGOという)素
子を用いた、広帯域化した光応用電圧電界センサに関す
る。
第1図は光の進行方向と電圧もしくは電界の印加方向が
共に<100〉方向である縦型光応用電圧電界センサ9
基本的な構成を示す図である。1は光ファイバ、2はロ
ッドレンズ、3は偏光子、4はz波長板、5はBSO素
子あるy)はBGO素子、6は検光子、7は入力型、圧
源である。BSO素子及びBGO素子共に同じ説明が適
用できるので、以下にはBSO素子を用いて説明する。
共に<100〉方向である縦型光応用電圧電界センサ9
基本的な構成を示す図である。1は光ファイバ、2はロ
ッドレンズ、3は偏光子、4はz波長板、5はBSO素
子あるy)はBGO素子、6は検光子、7は入力型、圧
源である。BSO素子及びBGO素子共に同じ説明が適
用できるので、以下にはBSO素子を用いて説明する。
光ファイバlに入射されロッドレンズ2、偏光子3及び
2波長板4を通って透明電極を表裏面に形成したBSO
素子5に入射した光は、入力電圧源7から電極を介して
BSO素子5に印加される電圧の大きさに応じて偏光の
状態が変わる。光応用電圧センサはこの偏光の状態を知
ることにより被検出入力電圧もしくは電界の大きさを検
出するものである。。
2波長板4を通って透明電極を表裏面に形成したBSO
素子5に入射した光は、入力電圧源7から電極を介して
BSO素子5に印加される電圧の大きさに応じて偏光の
状態が変わる。光応用電圧センサはこの偏光の状態を知
ることにより被検出入力電圧もしくは電界の大きさを検
出するものである。。
第2図は光の進行方向が<110>方向であり電圧もし
くは電界の印加方向が(110)方向で互に直交する横
型光応用電圧電界センサのBSO素子8と入力電圧源7
とを示すものである。他の構成部分は第1図と同様であ
る。
くは電界の印加方向が(110)方向で互に直交する横
型光応用電圧電界センサのBSO素子8と入力電圧源7
とを示すものである。他の構成部分は第1図と同様であ
る。
第3図は第1図の光応用電圧センサの変調感度の従来の
周波数特性を示す図である。従来のBSO素子を用いた
光応用電圧電界センサにおいては、入力電圧もしくは電
界の周波数を変えてゆくとある特定周波数で圧電現象に
よりBSO素子に機械的共振現象が発生する。この共振
による機械的な応力が更にBSO素子の屈折率に影響を
及ぼす。
周波数特性を示す図である。従来のBSO素子を用いた
光応用電圧電界センサにおいては、入力電圧もしくは電
界の周波数を変えてゆくとある特定周波数で圧電現象に
よりBSO素子に機械的共振現象が発生する。この共振
による機械的な応力が更にBSO素子の屈折率に影響を
及ぼす。
このため、従来のBSO素子を用いた光応用電圧電界セ
ンサの変調感度の周波数特性は第8図に示す様に特定周
波数で非常に大きなピークa1b1C等を発生する欠点
がある。従って、高電圧のサージ現象等の高い周波数成
分まで一定の変調感度を必要とする解析には、従来の光
応用電圧センサは使用できない欠点があった。
ンサの変調感度の周波数特性は第8図に示す様に特定周
波数で非常に大きなピークa1b1C等を発生する欠点
がある。従って、高電圧のサージ現象等の高い周波数成
分まで一定の変調感度を必要とする解析には、従来の光
応用電圧センサは使用できない欠点があった。
本発明の目的は、共振現象の影響をなくし広帯域化でき
るBSO素子もしくはBGO素子を用いた光応用電圧セ
ンサを提供することである。
るBSO素子もしくはBGO素子を用いた光応用電圧セ
ンサを提供することである。
以下に図面を参照して本発明について詳細に説明する。
[A)第4図(イ)は縦型光応用電圧電界センサのBS
O素子の形状(長さlx幅w×厚さb)と方位との関係
を示す図である。lxw面内(100)面にX軸、y軸
を図のようにとり、lxw面と垂直につまり厚さbと平
行に2軸をとるものとする。
O素子の形状(長さlx幅w×厚さb)と方位との関係
を示す図である。lxw面内(100)面にX軸、y軸
を図のようにとり、lxw面と垂直につまり厚さbと平
行に2軸をとるものとする。
圧電現象によりBSO素子に前記共振現象が生・する理
由について発明者が行なった解析によると、振動モード
は第4図(ロ)に実線及び点線で示すいわゆる面すべり
振動(face 5hear mode)である。すな
わち第8図(イ)の座標系でBSOを使用した場合、結
晶に発生する圧電現象はX軸−y軸平面において生ずる
面すべり振動であり、z軸方向の厚、Qbにはほとんど
依存しないことがわかった。
由について発明者が行なった解析によると、振動モード
は第4図(ロ)に実線及び点線で示すいわゆる面すべり
振動(face 5hear mode)である。すな
わち第8図(イ)の座標系でBSOを使用した場合、結
晶に発生する圧電現象はX軸−y軸平面において生ずる
面すべり振動であり、z軸方向の厚、Qbにはほとんど
依存しないことがわかった。
面すべり振動における共振周波数fRは近似的に次式で
与えられることが知られている。
与えられることが知られている。
m、n=1m2.3.・・・・・・・・・この共振周波
数は基本モード(m−n = 1 )におで示される。
数は基本モード(m−n = 1 )におで示される。
ここで、ρ:比重、C44=圧電ステイツフネス、l及
びw:Bso素子の長さ及び幅。
びw:Bso素子の長さ及び幅。
BSOの場合、圧電スティッフネスC4+= 0.25
X 10”(N7mす、比重p = 9.2 X 1
03(Ky 7m8)程度である。
X 10”(N7mす、比重p = 9.2 X 1
03(Ky 7m8)程度である。
BSO素子の大きさに対する共振周波数についての発明
者の行なった実験結果と計算結果とを表1に示す。
者の行なった実験結果と計算結果とを表1に示す。
表1. 共振周波数
この表1から分かる様に、実験値は計算値の0.85倍
程度になっており比較的良く一致している。また、BS
O素子のlとWとが同じでbのみが異なる(1)の7X
5X2のBSO素子と(4)の7X5X15− のBSO素子では共振周波数が殆んど変化しないことが
わかる。
程度になっており比較的良く一致している。また、BS
O素子のlとWとが同じでbのみが異なる(1)の7X
5X2のBSO素子と(4)の7X5X15− のBSO素子では共振周波数が殆んど変化しないことが
わかる。
従って共振周波数を高くするためには1及びWを極力小
さくすることが望ましい。
さくすることが望ましい。
一方、高電圧応用分野では立ち上がり時間1μSec立
ち下がり時間40μsecのいわゆる標準インパルス波
形が多用されるが、本センサで標準インパルス波形を測
定するためには共振周波数が少なくとも500KHz以
上望ましくはI MHz以上である必要がある。
ち下がり時間40μsecのいわゆる標準インパルス波
形が多用されるが、本センサで標準インパルス波形を測
定するためには共振周波数が少なくとも500KHz以
上望ましくはI MHz以上である必要がある。
表1より共振周波数をI MHz以上にすることは1=
1iLm%w= 1m以下にすることにより達成される
が、このような小さいBSO素子を用いることは他の光
学部品との組み合せ、及び調整が困難となるとともに、
光束の直径が1.5〜2.0InX程度であることより
透過光量が減少してい比を低下させることとなる。
1iLm%w= 1m以下にすることにより達成される
が、このような小さいBSO素子を用いることは他の光
学部品との組み合せ、及び調整が困難となるとともに、
光束の直径が1.5〜2.0InX程度であることより
透過光量が減少してい比を低下させることとなる。
本発明はこのような欠点の無いBSO素子もしくはBG
O素子を提供するものである。
O素子を提供するものである。
従来は(2)式において1とWの両方を小さくする6一
方式が行われてきたが、発明者はlとWのいずれか一辺
のみを極端に小さくすることによ怜、他の一辺を組立て
調整等の取扱いに支障の無い長さにとどめたままで共振
周波数を高めることができることに着目した。ところが
このように極端に一辺を小さくすることは光の透過面積
を非常に狭くするため光束の極く一部しか利用できずい
が低下し測定感度が低下することになる。そこで発明者
はさらに種々の方式を検討した結果、上記の極端に一辺
を小さくしたBSOを光の進行方向と直角な方向に積層
する方法を発明した。
のみを極端に小さくすることによ怜、他の一辺を組立て
調整等の取扱いに支障の無い長さにとどめたままで共振
周波数を高めることができることに着目した。ところが
このように極端に一辺を小さくすることは光の透過面積
を非常に狭くするため光束の極く一部しか利用できずい
が低下し測定感度が低下することになる。そこで発明者
はさらに種々の方式を検討した結果、上記の極端に一辺
を小さくしたBSOを光の進行方向と直角な方向に積層
する方法を発明した。
第5図は本発明によるBSO素子9の基本的な構成を示
すものであり、幅w×長さl×奥行きbのBSO板をn
枚積層した構成を示す。このような構成により各々の8
80片はほぼWで決まる高い共振周波数を示し高周波化
できるとともに、光の入射面積を従来と全く同程度に広
くとることができるためS/Nの劣化による感度1の低
下は生じない。また全体としての寸法はI X (wX
n) X bであり、組立て調整も従来と同様に容易に
できる。
すものであり、幅w×長さl×奥行きbのBSO板をn
枚積層した構成を示す。このような構成により各々の8
80片はほぼWで決まる高い共振周波数を示し高周波化
できるとともに、光の入射面積を従来と全く同程度に広
くとることができるためS/Nの劣化による感度1の低
下は生じない。また全体としての寸法はI X (wX
n) X bであり、組立て調整も従来と同様に容易に
できる。
実施例として表裏面に透明電極を形成したW=0.6#
Ix%1 = 7ai、 b = 2鵡のBSO板を8
枚積層したところ、光の入射面の面積は(o、axsa
m) x7M−48厄×7題 となり従来の5×7題の
素子と全く同様の組立て調整が可能であった。8枚を積
層するためには酢酸ビニール系の接着材を用いたがこれ
による各BSO板間の振動の干渉はほとんど発生せず、
共振周波数foはW= Q、(lawll =7 Mの
時の計算値fo −1,2MHzに対して測定値fo=
1.3MHzとなりf o = I MHz以上の縦
型光応用電圧電界センサが容易に構成できた。また接着
層の厚みは数10μm以下であり光束の透過損失はほと
んどみとめられなかった。
Ix%1 = 7ai、 b = 2鵡のBSO板を8
枚積層したところ、光の入射面の面積は(o、axsa
m) x7M−48厄×7題 となり従来の5×7題の
素子と全く同様の組立て調整が可能であった。8枚を積
層するためには酢酸ビニール系の接着材を用いたがこれ
による各BSO板間の振動の干渉はほとんど発生せず、
共振周波数foはW= Q、(lawll =7 Mの
時の計算値fo −1,2MHzに対して測定値fo=
1.3MHzとなりf o = I MHz以上の縦
型光応用電圧電界センサが容易に構成できた。また接着
層の厚みは数10μm以下であり光束の透過損失はほと
んどみとめられなかった。
また接着層を透過してくる光は電圧による変調をうけな
いのでノイズとなるが、このような透過光によるS/N
の低下はほとんどみい出されなかった。より完全には、
光吸収性の(不透明性の)接着材を用いると良いす。
いのでノイズとなるが、このような透過光によるS/N
の低下はほとんどみい出されなかった。より完全には、
光吸収性の(不透明性の)接着材を用いると良いす。
ここで、さらに各BSO板間の振動の干渉を極力少なく
するためには接着層は緩やかな接着状態であることが好
ましく、上記の酢酸ビニル系の接着材に何ら限定される
ものではない。
するためには接着層は緩やかな接着状態であることが好
ましく、上記の酢酸ビニル系の接着材に何ら限定される
ものではない。
またこの結果よりfoΣIMHzとなるためにはW≦0
、8 JLILであればよいことが判る。
、8 JLILであればよいことが判る。
〔81次に横型光応用電圧電界センサの場合について縦
型の場合と同じ解析と実験を行ったところ横型では第6
図の実線と破線ヤ示すように振動モ゛−ドは厚みすべり
振動であり、この時の基本モードでの共振周波数fOは で表わされ、そしてここでqはこの方位に特有の圧電ス
テイクネスであるが、測定結果よりBSOの場合C44
とほとんど一致することが判った。
型の場合と同じ解析と実験を行ったところ横型では第6
図の実線と破線ヤ示すように振動モ゛−ドは厚みすべり
振動であり、この時の基本モードでの共振周波数fOは で表わされ、そしてここでqはこの方位に特有の圧電ス
テイクネスであるが、測定結果よりBSOの場合C44
とほとんど一致することが判った。
すなわち直径1.5〜2In11Lの光束を損失無く透
過させるために1=21111!Lとしたときfo=4
00団2であった。この場合もfo t IMHz以上
にするためにはlをさらに小さくする必要があり、望ま
しくは0.8B以下にする必要がある。すると縦型の場
合と同じ問題が生じることとなる。
過させるために1=21111!Lとしたときfo=4
00団2であった。この場合もfo t IMHz以上
にするためにはlをさらに小さくする必要があり、望ま
しくは0.8B以下にする必要がある。すると縦型の場
合と同じ問題が生じることとなる。
一〇−
かかる欠陥を改善するべ〈発明者は第7図に示すように
1を極端に小さくして積層するBSO素子lOを発明し
た。この場合相隣接したBSO板の電極が麹触するため
電圧の極性は(+−) (−+)(十−)・・・・・・
・・(+−) (−+)というように接触した電極を同
じ極性にする必要がある。
1を極端に小さくして積層するBSO素子lOを発明し
た。この場合相隣接したBSO板の電極が麹触するため
電圧の極性は(+−) (−+)(十−)・・・・・・
・・(+−) (−+)というように接触した電極を同
じ極性にする必要がある。
実施例として、1 = 0.6M、W=7M、b =
10amのBSO板の(110)面にAu電極を形成し
たものを9枚積層して foを測定したところf o
= L、S MHzで縦型と同様の良好な結果を得るこ
とができた。
10amのBSO板の(110)面にAu電極を形成し
たものを9枚積層して foを測定したところf o
= L、S MHzで縦型と同様の良好な結果を得るこ
とができた。
以上の結果は電圧、電界いずれの場合にも確認された。
またBGOを用いた場合にも全(同様の結果を得た。
以上のように本発明によれば、特定の辺の長さのみを短
かくした結晶板を光の進行方向と直角の方向に積層する
ことにより共振周波数を高めて光応用電圧電界センサの
測定周波数範囲を広げることが可能となる。
かくした結晶板を光の進行方向と直角の方向に積層する
ことにより共振周波数を高めて光応用電圧電界センサの
測定周波数範囲を広げることが可能となる。
第1図は縦型光応用電圧電界センサの基本的な10−
構成を示す図、
第2図は横型光応用電圧電界センサのBSO素子部分を
示す図、 第3図は第1図のセンサの変調感度の従来の周波数特性
を示す図、 第4図(イ)は縦型BSO素子の形状と方位との関係を
示す図、(ロ)は面すべり振動を示す図、゛第5図は本
発明による縦型光応用電圧電界センサのBSO素子もし
くはBGO素子基本的な構成を示す図、 第6図は横型BSO素子もしくはBGO素子の形状と方
位とその厚みすべり振動を示す図、第7図は本発明によ
る横型光応用電圧電界センサのBSO素子もしくはBG
O素子の基本的な構成を示す図である。 1 :光7アイバ 2:ロツドレンズ8:偏光子
4:V4波長板 5:BSO素子あるいはBGO素子 6:検光子 7:入力電圧源 8:横型BSO素子もし5くけBGO素子9:積層され
た縦型BSO素子もしくはBGO素子 lO:積層された横型BSO素子もしくはBGO素子 alblc :ビーク値 IXWXb :素子の長さX幅X厚さ )1図 カ20 卑3図 卑5図 卑6図 卑7図 0 (
示す図、 第3図は第1図のセンサの変調感度の従来の周波数特性
を示す図、 第4図(イ)は縦型BSO素子の形状と方位との関係を
示す図、(ロ)は面すべり振動を示す図、゛第5図は本
発明による縦型光応用電圧電界センサのBSO素子もし
くはBGO素子基本的な構成を示す図、 第6図は横型BSO素子もしくはBGO素子の形状と方
位とその厚みすべり振動を示す図、第7図は本発明によ
る横型光応用電圧電界センサのBSO素子もしくはBG
O素子の基本的な構成を示す図である。 1 :光7アイバ 2:ロツドレンズ8:偏光子
4:V4波長板 5:BSO素子あるいはBGO素子 6:検光子 7:入力電圧源 8:横型BSO素子もし5くけBGO素子9:積層され
た縦型BSO素子もしくはBGO素子 lO:積層された横型BSO素子もしくはBGO素子 alblc :ビーク値 IXWXb :素子の長さX幅X厚さ )1図 カ20 卑3図 卑5図 卑6図 卑7図 0 (
Claims (2)
- (1)ビスマスシリコンオキサイド(BilsSiOi
lo)あるいはビスマスゲルマニウムオキサイド(Bi
12Ge(転)単結晶に印加される電圧もしくは電界を
検出する光応用電圧電界センサにおいて、光の進行方向
に直交する方向に結晶板を積層して成ることを特徴とす
′る光応用電圧電界センサ - (2)積層方向の結晶板の厚みが0.8駄以下であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光応用電圧
電界センサ
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56118257A JPS5832171A (ja) | 1981-07-27 | 1981-07-27 | 光応用電圧電界センサ |
US06/397,009 US4595876A (en) | 1981-07-27 | 1982-07-12 | Optical voltage and electric field sensor |
EP82106372A EP0071106B1 (en) | 1981-07-27 | 1982-07-15 | Optical voltage and electric field sensor |
DE8282106372T DE3275128D1 (en) | 1981-07-27 | 1982-07-15 | Optical voltage and electric field sensor |
CA000407984A CA1212148A (en) | 1981-07-27 | 1982-07-23 | Optical voltage and electric field sensor |
AU86448/82A AU556145B2 (en) | 1981-07-27 | 1982-07-27 | Optical voltage and electric field sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP56118257A JPS5832171A (ja) | 1981-07-27 | 1981-07-27 | 光応用電圧電界センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5832171A true JPS5832171A (ja) | 1983-02-25 |
JPH0210383B2 JPH0210383B2 (ja) | 1990-03-07 |
Family
ID=14732137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56118257A Granted JPS5832171A (ja) | 1981-07-27 | 1981-07-27 | 光応用電圧電界センサ |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4595876A (ja) |
EP (1) | EP0071106B1 (ja) |
JP (1) | JPS5832171A (ja) |
AU (1) | AU556145B2 (ja) |
CA (1) | CA1212148A (ja) |
DE (1) | DE3275128D1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62121739A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Keinosuke Isono | 導電性樹脂成形物及びその製造方法 |
US4791144A (en) * | 1986-06-12 | 1988-12-13 | Tokuyama Soda Kabushiki Kaisha | Microporous film and process for production thereof |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4926043A (en) * | 1987-03-31 | 1990-05-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus and method for optical measuring and imaging of electrical potentials |
JPH0830720B2 (ja) * | 1987-06-30 | 1996-03-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電圧検出装置 |
EP0316635B1 (de) * | 1987-11-13 | 1994-09-21 | ABB Management AG | Faseroptischer Spannungssensor |
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