JPS59147274A - 光方式電界測定装置 - Google Patents
光方式電界測定装置Info
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- JPS59147274A JPS59147274A JP58019822A JP1982283A JPS59147274A JP S59147274 A JPS59147274 A JP S59147274A JP 58019822 A JP58019822 A JP 58019822A JP 1982283 A JP1982283 A JP 1982283A JP S59147274 A JPS59147274 A JP S59147274A
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- G—PHYSICS
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- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
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-
- G—PHYSICS
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- 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
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は電気光学効果を利用した電界測定装置に係り、
特に電気光学効果用媒質としてＢｉ４ Ｇｅ３０１２
＋Ｂ１４Ｓｉ３０＋２． Ｂ１４（Ｇｅｔ ５ｊ）３０
１２などのユーリタイト（ｅｕｌｙｔｉｔｅ ）構造を
有する電気光学結晶を利用することにより温度特性を良
好にし測定感度を高くしたものである。
特に電気光学効果用媒質としてＢｉ４ Ｇｅ３０１２
＋Ｂ１４Ｓｉ３０＋２． Ｂ１４（Ｇｅｔ ５ｊ）３０
１２などのユーリタイト（ｅｕｌｙｔｉｔｅ ）構造を
有する電気光学結晶を利用することにより温度特性を良
好にし測定感度を高くしたものである。
電気光学効果（ポッケルス効果、 Ｐｏｃｋｅｌｓ ｅ
ｆｆｅｃｔ）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ＫＤＰ （ＫＨ２ＰＯ４） 、 ＡＤＰ （
ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４） 。
ｆｆｅｃｔ）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ＫＤＰ （ＫＨ２ＰＯ４） 、 ＡＤＰ （
ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４） 。
ＬｉＮｂＯ２、ＬｉＴａ０ａなどの電気光学結晶が採用
されているが、これらを用いたときは、測定装置の温度
特性が悪かった。最近、上記の電気光学結晶のかわリニ
、 Ｂ１１２ＳｉＯｚｏまたはＢ１１２ＧｅＯｚｏ単結
晶を使用すると温度特性が改善されることか指摘されて
いる（特開昭５６−１００３６４号公報）。しかしなが
ら、上記Ｂｉ１２ Ｓｉ ０２０またはＢｉ１２Ｇｅ○
２ｏ単結晶は、電気光学効果とともに、自然旋光能（直
線偏光が通過するとき偏光面を回転させる性質）を有し
ており、素子長さを長（すると電気光学効果と相殺する
ことになり、素子長さを長くしても大きな電気光学効果
を生じさせることができず、また、比誘電率も４０〜６
０程度と比較的大きいため、電界検出感度が小さく、特
に低電界での測定に支障をきたすという問題があり、さ
らに、比誘電率が大きいことは測定すべき電界分布を乱
すことになり、正しい電界分布の測定を難しくするとい
う問題があった。
されているが、これらを用いたときは、測定装置の温度
特性が悪かった。最近、上記の電気光学結晶のかわリニ
、 Ｂ１１２ＳｉＯｚｏまたはＢ１１２ＧｅＯｚｏ単結
晶を使用すると温度特性が改善されることか指摘されて
いる（特開昭５６−１００３６４号公報）。しかしなが
ら、上記Ｂｉ１２ Ｓｉ ０２０またはＢｉ１２Ｇｅ○
２ｏ単結晶は、電気光学効果とともに、自然旋光能（直
線偏光が通過するとき偏光面を回転させる性質）を有し
ており、素子長さを長（すると電気光学効果と相殺する
ことになり、素子長さを長くしても大きな電気光学効果
を生じさせることができず、また、比誘電率も４０〜６
０程度と比較的大きいため、電界検出感度が小さく、特
に低電界での測定に支障をきたすという問題があり、さ
らに、比誘電率が大きいことは測定すべき電界分布を乱
すことになり、正しい電界分布の測定を難しくするとい
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、測定電界を乱さない光方式電界測定装置
を提供することにある。
良好で、かつ、測定電界を乱さない光方式電界測定装置
を提供することにある。
本発明の特徴は、光方式の電界測定装置において、電気
光学効果用媒質として、 Ｂｚ４０１３３０１２ ＋Ｂ
１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂ１４（Ｇｅ、 ５ｉ）３０１
２などのユーリタイト構造を有する電気光学結晶を用い
ることにある。
光学効果用媒質として、 Ｂｚ４０１３３０１２ ＋Ｂ
１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂ１４（Ｇｅ、 ５ｉ）３０１
２などのユーリタイト構造を有する電気光学結晶を用い
ることにある。
従来用いられてきたＢ１１２Ｓｉ０２０ 、 Ｂｉ１２
ＧｅＯ２０は結晶構造が３２種類の結晶群中の魚群２３
に属し、ともに。
ＧｅＯ２０は結晶構造が３２種類の結晶群中の魚群２３
に属し、ともに。
、約１０ ｄｅｇ／ｍｍという大きな旋光能を有してい
る。これに対し２本願発明において採用しようとするＢ
１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２などのユー
リタイト構造を有する電気光学結晶は魚群４３ｍに属し
、旋光能を持たない。また、 Ｂ１１２Ｓｉ０２０ 、
Ｂ１１２Ｇｅ０２ｑの比誘電率はそれぞれ５６．４０
程度と大きいのに対し、 Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２のそれは
、約１６でありＢ１１２Ｓｉ０２０ 、 Ｂ１ｌ２Ｇｅ
０２０に比べ約■〜■と小さい。Ｂ１４Ｓｉ３０１２及
び他のユーリタイト構造を有する電気光学結晶の比誘電
率もＢｉ４ Ｇｅ３０１２と同程度と推定される。
る。これに対し２本願発明において採用しようとするＢ
１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２などのユー
リタイト構造を有する電気光学結晶は魚群４３ｍに属し
、旋光能を持たない。また、 Ｂ１１２Ｓｉ０２０ 、
Ｂ１１２Ｇｅ０２ｑの比誘電率はそれぞれ５６．４０
程度と大きいのに対し、 Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２のそれは
、約１６でありＢ１１２Ｓｉ０２０ 、 Ｂ１ｌ２Ｇｅ
０２０に比べ約■〜■と小さい。Ｂ１４Ｓｉ３０１２及
び他のユーリタイト構造を有する電気光学結晶の比誘電
率もＢｉ４ Ｇｅ３０１２と同程度と推定される。
第１表に、上記４種の単結晶の屈折率ｎＯ＋ポッケルス
定数ｒ４１．比誘電率ε、旋光能θの値を示す。第１表
は、浜崎他：電子通信学会通信学技報。
定数ｒ４１．比誘電率ε、旋光能θの値を示す。第１表
は、浜崎他：電子通信学会通信学技報。
０ＱＥ８０−４；久間他：電気学会「第２回センサの基
礎と応用」シンポジウム（１９８２，５，２７）講演予
稿ｐ １５ ； Ｒ，Ｅ、 Ａｄｒｉｃｈ ｅｔ ａｌ
： Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ４２ （１９７
１）ｐ ４９３ ； Ｄ、 Ｐ、 Ｂｏｒｔｆｅｌｄ
ｅｔ ａｔ ： Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ４３
（１９７２）ｐ ５１１０から転記または推定したも
のである。
礎と応用」シンポジウム（１９８２，５，２７）講演予
稿ｐ １５ ； Ｒ，Ｅ、 Ａｄｒｉｃｈ ｅｔ ａｌ
： Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ４２ （１９７
１）ｐ ４９３ ； Ｄ、 Ｐ、 Ｂｏｒｔｆｅｌｄ
ｅｔ ａｔ ： Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ４３
（１９７２）ｐ ５１１０から転記または推定したも
のである。
具体的な実施例の説明に入る前に、まず基本となる関係
式について述べる。電界センサ素子の電界検出感度を比
較する手段として、センサ素子の大きさに比べて十分距
離が離れた電極板間に電界センサが挿入された時のセン
サの信号出力対無信号出力の比を変調率と定義する。
式について述べる。電界センサ素子の電界検出感度を比
較する手段として、センサ素子の大きさに比べて十分距
離が離れた電極板間に電界センサが挿入された時のセン
サの信号出力対無信号出力の比を変調率と定義する。
まず、光の伝搬方向と電界の印加方向が同一である縦型
変調方式の電界センサを取上げる。第１図に、電界方向
をＥで表わし、その基本構成を示す。１は偏光子、２は
Ｔ波長板、３は電界検出素子、４は検光子である。光の
伝搬方向（即ち電界の印加方向）での素子の長さをｔ、
外部電界の大きさをＥｏ、（ｉ用する光の自由空間での
波長をλとするとき、素子にかかる電圧Ｖは、近似的に
Ｖ＝ −ＥＯ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１
）ε と表わされ、素子を通過する光の位相がπ変化するのに
要する電圧（半波長電圧）■やはである。ε＋ ｎＯ＋
ｒ４１はそれぞれ、素子の比誘電率、屈折率、ポッケ
ルス定数である。第１図において。
変調方式の電界センサを取上げる。第１図に、電界方向
をＥで表わし、その基本構成を示す。１は偏光子、２は
Ｔ波長板、３は電界検出素子、４は検光子である。光の
伝搬方向（即ち電界の印加方向）での素子の長さをｔ、
外部電界の大きさをＥｏ、（ｉ用する光の自由空間での
波長をλとするとき、素子にかかる電圧Ｖは、近似的に
Ｖ＝ −ＥＯ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１
）ε と表わされ、素子を通過する光の位相がπ変化するのに
要する電圧（半波長電圧）■やはである。ε＋ ｎＯ＋
ｒ４１はそれぞれ、素子の比誘電率、屈折率、ポッケ
ルス定数である。第１図において。
偏光子１及び１波長板２により円偏光を作り、これを電
界検出素子３に入射する。電界検出素子３の結晶方位と
検光子４の偏光方向を最適化すると出力１．は入力光■
１に対し と表わされる。
界検出素子３に入射する。電界検出素子３の結晶方位と
検光子４の偏光方向を最適化すると出力１．は入力光■
１に対し と表わされる。
ここで、変調率ｍは、前述のように、Ｉｏの無信号出力
（Ｉｏ）ｏと信号出力（Ｉｏ）ｓの比で定義されている
ので と表わされる。
（Ｉｏ）ｏと信号出力（Ｉｏ）ｓの比で定義されている
ので と表わされる。
次に、光の伝搬方向と電界の印加方向とが垂直な横型変
調方式について述べる。第２図に、第１図と同様に、電
界印加方向をＥて表わし、その基本構成図を示す。第２
図で、素子の電界印加方向での長さをｄ、外部電界の大
きさをＥＯとすると。
調方式について述べる。第２図に、第１図と同様に、電
界印加方向をＥて表わし、その基本構成図を示す。第２
図で、素子の電界印加方向での長さをｄ、外部電界の大
きさをＥＯとすると。
素子にかかる電圧Ｖは、近似的に
と表わされる。横型変調方式の場合の半波長電圧Ｖ、は
である。
横型変調方式においても、最適条件下では縦型変調方式
におけると同様に、 （３＋、 ＋４１式か成り立つ。
におけると同様に、 （３＋、 ＋４１式か成り立つ。
＋６１． ＋７１． ＋３１． ＋４ｉ式を用いて変調
率ｍを算出するととなり、（５）式と一致する。これは
（Ｖ／Ｖ□）が横型。
率ｍを算出するととなり、（５）式と一致する。これは
（Ｖ／Ｖ□）が横型。
縦型方式とも同一となるためである。
ここで、（４）式における（πＶ／Ｖ、）と（２θｔ）
の具体値の比較を行う。Ｂｉ４ Ｇｅ３０１２などの非
旋光性の結晶では（２θｔ）は零であり、（４）式では
（πＶ／Ｖ、Ｉ）の項のみとなる。このときｍは変調方
式によらず：２πｎＯ”ｒ４１ ｌ ｍ＝５ｌｎ（−ｒ−・７・Ｅｏ） −−１９１となる。
の具体値の比較を行う。Ｂｉ４ Ｇｅ３０１２などの非
旋光性の結晶では（２θｔ）は零であり、（４）式では
（πＶ／Ｖ、Ｉ）の項のみとなる。このときｍは変調方
式によらず：２πｎＯ”ｒ４１ ｌ ｍ＝５ｌｎ（−ｒ−・７・Ｅｏ） −−１９１となる。
一方、 Ｂ１１２Ｓｉ０２０ 、 Ｂｉ１２ＧｅＯ２０
では、旋光能２θｔは約（２０Ｘｔ）ｄｅｇ、即ち（０
，３５Ｘ ｔ ） ｒａｄである。通常の電界測定ては
ＥＯ≦ｌ Ｑ ｋＶ／ｍｍである。Ｅｏ ＝ 、１０
ｋＶ／ｍｍての（４Ｖ／Ｖ、）をＢｉ１２ＳｉＯ２０て
試算すると約（０，０８６Ｘ ｌ ） ｒａｄとなり、
（ｆｆＶ／Ｖ、）２ト（２θｔ）２ノ比ハロ ： １
００程度となり、最大測定電界でも（πＶ／Ｖ、）２（
（２θｔ）２と考えられる。Ｂｉ１２ＧｅＯ２０の場合
。
では、旋光能２θｔは約（２０Ｘｔ）ｄｅｇ、即ち（０
，３５Ｘ ｔ ） ｒａｄである。通常の電界測定ては
ＥＯ≦ｌ Ｑ ｋＶ／ｍｍである。Ｅｏ ＝ 、１０
ｋＶ／ｍｍての（４Ｖ／Ｖ、）をＢｉ１２ＳｉＯ２０て
試算すると約（０，０８６Ｘ ｌ ） ｒａｄとなり、
（ｆｆＶ／Ｖ、）２ト（２θｔ）２ノ比ハロ ： １
００程度となり、最大測定電界でも（πＶ／Ｖ、）２（
（２θｔ）２と考えられる。Ｂｉ１２ＧｅＯ２０の場合
。
（πＶ／Ｖ、） ハＢ月２８ｉ０２０に比べより小さく
なるので近似の程度はさらに良好となる。即ち＋ Ｂ１
１２８１０２０ ｒＢｉ１２Ｇｅ０２ｏを用いて通常の
１ＱｋＶ／’ｍｍ以下の電界測定を行う場合（７Ｉ’Ｖ
／Ｖ、）２（（２θＺ）２であり、（４）式のｇは ｇ≠２θＬ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・００）と近似
して大過ない。このときｍは（１０）式と（８）式から
変調方式によらず １Ｔｌ−２πｎ♂ｒ４１ 、 ｔ ＊ＥＯ＋＋ ｓｉｎ
（２θｔ）０００１１．（１１）λ ε ２θ
ｔ となる。
なるので近似の程度はさらに良好となる。即ち＋ Ｂ１
１２８１０２０ ｒＢｉ１２Ｇｅ０２ｏを用いて通常の
１ＱｋＶ／’ｍｍ以下の電界測定を行う場合（７Ｉ’Ｖ
／Ｖ、）２（（２θＺ）２であり、（４）式のｇは ｇ≠２θＬ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・００）と近似
して大過ない。このときｍは（１０）式と（８）式から
変調方式によらず １Ｔｌ−２πｎ♂ｒ４１ 、 ｔ ＊ＥＯ＋＋ ｓｉｎ
（２θｔ）０００１１．（１１）λ ε ２θ
ｔ となる。
（９）式と（１１）式を用いて、 Ｂ１４Ｇｅ３０＋２
とＢ１１２Ｓｉ０２０ 。
とＢ１１２Ｓｉ０２０ 。
Ｂ１１２ＧｅＯ２ｏの変調率ｍの比較を行う。ｍの具体
値を算出するためＥ−１００Ｖ／ｍｍ 、λ−０，８５
μｍを仮定し。
値を算出するためＥ−１００Ｖ／ｍｍ 、λ−０，８５
μｍを仮定し。
第１表の各数値を使用して試算した。第３図に計算結果
を示す。第３図で明らかなように、 Ｂ１１２ＳｉＯ２
ｏ ＋Ｂ１１２ＧｅＯ２ｏは旋光性のために素子の長さ
んを大きくしてもｍに制限があるのに対し、 Ｂ１４Ｇ
ｅ３０＋２は非旋光性であるため、ｔを太き（すること
により７ｍをより大きくすることができる。
を示す。第３図で明らかなように、 Ｂ１１２ＳｉＯ２
ｏ ＋Ｂ１１２ＧｅＯ２ｏは旋光性のために素子の長さ
んを大きくしてもｍに制限があるのに対し、 Ｂ１４Ｇ
ｅ３０＋２は非旋光性であるため、ｔを太き（すること
により７ｍをより大きくすることができる。
第３図における。 Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２の特性線とＢｉ
１２５ｉ０２０及びＢ１１２ＧｅＯｚｏの特性線の交点
の素子の長さｔ、即ち（９）式−（１１）式とする素子
の長さｔ、を求めるとｔ＝５．３４ ｍｍ及び５．４０
ｍｍとなる。つまり、（９）式＝ＣＩＩ）式の条件か
ら決まる素子の長さ４以上の長さをもつＢｉ４Ｇｅ３Ｏ
１２素子を用いると、変調方式によらず。
１２５ｉ０２０及びＢ１１２ＧｅＯｚｏの特性線の交点
の素子の長さｔ、即ち（９）式−（１１）式とする素子
の長さｔ、を求めるとｔ＝５．３４ ｍｍ及び５．４０
ｍｍとなる。つまり、（９）式＝ＣＩＩ）式の条件か
ら決まる素子の長さ４以上の長さをもつＢｉ４Ｇｅ３Ｏ
１２素子を用いると、変調方式によらず。
Ｂ１１２Ｓｉ０２０ 、 Ｂｉ１２ＧｅＯ２０より大き
な変調率が得られる。
な変調率が得られる。
この関係を本発明の第１の実施態様項とする。
Ｅ” １００ Ｖ／ｍｍ 、λ＝０．８５ ｐｍの場合
は第３図からｔ＝５．４０ ｍｍ以上とすれはよい。
は第３図からｔ＝５．４０ ｍｍ以上とすれはよい。
以上ては、ユーリタイト構造をもつ電気光学結晶の代表
例としてＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２を採り上げて説明したか、
他のＢ１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂ１４（Ｇｅ、 ５ｉ）
３０１２などの結晶でも、同様に、非旋光性の有用性を
示し得ることは明らかである。
例としてＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２を採り上げて説明したか、
他のＢ１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂ１４（Ｇｅ、 ５ｉ）
３０１２などの結晶でも、同様に、非旋光性の有用性を
示し得ることは明らかである。
さて５以上では、１個の非旋光性の素子で、その光の伝
搬方向の長さを十分大きく選定することにより電界検出
感度を太き（することを述べたが。
搬方向の長さを十分大きく選定することにより電界検出
感度を太き（することを述べたが。
素子として、複数個の素子を用意し、これを光の伝搬方
向に縦に配置することによっても上記と全く同様の効果
を得ることができる。このように複数個の素子を採用す
ると、素子表面での反射損が増加する欠点が発生するか
、これは無反射防止処置によって対策でき、むしろ、小
さな素子で構成されるため、素子サイズで規定される圧
電ダンピング周波数が上昇し、検出可能な電界の周波数
が広（なるという利点が生ずる。このように、複数個の
素子を光の伝搬方向の縦続し、その全光路長を、上記の
ように（９）式−（１１）式の条件から決まるｔの値以
上となるようにする構成を本発明の第２の実施態様とす
る。
向に縦に配置することによっても上記と全く同様の効果
を得ることができる。このように複数個の素子を採用す
ると、素子表面での反射損が増加する欠点が発生するか
、これは無反射防止処置によって対策でき、むしろ、小
さな素子で構成されるため、素子サイズで規定される圧
電ダンピング周波数が上昇し、検出可能な電界の周波数
が広（なるという利点が生ずる。このように、複数個の
素子を光の伝搬方向の縦続し、その全光路長を、上記の
ように（９）式−（１１）式の条件から決まるｔの値以
上となるようにする構成を本発明の第２の実施態様とす
る。
次に、素子の静電容量について述べる。素子の光の伝搬
方向に垂直な断面の表面積を仮に、５×５ｍｍ”程度と
仮定し、電界方向での素子の長さｔを変えたときの素子
の静電容量Ｃの試算結果を縦型変調方式、横型変調方式
のそれぞれについて、第４図（縦型）及び第５図（横型
）に示す。第４図。
方向に垂直な断面の表面積を仮に、５×５ｍｍ”程度と
仮定し、電界方向での素子の長さｔを変えたときの素子
の静電容量Ｃの試算結果を縦型変調方式、横型変調方式
のそれぞれについて、第４図（縦型）及び第５図（横型
）に示す。第４図。
第５図より明らかなように、 Ｂ１４ＧｅａＯ＋２は比
誘電率か１６と小さいため、静電容量ＣがＢ１１２Ｓｉ
Ｏ２ｏ ＋Ｂｉｊ２ＧｅＯ２ｏに比べて小さく、静電容
量１． ｐＦ以下の素子の実現も可能である。特に縦型
方式では、素子の長さを長くとることにより静電容量も
小さくなり有利となる。一方、横型方式では、静電容量
は素子の長さに応じて大きくなるため不利であるが。
誘電率か１６と小さいため、静電容量ＣがＢ１１２Ｓｉ
Ｏ２ｏ ＋Ｂｉｊ２ＧｅＯ２ｏに比べて小さく、静電容
量１． ｐＦ以下の素子の実現も可能である。特に縦型
方式では、素子の長さを長くとることにより静電容量も
小さくなり有利となる。一方、横型方式では、静電容量
は素子の長さに応じて大きくなるため不利であるが。
次のようにしてこの短所を避けることができる。
即ち、素子の長さを小さく抑え、素子内で光を多重反射
させる構成とすることにより、実効的な光路長を大きく
することである。このようにしても、（６）式、（７）
式、（８）式において、ｔを実効的な光路長とし、静電
容量を大きくせず、有効な電界測定を実施可能である。
させる構成とすることにより、実効的な光路長を大きく
することである。このようにしても、（６）式、（７）
式、（８）式において、ｔを実効的な光路長とし、静電
容量を大きくせず、有効な電界測定を実施可能である。
また、上記のように（９）式−（１１）式の条件から決
まるｔの値以上の光路長になるように」−記の、素子内
で光を多重反射させる構成を本発明の第３の実施態様と
する。
まるｔの値以上の光路長になるように」−記の、素子内
で光を多重反射させる構成を本発明の第３の実施態様と
する。
以」−では静電容量でのＢ１４Ｃ；ｅ３０１２の有用性
を。
を。
Ｂ１１２Ｓｉ０２０． Ｂｉ１２ＧｅＯ２０に比較して
述またが、 Ｂ１４ＳｉａＯ＋ｚ ＋Ｂｉ、１（Ｇｅ、
５ｉ）３０１２なと他のユーリタイト構造の電気光学
結晶についても、それらの特性値を仮定し。
述またが、 Ｂ１４ＳｉａＯ＋ｚ ＋Ｂｉ、１（Ｇｅ、
５ｉ）３０１２なと他のユーリタイト構造の電気光学
結晶についても、それらの特性値を仮定し。
Ｌを十分大きくすることにより、同様にその有用性を示
すことかできることは自明である。
すことかできることは自明である。
温度特性に関しては、ここで採り上げている結晶、 Ｂ
１４Ｇｅ３０１２ 、 Ｂ１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂｉ
１２ＧｅＯ２０、Ｂ１１２Ｓｉ０２ｏなとは魚群の違い
があるものの全て等軸晶系に属し。
１４Ｇｅ３０１２ 、 Ｂ１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂｉ
１２ＧｅＯ２０、Ｂ１１２Ｓｉ０２ｏなとは魚群の違い
があるものの全て等軸晶系に属し。
自然複屈折を有さないことから、同程度に良好であるこ
とが予想され、 ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ２，ＫＤＰ
。
とが予想され、 ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ２，ＫＤＰ
。
Ａ’ＤＰ等の自然複屈折を有する他の結晶に比べ優れて
いるものと考えられる。
いるものと考えられる。
以下２本発明のさらに具体的な実施例を述べる。
実施例１
第６図は本発明の光方式電界測定装置の構成図である。
光源５としては、出ノＪ６０ｍＷ、波長０８μｍの発光
タイオードを用い、クラッド外径かＱ、５ ｍｍの石英
光ファイバ６−１に入射し、レンズ７−１ を介して検
出部Ａに導く。電界検出部Ａは、偏光子１．７波長板２
．電界検出素子３及び検光子（偏光ヒームスプリッタ）
４０より成りガラスセラミック製容器に収納している。
タイオードを用い、クラッド外径かＱ、５ ｍｍの石英
光ファイバ６−１に入射し、レンズ７−１ を介して検
出部Ａに導く。電界検出部Ａは、偏光子１．７波長板２
．電界検出素子３及び検光子（偏光ヒームスプリッタ）
４０より成りガラスセラミック製容器に収納している。
ここで、電界検出素子としてはＢ１４Ｇｅ３０＋２単結
晶の（１００）を３面とする。
晶の（１００）を３面とする。
３Ｘ３Ｘ５． ３Ｘ３ＸＩ０． ３Ｘ３Ｘ１５ （単位
は全てｍｍ ）の３組の直方状素子のいずれかを用いた
。電界印加方向と光の伝搬方向を素子の長手方向にとっ
ている。検光子４０からは、２つの直線偏光成分を取り
出し、それぞれ、レンズ７−２ 、 ７−３に導き。
は全てｍｍ ）の３組の直方状素子のいずれかを用いた
。電界印加方向と光の伝搬方向を素子の長手方向にとっ
ている。検光子４０からは、２つの直線偏光成分を取り
出し、それぞれ、レンズ７−２ 、 ７−３に導き。
石英光ファイバ６−２ 、 ６−３を経て、 ＰＩＮフ
ォトタイオード８−２．８−３て電気信号ＰＩ 、 ｐ
、、に変換する。その後、電気的な演算回路で ５−Ｐ） Ｐ２ ＰＩ＋Ｐ２ なる演算を行う。このＳと前述の変調率ｍは比例関係に
ある。この演算処理により、伝送路の損失。
ォトタイオード８−２．８−３て電気信号ＰＩ 、 ｐ
、、に変換する。その後、電気的な演算回路で ５−Ｐ） Ｐ２ ＰＩ＋Ｐ２ なる演算を行う。このＳと前述の変調率ｍは比例関係に
ある。この演算処理により、伝送路の損失。
振動に影響をはとんと受けない安定な測定が可能である
。印加電界は、直径５０ ｃｍ 、間隔２０ ｃｍの平
行平板電極を用いて、交流５Ｑ Ｈｚ 、最大４０ ｋ
Ｖを用いた。
。印加電界は、直径５０ ｃｍ 、間隔２０ ｃｍの平
行平板電極を用いて、交流５Ｑ Ｈｚ 、最大４０ ｋ
Ｖを用いた。
第７図に、 ７＝ｌＱｍｍとしたときの印加電界と出力
Ｓならびに印加電界と出力信号ＰＪ側で測定した変調率
ｍの測定結果を示す。また、第８図に素子長さを５＋
１０．１５ｍｍの３種類に変えて用いたときの出力Ｓの
相対変化を示す。
Ｓならびに印加電界と出力信号ＰＪ側で測定した変調率
ｍの測定結果を示す。また、第８図に素子長さを５＋
１０．１５ｍｍの３種類に変えて用いたときの出力Ｓの
相対変化を示す。
第７図は、予想とおり印加電界に対し大きな信号が、直
線性良く得られていることを示している。
線性良く得られていることを示している。
また、第８図は、素子の長さに比例して、電界検出感度
を大きくできることを示している。
を大きくできることを示している。
さらニ、 Ｌ＝ １０ ｍｍとし、一定電界（１００
Ｖ／ｍｍ ）を印加しながら、電界センサの温度を２０
〜７０℃の範囲で変化させたときの出力の安定性を調べ
た実験結果を第９図に示す。第９図より温度安定性も良
好なことがわかる。
Ｖ／ｍｍ ）を印加しながら、電界センサの温度を２０
〜７０℃の範囲で変化させたときの出力の安定性を調べ
た実験結果を第９図に示す。第９図より温度安定性も良
好なことがわかる。
実施例２
実施例１て用いた３、ｘ３ｘ１５（単位ｍｍ）の素子を
。
。
３Ｘ３Ｘ５ （単位ｍｍ ）の３つの素子に分割し、そ
の光の通過面を研磨した後、光路方向に並べ１分割前と
ほぼ同一の光路長として、実施例１と同様。
の光の通過面を研磨した後、光路方向に並べ１分割前と
ほぼ同一の光路長として、実施例１と同様。
変調率の測定を行った。その結果９分割前と分割後でほ
ぼ同一の変調率が得えられた。また２分割前後の、素子
の長さに依存する圧電振動の周波数を変調率の周波数依
存性を測定することにより。
ぼ同一の変調率が得えられた。また２分割前後の、素子
の長さに依存する圧電振動の周波数を変調率の周波数依
存性を測定することにより。
調べたところ２分割前は、約１３０ ｋＨｚであったも
のか２分割後は約４ＱＱ ｋＨｚと上昇したことか確め
られた。
のか２分割後は約４ＱＱ ｋＨｚと上昇したことか確め
られた。
実施例３
電気光学結晶としてＢ１４Ｓｉ３０］２単結晶［（１１
，０）Ｘ（１１０） Ｘ （００１） ； ４ｍｍ
Ｘ４ｍｍ ｘ ４ｍｍ〕を用いて。
，０）Ｘ（１１０） Ｘ （００１） ； ４ｍｍ
Ｘ４ｍｍ ｘ ４ｍｍ〕を用いて。
実施例１と同一構成の電界測定装置を作製した。
ただし、電界印加方向を（１１０）とし、光の伝搬方向
を［：１１０）方向よりわずかずつ傾けて、結晶中を多
重反射する回数を１回、２回、３回と変えて変調率の大
きさを調べた。その結果、取り出される光の絶対強度は
小さくなるものの、変調率の大きさは往復回数に比例し
て大きくなることがわかった。また、変調率の絶対値は
、 １００ Ｖ／ｍｍの電界印加で、光を結晶中で２
往復させた後取り出した際、約０５％と実施例１と同程
度の結果か得られた。
を［：１１０）方向よりわずかずつ傾けて、結晶中を多
重反射する回数を１回、２回、３回と変えて変調率の大
きさを調べた。その結果、取り出される光の絶対強度は
小さくなるものの、変調率の大きさは往復回数に比例し
て大きくなることがわかった。また、変調率の絶対値は
、 １００ Ｖ／ｍｍの電界印加で、光を結晶中で２
往復させた後取り出した際、約０５％と実施例１と同程
度の結果か得られた。
実施例４
電気光学結晶として、Ｓｌを５％置換したＢｉ、ＩＣＧ
ｅ 、 Ｓｉ ）３０１２単結晶を作成し、実施例２と
同様の実験を行った。その結果、 Ｂｉ４ Ｓｉ３０１
２と同等以上の結果か得られた。
ｅ 、 Ｓｉ ）３０１２単結晶を作成し、実施例２と
同様の実験を行った。その結果、 Ｂｉ４ Ｓｉ３０１
２と同等以上の結果か得られた。
以上のように８不発明によれは、測定感度が大きく、温
度特性も良好で、かつ測定電界を乱さない光方式電界測
定装置を提供できる効果がある。
度特性も良好で、かつ測定電界を乱さない光方式電界測
定装置を提供できる効果がある。
第１図、第２図はそれぞれ縦型変調方式、横型変調方式
の電界測定装置の基本構成図、第３図は光方式電界測定
装置における素子長さと変調率の関係を説明する図、第
４図、第５図はそれぞれ縦型変調方式、横型変調方式に
おける素子長さと静電容量の関係を説明する図、第６図
は本発明の一実施例装置の構成図、第７図、第８図はそ
れそイ１第６図実施例の出力特性を示す図、第９図は第
６図実施例装置の温度特性を示す図である。 １・・・偏光子 ２・・十波長板３・・・電
界検出素子 ４，４０・検光子５・・・光源 ６−１．６−２．６−３・・・石英光ファイバ７−１
、７−２．７−３・・レンズ ８−２．８−３・・・ＰＩＮフォトタイオード代理人弁
理士 中村純之助 才１ 図 ？２図 １２′３ 図 素子の渠ごノ（惰ｍ１ １−４ 図 １７′５図 １６図 オフ図
の電界測定装置の基本構成図、第３図は光方式電界測定
装置における素子長さと変調率の関係を説明する図、第
４図、第５図はそれぞれ縦型変調方式、横型変調方式に
おける素子長さと静電容量の関係を説明する図、第６図
は本発明の一実施例装置の構成図、第７図、第８図はそ
れそイ１第６図実施例の出力特性を示す図、第９図は第
６図実施例装置の温度特性を示す図である。 １・・・偏光子 ２・・十波長板３・・・電
界検出素子 ４，４０・検光子５・・・光源 ６−１．６−２．６−３・・・石英光ファイバ７−１
、７−２．７−３・・レンズ ８−２．８−３・・・ＰＩＮフォトタイオード代理人弁
理士 中村純之助 才１ 図 ？２図 １２′３ 図 素子の渠ごノ（惰ｍ１ １−４ 図 １７′５図 １６図 オフ図
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、
」二記光源と検出部及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。 ユーリタイト構造を有する電気光学結晶を用いることを
特徴とする光方式電界測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において。 前記電気光学結晶はその光の伝搬方向における長さを、
ユーリタイト構造を有する電気光学結晶での素子長さＬ
における変調率と魚群２３に属する構造を有する電気光
学結晶での素子長さＬにおける変調率とが等しくなる条
件から決まる素子長さ４以上とすることを特徴とする光
方式電界測定装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の装置において。 前記電気光学結晶として、ユーリタイト構造を有する電
気光学結晶を複数個用い、それらを光の伝搬方向に沿っ
て並べ、その全光路長を、ユーリタイト構造を有する電
気光学結晶での素子の長さｔにおける変調率と魚群２３
に属する構造を有する電気光学結晶での素子長さｔにお
ける変調率とか等しくなる条件から決まる素子長さ４以
上とすることを特徴とする光方式電界測定装置。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の装置において。 光か電気光学結晶中を少なくとも１回以」二往復し。 結晶中の実質光路長か、ユーリクイト構造を有する電気
光学結晶での素子長さｔにおける変調率と魚群２３に属
する構造を有する電気光学結晶での素子長さＬにおける
変調率とが等しくなる条件から決まる素子長さ６以上で
あることを特徴とする光方式電界測定装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載の装置において。 前記電気光学結晶の光の伝搬方向における長さを５．４
ｍｍ以上とすることを特徴とする光方式電界測定装置
。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の装置において。 前記電気光学結晶として、複数個の電気光学結晶を用い
、それらを光の伝搬方向に沿って並べ、その全光路長を
５．４ ｍｍ以上とすることを特徴とする光方式電界測
定装置。 ７、特許請求の範囲第１項記載の装置において゛。 光が電気光学結晶中を少なくとも１回以上往復し。 結晶中の実質光路長が！５．４ ｍｍ以上であることを
特徴とする光方式電界測定装置。 ８、特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかの項に
記載の装置において、前記ユーリタイト構造を有する電
気光学結晶が、 Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２。 Ｂ１４Ｓｉ３０１２ 、 Ｂ１４（Ｇｅ、 ５ｉ）３Ｃ
）１２のうちのいずれか一つであることを特徴とする光
方式電界測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58019822A JPS59147274A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | 光方式電界測定装置 |
| US06/575,783 US4631402A (en) | 1983-02-10 | 1984-02-01 | Optical electric-field measuring apparatus |
| GB08402975A GB2135050B (en) | 1983-02-10 | 1984-02-03 | Optical electric-field measuring apparatus |
| CA000446862A CA1211155A (en) | 1983-02-10 | 1984-02-06 | Optical electric-field measuring apparatus |
| DE19843404608 DE3404608A1 (de) | 1983-02-10 | 1984-02-09 | Vorrichtung zur optischen messung eines elektrischen feldes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58019822A JPS59147274A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | 光方式電界測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59147274A true JPS59147274A (ja) | 1984-08-23 |
| JPH0444701B2 JPH0444701B2 (ja) | 1992-07-22 |
Family
ID=12010002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58019822A Granted JPS59147274A (ja) | 1983-02-10 | 1983-02-10 | 光方式電界測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4631402A (ja) |
| JP (1) | JPS59147274A (ja) |
| CA (1) | CA1211155A (ja) |
| DE (1) | DE3404608A1 (ja) |
| GB (1) | GB2135050B (ja) |
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