JPS6296875A - 光磁力計 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、磁界により偏光面が回転する磁気光学効果
を有する物質を用いた光磁力計に関する。

〔従来の技術〕

従来、磁界を加えることによって偏光面が回転する磁気
光学効果と呼ばれる特性をもつ物質、例えば、鉛ガラス
等が知られている。

かかる特性をもつ物質は、偏光子と組み合わせて用い、
該物質への特定方向、例えば物質をｊ３遇する光の伝播
方向に磁界が印加されるように送電線の近傍に配置して
、該送電線の電流測定などに利用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような磁気光学効果物質と偏光子の組み
合わせ構成によって磁界の強度を検出することは可能で
あるが、かかる構成のみによっては、特定方向の磁界の
強度を検出できるだけであって、不特定方向の磁界強度
や磁界方向を検出することは不可能であった。更に、磁
気光学効果をもつ物質を単純な光伝搬路として偏光子と
組み合わせて用いるだけなので、微弱な磁界を検出する
ことは不可能であった。

本発明は、従来の磁気光学効果物質を用いた磁界測定手
段の上記問題点を解消するためになされたもので、微弱
な全方向の磁界の強度及びその方向を測定できるように
した小型で軽量の光（ｎ力計を提供することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、磁
気光学効果を有する物質に、該物質内を同−入力光が繰
り返し伝搬するように多数の再入射導光器を結合してな
る磁界検出素子を、３争互いに直交するように配置し、
所定の偏光面をもつ光を前記各磁界検出素子に入射させ
、該各磁界検出素子への印加磁界によって偏光面の回転
を生じた該磁界検出素子からの各出力光を検出するよう
にして光磁力計を構成するものである。

このように構成した光磁力計における、３組の磁界検出
素子の各出力光を検出することによって、全方向の磁界
強度とその方向を容易に検出でき、また磁気光学効果を
有する物質に、該物質内を同−入力光が操り返し伝搬す
るように多数の再入射導光器を結合して磁界検出素子を
構成しているため、検出感度を向上させ微弱な磁界の測
定を行うことができる。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。まず第１図に
基づいて本発明の詳細な説明する。今、磁気光学効果特
性をもつ物質からなる３組の磁界検出素子１，２．３を
互いに直交するように、すなわち図示のように、Ｘ−Ｙ
平面上に磁界検出素子１、Ｙ−Ｚ平面上に磁界検出素子
２、Ｚ−Ｘ平面上に磁界検出素子３をそれぞれ配置し、
これに磁界Ｈを印加した状態を考察する。

磁界Ｈの入射方向をＸ−Ｙ平面上でＸ軸となすす角をφ
とし、Ｘ−Ｙ平面となす角をθとすると、各磁界検出素
子１，２．３に印加される磁界のＸ軸成分は、ｃｏｓθ
・ｃｏｓφに、Ｘ軸成分はｃｏｓθ・ｓｉｎφに、Ｘ軸
成分はｓｉｎθにそれぞれ比例する。

磁界Ｈのｘ、ｙ、ｚ各軸成分Ｈ，、Ｈｙ、Ｈ，は、Ｈｏ
をその振幅とした時、第１図から次のように表される。

Ｈｘ＝Ｈｏ１ｃｏｓθ’ｃｏｓφ−や−φ・・１争（１
）Ｈ，＝Ｈ，・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ・・・・・・・・（
２）Ｈ露””Ｈｏ’Ｓｉｎθ・・・・・・・・・・・・
・・・（３１次に磁気光学効果をもつ物質に、該物質内
を同−入力光が繰り返し伝搬するように多数の再入射導
光器を結合して構成した磁界検出素子に入射された光の
出力光について説明する。第２図に示すように、磁気光
学効果物質にＮ個の再入射導光器７を結合してなる磁界
検出素子４の、光の伝搬方向に磁界Ｈ，がかかっている
とする。磁界検出素子４の入射側に、ある直線偏光成分
だけを透過させる偏光子５を配置し、そして、この偏光
子５を１３遇した出力光を送導光器６を介して、磁界検
出素子４に入射する。ここで磁界検出素子４には電界強
度り、の光の直線偏光成分だけが入射したとする。磁界
検出素子４の光の伝搬方向の長さをＲとし　磁界検出素
子４に繰り返し入射した光の偏光面が、磁界検出素子４
から出力する時にはδだけ回転すると１＋１ば、その回
転角δは次式で表される。

δ−Ｎ・■４・Ｈｌｌ・Ｒ・・・・・・・・＋４１ここ
で、Ｎは磁界検出素子４を構成する６ｎ気光学効果物質
内を、入力光を繰り返し伝搬させるために結合した再入
射導光器７の数であり、■、はベルデ定数で、物質の種
類によって異なった値をとるものである。

磁界検出素子４の出力側に受翼光器８を介して、電界強
度り、の入力光の直線偏光成分と同じ方向の直線偏光成
分だけを透過させる検光子９を配置すると、該検光子９
を透過した出力光の振幅Ｌ９は、Ｄを定数とすると、次
式のように表される。

Ｌ、＝Ｄ　−Ｌ、・ｃｏｓδ・・・・・・・・・・・・
・（５）その出力光を光検出器１０で検出し、その検出
電流を■とした場合、次式で表される。

１＝Ａ−Ｄ”　Ｌ、”ｃｏｓ”δ・・・・・・・（６１
但し、Ａは光電流変換係数。

すなわち、検出電流■は、光の電界強度り、の２乗に比
例し、磁界検出素子４の光の伝搬方向に印加される磁界
の強度の関数であるｃｏｓδにより定まるものであり、
このｃｏｓδは任意の方向の磁界が磁界検出素子４に印
加される場合は、その強度と方向により定まるものであ
るから、印加磁界の強度と方向の関数であることがわか
る。そして一般に磁界の方向は第１図に示すように、２
つの角度成分θ、φで示されるから、磁界が任意の方向
から印加される場合は、出力電流Ｉは結局３つの未知数
で表されることになる。

したがって、第２図に示した如き構成の磁界検出手段を
３組用い、それらの各磁界検知素子を、第１図に示す如
く配置すると、３つの光検出器からの出力電流により磁
界強度と磁界方向とを検出することが可能となる。また
、磁界検出素子を磁気光学効果物質に多数の再入射導光
器を結合して構成し、入力光が磁気光学効果物質内を繰
り返し伝搬するように形成しているので、微弱磁界の検
出も可能となる。

次に本発明の具体的実施例について説明する。

第３図は本発明に係る光磁力計の一実施例の概略図であ
る。図において、１１は光源で、該光源１１からの光は
分光器１２により等しく３つに分光されて、それぞれ偏
光子１３を介して送導光器１４に導かれる。

各送導光器１４の先端は、３個の磁界検出素子１５゜１
６、１７の入力端にそれぞれ接続されている。各磁界検
出素子１５．１６．１７は、磁気光学効果を有する物質
に多数の再入射導光器工８を、前記導光器１４から入射
された入射光が該物質内を伝搬したのち、該再入射導光
器１８を順次弁して前記物質内に繰り返し入射されるよ
うに、結合して構成されている。

そして、このように構成されている３個の磁界検出素子
１５．１６．１７は互いに直交するように、例えば、Ｘ
−Ｙ平面上、Ｙ−Ｚ平面上、及びＺ−Ｘ平面上にそれぞ
れ配置されている。各磁界検出素子１５、１６．１７の
出力端にはそれぞれ受環光器１９が配置されており、そ
れらの先端はそれぞれ検光子２０に接続されている。検
光子２０は、受環光器１９を介して伝搬された各磁界検
出素子１５．１６．１７からの出力光のある直線偏光成
分だけを、それぞれ光検出器２Ｌ、、２１．．２１−３
に入力させるものである。

２２は該光検出器２１−．．２１−ｔ、　２１．により
検出し変換された電気信号を受けて演算処理を行う演算
器である。

このように構成された光磁力計においては、光ａ１１か
らの光は分光器１２を通して分光され、それぞれ偏光子
１３と送導光器１４を介して各磁界検出素子１５．１６
．１７に入射される。各磁界検出素子１５゜１６、１７
に入射した光は、咳各磁界検出素子１５．１６゜１７に
印加された磁界により偏光面が回転し、検光子２０から
は偏光子１３の出力とは異にした出力光が出射される。

検光子２０からの出力光はそれぞれ光検出器２１−＝　
２１−ｚ、　２１−３で電気信号に変換され、次いで、
演算器２２で処理されて各磁界検出素子１５゜１６、１
７に印加されている磁界の強度とその方向が求められる
。

次に各光検出器２Ｌ、、２１．．２Ｌ３により得られる
検出電流ｒｌ＋　　Ｉｚ＋　　ｒ、から、磁界の強度と
方向が求められることについて説明をする。光の電界強
度を偏光子１３の出力端でＬ２、検光子２０の出力端で
り、とじ、各出力電流１１＋　　ｌｘ、＋ｉが磁界検出
素子１５．１６．１７を伝搬した光の各検光子２０にお
ける出力電界強度Ｌ９の２乗に比例するとすれば、（５
）、（６）式から次式が成立する。

１、＝Ａ　′Ｄ２°１−、２・ｃｏｓ　２δ、・・・・
・・（７）１、＝Ａ−Ｄ”・Ｌ、Ｚ・ｃｏｓ　”δア・
・・・・・（８）１　、＝　Ａ−Ｄ”−Ｌｐ２・ｃｏｓ
”δ、　、　、　、　、　、　、　（９１上記＋７１．
　＋８１．　＋９１式におけるδイ、δア、δ２は磁界
検出素子１５．１６．１７の偏光面回転角度で、第１図
、第２図の座標系と式（４）から次のように表される。

δ、＝Ｎ・■、・Ｈ８・Ｒ・・・・・・・・・・（１０
）δｙ　＝Ｎ　’　Ｖ　ａ・Ｈア・Ｒ・・・・・・・・
自（１１）δ−−Ｎ　’　Ｖ　ａ・Ｈ，−Ｒ・・・・自
・・・・（１２）（１０）、　（１１）、　（１２）弐
及び（１）、　（２）、　（３）弐を（７）。

（８）、　（９）式に代入すると次式が得られる。

Ｉ＋＝Ａ−Ｄｔ−Ｌｐ”　・ｃｏｓ”　（Ｎ　・Ｖａ　
・Ｈｙ＋　・Ｒ）−Ｂ　０ｃｏｓ”　（Ｃ３Ｈａ　８ｃ
ｏｓθ’　ｃｏｓφ）・・・・・・・・・・（１３） １！＝Ａ−Ｄ”　Ｌｐ”ｃｏｓ”　（Ｎ　・Ｖｄ−Ｈ，
−Ｒ）＝Ｂ　−ｃｏｓ”　（Ｃ−Ｈｏ・ｃｏｓθ・ｓｉ
ｎφ）・・・・・・・・・・（１４） Ｉｓ＝Ａ−Ｄ”　Ｌ、２・ｃｏｓ”　（Ｎ　・Ｖ、・Ｈ
，−Ｒ）−Ｂ　−ｃｏｓ”　（Ｃ−Ｈａ　・ｓｉｎθ）
、、、、、、、、、（１５）但し、Ｂ＝Ａ−Ｄ”・Ｌ、
Ｉ Ｃ−Ｖ　ａ・Ｎ−Ｒ したがって、未知数は磁界強度Ｈ０と２つの角度θ、φ
となり、これらは測定可能な出力電流値１１＋　　１１
＋　　１３から演算処理により求めることができる。

〔発明の効果〕

以上、実施例に基づいて説明したように本発明によれば
、磁気光学効果を有する物質に、該物質内を同−入力光
が操り返し伝搬するように多数の再入射導光器を結合し
てなる３組の磁界検出素子を、互いに直交するように配
置し、所定の偏光面をもつ光を前記各磁界検出素子に入
力させ、該各磁界検出素子からの所定の偏光面をもつ出
力光を検出して磁界を測定するように構成したので、小
型、軽量で簡単な構成により全方向のしかも微弱な磁界
の強度及び方向を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための説明図、第２
図は、磁気光学効果を有する物質からなる磁界検出素子
により磁界を検出する手段を示す概略図、第３図は、本
発明に係る光磁力計の一実施例を示す概略図である。 図において、１，２，３．４は磁気光学効果を有する物
質からなる磁界検出素子、５は偏光子、６は送導光器、
７は再入射導光器、８は受翼光器、９は検光子、１０は
光検出器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁界によって偏光面が回転する磁気光学効果を有する物
   質に、該物質内を同一入力光が繰り返し伝搬するように
   多数の再入射導光器を結合してなる磁界検出素子を、３
   組互いに直交するように配置し、所定の偏光面をもつ光
   を前記各磁界検出素子に入射させ、該磁界検出素子から
   所定の偏光面をもつ各出力光を検出することにより、微
   弱な磁界の強度と方向を測定するように構成したことを
   特徴とする光磁力計。