JPS6319572A

JPS6319572A - 磁気センサ

Info

Publication number: JPS6319572A
Application number: JP16417486A
Authority: JP
Inventors: Takao Shioda; 塩田　孝夫; Hiromi Hidaka; 日高　啓視; Koichi Takahashi; 浩一高橋; Takeru Fukuda; 福田　長
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1986-07-12
Filing date: 1986-07-12
Publication date: 1988-01-27

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」本発明は、光を利用して磁気を検出する磁気センナに関
する乙のである。

「従来の技術」この種の磁気センサには、ファラデー効果を利用した乙
のと、磁歪効果を利用したものがある。

第９図は、ファラデー効果を利用した従来の磁気センサ
の一例を示すものである。この磁気センサは、光の偏波
面が印加磁界により回転する現象を＋１用したもので、
光送信機ｌの光源２からの光は、人力用光ファイバ３を
介してセンサ部４の偏光子５に導かれ、ここで光の偏波
面を一定に揃えられ、ついでファラデー材料からなるセ
ンサ本体６に送られる。このセンサ本体６で光は磁界に
比例した偏波面回転を受ける。この偏波面回転を受けた
光を、主軸が所定角ｇに設定された検光子７に通し、こ
れを出力用先ファイバ８を介して光受信機９に導き、そ
の光強度を測定すると、磁界の強度を知ることができる
。

また第１０図および第１Ｉ図は、それぞれ磁歪効果を利
用した磁気センサの例を示すしので、第１０図はいわゆ
るマツハツエング型の磁気センサ、第１１図はいわゆる
゛マイケルソン型のセンサてδ５る。

これらはいずれら、光ファイバの磁歪効果による行路長
の変化を利用したちので、光源２からの光をニッケルな
どの金属が波型されｆコセンザ用光・ファイバ１１と参
照用光ファイバ１２に導き、これら光ファイバ１１．１
２を通過した光を干渉させた後、その光強度を光受信機
９て測定して磁界の強度を検出するものである。

［発明が解決しようとする問題点］これら従来の磁気センサにあっては、次のような問題が
あっｊ二。

まず、第９図に示したファラデー効果を利用した磁気セ
ンサにあっては、センサ本体６を長くしなければ微弱σ
磁気を測定できないため、感度の良いセンサを得るには
、センナ部分ｌｌが大きくなってしまう問題かあった。

また、第１０図および第１１図に示した磁歪効果を利用
する磁気センサにあっては、高感度で有るものの、セン
サとして光ファイバ１１が用いられているので小形化が
難しく、また、装置の構成が複雑になる問題かあった。

「問題点を解決するための手段」そこで本発明の磁気センサにあっては、１枚の基板上に
発光素子、センサ用導波路、参照用導波路および受光素
子を設けることによって、上記間悪点の解決を図った。

以下、図面を参照して本発明の磁気センサを詳しく説明
する。

第１図に示４−磁気センナは、Ｌ（仮２１上に発光素子
２２、偏光子２３、センサ用導波路２４、参照用導波路
２５および受光素子２６が設けられた乙のである。

基板２１は、透明性を何しかつファラデー効果を何才る
材ＦＦからなるもて、ベルブ定数の小さな乙のでらＩ’
ｌｌ用できる。基板２１に好適に利用できろ材料として
は、光学ガラス、鉛ガラス、多成分ガラス、Ａ　Ｓｚ　
Ｓ　３ガラス、Ｚｎ５ｅＳＩ３Ｓ○（ビスマス・シリコ
ン・オキサイド）、ＢＧＯ（ビスマス・ゲルマニウム・
オキサイド）、ＹＩＧ（イツトリウム・鉄・ガーネット
）、（Ｔ　ｂｏ、ｌｓＹ　ｏ、ａ、）ｚ　Ｌ　５Ｇ　ｅ
、５、（Ｙ　Ｓ　ｍＬ　ｕＣａ）ｓ（Ｆ　ｅＧ　ｅ）ｓ
ｏ　＋ｔやＬ　ａ、　Ｓ　ｍ、　Ｃｅ等のランタニド元
素を含む結晶化合物などを挙げることができる。この例
の磁気センサでは、ＪＪＥ２＋が長方形状に形成されて
いる。

この基１ｉ２１の一端側には、発光素子２２と受光素子
２６が設けられている。この例の磁気センサでは、発光
素子２２にレーザダイオード（ＬＤ）、受光素子２６に
アバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）が用いられてい
る。

発光素子２２には、導波路２７を介して偏光子２３が接
続されており、この偏光子２３にはＹ字型の分岐回路２
８を介してセンサ用導波路２４と参照用導波路２５が設
けられている。

これら導波路２１．２５は語数２１の縁部に沿って配置
されており、その他端はＹ字型結合回路２９を介して受
光素子２６に接続されている。参照用導波路２５はセン
サ用導波路２４よりも内側に設けられている。また、参
照用導波路２５はセンサ用導波路２，１よりも短く形成
されている。

これら導波路２　＝１．２５．２”７、分岐回路２８お
よび結合回路２９は、基板２１に屈折率を大きくするド
ーパントを注入することによって形成されている。ドー
パントの注入は、イオン交換、電界イオン拡散、イオン
打ち込みなどの手段によって行うことができる。上記基
板２１を石英ガラスで作成した場合、ドーパントとして
はゲルマニア（ＧｅＯ２）、五酸化リン（Ｐ　ｔｏ　ｓ
）、鉛（Ｐｂ）やタリウムなどを用いることができる。

上記基板２■のうち、センサ用導波路２４以外の導波路
２５や素子２２．２６などが設けられた部分（第１図中
多数の点が施された部分）は、第２図に示すように、シ
ールド層３０．３０により表裏面から磁気ソールドされ
ている。シールド層３０．３０を形成する材料には、パ
ーマロイ、センダスト、アルパーム、スーパーアロイな
どが用いられろ。

次に、この磁気センサの動作について説明する。

この磁気センサては、まず発光素子２２から発せられた
光が偏光子２３で偏波面の一定した偏光とされる。つい
てこの偏光は、分岐回路２８を介してセンサ用導波路２
４と参照用導波路２５に送られ、結合回路２９を介して
受光素子２６に到述する。

センサ用導波路２４を介して伝送される偏光は、センサ
用導波路２４が磁気的に露出されているため、ファラデ
ー効果により磁界に比例した偏波面回転を受ける。他方
、参照用導波路２５を介して伝送された偏光は、この部
分がシールド層３０゜３０で磁気シールドされているた
め、入射光と同一の偏光面を維持した状態で結合回路２
９に到達する。また、参照用導波路２５はセンサ用導波
路２．１よりも短いので、参照用導波路２５からの偏光
とセンサ用導波路２４からの偏光は位相に一定の差を生
じる。

これら各導波路２４．２５から送られてきた偏光は、結
合回路２９で干渉され受光素子２６に送られる。干渉さ
れた光は、磁界に比例した強度を有するものなので、こ
の光強度を測定することによって磁界の大きさを知るこ
とができる。

第３図は本発明の磁気センサの第２の例を示すもので、
基板３１の表面上に発光素子２２、分岐回路２８、セン
サ用導波路２・１、参照用導波路２５、結合回路２９お
よび受光素子２６が設けられたしのである。

この例の磁気センサの基板３Ｉは、磁歪効果の小さい材
料、例えば珪素や二酸化珪素などによって形成されてい
る。そして、この基板３１上には、気相成長法などによ
って、ゲルマニウムやチタンや窒素などがドープ５．！
−た石英＋４料によって導波路２４．２５が形成されて
いる。これらセンサ用導波路２４と参照用導波路２５は
、同一の長さに形成されている。すなわち、該センナに
磁界が印加さイｔない状態では、センサ用導波路２・１
及び参照用導波路２５を介して結合回路２９に到達する
６先に位相差が生じないような長さに、導波路２４．２
５が形成されている。また、この例の磁気センサにあっ
てら、センサ用導波路２４が外側に、参照用導波路２５
が内側に設けられている。

これら導波路２４．２５のうちセンサ用導波路２４は、
第４図に示ずように磁歪層３２によって覆われている。

また、磁歪層３２は、第３図中多数の点を施して示すよ
うに、基ｉ３１の端部からセンサ用導波路２　＝１の若
干内方まで設けられている。磁歪層３２は、磁界を加え
ろとその大きさに応じて伸縮する、すなわち磁歪効果を
有する材料、例えばニッケル、鉄、アルミニウム、２Ｖ
−パーメンデュール、４０−パーマロイ、アルテノール
などによって形成されている。この磁歪層３２は、スパ
ッタなどの手段によって形成することができる。

次にこの磁気センサの動作に付いて説明する。

この磁気センサに磁界を印加すると、磁歪層３２が磁歪
効果によって伸縮する。その結果、この磁歪層３２で覆
われたセンサ用導波路２４を通過する信号光は、位相変
化を受ける。この信号光と参ｊＩ６用導波路２５を介し
て送られてきｆこ参照光とを干渉させると、磁界に比例
した出ツノを得ることができる。

「作用　」本発明の磁気センサにあっては、］Ｅ２１，３１上に発
光素子２２、センサ用導波路２４、参１１（ｉ用導波路
２５および受光素子２６が設けられているので、基［２
１上に形成するセンサ用導波路２４の経路を適宜に描く
ことによって、任急の長さのセンサ用導波路２４を形成
できろ。従って、ファラデー効果を利用した第１の例の
磁気センサにあっては、そのセンサ部分をコンパクトに
まとめることができる。

また、磁歪効果をＩ’ｌｌ用した第２の例の磁気センサ
では、参照用導波路２５、センサ用導波路２４などが基
板３１上に固定されているので、従来の磁気センサの用
に光ファイバを引き回す必要がなく、装置の構造の単純
化、小形化を図ることができる。

「実施例」以下、実施例に沿って本発明の磁気センサをさらに詳し
く説明ずろ。

（実施例り第５図に示す磁気センサを作成して、その特性をユ」べ
た。

この磁気センサは、ファラデー効果を用いた乙のである
。この磁気センサにあっては、５ｍｍＸｌＯＭｍの光学
ガラス製の基板２Ｉ上に、電界イオン拡散によりＰｂを
ドープすることによってセンサ用導波路２４が形成され
、タリウムをドープすることによって参照用導波路２５
が形成されている。

また、この基板２１には発光素子２２（Ｌｌ））や受光
素子２６が集積化されている。

センサ用導波路２・１および参、１ｊ６用導波路２５の
長さは、いずれら１０ｍｍに設定し、これら導波路２．
１　、２５の罷折率は同一値に調整した。また、検出感
度を向上するｆこめ、参照用導波路２５には直流・交流
変調を行う変調素子３３を設け、参照光をｌ　ｋＨｚに
変換するようにした。この磁気センサのシールド層３０
をなす材料には、パーマロイを用いた。

このセンサの干渉出力光と磁界強度との関係を調べたと
ころ、第６図に示すように、良好な直線関係が得られた
。この結果から、本発明の磁気センサは、良好な感度を
有するものであることを確認できた。

（実施例２）第７図に示す磁気センサを作成して、その性能をシＮべ
た。

この磁気センサは磁歪効果を利用した乙ので、二酸化珪
素（ＳｉＯｚ）製基板３１上に、ＳｉＯ，−Ｓ　１２　
Ｎ　４製の導波路２４．２５が形成されたものである。

これら導波路２４．２５の屈折率は、基板３１の屈折率
と１５／＋０００異なるように凋祭しｆこ。

また、導波路２．１．２５の長さは１０ｍｍに設定した
。この例の磁気センサにあっても参照用導波路２５に変
調素子３３を設けて参照光を１ｋｌｌｚに変調した。ま
ｆこ、磁歪層３２はニッケル製とし、スパッタによって
形成した。

このセンサの干渉出力光と磁界強度との関係を調べたと
ころ、第８図に示すように、良好な直線関係が得られた
。この結果から、本発明の磁気センサは、良好な感度を
有するものであることか確認された。

「発明の効果」以上説明したように、本発明の磁気センサは、基板上に
発光素子、センサ用導波路、参、１１へ用導波路および
受光素子が設けられているので、センサ部分および参照
先の光路をコンパクトにまとめろことできる。従って、
本発明の磁気センサによれば磁気センサを小形、軽量化
することができる。

また、本発明の磁気センサは、上記のように小形化でき
るので全体を所定温度に容易に保つことができる。従っ
て本発明の磁気センサによれば、センサの測定精度の向
上を容易に図ることかできる。

加えて、本発明の磁気センサによれば、基板に形成する
導波路の経路を適宜に描くことによって導波路の長さを
容易に変えることができるので、微弱磁界用から強磁界
用まで様々の強度を対象とする磁気センサを容易に製造
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気センサの第１の例の要部を示す平
面図、第２図は第１図の■−■線視線面断面図３図は本
発明の磁気センサの第２の例の要部を示す平面図、第・
１図は第３図のｔｖ　−ｔｖ線線断断面図第５図は本発
明の磁気センサの第１実施例の要部を示す平面図、第６
図は同実施例のセンサの出力光強度と磁界強度の関係を
示すグラフ、第７図は本発明の磁気センサの第２実施例
の要部を示す平面図、第８図は同実施例のセンサの出力
光強度と磁界強度の関係を示すグラフ、第９図ないし第
１１図はそれぞれ従来の磁気センナを示す該略構成図で
ある。２１．３１・・・基板、２２・・・発光素子、２４・・
・センナ用導波路、２５・・・参照用導波路、２６　・
受光素子。

Claims

【特許請求の範囲】

１枚の基板上に発光素子、センサ用導波路、参照用導波
路および受光素子が設けられたことを特徴とする磁気セ
ンサ。