WO2007000947A1 - 電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システム - Google Patents

Abstract

　電界センサ又は磁界センサは、光ファイバ（１１２）と、電気光学層（１１５）又は磁気光学層とを具備する。電気光学層（１１５）又は磁気光学層は、光ファイバ（１１２）の端部における端面（１３５）上に設けられている。光ファイバ（１１２）の端面（１３５）は、凸面である。光ファイバは、端部が伸張された略円錐であり、電気光学層又は磁気光学層は、略円錐の先端部の側面に設けられていても良い。電気光学層又は磁気光学層と端面との間に誘電体層を更に有していても良い。

Description

明 細 書

電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測 定システム

技術分野

[0001] 本発明は、電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測 定システムに関し、特に微細領域での測定に適用される電界センサ、磁界センサ、 電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システムに関する。

背景技術

[0002] 微細領域の電磁界を測定する電磁界センサーと、それを用いた電磁界測定システ ムが知られている。図 1Aは、従来の電界測定システムの一例を示すブロック図であ る。図 1Bは、その電界測定システムに用いられている電界センサの断面図である。こ の電界測定システム 820は、図 1Aに示すように、光ファイバ 801、連続レーザ光源 8 00、ファイバアンプ 802、偏光コントローラ 803、光サーキユレータ 804、電界センサ 一 805、検光子 806、ファイバアンプ 807、フォトディテクタ 808、スペクトラムアナライ ザ 809を具備する。電界センサ 805は、図 1Bに示すように、光ファイバ 801、電気光 学結晶 812、誘電体多層反射層 813を備える。電気光学結晶 812は、光ファイバ 80 1の先端に接着層 811を介して接着された微小な電界検知素子である。誘電体多層 反射層 813は、電気光学結晶 812の底面に設けられ、光を反射する。

[0003] この電界測定システム 820の電界検出原理を以下に概述する。連続レーザ光源 80 0は、レーザ光を出射する。ファイバアンプ 802は、そのレーザ光を増幅する。偏光コ ントローラ 803は、そのレーザ光の偏光面を制御する。光サーキユレータ 804は、レ 一ザ光を電界センサ 805へ出射する。電気光学結晶 812の底面の誘電体多層反射 層 813は、そのレーザ光を反射する。このとき、電気光学結晶 812の屈折率は、回路 基板 810から発生する電界により変化する。それに伴い、その結晶中を伝搬するレ 一ザ光の偏光状態は、その外部電界の強さに応じた変調を受けている。光サーキュ レータ 804は、変調され反射してきたレーザ光を再び光ファイバ 801へ戻す。検光子 806は、そのレーザ光を強度変調光に変換する。ファイバアンプ 807は、変換後のレ 一ザ光を増幅する。フォトディテクタ 808は、増幅されたレーザ光を電気信号に変換 する。スペクトラムアナライザ 809は、その電気信号を検出する。スペクトラムアナライ ザ 809で検出される電気信号のピークは、外部電界に起因する信号に対応する。本 システムの原理上、外部電界の強さに応じてその信号の強度が異なる。そのため、回 路基板 810上の電界センサ 805の位置を変えることにより電界分布が得られる。

[0004] 図 1Bにおける電気光学結晶 812を磁気光学結晶とすることにより、図 1Aは従来の 磁界測定システムを示すことになる。この場合の磁界検出原理は、上述の電界検出 原理の説明中の電界を磁界とすることで説明される。

[0005] 従来の電界測定システムあるいは磁界測定システムは、光ファイバの先端に取り付 けられた電界センサあるいは磁界センサを用いて 、る。これらの電界センサあるいは 磁界センサは、微小カ卩ェされた電気光学結晶 812あるいは磁気光学結晶が光フアイ バの先端に接着された構造を有している。その適用領域と空間分解能は、結晶サイ ズにより制限される。すなわち、結晶サイズが小さいほど、より微小な領域に適用でき 、空間分解能も高くなる。空間分解能は結晶内を伝搬するセンサ光の体積によって 決まる。センサ光の体積が小さいほど高空間分解能となる。例えば、光ファイバの先 端に磁気光学結晶が接着された従来の磁界センサでは、平面サイズ 270 m X 27 0 m、厚み 11 μ mの結晶を用いて 10 μ m級の空間分解能を有するセンサが実現 されている。しかし、このような構造では、結晶の微小加工技術の限界により、これ以 上のセンサの小型化、高空間分解能化の実現は困難である。すなわち、 LSIチップ zパッケージの微細領域に適用可能なセンサーを提供することができない。

[0006] また、従来の電磁界センサは、前述のように微小カ卩ェされた結晶を光ファイバの先 端に有する。ただし、一般的に、その結晶の平面サイズがファイバの断面積よりも大 きい。そのため、複数本の電磁界センサを束ねることが困難であった。また、厚みの 等しい結晶を複数個準備することが困難であった。更に、エネルギー損失の原因とな る接着層の厚みの等しいセンサーを複数本準備することが困難であった。これらの理 由により、空間分解能と感度の等しい複数本の電磁界センサを束ねて電磁界測定シ ステムを構築することができなった。これらの理由のため、センサを走査させずに 2次 元情報を測定することができな力つた。また、複数本のセンサ間での信号処理による 磁界測定システムの高感度化が実現できな力つた。

[0007] 関連する技術として、特開平 7— 104013号公報にプローブが開示されている。こ のプローブは、ガラスブロックと、ガラスプレートと、透明電極と、電気光変換素子と、 誘電体多層反射膜と、電線と、光ファイバと、ファイバ固定部と、クランプ部とを含む。 ガラスブロックは、角推形の石英ガラスの頂点を底面と平行面で削り取った先端部を 有する。ガラスプレートは、このガラスブロックを同一平面状に一列に複数個並べて 保持する。透明電極は、複数個並べた前記ガラスブロックの斜面と削り取った面と〖こ 同時に蒸着した。電気光変換素子は、前記ガラスブロックの先端部に接着する。誘 電体多層反射膜は、この電気光変換素子上であって前記ガラスブロックと接着した 面の反対面に位置しレーザー光を反射する。電線は、前記透明電極から引き出す。 光ファイバは、前記ガラスプレート上に位置し前記電気光変換素子にレーザー光を 導く。ファイバ固定部は、この光ファイバをカラスプレート上に固定する。クランプ部は 、この固定部と被検査物の検査する面の反対の面とを挟み込む。

[0008] 特開平 6— 82488号公報に光変成器用センサが開示されている。この光変成器用 センサは、偏光子と検光子との間にファラデー素子を配するとともに、前記偏光子の 入光側及び前記検光子の出光側に夫々複数の光ファイバ群からなる第一及び第二 のファイババンドルを設けてなる。この光変成器用センサは、前記ファラデー素子面 を指向する前記第一のファイババンドルの端面を凸球面研磨するとともに研磨部表 面に誘電体膜を形成し、この誘電体膜を前記偏光子として ヽる。

[0009] 特開平 7— 120504号公報に電圧測定装置が開示されている。この電圧測定装置 は、レーザー光源と、電気光学部材と、反射手段と、検出手段とを備える。レーザー 光源は、

第 1及び第 2の出射端面を有する。電気光学部材は、表面に高反射コートが形成さ れた曲面を有し、この曲面の曲率中心点と前記レーザー光源の第 1の出射端面の光 出射点とがー致するように前記曲面の反対側の面と前記レーザー光源の第 1の出射 端面とを接合させた、電界に応じて光に対する屈折率が変化する。反射手段は、前 記レーザー光源の第 2の出射端面側に設けられている。検出手段は、前記反射手段 を透過して出射するレーザー光の光強度を検出する。 [0010] 特開昭 59— 145977号公報に磁界測定装置の技術が開示されている。この磁界 測定装置は、検出部と光ファイバと計測部とからなる。検出部は、光ファイバの端部 又は途中に偏光子とファラデー回転能素子を装着している。光ファイバは、上記検出 部へ光を送りかつ上記検出部力もの光を伝送する。計測部は、上記光ファイバに光 源を結合し、かつ、上記検出部からの光の変動を計測する。

[0011] 特開平 11— 67061号公報に電界放出力ソードと磁気センサが開示されている。こ の電界放出力ソードは、先端部をテーパ状に成形したガラスファイバと、前記ガラス ファイバの長手方向の中心部に埋設されているカーボン繊維力もなる。前記カーボ ン繊維と絶縁された状態で前記ガラスファイバの周辺部が導電性材料により被覆さ れている。

[0012] 特開 2001— 281470号公報に強磁性体含有光ファイバ並びに該光ファイバを用 いた電流センサ及び磁界センサが開示されている。この電流センサは、光を射出す る光源と、入射する光を 2方向に分岐するビームスプリッタと、光を直線偏光にする偏 光板と、強磁性体の粒子を含む磁性体膜で一端面を覆ったことを特徴とする光フアイ バと、光を検出する検出器とを備え、前記光源から射出された光は、前記ビームスプ リツタ及び前記偏光板を介して前記光ファイバに入射され、該入射された光は、前記 光ファイバの入射端とは逆の端で反射されて前記入射端から射出され、該射出され た光は、前記偏光板及びビームスプリッタを介して前記検出器に入射されるようにし た。

[0013] 特開 2000— 162566号公報に磁気光学効果増大素子およびその製造方法が開 示されている。この磁気光学効果増大素子は、第 1および第 2の誘電体多層反射膜 間にフェライト膜を挟んでサンドイッチ構造とするとともに、フアブリペロー共鳴条件を 満足させるように構成している。前記フェライト膜をフェライトめつき法により 20°C以上 100°C以下の温度で作製するようにして!/、る。

[0014] 特開昭 60— 263866号公報に光電界センサの技術が開示されている。この光電 界センサは、電界により光の偏光の直交成分に位相差が生じるポッケルス効果を有 するポッケルス素子を用いてなる。この光電界センサは、光ファイバの先端に偏光子 、前記ポッケルス素子、 1Z8波長板および反射鏡力もなるセンサ部を設け、光フアイ バによって光源からの光を前記ポッケルス素子に伝播すると共に前記ポッケルス素 子を通過して前記反射鏡で反射されて再び前記ポッケルス素子を通過した光を受光 部に伝播する構成として 、る。

[0015] また、関連する技術が T. Ohara, et al, "Two - Dimensional Field Mappi ng of Micro strip Lines with a Band Pass Filter or a Photonic Ba ndgap Structure by Fiber— Optic EO Spectrum Analysis System",

Proc. Int. Topical Meeting Microwave Photonics, Oxford, U. K . , Sept. 2000, pp. 210— 213.に開示されている。

[0016] また、関連する技術が S. Wakana, et al, "Fiber -Edge Electrooptic/Ma gnetooptic Probe for Spectral― Domain Analysis of Electromagnetic Field", IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , Vol. 48, No. 12 , Dec. 2000, pp. 2611— 2616. 〖こ開示されて ヽる。

[0017] また、関連する技術が E. Yamazaki, et al, "Three - Dimensional Magnet o― Optic Near— Field Mapping over 10 ― 50 μ m— Scale Line and Space Circuit Patterns", Proc. the 14th Annual Meeting of the IEEE Lasers & Electro -Optics Society, Nov. 2001, p. 318.に開 示されている。

[0018] また、関連する技術が E. Yamazaki, et al, "High -Frequency Magneto

Optic Probe Based on BiRIG Rotation Magnetization" , IEICE Tr ans. Electron. , Vol. E86— C, No. 7, July 2003, pp. 1338— 1344 .に開示されている。

[0019] また、関連する技術力 ^SM. Iwanami, et al, "Wideband Magnetooptic Pro be with 10 μ m— Class Spatial

Resolution , Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 43, No. 4 B, Apr. 2004, pp. 2288 - 2292. 【こ開示されて ヽる。

発明の開示

[0020] 本発明の目的は、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領 域に適用可能な電界センサ、磁界センサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁 界測定システムを提供することにある。

[0021] 本発明の他の目的は、走査させずに 2次元情報が測定可能な電界センサ、磁界セ ンサ、電磁界センサ、及びそれらを用いた電磁界測定システムを提供することにある

[0022] 上記課題を解決するために、本発明の電界センサは、光ファイバと、光ファイバの 端部における端面上に設けられ、光ファイバを介して入射する光を反射する光学層と を具備する。

[0023] 上記の電磁界センサにおいて、光学層は、電気光学層を備えていても良い。上記 の電磁界センサにおいて、光学層は、磁気光学層を備えていても良い。上記の電磁 界センサにおいて、端面は、凸面であっても良い。上記の電磁界センサにおいて、 光ファイバは、端部が伸張された略円錐であっても良い。光学層は、略円錐の先端 部の側面に設けられても良い。上記の電磁界センサにおいて、光学層と端面との間 に誘電体層を更に具備しても良い。上記の電磁界センサにおいて、光学層を有する 光ファイバは複数あり、一つに束ねられていても良い。上記の電磁界センサにおいて 、複数の光ファイバは、一次元的に束ねられていても良い。上記の電磁界センサに おいて、複数の光ファイバは、二次元的に最密充填になるように束ねられても良い。

[0024] 上記の電磁界センサは、上記各項のいずれか一項に記載の電磁界センサとしての 電界検知用の複数の電界センサと、上記各項のいずれか一項に記載の電磁界セン サとしての磁界検知用の複数の磁界センサとを具備していても良い。複数の電界セ ンサと複数の磁界センサとは、一つに束ねられていても良い。上記の電磁界センサ において、複数の電界センサの各々と、複数の磁界センサの各々とは、互い違いに 整列されて束ねられて 、ても良 ヽ。

[0025] 上記課題を解決するために、本発明の電磁界測定システムは、レーザ光源と、電 磁界センサと、検出部とを具備する。レーザ光源は、光を発する。電磁界センサは、 上記各項のいずれか一項に記載されている。検出部は、反射光を検出する。

[0026] 上記課題を解決するために、本発明の電磁界センサの製造方法は、（a)光ファイバ の端部の端面上にエアロゾルデポジション法により電気光学層及び磁気光学層のい ずれか一方をセンサ層として形成する工程と、 (b)センサ層を熱処理する工程とを具 備する。

[0027] 上記の電磁界センサの製造方法において、（a)工程は、（al)端部を研磨して、凸 面状の端面を形成する工程を備えて 、ても良 、。上記の電磁界センサの製造方法 において、（a)工程は、（a2)端部を伸張して、略円錐状の端面を形成する工程を備 えていても良い。

[0028] 上記課題を解決するために、本発明の電磁界センサの電磁界検知方法は、（m)束 になっている複数のセンサのうちの第 1センサが検出した第 1検出信号を取得するス テツプと、（n)複数のセンサのうちの第 2センサが検出した第 2検出信号を取得するェ 程と、（o)第 1検出信号と第 2検出信号との加算平均としての第 1加算平均信号を算 出する工程と、（p)複数のセンサのうち、未だ検出信号を取得されていない他のセン サが検出した第 3検出信号を取得する工程と、（q)第 1加算平均信号と第 3検出信号 との加算平均を算出して、第 1加算平均信号とする工程と、（r)複数のセンサの全て につ 、て、検出信号の加算平均を行うまで (P)ステップ及び (q)ステップを繰り返すス テツプとを具備する。複数のセンサの各々は、光ファイバと、光ファイバの端部におけ る凸面の端面上に設けられた電気光学層及び磁気光学層のいずれか一方とを備え る。

[0029] 本発明によれば、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域 に適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムが提供される。さら に、走査させずに 2次元情報が測定可能であり、信号処理による高感度化が可能な 電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムが提供される。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1A]図 1Aは、従来の電界 (磁界)測定システムの一例を示すブロック図である。

[図 1B]図 1Bは、従来の電界 (磁界)測定システムに用いられている電界センサの断 面図である。

[図 2A]図 2Aは、本発明の第 1の実施の形態に係る電界センサを用いる電界測定シ ステムの構成を示すブロック図である。

[図 2B]図 2Bは、本発明の第 1の実施の形態に係る電界センサの断面図である。

[図 3]図 3は、本発明に係る電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分 布の一例を示すグラフである。

[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施の形態に係る電界センサの変形例の構成を示す 断面図である。

[図 5]図 5は、本発明の第 1の実施の形態に係る電界センサの他の変形例の構成を 示す断面図である。

[図 6]図 6は、本発明の第 2の実施の形態に係る電界センサの構成を示す断面図で ある。

[図 7]図 7は、本発明の電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分布の 一例を示すグラフである。

[図 8]図 8は、第 1の実施の形態の電界センサを複数本束ねて形成された電界センサ の一例を示す図である。

[図 9]図 9は、本発明の電界センサと従来の電界センサとにおける電気信号の検出結 果を示すグラフである。

圆 10A]図 10Aは、本発明の第 4の実施の形態に係る磁界センサを用いる磁界測定 システムの構成を示すブロック図である。

[図 10B]図 10Bは、本発明の第 4の実施の形態に係る磁界センサの断面図である。

[図 11]図 11は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用 、て測定した磁界分 布の一例を示すグラフである。

[図 12]図 12は、本発明の第 5の実施の形態に係る磁界センサの構成を示す断面図 である。

[図 13]図 13は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用いて測定した磁界分 布の一例を示すグラフである。

圆 14]図 14は、第 1の実施の形態の磁界センサ 505を複数本束ねて形成された磁 界センサ 805の一例を示す図である。

[図 15]図 15は、電界センサ 105及び磁界センサ 505を複数本束ねて形成された電 磁界センサ 905の一例を示す図である。

[図 16]図 16は、電界測定システムに含まれる情報処理装置の構成を示すブロック図 である。 [図 17]図 17は、本発明の磁界センサの実施の形態の製造方法を示すフローチャート である。

[図 18]図 18は、平均信号検出部の動作を示すフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0031] 以下、本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの実施の形態に 関して、添付図面を参照して説明する。

[0032] (第 1の実施の形態）

本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第 1の実施の形態に ついて、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ、 電磁界測定システムにつ 、て電界センサを用いる電界測定システムにつ 、て説明す る。

[0033] 図 2Aは、本発明の第 1の実施の形態に係る電界センサを用いる電界測定システム の構成を示すブロック図である。図 2Bは、本発明の第 1の実施の形態に係る電界セ ンサの断面図である。この電界測定システム 120は、図 2Aに示すように、光ファイバ 101、連続レーザ光源 100、ファイバアンプ 102、偏光コントローラ 103、光サーキュ レータ 104、電界センサ 105、検光子 106、ファイバアンプ 107、フォトディテクタ 108 、スペクトラムアナライザ 109を具備する。

[0034] 光ファイバ 101、連続レーザ光源 100、ファイバアンプ 102、偏光コントローラ 103、 光サーキユレータ 104、検光子 106、ファイバアンプ 107、フォトディテクタ 108、スぺ クトラムアナライザ 109は、光ファイバ 801、連続レーザ光源 800、ファイバアンプ 802 、偏光コントローラ 803、光サーキユレータ 804、検光子 、ファイノくアンプ 807、フ オトディテクタ 808、及びスペクトラムアナライザ 809と同様である。ただし、光サーキュ レータ 104と電界センサ 105との間は、本発明では、光ファイバ 112である。

[0035] 電界センサ 105は、図 2Bに示すように、光ファイバ 112、電気光学層 115を備える 。光ファイバ 112は、クラッド層 113及びコア 114層を含む。光ファイバ 112は、一方 の端部を光サーキユレータ 104に接続されている。他方の端部は、その端面 135が 研磨により凸状の曲面に加工されている。その端面 135上には、微小な電界検知素 子である電気光学層 115が直接形成されて 、る。電気光学層 115の外側の表面 13 6は、測定対象に向けられる。電気光学層 115が凸状の曲面状に形成されていること は、光が曲面で集光されるためセンサ光の体積が縮小される結果、従来よりも分解能 を高めることができ好まし 、。

[0036] 次に、本発明の電界測定システムの第 1の実施の形態の動作を説明する。連続レ 一ザ光源 100は、レーザ光を出射する。ファイバアンプ 102は、そのレーザ光を増幅 する。

偏光コントローラ 103は、そのレーザ光の偏光面を制御する。光サーキユレータ 104 は、レーザ光を電界センサ 105へ出射する。光ファイバ 112のコア層 114を進んだレ 一ザ光（131)は、電気光学層 115の底面において、電気光学層 115の屈折率と空 気の屈折率との差により反射される。このとき、電気光学層 115の屈折率は、回路基 板 110から発生する電界により変化する。それに伴い、その電気光学層 115中を伝 搬するレーザ光の偏光状態は、その外部電界の強さに応じた変調を受けている。光 サーキユレータ 104は、変調され反射してきたレーザ光（132)を再び光ファイバ 101 へ戻す。検光子 106は、そのレーザ光を強度変調光に変換する。ファイバアンプ 10 7は、変換後のレーザ光を増幅する。フォトディテクタ 108は、増幅されたレーザ光を 電気信号に変換する。スペクトラムアナライザ 109は、その電気信号を検出する。ス ぺクトラムアナライザ 109で検出される電気信号のピークは、外部電界に起因する信 号に対応する。本システムの原理上、外部電界の強さに応じてその信号の強度が異 なる。そのため、回路基板 110上の電界センサ 105の位置を変えることにより電界分 布が得られる。

[0037] 電界センサの空間分解能は電気光学層 115内を伝搬するセンサ光（レーザ光）の 体積によって決まる。センサ光 (レーザ光)の体積が小さ!/、ほど高空間分解能となる。 このうち、高さ方向の分解能は電気光学層 115の厚さで定まるため、薄いことが望 ましい。従来はバルタの電気光学部材を加工により薄層化して、光ファイバ一の先端 に接着させていた。バルク部材の加工による薄層化は 10 m程度が加工上の限界 である。そのため、高さ方向の分解能を高めることは困難であった。しかし、本発明で は、研磨により凸状の曲面に加工された光ファイバ 112の先端に、電気光学層 115 を直接に薄膜で形成する。したがって、加工限界の 10 mに制限されること無ぐ電 気光学層 115の厚さをより薄くすることができる。それにより、高さ方向分解能を向上 させることができる。電気光学層 115の厚さとしては、例えば、 1 μ m以上 8 μ m以下 が好ましい。： L m以上より薄いと、電界計測に十分な SZN比を得ることができなく なる。 8 m以下であれば好ましい高分解能が得られる。

[0038] また、水平方向の分解能は電気光学層 115中を伝搬するレーザ光の径で定まるた め、光径が絞り込まれることが望ましい。従来は上述のように接着層が存在していた ため光径を十分に絞れな力つた。本発明では、上述のように、光ファイバ 112の先端 に電気光学層 115を直接に薄膜で形成して 、るので、接着層を用いる必要がな!、。 したがって、接着層に妨害されること無ぐレーザ光の径を絞り込むことができる。そ れにより、水平方向分解能を向上させることができる。

以上のように、高さ方向及び水平方向の分解能を向上することで電界センサ 105の 空間分解能の高分解能化を実現した。

[0039] 次に、本発明の電界センサの第 1の実施の形態の製造方法を説明する。

電気光学層 115は、エアロゾルデポジション法により形成した。エアロゾルデポジシ ヨン法は、まず、超微粒子をエアロゾル発生器に充填する。次に、キャリアガス (例示： 窒素、空気）をエアロゾル発生器に導入して超微粒子を均一に分散させたエアロゾ ルを作り出す。続いて、そのエアロゾルを成膜室に搬送してノズルカゝら基板に向かつ て噴射し堆積させる。これにより、所望の膜が成膜される。このとき、超微粒子 (脆性 材料)は機械的衝撃力が付加されて基板に到達するので、基板上で粉砕されながら 、堆積する。

[0040] 図 17は、本発明の電界センサの実施の形態の製造方法を示すフローチャートであ る。

まず、エアロゾルデポジション法による成膜に用いる基板を準備する (ステップ S01) 。基板は、光ファイバ 112を用いる。成膜面は、光ファイバ 112の端部の端面 135で ある。光ファイバ 112の端部を、研磨により凸状の曲面に加工して形成する。次に、 エアロゾルデポジション法による成膜を行う（ステップ S02)。エアロゾルデポジション 法による電気光学層 115の成膜条件は、以下のとおりである。電気光学層 115の成 膜の膜厚は 6000nmとした。原料粉末は Pb (ZrO. 6T10. 4) 03 (以下、「PZT」とす る）、キヤリャガスは酸素をそれぞれ用いた。基板 (光ファイバ 112の端面 135)に対 するノズルの入射角を 10度、ガス流量を 12リットル Z分、ノズル—基板間距離を 5m m、成膜速度を 0. 8 /z mZmin、加振器の振動数を 250rpmとして成膜した。

[0041] その後、熱処理を含む以下の処理を行った (ステップ S03)。すなわち、まず、成膜 後、電気光学層 115を大気中で、 600°C、 15分間程度熱処理した。この熱処理によ り、電気光学層 115の電気光学効果を発現させた。さら〖こ、 200°Cで lOOkVZcm程 度の電界印加の下で分極処理を行った。一次電気光学係数 r33は 200pmZVであ つた。熱処理後、電気光学層 115の膜の表面 136の凹凸を除去するために、膜厚 5 400nmまで研磨し、平坦化した。

以上の製造方法により、電界センサ 105が形成された。

[0042] 上記の説明では、電気光学層 115の組成として PZTの場合を説明した。しかし、こ の組成に限定されるものではなぐ例えば、 Laを添カ卩した組成であっても良い。また、 ジルコン酸チタン酸鉛系の材料以外にも、電気光学効果の大きいチタン酸バリウム、 ストロンチウム置換チタン酸バリウム、タンタリウム置換ニオブ酸カリウム、等も有効な 材料である。

[0043] 本発明では、電気光学層 115の成膜にエアロゾルデポジション法を用いて!/、ること も発明の特徴のひとつである。その理由は以下による。本発明の目的の一つは、高 分解能な電界センサを提供することにある。そのためには、加工された光ファイバの 先端に電気光学層 115を直接薄膜で形成することが重要である。また、電界計測に 十分な SZN比を得るためには、その膜厚は 1 μ m以上であることが望ましい。 l ^ m の強誘電体透明膜をガラス、プラスチックや高分子を含む榭脂ゃ任意の組成の誘電 体上に実現できるのは、現在の技術ではスパッタ法でもゾル ·ゲル法でも不可能であ り、ただエアロゾルデポジション法でのみ可能である。

[0044] 図 3は、本発明に係る電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分布 の一例を示すグラフである。曲線 A1は本発明の電界センサを用いた場合であり、曲 線 B1は従来の電界センサを用いた場合である。横軸は位置を示し、縦軸は電界強 度に対応する電気信号を示す。電界分布の測定は、配線幅 Z間隔 5 mの 3線ミア ンダ配線上空で行った。 ミアンダ配線には 10MHz、 15dBmの信号を印加した。電界センサをミアンダ配線上 空 10 μ mの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に 1 μ mピッチで走査させ たときに得られた電界分布である。従来の電界センサの場合、隣接配線間で観測さ れるはずの電界ピークが不明瞭であった（曲線 Bl)。一方、本発明の電界センサの 場合、電界ピークが明瞭に観測されている（曲線 Al)。この結果から、本発明の電界 センサが従来の電界センサよりも高空間分解能であることが分かる。

[0045] 図 4は、本発明の第 1の実施の形態に係る電界センサの変形例の構成を示す断面 図である。この電界センサ 205は、電界センサ 105と比較して、センサ感度をより高め ることができる。電界センサ 205は、光ファイバ 212、電気光学層 215及び誘電体多 層膜反射層 216を含む。光ファイバ 212は、コア層 214とそれを囲むクラッド層 213よ り構成されている。端部は、その端面 235が研磨により凸状の曲面に加工されている 。その端面 235上には、微小な電界検知素子である電気光学層 215が直接形成さ れている。誘電体多層膜反射層 216は、電気光学層 215の外側の表面 236上に形 成されている。例えば、図 17のステップ S03の後に、誘電体多層膜反射層 216を、ィ オンプレーティング法で形成するステップを入れる。誘電体多層膜反射層 216の存 在により反射するレーザ光の光量を大きくすることができる。それにより、 SZN比を高 めることができる。

なお、誘電体多層膜反射層 216の外側の表面 237は、測定対象に向けられる。

[0046] 図 5は、本発明の第 1の実施の形態に係る電界センサの他の変形例の構成を示す 断面図である。この電界センサ 305は、電界センサ 205と比較して、センサ感度をさ らに高めることができる。電界センサ 305は、光ファイバ 312、下部誘電体多層膜反 射層 317、電気光学層 315及び上部誘電体多層膜反射層 316を含む。光ファイバ 3 12は、コア層 314とそれを囲むクラッド層 313より構成されている。端部は、その端面 338が研磨により凸状の曲面に加工されている。下部誘電体多層膜反射層 317は、 その端面 338上に直接形成されている。例えば、図 17のステップ S01の後でステツ プ S02の前に、下部誘電体多層膜反射層 317を、イオンプレーティング法で形成す るステップを入れる。電界検知素子である電気光学層 315は、下部誘電体多層膜反 射層 317の表面 335上【こ形成されて!ヽる。既述の図 17のステップ S02、 S03のよう に形成する。上部誘電体多層膜反射層 316は、電気光学層 315の外側の表面 336 上に形成されている。例えば、図 17のステップ S03の後に、上部誘電体多層膜反射 層 316を、イオンプレーティング法で形成するステップを入れる。下部誘電体多層膜 反射層 317と電気光学層 315と上部誘電体多層膜反射層 316とは、フアブリべ口共 振器構造を構成している。このようなフアブリべ口共振器構造を形成することにより、 電気光学層 315の上面（336)と下面（335)でレーザ光の多重反射が生じる。これは 電気光学層 315内の光路長が増加することと等価であり、光の変調度の増大をもた らす結果、 SZN比をさらに高めることができる。

[0047] 本発明により、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域に 適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

[0048] (第 2の実施の形態）

本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第 2の実施の形態に ついて、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ、 電磁界測定システムにつ 、て電界センサを用いる電界測定システムにつ 、て説明す る。

[0049] 本実施の形態では、電界測定システムは基本的に第 1の実施の形態の電界測定シ ステム 120と同様である。し力し、本実施の形態の電界測定システムにおける電界セ ンサ 405の構成力 第 1の実施の形態の電界センサ 105の構成と異なる。

[0050] 図 6は、本発明の第 2の実施の形態に係る電界センサの構成を示す断面図である。

電界センサ 405は光ファイバ 412、電気光学層 415を備える。光ファイバ 412は、クラ ッド層 413及びコア 414層を含む。光ファイバ 412は、一方の端部を光サーキユレ一 タ 104に接続されている。他方の端部は、円錐 431を形成されている。ただし、正確 に円錐状の形状でなくても良ぐ端部を加熱中の引張り操作により伸張した場合にで きる概ね円錐状の形状であれば良い。その円錐 431の先端部の側面（曲面) 435に は、微小な電界検知素子である電気光学層 415が直接形成されている。電気光学 層 415の外側の表面 436は、測定対象に向けられる。電界センサ 405のその他の構 成については、第 1の実施の形態と同様である。

[0051] 次に、本発明の第 2の実施の形態に係る電界測定システムの動作については、電 界センサ 405を用いる他は第 1の実施の形態と同様である。

[0052] この場合にも、第 1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、本実施の 形態の電界センサ 105は、凸状の曲面 135にカ卩ェされた光ファイバ 112の先端に電 気光学層 115を形成して作製する第 1の実施の形態の電界センサ 105よりも、さらに レーザ光を集光することが可能である。そのため、第 1の実施の形態の電界センサ 1 05よりも高空間分解能となる。

[0053] 光ファイバの端部の形状は、上記の第 1の実施の形態や本実施の形態に限定され るものではない。その形状は、光ファイバ 412の先端部のように、端部で反射したレ 一ザ光が集光しやすい形状であることが好ましい。これにより、測定に寄与するレー ザ光が増え、電界センサの感度や SZN比を向上することができる。

[0054] 次に、本発明の電界センサの第 2の実施の形態の製造方法については、光フアイ ノ 12を用いる他は図 17に示す第 1の実施の形態と同様である。ただし、ステップ S 01における基板としての光ファイバ 412の端部は、以下のようにしてカ卩ェされる。ま ず、端部を加熱し、その加熱中の端部を引張り操作により伸張させて、適当な位置に て切断する。その後、その先端部を研磨により鋭利に尖らせて形成した。この場合に も、第 1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

[0055] 図 7は、本発明の電界センサと従来の電界センサを用いて測定した電界分布の一 例を示すグラフである。曲線 A2は本発明の電界センサを用いた場合であり、曲線 B2 は従来の電界センサを用いた場合である。横軸は位置を示し、縦軸は電界強度に対 応する電気信号を示す。電界分布の測定は、配線幅 Z間隔 5 mの 3線ミアンダ配 線上空で行った。ミアンダ配線には 10MHz、 15dBmの信号を印加した。電界セン サをミアンダ配線上空 10 mの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に 1 μ m ピッチで走査させたときに得られた電界分布である。従来の電界センサの場合、隣接 配線間で観測されるはずの電界ピークが不明瞭であった（曲線 B2)。一方、本発明 の電界センサの場合、電界ピークが明瞭に観測されている（曲線 A2)。この結果から 、本発明の電界センサが従来の電界センサよりも高空間分解能であることが分かる。 さらに、第 1の実施の形態に記載の電界センサ 105を用いた場合よりも中央部 2箇所 の電界ピークの相対強度が強い。図 7は、本実施の形態の電界センサ 405が第 1の 実施の形態に記載の電界センサ 105よりも高空間分解能であることを示している。

[0056] 本発明により、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域に 適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

[0057] (第 3の実施の形態）

本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第 3の実施の形態に ついて、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ、 電磁界測定システムにつ 、て電界センサを用いる電界測定システムにつ 、て説明す る。

[0058] 本実施の形態では、電界測定システムは基本的に第 1の実施の形態の電界測定シ ステム 120と同様である。ただし、 1点ごとの電界測定ではなぐ電界センサ 105を複 数本束ねて複数点の電界測定を一度に行う点で第 1の実施の形態と異なる。

[0059] 複数点での電界測定の方法としては、例えば、電界測定システム 120を複数用意 し、それらに属する複数の電界センサ 105を束ねる方法が考えられる。図 8は、第 1の 実施の形態の電界センサ 105を複数本束ねて形成された電界センサ 705の一例を 示す図である。電気光学層 115の側から見た図である。電界センサ 705は、一次元 的に並んだ複数の電界センサ 105が、更に、二次元的に最密充填になるように（千 鳥状、蜂の巣状）に束ねられている。そして、各電界測定システム 120のスペクトラム アナライザ 109からのデータを一台のコンピュータ（図示されず）で処理するようにす る。

[0060] 電界センサ 105をこのように束ねた電界センサ 705を用いて電界強度を測定するこ とで、従来より極めて短時間で、走査させずに高分解能な電界強度の二次元分布を 得ることが可能となる。

[0061] 電界センサは、単に一次元的に一列に並んだ複数の電界センサ 105だけであって も良い。その場合、束ねた方向に対して垂直な方向へ、狭ピッチで走査させることに より、従来より短時間で高分解能な電界強度の二次元分布を得ることができる。

[0062] また、電界測定システム 120は一つで、電界センサとして電界センサ 705を用いて も良い。その場合、光サーキユレータ 104と電界センサ 705との間に、レーザ光が入 射する電界センサ 705内の電界センサ 105を連続的に切り替えるレーザ切替部（図 示されず）を設ける。このようにすることで、一つの電界測定システム 120で連続的に 高分解能な電界強度の二次元分布を測定することも可能である。

[0063] また、複数の光ファイバを束ねた電界センサ 705では、それを構成する個々の電界 センサ 105間の平均信号の検出を行うことにより、ノイズを平均化することができる。 それにより、 SZN比を高めることができる。平均信号の検出は、スペクトラムアナライ ザ 109に内蔵された情報処理装置や、スペクトラムアナライザ 109に接続された情報 処理装置 (後述）において、そのプログラムにより行う。

[0064] 図 16は、電界測定システム 120 (磁界測定システム 520)に含まれる情報処理装置 700の構成を示すブロック図である。情報処理装置 700は、コンピュータに例示され 、スペクトラムアナライザ 109、 509に接続されている。情報処理装置 700は、平均信 号を検出するプログラムとしての平均信号検出部 701を内部のメモリに格納している

[0065] 図 18は、平均信号検出部 701の動作を示すフローチャートである。平均信号の検 出は、平均信号検出部 701が、電界センサ 705を構成する個々の電界センサ 105か らの信号及びノイズの加算平均を行って求めている。具体的には、例えば、以下のプ ロセスである。

始めに、一つの電界センサ 105からのノイズを含む信号（データ）をスペクトラムァ ナライザから取得する (ステップ S 11)。次に、別の電界センサ 105からのノイズを含 む信号 (次のデータ）をスペクトラムアナライザ力も取得する (ステップ S 12)。そして、 一つの電界センサ 105からのノイズを含む信号と別の電界センサ 105からのノイズを 含む信号との間で加算平均を行い、加算平均信号を求める (ステップ S 13)。ここで、 全ての電界センサ 105からの信号について加算平均を行ったカゝ否かを判断する（ス テツプ S 14)。全ての電界センサ 105からの信号につ!、て加算平均を行って ヽな ヽ 場合 (ステップ S 14 : NO)、ステップ S 12へ戻る。そして、次の別の電界センサ 105か らのノイズを含む信号を取得し (ステップ S 12)、ステップ S 13での加算平均信号と間 で更に加算平均を行い、加算平均信号を求める (ステップ S 13)。このような処理を電 界センサ 705に含まれる全ての電界センサ 105にわたつて逐次実行する。ただし、加 算平均とは、複数の信号を重ね合わせ、それを信号の総数で割る操作である。全て の電界センサ 105からの信号につ!、て加算平均を行った場合 (ステップ S14： YES)

、計算結果を出力する。ただし、加算平均とは、複数の信号を重ね合わせ、それを信 号の総数で割る操作である。

[0066] その他の構成、動作、製造方法については、第 1の実施の形態と同様である。

[0067] 図 9は、本発明の電界センサ 705と従来の電界センサとにおける電気信号の検出 結果を示すグラフである。横軸は周波数を示し、縦軸は電界強度に対応する電気信 号を示す。

曲線 A3は、本発明の電界センサ 705を電界測定システム 120に組み込み、レーザ 光が入射する電界センサ 105を逐次切り替えて連続的に測定する過程で、個々の電 界センサ 105の間の平均信号の検出を行った結果である。曲線 B3は、従来の電界 センサによる電気信号の検出結果を示している。被測定回路は単一直線ストリップ導 体を有するマイクロストリップ線路とし、各センサーを線路上空 10 mの位置に固定 して測定を行った。線路には 10MHz、 15dBmの信号を印加した。本発明の電界セ ンサ 705を適用した結果、ノイズが低減され、従来の電界センサに比べて SZN比を 高め、高感度化実現することができた。

[0068] なお、本実施の形態の電界センサは、第 1の実施の形態の電界センサを複数本束 ねて形成されている。しかし、束ねる電界センサを第 2の実施の形態の電界センサと してもよい。また、束ねる電界センサは第 1の実施の形態、第 2の実施の形態の電界 センサに限定されるものではない。例えば、電気光学層が平坦な光ファイバ端面上 に形成されて 、る電界センサであってもよ 、。

[0069] 本発明により、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域に 適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

[0070] (第 4の実施の形態）

本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第 4の実施の形態に ついて、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして磁界センサ、 電磁界測定システムにつ 、て磁界センサを用いる磁界測定システムにつ 、て説明す る。

[0071] 図 10Aは、本発明の第 4の実施の形態に係る磁界センサを用いる磁界測定システ ムの構成を示すブロック図である。図 10Bは、本発明の第 4の実施の形態に係る磁界 センサの断面図である。この磁界測定システム 520は、図 10Aに示すように、光ファ ィバ 501、連続レーザ光源 500、ファイバアンプ 502、偏光コントローラ 503、光サー キュレータ 504、磁界センサ 505、検光子 506、ファイバアンプ 507、フォトディテクタ 508、スペクトラムアナライザ 509を具備する。

[0072] 光ファイバ 501、光ファイバ 512、連続レーザ光源 500、ファイバアンプ 502、偏光 コントローラ 503、光サーキユレータ 504、検光子 506、ファイバアンプ 507、フォトデ ィテクタ 508、及びスペクトラムアナライザ 509は、第 1の実施の形態の光ファイバ 101 、光ファイバ 112、連続レーザ光源 100、ファイバアンプ 102、偏光コントローラ 103、 光サーキユレータ 104、検光子 106、ファイバアンプ 107、フォトディテクタ 108、スぺ クトラムアナライザ 109と同様である。

[0073] 磁界センサ 505は、図 10Bに示すように、光ファイバ 512、磁気光学層 515を備え る。光ファイバ 512は、クラッド層 513及びコア 514層を含む。光ファイバ 512は、一 方の端部を光サーキユレータ 504に接続されている。他方の端部は、その端面 535 が研磨により凸状の曲面に加工されている。その端面 535上には、微小な磁界検知 素子である磁気光学層 515が直接形成されて 、る。磁気光学層 515の外側の表面 5 36は、測定対象に向けられる。磁気光学層 515が凸状の曲面状に形成されているこ とは、光が曲面で集光されるためセンサ光の体積が縮小される結果、従来よりも分解 能を高めることができ好ま 、。

[0074] 次に、本発明の第 4の実施の形態に係る磁界測定システムの動作を説明する。連 続レーザ光源 500は、レーザ光を出射する。ファイバアンプ 502は、そのレーザ光を 増幅する。偏光コントローラ 503は、そのレーザ光の偏光面を制御する。光サーキュ レータ 504は、レーザ光を磁界センサ 505へ出射する。光ファイバ 512のコア層 514 を進んだレーザ光（531)は、磁気光学層 515の底面において、磁気光学層 115の 屈折率と空気の屈折率との差により反射される。このとき、磁気光学層 515の屈折率 は、回路基板 510から発生する磁界により変化する。それに伴い、その磁気光学層 5 15中を伝搬するレーザ光の偏光状態は、その外部磁界の強さに応じた変調を受け ている。光サーキユレータ 504は、変調され反射してきたレーザ光（532)を再び光フ アイバ 501へ戻す。検光子 506は、そのレーザ光を強度変調光に変換する。ファイバ アンプ 507は、変換後のレーザ光を増幅する。フォトディテクタ 508は、増幅されたレ 一ザ光を電気信号に変換する。スペクトラムアナライザ 509は、その電気信号を検出 する。スペクトラムアナライザ 509で検出される電気信号のピークは、外部磁界に起 因する信号に対応する。本システムの原理上、外部磁界の強さに応じてその信号の 強度が異なる。そのため、回路基板 510上の磁界センサ 505の位置を変えることによ り磁界分布が得られる。

[0075] 磁界センサの空間分解能は磁気光学層 515内を伝搬するセンサ光（レーザ光）の 体積によって決まる。センサ光 (レーザ光)の体積が小さ!/、ほど高空間分解能となる。 このうち、高さ方向の分解能は磁気光学層 515の厚さで定まるため、薄いことが望 ましい。従来はバルタの磁気光学部材を加工により薄層化して、光ファイバ一の先端 に接着させていた。バルク部材の加工による薄層化は 10 m程度が加工上の限界 である。そのため、高さ方向の分解能を高めることは困難であった。しかし、本発明で は、研磨により凸状の曲面に加工された光ファイバ 512の先端に、磁気光学層 515 を直接に薄膜で形成する。したがって、加工限界の 10 mに制限されること無ぐ磁 気光学層 515の厚さをより薄くすることができる。それにより、高さ方向分解能を向上 させることができる。磁気光学層 515の厚さとしては、例えば、 1 μ m以上 8 μ m以下 が好ましい。： L m以上より薄いと、磁界計測に十分な SZN比を得ることができなく なる。 8 m以下であれば好ましい高分解能が得られる。

[0076] また、水平方向の分解能は磁気光学層 515中を伝搬するレーザ光の径で定まるた め、光径が絞り込まれることが望ましい。従来は上述のように接着層が存在していた ため光径を十分に絞れな力つた。本発明では、上述のように、光ファイバ 512の先端 に磁気光学層 515を直接に薄膜で形成して 、るので、接着層を用 、る必要がな 、。 したがって、接着層に妨害されること無ぐレーザ光の径を絞り込むことができる。そ れにより、水平方向分解能を向上させることができる。

以上のように、高さ方向及び水平方向の分解能を向上することで磁界センサ 505の 空間分解能の高分解能化を実現した。

[0077] 次に、本発明の第 1の実施の形態に係る磁界センサの製造方法を説明する。 磁気光学層 515は、エアロゾルデポジション法により形成した。エアロゾルデポジシ ヨン法は、まず、超微粒子をエアロゾル発生器に充填する。次に、キャリアガス (例示： 窒素、空気）をエアロゾル発生器に導入して超微粒子を均一に分散させたエアロゾ ルを作り出す。続いて、そのエアロゾルを成膜室に搬送してノズルカゝら基板に向かつ て噴射し堆積させる。これにより、所望の膜が成膜される。このとき、超微粒子 (脆性 材料)は機械的衝撃力が付加されて基板に到達するので、基板上で粉砕されながら 、堆積する。

[0078] 図 17は、本発明の磁界センサの実施の形態の製造方法を示すフローチャートであ る。

まず、エアロゾルデポジション法による成膜に用いる基板を準備する (ステップ S01) 。基板は、光ファイバ 512を用いる。成膜面は、光ファイバ 512の端部の端面 535で ある。光ファイバ 512の端部を、研磨により凸状の曲面に加工して形成する。次に、 エアロゾルデポジション法による成膜を行う（ステップ S02)。エアロゾルデポジション 法による磁気光学層 515の成膜条件は、以下のとおりである。磁気光学層 515の成 膜の膜厚は 4000nmとした。原料粉末は Bi置換 YIG (イットリウム—鉄—ガーネット） 、キヤリャガスは酸素をそれぞれ用いた。基板 (光ファイバ 512の端面 535)に対する ノズルの入射角を 30度、ガス流量を 8リットル Z分、ノズル基板間距離を 5mm、成膜 速度を 1. O ^ m/min,加振器の振動数を 250rpmとして成膜した。

[0079] その後、熱処理を含む以下の処理を行った (ステップ S03)。すなわち、成膜後、磁 気光学層 515を大気中で、 600°C、 15分間程度熱処理した。この熱処理により、磁 気光学層 515の磁気光学効果を発現させた。ファラデー回転角は 7degZmmであ つた。熱処理後、磁気光学層 515の膜の表面 536の凹凸を除去するために、膜厚 3 600nmまで研磨し、平坦化した。

以上の製造方法により、磁界センサ 505が形成された。

[0080] 上記の説明では、磁気光学層 515の組成として Bi置換 YIGの場合を説明した。し かし、この組成に限定されるものではなぐ例えば、 Ceを添カ卩した組成であっても良 い。また、 YIG系の材料以外にも、磁気光学効果の大きいスピネル構造、へキサゴナ ル構造のいずれかを有するフェライト等も有効な材料である。さらに、磁気光学層とし て鉄、ニッケル、コバルトのいずれかを含む強磁性膜の極薄層を用いることができる。

[0081] 本発明では、磁気光学層 515の成膜にエアロゾルデポジション法を用いていること も発明の特徴のひとつである。その理由は以下による。本発明の目的の一つは、高 分解能な磁界センサを提供することにある。そのためには、加工された光ファイバの 先端に磁気光学層 515を直接薄膜で形成することが重要である。また、磁界計測に 十分な SZN比を得るためには、その膜厚は 1 μ m以上であることが望ましい。 l ^ m の強誘電体透明膜をガラス、プラスチックや高分子を含む榭脂ゃ任意の組成の誘電 体上に実現できるのは、現在の技術ではスパッタ法でもゾル ·ゲル法でも不可能であ り、ただエアロゾルデポジション法でのみ可能である。

[0082] 図 11は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用いて測定した磁界分布の 一例を示すグラフである。曲線 A4は本発明の磁界センサを用いた場合であり、曲線 B4は従来の磁界センサを用いた場合である。横軸は位置を示し、縦軸は磁界強度 に対応する電気信号を示す。磁界分布の測定は、配線幅 Z間隔 5 mの 3線ミアン ダ配線上空で行った。ミアンダ配線には 10MHz、 15dBmの信号を印加した。磁界 センサをミアンダ配線上空 10 mの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に 1 μ mピッチで走査させたときに得られた磁界分布である。従来の磁界センサの場合、 隣接配線間で観測されるはずの磁界ピークが観察されな力つた（曲線 B4)。一方、本 発明の磁界センサの場合、磁界ピークが明瞭に観測されている（曲線 A4)。この結 果から、本発明の磁界センサが従来の磁界センサよりも高空間分解能であることが分 かる。

[0083] 本発明により、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域に 適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

[0084] (第 5の実施の形態）

本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第 5の実施の形態に ついて、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして磁界センサ、 電磁界測定システムにつ 、て磁界センサを用いる磁界測定システムにつ 、て説明す る。

[0085] 本実施の形態では、磁界測定システムは基本的に第 4の実施の形態の磁界測定シ ステム 520と同様である。しかし、本実施の形態の磁界測定システムにおける磁界セ ンサ 605の構成力 第 4の実施の形態の磁界センサ 505の構成と異なる。

[0086] 図 12は、本発明の第 5の実施の形態に係る磁界センサの構成を示す断面図である 。磁界センサ 605は光ファイバ 612、磁気光学層 615を備える。光ファイバ 612は、ク ラッド層 613及びコア 614層を含む。光ファイバ 612は、一方の端部を光サーキユレ ータ 504に接続されている。他方の端部は、円錐 631を形成されている。ただし、正 確に円錐状の形状でなくても良ぐ端部を加熱中の引張り操作により伸張した場合に できる概ね円錐状の形状であれば良い。その円錐 631の先端部の側面（曲面） 635 には、微小な磁界検知素子である磁気光学層 615が直接形成されている。磁気光学 層 615の外側の表面 636は、測定対象に向けられる。磁界センサ 605のその他の構 成については、第 4の実施の形態と同様である。

[0087] 次に、本発明の第 5の実施の形態に係る磁界測定システムの動作については、磁 界センサ 605を用いる他は、第 4の実施の形態と同様である。

[0088] この場合にも、第 4の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、本実施の 形態の磁界センサ 605は、凸状の曲面 535にカ卩ェされた光ファイバ 512の先端に磁 気光学層 515を形成して作製する第 4の実施の形態の磁界センサ 505よりも、さらに レーザ光を集光することが可能である。そのため、第 4の実施の形態の磁界センサ 5 05よりも高空間分解能となる。

[0089] 光ファイバの端部の形状は、第 4の実施の形態や本実施の形態に限定されるもの ではない。その形状は、光ファイバ 612の先端部のように、端部で反射したレーザ光 が集光しやすい形状であることが好ましい。これにより、測定に寄与するレーザ光が 増え、磁界センサの感度や SZN比を向上することができる。

[0090] 次に、本発明の第 5の実施の形態に係る磁界センサの製造方法については、光フ アイバ 612を用いる他は図 17に示す第 4の実施の形態と同様である。ただし、基板と しての光ファイバ 612の端部は、以下のようにして加工される。まず、端部を加熱し、 その加熱中の端部を引張り操作により伸張させて、適当な位置にて切断する。その 後、その先端部を研磨により鋭利に尖らせて形成した。この場合にも、第 4の実施の 形態と同様の効果を得ることができる。 [0091] 図 13は、本発明の磁界センサと従来の磁界センサを用いて測定した磁界分布の 一例を示すグラフである。曲線 A5は本発明の磁界センサを用いた場合であり、曲線 B4は従来の磁界センサを用いた場合である。なお、曲線 A4は、図 11で説明したも のと同じである。横軸は位置を示し、縦軸は磁界強度に対応する電気信号を示す。 磁界分布の測定は、配線幅 Z間隔 5 mの 3線ミアンダ配線上空で行った。ミアンダ 配線には 10MHz、 15dBmの信号を印加した。磁界センサをミアンダ配線上空 10 mの位置に配置し、ミアンダ配線を横断する方向に 1 μ mピッチで走査させたときに 得られた磁界分布である。

従来の磁界センサの場合、隣接配線間で観測されるはずの磁界ピークが観測されな 力つた（曲線 B4)。一方、本発明の磁界センサの場合、磁界ピークが明瞭に観測され ている（曲線 A5)。この結果から、本発明の磁界センサが従来の磁界センサよりも高 空間分解能であることが分かる。さらに、第 4の実施の形態に記載の磁界センサ 505 を用いた場合 (曲線 A4)よりも中央部 2箇所の磁界ピークの相対強度が強 、。図 13 は、本実施の形態の磁界センサ 605が第 4の実施の形態に記載の磁界センサ 505よ りも高空間分解能であることを示して 、る。

[0092] また、本発明の電界センサの実施の形態で説明された内容と同様の効果により、磁 気光学層の上あるいは上下に誘電体多層膜反射層を形成することにより本発明の磁 界センサをより高感度とすることができる。

[0093] 本発明により、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域に 適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

[0094] (第 6の実施の形態）

本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第 6の実施の形態に ついて、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして磁界センサ、 電磁界測定システムにつ 、て磁界センサを用いる磁界測定システムにつ 、て説明す る。

[0095] 本実施の形態では、磁界測定システムは基本的に第 4の実施の形態の磁界測定シ ステム 520と同様である。ただし、 1点ごとの磁界測定ではなぐ磁界センサ 505を複 数本束ねて複数点の磁界測定を一度に行う点で第 4の実施の形態と異なる。 [0096] 複数点での磁界測定の方法としては、例えば、磁界測定システム 520を複数用意 し、それらに属する複数の磁界センサ 505を束ねる方法が考えられる。図 14は、第 1 の実施の形態の磁界センサ 505を複数本束ねて形成された磁界センサ 805の一例 を示す図である。磁気光学層 515の側力も見た図である。磁界センサ 900は、一次 元的に並んだ複数の磁界センサ 505が、更に、二次元的に最密充填になるように（ 千鳥状、蜂の巣状）に束ねられている。そして、各磁界測定システム 520のスぺクトラ ムアナライザ 509からのデータを一台のコンピュータ（図示されず）で処理するように する。

[0097] 磁界センサ 505をこのように束ねた磁界センサ 900を用いて磁界強度を測定するこ とで、従来より極めて短時間で、走査させずに高分解能な磁界強度の二次元分布を 得ることが可能となる。

[0098] 磁界センサは、単に一次元的に一列に並んだ複数の磁界センサ 505だけであって も良い。その場合、束ねた方向に対して垂直な方向へ、狭ピッチで走査させることに より、従来より短時間で高分解能な磁界強度の二次元分布を得ることができる。

[0099] また、磁界測定システム 520は一つで、磁界センサとして磁界センサ 900を用いて も良い。その場合、光サーキユレータ 504と磁界センサ 900との間に、レーザ光が入 射する磁界センサ 900内の磁界センサ 505を連続的に切り替えるレーザ切替部（図 示されず）を設ける。このようにすることで、一つの磁界測定システム 520で連続的に 高分解能な磁界強度の二次元分布を測定することも可能である。

[0100] また、複数の光ファイバを束ねた磁界センサ 900では、それを構成する個々の磁界 センサ 505間の平均信号の検出を行うことにより、ノイズを平均化することができる。 それにより、 SZN比を高めることができる。平均信号の検出は、スペクトラムアナライ ザ 109に内蔵された情報処理装置や、スペクトラムアナライザ 109に接続された情報 処理装置 (後述）において、そのプログラムにより行う。平均信号の検出方法は、第 3 の実施の形態（図 16、図 18)で説明したとおりである。

[0101] その他の構成、動作、製造方法については、第 4の実施の形態と同様である。

[0102] なお、本実施の形態の磁界センサは、第 4の実施の形態の磁界センサを複数本束 ねて形成されている。しかし、束ねる磁界センサを磁界測定システムの第 5の実施の 形態の磁界センサとしてもよい。また、束ねる磁界センサは磁界測定システムの第 4 の実施の形態、第 5の実施の形態の磁界センサに限定されるものではない。例えば、 磁気光学層が平坦な光ファイバ一端面上に形成されている磁界センサであってもよ い。

[0103] 本発明により、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域に 適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

[0104] (第 7の実施の形態）

本発明の電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムの第 7の実施の形態に ついて、添付図面を参照して説明する。ここでは、電磁界センサとして電界センサ及 び磁界センサを用いる磁界測定システムにつ 、て説明する。

[0105] 本実施の形態では、電磁界測定システムは基本的に第 1の実施の形態の電界測 定システム 120又は第 4の実施の形態の磁界測定システム 520と同様である。ただし 、 1点ごとの電界測定及び磁界測定ではなぐ電界センサ 105及び磁界センサ 505 を複数本束ねて複数点の電界測定及び磁界測定を一度に行う点で第 1の実施の形 態の電界測定システム 120又は第 4の実施の形態の磁界測定システム 520と異なる

[0106] 複数点での電界測定及び磁界測定の方法としては、例えば、電界測定システム 12 0及び磁界測定システム 520を複数用意し、それらに属する複数の電界センサ 105 及び磁界センサ 505を束ねる方法が考えられる。図 15は、電界センサ 105及び磁界 センサ 505を複数本束ねて形成された電磁界センサ 905の一例を示す図である。電 気光学層 115及び磁気光学層 515の側から見た図である。電磁界センサ 905は、一 次元的に交互に並んだ複数の電界センサ 105及び磁界センサ 505が、更に、二次 元的に最密充填になるように（千鳥状、蜂の巣状）に束ねられている。そして、各電界 測定システム 120及び磁界測定システム 520のスペクトラムアナライザ 109及びスぺ クトラムアナライザ 509からのデータを一台のコンピュータ（図示されず)で処理するよ うにする。

[0107] 電界センサ 105及び磁界センサ 505をこのように束ねた電磁界センサ 905を用い て電界強度及び磁界強度を測定することで、従来より極めて短時間で、高分解能な 電界強度及び磁界強度の二次元分布 (高空間分解能電磁界マップ)を得ることが可 能となる。

[0108] 電磁界センサ 905は、単に一次元的に一列に並んだ複数の電界センサ 105及び 磁界センサ 505だけであっても良い。その場合、束ねた方向に対して垂直な方向へ 、狭ピッチで走査させることにより、従来より短時間で高分解能な電界強度及び磁界 強度の二次元分布 (高空間分解能電磁界マップ)を得ることができる。

[0109] また、一つの磁界測定システム 520が磁界センサとして電磁界センサ 905の複数の 磁界センサ 505を用い、一つの電界測定システム 120が電界センサとして電磁界セ ンサ 905の複数の電界センサ 105を用いても良い。その場合、光サーキユレータ 104 と電磁界センサ 905の複数の電界センサ 105との間、及び、光サーキユレータ 504と 電磁界センサ 905の複数の磁界センサ 505との間に、レーザ光が入射する電界セン サ 105又は磁界センサ 505を連続的に切り替えるレーザ切替部（図示されず)を設け る。このようにすることで、一つの磁界測定システム 520及び一つの電界測定システ ム 120で連続的に高分解能な電磁界強度の二次元分布を測定することも可能である

[0110] また、一つの電磁界測定システム (磁界測定システム 520又は電界測定システム 1 20)が、電磁界センサ 905の複数の電界センサ 105及び磁界センサ 505を用いても 良い。その場合、光サーキユレータ 104又は光サーキユレータ 504と電磁界センサ 9 05との間に、レーザ光が入射する電界センサ 105及び磁界センサ 505を連続的に 切り替えるレーザ切替部（図示されず)を設ける。このようにすることで、一つの電磁界 測定システムで連続的に高分解能な電磁界強度の二次元分布を測定することも可 能である。

[0111] また、複数の光ファイバを束ねた電磁界センサ 905では、それを構成する個々の電 界センサ 105間の平均信号及び個々の磁界センサ 505間の平均信号の検出を行う ことにより、ノイズを平均化することができる。それにより、電界強度及び磁界強度のそ れぞれの SZN比を高めることができる。平均信号の検出は、スペクトラムアナライザ 1 09やそれに接続されたコンピュータ（図示されず）において、そのプログラムにより行 う。平均信号の検出方法は、第 3の実施の形態で説明したとおりである。 [0112] その他の構成、動作、製造方法については、第 1の実施の形態、第 4の実施の形態 と同様である。

[0113] なお、本実施の形態の電磁界センサは、第 1の実施の形態の電界センサ及び第 4 の実施の形態の磁界センサを複数本束ねて形成されている。しかし、束ねる電界セ ンサを第 2の実施の形態の電界センサ、束ねる磁界センサを第 5の実施の形態の磁 界センサとしてもよい。また、束ねる電界センサは第 1、第 2の実施の形態の電界セン サに限定されるものではない。同様に、束ねる磁界センサは第 4、 5の実施の形態の 磁界センサに限定されるものではない。例えば、電気光学層が平坦な光ファイバ一 端面上に形成されている電界センサであってもよい。磁気光学層が平坦な光フアイ バー端面上に形成されて 、る磁界センサであってもよ!/、。

[0114] 本発明により、より小型で高空間分解能で、 LSIチップ Zパッケージの微細領域に 適用可能な電磁界センサとそれを用いた電磁界測定システムを得ることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 光ファイバと、

前記光ファイバの端部における端面上に設けられ、前記光ファイバを介して入射す る光を反射する光学層と

を具備する

電磁界センサ。

[2] 請求の範囲 1に記載の電界センサにおいて、

前記光学層は、電気光学層を備える

電磁界センサ。

[3] 請求の範囲 1に記載の電界センサにおいて、

前記光学層は、磁気光学層を備える

を具備する

電磁界センサ。

[4] 請求の範囲 2又は 3に記載の電磁界センサにおいて、

肯 己端面は、凸面である

電磁界センサ。

[5] 請求の範囲 2乃至 4のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、

前記光ファイバは、前記端部が伸張された略円錐であり、

前記光学層は、前記略円錐の先端部の側面に設けられている

電磁界センサ。

[6] 請求の範囲 2乃至 4のいずれか一項に記載の電磁界センサにおいて、

前記光学層と端面との間に誘電体層を更に具備する

電磁界センサ。

[7] 請求の範囲 1乃至 6の!、ずれか一項に記載の電磁界センサにお 、て、

前記光学層を有する前記光ファイバは複数あり、一つに束ねられて ヽる 電磁界センサ。

[8] 請求の範囲 7に記載の電磁界センサにおいて、

複数の前記光ファイバは、一次元的に束ねられている 電磁界センサ。

[9] 請求の範囲 7に記載の電磁界センサにおいて、

複数の前記光ファイバは、二次元的に最密充填になるように束ねられている 電磁界センサ。

[10] 請求の範囲 2に記載の前記電磁界センサとしての電界検知用の複数の電界センサ と、

請求の範囲 3に記載の前記電磁界センサとしての磁界検知用の複数の磁界センサ と

を具備し、

前記複数の電界センサと前記複数の磁界センサとは、一つに束ねられている 電磁界センサ。

[11] 請求の範囲 10に記載の電磁界センサにおいて、

前記複数の電界センサの各々と、前記複数の磁界センサの各々とは、互い違いに 整列されて束ねられる

電磁界センサ。

[12] 光を発するレーザ光源と、

前記光を光ファイバの端部で反射する、請求の範囲 1乃至 11のいずれか一項に記 載の電磁界センサと、

前記反射光を検出する検出部と

を具備する

電磁界測定システム。

[13] (a)光ファイバの端部の端面上にエアロゾルデポジション法により電気光学層及び 磁気光学層のいずれか一方をセンサ層として形成する工程と、

(b)前記センサ層を熱処理する工程と

を具備する

電磁界センサの製造方法。

[14] 請求の範囲 13に記載のセンサの製造方法にぉ 、て、

前記 (a)工程は、 (al)前記端部を研磨して、凸面状の端面を形成する工程を備える 電磁界センサの製造方法。

[15] 請求の範囲 13に記載のセンサの製造方法にぉ 、て、

前記 (a)工程は、

(a2)前記端部を伸張して、略円錐状の端面を形成する工程を備える

電磁界センサの製造方法。

[16] (m)束になっている複数のセンサのうちの第 1センサが検出した第 1検出信号を取 得するステップと、

(n)前記複数のセンサのうちの第 2センサが検出した第 2検出信号を取得する工程 と、

(o)前記第 1検出信号と前記第 2検出信号との加算平均としての第 1加算平均信号 を算出する工程と、

(P)前記複数のセンサのうち、未だ検出信号を取得されていない他のセンサが検出 した第 3検出信号を取得する工程と、

(q)前記第 1加算平均信号と前記第 3検出信号との加算平均を算出して、前記第 1 加算平均信号とする工程と、

(r)前記複数のセンサの全てについて、検出信号の加算平均を行うまで前記 (p)ス テツプ及び前記（q)ステップを繰り返すステップと

を具備し、

前記複数のセンサの各々は、

光ファイバと、

前記光ファイバの端部における凸面の端面上に設けられた電気光学層及び磁気 光学層のいずれか一方と

を備える

電磁界センサの電磁界検知方法。