WO2007004691A1 - 電界／磁界センサおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明による電界センサは、光ファイバの先端部の研磨面に、ファブリペロー型共振器構造の電気光学膜をエアロゾルデポジション法で直接形成して得られる。

Description

明 細 書 電界 κ磁界センサぉよびそれらの製造方法 技術分野

本発明は、 電界 磁界センサおよびそれらの製造方法に関するものであり、 特 に、 L S Iチップノバッケージの微細領域に適用するための高感度■高空間分解 能を持つ電界 磁界センサぉよびそれらの製造方法に関する。 背景技術

電界や磁界などの物理量を検出するためのセンサおよび検出システムが特許文 献 1 (特開昭 5 9—1 6 6 8 7 3号公報） や特許文献 2 (特開平 2— 2 8 5 7 4 号公報） に開示されている。

図 1は光技術を利用した従来の高空間分解能電界センサの構造を示す断面図で あり、 図 2は図 1の電界センサを用いた検出システムの一例を示す図である。 図 1を参照して、 電界センサ 9 0 5は光ファイバ 9 0 1の先端に接着層 9 0 6 を介して接着される。 電界センサ 9 0 5は、 電界検知素子である微小な電気光学 結晶 9 0 7と、 電気光学結晶 9 0 7の底面に施された光を反射させるための誘電 体多層反射層 9 0 8とから構成されている。

図 2を参照して、 検出システムは、 連続レーザ光源 9 0 0、 ファイバアンプ 9 0 2、 9 1 1、 偏光コントローラ 9 0 3、 光サーキユレータ 9 0 4、 測定対象で ある回路基板 9 0 9上に設けられた電界センサ 9 0 5、 検光子 9 1 0、 フォトデ ィテクタ 9 1 2およびこれらの間を結ぷ光ファイバ 9 0 1、 スぺク卜ラムアナラ ィザ 9 1 3から成る。

本検出システムの電界検出原理を以下に概述する。 連続レーザ光源 9 0 0から 出射された光はファイバアンプ 9 0 2にて増幅され、 偏光コントローラ 9 0 3で 偏光面を制御された後、 光サーキユレータ 9 0 4を通って電界センサ 9 0 5に入 射する。 電界センサ 9 0 5への入射光は電気光学結晶 9 0 7の底面に施された誘 電体多層反射層 9 0 8により反射された後、 再び光ファイバ 9 0 1に戻る。 電気 光学結晶 9 0 7は、 回路基板 9 0 9から発生する電界によリその屈折率が変化す るため、 結晶中を伝搬するレーザ光の偏光状態は変化し、 外部電界の強さに応じ た変調を受ける。 変調された光は、 再び光サーキユレータ 9 0 4を通った後に検 光子 9 1 0により強度変調光に変換され、 ファイバアンプ 9 1 1にて増幅後にフ ォトディテクタ 9 1 2で電気信号に変換される。

電気信号はスぺク卜ラムアナライザ 9 1 3により検出され、 その時発生される ピークが外部電界に起因する信号とされる。 本検出システムの原理上、 外部電界 の強さに応じて信号強度が異なるため、 回路基板 9 0 9上の電界センサ 9 0 5の 位置を変えることにより電界分布が得られる。

なお、 図 1における電気光学結晶 9 0 7を磁気光学結晶に代えることにより、 図 2のシステムは高空間分解能を持つ磁界検出システムとなる。 この場合の磁界 検出原理は、 上記の電界検出原理の説明中の 「電界」 を 「磁界」 に置き換えるこ とで説明される。

前述したように、 従来の高空間分解能を持つ電界検出システムあるいは磁界検 出システムは、 光ファイバ 9 0 1の先端に、 微小加工された電気光学結晶あるい は磁気光学結晶が接着された構造を持つことを特徴としている。

電界検出システムあるいは磁界検出システムの適用領域と空間分解能は電気光 学結晶あるいは磁気光学結晶のサイズにより制限され、 サイズが小さいほど、 よ リ微小な領域に適用でき、 空間分解能も高い。 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り、センサ光の体積が小さし、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につい て述べると、 平面サイズ 2 7 0 / m X 2 7 0 < m 厚み 1 1 mの結晶を用いて 1 O m級の空間分解能を有する磁界センサが実現されている。

しかしながら、 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り、 L S Iチップ Zパ ッケージの微細領域に適用可能なセンサを提供することができない。 また、 従来型センサの場合、 上述したように結晶を光ファイバの先端に接着さ せるため、 接着層で光のロスが発生し、 このロスがセンサの低感度化の原因とな つて L S Iチップ等から発生する微小電界あるいは磁界の検出を困難にしていた。 本発明は、 従来の電界 Z磁界センサよりも小型で高感度、 高空間分解能を持つ センサを実現し、 L S Iチップ/パッケージの微細領域に適用可能なセンサを提 供することを目的とする。 発明の開示

本発明は、 高感度で高分解能を持つ電界 磁界センサの実現のためには、 電気 光学層または磁気光学層を光ファイバの先端に直接に、 薄膜で形成することが有 効であるという識見に基づいてなされたものである。

本発明による電界センサは、 光ファイバの先端に電気光学層が直接形成された ことを特徴とする。 このような構成にすることで、 電気光学層の薄膜化が可能と なり高分解能が実現できる。 また、 干渉効果を利用でき、 高感度化が図れる。 本発明による電界センサはまた、 光ファイバの先端に電気光学層が直接形成さ れ、 電気光学層の表面に反射層が形成されていることを特徴とする。 本発明によ る電界センサはさらに、 光ファイバの先端に電気光学層と、 この電気光学層を上 下から挟むように下部の反射層と上部の反射層とを光ファイバに直接積層してフ ァブリペロー共振器を構成することで、 さらに高感度化が可能である。

電気光学層の直径 dは、 光ファイバのコアの直径 d cおよびクラッドの直径 d rとの間に d c≤d≤d rの関係を満たすことが好ましい。

また、 電気光学層の厚さ tを、 t≥ 1〃mとすることで、 フアブリペロー共振 器の Q値を高めることが可能となり、高感度化が図れる。電気光学層は、成膜法、 特にエア口ゾルデポジシヨン法によって成膜されることが好ましい。 エアロゾル デポジション法によれば、 1 m以上の膜厚の電気光学膜を成膜することができ るので、 感度を高めることができる。

電気光学層の組成は、 ジルコン酸チタン酸鉛、 ランタンが添加されたジルコン 酸チタン酸鉛、 チタン酸バリウム、 ストロンチウム添加チタン酸バリウム、 タン タリゥム添加ニオブ酸力リゥムのいずれかである。

本発明による磁界センサは、 光ファイバの先端に磁気光学層が直接形成された ことを特徴とする。 この構成にすることで、 磁気光学層の薄膜化が可能となり高 分解能が実現できる。 また、 干渉効果を利用でき、 高感度化が図れる。

また、 本発明による磁界センサは、 光ファイバの先端に磁気光学層が直接形成 され、 磁気光学層の表面に反射層が形成されていることを特徴とする。 本発明に よる磁界センサはさらに、 光ファイバの先端に磁気光学層と、 この磁気光学層を 上下から挟むように下部の反射層と上部の反射層とを光ファイバに直接積層して ファプリペロー共振器を構成することで、 さらに高感度化が可能である。

磁気光学層の直径 dは、 光ファイバのコアの直径 d cおよびクラッドの直径 d rとの間に d c≤ d≤ d rの関係を満たすことが好ましい。

また、 磁気光学層の厚さ tを、 t≥ 1 j« mとすることで、 フアブリペロー共振 器の Q値を高めることが可能となリ、高感度化が図れる。磁気光学層は、成膜法、 特にエア口ゾルデポジション法によって成膜されることが好ましい。 エア口ゾル デポジション法によれば、 1 m以上の膜厚の磁気光学膜を成膜することができ るので、 感度を高めることができる。

磁気光学層は、 ガーネット構造、 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である。 また、 磁気光学層が、 鉄、 ニッケル、 コバルトのい ずれかを含む強磁性膜であってもかまわない。

本発明によれば、 光ファイバの先端に、 電界により屈折率が変化する電気光学 層を直接形成することを特徴とする電界センサの製造方法が提供される。 なお、 電気光学層の表面に反射層が形成されても良い。

本発明によればまた、 光ファイバの先端に第 1の反射層を直接形成するステツ プと、 第 1の反射層に電界により屈折率が変化する電気光学層を直接形成するス テツプと、 電気光学層に第 2の反射層を直接形成するステツプとを有することを 特徴とする電界センサの製造方法が提供される。

なお、 上記の製造方法において、 電気光学層に代えて、 磁界により屈折率が変 化する磁気光学層を形成することで磁気センサの製造方法が提供される。 6 313446

更に、 本発明によれば、 上記の電界センサを有する電界検出システム、 上記の 磁界センサを有する磁界検出システムが提供される。 図面の簡単な説明

図 1は、 従来の電界センサの構造を示す断面図である。

図 2は、 図 1の電界センサを用いた電界検出システムの構成を示すブロック図 である。

図 3は、 本発明の第 1の実施例による電界センサの構成を示す断面図である。 図 4は、 図 3の電界センサを用いた電界検出システムの構成を示すブロック図 である。

図 5は、 本発明による電界センサの S E Mによる写真を模した図である。

図 6は、 本発明による電界センサと従来の電界センサの反射スぺクトルを示す 図である。

図 7は、 本発明の電界センサによる電界分布と従来の電界センサによる電界分 布を示す図である。

図 8は、 本発明による電界センサにおいて、 センサ感度をより高めることがで きる第 2の実施例を示す断面図である。

図 9は、 本発明による電界センサにおいて、 センサ感度を図 8の第 2の実施例 よりもさらに高めることができる第 3の実施例を示す断面図である。

図 1 0は、 本発明による電界センサの反射スぺクトルの P Z T膜厚依存性を示 す図である。

図 1 1は、 本発明による磁界センサの構成を示す断面図である。

図 1 2は、 図 1 1の磁界センサを用いた磁界検出システムの構成を示すブロッ ク図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図 3は本発明の第 1の実施例による電界センサの構成を示す断面図であり、 図 4は図 3の電界センサを用いた電界検出システムの構成を示すブロック図である。 図 3を参照して、 電界センサ 1 0 5は、 光ファイバ 1 0 1を構成するコア層 1 0 6およびコア層 1 0 6を囲むクラッド層 1 0 7と、 光ファイノ 1 0 1の先端部 に形成された電気光学層 1 0 8とにより構成される。 光ファイバ 1 0 1の先端部 は研磨により平坦に加工されており、 電気光学層 1 0 8はその研磨面上に直接形 成されている。

図 4を参照して、 電界検出システムは、 連続レーザ光源 1 0 0、 ファイバアン プ 1 0 2、 1 1 2、 偏光コン卜ローラ 1 0 3、 光サーキユレータ 1 0 4、 測定対 象である回路基板 1 0 9上に設けられた電界センサ 1 0 5、 検光子 1 1 1、 フォ 卜ディテクタ 1 1 3およびこれらの間を結ぶ光ファイバ 1 0 1、 スペクトラムァ ナライザ 1 1 4から成る。

連続レーザ光源 1 0 0から出射したレーザ光は、 ファイバアンプ 1 0 2で増幅 され、 偏光コントローラ 1 0 3で偏光面を制御された後、 光サーキユレータ 1 0 4を通して電界センサ 1 0 5に入射する。 電気光学層 1 0 8は、 回路基板 1 0 9 から発生する電界により屈折率が変化するため、 反射レーザ光 1 1 0の偏光状態 は変化する。 反射レーザ光 1 1 0は光サーキユレータ 1 0 4を通して検光子 1 1 1で偏光状態を示す光に変換され、 ファイバアンプ 1 1 2で増幅された後、 フォ 卜ディテクタ 1 1 3で電気信号に変換される。 変換された電気信号はスぺクトラ ムアナライザ 1 1 4で解析される。

電界センサ 1 0 5による偏光状態の変化量に関する分解能は電気光学層 1 0 8 の厚さで定まるため、 電気光学層 1 0 8は薄いことが望まれる。 また、 電界セン サ 1 0 5の出力は、 電界による屈折率の変化量を表す電気光学係数と、 電気光学 層 1 0 8の厚さの積になる。 従って、 高分解能と高出力を同時に満足させるため には、 センサ部分である電気光学層 1 0 8に干渉効果を持たせ、 見かけ上の光路 長を長くすることが重要である。

図 1に示した従来例ではバルクの電気光学部材を薄層化して光ファイバの先端 に接着させる構造をとつていたが、 このような構造では光ファイバ端面との平行 度を出すことが困難であり、 十分な干渉効果を得ることができなかった。 また、 JP2006/313446

バルク部材の薄層化は 1 0 m程度が加工上の限界であり、 分解能を高めること はできなかった。

本実施例では、 電気光学層 1 08を光ファイバ 1 01の先端に直接に、 薄膜で 形成することで、 高感度、 かつ、 高分解能を持つ電界センサを実現した。

電気光学層 1 08は、 超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して粉砕、 接合 させ成形体を形成するエアロゾルデポジション法により形成した。 膜厚は 9ミク ロンである。 P b (Z r₀.₆T i 0₃ (以下、 PZTと称する） を原料粉末とし、 キャリアガスは酸素、 ノズルと基板の入射角は 1 0度、 ガス流量 1 2リツトル 分、 ノズル基板間距離は 5 mm、 成膜速度は 0. n、 加振器の振動 数は 250 r pmで成膜した。

成膜後、 大気中で、 600°C1 5分間程度熱処理することで電気光学層 1 08 の電気光学効果を発現させた。 さらに、 200°Cで 1 00 k VZcm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 r ₃₃は 200 pmZVであった。 図 5に、 エア口ゾルデポジシヨン法により光ファイバ 201の端部に形成した 卩 丁膜202を、 S EMによる写真を模して示す。 光ファイバ 201の端部に P Z T膜 202が密着して 9ミクロンの厚さで形成されていることがわかる。 ェ ァ口ゾルデポジション法は P Z Tのような複合酸化物の厚膜を短時間で形成でき る特徴を有している。

熱処理後、 電気光学層 202 (1 08) の膜表面の四凸を除去するために、 膜 厚 7ミクロンまで研磨し、 平坦化した。

図 6に、 電気光学層 202 (1 08) の膜表面の平坦化後の反射量の波長依存 性を示す。 301は本発明の反射スペクトルであり、 3 O d B程度の変調度が得 られている。 このことは、 本発明により形成した電気光学層で大きな共鳴構造が 得られていることを示しており、 EOセンサとして優れている。 比較のために従 来例の EO結晶を用いた EOセンサの反射スぺクトルを 302に示す。 従来例で は変調度は 2 d B程度であり、 十分な共鳴構造が得られているとはいえない。 上記の説明では電気光学層の組成を PZTの場合について説明したが、 この組 成に限定されるものではなく、 例えば L aを添加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。

本発明では、 電気光学層 1 0 8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、 高感度で高分解能を持つ電界センサを提供することに ある。 そのためには電気光学層 1 0 8を光ファイバ 1 0 1の先端に直接薄膜で形 成することが重要である。 また、 高い干渉効果を得るためには、 電機光学層 1 0 8の膜厚は 1 / m以上であることが望まれる。 1 j« 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樹脂や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 'ゲル法では非常に難しく、 エア口ゾルデポジ ション法では容易に実現することができる。

電気光学層 1 0 8の直径 dは、 光ファイノ 1 0 1のコア 1 0 6の直径 d cおよ びクラッド 1 0 7の直径 d rとの間に d c≤ d≤ d rの関係を満たすことが重要 である。 直径 dが d c以下の場合、 入射レーザ光は散乱してしまうため、 十分な 反射光量を得ることができない。 また、 クラッド 1 0 7の直径 d r以上に成膜手 法で形成することは、 困難である。

図 7は、 配線幅 Z間隔 5 ju mの 3線ミアンダ配線の上方で、 本実施例の電界セ ンサ 1 0 5を用いて電界分布を測定した結果と従来の電界センサを用いて測定し た結果を示している。 ミアンダ配線には 1 O M H z、 1 5 d B mの信号を印加し た。 図 7は電界センサを配線の上方 1 O jU mの位置に配置し、 配線を横断する方 向に 1 jt mピッチで走査させたときに得られた分布である。 従来のセンサでは隣 接配線間で観測されるはずの電界ピークが不明瞭であつたのに対し、 本発明のセ ンサの適用により電界ピークが明瞭に観測されている。 つまり、 図 7は、 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を持つことを示す一例であ る。

図 8は本発明の第 2の実施例による電界センサの構成を示す断面図であり、 セ ンサ感度をより高めることができる構造を示している。 本実施例は第 1の実施例 による電界センサの電気光学層 1 0 8と同様の電気光学層 5 0 8の表面に誘電体 多層反射膜 5 0 4を付加したものである。

図 8において、 電界センサ 5 0 5は、 コア層 5 0 6とそれを囲むクラッド層 5 0 7よリ構成されている光ファイバ 5 0 1の先端部に、 電気光学層 5 0 8が形成 されて成る。 光ファイバ 5 0 1の先端部は研磨により平坦に加工されており、 電 気光学層 5 0 8はその研磨面上に直接形成されている。 電気光学層 5 0 8の構成 と製造方法は、 第 1の実施例と同様である。

平坦化した電気光学層 5 0 8上に誘電体多層反射層 5 0 4をイオンプレーティ ング法で形成した。誘電体多層反射層 5 0 4は、厚さ 3 0 3 n mの S i 0₂膜と厚 さ 1 8 6 n mの T a ₂ O ₅膜を繰り返し成膜することにより構成されている。 成膜 中にモニターにより光学スぺクトルを測定しながら、 蒸着源上のシャッターを開 閉することで、膜厚の制御を行った。誘電体多層膜反射層 5 0 4を用いることで、 測定する電界への影響を小さくしながら干渉効果を高めることができる。

図 9は本発明の第 3の実施例による電界センサの構成を示す断面図であり、 セ ンサ感度をさらに高めることができる構造を示している。 本実施例は第 1の実施 例による電界センサの電気光学層 1 0 8と同様の電気光学層 6 0 8を上下から挟 むように下側の誘電体多層膜反射層 6 0 3と上側の誘電体多層膜反射層 6 0 4を 光ファイバ 6 0 1の先端部に直接積層することでフアブリペロー共振器構造を構 成している。

電界センサ 6 0 5は、 コア層 6 0 6とそれを囲むクラッド層 6 0 7より構成さ れている光ファイバ 6 0 1の先端部に、 下側の誘電体多層膜反射層 6 0 3が形成 されている。 光ファイバ 6 0 1の先端部は研磨により平坦に加工されており、 下 側の誘電体多層膜反射層 6 0 3はその研磨面上に直接形成されている。

下側の誘電体多層反射層 6 0 3はイオンプレーティング法で形成した。 下側の 誘電体多層反射層 6 0 3は、厚さ 3 0 3 0 の i 0₂膜と厚さ 1 8 6 n rr^ T a ₂ o₅膜を繰り返し成膜することにより構成されている。 成膜中にモニターにより 光学スぺク トルを測定しながら、 蒸着源上のシャッターを開閉することで、 膜厚 の制御を行った。 下側の誘電体多層反射層 6 0 3上に電気光学層 6 0 8、 上側の 6

誘電体多層膜層 6 0 4を形成した。 電気光学層 6 0 8と上側の誘電体多層膜層 6 0 4の構成と製造方法は、 第 2の実施例と同様である。

図 1 0に、 第 3の実施例の反射率スぺクトルの電気光学層 P Z Tの膜厚依存性 を示す。 P Z Tの膜厚が厚くなるに従い、 反射率が低下する共鳴ピークの半値幅 は小さくなる。 高感度のセンシングには Q値として 1 0 0 0以上が必要なため、 膜厚 P Z Tは 1 m以上が必要である。

図 1 1は本発明による磁界センサの構造を示す断面図であり、 図 1 2は図 1 1 の磁界センサを用いた磁界検出システムの構成を示すブロック図である。

図 1 1を参照して、 磁界センサ 8 0 5は、 光ファイバ 8 0 1を構成するコア層 8 0 6と、 コア層 8 0 6を囲むクラッド層 8 0 7と、 光ファイバ 8 0 1の先端部 に形成された磁気光学層 8 0 8により構成される。 光ファイバ 8 0 1の先端部は 研磨により平坦に加工されており、 磁気光学層 8 0 8はその研磨面上に直接形成 されている。

図 1 2を参照して、 磁界検出システムは、 連続レーザ光源 8 0 0、 ファイバァ ンプ 8 0 2、 8 1 2、 偏光コントローラ 8 0 3、 光サーキユレータ 8 0 4、 測定 対象である回路基板 8 0 9上に設けられた磁界センサ 8 0 5、 検光子 8 1 1、 フ ォトディテクタ 8 1 3およびこれらの間を結ぶ光ファイバ 8 0 1、 スぺクトラム アナライザ 8 1 4から成る。

連続レーザ光源 8 0 0から出射したレーザ光は、 ファイバアンプ 8 0 2で増幅 され、 偏光コントローラ 8 0 3で偏光面を制御された後、 光サーキュレータ 8 0 4を通して磁界センサ 8 0 5に入射する。

磁気光学層 8 0 8は、 回路基板 8 0 9から発生する磁界によりファラデー回転 角が変化するため、 反射レーザ光 8 1 0の偏光状態は変化する。 反射レーザ光 8 1 0は光サーキユレータ 8 0 4を通して検光子 8 1 1で偏光状態を示す光に変換 され、 ファイバアンプ 8 1 2で増幅された後、 フォ卜ディテクタ 8 1 3で電気信 号に変換される。 変換された電気信号はスぺク卜ラムアナライザ 8 1 4で解析す ることができる。

磁界センサ 8 0 5による偏光状態の変化量に関する分解能は磁気光学層 8 0 8 の厚さで定まるため、 薄いことが望まれる。 また、 磁界センサ 8 0 5の出力は、 ファラデー回転角と、 磁気光学層 8 0 8の厚さの積になる。 従って、 高分解能と 高出力を同時に満足させるためには、 センサ部分である磁気光学層 8 0 8に干渉 効果を持たせ、 見かけ上の光路長を長くすることが重要である。 従来例ではバル クの磁気光学部材を薄層化し、 光ファイバの先端に接着させる構造をとつていた が、 光ファイバ端面との平行度を出すことが困難であり、 十分な干渉効果を得る ことができなかった。 また、 バルク部材の薄層化は 1 0 m程度が加工上の限界 であり、 分解能を高めることはできなかった。

本実施例は、 磁気光学層 8 0 8を光ファイバ 8 0 1の先端に直接に、 薄膜で形 成することで、 高感度、 かつ、 高分解能な磁界センサを実現した。

磁気光学層 8 0 8は、 超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して粉砕、 接合 させ成形体を形成するエア口ゾルデポジション法によリ形成した。 膜厚は 4 0 0 0 n mである。 B i置換 Y I Gガーネッ卜を原料粉末とし、キャリアガスは酸素、 ノズルと基板の入射角は 3 0度、 ガス流量 8リットル 分、 ノズル基板間距離は 5 mm, 成膜速度は 1 . O mZm i n、 加振器の振動数は 2 5 0 r p mで成膜 した。

成膜後、 大気中で、 6 0 0 °C 1 5分間程度熱処理することで磁気光学層 8 0 8 の磁気光学効果を発現させた。 ファラデー回転角は 7 d e g Z jU mであった。 熱 処理後、 磁気光学層 8 0 8の膜表面の凹凸を除去するために、 膜厚 3 6 0 0 n m まで研磨し、 平坦化した。

上記の説明では磁気光学層を B ί置換 Y I Gガーネッ卜の場合を説明したが、 この組成に限定されるものではなく、例えば C eを添加した組成であっても良い。 また、 Y I Gガーネッ卜系の材料以外にも、 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： Lライト等も有効な材料である。 本発明では、 磁気光学層の成膜にエア口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、 高感度で高分解能を持つ磁界センサを提供することに ある。 そのためには磁気光学層を光ファイバの先端に直接薄膜で形成することが 重要である。 また、 高い干渉効果を得るためには、 その膜厚は 1 m以上である ことが望まれる。 1 iW mの強磁性体透明膜をガラス、 プラスチックや高分子を含 む樹脂や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、 ただエア口ゾルデポジション法でのみ可能で める。

磁気光学層 8 0 8の直径 dは、 光ファイバ 8 0 1のコアの直径 d cとクラッド の直径 d rとの間に d c≤d≤d rの関係を満たすことが重要である。 磁気光学 層 8 0 8の直径 dがコアの直径 d c以下の場合、 入射レーザ光は散乱してしまう ため、 十分な反射光量を得ることができない。 また、 磁気光学層 8 0 8をクラッ ドの直径 d r以上に成膜手法で形成することは、 困難である。

さらに、 磁気光学層 8 0 8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。

本発明による磁界センサは、 図 1 1の例に限定されるものではなく、 第 1の実 施例乃至第 3の実施例による電界センサの電気光学膜を磁気光学膜に入れ替える ことで、 同様の効果を発揮する。 つまり、 図 1 1の磁界センサ 8 0 5における磁 気光学層 8 0 8の表面に多層反射層が形成されても良い。

また、 本発明による磁界センサは、 図 1 1の磁界センサ 8 0 5における磁気光 学層 8 0 8を第 1の多層反射層と第 2の多層反射層で上下から挟むように積層し た構造を持つものでも良い。

以上の説明で明らかなように、 本発明によれば、 高感度で高い分解能を有する 電界 磁界センサが提供される。

Claims

1 . 光ファイバと、

該光ファイバの先端に直接形成され、 物理量により屈折率が変化する物理光学 層と、

請

を有することを特徴とする物理量センサ。

2 . 光ファイバの先端に、 物理量により屈折率が変化する物理光学層を直接 の

形成することを特徴とする物理量センサの製造方法。

3 . 光ファイバと、

該光フアイ/ の先端に直接形成され、 電界によ囲り屈折率が変化する電気光学層 を有することを特徴とする電界センサ。

4 . 請求項 3記載の電界センサにおいて、

更に、 前記電気光学層の表面に形成された反射層を有することを特徴とする電 界センサ。

5 . 光ファイバと、

該光ファイバの先端に直接形成された第 1の反射層と、

前記第 1の反射層に直接形成され、電界により屈折率が変化する電気光学層と、 前記電気光学層に直接形成された第 2の反射層と、

を有することを特徴とする電界センサ。

6. 請求項 3乃至 5のいずれかに記載の電界センサにおいて、

前記電気光学層の直径 dと、 前記光ファイバのコアの直径 d c及びクラッドの 直径 d rとの間に d c < d≤d rの関係が成立することを特徴とする電界センサ。

7 . 請求項 3乃至 5のいずれかに記載の電界センサにおいて、

前記電気光学層の厚さ tは、 t≥ 1 mであることを特徴とする電界センサ。

8 . 請求項 3乃至 5のいずれかに記載の電界センサにおいて、

前記電気光学層は、 成膜法によって形成されていることを特徴とする電界セン サ。

9 . 請求項 8に記載の電界センサにおいて、

前記電気光学層は、 エアロゾルデポジション法によつて成膜されていることを 特徴とする電界センサ。

1 0 . 請求項 3乃至 5のいずれかに記載の電界センサにおいて、

前記電気光学層の組成は、 ジルコン酸チタン酸鉛、 ランタンが添加されたジル コン酸チタン酸鉛、 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力リウムのいずれかであることを特徴とする電界セン サ。

1 1 . 光ファイバと、

該光ファイバの先端に直接形成され、 磁界により屈折率が変化する磁気光学層 を有することを特徴とする磁界センサ。

1 2 . 請求項 1 1記載の磁界センサにおいて、

更に、 前記磁気光学層の表面に形成された反射層を有することを特徴とする磁 界センサ。

1 3 . 光ファイバと、

該光ファイバの先端に直接形成された第 1の反射層と、

前記第 1の反射層に直接形成され、磁界により屈折率が変化する磁気光学層と、 前記磁気光学層に直接形成された第 2の反射層と、

を有することを特徴とする磁界センサ。

1 4 . 請求項 1 1乃至 1 3のいずれかに記載の磁界センサにおいて、 前記磁気光学層の直径 dと、 前記光ファイバのコアの直径 d c及びクラッドの 直径 d rとの間に d c≤ d≤ d rの関係が成立することを特徴とする磁界センサ。

1 5 . 請求項 1 1乃至 1 4のいずれかに記載の磁界センサにおいて、 前記磁気光学層の厚さ tは、 t≥ 1 mであることを特徴とする磁界センサ。

1 6 . 請求項 1 1乃至 1 3のいずれかに記載の磁界センサにおいて、 前記磁気光学層は、 成膜法によって形成されていることを特徴とする磁界セン サ。

1 7 . 請求項 1 6に記載の磁界センサにおいて、

前記磁気光学層は、 エアロゾルデポジション法によって成膜されていることを 特徴とする磁界センサ。

1 8 . 請求項 1 1乃至 1 3のいずれかに記載の磁界センサにおいて、 前記磁気光学層が、 ガーネット構造、 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卜であることを特徴とする磁界センサ。

1 9 . 請求項 1 1乃至 1 3のいずれかに記載の磁界センサにおいて、 前記磁気光学層が、 鉄、 ニッケル、 コバルトのいずれかを含む強磁性膜である ことを特徴とする磁界センサ。

2 0 . 光ファイバの先端に、 電界により屈折率が変化する電気光学層を直接 形成することを特徴とする電界センサの製造方法。

2 1 . 請求項 2 0記載の電界センサの製造方法において、

前記電気光学層の表面に反射層を形成することを特徴とする電界センサの製造 方法。

2 2 . 光ファイバの先端に第 1の反射層を直接形成するステップと、 前記第 1の反射層に電界によリ屈折率が変化する電気光学層を直接形成するス テツプと、

前記電気光学層に第 2の反射層を直接形成するステツプと、

を有することを特徴とする電界センサの製造方法。

2 3 . 請求項 2 0乃至 2 2のいずれかに記載の電界センサの製造方法におい て、

前記電気光学層の直径 dと、 前記光ファイバのコアの直径 d c及びクラッドの 直径 d rとの間に d c≤d < d rの関係が成立するように形成することを特徴と する電界センサの製造方法。

2 4 . 請求項 2 0乃至 2 2のいずれかに記載の電界センサの製造方法におい て、

前記電気光学層の厚さ tを、 t≥ 1 mとすることを特徴とする電界センサの 製造方法。

2 5 . 請求項 2 0乃至 2 2のいずれかに記載の電界センサの製造方法におい て、

前記電気光学層を、 成膜法によって形成することを特徴とする電界センサの製 造方法。

2 6 . 請求項 2 5に記載の電界センサの製造方法において、

前記電気光学層を、 エアロゾルデポジション法によって成膜することを特徴と する電界センサの製造方法。

2 7 . 請求項 2 0乃至 2 2のいずれかに記載の電界センサの製造方法におい て、

前記電気光学層の組成を、 ジルコン酸チタン酸鉛、 ランタンが添加されたジル コン酸チタン酸鉛、 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のいずれかとすることを特徴とする電界セン ザの製造方法。

2 8 . 光ファイバの先端に、 磁界により屈折率が変化する磁気光学層を直接 形成することを特徴とする磁界センサの製造方法。

2 9 . 請求項 2 8記載の磁界センサの製造方法において、

前記磁気光学層の表面に反射層を形成することを特徴とする磁界センサの製造 方法。

3 0 . 光ファイバの先端に第 1の反射層を直接形成するステップと、 前記第 1の反射層に磁界によリ屈折率が変化する磁気光学層を直接形成するス テツプと、

前記磁気光学層に第 2の反射層を直接形成するステップと、

を有することを特徴とする磁界センサの製造方法。

3 1 . 請求項 2 8乃至 3 0のいずれかに記載の磁界センサの製造方法におい て、

前記磁気光学層の直径 dと、 前記光ファイバのコアの直径 d c及びクラッドの 直径 d rとの間に d c≤d≤ d rの関係が成立するように形成することを特徴と する磁界センサの製造方法。

3 2 . 請求項 2 8乃至 3 0のいずれかに記載の磁界センサの製造方法におい て、

前記磁気光学層の厚さ tを、 t≥ 1 / mとすることを特徴とする磁界センサの 製造方法。

3 3 . 請求項 2 8乃至 3 0のいずれかに記載の磁界センサの製造方法におい て、

前記磁気光学層を、 成膜法によって形成することを特徴とする磁界センサの製 造方法。

3 4 . 請求項 3 3に記載の磁界センサの製造方法において、

前記磁気光学層を、 エアロゾルデポジション法によって成膜することを特徴と する磁界センサの製造方法。

3 5 . 請求項 2 8乃至 3 0のいずれかに記載の磁界センサの製造方法におい て、

前記磁気光学層を、 ガーネット構造、 スピネル構造、 へキサゴナル構造のいず れかを有するフエライトとすることを特徴とする磁界センサの製造方法。

3 6 . 請求項 2 8乃至 3 0のいずれかに記載の磁界センサの製造方法におい て、

前記磁気光学層を、 鉄、 ニッケル、 コバルトのいずれかを含む強磁性膜とする ことを特徴とする磁界センサの製造方法。

3 7 . 請求項 3乃至 5のいずれかに記載の電界センサを有することを特徴と する電界検出システム。

3 8 . 請求項 1 1乃至 1 3のいずれかに記載の磁界センサを有することを特 徴とする磁界検出システム。