WO2009099090A1 - 電磁界計測装置 - Google Patents

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WO2009099090A1
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laser light
optical
optical fiber
electromagnetic field
analyzer
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Mizuki Iwanami
Tsuneo Tsukagoshi
Risato Ohhira
Masafumi Nakada
Tomonori Yamada
Original Assignee
Nec Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
    • G01R29/0885—Sensors; antennas; probes; detectors using optical probes, e.g. electro-optical, luminiscent, glow discharge, or optical interferometers

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic field measurement apparatus that measures an electromagnetic field generated from an electronic circuit or the like by measuring an electromagnetic field using a laser beam, an optical fiber, and an electro-optic / magneto-optic material.
  • the probe consists of an optical fiber and an EO / MO material formed at its tip.
  • the advantage of this type of probe is that high spatial resolution measurement on a circuit and measurement in a fine or narrow region are possible because the EO / MO material that is a sensor element is minute and the optical fiber is thin.
  • the measurement is performed by using only one optical fiber probe and fixing it at a measurement location or scanning the object to be measured.
  • a flat EO material of 1 to 2 cm square is arranged on the object to be measured, and the electric field distribution in the irradiation region is obtained by irradiating the material with laser light having a beam diameter similar to the planar size of the EO material.
  • a method (electric field camera) for measuring instantaneously has also been reported (for example, see Non-Patent Document 2).
  • the advantage of this type of probe is that electric field distribution can be measured in a very short time without scanning the probe.
  • wavelength division multiplexing (WDM) communication has shown great progress as a method that enables large-capacity and high-speed communication, and this advantage can be achieved by using many different wavelengths by using optical fibers.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • the conventional optical fiber probe performs measurement at a single point or plane measurement over time, so the time in an area where a large number of devices are mounted, such as the entire printed circuit board or a certain area, is measured. It was impossible to detect circuit operation.
  • An object of the present invention is to provide an electromagnetic field measuring apparatus capable of accurately and timely detecting circuit operation in an area where electronic devices are densely mounted.
  • the laser light source that emits laser light
  • the polarization controller that linearly polarizes the laser light emitted from the laser light source, the electro-optic material or the magneto-optic material at the tip, and the tip
  • An optical fiber probe in which the laser light reflected by a portion undergoes polarization modulation in accordance with the electric field strength or magnetic field strength at the tip, and an analyzer for converting the laser light reflected by the optical fiber probe into intensity modulated light
  • the laser light source emits a plurality of laser beams having different wavelengths in a time division manner, and synthesizes / demultiplexes the laser light linearly polarized by the polarization controller.
  • an optical circulator for outputting the laser light input from the combiner / splitter to the analyzer, and the laser light input from the optical circulator for each wave of the laser light.
  • a synthesizer / splitter for outputting the laser beam input from the optical fiber probe to the optical circulator, and the analyzer is reflected by the optical probe.
  • the effect of the present invention resides in that the circuit operation can be determined in a short time by performing multipoint measurement using a plurality of probes.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. It comprises a laser light source 1, a polarization controller 3, an optical circulator 4, a multiplexer / demultiplexer 5, four optical fiber probes 6 (6 a, 6 b, 6 c, 6 d), an analyzer 9, a photodetector 10, and a spectrum analyzer 11. This is an apparatus, and each optical device is connected by an optical fiber 2.
  • the optical fiber probe 6 is made of an optical fiber and an EO material or MO material 14 formed at the tip thereof, and is installed in advance, for example, above the printed circuit board 7 or in the vicinity of the semiconductor package 8.
  • a probe in which the EO material is formed at the tip is an electric field probe, and a probe in which the MO material is formed at the tip is a magnetic field probe.
  • the laser light source is variable in wavelength, and sequentially emits light of four types of wavelengths from wavelength ⁇ 1 to wavelength ⁇ 4 according to the number of optical fiber probes.
  • the laser light is linearly polarized by the polarization controller 3, passes through the optical circulator 4, and then the path is determined for each wavelength by the multiplexer / demultiplexer 5 and enters the optical fiber probe 6.
  • the optical path can be determined such that, for example, the light of ⁇ 1 is directed to the probe 6a and the light of ⁇ 2 is directed to the probe 6b. Thereafter, the light enters the EO / MO material 14 at the probe tip, propagates through the material, is reflected at the bottom surface of the material, and returns to the optical fiber 6 again, but undergoes polarization modulation according to the external electric / magnetic field strength in the process. In the case of an EO material, modulation according to the electric field strength occurs, and in the case of an MO material, modulation according to the magnetic field strength occurs.
  • the polarization-modulated light again passes through the multiplexer / demultiplexer 5 and the optical circulator 4, is converted into intensity-modulated light by the analyzer 9, is photoelectrically converted by the photodetector 10, and is then subjected to the electric field by the spectrum analyzer 11.
  • Signal measurement according to the strength / magnetic field strength is performed.
  • laser light of four types of wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 4 is sequentially emitted, and electric field or magnetic field detection is sequentially performed by the optical fiber probe corresponding to each wavelength.
  • an optical fiber amplifier may be inserted between the laser light source 1 and the polarization controller 3 or between the analyzer 9 and the photodetector 10. Furthermore, by using a polarization maintaining optical fiber for connecting each optical device and a probe optical fiber, laser light can be stably transmitted in a linearly polarized state, and the polarization controller 3 must be used. Disappears.
  • the signal measuring instrument is not limited to a spectrum analyzer, and may be an oscilloscope or a multimeter, for example.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
  • the laser light source 1 emits light having a single wavelength and can be incident on any one of the optical fiber probes 6 a to 6 d by the optical switch 12.
  • An optical path selection channel 13 is provided in the optical switch, and the laser beam incident destination can be selected by switching the channel.
  • the electromagnetic field measurement principle is the same as described above.
  • the optical path selection channel of the optical switch is sequentially switched so that a single wavelength laser beam is incident on each probe, and electric field or magnetic field detection is sequentially performed by each optical fiber probe.
  • circuit operation can be evaluated in a short time. In the present embodiment, the case where four optical fiber probes are used is shown, but the number of probes is not limited to this.
  • FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • the laser light source 1 a light source capable of simultaneously emitting light of multiple wavelengths is used.
  • One feature of optical fibers is that a single fiber can transmit multi-wavelength light without interference.
  • the present embodiment positively utilizes this property.
  • light of four wavelengths from wavelength ⁇ 1 to wavelength ⁇ 4 is simultaneously emitted.
  • the laser light is linearly polarized by the polarization controller 3, passes through the optical circulator 4, and then the path is determined for each wavelength by the multiplexer / demultiplexer 5 and enters the optical fiber probe 6.
  • the optical path can be determined such that, for example, the light of ⁇ 1 is directed to the probe 6a and the light of ⁇ 2 is directed to the probe 6b.
  • the light is modulated by the EO / MO material 14 at the tip of each probe, passes through the multiplexer / demultiplexer 5 again, and is then transmitted as a modulated wave through a single fiber.
  • the light is divided into light of each wavelength ⁇ 1 to ⁇ 4 by another multiplexer / demultiplexer 21, intensity-modulated by the analyzer 9, and then photoelectrically converted by the photodetector 10.
  • the signal is measured by the spectrum analyzer 11.
  • the electromagnetic field measurement principle is the same as described above.
  • laser beams having four wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 4 are simultaneously emitted, and an electric field or a magnetic field is detected simultaneously by an optical fiber probe corresponding to each wavelength.
  • the number of probes is not limited to four.
  • FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
  • a plurality of laser light sources 22a, 22b, 22c, and 22d light of different wavelengths is simultaneously emitted from the respective light sources.
  • the laser light is multiplexed by a multiplexer / demultiplexer 22, linearly polarized by the polarization controller 3, passed through the optical circulator 4, and then the path is determined for each wavelength by another multiplexer / demultiplexer 5.
  • the light enters the optical fiber probe 6 (6a, 6b, 6c, 6d).
  • the subsequent optical path is the same as in the third embodiment.
  • laser beams of four types of wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 4 are simultaneously emitted using four light sources 22a, 22b, 22c, and 22d, and optical fiber probes 6 (6a, 6a, 6b, 6c and 6d) are simultaneously detected.
  • optical fiber probes 6 (6a, 6b, 6c, 6d) and signal measuring instruments 11a, 11b, 11c, and 11d, and incorporating the WDM technology into the probe device, simultaneous multipoint measurement is performed, thereby providing timely measurement. Circuit operation can be detected.
  • the number of probes is not limited to four.
  • the circuit operation can be evaluated accurately and in a short time.
  • WDM communication technology is incorporated into an optical fiber electromagnetic field probe device, and a multi-point simultaneous electromagnetic field measurement in a wide area where devices are mounted at high density by an apparatus using a plurality of both the optical fiber probe 14 and the signal measuring device 11. As a result, accurate and timely circuit operation detection is possible.
  • a plurality of optical fiber probes and signal measuring instruments are used, and simultaneous multipoint measurement is performed by incorporating WDM technology into the probe device, thereby enabling timely circuit operation detection.
  • a supercontinuum light source (Non-Patent Document 3) is used as the light source 1 in FIG. 3, and an arrayed waveguide grating element (Non-Patent Document 4) is used as the multiplexer / demultiplexer 5.
  • the device used For example, four types of light having a wavelength of about 1.55 ⁇ m used for optical fiber communication are selected according to the number of probes, and simultaneously emitted using a supercontinuum light source, and an arrayed waveguide grating element is incorporated. 4-point simultaneous electromagnetic field measurement is possible by using a multiplexer / demultiplexer.
  • each of the probes 6a to 6d can be designed to be highly sensitive to the wavelengths ⁇ 1 to ⁇ 4.
  • light reflecting films 31 and 32 are formed on the surface and the bottom of the EO / MO material 33, respectively.
  • the reflectance of the light reflecting film 31 is made smaller than that of 32.
  • the reflectance of the light reflecting film 31 is about 80%, and the reflectance of 32 is 97% or more.
  • an EO film or an MO film is formed directly on the end face of the optical fiber by using the aerosol deposition method.
  • the film having the same width as the fiber diameter and a thickness of several ⁇ m to several tens of ⁇ m can be formed, and an ultra-small probe can be realized.
  • the composition of the EO film is preferably lead zirconate titanate, lead zirconate titanate to which lanthanum is added, and the composition of the MO film is preferably ferrite having any of a garnet structure, a spinel structure, or a hexagonal structure.
  • the content is a system for determining whether the operation is normal or malfunction as shown in FIG. 6, for example.
  • Several probes are arranged in advance at a desired position, whether or not the intensity of the signal detected by the probe is an expected value, and normal operation or malfunction is determined.
  • step S201 the optical fiber probe is fixed at a desired position (step S201).
  • step S203 the operation of the probe system is turned on (step S203).
  • step S205 the intensity of the signal detected by each probe is measured (step S205).
  • step S207 it is determined whether or not the intensity of each signal detected in step S205 is each expected value (step S207). Otherwise (No in step S207), it is determined that there is a malfunction (step S209). If so (Yes in step S207), it is determined that the operation is normal (step S211). After step S211, if it is determined not to continue (No in step S213), the measurement is terminated. After step S211, if it is determined to continue (Yes in step S213), it is determined whether to change the probe position (step S215).
  • step S215 If it is determined not to change (No in step S215), the process proceeds to step S205. . If it is determined to be changed (step S215), the operation of the probe system is turned off (step S217), the process proceeds to step S201, the optical fiber probe is fixed at another desired position in that step, and the process proceeds to step S203.
  • circuit operation can be determined in a short time. Moreover, since simultaneous multipoint measurement can be performed by using an apparatus as shown in FIG. 3 or FIG. 4, it is possible to make a timely circuit operation determination, and it is also possible to detect malfunctions occurring at a plurality of locations at the same time.
  • electromagnetic field measuring device as a mounting electrical design support tool or a circuit failure diagnosis tool.
  • electromagnetic field measurement can be performed on the LSI or in the vicinity of the LSI package by using the apparatus of the present invention, information for feedback to the electrical design can be obtained, or circuit operation verification can be performed.

Abstract

電子デバイスが高密度に実装された領域で、正確かつタイムリーな回路動作検出が可能な電磁界計測装置を提供する。 レーザ光源と、レーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、先端部で反射するレーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける光ファイバプローブと、光ファイバプローブで反射されたレーザ光を強度変調光に変換する検光子と、を備え、レーザ光源は、時分割で複数の異なった波長のレーザ光を出射し、偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成／分波器に出力すると共に、合成／分波器から入力したレーザ光を検光子に出力する光サーキュレータと、レーザ光の各波長毎に別々の光ファイバプローブに出力すると共に、レーザ光を光サーキュレータに出力する合成／分波器と、を更に備る。

Description

電磁界計測装置
　本発明は、レーザ光と光ファイバと電気光学/磁気光学材料を用いて電磁界を計測することにより電子回路などから生ずる電磁界を計測する電磁界計測装置に関する。
　従来からレーザ光、光ファイバ、および電気光学（ＥＯ（Electrooptic））/磁気光学（ＭＯ(Magnetooptic)）材料を用いて電磁界を計測するプローブが存在し、それを活用したマイクロ波回路やアンテナの評価結果が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。プローブは光ファイバとその先端に形成されたＥＯ／ＭＯ材料からなる。この種のプローブの利点は、センサ素子であるＥＯ／ＭＯ材料が微小な上、光ファイバが細いために、回路上の高空間分解能計測や微細あるいは狭い領域での計測が可能な点にある。通常、測定は光ファイバプローブを一本だけ用いて、それを測定箇所に固定する、あるいは被測定物上で走査させることにより行われる。
　また、最近では１～２ｃｍ角の平板状のＥＯ材料を被測定物上に配置し、ＥＯ材料の平面サイズと同程度のビーム径のレーザ光を材料に照射することにより照射領域の電界分布を一瞬にして測定する手法（電界カメラ）も報告されている（例えば、非特許文献２参照）。この種のプローブの利点は、プローブを走査させずとも極めて短時間で電界分布計測が可能な点にある。
　一方、光通信の領域においては、大容量高速な通信を可能とする方式として波長分割多重（ＷＤＭ）通信が大きな進展を見せており、この利点は光ファイバを用いることにより異なる多数種の波長の光を伝送できることを利用して、一度に多チャンネルの光信号を伝送できる点にある（例えば、非特許文献３参照）。また、このような通信方式に必須の素子として、波長を分離するための光波長フィルタ素子の開発が進められている（例えば、非特許文献４参照）。
　また一方で、最近の携帯電話に代表される小型・高機能電子機器の開発においては、その内部で多種類の電子デバイスが高密度に実装されていながら高速動作するために内部での電磁干渉によるデバイスの誤動作を引き起こすことがあるため、機器の設計や動作テストの手法が重要な開発項目の一つとなっている。従来から多用されているデバイスの動作テスト法として、先端に金属探針が設けられた電圧プローブによる電圧波形計測が挙げられる。この種の方法の利点は、原理的には金属探針を測定したい箇所（金属部）に接触させるだけで波形計測が出来るために、短時間で簡単にデバイスの動作状態が判断できる点にある。
S. Wakana, T. Ohara, M. Abe, E. Yamazaki, M. Kishi, and M. Tsuchiya："Fiber-Edge Electrooptic/Magnetooptic Probe for Spectral-Domain Analysis of Electromagnetic Field", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 48, No. 12, pp. 2611-2616 (Dec. 2000) K. Sasagawa and M. Tsuchiya, "Real-time monitoring system of RF near-field distribution images on the basis of 64-channel parallel electro-optic data acquisition", IEICE Electronics Express, vol. 2, no. 24, pp. 600-606, 2005 H. Takara, "Multiple Optical Carrier Generation from a Supercontinuum Source", Optics & Photonics News, pp. 48-51 (March 2002) 岡山秀彰，"導波路型光波長フィルタ"，沖テクニカルレビュー，第１９２号Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．４，ｐｐ．７２－７５（２００２年１０月）
　上に述べたように、従来の光ファイバプローブでは一点での測定、又は時間を掛けて平面測定を行うため、多数のデバイスが実装された領域、例えばプリント基板全体や、そのある領域でのタイムリーな回路動作検出は不可能であった。
　また、最近開発された平板状ＥＯ材料と大きな径のレーザ光を用いた電界カメラを使うと、１～２ｃｍ角の領域でのタイムリーな動作検出が可能であるが、より広い領域での検査は不可能であり、また、例えばデバイス間の狭い隙間での検査は困難である。
　また、先端に金属探針が設けられた電圧プローブの場合には、従来の光ファイバプローブ同様、通常はある一点での測定しか出来ない。さらに、金属探針による接触型プロービングの場合、測定箇所で電荷がプローブに誘導されるために起こりうる障害が存在する。例えば、送信ＩＣ－受信ＩＣ間の配線で、この種のプローブを用いた検査を行う場合、電荷のプローブ側への誘導により受信ＩＣへの信号波形になまりが生じ、受信ＩＣが誤動作を起こす可能性がある。すなわち、プロービングに伴うデバイスの誤動作が起こりうる。
　本発明の目的は、電子デバイスが高密度に実装された領域で、正確かつタイムリーな回路動作検出が可能な電磁界計測装置を提供することにある。
　本発明によれば、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける光ファイバプローブと、前記光ファイバプローブで反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する検光子と、を備える電磁界計測装置であって、前記レーザ光源は、時分割で複数の相互に異なった波長のレーザ光を出射し、前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成／分波器に出力すると共に、前記合成／分波器から入力したレーザ光を検光子に出力する光サーキュレータと、前記光サーキュレータから入力したレーザ光を該レーザ光の各波長毎に別々の光ファイバプローブに出力すると共に、前記光ファイバプローブから入力したレーザ光を前記光サーキュレータに出力する合成／分波器と、を更に備え、前記検光子は、前記光プローブで反射して、前記合成／分波器と前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置が提供される。
　本発明の効果は、プローブを複数用いて多点計測を行うことにより、短時間での回路動作判定が可能となる点にある。
本発明の第一の実施形態を示す図である。 本発明の第二の実施形態を示す図である。 本発明の第三の実施形態を示す図である。 本発明の第四の実施形態を示す図である。 本発明による共振器構造を有するプローブの概念図である。 本発明の回路動作検出システムを説明するためのフローチャートである。
符号の説明
１　レーザ光源
２　光ファイバ
３　偏波コントローラ
４　光サーキュレータ
５　合波／分波器
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ　光ファイバプローブ
７　プリント回路基板
８　半導体パッケージ
９　検光子
１０　フォトディテクタ
１１　スペクトラムアナライザ
１２　光スイッチ
１３　光路選択用チャネル
１４ａ、１４ｂ　光反射膜
１５　ＥＯ／ＭＯ材料
１６　定在波
　以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
　［第一の実施形態］
　図１は本発明の第一の実施形態を示す図である。レーザ光源１、偏波コントローラ３、光サーキュレータ４、合波／分波器５、４本の光ファイバプローブ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、検光子９、フォトディテクタ１０、スペクトラムアナライザ１１からなる装置であり、各光学機器は全て光ファイバ２で接続されている。光ファイバプローブ６は、光ファイバとその先端に形成されたＥＯ材料あるいはＭＯ材料１４からなり、予め、例えばプリント回路基板７の上空や、半導体パッケージ８の近傍に設置しておく。尚、ＥＯ材料あるいはＭＯ材料１４は、ＥＯ材料が先端に形成されているプローブは電界プローブ、ＭＯ材料が先端に形成されているプローブは磁界プローブとなる。レーザ光源は波長可変であり、光ファイバプローブの本数に合わせて波長λ１から波長λ４の４種類の波長の光を逐次出射させる。レーザ光は偏波コントローラ３により直線偏光化され光サーキュレータ４を通った後、合波／分波器５により波長ごとに経路が決定され光ファイバプローブ６に入射する。合波／分波器５を用いることにより、例えばλ１の光はプローブ６ａへ、λ２の光はプローブ６ｂへというように光路を決めることができる。その後、光はプローブ先端のＥＯ／ＭＯ材料１４に入射し材料中を伝搬、材料底面で反射し再び光ファイバ６に戻るが、その過程で外部の電界／磁界強度に応じた偏光変調を受ける。ＥＯ材料の場合は電界強度に応じた変調、ＭＯ材料の場合は磁界強度に応じた変調が発生する。偏光変調された光は再び合波／分波器５、光サーキュレータ４を通った後、検光子９にて強度変調光に変換され、フォトディテクタ１０にて光電変換された後、スペクトラムアナライザ１１によって電界強度／磁界強度に応じた信号計測がなされる。本実施形態の場合、波長λ１からλ４の４種類の波長のレーザ光を順々に出射させ、それぞれの波長に対応する光ファイバプローブによる電界あるいは磁界検出を順番に行う。光ファイバプローブを複数用いて多点計測を行うことにより、短時間での回路動作評価が可能となる。尚、本実施形態では４本の光ファイバプローブを用いた場合を示したが、プローブの本数はこれに限定されるものではない。また、必要に応じてレーザ光源１と偏波コントローラ３の間、あるいは検光子９とフォトディテクタ１０の間に光ファイバ増幅器を挿入しても良い。さらにまた、各光学機器を接続する光ファイバ、プローブ用光ファイバに偏波保持型のものを用いることにより、レーザ光を直線偏光状態で安定に伝送させることができ、偏波コントローラ３を用いる必要が無くなる。また、信号計測器はスペクトラムアナライザに限定されるものではなく、例えばオシロスコープやマルチメータであっても良い。
　［第二の実施形態］
　図２は本発明の第二の実施形態を示す図である。レーザ光源１は単一波長の光を出射し、光スイッチ１２によって光ファイバプローブ６ａから６ｄのいずれかに入射させることが出来る。光スイッチには光路選択用チャネル１３が設けられており、当該チャネルを切り替えることによりレーザ光の入射先を選択できる。電磁界計測原理については前記と同様である。単一波長のレーザ光が各プローブに入射するよう光スイッチの光路選択用チャネルを順々に切り替え、それぞれの光ファイバプローブによる電界あるいは磁界検出を順番に行う。光ファイバプローブを複数用いて多点計測を行うことにより、短時間での回路動作評価が可能となる。尚、本実施形態でも４本の光ファイバプローブを用いた場合を示したが、プローブの本数はこれに限定されるものではない。
　［第三の実施形態］
　図３は本発明の第三の実施形態を示す図である。レーザ光源１として多波長の光を同時に出射可能な光源を用いる。光ファイバの特徴の一つとして、一本のファイバで多波長の光を干渉無く伝送させることが出来る点が上げられる。本実施形態は、この性質を積極的に利用したものである。光ファイバプローブの本数に合わせて波長λ１から波長λ４の４種類の波長の光を同時出射させる。レーザ光は偏波コントローラ３により直線偏光化され光サーキュレータ４を通った後、合波／分波器５により波長ごとに経路が決定され光ファイバプローブ６に入射する。合波／分波器５を用いることにより、例えばλ１の光はプローブ６ａへ、λ２の光はプローブ６ｂへというように光路を決めることができる。その後、前記のように光は各プローブ先端のＥＯ／ＭＯ材料１４にて変調を受け、再び合波／分波器５を経由したのち一本のファイバにて変調波として伝送される。そして、光サーキュレータ４を再度通った後、別の合波／分波器２１にて各波長λ１からλ４の光に振り分けられ、それぞれ検光子９で強度変調された後、フォトディテクタ１０で光電変換され、スペクトラムアナライザ１１で信号計測がなされる。電磁界計測原理については前記と同様である。本実施形態の場合、波長λ１からλ４の４種類の波長のレーザ光を同時に出射させ、それぞれの波長に対応する光ファイバプローブによる電界あるいは磁界検出を同時に行う。光ファイバプローブと信号計測器のそれぞれを複数用い、プローブ装置にＷＤＭ技術を取り入れて同時多点計測を行うことにより、タイムリーな回路動作検出が可能となる。本実施形態においても、プローブの本数は４本に限定されるものではない。
　［第四の実施形態］
　図４は本発明の第四の実施形態を示す図である。複数のレーザ光源２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを用いて、それぞれの光源から異なる波長の光を同時に出射させる。光ファイバプローブの本数に合わせて波長λ１から波長λ４の４種類の波長の光を同時出射させる。レーザ光は合波／分波器２２により合波され、偏波コントローラ３により直線偏光化され光サーキュレータ４を通った後、別の合波／分波器５により波長ごとに経路が決定され各光ファイバプローブ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）に入射する。その後の光路は前記第三の実施形態と同様である。本実施形態の場合、波長λ１からλ４の４種類の波長のレーザ光を４台の光源２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを用いて同時に出射させ、それぞれの波長に対応する光ファイバプローブ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）による電界あるいは磁界検出を同時に行う。光ファイバプローブ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）と信号計測器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのそれぞれを複数用い、プローブ装置にＷＤＭ技術を取り入れて同時多点計測を行うことにより、タイムリーな回路動作検出が可能となる。本実施形態においても、プローブの本数は４本に限定されるものではない。
　光ファイバ電磁界プローブ装置に合波／分波器５あるいは光スイッチ１２を組み込み、光ファイバプローブ１４あるいはそれと信号計測器１１の両方を複数用いる装置により、デバイスが高密度実装されている広い領域での多点電磁界計測が可能となる結果、正確かつ短時間での回路動作評価が可能となる。
　また、光ファイバ電磁界プローブ装置にＷＤＭ通信技術を組み込み、光ファイバプローブ１４と信号計測器１１の両方を複数用いる装置により、デバイスが高密度実装されている広い領域での多点同時電磁界計測が可能となる結果、正確かつタイムリーな回路動作検出が可能となる。
　本実施形態によれば、光ファイバプローブを複数用いて多点計測を行うことにより、短時間での回路動作評価が可能となる。
　また、本実施形態によれば、光ファイバプローブと信号計測器のそれぞれを複数用い、プローブ装置にＷＤＭ技術を取り入れて同時多点計測を行うことにより、タイムリーな回路動作検出が可能となる。
　次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
　本発明の装置の実施例は、例えば図３において光源１としてスーパーコンティニュアム光源（非特許文献３）を用い、合波／分波器５としてアレイ導波路グレーティング素子（非特許文献４）を用いた装置である。光ファイバ通信に用いられる１．５５μｍ付近の波長の光を、プローブの数に合わせて例えば４種類選択し、スーパーコンティニュアム光源を用いて同時出射させて、アレイ導波路グレーティング素子が内蔵された合波／分波器を用いることで４点同時電磁界計測が可能である。
　また、前記光源と合波／分波器を用いた上、プローブ６ａ～６ｄのそれぞれを各波長λ１～λ４に対して高感度な仕様とすることも出来る。それには、例えば図５に示すようにＥＯ／ＭＯ材料３３の表面と底面のそれぞれに光反射膜３１、３２を形成する。その際、光反射膜３１の反射率は３２のそれよりも小さくなるようにする。例えば、光反射膜３１の反射率は約８０％、３２の反射率は９７％以上とする。このようにプローブ構造を共振器構造とすることにより、特定波長で材料中で共振（定在波３４）が起きる結果、ＥＯ効果あるいはＭＯ効果が増幅され、より高感度なプローブが実現できる。共振波長は
　　　λｒｅｓ＝２ｎｌｃｏｓθ／ｍ　　（式１）
ここで、
　　　λｒｅｓ：共振波長、
　　　ｎ：ＥＯ／ＭＯ材料の屈折率、
　　　ｌ：ＥＯ／ＭＯ材料厚、
　　　θ：入射光の屈折角、
　　　ｍ：整数
で表されるため、材料の屈折率と厚さが既知であれば高感度となる光源波長を決定できる。また、光源波長が決定されている場合には、式１を用いて高感度プローブとするための材料設計が可能である。
　また、前記光源と合波／分波器を用いた上、プローブ６ａ～６ｄの先端部を超小型とすることも可能である。それには光ファイバの端面にエアロゾルデポジション法を用いて直接ＥＯ膜あるいはＭＯ膜を形成する。エアロゾルデポジション法を用いることにより、ファイバ径と同じ横幅で数μｍ～数十μｍの厚さの当該膜を形成することができ、超小型プローブが実現できる。ＥＯ膜の組成として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、ＭＯ膜の組成としてはガーネット構造、スピネル構造、ヘキサゴナル構造のいずれかを有するフェライトが望ましい。
　図１から図４に記載の装置を用いて、例えばプリント回路基板を対象とした回路動作検出システムが実現できる。その内容は、例えば図６に示すような正常動作か誤動作かを判定するシステムである。予め何本かのプローブを所望の位置に配置し、プローブにより検出された信号の強度が期待値か否かを判定し、正常動作あるいは誤動作を判断する。
　図６を参照すると、まず、光ファイバプローブを所望の位置に固定する（ステップＳ２０１）。次に、プローブシステムの動作をオンにする（ステップＳ２０３）。次に、各プローブにより検出された信号の強度を計測する（ステップＳ２０５）。次に、ステップＳ２０５で検出された各信号の強度が各期待値であるかどうかを判断する（ステップＳ２０７）。そうでなければ（ステップＳ２０７でＮｏ）、誤動作であると判定する（ステップＳ２０９）。そうであれば（ステップＳ２０７でＹｅｓ）、正常動作であると判定する（ステップＳ２１１）。ステップＳ２１１の後で、続行しないと判断すれば（ステップＳ２１３でＮｏ）、計測を終了する。ステップＳ２１１の後で、続行すると判断すれば（ステップＳ２１３でＹｅｓ）、プローブ位置を変更するか否かを判断し（ステップＳ２１５）、変更しないと判断したら（ステップＳ２１５でＮｏ）、ステップＳ２０５に移る。変更すると判断したら（ステップＳ２１５）でＹｅｓ、プローブシステムの動作をオフにし（ステップＳ２１７）、ステップＳ２０１に進み、そのステップで別の所望の位置に光ファイバプローブを固定し、ステップＳ２０３に進む。
　プローブを複数用いて多点計測を行うことにより、短時間での回路動作判定が可能となる。また、図３や図４に示すような装置を用いることで同時多点計測が行えるため、タイムリーな回路動作判定が可能となるほか、例えば同時に複数個所で生じる誤動作を検知することも出来る。
　本願は、日本の特願２００８－０２６３７５（２００８年２月６日に出願）に基づいたものであり、又、特願２００８－０２６３７５に基づくパリ条約の優先権を主張するものである。特願２００８－０２６３７５の開示内容は、特願２００８－０２６３７５を参照することにより本明細書に援用される。
　本発明の代表的な実施形態が詳細に述べられたが、様々な変更(changes)、置き換え(substitutions)及び選択(alternatives)が請求項で定義された発明の精神と範囲から逸脱することなくなされることが理解されるべきである。また、仮にクレームが出願手続きにおいて補正されたとしても、クレームされた発明の均等の範囲は維持されるものと発明者は意図する。
　本発明の活用例として、実装電気設計支援ツールあるいは回路故障診断ツールとしての電磁界測定装置が挙げられる。すなわち、ＬＳＩ上やＬＳＩパッケージ周辺で本発明の装置を用いて電磁界計測を行い、電気設計にフィードバックするための情報を獲得する、あるいは回路の動作検証を行うことが出来る。

Claims (9)

  1. 　レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
    　先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける光ファイバプローブと、
    　前記光ファイバプローブで反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する検光子と、
    　を備える電磁界計測装置であって、
    　前記レーザ光源は、時分割で複数の相互に異なった波長のレーザ光を出射し、
    　前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成／分波器に出力すると共に、前記合成／分波器から入力したレーザ光を検光子に出力する光サーキュレータと、
    　前記光サーキュレータから入力したレーザ光を該レーザ光の各波長毎に別々の光ファイバプローブに出力すると共に、前記光ファイバプローブから入力したレーザ光を前記光サーキュレータに出力する合成／分波器と、
    　を更に備え、
    　前記検光子は、前記光プローブで反射して、前記合成／分波器と前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。
  2. 　レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
    　先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける光ファイバプローブと、
    　前記光ファイバプローブで反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する検光子と、
    　を備えることを特徴とする電磁界計測装置であって、
    　前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成／分波器に出力すると共に、前記合成／分波器から入力したレーザ光を検光子に出力する光サーキュレータと、
    　前記光サーキュレータから入力したレーザ光を光路選択用チャンネルの位置に応じて別々の光ファイバプローブに出力すると共に、前記光ファイバプローブから入力したレーザ光を前記光サーキュレータに出力する光スイッチと、
    　を更に備え、
    　前記検光子は、前記光プローブで反射して、前記光スイッチと前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。
  3. 　レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
    　先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける光ファイバプローブと、
    　前記光ファイバプローブで反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する検光子と、
    　を備えることを特徴とする電磁界計測装置であって、
    　前記レーザ光源は、同時に複数の相互に異なった波長のレーザ光を出射し、
    　前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成／分波器に出力すると共に、前記合成／分波器から入力したレーザ光を検光子に出力する光サーキュレータと、
    　前記光サーキュレータから入力したレーザ光を該レーザ光の各波長毎に別々の光ファイバプローブに出力すると共に、前記光ファイバプローブから入力したレーザ光を前記光サーキュレータに出力する第２の合成／分波器と、
    　前記光プローブで反射して、前記合成／分波器と前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を各波長毎に別々の検光子に出力する第２の合成分波器と、
    　を更に備え、
    　前記検光子は、複数備わり、各検光子は、第２の合成分波器から入力した前記レーザ光を強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。
  4. 　レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源から出射されたレーザ光を直線偏光化する偏波コントローラと、
    　先端部に電気光学材料又は磁気光学材料を有し、前記先端部で反射する前記レーザ光が該先端部の電界強度又は磁界強度に応じて偏光変調を受ける光ファイバプローブと、
    　前記光ファイバプローブで反射された前記レーザ光を強度変調光に変換する検光子と、
    　を備えることを特徴とする電磁界計測装置であって、
    　前記レーザ光源は、複数備わり、各レーザ光源は相互に異なったレーザ光を出射し
    　前記偏波コントローラで直線偏光化されたレーザ光を合成／分波器に出力すると共に、前記合成／分波器から入力したレーザ光を検光子に出力する光サーキュレータと、
    　前記光サーキュレータから入力したレーザ光を該レーザ光の各波長毎に別々の光ファイバプローブに出力すると共に、前記光ファイバプローブから入力したレーザ光を前記光サーキュレータに出力する第２の合成／分波器と、
    　前記光プローブで反射して、前記合成／分波器と前記光サーキュレータを経由してきた前記レーザ光を各波長毎に別々の検光子に出力する第２の合成分波器と、
    　を更に備え、
    　前記検光子は、複数備わり、各検光子は、第２の合成分波器から入力した前記レーザ光を強度変調光に変換することを特徴とする電磁界計測装置。
  5. 　請求項１乃至４の何れか１項に記載の電磁界計測装置において、
    　前記検光子で強度変調光に変換された前記レーザ光を光電変換するフォトディテクタを更に備えることを特徴とする電磁界計測装置。
  6. 　請求項１乃至５の何れか１項に記載の電磁界計測装置において、
    　前記光ファイバプローブの先端部は共振器構造を有することを特徴とする電磁界計測装置。
  7. 　請求項１乃至６の何れか１項に記載の電磁界計測装置において、
    　前記電気光学材料又は前記磁気光学材料は、エアロゾルデポジション法により形成されたものであることを特徴とする電磁界計測装置。
  8. 　請求項１乃至７の何れか１項に記載の電磁界計測装置において、
    　前記電気光学材料の組成が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であることを特徴とする電磁界計測装置。
  9. 　請求項１乃至８の何れか１項に記載の電磁界計測装置において、
    　前記磁気光学材料の組成がガーネット構造、スピネル構造、ヘキサゴナル構造のいずれかを有するフェライトであることを特徴とする電磁界計測装置。
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