JP2002107176A - 物理量計測装置および物理量計測方法 - Google Patents
物理量計測装置および物理量計測方法Info
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Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は，電界，磁界，応力，電流，温度，振
動，圧力，音響，歪み等の計測物理量を検出することの
できる物理量計測装置および物理量計測方法に関し，シ
ョットノイズ（量子雑音）レベル以下の微小な計測物理
量を検出する。 【解決手段】 量子相関性をもつ光ビームＡと光ビーム
Ｂよりなる光ビーム対を生成する光源部と，計測物理量
を検出することにより該光ビームＡに計測物理量の情報
を付加する検出部と，該光ビームＡと該光ビームＢを受
光してそれぞれの光を電気信号に変換し，該光ビームＡ
を変換した電気信号と該光ビームＢを変換した電気信号
の差をとることにより雑音を除去し，検出した計測物理
量を出力する信号処理部により構成される。
動，圧力，音響，歪み等の計測物理量を検出することの
できる物理量計測装置および物理量計測方法に関し，シ
ョットノイズ（量子雑音）レベル以下の微小な計測物理
量を検出する。 【解決手段】 量子相関性をもつ光ビームＡと光ビーム
Ｂよりなる光ビーム対を生成する光源部と，計測物理量
を検出することにより該光ビームＡに計測物理量の情報
を付加する検出部と，該光ビームＡと該光ビームＢを受
光してそれぞれの光を電気信号に変換し，該光ビームＡ
を変換した電気信号と該光ビームＢを変換した電気信号
の差をとることにより雑音を除去し，検出した計測物理
量を出力する信号処理部により構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，電界，磁界、応
力，電流，電圧，温度，振動，圧力，音響，歪み等の物
理現象の微小な物理量を検出することのできる物理量計
測装置および物理量計測方法に関するものである。特
に，量子相関性の強い光を使用してショットノイズレベ
ル（量子雑音）以下の微小な物理量を検出するものであ
る。
力，電流，電圧，温度，振動，圧力，音響，歪み等の物
理現象の微小な物理量を検出することのできる物理量計
測装置および物理量計測方法に関するものである。特
に，量子相関性の強い光を使用してショットノイズレベ
ル（量子雑音）以下の微小な物理量を検出するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】光のファラデー効果，電気光学効果等を
偏光が変化する光学効果を利用して，電界，磁界、応
力，電流，電圧，温度，振動，圧力，音響，歪み等の物
理量を検出できることは従来から知られている。以後，
そのような計測物理量の例として磁界もしくは電界につ
いて代表的に説明する。
偏光が変化する光学効果を利用して，電界，磁界、応
力，電流，電圧，温度，振動，圧力，音響，歪み等の物
理量を検出できることは従来から知られている。以後，
そのような計測物理量の例として磁界もしくは電界につ
いて代表的に説明する。
【０００３】図９（ａ），図９（ｂ）は，ファラデー効
果素子を使用した従来の磁界測定装置を示す。図９
（ａ）は，ファラデー効果の説明図であり，図９（ｂ）
はファラデー効果を利用した磁界測定装置の構成であ
る。
果素子を使用した従来の磁界測定装置を示す。図９
（ａ）は，ファラデー効果の説明図であり，図９（ｂ）
はファラデー効果を利用した磁界測定装置の構成であ
る。
【０００４】図９（ａ），図９（ｂ）において，１０１
は偏光子である。垂直方向の偏光面をもっているもので
ある。１０２はファラデー効果素子であって，印加され
た磁界の大きさに従って，ファラデー効果素子に入力さ
れる直線偏光の偏光面を回転させるものである。１０３
は偏光子であって，水平方向の偏光面をもつものであ
る。１２１は偏光子１０１を通過した直線偏光である。
１２２はファラデー効果素子１０２を通過する過程で，
角度θだけ回転した偏光である。１２３は偏光１２２が
偏光子１０３を通過して得られた偏光１２２の水平方向
成分である。
は偏光子である。垂直方向の偏光面をもっているもので
ある。１０２はファラデー効果素子であって，印加され
た磁界の大きさに従って，ファラデー効果素子に入力さ
れる直線偏光の偏光面を回転させるものである。１０３
は偏光子であって，水平方向の偏光面をもつものであ
る。１２１は偏光子１０１を通過した直線偏光である。
１２２はファラデー効果素子１０２を通過する過程で，
角度θだけ回転した偏光である。１２３は偏光１２２が
偏光子１０３を通過して得られた偏光１２２の水平方向
成分である。
【０００５】１００はレーザ光源である。１０４は光−
電気変換素子である。１０５は増幅器である。１０６は
出力装置である。
電気変換素子である。１０５は増幅器である。１０６は
出力装置である。
【０００６】図９（ａ），図９（ｂ）の構成において，
被測定磁界Ｈがファラデー効果素子１０２の光軸方向に
平行に印加されている。レーザ光が偏光子１０１を通過
すると，垂直偏光成分が通過し，直線偏光１２１が得ら
れる。直線偏光１２１はファラデー効果素子１０２を通
過する時に，被測定磁界Ｈの強さに比例した角度だけ回
転し，偏光１２２が得られる。偏光１２２は水平偏光の
偏光子１０３を通過して水平方向の成分をもつ偏光１２
３が得られる。水平方向の偏光１２３は光−電気変換素
子１０４に送られ，電気量に変換され，増幅器１０５で
増幅される。その出力値からファラデー効果素子１０２
での偏光面の回転量がわかる。出力装置１０６はその被
測定磁界Ｈの大きさに応じた信号を出力する。
被測定磁界Ｈがファラデー効果素子１０２の光軸方向に
平行に印加されている。レーザ光が偏光子１０１を通過
すると，垂直偏光成分が通過し，直線偏光１２１が得ら
れる。直線偏光１２１はファラデー効果素子１０２を通
過する時に，被測定磁界Ｈの強さに比例した角度だけ回
転し，偏光１２２が得られる。偏光１２２は水平偏光の
偏光子１０３を通過して水平方向の成分をもつ偏光１２
３が得られる。水平方向の偏光１２３は光−電気変換素
子１０４に送られ，電気量に変換され，増幅器１０５で
増幅される。その出力値からファラデー効果素子１０２
での偏光面の回転量がわかる。出力装置１０６はその被
測定磁界Ｈの大きさに応じた信号を出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁界測定装置
は，磁界の大きさが小さいとファラデー効果素子での偏
光の回転量が小さいので，レーザ光の雑音の影響などで
正確な磁界の大きさを測定することができなかった。
は，磁界の大きさが小さいとファラデー効果素子での偏
光の回転量が小さいので，レーザ光の雑音の影響などで
正確な磁界の大きさを測定することができなかった。
【０００８】本発明は，微小な磁界等の物理現象の計測
物理量（計測対象の物理量）を正確に測定することので
きる物理量計測装置を提供することを目的とする。
物理量（計測対象の物理量）を正確に測定することので
きる物理量計測装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本出願人は，光パラメト
リック発振器により安定で，高出力の量子相関性の高い
コヒーレント光の発振に成功した。そこで，この高出力
の安定性の高いコヒーレント光ビームを使用して，微小
な物理量を検出できる物理量計測装置を開発した。
リック発振器により安定で，高出力の量子相関性の高い
コヒーレント光の発振に成功した。そこで，この高出力
の安定性の高いコヒーレント光ビームを使用して，微小
な物理量を検出できる物理量計測装置を開発した。
【００１０】図８は本発明で使用する光パラメトリック
発振器を示す。図８において，８０はポンプ光生成部で
あって，ポンプ光光源であり，ＹＡＧレーザとその第２
高調波発生装置により構成されるものである。８１はＫ
ＴＰの結晶である。８２，８３は凹面ミラーであって，
凹面に部分反射膜８４，８５を形成したものである。
発振器を示す。図８において，８０はポンプ光生成部で
あって，ポンプ光光源であり，ＹＡＧレーザとその第２
高調波発生装置により構成されるものである。８１はＫ
ＴＰの結晶である。８２，８３は凹面ミラーであって，
凹面に部分反射膜８４，８５を形成したものである。
【００１１】図８の構成において，ポンプ光生成部８０
は，５３２ｎｍの第２高調波を発生し，凹面ミラー８２
を介してＫＴＰ８１に入射する。ＫＴＰの結晶８１にお
いて，凹面ミラー８２と８３の間で，反射を繰り返し，
パラメトリック過程によりシグナル光ωs とアイドラ光
ωi が発生する。ＴＹＰＥIIのＫＴＰの場合，ωs ，ω
i は偏光面が直交している。
は，５３２ｎｍの第２高調波を発生し，凹面ミラー８２
を介してＫＴＰ８１に入射する。ＫＴＰの結晶８１にお
いて，凹面ミラー８２と８３の間で，反射を繰り返し，
パラメトリック過程によりシグナル光ωs とアイドラ光
ωi が発生する。ＴＹＰＥIIのＫＴＰの場合，ωs ，ω
i は偏光面が直交している。
【００１２】光パラメトリック発振器で発生したシグナ
ル光とアイドラ光の間には強い量子相関性がある。その
ようなビーム間の光振幅差の揺らぎは量子雑音以下にな
り，片方のビームに埋もれた量子雑音以下の情報は，光
ビームの量子相関性を利用して外部に信号として取り出
すことができる。すなわち，一方の光ビームに微小な計
測物理量の信号が埋め込まれた場合，両者の差をとるこ
とにより，両者に含まれる相関性の強い量子雑音（ショ
ットノイズ）は除去されるが一方の光ビームに埋め込ま
れた微小な計測物理量の信号は残される。そのため，量
子相関性のある光ビームを使用することにより微小な物
理量を検出することが可能になる。
ル光とアイドラ光の間には強い量子相関性がある。その
ようなビーム間の光振幅差の揺らぎは量子雑音以下にな
り，片方のビームに埋もれた量子雑音以下の情報は，光
ビームの量子相関性を利用して外部に信号として取り出
すことができる。すなわち，一方の光ビームに微小な計
測物理量の信号が埋め込まれた場合，両者の差をとるこ
とにより，両者に含まれる相関性の強い量子雑音（ショ
ットノイズ）は除去されるが一方の光ビームに埋め込ま
れた微小な計測物理量の信号は残される。そのため，量
子相関性のある光ビームを使用することにより微小な物
理量を検出することが可能になる。
【００１３】図１は，本発明の基本構成を示す図であ
る。
る。
【００１４】図１（ａ）は本発明の基本構成を示す。
【００１５】図１（ａ）において，１は光源部であっ
て，２の光ビーム対生成部により，量子相関性の高い光
ビーム対を生成するものである。
て，２の光ビーム対生成部により，量子相関性の高い光
ビーム対を生成するものである。
【００１６】２０は計測部であって，微小な計測物理量
を検出するものである。３は計測物理量検出部であっ
て，計測物理量の情報が光ビームＡに付加される。６は
計測対象の物理量を表す。
を検出するものである。３は計測物理量検出部であっ
て，計測物理量の情報が光ビームＡに付加される。６は
計測対象の物理量を表す。
【００１７】１０は信号処理部であって，計測部からの
光信号を電気信号に変換し，信号処理するものである。
１１は雑音除去部であって，計測部２０から送られる量
子相関性の高い，計測物理量の情報が付加された光ビー
ムＡと情報が付加されていない光ビームＢを受光し，電
気信号に変換して，光ビームＡに含まれる雑音を除去
し，計測物理量を取り出すものである。１２’は出力部
であって，電気信号に変換された信号を処理するもので
ある。１３は光ー電気変換部である。
光信号を電気信号に変換し，信号処理するものである。
１１は雑音除去部であって，計測部２０から送られる量
子相関性の高い，計測物理量の情報が付加された光ビー
ムＡと情報が付加されていない光ビームＢを受光し，電
気信号に変換して，光ビームＡに含まれる雑音を除去
し，計測物理量を取り出すものである。１２’は出力部
であって，電気信号に変換された信号を処理するもので
ある。１３は光ー電気変換部である。
【００１８】図１（ａ）の構成の動作を説明する。
【００１９】光源部１において，光ビーム対生成部２は
量子相関性の高い光ビーム対（光ビームＡ，光ビーム
Ｂ）を生成する。計測部２０において，計測物理量検出
部３は量子相関性の高い光ビーム対の一方である光ビー
ムＡに計測物理量６の情報を付加する。例えば，微小な
交番磁界で光ビームＡを変調する。
量子相関性の高い光ビーム対（光ビームＡ，光ビーム
Ｂ）を生成する。計測部２０において，計測物理量検出
部３は量子相関性の高い光ビーム対の一方である光ビー
ムＡに計測物理量６の情報を付加する。例えば，微小な
交番磁界で光ビームＡを変調する。
【００２０】信号処理部１０において，雑音除去部１１
は，光ビームＡおよび光ビームＢを受光し，光ー電気変
換部１３でそれぞれ電気信号Ａおよび電気信号Ｂに変換
する。そして，電気信号Ａと電気信号Ｂに含まれる量子
雑音の量子相関性を利用して，例えば，電気信号Ａと電
気信号Ｂの差をとる等で光ビームＡから変換した電気信
号Ａに含まれる量子雑音を除去する。光ビームＡは量子
雑音を除去されることにより計測物理量を表す信号が残
される。そこで，出力部１２’はその電気信号を処理
し，計測物理量を表す電気信号を取り出すことにより計
測物理量を検出することができる。
は，光ビームＡおよび光ビームＢを受光し，光ー電気変
換部１３でそれぞれ電気信号Ａおよび電気信号Ｂに変換
する。そして，電気信号Ａと電気信号Ｂに含まれる量子
雑音の量子相関性を利用して，例えば，電気信号Ａと電
気信号Ｂの差をとる等で光ビームＡから変換した電気信
号Ａに含まれる量子雑音を除去する。光ビームＡは量子
雑音を除去されることにより計測物理量を表す信号が残
される。そこで，出力部１２’はその電気信号を処理
し，計測物理量を表す電気信号を取り出すことにより計
測物理量を検出することができる。
【００２１】図１（ｂ），図１（ｃ）は，本発明の微小
な計測物理量の測定原理の説明図である。
な計測物理量の測定原理の説明図である。
【００２２】図１（ｂ）において，横軸は周波数であ
り，縦軸はノイズレベルを表す。Ｎはショットノイズレ
ベルであり，光ビーム対をもとに変換した電気信号のも
つノイズレベルである。Ｍは電気信号Ａと電気信号Ｂの
量子雑音を除去したあとのノイズレベルである。光ビー
ムＡは周波数Ｆの計測物理量Ｐの信号を持っている。
り，縦軸はノイズレベルを表す。Ｎはショットノイズレ
ベルであり，光ビーム対をもとに変換した電気信号のも
つノイズレベルである。Ｍは電気信号Ａと電気信号Ｂの
量子雑音を除去したあとのノイズレベルである。光ビー
ムＡは周波数Ｆの計測物理量Ｐの信号を持っている。
【００２３】図１（ｃ）は光ビームＡと光ビームＢの光
振幅差をとった後の信号のノイズレベルを表し，光ビー
ムＡに含まれる計測物理量の信号スペクトルである。
振幅差をとった後の信号のノイズレベルを表し，光ビー
ムＡに含まれる計測物理量の信号スペクトルである。
【００２４】図１（ｂ）と図１（ｃ）で示されるよう
に，量子相関性の高い光ビーム対をもとに光ビームＡと
光ビームＢについて光振幅差を取った場合には，光ビー
ムＡのショットノイズは除去され，スペクトルＳが得ら
れる。
に，量子相関性の高い光ビーム対をもとに光ビームＡと
光ビームＢについて光振幅差を取った場合には，光ビー
ムＡのショットノイズは除去され，スペクトルＳが得ら
れる。
【００２５】従って，この装置によって，ショットノイ
ズレベル以下のような微小な計測物理量Ｐでも，光ビー
ムＡと光ビームＢの量子相関性の高いことを利用して，
光ビームＡの雑音を除去することにより，図１（ｃ）に
示すように，微小な計測物理量Ｐの信号を取り出すこと
ができる。その結果，微小な計測物理量を測定すること
ができる。このように，本発明によれば，微小な計測物
理量を測定することを可能にする。
ズレベル以下のような微小な計測物理量Ｐでも，光ビー
ムＡと光ビームＢの量子相関性の高いことを利用して，
光ビームＡの雑音を除去することにより，図１（ｃ）に
示すように，微小な計測物理量Ｐの信号を取り出すこと
ができる。その結果，微小な計測物理量を測定すること
ができる。このように，本発明によれば，微小な計測物
理量を測定することを可能にする。
【００２６】また，本発明によれば，量子相関性の高い
光ビームＡと光ビームＢの双方がなければ，光ビームＡ
に付加された計測物理量の情報は取り出せないので，計
測物理量を秘密に信号処理部に送ることができる。その
ため，計測物理量を離れた場所に秘密に送ることが可能
になる。
光ビームＡと光ビームＢの双方がなければ，光ビームＡ
に付加された計測物理量の情報は取り出せないので，計
測物理量を秘密に信号処理部に送ることができる。その
ため，計測物理量を離れた場所に秘密に送ることが可能
になる。
【００２７】
【発明の実施の形態】図２は本発明の実施の形態１を示
す図である。本発明の実施の形態１は，光ビーム対の発
生に光パラメトリック発振器を使用する場合を例として
説明する。
す図である。本発明の実施の形態１は，光ビーム対の発
生に光パラメトリック発振器を使用する場合を例として
説明する。
【００２８】図２において，１は光源部である。２は光
ビーム対生成部であって，例として光パラメトリック発
振器を示す。２１はポンプ光生成部であって，ＹＡＧレ
ーザ装置である。本実施の形態ではその第２高調波（５
３２ｎｍ）を利用する。２２はλ／２波長板であり，ポ
ンプ光生成部２１から出力される光を減衰調整するもの
である。２３は光アソレータ（ＩＳＯ）である。２４は
λ／２波長板であり，光パラメトリック発振器へのポン
プ光の偏光を結晶軸に対して調整するものである。
ビーム対生成部であって，例として光パラメトリック発
振器を示す。２１はポンプ光生成部であって，ＹＡＧレ
ーザ装置である。本実施の形態ではその第２高調波（５
３２ｎｍ）を利用する。２２はλ／２波長板であり，ポ
ンプ光生成部２１から出力される光を減衰調整するもの
である。２３は光アソレータ（ＩＳＯ）である。２４は
λ／２波長板であり，光パラメトリック発振器へのポン
プ光の偏光を結晶軸に対して調整するものである。
【００２９】光ビーム対生成部２（以後，光パラメトリ
ック発振器２として説明する）において，２６はＫＴＰ
であり，ＴＹＰＥIIのＫＴＰ結晶である。２７は凹面ミ
ラーである。光パラメトリック発振器２において，シグ
ナル光ωs とアイドラ光ωiの光ビーム対が発生する。
ＴＹＰＥIIのＫＴＰで構成した場合には，シグナル光と
アイドラ光の偏光は直交する。本実施例形態では，
ωs ，ωi がほぼ同じ波長の１０６４ｎｍ近傍になるよ
うに結晶軸の角度を選んでいる。
ック発振器２として説明する）において，２６はＫＴＰ
であり，ＴＹＰＥIIのＫＴＰ結晶である。２７は凹面ミ
ラーである。光パラメトリック発振器２において，シグ
ナル光ωs とアイドラ光ωiの光ビーム対が発生する。
ＴＹＰＥIIのＫＴＰで構成した場合には，シグナル光と
アイドラ光の偏光は直交する。本実施例形態では，
ωs ，ωi がほぼ同じ波長の１０６４ｎｍ近傍になるよ
うに結晶軸の角度を選んでいる。
【００３０】２８はλ／２波長板であり，光パラメトリ
ック発振器２の出力光の偏光面をＰＢＳ（２９）に対し
て，角度調整するものである。
ック発振器２の出力光の偏光面をＰＢＳ（２９）に対し
て，角度調整するものである。
【００３１】２０は計測部である。２９は偏光ビームス
プリッタ（ＰＢＳ）であって，互いに直交している光ビ
ーム対のうちの一方（アイドラ光）を出射し，他方（シ
グナル光）を計測物理量検出素子３０の側に導くもので
ある。３０は計測物理量検出素子であって，計測物理量
６の情報をシグナル光に付加するものである。計測物理
量検出素子３０は，例えば，磁界測定のためにはファラ
デー効果素子等の磁気光学効果を利用した素子を使用す
る。あるいは電界測定であればポッケルス素子等の電界
で偏光する素子を使用する。その他，音響，振動，ひず
み，温度等計測物理量に応じて偏光面が変化するもので
あれば目的に応じて使用することができる。計測物理量
検出素子３０は計測物理量６によりシグナル光の偏光を
回転させる。３１はＰＢＳであって，交番磁界で回転し
た偏光の一定方向の成分変化を求めるものである。計測
物理量検出素子３０は計測部２０から光ファイバーで接
続したまま外部に引出し，被測定物の近くで測定するよ
うにすることができる。あるいは，計測部自体の大きさ
を小型にして，計測部２０の全体を被測定物の近くに置
くようにしても良い。
プリッタ（ＰＢＳ）であって，互いに直交している光ビ
ーム対のうちの一方（アイドラ光）を出射し，他方（シ
グナル光）を計測物理量検出素子３０の側に導くもので
ある。３０は計測物理量検出素子であって，計測物理量
６の情報をシグナル光に付加するものである。計測物理
量検出素子３０は，例えば，磁界測定のためにはファラ
デー効果素子等の磁気光学効果を利用した素子を使用す
る。あるいは電界測定であればポッケルス素子等の電界
で偏光する素子を使用する。その他，音響，振動，ひず
み，温度等計測物理量に応じて偏光面が変化するもので
あれば目的に応じて使用することができる。計測物理量
検出素子３０は計測物理量６によりシグナル光の偏光を
回転させる。３１はＰＢＳであって，交番磁界で回転し
た偏光の一定方向の成分変化を求めるものである。計測
物理量検出素子３０は計測部２０から光ファイバーで接
続したまま外部に引出し，被測定物の近くで測定するよ
うにすることができる。あるいは，計測部自体の大きさ
を小型にして，計測部２０の全体を被測定物の近くに置
くようにしても良い。
【００３２】１０は信号処理部である。３２はフォトダ
イオードであって，受光された光ビームを電気信号に変
換するものである。３５はフォトダイオードであって，
受光された光ビームを電気信号に変換するものである。
３３は増幅器であって，フォトダイオード３２で変換さ
れた電気信号を増幅する低雑音増幅器である。３４は増
幅器であって，フォトダイオード３５で変換された電気
信号を増幅する低雑音増幅器である。
イオードであって，受光された光ビームを電気信号に変
換するものである。３５はフォトダイオードであって，
受光された光ビームを電気信号に変換するものである。
３３は増幅器であって，フォトダイオード３２で変換さ
れた電気信号を増幅する低雑音増幅器である。３４は増
幅器であって，フォトダイオード３５で変換された電気
信号を増幅する低雑音増幅器である。
【００３３】５３は差信号検出器であって，電気信号Ａ
と電気信号Ｂとの振幅の差をとるものである。差信号検
出器５３は，差動回路であり，例えば，差動増幅器，あ
るいは１８０度ハイブリッドジャンクション等を使用す
る。５４は増幅器であって，差信号検出器５３の出力を
増幅するものである。５５はスペクトラムアナライザで
あって，差信号検出器５３の出力のスペクトルを観測す
るものである。
と電気信号Ｂとの振幅の差をとるものである。差信号検
出器５３は，差動回路であり，例えば，差動増幅器，あ
るいは１８０度ハイブリッドジャンクション等を使用す
る。５４は増幅器であって，差信号検出器５３の出力を
増幅するものである。５５はスペクトラムアナライザで
あって，差信号検出器５３の出力のスペクトルを観測す
るものである。
【００３４】５６はローカル発振器であって，増幅器５
４の出力信号と混合するための信号である。５８はロー
パスフィルタであって，信号混合部で混合された信号の
うちの低周波成分を通過させるものである。５９はオシ
ロスコープであって，ローパスフィルタを通過した計測
物理量の信号を観測するものである。
４の出力信号と混合するための信号である。５８はロー
パスフィルタであって，信号混合部で混合された信号の
うちの低周波成分を通過させるものである。５９はオシ
ロスコープであって，ローパスフィルタを通過した計測
物理量の信号を観測するものである。
【００３５】図２の構成の動作を説明する。
【００３６】ポンプ光生成部２１はレーザ光を発生す
る。その第２高調波成分（５３２ｎｍ）をλ／２波長板
２２，ＩＳＯ（２３（光アイソレータ）），λ／２波長
板２４，レンズ系２５を介して，光パラメトリック発振
器２に入射する。λ／２波長板２２はポンプ光生成部２
１の発生する入射光を減衰調整してＩＳＯ２３に入射す
る。光パラメトリック発振器２において，ポンプ光ωP
を入射することにより，ＫＴＰ２６の一端に形成された
反射膜と凹面ミラー２７との間で反射を繰り返し，光パ
ラメトリック発振器によりシグナル光ωS とアイドラ光
ωi が発生する。λ／２波長板２４はポンプ光の偏光を
調整する。
る。その第２高調波成分（５３２ｎｍ）をλ／２波長板
２２，ＩＳＯ（２３（光アイソレータ）），λ／２波長
板２４，レンズ系２５を介して，光パラメトリック発振
器２に入射する。λ／２波長板２２はポンプ光生成部２
１の発生する入射光を減衰調整してＩＳＯ２３に入射す
る。光パラメトリック発振器２において，ポンプ光ωP
を入射することにより，ＫＴＰ２６の一端に形成された
反射膜と凹面ミラー２７との間で反射を繰り返し，光パ
ラメトリック発振器によりシグナル光ωS とアイドラ光
ωi が発生する。λ／２波長板２４はポンプ光の偏光を
調整する。
【００３７】光パラメトリック発振器２で用いる非線型
結晶が，ＴＹＰＥIIのＫＴＰ結晶の場合，シグナル光と
アイドラ光は偏光面が互いに直交している。このような
光に対しては，波長板２８を用いて通過する光の偏光面
の角度を調整することにより偏光ビームスプリッタ２９
でシグナル光とアイドラ光を分離することができる。
結晶が，ＴＹＰＥIIのＫＴＰ結晶の場合，シグナル光と
アイドラ光は偏光面が互いに直交している。このような
光に対しては，波長板２８を用いて通過する光の偏光面
の角度を調整することにより偏光ビームスプリッタ２９
でシグナル光とアイドラ光を分離することができる。
【００３８】ＰＢＳ（２９）に入射するシグナル光とア
イドラ光の偏光面の角度が，ＰＢＳ（２９）においてシ
グナル光とアイドラ光が互いに直角な方向に出射される
ような角度になるように，λ／２波長板２８により偏光
角度を調整する。その結果，ＰＢＳ２９に入射されたア
イドラ光はＰＢＳ２９で直角に曲げられ，信号処理部１
０に送られる。
イドラ光の偏光面の角度が，ＰＢＳ（２９）においてシ
グナル光とアイドラ光が互いに直角な方向に出射される
ような角度になるように，λ／２波長板２８により偏光
角度を調整する。その結果，ＰＢＳ２９に入射されたア
イドラ光はＰＢＳ２９で直角に曲げられ，信号処理部１
０に送られる。
【００３９】一方，シグナル光はＰＢＳ２９を直進し，
光ファイバにより計測物理量検出素子３０に入射され
る。計測物理量検出素子３０は，例えば，ファラデー効
果素子であって，交番磁界の場合シグナル光の偏光面を
変調する。計測物理量６で変調されたシグナル光はＰＢ
Ｓ３１を通過して信号処理部に送られる。
光ファイバにより計測物理量検出素子３０に入射され
る。計測物理量検出素子３０は，例えば，ファラデー効
果素子であって，交番磁界の場合シグナル光の偏光面を
変調する。計測物理量６で変調されたシグナル光はＰＢ
Ｓ３１を通過して信号処理部に送られる。
【００４０】信号処理部１０において，シグナル光はフ
ォトダイオード３２で電気信号Ａに変換され，増幅器３
３で増幅される。また，アイドラ光は，フォトダイオー
ド３５で電気信号Ｂに変換され，増幅器３４で増幅され
る。電気信号Ａと電気信号Ｂは，差信号検出器５３で振
幅差が取られ，雑音が除去され，電気信号Ａに含まれる
計測物理量を表す信号が取り出される。
ォトダイオード３２で電気信号Ａに変換され，増幅器３
３で増幅される。また，アイドラ光は，フォトダイオー
ド３５で電気信号Ｂに変換され，増幅器３４で増幅され
る。電気信号Ａと電気信号Ｂは，差信号検出器５３で振
幅差が取られ，雑音が除去され，電気信号Ａに含まれる
計測物理量を表す信号が取り出される。
【００４１】差信号検出器５３で取り出された，計測物
理量を表す信号は増幅器５４で増幅され，ローカル発振
器５６からのローカル信号と信号混合部５７で周波数混
合される。そして計測物理量の信号周波数とローカル発
振器の周波数との差の信号成分がローパスフィルタ５８
により取り出され，計測物理量を表す信号が得られる。
理量を表す信号は増幅器５４で増幅され，ローカル発振
器５６からのローカル信号と信号混合部５７で周波数混
合される。そして計測物理量の信号周波数とローカル発
振器の周波数との差の信号成分がローパスフィルタ５８
により取り出され，計測物理量を表す信号が得られる。
【００４２】例えば，測定対象の計測物理量を４ＭＨｚ
の交番磁界とし，ローカル発振周波数を３．９５ＭＨｚ
とするとローパスフィルタ５８を５０ＫＨｚの信号が通
過し，オシロスコープで波形を観測することができる。
の交番磁界とし，ローカル発振周波数を３．９５ＭＨｚ
とするとローパスフィルタ５８を５０ＫＨｚの信号が通
過し，オシロスコープで波形を観測することができる。
【００４３】なお，上記説明においては，光パラメトリ
ック発振器２をＴＹＰＥIIの非線型結晶（ＫＴＰ等）に
より構成し，ＰＢＳ２９によりシグナル光とアイドラ光
を分離する場合について説明したが，光パラメトリック
発振器２をＴＹＰＥ Iの非線型結晶（ＬｉＮｂＯ3 等）
により構成した場合には，シグナル光とアイドラ光の偏
光は同じ方向になる。そのため，ＰＢＳ２９により，シ
グナル光とアイドラ光を分離することができない。この
ような場合には，シグナル光とアイドラ光の周波数の違
いを利用し，プリズム等を使用して分離する。あるいは
シグナル光は通過するがアイドラ光は反射するような反
射膜を形成したビームスプリッタあるいはフィルタによ
り分離する。
ック発振器２をＴＹＰＥIIの非線型結晶（ＫＴＰ等）に
より構成し，ＰＢＳ２９によりシグナル光とアイドラ光
を分離する場合について説明したが，光パラメトリック
発振器２をＴＹＰＥ Iの非線型結晶（ＬｉＮｂＯ3 等）
により構成した場合には，シグナル光とアイドラ光の偏
光は同じ方向になる。そのため，ＰＢＳ２９により，シ
グナル光とアイドラ光を分離することができない。この
ような場合には，シグナル光とアイドラ光の周波数の違
いを利用し，プリズム等を使用して分離する。あるいは
シグナル光は通過するがアイドラ光は反射するような反
射膜を形成したビームスプリッタあるいはフィルタによ
り分離する。
【００４４】非線型結晶として，上記実施の形態ではＫ
ＴＰを例として説明したが，本発明では，その他ＬｉＮ
ｂＯ3 ，ＫＤＰ，Ｂａ2 ＮａＮｂ5 Ｏ15，ＣＯ（Ｎ
Ｈ2 ）2，ＢＢＯ等が使用できる。また，ポンプ用光源
も，ＹＡＧレーザ装置を使用する場合について説明した
が，光ビーム対生成用非線型結晶に応じて，Ｎｄ3+：Ｃ
ａＷＯ4 ，Ｎｄ3+：ｇｌａｓｓ，ｒｕｂｙ，Ａｒ+ ，Ｔ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ等のレーザ装置が使用できる。
ＴＰを例として説明したが，本発明では，その他ＬｉＮ
ｂＯ3 ，ＫＤＰ，Ｂａ2 ＮａＮｂ5 Ｏ15，ＣＯ（Ｎ
Ｈ2 ）2，ＢＢＯ等が使用できる。また，ポンプ用光源
も，ＹＡＧレーザ装置を使用する場合について説明した
が，光ビーム対生成用非線型結晶に応じて，Ｎｄ3+：Ｃ
ａＷＯ4 ，Ｎｄ3+：ｇｌａｓｓ，ｒｕｂｙ，Ａｒ+ ，Ｔ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ等のレーザ装置が使用できる。
【００４５】図３は本発明の実施の形態２であって，フ
ァラデー効果素子としてファラデーガラスを使用し，微
小な交番磁界を検出する場合の構成を示す。
ァラデー効果素子としてファラデーガラスを使用し，微
小な交番磁界を検出する場合の構成を示す。
【００４６】図３において，図２と共通の参照番号は共
通部分を示す。また，図３の構成において，光源部１の
構成は図２の場合と同様である。
通部分を示す。また，図３の構成において，光源部１の
構成は図２の場合と同様である。
【００４７】計測部２０において，２９はＰＢＳであ
る。３０は計測物理量検出素子であって，ファラデーガ
ラス（例えはＦＲ−５（商標））である。３１はＰＢＳ
である。
る。３０は計測物理量検出素子であって，ファラデーガ
ラス（例えはＦＲ−５（商標））である。３１はＰＢＳ
である。
【００４８】信号処理部１０において，３２，３５は光
−電気変換部である。５３は差信号検出器である。５４
は増幅器であって，差信号検出器５３で得られた差信号
を増幅するものである。５５はスペクトラムアナライザ
である。
−電気変換部である。５３は差信号検出器である。５４
は増幅器であって，差信号検出器５３で得られた差信号
を増幅するものである。５５はスペクトラムアナライザ
である。
【００４９】図３の構成の動作を説明する。計測物理量
検出素子３０がは微小交番磁界（Ｈａｃ）を検出し，Ｈ
ａｃの大きさに応じてファラデーガラスでシグナル光
（計測物理量検出光）の偏光面が回転する。その計測物
理量検出光がＰＢＳ３１を通過すると，その回転量に応
じて光振幅の変化が得られる。ＰＢＳ３１を通過した光
を光−電気変換素子３２に入力することにより，交番磁
界の大きさに応じた電気信号を出力する。電気信号の処
理で，光−電気変換素子３２，３５の出力を増幅する増
幅器は図では省略されている。また，図３では，差信号
検出器５３の出力をスペクトラムアナライザで観測する
構成としている。
検出素子３０がは微小交番磁界（Ｈａｃ）を検出し，Ｈ
ａｃの大きさに応じてファラデーガラスでシグナル光
（計測物理量検出光）の偏光面が回転する。その計測物
理量検出光がＰＢＳ３１を通過すると，その回転量に応
じて光振幅の変化が得られる。ＰＢＳ３１を通過した光
を光−電気変換素子３２に入力することにより，交番磁
界の大きさに応じた電気信号を出力する。電気信号の処
理で，光−電気変換素子３２，３５の出力を増幅する増
幅器は図では省略されている。また，図３では，差信号
検出器５３の出力をスペクトラムアナライザで観測する
構成としている。
【００５０】図４は，本発明の実施の形態２で検出した
信号の例を示す。図４（ａ）はショットノイズレベルで
ある。図４（ｂ）は，量子相関性によりショットノイズ
部分を除去したスペクトルである。
信号の例を示す。図４（ａ）はショットノイズレベルで
ある。図４（ｂ）は，量子相関性によりショットノイズ
部分を除去したスペクトルである。
【００５１】図４は，４ＭＨｚの微小交番磁界を図３の
構成で測定した場合の実験データである。横軸は周波数
であり、左端は１．６０ＭＨｚに対応し，右端は１２．
００ＭＨｚに対応する。本実施の形態２では，４ＭＨｚ
の交番磁界を印加しているので，図４（ｂ）の４ＭＨｚ
に対応する位置に交番磁界の信号が生じている。
構成で測定した場合の実験データである。横軸は周波数
であり、左端は１．６０ＭＨｚに対応し，右端は１２．
００ＭＨｚに対応する。本実施の形態２では，４ＭＨｚ
の交番磁界を印加しているので，図４（ｂ）の４ＭＨｚ
に対応する位置に交番磁界の信号が生じている。
【００５２】図４（ｂ）からわかるように，通常の測定
ではショットノイズレベル（図４（ａ）のレベル）で埋
もれて検出てきないような低レベルの信号でも，本発明
によれば，図４（ｂ）のように，二つの光ビームの量子
相関性を利用して検出することが可能になる。
ではショットノイズレベル（図４（ａ）のレベル）で埋
もれて検出てきないような低レベルの信号でも，本発明
によれば，図４（ｂ）のように，二つの光ビームの量子
相関性を利用して検出することが可能になる。
【００５３】図５は，本発明の実施の形態３の電界計測
の説明図である。
の説明図である。
【００５４】図５は，計測物理量検出素子としてポッケ
ルス効果素子，もしくはカー効果素子等の電界により偏
光面が回転する素子を使用して，電界を測定するもので
ある。
ルス効果素子，もしくはカー効果素子等の電界により偏
光面が回転する素子を使用して，電界を測定するもので
ある。
【００５５】７１は電気光学効果結晶（ＬｉＮｂＯ
3 等）であって，結晶に加わる電界により入射光の偏光
面を回転させるものである。７４は偏光子である。
3 等）であって，結晶に加わる電界により入射光の偏光
面を回転させるものである。７４は偏光子である。
【００５６】ｙ方向へ電気光学効果結晶に入射したシグ
ナル光（直線偏光）は，周囲の電界強度の大きさにより
偏光面が回転して，楕円偏光して出射される。偏光子７
４を通過する光は入射される楕円偏光の形により透過率
が変わるので，その出射光の光強度は電界に応じて変わ
り，光強度変調される。
ナル光（直線偏光）は，周囲の電界強度の大きさにより
偏光面が回転して，楕円偏光して出射される。偏光子７
４を通過する光は入射される楕円偏光の形により透過率
が変わるので，その出射光の光強度は電界に応じて変わ
り，光強度変調される。
【００５７】本発明で利用できる計測物理量検出素子
は，音響信号，圧力，歪み，温度変化等により偏光面が
回転する素子を使用して，微小な音圧，振動，応力，歪
み，温度変化等を検出することも可能である。
は，音響信号，圧力，歪み，温度変化等により偏光面が
回転する素子を使用して，微小な音圧，振動，応力，歪
み，温度変化等を検出することも可能である。
【００５８】図６は発明の実施の形態４を示す図であ
る。図６は微小な直流磁界を測定する場合の構成を示
す。
る。図６は微小な直流磁界を測定する場合の構成を示
す。
【００５９】図６において，図３と共通の参照番号は共
通部分を示す。図６において，光源部１は図３の本発明
の実施の形態２と同様であるので説明は省略する。信号
処理部１０も図３の本発明の実施の形態２と同様である
ので，説明は省略する。
通部分を示す。図６において，光源部１は図３の本発明
の実施の形態２と同様であるので説明は省略する。信号
処理部１０も図３の本発明の実施の形態２と同様である
ので，説明は省略する。
【００６０】計測部２０において，２９はＰＢＳであ
り，光源部１から送られる光ビームを光ビームＡと光ビ
ームＢに分離するものである。６１はλ／２波長板であ
る。６２はＥＯＭ（電気光学変調素子）であって，印加
電圧に応じて偏光面が回転するものである。６３は交流
電源であり，ＥＯＭ６２に交流電圧（例えば４ＭＨｚ）
を印加するものである。６４はＰＢＳであって，ＥＯＭ
６２から出力される交流で変調された光ビームを分ける
ものである（偏光面はＰＢＳに対して，４５度の角度に
なるようにする）。６５，６６は反射鏡である。
り，光源部１から送られる光ビームを光ビームＡと光ビ
ームＢに分離するものである。６１はλ／２波長板であ
る。６２はＥＯＭ（電気光学変調素子）であって，印加
電圧に応じて偏光面が回転するものである。６３は交流
電源であり，ＥＯＭ６２に交流電圧（例えば４ＭＨｚ）
を印加するものである。６４はＰＢＳであって，ＥＯＭ
６２から出力される交流で変調された光ビームを分ける
ものである（偏光面はＰＢＳに対して，４５度の角度に
なるようにする）。６５，６６は反射鏡である。
【００６１】３０は計測物理量検出素子であり，ＥＯＭ
６２で変調されている光の偏光面を被検出対象の直流磁
界Ｈｄｃの大きさに応じて，回転させるものである。３
１はＰＢＳであって，計測物理量検出素子３０からの光
ビームと反射鏡６５からの光ビームとを合成するもので
ある。
６２で変調されている光の偏光面を被検出対象の直流磁
界Ｈｄｃの大きさに応じて，回転させるものである。３
１はＰＢＳであって，計測物理量検出素子３０からの光
ビームと反射鏡６５からの光ビームとを合成するもので
ある。
【００６２】図６の動作を説明する。
【００６３】ＰＢＳ２９で分離した光ビームの一方はλ
／２波長板６１でＰＢＳ６４に対して４５度の偏光方向
に調整され，ＥＯＭ６２に入射される。分離した他方の
光ビームは光−電気変換素子３５に入射される。ＥＯＭ
６２に入射した光ビームは交流電圧により変調され，電
圧の向きと大きさに応じて偏光面が回転する。ＥＯＭ６
２を通過した光ビームは，ＰＢＳ６４で分けられる。Ｐ
ＢＳ６４で分けられた光ビームの変調成分（例えば，４
ＭＨｚ）は分けられた光ビーム間で１８０度の位相差を
持っている。
／２波長板６１でＰＢＳ６４に対して４５度の偏光方向
に調整され，ＥＯＭ６２に入射される。分離した他方の
光ビームは光−電気変換素子３５に入射される。ＥＯＭ
６２に入射した光ビームは交流電圧により変調され，電
圧の向きと大きさに応じて偏光面が回転する。ＥＯＭ６
２を通過した光ビームは，ＰＢＳ６４で分けられる。Ｐ
ＢＳ６４で分けられた光ビームの変調成分（例えば，４
ＭＨｚ）は分けられた光ビーム間で１８０度の位相差を
持っている。
【００６４】反射鏡６６で反射された光ビームは計測物
理量検出素子３０で直流磁界Ｈｄｃにより偏光面が回転
され，ＰＢＳ３１に入射する。ＰＢＳ３１で反射鏡６５
で反射した光と計測物理量検出素子３０で偏光面が回転
した光が合成される。
理量検出素子３０で直流磁界Ｈｄｃにより偏光面が回転
され，ＰＢＳ３１に入射する。ＰＢＳ３１で反射鏡６５
で反射した光と計測物理量検出素子３０で偏光面が回転
した光が合成される。
【００６５】ＰＢＳ６４において，反射鏡６５の側に進
む光と反射鏡６６の側に進む光ビームの変調成分は位相
差が１８０度あるので，計測物理量検出素子３０で磁界
が印加されていなければ，ＰＢＳ３１で合成された光ビ
ームに変調成分は現れないが，反射鏡６６で反射した光
ビームが磁界Ｈｄｃで偏光面が回転されている場合に
は，ＰＢＳ３１で合成される１８０度位相の異なる成分
の大きさにアンバランスが生じ，ＰＢＳ３１で合成され
た光ビームに変調された成分（４ＭＨｚ）が現れる。
む光と反射鏡６６の側に進む光ビームの変調成分は位相
差が１８０度あるので，計測物理量検出素子３０で磁界
が印加されていなければ，ＰＢＳ３１で合成された光ビ
ームに変調成分は現れないが，反射鏡６６で反射した光
ビームが磁界Ｈｄｃで偏光面が回転されている場合に
は，ＰＢＳ３１で合成される１８０度位相の異なる成分
の大きさにアンバランスが生じ，ＰＢＳ３１で合成され
た光ビームに変調された成分（４ＭＨｚ）が現れる。
【００６６】ＰＢＳ３１の出力光は光−電気変換素子３
２で電気信号に変換される。光−電気変換素子３５と光
−電気変換素子３２の出力の差が差信号検出器５３で得
られ，光−電気変換素子３５で変換された電気信号と光
−電気変換素子３２で変換された電気信号に含まれる量
子相関性のショットノイズ成分が除去され，ＥＯＭ６２
で変調された信号成分が現れ，その大きさは被測定磁場
の大きさに応じて，振幅の大小が得られる。従って，ス
ペクトラムアナライザ５５でＥＯＭ６２で変調された信
号のスペクトルを観測することによりその有無および大
きさにより，磁場Ｈｄｃの存在の有無，大きさを観測す
ることができる。
２で電気信号に変換される。光−電気変換素子３５と光
−電気変換素子３２の出力の差が差信号検出器５３で得
られ，光−電気変換素子３５で変換された電気信号と光
−電気変換素子３２で変換された電気信号に含まれる量
子相関性のショットノイズ成分が除去され，ＥＯＭ６２
で変調された信号成分が現れ，その大きさは被測定磁場
の大きさに応じて，振幅の大小が得られる。従って，ス
ペクトラムアナライザ５５でＥＯＭ６２で変調された信
号のスペクトルを観測することによりその有無および大
きさにより，磁場Ｈｄｃの存在の有無，大きさを観測す
ることができる。
【００６７】図７は，本発明の実施の形態５と実施の形
態６を示す。
態６を示す。
【００６８】図７（ａ）は本発明の実施の形態５であ
り，発光素子Ａと発光素子Ｂとにより量子相関性の高い
光を生成するものである。
り，発光素子Ａと発光素子Ｂとにより量子相関性の高い
光を生成するものである。
【００６９】光パラメトリック発振器以外でも量子相関
性の高い光を生成することができる。例えば，レーザダ
イオードあるいは発光ダイオードを複数個直列に接続し
ておき，安定度の極めて高い電流源を使用して駆動する
ことにより直列に接続した発光素子から量子相関性のあ
る光を発光することが可能である。
性の高い光を生成することができる。例えば，レーザダ
イオードあるいは発光ダイオードを複数個直列に接続し
ておき，安定度の極めて高い電流源を使用して駆動する
ことにより直列に接続した発光素子から量子相関性のあ
る光を発光することが可能である。
【００７０】図７（ａ）はこのように光ビーム対を発生
させる構成を示す。９５は発光素子Ａであって，レーザ
ダイオードもしくは発光ダイオードである。９６は発光
素子Ｂであって，レーザダイオードもしくは発光ダイオ
ードである。９７は電流源であり，ゆらぎの極めて小さ
い，安定度の高い電流源である。
させる構成を示す。９５は発光素子Ａであって，レーザ
ダイオードもしくは発光ダイオードである。９６は発光
素子Ｂであって，レーザダイオードもしくは発光ダイオ
ードである。９７は電流源であり，ゆらぎの極めて小さ
い，安定度の高い電流源である。
【００７１】図７（ｂ）は，本発明の実施の形態６であ
って，検出側装置と信号処理側装置を光ビームを一本に
して送信する場合の構成を例示する。
って，検出側装置と信号処理側装置を光ビームを一本に
して送信する場合の構成を例示する。
【００７２】計測物理量の情報を持つ光ビームと情報を
もたない光ビームを光源部１において合成し，一本の光
ビームにより信号処理側に送信するものである。信号処
理部１０で光ビームを光分離し，分離した光をそれぞれ
電気信号に変換する。そして，量子相関性を利用して量
子雑音を除去し，計測物理量を表す信号を取り出すこと
ができる。
もたない光ビームを光源部１において合成し，一本の光
ビームにより信号処理側に送信するものである。信号処
理部１０で光ビームを光分離し，分離した光をそれぞれ
電気信号に変換する。そして，量子相関性を利用して量
子雑音を除去し，計測物理量を表す信号を取り出すこと
ができる。
【００７３】図７（ｂ）で光源部１から信号処理部１０
への光伝送は偏光面保存光ファイバ等の伝送する光の偏
光面がくずれないような光ファイバを使用する。
への光伝送は偏光面保存光ファイバ等の伝送する光の偏
光面がくずれないような光ファイバを使用する。
【００７４】図７（ｂ）において，１は光源部である。
２は光ビーム対生成部である。２９は光分離器（図２の
ＰＢＳ２９に同じ）であって，光ビーム対生成部２の発
生する光ビームを光ビームＡと光ビームＢに分離するも
のである。２９’は光合成器であって，計測物理量の情
報をもつ光ビームＡと光ビームＢを合成して，一本の光
ビームにするものである（例えば，ＰＢＳを使用す
る）。計測部２０において，３０は計測物理量検出素子
であって，計測物理量で光ビームＡの偏光の方向を変化
させるものである。３１は偏光子である。
２は光ビーム対生成部である。２９は光分離器（図２の
ＰＢＳ２９に同じ）であって，光ビーム対生成部２の発
生する光ビームを光ビームＡと光ビームＢに分離するも
のである。２９’は光合成器であって，計測物理量の情
報をもつ光ビームＡと光ビームＢを合成して，一本の光
ビームにするものである（例えば，ＰＢＳを使用す
る）。計測部２０において，３０は計測物理量検出素子
であって，計測物理量で光ビームＡの偏光の方向を変化
させるものである。３１は偏光子である。
【００７５】１０は信号処理部である。８５は光分離部
であり，受光した光ビーム９１から，偏光Ａ（９２）と
偏光Ｂ（９３）を分離するものである。１３は光ー電気
変換部Ａであって，光ビームＡ（９２）を電気信号Ａに
光ー電気変換するものである。１４は光ー電気変換部Ｂ
であって，光ビームＢ（９３）を電気信号Ｂに光ー電気
変換するものである。６１，６２はそれぞれ増幅器Ａ，
増幅器Ｂであって，それぞれ電気信号を増幅するもので
ある。５３は差信号検出器である。
であり，受光した光ビーム９１から，偏光Ａ（９２）と
偏光Ｂ（９３）を分離するものである。１３は光ー電気
変換部Ａであって，光ビームＡ（９２）を電気信号Ａに
光ー電気変換するものである。１４は光ー電気変換部Ｂ
であって，光ビームＢ（９３）を電気信号Ｂに光ー電気
変換するものである。６１，６２はそれぞれ増幅器Ａ，
増幅器Ｂであって，それぞれ電気信号を増幅するもので
ある。５３は差信号検出器である。
【００７６】図７（ｂ）の構成の動作を説明する。
【００７７】光ビーム対生成部２は光ビームＡと光ビー
ムＢの光ビーム対を生成する。光分離器２９は一本の光
ビームを光ビームＡと光ビームＢに分離する。計測物理
量検出素子３０は，計測物理量で光ビームＡ（９２）の
偏光の方向を回転させる。その後，偏光子３１で，一方
向の偏光成分が取り出される。光合成器２９’は，計測
物理量の情報をもつ光ビームＡと光ビームＢを一本の光
ビーム９１に合成する。信号処理部１０は光ビームＡと
光ビームＢを含む光ビーム９１を受光する。光分離部８
５は光ビーム９１を光ビームＡ（９２）と光ビームＢ
（９３）に分離する。光ー電気変換部Ａ（１３）は光ビ
ームＡ（９２）を電気信号Ａに変換する。光ー電気変換
部Ｂ（１４）は光ビームＢ（９３）を電気信号Ｂに変換
する。さらに，増幅器Ａ（６１）と増幅器Ｂ（６２）で
それぞれ計測物理量の情報をもつ電気信号Ａと情報をも
たない電気信号Ｂを増幅する。差信号検出器５３は電気
信号Ａと電気信号Ｂの振幅差をとり，量子雑音を除去す
る。差信号検出器５３から量子雑音を除去された計測物
理量の情報を含む電気信号が出力される。なお，図７
（ｂ）では，光ビーム対を光分離器で分離して２本の光
ビームにし，一方を計測物理量検出素子に入力するよう
にしているが，光ビーム対を光分離しないで一本の光ビ
ームのまま，計測物理量検出素子に入力し，一方の偏光
（偏光Ａ）に計測物理量の情報を乗せ，情報を乗せた偏
光Ａと偏光Ｂを含む一本の光ビームを信号処理側部に送
るようにしても良い。
ムＢの光ビーム対を生成する。光分離器２９は一本の光
ビームを光ビームＡと光ビームＢに分離する。計測物理
量検出素子３０は，計測物理量で光ビームＡ（９２）の
偏光の方向を回転させる。その後，偏光子３１で，一方
向の偏光成分が取り出される。光合成器２９’は，計測
物理量の情報をもつ光ビームＡと光ビームＢを一本の光
ビーム９１に合成する。信号処理部１０は光ビームＡと
光ビームＢを含む光ビーム９１を受光する。光分離部８
５は光ビーム９１を光ビームＡ（９２）と光ビームＢ
（９３）に分離する。光ー電気変換部Ａ（１３）は光ビ
ームＡ（９２）を電気信号Ａに変換する。光ー電気変換
部Ｂ（１４）は光ビームＢ（９３）を電気信号Ｂに変換
する。さらに，増幅器Ａ（６１）と増幅器Ｂ（６２）で
それぞれ計測物理量の情報をもつ電気信号Ａと情報をも
たない電気信号Ｂを増幅する。差信号検出器５３は電気
信号Ａと電気信号Ｂの振幅差をとり，量子雑音を除去す
る。差信号検出器５３から量子雑音を除去された計測物
理量の情報を含む電気信号が出力される。なお，図７
（ｂ）では，光ビーム対を光分離器で分離して２本の光
ビームにし，一方を計測物理量検出素子に入力するよう
にしているが，光ビーム対を光分離しないで一本の光ビ
ームのまま，計測物理量検出素子に入力し，一方の偏光
（偏光Ａ）に計測物理量の情報を乗せ，情報を乗せた偏
光Ａと偏光Ｂを含む一本の光ビームを信号処理側部に送
るようにしても良い。
【００７８】また，図７（ｂ）では，光ビーム対生成部
は光ビームＡと光ビームＢを含む一本の光ビームを生成
し，光分離器で光分離するようにしているが，例えば，
図７（ａ）のような装置構成で光ビームＡと光ビームＢ
の光ビーム対を生成すれば，光分離器２９はなくても良
い。
は光ビームＡと光ビームＢを含む一本の光ビームを生成
し，光分離器で光分離するようにしているが，例えば，
図７（ａ）のような装置構成で光ビームＡと光ビームＢ
の光ビーム対を生成すれば，光分離器２９はなくても良
い。
【００７９】上記においては，微小な電界および磁界を
測定する場合について説明したが，本発明は，電界，磁
界以外の応力，電流，電圧，温度，振動，圧力，音響，
歪み等の物理現象の微小な物理量を，偏光が変化する光
学的効果によりそれぞれの計測物理量を検出できる素子
を使用することにより測定できるものである。
測定する場合について説明したが，本発明は，電界，磁
界以外の応力，電流，電圧，温度，振動，圧力，音響，
歪み等の物理現象の微小な物理量を，偏光が変化する光
学的効果によりそれぞれの計測物理量を検出できる素子
を使用することにより測定できるものである。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば，量子相関性をもつ光ビ
ーム対の量子相関性を利用して，ショットノイズ（量子
雑音）以下の微小な計測物理量を測定もしくは検出する
ことができる。また，シグナル光とアイドラ光の両方の
信号がなければ，計測物理量を取り出すことができない
ので，計測物理量を信号処理側に秘密に送信することが
できる。
ーム対の量子相関性を利用して，ショットノイズ（量子
雑音）以下の微小な計測物理量を測定もしくは検出する
ことができる。また，シグナル光とアイドラ光の両方の
信号がなければ，計測物理量を取り出すことができない
ので，計測物理量を信号処理側に秘密に送信することが
できる。
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２の実験データの例を示す
図である。
図である。
【図５】本発明の電界を測定するための計測物理量検出
素子の実施の形態３を示す図である。
素子の実施の形態３を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態５および実施の形態６を示
す図である。
す図である。
【図８】光パラメトリック発振器の例を示す図である。
【図９】従来の技術を示す図である。
１：光源部 ２：光ビーム対生成部 ３：計測物理量検出部 ６：計測物理量 １０：信号処理部 １１：雑音除去部 １２’：出力部 １３：光ー電気変換部
Claims (8)
- 【請求項１】 量子相関性のある光ビームＡと光ビーム
Ｂよりなる光ビーム対を生成する光源部と，該光ビーム
Ａを計測物理量検出光とする計測物理量の計測部と，該
光ビームＡと該光ビームＢを受光してそれぞれの光を電
気信号に変換し，該光ビームＡを変換した電気信号と該
光ビームＢを変換した電気信号の差をとることにより雑
音を除去し，検出した計測物理量を出力する信号処理部
とにより構成されることを特徴とする物理量計測装置。 - 【請求項２】 光源部は，光ビーム対生成部に入射する
ポンプ光を発生するポンプ光生成部を備え，光ビーム対
生成部はポンプ光を入射して光パラメトリック過程によ
り光ビーム対を発生する光パラメトリック発振器により
構成されることを特徴とする請求項１に記載の物理量計
測装置。 - 【請求項３】計測部は，該光ビーム対発生器の発生する
光ビーム対を光ビームＡと光ビームＢに分離する光ビー
ム分離器とを備え，光ビームＡは計測物理量検出部に入
射され，計測物理量で情報が付加されて信号処理部に送
られ，光ビームＢは情報を付加することなく信号処理部
に送られることを特徴とする請求項２に記載の物理量計
測装置。 - 【請求項４】 信号処理部は，光ビームＡを受光して電
気信号Ａに変換する光−電気変換素子Ａと，光ビームＢ
を受光して電気信号Ｂに変換する光ー電気変換素子Ｂ
と，該電気信号Ａと該電気信号Ｂを入力して量子雑音を
除去する雑音除去回路を備えることを特徴とする請求項
１，２，又は３に記載の物理量計測装置。 - 【請求項５】 量子相関性のある光ビームＡと光ビーム
Ｂよりなる光ビーム対を生成し，計測物理量により情報
付加された光ビームＡと情報付加されていない光ビーム
を，一本の光ビームに合成する光合成器と，計測物理量
を検出して計測物理量に応じて光源部から送られる光ビ
ームＡに情報を付加し，信号処理部に送る計測部と，計
測部から送られる一本のビームを受取り，光ビームＡと
光ビームＢに分離する光分離器と，該光ビームＡを電気
信号に変換する光ー電気変換部Ａと該光ビームＢを電気
信号に変換する光ー電気変換部Ｂと，該光ー電気変換部
Ａと該光ー電気変換部Ｂの雑音の量子相関性を利用して
雑音を除去することにより計測物理量を出力する信号処
理部とを備え，計測物理量を検出することを特徴とする
物理量計測装置。 - 【請求項６】 量子相関性のある光ビームＡと光ビーム
Ｂよりなる光ビーム対を発生し，計測物理量を検出し，
計測物理量で該光ビームＡに情報を付加し，該光ビーム
Ａと該光ビームＢをそれぞれ光−電気変換し，それぞれ
の電気信号の差を取り，雑音を除去することにより，検
出した計測物理量を出力することを特徴とする物理量計
測方法。 - 【請求項７】 量子相関性のある光ビームＡと光ビーム
Ｂよりなる光ビーム対を発生し，計測物理量を検出し，
量子雑音レベル以下の計測物理量を該光ビームＡに情報
付加し，該光ビームＡと該光ビームＢを光−電気変換す
る信号処理部に該情報を秘密に送り，信号処理部におい
て該光ビームＡと該光ビームＢを光−電気変換し，それ
ぞれの電気信号の差を取り，雑音を除去することによ
り，秘密に送信された計測物理量を出力することを特徴
とする物理量計測方法。 - 【請求項８】 光源部は，光ビームＡを発光する発光素
子Ａと光ビームＢを発光する発光素子Ｂを備え，光ビー
ムＡと光ビームＢは量子相関性があることを特徴とする
請求項１に記載の物理量計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000294833A JP3612557B2 (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 物理量計測装置および物理量計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000294833A JP3612557B2 (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 物理量計測装置および物理量計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002107176A true JP2002107176A (ja) | 2002-04-10 |
| JP3612557B2 JP3612557B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=18777357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000294833A Expired - Lifetime JP3612557B2 (ja) | 2000-09-27 | 2000-09-27 | 物理量計測装置および物理量計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3612557B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2026070178A1 (ja) * | 2024-09-25 | 2026-04-02 | 株式会社島津製作所 | 光ポンピング磁気センサ |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006085606A1 (ja) * | 2005-02-10 | 2008-06-26 | 財団法人神奈川科学技術アカデミー | 円二色性熱レンズ顕微鏡装置 |
| US20100060981A1 (en) * | 2005-02-10 | 2010-03-11 | Kanagawa Academy Of Science And Technology | Circular Dichroic Thermal Lens Microscope |
-
2000
- 2000-09-27 JP JP2000294833A patent/JP3612557B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2026070178A1 (ja) * | 2024-09-25 | 2026-04-02 | 株式会社島津製作所 | 光ポンピング磁気センサ |
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| Publication number | Publication date |
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| JP3612557B2 (ja) | 2005-01-19 |
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