JP3673611B2 - 電界センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波や電磁ノイズの特性測定に用いる計測器に関し、特に、ＥＭＣ分野で空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定するための電界センサ、および放送電波等特定の周波数の信号電波を検出するアンテナとしても機能する電界センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報機器や通信機器、ロボット等のＦＡ機器、自動車、鉄道等の制御器など多くの電気機器は、互いに外部からの電磁ノイズによって誤動作などの影響を受ける危険を常にもっている。ＥＭＣ分野においては、外部の電磁環境や電気機器に影響を及ぼすようなノイズの大きさ、また自らが発生するノイズ等を正確に測定することが重要となっている。
【０００３】
電界強度の計測において、印加される電界強度に応じて、入射した光の強度が変化して出射するように構成された光学素子を用いて、電界強度を光強度に変換して検出する電界センサが開発されている。
【０００４】
図３及び図４を参照して従来の電界センサを説明する。
【０００５】
図３は、従来の電界センサの構成図を示す。また、図４は、図３の電界センサに用いる反射型のセンサヘッド３の構成図を示す。
【０００６】
図３及び図４において、二つの光源１，２の直線偏光の出射光は、それぞれ偏波面保持ファイバ５を通って、光合成器９に入射され、互いに直交するように合成され、シングルモードファイバ６を通って、センサヘッド３の入出射光導波路１１に入射される。
【０００７】
センサヘッド３は、基板１０上に形成された光導波路１１，１２、変調電極１４および光導波路端部に設けられた光反射部１６によって構成される。ｃ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム単結晶の基板１０上に入出射光導波路１１、そこから分岐して結合した位相シフト光導波路１２が形成され、その一方の端部には、光反射部１６が設けられている。また、位相シフト光導波路１２上には、一対の変調電極１４が設置され、アンテナ１５に接続されている。入出射光導波路１１端には、シングルモードファイバ６が結合されている。
【０００８】
入出射光導波路１１に入射された光は、位相シフト光導波路１２にエネルギーが分割され、さらに光反射部１６で反射されて、入出射光導波路１１を通って出射される。電界が印加されている場合、アンテナ１５により変調電極１４に電圧が誘起されて、位相シフト光導波路１２中には、深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生じる。
【０００９】
この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて位相シフト光導波路１２を往復して伝搬する光波間に印加電界の大きさに応じた位相差が変化する。すなわち、印加電界強度に応じて、シングルモードファイバ６に出射する出射光の強度が変化する。また、出射光は、光サーキュレータ８によって入射光と分離されて、その光強度変化を光検出器１７で測定することにより印加電界の強度が測定される。
【００１０】
特に、反射型のセンサヘッドは、透過型のそれよりも高感度であり、また、センサヘッドの入射光および出射光が同一の光ファイバを伝搬するため、この構成による電界センサは、とくに光源、センサヘッドおよび受光器の間が長距離隔てられている場合には有利である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に、光合成器とセンサヘッド間の距離が長い場合、従来の構成の電界センサでは、図５に示すように、本来の波形１８の両脇にビートノイズ１９が観測される。なお、図５は、１.５ｋｍのシングルモードファイバが使われ、光サーキュレータが光合成器の直前に設置されている構成で観測された波形であるが、個別に光アイソレータを具備しているレーザ光源を用いた場合でも、前記の現象を抑制することはできない。
【００１２】
従って、本発明の目的は、光合成器とセンサヘッド間の距離が長い場合でも、波形の両脇にビートノイズを伴わない本来の波形のみを観測できる電界センサを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、光源、センサヘッド、受光器、センサヘッドの入射光および出射光の伝送路としての光ファイバ、およびアンテナからなる電界センサにおいて、光源は出射光が直線偏光である二つの光源からなり、この二つの直線偏光は、光合成器により互いに直交するように合成されて、反射型のセンサヘッドに入射され、センサヘッドの出射光は、光ファイバがセンサヘッドの直前に具備する光サーキュレータによって入射光から分離されて受光器に入射するように構成されている電界センサである。
【００１４】
また、本発明は、二つの光源と光合成器の間を結合する光ファイバは偏波面保持ファイバ、光合成器とセンサヘッドの間、および光サーキュレータと受光器の間をそれぞれ結合する光ファイバは、シングルモードファイバである電界センサである。
【００１５】
さらに、本発明の電界センサは、二つの光源の出射光波長が互いに等しくないことを特徴としている。
【００１６】
加えて、本発明による電界センサは、二つの光源のうち少なくとも一方を、半導体励起ＹＡＧレーザ等の半導体励起固体レーザとした構成である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態による電界センサの構成図である。図１において、光源１および光源２は、ともに半導体励起ＹＡＧレーザで、出射光波長がそれぞれ１.３１９０μｍおよび１.３１９５μｍである。これらの光源から出射される直線偏光は、それぞれ偏波面保持ファイバ５で光合成器９に導かれる。
【００１９】
これら二つの直線偏光は、光合成器９によって、それぞれの偏波面が互いに垂直をなして結合され、シングルモードファイバ６を通じてセンサヘッド３に入射される。なお、伝搬する光の偏波面を矢印２０を付して示す。また、本実施の形態には、図４に示した光導波路素子から構成されたセンサヘッド３が用いられている。
【００２０】
センサヘッドの出射光は、シングルモードファイバ６でセンサヘッド３の直前に装着されている偏波面に依存しないタイプの光サーキュレータ８によって入射光から分離され、シングルモードファイバ７を伝搬して光検出器１７に入射される。
【００２１】
本実施の形態の電界センサによる電界の波形を図２に示す。図２では、検出対象の波形１８のみが観測されている。また、二つの光源の出射光波長を異なる波長にすることによって、二つの出射光相互の干渉が避けられ、電界センサは安定に機能する。なお、光サーキュレータは、センサヘッドと一体をなしていてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本来の波形に対して複数のビートノイズ波形が観測されていた従来の電界センサに対して、本発明により、光サーキュレータをセンサヘッドの直前に備えた構成とすることによって、本来の波形のみを観測できる電界センサを実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電界センサの構成図。
【図２】本発明の実施の形態の電界センサによって観測された波形図。
【図３】従来の電界センサの構成図。
【図４】 電界センサに用いるセンサヘッドの構成図。
【図５】 従来の電界センサによって観測された波形図。
【符号の説明】
１，２ 光源
３ センサヘッド
５ 偏波面保持ファイバ
６，７ シングルモードファイバ
８ 光サーキュレータ
９ 光合成器
１０ 基板
１１ （入出射）光導波路
１２ （位相シフト）光導波路
１４ 変調電極
１５ アンテナ
１６ 光反射部
１７ 光検出器
１８ 波形
１９ ビートノイズ
２０ 矢印

Claims (4)

1. 光源、センサヘッド、光検出器、前記センサヘッドの入射光および出射光の伝送路としての光ファイバ、およびアンテナからなる電界センサにおいて、前記光源は出射光が直線偏光である二つの光源からなり、光合成器により前記二つの直線偏光は互いに直交するように合成されて、反射型の前記センサヘッドに入射され、前記センサヘッドの出射光は、該センサヘッドの直前に具備する光サーキュレータによって入射光から分離されて前記光検出器に入射するように構成され、前記二つの光源と前記光合成器の間を結合する光ファイバは、偏波面保持ファイバ、前記光合成器と前記センサヘッドの間、および前記光サーキュレータと前記光検出器の間をそれぞれ結合する光ファイバは、シングルモードファイバであることを特徴とする電界センサ。
2. 前記二つの光源の出射光波長が互いに等しくないことを特徴とする請求項１記載の電界センサ。
3. 前記二つの光源のうち、少なくとも一方は半導体励起固体レーザであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電界センサ。
4. 前記半導体励起固体レーザは、半導体励起ＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項３記載の電界センサ。

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