JPH0249667B2 - Jikikogakusochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明は、ヘテロダイン方式の磁場測定装置に
係り、とくに光を用いてヘテロダイン方式により
磁場を測定する装置に関する。

(b) 技術の背景 近年ホール素子あるいは磁気抵抗効果素子等の
小型の固体トランスデユサーを用いる磁場測定方
法が実用化されている。この他ジヨセフソン効果
を用いたSQUID（Superconducting Quntum
Interference Device）のような高精度磁場測定
が可能な素子も開発されている。

(c) 従来技術と問題点 ホール素子や磁気抵抗効果素子は、その内部に
おける電流担体の運動の磁場による変化を起電力
あるいは電流の変化として検出するものであつ
て、一般に得られる測定精度はそれほど高くはな
い。

一方、SQUIDは１磁束量子程度の微弱磁束を
検出可能であるが、測定素子を極低温に冷却する
必要があり、装置が大がかりとなるために、その
適用は特殊な目的のみに限定される。

(d) 発明の目的 本発明は、比較的小型で高精度の測定を可能と
する新規な磁気光学装置を提供することを目的と
する。

(e) 発明の構成 本発明は、振動面が互いに直交する二つの直線
偏光を出力する活性層を有する半導体レーザと、
該半導体レーザの一方の光射出端側に設けられた
第１の反射鏡と、該一方の光射出端と該第１の反
射鏡との間にその主軸が該半導体レーザの活性層
に対して＋45度の角度を成すようにして設けられ
且つ該一方の光射出端から射出された前記二つの
直線偏光をそれらの進行方向に向かつて互いに逆
廻りの円偏光に変換するための第１のλ／４板
と、該半導体レーザの他方の光射出端側に設けら
れた第２の反射鏡と、該他方の光射出端と該第２
の反射鏡との間にその主軸が該半導体レーザの活
性層に対して−45度の角度を成すようにして設け
られ且つ該他方の光射出端から射出された前記二
つの直線偏光をそれらの進行方向に向かつて互い
に逆廻りの円偏光に変換するための第２のλ／４
板と、該第２のλ／４板と該第２の反射鏡との間
に設けられ且つ前記互いに逆廻りの円偏光の縮退
を解くためのフアラデー回転子とを備えたことを
特徴とし、その一形態として、半導体レーザの光
出射端とλ／４板との間を偏波保存フアイバで接
続した場合を含む。

(f) 発明の実施例 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示し、半導体レー
ザ１には外部共振器を形成する反射面（反射鏡）
２および３が設けられている。さらに反射面２の
前にはλ／４板４が、また反射面３の前にはフア
ラデー回転子５およびλ／４板６が設けられてい
る。同図において７は偏波保存フアイバと称され
る光フアイバの一種である。

一般に半導体レーザ１が構成する共振器には、
偏光面が互いに直交するTE波およびTM波が存
在する。しかしながら、第１図に示す構成の系に
おいては、例えば半導体レーザ１から図上で左側
に出射されたTE波は、λ／４板４を通過するこ
とによつて、例えば右廻りの円偏光となり、これ
が反射面２で反射されて再びλ／４板４を通過す
ることによつて、偏光面がπ／２回転した直線偏
光、すなわちTM波となる。同様に、半導体レー
ザ１から図上で右側に出射されたTM波は、λ／
４板６を通過することによつて、例えば左廻りの
円偏光となり、反射面３で反射されたのち、再び
λ／４板６を通過することによつてTE波になる。
すなわち、TE波として出射された光は反射面２
および３の間を１往復したのちは、やはりTE波
に戻る。逆にTM波として出射された光は、反射
面２および３の間を１往復したのちは、やはり
TM波に戻る。

上記の系においては、フアラデー回転子５を通
過する２種類の光、つまり図上で半導体レーザ１
の右側に出射されたTE波およびTM波は、それ
ぞれ互いに逆廻りの円偏光となつている。フアラ
デー回転子５は磁場の下では、右廻りと左廻りの
円偏光のそれぞれに対して、異なつた屈折率を示
す。したがつて、それぞれの円偏光が、一定厚さ
のフアラデー回転子５を通過するに要する時間に
差が生じることになる。その結果、上記２種類の
光に対して反射面２および３間の距離が見掛け上
異なり、これらの光は異なつた共振周波数を持つ
ことになる。

ここで、フアラデー回転子が設けられていない
か、または設けられていても磁場が加えられてい
ない場合は、右廻りと左廻りの円偏光は互いに時
間反転をした関係にあるので縮退している。フア
ラデー回転子に磁場が加えられると縮退が解かれ
て、それぞれのモードの光は、周波数がω＋Δω
およびω−Δωで与えられる２つの光となる。た
だし、ωは中心の周波数である。

したがつて、加えられる磁場を制御して変化さ
せる手段を設けることにより、光周波数変調器を
構成することができる。

一方、フアラデー回転子が右廻および左廻りの
各円偏光に対して示す屈折率の差が磁場強度に比
例する。すなわち、 nr〜nl∞Ｈ ただし、nrおよびnlはそれぞれ右廻りおよび左
廻りの円偏光に対する屈折率、Ｈは磁場強度であ
る。したがつて、上記差周波数Δωは磁場強度Ｈ
に比例して変化することになり、該Δωを検出す
ることによつて、磁場強度を知ることができるの
で、磁場測定装置も構成することができる。

該Δωの検出は、前記のようにして発生させた
周波数ω＋Δωおよびω−Δωの２つの光を干渉
させて得られるビート信号を検出するることによ
つて行うことができる。この方法によれば、直線
偏光をフアラデー回転子を通過させた際に生じる
偏光面の回転角の変化を検出する、従来から公知
の磁場測定方法に比して、数桁以上の高精度の測
定が可能となる。

図示した測定系においては、偏波保存フアイバ
７が設けられている。該偏波保存フアイバは、そ
の中を通過する光の偏光モードを保存することが
できる性質を有する光フアイバとして市販されて
いるものである。光源として半導体レーザを用い
た場合には、前記のように偏光面が互いに直交す
るTE波およびTM波が出射され得るが、偏波保
存フアイバ内部においては、該TE波およびTM
波は空間を伝播する場合におけると同じように互
いに独立に通過する。したがつて、該偏波保存フ
アイバを用いることによつて、第１図に示す系の
左半分（半導体レーザ１、λ／４板４、反射面
２）の光軸と、右半分（λ／４板６、フアラデー
回転子５、反射面３）の光軸とが一致するような
空間配置を取る必要がなくなる。すなわち、上記
系の右半分のみを測定すべき磁場中に設置して、
測定が可能となるのである。その結果、上記系の
右半分を小さなプローブとして構成し、これを用
いて高精度の磁場測定を行うことを可能とする。
該測定装置においては、プローブとレーザ光源を
含む装置本体間は光フアイバにより結合されてい
るために、外部誘導ノイズによる精度の低下を生
じない利点が得られるのはもちろんである。

なお、本発明に用いる半導体レーザにおいて
は、光出射端面に反射防止用コーテイングを施す
ことが望ましい。

(g) 発明の効果 本発明によれば、冷却を必要としないで、また
外部誘導ノイズの影響を受けずに、微小空間の磁
場を高精度で測定可能とし、また光周波数の変調
を可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る磁場測定装置の構成例を
示す図である。 図において、１は半導体レーザ、２および３は
反射面、４および６はλ／４板、５はフアラデー
回転子、７は偏波保存フアイバである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動面が互いに直交する二つの直線偏光を出
   力する活性層を有する半導体レーザと、 該半導体レーザの一方の光射出端側に設けられ
   た第１の反射鏡と、 該一方の光射出端と該第１の反射鏡との間にそ
   の主軸が該半導体レーザの活性層に対して＋45度
   の角度を成すようにして設けられ且つ該一方の光
   射出端から射出された前記二つの直線偏光をそれ
   らの進行方向に向かつて互いに逆廻りの円偏光に
   変換するための第１のλ／４板と、 該半導体レーザの他方の光射出端側に設けられ
   た第２の反射鏡と、 該他方の光射出端と該第２の反射鏡との間にそ
   の主軸が該半導体レーザの活性層に対して−45度
   の角度を成すようにして設けられ且つ該他方の光
   射出端から射出された前記二つの直線偏光をそれ
   らの進行方向に向かつて互いに逆廻りの円偏光に
   変換するための第２のλ／４板と、 該第２のλ／４板と該第２の反射鏡との間に設
   けられ且つ前記互いに逆廻りの円偏光の縮退を解
   くためのフアラデー回転子 とを備えたこをを特徴とする磁気光学装置。 ２ 該半導体レーザの他方の光射出端と該第２の
   λ／４板との間が偏波保存フアイバで光学的に接
   続されていることを特徴とする請求項１記載の磁
   気光学装置。