JPH04172261A - 電磁界強度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電磁界強度測定装置、特に光学的に電磁界の強
さを測定する電磁界強度測定装置の改良に関する。

［従来の技術］ 周知のように、電磁波は、各種の分野において幅広く用
いられており、特に今日のような情報化時代では、放送
や通信のための情報伝達媒体としてますますその重要性
が増している。また、これ以外の分野でも、半導体製造
装置やプラズマ加熱などのエネルギー媒体として電磁波
の応用範囲は広がりつつある。

したがって、これらの技術の向上のためには、使用する
電磁界の様子を正確に把握することが必要とされる。

また、これとは逆に、電磁波によって引き起こされる各
種電子機器の機能障害に関する問題も増えている。大皿
の情報を高速処理するＯＡ機器や、自動車エレクトロニ
クスの分野では、それらの機能障害が甚大な被害を引き
起すにとどまらず、社会的混乱や人間の生命の危険を引
き起すおそれもある。このことから、ＥＭＩと略称され
る電磁波障害対策は極めて重要な課題となっている。

従って、このようなＥＭＩ対策を行う上でも、電磁界の
様子を正確に把握することか必要となる。

さらに、環境問題の面からも、電磁界を正確に把握する
必要が生している。例えば、強い電磁界は、直接人体に
障害を引き起す危険性がある。電磁波の照射により心拍
数の増加３体温の上昇１組織のえ死などの動物実験結果
が報告されている。

現代の我々の生活環境は、様々な強度１周波数の電磁波
に曝されており、健康への障害が懸念されるようになっ
てきていることから、電磁界強度の安全基準が設定され
るようになっている。

従って、このような環境問題の面からも、電磁界強度を
正確に測定することの必要性が高まっている。

このため、従来より各種の電磁界強度測定装置の開発実
用化が進められている。

このような電磁界強度測定装置の一つとして、何らかの
プローブアンテナをセンサーとして電磁界中に設置し、
それによって得られた電気信号を金属導体のケーブルを
介して、被測定電界の外部に設置された検出回路まで伝
送するものが知られていた。

しかし、このように金属ケーブルを使用すると、センサ
ーとして用いられるプローブアンテナの自由な移動や設
置が妨げられるだけでなく、被測定電磁界その虻のも乱
され、正確な測定を行うことが出来ないという問題があ
った。

このような問題を解決するため、従来 Ｌ　ｉ　ＮｂＱ３等の電気光学結晶を用いた電磁界強度
測定装置の開発も行われている。

第３図には、このような電磁界強度測定装置の一例が示
されている。この従来装置は、電磁界の測定場１００に
設置されるセンサ部１０と、この測定場１００の外に設
置される光源１２および光検出器１４とを含み、センサ
部１０と光源１２および光検出器１４は、それぞれ測定
光入力用光ファイバ１６および測定光出力用光ファイバ
１８を介して光学的に接続されている。

前記センサ部１０は、偏光子２０．電気光学結晶２２．
検光子２４．プローブアンテナ２６ａ。

２６ｂおよび電気光学結晶２２の側面に相対向するよう
に設けられた一対の電極２８ａ、２８ｂを含む。ここて
、電極２８ａ、２８ｂは、アンテナ２６ａ、２６ｂとそ
れぞれ接続されている。゛この従来装置を用いて電磁界
を測定する場合には、光ファイバ１６を介し光源１２か
らセンサ部１０へ向け測定光を出力する。

センサ部１０の主要部を構成する電気光学結晶２２は、
同図に示すようＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿ってカットされ、
光源１２からの測定光が、偏光子２０によってＹ軸に対
し４５°傾けた直線偏波の光波としてＸ軸方向へ伝搬さ
れるよう形成されている。従って、偏光子２０を介し電
気光学結晶２２に入射した光波は、常光（Ｙ軸）、異常
光（Ｚ軸）の成分に分解され、各々独立に伝搬されるこ
とになる。

このとき、アンテナ２６ａ、２６ｂによって検出された
電磁界は電極２８ａ、２８ｂ間に電位差として印加され
、この電位差により誘起される結晶２２の電気光学効果
により異常光に対する屈折率が変化する。これにより、
この電気光学結晶２２を通過した２成分の光波、すなわ
ち常光と異常光の光波に位相差が生しることになる。こ
の位相差を、前記偏光子２０と直交するように配置され
た検光子２４を用いて検出する。すなわち、位相差がな
ければ、初期の直線偏光のままであり、検光子２４を通
過する光量はゼロである。しかし、電磁界により位相差
が生しると、光波は、楕円偏光となり、検光子２４を通
過する成分が生ずる。

検光子２４を通過する光量は、印加された電位差によっ
て決まるため、検光子２４を通過した光量を光ファイバ
１８を介して光検出器］４へ導き、その光量を測定する
ことにより、電気光学結晶２２に印加された電位差、ひ
いては電磁界強度を測定することができる。

このような従来の電磁界強度測定装置は、センサ部１０
、光ファイバ１６．１８かはとんと誘電体で構成されて
いる。このため、測定場１００内における電磁界がほと
んど乱されず、正確な電磁界強度の測定を行うことがで
きる。

この反面、前記従来装置は、電磁界の測定感度か著しく
低く、微弱な電磁界強度の測定か難しいという問題があ
った。例えば、１■璽角という超小型の結晶２２を用い
ても、そこを通る光の位相を１８０度変化させるために
は、３００Ｖもの電圧が必要とされる。このため、使用
するアンテナ２６ｓ、２６ｂの利得にもよるが、微弱な
電磁界強度の測定は極めて難しいという問題があった。

そこで、センサ部１０の光強度変調器として用いられる
バルク結晶に代って、導波型の分岐干渉型光変調器を用
いた装置の提案がなされている。

第４図には、従来装置の一例が示されている。

なお、第３図に示す従来装置と対応する部材には、同一
符号を付しその説明は省略する。

この測定装置において、センサ部１０は一対のアンテナ
金属３４ａ、３４ｂと、導波型の変調器として機能する
光集積回路３６とから構成されている。光集積回路３６
は、その内部に光ファイバ１６を介して入射される測定
光を伝搬する導波路３８を有し、この導波路３８は変調
部４０において第１および第２の変調用導波路３８ａ、
３８ｂに分岐し、再度合流するよう形成されている。そ
して、前記第１および第２の変調用導波路３８ａ。

３８ｂには、アンテナ金属３４ａ、３４ｂを用いて受信
され電圧として出力される電磁界検出信号が、電極２ｇ
ａ、２８ｂを介し正負が逆の電圧信号として印加される
。

以上のように構成されたセンサ部１０に向け、光源１２
から光ファイバ１６を介しコヒーレントな測定光を入力
すると、この測定光は光集積回路３６内の導波路３８を
介し光変調部４０内を伝搬されることになる。

このとき、一対のアンテナ金属３４ａ、３４ｂにより検
出された電磁界の強度は、電極２８ａ。

２８ｂにより、第１および第２の光変調用導波路３８ａ
、３８ｂに印加される。ここに印加される電圧は、正負
が逆の電圧信号となるため、両溝波路３８ａ、３８ｂ内
を通過する光波に位相差が生じる。この両溝波路３８ａ
、３８ｂを通過する光波を、合波部３９て合波干渉させ
ることにより、位相差の度合が光の強弱に変調され、光
ファイバ１８を介し光検出器１４に入力されることにな
る。

このとき、光量が最大から最少まて変化するのに要する
電圧は、たかだか数Ｖに過ぎないため、前記第３図に示
す従来装置に比べ１００倍程度その測定感度が向上する
。

従って、光検出器１４を用いて、光集積回路３６から出
力される変調された測定光の強弱を測定し、これを信号
処理回路３６に入力することにより、信号処理回路３６
は、変調された測定光の強弱から位相差の度合、ひいて
は電磁界強度を演算し、表示器３２に表示することがで
きる。

このように、従来装置は、測定場１００における電磁界
の強度を高い感度で測定することができるため、微弱な
電磁界の強度をも測定することができる。

［発明か解決しようとする問題点］ しかし、この従来装置では、光集積回路３６に入力用と
出力用の２本の光ファイバ１６．１８を接続することに
よりセンサ部１０を形成している。

このため、センサ部１０を実用上十分な程度まで小型化
することかできず、狭い場所での測定が困難であるとい
う問題かあった。

すなわち、このような装置に用いられるセンサ部１０は
、片持ち構造に形成することが好ましく、このためには
、第５図に示すよう、２本の光ファイバ１６．１８のう
ち一方を折曲げて、センサ部１０を構成する必要かある
。

しかし、周知のように光ファイバは、屈曲性に富むとは
いえ、その最小折曲げ範囲は数ωのオーダーである。こ
のため、第５図に示すように一方の光ファイバ１８を折
曲げて片持ち構造のセンサ部１０を形成する場合には、
センサ部１０を実用上要求される２０〜３０＋ｏ■以下
に小型化することが難しいという問題があった。

このため、出力用光ファイバ１８を屈曲することに代え
、光集積回路３６内に形成される導波路３８を屈曲形成
することも考られる。ところが、このような技術に用い
る導波路３８は、周囲より屈折率を高くすることにより
形成されている。すなわち、導波路３８は、その周囲に
比べ屈折率を高くすることにより光波をその内部に閉し
込めて導波するように構成されている。しかし、導波路
３８と周囲との屈折率差はたかだか１０−２〜１０−３
にすぎないため、前述したように導波路３８を折曲げる
と光の導波損失か増加してしまい、その実用化は難しい
という問題かあった。

また、周知のように光ファイバと導波路との接続は、最
も精密な調整を必要とする部位であり、また温度、振動
等の影響による機械的なずれのため、特性の変化が発生
しやすい。

このため、従来のように２本の光ファイバ１６゜１８を
必要とするものでは、光ファイバ１６　。

１８と導波路１６との接続を２カ所で行わなければなら
ず、その作業は極めてやっかいなものとなり、これが長
期間安定して動作する装置を、安価に作成する上での妨
げとなっていた。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、小型で、高感度でかつ安定した特
性を有するセンサ手段を備えた電磁界強度測定装置を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明は、 所定方向に直線偏光化されたコヒーレントな測定光を出
力する測定光発生手段と、 前記測定光を電磁界測定場に導くための光ファイバと、 前記電磁界測定場に設置され、前記光ファイバから測定
光が入射され、この入射測定光の強度を電磁界強度に応
じて変調し、再度前記光ファイバに向け出力するセンサ
手段と、 前記測定光発生手段と光ファイバとの間に設けられ、通
過する測定光の偏波面を通過方向に対し所定角度回転さ
せる偏波面回転手段と、前記測定光発生手段と偏波面回
転手段との間に設けられ、前記測定光発生手段からの測
定光のみを通過させ、前記偏波面回転手段を介して入力
される変調された測定光を所定方向に反射する偏光ビー
ムスプリッタ−と、 前記偏光ビームスプリッタ−により反射された測定光の
強度に基づき、電磁界測定場内における電磁界強度を演
算する電磁界強度演算手段と、を含み、前記センサ手段
は、 電磁界を検出し、検出された電磁界の強度に応じた電圧
を出力するアンテナ部と、 一端を測定光入射部とし、他端を測定光反射部とする導
波路が形成された光集積回路と、を含み、前記光集積回
路は、 前記アンテナ部から出力される電圧信号を前記導波路に
印加し、電磁界強度に応じて導波路内を伝搬する測定光
の強度を変調して出力するよう形成された光強度変調部
を含むよう形成されたことを特徴とする。

上記構成において、測定光発生手段は、コヒーレントな
レーザ光を出力するレーザ光源と、 出力されるレーザ光を平行光化し、しかも一定方向に直
線偏光化して前記偏光ビームスブリ・ツタへ向け出力さ
せる光学系と、 を含むよう形成することが好ましい。

また、前記レーザ光源としては、例えばＨｅＮｅレーザ
、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等、任意のものを使用可
能であるが、光ファイノ（との整合性を考えると、半導
体レーザーを用いることか好ましい。

また、前記偏波面回転手段は、通過する光波の偏波面を
所定角度回転させるファラデー素子等を用いて形成する
ことができる。

また、前記測定光入力用の光ファイバとしては、例えば
マルチモードファイバ（ＭＭＦ）、　　シングルモード
ファイバ（ＳＭＦ）、偏波面保存ファイバ（ＰＭＦ）等
の各種ファイバが使用可能であるが、光利用効率、安定
性等の点を考慮すると、偏波面保存ファイバ（ＰＭＦ）
を用いることが好ましい。

また、前記光集積回路内に形成される光強度変調部の変
調方式としては、分岐干渉計型、方向性結合器型、交差
型等の種々の形態のものを任意に用いることができる。

前記光集積回路を構成する材ｆ４としては、例えば、Ｌ
ｉＮｂ０．、ＬｉＴａ０）等の強誘電体、ＧｚＡＩＡｓ
、Ｓｉ等の半導体、５ｉｎ２゜Ｓ　ｆ　３　Ｎ　４等の
非晶質等の材料か使用可能であるが、電気光学効果の大
きなＬ　ＩＮ　ｂ　Ｏ＝を使用することが好ましい。

また、前記アンテナ部としては、必要に応じて各種形態
のものを使用可能であるが、例えば高周波電磁界検出用
には微小ダイポールアンテナなどを用いればよく、また
低周波電磁界検出用には適切な大きさの、単なる金属板
を用いてもよい。特に、金属板をアンテナ部として用い
る場合には、光集積回路と同一の基板上に、フォトリソ
グラフィー等で作成された集積化アンテナとしても形成
することも可能であり、これにより、センサー全体の小
型化を図ることが可能となる。

また、前記光集積回路に形成される測定光反射部は、光
集積回路の研磨端面に、ＡＩ、Ａｕ等の金属または誘電
体等の薄膜を蒸着、スパッタリング等の手法で堆積させ
て形成することが好ましい。

［作　用〕 本発明は以上の構成からなり、次にその作用を説明する
。

本発明の測定装置を用いて電磁界を測定する基金には、
まずセンサ手段を電磁界測定場に設置し、測定光発生手
段および電磁界強度演算手段を測定場の外に設置する。

そして、測定光発生手段から、所定方向に直線偏光化さ
れたコヒーレントな測定光を出力すると、この測定光は
偏光ビームスプリッタを通り、偏波面回転手段を通るこ
とにより所定角度だけ偏波面が回転させられた後、光フ
ァイバを介しセンサ手段へ入力される。

センサ手段は、アンテナ部と、光集積回路とを有し、こ
の光集積回路内には、一端が測定光入射部として形成さ
れ他端に測定光反射部が形成された導波路が設けられて
いる。

さらに、前記導波路は、光強度変調部を通過するように
形成されており、この光強度変調部内において、導波路
を通過する測定光の強度は、アンテナ部を用いて検出さ
れる外部の電磁界強度に応じて変調されることになる。

特に、本発明では、導波路に人出された測定光が反射部
に到達する前に、この光強度変調部を通過すると共に、
測定光反射部で反射された測定光がさらにこの光強度変
調部を通過する。このように本発明では測定光が導波路
内を往復する途中て光強度変調を２回受ける二とになる
ため、電磁界強度の測定感度が非反射型の光集積回路に
比べほぼ２倍となる。

このようにして光強度変調された測定光は、光集積回路
の導波路から出力され、光ファイバ、偏波面回転手段を
介し偏光ビームスプリッタに入射される。このとき、偏
波面回転手段は、通過する測定光、すなわち変調された
測定光をその通過方向に対しさらに所定角度回転させる
。その後、この測定光は偏光ビームスプリッタに入射さ
れる。

従って、偏光ビームスプリッタに入射される変調された
測定光は、その偏波面の角度が、測定光発生手段から入
力される測定光と異なる角度になるため、この偏光ビー
ムスプリッタを通過できず、電磁界強度演算手段へ向け
反射される。

電磁界強度演算手段は、このようにして反射されてくる
測定光の光の強度に基づき、電磁界測定場における電磁
界強度を演算する。

畳のように、本発明によれば、センサ手段への測定光の
人出力を１本の光ファイバで行う構成とすることにより
、片持ち構造のセンサ手段を簡単に形成できる。従って
、片持ち構造のセンサ手段を、従来のように光ファイバ
の曲げ半径の制約を受けずに小型化することか可能とな
る。

さらに、本発明では、センサ手段内において測定光が同
一の光強度変調部内を往復２回通過し、２倍の強度変調
を受けるため、約２倍の電磁界検出感度を得ることかで
きる。従って、同一の検出感度を得るならば、本発明の
センサ手段は、本発明のセンサ手段を非反射型に形成し
た場合に比べ、その大きさを約１／２以下とすることが
できる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、光ファイバを折
り曲げることなくセンサ手段を片持ち構造とし、しかも
測定光は光強度変調部を往復２回通過し約２倍の光強度
変調を受けるため、センサ手段を従来装置に比べ大幅に
小型化し、これまで不可能であった狭い場所での高感度
の電磁界強度の計測を行うことが可能となる。

さらに、本発明では、センサ手段の導波路と光ファイバ
との接続が１カ所で済むため、長期間にわたり安定した
測定が可能となる。すなわち、光ファイバと導波路の接
続は最も精密な調整を必要とする部分であり、しかも長
期的には機械的ずれのため特性変化を引き起しやすい。

これに対して本発明では、光ファイバを入出力用の２本
用いることなく、１本の光ファイバで測定光の大田力を
行うことができるため、光ファイバと導波路の接続部位
が１カ所になり、この面から長期間にわたり安定した高
精度な測定を行う電磁界強度測定装置を安価に製作でき
ることになる。

他の発明 ［第２の発明］ また、本発明の電磁界強度測定装置において、光集積回
路内に設けられた光強度変調部を、分岐干渉計型のもの
とするためには、次のように形成することが好ましい。

すなわち、第２発明の電磁界強度測定装置において、 前記導波路は、分岐合波部で分岐された第１の変調用導
波路および第２の変調用導波路を含み、前記測定光反射
部は、前記第１の変調用導波路および第２の変調用導波
路の他端にそれぞれ形成され、 前記光強度変調部は、前記アンテナ部から出力される電
圧信号を、前記第１の変調用導波路及び第２の変調用導
波路に正負が逆の電圧信号として印加する゛よう電極が
形成され、各変調用導波路内を伝搬する測定光の位相を
変化させた後、前記分岐合波部て合波干渉させることに
より、電磁界強度に応じてその強度が変調された測定光
を出力するよう形成されたことを特徴とする。

以上の構成とすることより、光ファイバを介して導波路
に入射された測定光は、光強度変調部内を第１および第
２の変調用導波路に分岐して流れた後、測定光反射部で
反射される。そして、この測定光は、第１および第２の
変調用導波路内を逆向きに伝搬され、光強度変調部内を
再度通過した後、分岐合波部で合波干渉することになる
。

ここで、前記光強度変調部は、アンテナ部から出力され
る電圧信号が、第１の変調用導波路および第２の変調用
導波路に印加されるように構成されている。

従って、電磁界測定場内において、アンテナ部が外部の
電磁界の強度に応じた電圧を出力すると、この電圧は第
１および第２の変調用導波路に印加され、これら各導波
路の屈折率を変化させる。従って、これら第１および第
２の変調用導波路内を伝搬する測定光の光波の位相が変
化することになる。

ここで、第１および第２の変調用導波路には、正負が逆
になるよう電圧が印加されるため、これら各導波路を伝
搬する光波は位相変化の符号が逆となり位相差が生しる
ことになる。

特に、本発明の装置では、測定光が第１および第２の変
調用導波路内を往復し、光強度変調部を２度通過するこ
とになるため、これら各導波路内を伝搬する光波の位相
変化は２倍となる。

そして、これら第１および第２の変調用導波路内を通過
した測定光を分岐合波部で再度合流させ、側合波を合波
干渉させることにより、位相変化の度合が光の強弱に変
換されることになる。

すなわち、外部に電磁界が存在しない場合には該強度変
調部から出力される測定光は最大強度となり、位相差か
］８０°のときは最少光量となる。

従って、このように光強度変調部から変調出力される測
定光の強弱を測定することにより、位相差の度合い、ひ
いては電磁界の強度を測定することができる。

なお、前記第１および第２発明の電磁界強度測定装置は
、 前記偏波面回転手段と光ファイバとの間に設けられ、前
記偏波面回転手段により偏波面が所定方向に回転された
測定光のみを選択的に通過するよう形成された偏光子を
含み、前記光集積回路から光ファイバを介し入力される
測定光からノイズ成分を除去し前記偏波面回転手段へ向
け出力するよう形成することか好ましい。

すなわち、測定光が光ファイバ、光集積回路内を伝搬す
る間に、これらの素子がいかに良好な偏波面保存特性を
もっているとはいえ、温度、圧力。

振動等の影響により最初の偏波面とは異なる偏光方向を
もった光成分（雑音成分光波）が生じてしまう。

これに対し、偏波面回転手段と光ファイバとの間に偏光
子を設けることにより、光ファイバを介し入力される変
調された測定光から雑音成分光波を除去することができ
るため、より正確な電磁界強度の測定が可能となる。

また、前記第１および第２発明の電磁界強度測定装置に
おいて、 前記電磁界強度演算手段は、 入射される測定光を電気信号に変換する光検出器と、 この電気信号から電磁界強度検出用の信号成分を抽出出
力する第１の信号処理部と、 この電気信号から外乱成分を含む低周波成分の信号を抽
出出力する第２の信号処理部と、前記第１０信号処理部
から出力される信号に基づき、前記第２の信号処理部か
ら出力される電磁界強度検出用の信号から外乱成分を除
去し、電磁界測定場内における電磁界の強度を演算する
演算部と、 を含み、外乱に影響されることなく電磁界の強度を測定
するよう形成することが好ましい。

すなわち、前記センサ手段の光強度変調部を介して出力
される変調された測定光には、測定光発生手段の光源強
度の変動や、各光ファイバやセンサ手段に加わる各種の
外乱、例えば温度、振動、圧力などに起因する外乱成分
が含まれることになる。特に、このような外乱成分は、
低周波領域の電磁界強度をＩＩ定する場合に多く含まれ
る。

これに対し、前記電磁界強度演算手段を、光検出器、第
１および第２の信号処理部を有する構成とすることによ
り、変調された測定光が、光検出器により電気信号に変
換された後、第１および第２の信号処理部に入力される
こととなる。

そして、前記第１の信号処理部は、入力される電気信号
から、電磁界強度検出用の信号を抽出し演算部へ向け出
力する。

また、前記第２の信号処理部は、入力される電気信号か
ら直流成分に近い信号を抽出し演算部へ向け出力する。

この直流成分には、光源強度の変動や、光フアイバ内で
の伝搬損失等の外乱成分が含まれる。

従って、演算部は、第２の信号処理部の出力する電気信
号に基づき、第１の信号処理部の出力する電磁界強度検
出用の電気信号から外乱成分を除去し、電磁界測定場外
における電磁界の強度を外乱に影響されることなく測定
することができる。

［実施例］ 次に、本発明の好適な実施例を、図面に基づき詳細に説
明する。

第１図には、本発明にかかる電磁界強度測定装置の好適
な実施例が示されている。実施例の測定装置は、電磁界
測定場１００内に設置されるセンサ部５０と、この電磁
界測定場１００の外に設置される測定光発生部７０．電
磁界強度演算回路７２および表示部７８を含む。

前記測定光発生部７０とセンサ部５０とは、偏光ビーム
スプリッタ８０．ファラデー素子８２゜偏光子８４．レ
ンス８６および光フアイバ８８等から構成される光学系
を介して光学的に接続されている。同様に、電磁界強度
演算回路７２と、センサ部５０は、前述した光学系を介
、して光学的に接続されている。

前記測定光発生部７０は、所定方向に直線偏光化された
コヒーレントな＃］定光を出力するよう形成されており
、具体的にはコヒーレントな光を発生するレーザ光源と
、その出力光を平行光化、直線偏光化し偏光ビームスプ
リッタ８０へ向け出力する光学系とから構成されている
。

前記レーザ光源は、例えばＨｅＮｅレーザ、ＹＡＧレー
ザ、半導体レーザ等、任意のものを使用可能であるが、
本実施例では、光ファイノーとの整合性から、半導体レ
ーザを用いている。

前記偏光ビームスプリッタ８０は、測定光発生部７０に
より所定方向に直線偏光化された測定光のみを通過し、
それ以外の方向に偏光化された光の通過を阻止し、所定
方向に反射するように形成されている。本実施例では、
測定光発生部７０から出力される測定光の偏光方向け、
第１図の紙面方向（Ｚ軸）になるように設定されている
ため、この偏光ビームスプリッタ８０はＺ軸方向に偏光
された光のみを通過し、紙面に垂直な方向（Ｙ軸）に偏
光した光は電磁界強度演算回路７２へ向け反射するよう
に形成されている。そして、この偏光ビームスプリッタ
８０を通過した測定光は、ファラデー素子８２に入射さ
れる。

このファラデー素子８２は、通過する測定光の偏波面を
通過方向に対し所定角度回転させる偏波面回転手段とし
て機能するものであり、本実施例では通過する測定光の
偏波面が通過方向に４５度回転するように永久磁石等で
バイアスが加えられている。このようなファラデー素子
８２としては、必要に応じて種々のものが使用可能であ
るか、本実施例ではＹＩＧ結晶と永久磁石とを組合せた
ものを用いている。

このようにしてファラデー素子８２を通過した測定光は
、次に偏光子８４に入射される。この偏光子８４は、フ
ァラデー素子８２の偏波面の回転に合せて、偏光軸方向
を４５度傾けて設置されており、この偏光子８４を通過
した測定光は、レンズ８６により絞られ、光ファイバ８
８に入射される。

このような光ファイバ８８としては、必要に応じて種々
のものが使用可能であるが、本実施例では偏波面保存光
ファイバが用いられている。この光ファイバ８８に入射
された測定光は、測定場１００内に設置されたセンサ部
５０に向け伝搬される。

このセンサ部５０は、光ファイバ８８から測定光が入射
されると、この測定光を測定場１００内における電磁界
の強度に応じて変調し、変調された測定光を再度光ファ
イバ８８へ向け出力するものである。具体的には、測定
光の強度を外部電圧により変化させる光強度変調部６６
が設けられた光集積回路５４と、測定しようとする電磁
界を検出する一対のアンテナ５２ａ、５２ｂとを含む。

前記光集積回路５４は、その内部に光ファイバを介して
伝搬されてくる測定光か入射される導波路５８が形成さ
れており、この導波路５８は、分岐合波部６０において
第１の変調用導波路５８ａおび第２の変調用導波路５８
ｂに分岐するよう構成されている。これら第１および第
２の変調用導波路５８ａ、５８ｂの他端側には反射面６
２が形成されており、各導波路５８ａ、５８ｂ内を伝搬
されてくる測定光を、再度その入射端へ向け反射するよ
う構成されている。

前記光強度変調部６６は、光集積回路化された導波型の
光変調器として形成されており、このような導波型の光
強度変調部６６の方式としては、例えば分岐干渉計型、
方向性結合器型、交差型等種々の形態のものがあり、必
要に応じて任意のものを使用できる。本実施例では、分
岐干渉計型をいくぶん変形した方式のものを用いている
。

また、前記一対のアンテナ５２ａ、５２ｂは、測定場１
００内における電磁界を検出し、これを電磁界の強度に
応した電圧信号として出力する。

このようなアンテナ５２ａ、５２ｂとしては、必要に応
じて各種のものを採用可能であるか、高周波数電界検出
用には微小ダイポールアンテナかある。低周波数電界検
出用には、適切な大きさの単なる金属板を用いてもよい
。

そして、これら一対のアンテナ５２ａ、５２ｂから出力
される電磁界強度に応した電圧信号は、電極６４ａ、６
４ｂを介して変調部６６内の第１の変調用導波路５８ａ
および第２の変調用導波路５８ｂに、正負が逆の電圧と
なるように印加される。

なお、前記光集積回路５４の材料としては、ＬｉＮｂ０
．、ＬｉＴａ０．等の強誘電体、ＧａＡｌＡｓ、Ｓｉ等
の半導体、５ＩＯ２゜Ｓｉ３Ｎ４等の非晶質等の材料か
使用可能であるが、本実施例では、電気光学効果の大き
なＬｉＮｂＯ３が使用されている。

また、前記導波路５８．５８ｇ、５８ｂは、その周囲の
材料に比べその屈折率を高くすることにより、光波をそ
の内部に閉し込めて導波するよう構成されている。

また、前記反射面６２は、光集積回路５４の研磨端面に
、例えばＡＩ、Ａｕ等の金属または誘電体等の薄膜を蒸
着、スパッタリング等の手法で堆積させて製造すること
ができる。

また、本実施例において、前記一対のアンテナ５２ａ、
５２ｂは低周波電界検出用として単なる金属板を用いて
形成されており、このアンテナ５２ａ、５２ｂは、光集
積回路５４と同一の基板上に、フォトリソグラフィーな
どの手法を用い集積化アンテナとして形成されている。

従って、本実施例のセンサ部５０は、同一の基板上に光
集積回路５４とアンテナ５２ａ、５２ｂが一体として形
成された小さなものになるため、その取扱いが極めて容
易なものとなる。

このようにして形成されたセンサ部５０ては、前記測定
光発生部７０からコヒーレントなレーザ光が出力される
と、この測定光は、光ファイバ８８から入力端５６を介
し導波路５８内に入射され、さらに光強度変調部７２内
を、分岐合波部６０で第１および第２の変調用導波路５
８ａ、５８ｂの２つに別れて流れる。この変調部７２内
においては、前述したようにアンテナ５２ａ、５２ｂか
ら電磁界の強度に応した電圧信号が印加されているため
、電磁界の強度に応じてこれら各導波路５８ａ、５８ｂ
の屈折率が変化し、その内部を伝搬する光波の位相が変
化する。

特に、これら第１および第２の変調用導波路５８ａ、５
８ｂには正負が逆の電圧信号が印加されているため、第
１の変調用導波路５８ａを伝搬する光波と第２の変調用
導波路５８ｂ内を伝搬する光波では位相変化の符号が逆
となり、両者の間に位相差が生しる。

そして、これら各導波路５８ａ、５８ｂを伝搬した測定
光は、その他端に形成された反射面６２て反射され第１
および第２の変調導波路５８ａ。

５８ｂ内を逆向きに伝搬するようになる。これにより、
各導波路５８ａ、５８ｂ内を伝搬する測定光は再度光強
度変調部６６内を通過し位相変調を受け、その位相差は
反射面６２て反射される前のほぼ２倍になる。

そして、第１および第２の変調導波路５８ａ。

５８ｂ内を反射、伝搬されくる測定光は、分岐合波部６
０で合波干渉され、位相差の度合が光の強弱に変換され
る。このようにして電磁界強度に応じて光の強度が変調
された測定光は、導波路５８の入射端５６から再度光フ
ァイバ８８へ向け出力される。

光フアイバ８８内を伝搬する変調された測定光は、次に
レンズ８６．偏光子８４を介しファラデー素子８２に入
力され、ここで光通過方向に対し光波の偏波面が４５度
回転され、偏光ビームスプリッタ８０に入射される。

このように偏光ビームスプリッタ８０に入射された測定
光は、光測定光発生部７０から入射される最初の測定光
に対し、光波の偏波面か９０度回転している。従って、
この変調されたＭ１定光は、偏光ビームスプリッタ８０
を通過できず、電磁界強度演算回路７２へ向け反射され
る。

電磁界強度演算回路７２は、このようにして反射して入
力される測定光の強度に基づき、電磁界ＩＩ定場１００
内における電磁界強度を演算するよう形成されている。

本実施例においてこの電磁界強度演算回路７２は、入力
される測定光を電気信号に変換する光検出器７４と、変
換された電気信号に基づき電磁界強度を演算する信号処
理回路７６とを含み、演算された電磁界強度は表示器７
８上に表示されるよう構成されている。

第２図には、前記信号処理回路７６の具体的な構成が示
されており、この信号処理回路７６は、第１の信号処理
部として機能するバントパスフィルタ７６ａ、増幅器７
６ｂ、検波器７６Ｃ１割算器７６ｄと、第２の信号処理
部として機能するローパスフィルタ７６ｅとを含む。そ
して光検出器７４から入力される電気信号は、バントパ
スフィルタ７６ａ、ローパスフィルタ７６ｅに入力され
る。　バンドパスフィルタ７６ａは、入ツノされる電気
信号に含まれる電磁界強度測定用の信号を検出信号とし
て抽出出力し、この検出信号を増幅器７６ｂ、検波器７
６ｃを用いて増幅検波した後、割算器７６ｄの分子とし
て出力する。

また、ローパスフィルタ７６ｅは、入力される電気信号
から直流に近い成分（外乱による測定光強度の変動成分
がリップル分として含まれる信号）を抽出し、この抽出
信号を外乱成分検出信号として割算器７６ｄへ向け分母
として出力する。

このように、分子、分母として割算器７６ｄに入力され
る信号には、外乱により変動成分が略同じ比率で含まれ
る。

割算器７６ｄは、このようにして入力される信号に対す
る割算を実行し、検波器７６ｃを介して入力される検出
信号に含まれていた外乱変動成分を除去し、その演算結
果を表示部７８上に表示する。表示された演算結果は、
外乱による変動成分か除去されたものであり、電磁界強
度を正確に表すものとなる。

本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。

測定光発生部７０から、Ｚ軸方向に直線偏光化されたコ
ヒーレントな測定光が出力されると、この測定光は偏光
ビームスプリッタ８０を通過し、ファラデー素子８２に
よりその偏波面が４５度その通過方向に回転される。そ
の後、この測定光は偏光子８４．レンズ８６を介し偏波
面保存光ファイバ８８に入射される。

このとき、偏光子８４は、ファラデー素子８２による偏
波面の回転に合せて、偏光軸方向傾けて設置されている
ため、測定光はほとんど損失なくこの偏光子８４を通過
することになる。

そして、光ファイバ８８に入射された測定光は、その内
部をセンサ部５０に向け伝搬していき、測定光がセンサ
部５０に到達すると、入射端５６から導波路５８内に入
射される。入射された測定光は導波路５８内を伝搬して
いき、光強度変調部６６に達し、分岐合波部６０て分岐
し、第１および第２の変調導波路５８ａ、５８ｂ内を伝
搬する。

このときの分岐比は、必要に応じて任意に設定できるが
一般的には５０・５０に設定される。

この測定光が第１および第２の変調用導波路５８ｇ、５
８ｂ内を伝搬する途中で、測定光は電極６４ａ、６４ｂ
に印加された電圧の大きさ、すなわちアンテナ５２ａ、
５２ｂて検出された測定場１００内における電磁界強度
の大きさに応した位相変調を受ける。

このとき、前記電極６４ａ、６４ｂは、第１および第２
の変調用導波路５８ａ、５８ｂにそれぞれ正負が逆にな
るように電圧を印加する。このため、第１の変調導波路
５８ａ内を伝搬する測定光と、第２の変調導波路５８ｂ
内を伝搬する測定光は位相変化の符号が逆となり、両者
の間に位相差が生じる。

このように位相変調されながら第１および第２の変調用
導波路５８ａ、５８ｂ内を伝搬する測定光は、その他端
面に形成された反射面６２て反射され、第１および第２
の変調用導波路５８ａ１５８ｂを逆方向に伝搬する。そ
して、この測定光は光強度変調部６６を再度通過し、位
相変調を受ける。このため、これら第１および第２の変
調導波路５８ａ、５８ｂ内を逆方向に進む測定光の位相
差は、反射面６２により反射される直前の測定光の位相
差のほぼ２倍となる。

これにより、本発明のセンサ部５０は、非反射型のセン
サに比べ、同じ大きさでは約２倍の測定感度か得られ、
また同し測定感度を得ようとする場合には、その大きさ
をほぼ１／２に小型化できることが理解されよう。

そして、このようにして第１および第２の変調用導波路
５８ａ、５８ｂ内を逆方向に伝搬されてくる測定光は、
分岐合波部６０にて合波干渉され、これにより位相差の
度合か光の強弱に変換されることになる。

すなわち、外部電磁界が存在せず位相差か〔］のときは
最大光量となり、また外部電磁界が存在し、その位相差
が１８０°の時は０または最少光量となる。従って、こ
のような変調光の光量の強弱を測定することにより、位
相差の度合いひいては電磁界強度を測定することができ
る。

このようにして、変調部６６から出ツノされる変調され
た測定光は、導波路５８の入射端５６から、光ファイバ
８８に入射され、光学系８６．偏光子８４、ファラデー
素子８２を通過した後ビームスプリッタ８０に入射され
る。

このとき、前記ファラデー素子８２は、いわゆる非相反
性素子てあって、図中左から右に通過した光波も、逆向
きにした光波も全く同じ方向にその偏波面を４５度回転
する。このため、ファラデー素子８２を通過したセンサ
部５０からの測定光は、４５度回転されＹ軸方向を向く
ため、この測定光は偏光ビームスプリッタ８０により光
検出器７４へ向け反射されるようになる。

なお、本実施例において、前記偏光子８４はファラデー
素子８２の機能を高める目的で設けられているのである
。

すなわち、測定光が偏波面保存光ファイバ８８゜光集積
回路５４内の中を伝搬する間に、これらの素子がいかに
良好な屈曲性（偏波面保存特性）をもっているとはいえ
、温度、圧力、振動等の影響により最初の偏波面とは異
なる偏光方向をもった光波の成分が生じてしまう。偏光
子８４は、これらの雑音成分光波が通過するのを阻止す
ることによって、光検出器７４に入射される変調された
測定光から前述した雑音成分光波を除去することができ
る。

光検出器７４は、このようにして入力される変調された
測定光を電気信号に変換し、第２図に示すように構成さ
れた信号処理回路７６へ向け出力する。

このようにして信号処理回路７６に入力される信号には
、測定光発生部７０の一部を構成するレーザ光源の光源
強度の礎動分や、光フアイバ８８等に加わる外乱（温度
、振動、圧力等に起因するもの）による変動成分が含ま
れる。従ってこのままでは電磁界強度の正確な測定を行
うことができない。

本発明では、前記変動成分が、直流に近い成分として混
入されていることに着目し、光検出器７４から出力され
る電気信号を、バンドパスフィルタ７６ａおよびローパ
スフィルタ７６ｅに入力している。

そして、バンドパスフィルタ７６ａは、増幅器７６ｂ、
検波器７６ｃと共に、入力された電気信号から電磁界強
度検出用の所定周波数帯域の信号を抽出し、さらに増幅
検波しこれを電磁界強度測定信号として割算器７６ｄへ
向け出力する。

さらに、ローパスフィルタ７６ｅは、入力される電気信
号から直流に近い成分を外乱による変動成分を含む信号
として抽出出力し、割算器７６ｄへ向け出力する。

このとき、光検出器７６ｃを介して出力される検出信号
と、ローパスフィルタ７６ｅを介して出力される変動成
分信号には、外乱により変動成分か略同じ比率で含まれ
る。

従って、割算器７６ｄを用い、検波器７６ｃから出力さ
れる検出信号を、ローパスフィルタ７６ｅから出力され
る変動成分信号を用いて割算することにより、検出信号
に含まれる変動成分を除去し、電磁界強度そのものを正
確に求めることかできる。そして、このようにして求め
られた電磁界強度は、表示器７８上に表示されることに
なる。

例えば、測定光発生部７０から、光強度１　の測定光を
出力した場合を想定すると、この測定光が光強度弯調部
６６を通過し光検出器７４に到達すると、光検出器７４
からは次式で示す信号Ｉが出力される。

Ｖπ ここて、Ｖｏｓｆｎ（ＪＪｔは変調部電極に印加される
外部電界に比例した交流信号、Ｖπは半波長電圧といい
、変調部出力光強度を最大から最少に変化させるのに要
する印加電圧、△ＩＯは外乱による変動分を表す。

この信号１を、バンドパスフィルタ７６ａ等を介して出
力すると、その出力Ｉωは、次式で与えられる。

Ｉωｏ−ｃ　　（１０＋△Ｉｏ）　−、！！−−ｖｏ−
ｓｉｎ　　ωｔＶπ また、この信号Ｉをローパスフィルタ７６ｃを介して出
力すると、その出力１ｄｃは次式で与えられる。

１ｄｃ＝ｌｏ＋△１゜ 従って、割算器７６ｄが、前述した除算をすると、その
値Ｒは １ｖ　　　π　　Ｖ Ｒ−−ｏｃ　−・ｏ　＠５ｉｎ（ＩＪｔｌｄｃ　　　Ｖ
π となり、外乱による変動成分を除去できる。このように
して得られたＲは、電界強度そのものを正確に表わすこ
とが理解されよう。

以上説明したように、本発明の測定装置によれば、光集
積回路５４に導かれた測定光が、光強度変調部６６内を
２度通過することにより２倍の位相変調を受けるため、
その電磁界検出感度もほぼ２倍となる。従って、センサ
部５０を非反射型のセンサとして形成したものに比べ、
同一の検出感度ならばその大きさをほぼ１／２まで小型
化することができる。

さらに、本発明によれば、光集積回路５４に対する測定
光の入出力を１本の光ファイバ８８で行うことができる
。このため、従来のように入出力用に２木用！した光フ
ァイバのいずれか一方を折り曲げることなく、片持ち式
のセンサ部５０を容易に構成することができる。従って
、従来のように、光ファイバの折り曲げ半径の制約を受
けずにセンサ部５０を小型化することができ、必要なら
その直径を１ｗ１１以下とし、従来品に比べｌ／１０以
下に小型化することが可能となる。従って、本発明のセ
ンサ部５０を用いることにより、従来不可能であった狭
い場所での電磁界強度の測定も可能となる。

さらに、本発明では、光集積回路５４の導波路５８に対
し、１本の光ファイバ８８を接続すればよい。すなわち
、光ファイバと導波路の接続は最も精密な調整を必要と
する部位であり、また長期的には機械的なずれのため、
特性変化を引き起しやすい。本発明は、このような接続
部位が従来品の半分になるため、長期間安定してしかも
高精度で動作するセンサ部５０を安価に製作できること
が可能となる。

さらに、本発明の測定装置では、センサ部５０が測定場
１００内における測定電磁界環境をほとんど乱すことな
く、これを正確に測定することも可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、従来技術の問題
点、すなわち狭い場所での測定の困難性や、低感度等と
いう問題を解決し、小型で高感度なセンサ部５０を用い
、被測定電磁界環境をほとんど乱すことなく電磁界強度
の測定を広周波数帯域にわたり行なうことか可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる電磁界強度測定装置の好適な一
例を示すブロック回路図、 第２図は第１図に示す電磁界強度演算回路の具体的な構
成を示すブロック回路図、 第３図、第４図、第５図は従来の測定装置の説明図であ
る。 ５０　センサ部、 ５２ａ、５２ｂ・アンテナ、 ５４・光集積回路、５６・・入射端、 ５８　導波路、５８ａ　　第１の変調用導波路、５８ｂ
・・・第２の変調用導波路、 ６０・・分岐合波部、６２・反射面、 ７０・測定先発生部、 ７２・電磁界強度演算回路、７４　光検出器、７６・信
号処理回路、 ８０・・偏光ビームスプリッタ、 ８２・・ファラデー素子、８４−偏光子、８８・・・光
ファイバ。 代理人　弁理士　布　施　行　夫（他１名）第１ ÷２幅ムル礒ａ呻藤 巨Ω巴ンたＪＰ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　所定方向に直線偏光化されたコヒーレントな測
   定光を出力する測定光発生手段と、 前記測定光を電磁界測定場に導くための光ファイバと、 前記電磁界測定場に設置され、前記光ファイバから測定
   光が入射され、この入射測定光の強度を電磁界強度に応
   じて変調し、再度前記光ファイバに向け出力するセンサ
   手段と、 前記測定光発生手段と光ファイバとの間に設けられ、通
   過する測定光の偏波面を通過方向に対し所定角度回転さ
   せる偏波面回転手段と、 前記測定光発生手段と偏波面回転手段との間に設けられ
   、前記測定光発生手段からの測定光のみを通過させ、前
   記偏波面回転手段を介して入力される変調された測定光
   を所定方向に反射する偏光ビームスプリッターと、 前記偏光ビームスプリッターにより反射された測定光の
   強度に基づき、電磁界測定場内における電磁界強度を演
   算する電磁界強度演算手段と、を含み、前記センサ手段
   は、 電磁界を検出し、検出された電磁界の強度に応じた電圧
   を出力するアンテナ部と、 一端を測定光入射部とし、他端を測定光反射部とする導
   波路が形成された光集積回路と、を含み、前記光集積回
   路は、 前記アンテナ部から出力される電圧信号を前記導波路に
   印加し、電磁界強度に応じて導波路内を伝搬する測定光
   の強度を変調して出力するよう形成された光強度変調部
   を含むよう形成されたことを特徴とする電磁界強度測定
   装置。
2. （２）　請求項（１）において、 前記導波路は、分岐合波部で分岐された第１の変調用導
   波路および第２の変調用導波路を含み、前記測定光反射
   部は、前記第１の変調用導波路および第２の変調用導波
   路の他端にそれぞれ形成され、 前記光強度変調部は、前記アンテナ部から出力される電
   圧信号を、前記第１の変調用導波路及び第２の変調用導
   波路に正負が逆の電圧信号として印加するよう電極が形
   成され、各変調用導波路内を伝搬する測定光の位相を変
   化させた後、前記分岐合波部で合波干渉させることによ
   り、電磁界強度に応じてその強度が変調された測定光を
   出力するよう形成されたことを特徴とする電磁界強度測
   定装置。