JPH0639341Y2 - 光学式電界検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、電界検出素子として水晶を用いた光学式電界
検出器の改良に関し、製造が容易であってより高感度な
光学式電界検出器を提供するものである。

〔従来技術〕

光学式電界検出器は、ポッケルス効果、つまり電界強度
に応じて電界検出素子の屈折率が変化する現象を利用し
て電界の強さを測定するものであり、電界内に置く電界
検出素子としては水晶が用いられたものがある。

その光学式電界検出器の構成は第３図に示す如く発光部
11から出力された光が光ファイバ12及びレンズ系13を経
て偏光子14に入射され、ここで直線偏光されたのちプリ
ズム16Aにて直角に方向を変えて直方体形状の水晶15へ
その光軸方向（Ｚ軸方向）に入射される。水晶15を透過
した光はプリズム16Bにて再度直角に方向を変え、検光
子17及び光ファイバ18を経て受光部19へ入射される。水
晶15に入射した光は電界強度に応じて結晶内において固
有の位相差を生じるため、光学式電界検出器はその位相
差を検出することにより電界の強度を測定するようにし
ている。

（実開昭59-106068号等）。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記従来技術の水晶は、第４図に示すように光軸方向
（Ｚ軸方向）と直交する方向から電界Ｅが印加される
と、前述したように電界強度に応じて位相差を生じ、こ
の位相差と電界強度との間に相関があることが公知であ
る。

一方、Ｚカットされた水晶は電界の有無に関係なくＺ軸
入射光の振動面が光軸回りに回転する、所謂自然旋光性
を有し、このため光は光軸回りに回転しつつ検光子側へ
進行する。従って、検光子は最大光出力を検出すべく旋
光角に合せて固定するのが高感度測定上好ましいから、
検光子と水晶との光軸回りの角度調整に精密作業を要求
される。而して、角度調整が正しく行われていない場合
は、検出した光レベルを正しく電界強度に変換できない
か或いは電界強度の測定感度が低い状態となるという問
題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電界
検出素子として所定長の水晶を使用することにより、検
光子の偏光波取出し方向の調整に煩わされずに水晶へ検
光子を容易に取付け得、しかも高感度の検出が可能な光
学式電界検出器を提供することを目的とする。

本考案に係る光学式電界検出器は、発光部と、この発光
部から出力される光を光ファイバ及びレンズ系を経て直
線偏光に変換する偏光子と、この偏光子で変換された直
線偏光を円偏光波に変換する補償板と、Ｚ軸方向に対し
て垂直にカットした両端を有し且つＺ軸方向の長さがそ
の両端での偏光面の自然旋光性による回転角度差が90度
の整数倍となる長い直方体になっており前記補償板で変
換された円偏光波がＺ軸方向に透過する間に電界を受け
ると楕円偏光波となりその状態で回転しつつ出射側へ進
行していくように構成してなる水晶と、この水晶の出射
側にその直角部に対向する面の一方の短辺側半分を接触
させて設けられ入射光を直角部を含む２側面にて順次２
回反射させる構成とした直角二等辺三角柱状のプリズム
と、このプリズムと同一形状でこれよりも小さくされプ
リズムにおける入射楕円偏光波の第１回目反射側面にそ
の直角部と対向する面を接触させて設けられ当該入射楕
円偏光波を直線偏光波としてプリズムにおけるもう一方
の側面にて反射させその直角部に対向する面の他方の短
辺側半分の位置より出射させる検光子と、前記プリズム
から出射される直線偏光波をレンズ系及び光ファイバを
介して受光する受光部とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本考案は、偏光子で変換された直線偏光を円偏光波に変
換する補償板と、Ｚ軸方向に対して垂直にカットした両
端を有し且つＺ軸方向の長さがその両端での偏光面の自
然旋光性による回転角度差が90度の整数倍となる長い直
い直方体になっており前記補償板で変換された円偏光波
がＺ軸方向に透過する間に電界を受けると楕円偏光波と
なりその状態で回転しつつ出射側へ進行していくように
構成してなる水晶とからなる電界検出素子を用いている
ので、検光子取付けの際、その偏光波取出し方向の調整
を必要とせずに高感度の光学式電界検出器を容易に製造
できる。

また、電界検出素子となる水晶の出射側には、直角二等
辺三角柱状のプリズムを、その直角部に対向する面の一
方の短辺側半分を接触させて設けて、入射光を直角部を
含む２側面にて順次２回反射させる構成とすると共に、
このプリズムと同一形状でこれよりも小さくされた検光
子を、プリズムにおける入射楕円偏光波の第１回目反射
側面にその直角部と対向する面を接触させて設けて、当
該入射楕円偏光波を直線偏光波としてプリズムにおける
もう一方の側面にて反射させその直角部に対向する面の
他方の短辺側半分の位置より出射させる構成としたか
ら、プリズムを覆う矩形範囲内に検光子を納めることが
できスペース的に有利な状態でもって水晶で変換された
楕円偏光波を確実に直線偏光波に変換できると共に、こ
の直線偏光波の反射光路を入射する楕円偏光波光路と平
行にすることができ、検出器のコンパクト化が可能とな
る。

〔実施例〕

以下本考案を図面に基づき具体的に説明する。第１図は
本考案の実施例を示す模式図であり、図中１は発光部を
示す。発光部１からの光（ランダムな方向に振動成分を
もっている）〔第２図（ａ）参照〕は、光ファイバ２及
びレンズ系３を経て偏光子４に入射されてここで一方向
に直線偏光され〔第２図（ｂ）参照〕、次いで補償板、
例えばｎ＋1/4波長板（ｎ＝0,1,2…）（以下単にλ/4板
という）５へ入射されてこれを透過する間に円偏光され
〔第２図（ｃ）参照〕、その円偏光波は水晶６へ入射さ
れる。

水晶６は、Ｚ軸方向に対して垂直にカットした両端を有
し、Ｚ軸方向に長い直方体になっており、その円偏光波
が水晶６のＺ軸方向に透過する間に電界を受けると楕円
偏光波となり〔第２図（ｄ）参照〕、その状態で回転し
つつ出射側へ進行していく。

水晶６の出射側には、直角二等辺三角柱状のプリズム８
が直角部に対向する面8aの一方の短辺側半分を接触させ
て設けられており、プリズム８に入射した光は上記直角
部を含む２側面8b,8cにて順次２回反射される。

プリズム８に入射して楕円偏光波が第１回目に反射され
る側面8bには、プリズム８と同一形状でこれよりも小さ
い検光子７が、その直角部と対向する面を接触させて設
けられており、側面8bにて反射される光は検光子７によ
り一方向の偏光波のみ反射されて〔第２図（ｅ）参
照〕、この直線偏光波がもう一方の側面8cにて反射され
て前記面8aの他方の短辺寄りの位置より出射される。

面8aの他方の短辺側には、光出射部分にレンズ系９が接
着されており、面8aから出射された直線偏光波はレンズ
系９を経てこれに接続した受光側光ファイバ10を通過し
て受光部11にて捉えられる。

受光部11は、光を電気信号として取出す光電変換素子，
光の振幅測定を行う回路及び入射光の強度レベルと電界
の強度との関係を示す相関係数を記憶している演算回路
を備えており、入射した光の強度に基づき、つまり直線
偏光波の振幅に基づき電界の強度を求める。

なお、前記水晶６のＺ軸方向長さは、その長さに応じて
偏光波の振動面の捩れ角が異なり、検光子７にて最短径
方向の成分を取出すように定める。つまり、楕円偏光波
の水晶６での入射側端面と出射側端面との偏光波の振動
面の捩れ角が90度の整数倍となるようにする。例えば、
光の波長が0.85μｍの場合、水晶６としては長さが約8.
94（mm）×ｋ（ｋ＝1,2,3…）のものを用いる。

このように構成される本考案に係る光学式電界検出器の
水晶のＺ軸方向長さについて規定するのは以下の理由に
依る。即ち、上述の長さの水晶６にプリズム８を所定の
角度で取付け、更にプリズム８に対して所定の角度で検
光子７を取付けるだけで、つまり検光子の取出し角度を
調整せずとも高感度の光学式電界検出器を製造できるか
らである。

これを詳述すると、例えばＸ軸方向から直流電界が作用
するとすれば水晶６にて円偏光波はＸ軸方向が最長径方
向,Y軸方向が最短径方向の楕円偏光波となり、これが水
晶６をＺ軸方向に透過する間に90度回転して出射側端面
でＸ軸方向が最短径方向,Y軸方向が最長径方向となる。
いま、検光子７でのＸ軸方向の成分を捉えるように組立
てるものとすると、受光部19にて測定される光情報は楕
円偏光波の最短径方向となる。つまり、単位電界強度当
りの光減衰量が最大となる高感度の測定が可能である。

なお、補償板５として前記したλ/4板を用いると、先に
示した電界検出素子に加わる電界の大きさと、プリズム
８の面8aから出射された直線偏光波の振幅とが正比例
し、より正確な電界測定が可能となる。

〔効果〕

以上詳述した如く本考案に係る光学式電界検出器は、偏
光子で変換された直線偏光を円偏光波に変換する補償板
と、Ｚ軸方向に対して垂直にカットした両端を有し且つ
Ｚ軸方向の長さがその両端での偏光面の自然旋光性によ
る回転角度差が90度の整数倍となる長い直い直方体にな
っており前記補償板で変換された円偏光波がＺ軸方向に
透過する間に電界を受けると楕円偏光波となりその状態
で回転しつつ出射側へ進行していくように構成してなる
水晶とからなる電界検出素子を用いているので、検光子
取付けの際、その偏光波取出し方向の調整を必要とせず
に高感度の光学式電界検出器を容易に製造できる。

また、補償板として前記したλ/4板を用いると、電界検
出素子に加わる電界の大きさと、プリズムの面から出射
された直線偏光波の振幅とが正比例し、より正確な電界
測定が可能となる。

殊に、電界検出素子となる水晶の出射側には、直角二等
辺三角柱状のプリズムを、その直角部に対向する面の一
方の短辺側半分を接触させて設けて、入射光を直角部を
含む２側面にて順次２回反射させる構成とすると共に、
このプリズムと同一形状でこれよりも小さくされた検光
子を、プリズムにおける入射楕円偏光波の第１回目反射
側面にその直角部と対向する面を接触させて設けて、当
該入射楕円偏光波を直線偏光波としてプリズムにおける
もう一方の側面にて反射させその直角部に対向する面の
他方の短辺側半分の位置より出射させる構成としたか
ら、プリズムを覆う矩形範囲内に検光子を納めることが
できスペース的に有利な状態でもって水晶で変換された
楕円偏光波を確実に直線偏光波に変換できると共に、こ
の直線偏光波の反射光路を入射する楕円偏光波光路と平
行にすることができ、検出器のコンパクト化が可能とな
る。

従って、本考案検出器によれば、設置個所が狭小であっ
ても充分に対応できるという実用的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す模式図、第２図は本案品
における偏光形態の説明図、第３図は従来器の模式図、
第４図は水晶の光学的軸方向の説明図である。 ６……水晶、７……検光子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−70972（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】発光部と、この発光部から出力される光を
   光ファイバ及びレンズ系を経て直線偏光に変換する偏光
   子と、この偏光子で変換された直線偏光を円偏光波に変
   換する補償板と、Ｚ軸方向に対して垂直にカットした両
   端を有し且つＺ軸方向の長さがその両端での偏光面の自
   然旋光性による回転角度差が90度の整数倍となる長い直
   方体になっており前記補償板で変換された円偏光波がＺ
   軸方向に透過する間に電界を受けると楕円偏光波となり
   その状態で回転しつつ出射側へ進行していくように構成
   してなる水晶と、この水晶の出射側にその直角部に対向
   する面の一方の短辺側半分を接触させて設けられ入射光
   を直角部を含む２側面にて順次２回反射させる構成とし
   た直角二等辺三角柱状のプリズムと、このプリズムと同
   一形状でこれよりも小さくされプリズムにおける入射楕
   円偏光波の第１回目反射側面にその直角部と対向する面
   を接触させて設けられ当該入射楕円偏光波を直線偏光波
   としてプリズムにおけるもう一方の側面にて反射させそ
   の直角部に対向する面の他方の短辺側半分の位置より出
   射させる検光子と、前記プリズムから出射される直線偏
   光波をレンズ系及び光ファイバを介して受光する受光部
   とを備えたことを特徴とする光学式電界検出器。