JPH11202010A - 光電界センサ - Google Patents

光電界センサ

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Publication number
JPH11202010A
JPH11202010A JP10017759A JP1775998A JPH11202010A JP H11202010 A JPH11202010 A JP H11202010A JP 10017759 A JP10017759 A JP 10017759A JP 1775998 A JP1775998 A JP 1775998A JP H11202010 A JPH11202010 A JP H11202010A
Authority
JP
Japan
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electric field
light
optical
output signal
sensor head
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10017759A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiya Miyagawa
俊哉 宮川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Publication date
Application filed by Tokin Corp filed Critical Tokin Corp
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Publication of JPH11202010A publication Critical patent/JPH11202010A/ja
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性を高め、かつ、高感度で電界測定を可
能にする光電界センサを提供する。 【解決手段】 センサヘッドは、方向性結合型3dBカ
ップラー22を具備し、光検出器4は、二つの光電変換
器5および演算回路6からなり、二つの光電変換器5に
は方向性結合型3dBカップラー22の二つの出力光が
それぞれ入射され、光電変換器5の出力信号光が演算回
路6に入力され、方向性結合型3dBカップラー22の
二つ出力信号光の光学バイアスのうち大きくない方の出
力信号光に係る光電変換器5の一方の出力信号光を選択
的に出力するとともに、当該光学バイアスの強度が一定
になるように、光源3の出射光強度が制御される光電界
センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、EMC分野で電磁
ノイズの特性測定、あるいは放送波の中継に供される光
電界センサに関し、特に光導波路型光電界センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の光電界センサの説明図
で、図4(a)は、光電界センサのブロック図、図4
(b)は、光電界センサに用いるセンサヘッドの説明図
である。
【0003】従来の光電界センサは、図4(a)に示す
ように、光源3から光ファイバ7で、センサヘッド11
に導かれた入射光が、アンテナ2により捕捉された周囲
環境の電界により強度変調されて、出射光となる。この
出射光は、光ファイバ8で、光検出器である光電変換器
5に導かれ、出力端部9から、電気信号として出力され
る。
【0004】最近の電磁ノイズの検出では、図4(b)
に示すように、光ファイバ7でセンサヘッドに導入した
光源からの入射光が、アンテナ2により捕捉されて、変
調電極26に与えられる電界強度によって、強度変調さ
れて出射光となる、いわゆる、マッハツェンダ型光導波
路素子であるセンサヘッドを用いることが多い。
【0005】従来のセンサヘッドは、図4(b)に示す
ように、基板21上に、変調電極26と、位相シフト光
導波路24とが、変調電極26による電界が位相シフト
光導波路24と直交するように設けられる。また、位相
シフト光導波路24の一端と入射光導波路23とを、位
相シフト光導波路24の他端と出射光導波路25とを接
続して構成される。そして、変調電極26は、位相シフ
ト導波路24に沿って容量結合するような形状にし、複
数に分割して配置されている。また、入射光導波路23
と光ファイバ7と、出射光導波路25と光ファイバ8と
は、接続されている。
【0006】この光電界センサは、電界強度を非接触で
検出し、しかも、強度変調された出射光を、光ファイバ
8によって光検出器に伝送するため、伝送線路系とその
周囲環境との間にノイズの授受がない。
【0007】電界強度に対する出射光強度を決定するセ
ンサヘッドの出力特性曲線は、正弦曲線としてあらわさ
れ、電界強度は、光強度に変調して出力される。出力特
性曲線の振幅は、光源からの入射光強度に依存する。
【0008】位相シフト光導波路に印加される電界によ
り、出射光強度は、電界が印加されないときの出射光強
度(以下、光学バイアスという)を中心として変化す
る。
【0009】電界検出の上では、光学バイアスが、出力
特性曲線上の最大値と最小値の中点(以下、単に中点と
いう)と一致するセンサヘッドを用いることが最も望ま
しい。
【0010】その理由は、出力特性曲線の勾配が中点に
おいて最大であるため、中点近傍でもっとも高い感度が
得られ、また、中点近傍で出力特性曲線がもっとも直線
性に優れているために、波形歪みが小さい状態で、電界
強度の測定ができることなどである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、出力特
性の温度依存性などのために、センサヘッドの光学バイ
アスが偏倚することは、現実には抑制し切れておらず、
センサヘッドの出射光強度がそのために変動する。光電
界センサの信頼性欠如の一原因が、ここにある。
【0012】光学バイアスが出力特性曲線の中点になる
ように、センサヘッドを作製することにも、多くの困難
な問題があり、必ずしも実現されないことがある。
【0013】光検出器には、入射光強度に上限があるた
め、直流成分(光信号の時間的に変化しない強度の成
分)が大きい入射光の場合には、センサヘッドの入射光
強度を高めても効果がなく、実質的な信号である交流成
分(光信号の時間的に変化する強度の成分)の強度が低
い。
【0014】高感度が求められる微弱信号の受信の場合
には、とくに交流(信号)成分が直流成分に対して大き
いことが望ましい。
【0015】そこで、本発明の課題は、信頼性が高く、
かつ、高感度で電界測定を可能にする光電界センサを提
供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、電界を受信す
る受信アンテナと、センサヘッドに入射される光の光源
と、前記受信アンテナで受信した信号を入力し信号電圧
に応じて入射した光を強度変調して出射するセンサヘッ
ドと、前記センサヘッドの出射光を受光し電気信号に変
換する光検出器とを結合してなり、前記センサヘッド
は、方向性結合型3dBカップラーを具備し、前記光検
出器は、前記方向性結合型3dBカップラーの二つの出
力がそれぞれ入射される二つの光電変換器と、前記光電
変換器の出力信号が入力される演算回路を有する光電界
センサである。
【0017】さらに、本発明は、前記演算回路が、前記
二つの光電変換器の出力信号のうちの一方の経路に、位
相を反転する回路を設けて出力信号光の位相を整合し、
前記センサヘッドの方向性結合型3dBカップラーの二
つの出力信号光のうち大きくない方の出力信号光に係る
前記光電変換器の一方の出力信号を選択的に出力するよ
うに構成した上記の光電界センサである。
【0018】さらに、本発明は、前記演算回路が、前記
センサヘッドの方向性結合型3dBカップラーの二つの
出力信号光のうち大きくない方の出力信号光に係る前記
光電変換器の一方の入力信号光強度が一定になるよう
に、前記光源の出射光強度を制御する上記の光電界セン
サである。
【0019】また、本発明は、上記の演算回路が、前記
光電変換器のうち、一方の出力信号を位相反転してか
ら、前記二つの出力信号を合成して出力する上記の光電
界センサである。
【0020】また、本発明は、前記センサヘッドの基板
が、電気光学効果を示す材料からなる上記の光電界セン
サである。
【0021】さらに、本発明は、前記センサヘッドの基
板が、ニオブ酸リチウムよりなる上記の光電界センサで
ある。
【0022】
【発明の実施の形態】以下に、図を用いて、本発明の第
1の実施の形態を説明する。
【0023】図1は、本発明による光電界センサを説明
する図で、図1(a)は光電界センサのブロック図で、
図1(b)は、光電界センサに用いるセンサヘッドの説
明図である。また、図2は、センサヘッドの二つの出射
端に対応した出力特性と、入力信号による出力信号光の
波形を示す図である。
【0024】本発明の光電界センサに用いるセンサヘッ
ド1は、図1(b)に示すように、従来のセンサヘッド
と同様、アンテナ2と接続された変調電極26と、入射
光導波路23と出射光導波路25と、位相シフト光導波
路24とを有している。そして、方向性結合型3dBカ
ップラー22を具備している。
【0025】これらの位相シフト光導波路24と方向性
結合型3dBカップラー22は、電気光学効果を呈する
ニオブ酸リチウム結晶のX板よりなる基板21上に、T
i拡散によって、位相シフト光導波路の方向が結晶のZ
方位に直交するように、形成されている。
【0026】光源から、光ファイバ7をとおってセンサ
ヘッド1の入射光導波路23に入射された入射(導波)
光は、二つの位相シフト光導波路24に分岐される。受
信アンテナ2で検出された電界が、変調電極26を介し
て位相シフト光導波路24に印加され、二つの導波光は
位相差を付与され、方向性結合型3dBカップラー22
に入射されて強度変調される。
【0027】方向性結合型3dBカップラー22の二つ
の出射端29には、互いに位相が反転し、相補の関係を
もった光強度信号が光ファイバ8に出力される。
【0028】図1(a)に示すように、センサヘッド1
からの二つの出射光は、光ファイバ8を経由して光検出
器4の二つの光電変換器5にそれぞれ入射されて、光信
号は再び電気信号に変換され、演算回路6に入力され、
演算処理された信号が出力端部9に出力される。また、
演算回路6と光源3とは、フィードバック回路10によ
って結ばれている。
【0029】方向性結合型3dBカップラーを具備する
センサヘッドの出力特性は、図2に示すような正弦曲線
としてあらわされ、二つの出射端の間で、出力特性は互
いに相補の関係を有している。
【0030】図2に、方向性結合型3dBカップラーの
二つの出射端に対応する出射光の出力特性を示す特性曲
線A、特性曲線B、入力信号にかかる出力信号光波形
a、および、出力信号光波形bを示す。
【0031】図2(a)と図2(b)に示す特性曲線で
は、光学バイアスの偏倚によって、方向性結合型3dB
カップラーの二つの出射端における光学バイアスの大小
関係が逆転している。
【0032】本発明の光電界センサは、図2(a)に示
すように、特性曲線Aの光学バイアスが、特性曲線Bの
光学バイアスより低い場合には、二つの出力のうち、直
流成分が小さい出力信号光a1を、演算回路が選択的に
出力する。
【0033】そして、図2(b)に示すように、特性曲
線Aの光学バイアスが特性曲線Bの光学バイアスより高
い場合には、直流成分が小さい出力信号光b2を、演算
回路が選択的に出力する。
【0034】そして、演算回路の出力信号光の整合性を
保つために、本実施の形態においては、二つの光電変換
器の出力のうち一方の出力が位相反転されるように、演
算回路で演算された。
【0035】さらに、光検出器の中の演算回路器には、
フィードバック回路が組み込まれているので、光源から
の入射光強度を、演算回路の出力に応じて調整し、光学
バイアスの出力レベルが一定になるように、入射光の強
度を制御することが可能となった。
【0036】光電界センサが、演算回路がもつ選択や切
り替え機能によって、センサヘッドの二つの出力のう
ち、常に、直流成分が大きくない方の出力信号光波形を
出力するとともに、フィードバック回路によって光源の
出射光強度を制御し、温度依存性は、実質的に、小さく
なった。
【0037】本実施の形態の光電界センサでは、光学バ
イアスが偏倚しても、光電界センサの出力変動は抑制さ
れた。
【0038】また、センサヘッド自体の出力特性が、温
度依存性をもっている場合でも、本実施の形態の光電界
センサでは、温度依存性の影響は抑制された。
【0039】本発明の光電界センサは、原因の如何を問
わず、センサヘッドの光学バイアス偏倚による弊害を抑
制した光電界センサとして有用である。
【0040】次に、本発明の第2の実施の形態につい
て、図を参照して説明する。
【0041】図3は、本発明による他の構成の光電界セ
ンサの説明図である。本実施の形態における、センサヘ
ッドの構成は、第1の実施の形態で説明したセンサヘッ
ドと全く同じ構成なので、その説明を省略する。
【0042】図3に示すように、センサヘッド1からの
二つの出射光は、光ファイバ8を経由して二つの光電変
換器5にそれぞれ入射されて、光信号は再び電気信号に
変換され、演算回路6に入力される。
【0043】演算回路6では、二つの光電変換器5の出
力信号光は、一方の出力信号光の位相を反転してから、
他方の信号と合成され、電界強度を示す情報として出力
される。
【0044】本実施の形態による光電界センサの構成
は、従来の光電界センサでは、放射モードとして出射光
導波路外部に無駄に捨てられてしまっていた出射される
べき成分の半分をも、導波モードとして有効に利用する
もので、実質的に倍の感度が達成された。
【0045】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、センサヘッド製作上の理由、設置環境変化に伴う理
由等の如何にかかわらず、一定の光学バイアスの偏倚が
許容されるのみならず、高感度、かつ信頼性の高い測定
結果を示す光電界センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光電界センサを説明する図で、図
1(a)は光電界センサのブロック図、図1(b)は、
光電界センサに用いるセンサヘッドの説明図。
【図2】センサヘッドの二つの出射端に対応した出力特
性と、入力信号による出力信号光の波形を示す図。
【図3】本発明による他の構成の光電界センサの説明
図。
【図4】従来の光電界センサの説明図で、図4(a)は
光電界センサのブロック図、図4(b)は、光電界セン
サに用いるセンサヘッドの説明図。
【符号の説明】
1 (本発明の)センサヘッド 2 (受信)アンテナ 3 光源 4 光検出器 5 光電変換器 6 演算回路 7,8 光ファイバ 9 出力端部 10 フィードバック回路 11 (従来の)センサヘッド 21 基板 22 方向性結合型3dBカップラー 23 入射光導波路 24 位相シフト光導波路 25 出射光導波路 26 変調電極 29 出射端

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電界を受信する受信アンテナと、センサ
    ヘッドに入射する光の光源と、前記受信アンテナで受信
    した信号を入力し前記信号の電圧に応じて入射した光を
    強度変調して出射するセンサヘッドと、前記センサヘッ
    ドの出射光を受光し電気信号に変換する光検出器とを結
    合してなり、前記センサヘッドは、方向性結合型3dB
    カップラーを具備し、前記光検出器は、前記方向性結合
    型3dBカップラーの二つの出力がそれぞれ入射される
    二つの光電変換器と、前記光電変換器の出力信号が入力
    される演算回路を有することを特徴とする光電界セン
    サ。
  2. 【請求項2】 前記演算回路は、前記二つの光電変換器
    の出力信号光のうちの一方の経路に、位相を反転する回
    路を設けて出力信号光の位相を整合し、前記センサヘッ
    ドの方向性結合型3dBカップラーの二つの出力信号光
    のうち大きくない方の出力信号光に係る前記光電変換器
    の一方の出力信号を選択的に出力するように構成したこ
    とを特徴とする請求項1記載の光電界センサ。
  3. 【請求項3】 前記演算回路は、前記センサヘッドの方
    向性結合型3dBカップラーの二つの出力信号光のう
    ち、大きくない方の出力信号光に係る前記光電変換器の
    入力信号光強度が一定になるように、前記光源の出射光
    強度を制御することを特徴とする請求項2記載の光電界
    センサ。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の演算回路は、前記光電変
    換器のうち、一方の出力信号を位相反転してから、前記
    二つの出力信号を合成して出力するように構成したこと
    を特徴とする請求項1記載の光電界センサ。
  5. 【請求項5】 前記センサヘッドの基板は、電気光学効
    果を示す材料からなることを特徴とする請求項1ないし
    4記載の光電界センサ。
  6. 【請求項6】 前記センサヘッドの基板は、ニオブ酸リ
    チウムよりなることを特徴とする請求項5記載の光電界
    センサ。
JP10017759A 1998-01-14 1998-01-14 光電界センサ Withdrawn JPH11202010A (ja)

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JP10017759A JPH11202010A (ja) 1998-01-14 1998-01-14 光電界センサ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002122622A (ja) * 2000-10-13 2002-04-26 Tokin Corp 光電界センサ装置
JP2012112886A (ja) * 2010-11-26 2012-06-14 Ntt Electornics Corp 電界センサおよびrf信号の測定方法
JP2021092405A (ja) * 2019-12-07 2021-06-17 株式会社精工技研 光電界センサ

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JP2002122622A (ja) * 2000-10-13 2002-04-26 Tokin Corp 光電界センサ装置
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