(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶による電気光学結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配設して成り、且つ該分岐光導波路に対して平行な方向の電界検出が可能な１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計、並びに電気光学結晶による電気光学結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配設して成り、且つ該分岐光導波路に対してそれぞれ異なる垂直な方向の電界検出が可能な２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計を組み合わせて成る光変調部と、前記光変調部に対して光を入出力するために前記１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計及び前記２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計と結合される光ファイバとを備えて構成される光電界センサであって、前記光変調部では、前記１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計及び前記２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計における前記分岐光導波路の全ての延在方向が互いにほぼ平行に配置されると共に、前記光ファイバの引き出し方向がほぼ同一方向に配置され、且つ該２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計における前記電界検出する方向の成す角度がほぼ直角になるように配置されたことを特徴とする光電界センサ。
【請求項２】
請求項１記載の光電界センサにおいて、前記光ファイバは、３芯光ファイバであることを特徴とする光電界センサ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光電界センサにおいて、前記電気光学結晶は、ＬｉＮｂＯ3 単結晶であり、前記分岐光導波路は、前記電気光学結晶基板として前記ＬｉＮｂＯ3 単結晶によるＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上にＴｉイオンを拡散して形成されたことを特徴とする光電界センサ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一つに記載の光電界センサと、それぞれ３組の光源部，光サーキュレータ，及び光検出器とを備えて構成されることを特徴とする電界センシング装置。
【請求項５】
請求項４記載の電界センシング装置において、前記３組の光源部は、光源として半導体レーザを備えて成ることを特徴とする電界センシング装置。
【請求項６】
請求項４記載の電界センシング装置において、前記３組の光源部は、光源として半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザを備えて成ることを特徴とする電界センシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光を用いて電界の測定を行う光電界センサであって、詳しくは狭い空間領域におけるＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界測定用に好適な小型の光電界センサ及びそれを使用した電界センシング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気光学効果を利用した干渉型光導波路を用いた光電界センサは、金属部を殆ど持たないために被測定電界を乱さないこと、光ファイバで検出信号を伝送するので途中で誘導や電気的雑音の影響を受けないこと、結晶の電気光学効果を利用するために高速応答が可能であり、且つその検出信号をそのまま少ない損失で伝送できること、センサ部に電源を必要としないこと、光導波路とアンテナ電極が一体である上に電源を有しないために小型化が容易なこと等の諸点で優れた特徴を持っている。このような特徴を有する故、光電界センサは電磁干渉（ＥＭＣ）分野等の電界測定に用いられている。
【０００３】
図７は、従来の光電界センサの基本構成を示した斜視図であり、同図（ａ）は１軸方向の電界測定用タイプに関するもの，同図（ｂ）は３軸方向の電界測定用タイプに関するものである。
【０００４】
図７（ａ）を参照すれば、１軸方向の電界測定用タイプの光電界センサは、一端側に反射ミラー７１が設けられたＬｉＮｂＯ3 単結晶から成るＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６７上に他端側から一端側に向かって入出射光導波路６８より分岐された２本の分岐光導波路６９ａ，６９ｂが反射ミラー７１に結合されるように設けられると共に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６７における他端側の入出射光導波路６８には光ファイバ６０が結合され、更にＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６７上の一端側寄り箇所であって、分岐光導波路６９ａを挟む所定の箇所には、対向する金属電極７０ａ，７０ｂが配設されて構成されている。これらの金属電極７０ａ，７０ｂは、分岐光導波路６９ａ，６９ｂの延在方向と垂直な方向Ｍにおける電界強度に対する感度が高くなるように形成されている。
【０００５】
この光電界センサの場合、光ファイバ６０から入射した光がＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６７上の入出射光導波路６８を経て２本の分岐光導波路６９ａ，６９ｂに分岐され、このとき一方の分岐光導波路６９ａには金属電極７０ａ，７０ｂにより電界が印加されて屈折率の変化が生じるが、他方の分岐光導波路６９ｂには電界による屈折率の変化は無く、何れの分岐光導波路６９ａ，６９ｂを伝播する光も反射ミラー７１で反射された後、分岐光導波路６９ａ，６９ｂを逆方向に伝播して再び入出射光導波路６８で合波される。この合波に際して、２つの光路の屈折率の差異により生じる位相差のため、合波後の光強度は変化し、この後は光ファイバ６０に結合して出射する。
【０００６】
これに対し、図７（ｂ）を参照すれば、３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサは、図７（ａ）に示した１軸方向の反射型光電界センサをそれぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向に配置して３軸方向の電界を測定することが可能な構成、即ち、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板６４，６５，６６をそれぞれＸ方向，Ｙ方向，及びＺ方向の電界を検出するように配置することにより、光ファイバ６１，６２，６３から入射した光がそれぞれＸ方向，Ｙ方向，及びＺ方向の電界により変調されて出射するようになっている。尚、ここで変調出射された光は、更に光ファイバや光サーキュレータを経て光検出器へと導かれ、電気信号に変換される。
【０００７】
ところで、最近では携帯電話機等、人体の頭部の近くから送信される電磁波による人体の頭部への影響に関する本格的な研究が行われており、この研究分野においては、人体の頭部と同じ誘電率を有する頭部ダミーの内部における電界強度の分布を測定することが重要視されている。こうした場合に電界測定を行うために使用される３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサには、特に小型で安定して精度良く３軸方向の電界測定を可能であることが要求されている。又、自動車のエンジンルームや車室内等の狭小な場所における電界測定を行う場合においても、３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサには、特に小型で安定して精度良く３軸方向の電界測定を可能であることが要求されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサの場合、小型で安定して精度良く３軸方向の電界測定を可能であることが要求されているが、実際には図７（ｂ）に示したような従来型の光電界センサでは光ファイバの取り扱い上の制限があるため、小型化することが困難であるという問題がある。
【０００９】
この光ファイバの取り扱い上の制限に関する理由として、光ファイバは曲げの曲率が増すと光損失が増大し、その光損失が変動し易いという特性を有するため、光変調部に光を入出力する光ファイバの曲率は低く抑えなければならないことや、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板の光導波路と光ファイバとの接続において熱的に高信頼性を持つ接続部を得るためには、接続部に光ファイバの曲げによる歪みが生じないことが重要視されていること等が挙げられ、こうした事情により光ファイバの取り扱い上の制限が生じることにより、３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサの小型化を困難にしている。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、狭い空間領域にあっても安定して精度良く３軸方向の電界測定が可能な小型の光電界センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電気光学結晶による電気光学結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配設して成り、且つ該分岐光導波路に対して平行な方向の電界検出が可能な１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計、並びに電気光学結晶による電気光学結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配設して成り、且つ該分岐光導波路に対してそれぞれ異なる垂直な方向の電界検出が可能な２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計を組み合わせて成る光変調部と、光変調部に対して光を入出力するために１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計及び２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計と結合される光ファイバとを備えて構成される光電界センサであって、光変調部では、１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計及び２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計における分岐光導波路の全ての延在方向が互いにほぼ平行に配置されると共に、光ファイバの引き出し方向がほぼ同一方向に配置され、且つ該２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計における電界検出する方向の成す角度がほぼ直角になるように配置された光電界センサが得られる。
【００１２】
又、本発明によれば、上記光電界センサにおいて、光ファイバは、３芯光ファイバである光電界センサが得られる。
【００１３】
更に、本発明によれば、上記何れかの光電界センサにおいて、電気光学結晶は、ＬｉＮｂＯ3 単結晶であり、分岐光導波路は、電気光学結晶基板としてＬｉＮｂＯ3 単結晶によるＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上にＴｉイオンを拡散して形成された光電界センサが得られる。
【００１４】
一方、本発明によれば、上記何れか一つの光電界センサと、それぞれ３組の光源部，光サーキュレータ，及び光検出器とを備えて構成される電界センシング装置が得られる。
【００１５】
この電界センシング装置において、３組の光源部は、光源として半導体レーザを備えて成ること、或いは光源として半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザを備えて成ることは、それぞれ好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げ、本発明の光電界センサ及びそれを使用した電界センシング装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例に係る３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサの基本構成を示したもので、同図（ａ）は一部を破断した全体の外観斜視図に関するもの，同図（ｂ）はその局部を成すセンサヘッド部４１の上面から見た断面図に関するものである。
【００１８】
この光電界センサは、図１（ａ）を参照すれば、外観上において、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界を測定するための反射型マッハツェンダ干渉計から成る光変調部を収納した口径φが１２ｍｍで高さＨが３５ｍｍのセンサヘッド部４１と、光変調部の反射型マッハツェンダ干渉計に結合された偏波保持型の３芯光ファイバ４３と、３芯光ファイバ４３を被覆してセンサヘッド部４１の端面に結合された非金属製の保持ロッド４２とから構成されている。
【００１９】
又、図１（ｂ）を参照すれば、このセンサヘッド部４１は、ハウジング１５内の略中心部分に配置された直角三角形の断面を有する三角柱状の支持部材１４の各側面にＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界を測定するための１軸方向の電界測定用タイプの光電界センサ（上述した反射型マッハツェンダ干渉計）の３種として、直角を成す一方の辺部における側面にＸ軸方向の電界を測定するためのＸ軸方向用１軸光電界センサ１１を装着し、直角を成す他方の辺部における側面にＹ軸方向の電界を測定するためのＹ軸方向用１軸光電界センサ１２を装着し、斜辺における側面にＺ軸方向の電界を測定するためのＺ軸方向用１軸光電界センサ１３を装着して光変調部を構成している。
【００２０】
このうち、Ｚ軸方向用１軸光電界センサ１３は、電気光学結晶としてＬｉＮｂＯ3 単結晶によるＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配設し、且つ分岐光導波路に対して平行な方向の電界検出が可能な１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計（分岐光導波路に対して平行な方向の電界検出に高い感度を有する反射型ＬｉＮｂＯ3 光変調器）として構成され、Ｘ軸方向用１軸光電界センサ１１及びＹ軸方向用１軸光電界センサ１２は、同様に電気光学結晶としてＬｉＮｂＯ3 単結晶によるＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上に電極と分岐光導波路とを配設し、且つ分岐光導波路に対してそれぞれ異なる垂直な方向の電界検出が可能な２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計（分岐光導波路に対して垂直な方向の電界検出に高い感度を有する２個の反射型ＬｉＮｂＯ3 光変調器）として構成され、これらの総計３個の反射型マッハツェンダ干渉計が組み合わされて光変調部を構成している。
【００２１】
３芯光ファイバ４３は、光変調部に対して光を入出力するために結合される光ファイバであって、１個の第１の反射型マッハツェンダ干渉計（Ｚ軸方向用１軸光電界センサ１３）と２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計（Ｘ軸方向用１軸光電界センサ１１及びＹ軸方向用１軸光電界センサ１２）とに結合される３芯構造となっている。
【００２２】
この３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサの場合、光変調部では、総計３個の各反射型マッハツェンダ干渉計における分岐光導波路の全ての延在方向が互いにほぼ平行に配置されると共に、３芯光ファイバ４３の引き出し方向がほぼ同一方向に配置され（ここでは各分岐光導波路の延在方向と３芯光ファイバ４３の引き出し方向とが紙面に垂直なＺ軸方向に延びている）、且つ２個の第２の反射型マッハツェンダ干渉計における電界検出する方向の成す角度がほぼ直角になるように配置され、これによって小型に構成されている。
【００２３】
尚、Ｘ軸方向用１軸光電界センサ１１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２，及びＺ軸方向用１軸光電界センサ１３では、分岐光導波路が何れもＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上にＴｉイオンを拡散して形成されるＴｉ拡散導波路により作製されており、その他に分岐光導波路へ電圧を印加する金属電極，反射ミラー，及び偏波保持光ファイバを備えて構成される。
【００２４】
図２は、上述したＸ軸方向用１軸光電界センサ１１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２の基本構成を示した外観斜視図である。
【００２５】
これらのＸ軸方向用１軸光電界センサ１１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２は、図７（ａ）に示した従来の１軸方向の電界測定用タイプの光電界センサとほぼ同様に構成され、一端側に反射ミラー２６が設けられたＬｉＮｂＯ3 単結晶から成るＬｉＮｂＯ3 単結晶基板２２上に他端側から一端側に向かって入出射光導波路２３より分岐された２本の分岐光導波路２４ａ，２４ｂが反射ミラー２６に結合されるように設けられると共に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板２２における他端側の入出射光導波路２３には偏波保持光ファイバ２１が結合され、更にＬｉＮｂＯ3 単結晶基板２２上の一端側寄り部分から他端側へと延びた箇所であって、分岐光導波路２４ａを挟む所定の箇所には、対向する金属電極２５が３つ並びで配設されて構成されている。この金属電極２５は、三角形の金属膜の組み合わせにより形成され、矢印で示すＸ軸方向，Ｙ軸方向の電界によって誘起された電圧を分岐光導波路２４ａに印加するようにそのパターンが決められている。又、特に電界に対する感度を高めるために、ここでは金属電極２５を３対の三角形の金属膜から成るパターンとして増設している。
【００２６】
これらのＸ軸方向用１軸光電界センサ１１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２の場合も、偏波保持光ファイバ２１から入射した光がＬｉＮｂＯ3 単結晶基板２２上の入出射光導波路２３を経て２本の分岐光導波路２４ａ，２４ｂに分岐され、このとき一方の分岐光導波路２４ａには金属電極２５により電界が印加されて屈折率の変化が生じるが、他方の分岐光導波路２４ｂには電界による屈折率の変化は無く、何れの分岐光導波路２４ａ，２４ｂを伝播する光も反射ミラー２６で反射された後、分岐光導波路２４ａ，２４ｂを逆方向に伝播して再び入出射光導波路２３で合波される。この合波に際して、２つの光路の屈折率の差異により生じる位相差のため、合波後の光強度は変化し、この後は偏波保持光ファイバ２１に結合して出射する。
【００２７】
図３は、上述したＺ軸方向用１軸光電界センサ１３の基本構成を示した外観斜視図である。
【００２８】
このＺ軸方向用１軸光電界センサ１３は、一端側に反射ミラー３６が設けられたＬｉＮｂＯ3 単結晶から成るＬｉＮｂＯ3 単結晶基板３２上に他端側から一端側に向かって入出射光導波路３３より分岐された２本の分岐光導波路３４ａ，３４ｂが反射ミラー３６に結合されるように設けられると共に、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板３２における他端側の入出射光導波路３３には偏波保持光ファイバ３１が結合され、更にＬｉＮｂＯ3 単結晶基板３２上の一端側寄り部分から他端側へと延びた箇所であって、分岐光導波路２４ａを跨ぐ所定の箇所には、金属電極３５が４つ並びで配設されて構成されている。この金属電極３５は、そのパターンを除いては図２に示したＸ軸方向用１軸光電界センサ１１，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ１２の金属電極２５の場合と同様な形態となっており、Ｚ軸方向の電界、即ち、分岐光導波路３４ａに平行な電界によって誘起された電圧を分岐光導波路３４ａに印加するように形成されている。又、特に電界に対する感度を高めるために、ここでは金属電極３５を４個の複合形の金属膜から成るパターンとして増設している。
【００２９】
このＺ軸方向用１軸光電界センサ１３の場合も、偏波保持光ファイバ３１から入射した光がＬｉＮｂＯ3 単結晶基板３２上の入出射光導波路３３を経て２本の分岐光導波路３４ａ，３４ｂに分岐され、このとき一方の分岐光導波路３４ａには金属電極３５により電界が印加されて屈折率の変化が生じるが、他方の分岐光導波路３４ｂには電界による屈折率の変化は無く、何れの分岐光導波路３４ａ，３４ｂを伝播する光も反射ミラー３６で反射された後、分岐光導波路３４ａ，３４ｂを逆方向に伝播して再び入出射光導波路３３で合波される。この合波に際して、２つの光路の屈折率の差異により生じる位相差のため、合波後の光強度は変化し、この後は偏波保持光ファイバ３１に結合して出射する。
【００３０】
ところで、このような構成の３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサ（３軸光電界センサと呼ばれても良い）は、それぞれ３組の光源部，光サーキュレータ，及び光検出器と組み合わせることで、電界センシング装置として構成することができる。
【００３１】
図４は、上述した３軸光電界センサ５０を用いた電界センシング装置の基本構成を示したブロック図である。
【００３２】
この電界センシング装置は、偏波保持光ファイバ８１，８４，８７によりそれぞれ３組の第１〜第３の光源部５１，５２，５３に対して接続されると共に、偏波保持光ファイバ８３，８６，８９によりそれぞれ３組の第１〜第３の光検出器（Ｏ／Ｅ）５７，５８，５９に対して接続された３組の第１〜第３のサーキュレータ５４，５５，５６をそれぞれ偏波保持光ファイバ８２，８５，８８を用いて３軸光電界センサ５０に対して接続して構成されている。
【００３３】
このうち、３組の第１〜第３の光源部５１，５２，５３で用いる光源の波長は、光変調部の各反射型マッハツェンダ干渉計における分岐光導波路（Ｔｉ拡散導波路）の電気光学効果と光損失とを考慮して１．２μｍ〜１．６μｍ程度の波長を選定し、光源としてＲＩＮ（相対雑音強度）特性の良い半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザか、或いは低消費電力の半導体レーザを適用することが好ましい。尚、半導体レーザ励起のＮｄ：ＹＡＧレーザを光源として用いる場合には１．３μｍ、或いは１．３４μｍのレーザ波長が使い易く、半導体レーザを光源として用いる場合には高出力が得られる１．３１μｍ、１．４８μｍ、或いは１．５５μｍのレーザ波長が使い易い。又、３組の第１〜第３の光検出器（Ｏ／Ｅ）５７，５８，５９は、それぞれフォトダイオードと増幅器（アンプ）との組み合わせにより構成される。
【００３４】
次に、この電界センシング装置の動作について説明する。先ず、１軸方向の電界に対するセンシング系として、第１の光源部５１から出射した直線偏光の光は、偏波保持光ファイバ８１，第１のサーキュレータ５４，及び偏波保持光ファイバ８２を経て３軸光電界センサ５０に入射し、ここで被測定電界による強度変調を受けから再び偏波保持光ファイバ８２に入射し、その後に変調された光は、第１の光サーキュレータ５４を経て第１の光検出器（Ｏ／Ｅ）５７に入射し、ここで電気信号に変換される。又、他の２軸方向の電界に対するセンシング系は、１軸方向の電界に対するセンシング系の場合と同様である。即ち、第２の光源部５２から出射した直線偏光の光は、偏波保持光ファイバ８４，第２のサーキュレータ５５，及び偏波保持光ファイバ８５を経て３軸光電界センサ５０に入射し、ここで被測定電界による強度変調を受けから再び偏波保持光ファイバ８５に入射し、その後に変調された光は、第２の光サーキュレータ５５を経て第２の光検出器（Ｏ／Ｅ）５８に入射し、ここで電気信号に変換される。第３の光源部５３から出射した直線偏光の光は、偏波保持光ファイバ８７，第３のサーキュレータ５６，及び偏波保持光ファイバ８８を経て３軸光電界センサ５０に入射し、ここで被測定電界による強度変調を受けから再び偏波保持光ファイバ８８に入射し、その後に変調された光は、第３の光サーキュレータ５６を経て第２の光検出器（Ｏ／Ｅ）５９に入射し、ここで電気信号に変換される。
【００３５】
このような構成により、電界センシング装置は直交３軸方向の電界を測定することができる。
【００３６】
更に、この電界センシング装置の感度特性を説明する。ここでは、Ｇ−ＴＥＭセル内において、一定方向に一定偏波で進行する電磁波に対して図１（ａ），（ｂ）に示した光電界センサをＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の回りで回転して電界強度を測定した。
【００３７】
図５は、図１（ａ），（ｂ）に示すＹ軸方向に進行すると共に、Ｘ軸方向に電界が振動している電磁波に対してＹ軸方向の回りで光電界センサのセンサヘッド部４１を回転させた場合における総計３個の１軸光電界センサからの出力のうちの図１（ｂ）に示すＸ軸方向用１軸光電界センサ１１からの出力が回転角度に依存して変化する様子を示したものである。但し、図５中では光電界センサのセンサヘッド部４１の中心軸がＺ軸方向に一致したときの角度を０度とし、出力をｄＢ単位の相対値によって示している。
【００３８】
図５からは、０度又は１８０度の方向で感度が最大になり、９０度又は１８０度の方向で感度が最小になることが判る。
【００３９】
又、同様に図１（ａ），（ｂ）に示すＸ軸方向に進行すると共に、Ｙ軸方向に電界が振動している電磁波に対してＸ軸方向の回りで光電界センサのセンサヘッド部４１を回転させた場合における総計３個の１軸光電界センサからの出力のうちの図１（ｂ）に示すＹ軸方向用１軸光電界センサ１２からの出力が回転角度に依存して変化する様子は，図５に示す様子と全く同じなので省図する。
【００４０】
これに対し、図６は、図１（ａ），（ｂ）に示すＸ−Ｙ面内の何れかの方向に進行すると共に、Ｚ軸方向で電界が振動している電磁波に対して図１（ｂ）に示すＺ軸方向用１軸光電界センサ１３のＬｉＮｂＯ3 単結晶基板面を垂直に保った状態で光電界センサのヘッドセンサ部４１を電磁波の進行方向を軸として回転させた場合におけるＺ軸方向用１軸光電界センサ１３からの出力が回転角度に依存して変化する様子を示したものである。但し、図６中では光電界センサのセンサヘッド部４１の中心軸がＺ軸方向に一致したときの角度を０度とし、出力をｄＢ単位の相対値によって示している。
【００４１】
図６からは、０度又は１８０度の方向で感度が最小になり、９０度又は１８０度の方向で感度が最大になることが判る。
【００４２】
以上の結果を光電界センサのセンサヘッド部４１を固定した状態に対して換言すれば、図１（ａ），（ｂ）に示す光電界センサの場合、このセンサヘッド部４１の中心軸に垂直な方向、即ち、Ｘ−Ｙ面内のあらゆる方向から入射する電磁波に対して電界ベクトルの方向に拘らず電界強度の測定を可能にする。又、センサヘッド部４１の中心軸方向に進行する電磁波に対しては、この電界の振動方向はＸ−Ｙ面内にあり、その電界ベクトルは、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に進行する電磁波の電界ベクトルと等しいため、Ｘ軸方向用１軸光電界センサ１１又はＹ軸方向用１軸光電界センサ１２による測定が可能である。即ち、一実施例に係る光電界センサを用いると、３次元のあらゆる方向に進行する電磁波に対してその電界強度を測定することができる。因みに、一実施例に係る光電界センサにおいて、光変調部における総計３個の１軸光電界センサの最大感度の方向は互いに直交しているが、こうした条件下にあれば測定電界の振動ベクトルを決定するときの演算処理を容易にすることができる。
【００４３】
尚、一実施例に係る光電界センサでは、光変調部における電気光学結晶基板の電気光学結晶としてＬｉＮｂＯ3 単結晶を用いた場合を説明したが、ＬｉＮｂＯ3 単結晶に代えて例えばＬｉＴａＯ3 単結晶を用いることも可能であり、この場合にはレーザ光による光損失を低減することができる。又、分岐光導波路がＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上にＴｉイオンを拡散して形成されるＴｉ拡散導波路により作製される場合を説明したが、Ｔｉ拡散導波路に代えてＨ+ 交換導波路を用いることもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に述べた通り、本発明の光電界センサによれば、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界を測定するための反射型マッハツェンダ干渉計から成る光変調部をセンサヘッド部に収納すると共に、光変調部の各反射型マッハツェンダ干渉計に接続される偏波保持型の３芯光ファイバをセンサヘッド部の端面に結合される非金属製の保持ロッドで被覆した構成とし、更に、センサヘッド部ではハウジング内の略中心部分に配置された直角三角形の断面を有する三角柱状の支持部材の各側面にＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の電界を測定するための光電界センサ（反射型マッハツェンダ干渉計）の３種としてＸ軸方向用１軸光電界センサ，Ｙ軸方向用１軸光電界センサ，Ｚ軸方向用１軸光電界センサを装着して光変調部を構成しているので、狭い空間領域にあっても安定して精度良く３軸方向の電界測定が可能な小型の光電界センサを提供することができ、この光電界センサを用いて同様な機能を有する電界センシング装置を小型で構成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る３軸方向の電界測定用タイプの光電界センサの基本構成を示したもので、（ａ）は一部を破断した全体の外観斜視図に関するもの，（ｂ）はその局部を成すセンサヘッド部の上面から見た断面図に関するものである。
【図２】図１に示す光電界センサの光変調部に備えられるＸ軸方向用１軸光電界センサ，Ｙ軸方向用１軸光電界センサの基本構成を示した外観斜視図である。
【図３】図１に示す光電界センサの光変調部に備えられるＺ軸方向用１軸光電界センサの基本構成を示した外観斜視図である。
【図４】図１に示す光電界センサ（３軸光電界センサ）を用いた電界センシング装置の基本構成を示したブロック図である。
【図５】図１（ａ），（ｂ）に示すＹ軸方向に進行すると共に、Ｘ軸方向に電界が振動している電磁波に対してＹ軸方向の回りで光電界センサのセンサヘッド部を回転させた場合におけるＸ軸方向用１軸光電界センサからの出力が回転角度に依存して変化する様子を示したものである。
【図６】図１（ａ），（ｂ）に示すＸ−Ｙ面内の何れかの方向に進行すると共に、Ｚ軸方向で電界が振動している電磁波に対してＺ軸方向用１軸光電界センサのＬｉＮｂＯ3 単結晶基板面を垂直に保った状態で光電界センサのヘッドセンサ部を電磁波の進行方向を軸として回転させた場合におけるＺ軸方向用１軸光電界センサからの出力が回転角度に依存して変化する様子を示したものである。
【図７】従来の光電界センサの基本構成を示した外観斜視図であり、（ａ）は１軸方向の電界測定用タイプに関するもの，（ｂ）は３軸方向の電界測定用タイプに関するものである。
【符号の説明】
１１  Ｘ軸方向用１軸光電界センサ
１２  Ｙ軸方向用１軸光電界センサ
１３  Ｚ軸方向用１軸光電界センサ
１４  支持部材
１５  ハウジング
２１，３１，８１〜８９  偏波保持光ファイバ
２２，３２，６８  入出射光導波路
２３，３３，６５〜６７  ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板
２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ，６９ａ，６９ｂ  分岐光導波路
２５，３５，７０ａ，７０ｂ  金属電極
２６，３６，７１  反射ミラー
４１  センサヘッド部
４３  ３芯光ファイバ
５０  ３軸光電界センサ
５１，５２，５３  光源部
５４，５５，５６  光サーキュレータ
５７，５８，５９  光検出器（Ｏ／Ｅ）
６０〜６３  光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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