(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、センサヘッド、受光器、前記センサヘッドの入力光伝送路としての入射光ファイバー系、出力光伝送路としての出射光ファイバー、およびアンテナから構成される電界センサにおいて、前記光源は、該光源の出射光が直線偏光でかつ互いに直交する二つの光源からなり、該二つの光源は単一の電源を共有し、前記入射光ファイバー系は、前記二つの光源の出射光をそれぞれ偏波保持ファイバーを経由して結合する光結合器と、該光結合器と前記センサヘッドを接続するシングルモードファイバーからなり、前記出射光ファイバーはシングルモードファイバーから構成されることを特徴とする電界センサ。
【請求項２】
前記センサヘッドは偏光子を具備し、前記シングルモードファイバーは前記光結合器と該偏光子を結合する構成としたことを特徴とする請求項１記載の電界センサ。
【請求項３】
前記二つの光源は半導体励起固体レーザであることを特徴とする請求項１又は２記載の電界センサ。
【請求項４】
前記半導体励起固体レーザは半導体励起ＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項３記載の電界センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＥＭＣ分野で電波や電極ノイズの特性測定に用いる計測器に関し、特に、空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定するための電界センサ、及び放送電波等特定の周波数の信号電波を検出するアンテナとしても機能する電界センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ等の情報機器や通信機器、ロボット等のＦＡ機器、自動車、鉄道等の制御器など多くの電気機器は、互いに外部からの電磁ノイズによって誤動作などの影響を受ける危険を常にもっている。ＥＭＣ分野においては、外部の電磁環境や影響を及ぼすようなノイズの大きさ、また自らが発生するノイズ等を正確に測定することが重要となっている。
【０００３】
従来、上述のような電磁ノイズの測定には以下の三つの方法がよく知られている。すなわち、通常のアンテナを用いて受信し、同軸ケーブルで測定器まで導く第１の方法、アンテナを用いて受信した信号を検波して、光信号に変換し光ファイバーで測定器まで導く第２の方法、および印加される電界強度に応じて透過光の強度が変化するように構成された光学素子を用いて電界強度変化を光強度変化に変換し、上記光学素子と光源および測定器に接続された光検出器間を光ファイバーで接続する第３の方法である。
【０００４】
これらの中で、アンテナを用いる前記第１の方法が最も一般的であるが、同軸ケーブル等の電気ケーブルの存在により電界分布が乱れてしまったり、ケーブル途中からのノイズ混入の恐れがあるなどの問題があったため、光ファイバーを用いた前記第２及び前記第３の方法が提案されている。これら方法のうち、前記第２の方法は、ダイオードで検波した信号を増幅して発光ダイオードに加えて光信号に変換して光ファイバーで光検出器に導くものであるが、センサヘッド部に電気回路やバッテリを必要とするため、ある大きさの金属部分が存在し、かつ、形状も大きくなってしまう。また、電界の検出感度が低く応答速度が遅いという欠点がある。
【０００５】
一方、前記第３の方法は電界強度を透過光の強度変化に変換する光学素子として電気光学効果を有する結晶を用いている。その素子構造としては、アンテナを接続し、光ファイバーの出射光をレンズで平行光として結晶中を通過させ、結晶中の電界により偏光状態を変化させ、検光子をとおした後再び光ファイバーに結合するバルク素子と結晶上に設けた光導波路により前記光学素子を構成する導波路型素子がある。通常、導波路型の方がバルク型よりも１０倍以上検出感度が高い。また、導波路型の電界センサ用基板結晶には電気光学定数の高いニオブ酸リチウム単結晶が一般に使われている。
【０００６】
図３に従来の電界センサの構成を示す。図４に図３の電界センサに用いるセンサヘッドの構成を示す。ｃ軸に垂直に切り出したニオブ酸リチウム単結晶基板１０上には入射光導波路１１、そこから分岐して結合した位相シフト光導波路１２、および上記２本の位相シフト光導波路１２が合流して結合した出射光導波路１３が形成されている。入射光導波路１１の入射端には、入射光用に偏波面保持ファイバー８が結合され、出射光導波路１３の出射端には、出射光用にシングルモードファイバー６が接続されている。また、位相シフト光導波路１２上には一対の変調用電極１４が設置され、アンテナ１５に接続されている。
【０００７】
光源３から偏波面保持ファイバー８を通過した光は、入射光導波路１１に入射した後、二つの位相シフト光導波路１２にエネルギーが分割される。電界が印加された場合、アンテナ１５により変調用電極１４に電圧が誘起されて位相シフト光導波路１２中にほ深さ方向に互いに反対向きの電界成分が生じる。この結果、電気光学効果により屈折率変化が生じて位相シフト光導波路１２を伝搬する光波間には印加電界の大きさに応じた位相差が変化する。すなわち、印加電界に応じてシングルモード光ファイバー８に出射する出射光の強度は変化することになり、その光強度変化を光検出器１７で測定することにより印加電界を測定できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の電界センサでは、入射光ファイバーとして使われる偏波面保持ファイバーは、シングルモードファイバーに較べてはるかに高価である。このため、とくに光源とセンサヘッドの間の距離が長い電界センサの場合には、高いコストを甘受せざるを得なく、その打開策が求められていた。
【０００９】
入射光ファイバーを、偏波面保持ファイバーからシングルモードファイバーに替えることが、問題解決の糸口になるべく予測されたことは当然である。しかしながら、光源から、シングルモードファイバーをとおってセンサヘッドに進行する入射光の偏波面は変動する。このため、センサヘッドの出射光レベルは、シングルモードファイバーの状態如何に依存するため不安定となり、電界強度の測定や信号電波を検出する電界センサとしての機能は著しく低下することになる。
【００１０】
本発明の課題は、かかる問題点を解消し、シングルモードファイバーをセンサヘッドの入射光ファイバーとすることにより、低廉化、小型化が図れ、本来の機能を十分に有する電界センサを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光源、センサヘッド、受光器、前記センサヘッドの入力光伝送路としての入射光ファイバー系、出力光伝送路としての出射光ファイバー、およびアンテナから構成される電界センサにおいて、前記光源は、該光源の出射光が直線偏光でかつ互いに直交する二つの光源からなり、該二つの光源は単一の電源を共有し、前記入射光ファイバー系は、前記二つの光源の出射光をそれぞれ偏波保持ファイバーを経由して結合する光結合器と、該光結合器と前記センサヘッドを接続するシングルモードファイバーからなり、前記出射光ファイバーはシングルモードファイバーから構成されることを特徴とする電界センサが得られる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、前記センサヘッドは偏光子を具備し、前記シングルモードファイバーは前記光結合器と該偏光子を結合する構成としたことを特徴とする電界センサが得られる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、前記二つの光源は半導体励起固体レーザであることを特徴とする電界センサが得られる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、前記半導体励起固体レーザは半導体励起ＹＡＧレーザであることを特徴とする電界センサが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態による電界センサの構成を示した図である。電源２０を共有する光源１および光源２は、出射光波長が１．３μｍで、強度がほぼ等しい直線偏光を出射する半導体励起ＹＡＧレーザである。それぞれの直線偏光の偏波面は、互いに垂直をなすように光結合器９で結合される。さらに、これらの光は、シングルモードファイバー５内を互いに垂直な偏波面を保ちつつ伝搬し、センサヘッド４に入射する。このため、センサヘッド４の入射端における、偏波面が互いに垂直な二つの直線偏光の強度比は先の光結合器９の地点と変化なく、出射光レベルは常に一定となり、電界センサとしての機能を果たすことができる。
【００１６】
本実施の形態では、図４に示した光導波路素子から構成され、入射光ファイバーをシングルモードファイバーとしたセンサヘッド４が用いられる。この場合、センサヘッド４にはＴＥ波およびＴＭ波の二つの直線偏光が入射する。光導波路素子からなるセンサヘッドの消光比が高いために、電界強度の測定においては、ＴＭ波の影響は実質的に無視することができ、通常、実用的な測定が可能である。尚、図１では、入射光ファイバー系を伝搬する光の偏波面を矢印を付して示す。
【００１７】
このように、光源１および光源２と光結合器９の間のごく短い部分に偏波保持ファイバー７を使うものの、システムとしての電界センサで圧倒的に長い距離を占める光結合器９とセンサヘッド４の間を、従来の偏波保持ファイバーに替えて、低廉なシングルモードファイバー５とした。それでいて、センサヘッド４の出射光レべルは変動することはなく、安定にその機能を果たす。
【００１８】
さらに、光源１および光源２が単一の電源２０を共有するため、電界センサの小型化および低廉化が図られ、センサヘッド４の周辺部を簡単な構成にでき、光源１および光源２を半導体励起ＹＡＧレーザとしたことによって信頼性が高められる。
【００１９】
図２は、本発明の他の実施の形態による電界センサの構成を示した図である。本実施の形態は、上記した実施の形態を基本とし、センサヘッド４が偏光子１６を具備した構成をなしている。すなわち、電源２０を共有する光源１および光源２からの直線偏光の偏波面は互いに垂直をなして光結合器９で結合され、シングルモードファイバー５内を垂直な偏波面を保ちつつ伝搬し、偏光子１６によって特定の偏波面の光（ＴＥ波）のみをセンサヘッド４に入射する。このため入射光の偏波面に依存するセンサヘッド４の特性を無視することが可能となり、電界のさらに高分解能で測定することが可能となる。尚、図２では、入射光ファイバー系を伝搬する光の偏波面を矢印を付して示す。
【００２０】
したがって、電界の高分解能測定が可能となり、上記した実施の形態と同様に、光結合器９とセンサヘッド４の間を低廉なシングルモードファイバー５にすることができ、電源を共有した光源１および光源２を半導体励起ＹＡＧレーザとしたことにより、小型化と信頼性の向上が図られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来必須と考えられた偏波面保持ファイバーを、所要の機能を満たしつつシングルモードファイバーに置き換え、これに用いる二つの半導体励起固体レーザ光源を単一の電源を共有した構成としたことにより、電界センサの低廉化および小型化を可能とし、高い信頼性の電界センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電界センサの構成を示した図である。
【図２】本発明の他の実施の形態による電界センサの構成を示した図である。
【図３】従来の電界センサの構成を示した図である。
【図４】図３のセンサヘッドの構成を示した図である。
【符号の説明】
１，２    光源
４    センサヘッド
５，６    シングルモードファイバー
７    偏波面保持ファイバー
９    光結合器
１０    ニオブ酸リチウム単結晶基板
１１    入射光導波路
１２    位相シフト光導波路
１３    出射光導波路
１４    変調用電極
１５    アンテナ
１６    偏光子
１７    光検出器
２０    電源
【図１】
0003577616.tif 000002
【図２】
0003577616.tif 000003
【図３】
0003577616.tif 000004
【図４】
0003577616.tif 000005