(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに垂直な二つの直線偏光を出射する二つの光源と、前記二つの直線偏光を偏波面が互いに垂直になるように合成する光結合器とを備えた偏光光源装置において、前記二つの光源は、前記二つの直線偏光の波長を互いに異なるものとして出射することを特徴とする偏光光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の偏光光源装置において、前記二つの光源のうちの少なくとも一方は温度制御手段を備えたことを特徴とする偏光光源装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の偏光光源装置において、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偏光光源装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一つに記載の偏光光源装置と、アンテナ，該アンテナに接続されたセンサヘッド，該センサヘッドにおける入力光伝送路としての入射光ファイバ，該センサヘッドにおける出力光伝送路としての出射光ファイバ，及び出射光ファイバに結合された光検出器とを備えたことを特徴とする電界センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二つの直線偏光の偏波面が互いに垂直を成すように合成して出射する偏光光源装置，並びに空間を伝搬する電磁波の電界強度を測定するための偏光光源装置を用いた電界センサであって、主としてＥＭＣ（電磁環境問題／ｅｌｅｃｔｏｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）分野で電波や電磁ノイズの特性測定用の計測器として用いられると共に、放送電波等の特定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。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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，或いは自動車や鉄道等の制御器等の多くの電気機器は、外部からの電磁ノイズによって常に誤動作等の悪影響を受ける危険性を持つことが知られている。
【０００３】
そこで、最近のＥＭＣ分野においては、外部の電磁環境や悪影響を及ぼすような電磁ノイズの大きさ、或いは電気機器自体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。
【０００４】
従来、上述した電磁ノイズを測定するためには、以下に説明するような三つの技術的手法が適用されている。
【０００５】
第１の手法は、通常のアンテナを用いて電磁ノイズを受信し、同軸ケーブルで測定器まで導くものである。又、第２の手法は、電磁ノイズをアンテナを用いて受信し、その受信信号を検波した後に光信号に変換して光ファイバを介して測定器まで導くものである。更に、第３の手法は、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磁ノイズの電界強度変化を光強度変化に変換し、光学素子と光源及び測定器に接続された光検出器との間を光ファイバで接続するものである。
【０００６】
このうち、第１の手法は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ることがあったり、或いはケーブル途中からノイズ混入の危険がある等の問題があるため、現在では光ファイバを用いた第２の手法及び第３の手法が主流となっている。
【０００７】
又、第２の手法は、ダイオードで検波した検波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で光検出器に導くものであるが、センサヘッドにおいて電気回路やバッテリを必要とするため、或る程度の大きさの金属部分が存在して形状も大きくなってしまうという問題がある他、電界の検出感度が低くて応答速度が遅いという欠点がある。
【０００８】
更に、第３の手法は、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、小型アンテナを接続して光ファイバ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て検光子を通した後、再び光ファイバに結合するバルク型素子と、結晶上に設けた光導波路により上述した光学素子を構成するための導波路型素子とがある。通常、導波路型素子の方がバルク型素子よりも１０倍以上検出感度が高くなっている。導波路型の電界センサ用基板結晶には一般に電気光学定数の高いニオブ酸リチウム単結晶が使用されている。
【０００９】
図４は、従来の電界センサの基本構成を示したものであり、図５はその電界センサに用いられるセンサヘッドの細部構成を斜視図により示したものである。
【００１０】
ここでのセンサヘッド４は、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上の所定箇所ににそれぞれ一対の変調用電極１４が設置され、これらの変調用電極１４はアンテナ１５に接続されている。一対の変調用電極１４の一方側及び他方側には入射光導波路１１から分岐した位相シフト光導波路１２が結合され、他方側では位相シフト光導波路１２が合流して出射光導波路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６が接続されている。
【００１１】
電界センサでは、光源３から偏波面保持ファイバ８を通った光がセンサヘッド４に入射光として入射される。センサヘッド４においては、入射光が入射光導波路１１に入射された後、二つの位相シフト光導波路１２によりエネルギーが分割されて一対の変調用電極１４に伝送される。ここで、外部から電界が印加された場合、アンテナ１５により一対の変調用電極１４に対して電圧が誘起されて位相シフト光導波路１２中には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。即ち、印加電界強度に応じて出射光導波路１３を経てシングルモードファイバ６に出射され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（受光器）１７で測定することにより印加電界の強度を測定できる。
【００１２】
ところで、最近では経済性追求の必要から、センサヘッド４用の入射光ファイバとして偏波面保持ファイバ８ではなく、シングルモードファイバを用いることが求められ、そのために生じる動作上の不利を補うために、光源には二つの直線偏光出射光源を組み合わせた構成が提案されている。
【００１３】
図６は、このような他の電界センサの基本構成を示したものである。この電界センサでは、互いに垂直な二つの直線偏光を出射する光源１，２を組み合わせて電源２０に接続し、これらの光源１，２に偏波面を保持する比較的短い偏波面保持ファイバ７を光結合器９との間で結合し、更にセンサヘッド４に偏光子１６を設けて偏光子１６及び光結合器９の間をシングルモードファイバ５で結合することによって、センサヘッド４の入射光ファイバをシングルモードファイバ５としている。
【００１４】
この構成の場合、二つの光源１，２からの互いに垂直な二つの直線偏光の出射光は偏波面保持ファイバ７を通過してその偏波面が光結合器９で互いに直交するように合成された後、シングルモードファイバ５内を互いに垂直な偏波面の状態を保ちつつ通過して偏光子１６で偏光されてセンサヘッド４に入射する。このため、センサヘッド４の入射端ではシングルモードファイバ５の状態の如何に拘らず、偏波面が互いに垂直な二つの直線偏光の強度比に変わり無く、実質的に偏波面保持ファイバを用いた場合と同等の効果が得られるようになっている。
【００１５】
尚、ここでの光源１，２及び光結合器９と、これらの間を結合した一対の偏波面保持ファイバ７とは、出射光を二つの直線偏光の偏波面が互いに垂直を成すように合成して出射するため、合わせて偏光光源装置と呼ばれても良い。
【００１６】
このような電界センサに用いる光源１，２には、所定の波長帯で一定の出力が得られ、しかも長寿命が確保できる等の高い信頼性が求められるため、半導体励起固体レーザが使用されている。半導体励起固体レーザはこうした条件を満たす光源として注目されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図６に示した電界センサの場合、偏光光源装置における二つの光源として半導体励起固定レーザを使用しているが、半導体励起固定レーザの出射光の波長はその光源の温度に依存して変動することが知られている。
【００１８】
このような出射光の波長変動は、図４及び図５に示した偏波面保持ファイバを用いた電界センサの場合には、実用的に殆ど問題にならなかったにも拘らず、二つの光源を用いた場合には二つの出射光相互の干渉の問題があるため、電界センサが本来の機能を発揮しない場合も生じ得る。即ち、二つの光源の波長及びその温度依存性が相等しければセンサヘッドの入射光は常に相互に干渉し、或いは二つの光源の波長の温度依存性が相違しても駆動温度範囲で波長が等しくなることがあればその温度では同様に干渉することになる。従って、こうした場合には電界センサの信頼性の低下を来すため、半導体励起固定レーザをセンサヘッドの光源として用いることはできなくなってしまう。
【００１９】
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、光源からの出射光の波長に関する光源温度依存性を許容した条件下でも干渉を生じること無く、十分に使用可能な信頼性の高い二つの直線偏光を出射する光源を含む偏光光源装置及びそれを用いた電界センサを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、互いに垂直な二つの直線偏光を出射する二つの光源と、前記二つの直線偏光を偏波面が互いに垂直になるように合成する光結合器とを備えた偏光光源装置において、前記二つの光源は、前記二つの直線偏光の波長を互いに異なるものとして出射する偏光光源装置が得られる。
【００２１】
又、本発明によれば、上記偏光光源装置において、二つの光源のうちの少なくとも一方は温度制御手段を備えた偏光光源装置が得られる。
【００２２】
更に、本発明によれば、上記何れかの偏光光源装置において、二つの光源は半導体励起固体レーザである偏光光源装置が得られる。
【００２３】
一方、本発明によれば、上記何れか一つの偏光光源装置と、アンテナ，該アンテナに接続されたセンサヘッド，該センサヘッドにおける入力光伝送路としての入射光ファイバ，該センサヘッドにおける出力光伝送路としての出射光ファイバ，及び出射光ファイバに結合された光検出器とを備えた電界センサが得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げ、本発明の偏光光源装置及びそれを用いた電界センサについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施例に係る偏光光源装置の基本構成を示したものであるが、この偏光光源装置は図６に示した電界センサの局部構成と外観上は同じものとなっている。
【００２６】
即ち、この偏光光源装置は、互いに垂直な二つの直線偏光を出射する二つの光源１，２と、これらの光源１，２からの二つの直線偏光を偏波面が互いに垂直になるように合成する光結合器９とを備え、光源１及び光結合器９の間と光源２及び光結合器９の間とがそれぞれ比較的短い偏波面保持ファイバ７で結合されて成っているが、ここでの光源１，２は二つの直線偏光の波長を互いに異なるものとして出射するようになっている。又、光源１，２は半導体励起ＹＡＧレーザで、その出射光の波長は温度２３℃でそれぞれ１．３１９０μｍ，１．３１９５μｍとなっており、出射光の強度はほぼ等しいものとなっている。これらの光源１，２の波長の温度依存性はそれぞれ６×１０−６μｍ／℃で稼働温度範囲（−２０〜＋６０℃）で波長が互いに一致することがないように選定されている。
【００２７】
この偏光光源装置において、光源１，２から出射される互いに垂直な直線偏光は、それぞれ偏波面保持ファイバ７を経てその状態が保持され、光結合器９で偏波面が互いに垂直を成すように結合され、この後はシングルモードファイバ５内を互いに垂直な偏波面を保って伝搬する。
【００２８】
ところで、この偏光光源装置を光源として搭載した電界センサは、図６に示した従来の電界センサと同等に構成される。但し、この電界センサの場合、稼働温度範囲で干渉しないことが保証された波長が互いに異なる二つの直線偏光を出射光として出射する光源１，２を用いているため、十分な信頼性を有して本来の機能を示すものとなる。又、この電界センサでは、偏光光源装置（光結合器９）の出射側に結合されるシングルモードファイバ５が十分長くてもこれを通った先で二つの直線偏光の偏波面は互いに垂直のままで保たれるため、図４及び図５で説明した偏波面保持ファイバ８を使用した場合と同等な効果を奏する。
【００２９】
図２は、本発明の他の実施例に係る偏光光源装置の基本構成を示したものである。
【００３０】
この偏光光源装置は、一実施例の偏光光源装置と比べ、外観上は光源１，２にそれぞれ温度制御手段２１，２２を備えた点が相違している。ここでの光源１，２は何れも半導体励起ＹＡＧレーザであり、それぞれの温度は温度制御手段２１，２２によって制御される。又、光源１，２の出射光の波長は温度２３℃においてそれぞれ１．３１９０μｍ，１．３１９３μｍであり、波長の温度依存性はそれぞれ６×１０−６μｍ／℃となっており、それぞれの出射光の強度はほぼ等しいものとなっている。
【００３１】
この偏光光源装置において、仮に温度制御手段２１，２２による温度制御が行われない場合、稼働中に波長が一致する可能性があり、その場合には相互に干渉が生じることになる。従って、温度制御手段２１，２２によって光源１，２の温度をそれぞれ制御することにより、このような事態を回避し、一定の波長の出射光が得られるようになっている。温度制御手段２１，２２は、ペルチェ素子等の熱電温度素子とするか、或いは熱交換媒体を用いた加熱冷却庫としても良い。
【００３２】
図３は、この偏光光源装置を光源として搭載した電界センサの基本構成を示したものである。
【００３３】
この電界センサにおいても、偏光光源装置以外の構成は図６に示した従来の電界センサと同等に構成される。但し、この電界センサにおいても、稼働温度範囲で干渉しないように、波長が互いに異なる二つの直線偏光を出射光として出射する光源１，２の温度が温度制御手段２１，２２によって制御されるため、一実施例の偏光光源装置を備えた電界センサと同様に十分な信頼性を有して本来の機能を示すものとなる。特に、ここで電界センサは、温度制御手段２１，２２による光源１，２の温度制御が行われるため、過酷な温度環境においても十分な信頼性が要求される測定等に好適となる。
【００３４】
尚、上述した図２に示す他の実施例に係る偏光光源装置の構成を改良し、光源１，２の一方のみを温度制御する構成（図示せず）としても、同様に干渉を回避することができるので、このような偏光光源装置を光源として備えた電界センサを構成しても同等な効果を奏する。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の偏光光源装置によれば、互いに垂直な二つの直線偏光を出射する光源を二つの直線偏光の波長が異なるものとして出射するものとした上、光源の何れかに温度制御手段を設けているので、光源からの出射光の波長に関する光源温度依存性を許容した条件下でも干渉を生じること無く、偏光光源装置を用いた信頼性の高い電界センサを具現できるようになる。特に、この電界センサでは、偏光光源装置（光結合器）の出射側に結合されるシングルモードファイバが十分長くてもこれを通った先で二つの直線偏光の偏波面は互いに垂直のままで保たれるため、従来の偏波面保持ファイバを使用した場合と同等な性能が確保されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る偏光光源装置の基本構成を示したものである。
【図２】本発明の他の実施例に係る偏光光源装置の基本構成を示したものである。
【図３】図２に示す偏光光源装置を光源として備えた電界センサの基本構成を示したものである。
【図４】従来の電界センサの基本構成を示したものである。
【図５】図４に示す電界センサに用いられるセンサヘッドの細部構成を示した斜視図である。
【図６】図４に示す電界センサを改良した他の電界センサの基本構成を示したものである。
【符号の説明】
１，２，３  光源
４  センサヘッド
５，６  シングルモードファイバ５
７，８  偏波面保持ファイバ
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
２１，２２  温度制御手段
【図１】
0003577617.tif 000002
【図２】
0003577617.tif 000003
【図３】
0003577617.tif 000004
【図４】
0003577617.tif 000005
【図５】
0003577617.tif 000006
【図６】
0003577617.tif 000007