(57)【要約】【課題】簡便に製造することができるとともに、光の損失を極力低減することができる磁気センサ素子及び磁気センサ装置を提供する【解決手段】光分岐部１２を備えた平面光波回路１１と、その平面光波回路１１に接続される入射用光ファイバ１９及び出射用光ファイバ２０と、その平面光波回路１１の一端面に設けられ、前記入射用光ファイバ１９から入射した光を透過する金属磁性体型光透過膜３０と、その金属磁性体型光透過膜３０上に設けられ、透過した光を反射する反射膜４０とを有する磁気センサ素子であって、出射用光ファイバ２０が偏波面保持光ファイバであり、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とが調心されて平面光波回路１１に接続されているように構成して上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光分岐部を備えた平面光波回路と、前記平面光波回路に接続される入射用光ファイバ及び出射用光ファイバと、前記平面光波回路の一端面に設けられ、前記入射用光ファイバから入射した光を透過する金属磁性体型光透過膜と、前記金属磁性体型光透過膜上に設けられ、前記透過した光を反射する反射膜とを有する磁気センサ素子であって、
前記出射用光ファイバが偏波面保持光ファイバであり、前記入射用光ファイバと前記出射用光ファイバとが調心されて前記平面光波回路に接続されている、ことを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記入射用光ファイバと前記出射用光ファイバとは、回転調整されて接続されている、請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記入射用光ファイバが偏波面保持光ファイバである場合に、前入射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸が、前記出射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸に対して調心されている、請求項１又は２に記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記入射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸と前記出射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸とが、４５°の相対角度で調心されている、請求項３に記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
前記平面光波回路が、パターニングによって形成された光導波路、又は、２本の光ファイバを溶融して基板上に固定した光導波路のいずれかである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気センサ素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気センサ素子と、前記磁気センサ素子が有する入射用光ファイバに直線偏光を導入する発光装置と、前記磁気センサ素子が有する出射用光ファイバから導出された戻り光を受光する受光装置とを有することを特徴とする磁気センサ装置。
【請求項７】
前記受光装置は、前記戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子と、前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分を受光して電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を処理する信号処理部とを有する、請求項６に記載の磁気センサ装置。
【請求項８】
前記発光装置は、発光素子と、該発光素子から発した光を直線偏光にする偏光子とを有する、請求項６又は７に記載の磁気センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界変化をファラデー回転により検出する磁気センサ素子及び磁気センサ装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、センサヘッドが外部の電磁界等に応答して偏波面の回転又は位相差を生じさせ、それをセンシングに利用した磁気センサ素子及び磁気センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏波面保持光ファイバ型の磁界センサは、磁界強度に対応した出力を得ることができ、且つ偏波面保持光ファイバによって測定磁界から遠く離れた位置に光源や受光素子を配置しても測定精度を高くできるという利点がある。しかし、そうした磁界センサにおいて、光源の出力変動や温度変化等によって光ファイバの伝送特性が変化したりすると、測定値に誤差が生じるという難点があった。また、ファラデー素子を挟む両側に２本の偏波面保持光ファイバを必要とするため、取扱い難いという問題もあった。【０００３】
上記問題に対し、特許文献１には、光源の出力変動や温度変化等による光ファイバの伝送特性の変化に対して安定であり、１本の偏波面保持光ファイバだけで取扱いが容易な偏波面保持光ファイバ型の磁界センサが提案されている。この磁界センサは、光源、偏波面保持光ファイバ、ファラデー素子及び受光素子を用いた偏波面保持光ファイバ型の磁界センサにおいて、光源と偏波面保持光ファイバとの間には、光源からの光を偏波面保持光ファイバの固有偏光軸に対し４５°の角度をもつ直線偏光として入射させるための偏光装置が設けられ、偏波面保持光ファイバとファラデー素子との間には、１／４波長板が設けられ、ファラデー素子の他方の側には、反射板が設けられている、とういうものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１で提案された磁界センサでは、偏波面保持光ファイバを介して入射された光が反射板で反射し、その反射光が偏波面保持光ファイバに戻る必要がある。つまり、偏波面保持光ファイバの光軸と、１／４λ板、ファラデー素子及び反射板の経路の光軸とを合わせる必要がある。光軸が合っていないと光の損失が大きくなり、磁界センサの性能が悪化してしまう。光軸を合わせるためには、各部品の形状精度を高くしたり、精度よく組み立てたりする必要があり、製造が難しいという問題がある。【０００６】
また、直線偏光を保持する目的で用いる偏波面保持光ファイバは、ファラデー回転により偏光面の回転が生じた直後にさらに偏波面保持光ファイバで伝送すると、ビート長の影響で偏光成分に位相差が生じてしまうという難点がある。【０００７】
位相差を生じさせない構造としては、シングルモード光ファイバを固定した平面光波回路（ＰＬＣ）からなるセンサヘッドと、偏波面保持光ファイバとを接続し、センサヘッド内に偏光回転を生じる磁性膜とλ／４波長板とを配置すれば、外部の影響を受けることなく偏光面の回転が正確に行われる。このように、磁性膜とλ／４波長板とをＰＬＣ内に配置するのは製造上容易であるが、光損失を抑え、受光器に戻ってくる光の強度を維持できるように精度良く配置する必要があった。【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡便に製造することができるとともに、光の損失を極力低減することができる磁気センサ素子及び磁気センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る磁気センサ素子は、光分岐部を備えた平面光波回路と、前記平面光波回路に接続される入射用光ファイバ及び出射用光ファイバと、前記平面光波回路の一端面に設けられ、前記入射用光ファイバから入射した光を透過する金属磁性体型光透過膜と、前記金属磁性体型光透過膜上に設けられ、前記透過した光を反射する反射膜とを有する磁気センサ素子であって、前記出射用光ファイバが偏波面保持光ファイバであり、前記入射用光ファイバと前記出射用光ファイバとが調心されて前記平面光波回路に接続されている、ことを特徴とする。【００１０】
この発明によれば、光分岐部を備えた平面光波回路を有するので、ねじりや曲げ等による外乱によっても平面光波回路内では偏波面が保持され易く、ファラデー回転により生じた位相変調を正確に伝搬することができる。入射用光ファイバが平面光波回路に接続されているので、入射用光ファイバから平面光波回路に入った直線偏光は従来型の分岐カプラで分岐されずにそのまま平面光波回路を伝搬することができる。出射用光ファイバが偏波面保持光ファイバであり、入射用光ファイバと出射用光ファイバとが調心されて平面光波回路に接続されているので、平面光波回路内に波長板を設けなくてもよく、従来のような波長板を設けることによる損失を抑制することができる。【００１１】
本発明に係る磁気センサ素子において、前記入射用光ファイバと前記出射用光ファイバとは、回転調整されて接続されている。こうすることにより、従来のように、波長板を使って位相変調して光のパワーを半分半分にするのではなく、物理的にパワーが半分になるように調心されているので、光のパワーを半分半分にすることができる。【００１２】
本発明に係る磁気センサ素子において、前記入射用光ファイバが偏波面保持光ファイバである場合に、前入射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸が、前記出射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸に対して調心されている。こうすることにより、入射用光ファイバから平面光波回路に入った直線偏光を光のパワーとして２つにベクトル分離することができ、２つの偏波保存軸に対して均等に光を伝搬させることができる。【００１３】
本発明に係る磁気センサ素子において、前記入射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸と前記出射用の偏波面保持光ファイバの偏波保存軸とが、４５°の相対角度で調心されている。こうすることにより、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸のちょうど中間の位置に調心されて均等な光強度とすることができる。【００１４】
本発明に係る磁気センサ素子において、前記平面光波回路が、パターニングによって形成された光導波路、又は、２本の光ファイバを溶融して基板上に固定した光導波路のいずれとしてもよい。【００１５】
（２）本発明に係る磁気センサ装置は、上記本発明に係る磁気センサ素子と、前記磁気センサ素子が有する入射用光ファイバに直線偏光を導入する発光装置と、前記磁気センサ素子が有する出射用光ファイバから導出された戻り光を受光する受光装置とを有する、ことを特徴とする。【００１６】
本発明に係る磁気センサ装置において、前記受光装置は、前記戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子と、前記Ｓ偏光成分及び前記Ｐ偏光成分を受光して電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を処理する信号処理部とを有するように構成できる。【００１７】
本発明に係る磁気センサ装置において、前記発光装置は、発光素子と、該発光素子から発した光を直線偏光にする偏光子とを有するように構成できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡便に製造することができるとともに、光の損失を極力低減することができる磁気センサ素子及び磁気センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る磁気センサ素子の一例を示す模式的な平面構成図である。
【図２】本発明に係る磁気センサ素子の他の一例を示す模式的な平面構成図である。
【図３】偏波面保持光ファイバの調心についての説明図である。図３（Ａ）は平面光波回路内の状態である。図３（Ｂ）は調心した偏波面保持光ファイバを示す断面図である。
【図４】シングルモード光ファイバ（Ａ）と偏波面保持光ファイバ（Ｂ）の一例を示す断面形態図である。
【図５】本発明に係る磁気センサ装置の一例を示す構成図である。
【図６】平面光波回路をフォトリソグラフィー技術で作製した一例を示す説明図である。
【図７】平面光波回路を光ファイバ埋め込み方法で作製した一例を示す説明図である。
【図８】偏波面保持光ファイバの偏波保存軸を傾斜させて保持する手段の説明図である。図８（Ａ）はベース部材と蓋部材とで固定された光ファイバの断面図である。図８（Ｂ）と図８（Ｃ）は入射用の偏波面保持光ファイバと出射用の偏波面保持光ファイバとが相対角度θだけ回転調心された場合の断面図である。
【図９】磁気センサ素子を備えた磁気センサモジュールの構造形態の一例を示す模式図である。
【図１０】平面光波回路と接続構造部との接続形態を示す説明図である。図１０（Ａ）は平面図である。図１０（Ｂ）は側面図である。
【図１１】表１の結果を示すグラフであり、挿入損失とファラデー回転角の関係を示すグラフである。
【図１２】実験で用いたサンプル１〜３について、金属磁性体型光透過膜の磁界強度とファラデー回転角との関係を示すグラフである。
【図１３】ファラデー回転角と光強度変化の一般的な関係を示すグラフであり、符号ａはｓｉｎ２（θＦ＋π／４）で表されるＰ偏光強度変化であり、符号ｂはｃｏｓ２（θＦ＋π／４）で表されるＳ偏光強度変化である。
【図１４】図１３に示すＳ偏光強度変からＰ偏光強度を差し引いて横軸をファラデー回転にして描いたグラフである。
【図１５】磁気センサモジュールの挿入損失と光強度の変化量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る磁気センサ素子及び磁気センサ装置について図面を参照しつつ説明する。本発明は、その要旨の範囲で以下の説明及び図面に限定されない。
【００２１】
［磁気センサ素子］
本発明に係る磁気センサ素子１０は、図１〜図３に示すように、光分岐部１２を備えた平面光波回路１１と、その平面光波回路１１に接続される入射用光ファイバ１９及び出射用光ファイバ２０と、その平面光波回路１１の一端面に設けられ、前記入射用光ファイバ１９から入射した光を透過する金属磁性体型光透過膜３０と、その金属磁性体型光透過膜３０上に設けられ、透過した光を反射する反射膜４０とを有する磁気センサ素子であって、出射用光ファイバ２０が偏波面保持光ファイバであり、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とが調心されて平面光波回路１１に接続されている、ことに特徴がある。
【００２２】
この磁気センサ素子１０は、光分岐部１２を備えた平面光波回路１１を有するので、ねじりや曲げ等による外乱によっても平面光波回路内では偏波面が保持され易く、ファラデー回転により生じた位相変調を正確に伝搬することができる。さらに、入射用光ファイバ１９が平面光波回路１１に接続されているので、入射用光ファイバ１９から平面光波回路１１に入った直線偏光は従来型の分岐カプラで分岐されずにそのまま平面光波回路１１を伝搬することができる。さらに、出射用光ファイバ２０が偏波面保持光ファイバであり、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とが調心されて平面光波回路１１に接続されているので、平面光波回路内に波長板を設けなくてもよく、波長板を設けることによる損失を抑制した光強度を検出できる。さらに、波長板が不要になるのでダイレクトに光強度を検出することができる。
【００２３】
なお、本発明者のこれまでの研究では、直線偏光を分岐カプラで分岐してセンサヘッドに導光し、センサヘッド内において光軸を２２．５°傾けた１／４波長板で直線偏光を４５°回転させる技術を開発した。こうすることで、入射した直線偏光が反射膜で往復した際に強制的に偏光面を４５°回転させることができた。その結果、センサヘッド内で全ての偏光回転を完結してその後の光伝送過程で位相差が生じたとしても、Ｐ偏光・Ｓ偏光それぞれの光強度を保持した信号を取り出すことを可能とした。これに対して、本発明に係る磁気センサ素子１０では、直線偏光された光は、入射用光ファイバ１９から平面光波回路１１に入射し、平面光波回路１１内を伝搬し、内蔵した光分岐部１２を経て金属磁性体型光透過膜３０に到達する。金属磁性体型光透過膜３０に磁界の印加が無い状態において、出射用光ファイバ２０との接続部１８では、図３（Ｂ）に示すように、光分岐部１２の偏波面に対して出射用光ファイバ２０を相対的に軸方向に回転させ、受光素子６６Ｐ，６６Ｓの光強度が均等になるように調心調整して接続する。ここで「相対的に」とは、軸方向の回転を、入射用光ファイバ１９で行ってもよいし、出射用光ファイバ２０で行ってもよいという意味である。特に出射用光ファイバ２０を偏波面保持光ファイバとする場合は、入射用光ファイバ１９から平面光波回路１１に入った直線偏光に対して、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸のちょうど中間の位置に調心して配置することにより均等な光強度とすることができる。したがって、これまでは同様の効果を得るために使用していた波長板を平面光波回路内に設ける必要なくなり、波長板を設けることにより生じていた損失を抑制することができる。
【００２４】
本発明に係る磁気センサ装置１は、図５に示すように、上記した磁気センサ素子１０と、その磁気センサ素子１０が有する入射用光ファイバ１９に直線偏光を導入する発光装置５０と、磁気センサ素子１０が有する出射用光ファイバ２０から導出された戻り光を受光する受光装置６０とを有する。
【００２５】
以下、磁気センサ素子及び磁気センサ装置の各構成要素を詳しく説明する。
【００２６】
＜磁気センサ素子＞
磁気センサ素子１０は、図１及び図２に示すように、平面光波回路１１と、その平面光波回路１１に接続される入射用光ファイバ１９及び出射用光ファイバ２０と、その平面光波回路１１の一端面に設けられ、前記入射用光ファイバ１９から入射した光を透過する金属磁性体型光透過膜３０と、その金属磁性体型光透過膜３０上に設けられ、透過した光を反射する反射膜４０とを有している。平面光波回路は、ＰＬＣ（Planar  Lightwave  Circuit）と呼ばれる。
【００２７】
（平面光波回路）
本発明を構成する平面光波回路１１は、光導波路１１ａを有するヘッド部品の端面に光ファイバ（入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０）を接続したものである。平面光波回路１１は、図１及び図２に示すように、光経路１３，１４，１５と光分岐部１２とを備えているとともに、他の一端面に金属磁性体型光透過膜３０と反射膜４０とが設けられている。この平面光波回路１１には、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とが接続部１７，１８でそれぞれ接続されている。入射用光ファイバ１９が接続された接続部１７から光経路１３に入った光は、図１及び図２中の矢印のように進み、光分岐部１２を経て、光経路１４を通って、金属磁性体型光透過膜３０に進む。金属磁性体型光透過膜３０を透過した光は、反射膜４０で反射して再び金属磁性体型光透過膜３０を透過し、その後に光経路１４を戻って光分岐部１２に至り、矢印のように光経路１５を進んで、接続部１８で接続された出射用光ファイバ２０に入る。なお、図２の例では、光分岐部１２で分岐されて光経路１６を進んだ光は終端することになる。
【００２８】
接続部１７，１８と、金属磁性体型光透過膜３０及び反射膜４０との位置関係は、図１及び図２に示すように、通常は四角形の平面光波回路１１の対向する端面に設けられている。ただし、こうした形態に限定されず、隣接する端面に設けられていてもよい。
【００２９】
平面光波回路１１は種々の方法で製造することができる。例えば、平面光波回路１１がフォトリソグラフィー技術によって作製した光導波路１１ａ（図６参照）、又は、２本の光ファイバを溶融して基板上に固定して作製した光導波路１１ａ（図７参照）、のいずれとしてもよい。
【００３０】
フォトリソグラフィー技術によって光導波路１１ａを作製する場合は、ＬＳＩの製造技術と同様の技術で作製することができる。この光導波路１１ａは、例えば図６に示すように、下部クラッド層４６ａの上に、パターニングしたコア４７を形成し、そのコア４７を覆う第１の上部クラッド層４６ｂを形成し、さらに接着剤４８を介して第２の上部クラッド層４６ｃを設けて作製することができる。なお、図６（Ａ）は断面図である。図６（Ｂ）は平面図である。図６（Ｃ）は側面図である。
【００３１】
この光導波路１１ａの構成材料は特に限定されないが、下部クラッド層４６ａとしては、例えば石英又はテンパックス（登録商標）からなる基板を好ましく用いることができる。コア４７としては、下部クラッド層４６ａの上に火炎堆積法（ＦＨＤ法）又は化学的気相堆積法（ＣＶＤ法）等の方法で例えば二酸化ケイ素と二酸化ゲルマニウムとからなるコア層を形成し、そのコア層をフォトリソグラフィー技術でパターニングして得たものを好ましく採用できる。第１の上部クラッド層４６ｂとしては、パターニングしたコア４７を覆うように、ＦＨＤ法又はＣＶＤ法等の方法で二酸化ケイ素層をオーバーコーティングしたものを好ましく用いることができる。さらに、光導波路１１ａの上部より光の漏れ出しを防止するために、二酸化ケイ素等からなる第２の上部クラッド層４６ｃを接着剤層（例えばエポキシ樹脂等）を介して第１の上部クラッド層４６ｂ上に設けることが好ましい。第２の上部クラッド層４６ｃを設けた後は、ダイシング工程等でチップ化され、光導波路端面を研磨して鏡面化する。鏡面化した光導波路端面の一方には、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とを接続し、他方の端面には、金属磁性体型光透過膜３０と反射膜４０とを順に設ける。
【００３２】
２本の光ファイバを溶融して基板上に固定して光導波路１１ａを作製する場合は、図７に示すように、基板４１に設けた溝４２に溶融接続した光ファイバを埋め込む方法で作製してもよい。この光導波路１１ａは、図７（Ａ）に示すように、溝４２を形成した基板４１を準備し、図７（Ｂ）に示すように、光ファイバを溶融接続して光経路１３，１４，１５を有するように構成した埋め込み用光ファイバ４４を準備する。その後、図７（Ｃ）に示すように、基板４１の溝４２に埋め込み用光ファイバ４４を入れて上から蓋基材４３を被せ、それらを接着剤４５で接着して行うことができる。
【００３３】
この光導波路１１ａの構成材料も特に限定されない。基板４１の材質としては、例えば、石英、テンパックス（登録商標）、ガラス、セラミック、金属、合成樹脂等を挙げることができる。基板４１の全体形状（例えば直方体形状）を形成するときに、溝４２を同時に形成してもよいし、基板４１の全体形状を形成した後に基板４１を加工して溝４２を形成してもよい。溝４２は、Ｕ字形断面でもＶ字形断面でも良いが、Ｖ字形又は略Ｖ字形の断面が好ましい。略Ｖ字形の断面の溝４２であれば、光ファイバを入れたときに、容易且つ正確に位置決めすることができる。なお、平面光波回路１１の形状や構造は任意であり、少なくとも光ファイバ全体が平面光波回路１１の溝４２に固定される形状や構造であればよい。必要性に応じて、蓋基材４３を使用しなくてもよい。
【００３４】
図６や図７等の例で作製された平面光波回路１１では、入射用光ファイバ１９を伝搬してきた直線偏光は、平面光波回路１１の接続部１７から入射して光経路１３、光分岐部１２及び光経路１４を経由し、金属磁性体型光透過膜３０を透過し、反射膜４０で反射して再び金属磁性体型光透過膜３０を透過して、光経路１４に戻り、光分岐部１２及び光経路１５を経由して、平面光波回路１１の接続部１７から出射して出射用光ファイバ２０に入り、その出射用光ファイバ２０を伝搬する。こうした平面光波回路１１は、石英等の基板に形成された光導波路１１ａで構成されていることから、ねじり、曲げによる外乱に対しても平面光波回路１１内で偏波面が保持され易い。その結果、ファラデー回転により生じた位相変調を正確に伝搬することができる。
【００３５】
（入射用光ファイバ）
入射用光ファイバ１９は、発光装置５０からの直線偏光を平面光波回路１１まで伝送する光ファイバであり、接続部１７で平面光波回路１１に接続される光ファイバであれば特に限定されない。例えば、図４（Ａ）に示す形態のシングルモード光ファイバ（符号「１９」を付すことがある。）であってもよいし、図４（Ｂ）に示す形態の偏波面保持光ファイバ（符号「１９」を付すことがある。）であってもよい。図４（Ｂ）に示す形態の偏波保持光ファイバは、光の偏波面の回転や位相差を維持したまま伝送することができ、シングルモード光ファイバに比べて発光装置５０からの直線偏光をそのままの状態で容易に伝送できるので好ましく採用することができる。なお、用途やファイバ固定形態によっては、入射用光ファイバ１９をシングルモード光ファイバとしてもよい。偏波保持光ファイバやシングルモード光ファイバ等の光ファイバの直径は特に限定されないが、１２５μｍのものが一般的に使用されている。光ファイバの長さは、磁気センサ素子１０の形態や磁気センサ装置１の形態によって任意に選択することができる。
【００３６】
（出射用光ファイバ）
出射用光ファイバ２０は、平面光波回路１１から出射する光を、偏光状態を乱すことなく受光素子６６Ｐ，６６Ｓに伝送する光ファイバであり、接続部１８で平面光波回路１１に接続される光ファイバである。この出射用光ファイバ２０は、図４（Ｂ）に示す形態の偏波面保持光ファイバ（符号「２０」を付すことがある。）であることが好ましい。
【００３７】
先ず、偏波保持光ファイバについて説明する。偏波面保持光ファイバは、光の偏波面の回転や位相差を維持したまま伝送することができるものであり、図４（Ｂ）に示すような一対の応力付与部２３（２３ａ，２３ｂ）を有するものを挙げることができる。応力付与部２３は必ずしも一対である必要はなく、偏波面保持光ファイバであればよい。偏波保持光ファイバは、直交する２つの偏波面をもつモードが存在する光ファイバであり、例えばコア２１に非軸対称な応力を与えた一対の応力付与部２３ａ，２３ｂを有しており、２つの偏波モード間に伝搬定数差を生じさせ、それぞれの偏波モードからもう一方の偏波モードへの結合を抑制して偏波保持能力を向上させた光ファイバを挙げることができる。具体的には、偏波保持ファイバは、図４（Ｂ）に示すように、中心のコア２１とクラッド２２と一対の応力付与部２３と被覆材２６とで構成されている。
【００３８】
偏波保持光ファイバは、一対の応力付与部２３ａ，２３ｂがそれぞれ断面円形であるパンダ（ＰＡＮＤＡ：Polarization-maintaining  AND  Absorption-reducing）型であり、光の強度変動を抑制することができ、安定した測定が可能となる。その断面形態は、直交する２つの偏波保存軸（偏波軸ともいう。）、すなわちＳｌｏｗ軸２４とＦａｓｔ軸２５とを有する。Ｓｌｏｗ軸２４は、一対の応力付与部２３ａ，２３ｂのそれぞれの中心と、コア２１の中心とを通る直線で示される。Ｆａｓｔ軸２５は、Ｓｌｏｗ軸２４に直交し、コア２１の中心を通る直線で示される。
【００３９】
本発明では、出射用光ファイバ２０として偏波面保持光ファイバ２０を採用することにより、金属磁性体型光透過膜３０で大きく回転した戻り光を、偏波面保持光ファイバ２０の直交する２軸（Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸）の直線偏光保持軸からズレた位置で伝搬することを可能とする。こうすることにより、直線偏光を崩すことができ、直交する２軸の直線偏波保持軸それぞれに一定の割合の光強度を持って伝搬することができる。その結果、その後の偏光分離素子により、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを容易に光強度分離することができ、受光素子６６Ｐ，６６Ｓによりその強度の大きさを容易に求めることができる。
【００４０】
（調心）
入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とは、図３（Ｂ）に示すように、調心されて平面光波回路１１に接続されている。入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とを調心して接続することにより、平面光波回路内に波長板を設けなくてもよく、従来のような波長板を設けることによる損失を抑制することができる。この「調心」は、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とのいずれか一方又は両方を回転させて行うことである。こうすることにより、従来のように、波長板を使って位相変調して光のパワーを半分半分にするのではなく、物理的にパワーが半分になるように入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とを調心して光のパワーを半分半分にすることができる。
【００４１】
入射用光ファイバ１９が偏波面保持光ファイバ１９である場合には、入射用の偏波面保持光ファイバ１９の偏波保存軸（偏光保存軸であるＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸のこと。以下同じ。）と出射用の偏波面保持光ファイバ２０の偏波保存軸とが相対的に調心されている。このときの「調心」とは、平面光波回路１１に入った光を、光強度（パワー）として２つのベクトルに均等に分離して伝搬させる操作のことである。この場合の調心では、出射用の偏波面保持光ファイバ２０の偏波保存軸と、入射用の偏波面保持光ファイバ１９の偏波保存軸とが相対角度で４５°回転して調心されている。相対角度とは、４５°の回転が右回転でも左回転でもよいことを意味している。
【００４２】
これらの調心調整では、入射用の偏波面保持光ファイバ１９と出射用の偏波面保持光ファイバ２０とは、Ｓｌｏｗ軸・Ｆａｓｔ軸の偏波保存軸が相対的に４５°傾いた状態に調心されているので、直線偏光を光のパワーとして２つにベクトル分離することができる。すなわち、２つの偏波保存軸に対して均等に光を伝搬させることができる。この状態は、平面光波回路１１と各偏波面保持光ファイバ１９，２０との間の回転角度には関係なく、偏波保持光ファイバ１９、２０同士の偏波保存軸が相対的に４５°傾いているようになっている。
【００４３】
調心調整によりＰ偏光強度とＳ偏光強度とが均等な強度になっているか否かは、アクティブアライメントにより確認することができる。このとき、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０の両方が偏波面保持光ファイバ１９，２０である場合には、出射用の偏波面保持光ファイバ２０の偏波保存軸と、入射用の偏波面保持光ファイバ１９の偏波保存軸とが、相対角度で４５°回転していることにより、アクティブアライメントでの確認を行わなくても調心調整でき、Ｐ偏光強度とＳ偏光強度とを均等な強度とすることができる。したがって、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０の両方を偏波面保持光ファイバ１９，２０とした場合には、アクティブアライメントでの確認作業は不要となり、製造上の利点がある。
【００４４】
アクティブアライメントによる確認として、（１）入射用光ファイバ１９として偏波面保持光ファイバ１９を用いた場合は、出射用の偏波面保持光ファイバ２０に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を接続してＰ偏光とＳ偏光に分離し、分離したＰ偏光とＳ偏光のそれぞれの強度を２つのパワーメータでモニタリングしながら、入射用の偏波面保持光ファイバ１９を回転させて、Ｐ偏光強度とＳ偏光強度が均等になるように調整する。このとき、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０の両方が偏波面保持光ファイバであるので、図４（Ｂ）に示すファイバ端面を見て、入射用光の偏波面保持光ファイバ１９を４５°回転させることにより、アクティブアライメントを行わなくてもＰ偏光強度とＳ偏光強度が均等になるように調整することが可能であり、極めて容易な作業で調心調整することができる。
【００４５】
なお、図８（Ａ）は、ベース部材８１と蓋部材８３とで固定された光ファイバ１９，２０の断面図である。図８（Ｂ）と図８（Ｃ）は、入射用の偏波面保持光ファイバ１９と出射用の偏波面保持光ファイバ２０とが相対角度θだけ回転調心された場合の断面図である。この例は、アクティブアライメントを用いないで、偏波面保持光ファイバ１９，２０の偏波保存軸を相対的に４５°傾斜させて保持する手段であり、図８（Ａ）に示すように、２本の偏波面保持光ファイバ１９，２０をベース部材８１の溝部８２に並べ、その端面同士をカメラ等で観察し、応力付与部２３を基準として片方の偏波保持光ファイバを軸方向に回転させて、それぞれの偏波保持光ファイバ１９，２０同士を相対的に４５°傾斜させ、接着剤８４を介して蓋部材８３で固定する。その後、その端面を研磨し、平面光波回路１１に接続する。
【００４６】
（２）入射用光ファイバ１９としてシングルモード光ファイバを用いた場合においても、上記（１）同様、出射用の偏波面保持光ファイバ２０に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を接続してＰ偏光とＳ偏光に分離し、分離したＰ偏光とＳ偏光のそれぞれの強度を２つのパワーメータでモニタリングしながら、入射用のシングルモード光ファイバ１９を回転させて、Ｐ偏光強度とＳ偏光強度が均等になるように調整する。しかし、ここではシングルモード光ファイバ１９を入射用光ファイバ１９として用いるので、この入射用のシングルモード光ファイバ１９を回転させる際には、そのシングルモード光ファイバ１９の前に偏光子を取り付けるか又は偏光子と１／２波長板とを取り付け、その偏光子又は１／２波長板を回転させて、Ｐ偏光強度とＳ偏光強度が均等になるように調整する。
【００４７】
入射用光ファイバ１９及び出射用光ファイバ２０は、それぞれの接続部１７，１８で平面光波回路１１にダイレクトに接続される。この接続部１７，１８では、平面光波回路１１と、入射用光ファイバ１９及び出射用光ファイバ２０とを、屈折率整合された接着剤（好ましくは紫外線硬化型の接着剤等）を使用して、損失を極力抑制した状態で接着することができる。なお、振動等が無ければ又は振動等に影響されない保持構造とすれば、シングルモード光ファイバでも偏光を保持することができる。
【００４８】
（金属磁性体型光透過膜）
金属磁性体型光透過膜３０は、その平面光波回路１１の一端面に設けられ、入射用光ファイバ１９から入射した光が透過するように作用する。この金属磁性体型光透過膜３０は、直線偏光を、ファラデー効果により偏光面の回転角を大きくするように作用する。ファラデー効果とは、磁場環境下で材料中を光が通過するときに偏光面が回転する効果である。金属磁性体型光透過膜３０は、そうした挙動を生じる性質を有する膜であればよく、その種類は特に限定されない。例えば、従来から金属磁性体型光透過膜３０として適用されている磁性ガーネットを挙げることができる。また、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びこれらの合金を挙げることができる。その合金としては、例えば、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉＣｏ合金、ＮｉＣｏ合金を挙げることができる。さらに、これらの強磁性体を誘電体マトリックス中に微粒子として分散させたグラニュラー薄膜も用いることができる。マトリックスとして用いる誘電体は、ＭｇＦ２等のフッ化物や、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の酸化物を挙げることができる。
【００４９】
金属磁性体型光透過膜３０は、例えばガラス、水晶、透明な合成樹脂等で形成された平面光波回路１１の一端面に設けられている。金属磁性体型光透過膜３０に磁界が印加されてファラデー回転が発生すると、従来の方式と同様に、受光素子６６Ｐ，６６Ｓで受光する光の強度変化が発生し、その光強度の差がほぼ直線的に変化し、磁界強度の計測が可能になる。そして、その値から電流値に変換することも可能となる。こうした「光の変調を利用した反射型センサヘッド」は、低損失を保持することができる。
【００５０】
（反射膜）
反射膜４０は、図１及び図２に示すように、金属磁性体型光透過膜３０上に設けられ、金属磁性体型光透過膜３０を透過した光を反射する。反射膜４０は、金属磁性体型光透過膜３０を透過した光を反射して再び金属磁性体型光透過膜３０に戻すために設けられており、その種類としては、例えば、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ａｌ膜、誘電体多層膜ミラー等を挙げることができる。特に反射率の高いＡｇ膜や耐食性が高いＡｕ膜が成膜も簡便で好ましい。反射膜４０は、例えば、気相成長法（物理蒸着法、化学蒸着法、真空蒸着法、スパッタリング法）、印刷法、スピンコート法、メッキ法等の公知の方法で形成すればよい。
【００５１】
以上説明したように、本発明に係る磁気センサ素子１０では、（１）直線偏光が入射用光ファイバ１９で伝搬され、（２）伝搬された直線偏光が平面光波回路１１に入って金属磁性体型光透過膜３０に入射すると、金属磁性体型光透過膜３０が有する金属磁性体によるファラデー効果により、偏光面の回転角が大きくなる。（３）大きく回転した光は出射用光ファイバ２０に戻り光として伝搬され、その後にＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離され、受光素子でそれぞれの強度の大きさが求められる。（４）このとき、少なくとも出射用光ファイバ２０が偏波面保持光ファイバであり、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とが調心されて平面光波回路１１に接続されている。こうすることにより、従来のように、波長板を使って位相変調して光のパワーを半分半分にするのではなく、物理的にパワーが半分になるように調心されているので、光のパワーを半分半分にすることができる。
【００５２】
［磁気センサモジュール］
図９は、上記本発明に係る磁気センサ素子１０を備えた磁気センサモジュール９０の構造形態の一例を示す模式図である。この磁気センサモジュール９０は、２芯光ファイバケーブル９２の一端に設けられた磁気センサ素子１０と、他の一端に設けられた接続端子部９５，９５とを有した光ファイバケーブルユニットである。
【００５３】
磁気センサ素子１０の各構成要素については既に説明したのでその説明を省略するが、図１０に例示する構造形態で作製されていることが好ましい。図１０に例示した構造の磁気センサ素子１０は、平面光波回路１１と、接続構造部８６とで構成されている。平面光波回路１１は特に限定されないが、図６に例示するものを好ましく挙げることができ、下部クラッド層４６ａとコア４７と上部クラッド層４６ｂ，４６ｃとで構成されている。平面光波回路１１の先端部には、金属磁性体型光透過膜３０と反射膜４０とが順に積層されている。
【００５４】
２芯光ファイバケーブル９２は、２本の光ファイバ芯線を樹脂シースで覆ったものである。２芯光ファイバケーブル９２の一方の側は、分岐部９３でそれぞれ単芯光ファイバケーブル９４，９４に分岐され、各単芯光ファイバケーブル９４，９４はそれぞれ光接続端子部（光コネクタともいう。）９５，９５に接続されている。この光接続端子部９５，９５は、ＯＥ変換素子ＰＤ（フォトダイオード）を備えた測定器に接続される。
【００５５】
２芯光ファイバケーブル９２のもう一方の側は、磁気センサ素子１０に接続されている。図１０はその接続構造の例である。図１０に例示するように、２芯光ファイバケーブル９２から樹脂シースが取り除かれると単芯の光ファイ芯線となり、その光ファイバ芯線から被覆材を剥離した光ファイバは、上記のようにいずれも偏波面保持光ファイバ１９，２０であることが好ましい。各偏波面保持光ファイバ１９，２０は、図８及び図１０に示すように、ベース部材８１に設けられた溝部８２に位置決めされ、接着剤８４を介して蓋部材８３で固定された接続構造部８６となっている。ベース部材８１上に露出した偏波面保持光ファイバ１９，２０は、図１０に示すように接着剤８５で覆われ、偏波面保持光ファイバ１９，２０をベース部材８１に一体化して保護している。
【００５６】
こうして構成された平面光波回路１１と接続構造部８６とは、接着剤によって接続部１７，１８で接続される。接続された後は、図９に示すように、樹脂ケース９１で補強して一体化させている。こうして磁気センサモジュール９０を作製することができる。
【００５７】
［磁気センサ装置］
本発明に係る磁気センサ装置１は、図５に示すように、上記した磁気センサ素子１０を備えた磁気センサモジュール９０と、その磁気センサ素子１０が有する入射用光ファイバ１９に直線偏光を導入する発光装置５０と、磁気センサ素子１０が有する出射用光ファイバ２０から導出された戻り光を受光する受光装置６０とを有する。
【００５８】
この磁気センサ装置１では、平面光波回路１１に接続されている入射用光ファイバ１９は、接続端子部９５（図９参照）を介して発光素子５１等を含む発光装置５０に光学的に接続されている。また、平面光波回路１１に接続されている出射用光ファイバ２０は、接続端子部９５（図９参照）を介して受光素子６６Ｐ，６６Ｓ等を含む受光装置６０にも光学的に接続されている。この接続形態により、発光装置５０では、発光素子５１からの光を偏光子５２で直線偏光とし、その直線偏光は、入射用光ファイバ１９を経由して、図１及び図２に示した平面光波回路１１に入る。直線偏光は、金属磁性体型光透過膜３０を透過し、反射膜４０で反射し、再び金属磁性体型光透過膜３０を透過し、光経路１４，１５を経て出射用光ファイバ２０に入る。磁気センサ素子１０の先端である金属磁性体型光透過膜３０に磁界が印加されていると、その磁界強度に応じて偏光面が回転する。
【００５９】
出射用光ファイバ２０に入った光は、受光装置６０に入る。受光装置６０では、戻り光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子６４と、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分を受光して電気信号に変換する受光素子６６Ｐ，６６Ｓと、電気信号を処理する信号処理部７０とを有している。
【００６０】
＜発光装置＞
発光装置５０は、発光素子５１と、発光素子５１から発した光を直線偏光にする偏光子５２とを有するように構成されている。符号５３はアイソレータであり、必要に応じて設けることができる。この発光装置５０は、磁気センサ素子１０が有する入射用光ファイバ１９に直線偏光を導入する装置である。偏光子５２は光を直線偏光し、その直線偏光は、磁気センサ素子１０を構成する入射用光ファイバ１９に導入される。
【００６１】
発光素子５１としては、例えば、半導体レーザ又は発光ダイオード等を適用することができる。具体的には、発光素子５１として、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセンスダイオード等を好ましく用いることができる。
【００６２】
偏光子５２は、発光素子５１から発した光を直線偏光にするための光学素子であり、その種類は特に限定されず、各種のものを用いることができる。
【００６３】
直線偏光の入射用光ファイバ１９への導入は、光カプラ、サーキュレータ、ハーフミラー等によって行うことができる。ハーフミラー（図示しない）は、偏光子５２で偏光された直線偏光を入射用光ファイバ１９に導入するとともに、入射用光ファイバ１９を伝搬してきた戻り光を光源側とは別系統に伝搬させる光学素子である。なお、ハーフミラーに代えて、光ファイバを結合分岐するための光カプラであってもよいし、光を分割するビームスプリッタであってもよいし、光サーキュレータであってもよい。
【００６４】
＜受光装置＞
受光装置６０は、平面光波回路１１から出射した光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離する偏光分離素子６４と、そのＳ偏光成分及びＰ偏光成分を受光して電気信号に変換する受光素子６６Ｐ，６６Ｓと、電気信号を処理する信号処理部７０とを有するように構成される。
【００６５】
（偏光分離素子）
偏光分離素子６４は、光のＳ偏光成分及びＰ偏光成分をそれぞれ分岐する光学素子である。偏光分離素子６４としては、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を好ましく挙げることができる。偏光ビームスプリッタは、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型、光導波路型等の各種のものを適用することができる。
【００６６】
（受光素子）
受光素子６６Ｐ，６６Ｓは、偏光分離素子６４で分岐したＳ偏光成分とＰ偏光成分とをそれぞれ受光して光電変換する光学素子であり、ＰＩＮフォトダイオード等を好ましく挙げることができる。
【００６７】
（信号処理部）
信号処理部７０は、光電変換された電気信号から２つの偏光の強度を回路により差分検出し、その差分に基づいて、磁界強度値、電流値などの所望の測定値に変換する。
【００６８】
以上説明したように、本発明に係る磁気センサ素子１０及び磁気センサ装置１によれば、平面光波回路内に波長板を設けなくてもよく、波長板を設けることによる損失を抑制した光強度を検出できるとともに、波長板が不要になるのでダイレクトに光強度を検出することができる。また、光カプラを備えないので、外乱（温度、触っただけ）に影響されないという利点もある。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明に係る磁気センサ素子１０についてさらに詳しく説明する。下記の実験では、磁気センサ素子１０を有する磁気センサモジュール９０の挿入損失とファラデー回転角との関係を調べ、好ましく使用できる磁気センサモジュール９０の挿入損失について検証した。【００７０】
＜測定サンプルの作製＞
図６に示す平面光波回路１１をフォトリソグラフィー技術で作製した。この平面光波回路１１は、厚さ１ｍｍのＳｉＯ２製基板（石英又はテンパックス（登録商標）等）を下部クラッド層４６ａとし、その上に０．００６ｍｍ角（縦×横）のコア４７を１×２チャンネル形態でパターン形成し、その上にＳｉＯ２からなる厚さ０．０２５ｍｍの上部クラッド層４６ｂを形成し、さらにエポキシ系接着剤４８を介して厚さ１．５ｍｍの上部クラッド層４６ｃを形成した。【００７１】
平面光波回路１１の端部には、金属磁性体型光透過膜３０と反射膜４０とを順に積層した。金属磁性体型光透過膜３０としては、約５ｋＯｅでファラデー回転が飽和するグラニュラー薄膜を使用した。具体的には、平均粒径７ｎｍのＣｏ微粒子と、マトリックスに用いるＭｇＦ２とを、体積比Ｃｏ／ＭｇＦ２＝１／２の割合で同時蒸着して、厚さ１３8０ｎｍのグラニュラー薄膜を成膜した。また、反射膜４０としては、厚さ１５０ｎｍで反射率９８％の金膜をスパッタリング法で成膜したものを用いた。このグラニュラー薄膜が約５ｋＯｅでファラデー回転が飽和することは、グラニュラー薄膜だけを成膜して、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）で測定した結果から得た。こうして平面光波回路１１を作製した。【００７２】
この平面光波回路１１の接続部１７，１８に２芯光ファイバケーブル９２を接続した。２芯光ファイバケーブル９２は、２本の単芯光ファイバケーブルを樹脂シースで被覆したケーブルコードであり、単芯光ファイバケーブルは、ナイロン等の被覆材で被覆された直径９００μｍ程度の光ファイバ芯線である。この光ファイバ芯線から被覆材を除去した後の光ファイバとして、直径０．１２５ｍｍの偏波面保持光ファイバ１９，２０を有し、その偏波面保持光ファイバ１９，２０の外周にアクリル樹脂で被覆された直径２５０μｍのものを用いた。これら偏波面保持光ファイバ１９，２０は、図１０に示す接続構造部８６として、平面光波回路１１に接続した。【００７３】
平面光波回路１１の接続部１７，１８と、偏波面保持光ファイバ１９，２０との接続は、接着剤（屈折率整合されたＵＶ硬化型接着剤）を使用して行った。まず、出射用の偏波面保持光ファイバ２０の端部を平面光波回路１１の接続部１８に接続した。次に、入射用の偏波面保持光ファイバ１９を平面光波回路１１の接続部１７に接続した。このとき、入射用の偏波面保持光ファイバ１９を軸回転させ、出射用の偏波面保持光ファイバ２０の偏光保存軸に対して相対角度θが４５°になるようにして接続した。この接続時には、アクティブアライメント装置を用いた調心は行わなかった。こうして、磁気センサモジュール９０を作製した。【００７４】
＜挿入損失とファラデー回転角＞
表１のサンプル１〜３は、挿入損失が異なる３種の磁気センサモジュール９０である。図１１は、表１の結果をグラフに示したものである。このときの異なる挿入損失は、平面光波回路１１と光ファイバ（偏波面保持光ファイバ１９，２０）との接続の際に、意図してアライメント誤差を生じさせることによって得た。この実験では、アライメント誤差により起こる挿入損失の変化と、ファラデー回転角の変化との関係を調べることによって、どの程度までの挿入損失であれば、ファラデー回転角により変化する光を検出でき、磁気センサ素子としての機能を許容できるかを検証した。挿入損失の測定は、図５に示す測定系で行った。【００７５】
【表１】
2019066050.tif 000003
【００７６】
表１及び図１１に示すように、サンプル１では、挿入損失が６．８ｄＢであり、ファラデー回転角が１．１°（ｄｅｇ）であった。サンプル２では、挿入損失が７．３ｄＢであり、ファラデー回転角が１．０°（ｄｅｇ）であった。サンプル３では、挿入損失が１０．６ｄＢであり、ファラデー回転角が０．２°（ｄｅｇで表す。以下同じ。）であった。【００７７】
磁気センサモジュール９０の挿入損失の違いは、平面光波回路１１と接続構造部８６との接続の際に生じたアライメント誤差が大きな要因である。アライメント誤差が生じた場合、光ファイバ１９，２０と平面光波回路１１の光経路１３，１５のコアとにズレが生じて挿入損失が大きくなるとともに、コア間で生じる偏波依存による損失も大きくなる。本発明では、偏波面保持光ファイバ１９，２０の間に平面光波回路１１を挟み込んで構成する態様といえるので、こうした態様では、偏波面保持光ファイバ１９から出射された直線偏光が、平面光波回路１１の内部を空間とみなして偏光状態を保持した状態で伝搬できることが望まれる。また、その先の金属磁性体型光透過膜３０及び反射膜４０で発生するファラデー回転角を保持したまま、別の偏波面保持光ファイバ２０に保持した情報を出力伝搬させることが望まれる。しかしながら、平面光波回路１１の入射側接続部１７と出射側接続部１８とで偏波依存による損失が生じた場合、ファラデー回転により生じた光の強度変化分が偏波依存による損失分により相殺され、表１に示すように、ファラデー回転角が小さくなってしまう。【００７８】
＜磁界強度とファラデー回転角＞
図１２は、この実験で用いたサンプル１〜３について、金属磁性体型光透過膜３０の磁界強度とファラデー回転角との関係を示すグラフである。この実験で採用した金属磁性体型光透過膜３０は、形状異方性が強いことにより飽和磁化が高く（約５ｋＯｅでファラデー回転が飽和）、相当大きな磁界＝電流値の測定が可能となるといえる。この結果より、この実験で用いたサンプル１〜３について、金属磁性体型光透過膜３０は、１．１°のファラデー回転角を示すサンプル１や１．０°のファラデー回転角を示すサンプル２は、約−４ｋＯｅ〜＋４ｋＯｅの範囲の磁界強度とファラデー回転角との関係が直線的（リニア）であり、ファラデー回転角が磁界強度の変化に対応できることがわかるが、０．２°のファラデー回転角しか示さないサンプル３は、直線的な部分が僅かであり、ファラデー回転角が磁界強度の変化に対応しにくいことがわかる。なお、現実的には、インバータのようなスイッチングデバイスに生じる電流値は２００Ａｔｙｐであるので、磁界発生量として１００Ｏｅ程度と考えられる。この１００Ｏｅは、全体の１／５０程度の回転角、すなわち０．０２８ｄｅｇ程度となる。【００７９】
＜ファラデー回転角と光強度＞
ところで、本発明に係る磁気センサ素子１０の原理としては、Ｐ偏光及びＳ偏光それぞれの光強度の差分（下記数式１を参照）を用い、得られた直線近似領域における変化分が磁界強度と比例関係にあることに基づいて検出している。具体的には、図１３は、他の磁性材料（ガーネット等を含む）のデータを含むファラデー回転角と光強度変化との一般的な関係を示すグラフであり、符号ａはｓｉｎ２（θＦ＋π／４）で表されるＰ偏光強度変化であり、符号ｂはｃｏｓ２（θＦ＋π／４）で表されるＳ偏光強度変化である。図１３に示すように、Ｐ偏光及びＳ偏光それぞれの光強度の変化は、ファラデー回転に対して互いに相対して光強度が増減する関係となっている。【００８０】
（数１）
ｓｉｎ２（θＦ＋π／４）−ｃｏｓ２（θＦ＋π／４）【００８１】
図１４は、図１３に示すＳ偏光強度変からＰ偏光強度を差し引いて横軸をファラデー回転にして描いたグラフである。図１４のグラフからわかるように、直線近似できる領域は−１０°から＋１０°である。したがって、１．０°や１．１°のファラデー回転角を示すサンプル１，２は、直線近似できるリニア領域に含まれているので、ファラデー回転角と光強度との関係が１対１となり、検出精度の点で有利であることがわかる。【００８２】
＜挿入損失と光強度変化量＞
この実験の平面光波回路１１は、光分岐部１２（図１参照）を含むので、行き方向で光強度は５０％、損失３ｄＢとなり、帰り方向でさらに光強度５０％、損失３ｄＢとなり、トータル６ｄＢとなる。さらに、平面光波回路１１と接続構造部８６との２箇所の接続部１７，１８での接続損失として合計０．５ｄＢ程度が加算される。したがって、合計６．５ｄＢの損失が最低限の理想損失ということができる。実際には、他の損失が僅かに加わり、表１のサンプル１に示すように、挿入損失は６．８ｄＢであり、ファラデー回転角が１．１°であった。【００８３】
図１５は、磁気センサモジュールの挿入損失と光強度の変化量との関係を示すグラフである。この実験では、光源パワー２５ｍＷのＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）を用いているので、図５に示す測定システム全体の透過率が約２％であるので、得られる光強度は５００μＷとなる。さらに、上記したファラデー回転角０．０２８ｄｅｇにより変化する光の強度は、＋／−０．１％程度であることから、＋／−４００ｎＷの変化が得られることになる。【００８４】
ファラデー回転角により変化した光強度は、信号処理部内にあるアンプにより増幅されて信号復調されるが、実際には、ＰＤ（フォトダイオード）でその光の強度を受ける必要がある。これらのことから、光強度変化量が約１５０ｎＷ程度以上であれば、ＰＤ感度やノイズレベルを考慮して検出が可能となる。一方、それ未満になると、損失が８ｄＢを超えるようになって感度が低下し、計測が難しくなる。これらより、磁気センサモジュール９０において、図１５に示すように、平面光波回路１１の損失を８ｄＢ以下とすることが望ましいといえる。【００８５】
以上のように、本発明によれば、簡便に製造することができるとともに、平面光波回路１１の光の損失を極力低減することができる磁気センサ素子及び磁気センサ装置を提供することができる。特に本発明に係る磁気センサ素子１０は、平面光波回路１１を有するので、ねじりや曲げ等による外乱によっても平面光波回路内では偏波面が保持され易く、ファラデー回転により生じた位相変調を正確に伝搬することができる。そして、入射用光ファイバ１９と出射用光ファイバ２０とがいずれも偏波面保持光ファイバからなることが好ましく、それらが調心されて平面光波回路１１に接続されているので、平面光波回路内に波長板を設けなくてもよい。しかも、波長板を設けることによる損失を大幅に抑制することができ、例えば図１５に示すように、平面光波回路１１の損失を８ｄＢ以下とすることも可能になる。
【符号の説明】
【００８６】
１  磁気センサ装置
１０（１０Ａ，１０Ｂ）  磁気センサ素子
１１  平面光波回路（ＰＬＣ）
１１ａ  光導波路
１２  光分岐部
１３，１４，１５，１６  光経路
１７，１８  接続部
１９  入射用光ファイバ
２０  出射用光ファイバ
２１  コア
２２  クラッド
２３（２３ａ，２３ｂ）  応力付与部
２４  Ｓｌｏｗ軸
２５  Ｆａｓｔ軸
２６  被覆材
３０  金属磁性体型光透過膜
４０  反射膜
４１  基板
４２  溝
４３  蓋基材
４４  埋め込み用光ファイバ
４５  接着剤
４６ａ  下部クラッド層
４６ｂ  第１の上部クラッド層
４６ｃ  第２の上部クラッド層
４７  コア
４８  接着剤層【００８７】
５０  発光装置
５１  発光素子
５２  偏光子
５３  ハーフミラー
５４  光結合部
６０  受光装置
６２  λ／２板
６４  偏光分離素子（偏光分離ビームスプリッタ）
６５Ｐ  Ｐ偏光成分
６５Ｓ  Ｓ偏光成分
６６Ｐ，６６Ｓ  受光素子（フォトダイオード）
７０  信号処理部【００８８】
８１  ベース部材
８２  溝部
８３  蓋部材
８４  接着剤
８５  接着剤
８６  接続構造部
９０  磁気センサモジュール
９１，９１ａ，９１ｂ  樹脂ケース
９２  ２芯光ファイバケーブル
９３  分岐部
９４  単芯光ファイバケーブル
９５  接続端子部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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