(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子の電子スピンあるいは核スピンを利用した光ポンピング磁力計であって、
アルカリ金属原子群が内包されたセルと、
前記セルに、直線偏光成分を有するプローブ光を入射させるプローブ光光学系と、
前記プローブ光の偏光面の角度に変調を掛ける変調手段と、
前記セルを通過した前記プローブ光の偏光面の角度の変化を検出する検出器と、を備え、
前記検出器は、偏光分離素子と、該偏光分離素子で分離した成分同士の光強度の差を得るための差分回路と、を有し、
前記変調手段は、前記プローブ光の偏光面の角度に対して、前記偏光分離素子を全て通過する、あるいは前記偏光分離素子から全て反射される角度を中心として、相対的に６４°乃至１１６°の角度を有する２つの偏光面の角度に交互に切り替える矩形波状の変調が可能であることを特徴とする光ポンピング磁力計。
【請求項２】
前記矩形波状の変調は、相対的に９０°の角度を有する２つの偏光面の角度に交互に切り替える変調であることを特徴とする請求項１に記載の光ポンピング磁力計。
【請求項３】
磁場強度を測定する磁力測定方法であって、
アルカリ金属原子群が内包されたセルを準備する工程と、
前記セルに、直線偏光成分を有するプローブ光を入射させるプローブ光の入射工程と、
前記プローブ光の偏光面の角度に変調を掛ける変調工程と、
前記セルを通過した前記プローブ光の偏光面の角度の変化を検出する工程と、
を有し、
前記検出工程では偏光分離素子を用いて分離した成分同士の光強度の差分を計測し、
前記変調工程は、前記プローブ光の偏光面の角度に対して、前記偏光分離素子を全て通過する、あるいは前記偏光分離素子から全て反射される角度を中心として、相対的に６４°乃至１１６°の角度を有する２つの偏光面の角度に交互に切り替える矩形波状の変調を掛ける工程であることを特徴とする磁力測定方法。
【請求項４】
前記矩形波状の変調は、相対的に９０°の角度を有する２つの偏光面の角度に交互に切り替える変調であることを特徴とする請求項３に記載の磁力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ポンピング磁力計及び磁力測定方法に関し、具体的には原子の電子スピンあるいは核スピンを利用した光ポンピング磁力計及び磁力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ポンピング磁力計は、アルカリ金属ガスが内包されたセルと、ポンプ光用光源と、プローブ光用光源とを有し、微弱な磁場を検出できる磁力計として知られており、非特許文献１等にそれらの詳細が記載さている。
この光ポンピング磁力計は、ポンプ光によって偏極（光ポンピング）させられた原子集団のスピンが測定対象となる磁場を受けると回転するため、それをプローブ光の偏光面の回転として測定するものである。
また、非特許文献１では低周波領域でのノイズを低減するため、位相変調素子を用いて、プローブ光の偏光面に正弦波にて変調を掛ける方式が開示されている。非特許文献１では、上記方式とは別の方法として、磁場による偏光面の回転を偏光分離素子にてバランス検出することで光強度ノイズを低減する方法についても開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｓ．Ｊ．Ｓｅｌｔｚｅｒ．¨Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ａｌｋａｌｉ−Ｍｅｔａｌ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｒｙ、¨Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記非特許文献１のものにおいては、つぎのような課題を有している。
上記非特許文献１では、ノイズパワーが周波数の逆数で特徴付けられるノイズの影響を低減するために正弦波による変調駆動を行い、測定信号を高周波域にずらすことでノイズを分離低減している。
しかし、この測定方式ではプローブ光の光強度ノイズを低減できないという問題を有している。
上記非特許文献１では、別の方法としてプローブ光の光強度ノイズを低減する偏光測定方式として、偏光分離素子を用いた差分検出の例が示されている。
しかし、単純に２つを組み合わせ、正弦波変調により低周波域のノイズを分離低減しつつ、光強度ノイズをバランス検出により低減しようとするこの方法においても、つぎのような問題を有している。
すなわち、変調による振動によって偏光面の位置をバランス検出の角度からずらしてしまうために、光強度ノイズを低減しきれないこととなる。
なお、これらの課題の詳細な解析については、発明を実施する形態の説明の中で対比例として後述する。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、プローブ光の光強度ノイズを低減すると共に、低周波領域での周波数の逆数で特徴づけられるノイズを分離低減することが可能となる光ポンピング磁力計及び磁力測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光ポンピング磁力計は、原子の電子スピンあるいは核スピンを利用した光ポンピング磁力計であって、
アルカリ金属原子群が内包されたセルと、
前記セルに、直線偏光成分を有するプローブ光を入射させるプローブ光光学系と、
前記プローブ光の偏光面の角度に変調を掛ける変調手段と、
前記セルを通過した前記プローブ光の偏光面の角度の変化を検出する検出器と、を備え、
前記変調手段は、前記プローブ光の偏光面の角度に対する矩形波状の変調が可能であり、
前記検出器は、偏光分離素子と、該偏光分離素子で分離した成分同士の光強度の差を得るための差分回路と、を有することを特徴とする。
また、本発明の磁力測定方法は、磁場強度を測定する磁力測定方法であって、
アルカリ金属原子群が内包されたセルを準備する工程と、
前記セルに、直線偏光成分を有するプローブ光を入射させるプローブ光の入射工程と、
前記プローブ光の偏光面の角度に変調を掛ける変調工程と、
前記セルを通過した前記プローブ光の偏光面の角度の変化を検出する工程と、  を有し、
前記変調工程では前記プローブ光の偏光面の角度に対する矩形波状の変調を掛け、
前記検出工程では偏光分離素子を用いて分離した成分同士の光強度の差分を計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プローブ光の光強度ノイズを低減すると共に、低周波領域での周波数の逆数で特徴づけられるノイズを分離低減することが可能となる光ポンピング磁力計及び磁力測定方法を実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態における光ポンピング磁力計の構成例について説明する概念図。
【図２】本発明の実施例における光ポンピング磁力計の構成例について説明する模式的断面図。
【図３】本発明の実施形態の光ポンピング磁力計における直線偏光のプローブ光の偏光状態を示した模式図。
【図４】本発明の実施形態の偏光分離素子の透過ポートに配置されたフォトディテクタからの出力と、反射ポートに配置されたフォトディテクタからの出力の差分を黒線部により表した図。
【図５】図３に対応する対比例における直線偏光のプローブ光の偏光状態を示した模式図。
【図６】図４に対応する対比例における偏光分離素子の透過ポートに配置されたフォトディテクタからの出力と、反射ポートに配置されたフォトディテクタからの出力の差分を黒線部により表した図。
【図７】本発明の実施形態の光ポンピング磁力計において偏光分離素子として偏光ビームスプリッタを用いた場合について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態における原子の電子スピンあるいは核スピンを利用した光ポンピング磁力計の構成例について説明する。
本発明の実施形態における光ポンピング磁力計は、アルカリ金属原子群が内包されたセルと、該セルに直線偏光成分を有するプローブ光を入射させるプローブ光光学系を備える。
また、プローブ光の偏光面の角度に変調を掛ける変調手段と、該セルを通過した前記プローブ光の偏光面の角度の変化を検出する検出器と、を備える。
そして、前記変調手段により前記プローブ光の偏光面に矩形波状の変調を掛け、その偏光面の回転角を変更分離素子と差分回路を用いて前記検出器により検出することが可能に構成されている。
具体的には、図１に示すように、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属原子群（原子集団）が内包されたセル１０１を有する。
以下の説明では、アルカリ金属原子として、カリウム原子を用いた場合について説明する。
光ポンピング磁力計は更に、ポンプ光用光源１０２と、プローブ光用光源１０３と、偏光面変調系（変調手段）１０４と、偏光分離素子１０５と、フォトディテクタ１０６、１０７と差分回路１０８を有する。
ポンプ光用光源１０２から出射されるポンプ光１０９の偏光は円偏光である。
ポンプ光１０９は、光ポンピングによりセル１０１内のカリウム原子のスピンの方向を揃えスピン偏極する。
この際、ポンプ光１０９の波長は、カリウム原子のＤ１遷移波長にあわせておく。
スピン偏極した原子のスピンは、被測定磁場に応じたトルクを受けて歳差運動を行う。
プローブ光用光源１０３から出射され、セル１０１に入射されるプローブ光１１０の偏光は直線偏光である。
プローブ光用光源１０３より出射された光は偏光面変調系１０４を通過し、その偏光面に変調を受ける。
プローブ光の偏光面に対して変調を掛ける他の手段として、複数の互いに偏光の異なる直線偏光の光を交互に切り替えながらセル１０１にプローブ光１１０として入射させる方法もあり、偏光面変調系１０４が不要となるため偏光面の安定化の点で好適である。
【００１０】
これに対して、偏光面変調系１０４を用いる場合は、光源が一つで済むという点で好適である。
以下の説明では、偏光面変調系１０４を用いた場合について説明する。
セル１０１を通過したプローブ光１１０の偏光面は、スピンの歳差運動に応じて常磁性ファラデー回転する。偏光分離素子１０５に入射し、その偏光面に応じた強度にて反射と透過に分割される。
偏光分離素子１０５を透過した光はフォトディテクタ１０６にて、反射された光はフォトディテクタ１０７にて検出され、差分回路１０８にてその差分を測定する。
偏光分離素子１０５が理想的な偏光分離素子の場合、ある偏光面の回転角度で入射光は全て透過する。その角度をθ０＝０°とする。
このとき、その角度と９０°の角度を持つ偏光は全て偏光分離素子１０５の反射側から出力する。このとき、４５°あるいは−４５°の偏光面の角度を持って入射すると、透過と反射の強度が等しく分割される。
このとき、フォトディテクタ１０６、１０７の出力は等しいため、差分回路の出力は０になる。
このため、測定磁場が存在しない場合にθ０＝４５°あるいはθ０＝−４５°の角度を持つように、初期偏光面を調整しておく。これにより光強度ノイズ等のノイズは透過光側のフォトディテクタ１０６と反射側のフォトディテクタ１０７の出力と同じように影響し、差分回路の出力において打ち消しあうのでこれらを低減することができる。
【００１１】
次に、偏光面変調系１０４により偏光面に周波数ωｍｏｄで変調を掛け、被測定磁場として角周波数ωｓで振動する振動磁場を測定する場合を考える。
このとき差分回路の出力Ｖ（ｔ）は下記（式１）によって表される。
0005972006.tif 000002
【００１２】
ここで、Ｖ０は偏光角からの差動アンプの出力への変換係数、βは被測定磁場によって回転した原子のスピンによる偏光面の回転の振幅、θ０は偏光面変調系１０４入射前の初期偏光角、φｓは信号の位相を表している。
また、次の式はプローブ光１１０の偏光面に加える変調の関数を表している。
0005972006.tif 000003
【００１３】
αｍｏｄは変調の振幅を、ωｍｏｄは変調周波数を、φｍｏｄはその位相を表している。
変調信号として偏光面が４５°と−４５°を交互に取るような矩形波を入れた場合を考える。
すなわち、いずれの偏光状態においても磁場による偏光面の回転がゼロのときには偏光分離素子で、透過光と反射光の強度が等しく分割される偏光面の角度である。
この場合、次の式のように表すことができる。
0005972006.tif 000004
【００１４】
ここで、次の式は角周波数ωｍｏｄで振動する符号関数を表している。
0005972006.tif 000005
【００１５】
微小な測定磁場を計測するとき、β＜＜１として、（式１）は（式２）のように変形される。
0005972006.tif 000006
【００１６】
ここで、Ｖｓｉｎ，０、Ｖｃｏｓ，１は、次の（式３）のように表される。
0005972006.tif 000007
【００１７】
Ｊ０、Ｊ１は０次、１次のベッセル関数を表している。
Ｖｓｉｎ，０は変調による偏光面の振動を表し、Ｖｃｏｓ，１は被測定磁場に対する応答を表している。
θ０＝０°または９０°にとると、Ｖｓｉｎ，０は０になり、Ｖｃｏｓ，１は最大になる。
これは偏光分離素子１０４で光が分割され、フォトディテクタ１０６および１０７の出力の差分によって信号成分以外が差分されて消えていることを示している。
ここで偏光分離素子１０５が理想的な結晶でない場合、また光学配置の歪みなどでθ０＝４５°あるいはθ０＝―４５°でＤＣ成分が打ち消されずに残留する場合は、初期位相及び矩形波の振幅を微調整して、両者をバランスさせても構わない。
【００１８】
次に、測定時プローブ光が光強度ノイズを持って揺らぐことを考える。
このとき、（式２）でＶ０→Ｖ０（ｔ）と時間依存性を与えて、記述すればよい。周波数の逆数で特徴付けられるノイズのパワースペクトル成分を次のようにあらわすと、
0005972006.tif 000008
【００１９】
若干の計算によってβの下限βｍｉｎは次のようにあらわされる。
0005972006.tif 000009
【００２０】
以上の式における次の式はプローブ光の平均強度を表している。
0005972006.tif 000010
【００２１】
この実施形態では常にＤＣ成分が打ち消しあうバランス位置で動作するため光強度ノイズが低減されている。
ここで次に対比例として、変調関数が正弦波の場合を考察する。従来技術の組み合わせとして理解することのできる構成である、正弦波の場合、次の式のように表すことができる。
0005972006.tif 000011
【００２２】
出力Ｖ（ｔ）はｎ次のベッセル関数Ｊｎを用いると、下記（式４）のようになる。
0005972006.tif 000012
【００２３】
（式４）において、初期偏光角がθ０＝４５°またはθ０＝−４５°のとき、ここでもβ＜＜１の微小磁場を計測することを考慮して、βに関するベッセル関数の高次の項を無視している。
また、磁場が０で変調振幅のαｍｏｄ＝０ときに、差分回路の出力が打ち消しあってゼロになる配置である。下記（式５）のようになる。
0005972006.tif 000013
【００２４】
このとき、第二項、第三項で表される被測定対象磁場に対する応答が最大になっている。
このとき、第一項は正弦波変調に由来する偏光面の振動を表している。変調によって、光の偏光面がバランス位置からずれると光の強度ノイズが差分されずにノイズとして乗ってきてしまう。
このため、単純に光分離素子によるバランス検出と正弦波の変調を組み合わせても光強度ノイズの低減と、１／ｆノイズの低減の両方を同時に実現することはできない。この結果のβの下限βｍｉｎを計算すると次の式のように表されることが分かっている。
0005972006.tif 000014
【００２５】
また、ここで、本実施形態の構成に関し、図に従って定性的な説明を行っておく。
図３は、直線偏光のプローブ光の偏光状態を示した模式図である。
横軸と縦軸はそれぞれ、電界ベクトルのうちで、偏光分離素子１０５の透過方向の振幅と反射方向の振幅を表している。
●は、測定磁場がゼロのときに、θ＝π／４とθ＝−π／４との間で矩形波の偏光角の変調を印加したときに周期的に切り替わる２つの偏光状態を表す。
偏光分離素子１０５の透過ポートに配置されたフォトディテクタ１０６からの出力は、偏光角θに対して、Ｖ０ｃｏｓ２θとなり、反射ポートに配置されたフォトディテクタ１０７からの出力は、偏光角θに対して、Ｖ０ｓｉｎ２θとなる。前者と後者の差分を表したものが  図４の実線である。
一方、点線は光強度の変化に伴って、フォトディテクタ１０６およびフォトディテクタ１０７からの出力の差が変動している様子を表している。
偏光角θに対する出力が（Ｖ０＋δＶ）ｃｏｓ２θおよび（Ｖ０−δＶ）ｃｏｓ２θとなっている状況を図４の点線によって示している。
●で示した２つの点は光強度ノイズの変動にかかわらず一定である。矩形波変調を用いて微小磁場を計測する際、この点を交互に行き来しながら測定する。このため、光強度ノイズの影響は低減されている。
【００２６】
図５、図６を参照しながら、θ０＝π／４として、振幅αで変調を加えている状況を考える。これは本願に対する対比例１の状況である。
図５、図６の示す内容は、それぞれ  図３、図４に対応している。変調によって図４の２点の●の間を往復する。
この変調に必要とされる振幅は、微小磁場による偏光面の回転角に比べてずっと大きな角度である。
そのため、差分測定を行ったとしてもほとんどの時間、○の点以外の強度ノイズの影響を受ける領域で測定することになる。このため、光強度ノイズの影響は避けられない。
また、この矩形波を用いた変調では差分検出により光強度ノイズは低減されているため、変調周波数を光強度ノイズのスペクトルに関わらず選ぶことができる。このため、システムノイズの小さい周波数領域を選ぶことでセンサノイズのさらなる低減を図ることができる。
【００２７】
つぎに、矩形波変調の振幅が４５°から、若干ずれた場合を考える。振幅が微小量δαだけずれたとすると、（式２）は次の（式６）のようになる。
0005972006.tif 000015
【００２８】
ここで、Ｖｎｏｍｏｄは次の（式７）のようになる。
0005972006.tif 000016
【００２９】
また、Ｖｓｉｎ，０、Ｖｃｏｓ，１は先の（式３）のように表される。
被測定磁場に対する応答は、Ｖｃｏｓ，１で表されている。（式６）は振幅が９０°からδαだけずれた場合、被測定磁場に対する応答が、ｃｏｓ（２δα）だけ小さくなることを示している。これは、磁場に対する応答の一部が変調されずに元の帯域に残ってしまうことによる。それは、Ｖｎｏｍｏｄで表される。
【００３０】
振幅４５°からのずれδαの大きさが、ｃｏｓ２δα＝０．９となる１３度以下であれば、被測定磁場に対する応答の低下は１０％までで抑えられるので好ましい。
片側で１３度のずれであるとすれば、すなわち、変調の角度としては、相対的に６４°乃至１１６°の範囲内であることが好ましい。
【００３１】
また、本実施の形態においては、つぎのような方法による磁場強度を測定する磁力測定方法を実現することができる。
すなわち、アルカリ金属原子群が内包されたセルを準備し、セルに、直線偏光成分を有するプローブ光を入射させる。
そして、プローブ光の偏光面の角度に変調を掛け、該セルを通過した前記プローブ光の偏光面の角度の変化を検出する。
その際、プローブ光の偏光面の角度に対する矩形波状の変調を掛け、偏光分離素子を用いて分離した成分同士の光強度の差分を計測するようにした磁力測定方法を実現することができる。
【実施例】
【００３２】
以下に、本発明を適用した実施例について説明する。
本実施例として、本発明を適用した光ポンピング磁力計の構成例について、図２を用いて説明する。
本実施例の光ポンピング磁力計は、カリウム（Ｋ）が内包されたセル２０１と、ポンプ光用光源２０２と、プローブ光用光源２０３と、直線偏光子２０４，２０５と、電気光学位相変調素子２０６を備える。
また、４分の１波長板２０７，２０８と、２分の１波長板２０９と、偏光分離素子２１０と、フォトディテクタ２１１，２１２と、差分回路２１３と、ロックインアンプ２１４と、任意波形発生器２１５を備える。
更に、恒温断熱槽２２１と、３軸ヘルムホルツコイル２２２と光学窓２２３，２２４，２２５と光ターミネータ２２６を備える。
【００３３】
本実施例のセルの具体的構成について説明する。
本実施例のセル２０１は、ガラスなどプローブ光やポンプ光に対して透明な材料から構成されている。
セル２０１内にはアルカリ金属原子としてカリウム（Ｋ）を封じており、気密となっている。
また、その他にバッファガス及びクエンチャガスとして、ヘリウム（Ｈｅ）と窒素（Ｎ２）とを封入しておく。
バッファガスは偏極アルカリ金属原子の拡散を抑えるので、セル壁との衝突によるスピン緩和を抑制し偏極率を高めるために有効である。
また、Ｎ２ガスは励起状態にあるＫからエネルギーを奪い、蛍光を抑えるクエンチャガスであり、光ポンピングの効率を上げるために有効である。
Ｋ原子は自原子同士、及びＨｅ原子との衝突によるスピン偏極破壊における散乱断面積がアルカリ金属原子の中で最も小さい。
そのため、緩和時間が長く信号強度の強い磁気センサを作るためのアルカリ金属としては、カリウムが好ましい。
【００３４】
本実施例の恒温断熱槽の具体的構成について説明する。
セル２０１の周囲には恒温断熱槽２２１が設置されている。
測定時には、セル２０１内のアルカリ金属ガスの密度を高めるために、セル２０１を最高摂氏２００度程度まで加熱する。
加熱方式としては、恒温断熱槽２２１に加熱された不活性な気体を外部から流し込み、セル２０１を加熱する。この熱が外に逃げないようにする役割を恒温断熱槽２２１は担っている。
恒温断熱槽２２１には、プローブ光２１６の光路上に光学窓２２３、２２４が設置され、ポンプ光２１７の光路上に光学窓２２５が設置され、ポンプ光２１７、プローブ光２１６の光路を確保している。
また、セル２０１通過後のポンプ光２１７の光路には光ターミネータ２２６が配置され終端処理を行っている。
【００３５】
本実施例の３軸ヘルムホルツコイルの具体的構成について説明する。
恒温断熱槽２２１の周囲には、３軸ヘルムホルツコイル２２２が不図示の磁気シールド内に設置されている。
この磁気シールドは外部環境から侵入する磁場を低減している。３軸ヘルムホルツコイル２２２はセル２０１周囲の磁場環境を操作するために用いられる。
セル２０１周囲の磁場環境を、測定周波数とラーモア周波数が一致し共鳴するようにポンプ光と同じ方向（図中ｚ方向）のバイアス磁場が印加される。
また、その他の方向（図中ｘ方向及びｙ方向）には残留磁場が打ち消され磁場が掛かっていないという環境にするために使用する。
また、磁場の不均一を補正するために更にシムコイルを追加しても良い。
【００３６】
本実施例のポンプ光源の具体的構成について説明する。
ポンプ光用光源２０２から出射されるポンプ光２１７の波長はＫ原子のＤ１遷移共鳴に合わせる。
このポンプ光の偏光は、直線偏光子２０４により直線偏光に成形された後、４分の１波長板２０７によって円偏光に変換される。この際、右回り円偏光と左回り円偏光のどちらに変換しても良い。
【００３７】
本実施例のプローブ光源の具体的構成について説明する。
プローブ光用光源２０３から出射されるプローブ光２１６の波長は信号応答が最大になるようカリウム原子のＤ１遷移共鳴から数ＧＨｚ程度離調をとる。
信号応答を最大にする離調の値はセル２０１のバッファガス圧及び温度に依存する。
プローブ光２１６の偏光は、直線偏光子２０５により直線偏光になる。
【００３８】
本実施例の偏光変調系の具体的構成について説明する。
任意波形発生器２１５により電気光学位相変調素子２０６に電圧を印加すると、その電圧に比例して、結晶の複屈折率が変化する。
この複屈折率の変化はこの結晶を透過する光に対して、位相差の変化をもたらし、その偏光状態が変化する。
直線偏光の偏光状態で入射したプローブ光２１６は電気光学位相変調素子２０６に印加された電圧に応じて位相差が変化し、楕円偏光状態になる。
この位相差の変化は、電気光学位相変調素子２０６及び、その後透過する４分の１波長板２０８をその結晶軸方向を軸として、それぞれ適切な角度回転させることにより、直線偏光面の回転に変換される。
この結果、電気位相変調素子２０６に矩形波状の電圧を印加すると、プローブ光２１６の偏光面が矩形波状に振動する。
この振動の振幅は電気位相変調素子２０６に対する印加電圧に比例するため、全振幅が９０°になるような適切な電圧をかける。
この矩形波の繰り返し周波数は１ｋＨｚ以上が好ましい。この他にもファラデー効果を用いて磁場により偏波面を変調する方式が考えられる。この際には、偏波面の変調に用いる変動磁場が磁気計測に及ぼす影響を低減するため、変調器を遠ざける、シールドするなどの処置が望ましい。
【００３９】
本実施例の偏光測定系の具体的構成について説明する。
偏光測定系は、２分の１波長板２０９と偏光分離素子２１０と、フォトディテクタ２１１、２１２と差分回路２１３とロックインアンプ２１４により構成される。
偏光分離素子２１０は入射する光の偏光角θに応じてｃｏｓ２θ：ｓｉｎ２θの強度比を持つ２本の光に分割する。
ここでは、入射光がすべて透過する偏光状態をθ＝０°と基準にしている。
２本に分割されたそれぞれの光の強度をフォトディテクタ２１１と２１２にて測定し、その出力の差を差分回路２１３で読み出す。
θ＝４５°またはθ＝−４５°の偏光角を持って偏光分離素子２１０に入射すると、等しい強度に分離され、差分回路２１３での出力は０になる。
被測定磁場が存在しないとき、プローブ光２１６の偏光面は全振幅９０°にて矩形波状に振動している。
２分の１波長板２０９をその結晶軸方向を回転軸として回転させ、θ＝４５°とθ＝−４５°を交互に取るようにプローブ光２１６の偏光面を回転させる。これにより、プローブ光２１６は偏光分離素子２１０により常に等しい光強度に分割されるため、差動回路２１３での出力は０になる。
【００４０】
次に、被測定磁場が存在する場合を考える。
セル２１０を通過し被測定磁場を偏光面の回転として読み取ったプローブ光２１６は、偏光分離素子２１０により分割され、その強度をそれぞれフォトディテクタ２１１、２１２にて測定される。
その出力の差を差動回路２１３で読み出しロックインアンプ２１４にてロックイン検出を行う。復調には任意波形発生器２１５にて電気光学位相変調素子２０６に印加している変調信号を利用する。
【符号の説明】
【００４１】
１０１：セル
１０２：ポンプ光用光源
１０３：プローブ光用光源
１０４：偏光面変調系
１０５：偏光分離素子
１０６：フォトディテクタ
１０７：フォトディテクタ
１０８：差分回路
１０９：ポンプ光
１１０：プローブ光
【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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