(57)【要約】【課題】単一モードで光を導波させる場合においても感度を向上させることが可能な電界センサを提供する。【解決手段】直線偏光状態にあるレーザ光を光路Ａ１２を伝播する第１の伝播光と光路Ｂ１３を伝播する第２の伝播光とに分割するＢＳ（ビームスプリッタ）−Ａ３と、光路Ａ１２上に配置され、所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電界が印加されるＥＯ（電気光学）結晶５と、前記の電界が印加されたＥＯ結晶５により位相変調された第１の伝播光と第２の伝播光とを結合させるＢＳ−Ｂ４と、ＢＳ−Ｂ４により結号された光を検出するとともに電気信号に変換するＰＤ（光検出器）−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１とを設け、第１の伝播光と第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍となるように光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さを調整する。【選択図】図１
2005062009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、
直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、
所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、
前記第１の光路上に設けられ、前記電極から前記電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、
前記電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と前記第２の伝播光とを結合させる結合手段と、
前記結合された光を検出するとともに電気信号に変換する電気信号変換手段と
を備え、
前記第１の伝播光と前記第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍となるように前記第１の光路及び前記第２の光路の長さが調整されている
ことを特徴とする電界センサ。
【請求項２】
レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、
直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、
所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、
前記第１の光路上に設けられ、前記電極から前記電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、
前記電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と前記第２の伝播光とを結合させる結合手段と、
前記結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、該電気信号に対して差動増幅を行う増幅手段と
を備え、
前記第１の伝播光と前記第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と円周率の２分の１との和となるように前記第１の光路及び前記第２の光路の長さが調整されている
ことを特徴とする電界センサ。
【請求項３】
レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、
直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、
所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される第１及び第２の電極と、
前記第１の光路上に設けられ、前記第１の電極から前記電圧に基づいた第１の電界が印加される第１の電気光学結晶と、
前記第２の光路上に設けられ、前記第２の電極から前記第１の電界とは逆の相を有する第２の電界が印加される第２の電気光学結晶と、
前記第１の電界が印加された第１の電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と前記第２の電界が印加された第２の電気光学結晶において位相変調された第２の伝播光とを結合させる結合手段と、
前記結合された光を検出するとともに電気信号に変換する電気信号変換手段と
を備え、
前記第１の伝播光と前記第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍となるように前記第１の光路及び前記第２の光路の長さが調整されている
ことを特徴とする電界センサ。
【請求項４】
レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、
直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、
所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される第１及び第２の電極と、
前記第１の光路上に設けられ、前記第１の電極から前記電圧に基づいた第１の電界が印加される第１の電気光学結晶と、
前記第２の光路上に設けられ、前記第２の電極から前記第１の電界とは逆の相を有する第２の電界が印加される第２の電気光学結晶と、
前記第１の電界が印加された第１の電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と前記第２の電界が印加された第２の電気光学結晶において位相変調された第２の伝播光とを結合させる結合手段と、
前記結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、該電気信号に対して差動増幅を行う増幅手段と
を備え、
前記第１の伝播光と前記第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と円周率の２分の１との和となるように前記第１の光路及び前記第２の光路の長さが調整されている
ことを特徴とする電界センサ。
【請求項５】
レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、
直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、
データ列を所定の形式に変換するデータ列変換手段と、
該変換されたデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、
前記第１の光路上に設けられ、前記電極から前記電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、
前記電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と前記第２の伝播光とを結合させる結合手段と、
前記結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、該変換された電気信号に対して反転増幅を行うことにより前記所定の形式へ変換される前のデータ列を得る増幅手段と
を備え、
前記第１の伝播光と前記第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と１ビットあたりの位相差との和となるように前記第１の光路及び前記第２の光路の長さが調整されている
ことを特徴とする電界センサ。
【請求項６】
レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、
直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、
データ列を所定の形式に変換するデータ列変換手段と、
該変換されたデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、
前記第１の光路上に設けられ、前記電極から前記電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、
前記電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と前記第２の伝播光とを結合させる結合手段と、
前記結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、該変換された電気信号に対して差動増幅を行い、該差動増幅された電気信号に対して波形整形を行い、該波形整形された電気信号に対して反転増幅を行うことにより前記所定の形式へ変換される前のデータ列を得る増幅手段と
を備え、
前記第１の伝播光と前記第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と、円周率の２分の１と、１ビットあたりの位相差との和となるように前記第１の光路及び前記第２の光路の長さが調整されている
ことを特徴とする電界センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学（Electro Optic）結晶（以下、“ＥＯ結晶”とする）にレーザ光を照射し、これを検出することにより電界強度を測定する電界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界強度を測定する電界センサの一例としては、ＥＯ結晶を用いたものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。  
図１５は、上記のような電界センサ１００を示す図であり、レーザ光を発生させるＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）１０１と、ＱＷＰ（Quarter Wave Plate：１／４波長板）１０２と、ＥＯ結晶１０３と、ＥＯ結晶１０３を挟持し、測定されるべき電界（以下、適宜“被測定電界”とする）が存在する際に、これに起因してＥＯ結晶１０３に電界を印加する電極Ａ１０４及び電極Ｂ１０５と、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter：偏光ビームスプリッタ）１０６と、第１のＰＤ（Photo Detector：光検出器）−Ａ１０７と、第２のＰＤ−Ｂ１０８と、差動増幅器１０９とを有する。
【０００３】
上記の１００のような電界センサを用いて電界を測定するにあたっては、ＬＤ１０１から偏光状態が直線偏光状態にあるレーザ光が照射され、このレーザ光はＱＷＰ１０２によりその偏光状態が図１６に示すような円偏光状態に変換される。
【０００４】
偏光状態が変換されたレーザ光は、電極１０４及び１０５により電圧が印加されたＥＯ結晶１０３により偏光変調され、偏光変調されたレーザ光は、ＰＢＳ１０６によりＰ偏光（成分）とＳ偏光（成分）とに分離され、Ｐ偏光はＰＤ−Ａ１０７により受信され、電気信号に変換され、一方、Ｓ偏光はＰＤ−Ｂ１０８により受信され、電気信号に変換される。これらの電気信号は、差動増幅器１０９により差動増幅され、これに基づいて電界が測定される。
【特許文献１】特開２００１−３２４５２５号公報（第３頁から第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような電界センサ１００には以下に示すような解決すべき課題が存在する。  
このような電界センサ１００においては、上記の電極１０４と電極１０５とにより挟持されるＥＯ結晶１０３を薄くし、電極間隔を波長オーダにまで狭めることにより感度を向上させることが考えられるが、この場合、ＥＯ結晶１０３内を伝播するレーザ光の進行波モードを単一モードとすることが望ましい。
【０００６】
しかし、電界センサ１００では、被測定電界により生じた電圧を印加されたＥＯ結晶１０３内を伝播したレーザ光の復光変調を、２種類の独立した直線偏光成分（前記のＰ偏光成分及びＳ偏光成分）の変化から検出して電界を測定する構成としているため、ＥＯ結晶１０３内を伝播するレーザ光の進行波モードを単一モードとした場合には、復光変調の検出ができず、したがって電界測定が困難となる。
【０００７】
このような事情に鑑み、本発明は、単一モード光をＥＯ結晶内に導波させる場合においても感度を向上させることが可能な電界センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本発明は、レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、第１の光路上に設けられ、電極から電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と第２の伝播光とを結合させる結合手段と、結合された光を検出するとともに電気信号に変換する電気信号変換手段とを備え、第１の伝播光と第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍となるように第１の光路及び第２の光路の長さが調整されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の本発明は、レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、第１の光路上に設けられ、電極から電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と第２の伝播光とを結合させる結合手段と、結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、電気信号に対して差動増幅を行う増幅手段とを備え、第１の伝播光と第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と円周率の２分の１との和となるように第１の光路及び第２の光路の長さが調整されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の本発明は、レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される第１及び第２の電極と、第１の光路上に設けられ、第１の電極から電圧に基づいた第１の電界が印加される第１の電気光学結晶と、第２の光路上に設けられ、第２の電極から第１の電界とは逆の相を有する第２の電界が印加される第２の電気光学結晶と、第１の電界が印加された第１の電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と第２の電界が印加された第２の電気光学結晶において位相変調された第２の伝播光とを結合させる結合手段と、結合された光を検出するとともに電気信号に変換する電気信号変換手段とを備え、第１の伝播光と第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍となるように第１の光路及び第２の光路の長さが調整されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の本発明は、レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、所定のデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される第１及び第２の電極と、第１の光路上に設けられ、第１の電極から電圧に基づいた第１の電界が印加される第１の電気光学結晶と、第２の光路上に設けられ、第２の電極から第１の電界とは逆の相を有する第２の電界が印加される第２の電気光学結晶と、第１の電界が印加された第１の電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と第２の電界が印加された第２の電気光学結晶において位相変調された第２の伝播光とを結合させる結合手段と、結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、電気信号に対して差動増幅を行う増幅手段とを備え、第１の伝播光と第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と円周率の２分の１との和となるように第１の光路及び第２の光路の長さが調整されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項５に記載の本発明は、レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、データ列を所定の形式に変換するデータ列変換手段と、変換されたデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、第１の光路上に設けられ、電極から電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と第２の伝播光とを結合させる結合手段と、結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、変換された電気信号に対して反転増幅を行うことにより所定の形式へ変換される前のデータ列を得る増幅手段とを備え、第１の伝播光と第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と１ビットあたりの位相差との和となるように第１の光路及び第２の光路の長さが調整されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項６に記載の本発明は、レーザ光を用いて電界強度を測定する電界センサであって、直線偏光状態にあるレーザ光を第１の光路を伝播する第１の伝播光と第２の光路を伝播する第２の伝播光とに分割する分割手段と、データ列を所定の形式に変換するデータ列変換手段と、変換されたデータ列を有する電気信号に基づいた電圧が印加される電極と、第１の光路上に設けられ、電極から電圧に基づいた電界が印加される電気光学結晶と、電界が印加された電気光学結晶において位相変調された第１の伝播光と第２の伝播光とを結合させる結合手段と、結合された光を検出するとともに電気信号に変換し、変換された電気信号に対して差動増幅を行い、差動増幅された電気信号に対して波形整形を行い、波形整形された電気信号に対して反転増幅を行うことにより所定の形式へ変換される前のデータ列を得る増幅手段とを備え、第１の伝播光と第２の伝播光の間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と、円周率の２分の１と、１ビットあたりの位相差との和となるように第１の光路及び第２の光路の長さが調整されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電界センサは、光の偏光変調ではなく位相変調を利用するため、ＥＯ結晶内にはただ１つの直線偏光成分しか存在せず、ＥＯ結晶の幅が狭い場合においても、この光を単一モードで導波させることが可能となり、感度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いつつ本発明の電界センサについての説明を行う。  
なお、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。  
また、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る電界センサ１ａの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ａは、ＬＤ２と、第１のＢＳ（Beam Splitter：ビームスプリッタ）−Ａ３と、第２のＢＳ−Ｂ４と、ＥＯ結晶５と、ＥＯ結晶５を挟持し、測定されるべき電界（以下、適宜“被測定電界”とする）が存在する際に、これに起因してＥＯ結晶５に電界を印加する電極Ａ６及び電極Ｂ７と、第１のＰＤ−Ａ１０と、第２のＰＤ−Ｂ１１とを備え、ＢＳ−Ａ３とＢＳ−Ｂ４の間に第１の光路としての光路Ａ１２及び第２の光路としての光路Ｂ１３の２本の光路が設けられており、さらに、光路方向を変更するための鏡８及び９が設けられている。
【００１７】
また、電極Ａ６及び電極Ｂ７には、所定のデータ列｛ｍk｝を有する電気信号に基づいた電圧が印加される。
【００１８】
また、ＥＯ結晶５は、光路Ａ１２上に設けられており、電極Ａ６及びＢ７から前記の電圧に基づいた電界が印加される。
【００１９】
以下、上記の電界センサ１ａの動作を説明する。  
ＬＤ２から偏光状態が直線偏光状態にあるレーザ光が出射され、ＢＳ−Ａ３に入射される。レーザ光は、ＢＳ−Ａ３により光路Ａ１２を伝播する第１の伝播光と光路Ｂ１３を伝播する第２の伝播光とに分割される。
【００２０】
第１の伝播光はＥＯ結晶５に入射される。この入射光（第１の伝播光）の偏波面は図２に示すように、ＥＯ結晶５の電気的主軸のいずれかに対して平行である。
【００２１】
ＥＯ結晶５に入射した第１の伝播光は、前記のデータ列｛ｍk｝に基づいて、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）方式により位相変調される。位相変調された第１の伝播光は、ＢＳ−Ｂ４により光路Ｂ１３を伝播してきた第２の伝播光と結合される。
【００２２】
第１の伝播光と第２の伝播光は、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１により検出され、電気信号に変換される。
【００２３】
なお、上記の第１の伝播光と第２の伝播光との間には、位相差が生じ、この位相差が円周率と任意の整数との積の２倍、つまりδ＝２πｎ（δは位相差、πは円周率、ｎは任意の整数）である場合、ＰＤ−Ａ１０又はＰＤ−Ｂ１１から出力される電気信号は、前記の｛ｍk｝と一致する。上記の位相差δは光路の長さを調整することにより自由に変化させることが可能であり、光路Ａ１２及び光路Ｂ１３は、δ＝２πｎの式を満たすようにその長さが調整されている。
【００２４】
次に上記の２個のＰＤのうちのいずれか（本実施例においては、ＰＤ−Ｂ１１）から出力された電気信号に基づいて電界が測定される。
【００２５】
なお、ＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、電極Ａ６及び電極Ｂ７は、請求項に記載の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１は、請求項に記載の電気信号変換手段に含まれる。
【実施例２】
【００２６】
図３は、本発明の実施例２に係る電界センサ１ｂの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ｂは、差動増幅器１４を有し、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１からの出力信号に対して差動増幅を行う。
【００２７】
図１に示した電界センサ１ａは、δ＝２πｎの式を満たすように光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さが調整されている場合を示したが、本実施例においては、上記の第１の伝播光と第２の伝播光との間に生ずる位相差が円周率と任意の整数との積の２倍と円周率の２分の１の和、つまりδ＝π／２＋２πｎになるように光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さが調整されており、差動増幅器１４から出力される電気信号は、前記の｛ｍk｝と一致する。
【００２８】
この電界センサ１ｂと電界センサ１ａの相違点は、上記の点のみであり、その他の機能・構成等に変化はない。
【００２９】
なお、ＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、電極Ａ６及び電極Ｂ７は、請求項に記載の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０、ＰＤ−Ｂ１１及び差動増幅器１４は、請求項に記載の増幅手段に含まれる。
【実施例３】
【００３０】
図４は、本発明の実施例３に係る電界センサ１ｃの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ｃは、図１の電界センサ１ａに変更を加えた例であり、光路Ａ１２上に、第１のＥＯ結晶として、図１のＥＯ結晶５と同様のＥＯ結晶Ａ１５有し、さらに、光路Ｂ１３上に、第２のＥＯ結晶として、ＥＯ結晶Ｂ１８を備える。
【００３１】
電極Ａ１６及び電極Ｂ１７と、電極Ａ１９及び電極Ｂ２０には、データ列｛ｍk｝に基づいた電圧が印加される。
【００３２】
上記のＥＯ結晶Ａ１５は、電極Ａ１６及び電極Ｂ１７に挟持されており、これらの電極Ａ１６及び電極Ｂ１７から前記の電圧に基づいた電界（第１の電界）が印加され、第１の伝播光に対して位相変調を行う。
【００３３】
また、ＥＯ結晶Ｂ１８は、電極Ａ１９及び電極Ｂ２０により挟持され、これらの電極Ａ１９及び電極Ｂ２０から前記の電圧に基づいた電界（第２の電界）が印加される。この第２の電界は、前記の第１の電界とは逆の相を有する。
【００３４】
なお、光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さは、位相差がδ＝２πｎの式を満たすように調整されている。
【００３５】
電界センサ１ｃと電界センサ１ａの相違点は、上記の点のみであり、その他の機能・構成等に変化はない。
【００３６】
この電界センサ１ｃは、上記のような構成をとることにより、図１の電界センサ１ａと比べ、感度を２倍に増大させることができる。
【００３７】
なお、ＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、電極Ａ１６及び電極Ｂ１７は、請求項に記載の第１の電極に含まれ、電極Ａ１９及び電極Ｂ２０は、請求項に記載の第２の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１は、請求項に記載の電気信号変換手段に含まれる。
【実施例４】
【００３８】
図５は、本発明の実施例４に係る電界センサ１ｄの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ｄは、図４の電界センサ１ｃに変更を加えたものであり、差動増幅器１４を有し、光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さがδ＝π／２＋２πｎの式を満たすように調整されている。
【００３９】
この電界センサ１ｄと電界センサ１ｃの相違点は、上記の点のみであり、その他の機能・構成等に変化はない。
【００４０】
なお、ＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、電極Ａ１６及び電極Ｂ１７は、請求項に記載の第１の電極に含まれ、電極Ａ１９及び電極Ｂ２０は、請求項に記載の第２の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０、ＰＤ−Ｂ１１及び差動増幅器１４は、請求項に記載の増幅手段に含まれる。
【実施例５】
【００４１】
図６は、本発明の実施例５に係る電界センサ１ｅの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ｅは、図４の電界センサ１ｃに変更を加えたものであり、ＥＯ結晶Ａ１５とＢＳ−Ａ３との距離と、ＥＯ結晶Ｂ１８とＢＳ−Ａ３との距離とが等しく或いはほぼ等しくなるよう各構成要素が配置されている。これにより光路Ａ１２と光路Ｂ１３の長さを等しく或いはほぼ等しくすることができ、より安定した動作を実現することが可能となる。
【００４２】
なお、光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さは、位相差がδ＝２πｎの式を満たすように調整されている。
【００４３】
この電界センサ１ｅと電界センサ１ｃの相違点は、上記の点のみであり、その他の機能・構成等に変化はない。
【００４４】
なお、ＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、電極Ａ１６及び電極Ｂ１７は、請求項に記載の第１の電極に含まれ、電極Ａ１９及び電極Ｂ２０は、請求項に記載の第２の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１は、請求項に記載の電気信号変換手段に含まれる。
【実施例６】
【００４５】
図７は、本発明の実施例６に係る電界センサ１ｆの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ｆは、図６の電界センサ１ｅに変更を加えたものであり、差動増幅器１４を有し、光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さがδ＝π／２＋２πｎの式を満たすように調整されている。
【００４６】
この電界センサ１ｆと電界センサ１ｅの相違点は、上記の点のみであり、その他の機能・構成等に変化はない。
【００４７】
なお、ＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、電極Ａ１６及び電極Ｂ１７は、請求項に記載の第１の電極に含まれ、電極Ａ１９及び電極Ｂ２０は、請求項に記載の第２の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０、ＰＤ−Ｂ１１及び差動増幅器１４は、請求項に記載の増幅手段に含まれる。
【００４８】
図８は、前記の実施例１に係る電界センサにおける信号検出の原理を示す図である。図中のＡは、受信すべきデータ列｛ｍk｝であり、ここでは例として｛１，０，０，１，０，１，１，０｝としている。
【００４９】
図中のＢは、データ列｛ｍk｝によって位相変調された光の電界を表す。すなわち光の位相が“０  or  １”に対応してシフトしている。一般に位相シフト量φmodはデータ列｛ｍk｝の振幅に比例するが、本図では例としてφmod＝π／２としている。すなわち、ｍk＝０の時には光の位相は変化せず、ｍk＝１の時に光の位相がπ／２だけ変化する。
【００５０】
図中のＣは、光路Ｂ１３を伝播してきた光の電界である。ＢとＣに表された光、つまり第１の伝播光及び第２の伝播光はＢＳ−Ｂ４で結合し、ＰＤ−Ａ１０に入射する光の電界はＤで表される状態となる。したがって、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１の出力電気信号の其々は、ＥとＦで表されるので、ＰＤ−Ｂ１１の出力が｛ｍk｝と一致する。なお。図中のＩ0は光量又は出力電気信号の最大値を表す。
【００５１】
また、前記の実施例３、５に係る電界センサにおける信号検出の原理も、前記の実施例１の場合と同様である。異なるのは、ｍk＝１の場合には光路Ｂを伝播してきた光電界の位相が−φmodだけ変化する点である。したがって前記の実施例３においては、ｍk＝１の時に光路ＡとＢそれぞれを伝播してきた光に生じる相対位相差が前記の実施例１の場合に比べて２倍になるので、検出感度が向上することを除けば前記の実施例１の原理と同じである。
【００５２】
図９は、前記の実施例２に係る電界センサにおける信号検出の原理を示す図である。  
本図で示す原理と図８で示した原理との相違点は、２つの光路を経由した光電界の位相差がπ／２だけずれている点である。
【００５３】
図中のＡは、受信すべきデータ列｛ｍk｝であり、ここでは例として｛１，０，０，１，０，１，１，０｝としている。
【００５４】
図中のＢは、データ列｛ｍk｝によって位相変調された光の電界を表す。すなわち光の位相が、“０  or  １”に対応してシフトしている。一般に位相シフト量φmodはデータ列｛ｍk｝の振幅に比例するが、本図では例としてφmod＝π／２としている。すなわち、ｍk＝０の時には光の位相は変化せず、ｍk＝１の時に光の位相がπ／２だけ変化する。
【００５５】
図中のＣは、光路Ｂ１３を伝播してきた光の電界を表しており、図中Ｂのデータが“０”に対応する光電界に対して位相がπ／２だけシフトしている。
【００５６】
この場合、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１に入射する光量は、図中のＥ及びＦに示すように、０．５Ｉ0を中心に、データ列｛ｍk｝に基づいて互いに逆相で変化する。したがって図中のＧに示すように差動増幅を行うことで２倍の信号振幅を得る事ができる。
【００５７】
図９は前記の実施例２に係る電界センサにおける信号検出の原理を示す図であるが、前記の実施例４、６に係る電界センサにおける信号検出の原理も、前記の実施例２の場合と同様である。異なるのは、ｍk＝１の場合には光路Ｂを伝播してきた光電界の位相がさらに−φmodだけ変化する点である。したがって前記の実施例４においては、ｍk＝１の時に光路ＡとＢそれぞれを伝播してきた光に生じる相対位相差が前記の実施例２の場合に比べて２倍になるので、検出感度が向上することを除けば前記の実施例２の原理と同じである。
【実施例７】
【００５８】
図１０は、本発明の実施例７に係る電界センサ１ｇの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ｇは、図１の電界センサ１ａに変更を加えたものであり、さらに論理回路２１を有し、また、反転増幅器２２を備える。
【００５９】
電界センサ１ｇにおいては、データ列｛ｍk｝を含む電気信号は、論理回路２１によってＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）通信に適した所定の形式に則ったデータ列｛ｄk｝に変換された後に、電極Ａ６に印加される。なお、このＤＰＳＫ通信に関しては後述する。
【００６０】
また、電界センサ１ｇにおいては、第１の伝播光と第２の伝播光との間に生じる位相差δが円周率πと任意の整数ｎとの積の２倍と１ビットあたりの位相差φ1bit（データの１ｂｉｔに相当する位相差）との和、つまりδ＝φ1bit＋２πｎの式を満たすように光路Ａ１２及び光路Ｂ１３の長さが調整されている。
【００６１】
これにより、ＰＤ−Ａ１０又はＰＤ−Ｂ１１から出力される電気信号は、データ列｛ｍk｝が反転したものと一致する。したがって、反転増幅器２２により反転増幅を行うことにより、変換前のデータ列｛ｍk｝を得ることができる。
【００６２】
図１１は、前記のＤＰＳＫ方式を説明するための図である。  
図１１（ａ）は、データ列｛ｍk｝をＤＰＳＫ方式に適したデータ列｛ｄk｝に変換するにあたっての規則を示している。
【００６３】
また、図１１（ｂ）には、データ列｛ｍk｝によって変調を受けた伝播光の電界（通常のＰＳＫ方式）と、データ列｛ｄk｝によって変調を受けた伝播光の電界（ＤＰＳＫ方式）とを示す。どちらの場合も、ｂｉｔとして１が付与された場合に光の位相がφmodだけシフトする。一般に位相シフト量φmodはデータ列｛ｍk｝やデータ列｛ｄk｝の振幅に比例するが、本図ではφmod＝π／２の場合を例示している。
【００６４】
図１２は、電界センサ１ｇにおける信号検出の原理を示す図である。  
ＥＯ結晶で位相変調を受けた光は、図１０に示したように、２つの光路（光路Ａ１２及び光路Ｂ１３）に分離された後に再結合される。δ＝φ1bit＋２πｎの式を満たすように長さが調整された光路Ａ１２及び光路Ｂ１３を経由した光の電界は、其々図中のＣとＢのようになる。
【００６５】
この場合、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１の出力電気信号の波形は其々ＥとＦのようになる。したがって、ＰＤ−Ｂ１１の出力を反転増幅器に入力することにより、Ｇに示す波形を得ることができる。これは変換前のデータ列｛ｍk｝と一致する。
【００６６】
なお、図１０のＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、論理回路２１は、請求項に記載のデータ列変換手段に含まれ、電極Ａ６及び電極Ｂ７は、請求項に記載の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０、ＰＤ−Ｂ１１及び反転増幅器２２は、請求項に記載の増幅手段に含まれる。
【実施例８】
【００６７】
図１３は、本発明の実施例８に係る電界センサ１ｈの構成を示すブロック図である。  
電界センサ１ｈは、図１０の電界センサ１ｇに変更を加えたものであり、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１に接続された差動増幅器１４、差動増幅器１４に接続された波形整形回路２３及びこの波形整形回路２３に接続された反転増幅器２２をさらに備える。
【００６８】
また、電界センサ１ｈにおいては、第１の伝播光と第２の伝播光との間に生じる位相差（δ）が円周率（π）と任意の整数（ｎ）との積の２倍と、円周率（π）の２分の１と、１ビットあたりの位相差（φ1bit）との和、つまりδ＝φ1bit＋２πｎ＋π／２の式を満たすように光路Ａ１２及び光路Ｂ１の長さが調整されている。
【００６９】
さらに、差動増幅器１４によりＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１からの出力に対して差動信号検出が行われ、波形整形回路２３により差動増幅器１４からの出力信号に対して波形整形が行われ、反転増幅器２２により信号の正負が反転される。
【００７０】
図１４は、電界センサ１ｈにおける信号検出の原理を示す図である。  
本実施例においては、前記のとおり、δ＝φ1bit＋２πｎ＋π／２の式を満たすように遅延が設定されている。この場合、ＰＤ−Ａ１０及びＰＤ−Ｂ１１の出力電気信号の波形は其々図中のＥとＦのようになる。これらに対して、差動増幅器１４により差動演算が行われると、図中のＧに示す波形となり、これに対して電圧の絶対値のみを得る波形整形回路２３が用いられると、図中のＨに示す波形を得ることができる。さらに、反転増幅器２２により反転増幅が行われると、図中のＩに示す波形を得る。これは変換前のデータ列｛ｍk｝と一致する。
【００７１】
なお、図１３のＢＳ−Ａ３は、請求項に記載の分割手段に含まれ、論理回路２１は、請求項に記載のデータ列変換手段に含まれ、電極Ａ６及び電極Ｂ７は、請求項に記載の電極に含まれ、ＢＳ−Ｂ４は、請求項に記載の結合手段に含まれ、ＰＤ−Ａ１０、ＰＤ−Ｂ１１、差動増幅器１４、反転増幅器２２及び波形整形回路２３は、請求項に記載の増幅手段に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例１に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＥＯ結晶に入射する光の偏光状態を示す図である。
【図３】本発明の実施例２に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例３に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例４に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例５に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第６実施例に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図８】図１、図４及び図６の電界センサにおける信号検出の原理を説明するための図である。
【図９】図３、図５及び図７の電界センサにおける信号検出の原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例７に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図１１】ＤＰＳＫ方式を説明するための図である。
【図１２】図１０の電界センサにおける信号検出の原理を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例８に係る電界センサの構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３の電界センサにおける信号検出の原理を説明するための図である。
【図１５】従来の電界センサの構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５のＥＯ結晶に入射する光の偏光状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ    電界センサ
２    ＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）
３、４    ＢＳ（Beam Splitter：ビームスプリッタ）
５、１５、１８    ＥＯ（Electro Optic：電気光学）結晶
６、７、１６、１７、１９、２０    電極
８、９    鏡
１０、１１    ＰＤ（Photo Detector：光検出器）
１２、１３    光路
１４    差動増幅器
２１    論理回路
２２    反転増幅器
２３    波形整形回路
【図１】
2005062009.tif 000003
【図２】
2005062009.tif 000004
【図３】
2005062009.tif 000005
【図４】
2005062009.tif 000006
【図５】
2005062009.tif 000007
【図６】
2005062009.tif 000008
【図７】
2005062009.tif 000009
【図８】
2005062009.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005062009.tif 000012
【図１１】
2005062009.tif 000013
【図１２】
2005062009.tif 000014
【図１３】
2005062009.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005062009.tif 000017
【図１６】
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