(57)【要約】【課題】センサヘッド部の変位による検出感度の低下を抑制する。【解決手段】光源２００から出射した直線偏光ビームを分波器２０２により２つに分波する。分波した一方の直線偏光ビームを第１の偏波保持ファイバ３によってセンサヘッド部１の電気光学結晶１０１に伝送し、直線偏光ビームの位相を被測定電界によって変調させる。位相変調された直線偏光ビームを第２の偏波保持ファイバ４によって信号処理部２に伝送する。信号処理部２の合波器２０８により、位相変調された直線偏光ビームを分波した他方の直線偏光ビームと結合して強度変調光に変換した後、光検出器２１１，２１２によって光電変換する。【選択図】  図１
2005201819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶を備えるセンサヘッド部と、
このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、
この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させる第１の偏波保持ファイバと、
前記電気光学結晶中を伝搬して前記電気光学結晶の第１面と対向する第２面から出射した光を前記信号処理部に伝送する第２の偏波保持ファイバとを有し、
前記信号処理部は、
直線偏光ビームを放射する光源と、
この光源から出射した光を２つに分波して、分波した一方の光を前記第１の偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させる分波器と、
前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光と前記分波器によって分波された他方の光とを重ね合わせる合波器と、
この合波器の一方の光出力を光電変換する第１の光検出器と、
前記合波器の他方の光出力を光電変換する第２の光検出器と、
前記第１の光検出器の出力電気信号と前記第２の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理器と、
前記分波器と前記合波器との間に設けられ、前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅器の出力電気信号の直流成分が零となるように、前記分波された他方の光の遅延量を調整する遅延調整器とを備えるものであり、
前記第１の偏波保持ファイバまたは第２の偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光であることを特徴とする電界センサ。
【請求項２】
請求項１記載の電界センサにおいて、
前記分波器と前記遅延調整器との間、および前記遅延調整器と前記合波器との間をそれぞれ光ファイバで接続し、
さらに、前記遅延調整器と前記合波器との間に、前記合波器に入射する光ビームを直線偏光ビームに変換する偏光調整器と偏光子を備えることを特徴とする電界センサ。
【請求項３】
電気光学結晶および前記電気光学結晶の入射面である第１面と対向する第２面に形成された誘電体鏡を備えるセンサヘッド部と、
このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、
この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させると共に、前記電気光学結晶中を伝搬して前記誘電体鏡で反射された後に前記電気光学結晶中を入射経路と逆に伝搬して前記第１面から出射した光を前記信号処理部に伝送する偏波保持ファイバとを有し、
前記信号処理部は、
直線偏光ビームを放射する光源と、
この光源から出射した光を２つに分波する分波器と、
第１の端子に入射した前記分波された一方の光を第２の端子から送出して前記偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させると共に、前記センサヘッド部から前記偏波保持ファイバにより伝送され前記第２の端子に入射した光を第３の端子に送出するサーキュレータと、
このサーキュレータの第３の端子から出射した光と前記分波器によって分波された他方の光とを重ね合わせる合波器と、
この合波器の一方の光出力を光電変換する第１の光検出器と、
前記合波器の他方の光出力を光電変換する第２の光検出器と、
前記第１の光検出器の出力電気信号と前記第２の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理器と、
前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅器の出力電気信号の直流成分が零となるように、前記分波された他方の光の遅延量を調整する遅延調整器とを備えるものであり、
前記偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光であることを特徴とする電界センサ。
【請求項４】
請求項１記載の電界センサにおいて、
前記電気光学結晶の第１面および第２面と異なる第３面に金属プローブが取り付けられていることを特徴とする電界センサ。
【請求項５】
請求項３記載の電界センサにおいて、
前記誘電体鏡の表面に金属プローブが取り付けられていることを特徴とする電界センサ。
【請求項６】
請求項１または３記載の電界センサにおいて、
前記合波器は、
前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光または前記サーキュレータの第３の端子から出射した光が入射する第１の偏光調整器と、
この第１の偏光調整器を通過した光が入射する第１の偏光板と、
前記分波器によって分波された他方の光が入射する第２の偏光調整器と、
この第２の偏光調整器を通過した光が入射する第２の偏光板と、
前記第１の偏光板を通過した光と第２の偏光板を通過した光とを重ね合わせるビームスプリッタとを備えることを特徴とする電界センサ。
【請求項７】
請求項６記載の電界センサにおいて、
前記偏光調整器は、１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせて使用したものであるか、１／４波長板のみを使用したものであるか、あるいは１／２波長板のみを使用したものであるかのいずれかであることを特徴とする電界センサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電界センサにおいて、
前記差動増幅器の出力電気信号から直流成分を抽出するローパスフィルタと、
このローパスフィルタによって抽出された直流成分が零になるように、前記遅延調整器の遅延量を制御するフィードバック回路とを有することを特徴とする電界センサ。
【請求項９】
電気光学結晶を備えるセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させる第１の偏波保持ファイバと、前記電気光学結晶中を伝搬して前記電気光学結晶の第１面と対向する第２面から出射した光を前記信号処理部に伝送する第２の偏波保持ファイバとを有する電界センサを用いて被測定電界を検出する電界検出方法であって、
前記信号処理部の光源から出射した直線偏光ビームを２つに分波する分波手順と、
前記分波された一方の光を前記第１の偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させると共に、前記電気光学結晶の第２面から出射した光を前記第２の偏波保持ファイバにより前記信号処理部へ伝送させる伝送手順と、
前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光と前記分波された他方の光とを重ね合わせる合波手順と、
前記合波手順によって得られた一方の光出力を光電変換する第１の光検出手順と、
前記合波手順によって得られた他方の光出力を光電変換する第２の光検出手順と、
前記第１の光検出手順の出力電気信号と前記第２の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、
この差動増幅手順の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理手順とを備え、
前記第１の偏波保持ファイバまたは第２の偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光であり、
前記分波された他方の光は、前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅手順の出力電気信号の直流成分が零となるように、遅延量が予め調整されていることを特徴とする電界検出方法。
【請求項１０】
電気光学結晶および前記電気光学結晶の入射面である第１面と対向する第２面に形成された誘電体鏡を備えるセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させると共に、前記電気光学結晶中を伝搬して前記誘電体鏡で反射された後に前記電気光学結晶中を入射経路と逆に伝搬して前記第１面から出射した光を前記信号処理部に伝送する偏波保持ファイバとを有する電界センサを用いて被測定電界を検出する電界検出方法であって、
前記信号処理部の光源から出射した直線偏光ビームを２つに分波する分波手順と、
前記信号処理部のサーキュレータの第１の端子に入射した前記分波された一方の光を第２の端子から送出して前記偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させると共に、前記センサヘッド部から前記偏波保持ファイバにより伝送され前記第２の端子に入射した光を第３の端子に送出する伝送手順と、
このサーキュレータの第３の端子から出射した光と前記分波された他方の光とを重ね合わせる合波手順と、
前記合波手順によって得られた一方の光出力を光電変換する第１の光検出手順と、
前記合波手順によって得られた他方の光出力を光電変換する第２の光検出手順と、
前記第１の光検出手順の出力電気信号と前記第２の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、
この差動増幅手順の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理手順とを備え、
前記偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光であり、
前記分波された他方の光は、前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅手順の出力電気信号の直流成分が零となるように、遅延量が予め調整されていることを特徴とする電界検出方法。
【請求項１１】
請求項９記載の電界検出方法において、
前記電気光学結晶の第１面および第２面と異なる第３面に金属プローブを取り付けることを特徴とする電界検出方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の電界センサにおいて、
前記誘電体鏡の表面に金属プローブを取り付けることを特徴とする電界検出方法。
【請求項１３】
請求項９または１０記載の電界検出方法において、
前記合波手順は、
前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光または前記サーキュレータの第３の端子から出射した光の強度を調整する第１の調整手順と、
前記分波器によって分波された他方の光の強度を調整する第２の調整手順と、
前記第１の調整手順によって強度調整された光と前記第２の調整手順によって強度調整された光とを重ね合わせる手順とを含むことを特徴とする電界検出方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の電界検出方法において、
前記被測定電界が印加された状態において前記差動増幅手順の出力電気信号から直流成分を抽出する低域ろ波手順と、
前記抽出された直流成分が零になるように前記遅延量を制御するフィードバック手順とを備えることを特徴とする電界検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電界が印加されている電気光学結晶に光を入射させ、この電気光学結晶から出射された光を検出することにより交流信号を得る電界センサおよび電界検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流電界を検出するセンサの１例として、電気光学結晶を用いた電界センサがある（例えば特許文献１〜特許文献３参照）。
図８は、従来の電界センサの１構成例を示すブロック図である。図８の電界センサは、電気光学（Electro-Optic ）結晶を備えるセンサヘッド部１１と、センサヘッド部１１の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部１２と、センサヘッド部１１と信号処理部１２とを接続する光ファイバ１３とからなる。
【０００３】
図８の電界センサでは、光源１２００を出射した光ビームは、偏光ビームスプリッタ（Polarizing-Beam Splitter；PBS ）１２０１，１２０４、ファラデー回転子（Faraday Rotator；FR ）１２０２、１／２波長板（Half-Wave Plate；HWP）１２０３，１２０６、１／４波長板（Quarter-Wave Plate；QWP ）１２０５およびレンズ１２０７などで構成された偏光検出系を透過した後、光ファイバ１３によってセンサヘッド部１１に伝送される。センサヘッド部１１で空間に出射した光ビームは、レンズ１１００によって平行光に変換され、ＥＯ結晶１１０１に入射する。光ビームはＥＯ結晶１１０１の端面に形成された誘電体鏡１１０２で反射され、ＥＯ結晶１１０１内を逆行する。
【０００４】
被測定電界は、誘電体鏡１１０２を通してＥＯ結晶１１０１内に進入することが可能である。ＥＯ結晶１１０１に被測定電界が印加されると、ＥＯ結晶１１０１の複屈折率が変化するため、ＥＯ結晶１１０１内を伝播する光は偏光変調を受ける。偏光変調された光ビームは、レンズ１１００によって集光されて再び光ファイバ１３に入射し、信号処理部１２の偏光検出系により強度変調光に変換された後に、光検出器（Photo Detector；PD）１２０８，１２０９で検出される。差動増幅器１２１０は、ＰＤ１２０８と１２０９の出力電気信号を差動増幅し、信号処理器１２１１は、差動増幅器１２１０の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する。
【０００５】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開２００１−０５０９０８号公報
【特許文献２】特開２００３−０１４８０１号公報
【特許文献３】特開２０００−１７１４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８に示した従来の電界センサにおいて、センサヘッド部１１と信号処理部１２とは、光ファイバ１３により接続されている。ここで、センサヘッド部１１の変位により光ファイバ１３に応力が加わると、光ファイバ１３を伝播する光の偏光状態が変化する。このため、従来の電界センサでは、センサヘッド部１１の変位により、ＥＯ結晶１１０１に入射する光の偏光状態と信号処理部１２の偏光検出系に入射する光の偏光状態が変化するため、センサヘッド部１１を動かすと、検出感度が低下するという問題点があった。
偏光状態を保持するという観点からは、偏波保持ファイバを利用することが考えられるが、その偏波保持機能は直線偏光に対してのみ有効であり、楕円偏光を伝播する必要がある図８の構成の電界センサにおいては、偏波保持ファイバを利用しても無効である。
【０００７】
また、上記の問題点を解決するため、図９に示したように、ＰＢＳ１１０４，１１０７、ＦＲ１１０５、ＨＷＰ１１０６，１１０９，ＱＷＰ１１０８およびレンズ１１１０，１１１１からなる偏光素子をセンサヘッド部１１ａ内に集積した電界センサが提案されている。一般に、このような電界センサにおいては、センサヘッド部１１ａに伝播される光は直線偏光であるので、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）１４を利用することにより、応力による偏光変化を避けることが可能である。しかし、図９に示した電界センサでは、センサヘッド部１１ａ内に複数の光学部品を配置する必要があるため、センサヘッド部１１ａが大きくなり、被測定電界に大きな擾乱を与えてしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、センサヘッド部内のＥＯ結晶から出射した光信号をファイバで信号処理部に伝送する構成の電界センサにおいて、センサヘッド部の変位による検出感度の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電界センサは、電気光学結晶を備えるセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させる第１の偏波保持ファイバと、前記電気光学結晶中を伝搬して前記電気光学結晶の第１面と対向する第２面から出射した光を前記信号処理部に伝送する第２の偏波保持ファイバとを有し、前記信号処理部は、直線偏光ビームを放射する光源と、この光源から出射した光を２つに分波して、分波した一方の光を前記第１の偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させる分波器と、前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光と前記分波器によって分波された他方の光とを重ね合わせる合波器と、この合波器の一方の光出力を光電変換する第１の光検出器と、前記合波器の他方の光出力を光電変換する第２の光検出器と、前記第１の光検出器の出力電気信号と前記第２の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、この差動増幅器の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理器と、前記分波器と前記合波器との間に設けられ、前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅器の出力電気信号の直流成分が零となるように、前記分波された他方の光の遅延量を調整する遅延調整器とを備えるものであり、前記第１の偏波保持ファイバまたは第２の偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光である。
また、本発明の電界センサの１構成例は、前記分波器と前記遅延調整器との間、および前記遅延調整器と前記合波器との間をそれぞれ光ファイバで接続し、さらに、前記遅延調整器と前記合波器との間に、前記合波器に入射する光ビームを直線偏光ビームに変換する偏光調整器と偏光子を備えるものである。
【００１０】
また、本発明の電界センサは、電気光学結晶および前記電気光学結晶の入射面である第１面と対向する第２面に形成された誘電体鏡を備えるセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させると共に、前記電気光学結晶中を伝搬して前記誘電体鏡で反射された後に前記電気光学結晶中を入射経路と逆に伝搬して前記第１面から出射した光を前記信号処理部に伝送する偏波保持ファイバとを有し、前記信号処理部は、直線偏光ビームを放射する光源と、この光源から出射した光を２つに分波する分波器と、第１の端子に入射した前記分波された一方の光を第２の端子から送出して前記偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させると共に、前記センサヘッド部から前記偏波保持ファイバにより伝送され前記第２の端子に入射した光を第３の端子に送出するサーキュレータと、このサーキュレータの第３の端子から出射した光と前記分波器によって分波された他方の光とを重ね合わせる合波器と、この合波器の一方の光出力を光電変換する第１の光検出器と、前記合波器の他方の光出力を光電変換する第２の光検出器と、前記第１の光検出器の出力電気信号と前記第２の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、この差動増幅器の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理器と、前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅器の出力電気信号の直流成分が零となるように、前記分波された他方の光の遅延量を調整する遅延調整器とを備えるものであり、前記偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光である。
【００１１】
また、本発明の電界センサの１構成例は、前記電気光学結晶の第１面および第２面と異なる第３面に金属プローブが取り付けられたものである。
また、本発明の電界センサの１構成例は、前記誘電体鏡の表面に金属プローブが取り付けられたものである。
また、本発明の電界センサの１構成例において、前記合波器は、前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光または前記サーキュレータの第３の端子から出射した光が入射する第１の偏光調整器と、この第１の偏光調整器を通過した光が入射する第１の偏光板と、前記分波器によって分波された他方の光が入射する第２の偏光調整器と、この第２の偏光調整器を通過した光が入射する第２の偏光板と、前記第１の偏光板を通過した光と第２の偏光板を通過した光とを重ね合わせるビームスプリッタとを備えるものである。
また、本発明の電界センサの１構成例において、前記偏光調整器は、１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせて使用したものであるか、１／４波長板のみを使用したものであるか、あるいは１／２波長板のみを使用したものであるかのいずれかである。
また、本発明の電界センサの１構成例は、前記差動増幅器の出力電気信号から直流成分を抽出するローパスフィルタと、このローパスフィルタによって抽出された直流成分が零になるように、前記遅延調整器の遅延量を制御するフィードバック回路とを有するものである。
【００１２】
また、本発明は、電気光学結晶を備えるセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させる第１の偏波保持ファイバと、前記電気光学結晶中を伝搬して前記電気光学結晶の第１面と対向する第２面から出射した光を前記信号処理部に伝送する第２の偏波保持ファイバとを有する電界センサを用いて被測定電界を検出する電界検出方法であって、前記信号処理部の光源から出射した直線偏光ビームを２つに分波する分波手順と、前記分波された一方の光を前記第１の偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させると共に、前記電気光学結晶の第２面から出射した光を前記第２の偏波保持ファイバにより前記信号処理部へ伝送させる伝送手順と、前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光と前記分波された他方の光とを重ね合わせる合波手順と、前記合波手順によって得られた一方の光出力を光電変換する第１の光検出手順と、前記合波手順によって得られた他方の光出力を光電変換する第２の光検出手順と、前記第１の光検出手順の出力電気信号と前記第２の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、この差動増幅手順の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理手順とを備え、前記第１の偏波保持ファイバまたは第２の偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光であり、前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅手順の出力電気信号の直流成分が零となるように、前記分波された他方の光の遅延量を予め調整するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明は、電気光学結晶および前記電気光学結晶の入射面である第１面と対向する第２面に形成された誘電体鏡を備えるセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部と、この信号処理部からの光を前記センサヘッド部に伝送して前記電気光学結晶の第１面に入射させると共に、前記電気光学結晶中を伝搬して前記誘電体鏡で反射された後に前記電気光学結晶中を入射経路と逆に伝搬して前記第１面から出射した光を前記信号処理部に伝送する偏波保持ファイバとを有する電界センサを用いて被測定電界を検出する電界検出方法であって、前記信号処理部の光源から出射した直線偏光ビームを２つに分波する分波手順と、前記信号処理部のサーキュレータの第１の端子に入射した前記分波された一方の光を第２の端子から送出して前記偏波保持ファイバにより前記センサヘッド部へ伝送させると共に、前記センサヘッド部から前記偏波保持ファイバにより伝送され前記第２の端子に入射した光を第３の端子に送出する伝送手順と、このサーキュレータの第３の端子から出射した光と前記分波された他方の光とを重ね合わせる合波手順と、前記合波手順によって得られた一方の光出力を光電変換する第１の光検出手順と、前記合波手順によって得られた他方の光出力を光電変換する第２の光検出手順と、前記第１の光検出手順の出力電気信号と前記第２の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、この差動増幅手順の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理手順とを備え、前記偏波保持ファイバに入射する光は、偏波保持ファイバのスロー軸またはファスト軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した直線偏光であり、前記電気光学結晶の第１面に入射する光は、前記電気光学結晶の２つの電気的主軸のうちいずれかの軸と偏波面が一致した光であり、前記被測定電界が印加されていない状態において前記差動増幅手順の出力電気信号の直流成分が零となるように、前記分波された他方の光の遅延量を予め調整するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明の電界検出方法の１構成例は、前記電気光学結晶の第１面および第２面と異なる第３面に金属プローブを取り付けるようにしたものである。
また、本発明の電界検出方法の１構成例は、前記誘電体鏡の表面に金属プローブを取り付けるようにしたものである。
また、本発明の電界検出方法の１構成例において、前記合波手順は、前記第２の偏波保持ファイバによって伝送された光または前記サーキュレータの第３の端子から出射した光の強度を調整する第１の調整手順と、前記分波器によって分波された他方の光の強度を調整する第２の調整手順と、前記第１の調整手順によって強度調整された光と前記第２の調整手順によって強度調整された光とを重ね合わせる手順とを含むものである。
また、本発明の電界検出方法の１構成例は、前記被測定電界が印加された状態において前記差動増幅手順の出力電気信号から直流成分を抽出する低域ろ波手順と、前記抽出された直流成分が零になるように前記遅延量を制御するフィードバック手順とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、光源から出射した直線偏光ビームを２つに分波し、分波した一方の直線偏光ビームを第１の偏波保持ファイバによってセンサヘッド部の電気光学結晶に伝送し、この直線偏光ビームの位相を被測定電界によって変調させ、位相変調された直線偏光ビームを第２の偏波保持ファイバによって信号処理部に伝送し、信号処理部において前記位相変調された直線偏光ビームを分波した他方の直線偏光ビームと結合して強度変調光に変換した後、光検出器によって光電変換する。従来の電界センサが光の偏光変調を利用しているのに対し、信号処理部に工夫が施された本発明の電界センサは直線偏光の位相変調を利用しているために、光の伝送路として偏波保持ファイバを有効に使うことができる。したがって、センサヘッド部が変位して第１の偏波保持ファイバおよび第２の偏波保持ファイバに応力が加わった場合においても、検出感度の変化を抑制することが可能である。
【００１６】
また、遅延調整器と合波器との間に偏光調整器と偏光子を設けることにより、分波器と遅延調整器との間、および遅延調整器と合波器との間を偏波保持ファイバで接続する必要がなくなる。
【００１７】
また、サーキュレータを設けることにより、分波器によって分波された直線偏光ビームとセンサヘッド部の電気光学結晶によって位相変調された直線偏光ビームとを分離することができ、１本の偏波保持ファイバでセンサヘッド部と信号処理部とを接続することができる。
【００１８】
また、電気光学結晶の第１面および第２面と異なる第３面に金属プローブを取り付けるか、あるいは誘電体鏡の表面に金属プローブを取り付けることにより、電子デバイス中を流れる電気信号を検出することができる。
【００１９】
また、合波器を、第２の偏波保持ファイバによって伝送された光またはサーキュレータの第３の端子から出射した光が入射する第１の偏光調整器と、第１の偏光調整器を通過した光が入射する第１の偏光板と、分波器によって分波された他方の光が入射する第２の偏光調整器と、第２の偏光調整器を通過した光が入射する第２の偏光板と、第１の偏光板を通過した光と第２の偏光板を通過した光とを重ね合わせるビームスプリッタとから構成することにより、第１の偏光板からビームスプリッタに入射する光と第２の偏光板からビームスプリッタに入射する光の強度を等しくすることができるので、電界センサの検出感度を高めることができ、理想的な系を実現することが可能になる。
【００２０】
また、差動増幅器の出力電気信号から直流成分を抽出するローパスフィルタと、ローパスフィルタによって抽出された直流成分が零になるように、遅延調整器の遅延量を制御するフィードバック回路とを設けることにより、周囲温度に影響されることなく、電界センサを常に最適状態で動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の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、本発明の第１の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図である。
図１の電界センサは、電気光学結晶（以下、ＥＯ結晶とする）１０１を備えるセンサヘッド部１と、センサヘッド部１の出力に基づいて被測定電界を検出する信号処理部２と、信号処理部２からの光をセンサヘッド部１に伝送する偏波保持ファイバ（Polarization-maintaining fiber、以下、ＰＭＦと略する）３と、センサヘッド部１からの光を信号処理部２に伝送するＰＭＦ４とからなる。
【００２２】
センサヘッド部１は、ＰＭＦ３から出射した光ビームを平行光に変換してＥＯ結晶１０１の第１面に入射させるレンズ１００と、ＥＯ結晶１０１と、ＥＯ結晶１０１中を伝搬してＥＯ結晶１０１の第１面と対向する第２面から出射した光を集光してＰＭＦ４に入射させるレンズ１０２とを有する。
【００２３】
信号処理部２は、直線偏光ビームを放射する光源２００と、光源２００から出射した直線偏光ビームを伝送するＰＭＦ２０１と、ＰＭＦ２０１によって伝送された直線偏光ビームを２つに分波する分波器２０２と、分波器２０２で分波された直線偏光ビームを伝送するＰＭＦ２０３と、ＰＭＦ２０３によって伝送された直線偏光ビームの遅延量を調整する遅延調整器２０４と、遅延調整器２０４を通過した直線偏光ビームを伝送するＰＭＦ２０５と、ＰＭＦ２０５によって伝送された直線偏光ビームの強度を調整する光減衰器２０６と、光減衰器２０６を通過した直線偏光ビームを伝送するＰＭＦ２０７と、ＰＭＦ４によって伝送された光ビームとＰＭＦ２０７によって伝送された光ビームとを重ね合わせる合波器２０８と、合波器２０８の２つの光出力を光電変換する光検出器（Photodetector 、以下、ＰＤと略する）２１１，２１２と、ＰＤ２１１と２１２の出力電気信号を差動増幅する差動増幅器２１３と、差動増幅器２１３の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する信号処理器２１４とを有する。
【００２４】
本実施の形態において用いられる光ファイバは全てＰＭＦであり、そのスロー（slow）軸またはファスト（fast）軸と偏波面が一致した直線偏光ビームは、ファイバに多少の応力が加わったとしても、偏光状態が保たれたまま伝播する。
【００２５】
光源２００を出射した直線偏光ビームは、ＰＭＦ２０１によって分波器２０２に伝送され、分波器２０２により２つに分波される。分波器２０２としては、例えば１×２の偏波保持カプラを使用すればよい。分波された一方の直線偏光ビームは、ＰＭＦ３によって伝送され、センサヘッド部１内のレンズ１００によって平行光に変換され、ＥＯ結晶１０１に入射する。
【００２６】
このとき、ＥＯ結晶１０１に入射する光ビームの偏波面は、図２に示すように、ＥＯ結晶１０１のいずれかの電気的主軸と一致している必要がある。図２（ａ）は、直線偏光ビームの電界の振動方向ＤがＥＯ結晶１０１の電気的主軸α，βのうちαと一致している場合を示し、図２（ｂ）は、直線偏光ビームの電界の振動方向ＤがＥＯ結晶１０１の電気的主軸βと一致している場合を示している。ただし、図２において、直線偏光ビームは紙面に垂直な方向に伝播するものとしている。
【００２７】
ＥＯ結晶１０１に被測定電界が印加されると、ＥＯ結晶１０１の複屈折率が変化する。この場合、一般には、ＥＯ結晶１０１内を伝播する光ビームの偏光状態が印加される電界強度に応じて変調されるが、ＥＯ結晶１０１の電気的主軸と光ビームの偏波面とが一致している場合には、光ビームの偏光状態は変調されず不変であり、光ビームの位相が電界強度に応じて変調される。
ＥＯ結晶１０１内で被測定電界によって位相変調された直線偏光ビームは、レンズ１０２によって集光され、その偏波面がＰＭＦ４のスロー軸またはファスト軸と一致する状態でＰＭＦ４に入射し、ＰＭＦ４により合波器２０８に伝送される。
【００２８】
一方、分波器２０２で分波された他方の直線偏光ビームは、ＰＭＦ２０３によって遅延調整器２０４に導かれ、遅延調整器２０４によって後述のように遅延量が調整される。遅延量が調整された直線偏光ビームは、ＰＭＦ２０５によって光減衰器２０６に伝送され、光減衰器２０６によって後述のように強度が調整された後、ＰＭＦ２０７によって合波器２０８に伝送され、前記位相変調された直線偏光ビームと合波される。
【００２９】
合波器２０８としては、例えば２×２の偏波保持カプラを使用すればよい。遅延調整器２０４は、光ビームの遅延量の粗調機構と微調機構とを有する。粗調機構は、分波器２０２で分波された２つの光ビームが合波されるまでの光路長がおおよそ等しくなるように、ＰＭＦ２０３から入射する直線偏光ビームの遅延量を調整する。遅延調整器２０４の微調機構については後述する。また、光減衰器２０６は、合波器２０８において結合される２つの光ビームの強度が等しくなるように、ＰＭＦ２０５から入射する直線偏光ビームの強度を調整する。
【００３０】
ＰＭＦ４によって伝送される位相変調された光電界の複素振幅をＥmod（ｔ） 、遅延調整器２０４と光減衰器２０６を透過した光電界の複素振幅をＥref（ｔ） とすると、これらが合波器２０８において合波される直前の状態を次のように表すことが可能である。
Ｅmod（ｔ）＝ａｅｘｐ［ｉ（ωｔ＋φ（ｔ）＋δ）］               ・・・（１）
Ｅref（ｔ）＝ａｅｘｐ［ｉωｔ］                                 ・・・（２）
ここで、ａは光電界の振幅、ωは角周波数、ｔは時間、φ（ｔ）は被測定電界に起因する位相変化量、δは２つの光ビーム（Ｅmod（ｔ）とＥref（ｔ））の光路差によって生じた相対位相差を表す。
【００３１】
式（１）、式（２）によって表される２つの光ビームは合波器２０８によって結合されるので、合波された後の光強度を次のように表すことが可能である。
【００３２】
【数１】
2005201819.tif 000003
【００３３】
【数２】
2005201819.tif 000004
【００３４】
Ｉmax≡Ｉ1（ｔ）＋Ｉ2（ｔ）＝２ａ2                              ・・・（５）
Ｉ1（ｔ） は２つの光ビームを合波した結果、合波器２０８から出力される光のうち例えばＰＭＦ２０９によってＰＤ２１１に伝送される光の強度であり、Ｉ2（ｔ） は例えばＰＭＦ２１０によってＰＤ２１２に伝送される光の強度である。
【００３５】
さらに、遅延調整器２０４の粗調機構と微調機構を使って次式が成立するように、ＰＭＦ２０４から遅延調整器２０４に入射する光ビームの遅延量を調整する。
δ＝２πｎ−（π／２）                                          ・・・（６）
式（６）において、ｎは整数である。
【００３６】
遅延調整器２０４により式（６）が成立するように遅延量を調整すると、式（３）、式（４）に示したＰＤ２１１，２１２の出力電気信号Ｉ1（ｔ），Ｉ2（ｔ）の強度は以下のようになる。
Ｉ1（ｔ）＝０．５Ｉmax［１＋ｓｉｎφ（ｔ）］                    ・・・（７）
Ｉ2（ｔ）＝０．５Ｉmax［１−ｓｉｎφ（ｔ）］                    ・・・（８）
【００３７】
式（６）を満たすような状態にシステムをもちこむためには、電界センサに被測定電界が印加されていない状態（φ（ｔ）＝０）において、ＰＤ２１１と２１２の出力電気信号の直流成分が等しくなるようにすればよい。今後、式（６）〜式（８）を満たす電界センサの状態を、最適状態と呼ぶこととする。
被測定電界に起因する位相変化量φ（ｔ）に対する光出力Ｉ1（ｔ），Ｉ2（ｔ）の変化をそれぞれ図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。合波器２０８の光出力Ｉ1（ｔ）とＩ2（ｔ）とは、その位相差がπであり、位相変化量φ（ｔ）に応じて互いに逆相に変化する。
ＰＤ２１１，２１２が出力する電気信号は、ＰＤ２１１，２１２が受光した光ビームの強度に比例するので、Ｉ1（ｔ），Ｉ2（ｔ）はそれぞれＰＤ２１１，２１２が出力する電気信号の強度と見なしてもよい。
【００３８】
被測定電界をＡ（ｔ）、比例係数をｋとすると、次式が成立する。
φ（ｔ）＝ｋＡ（ｔ）                                            ・・・（９）
また一般に、｜φ（ｔ）｜＜＜πであることを考慮すると、式（７）〜式（９）より次式が成立する。
Ｉ1（ｔ）≒０．５Ｉmax［１＋ｋＡ（ｔ）］                      ・・・（１０）
Ｉ2（ｔ）≒０．５Ｉmax［１−ｋＡ（ｔ）］                      ・・・（１１）
【００３９】
したがって、差動増幅器２１３から出力される電気信号は以下のように表される。
ΔＩ（ｔ）≡Ｉ1（ｔ）−Ｉ2（ｔ）＝ｋＩmaxＡ（ｔ）             ・・・（１２）
こうして、被測定電界Ａ（ｔ）に比例した電気信号を得ることができる。被測定電界Ａ（ｔ）が正弦波であるときのＰＤ２１１，２１２の出力電気信号Ｉ1（ｔ），Ｉ2（ｔ）と差動増幅器２１３の出力電気信号ΔＩ（ｔ）を、それぞれ図３（ｃ）、図３（ｄ）、図３（ｅ）に示す。
【００４０】
ＰＤ２１１，２１２の出力電気信号Ｉ1（ｔ）とＩ2（ｔ）とは、共に０．５Ｉmax という直流成分を有し、被測定電界Ａ（ｔ）に比例し、かつ被測定電界Ａ（ｔ）に応じて互いに逆相に変化する。差動増幅器２１３は、ＰＤ２１１，２１２から入力された電気信号Ｉ1（ｔ）とＩ2（ｔ）の差を求めて出力する。したがって、差動増幅器２１３の出力電気信号ΔＩ（ｔ）は、電気信号Ｉ1（ｔ）とＩ2（ｔ）の２倍の振幅を有し、かつ直流成分は零である。
【００４１】
よって、差動増幅器２１３の出力電気信号ΔＩ（ｔ）は被測定電界Ａ（ｔ）の振幅および位相の情報を荷っているので、信号処理器２１４により電気信号ΔＩ（ｔ）を検出して適当な信号処理を行うことにより、被測定電界Ａ（ｔ）の振幅と位相の情報を得ることができる。信号処理器２１４として、例えばオシロスコープ、ロックインアンプ、スペクトラムアナライザなどを用いることにより、振幅や位相の情報を容易に抽出することが可能になる。
【００４２】
図８に示した従来の電界センサが光の偏光変調を利用しているのに対し、信号処理部２に工夫を施した本実施の形態の電界センサは直線偏光の位相変調を利用しているために、光の伝送路としてＰＭＦを有効に使うことができる。したがって、本実施の形態では、センサヘッド部１が変位してＰＭＦ３，４に応力が加わった場合においても、偏光状態が変化せず、検出感度が低下しないという効果を奏する。
【００４３】
なお、本実施の形態では、分波器２０２で分波した他方の直線偏光ビームの経路に光減衰器２０６を設けているが、この光減衰器２０６は本実施の形態の必須の構成要素ではない。光減衰器２０６を設けない構成では、合波器２０８において結合される２つの光ビームの強度が異なる可能性が生じ、それらのアンバランスによって電界センサの検出感度が低下することになるが、被測定電界Ａ（ｔ）を検出することは可能である。
【００４４】
また、本実施の形態の構成において、ＰＭＦ２０３，２０５，２０７を一般の光ファイバとし、光減衰器２０６と合波器２０８との間に偏光調整器と偏光子を置いて、合波器２０８に入射する光ビームを直線偏光ビームに戻すようにしてもよい。
【００４５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。図４の電界センサは、センサヘッド部１ａと、信号処理部２ａと、センサヘッド部１ａと信号処理部２ａとを接続するＰＭＦ５とからなる。
【００４６】
センサヘッド部１ａは、ＥＯ結晶１０１と、ＰＭＦ５から出射した光ビームを平行光に変換してＥＯ結晶１０１の第１面に入射させると共に、ＥＯ結晶１０１の第１面から出射した光を集光してＰＭＦ５に入射させるレンズ１０３と、ＥＯ結晶１０１の第１面と対向する第２面に形成された誘電体鏡１０４とを有する。
信号処理部２ａは、光源２００と、ＰＭＦ２０１，２０３，２０９，２１０と、遅延調整器２０４と、合波器２０８と、ＰＤ２１１，２１２と、差動増幅器２１３と、信号処理器２１４と、分波器２０２で分波された一方の直線偏光ビームを伝送するＰＭＦ２１５と、ＰＭＦ５からの光とＰＭＦ２１５からの光とを分離するサーキュレータ２１６と、サーキュレータ２１７から出射した光を合波器２０８に導くＰＭＦ２１７と、遅延調整器２０４と合波器２０８とを接続するＰＭＦ２１８とを有する。
【００４７】
第１の実施の形態と同様に、光源２００を出射した直線偏光ビームは、ＰＭＦ２０１によって分波器２０２に伝送され、分波器２０２により２つに分波される。
分波された一方の直線偏光ビームは、ＰＭＦ２１５によって伝送され、サーキュレータ２１６を透過後、ＰＭＦ５によって伝送され、センサヘッド部１ａ内のレンズ１０３によって平行光に変換され、ＥＯ結晶１０１に入射する。サーキュレータ２１６は、端子Ｐ１から入射した光ビームを端子Ｐ２から出力し、端子Ｐ２から入射した光ビームを端子Ｐ３から出力する機能を有するデバイスである。また、このサーキュレータ２１６は、入力された直線偏光ビームの偏光状態を変えずに出力するものである。
【００４８】
図４に示すＥＯ結晶１０１の一端には、誘電体鏡１０４が形成されている。この誘電体鏡１０４は、光を反射し、かつ被測定電界を透過させる性質を有する。したがって、ＥＯ結晶１０１内で被測定電界によって位相変調された直線偏光ビームは、誘電体鏡１０４で反射された後、ＥＯ結晶１０１内を逆方向に伝搬して、レンズ１０３によって集光され、その偏波面がＰＭＦ５のスロー軸またはファスト軸と一致する状態でＰＭＦ５に入射する。ＰＭＦ５からサーキュレータ２１６の端子Ｐ２に入射した光ビームは、端子Ｐ３に出力され、ＰＭＦ２１７によって合波器２０８に伝送される。
【００４９】
一方、分波器２０２で分波された他方の直線偏光ビームは、ＰＭＦ２０３によって遅延調整器２０４に導かれ、第１の実施の形態と同様に遅延調整器２０４によって遅延量が調整された後、ＰＭＦ２１８によって合波器２０８に伝送され、前記位相変調された直線偏光ビームと合波される。合波器２０８、ＰＭＦ２０９，２１０、ＰＤ２１１，２１２、差動増幅器２１３および信号処理器２１４の動作は第１の実施の形態と同じである。
こうして、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図であり、図４と同一の構成には同一の符号を付してある。図５の電界センサは、センサヘッド部１ａと信号処理部２ｂとＰＭＦ５とからなる。
【００５１】
本実施の形態は、合波器２０８の他の構成例を示すものであり、空間光学系を採用した合波器２０８を用いる。この合波器２０８は、レンズ２１９、偏光調整器（Polarization Controller 、以下、ＰＣと略する）２２０、偏光板（Polarizer 、以下、Ｐｏｌと略する）２２１、ビームスプリッタ（Beam Splitter 、以下、ＢＳと略する）２２２、レンズ２２３、ＰＣ２２４およびＰｏｌ２２５を有する。
【００５２】
ＰＭＦ２１７によって伝送される位相変調された直線偏光ビームは、レンズ２１９によって平行光に変換されて空間に放射され、ＰＣ２２０とＰｏｌ２２１を通過してＢＳ２２２に入射する。一方、ＰＭＦ２１８によって伝送される直線偏光ビームは、レンズ２２３によって平行光に変換されて空間に放射され、ＰＣ２２４とＰｏｌ２２５を通過してＢＳ２２２に入射する。ＢＳ２２２は、２つの光ビームを結合して、第１の実施の形態で説明した光出力Ｉ1（ｔ） をＰＤ２１１に入射させると共に、光出力Ｉ2（ｔ） をＰＤ２１２に入射させる。差動増幅器２１３および信号処理器２１４の動作は第１の実施の形態と同じである。
【００５３】
本実施の形態の構成の合波器２０８を用いると、ＰＣ２２０，２２４によって光ビームの偏光状態を調整することで、Ｐｏｌ２２１，２２５を通過する直線偏光ビームの強度を調整することが可能であり、その結果Ｐｏｌ２２１からＢＳ２２２に入射する光ビームとＰｏｌ２２５からＢＳ２２２に入射する光ビームの強度を等しくすることが可能である。
したがって、本実施の形態では、電界センサの検出感度を高めることができ、理想的な系を実現することが可能になる。
【００５４】
なお、ＰＣ２２０，２２４としては、１／４波長板と１／２波長板とを組み合わせたものを使用してもよいし、１／４波長板のみを使用してもよいし、１／２波長板のみを使用してもよい。また、図５に示した本実施の形態の合波器２０８を第１の実施の形態に適用してもよい。
【００５５】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６は、本発明の第４の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図であり、図４と同一の構成には同一の符号を付してある。図６の電界センサは、センサヘッド部１ａと信号処理部２ｃとＰＭＦ５とからなる。
【００５６】
センサヘッド部１ａ内のＥＯ結晶１０１が大きな複屈折を有する場合、ＥＯ結晶１０１内を光ビームが伝播する光学距離が周囲温度の変化に応じて変化する場合がある。このような光学距離の変化は、第１の実施の形態で説明した最適状態からずれた動作点で電界センサを動作させることになり、被測定電界の検出感度が低下する。
【００５７】
最適状態で電界センサが動作している場合、差動増幅器２１３の出力電気信号には直流成分が含まれない。一方、動作点が最適状態からずれた場合には、差動増幅器２１３の出力電気信号に直流成分が混入する。電界センサの動作を最適状態に保つためには、差動増幅器２１３の出力電気信号の直流成分が零になるように遅延調整器２０４にフィードバックをかけて、遅延調整器２０４の遅延量を調整すればよい。
【００５８】
具体的には、差動増幅器２１３の出力電気信号をローパスフィルタ（Low-passfilter、以下、ＬＰＦと略する）２２７に入力して、この電気信号から周囲温度変化に起因する低周波数成分（直流成分）のみをＬＰＦ２２７により抽出する。そして、フィードバック回路２２８は、ＬＰＦ２２７によって抽出された直流成分が零になるように（ＰＤ２１１と２１２の出力電気信号の直流成分が等しくなるように）、遅延調整器２０４の遅延量を制御する。こうして、本実施の形態では、周囲温度に影響されることなく、電界センサを常に最適状態で動作させることができる。
なお、本実施の形態では、ＬＰＦ２２７とフィードバック回路２２８とを第２の実施の形態に適用した例を示したが、第１の実施の形態に適用してもよい。
【００５９】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図７は、本発明の第５の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図であり、図６と同一の構成には同一の符号を付してある。第１の実施の形態〜第４の実施の形態の電界センサは、空間を伝播する電磁波を検出したり、電子デバイス近傍の電界を非接触に検出したりするためのものであるが、本実施の形態の電界センサは、金属プローブを電子デバイスに接触させることにより、電子デバイス中を流れる電気信号を検出するものである。
【００６０】
すなわち、図７に示したように、センサヘッド部１ａの誘電体鏡１０４の表面には、金属プローブ６が接着されている。金属プローブ６を電子デバイス等の被測定物に接触させると、金属プローブ６の電位は被測定物の接触部位の電位と等しくなる。したがって、金属プローブ６からは、被測定物中の電気信号に応じて電界が発生する。このとき、誘電体鏡１０４を介して金属プローブ６と接触しているＥＯ結晶中１０１にも電界が発生するので、ＥＯ結晶１０１に入射した光ビームを位相変調することが可能になる。これにより、本実施の形態では、電子デバイス中を流れる電気信号を検出することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、第４の実施の形態に適用した例を示しているが、これに限るものではなく、第１の実施の形態〜第３の実施の形態で金属プローブを使用してもよい。
第１の実施の形態に適用する場合には、ＥＯ結晶１０１の第１面および第２面と異なる第３面（図１では左側面）に金属プローブを直接接着すればよい。
また、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第４の実施の形態および第５の実施の形態では、合波器２０８とＰＤ２１１，２１２との接続にＰＭＦ２０９，２１０を使用しているが、必ずしもＰＭＦを使用する必要はなく、一般の光ファイバを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の電界センサは、空間を伝搬する電磁波の検出や電子デバイス近傍の電界の検出、あるいは電子デバイス中を流れる電気信号の検出に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態においてＥＯ結晶に入射する光ビームの偏波面とＥＯ結晶の電気的主軸との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における光検出器および差動増幅器の出力電気信号を示す波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態となる電界センサの構成例を示すブロック図である。
【図８】従来の電界センサの１構成例を示すブロック図である。
【図９】従来の電界センサの他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６４】
１、１ａ…センサヘッド部、２、２ａ、２ｂ、２ｃ…信号処理部、３、４、５…偏波保持ファイバ、６…金属プローブ、１００、１０２、１０３…レンズ、１０１…ＥＯ結晶、１０４…誘電体鏡、２００…光源、２０１、２０３、２０５、２０７、２０９、２１０、２１５、２１７、２１８…偏波保持ファイバ、２１６…サーキュレータ、２０２…分波器、２０４…遅延調整器、２０６…光減衰器、２０８…合波器、２１１、２１２…光検出器、２１３…差動増幅器、２１４…信号処理器、２１９、２２３…レンズ、２２０、２２４…偏光調整器、２２１、２２５…偏光板、２２２…ビームスプリッタ、２２７…ローパスフィルタ、２２８…フィードバック回路。
【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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