JP2001033492A - Optical application measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子の偏光特
性の変化を利用して電流又は磁界等の物理量の変化を測
定する光応用計測装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measurement apparatus for measuring a change in a physical quantity such as a current or a magnetic field by using a change in polarization characteristics of an optical element.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の光応用電流計測器としては、種々
のものが提案されているが、その中でもA.J.Rogersが19
83年に論文(SPIE vol.374 Fiber Optic 83’)等で発
表されているものが代表例として挙げられる。2. Description of the Related Art Various types of conventional optical applied current measuring devices have been proposed.
Typical examples include those published in a paper (SPIE vol.374 Fiber Optic 83 ') in 1983.
【0003】図6は上記論文による光応用電流計測器の
概略構成図を示すものである。FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of an optical applied current measuring device according to the above-mentioned paper.
【0004】図6に示すように、レーザ光源38より出
力されるHe−Neレーザ光を偏光子5で直線偏光と
し、対物レンズ39を通してシングルモードファイバー
41に入射される。このシングルモードファイバー41
は母線40の回りを周回させ、母線電流により発生する
磁界により、シングルモードファイバー41を透過する
光はファラデー旋光を受ける。[0006] As shown in FIG. 6, a He—Ne laser beam output from a laser light source 38 is linearly polarized by a polarizer 5 and is incident on a single mode fiber 41 through an objective lens 39. This single mode fiber 41
Causes the light passing through the single mode fiber 41 to undergo Faraday rotation due to a magnetic field generated by the bus current.
【0005】上記シングルモードファイバー41を出た
光は、対物レンズ39で平行光とされてウォラストンプ
リズム42に入る。このウォラストンプリズム42はフ
ァラデー旋光が0のときに入射偏光方位に対して45°
の角度を持つようにセットされ、ファイバー出射光を直
交する2成分の光強度信号とする。The light that has exited the single mode fiber 41 is collimated by an objective lens 39 and enters a Wollaston prism 42. This Wollaston prism 42 is 45 ° with respect to the incident polarization direction when the Faraday rotation is 0.
, And the light emitted from the fiber is defined as a two-component light intensity signal that is orthogonal.
【0006】これらの光は検出器11でそれぞれ光電変
換され、電子回路12で必要な演算を行なった後、電流
値として出力される。[0006] These lights are photoelectrically converted by the detector 11, and after necessary calculations are performed by the electronic circuit 12, they are output as current values.
【0007】ここで、検出器11で光電変換された信号
をI1,I2とすると、(I1−I2)/(I1+I
2)の演算を行なうことにより、入射強度に関係なく、
ファラデー旋光角を求めることができる。Here, assuming that the signals photoelectrically converted by the detector 11 are I1 and I2, (I1-I2) / (I1 + I
By performing the calculation of 2), regardless of the incident intensity,
The Faraday rotation angle can be determined.
【0008】このような光ファイバーを用いた電流計測
器は、絶縁性が高く、飽和による直線性の低下がなく、
さらには高速応答で不燃性であることから、物理的な計
測器として注目されてきた。A current measuring device using such an optical fiber has a high insulation property and does not cause a decrease in linearity due to saturation.
Furthermore, because of its high-speed response and nonflammability, it has attracted attention as a physical measuring instrument.
【0009】しかしながら、センサがシングルモードフ
ァイバーであるため、光路が数ミクロンとなり、光学素
子としては高レベルで安定性が必要なこと、光学部品固
定時に加わる力によって直線複屈折が生じ、良好な偏光
特性を維持することが困難なため、高精度化が難しく、
高精度の電流計測器の実現を困難にしてきた。However, since the sensor is a single mode fiber, the optical path is several microns, the optical element needs to have a high level of stability, and a linear birefringence is generated by the force applied when the optical component is fixed, and the polarization is good. Because it is difficult to maintain the characteristics, it is difficult to achieve high accuracy,
It has made it difficult to realize a highly accurate current measuring device.
【0010】そこで、特にシングルモードファイバーへ
の結合光量を安定化して、高精度化を図る方法として、
オール光ファイバーとする電流計測器が例えばTrevor
W.MacDougallらによって提案されている(IEEE Transac
tion on Power Delivery,Vol.7,No2,p848〜)。Therefore, as a method of stabilizing the amount of light coupled to a single mode fiber and achieving high precision,
For example, Trevor is an all-optical fiber current measuring device.
Proposed by W.MacDougall et al. (IEEE Transac
tion on Power Delivery, Vol.7, No2, p848 ~).
【0011】この電流計測器は、光源から受光器までの
全ての経路を光ファイバーとして実現するもので、その
構成を図7により説明する。This current measuring device realizes all paths from the light source to the light receiving device as optical fibers, and the configuration will be described with reference to FIG.
【0012】図7に示すように、光源2から偏波面保持
ファイバー33を通して直線偏光がセンサファイバー8
へと送られる。偏波面保持ファイバー33とセンサファ
イバー8とは融着によって接続される。センサファイバ
ーの出力側に融着された偏波面保持ファイバーは偏光子
として振る舞い、ファラデー旋光による偏光面の回転を
光量変化として出力する。この光を検出器11で光電変
換し、電子回路12で必要な演算を行なって電流値を出
力する。As shown in FIG. 7, the linearly polarized light from the light source 2 passes through the polarization maintaining fiber 33 and is converted into the sensor fiber 8.
Sent to. The polarization maintaining fiber 33 and the sensor fiber 8 are connected by fusion. The polarization maintaining fiber fused to the output side of the sensor fiber behaves as a polarizer, and outputs the rotation of the polarization plane due to the Faraday rotation as a change in the amount of light. The light is photoelectrically converted by the detector 11, and a necessary operation is performed by the electronic circuit 12 to output a current value.
【0013】このような構成の電流計測器によれば、結
合光量の不安定性はないが、外部からの振動によってフ
ァイバー形状が変化したときには、それが偏波面の回転
となって現れ、誤差を生じる。また、ファイバーの直線
複屈折を低減するためにファイバーに捻りによる旋光は
温度に依存するため、結果として光電流センサは温度に
よる誤差を生じることになる。According to the current measuring device having such a configuration, there is no instability of the coupled light amount, but when the fiber shape changes due to external vibration, it appears as the rotation of the polarization plane, which causes an error. . In addition, since the optical rotation due to twisting of the fiber depends on the temperature in order to reduce the linear birefringence of the fiber, as a result, the photocurrent sensor generates an error due to the temperature.
【0014】このような誤差を防ぐため、ファイバーを
往復で用いるとよいことが知られている。つまり、捩れ
や捻りによる偏光面の回転は、ファイバーを往復するこ
とによって、もとの偏波面に戻り、ファラデー旋光だけ
を取出すことができる。It is known that a fiber can be used for reciprocation in order to prevent such an error. In other words, the rotation of the polarization plane due to torsion or torsion returns to the original polarization plane by reciprocating through the fiber, and only the Faraday rotation can be extracted.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上述したような光電流
検出装置においては、以下に述べるような解決すべき課
題があった。The above-described photocurrent detection device has the following problems to be solved.
【0016】即ち、光学部品に加わる力によって発生す
る複屈折の影響が依然大きいことである。これは、特に
センサーファイバーの固定による複屈折が一番大きくな
り、問題である。That is, the effect of birefringence generated by the force applied to the optical component is still large. This is a problem because the birefringence due to the fixing of the sensor fiber is the largest.
【0017】また、ファイバーを捩れや撚りによる偏波
面の回転による誤差を除去するため、センサーファイバ
ーを往復で用いた方が望ましい。この場合、入射偏光状
態と出射偏光状態を乱さずに入出射光を分離する光分離
手段が必要となる。しかし、現在のところ導波路型で入
出射光を分離できる光学素子は実現していない。このた
め、光学部品としてバルク素子を用いる必要があるが、
これではセンサーファイバーへの結合光量の安定性に問
題がある。In order to eliminate an error due to rotation of the polarization plane due to twisting or twisting of the fiber, it is desirable to use the sensor fiber in a reciprocating manner. In this case, a light separating means for separating the incoming and outgoing light without disturbing the incident polarization state and the outgoing polarization state is required. However, at present, an optical element of a waveguide type capable of separating incoming and outgoing light has not been realized. For this reason, it is necessary to use a bulk element as an optical component,
This has a problem in the stability of the amount of light coupled to the sensor fiber.
【0018】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、電流又は磁界等の物理量の変化を高精度で安
定した状態で測定することができる光応用測定装置を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an optical applied measuring device capable of measuring a change in a physical quantity such as a current or a magnetic field with high accuracy and in a stable state. And
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により光応用測定装置を構
成する。According to the present invention, in order to achieve the above object, an optical measuring apparatus is constituted by the following means.
【0020】請求項1に対応する発明は、光ファイバー
のファラデー効果を利用した電流又は磁界を計測する光
応用測定装置において、センサーとなる光ファイバーの
一端部にフィバー回折格子を反射鏡として形成したもの
である。According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical measuring apparatus for measuring a current or a magnetic field utilizing the Faraday effect of an optical fiber, wherein a fiber diffraction grating is formed as a reflecting mirror at one end of the optical fiber serving as a sensor. is there.
【0021】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、ファイバー端面に反射鏡を形成したり、ファイバー
から一旦空間に光を出射させる方法の場合にはファイバ
ー端面を研摩したり、フェルール等へ強固に接着する必
要があるが、ファイバー回折格子を用いた場合にはその
必要がなく、フェルールへの固定による複屈折発生を除
去することができる。According to the optical measuring apparatus having such a configuration, a reflecting mirror is formed on the end face of the fiber, or the fiber end face is polished in the case of emitting light from the fiber to the space once, or the ferrule is formed. Although it is necessary to adhere firmly, this is not necessary when a fiber diffraction grating is used, and the occurrence of birefringence due to fixing to a ferrule can be eliminated.
【0022】請求項2に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の光応用測定装置において、ファイバー回折
格子による光の反射部分をフィバー終端の固定部よりも
入射側に設けたものである。According to a second aspect of the present invention, in the optical measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the light reflection portion of the fiber diffraction grating is provided on the incident side of the fixed portion at the end of the fiber. .
【0023】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、フィバー終端の固定による複屈折が生じた部分に光
が通らないため、より複屈折による影響を小さくするこ
とができる。According to the optical measuring apparatus having such a configuration, since light does not pass through a portion where birefringence occurs due to fixing of the end of the fiber, the influence of birefringence can be further reduced.
【0024】請求項3に対応する発明は、光源と、この
光源からの光を伝達する送信ファイバーと、この送信フ
ァイバーで伝達された光を直線偏光とするための偏光素
子と、電流又は磁界によってファラデー施光を受けるフ
ァラデー素子と、このファラデー素子の終端に設けられ
光を折返し反射させる反射鏡と、この反射鏡に折返し反
射されて再びセンサーを透過してきた光を入射光と分離
するビーム分離手段と、このビーム分離手段によって分
離された光の偏光状態を測定する手段とを備え、前記ビ
ーム分離手段は偏波面保持ファイバーによるファイバー
カップラーを使用したものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a light source, a transmission fiber for transmitting light from the light source, a polarizing element for converting light transmitted by the transmission fiber into linearly polarized light, and a current or a magnetic field. A Faraday element receiving Faraday light; a reflecting mirror provided at the end of the Faraday element for reflecting light back; and a beam separating means for separating light reflected back by the reflecting mirror and transmitted through the sensor again from incident light. And means for measuring the polarization state of the light separated by the beam separating means, wherein the beam separating means uses a fiber coupler using a polarization maintaining fiber.
【0025】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、送信ファイバーに至る光路をファイバーだけで構成
できるので、光量の安定化を図ることができる。According to the optical applied measuring device having such a configuration, the optical path leading to the transmission fiber can be constituted only by the fiber, so that the light quantity can be stabilized.
【0026】請求項4に対応する発明は、請求項3に対
応する発明の光応用装置において、ファイバーカップラ
ーとセンサー終端に設けられた反射鏡との間にファラデ
ーローテーターを挿入したものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the optical device according to the third aspect of the present invention, a Faraday rotator is inserted between the fiber coupler and a reflecting mirror provided at the end of the sensor.
【0027】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、ファラデー旋光角と受光側の偏光子透過光量との関
係が正弦関数状に変化するので、そのままでは電流の絶
対値は分っても、方向を知ることはできないが、ファラ
デーローテーターを挿入することにより、正弦関数状の
動作点をシフトすることができ、電流の方向を知ること
ができる。According to the optical applied measuring device having such a configuration, the relationship between the Faraday rotation angle and the amount of light transmitted through the polarizer on the light receiving side changes in a sine function, so that the absolute value of the current can be determined as it is. Although the direction cannot be known, by inserting the Faraday rotator, the operating point in a sine function can be shifted, and the direction of the current can be known.
【0028】請求項5に対応する発明は、請求項3又は
請求項4に対応する発明の光応用測定装置において、フ
ァラデーローテーターの旋光角度を±{(17.5〜2
7.5)+90°n}(nは整数)に設定されるもので
ある。According to a fifth aspect of the present invention, in the optical applied measuring device according to the third or fourth aspect, the angle of rotation of the Faraday rotator is ± {(17.5 to 27.5).
7.5) + 90 ° n} (n is an integer).
【0029】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、±(35〜55)°バイアスされた光I1、I2を
取出すことができ、(I1−I2)/(I1+I2)を
行なうことによって、光量変化に依存せずに正確に旋光
角を測定することができる。According to the optical measuring apparatus having such a configuration, the light beams I1 and I2 biased ± (35 to 55) ° can be taken out, and by performing (I1−I2) / (I1 + I2), The optical rotation angle can be accurately measured without depending on the change in the light amount.
【0030】請求項6に対応する発明は、請求項3に対
応する発明の光応用測定装置において、光の偏光状態を
測定する手段として、偏波面保持ファイバーカップラ
ー、このファイバーカップラーのそれぞれの出射側に設
けられ、ファイバーカップラーの複屈折軸に透過偏光方
位を一致させた偏光子、この偏光子を透過した光を光電
変換するための受光素子、この受光素子からの電気信号
を元に必要な演算処理を行なう電子回路から構成したも
のである。According to a sixth aspect of the present invention, in the optical measuring apparatus according to the third aspect of the present invention, the means for measuring the polarization state of the light includes a polarization-maintaining fiber coupler, and an output side of each of the fiber couplers. A polarizer whose transmission polarization direction matches the birefringence axis of the fiber coupler, a light receiving element for photoelectrically converting the light transmitted through this polarizer, and necessary calculations based on the electric signal from the light receiving element It is composed of an electronic circuit that performs processing.
【0031】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、偏光子を合わせて用いることにより高い消光比を得
ることができる。According to the optical applied measuring device having such a configuration, a high extinction ratio can be obtained by using the polarizer together.
【0032】請求項7に対応する発明は、請求項6に対
応する発明の光応用測定装置において、偏光子としてフ
ァイバーの偏光子を用いたものである。A seventh aspect of the present invention is the optical applied measuring device according to the sixth aspect, wherein a fiber polarizer is used as the polarizer.
【0033】このような構成の光応用装置によれば、偏
光子をファイバーとすることにより、より光量安定な計
測器を実現できる。According to the optical apparatus having such a configuration, a measuring instrument with more stable light quantity can be realized by using a fiber as a polarizer.
【0034】請求項8に対応する発明は、光源と、この
光源から光を伝達する送光ファイバーで伝達された光を
直線偏光とするための偏光素子と、電流又は磁界によっ
てファラデー旋光を受けるファラデー素子と、このファ
ラデー素子の終端に光を折返し反射させる反射光と、こ
の反射光に折返し反射されて再びセンサーを透過してき
た光を入射光と分離するビーム分離手段と、このビーム
分離手段によって分離された光の偏光状態を測定する手
段とを備え、前記ビーム分離手段は導波路状に構成され
た分岐光路を使用したものである。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a light source, a polarizing element for converting light transmitted by a light transmitting fiber for transmitting light from the light source into linearly polarized light, and a Faraday element receiving Faraday rotation by a current or a magnetic field. Reflected light that reflects light back and forth at the end of the Faraday element, beam separating means that separates light reflected back to the reflected light and transmitted through the sensor again from incident light, and separated by the beam separating means. Means for measuring the polarization state of the reflected light, wherein the beam splitting means uses a branched optical path formed in a waveguide shape.
【0035】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、送信ファイバーに至る光路をファイバーだけで構成
できるので、光量の安定化を図ることができる。According to the optical applied measuring device having such a configuration, the optical path leading to the transmission fiber can be constituted only by the fiber, so that the light quantity can be stabilized.
【0036】請求項9に対応する発明は、請求項8に対
応する発明の光応用測定装置において、偏光子を導波路
上に構成したものである。According to a ninth aspect of the present invention, in the optical measuring apparatus according to the eighth aspect of the present invention, a polarizer is formed on a waveguide.
【0037】このような構成の光応用測定装置によれ
ば、主な光学素子が1枚の導波路基板上に構成できるた
め、光量が安定なだけでなく、振動にも強くできる。ま
た、冷却、加熱等の温度コントロールを容易に行なうこ
とができるため、温度変化に対しても安定な測定が容易
に行なうことができる。According to the optical measuring apparatus having such a configuration, the main optical element can be formed on one waveguide substrate, so that not only the light amount is stable but also the vibration can be enhanced. In addition, since temperature control such as cooling and heating can be easily performed, stable measurement can be easily performed even when the temperature changes.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0039】図1は本発明による光応用計測装置の第1
の実施の形態を示す構成図である。FIG. 1 shows a first embodiment of an optical applied measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment.
【0040】図1において、2はドライバー1により駆
動される光源で、この光源2から出射された光は送信フ
ァイバー3に導入される。この送信ファイバー3を伝搬
した光は結合レンズ4aで平行光となり、センサー近傍
に設置された偏光子5へ光が導かれる。In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a light source driven by a driver 1, and light emitted from the light source 2 is introduced into a transmission fiber 3. The light propagating through the transmission fiber 3 becomes parallel light by the coupling lens 4a, and is guided to the polarizer 5 installed near the sensor.
【0041】この偏光子5で直線偏光にされた光は無偏
光ビームスプリッター6を通り、結合レンズ4bによっ
てセンサーファイバー8に入射される。このセンサーフ
ァイバー8は被測定電流が流れる導体7の周りを周回さ
せて配置され、電流による磁界によってファラデー施光
を受ける。The light linearly polarized by the polarizer 5 passes through the non-polarizing beam splitter 6 and is incident on the sensor fiber 8 by the coupling lens 4b. The sensor fiber 8 is arranged so as to orbit around the conductor 7 through which the current to be measured flows, and receives Faraday light by a magnetic field generated by the current.
【0042】一方、このセンサーファイバー8の終端部
には詳細を後述するファイバー反射鏡9が配置され、フ
ァイバー反射鏡9により測定光がセンサーファイバー中
を往復するようにしてある。On the other hand, a fiber reflecting mirror 9, which will be described in detail later, is disposed at the end of the sensor fiber 8, and the measuring light reciprocates in the sensor fiber by the fiber reflecting mirror 9.
【0043】このファイバー反射鏡9によりセンサーフ
ァイバーを折り返してきた光は無偏光ビームスプリッタ
ー6で分岐されてポラライジングビームスプリッター
(以下PBSと略称する)10に入射する。このPBS
10はファラデー施光角が0の時に入射偏光方位が45
°となるように配置され、センサーファイバを出射した
光から直交する2軸の強度光信号を得る。The light reflected from the sensor fiber by the fiber reflecting mirror 9 is split by the non-polarizing beam splitter 6 and enters a polarizing beam splitter (hereinafter abbreviated as PBS) 10. This PBS
10 indicates that the incident polarization direction is 45 when the Faraday irradiation angle is 0.
And two orthogonal intensity light signals are obtained from the light emitted from the sensor fiber.
【0044】この光信号はそれぞれの軸の検出器11
a,11bで光電変換され、電子回路12によって電流
値を演算し、これを計測信号として出力する。This optical signal is supplied to the detector 11 of each axis.
The photoelectric conversion is performed by a and 11b, the current value is calculated by the electronic circuit 12, and this is output as a measurement signal.
【0045】ここで、上記ファイバー反射鏡9が設けら
れたセンサーファイバー8の終端部の構成例を図2によ
り説明する。Here, an example of the configuration of the end portion of the sensor fiber 8 provided with the fiber reflecting mirror 9 will be described with reference to FIG.
【0046】図2に示すように、シングルモードファイ
バーに紫外レーザ光を照射することで形成された回折格
子をファイバー反射鏡9とし、これをセンサーファイバ
ー8の終端部側のコーティング部分を剥がしたガラス管
部分の中途に融着13によって接続するものである。そ
して、この回折格子による反射部分に対してセンサーフ
ァイバー8の形状を保持するため、ファイバー反射鏡9
の一端部を通信用などで一般に光ファイバーコネクター
として用いられているフェルール16に接着により固定
される。即ち、フェルール16に有する中心孔部に接着
剤を注入した後、ファイバ反射鏡9の一端側のファイバ
ーを挿入し、これを加熱処理して接着固定している。As shown in FIG. 2, a diffraction grating formed by irradiating the single mode fiber with an ultraviolet laser beam is used as a fiber reflecting mirror 9, which is a glass in which the coating on the end side of the sensor fiber 8 is peeled off. The tube portion is connected in the middle of the tube portion by fusion. Then, in order to maintain the shape of the sensor fiber 8 with respect to the portion reflected by the diffraction grating, a fiber reflector 9
Is fixed to a ferrule 16 generally used as an optical fiber connector for communication or the like by bonding. That is, after the adhesive is injected into the center hole of the ferrule 16, the fiber at one end of the fiber reflecting mirror 9 is inserted, and the fiber is heated and bonded.
【0047】このようにファイバー反射鏡9をフェルー
ル固定部よりも光源側とすることにより、フェルールと
の接着固定に伴って応力が発生しても直線複屈折による
偏光特性に劣化を生じることがなくなる。As described above, by setting the fiber reflecting mirror 9 closer to the light source than the ferrule fixing portion, even if stress is generated due to adhesion and fixing to the ferrule, the polarization characteristics due to linear birefringence do not deteriorate. .
【0048】なお、ファイバー反射鏡9の融着固定部の
周囲をシリコーンゴムやアクリル樹脂のような低ヤング
率の材料で保護することにより、直線複屈折を低減する
ことが望ましい。また、ファイバーに保護コートを被せ
るために市販されている専用コータでファイバー反射鏡
9の融着固定部の周囲にコーティングしてもよい。It is desirable to reduce the linear birefringence by protecting the periphery of the fusion fixing portion of the fiber reflecting mirror 9 with a material having a low Young's modulus such as silicone rubber or acrylic resin. Alternatively, a commercially available dedicated coater may be used to cover the fiber around the fusion-fixed portion of the fiber reflector 9 in order to cover the fiber with a protective coat.
【0049】このように第1の実施の形態によれば、セ
ンサーファイバーの終端側にファイバー回折格子を反射
鏡として形成することにより、ファイバー端面に反射鏡
を形成したり、ファイバーから一旦空間に光を出射させ
る場合のようにファイバー端面を研摩したり、フェルー
ル等へ強固に接着する必要がなく、フェルールへの固定
による複屈折発生を除去することができる。As described above, according to the first embodiment, by forming the fiber diffraction grating as a reflecting mirror at the end side of the sensor fiber, a reflecting mirror can be formed on the end face of the fiber, or light can be temporarily transmitted from the fiber to the space. It is not necessary to polish the end face of the fiber or to firmly adhere to a ferrule or the like as in the case of emitting light, and it is possible to eliminate the occurrence of birefringence due to fixing to the ferrule.
【0050】また、ファイバー回折格子による光の反射
部分をフィバー終端の固定部よりも入射側に設けること
により、フィバー終端の固定による複屈折が生じた部分
に光が通らないため、より複屈折による影響を小さくす
ることができる。Further, by providing the light reflecting portion of the fiber diffraction grating on the incident side of the fixed portion at the end of the fiber, light does not pass through the portion where birefringence occurs due to the fixing of the end of the fiber. The effect can be reduced.
【0051】図3は本発明による光応用測定装置の第2
の実施の形態を示す構成図で、図1と同一部品には同一
符号を付して説明する。FIG. 3 shows a second embodiment of the optical measuring apparatus according to the present invention.
In the configuration diagram showing the embodiment, the same parts as those in FIG.
【0052】図3において、2はドライバー1により駆
動される光源で、この光源2から出射された光は送信フ
ァイバー3に導入される。この送信ファイバー3を伝搬
した光は、ファイバー偏光子18で直線偏光にされ、偏
波面保持カプラー19に送られる。In FIG. 3, reference numeral 2 denotes a light source driven by a driver 1, and light emitted from the light source 2 is introduced into a transmission fiber 3. The light that has propagated through the transmission fiber 3 is linearly polarized by the fiber polarizer 18 and sent to the polarization plane maintaining coupler 19.
【0053】この偏波面保持カプラー19は、ファイバ
ー偏光子18の出射偏光軸にファイバーの軸を合わせて
結合され、偏波面を保持したまま、ファラデーローテー
ター24へと光が入射される。ファラデーローテーター
24では、光を22.5°回転させて、センサーファイ
バー8へ光が入射される。The polarization-maintaining coupler 19 is coupled so that the axis of the fiber is aligned with the output polarization axis of the fiber polarizer 18, and the light enters the Faraday rotator 24 while maintaining the polarization plane. In the Faraday rotator 24, the light is rotated by 22.5 ° so that the light is incident on the sensor fiber 8.
【0054】この場合、ファラデーローテーター24の
旋光角度を±{(17.5〜27.5)+90°n}
(nは整数)に設定することにより、±(35〜55)
°バイアスされた二つの光I1,I2を取出すことがで
き、(I1−I2)/(I1+I2)を求めることによ
り、光量変化に依存せずに正確にファラデー施光角を測
定できるものである。本実施の形態では、旋光角度を±
(22.5+90n)°に設定されている。In this case, the optical rotation angle of the Faraday rotator 24 is set to ± {(17.5 to 27.5) + 90 ° n}.
By setting (n is an integer), ± (35-55)
The two biased lights I1 and I2 can be taken out, and by calculating (I1-I2) / (I1 + I2), the Faraday irradiation angle can be accurately measured without depending on the change in the light amount. In the present embodiment, the optical rotation angle is ±
(22.5 + 90n) °.
【0055】上記センサーファイバー8は、被測定電流
が流れる導体7の周りを周回させて配置され、電流によ
る磁界によってファラデー施光を受ける。また、センサ
ーファイバー8の終端には第1の実施の形態と同様に形
成された回折格子が反射鏡9として配置され、センサー
ファイバー中を測定光を往復させている。The sensor fiber 8 is arranged so as to go around the conductor 7 through which the current to be measured flows, and receives Faraday light by a magnetic field generated by the current. At the end of the sensor fiber 8, a diffraction grating formed in the same manner as in the first embodiment is arranged as a reflection mirror 9, and reciprocates measurement light in the sensor fiber.
【0056】このセンサーファイバー8の終端を折返し
てきた光は、再びファラデーローテーター24を通り、
偏波面がさらに22.5°回転する。この光は偏波面保
持カップラー19によって分岐され、PBS10によっ
て直交する2成分の偏波の光に分岐される。PBS10
は、偏波面保持カプラー19の軸に合わせてセットさ
れ、ファラデー施光角が0の時に入射偏光方位が45°
となる。このPBS10によってセンサーファイバー8
を出射した光から直交する2軸の強度光信号を得る。The light returning from the end of the sensor fiber 8 passes through the Faraday rotator 24 again, and
The plane of polarization rotates an additional 22.5 °. This light is split by the polarization plane maintaining coupler 19 and split by the PBS 10 into light of two orthogonal polarization components. PBS10
Is set in accordance with the axis of the polarization maintaining coupler 19, and the incident polarization direction is 45 ° when the Faraday irradiation angle is 0.
Becomes The sensor fiber 8 is provided by the PBS 10.
Are obtained from the light emitted from the light source.
【0057】この光信号はそれぞれの軸の検出器11
a,11bで光電変換され、電子回路12によって電流
値を演算し、これを計測信号として出力する。This optical signal is supplied to the detector 11 of each axis.
The photoelectric conversion is performed by a and 11b, the current value is calculated by the electronic circuit 12, and this is output as a measurement signal.
【0058】このように第2の実施の形態によれば、光
源2からセンサーファイバー8まで、全て光ファイバー
とすることができ、光が空間を伝搬する部分がないた
め、振動などを受けても光量の変化がなく、安定した出
力を得ることができる。As described above, according to the second embodiment, it is possible to use all the optical fibers from the light source 2 to the sensor fiber 8, and there is no portion where the light propagates in the space. And a stable output can be obtained.
【0059】また、センサーファイバー8と偏波面保持
カプラー19との間に設けられたファラデーローテータ
ー24により、ファラデー施光角と受光側の偏光子透過
光量との関係は正弦波状に変化するので、正弦関数状の
動作点をシフトすることができ、電流の方向を知ること
ができる。つまり、ファラデーローテーターがない場合
には電流の絶対値は分っても、方向を知ることができな
いが、本実施の形態では電流の絶対値と方向を知ること
ができる。The relationship between the Faraday light application angle and the amount of light transmitted through the polarizer on the light receiving side changes sinusoidally by the Faraday rotator 24 provided between the sensor fiber 8 and the polarization plane holding coupler 19. The functional operating point can be shifted, and the direction of the current can be known. In other words, without the Faraday rotator, the direction of the current cannot be known, although the absolute value of the current is known. However, in the present embodiment, the absolute value and the direction of the current can be known.
【0060】さらに、偏波面保持カップラー19とセン
サーファイバー8との間は、融着によって接続すること
ができ、特に水分に弱いガラスを用いたファイバーにお
いて、メリットがある。つまり、ファイバー端面は、光
を無反射で透過させる必要があり、特定の材料でのみし
かコーティングが行えず、水分の浸入経路となるが、融
着接続をすることによって端面が保持され、ガラスへの
水分の浸入を防ぐことができる。Further, the polarization maintaining coupler 19 and the sensor fiber 8 can be connected by fusion, and there is an advantage particularly in a fiber using glass which is weak in moisture. In other words, the fiber end face needs to transmit light without reflection, coating can be performed only with a specific material, and becomes a water infiltration path. Water can be prevented from entering.
【0061】なお、上記第2の実施の形態では、センサ
ーファイバーの終端部に回折格子を反射鏡として形成し
たが、センサーファイバーの端面に反射鏡を取付けたも
のに対しても同様に適用実施できることは言うまでもな
い。In the second embodiment, the diffraction grating is formed as a reflecting mirror at the end of the sensor fiber. However, the present invention can be similarly applied to a device in which a reflecting mirror is attached to the end face of the sensor fiber. Needless to say.
【0062】図4は本発明による光応用測定装置の第3
の実施の形態を示す構成図で、図3と同一部品には同一
符号を付して示す。FIG. 4 shows a third embodiment of the optical applied measuring apparatus according to the present invention.
In the configuration diagram showing the embodiment, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
【0063】図4において、光源2からファイバー偏光
子18、偏波面保持カップラー19、センサーファイバ
ー8及び反射鏡9に至るまでの構成は第3の実施の形態
と同一であるので、その説明を省略する。なお、ここで
は上記ファイバー偏光子18を18a、偏波面保持カッ
プラー19を19aなる符号を付して示す。In FIG. 4, the structure from the light source 2 to the fiber polarizer 18, the polarization maintaining coupler 19, the sensor fiber 8, and the reflecting mirror 9 is the same as that of the third embodiment, and therefore the description thereof is omitted. I do. Here, the fiber polarizer 18 is denoted by reference numeral 18a, and the polarization plane holding coupler 19 is denoted by reference numeral 19a.
【0064】第3の実施の形態では、偏波面保持カップ
ラー19aの出力を、これとは別個に設けられた偏波面
保持カップラー19bに入射し、この偏波面保持カップ
ラー19bで2成分の偏波光に分岐する。この後、受信
ファイバーとして設けられたファイバー偏光子18b、
18cを通り、検出器11a、11bで光電変換し、電
子回路12によって電流値を演算して計測信号を出力す
るものである。In the third embodiment, the output of the polarization-maintaining coupler 19a is incident on a polarization-maintaining coupler 19b provided separately therefrom, and the polarization-maintaining coupler 19b converts the output into two-component polarized light. Branch. Thereafter, a fiber polarizer 18b provided as a receiving fiber,
The signal passes through 18c, is photoelectrically converted by the detectors 11a and 11b, and the electronic circuit 12 calculates a current value to output a measurement signal.
【0065】このように第3の実施の形態によれば、偏
波面保持カップラー19bで2成分に分岐された偏波光
をファイバー偏光子18b,18cを通してそれぞれ検
出器11a,11bにより光電変換して電子回路12に
入力するオール光ファイバー構成としているので、光が
空間を伝播する部分がなく、より光量が安定な光電流セ
ンサーを実現できる。As described above, according to the third embodiment, the polarized light split into two components by the polarization plane holding coupler 19b is photoelectrically converted by the detectors 11a and 11b through the fiber polarizers 18b and 18c, respectively, and the electrons are converted into electrons. Since an all-optical fiber configuration for inputting to the circuit 12 is used, there is no portion where light propagates in space, and a photocurrent sensor with a more stable light quantity can be realized.
【0066】上記第3の実施の形態では、偏波面保持カ
ップラー及び偏光分離カップラー19a,19bとして
ファイバーにより構成したが、これらを図5に示すよう
に基板20上に形成された導波路21によっても構成す
ることができる。In the third embodiment, the polarization maintaining coupler and the polarization splitting couplers 19a and 19b are constituted by fibers, but these may be formed by a waveguide 21 formed on a substrate 20 as shown in FIG. Can be configured.
【0067】一般に基板上に形成された導波路の光路は
真円とはならず、基板面に水平と垂直の軸を持った直線
複屈折を有する光路を形成する。この導波路上にY分岐
のカップラーを形成すると、偏波面保持カツプラー19
が形成される。また、導波路近傍に金属を配置すると、
偏光子18として機能する。この導波路にセンサーファ
イバー8、受信ファイバー18、送信ファイバー3を取
付けることによって光電流センサーを形成することがで
きる。In general, the optical path of a waveguide formed on a substrate does not become a perfect circle, but forms an optical path having linear and birefringent axes having horizontal and vertical axes on the substrate surface. When a Y-branch coupler is formed on this waveguide, the polarization-maintaining coupler 19 is formed.
Is formed. When a metal is placed near the waveguide,
It functions as the polarizer 18. By attaching the sensor fiber 8, the receiving fiber 18, and the transmitting fiber 3 to this waveguide, a photocurrent sensor can be formed.
【0068】このような構成としても、上記第3の実施
の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、偏
光子を構成して主な光学素子が1枚の導波路基板上に構
成できるため、光量が安定なだけでなく、振動にも強く
なり、しかも冷却、加熱等の温度コントロールを容易に
行うことができるため、温度変化に対して安定な測定装
置が容易に実現することができる。With such a configuration, the same operation and effect as those of the third embodiment can be obtained. In addition, since the main optical element can be formed on a single waveguide substrate by forming a polarizer, not only the light amount is stable, but also the vibration becomes strong, and the temperature control such as cooling and heating is easily performed. Since the measurement can be performed, a measurement device that is stable against a temperature change can be easily realized.
【0069】[0069]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電流
又は磁界等の物理量の変化を高精度で安定した状態で測
定することができる光応用測定装置を提供できる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical applied measuring apparatus capable of measuring a change in a physical quantity such as a current or a magnetic field with high accuracy and in a stable state.
【図1】本発明による光応用測定装置の第1の実施の形
態を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical applied measurement device according to the present invention.
【図2】同実施の形態におけるファイバー反射鏡が設け
られたセンサーファイバーの終端部の構成例を示す断面
図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a terminal end of a sensor fiber provided with a fiber reflecting mirror in the embodiment.
【図3】本発明による光応用測定装置の第2の実施の形
態を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention.
【図4】本発明による光応用測定装置の第3の実施の形
態を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the optical applied measurement device according to the present invention.
【図5】同実施の形態において、偏波面保持カップラー
及び偏光分離カップラーを基板上に形成された導波路に
よって構成する場合の一例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of a case where the polarization maintaining coupler and the polarization splitting coupler are configured by waveguides formed on a substrate in the embodiment.
【図6】従来の光応用電流計測器の一例を示す概略構成
図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional optical applied current measuring device.
【図7】電流計測器として光源から受光器までの全ての
経路を光ファイバーとして実現する場合の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram when all paths from a light source to a light receiver are realized as optical fibers as a current measuring device.
1……ドライバー 2……光源 3……送信ファイバー 4a,4b……結合レンズ 5……偏光子 6……無偏光ビームスプリッター 7……被測定電流が流れる導体 8……センサーファイバー 9……ファイバー反射鏡 10……ポラライジングビームスプリッター 11a,11b……検出器 12……電子回路 13……融着 18,18a,18b,18c……ファイバー偏光子 19,19a,19b……偏波面保持カプラー 24……ファラデーローテーター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Driver 2 ... Light source 3 ... Transmission fiber 4a, 4b ... Coupling lens 5 ... Polarizer 6 ... Unpolarized beam splitter 7 ... Conductor through which a measured current flows 8 ... Sensor fiber 9 ... Fiber Reflecting mirror 10 Polarizing beam splitter 11a, 11b Detector 12 Electronic circuit 13 Fusion 18 18, 18a, 18b, 18c Fiber polarizer 19, 19a, 19b Polarization maintaining coupler 24 …… Faraday rotator
フロントページの続き (72)発明者 寺井 清寿 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 生田 栄 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 東 芝変電機器テクノロジー株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AA01 AD12 AD14 AD15 2G025 AB10 AB13 AC06 2H079 AA03 BA02 CA11 EA09 EB18 KA05 Continued on the front page (72) Inventor Kiyohisa Terai 2-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Hamakawasaki Plant (72) Inventor Sakae Ikuta 2-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture East F term (reference) in Shiba Substation Equipment Technology Co., Ltd. 2G017 AA01 AD12 AD14 AD15 2G025 AB10 AB13 AC06 2H079 AA03 BA02 CA11 EA09 EB18 KA05
Claims (9)
て電流又は磁界を計測する光応用測定装置において、 センサーとなる光ファイバーの一端部にファイバー回折
格子を反射鏡として形成したことを特徴とする光応用測
定装置。1. An optical applied measurement device for measuring a current or a magnetic field using the Faraday effect of an optical fiber, wherein a fiber diffraction grating is formed as a reflecting mirror at one end of an optical fiber serving as a sensor. apparatus.
て、ファイバー回折格子による光の反射部分をファイバ
ー終端よりも入射側に設けたことを特徴とする光応用測
定装置。2. The optical applied measurement device according to claim 1, wherein a light reflection portion of the fiber diffraction grating is provided on the incident side of the fiber end.
信ファイバーと、この送信ファイバーで伝達された光を
直線偏光とするための偏光素子と、電流又は磁界によっ
てファラデー施光を受けるファラデー素子と、このファ
ラデー素子の終端に設けられ光を折返し反射させる反射
鏡と、この反射鏡に折返し反射されて再びセンサーを透
過してきた光を入射光と分離するビーム分離手段と、こ
のビーム分離手段によって分離された光の偏光状態を測
定する手段とを備え、 前記ビーム分離手段は偏波面保持ファイバーによるファ
イバーカップラーを使用したことを特徴とする光光応用
測定装置。3. A light source, a transmission fiber for transmitting light from the light source, a polarization element for converting light transmitted by the transmission fiber into linearly polarized light, and a Faraday element for receiving Faraday light by a current or a magnetic field. A reflecting mirror provided at the end of the Faraday element and reflecting light back, a beam separating means for separating light reflected back by the reflecting mirror and transmitted through the sensor again from incident light, and a beam separating means. Means for measuring the polarization state of the separated light, wherein the beam separating means uses a fiber coupler using a polarization maintaining fiber.
て、ファイバーカップラーとセンサー終端に設けられた
反射鏡との間にファラデーローテーターを挿入したこと
を特徴とする光応用測定装置。4. The optical applied measuring device according to claim 3, wherein a Faraday rotator is inserted between the fiber coupler and a reflecting mirror provided at the end of the sensor.
装置において、ファラデーローテーターの旋光角度を±
{(17.5〜27.5)+90°n}(nは整数)に
設定されることを特徴とする光応用測定装置。5. The optical applied measuring device according to claim 3, wherein the optical rotation angle of the Faraday rotator is ±
(17.5-27.5) + 90 ° n} (n is an integer), wherein the optical applied measurement device is set.
て、光の偏光状態を測定する手段として、偏波面保持フ
ァイバーカップラー、このファイバーカップラーのそれ
ぞれの出射側に設けられ、ファイバーカップラーの複屈
折軸に透過偏光方位を一致させた偏光子、この偏光子を
透過した光を光電変換するための受光素子、この受光素
子からの電気信号を元に必要な演算処理を行なう電子回
路から構成したことを特徴とする光応用測定装置。6. The optical applied measuring device according to claim 3, wherein the polarization state maintaining means is a means for measuring the polarization state of light, and is provided on each of the emission sides of the fiber coupler, and a birefringence axis of the fiber coupler. And a light receiving element for photoelectrically converting light transmitted through the polarizer, and an electronic circuit for performing necessary arithmetic processing based on an electric signal from the light receiving element. Characteristic optical measurement equipment.
て、偏光子としてファイバーの偏光子を用いたことを特
徴とする光応用測定装置。7. The optical applied measurement device according to claim 6, wherein a fiber polarizer is used as the polarizer.
ファイバーで伝達された光を直線偏光とするための偏光
素子と、電流又は磁界によってファラデー旋光を受ける
ファラデー素子と、このファラデー素子の終端に光を折
返し反射させる反射光と、この反射光に折返し反射され
て再びセンサーを透過してきた光を入射光と分離するビ
ーム分離手段と、このビーム分離手段によって分離され
た光の偏光状態を測定する手段とを備え、 前記ビーム分離手段は導波路上に構成された分岐光路を
使用したことを特徴とする光応用測定装置。8. A light source, a polarizing element for converting light transmitted by a light transmitting fiber for transmitting light from the light source into linearly polarized light, a Faraday element receiving Faraday rotation by a current or a magnetic field, and a terminal of the Faraday element Reflected light that reflects light back and forth, beam separating means that separates the light that is reflected back to this reflected light and transmitted through the sensor again from the incident light, and measures the polarization state of the light separated by the beam separating means And a beam splitting unit using a branched optical path formed on a waveguide.
て、偏光子を導波路上に構成したことを特徴とする光応
用測定装置。9. The optical applied measurement device according to claim 8, wherein the polarizer is formed on the waveguide.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11204865A JP2001033492A (en) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | Optical application measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11204865A JP2001033492A (en) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | Optical application measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001033492A true JP2001033492A (en) | 2001-02-09 |
Family
ID=16497691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11204865A Pending JP2001033492A (en) | 1999-07-19 | 1999-07-19 | Optical application measuring apparatus |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2001033492A (en) |
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-
1999
- 1999-07-19 JP JP11204865A patent/JP2001033492A/en active Pending
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