JP2012103200A - 変調光解析装置とその変調光解析装置を用いた電界あるいは磁界測定プローブ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】解析対象の楕円偏光を入射し、これを第1、2の偏光に分岐し、第1の偏光を入射し、第1の偏光分岐手段でその搬送波と側帯波にπ/4で交叉する偏光成分に分離し、第1、2の光電変換手段で強度を測定する。第2の偏光を1/4波長板に通した後、搬送波と側帯波に対してπ/4で交叉する偏光成分に分離し、この強度を第3、4の光電変換手段で測定し、第1から第4の光電変換手段の出力を入力して、入射光の搬送波と側帯波の強度や位相を算出する。解析する周波数は信号発生器の周波数で指定する。信号処理回路は、第1、2(第3、4)の光電変換手段の各々の出力間の差の第1(第2)の差信号について強度の比から、解析対象の入射光の搬送波と側帯波の位相差を算出する。
【選択図】図2
Description
搬送波とそれに直交する偏波面をもつ側帯波とを含む楕円偏光を解析対象の入射光とし、
上記入射光を第1、第2の偏光に分岐するための第1の光分岐手段と、
第1の偏光を入射光とし、その搬送波および側帯波の各々の偏波面に対して±π/4ラジアンのいずれかの方位で交叉し、2つの互いに直交する偏光成分に分離するための第1の偏光分岐手段と、
上記の互いに直交する2つの偏光成分の其々の強度を測定するための第1、第2の光電変換手段と、
第2の偏光に適用してその偏光成分間に位相差を与える1/4波長板と、
前記1/4波長板を出た第2の偏光を入射光とし、その搬送波および側帯波偏波面に対して±π/4ラジアンのいずれかの方位で交叉し、互いに直交する2つの偏光成分に分離するための第2の偏光分岐手段と、
第2の偏光変更分離手段で分離され互いに直交する2つの上記偏光成分の其々の強度を測定するための第3、第4の光電変換手段と、
第1、第2、第3、第4の光電変換手段の全ての出力を入力して、前記入射光の搬送波または側帯波のそれぞれの強度、または、その位相の一部またはすべてを算出する信号処理回路と、
解析対象の上記入射光を解析する周波数を指定するための第1の参照信号を発生する第1の信号発生器と、を具備し、
前記信号処理回路は、第1、第2の光電変換手段の各々の出力間の差である第1の差信号の指定された上記周波数における強度と、第3、第4の光電変換手段の出力間の差である第2の差信号の指定された上記周波数における強度との第1の比から、解析対象の上記入射光の搬送波と側帯波の位相差を算出することを特徴とする。
第1の差信号と、第1の参照信号の周波数成分のπ/2または−π/2ラジアンに相当する移相を施した第2の差信号、との和信号を生成し、更に前記和信号と前記第1の参照信号との積を前記参照信号の整数周期にわたり積算して得られる第1の積算値と、上記和信号と、第1の参照信号をπ/2または−π/2ラジアン移相した信号との積を上記周期にわたり積算して得られる第2の積算値とを求め、
第1の積算値の平方値と第2の積算値の平方値との和から解析対象の上記搬送波の強度と上記側帯波の強度の積を求め、
上記信号処理回路は、第1の比と、第1の積算値と第2の積算値との比とから、第1の参照信号と解析対象の上記入射光の側帯波に含まれ第1の参照信号と同じ周波数の信号との位相差を算出することを特徴とする。
直線偏光を出力する光源と、
電界あるいは磁界によって屈折率の変化する電気または磁気光学結晶と、
請求項1記載の変調光解析装置と、
前記直線偏光を前記電気または磁気光学結晶へ導くとともに前記電気または磁気光学結晶を透過あるいは反射した出力を上記変調光解析装置へ導くための偏波面保存光ファイバーを含む光路と、
を具備し、
上記電気または磁気光学結晶に印加された電界あるいは磁界の周波数、強度、参照信号と搬送波の相対位相の少なくとも1つを測定する機能を有することを特徴とする。
上記光源からの直線偏光を変調する手段と、
第2の参照信号を発生する第2の信号発生器と、
を具備し、
上記直線偏光は第2の信号参照によって変調されて上記電気または磁気光学結晶への入射光であり、
上記電気または磁気光学結晶は、上記入射光に含まれる前記第2の参照信号による変調成分と、被測定電界または磁界との周波数混合を行ってその出力光に第1の周波数に相当する中間周波数成分を発生し、変調光解析装置は第1の周波数成分に対して解析処理を行う光ヘテロダイン法を用いることを特徴とする。
上記光路は、
第2の光分岐手段と、
双方向性光路とを備え、
第2の光分岐手段は、上記光源から入射する上記直線偏光を上記双方向性光路を介して上記電気または磁気光学結晶に送り、前記電気または磁気光学結晶からのからの戻り光を上記双方向性光路を介して上記偏光解析装置に出射するものであって、上記双方向性光路は偏波面保持光ファイバーを含むことを特徴とする。
さらに、第1の差信号と、第1の参照信号の周波数成分のπ/2または−π/2ラジアンに相当する移相を施した第2の差信号、との和信号を生成し、更に前記和信号と前記第1の参照信号との積を前記参照信号の整数周期にわたり積算して得られる第1の積算値と、上記和信号と、第1の参照信号をπ/2または−π/2ラジアン移相した信号との積を上記周期にわたり積算して得られる第2の積算値とを求め、
第1の積算値の平方値と第2の積算値の平方値との和から解析対象の上記搬送波の強度と上記側帯波の強度の積を求め、
上記信号処理回路14は、第1の比と、第1の積算値と第2の積算値との比とから、第1の参照信号と解析対象の上記入射光の側帯波に含まれ第1の参照信号と同じ周波数の信号との位相差を算出する。信号処理回路14の処理は、アナログ演算回路で行うことも、光電変換手段入力を数値化してデジタル信号処理で行う事も可能である。
u−u’方向の偏光成分の電界は以下の式に示す。
v−v’方向の偏光成分の電界は、次の数4になる。
u−u’方向の偏光成分の電界は、次のようになる。
v−v’方向の偏光成分の電界は、次のようになる。
2 第2の光分岐手段
3 光路または双方向性光路
4 電気または磁気光学結晶
5 第1の光分岐手段
6 λ/4板
7 第1の偏光分岐手段
8 第2の偏向分岐手段
9 第1の光電変換手段
10 第2の光電変換手段
11 第3の光電変換手段
12 第4の光電変換手段
13 第1の信号発生手段
14 信号処理回路
15 第2の信号発生手段
16 変調装置
19 被測定物
20 偏光解析装置
21 反射鏡
22 第1の偏光
23 第2の偏光
24 第3の偏光
25 第4の偏光
26 第5の偏光
27 第6の偏光
28 入射光
30 第2の参照信号
31 電界あるいは磁界
32 中間周波数信号
33 第1の参照信号
Claims (5)
- 搬送波とそれに直交する偏波面をもつ側帯波とを含む楕円偏光を解析対象の入射光とし、
上記入射光を第1、第2の偏光に分岐するための第1の光分岐手段と、
第1の偏光を入射光とし、その搬送波および側帯波の各々の偏波面に対して±π/4ラジアンのいずれかの方位で交叉し、2つの互いに直交する偏光成分に分離するための第1の偏光分岐手段と、
上記の互いに直交する2つの偏光成分の其々の強度を測定するための第1、第2の光電変換手段と、
第2の偏光に適用してその偏光成分間に位相差を与える1/4波長板と、
前記1/4波長板を出た第2の偏光を入射光とし、その搬送波および側帯波偏波面に対して±π/4ラジアンのいずれかの方位で交叉し、互いに直交する2つの偏光成分に分離するための第2の偏光分岐手段と、
第2の偏光変更分離手段で分離され互いに直交する2つの上記偏光成分の其々の強度を測定するための第3、第4の光電変換手段と、
第1、第2、第3、第4の光電変換手段の全ての出力を入力して、前記入射光の搬送波または側帯波のそれぞれの強度、または、その位相の一部またはすべてを算出する信号処理回路と、
解析対象の上記入射光を解析する周波数を指定するための第1の参照信号を発生する第1の信号発生器と、を具備し、
前記信号処理回路は、第1、第2の光電変換手段の各々の出力間の差である第1の差信号の指定された上記周波数における強度と、第3、第4の光電変換手段の出力間の差である第2の差信号の指定された上記周波数における強度との第1の比から、解析対象の上記入射光の搬送波と側帯波の位相差を算出するものであることを特徴とする変調光解析装置。 - 第1の差信号と、第1の参照信号の周波数成分のπ/2または−π/2ラジアンに相当する移相を施した第2の差信号、との和信号を生成し、更に前記和信号と前記第1の参照信号との積を前記参照信号の整数周期にわたり積算して得られる第1の積算値と、上記和信号と、第1の参照信号をπ/2または−π/2ラジアン移相した信号との積を上記周期にわたり積算して得られる第2の積算値とを求め、
第1の積算値の平方値と第2の積算値の平方値との和から解析対象の上記搬送波の強度と上記側帯波の強度の積を求め、
上記信号処理回路は、第1の比と、第1の積算値と第2の積算値との比とから、第1の参照信号と解析対象の上記入射光の側帯波に含まれ第1の参照信号と同じ周波数の信号との位相差を算出するものであることを特徴とする請求項1に記載の変調光解析装置。 - 直線偏光を出力する光源と、
電界あるいは磁界によって屈折率の変化する電気あるいは磁気光学結晶と、
請求項1記載の変調光解析装置と、
前記直線偏光を前記電気あるいは磁気光学結晶へ導くとともに前記電気あるいは磁気光学結晶を透過あるいは反射した出力を上記変調光解析装置へ導くための偏波面保存光ファイバーを含む光路と、
を具備し、
上記電気あるいは磁気光学結晶に印加された電界あるいは磁界の周波数、強度、参照信号と搬送波の相対位相の少なくとも1つを測定する機能を有することを特徴とする電界あるいは磁界検出プローブ装置。 - 請求項3に記載の構成に加えて、
上記光源からの直線偏光を変調する手段と、
第2の参照信号を発生する第1の信号発生器と、
を具備し、
上記直線偏光は第2の信号参照によって変調されて上記電気あるいは磁気光学結晶への入射光であり、
上記電気あるいは磁気光学結晶は、上記入射光に含まれる前記第2の参照信号による変調成分と、被測定電界または磁界との周波数混合を行ってその出力光に第1の周波数に相当する中間周波数成分を発生し、変調光解析装置は第1の周波数成分に対して解析処理を行う光ヘテロダイン法を用いることを特徴とする請求項3に記載の電界あるいは磁界検出プローブ装置。 - 上記光路は、
第2の光分岐手段と、
双方向性光路を備え、
第2の光分岐手段は、上記光源から入射する上記直線偏光を上記双方向性光路を介して上記電気あるいは磁気光学結晶に送り、前記電気あるいは磁気光学結晶からのからの戻り光を上記双方向性光路を介して上記偏光解析装置に出射するものであって、
上記双方向性光路は偏波面保持光ファイバーを含むことを特徴とする請求項3あるいは請求項4に記載の電界あるいは磁界検出プローブ装置。
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