JP2023012760A - 電界センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電界センサは、第1波長を含む第1の光を出射する第1光源と、第1波長とは異なる第2波長を含む第2の光を出射する第2光源と、被測定電界が印加されるとともに、第1の光および第2の光が互いに異なる第1方向および第2方向からそれぞれ入射される電気光学結晶と、電気光学結晶を介した第1の光および第2の光の位相変化量を検出する検出部と、検出部で検出された第1の光の位相変化量から第1方向における被測定電界の電界強度を求め、前記検出部で検出された前記第2の光の位相変化量から前記第2方向における前記被測定電界の電界強度を求め、前記第1方向の電界強度と前記第2方向の電界強度に基づいて前記被測定電界の電界強度を得る信号処理部と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、電界の方向によらず、精度の高い電界測定を可能とするものである。具体的には、EMI(Electro Magnetic Interference:電磁気妨害)測定などの電界測定を行う場合に、電界センサの向きを変えて測定したり、複数の電界センサを用いて測定したりすることなく、電界の方向によらず、精度の高い電界測定を可能とするものである。
[電界センサ]
図1は、第1実施形態に係る電界センサ100の構成例を示す図である。図2は、電界センサ100の構成例のブロック図である。
図1における左右方向をX方向という。図1における右方向は+X方向である。左方向は-X方向である。図1における上下方向をY方向という。図1における上方向は+Y方向である。下方向は-Y方向である。X方向とY方向とは直交する。
波長分離素子17,18としては、WDMフィルタ、ダイクロイックミラーなどが使用できる。
第1反射膜4は、電気光学結晶3の第3面3cに設けられている。第2反射膜5は、電気光学結晶3の第4面3dに設けられている。
次に、電界センサ100を用いて電界を測定する方法について説明する。
図1に示すように、第1レーザ光源1は、波長λ1(第1波長)がピーク値となる第1の光L1を出射する。第2レーザ光源2は、波長λ2(第2波長)がピーク値となる第2の光L2を出射する。
第1の光L1は、電気光学結晶3を-X方向に通過し、第3面3cに達して第1反射膜4で反射する。反射光は+X方向に進み、第1面3aから出射する。第1面3aから出射した光は、第1偏光分離部11に向かう。
電気光学結晶3の第1面3aから出射した光線は、第1偏光分離部11において、第1λ/2波長板31および第1λ/4波長板32を通過し、第1偏光分離素子33に入射する。第1偏光分離素子33は、光線を偏光状態が異なる2つの光(詳しくは、S波とP波)に分離する。
P波の光線(分離された他方の光)は、第2λ/2波長板35および第1ファラデー素子36を通過し、偏光分離素子37に入射する。偏光分離素子37を出射したP波の光線は、第2ミラー38、第2ダイクロイックミラー14を経て、第2波長分離素子18に入射する。
第1ダイクロイックミラー13は、第1偏光分離素子33で分離したS波の光と、第2偏光分離素子43で分離したS波の光とを合波して第1波長分離素子17に入射させる。
第2ダイクロイックミラー14は、偏光分離素子37で分離したP波の光と、偏光分離素子47で分離したP波の光とを合波して第2波長分離素子18に入射させる。
電界センサ100では、第1の光L1(波長λ1)と第2の光L2(波長λ2)とを異なる方向から電気光学結晶3に入射させ、出射光から波長λ1,λ2のそれぞれについてS波とP波の出力信号を取得する。そのため、S波成分の信号とP波成分の信号との出力差に基づいて、2つの方向(X方向とY方向)の電界強度を測定することができる。よって、電界の方向に依存しない(すなわち、指向性がない)電界強度の測定が可能である。
[電界センサ]
図3は、第2実施形態に係る電界センサ200の構成例を示す図である。図4は、電界センサ200の構成例のブロック図である。第1実施形態との共通構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
第2変調器224は、第2ロックインアンプ222に接続されている。第2変調器224は、Y方向(第2方向)の電界E2(被測定電界)(図3参照)を第2周波数fλ2で変調する。
次に、電界センサ200を用いて電界を測定する方法について説明する。
図1に示す電界センサ100と同様に、第1レーザ光源1から出射された第1の光L1は、X方向(第1方向)から電気光学結晶3に入射し、第1反射膜4で反射する。反射光は第1面3aから出射する。
第2レーザ光源2から出射された第2の光L2は、Y方向(第2方向)から電気光学結晶3に入射し、第2反射膜5で反射する。反射光は第2面3bから出射する。
電気光学結晶3の第1面3aから出射した光線は、第1λ/2波長板31および第1λ/4波長板32を経て、第1偏光分離素子33に入射する。第1偏光分離素子33は、光線を偏光状態が異なる2つの光(詳しくは、S波とP波)に分離する。
P波の光線(分離された他方の光)は、第2λ/2波長板35および第1ファラデー素子36を通過し、偏光分離素子37に入射する。偏光分離素子37を出射したP波の光線は、第2ミラー38、第2ダイクロイックミラー14を経て、第2受光素子220に入射する。
第1ダイクロイックミラー13は、第1偏光分離素子33で分離したS波の光と、第2偏光分離素子43で分離したS波の光とを合波して第1受光素子219に入射させる。
第2ダイクロイックミラー14は、偏光分離素子37で分離したP波の光と、偏光分離素子47で分離したP波の光とを合波して第2受光素子220に入射させる。
第2受光素子220は、第2ダイクロイックミラー14から入射した、波長λ1の光(P波)および波長λ2の光(P波)を電気信号に変換し、変換したP波成分の電気信号(第2受光信号)を第2ロックインアンプ222に出力する。
電界センサ200では、第1の光L1(波長λ1)と第2の光L2(波長λ2)とを異なる方向から電気光学結晶3に入射させ、出射光から波長λ1,λ2のそれぞれについてS波とP波の出力信号を取得する。そのため、S波成分の信号とP波成分の信号との出力差に基づいて、2つの方向(X方向とY方向)の電界強度を測定することができる。よって、電界の方向に依存しない(すなわち、指向性がない)電界強度の測定が可能である。
例えば、図4に示す電界センサ200は、第1増幅器(第1演算器)および第2増幅器(第2演算器)(図2の第1増幅器51および第2増幅器52を参照)を備えていてもよい。第1増幅器は、第1ロックインアンプ221と信号処理部253との間に設けられる。第2増幅器は、第2ロックインアンプ222と信号処理部253との間に設けられる。第1増幅器は、第1ロックインアンプ221から得た波長λ1のS波成分の信号と、第2ロックインアンプ222から得た波長λ1のP波成分の信号との差分を求めることができる。第2増幅器は、第1ロックインアンプ221から得た波長λ2のS波成分の信号と、第2ロックインアンプ222から得た波長λ2のP波成分の信号との差分を求めることができる。
Claims (6)
- 電気光学効果を利用して被測定電界を測定する電界センサであって、
第1波長を含む第1の光を出射する第1光源と、
前記第1波長とは異なる第2波長を含む第2の光を出射する第2光源と、
前記被測定電界が印加されるとともに、前記第1の光および前記第2の光が互いに異なる第1方向および第2方向からそれぞれ入射される電気光学結晶と、
前記電気光学結晶を介した前記第1の光および前記第2の光の位相変化量を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記第1の光の位相変化量から前記第1方向における前記被測定電界の電界強度を求め、前記検出部で検出された前記第2の光の位相変化量から前記第2方向における前記被測定電界の電界強度を求め、前記第1方向の電界強度と前記第2方向の電界強度に基づいて前記被測定電界の電界強度を得る信号処理部と、
を備える電界センサ。 - 前記電気光学結晶には、
前記電気光学結晶に入射した前記第1の光を反射する第1反射膜と、
前記電気光学結晶に入射した前記第2の光を反射する第2反射膜と、
が設けられている、請求項1記載の電界センサ。 - 前記第1方向および前記第2方向は、互いに直交する方向である、請求項1または2記載の電界センサ。
- 前記検出部は、
前記電気光学結晶を介した前記第1の光を、偏光状態が異なる2つの光に分離する第1偏光分離部と、
前記第1偏光分離部によって分離された一方の光を受光して第1受光信号を出力する第1受光素子と、
前記第1偏光分離部によって分離された他方の光を受光して第3受光信号を出力する第3受光素子と、
前記第1受光信号と前記第3受光信号との差分を求める第1演算器と、
前記電気光学結晶を介した前記第2の光を、偏光状態が異なる2つの光に分離する第2偏光分離部と、
前記第2偏光分離部によって分離された一方の光を受光して第2受光信号を出力する第2受光素子と、
前記第2偏光分離部によって分離された他方の光を受光して第4受光信号を出力する第4受光素子と、
前記第2受光信号と前記第4受光信号との差分を求める第2演算器と、
を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の電界センサ。 - 前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部によって分離された偏光状態が同じ一方の光を合波する第1合波器と、
前記第1合波器で合波された光を波長分離して前記第1受光素子および前記第2受光素子に入射させる第1波長分離素子と、
前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部によって分離された偏光状態が同じ他方の光を合波する第2合波器と、
前記第2合波器で合波された光を波長分離して前記第3受光素子および前記第4受光素子に入射させる第2波長分離素子と、
を備える請求項4記載の電界センサ。 - 前記第1方向における前記被測定電界を第1周波数で変調する第1変調器と、
前記第2方向における前記被測定電界を第2周波数で変調する第2変調器と、を更に備え、
前記検出部は、
前記電気光学結晶を介した前記第1の光を、偏光状態が異なる2つの光に分離する第1偏光分離部と、
前記電気光学結晶を介した前記第2の光を、偏光状態が異なる2つの光に分離する第2偏光分離部と、
前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部によって分離された偏光状態が同じ一方の光を合波する第1合波器と、
前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部によって分離された偏光状態が同じ他方の光を合波する第2合波器と、
前記第1合波器によって合波された光を受光して第1受光信号を出力する第1受光素子と、
前記第2合波器によって合波された光を受光して第2受光信号を出力する第2受光素子と、
前記第1周波数を用いて前記第1受光信号をロックイン検出して第1信号を得るとともに、前記第2周波数を用いて前記第1受光信号をロックイン検出して第2信号を得る第1ロックインアンプと、
前記第1周波数を用いて前記第2受光信号をロックイン検出して第3信号を得るとともに、前記第2周波数を用いて前記第2受光信号をロックイン検出して第4信号を得る第2ロックインアンプと、
を備え、
前記信号処理部は、前記第1の光の位相変化量としての前記第1信号と前記第3信号との差分から前記第1方向における前記被測定電界の電界強度を求め、前記第2の光の位相変化量としての前記第2信号と前記第4信号との差分から前記第2方向における前記被測定電界の電界強度を求める、
請求項1から3のいずれか一項に記載の電界センサ。
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