JP4071723B2 - 電界センサおよび電界検出方法 - Google Patents
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図12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12の電界センサは、電気光学(Electro-Optic ;EO)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。
また、本発明の電界センサの1構成例において、前記信号処理部は、さらに、前記直線偏光生成器と前記偏光分離素子との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板を備えるものであり、前記直線偏光生成器は、前記被測定電界が印加されていない状態において、出力光がP偏光の成分とS偏光の成分とを1体1の割合で含むように設定され、前記1/4波長板は、前記被測定電界が印加されていない状態において、スロー軸またはファスト軸が前記直線偏光生成器の出力光の偏波面に対して平行で、かつ前記スロー軸またはファスト軸が光の進行方向に対して垂直となるように設定されるものである。
また、本発明の電界センサの1構成例において、前記信号処理部は、さらに、前記直線偏光生成器と前記偏光分離素子との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板と、入射光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える1/2波長板とを備えるものであり、前記1/4波長板と前記1/2波長板のスロー軸およびファスト軸の角度は可変である。
また、本発明の電界センサの1構成例において、前記伝搬経路切替手段は、カプラである。
また、本発明の電界センサの1構成例において、前記伝搬経路切替手段は、ビームスプリッタである。
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、本発明の電界検出方法の1構成例は、前記直線偏光生成手順と前記偏光分離手順との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板によって前記直線偏光生成手順の出力光の偏光状態を調整する調整手順を備え、前記直線偏光生成器は、前記被測定電界が印加されていない状態において、出力光がP偏光の成分とS偏光の成分とを1体1の割合で含むように設定され、前記1/4波長板は、前記被測定電界が印加されていない状態において、スロー軸またはファスト軸が前記直線偏光生成器の出力光の偏波面に対して平行で、かつ前記スロー軸またはファスト軸が光の進行方向に対して垂直となるように設定されるものである。
また、本発明の電界検出方法の1構成例は、前記直線偏光生成手順と前記偏光分離手順との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板と、入射光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える1/2波長板とによって前記直線偏光生成手順の出力光の偏光状態を調整する調整手順を備え、前記1/4波長板と前記1/2波長板のスロー軸およびファスト軸の角度は可変である。
また、本発明の電界検出方法の1構成例は、前記伝搬経路切替手順にカプラを用い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、前記伝搬経路切替手順にビームスプリッタを用い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。
[第1の実施の形態]
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に伝送する光ファイバ4とからなる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、電界センサの構成は図1に示した第1の実施の形態の構成と同じなので、図1の符号を用いて説明する。本実施の形態では、被測定電界の無入力時に直線偏光生成器201が生成する直線偏光の偏波面がx軸と45度の角度をなすように設定されており、かつQWP202のスロー軸またはファスト軸がx軸と45度の角度をなすように設定されている点で、第1の実施の形態と異なる。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図7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1と同一の構成には同一の符号を付してある。図7の電界センサは、センサヘッド部1と、信号処理部2aと、PMF3と、光ファイバ4とからなる。本実施の形態の信号処理部2aにおいては、直線偏光生成器201とQWP202との間に、1/2波長板(Half-Wave Plate 、以下、HWPと略する)208を挿入している。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図8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1と同一の構成には同一の符号を付してある。図8の電界センサは、センサヘッド部1aと、信号処理部2bと、センサヘッド部1aと信号処理部2bとを接続するPMF5とからなる。
直線偏光生成器201、QWP202、PBS203、PD204,205、差動増幅器206および電気信号測定器207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。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図9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1、図8と同一の構成には同一の符号を付してある。図9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。
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図10は、本発明の第6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、図8、図9と同一の構成には同一の符号を付してある。図10の電界センサは、センサヘッド部1aと、信号処理部2dと、PMF5とからなる。
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。図11(a)、図11(b)は、本発明の第7の実施の形態となる電界センサのセンサヘッド部の構成例を示すブロック図である。第1の実施の形態〜第6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。
Claims (20)
- 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光ファイバとを有し、
前記信号処理部は、
直線偏光を放射し、この直線偏光を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光源と、
前記光ファイバによって伝送された光を予め設定された角度の偏波面を有する直線偏光に変換する直線偏光生成器と、
この直線偏光生成器の出力光をS偏光とP偏光に分離する偏光分離素子と、
前記S偏光を光電変換する第1の光検出器と、
前記P偏光を光電変換する第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電気信号測定器とを備えるものであり、
前記電気光学結晶の第1面に入射する直線偏光の偏波面の角度は、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に対して略45度をなし、
前記直線偏光生成器の応答速度は、前記被測定電界の周波数の下限値よりも低いことを特徴とする電界センサ。 - 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、
直線偏光を放射する光源と、
入射光を予め設定された角度の偏波面を有する直線偏光に変換する直線偏光生成器と、
前記センサヘッド部からの光を前記直線偏光生成器に伝送する光ファイバと、
前記光源からの直線偏光を前記偏波保持ファイバに送出して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た光を前記光ファイバに送出して前記直線偏光生成器へ伝送させる伝搬経路切替手段と、
前記直線偏光生成器の出力光をS偏光とP偏光に分離する偏光分離素子と、
前記S偏光を光電変換する第1の光検出器と、
前記P偏光を光電変換する第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電気信号測定器とを備えるものであり、
前記電気光学結晶の第1面に入射する直線偏光の偏波面の角度は、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に対して略45度をなし、
前記直線偏光生成器の応答速度は、前記被測定電界の周波数の下限値よりも低いことを特徴とする電界センサ。 - 請求項1または2記載の電界センサにおいて、
前記信号処理部は、さらに、前記直線偏光生成器と前記偏光分離素子との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板を備えるものであり、
前記直線偏光生成器は、前記被測定電界が印加されていない状態において、出力光がP偏光またはS偏光となるように設定され、
前記1/4波長板は、前記被測定電界が印加されていない状態において、スロー軸またはファスト軸が前記直線偏光生成器の出力光の偏波面に対して略45度の角度をなし、かつ前記スロー軸またはファスト軸が光の進行方向に対して垂直となるように設定されていることを特徴とする電界センサ。 - 請求項1または2記載の電界センサにおいて、
前記信号処理部は、さらに、前記直線偏光生成器と前記偏光分離素子との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板を備えるものであり、
前記直線偏光生成器は、前記被測定電界が印加されていない状態において、出力光がP偏光の成分とS偏光の成分とを1体1の割合で含むように設定され、
前記1/4波長板は、前記被測定電界が印加されていない状態において、スロー軸またはファスト軸が前記直線偏光生成器の出力光の偏波面に対して平行で、かつ前記スロー軸またはファスト軸が光の進行方向に対して垂直となるように設定されていることを特徴とする電界センサ。 - 請求項1または2記載の電界センサにおいて、
前記信号処理部は、さらに、前記直線偏光生成器と前記偏光分離素子との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板と、入射光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える1/2波長板とを備えるものであり、
前記1/4波長板と前記1/2波長板のスロー軸およびファスト軸の角度は可変であることを特徴とする電界センサ。 - 請求項2記載の電界センサにおいて、
前記伝搬経路切替手段は、サーキュレータであることを特徴とする電界センサ。 - 請求項2記載の電界センサにおいて、
前記伝搬経路切替手段は、カプラであることを特徴とする電界センサ。 - 請求項2記載の電界センサにおいて、
前記伝搬経路切替手段は、ビームスプリッタであることを特徴とする電界センサ。 - 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2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。 - 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光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を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、前記電気光学結晶の第2面から出射した光を前記光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、
前記信号処理部の直線偏光生成器により、前記光ファイバによって伝送された光を予め設定された角度の偏波面を有する直線偏光に変換する直線偏光生成手順と、
この直線偏光生成手順によって得られた出力光をS偏光とP偏光に分離する偏光分離手順と、
前記S偏光を光電変換する第1の光検出手順と、
前記P偏光を光電変換する第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電気信号測定手順とを備え、
前記電気光学結晶の第1面に入射する直線偏光の偏波面の角度は、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に対して略45度をなし、
前記直線偏光生成器の応答速度は、前記被測定電界の周波数の下限値よりも低いことを特徴とする電界検出方法。 - 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を前記偏波保持ファイバに送出して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た光を光ファイバに送出する伝搬経路切替手順と、
前記信号処理部の直線偏光生成器により、前記光ファイバによって伝送された光を予め設定された角度の偏波面を有する直線偏光に変換する直線偏光生成手順と、
この直線偏光生成手順によって得られた出力光をS偏光とP偏光に分離する偏光分離手順と、
前記S偏光を光電変換する第1の光検出手順と、
前記P偏光を光電変換する第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電気信号測定手順とを備え、
前記電気光学結晶の第1面に入射する直線偏光の偏波面の角度は、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に対して略45度をなし、
前記直線偏光生成器の応答速度は、前記被測定電界の周波数の下限値よりも低いことを特徴とする電界検出方法。 - 請求項11または12記載の電界検出方法において、
前記直線偏光生成手順と前記偏光分離手順との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板によって前記直線偏光生成手順の出力光の偏光状態を調整する調整手順を備え、
前記直線偏光生成器は、前記被測定電界が印加されていない状態において、出力光がP偏光またはS偏光となるように設定され、
前記1/4波長板は、前記被測定電界が印加されていない状態において、スロー軸またはファスト軸が前記直線偏光生成器の出力光の偏波面に対して略45度の角度をなし、かつ前記スロー軸またはファスト軸が光の進行方向に対して垂直となるように設定されていることを特徴とする電界検出方法。 - 請求項11または12記載の電界検出方法において、
前記直線偏光生成手順と前記偏光分離手順との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板によって前記直線偏光生成手順の出力光の偏光状態を調整する調整手順を備え、
前記直線偏光生成器は、前記被測定電界が印加されていない状態において、出力光がP偏光の成分とS偏光の成分とを1体1の割合で含むように設定され、
前記1/4波長板は、前記被測定電界が印加されていない状態において、スロー軸またはファスト軸が前記直線偏光生成器の出力光の偏波面に対して平行で、かつ前記スロー軸またはファスト軸が光の進行方向に対して垂直となるように設定されていることを特徴とする電界検出方法。 - 請求項11または12記載の電界検出方法において、
前記直線偏光生成手順と前記偏光分離手順との間に、入射光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える1/4波長板と、入射光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える1/2波長板とによって前記直線偏光生成手順の出力光の偏光状態を調整する調整手順を備え、
前記1/4波長板と前記1/2波長板のスロー軸およびファスト軸の角度は可変であることを特徴とする電界検出方法。 - 請求項12記載の電界検出方法において、
前記伝搬経路切替手順にサーキュレータを用いることを特徴とする電界検出方法。 - 請求項12記載の電界検出方法において、
前記伝搬経路切替手順にカプラを用いることを特徴とする電界検出方法。 - 請求項12記載の電界検出方法において、
前記伝搬経路切替手順にビームスプリッタを用いることを特徴とする電界検出方法。 - 請求項11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記載の電界検出方法において、
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。
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