JPS59160770A

JPS59160770A - 光電圧計

Info

Publication number: JPS59160770A
Application number: JP58034894A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Shindo; 進藤　昭太郎
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1984-09-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光学的手法を用いて電圧を測定する光電圧計に
関するものである。更に詳しくは、電気光学材料の基板
に光導波路を形成し、この光導波路を伝わる光を強度変
調し、光強度の変化から電圧を測定するようにした光電
圧計に関するものである。

電気光学材料例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０３　
）で構成された基板にチタン拡散を行なうと基板よりも
高屈折率の光導波路が形成される。この光群波路が設け
られた基板では、電気光学効果の効率が極めて商い。こ
のような光導波路に電界を加えると、光導波路を通過す
る光は電気光学効果により強度変調させられる。このよ
うな光の強度変調が生じるように構成したものには光変
調器がある。

このような光変調器の一例として第１図に示すような構
成のものがある。

第１図において、１０は基・板、２０は光導波路、６０
は電極、４０は偏光手段である。

基板１０は、電気光学効果を有する板状の電気光学材料
例えばニオブ酸リチウム（Ｌ　ｉ　ＮｂＯ３）等で構成
されている。光導波路２０は、基板１０上に線状に形成
されていて、屈折率は基板１ｏよりも高く、一端から入
射した光をガイドする。光導波［２０の基板１０上への
作成は、例えば公知のチタン拡散法によって行なわれる
。電極５ｏは、３０．と５０２の一対が設けられている
。そして、これらの電極３０．と３０２は、光導波路２
ｏの両側に対向するように形成されている。３１は電圧
印加手段であり、電極３０１と３０２の間に電圧を印加
する。偏光手段４ｏにおいて、４１はポーラライザであ
り、光源（図示せず）からの入射光を直線偏光する。４
２はλ／４板であり、ポーラライザ４１を通過した光に
π／２の位相差（以下、λ／４バイアスとする）を与え
る。４３はアナライザであり、光導波路２ｏの出射部２
２がら出た光を直線偏光する。ポーラライザ４１とアナ
ライザ４３の偏波面には、例えば９０’の位相差がある
。

このような構成の光変調器において、光源（図示せず）
からの光は、光フアイバケーブルによって伝送され、ポ
ーラライザ４１に入射される。この光は、ポーラライザ
４１で直線偏光され、λ／４板４２でλ／４バイアスが
与えられた後、光入射部２１がら入射される。そして、
この光は、電極３０！と３０２の間の印加電圧に比例し
た位相差が与えられ、強度変調される。この強度変調さ
れた光は、偏波面がアナライザ４３の偏波面と一致する
ものがアナライザ４３を通過する。電極３０１　と３０
２の間に印加する電圧に応じてアナライザ４３を通過後
の光の強度が変化する。

この光変調器は、小さな印加電圧で光強度変調を行なう
ことができるという利点を有している。

強度変調された光強度から電極３０．　、３０２間の印
加電圧を求めるようにすることによって、この光変調器
を電圧計に応用しようとすると、このような電圧計は、
高い測定感度が得られるという可能性を有している。そ
こで、このような特徴を生かした応用が検討されている
。

しかし、このような応用では、次のような問題点があっ
た。

基板１０を構成している電気光学材料の結晶′は、温度
、基板内の歪等によシ特性が変化する。これによって、
基板１ｏ内に発生する電気光学効果の効率が変化し、電
極１１　、　３ｏ２間の印加電圧が一定であってもアナ
ライザ４３を通過後の光強度は変化する。この光変調器
には、このような変化を補正する手段が設けられていな
いため、アナライザ４５を通過後の光をもとにして求め
られる測定電圧に誤差が生じるという問題点がち叩た。

このような理由から、光変調器を応用した電圧針は実現
に至っていない。

本発明は上述したような点を可能にしたものであり、光
変調器を用いて高い測定感度で電圧を測定することがで
きてしかも温度変化等の影響を受けＫくい光電圧計を実
現することを目的としたものである。

第２図は本発明にかかる光電圧計の一実施例の構成を示
した図である。第２図において、第１図と同一のものは
同一符号を付ける。

第２図において、５ｏは光臨、６’０は光変調部、７゜
は電圧測定用電極、８０は出力取出部である。

光源５０は、例えばレーザダイオードである。レーザダ
イオード５ｏの照射光は、光フアイバケーブル５１によ
って伝送されて、光入射部２１から入射される。光変調
部６０は、光導波＠２０によって形成されている。そし
て、この光変調部６０内に電圧測定用電極７０が設けら
れている。光変調部６０は、導かれた光を２分割する分
岐部６１と、分割された各々の光の間に位相差を与える
位相変調部６２と、２分割された光を再び結合させる結
合部６３とを有する分岐干渉形のものである。電圧測定
用電極７０は、７１と７２が光変調部６０の光導波路の
両側に近接した位置に形成されている。７５は第１の測
定電圧印加手段であり、電圧測定用電極７１と７２の間
に測定電圧を印加する。出力取出部８０において、８１
．８２は出力取出用電極であり、゛眠圧測定用電極７１
．７２よシも出射側の位置で光導波路２０の両側に形成
されている。８３は第２の電圧印加手段であシ、出力取
出用電極８１と８２の間に既知の電圧を印加する。８４
はフォトダイオードであり、出射部２２から光フアイバ
ケーブル８５によって伝送された光を、光強度に応じた
電気信号に変換する。この電気信号は、瑠幅器８６に送
られる。８７は帰還導波路であシ、光入封部２１から入
射された光の一部を出射部８８まで導く。８９はフォト
ダイオードであり、出射部８Ｂから光フアイバケーブル
９０によって伝送された光を、光強度に応じた電気信号
に変換する。そして、この電気信号は、増幅器８６に送
られる。増幅器８６は、フォトダイオード８４からの電
気信号とフォトダイオード８９からの電気信号の差信号
を増幅して第２の電圧印加手段８３に帰還する。この帰
還信号によって第２の電圧印加手段８３の印加電圧が制
御される。

このような構成の光電圧計の動作について説明する。

電圧測定用電極７１．７２と出力取出用電極８１．８２
に電圧が印加されていない状態で、フォトダイオード８
４と８９の出力信号の差を基準電気信号とする。

この状態では、レーザダイオード５ｏの照射光は光導波
路２０で強度変調されない。

次に、電圧測定用電極７１と７２の間に測定電圧が印加
されている場合について説明する。

レーザダイオード５ｏからの光は、光フアイバケーブル
５１によって伝送されて、光入射部２１から入射される
。この入射光は、光変調部６ｏと帰還導波［８７に送ら
れる。光変調部６ｏに送られた光は、分岐部６１で２分
割されて位相変調部６２に送られる。

位相変調部６２では、電圧測定用１極７１．７２により
電界が加えられて、２分割された各々の光の間に位相差
が与えられる。この位相差は、電圧測定用電極７１と７
２の間に印加した測定電圧に比例している。さらに、こ
れらの光の間に鴎、出力取出用電極Ｈ，８２により電界
が加えられて位相差が与えられる。フォトダイオード８
４と８９の出力信号の差が基準電気信号になるように出
力取出用電極８１と８２の間に既知の電圧が印加される
。出力取出用電極８１．８２によって位相差が与えられ
た光は、結合部６３で再び干渉させられ、出射部２２が
ら出射する。

この光射光は、λ／４板４２でλ／４バイアスが与えら
れ、さらにフォトダイオード８４で眠気信号に変換され
た後、増幅器８６に送られる。フォトダイオード８９の
出力信号講壇幅器８６に送られる。このフォトダイオー
ド８９の出力信号は、ＮＩ還尋波ｌ！５８７にょって導
かれて基板１０を通過した光の強度に対応した信号であ
る。フォトダイオード８４と８９の出力信号の差が増幅
器８６により増幅される。そして、この増幅された信号
は第２の電圧印加手段８５に帰還される。この帰還信号
によって第２の電圧印加手段８３の印加電圧が制御され
、フォトダイオード８４と８９の出力信号の差が基準電
気信号に等しくなる。

この第２の電圧印加手段８３の印加電圧は既知であり、
電圧測定用電極７１と７２の間に印加された測定電圧に
対応している。すなわち、第２の電圧印加手段８５の印
加電圧は、測定電圧により基板１ｏ内で強度変調された
光の強度を、強度変調されなかった場合の光強度にもど
すのに必要な電圧に相当している。このことから、第２
の電圧印加手段８３の印加電圧から測定電圧が求められ
る。このようにして、零位法の概念を用いて測定電圧が
求められる。

このような構成の光′電圧計によれば、小、さな印加電
圧で光強度変調が行なわれる光変調器を用いて電圧測定
を行なっているため、高い測定感度で電圧を測定するこ
とができる。また、零位法の概念を用いて、フォトダイ
オード８４と８９の出力信号の差が基準電気信号に等し
くなるように既知の電圧（出力取出用電極８１．８２間
の印加電圧）を加え、この既知の電圧から未知の測定電
圧を求めている。

そして、出力取出用電極８１．８２間の印加電圧と測定
電圧を同一の基板１０内で比較をしている。このことか
ら、基板１０を構成している結晶の温度、歪等による特
性変化の彫物は、出力取出用電極８１．８２間の印加電
圧と測定電圧の比較において相殺される。これによって
、温度変化、基板１０内の歪等の影響を受けにくくなる
。

なお、実施例では基板１０がニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂ０３）によって構成されている場合について説明した
が、一基板１０はこれ以外の電気光学材料例えばタンタ
ル酸リチウム（ＬｉＴａ０３）等で構成されていてもよ
い。

また、実施例では光変調部６０が分岐干渉形のものであ
る場合について説明したが、光変調部６０はこれ以外の
構成のものであってもよい。

以上説明したように本発明によれば、光変調器を用いて
高い測定感度で電圧を測定することができてしかも温度
変化等の影脣も受けにく４光電圧計を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光変調器の構成例を示した図、第２図は本発明
にかかる光電圧計の一実施例の構成を示した図である。１０・・・基板、２０・・・光導波路、２１・・・光入
射部、６０・・・光変調部、７０；　ｙｌ、　７２・・
・出力取出用電極、８０・・・出力取出部、８１　、８
２・・・出力取出用電極。

Claims

【特許請求の範囲】

電気光学効果を有する板状の電気光学材料で構成された
基板と、該基板に設けられていて基板よりも屈折率が高
く一端の光入射部から入射された光を導く光導波路と、
該光導波路を通過する光に電圧測定用電極により電界を
加えて強度変調をする光変調部と、該光変調部で強度変
調された光に出力取出用電極によって電界を加えて強度
変調をする出力取出部とを具備し、前記電圧測定用電極
に測定電圧を印加し、これに応じて前記出力取出用電極
に既知の電圧を印加して光が前記光変調部で強度変調さ
れなかった場合の光強度と等しくなるように強度変調し
、出力取出用電極に印加した既知の電圧から測定電圧を
求めるようにしたことを特徴とする光電圧計。