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JP7472066B2 - Optical unit and interference type optical magnetic field sensor device - Google Patents
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JP7472066B2 - Optical unit and interference type optical magnetic field sensor device - Google Patents

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JP7472066B2 JP2021045982A JP2021045982A JP7472066B2 JP 7472066 B2 JP7472066 B2 JP 7472066B2 JP 2021045982 A JP2021045982 A JP 2021045982A JP 2021045982 A JP2021045982 A JP 2021045982A JP 7472066 B2 JP7472066 B2 JP 7472066B2
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Description

本発明は、光学ユニット及び干渉型光磁界センサ装置に関する。 The present invention relates to an optical unit and an interference type optical magnetic field sensor device.

光ファイバの先端に配置されたファラデー回転子を透過した光を光電変換してファラデー回転子に印加される磁界に応じた検出信号を生成する干渉型光磁界センサ装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載される干渉型光磁界センサ装置は、S偏光成分及びP偏光成分のそれぞれの強度に比例する電気信号の差動信号を反転増幅して直流成分が除去された検出信号を生成するので、検出される磁界に応じた検出信号のSN比を高くすることができる。 An interference-type optical magnetic field sensor device is known that photoelectrically converts light transmitted through a Faraday rotator placed at the tip of an optical fiber to generate a detection signal corresponding to the magnetic field applied to the Faraday rotator (see, for example, Patent Document 1). The interference-type optical magnetic field sensor device described in Patent Document 1 inverts and amplifies the differential signal of an electrical signal proportional to the respective intensities of the S-polarized component and the P-polarized component to generate a detection signal from which the DC component has been removed, thereby increasing the signal-to-noise ratio of the detection signal corresponding to the magnetic field being detected.

特開2020-126007号公報JP 2020-126007 A

しかしながら、特許文献1に記載される干渉型光磁界センサ装置は、ビームスプリッタ及び所定の長さを有する光ファイバを使用してS偏光成分の光とP偏光成分の光が通る光路を形成しているので、小型化することは容易ではない。 However, the interference-type optical magnetic field sensor device described in Patent Document 1 uses a beam splitter and an optical fiber having a predetermined length to form an optical path through which S-polarized light and P-polarized light pass, so it is not easy to miniaturize it.

本発明は、このような課題を解決するものであり、干渉型光磁界センサ装置の小型化が可能な光学ユニットを提供することを目的とする。 The present invention aims to solve these problems and provide an optical unit that can reduce the size of an interference-type optical magnetic field sensor device.

本発明に係る光学ユニットは、第1直線偏波光が入射される第1ポートと、第1直線偏波光が入射されることに応じて、第1直線偏光と第1直線偏光に直交する第2直線偏光を出射し、且つ、第3直線偏光及び第3直線偏光と直交する第4直線偏光が入射されることに応じて、第2直線偏波光を出射する第1偏光素子と、第1偏光素子に光学的に接続され、第1直線偏光及び第4直線偏光を伝搬する第1光路、及び、第2直線偏光及び第3直線偏光を伝搬する第2光路を有する光路部と、第1直線偏波光及び第2直線偏波光を出射すると共に、第3直線偏光及び第4直線偏光が入射される第2ポートとを有し、光路部は、第1偏光素子から入射された第1直線偏光及び第2直線偏光を第1光路及び第2光路のそれぞれに分波すると共に、第2光路を伝搬した第3直線偏光及び第1光路を伝搬した第4直線偏光を合波して第1偏光素子に出射する第1複屈折素子と、第1光路を伝搬した第1直線偏光及び第2光路を伝搬した第2直線偏光を合波して第2ポートに出射すると共に、第2ポートから入射された第3直線偏光及び第4直線偏光を第1光路及び第2光路のそれぞれに分波する第2複屈折素子とを有する。 The optical unit according to the present invention includes a first port into which a first linearly polarized light is incident, a first polarizing element that outputs the first linearly polarized light and a second linearly polarized light orthogonal to the first linearly polarized light in response to the first linearly polarized light being incident, and outputs the second linearly polarized light in response to the third linearly polarized light and a fourth linearly polarized light orthogonal to the third linearly polarized light being incident, an optical path section that is optically connected to the first polarizing element and has a first optical path that propagates the first linearly polarized light and the fourth linearly polarized light, and a second optical path that propagates the second linearly polarized light and the third linearly polarized light, and and a second port into which the fourth linearly polarized light is incident, and the optical path section has a first birefringence element that splits the first linearly polarized light and the second linearly polarized light incident from the first polarizing element into the first optical path and the second optical path, respectively, and combines the third linearly polarized light propagated through the second optical path and the fourth linearly polarized light propagated through the first optical path, and outputs the combined light to the first polarizing element, and a second birefringence element that combines the first linearly polarized light propagated through the first optical path and the second linearly polarized light propagated through the second optical path, and outputs the combined light to the second port, and splits the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light incident from the second port into the first optical path and the second optical path, respectively.

さらに、本発明に係る光学ユニットでは、光路部は、第1光路に配置され、第3直線偏光と第4直線偏光との間の位相差が90度になるように、第1直線偏光及び第4直線偏光の位相を調整する第2光学素子を更に有することが好ましい。 Furthermore, in the optical unit according to the present invention, it is preferable that the optical path section further includes a second optical element arranged in the first optical path and adjusting the phase of the first linearly polarized light and the fourth linearly polarized light so that the phase difference between the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light is 90 degrees.

さらに、本発明に係る光学ユニットは、第2直線偏波光が第1偏光素子から入射されことに応じて、第2直線偏波光を第5直線偏光と第5直線偏光に直交する第6直線偏光とに分波する第3複屈折素子を更に有することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the optical unit according to the present invention further includes a third birefringent element that splits the second linearly polarized light into a fifth linearly polarized light and a sixth linearly polarized light orthogonal to the fifth linearly polarized light in response to the second linearly polarized light being incident from the first polarizing element.

さらに、本発明に係る光学ユニットは、第3複屈折素子から第5直線偏光及び第6直線偏光が入射される第4複屈折素子と、第4複屈折素子から第5直線偏光が入射される第3ポートと、第4複屈折素子から第6直線偏光が入射される第4ポートとを更に有することが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the optical unit according to the present invention further includes a fourth birefringent element to which the fifth linearly polarized light and the sixth linearly polarized light are incident from the third birefringent element, a third port to which the fifth linearly polarized light is incident from the fourth birefringent element, and a fourth port to which the sixth linearly polarized light is incident from the fourth birefringent element.

さらに、本発明に係る光学ユニットでは、第1複屈折素子と第2複屈折素子とは、空間結合されることが好ましい。 Furthermore, in the optical unit according to the present invention, it is preferable that the first birefringent element and the second birefringent element are spatially coupled.

また、本発明に係る干渉型光磁界センサ装置は、第1直線偏波光を出射する発光部と、少なくともその一部が所定の磁界内に配置可能であり、入射光が入射されることに応じて戻り光を出射する磁界センサ素子と、第1直線偏波光が入射される第1ポート、入射光を出射すると共に戻り光が入射される第2ポート、並びに戻り光を分波した第5直線偏光及び第6直線偏光を出射する第3ポート及び第4ポートを有する光学ユニットと、第5直線偏光及び第6直線偏光を受光して電気信号に変換することで、磁界センサ素子に印加される磁界に応じた検出信号を出力する検出信号発生部とを有し、光学ユニットは、第1直線偏波光が入射されることに応じて、第1直線偏光と第1直線偏光に直交する第2直線偏光を出射し、且つ、第3直線偏光及び第3直線偏光と直交する第4直線偏光が入射されることに応じて、第2直線偏波光を出射する第1偏光素子と、第1偏光素子に光学的に接続され、第1直線偏光及び第4直線偏光を伝搬する第1光路、及び、第2直線偏光及び第3直線偏光を伝搬する第2光路を有する光路部と、第2直線偏波光が第1偏光素子から入射されことに応じて、第2直線偏波光を第5直線偏光と第5直線偏光に直交する第6直線偏光とに分波する第3複屈折素子と、を有し、光路部は、第1偏光素子から入射された第1直線偏光及び第2直線偏光を第1光路及び第2光路のそれぞれに分波すると共に、第2光路を伝搬した第3直線偏光及び第1光路を伝搬した第4直線偏光を合波して第1偏光素子に出射する第1複屈折素子と、第1光路を伝搬した第1直線偏光及び第2光路を伝搬した第2直線偏光を合波して第2ポートに出射すると共に、第2ポートから入射された第3直線偏光及び第4直線偏光を第1光路及び第2光路のそれぞれに分波する第2複屈折素子とを有する。 The interference-type optical magnetic field sensor device according to the present invention includes a light-emitting unit that emits a first linearly polarized light, a magnetic field sensor element at least a part of which can be arranged in a predetermined magnetic field and that emits a return light in response to the incidence of incident light, an optical unit having a first port into which the first linearly polarized light is incident, a second port into which the incident light is emitted and into which the return light is incident, and a third port and a fourth port into which the return light is split and that emit a fifth linearly polarized light and a sixth linearly polarized light obtained by splitting the return light, and a detection signal generating unit that receives the fifth linearly polarized light and the sixth linearly polarized light and converts them into an electrical signal to output a detection signal in response to the magnetic field applied to the magnetic field sensor element, and the optical unit includes a first polarizing element that emits the first linearly polarized light and a second linearly polarized light orthogonal to the first linearly polarized light in response to the incidence of the first linearly polarized light, and emits the second linearly polarized light in response to the incidence of the third linearly polarized light and a fourth linearly polarized light orthogonal to the third linearly polarized light. a third birefringent element that, in response to the second linearly polarized light being incident from the first polarizing element, splits the second linearly polarized light into a fifth linearly polarized light and a sixth linearly polarized light orthogonal to the fifth linearly polarized light, and a third birefringent element that, in response to the second linearly polarized light being incident from the first polarizing element, splits the second linearly polarized light into a fifth linearly polarized light and a sixth linearly polarized light orthogonal to the fifth linearly polarized light, and the optical path section splits the first linearly polarized light and the second linearly polarized light incident from the first polarizing element into a sixth linearly polarized light and a fifth linearly polarized light. The optical fiber has a first birefringence element that splits the light into the first and second optical paths, and combines the third linearly polarized light propagated through the second optical path and the fourth linearly polarized light propagated through the first optical path, and outputs the combined light to the first polarizing element; and a second birefringence element that combines the first linearly polarized light propagated through the first optical path and the second linearly polarized light propagated through the second optical path, and outputs the combined light to the second port, and splits the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light incident from the second port into the first and second optical paths.

本発明に係る光学ユニットを使用することで、干渉型光磁界センサ装置は、小型化が可能になる。 By using the optical unit according to the present invention, the interference type optical magnetic field sensor device can be made smaller.

実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an interference type optical magnetic field sensor device according to an embodiment. 図1に示す光学ユニットの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the optical unit shown in FIG. 1 . 図2に示す第1複屈折素子の光学特性を示す図である。3 is a diagram showing optical characteristics of the first birefringent element shown in FIG. 2. (a)は図2に示す光学ユニットにおける第1直線偏波光の光路図であり、(b)は(a)に示す第1直線偏波光の偏光面の遷移を示す図である。3A is a diagram showing the optical path of a first linearly polarized light in the optical unit shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a diagram showing the transition of the polarization plane of the first linearly polarized light shown in FIG. (a)は図2に示す光学ユニットにおける第2直線偏波光の光路図であり、(b)は(a)に示す第2直線偏波光の偏光面の遷移を示す図である。3A is a diagram showing the optical path of the second linearly polarized light in the optical unit shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a diagram showing the transition of the polarization plane of the second linearly polarized light shown in FIG. 図1に示す干渉型光磁界センサ装置及び比較例に係る干渉型光磁界センサ装置の出力強度とノイズとの関係を示す図である。2 is a diagram showing the relationship between output intensity and noise of the interference type optical magnetic field sensor device shown in FIG. 1 and an interference type optical magnetic field sensor device according to a comparative example; FIG. 変形例に係る光学ユニットの平面図である。FIG. 13 is a plan view of an optical unit according to a modified example. 図8に示す光学ユニットにおける第1直線偏波光の光路図である。9 is an optical path diagram of a first linearly polarized light in the optical unit shown in FIG. 8 . 図8に示す光学ユニットにおける第2直線偏波光の光路図である。9 is an optical path diagram of a second linearly polarized light in the optical unit shown in FIG. 8 .

以下、本発明に係る光学ユニット及び干渉型光磁界センサ装置について図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 The optical unit and interference-type optical magnetic field sensor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, please note that the technical scope of this disclosure is not limited to these embodiments, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents.

(実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置の構成及び機能)
図1は、実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置のブロック図である。
(Configuration and Function of the Interferometric Optical Magnetic Field Sensor Device According to the Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of an interference type optical magnetic field sensor device according to an embodiment.

干渉型光磁界センサ装置100は、光学ユニット1と、発光部110と、1/4波長板120と、平凸レンズ130と、磁界センサ素子140と、検出信号発生部150とを有し、磁界センサ素子140に印加される磁界に応じた検出信号を出力する。 The interference type optical magnetic field sensor device 100 has an optical unit 1, a light emitting section 110, a quarter-wave plate 120, a plano-convex lens 130, a magnetic field sensor element 140, and a detection signal generating section 150, and outputs a detection signal according to the magnetic field applied to the magnetic field sensor element 140.

発光部110は、発光素子111と、アイソレータ112と、偏光子113とを有する。発光素子111は、例えば半導体レーザ又は発光ダイオードである。具体的には、発光素子111として、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセンスダイオード等を好ましく用いることができる。 The light-emitting unit 110 has a light-emitting element 111, an isolator 112, and a polarizer 113. The light-emitting element 111 is, for example, a semiconductor laser or a light-emitting diode. Specifically, a Fabry-Perot laser, a superluminescence diode, or the like can be preferably used as the light-emitting element 111.

アイソレータ112は、発光素子111から入射された光を光学ユニット1側に透過すると共に、光学ユニット1から入射された光を発光素子111側に透過しないことで、発光素子111を保護する。アイソレータ112は、例えば偏光依存型光アイソレータであり、偏光無依存型光アイソレータであってもよい。 The isolator 112 protects the light emitting element 111 by transmitting the light incident from the light emitting element 111 to the optical unit 1 side and not transmitting the light incident from the optical unit 1 to the light emitting element 111 side. The isolator 112 is, for example, a polarization-dependent optical isolator, or may be a polarization-independent optical isolator.

偏光子113は、発光素子111が発した光を直線偏波光B1にするための光学素子であり、その種類は特に限定されない。偏光子113で得られる第1直線偏波光B1は、光学ユニット1に入射される。 The polarizer 113 is an optical element for converting the light emitted by the light emitting element 111 into linearly polarized light B1, and the type of the polarizer 113 is not particularly limited. The first linearly polarized light B1 obtained by the polarizer 113 is incident on the optical unit 1.

光学ユニット1は、筐体10と、第1ポート11と、第2ポート12と、第3ポート13と、第4ポート14とを有し、出射する第5直線偏光B2P3と第6直線偏光B2P4の位相差が90度になるように入射される光の位相を調整する。筐体10は、アルミニウム等の熱伝導率が高い部材で形成された収容部であり、光学ユニット1が有する種々の光学素子を所定の位置に配置する。 The optical unit 1 has a housing 10, a first port 11, a second port 12, a third port 13, and a fourth port 14, and adjusts the phase of the incident light so that the phase difference between the outgoing fifth linearly polarized light B2P3 and sixth linearly polarized light B2P4 is 90 degrees. The housing 10 is a storage section made of a material with high thermal conductivity such as aluminum, and the various optical elements of the optical unit 1 are arranged in predetermined positions.

第1ポート11は、第1直線偏波光B1を入射する入力ポートであり、筐体10の長手方向の一方の端面の中央部に配置され、第1直線偏波光B1が入射される。第2ポート12は、磁界センサ素子140に入射される入射光BIを出射すると共に、磁界センサ素子140からの戻り光BRが入射される入出力ポートであり、筐体10の長手方向の他方の端面の中央部に配置される。 The first port 11 is an input port for inputting the first linearly polarized light B1, and is located at the center of one end face in the longitudinal direction of the housing 10, and the first linearly polarized light B1 is input thereto. The second port 12 is an input/output port for outputting the incident light BI that is input to the magnetic field sensor element 140, and for inputting the return light BR from the magnetic field sensor element 140, and is located at the center of the other end face in the longitudinal direction of the housing 10.

第3ポート13は、第5直線偏光B2P3を出射する出力ポートであり、筐体10の長手方向の一方の端面の一端に配置される。第4ポート14は、第6直線偏光B2P4を出射する出力ポートであり、筐体10の長手方向の一方の端面の他端に配置される。 The third port 13 is an output port that outputs the fifth linearly polarized light B2P3 and is located at one end of one of the longitudinal end faces of the housing 10. The fourth port 14 is an output port that outputs the sixth linearly polarized light B2P4 and is located at the other end of one of the longitudinal end faces of the housing 10.

1/4波長板120は、水晶等の複屈折材料で形成され、第1直線偏波光B1の偏光面の向きに対して光軸が45度傾斜して配置される。1/4波長板120は、第2ポート12から出射される入射光BIの直線偏光成分である第1入射偏光BIP1及び第2入射偏光BIP2を、磁界センサ素子140に入射される円偏光に変換して、平凸レンズ130に出射する。また、1/4波長板120は、磁界センサ素子140から円偏光として入射される戻り光BRを直線偏光成分である戻り光BRP1及び戻り光BRP2に変換する。 The quarter-wave plate 120 is formed of a birefringent material such as quartz, and is arranged with its optical axis tilted 45 degrees with respect to the direction of the polarization plane of the first linearly polarized light B1. The quarter-wave plate 120 converts the first incident polarized light BIP1 and the second incident polarized light BIP2, which are the linearly polarized components of the incident light BI output from the second port 12, into circularly polarized light that is input to the magnetic field sensor element 140, and outputs it to the plano-convex lens 130. The quarter-wave plate 120 also converts the return light BR, which is input as circularly polarized light from the magnetic field sensor element 140, into return light BRP1 and return light BRP2, which are linearly polarized components.

平凸レンズ130は、1/4波長板120から出射された入射光BIを磁界センサ素子140に集光すると共に、磁界センサ素子140から出射された戻り光BRを磁界センサ素子140に集光する。 The plano-convex lens 130 focuses the incident light BI emitted from the quarter-wave plate 120 onto the magnetic field sensor element 140, and also focuses the return light BR emitted from the magnetic field sensor element 140 onto the magnetic field sensor element 140.

磁界センサ素子140は、ファラデー回転子141と、ミラー素子142とを有し、少なくともその一部が所定の磁界内に配置可能な素子である。磁界センサ素子140は、平凸レンズ130から入射光BIが入射されると共に、入射された入射光BIに応じた戻り光BRを平凸レンズ130に出射する。 The magnetic field sensor element 140 has a Faraday rotator 141 and a mirror element 142, and is an element at least a part of which can be placed within a predetermined magnetic field. The magnetic field sensor element 140 receives incident light BI from the plano-convex lens 130 and emits return light BR to the plano-convex lens 130 in response to the incident light BI.

ファラデー回転子141は、誘電体と、誘電体から安定的に相分離した状態で誘電体中に分散しているナノオーダの磁性体粒子とを有するグラニュラー膜であり、平凸レンズ130から平凸レンズ130の焦点距離だけ離隔して配置される。磁性体粒子は、例えば最表層等のごく一部では酸化物が形成されていてもよいが、ファラデー回転子141の全体では、磁性体粒子が、バインダとなる誘電体と化合物を作らずに、単独で薄膜中に分散している。ファラデー回転子141内における磁性体粒子の分布は、完全に一様でなくてもよく、多少偏っていてもよい。誘電体として透明性が高いものを用いれば、誘電体中に磁性体粒子が光の波長よりも小さいサイズで存在することにより、ファラデー回転子141は光透過性を有する。 The Faraday rotator 141 is a granular film having a dielectric and nano-order magnetic particles dispersed in the dielectric in a state of stable phase separation from the dielectric, and is arranged at a distance from the plano-convex lens 130 by the focal length of the plano-convex lens 130. The magnetic particles may form oxides in a very small part, such as the outermost layer, but in the entire Faraday rotator 141, the magnetic particles are dispersed alone in the thin film without forming a compound with the dielectric that serves as a binder. The distribution of the magnetic particles in the Faraday rotator 141 does not have to be completely uniform, and may be somewhat biased. If a highly transparent dielectric is used, the magnetic particles exist in the dielectric at a size smaller than the wavelength of light, and the Faraday rotator 141 has optical transparency.

ファラデー回転子141は、単層のものに限らず、グラニュラー膜と誘電体膜とが交互に積層した多層膜であってもよい。グラニュラー膜を多層膜することでファラデー回転子141を形成することで、グラニュラー膜内での多重反射によって、より大きなファラデー回転角が得られる。 The Faraday rotator 141 is not limited to a single layer, but may be a multi-layer film in which granular films and dielectric films are alternately stacked. By forming the Faraday rotator 141 by forming a multi-layer granular film, a larger Faraday rotation angle can be obtained due to multiple reflections within the granular film.

誘電体は、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化アルミニウム(AlF3)、フッ化イットリウム(YF3)等のフッ化物(金属フッ化物)が好ましい。また、誘電体は、酸化タンタル(Ta25)、二酸化ケイ素(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、五酸化二ニオビウム(Nb25)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化ハフニウム(HfO2)、及び三酸化二アルミニウム(Al23)等の酸化物であってもよい。誘電体と磁性体粒子との良好な相分離のためには、酸化物よりもフッ化物の方が好ましく、透過率が高いフッ化マグネシウムが特に好ましい。 The dielectric is preferably a fluoride (metal fluoride) such as magnesium fluoride ( MgF2 ), aluminum fluoride ( AlF3 ), or yttrium fluoride ( YF3 ). The dielectric may also be an oxide such as tantalum oxide ( Ta2O5 ), silicon dioxide ( SiO2 ), titanium dioxide ( TiO2 ), diniobium pentoxide ( Nb2O5 ), zirconium dioxide ( ZrO2 ), hafnium dioxide ( HfO2 ), or dialuminum trioxide ( Al2O3 ). For good phase separation between the dielectric and the magnetic particles, fluorides are more preferable than oxides, and magnesium fluoride, which has a high transmittance, is particularly preferable.

磁性体粒子の材質は、ファラデー効果を生じるものであればよく、特に限定されないが、磁性体粒子の材質としては、強磁性金属である鉄(Fe)、コバルト(Co)及びニッケル(Ni)並びにこれらの合金が挙げられる。Fe、Co及びNiの合金としては、例えば、FeNi合金、FeCo合金、FeNiCo合金、NiCo合金が挙げられる。Fe、Co及びNiの単位長さ当たりのファラデー回転角は、従来のファラデー回転子に適用されている磁性ガーネットに比べて2~3桁近く大きい。 The material of the magnetic particles is not particularly limited as long as it produces the Faraday effect, but examples of the material of the magnetic particles include ferromagnetic metals such as iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni) as well as alloys of these. Examples of alloys of Fe, Co, and Ni include FeNi alloys, FeCo alloys, FeNiCo alloys, and NiCo alloys. The Faraday rotation angle per unit length of Fe, Co, and Ni is two to three orders of magnitude larger than that of magnetic garnets used in conventional Faraday rotators.

ミラー素子142は、ファラデー回転子141上に形成されており、ファラデー回転子141を透過した光をファラデー回転子141に向けて反射する。ミラー素子142としては、例えば、銀(Ag)膜、金(Au)膜、アルミニウム(Al)膜又は誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。特に、反射率の高いAg膜及び耐食性が高いAu膜が成膜上簡便で好ましい。ミラー素子142の厚さは、98%以上の十分な反射率を確保できる大きさであればよく、例えばAg膜の場合には、50nm以上かつ200nm以下であることが好ましい。ミラー素子142を用いてファラデー回転子141内で光を往復させることにより、ファラデー回転角を大きくすることができる。 The mirror element 142 is formed on the Faraday rotator 141 and reflects the light transmitted through the Faraday rotator 141 toward the Faraday rotator 141. For example, a silver (Ag) film, a gold (Au) film, an aluminum (Al) film, or a dielectric multilayer mirror can be used as the mirror element 142. In particular, an Ag film with high reflectivity and an Au film with high corrosion resistance are preferable because they are easy to form. The thickness of the mirror element 142 may be any thickness that can ensure a sufficient reflectivity of 98% or more. For example, in the case of an Ag film, the thickness is preferably 50 nm or more and 200 nm or less. The Faraday rotation angle can be increased by using the mirror element 142 to make the light go back and forth within the Faraday rotator 141.

磁界センサ素子140では、入射光BIがミラー素子142に向かってファラデー回転子141の内部を伝搬するときに、ファラデー回転子141に印加される磁界に応じて位相をθF変化させる。また、ミラー素子142から反射した戻り光BRがファラデー回転子141の内部を伝搬するときに、ファラデー回転子141に印加される磁界に応じて位相をθF変化させる。入射光BIと戻り光BRとの位相差は2θFである。 In the magnetic field sensor element 140, when the incident light BI propagates through the inside of the Faraday rotator 141 toward the mirror element 142, the phase is changed by θ F in response to the magnetic field applied to the Faraday rotator 141. Also, when the return light BR reflected from the mirror element 142 propagates through the inside of the Faraday rotator 141, the phase is changed by θ F in response to the magnetic field applied to the Faraday rotator 141. The phase difference between the incident light BI and the return light BR is 2θ F.

検出信号発生部150は、第1受光素子151と、第2受光素子152と、信号処理回路153とを有し、光学ユニット1において第5直線偏光B2P3及び第6直線偏光B2P4に分波された戻り光BRを受光する。 The detection signal generating unit 150 has a first light receiving element 151, a second light receiving element 152, and a signal processing circuit 153, and receives the return light BR that has been split into the fifth linearly polarized light B2P3 and the sixth linearly polarized light B2P4 in the optical unit 1.

第1受光素子151及び第2受光素子152のそれぞれは、例えばPINフォトダイオードである。第1受光素子151は第5直線偏光B2P3を受光し、第2受光素子152は第6直線偏光B2P4を受光する。第1受光素子151及び第2受光素子152のそれぞれは、受光した光を光電変換して、受光した光の光量の応じた電気信号を出力する。信号処理回路153は、第5直線偏光B2P3を示す電気信号及び第6直線偏光B2P4を示す電気信号を差動増幅することで、磁界センサ素子に印加される磁界に応じた検出信号Edを、オシロスコープ等の表示装置に出力する。 Each of the first light receiving element 151 and the second light receiving element 152 is, for example, a PIN photodiode. The first light receiving element 151 receives the fifth linearly polarized light B2P3, and the second light receiving element 152 receives the sixth linearly polarized light B2P4. Each of the first light receiving element 151 and the second light receiving element 152 photoelectrically converts the received light and outputs an electrical signal corresponding to the amount of light received. The signal processing circuit 153 differentially amplifies the electrical signal indicating the fifth linearly polarized light B2P3 and the electrical signal indicating the sixth linearly polarized light B2P4, and outputs a detection signal Ed corresponding to the magnetic field applied to the magnetic field sensor element to a display device such as an oscilloscope.

図2は、光学ユニット1の平面図である。 Figure 2 is a plan view of the optical unit 1.

光学ユニット1は、第1複屈折素子21と、第2複屈折素子22と、第3複屈折素子23と、第4複屈折素子24とを更に有する。光学ユニット1は、第1ファラデー回転子25と、第2ファラデー回転子26と、第1(1/2)波長板27と、第2(1/2)波長板28と、第1(1/4)波長板29と、第2(1/4)波長板30とを更に有する。光学ユニット1は、第1光学素子31と、第2光学素子32と、第1基台33と、第2基台34と、第3基台35とを更に有する。第1複屈折素子21、第2複屈折素子22、第2ファラデー回転子26、第1(1/4)波長板29及び第2(1/4)波長板30は、光路部20を形成する。光学ユニット1に含まれる光学素子である第1複屈折素子21~第2光学素子32のそれぞれは、光ファイバを介することなく空間結合される。 The optical unit 1 further includes a first birefringent element 21, a second birefringent element 22, a third birefringent element 23, and a fourth birefringent element 24. The optical unit 1 further includes a first Faraday rotator 25, a second Faraday rotator 26, a first (1/2) wave plate 27, a second (1/2) wave plate 28, a first (1/4) wave plate 29, and a second (1/4) wave plate 30. The optical unit 1 further includes a first optical element 31, a second optical element 32, a first base 33, a second base 34, and a third base 35. The first birefringent element 21, the second birefringent element 22, the second Faraday rotator 26, the first (1/4) wave plate 29, and the second (1/4) wave plate 30 form an optical path section 20. Each of the optical elements included in the optical unit 1, the first birefringent element 21 to the second optical element 32, is spatially coupled without using an optical fiber.

第1ポート11は、第1直線偏波光B1が発光部110から入射され、入射された第1直線偏波光B1を第1ファラデー回転子25に出射する。 The first port 11 receives the first linearly polarized light B1 from the light emitting unit 110 and outputs the first linearly polarized light B1 to the first Faraday rotator 25.

第2ポート12は、入射光BIが第2複屈折素子22から入射され、入射された入射光BIを1/4波長板120に出射する。また、第2ポート12は、戻り光BRが1/4波長板120から入射され、入射された戻り光BRを第2複屈折素子22に出射する。 The second port 12 receives the incident light BI from the second birefringent element 22 and outputs the incident light BI to the quarter-wave plate 120. The second port 12 also receives the return light BR from the quarter-wave plate 120 and outputs the return light BR to the second birefringent element 22.

第3ポート13は、第5直線偏光B2P3が第1光学素子31から入射され、入射された第5直線偏光B2P3を第1受光素子151に出射する。第4ポート14は、第6直線偏光B2P4が第2光学素子32から入射され、入射された第6直線偏光B2P4を第2受光素子152に出射する。 The third port 13 receives the fifth linearly polarized light B2P3 from the first optical element 31 and outputs the fifth linearly polarized light B2P3 to the first light receiving element 151. The fourth port 14 receives the sixth linearly polarized light B2P4 from the second optical element 32 and outputs the sixth linearly polarized light B2P4 to the second light receiving element 152.

第1複屈折素子21、第2複屈折素子22、第3複屈折素子23及び第4複屈折素子24は、例えば方解石(CaCO3)により形成される複屈折素子である。 The first birefringent element 21, the second birefringent element 22, the third birefringent element 23 and the fourth birefringent element 24 are birefringent elements made of, for example, calcite (CaCO 3 ).

図3は、第1複屈折素子21の光学特性を示す図である。 Figure 3 shows the optical characteristics of the first birefringent element 21.

第1複屈折素子21は、第1面21aと、第2面21bと、光軸21cとを有し、単一の光路を伝搬する偏波光Bを第1面21aから入出力すると共に、2つの光路を伝搬する第1偏光BP1及び第2偏光BP2を第2面21bから入出力する。第1偏光BP1は、図3において水平方向に偏光面を有し、常光線とも称される。また、第2偏光BP2は、図3において鉛直方向に偏光面を有し、異常光線とも称される。第1複屈折素子21は、所望の第1偏光BP1及び第2偏光BP2を入出射可能となる向きに光軸21cが向くように配置される。 The first birefringent element 21 has a first surface 21a, a second surface 21b, and an optical axis 21c, and inputs and outputs polarized light B propagating through a single optical path from the first surface 21a, and inputs and outputs the first polarized light BP1 and the second polarized light BP2 propagating through two optical paths from the second surface 21b. The first polarized light BP1 has a polarization plane in the horizontal direction in FIG. 3, and is also called an ordinary ray. The second polarized light BP2 has a polarization plane in the vertical direction in FIG. 3, and is also called an extraordinary ray. The first birefringent element 21 is arranged so that the optical axis 21c faces in a direction that allows the desired first polarized light BP1 and second polarized light BP2 to enter and exit.

第1複屈折素子21は、第1面21aに偏波光Bが入射したとき、第1複屈折素子21の長手方向に沿って伝搬する第1偏光BP1と、第1複屈折素子21の長手方向から傾斜して伝搬する第2偏光BP2とに偏波光Bを分波する。第1複屈折素子21は、第1面21aに偏波光Bが入射したとき、第1偏光BP1及び第2偏光BP2を第2面21bから出射する。第1複屈折素子21は、第2面21bに第1偏光BP1及び第2偏光BP2が入射したとき、第1偏光BP1と第2偏光BP2とを合波して、偏波光Bを第1面21aから出射する。 When polarized light B is incident on the first surface 21a, the first birefringent element 21 splits the polarized light B into a first polarized light BP1 that propagates along the longitudinal direction of the first birefringent element 21 and a second polarized light BP2 that propagates at an angle from the longitudinal direction of the first birefringent element 21. When polarized light B is incident on the first surface 21a, the first birefringent element 21 outputs the first polarized light BP1 and the second polarized light BP2 from the second surface 21b. When the first polarized light BP1 and the second polarized light BP2 are incident on the second surface 21b, the first birefringent element 21 combines the first polarized light BP1 and the second polarized light BP2 and outputs the polarized light B from the first surface 21a.

第2複屈折素子22、第3複屈折素子23及び第4複屈折素子24は、第1複屈折素子21と同様な光学特性を有するので、ここでは詳細な説明は省略する。 The second birefringent element 22, the third birefringent element 23 and the fourth birefringent element 24 have optical characteristics similar to those of the first birefringent element 21, so detailed description will be omitted here.

第1複屈折素子21は、第1面21aが第2(1/2)波長板28に対向すると共に、第2面21bが第1(1/4)波長板29に対向するように配置される。第2複屈折素子22は、第1面21aが第2(1/4)波長板30に対向すると共に、第2面21bが第2ポート12に対向するように配置される。 The first birefringent element 21 is arranged so that the first surface 21a faces the second (1/2) wave plate 28 and the second surface 21b faces the first (1/4) wave plate 29. The second birefringent element 22 is arranged so that the first surface 21a faces the second (1/4) wave plate 30 and the second surface 21b faces the second port 12.

第3複屈折素子23は、第1面21aが第2(1/2)波長板28に対向すると共に、第2面21bが第1(1/2)波長板27に対向するように配置される。第4複屈折素子24は、第1面21aが第1ファラデー回転子25に対向すると共に、第2面21bが第1ポート11、第1光学素子31及び第2光学素子32に対向するように配置される。 The third birefringent element 23 is arranged so that the first surface 21a faces the second (1/2) wave plate 28 and the second surface 21b faces the first (1/2) wave plate 27. The fourth birefringent element 24 is arranged so that the first surface 21a faces the first Faraday rotator 25 and the second surface 21b faces the first port 11, the first optical element 31, and the second optical element 32.

第1ファラデー回転子25及び第2ファラデー回転子26は、ビスマス鉄ガーネット等の強磁性体材料で形成され、入射する直線偏光及び円偏光の位相を45度シフトさせる。第1ファラデー回転子25は、第4複屈折素子24と第1(1/2)波長板27との間に配置される。第2ファラデー回転子26は、第1(1/4)波長板29と第2(1/4)波長板30との間に配置され、第2偏光素子とも称される。 The first Faraday rotator 25 and the second Faraday rotator 26 are made of a ferromagnetic material such as bismuth iron garnet, and shift the phase of the incident linearly polarized light and circularly polarized light by 45 degrees. The first Faraday rotator 25 is disposed between the fourth birefringent element 24 and the first (1/2) wave plate 27. The second Faraday rotator 26 is disposed between the first (1/4) wave plate 29 and the second (1/4) wave plate 30, and is also referred to as the second polarizing element.

第1(1/2)波長板27及び第2(1/2)波長板28は、水晶等の複屈折材料で形成され、発光部110から入射される第1直線偏波光B1の偏光面の向きに対して光軸が22.5度傾斜して配置され、入射する直線偏光の位相を45度シフトさせる。第1(1/2)波長板27は、第1ファラデー回転子25と第3複屈折素子23との間に配置される。第2(1/2)波長板28は、第1複屈折素子21と第3複屈折素子23との間に配置され、第1偏光素子とも称される。 The first (1/2) wave plate 27 and the second (1/2) wave plate 28 are formed of a birefringent material such as quartz, and are arranged with their optical axes tilted by 22.5 degrees with respect to the direction of the polarization plane of the first linearly polarized light B1 incident from the light emitting unit 110, shifting the phase of the incident linearly polarized light by 45 degrees. The first (1/2) wave plate 27 is arranged between the first Faraday rotator 25 and the third birefringent element 23. The second (1/2) wave plate 28 is arranged between the first birefringent element 21 and the third birefringent element 23, and is also referred to as the first polarizing element.

第1(1/4)波長板29及び第2(1/4)波長板30は、水晶等の複屈折材料で形成され、発光部110から入射される第1直線偏波光B1の偏光面の向きに対して光軸が45度傾斜して配置され、直線偏光を円偏光に変換すると共に、円偏光を直線偏光に変換する。第1(1/4)波長板29は、第1複屈折素子21と第2ファラデー回転子26との間に配置される。第2(1/4)波長板30は、第2複屈折素子22と第2ファラデー回転子26との間に配置される。 The first (1/4) wave plate 29 and the second (1/4) wave plate 30 are formed of a birefringent material such as quartz, and are arranged with their optical axes tilted 45 degrees with respect to the direction of the polarization plane of the first linearly polarized light B1 incident from the light emitting unit 110, converting linearly polarized light into circularly polarized light and converting circularly polarized light into linearly polarized light. The first (1/4) wave plate 29 is arranged between the first birefringent element 21 and the second Faraday rotator 26. The second (1/4) wave plate 30 is arranged between the second birefringent element 22 and the second Faraday rotator 26.

第1光学素子31及び第2光学素子32は、ロンボイドプリズムである。第1光学素子31は、第3ポート13と第4複屈折素子24との間に配置され、第4複屈折素子24から出射された第5直線偏光B2P3を第3ポート13に出射する。第2光学素子32は、第4ポート14と第4複屈折素子24との間に配置され、第4複屈折素子24から出射された第6直線偏光B2P4を第4ポート14に出射する。 The first optical element 31 and the second optical element 32 are rhomboid prisms. The first optical element 31 is disposed between the third port 13 and the fourth birefringent element 24, and outputs the fifth linearly polarized light B2P3 output from the fourth birefringent element 24 to the third port 13. The second optical element 32 is disposed between the fourth port 14 and the fourth birefringent element 24, and outputs the sixth linearly polarized light B2P4 output from the fourth birefringent element 24 to the fourth port 14.

第1基台33、第2基台34及び第3基台35のそれぞれは、筐体10に固定される。第1基台33は、第1ファラデー回転子25及び第1(1/2)波長板27を、第3複屈折素子23と第4複屈折素子24との間に保持する。第2基台34は、第2(1/2)波長板28を、第3複屈折素子23と第1複屈折素子21との間に保持する。第3基台35は、第2ファラデー回転子26、第1(1/4)波長板29及び第2(1/4)波長板30を、第1複屈折素子21と第2複屈折素子22との間に保持する。 The first base 33, the second base 34, and the third base 35 are each fixed to the housing 10. The first base 33 holds the first Faraday rotator 25 and the first (1/2) wave plate 27 between the third birefringent element 23 and the fourth birefringent element 24. The second base 34 holds the second (1/2) wave plate 28 between the third birefringent element 23 and the first birefringent element 21. The third base 35 holds the second Faraday rotator 26, the first (1/4) wave plate 29, and the second (1/4) wave plate 30 between the first birefringent element 21 and the second birefringent element 22.

図4(a)は光学ユニット1における第1直線偏波光B1の光路図であり、図4(b)は図4(a)に示す第1直線偏波光B1の偏光面の遷移を示す図である。 Figure 4(a) is a diagram showing the optical path of the first linearly polarized light B1 in the optical unit 1, and Figure 4(b) is a diagram showing the transition of the polarization plane of the first linearly polarized light B1 shown in Figure 4(a).

まず、矢印Aに示すように、第1直線偏波光B1は、発光部110から第1ポート11を介して入射される。第1直線偏波光B1は、常光線であるので、第4複屈折素子24の内部を第4複屈折素子24の長手方向に沿って伝搬する。 First, as shown by arrow A, the first linearly polarized light B1 is incident from the light emitting unit 110 through the first port 11. Since the first linearly polarized light B1 is an ordinary ray, it propagates inside the fourth birefringent element 24 along the longitudinal direction of the fourth birefringent element 24.

次いで、矢印Bに示すように、第1直線偏波光B1は、第4複屈折素子24から出射され、第1ファラデー回転子25に入射される。第1直線偏波光B1は、第1ファラデー回転子25の内部を伝搬するときに位相が45度シフトし、矢印Cに示すように、位相が45度シフトして第1ファラデー回転子25から出射され、第1(1/2)波長板27に入射する。 Next, as shown by arrow B, the first linearly polarized light B1 is emitted from the fourth birefringent element 24 and enters the first Faraday rotator 25. The first linearly polarized light B1 undergoes a phase shift of 45 degrees as it propagates through the first Faraday rotator 25, and as shown by arrow C, it is emitted from the first Faraday rotator 25 with a phase shift of 45 degrees and enters the first (1/2) wave plate 27.

第1直線偏波光B1は、第1(1/2)波長板27の内部を伝搬するときに位相が-45度シフトし、矢印Dに示すように、偏光面が第1ファラデー回転子25に入射する前に戻って第1(1/2)波長板27から出射され、第3複屈折素子23に入射する。第1直線偏波光B1は、常光線であるので、第3複屈折素子23の内部を第3複屈折素子23の長手方向に沿って伝搬する。 The first linearly polarized light B1 undergoes a phase shift of -45 degrees as it propagates through the first (1/2) wave plate 27, and as shown by arrow D, the polarization plane returns before entering the first Faraday rotator 25, is emitted from the first (1/2) wave plate 27, and enters the third birefringent element 23. Since the first linearly polarized light B1 is an ordinary ray, it propagates through the third birefringent element 23 along the longitudinal direction of the third birefringent element 23.

次いで、矢印Eに示すように、第1直線偏波光B1は、第3複屈折素子23から出射され、第2(1/2)波長板28に入射される。第1直線偏波光B1は、第2(1/2)波長板28の内部を伝搬するときに位相が45度シフトし、矢印Fに示すように、位相が45度シフトして第2(1/2)波長板28から出射され、第1複屈折素子21に入射する。 Next, as shown by arrow E, the first linearly polarized light B1 is emitted from the third birefringent element 23 and enters the second (1/2) wave plate 28. The first linearly polarized light B1 undergoes a 45 degree phase shift as it propagates through the second (1/2) wave plate 28, and as shown by arrow F, it is emitted from the second (1/2) wave plate 28 with a 45 degree phase shift and enters the first birefringent element 21.

第1直線偏波光B1は、第1複屈折素子21に入射すると、常光線である第1直線偏光B1P1と、異常光線である第2直線偏光B1P2に分波される。第1直線偏波光B1は、常光線であるので、第1複屈折素子21の内部を第1複屈折素子21の長手方向に沿って伝搬する。 When the first linearly polarized light B1 enters the first birefringent element 21, it is split into the first linearly polarized light B1P1, which is an ordinary ray, and the second linearly polarized light B1P2, which is an extraordinary ray. Since the first linearly polarized light B1 is an ordinary ray, it propagates inside the first birefringent element 21 along the longitudinal direction of the first birefringent element 21.

矢印Gに示すように、第1直線偏光B1P1は、第1複屈折素子21を出射し、第1(1/4)波長板29に入射する。第1直線偏光B1P1は、第1(1/4)波長板29の内部を伝搬するときに第1円偏光B1C1に変換される。矢印Hに示すように、第1円偏光B1C1は、第1(1/4)波長板29から出射され、第2ファラデー回転子26に入射する。 As indicated by arrow G, the first linearly polarized light B1P1 exits the first birefringent element 21 and enters the first (1/4) wave plate 29. The first linearly polarized light B1P1 is converted into the first circularly polarized light B1C1 as it propagates through the first (1/4) wave plate 29. As indicated by arrow H, the first circularly polarized light B1C1 exits the first (1/4) wave plate 29 and enters the second Faraday rotator 26.

第1円偏光B1C1は、第2ファラデー回転子26の内部を伝搬するときに、円偏光の位相を45度シフトし、矢印Iに示すように、第2ファラデー回転子26から出射され、第2(1/4)波長板30に入射する。第1円偏光B1C1は、第2(1/4)波長板30の内部を伝搬するときに、第1直線偏光B1P1に変換される。矢印Jに示すように、第1直線偏光B1P1は、第2(1/4)波長板30から出射され、第2複屈折素子22に入射する。 When the first circularly polarized light B1C1 propagates through the second Faraday rotator 26, the phase of the circular polarization is shifted by 45 degrees, and as shown by arrow I, it is output from the second Faraday rotator 26 and enters the second (1/4) wave plate 30. When the first circularly polarized light B1C1 propagates through the second (1/4) wave plate 30, it is converted into the first linearly polarized light B1P1. As shown by arrow J, the first linearly polarized light B1P1 is output from the second (1/4) wave plate 30 and enters the second birefringent element 22.

一方、異常光線である第2直線偏光B1P2は、第1複屈折素子21の内部を第1複屈折素子21の長手方向から傾斜して伝搬する。矢印Kに示すように、第2直線偏光B1P2は、第1複屈折素子21から出射され、第2複屈折素子22に入射する。 On the other hand, the second linearly polarized light B1P2, which is an extraordinary ray, propagates inside the first birefringent element 21 at an angle to the longitudinal direction of the first birefringent element 21. As indicated by the arrow K, the second linearly polarized light B1P2 is emitted from the first birefringent element 21 and enters the second birefringent element 22.

第2複屈折素子22において、第1直線偏光B1P1は、第2複屈折素子22の内部を第2複屈折素子22の長手方向に沿って伝搬する。一方、第2直線偏光B1P2は、第2複屈折素子22の内部を第2複屈折素子22の長手方向から傾斜して伝搬する。矢印Lに示すように、第1直線偏光B1P1及び第2直線偏光B1P2は、合波されて第2複屈折素子22から入射光BIとして出射される。 In the second birefringent element 22, the first linearly polarized light B1P1 propagates inside the second birefringent element 22 along the longitudinal direction of the second birefringent element 22. On the other hand, the second linearly polarized light B1P2 propagates inside the second birefringent element 22 at an angle to the longitudinal direction of the second birefringent element 22. As shown by the arrow L, the first linearly polarized light B1P1 and the second linearly polarized light B1P2 are combined and output from the second birefringent element 22 as incident light BI.

図5(a)は光学ユニット1における第2直線偏波光B2の光路図であり、図5(b)は図5(a)に示す第2直線偏波光B2の偏光面の遷移を示す図である。 Figure 5(a) is a diagram showing the optical path of the second linearly polarized light B2 in the optical unit 1, and Figure 5(b) is a diagram showing the transition of the polarization plane of the second linearly polarized light B2 shown in Figure 5(a).

まず、矢印Aに示すように、戻り光BRは、1/4波長板120から第2ポート12を介して入射される。戻り光BRは、第3直線偏光B2P1と、第3直線偏光B2P1と直交する偏光成分である第4直線偏光B2P2とを有する。 First, as shown by arrow A, the return light BR is incident from the quarter-wave plate 120 through the second port 12. The return light BR has a third linearly polarized light B2P1 and a fourth linearly polarized light B2P2, which is a polarization component orthogonal to the third linearly polarized light B2P1.

戻り光BRは、第2複屈折素子22に入射すると、第3直線偏光B2P1と、第4直線偏光B2P2とに分波される。第3直線偏光B2P1は、常光線であるので、第2複屈折素子22の内部を第2複屈折素子22の長手方向に沿って伝搬する。一方、第4直線偏光B2P2は、異常光線であるので、第2複屈折素子22の内部を第2複屈折素子22の長手方向から傾斜して伝搬する。 When the return light BR enters the second birefringent element 22, it is split into a third linearly polarized light B2P1 and a fourth linearly polarized light B2P2. The third linearly polarized light B2P1 is an ordinary ray, and therefore propagates inside the second birefringent element 22 along the longitudinal direction of the second birefringent element 22. On the other hand, the fourth linearly polarized light B2P2 is an extraordinary ray, and therefore propagates inside the second birefringent element 22 at an angle to the longitudinal direction of the second birefringent element 22.

矢印Bに示すように、第3直線偏光B2P1は、第2複屈折素子22から出射され、第2(1/4)波長板30に入射する。第3直線偏光B2P1は、第2(1/4)波長板30の内部を伝搬するときに、第3円偏波光B2C1に変換される。矢印Cに示すように、第3円偏波光B2C1は、第2(1/4)波長板30から出射し、第2ファラデー回転子26に入射する。 As indicated by arrow B, the third linearly polarized light B2P1 is emitted from the second birefringent element 22 and enters the second (1/4) wave plate 30. As the third linearly polarized light B2P1 propagates through the second (1/4) wave plate 30, it is converted into the third circularly polarized light B2C1. As indicated by arrow C, the third circularly polarized light B2C1 is emitted from the second (1/4) wave plate 30 and enters the second Faraday rotator 26.

第3円偏波光B2C1は、第2ファラデー回転子26の内部を伝搬するときに、円偏光の位相を-45度シフトし、矢印Dに示すように、第2ファラデー回転子26から出射され、第1(1/4)波長板29に入射する。第3円偏光B2C1は、第1(1/4)波長板29の内部を伝搬するときに、第3直線偏光B2P1に変換される。矢印Eに示すように、第3直線偏光B2P1は、第1(1/4)波長板29から出射され、第1複屈折素子21に入射する。 When the third circularly polarized light B2C1 propagates through the second Faraday rotator 26, the phase of the circular polarization is shifted by -45 degrees, and as shown by arrow D, it is output from the second Faraday rotator 26 and enters the first (1/4) wave plate 29. When the third circularly polarized light B2C1 propagates through the first (1/4) wave plate 29, it is converted into the third linearly polarized light B2P1. As shown by arrow E, the third linearly polarized light B2P1 is output from the first (1/4) wave plate 29 and enters the first birefringence element 21.

一方、異常光線である第4直線偏光B2P2は、第2複屈折素子22の内部を第2複屈折素子22の長手方向から傾斜して伝搬する。矢印Fに示すように、第4直線偏光B2P2は、第2複屈折素子22から出射され、第1複屈折素子21に入射する。 On the other hand, the fourth linearly polarized light B2P2, which is an extraordinary ray, propagates inside the second birefringent element 22 at an angle to the longitudinal direction of the second birefringent element 22. As shown by the arrow F, the fourth linearly polarized light B2P2 is emitted from the second birefringent element 22 and enters the first birefringent element 21.

第1複屈折素子21において、第3直線偏光B2P1は、第1複屈折素子21の内部を第1複屈折素子21の長手方向に沿って伝搬する。一方、第4直線偏光B2P2は、第1複屈折素子21の内部を第1複屈折素子21の長手方向から傾斜して伝搬する。矢印Gに示すように、第3直線偏光B2P1及び第4直線偏光B2P2は、合波されて第1複屈折素子21から第2(1/2)波長板28に第2直線偏光B2として出射される。 In the first birefringent element 21, the third linearly polarized light B2P1 propagates inside the first birefringent element 21 along the longitudinal direction of the first birefringent element 21. On the other hand, the fourth linearly polarized light B2P2 propagates inside the first birefringent element 21 at an angle to the longitudinal direction of the first birefringent element 21. As shown by the arrow G, the third linearly polarized light B2P1 and the fourth linearly polarized light B2P2 are combined and output from the first birefringent element 21 to the second (1/2) wave plate 28 as the second linearly polarized light B2.

第2直線偏光B2は、第2(1/2)波長板28の内部を伝搬するときに、位相が-45度シフトして第2(1/2)波長板28から出射される。矢印Hに示すように、第3直線偏光B2P1及び第4直線偏光B2P2のそれぞれは、位相が-45度シフトして第3複屈折素子23に入射する。 When the second linearly polarized light B2 propagates through the second (1/2) wave plate 28, its phase is shifted by -45 degrees and it is emitted from the second (1/2) wave plate 28. As shown by the arrow H, the third linearly polarized light B2P1 and the fourth linearly polarized light B2P2 each enter the third birefringence element 23 with a phase shift of -45 degrees.

第3直線偏光B2P1及び第4直線偏光B2P2は、第3複屈折素子23の内部を伝搬するときに、異常光線である第5直線偏光B2P3と、常光線である第6直線偏光B2P4とに分波される。第5直線偏光B2P3は、異常光線であるので、矢印Iに示すように、第3複屈折素子23の内部を第3複屈折素子23の長手方向から傾斜して伝搬して、第3複屈折素子23から出射し、第1(1/2)波長板27に入射する。 When the third linearly polarized light B2P1 and the fourth linearly polarized light B2P2 propagate through the third birefringent element 23, they are split into a fifth linearly polarized light B2P3, which is an extraordinary ray, and a sixth linearly polarized light B2P4, which is an ordinary ray. Since the fifth linearly polarized light B2P3 is an extraordinary ray, it propagates through the third birefringent element 23 at an angle to the longitudinal direction of the third birefringent element 23, as shown by arrow I, exits the third birefringent element 23, and enters the first (1/2) wave plate 27.

第5直線偏光B2P3は、第1(1/2)波長板27の内部を伝搬するときに位相が-45度シフトし、矢印Jに示すように、位相が-45度シフトして第1(1/2)波長板27から出射され、第1ファラデー回転子25に入射する。 The fifth linearly polarized light B2P3 undergoes a phase shift of -45 degrees as it propagates through the first (1/2) wave plate 27, and as shown by arrow J, it is emitted from the first (1/2) wave plate 27 with a phase shift of -45 degrees and enters the first Faraday rotator 25.

第5直線偏光B2P3は、第1ファラデー回転子25の内部を伝搬するときに位相が更に-45度シフトし、矢印Kに示すように、位相が更に-45度シフトして第1ファラデー回転子25から出射され、第4複屈折素子24に入射する。 The fifth linearly polarized light B2P3 undergoes a further phase shift of -45 degrees as it propagates through the first Faraday rotator 25, and is emitted from the first Faraday rotator 25 with a further phase shift of -45 degrees as indicated by arrow K, and enters the fourth birefringent element 24.

第5直線偏光B2P3は、常光線であるので、矢印Lに示すように、第4複屈折素子24の内部を第3複屈折素子23の長手方向に沿って伝搬して、第4複屈折素子24から出射し、第1光学素子31に入射する。第5直線偏光B2P3は、第1光学素子31を介して第3ポート13から出射される。 Since the fifth linearly polarized light B2P3 is an ordinary ray, it propagates inside the fourth birefringent element 24 along the longitudinal direction of the third birefringent element 23, as shown by the arrow L, exits the fourth birefringent element 24, and enters the first optical element 31. The fifth linearly polarized light B2P3 is output from the third port 13 via the first optical element 31.

第6直線偏光B2P4は、常光線であるので、矢印Mに示すように、第3複屈折素子23の内部を第3複屈折素子23の長手方向に沿って伝搬して、第3複屈折素子23から出射し、第1(1/2)波長板27に入射する。 Since the sixth linearly polarized light B2P4 is an ordinary ray, it propagates inside the third birefringent element 23 along the longitudinal direction of the third birefringent element 23, as shown by the arrow M, exits the third birefringent element 23, and enters the first (1/2) wave plate 27.

第6直線偏光B2P4は、第1(1/2)波長板27の内部を伝搬するときに位相が-45度シフトし、矢印Nに示すように、位相が-45度シフトして第1(1/2)波長板27から出射され、第1ファラデー回転子25に入射する。 The sixth linearly polarized light B2P4 undergoes a phase shift of -45 degrees as it propagates through the first (1/2) wave plate 27, and as shown by the arrow N, it is emitted from the first (1/2) wave plate 27 with a phase shift of -45 degrees and enters the first Faraday rotator 25.

第6直線偏光B2P4は、第1ファラデー回転子25の内部を伝搬するときに位相が更に-45度シフトし、矢印Oに示すように、位相が更に-45度シフトして第1ファラデー回転子25から出射され、第4複屈折素子24に入射する。 The sixth linearly polarized light B2P4 undergoes a further phase shift of -45 degrees as it propagates through the first Faraday rotator 25, and is emitted from the first Faraday rotator 25 with a further phase shift of -45 degrees as indicated by the arrow O, and enters the fourth birefringent element 24.

第6直線偏光B2P4は、異常光線であるので、矢印Pに示すように、第4複屈折素子24の内部を第3複屈折素子23の長手方向から傾斜して伝搬して、第4複屈折素子24から出射し、第2光学素子32に入射する。第6直線偏光B2P4は、第2光学素子32を介して第4ポート14から出射される。 Since the sixth linearly polarized light B2P4 is an extraordinary ray, as shown by the arrow P, it propagates inside the fourth birefringent element 24 at an angle from the longitudinal direction of the third birefringent element 23, exits the fourth birefringent element 24, and enters the second optical element 32. The sixth linearly polarized light B2P4 is output from the fourth port 14 via the second optical element 32.

(実施形態に係る光学ユニットの作用効果)
光学ユニット1は、分波処理及び合波処理を実行する素子として、ビームスプリッタよりも小型化が可能な複屈折素子を採用しているので、干渉型光磁界センサ装置100は、ビームスプリッタを使用する干渉型光磁界センサ装置よりも小型化が可能になる。例えば、ビームスプリッタの一辺の長さは300mm~600mm程度であるのに対し、複屈折素子の1つである方解石は、幅及び高さが30mmであり、長さが100mmである。
(Functions and Effects of the Optical Unit According to the Embodiment)
The optical unit 1 employs a birefringent element that can be made smaller than a beam splitter as an element that performs splitting and multiplexing, so the interference type optical magnetic field sensor device 100 can be made smaller than an interference type optical magnetic field sensor device that uses a beam splitter. For example, the length of one side of a beam splitter is about 300 mm to 600 mm, while calcite, which is one of the birefringent elements, has a width and height of 30 mm and a length of 100 mm.

また、光学ユニット1及び干渉型光磁界センサ装置100は、光学素子の間の光路に光ファイバを配置することなく、光学素子の間を空間結合する。光学ユニット1及び干渉型光磁界センサ装置100は、光学素子の間を空間結合することで、光学素子の間の光路に光ファイバを配置する干渉型光磁界センサ装置よりも小型化が可能になる。 In addition, the optical unit 1 and the interference type optical magnetic field sensor device 100 spatially couple the optical elements without placing an optical fiber in the optical path between the optical elements. By spatially coupling the optical elements, the optical unit 1 and the interference type optical magnetic field sensor device 100 can be made smaller than an interference type optical magnetic field sensor device that places an optical fiber in the optical path between the optical elements.

さらに、光学ユニット1に使用される複屈折素子の1つである方解石は、ビームスプリッタよりもノイズが小さい。光学ユニット1及び干渉型光磁界センサ装置100は、ビームスプリッタよりもノイズが小さい複屈折素子を使用することで、ビームスプリッタを使用する干渉型光磁界センサ装置よりもノイズが小さくなる。 Furthermore, calcite, which is one of the birefringent elements used in the optical unit 1, has less noise than a beam splitter. The optical unit 1 and the interference type optical magnetic field sensor device 100 use a birefringent element that has less noise than a beam splitter, and therefore have less noise than an interference type optical magnetic field sensor device that uses a beam splitter.

図6は、干渉型光磁界センサ装置100及び比較例に係る干渉型光磁界センサ装置の出力強度とノイズとの関係を示す図である。図6において、横軸は検出信号生成部の受光素子の出力電圧を示し、縦軸はノイズを示す。 Figure 6 is a diagram showing the relationship between the output intensity and noise of the interference type optical magnetic field sensor device 100 and the interference type optical magnetic field sensor device related to the comparative example. In Figure 6, the horizontal axis represents the output voltage of the light receiving element of the detection signal generation unit, and the vertical axis represents the noise.

図6において、波形700は、干渉型光磁界センサ装置100のノイズ特性の実測値を示す。また、波形701は、光学素子の間を光ファイバによって結合し、且つ、ビームスプリッタを偏光分離素子として使用した干渉型光磁界センサ装置のノイズ特性の実測値を示す。また、波形702は、光学素子の間を光ファイバを介さず空間結合し、且つ、ビームスプリッタを偏光分離素子として使用した干渉型光磁界センサ装置のノイズ特性の実測値を示す。また、波形703は、光学素子の配置を波形702に対応する干渉型光磁界センサ装置よりも最適化した干渉型光磁界センサ装置のノイズ特性の実測値を示す。波形704は、干渉型光磁界センサ装置1000のノイズ特性のシミュレーション値を示す。 In FIG. 6, waveform 700 shows the actual measured noise characteristics of the interference type optical magnetic field sensor device 100. Waveform 701 shows the actual measured noise characteristics of an interference type optical magnetic field sensor device in which optical elements are coupled by optical fiber and a beam splitter is used as a polarization separation element. Waveform 702 shows the actual measured noise characteristics of an interference type optical magnetic field sensor device in which optical elements are spatially coupled without optical fiber and a beam splitter is used as a polarization separation element. Waveform 703 shows the actual measured noise characteristics of an interference type optical magnetic field sensor device in which the arrangement of optical elements is more optimized than that of the interference type optical magnetic field sensor device corresponding to waveform 702. Waveform 704 shows the simulated noise characteristics of the interference type optical magnetic field sensor device 1000.

また、波形701に示すノイズは、波形702に示すノイズよりも大きいことから、光学素子の間を光ファイバを使用せずに空間結合することで、ノイズ特性が向上することが分かる。また、波形702及び703に示すノイズは、波形700に示すノイズよりも大きいことから、ビームスプリッタに代えて方解石を偏光分離素子として使用することにより、ノイズ特性が向上することが分かる。 In addition, since the noise shown in waveform 701 is larger than the noise shown in waveform 702, it can be seen that the noise characteristics are improved by spatially coupling the optical elements without using optical fiber.In addition, since the noise shown in waveforms 702 and 703 is larger than the noise shown in waveform 700, it can be seen that the noise characteristics are improved by using calcite as a polarization separation element instead of a beam splitter.

なお、波形700は、波形704と略一致している。 Note that waveform 700 is approximately identical to waveform 704.

(実施形態に係る光学ユニットの変形例)
光学ユニット1は、筐体10の長手方向の一方の面に第1ポート11、第3ポート13及び第4ポート14が配置され、筐体10の長手方向の他方の面に第2ポート12が配置される。しかしながら、実施形態に係る光学ユニットは、1つの面に第1ポート11~第4ポート14が配置されてもよい。
(Modification of the optical unit according to the embodiment)
In the optical unit 1, the first port 11, the third port 13, and the fourth port 14 are arranged on one surface in the longitudinal direction of the housing 10, and the second port 12 is arranged on the other surface in the longitudinal direction of the housing 10. However, in the optical unit according to the embodiment, the first port 11 to the fourth port 14 may be arranged on one surface.

図7は変形例に係る光学ユニットの平面図であり、図8は図7に示す光学ユニットにおける第1直線偏波光B1の光路図であり、図9は図7に示す光学ユニットにおける第2直線偏波光B2の光路図である。 Figure 7 is a plan view of an optical unit according to a modified example, Figure 8 is an optical path diagram of the first linearly polarized light B1 in the optical unit shown in Figure 7, and Figure 9 is an optical path diagram of the second linearly polarized light B2 in the optical unit shown in Figure 7.

光学ユニット2は、筐体40を筐体10の代わりに有することが光学ユニット1と相違する。また、光学ユニット2は、光学素子41を第2ファラデー回転子26及び第1(1/2)波長板27の代わりに有することが光学ユニット1と相違する。また、光学ユニット2は、第1光路プリズムミラー51~第6光路プリズムミラー56を有することが光学ユニット1と相違する。また、光学ユニット2は、第1出射プリズムミラー61~第4出射プリズムミラー64を第1光学素子31及び第2光学素子32の代わりに有することが光学ユニット1と相違する。 Optical unit 2 differs from optical unit 1 in that it has a housing 40 instead of housing 10. Also, optical unit 2 differs from optical unit 1 in that it has an optical element 41 instead of the second Faraday rotator 26 and the first (1/2) wave plate 27. Also, optical unit 2 differs from optical unit 1 in that it has a first optical path prism mirror 51 to a sixth optical path prism mirror 56. Also, optical unit 2 differs from optical unit 1 in that it has a first exit prism mirror 61 to a fourth exit prism mirror 64 instead of the first optical element 31 and the second optical element 32.

筐体40、光学素子41、第1光路プリズムミラー51~第6光路プリズムミラー56及び第1出射プリズムミラー61~第4出射プリズムミラー64以外の光学ユニット2の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された光学ユニット1の構成要素の構成及び機能である。したがって、筐体40、光学素子41、第1光路プリズムミラー51~第6光路プリズムミラー56及び第1出射プリズムミラー61~第4出射プリズムミラー64以外の光学ユニット2の構成要素の構成及び機能は、ここでは詳細な説明は省略する。 The configurations and functions of the components of the optical unit 2 other than the housing 40, the optical element 41, the first optical path prism mirror 51 to the sixth optical path prism mirror 56, and the first exit prism mirror 61 to the fourth exit prism mirror 64 are the same as those of the optical unit 1 with the same reference numerals. Therefore, detailed explanations of the configurations and functions of the components of the optical unit 2 other than the housing 40, the optical element 41, the first optical path prism mirror 51 to the sixth optical path prism mirror 56, and the first exit prism mirror 61 to the fourth exit prism mirror 64 will be omitted here.

筐体40は、第2ポートが第1ポート11、第3ポート13及び第4ポート14と同一面に配置される。また、光学素子41は、第2ファラデー回転子26及び第1(1/2)波長板27を一体化した素子である。 The housing 40 has the second port arranged on the same plane as the first port 11, the third port 13, and the fourth port 14. The optical element 41 is an element that integrates the second Faraday rotator 26 and the first (1/2) wave plate 27.

第1光路プリズムミラー51~第6光路プリズムミラー56及び第1出射プリズムミラー61~第4出射プリズムミラー64は、何れも直角プリズムミラーである。第1光路プリズムミラー51及び第2光路プリズムミラー52は、第1複屈折素子21と第1(1/4)波長板29との間を光学的に接続する光路に配置され、光路を反転させる。 The first optical path prism mirror 51 to the sixth optical path prism mirror 56 and the first exit prism mirror 61 to the fourth exit prism mirror 64 are all right-angle prism mirrors. The first optical path prism mirror 51 and the second optical path prism mirror 52 are disposed in an optical path that optically connects the first birefringent element 21 and the first (1/4) wave plate 29, and reverse the optical path.

第3光路プリズムミラー53~第6光路プリズムミラー56は、第1複屈折素子21と第2複屈折素子22との間を光学的に接続する光路に配置される。第3光路プリズムミラー53及び第4光路プリズムミラー54は、第1複屈折素子21と第2複屈折素子22との間の光路を反転させる。第5光路プリズムミラー55及び第6光路プリズムミラー56は、第1複屈折素子21と第2複屈折素子22との間の光路を、筐体40の短手方向の内側にシフトする。 The third optical path prism mirror 53 to the sixth optical path prism mirror 56 are disposed on an optical path that optically connects the first birefringent element 21 and the second birefringent element 22. The third optical path prism mirror 53 and the fourth optical path prism mirror 54 invert the optical path between the first birefringent element 21 and the second birefringent element 22. The fifth optical path prism mirror 55 and the sixth optical path prism mirror 56 shift the optical path between the first birefringent element 21 and the second birefringent element 22 inward in the short direction of the housing 40.

第1出射プリズムミラー61及び第2出射プリズムミラー62は、第1光学素子31と同様に第4複屈折素子24と第3ポート13との間を光学的に接続する。また、第3出射プリズムミラー63及び第4出射プリズムミラー64は、第2光学素子32と同様に第4複屈折素子24と第4ポート14との間を光学的に接続する。 The first exit prism mirror 61 and the second exit prism mirror 62 optically connect the fourth birefringent element 24 and the third port 13, similar to the first optical element 31. The third exit prism mirror 63 and the fourth exit prism mirror 64 optically connect the fourth birefringent element 24 and the fourth port 14, similar to the second optical element 32.

また、光学ユニット1は、第3複屈折素子23及び第4複屈折素子24等の第2直線偏波光B2を第5直線偏光B2P3及び第6直線偏光B2P4に分波する光学素子を有する。しかしながら、実施形態に係る光学ユニットは、第2直線偏波光B2を分波する光学素子を有さなくてもよい。 The optical unit 1 also has optical elements, such as the third birefringent element 23 and the fourth birefringent element 24, that split the second linearly polarized light B2 into the fifth linearly polarized light B2P3 and the sixth linearly polarized light B2P4. However, the optical unit according to the embodiment does not need to have optical elements that split the second linearly polarized light B2.

また、光学ユニット1は、第3複屈折素子23及び第4複屈折素子24の2つの2つの複屈折素子により第2直線偏波光B2を分波するが、実施形態に係る光学ユニットは、単一又は3つ以上の複屈折素子により第2直線偏波光B2を分波してもよい。 In addition, the optical unit 1 splits the second linearly polarized light B2 using two birefringent elements, the third birefringent element 23 and the fourth birefringent element 24, but the optical unit according to the embodiment may split the second linearly polarized light B2 using a single birefringent element or three or more birefringent elements.

また、光学ユニット1では、第1複屈折素子21~第2複屈折素子22は方解石により形成されるが、実施形態に係る光学ユニットでは、複屈折素子は、方解石以外の複屈折材料により形成されてもよい。 In addition, in the optical unit 1, the first birefringent element 21 to the second birefringent element 22 are formed from calcite, but in the optical unit according to the embodiment, the birefringent elements may be formed from a birefringent material other than calcite.

例えば、実施形態に係る光学ユニットでは、複屈折素子は、水晶(SiO2)、金紅石(ルチル、TiO2)及び鋼玉(サファイヤ、Al23)によって形成されてもよい。波長が589.3nmの光が入射したときの方解石の常光線の屈折率は1.6584であり、異常光線の屈折率は1.4864である。一方、波長が589.3nmの光が入射したときの水晶の常光線の屈折率は1.5443であり、異常光線の屈折率は1.5534である。また、波長が589.3nmの光が入射したときの金紅石の常光線の屈折率は2.6160であり、異常光線の屈折率は2.903である。また、波長が589.3nmの光が入射したときの鋼玉の常光線の屈折率は1.768であり、異常光線の屈折率は1.7600である。 For example, in the optical unit according to the embodiment, the birefringent element may be formed of quartz (SiO 2 ), rutile (TiO 2 ), and corundum (sapphire, Al 2 O 3 ). When light having a wavelength of 589.3 nm is incident, the refractive index of the ordinary ray of calcite is 1.6584, and the refractive index of the extraordinary ray is 1.4864. On the other hand, when light having a wavelength of 589.3 nm is incident, the refractive index of the ordinary ray of quartz is 1.5443, and the refractive index of the extraordinary ray is 1.5534. In addition, when light having a wavelength of 589.3 nm is incident, the refractive index of the ordinary ray of rutile is 2.6160, and the refractive index of the extraordinary ray is 2.903. In addition, when light having a wavelength of 589.3 nm is incident, the refractive index of the ordinary ray of corundum is 1.768, and the refractive index of the extraordinary ray is 1.7600.

1、2 光学ユニット
11 第1ポート
12 第2ポート
13 第3ポート
14 第4ポート
21 第1複屈折素子
22 第2複屈折素子
23 第3複屈折素子
24 第4複屈折素子
25 第1ファラデー回転子
26 第2ファラデー回転子(第2偏光素子)
27 第1(1/2)波長板
28 第2(1/2)波長板(第1偏光素子)
100 干渉型光磁界センサ装置
110 発光部
120 1/4波長板
130 平凸レンズ
140 磁界センサ素子
150 検出信号発生部
1, 2 Optical unit 11 First port 12 Second port 13 Third port 14 Fourth port 21 First birefringent element 22 Second birefringent element 23 Third birefringent element 24 Fourth birefringent element 25 First Faraday rotator 26 Second Faraday rotator (second polarizing element)
27 First (1/2) wave plate 28 Second (1/2) wave plate (first polarizing element)
REFERENCE SIGNS LIST 100 Interference type optical magnetic field sensor device 110 Light emitting unit 120 Quarter wave plate 130 Plano-convex lens 140 Magnetic field sensor element 150 Detection signal generating unit

Claims (6)

筐体と、
第1直線偏波光が入射される第1ポートと、
前記第1直線偏波光が入射されることに応じて、第1直線偏光と前記第1直線偏光に直交する第2直線偏光を出射し、且つ、第3直線偏光及び前記第3直線偏光と直交する第4直線偏光が入射されることに応じて、第2直線偏波光を出射する第1偏光素子と、
前記第1偏光素子に光学的に接続され、前記第1直線偏光及び前記第4直線偏光を伝搬する第1光路、及び、前記第2直線偏光及び前記第3直線偏光を伝搬する第2光路を有する光路部と、
前記第1直線偏光及び前記第2直線偏光を出射すると共に、前記第3直線偏光及び前記第4直線偏光が入射される第2ポートと、を有し、
前記光路部は、
前記第1偏光素子から入射された前記第1直線偏光及び前記第2直線偏光を前記第1光路及び前記第2光路のそれぞれに分波すると共に、前記第2光路を伝搬した前記第3直線偏光及び前記第1光路を伝搬した前記第4直線偏光を合波して前記第1偏光素子に出射する第1複屈折素子と、
前記第1光路を伝搬した前記第1直線偏光及び前記第2光路を伝搬した前記第2直線偏光を前記第2ポートに出射すると共に、前記第2ポートから入射された前記第3直線偏光及び前記第4直線偏光を前記第1光路及び前記第2光路のそれぞれに出射する第2複屈折素子と、を有し、
前記第1複屈折素子と前記第2複屈折素子とは、空間結合される、ことを特徴とする光学ユニット。
A housing and
a first port to which a first linearly polarized light is incident;
a first polarizing element that, in response to the first linearly polarized light being incident thereon, emits a first linearly polarized light and a second linearly polarized light orthogonal to the first linearly polarized light, and that, in response to the third linearly polarized light and a fourth linearly polarized light orthogonal to the third linearly polarized light being incident thereon, emits the second linearly polarized light;
an optical path section optically connected to the first polarizing element, the optical path section having a first optical path that propagates the first linearly polarized light and the fourth linearly polarized light, and a second optical path that propagates the second linearly polarized light and the third linearly polarized light;
a second port for outputting the first linearly polarized light and the second linearly polarized light and for receiving the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light,
The optical path portion is
a first birefringence element that splits the first linearly polarized light and the second linearly polarized light incident from the first polarizing element into the first optical path and the second optical path, respectively, and combines the third linearly polarized light propagated through the second optical path and the fourth linearly polarized light propagated through the first optical path, and outputs the combined light to the first polarizing element;
a second birefringent element that outputs the first linearly polarized light propagated through the first optical path and the second linearly polarized light propagated through the second optical path to the second port, and outputs the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light incident from the second port to the first optical path and the second optical path, respectively ;
An optical unit , wherein the first birefringent element and the second birefringent element are spatially coupled .
前記光路部は、前記第1光路に配置され、前記第3直線偏光と前記第4直線偏光との間の位相差が90度になるように、前記第1直線偏光及び前記第4直線偏光の位相を調整する第2光学素子を更に有する、請求項1に記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 1, wherein the optical path section further includes a second optical element disposed in the first optical path and configured to adjust the phases of the first linearly polarized light and the fourth linearly polarized light so that the phase difference between the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light is 90 degrees. 前記第2直線偏波光が前記第1偏光素子から入射されことに応じて、前記第2直線偏波光を第5直線偏光と前記第5直線偏光に直交する第6直線偏光とに分波する第3複屈折素子を更に有する、請求項1又は2に記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 1 or 2, further comprising a third birefringent element that splits the second linearly polarized light into a fifth linearly polarized light and a sixth linearly polarized light orthogonal to the fifth linearly polarized light in response to the second linearly polarized light being incident from the first polarizing element. 前記第3複屈折素子から前記第5直線偏光及び前記第6直線偏光が入射される第4複屈折素子と、
前記第4複屈折素子から前記第5直線偏光が入射される第3ポートと、
前記第4複屈折素子から前記第6直線偏光が入射される第4ポートと、
を更に有する、請求項3に記載の光学ユニット。
a fourth birefringent element onto which the fifth linearly polarized light and the sixth linearly polarized light are incident from the third birefringent element;
a third port to which the fifth linearly polarized light is incident from the fourth birefringent element;
a fourth port to which the sixth linearly polarized light is incident from the fourth birefringent element;
The optical unit according to claim 3 , further comprising:
前記第1複屈折素子、前記第2複屈折素子、前記第3複屈折素子及び前記第4複屈折素子は、方解石により形成される、請求項4に記載の光学ユニット。 The optical unit according to claim 4, wherein the first birefringent element, the second birefringent element, the third birefringent element, and the fourth birefringent element are formed of calcite. 第1直線偏波光を出射する発光部と、
少なくともその一部が所定の磁界内に配置可能であり、入射光が入射されることに応じて戻り光を出射する磁界センサ素子と、
前記第1直線偏波光が入射される第1ポート、前記入射光を出射すると共に前記戻り光が入射される第2ポート、並びに前記戻り光を分波した第5直線偏光及び第6直線偏光を出射する第3ポート及び第4ポートを有する光学ユニットと、
前記第5直線偏光及び前記第6直線偏光を受光して電気信号に変換することで、前記磁界センサ素子に印加される磁界に応じた検出信号を出力する検出信号発生部と、を有し、
前記光学ユニットは、
前記第1直線偏波光が入射されることに応じて、第1直線偏光と前記第1直線偏光に直交する第2直線偏光を出射し、且つ、第3直線偏光及び前記第3直線偏光と直交する第4直線偏光が入射されることに応じて、第2直線偏波光を出射する第1偏光素子と、
前記第1偏光素子に光学的に接続され、前記第1直線偏光及び前記第4直線偏光を伝搬する第1光路、及び、前記第2直線偏光及び前記第3直線偏光を伝搬する第2光路を有する光路部と、
前記第2直線偏波光が前記第1偏光素子から入射されことに応じて、前記第2直線偏波光を第5直線偏光と前記第5直線偏光に直交する第6直線偏光とに分波する第3複屈折素子と、を有し、
前記光路部は、
前記第1偏光素子から入射された前記第1直線偏光及び前記第2直線偏光を前記第1光路及び前記第2光路のそれぞれに分波すると共に、前記第2光路を伝搬した前記第3直線偏光及び前記第1光路を伝搬した前記第4直線偏光を合波して前記第1偏光素子に出射する第1複屈折素子と、
前記第1光路を伝搬した前記第1直線偏光及び前記第2光路を伝搬した前記第2直線偏光を合波して前記第2ポートに出射すると共に、前記第2ポートから入射された前記第3直線偏光及び前記第4直線偏光を前記第1光路及び前記第2光路のそれぞれに分波する第2複屈折素子と、を有し、
前記第1複屈折素子と前記第2複屈折素子とは、空間結合される、ことを特徴とする干渉型光磁界センサ装置。
a light emitting unit that emits a first linearly polarized light;
a magnetic field sensor element, at least a portion of which can be placed within a predetermined magnetic field, which emits return light in response to incident light;
an optical unit having a first port into which the first linearly polarized light is incident, a second port from which the incident light is output and into which the return light is input, and a third port and a fourth port from which fifth and sixth linearly polarized light beams obtained by splitting the return light are output;
a detection signal generating unit that receives the fifth linearly polarized light and the sixth linearly polarized light and converts them into electrical signals to output a detection signal corresponding to a magnetic field applied to the magnetic field sensor element,
The optical unit includes:
a first polarizing element that, in response to the first linearly polarized light being incident thereon, emits a first linearly polarized light and a second linearly polarized light orthogonal to the first linearly polarized light, and that, in response to the third linearly polarized light and a fourth linearly polarized light orthogonal to the third linearly polarized light being incident thereon, emits the second linearly polarized light;
an optical path section optically connected to the first polarizing element, the optical path section having a first optical path that propagates the first linearly polarized light and the fourth linearly polarized light, and a second optical path that propagates the second linearly polarized light and the third linearly polarized light;
a third birefringence element that splits the second linearly polarized light into a fifth linearly polarized light and a sixth linearly polarized light orthogonal to the fifth linearly polarized light in response to the second linearly polarized light being incident from the first polarizing element,
The optical path portion is
a first birefringence element that splits the first linearly polarized light and the second linearly polarized light incident from the first polarizing element into the first optical path and the second optical path, respectively, and combines the third linearly polarized light propagated through the second optical path and the fourth linearly polarized light propagated through the first optical path, and outputs the combined light to the first polarizing element;
a second birefringence element that combines the first linearly polarized light propagated through the first optical path and the second linearly polarized light propagated through the second optical path and outputs the combined light to the second port, and that separates the third linearly polarized light and the fourth linearly polarized light incident from the second port into the first optical path and the second optical path, respectively ;
2. An interference type optical magnetic field sensor device, wherein the first birefringent element and the second birefringent element are spatially coupled .
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