專利名稱：電/磁場探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用激光以及電光(EO)材料或磁光(MO)材料來測量電場或磁場的探頭。
背景技術(shù)：
作為用于噪聲性質(zhì)評估或抗擾度評估的工具，需要能夠以高精度在xyz三個向量檢測電場或磁場的探頭，并且為了這些目的，已經(jīng)開發(fā)了使用激光和光學(xué)材料的探頭。這樣的探頭由激光光源和Ε0/Μ0材料等光學(xué)測量裝置構(gòu)成?；谌缦略頊y量電/磁場，即激光進入到材料中并且材料的折射率對應(yīng)于電/磁場的強度而變化。這類裝置粗略地分為 從激光光源發(fā)出的光在空間中傳播并且進入到Ε0/Μ0材料中的類型，以及其中整個光學(xué)測量裝置和Ε0/Μ0材料通過光纖連接并且激光通過光纖傳播并進入到材料中的類型。由于在微區(qū)中的高空間分辨率由于Ε0/Μ0材料的微細(xì)加工而成為可能，因此，這種探頭有望在性能評估、故障檢測或者以高密度安裝的待膩子電路或部件的電子設(shè)計中實現(xiàn)高性能。日本專利申請公開JP 2007-57324A是光學(xué)地檢測電場強度或磁場強度等的光纖型測量系統(tǒng)的示例。本技術(shù)的目的是防止在環(huán)境溫度、應(yīng)力大小等的變化前后的保偏光纖的檢測靈敏度的變化。引用列表專利文獻專利文獻1日本專利申請公開JP2007-57324A

發(fā)明內(nèi)容
雖然利用激光的電磁場探頭在其大帶寬、非侵入性、高空間分辨率等方面具有一些優(yōu)勢，但其具有靈敏度受偏振態(tài)變化的影響的問題。具體而言，在使用光纖的Ε0/Μ0探頭中，存在如下問題，當(dāng)由施加到光纖上的應(yīng)力所導(dǎo)致的、在光纖中發(fā)生彎曲或搖擺時，通過光纖傳播的光的偏振態(tài)改變，并且電場檢測或磁場檢測的信號水平明顯地改變。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的探頭包括偏振控制單元，其配置為影響入射激光的偏振態(tài)；電/磁傳感器單元，其具有電光材料或磁光材料，其中從偏振控制單元輸出的激光通過光纖進入電光材料或磁光材料；以及分析單元，其配置為基于從電光材料或磁光材料輸出的激光、產(chǎn)生在電/磁傳感器單元處的電場或磁場的檢測值。電光材料或磁光材料被固定到基板。光纖被固定在管中。偏振控制單元被固定在殼體中。更具體而言，例如，為了抑制由施加到光纖的應(yīng)力造成的光纖的彎曲或搖擺，例如由光纖和Ε0/Μ0材料構(gòu)成的電/磁傳感器單元被固定到石英基板，并且例如布置在除了傳感器單元以外的部分中的光纖通過安裝在丙烯酸管中來固定。此外，例如偏振波控制器或光學(xué)分析儀等偏振波調(diào)整單元被安裝在殼體中，使得由風(fēng)壓或接觸造成的應(yīng)力不會施加到與部件相連接的光纖上。由于抑制了通過光纖傳播的激光的偏振變化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的信號檢測，并且能夠以高精度測量電/磁場。


根據(jù)示例性實施例的描述和附圖，本發(fā)明的上述目的、其他目的、效果以及特征將更加清楚，其中圖1是利用激光和光學(xué)材料的傳統(tǒng)的電/磁場探頭裝置的概念圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的探頭的概念圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的探頭的電/磁場傳感器單元的概念圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的探頭的概念圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的探頭的電/磁場傳感器單元的概念圖； 以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的探頭的概念圖。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一些示例性實施例。圖1是利用激光和光學(xué)材料的傳統(tǒng)的電/磁場探頭裝置的概念圖。從激光光源1發(fā)出的光穿過單模光纖2的纖芯， 由偏振控制器3調(diào)整其偏振，穿過光環(huán)形器4到達Ε0/Μ0材料8。由于Ε0/Μ0材料的折射率與外部電/磁場成比例地變化，因此在材料中傳播的光感知到響應(yīng)于外部電/磁場的折射率的變化，并且其偏振被調(diào)制。之后，光再次通過環(huán)形器，通過經(jīng)過光學(xué)分析儀5變?yōu)閺姸日{(diào)制光。通過光接收器6對光應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換，并且通過射頻頻譜分析儀7檢測電信號。通過使用圖1所示的裝置，能夠得到與外部電/磁場的強度成比例的電信號。然而，在圖1所示的裝置的情況下，存在如下問題，如果光在經(jīng)過光學(xué)分析儀5之前接收了外部干擾，則其偏振態(tài)改變，并且由射頻頻譜分析儀檢測到的信號取決于外部干擾的程度而發(fā)生變化。圖2示出了用于解決上述問題的本發(fā)明的示例性實施例。圖3是圖2的電/磁場傳感器單元12的放大視圖。形成電/磁場傳感器12的Ε0/Μ0材料8以及引導(dǎo)被引入EO/ MO材料8的光的單模光纖2被粘貼并且固定到基板14上。除了布置電/磁場傳感器12的端部以外，單模光纖2布置在管11的內(nèi)部并且固定到管11上?；?4以如下方式固定到管11。首先，與縱向垂直的截面是管狀的材料被設(shè)置為用于管11的材料。該材料具有在朝向中空的內(nèi)部空間的內(nèi)側(cè)管狀表面與外側(cè)管狀表面之間的壁厚。內(nèi)側(cè)管狀表面的直徑小于基板的寬度方向。該材料的邊緣被切削為管狀的一半。通過該切割，暴露出在內(nèi)側(cè)管狀表面與外側(cè)管狀表面之間的壁厚部分。通過對壁厚部分涂覆粘性材料并且通過使基板14的表面與經(jīng)涂覆的表面接觸，將基板14固定到管11。 考慮到基板14與管11之間的相對位置的穩(wěn)定性，基板14的一部分優(yōu)選地形成為被插入到管11的內(nèi)側(cè)管狀表面。此外，像偏振控制器3、光學(xué)分析儀5等的偏振調(diào)整部件等被安裝在殼體10中。具體而言，偏振控制器3、光環(huán)形器4和光學(xué)分析儀5被固定到殼體。殼體10和管11被固定為使得其相對位置不可移動。此外，管11和基板14被固定為使得其相對位置不可移動。激光經(jīng)由光纖、被從一個終端13引入到偏振控制器3。偏振控制器3的輸出光通過保偏光纖9并且經(jīng)由光環(huán)形器4、被引入到布置在電/磁場傳感器側(cè)的單模光纖2。引入到單模光纖2中的光在電/磁場傳感器12中被Ε0/Μ0材料8反射。反射光被引入到單模光纖2中。在單模光纖2中的反射光由光環(huán)形器4引入到光學(xué)分析儀5的方向。通過光學(xué)分析儀5的光從另一個終端13輸出到射頻頻譜分析儀。連接到終端13的射頻頻譜分析儀用作分析單元，其產(chǎn)生示出在電/磁場傳感器12處的電場或磁場的檢測值。在這樣的配置中，能夠通過殼體10、管11和基板14抑制由風(fēng)壓、接觸等造成的施加在與各個部件連接的光纖上的應(yīng)力。此外，在本示例性實施例中，出射側(cè)的光路相對于入射側(cè)的光路以180度折疊。因此，作為入射側(cè)的光學(xué)部件的偏振控制器3以及越過電/磁場傳感器12布置在出射側(cè)上的光學(xué)分析儀存放在相同的殼體中，以使得能夠減小裝置的尺寸并且能夠提高承受應(yīng)力的能力。圖4示出了本發(fā)明的第二示例性實施例。能夠測量電場或磁場的相互垂直的三個組分的探頭，作為由三個單模光纖2和形成在各個單模光纖的端部的Ε0/Μ0材料構(gòu)成的電 /磁場傳感器12、被固定在單個基板上。多個單模光纖2的、除電/磁場傳感器12以外的部分存放于并且固定到相同的管11上。此外，例如三種偏振控制器、光學(xué)分析儀等偏振調(diào)整單元安裝在相同的殼體10中，以使得由風(fēng)壓、接觸等造成的應(yīng)力不會施加到與部件相連接的光纖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的探頭的電/磁場傳感器單元的概念圖。 三條單模光纖2以及形成在各個單模光纖2上的Ε0/Μ0材料被粘貼并且固定到基板14。三條光纖各個具有其上形成有Ε0/Μ0材料的端部，并且形成為獨立地檢測電/磁場的三個組分中的一個。為了檢測被分解的各個組分，將在Ε0/Μ0材料中的各自的光路相互垂直的光學(xué)組件固定到基板14。例如，在第一光纖中，布置了第一三棱鏡，使得光在垂直于入射光路的方向上進入Ε0/Μ0材料8。在第二光纖中，布置了第二三棱鏡，使得光在垂直于入射光路和第一三棱鏡的出射光的方向上進入Ε0/Μ0材料。在第三光纖中，玻璃墊片被形成為使得， 其光路及光路長度與第一和第二光纖的三棱鏡相同。激光被從多個輸入終端13引入到三個偏振控制器3。這樣的激光可以從與多個輸入終端13中的各個對應(yīng)形成的多個激光光源引入，或者可以經(jīng)由選擇開關(guān)從連接到多個輸入終端13的單個激光光源引入，其中選擇開關(guān)用于將激光選擇性地供應(yīng)到多個輸入終端13中的任一個。這些光通過第一三棱鏡15、第二三棱鏡和玻璃墊片16，并且由多個輸入終端13輸出，并且被引入到射頻頻譜分析儀并被分析。然后，可通過分解它們的三個組分來檢測電場或磁場。由于用于測量三個組分的三組光學(xué)部件由相同的殼體10、管11和基板 14支撐，因此可通過增加少量的部件抑制由風(fēng)壓、接觸等造成的應(yīng)力。圖6示出了本發(fā)明的第三示例性實施例。能夠測量電場或磁場的相互垂直的三個組分的探頭，作為由三個單模光纖2和形成在各個單模光纖的端部的Ε0/Μ0材料構(gòu)成的電/磁場傳感器12、被固定在單個基板上，并且光纖的在除電/磁場傳感器12以外的部分存放于并且固定到管11。此外，例如三種偏振片、偏振控制器、光學(xué)分析儀等偏振調(diào)整部件被安裝在殼體10中，以使得由風(fēng)壓、接觸等造成的應(yīng)力不會施加到與這些部件相連接的光纖。通過在偏振控制器的前一階段形成偏振片，無論光在進入偏振片之前的偏振態(tài)如何、通過偏振片以后的光的偏振態(tài)總是變?yōu)榫€性的，使得能夠進一步抑制由施加到光纖的外部干擾造成的信號的變化。下面，通過參考圖4和圖5來說明本發(fā)明的示例。在根據(jù)本發(fā)明的探頭的示例中，例如，在圖4中，輸入光纖是保偏光纖9，殼體10和管11由丙烯酸等樹脂形成，并且在圖5 中的基板14的材料是石英。由于在殼體、管和基板中沒有使用金屬，因此能夠很好地抑制在探頭處測量電/磁場的干擾，從而可實現(xiàn)高精度的測量。例如，殼體10和管11以及管11 和基板14通過使用如環(huán)氧樹脂系列的粘性材料相互連接。例如，使用由鉍、硅和氧等構(gòu)成的單晶復(fù)合物(BSO)作為EO材料，并且例如，使用單晶鉍取代釔鐵石榴石(Bi-YIG)作為MO 材料。可以在不發(fā)生任何矛盾的范圍內(nèi)、通過任意組合來實施上面所說明的一些示例性實施例和示例。作為本發(fā)明的應(yīng)用的示例，可參考用于電子電路的抗擾度評估的探頭。為了識別出電子設(shè)備的錯誤運行的機制，需要精確地檢測設(shè)備中的電子電路附近的電/磁場分布。 通過使用根據(jù)本發(fā)明的探頭，可以精確地測量電子電路附近的電場或磁場的三個組分，從而能夠得到對于調(diào)查設(shè)備的錯誤運行的機制的確認(rèn)。本申請要求于2009年6月四日提交的日本專利申請JP2009-153787的優(yōu)先權(quán)， 并且通過引用將該申請的公開內(nèi)容結(jié)合在本說明書中。
權(quán)利要求
1.一種探頭，包括偏振控制單元，其配置為影響入射激光的偏振態(tài)；電/磁傳感器單元，其具有電光材料或磁光材料，其中從所述偏振控制單元輸出的激光通過光纖進入所述電光材料或磁光材料；以及分析單元，其配置為基于從所述電光材料或磁光材料輸出的激光、產(chǎn)生在所述電/磁傳感器單元處的電場或磁場的檢測值，其中所述電光材料或磁光材料被固定到基板，所述光纖被固定在管中，并且所述偏振控制單元被固定在殼體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探頭，其中所述基板由石英制成，并且所述管和所述殼體由樹脂制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的探頭，其中所述偏振控制單元具有被固定到所述殼體的、 用于偏振控制的多個部件，并且激光被分別輸入到用于偏振控制的所述多個部件，所述電/磁傳感器單元具有分別與用于偏振控制的所述多個部件對應(yīng)的多片電光材料或磁光材料，并且激光通過固定在所述管中的多條光纖進入所述多片電光材料或磁光材料，并且多個光學(xué)部件被安裝在所述多片電光材料或磁光材料上并且被固定到所述基板，其中所述多個光學(xué)部件被配置為檢測電場或磁場的不同組分。
全文摘要
本發(fā)明公開了采用光纖的電場/磁場探頭，其中當(dāng)對光纖施加應(yīng)力時，通過光纖傳播的光的偏振態(tài)改變，導(dǎo)致用于電場檢測或磁場檢測的信號水平不穩(wěn)定。為了抑制由施加到光纖的應(yīng)力產(chǎn)生的光纖的彎曲或搖動，光纖以及由EO/MO材料制成的電場/磁場傳感器部分被固定在例如石英基板上，并且例如，傳感器部分以外的剩余的光纖被容納并且固定在丙烯酸管中。此外，包括例如編制控制器或分析器的偏振調(diào)整組件被裝配在殼體中，使得與該組件連接的光纖不承受由風(fēng)壓或接觸等產(chǎn)生的應(yīng)力。
文檔編號G01R29/08GK102472785SQ20108002928
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者塚越常雄, 巖波瑞樹 申請人:日本電氣株式會社