專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖雙折射補(bǔ)償鏡及電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖雙折射補(bǔ)償鏡和電流傳感器，所述光纖雙折射補(bǔ)償鏡用于對(duì)電力系統(tǒng)的電流值進(jìn)行檢測(cè)的電流傳感器或磁場(chǎng)傳感器，光通信領(lǐng)域中用于在以傳輸線(xiàn)路連接的發(fā)送部及接收部之間傳送量子密碼的量子密碼裝置或光開(kāi)關(guān)、光源、放大器、干涉計(jì)、分插復(fù)用器(7 K K n、y 7°)等中。
背景技術(shù)：
以往，在電力設(shè)備的電力系統(tǒng)的電流測(cè)量中，廣泛使用繞線(xiàn)式電流互感器。但是問(wèn)題在于，應(yīng)測(cè)量的系統(tǒng)電壓越大，繞線(xiàn)式電流互感器也越大，致使成本和設(shè)置空間增大。特別是在被稱(chēng)為GIS (Gas Insulation Switch,氣體絕緣開(kāi)關(guān))的使用絕緣性氣體的氣體絕緣開(kāi)關(guān)裝置中，強(qiáng)烈需求小型化和節(jié)省空間，因此裝載大型繞線(xiàn)式電流互感器變得困難?！?br> 為此，從小型化和節(jié)省空間以及高絕緣性、抗噪聲性方面考慮，現(xiàn)有技術(shù)中提出有各種電流傳感器，其應(yīng)用光纖自身的法拉第效應(yīng)，在電流導(dǎo)體的周?chē)h(huán)繞設(shè)置光纖而進(jìn)行電流測(cè)量。該電流傳感器，向光纖入射直線(xiàn)偏振光，使該光纖環(huán)繞在被測(cè)量電流流動(dòng)的導(dǎo)體上，通過(guò)與電流成比例產(chǎn)生磁場(chǎng)，根據(jù)光纖的法拉第效應(yīng)，使光纖中直線(xiàn)偏振光的偏振面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，偏振面的旋轉(zhuǎn)角度與被測(cè)量電流的大小成比例。因此，通過(guò)測(cè)量該旋轉(zhuǎn)角度，能夠求出電流的大小。圖15為利用光纖的法拉第效應(yīng)的電流傳感器的一例，表示專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載的電流傳感器的模式圖。該電流傳感器100由光循環(huán)器101、雙折射元件102、法拉第旋光器103和傳感器用光纖104構(gòu)成。光纖104被環(huán)繞配置在被測(cè)量電流流動(dòng)的導(dǎo)體105的外周上。而且，光纖104的一端上設(shè)置有法拉第旋光器103，另一端上設(shè)置有鏡子106。另外，雙折射元件102和光循環(huán)器101分別由光纖連接，光循環(huán)器101被連接在來(lái)自光源107的光透過(guò)至Ij光纖104側(cè)的方向上。從光源107射出并通過(guò)光纖108和光循環(huán)器101入射到雙折射元件102中的光，通過(guò)雙折射元件102形成直線(xiàn)偏振光，入射到法拉第旋光器103中。法拉第旋光器103由磁鐵109和通過(guò)該磁鐵109被磁飽和的強(qiáng)磁性石榴石110構(gòu)成，使透過(guò)強(qiáng)磁性石榴石110的光的偏振面旋轉(zhuǎn)22. 5度。透過(guò)法拉第旋光器103的直線(xiàn)偏振光入射到光纖104中，通過(guò)由流過(guò)導(dǎo)體105的被測(cè)量電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)受到法拉第旋轉(zhuǎn)，直線(xiàn)偏振光的偏振面只旋轉(zhuǎn)與磁場(chǎng)大小成比例的旋轉(zhuǎn)角度。沿光纖104傳播的光，進(jìn)一步由鏡子106反射而再次沿光纖104傳播時(shí)，通過(guò)所述磁場(chǎng)再次根據(jù)法拉第效應(yīng)被旋轉(zhuǎn)，再次入射到法拉第旋光器103中。光通過(guò)再次透過(guò)法拉第旋光器103，其偏振面進(jìn)一步被旋轉(zhuǎn)22. 5度，因此通過(guò)往返法拉第旋光器103偏振面被旋轉(zhuǎn)45度。透過(guò)法拉第旋光器103的光再次被傳播到雙折射元件102中，被分離為偏振方向互相垂直的兩束直線(xiàn)偏振光。被分離的一束直線(xiàn)偏振光通過(guò)光循環(huán)器101和光纖111被光接收元件112接收，被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)SI。另外，另一方向的直線(xiàn)偏振光，通過(guò)光纖113被光接收元件114接收，被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)S2。
對(duì)應(yīng)于在光纖104中傳播的直線(xiàn)偏振光所產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)角，由光接收元件112和114接收的光量發(fā)生變化，因此通過(guò)在信號(hào)處理電路115中對(duì)反映該變化的電信號(hào)SI和S2進(jìn)行處理，能夠求出在光纖104中產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)角。然后，從求得的法拉第旋轉(zhuǎn)角計(jì)算被測(cè)量電流。另外，上述的GIS等輸變電設(shè)備進(jìn)行了大電流化，而為了用光纖檢測(cè)這樣的大電流，需要使用最大測(cè)量電流值大的石英系光纖。但是，當(dāng)進(jìn)行電流檢測(cè)的光纖104使用石英系光纖時(shí)，因彎曲或振動(dòng)等所產(chǎn)生的應(yīng)力發(fā)生直線(xiàn)雙折射，由于傳播的直線(xiàn)偏振光發(fā)生橢圓化，測(cè)量誤差會(huì)變大。即，當(dāng)如電流傳感器100等利用光纖的法拉第效應(yīng)的電流傳感 器上附加振動(dòng)時(shí)，由于光纖自身所具有的光彈性，存在被測(cè)量電流的測(cè)量結(jié)果大幅變動(dòng)的問(wèn)題。例如，圖16中表示測(cè)量結(jié)果因所述GIS內(nèi)遮斷器的工作發(fā)生變動(dòng)的例子。系統(tǒng)頻率為60Hz，穩(wěn)態(tài)中的測(cè)量結(jié)果如圖16 (a)所表示的波形。在該穩(wěn)態(tài)中附加振動(dòng)時(shí)，如圖16(b)所示，測(cè)量結(jié)果大幅變動(dòng)。因此，在光纖104中使用含有氧化鉛的低雙折射光纖。使用含有氧化鉛的光纖的理由為，其光彈性系數(shù)與石英系光纖相比非常小，因此傳播的偏振光對(duì)于由彎曲或振動(dòng)等引起的應(yīng)力不容易受到影響。然而，含有氧化鉛的光纖，其表示法拉第旋轉(zhuǎn)能的費(fèi)爾德常數(shù)約為所述石英系光纖的5倍，因此與石英系光纖相比，最大檢測(cè)電流小，不利于大電流的測(cè)量。因此，作為抑制光纖中產(chǎn)生的所述各問(wèn)題的手段，可以考慮將具備法拉第旋光器的法拉第鏡替換為所述鏡子106而光學(xué)連接在光纖104的另一端側(cè)的方法。作為具備所述法拉第旋光器的法拉第鏡的一例，可以例舉專(zhuān)利文獻(xiàn)2。圖18中表示了專(zhuān)利文獻(xiàn)2所述的法拉第鏡123的結(jié)構(gòu)。法拉第鏡123，其通過(guò)套管125往光纖保持器124的中心孔插入光纖126、光纖127及在其前端上形成球狀部128的會(huì)聚光束系統(tǒng)一體末端，使球狀部128突出，45度對(duì)置地配置法拉第旋光器129和鏡子130，通過(guò)從外部插入的冒132對(duì)用于磁化法拉第旋光器129的磁鐵131進(jìn)行密封。如果將從光纖127向鏡子130前進(jìn)的方向定義為正向，并且將從鏡子130向光纖127前進(jìn)的方向定義為反向，貝1J在正向中沿光纖127傳播而從球狀部128射出的光,通過(guò)法拉第旋光器129,其偏振面旋轉(zhuǎn)45度，并且被鏡子130反射。進(jìn)一步，通過(guò)在反向中再次透過(guò)法拉第旋光器129，其偏振面進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)45度,從而光以相對(duì)于正向時(shí)從光纖127、球狀部128射出的光的偏振面在反向旋轉(zhuǎn)90度的狀態(tài)回到光纖127中。然而，裝載法拉第鏡123的電流傳感器的振動(dòng)特性，其還不足以用在與裝載所述鏡子106時(shí)相比得到改善的高精度測(cè)量中，而且其溫度特性也差。其原因?yàn)?，法拉第旋光?29具有溫度特性和波長(zhǎng)特性，并且用于決定45度法拉第旋轉(zhuǎn)角的厚度加工精度有限，在測(cè)量時(shí)的溫度、波長(zhǎng)中，往返法拉第旋光器時(shí)的偏振面的法拉第旋轉(zhuǎn)角從90度偏離，從而不能完全補(bǔ)償光纖的雙折射。另外，電流傳感器的測(cè)量精度的波長(zhǎng)、溫度特性也會(huì)變差。圖19中用比率誤差-溫度特性表示了從連接法拉第鏡123的電流傳感器輸出的被測(cè)量電流測(cè)量值的溫度依賴(lài)性。從圖19可知，在35度溫度附近比率誤差最小，當(dāng)溫度相比于35度降低或升高時(shí)，比率誤差的變動(dòng)幅度也以非線(xiàn)形增加，法拉第旋光器129的溫度特性使電流傳感器的被測(cè)量電流的測(cè)量值變動(dòng)。
因此，作為抑制光纖104中產(chǎn)生的所述各問(wèn)題的手段，公開(kāi)了一種方案，其在不使用法拉第旋光器，而是代替所述鏡子106將具備λ /4波片的偏振面旋轉(zhuǎn)鏡光學(xué)地連接在光纖104的另一端側(cè)。作為所述具備λ/4波片的偏振面旋轉(zhuǎn)鏡的一例，可以例舉專(zhuān)利文獻(xiàn)3。圖17中表示了專(zhuān)利文獻(xiàn)3所述的偏振面旋轉(zhuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)。偏振面旋轉(zhuǎn)鏡116內(nèi)，光從光纖117的光出入射端面117a射出而入射到第一雙折射兀件118中時(shí),該光被分離為偏振方向互相垂直的，尋常光和非常光的兩束直線(xiàn)偏振光。接著，兩束直線(xiàn)偏振光入射到第二雙折射元件119中。由于第一雙折射元件118和第二雙折射元件119各自光學(xué)表面上的晶軸方向被設(shè)定為相差90度，因此以尋常光透過(guò)第一雙折射元件118的光，其在第二雙折射元件119中變成非常光，被位移至圖17的X軸向。因此，兩束直線(xiàn)偏振光在透過(guò)第一雙折射元件118和第二雙折射元件119時(shí)，必定采用尋常光和非常光的兩個(gè)方向的光路，當(dāng)?shù)谝浑p折射元件118和第二雙折射元件119的晶軸方向和厚度相同時(shí)，光程相等。由于尋常光和非常光的兩個(gè)偏振光成分通過(guò)兩個(gè)雙折射元件118、119被位移相同的距離，因此在第一雙折射元件118內(nèi)分離時(shí)所產(chǎn)生的兩束光的光程差在以鏡子122反射前被消除。接著，兩束直線(xiàn)偏振光入射到λ/4波片120中，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娛噶壳岸说男D(zhuǎn)方向相 互不同的兩束圓偏振光。從λ/4波片120射出的兩束圓偏振光在透鏡121中被聚光，在鏡子122表面上的一點(diǎn)R上被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射，在反射前后圓偏振光的光路被調(diào)換，并且通過(guò)反射圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。被反射的圓偏振光再次透過(guò)λ /4波片120，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娛噶康恼駝?dòng)方向相差90度的兩束直線(xiàn)偏振光，此時(shí)，在反射前的光路(去路)上的X方向、y方向的直線(xiàn)偏振光，其在反射后的光路(歸路)上分別成為y方向、X方向的直線(xiàn)偏振光。兩束直線(xiàn)偏振光再次透過(guò)第二雙折射元件119和第一雙折射元件118，再合為一束光。通過(guò)再合并所形成的光入射到光纖117 中。在被鏡子122反射后及入射到光纖117中之前，兩束光通過(guò)兩個(gè)雙折射元件118、119位移相同的距離，因此再合并的光在入射到光纖117中之前，被鏡子122反射的兩束光的光程差被消除。如上所述，根據(jù)偏振面旋轉(zhuǎn)鏡116,對(duì)于從光纖104射出的任意偏振光,其偏振光主軸被旋轉(zhuǎn)90度，并且當(dāng)存在橢圓偏振光成分時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)的偏振光，即龐加萊球上位于正后方的偏振光,并入射到光纖104中，從而補(bǔ)償光纖104的雙折射，電流傳感器100可以進(jìn)行穩(wěn)定的測(cè)量?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平10-319051號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本實(shí)開(kāi)平7-41507號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)2008-65111號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題然而，即使是不使用法拉第旋光器的所述偏振面旋轉(zhuǎn)鏡116，在裝配時(shí)尋找最佳結(jié)合位置的校準(zhǔn)時(shí)，出現(xiàn)若干個(gè)結(jié)合高峰位置，難以判斷哪個(gè)位置為最佳結(jié)合位置，從而存在難以進(jìn)行裝配的問(wèn)題。其原因推測(cè)為，兩束圓偏振光在鏡子122上一點(diǎn)反射時(shí)，電矢量前端的旋轉(zhuǎn)方向互為反方向，因此圓偏振光之間發(fā)生干涉。本發(fā)明為鑒于上述問(wèn)題而做出的，其目的在于提供一種光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其通過(guò)消除若干個(gè)結(jié)合高峰位置的產(chǎn)生，容易進(jìn)行校準(zhǔn)裝配，同時(shí)補(bǔ)償電流傳感器中傳感器用光纖中發(fā)生的雙折射,提高電流傳感器的耐振動(dòng)性,并且能夠檢測(cè)電流傳感器的大電流,并且本發(fā)明的目的還在于提供一種通過(guò)光學(xué)地連接該光纖雙折射補(bǔ)償鏡來(lái)提高耐振動(dòng)性的電流傳感器。技術(shù)方案上述問(wèn)題是通過(guò)以下的本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的。即，本發(fā)明的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，包括光纖、雙折射元件、透鏡、磁鐵、法拉第旋光器以及鏡子；·
所述法拉第旋光器通過(guò)外加由所述磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁飽和而具有45度法拉第旋轉(zhuǎn)角；所述雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子各部件從所述光纖的光出入射端面開(kāi)始以所述雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子的順序被配置；所述光纖為單模型；沿所述光纖內(nèi)傳播過(guò)來(lái)的光，其在所述雙折射元件中被分離為互相垂直的尋常光和非常光兩束直線(xiàn)偏振光，通過(guò)所述透鏡被聚光；進(jìn)一步，所述兩束直線(xiàn)偏振光通過(guò)透過(guò)所述法拉第旋光器，其各自的偏振面旋轉(zhuǎn)45度，并且在所述鏡子表面上的一點(diǎn)上被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射；被反射的所述兩束直線(xiàn)偏振光，通過(guò)再次透過(guò)所述法拉第旋光器，所述兩束直線(xiàn)偏振光的偏振面再旋轉(zhuǎn)45度；接著，所述兩束直線(xiàn)偏振光通過(guò)再次入射到所述雙折射元件，再合并為一束光，所述再合并后的光入射到所述光纖中。進(jìn)一步，本發(fā)明的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，在所述光纖雙折射補(bǔ)償鏡中，所述雙折射元件中所述非常光的位移量為所述光纖的模場(chǎng)直徑的2倍以上。并且，本發(fā)明的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，包括光纖、第一雙折射元件、第二雙折射元件、透鏡、磁鐵、法拉第旋光器以及鏡子;所述法拉第旋光器通過(guò)外加由所述磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁飽和而具有45度法拉第旋轉(zhuǎn)角；所述第一雙折射元件、所述第二雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子各部件從所述光纖的光出入射端面開(kāi)始以所述第一雙折射元件、所述第二雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子的順序被配置；所述光纖為單模型；所述第二雙折射元件的光學(xué)表面上晶軸方向被設(shè)定為與所述第一雙折射元件的光學(xué)表面上的晶軸方向相差90度；沿所述光纖內(nèi)傳播過(guò)來(lái)的光，在所述第一雙折射元件中被分離為互相垂直的尋常光和非常光兩束直線(xiàn)偏振光；
透過(guò)所述第一雙折射元件的所述兩束直線(xiàn)偏振光，其在透過(guò)所述第二雙折射元件時(shí)，以尋常光透過(guò)所述第一雙折射元件的光以非常光透過(guò)，同時(shí)以非常光透過(guò)所述第一雙折射元件的光以尋常光透過(guò)，通過(guò)所述透鏡被聚光；對(duì)于透過(guò)所述第一雙折射元件時(shí)的所述非常光和透過(guò)所述第二雙折射元件時(shí)的所述非常光，各位移量被設(shè)定為相同；進(jìn)一步，所述兩束直線(xiàn)偏振光通過(guò)透過(guò)所述法拉第旋光器，其各自的偏振面旋轉(zhuǎn)45度，并且在所述鏡子表面上的一點(diǎn)上被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射；被反射的所述兩束直線(xiàn)偏振光，通過(guò)再次透過(guò)所述法拉第旋光器，所述兩束直線(xiàn)偏振光的偏振面再旋轉(zhuǎn)45度；接著，透過(guò)所述法拉第旋光器的所述兩束直線(xiàn)偏振光，其在透過(guò)所述第二雙折射兀件時(shí)，只有一束直線(xiàn)偏振光被位移；

進(jìn)一步，所述兩束直線(xiàn)偏振光再次入射到所述第一雙折射元件中，當(dāng)透過(guò)所述第二雙折射元件的所述兩束直線(xiàn)偏振光透過(guò)所述第一雙折射元件時(shí)，以尋常光透過(guò)所述第二雙折射元件的光以非常光透過(guò)，同時(shí)以非常光透過(guò)所述第二雙折射元件的光以尋常光透過(guò)，以此只有一束直線(xiàn)偏振光被位移，所述兩束直線(xiàn)偏振光再合并為一束光；所述再合并后的光入射到所述光纖中。進(jìn)一步，本發(fā)明的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，在所述光纖雙折射補(bǔ)償鏡中，第一雙折射元件中的非常光的位移量與第二雙折射元件中的非常光的位移量之和為光纖的模場(chǎng)直徑的2倍以上。進(jìn)一步，本發(fā)明的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，在所述光纖雙折射補(bǔ)償鏡中，透過(guò)所述第二雙折射元件時(shí)被分離為尋常光和非常光所產(chǎn)生的兩束直線(xiàn)偏振光之間的光程差被設(shè)定為與透過(guò)所述第一雙折射元件時(shí)被分離為尋常光和非常光所產(chǎn)生的兩束直線(xiàn)偏振光之間的光程差相等。本發(fā)明的電流傳感器，其特征在于，所述光纖雙折射補(bǔ)償鏡的所述光纖光學(xué)地連接在電流流動(dòng)的導(dǎo)體上設(shè)置的電流傳感器的傳感器用光纖上，所述電流傳感器對(duì)流過(guò)所述導(dǎo)體的電流進(jìn)行測(cè)量。有益效果根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求I或權(quán)利要求3中記載的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其光路結(jié)構(gòu)為將從光纖射出的光分離為互相垂直的兩束直線(xiàn)偏振光，并使該互相垂直的兩束直線(xiàn)偏振光點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行反射。即，兩束直線(xiàn)偏振光在鏡子上點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地進(jìn)行反射時(shí)，由于偏振方向互相垂直，消除干涉，可防止產(chǎn)生多個(gè)結(jié)合高峰位置。因此，容易尋找最佳結(jié)合位置，容易進(jìn)行校準(zhǔn)裝配操作。進(jìn)一步，權(quán)利要求I中記載的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其在兩束直線(xiàn)偏振光往返兩次透過(guò)雙折射元件時(shí)，通過(guò)依靠鏡子的反射和依靠法拉第旋光器的90度偏振面旋轉(zhuǎn)，調(diào)換尋常光和非常光，從而對(duì)于從光纖射出的任意偏振光，使位于龐加萊球上正后方的偏振光入射到光纖中，因此能夠補(bǔ)償光纖中發(fā)生的雙折射。另外，權(quán)利要求3中記載的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其中，兩束直線(xiàn)偏振光通過(guò)兩個(gè)雙折射元件被位移相同的距離。因此，在第一雙折射元件中分離時(shí)所產(chǎn)生的兩束直線(xiàn)偏振光的光程差在第二雙折射元件中得到補(bǔ)償，在兩束直線(xiàn)偏振光入射到透鏡之前消除了光程差。因此，可以防止因透鏡的焦點(diǎn)位置偏移引起的結(jié)合效率的劣化。并且，通過(guò)以下述方式構(gòu)成光路，即，在補(bǔ)償光程差之后，通過(guò)依靠鏡子的反射和依靠法拉第旋光器的90度的偏振面旋轉(zhuǎn)，尋常光和非常光被調(diào)換，從而對(duì)于從光纖射出的任意的偏振光，使位于龐加萊球上正后方的偏振光入射到光纖中，因此能夠補(bǔ)償在光纖中發(fā)生的雙折射。另外，權(quán)利要求I或權(quán)利要求3中記載的光纖雙折射補(bǔ)償鏡中使用了法拉第旋光器，盡管該法拉第旋光器具有溫度特性、波長(zhǎng)特性，但是由于保持了兩束直線(xiàn)偏振光的偏振面的正交性，能夠補(bǔ)償光纖中發(fā)生的雙折射。進(jìn)一步，根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求4中記載的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，由于法拉第旋光器具有溫度特性、波長(zhǎng)特性，即使通過(guò)往返法拉第旋光器的兩束直線(xiàn)偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角的總和偏離90度，也能夠防止在雙折射元件中被分離的偏離90度的成分的直線(xiàn)偏振光對(duì)光纖的入射。進(jìn)一步，根據(jù)權(quán)利要求5中記載的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，能夠在第二雙折射元件中 更準(zhǔn)確的補(bǔ)償?shù)谝浑p折射元件的分離時(shí)所產(chǎn)生的兩束直線(xiàn)偏振光的光程差。另外，根據(jù)權(quán)利要求6中記載的電流傳感器，通過(guò)對(duì)權(quán)利要求I至權(quán)利要求5中任一項(xiàng)所述的光纖雙折射補(bǔ)償鏡進(jìn)行光學(xué)的連接，光纖的雙折射得到補(bǔ)償，因此由起因于傳感器用光纖自身所具有的光彈性的振動(dòng)所引起的測(cè)定結(jié)果的變動(dòng)得到抑制，從而耐振動(dòng)性提聞。進(jìn)一步，由于耐振動(dòng)性?xún)?yōu)異，與含有氧化鉛的光纖相比，雙折射性大，能夠?qū)⑹⑾倒饫w用作傳感器用光纖，能夠形成可以檢測(cè)大電流的電流傳感器。


圖I為本發(fā)明第一實(shí)施方式的光纖雙折射補(bǔ)償鏡的結(jié)構(gòu)圖。圖2為表不圖I的光纖雙折射補(bǔ)償鏡的雙折射兀件、法拉第旋光器和磁鐵的配置的立體圖。圖3為表示光在圖I的光纖雙折射補(bǔ)償鏡中傳播的偏振狀態(tài)的圖。圖4為本發(fā)明第二實(shí)施方式的光纖雙折射補(bǔ)償鏡的結(jié)構(gòu)圖。圖5為表示圖4的光纖雙折射補(bǔ)償鏡的第一雙折射元件和第二雙折射元件，以及法拉第旋光器和磁鐵的配置的立體圖。圖6為表不圖4的光纖雙折射補(bǔ)償鏡中光從光纖射出直至在鏡子上反射的偏振狀態(tài)的圖。圖7為表不圖4的光纖雙折射補(bǔ)償鏡中光在鏡子上反射直至入射到光纖中的偏振狀態(tài)的圖。圖8為實(shí)施例1-3的法拉第鏡和鏡子的結(jié)構(gòu)圖。圖9為表不實(shí)施例I的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖10為表不實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖11為實(shí)施例3中在鏡子7上所形成的電流傳感器的測(cè)量電流波形變動(dòng)圖。圖12為實(shí)施例3中在法拉第鏡11上所形成的電流傳感器的測(cè)量電流波形變動(dòng)圖。圖13為實(shí)施例3中在光纖雙折射補(bǔ)償鏡I上所形成的電流傳感器的測(cè)量電流波形變動(dòng)圖。
圖14為實(shí)施例3中在光纖雙折射補(bǔ)償鏡10上所形成的電流傳感器的測(cè)量電流波形變動(dòng)圖。圖15為表不利用光纖的現(xiàn)有電流傳感器的一例的模式圖。圖16為表示根據(jù)GIS內(nèi)遮斷器的電流傳感器的測(cè)量結(jié)果變動(dòng)例的波形圖。圖17為表不現(xiàn)有的偏振面旋轉(zhuǎn)鏡的一例的模式圖。圖18為表示現(xiàn)有的法拉第鏡的一例的剖視圖。圖19為表示從連接圖18中所示的法拉第鏡的電流傳感器輸出的被測(cè)量電流測(cè)量值的比率誤差-溫度特性的圖表。圖20為表示從連接圖I中所示的光纖雙折射補(bǔ)償鏡的電流傳感器輸出的被測(cè)量 電流測(cè)量值的比率誤差-溫度特性圖表。圖21為表示從連接圖4中所示的光纖雙折射補(bǔ)償鏡的電流傳感器輸出的被測(cè)量電流測(cè)量值的比率誤差-溫度特性圖表。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式)下面，基于圖I和圖2對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方式的光纖雙折射補(bǔ)償鏡進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。各圖的X軸、y軸、Z軸分別一一對(duì)應(yīng)。圖I中，光纖雙折射補(bǔ)償鏡I包括光纖2、具有相互平行的兩個(gè)表面3a和3b的雙折射元件3、一個(gè)透鏡4、磁鐵5、法拉第旋光器6和鏡子
7。并且,雙折射兀件3、法拉第旋光器6和鏡子7各部件,從光纖2的光出入射端面2a來(lái)看，以雙折射元件3、法拉第旋光器6和鏡子7的順序配置，同時(shí)透鏡4被配置在雙折射元件3與法拉第旋光器6之間。對(duì)于光纖2的光出入射端面2a，實(shí)施研磨加工，并且將其對(duì)著所述雙折射元件3的一個(gè)表面3a配置。優(yōu)選傾斜地形成光出入射端面2a，更優(yōu)選設(shè)定其角度Φ (S卩，相對(duì)于與芯2b的軸方向垂直的方向的角度)為約6、度左右。另外,優(yōu)選在光出入射端面2a上應(yīng)用由電介質(zhì)形成的抗反射膜。光纖2為具有各向同性的折射率分布的單模型光纖，例如使用石英系光纖，并且其包含芯2b以及具有比芯2b的折射率小的折射率的包層2c，并且所述包層2c包圍所述芯2b的周?chē)?。光纖2，作為一例，光學(xué)地連接在利用光纖法拉第效應(yīng)的電流傳感器的傳感器用光纖上，此時(shí)，使從未圖示的電流傳感器等傳播的光射出到雙折射元件3中，同時(shí)入射通過(guò)鏡子7反射的光，從而將所述反射光再次傳播到未圖示的電流傳感器等中。雙折射元件3為單軸雙折射結(jié)晶，其被調(diào)整為晶軸X31相對(duì)于表面3a的z軸方向傾斜角度α，同時(shí)光學(xué)表面(表面3a)上的晶軸X32被配置為與y軸平行,如圖2所不。作為雙折射元件3，能夠使用如金紅石(TiO2)、方解石(CaCO3)、釩酸釔(YVO4)結(jié)晶、鈮酸鋰(LiNbO3)等。這些結(jié)晶中，優(yōu)選使用特別硬而不容易被劃傷且不具有潮解性的金紅石。當(dāng)雙折射元件3使用金紅石時(shí)，面法線(xiàn)與晶軸之間的角度α (相當(dāng)于圖I的晶軸Χ31方向)被設(shè)定為47. 8度。另外，為了平行地射出雙折射后的尋常光和非常光，兩個(gè)表面3a和3b平行設(shè)置。另外，優(yōu)選在雙折射元件3的光學(xué)表面上應(yīng)用由電介質(zhì)形成的抗反射膜。而后，光沿光纖2與雙折射元件3之間傳播。另一方面,在雙折射元件3的另一個(gè)表面3b上，面對(duì)面地設(shè)置透鏡4。透鏡4對(duì)入射的光進(jìn)行聚光。透鏡4優(yōu)選使用非球面透鏡、球面透鏡、平凸透鏡或雙折射分布透鏡等。另外，透鏡4的材料使用如玻璃、塑料等材料。法拉第旋光器6，其接收透過(guò)雙折射元件3和透鏡4而入射的光，其為使該光的偏振面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的非互易性的偏振面旋轉(zhuǎn)元件，被設(shè)置在磁鐵5的近旁，通過(guò)由該磁鐵5施加磁場(chǎng)，使所述偏振面與該磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地旋轉(zhuǎn)。法拉第旋光器6中，當(dāng)由磁鐵5所施加的磁場(chǎng)達(dá)到磁飽和時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)角為45度，盡可能使用具有法拉第效應(yīng)的薄的單晶。具體而言，最合適的是強(qiáng)磁性的鉍取代型石榴石。對(duì)于偏振面的旋轉(zhuǎn)方向，最好設(shè)定為當(dāng)在從雙折射元件3沿z軸向看時(shí)為順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较蛑械娜我环较?，在圖2中圖示了逆時(shí)針?lè)较虻睦印Ａ硗?，法拉第旋光?的外形被形成為平板狀。在配置法拉第旋光器6時(shí)，使雙折射元件3的另一個(gè)表面3b與法拉第旋光器的一個(gè)表面6a間隔透鏡4相互面對(duì)面。磁鐵5被形成為環(huán)狀的外形形狀，并且被配置為環(huán)繞法拉第旋光器6的周?chē)?，通過(guò)將磁場(chǎng)施加在法拉第旋光器6上使法拉第旋光器6磁飽和。對(duì)于磁鐵5,作為一例使用Sm-Co類(lèi)或Nd-Fe-B類(lèi)等的永久磁鐵。 鏡子7為對(duì)透鏡4中聚集的光進(jìn)行反射的部件，使用在基板表面上蒸鍍金屬膜的鏡子。另外，也可以為由電介質(zhì)多層膜形成的鏡子。下面，參照?qǐng)DI和圖3對(duì)光纖雙折射補(bǔ)償鏡I的運(yùn)作進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。圖3的(A) (F)為表示光纖雙折射補(bǔ)償鏡I中光的偏振狀態(tài)的圖，與圖I的符號(hào)(A) (F)所示的各光路斷面中光的偏振狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。圖3中，橫向?yàn)閄軸，縱向?yàn)閥軸，朝向紙面的方向?yàn)閦軸，為了便于說(shuō)明，在縱橫方向上共分割8份,橫向?yàn)? 8，縱向?yàn)閍 h,表不在各光路截面上偏振成分的傳播位置。當(dāng)來(lái)自所述電流傳感器等的光沿光纖2傳播時(shí)，在光纖2內(nèi)傳播過(guò)來(lái)的光，從光出入射端面2a以一定的變寬角變寬并射出，入射到雙折射元件3中。從光纖2入射到雙折射元件3的光的入射位置，其在矩陣中看時(shí)，如圖3 (A)所示，在橫向上為4和5之間，在縱向?yàn)閑和f之間。在本實(shí)施方式中，將這樣的位置表示為(4-5, e-f)。另外,符號(hào)R為鏡子上各直線(xiàn)偏振光的反射點(diǎn)。入射到雙折射元件3的光，如圖3 (B)中所示，在雙折射元件3中被分離為垂直于晶軸X32的尋常光和平行于晶軸X32的非常光，即偏振方向相互垂直的兩束直線(xiàn)偏振光。成為非常光的直線(xiàn)偏振光8b被位移到與沿著y軸方向配置的晶軸X32平行的方向，從雙折射兀件3射出時(shí)的傳播位置成為如圖3 (B)的(4-5, c-d)。另一方面,直線(xiàn)偏振光8a相對(duì)于晶軸X32方向垂直，因此在雙折射元件3內(nèi)部不發(fā)生位移，而是作為尋常光在不改變傳播位置的狀態(tài)下透過(guò)。因此，從雙折射元件3射出的光的傳播位置依舊為如圖3 (B)的(4-5，e-f)。此處，在尋常光的傳播方向上的雙折射元件3的厚度(結(jié)晶長(zhǎng)度)D由以下數(shù)學(xué)式I表不。[數(shù)學(xué)式I]
(no2 · tan2 Θ + to2) ■ dcD =
(no2- ne2) tan6其中，no表示雙折射元件3中尋常光的折射率，ne表示雙折射元件3中非常光的折射率，Θ表示雙折射元件3的晶軸X31與垂直于尋常光的傳播方向的平面之間的角度，dc表示尋常光和非常光的分離幅度。當(dāng)設(shè)定如上所述的厚度D時(shí)，即使每個(gè)結(jié)晶的no、ne改變，通過(guò)設(shè)定與其對(duì)應(yīng)的最合適的厚度，能夠從表面3b射出分離光。并且，如果調(diào)整晶軸X31的方向，就能減小厚度D。另外，當(dāng)no、ne或dc —定且雙折射元件3為金紅石時(shí)，理論上，α為47. 8度時(shí)，能夠?qū)⒑穸菵控制到最小且尋常光和非常光的分離寬度最大，因此α優(yōu)選47. 8度。對(duì)于雙折射元件3中非常光的位移量，優(yōu)選設(shè)定為光纖2的模場(chǎng)直徑的2倍以上。其理由為由于法拉第旋光器6具有溫度特性、波長(zhǎng)特性，因此即使通過(guò)往返法拉第旋光器6產(chǎn)生的兩束直線(xiàn)偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角偏離90度，也能防止在雙折射元件3中被分離的、偏離90度的成分的直線(xiàn)偏振光入射到光纖2。從雙折射元件3射出的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b，接著相對(duì)于透鏡4的光軸X4平行地入射到透鏡4中并被聚光，聚光時(shí)的偏振狀態(tài)不變?！ぴ谕哥R4中被聚光的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b，進(jìn)一步入射到法拉第旋光器6中。如上所述，法拉第旋光器6由于被磁鐵5施加了磁場(chǎng)，因此其被設(shè)定為磁飽和而具有45度法拉第旋轉(zhuǎn)角。因此，從透鏡4射出的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b各自的偏振面，通過(guò)透過(guò)法拉第旋光器6,如圖3 (c)所不，以相同的方向僅僅旋轉(zhuǎn)45度。透過(guò)法拉第旋光器6的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b，在入射角的相反側(cè)鏡子7的表面上的一點(diǎn)R上被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射，如圖I、圖3 (C)、圖3 (D)所示,在反射前后,上下位置調(diào)換。從圖I可知，在光纖雙折射補(bǔ)償鏡I中，鏡子7和透鏡4被配置為決定鏡子7和透鏡4的位置，使得鏡子7上的反射點(diǎn)(所述一點(diǎn)R)和透鏡4的光軸X4，在光的傳播方向(z軸方向)上在同一直線(xiàn)上。進(jìn)一步，決定透鏡4的位置，使兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b的各中心位置距離透鏡4的光軸X4相同的距離。被反射的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b通過(guò)再次透過(guò)法拉第旋光器6，兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b各自的偏振方向在同一方向上進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)45度(參照?qǐng)D3(E))。因此，可知在鏡子7上反射后透過(guò)法拉第旋光器6的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b的偏振面，其相對(duì)于圖3 (B)中所示的入射到法拉第旋光器6之前的偏振面，被旋轉(zhuǎn)90度。此后，當(dāng)其中一束直線(xiàn)偏振光8a再次入射到雙折射元件3時(shí)，在雙折射元件3內(nèi)部中成為非常光，另一束直線(xiàn)偏振光Sb在雙折射元件3內(nèi)部成為尋常光。從法拉第旋光器6射出的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b再次透過(guò)透鏡4，射出到以透鏡4的光軸X4對(duì)稱(chēng)的位置上。進(jìn)一步，從透鏡4射出，其光軸相對(duì)于z軸平行。接著，兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b再次入射到雙折射元件3中。如上所述，兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b在雙折射元件3內(nèi)部中分別成為尋常光和非常光，如圖3 (F)所示，只有非常光發(fā)生位移，從而再合并為一束光。當(dāng)兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b再次入射到雙折射元件3中而再次透過(guò)雙折射元件3時(shí)，在光最初透過(guò)雙折射元件3時(shí)作為尋常光透過(guò)的直線(xiàn)偏振光8a，其在再透過(guò)時(shí)作為非常光透過(guò)雙折射元件3。另一方面，在最初透過(guò)雙折射元件3時(shí)作為非常光透過(guò)的直線(xiàn)偏振光8b，其在再透過(guò)時(shí)作為尋常光透過(guò)雙折射元件3，從而兩束偏振光8a、8b再合并為一束光。被再合并的光，其從雙折射元件3的一個(gè)表面3a射出，入射到光纖2的芯2b中，沿光纖2傳播而再次傳播到電流傳感器等傳感器用光纖中。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式的光纖雙折射補(bǔ)償鏡I，其為以下的光路結(jié)構(gòu)，即，將來(lái)自光纖2的射出光分離為相互垂直的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b,并使該相互垂直的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射。即，兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b在鏡子7上被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射時(shí)，其偏振方向相互垂直，因此消除了干涉，能夠防止產(chǎn)生多個(gè)結(jié)合高峰位置。因此，最佳結(jié)合位置變得容易尋找，校準(zhǔn)組裝操作變得容易進(jìn)行。進(jìn)一步，當(dāng)兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b往返兩次透過(guò)雙折射元件3時(shí)，通過(guò)依靠鏡子7的反射和依靠法拉第旋光器6的90度的偏振面旋轉(zhuǎn),尋常光和非常光被調(diào)換，從而對(duì)于從光纖2射出的任意偏振光,使位于龐加萊球上正后方的偏振光入射到光纖2中，因此能夠補(bǔ)償在光纖2中發(fā)生的雙折射。另外，在光纖雙折射補(bǔ)償鏡I中使用法拉第旋光器6，盡管該法拉第旋光器6具有溫度特性、波長(zhǎng)特性，但是由于保持了兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b的偏振面的正交性，能夠補(bǔ)償在光纖2中發(fā)生的雙折射。
由于本實(shí)施方式的光纖雙折射補(bǔ)償鏡I具有這樣的效果，通過(guò)將該光纖雙折射補(bǔ)償鏡I光學(xué)地連接在電流傳感器等上，由于光纖2的雙折射得到補(bǔ)償，因此根據(jù)起因于傳感器用光纖自身所具有的光彈性的振動(dòng)所引起的測(cè)量結(jié)果的變動(dòng)得到抑制，耐振動(dòng)性得到提升。進(jìn)一步，由于耐振動(dòng)性?xún)?yōu)異，其雙折射性也比含有氧化鉛的光纖大，從而能夠?qū)⑹⑾倒饫w用作傳感器用光纖，能夠形成可以檢測(cè)大電流的電流傳感器。圖20中以比率誤差-溫度特性表示從連接了光纖雙折射補(bǔ)償鏡I的電流傳感器輸出的被測(cè)量電流測(cè)量值的溫度依賴(lài)性。另外，圖20的比率誤差為，將光纖雙折射補(bǔ)償鏡I連接在電流傳感器上，并且使光纖雙折射補(bǔ)償鏡I的溫度從-20度變化到80度時(shí)，從電流傳感器輸出的被測(cè)量電流的測(cè)量值的比率誤差。根據(jù)圖20可知，通過(guò)連接光纖雙折射補(bǔ)償鏡1，電流傳感器的溫度依賴(lài)性被控制在從-20度到80度的溫度范圍內(nèi)基本上完全看不到的程度，幾乎沒(méi)有比率誤差的變動(dòng)。因此，可知能夠抑制電流傳感器的被測(cè)量電流的測(cè)量值的變動(dòng)。(第二實(shí)施方式)下面，基于圖4和圖5對(duì)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的光纖雙折射補(bǔ)償鏡進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。各圖的X軸、y軸、Z軸分別一對(duì)一對(duì)應(yīng)。另外，對(duì)于與第一實(shí)施方式相同的部分，附加了相同的標(biāo)記，并且對(duì)于重復(fù)的說(shuō)明，省略或進(jìn)行簡(jiǎn)單的敘述。圖4中，本發(fā)明第二實(shí)施方式的光纖雙折射補(bǔ)償鏡10與所述光纖雙折射補(bǔ)償鏡I的區(qū)別點(diǎn)在于在雙折射元件3與透鏡4的光路之間設(shè)置有第二雙折射元件9。第二雙折射元件9也具有相互平行的兩個(gè)表面9a及％。下面，為了便于說(shuō)明，將雙折射元件3記載為“第一雙折射元件3”。進(jìn)一步，第一雙折射元件3、第二雙折射元件9、法拉第旋光器6和鏡子7的各部件，其在從光纖2的光出入射端面2a看時(shí)，以第一雙折射元件3、第二雙折射元件9、法拉第旋光器6和鏡子7的順序被配置，同時(shí)透鏡4被配置在雙折射元件3和法拉第旋光器6之間。第二雙折射元件9也與第一雙折射元件3 —樣，為一軸雙折射元件體，其被調(diào)整為晶軸X91相對(duì)于z軸方向傾斜角度α，并且被配置為在光學(xué)表面(表面9a)上的晶軸X92與X軸平行。因此，在從光纖2看時(shí)的第二雙折射元件9的晶軸X92方向被設(shè)定為相對(duì)于第一雙折射元件3的晶軸X32方向相差90度。在將第二雙折射元件9相對(duì)于第一雙折射元件3配置時(shí)，使第一雙折射元件3的另一個(gè)表面3b與第二雙折射元件的一個(gè)表面9a相互面對(duì)面。另一方面，第二雙折射元件9的另一個(gè)表面9b被配置為與透鏡4面對(duì)面。第二雙折射元件9也可以使用金紅石(TiO2)、方解石(CaCO3)、釩酸釔(YVO4)結(jié)晶、鈮酸鋰(LiNbO3)等。這些結(jié)晶中，尤其優(yōu)選使用硬而不容易被劃傷且不具有潮解性的金紅石。當(dāng)?shù)诙p折射元件9使用金紅石時(shí)，面法線(xiàn)與晶軸之間的角度α (相當(dāng)于圖5的晶軸Χ91方向)被設(shè)定為47. 8度。另外，為了平行地射出雙折射后的尋常光和非常光，兩個(gè)表面9a和9b平行設(shè)置。另外，最好在第二雙折射元件9的光學(xué)表面上應(yīng)用由電介質(zhì)形成的抗反射膜。 下面，參照?qǐng)D4、圖6及圖7對(duì)光纖雙折射補(bǔ)償鏡10的運(yùn)作進(jìn)行說(shuō)明。圖6的(A) (D)為表示光纖雙折射補(bǔ)償鏡10中光從光纖2射出直至被鏡子7反射的偏振狀態(tài)的圖，對(duì)應(yīng)圖4的符號(hào)(A廣(D)所示的各光路截面上的光的偏振狀態(tài)。進(jìn)一步，圖7的(E廣(H)為表不光纖雙折射補(bǔ)償鏡10中光被鏡子7反射直至入射到光纖2中的偏振狀態(tài)的圖,對(duì)應(yīng)圖4的符號(hào)(E) (H)所不的各光路截面上的光的偏振狀態(tài)。圖6和圖7中,橫向?yàn)閄軸，縱向?yàn)閥軸，朝向紙面的方向?yàn)閦軸，為了便于說(shuō)明，在縱橫方向上共分割8份，橫向?yàn)閒 8，縱向?yàn)閍l，表示了在各光路截面上偏振成分的傳播位置。與所述第一實(shí)施方式一樣，例如，當(dāng)來(lái)自電流傳感器等的光在光纖2中傳播時(shí)，沿光纖2內(nèi)傳播過(guò)來(lái)的光，從光出入射端面2a以一定的變寬角變寬并射出，入射到第一雙折射元件3中。從光纖2入射到第一雙折射元件3的光的入射位置，其在矩陣中看時(shí)，如圖6(A)所示，在橫向上為4和5之間，在縱向?yàn)閑和f 之間。在本實(shí)施方式中，將這樣的位置表不為(4-5, e-f)。入射到第一雙折射元件3的光，其沿著沿y軸方向配置的晶軸X32方向被分離，如圖6 (B)所示，被分離為偏振方向相互垂直的尋常光和非常光，即兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b。被分離的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b從第一雙折射兀件3的另一個(gè)表面3b射出，接著入射到第二雙折射元件9中。如上所述，晶軸X92方向被設(shè)定為相對(duì)于晶軸X32方向相差90度。因此，在第一雙折射元件3中為尋常光的直線(xiàn)偏振光8a的偏振面變得與晶軸X92方向平行。因而，以尋常光透過(guò)第一雙折射元件3的直線(xiàn)偏振光8a，其在第二雙折射元件9中變成非常光，因此如圖6 (C)所示，直線(xiàn)偏振光8a在水平方向位移而透過(guò)第二雙折射元件9。另一方面，以非常光透過(guò)第一雙折射兀件3的直線(xiàn)偏振光8b的偏振面,其相對(duì)于晶軸X92垂直，因此不位移，以尋常光直線(xiàn)前進(jìn)透過(guò)第二雙折射元件9。如上所述，對(duì)晶軸X32方向和晶軸X92方向、第一雙折射元件3的厚度D和第二雙折射元件9的厚度D進(jìn)行了設(shè)定，使得被分離的兩束直線(xiàn)偏振光8a、8b在透過(guò)第一雙折射元件3和第二雙折射元件9時(shí)必定采取尋常光和非常光的兩種偏振狀態(tài)。非常光在第一雙折射元件3中的位移量和非常光在第二雙折射元件9中的位移量之和優(yōu)選為光纖2的模場(chǎng)直徑的2倍以上。其理由為由于法拉第旋光器6具有溫度特性、波長(zhǎng)特性，因此即使通過(guò)往返法拉第旋光器6的兩束直線(xiàn)偏振光的法拉第旋轉(zhuǎn)角偏離90度，也能防止在第二雙折射元件9和第一雙折射元件3中被分離的、偏離90度的成分的直線(xiàn)偏振光對(duì)光纖2的入射。此處，在尋常光傳播方向上的第二雙折射元件9的厚度(結(jié)晶長(zhǎng)度)D與第一雙折射元件3的厚度D —樣由以下數(shù)學(xué)式2設(shè)定。[數(shù)學(xué)式2]
權(quán)利要求
1.一種光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，包括光纖、雙折射元件、透鏡、磁鐵、法拉第旋光器以及鏡子；所述法拉第旋光器通過(guò)外加由所述磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁飽和而具有45度法拉第旋轉(zhuǎn)角； 所述雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子各部件從所述光纖的光出入射端面開(kāi)始以所述雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子的順序被配置； 所述光纖為單模型； 沿所述光纖內(nèi)傳播過(guò)來(lái)的光，其在所述雙折射元件中被分離為互相垂直的尋常光和非常光兩束直線(xiàn)偏振光，通過(guò)所述透鏡被聚光； 進(jìn)一步，所述兩束直線(xiàn)偏振光通過(guò)透過(guò)所述法拉第旋光器，其各自的偏振面旋轉(zhuǎn)45度，并且在所述鏡子表面上的一點(diǎn)上被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射； 被反射的所述兩束直線(xiàn)偏振光，通過(guò)再次透過(guò)所述法拉第旋光器，所述兩束直線(xiàn)偏振光的偏振面再旋轉(zhuǎn)45度； 接著，所述兩束直線(xiàn)偏振光通過(guò)再次入射到所述雙折射元件，再合并為一束光，所述再合并后的光入射到所述光纖中。
2.如權(quán)利要求I所述的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，所述雙折射元件中所述非常光的位移量為所述光纖的模場(chǎng)直徑的2倍以上。
3.一種光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，包括光纖、第一雙折射元件、第二雙折射元件、透鏡、磁鐵、法拉第旋光器以及鏡子；所述法拉第旋光器通過(guò)外加由所述磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁飽和而具有45度法拉第旋轉(zhuǎn)角； 所述第一雙折射元件、所述第二雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子各部件從所述光纖的光出入射端面開(kāi)始以所述第一雙折射元件、所述第二雙折射元件、所述法拉第旋光器以及所述鏡子的順序被配置； 所述光纖為單模型； 所述第二雙折射元件的光學(xué)表面上晶軸方向被設(shè)定為與所述第一雙折射元件的光學(xué)表面上的晶軸方向相差90度； 沿所述光纖內(nèi)傳播過(guò)來(lái)的光，在所述第一雙折射元件中被分離為互相垂直的尋常光和非常光兩束直線(xiàn)偏振光； 透過(guò)所述第一雙折射元件的所述兩束直線(xiàn)偏振光，其在透過(guò)所述第二雙折射元件時(shí)，以尋常光透過(guò)所述第一雙折射元件的光以非常光透過(guò)，同時(shí)以非常光透過(guò)所述第一雙折射元件的光以尋常光透過(guò)，通過(guò)所述透鏡被聚光； 對(duì)于透過(guò)所述第一雙折射元件時(shí)的所述非常光和透過(guò)所述第二雙折射元件時(shí)的所述非常光，各位移量被設(shè)定為相同； 進(jìn)一步，所述兩束直線(xiàn)偏振光通過(guò)透過(guò)所述法拉第旋光器，其各自的偏振面旋轉(zhuǎn)45度，并且在所述鏡子表面上的一點(diǎn)上被點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射； 被反射的所述兩束直線(xiàn)偏振光，通過(guò)再次透過(guò)所述法拉第旋光器，所述兩束直線(xiàn)偏振光的偏振面再旋轉(zhuǎn)45度； 接著，透過(guò)所述法拉第旋光器的所述兩束直線(xiàn)偏振光，其在透過(guò)所述第二雙折射元件時(shí)，只有一束直線(xiàn)偏振光被位移； 進(jìn)一步，所述兩束直線(xiàn)偏振光再次入射到所述第一雙折射元件中，當(dāng)透過(guò)所述第二雙折射元件的所述兩束直線(xiàn)偏振光透過(guò)所述第一雙折射元件時(shí)，以尋常光透過(guò)所述第二雙折射元件的光以非常光透過(guò)，同時(shí)以非常光透過(guò)所述第二雙折射元件的光以尋常光透過(guò)，以此只有一束直線(xiàn)偏振光被位移，所述兩束直線(xiàn)偏振光再合并為一束光； 所述再合并后的光入射到所述光纖中。
4.如權(quán)利要求3所述的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，所述第一雙折射元件中的所述非常光的位移量與所述第二雙折射元件中的所述非常光的所述位移量之和為所述光纖的模場(chǎng)直徑的2倍以上。
5.如權(quán)利要求3或4所述的光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其特征在于，透過(guò)所述第二雙折射元件時(shí)被分離為尋常光和非常光所產(chǎn)生的所述兩束直線(xiàn)偏振光之間的光程差，被設(shè)定為與透過(guò)所述第一雙折射元件時(shí)被分離為所述尋常光和所述非常光所產(chǎn)生的所述兩束直線(xiàn)偏振光之間的光程差相等。
6.—種電流傳感器,其特征在于,如權(quán)利要求權(quán)利要求5中任意一項(xiàng)所述的光纖雙折射補(bǔ)償鏡的所述光纖，光學(xué)地連接在電流流動(dòng)的導(dǎo)體上設(shè)置的電流傳感器的傳感器用光纖上，所述電流傳感器對(duì)流過(guò)所述導(dǎo)體的電流進(jìn)行測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖雙折射補(bǔ)償鏡，其容易進(jìn)行校準(zhǔn)裝配，同時(shí)可補(bǔ)償電流傳感器的傳感器用光纖中產(chǎn)生的雙折射，并提高電流傳感器的耐振動(dòng)性，并且能夠檢測(cè)電流傳感器的大電流。并且，本發(fā)明還提供一種通過(guò)光學(xué)地連接該光纖雙折射補(bǔ)償鏡來(lái)提高耐振動(dòng)性的電流傳感器。光纖雙折射補(bǔ)償鏡由光纖、雙折射元件、透鏡、磁鐵、法拉第旋光器和鏡子構(gòu)成。從光纖的光出入射端面，以雙折射元件、法拉第旋光器和鏡子的順序配置，同時(shí)光纖為單模型。從光纖入射光，在雙折射元件中分離為兩束直線(xiàn)偏振光，在法拉第旋光器中使兩束直線(xiàn)偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)45度，在鏡子上使兩束直線(xiàn)偏振光在一點(diǎn)上點(diǎn)對(duì)稱(chēng)地反射，在法拉第旋光器中使偏振面進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)45度，在雙折射元件中再合并為一束光，使其入射到光纖中。
文檔編號(hào)G01R15/24GK102906629SQ20118002608
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者今野良博, 佐佐木勝 申請(qǐng)人:Adamant工業(yè)株式會(huì)社