特開 2023-104659 干渉型光磁界センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023104659

(43)【公開日】2023-07-28

(54)【発明の名称】干渉型光磁界センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/032 20060101AFI20230721BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022005789

(22)【出願日】2022-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】宮本 光教

(72)【発明者】

【氏名】久保 利哉

【テーマコード（参考）】

2G017

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AD12

2G017AD14

2G017AD15

(57)【要約】

【課題】本発明は、偏波クロストークの影響を除去可能な干渉型光磁界センサ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１直線偏波光を出射する第１発光部と、非偏光を出射する第２発光部と、磁界内に配置され入射光の戻り光を出射する磁界センサと、第１直線偏波光及び非偏光が入射される第１ポート、磁界センサ素子に対して入射光を出射し戻り光が入射される第２ポート、戻り光のうち第１直線偏波光の戻り光を分波した第１、第２直線偏光を出射する第３、第４ポート、並びに非偏光の戻り光を分波したＰ偏光成分及びＳ偏光成分を出射する第５、第６ポートを有する光学ユニットと、第１、第２直線偏光を受光して磁界に応じた検出信号を出力する検出信号発生部と、非偏光の戻り光を受光して偏波クロストークに応じた外乱信号を出力するクロストーク補償回路と、検出信号及び外乱信号を受信して、両者の差分信号を出力する信号処理回路と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１直線偏波光を出射する第１発光部と、
非偏光を出射する第２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直線偏波光及び前記非偏光が入射される第１ポート、前記磁界センサ素子に対して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、前記戻り光のうち前記第１直線偏波光の戻り光を分波した第１直線偏光及び該第１直線偏光と直交する第２直線偏光をそれぞれ出射する第３ポート及び第４ポート、並びに前記戻り光のうち前記非偏光の戻り光を分波したＰ偏光成分及びＳ偏光成分をそれぞれ出射する第５ポート及び第６ポートを有する光学ユニットと、
前記第１直線偏光及び前記第２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、
前記Ｐ偏光成分及び前記Ｓ偏光成分を受光して電気信号に変換することで、偏波クロストークに応じた外乱信号を出力するクロストーク補償回路と、
前記検出信号及び前記外乱信号を受信して、前記検出信号と前記外乱信号との差分信号を出力する信号処理回路と、
を有することを特徴とする干渉型光磁界センサ装置。

【請求項2】

前記第１直線偏波光の波長は、第１波長帯の光であり、
前記非偏光の波長は、前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光である、
請求項１に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【請求項3】

前記第１波長帯は、Ｃバンドの波長帯域に含まれ、
前記第２波長帯は、Ｏバンドの波長帯域に含まれる、
請求項２に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【請求項4】

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直線偏光を出射し、且つ、第５直線偏光及び前記第５直線偏光と直交する第６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３直線偏光及び前記第６直線偏光を伝搬する第１光路、及び、前記第４直線偏光及び前記第５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ることに応じて、前記第２直線偏波光を第１直線偏光及び前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光に分波する第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と共に、前記第２光路を伝搬した前記第５直線偏光及び前記第１光路を伝搬した前記第６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３直線偏光及び前記第２光路を伝搬した前記第４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５直線偏光及び前記第６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、を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【請求項5】

前記光路部は、前記第１光路に配置され、前記第５直線偏光と前記第６直線偏光との間の位相差が９０度になるように、前記第３直線偏光及び前記第６直線偏光の位相を調整する第２光学素子をさらに有する、請求項４に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【請求項6】

前記第２直線偏波光が前記第１偏光素子から入射されることに応じて、前記第２直線偏波光を第１直線偏光及び前記第１直線偏光と直交する第２直線偏光に分波する第３複屈折素子をさらに有する、請求項４または５に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【請求項7】

前記第３複屈折素子から前記第１直線偏光及び前記第２直線偏光が入射される第４複屈折素子をさらに有し、
前記第３ポートには、前記第４複屈折素子から前記第１直線偏光が入射され、
前記第４ポートには、前記第４複屈折素子から前記第２直線偏光が入射される、
請求項６に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【請求項8】

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７に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【請求項9】

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、請求項４乃至８のいずれか一項に記載の干渉型光磁界センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、干渉型光磁界センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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）。特許文献１に開示された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ため、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。

【0003】

また、光ファイバの温度変化、曲げによる偏波クロストークに対して、大幅に耐性を向上させたリング型干渉計が報告されている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１２６００７号公報

【特許文献2】特願２０２１－０４５９８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のリング型干渉計における偏波クロストークに対する耐性は完全ではない。センサヘッド部に用いる磁界センサ素子や接着剤、波長板および光ファイバには温度依存性があり、偏波クロストークを生じる。この偏波クロストークは、ファラデー回転と同じ動作である。即ち、センサヘッドで生じる変調と重畳してしまい、例えば、センサヘッド部に温度変化が生じた場合や、光ファイバに曲げ応力が生じた場合に、磁界検知精度が低下し、あるいは磁界を検知することが困難になるという問題が生じる恐れがある。

【0006】

本発明は、このような課題を解決するものであり、偏波クロストークの影響を除去することが可能な干渉型光磁界センサ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一実施形態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第１発光部と、非偏光を出射する第２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直線偏波光及び非偏光が入射される第１ポート、磁界センサ素子に対して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、戻り光のうち第１直線偏波光の戻り光を分波した第１直線偏光及び該第１直線偏光と直交する第２直線偏光をそれぞれ出射する第３ポート及び第４ポート、並びに戻り光のうち非偏光の戻り光を分波したＰ偏光成分及びＳ偏光成分をそれぞれ出射する第５ポート及び第６ポートを有する光学ユニットと、第１直線偏光及び第２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、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分を受光して電気信号に変換することで、偏波クロストークに応じた外乱信号を出力するクロストーク補償回路と、検出信号及び外乱信号を受信して、検出信号と外乱信号との差分信号を出力する信号処理回路と、を有することを特徴とする。

【0008】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、第１直線偏波光の波長は、第１波長帯の光であり、非偏光の波長は、第１波長帯とは異なる第２波長帯の光であることが好ましい。

【0009】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、第１波長帯は、Ｃバンドの波長帯域に含まれ、第２波長帯は、Ｏバンドの波長帯域に含まれることが好ましい。

【0010】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、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３直線偏光及び第３直線偏光と直交する第４直線偏光を出射し、且つ、第５直線偏光及び第５直線偏光と直交する第６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３直線偏光及び第６直線偏光を伝搬する第１光路、及び、第４直線偏光及び第５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ることに応じて、第２直線偏波光を第１直線偏光及び第１直線偏光と直交する第２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と共に、第２光路を伝搬した第５直線偏光及び第１光路を伝搬した第６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３直線偏光及び第２光路を伝搬した第４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５直線偏光及び第６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、を有することが好ましい。

【0011】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、光路部は、第１光路に配置され、第５直線偏光と第６直線偏光との間の位相差が９０度になるように、第３直線偏光及び第６直線偏光の位相を調整する第２光学素子をさらに有することが好ましい。

【0012】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、第２直線偏波光が第１偏光素子から入射されることに応じて、第２直線偏波光を第１直線偏光及び第１直線偏光と直交する第２直線偏光に分波する第３複屈折素子をさらに有することが好ましい。

【0013】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、第３複屈折素子から第１直線偏光及び第２直線偏光が入射される第４複屈折素子をさらに有し、第３ポートには、第４複屈折素子から第１直線偏光が入射され、第４ポートには、第４複屈折素子から第２直線偏光が入射されることが好ましい。

【0014】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、第１複屈折素子、第２複屈折素子、第３複屈折素子及び第４複屈折素子は、方解石により形成されることが好ましい。

【0015】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置において、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。

【発明の効果】

【0016】

本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置によれば、偏波クロストークの影響を除去することが可能な干渉型光磁界センサ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の一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。

【図2】本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置の第１信号処理回路の回路ブロック図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る干渉型光磁界センサ装置の第２信号処理回路の回路ブロック図である。

【図4】図１に示す光学ユニットの平面図である。

【図5】図４に示す第１複屈折素子の光学特性を示す図である。

【図6】（ａ）は図４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。

【図7】（ａ）は図４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。

【図8】変形例に係る光学ユニットの平面図である。

【図9】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。

【図10】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。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る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。

【0019】

（干渉型光磁界センサ装置の構成及び機能）
図１は、本開示の一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。

【0020】

干渉型光磁界センサ装置１００は、光学ユニット１と、第１発光部１１０と、第２発光部１１０ａ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、クロストーク補償回路１６０と、信号処理回路１７０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。

【0021】

第１発光部１１０は、第１発光素子１１１と、第１アイソレータ１１２と、偏光子１１３とを有し、第１直線偏波光を出射する。第１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、第１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トダイオード（ＳＬＤ）等を用いることができる。第１発光素子１１１は、例えば、波長１５５０ｎｍの光を出射する。

【0022】

第１アイソレータ１１２は、第１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第１発光素子１１１側に透過しないことで、第１発光素子１１１を保護する。第１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。

【0023】

偏光子１１３は、第１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。

【0024】

第２発光部１１０ａは、第２発光素子１１１ａと、第２アイソレータ１１２ａと、デポラライザ１１３ａと、を有し、非偏光を出射する。第２発光素子１１１ａ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、第２発光素子１１１ａとして、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等を用いることができる。第２発光素子１１１ａは、例えば、波長１３１０ｎｍの光を出射する。

【0025】

第１発光素子１１１が出射する第１直線偏波光の波長を第１波長帯の光とすると、第２発光素子１１１ａが出射する非偏光の波長は、第１波長帯とは異なる第２波長帯の光であることが好ましい。また、第１波長帯は、Ｃバンドの波長帯域（１５３０～１５６５ｎｍ）に含まれ、第２波長帯は、Ｏバンドの波長帯域（１２６０～１３６０ｎｍ）に含まれることが好ましい。Ｃバンドの波長帯域とＯバンドの波長帯域は波長帯域が近いため、このような波長帯を選択することにより、第１発光素子１１１が出射する光の光学系と、第２発光素子１１１ａが出射する光の光学系を共通化することができる。

【0026】

第２アイソレータ１１２ａは、第２発光素子１１１ａ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第２発光素子１１１ａ側に透過しないことで、第２発光素子１１１ａを保護する。第２アイソレータ１１２ａ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。

【0027】

デポラライザ１１３ａは、第２発光素子１１１ａが発した光を非偏光と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。デポラライザ１１３ａで得られる非偏光は、光学ユニット１に入射される。

【0028】

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、第５ポート１５と、第６ポート１６と、を有し、出射する第１直線偏光Ｂ２Ｐ３と第２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とともに、非偏光を入射した際の戻り光を出射する。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。

【0029】

第１ポート１１は、第１直線偏波光Ｂ１及び非偏光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。

【0030】

第３ポート１３は、第１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２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。即ち、第３ポート及び第４ポートは、戻り光のうち第１直線偏波光の戻り光を分波した第１直線偏光及び該第１直線偏光と直交する第２直線偏光をそれぞれ出射する。

【0031】

第５ポート１５は、非偏光を入射した際のＰ偏光成分である戻り光Ｐ´を出射する出力ポートであり、筐体１０の長手方向と直交する一方の端面の一端に配置される。第６ポート１６は、非偏光を入射した際のＳ偏光成分である戻り光Ｓ´を出射する出力ポートであり、筐体１０の長手方向と直交する他方の端面に配置される。即ち、第５ポート及び第６ポートは、戻り光のうち非偏光の戻り光を分波したＰ偏光成分及びＳ偏光成分をそれぞれ出射する。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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としてファラデー回転子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。

【0037】

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（Ｔａ₂Ｏ₅）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、五酸化二ニオビウム（Ｎｂ₂Ｏ₅）、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（Ａｌ₂Ｏ₃）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。

【0038】

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。

【0039】

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、または、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。

【0040】

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θ_F変化させる。一方、入射させた非偏光に対しては、ファラデー回転は生じない。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θ_F変化させる。入射光ＢＩと戻り光ＢＲとの位相差は２θ_Fである。

【0041】

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、第１信号処理回路１５３とを有し、光学ユニット１において第１直線偏光Ｂ２Ｐ３及び第２直線偏光Ｂ２Ｐ４に分波された戻り光ＢＲを受光する。

【0042】

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１直線偏光Ｂ２Ｐ３を受光し、第２受光素子１５２は第２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、受光した光の光量に応じた電気信号を出力する。第１信号処理回路１５３は、第１直線偏光Ｂ２Ｐ３を示す電気信号及び第２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。

【0043】

図２に、第１信号処理回路１５３の回路ブロック図を示す。第１信号処理回路１５３は、第１増幅回路１５４と、第２増幅回路１５５と、第１除算回路１５６と、第２除算回路１５７と、差動増幅回路１５８とを有する。第１信号処理回路１５３は、第１受光素子１５１及び第２受光素子１５２により光電変換された電気信号から２つの偏光成分の強度を差分検出し、検出した数値を電流値に置き換える。

【0044】

第１増幅回路１５４及び第２増幅回路１５５のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ増幅回路である。

【0045】

第１増幅回路１５４は、第１受光素子１５１からＰ偏光成分Ｂ２Ｐ３の光量Ｌｐに応じた第１電気信号Ｅｐ１が入力され、入力された第１電気信号Ｅｐ１を増幅して第１増幅電気信号Ｅｐ２を出力する。第２増幅回路１５５は、第２受光素子１５２からＳ偏光成分Ｂ２Ｐ４の光量Ｌｓに応じた第２電気信号Ｅｓ１が入力され、入力された第２電気信号Ｅｓ１を増幅して第２増幅電気信号Ｅｓ２を出力する。

【0046】

第１除算回路１５６及び第２除算回路１５７のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ除算回路である。

【0047】

第１除算回路１５６は、第２増幅電気信号Ｅｓ２で第１増幅電気信号Ｅｐ２を除算し、除算した出力値を示す第１アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）を差動増幅回路１５８のマイナス入力端子に出力する。第２除算回路１５７は、第１増幅電気信号Ｅｐ２で第２増幅電気信号Ｅｓ２を除算し、除算した出力値を示す第２アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）を差動増幅回路１５８のプラス入力端子に出力する。

【0048】

差動増幅回路１５８は、例えばオペアンプであり、第１除算回路１５６から入力される第１アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）と第２除算回路１５７から入力される第２アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）を差動増幅して検出信号Ｅｄを出力する。

【0049】

クロストーク補償回路１６０は、第３受光素子１６１と、第４受光素子１６２と、第２信号処理回路１６３とを有し、光学ユニット１において分波されたＰ偏光成分である戻り光Ｐ´及びＳ偏光成分である戻り光Ｓ´を受光して電気信号に変換することで、偏波クロストークに応じた外乱信号を出力する

【0050】

第３受光素子１６１及び第４受光素子１６２のそれぞれは、例えば、ＰＩＮフォトダイオードである。第３受光素子１６１及び第４受光素子１６２は、それぞれ、非偏光入射した際の戻り光Ｐ´及びＳ´を受光する。第３受光素子１６１及び第４受光素子１６２のそれぞれは、受光した光Ｐ´及びＳ´を光電変換して、受光した光の光量に応じた電気信号を出力する。第２信号処理回路１６３は、戻り光Ｐ´及びＳ´によって生じた電気信号を差動増幅することで、光ファイバにおけるクロストークに応じた信号を出力する。

【0051】

図３に、第２信号処理回路１６３の回路ブロック図を示す。第２信号処理回路１６３は、第３増幅回路１６４と、第４増幅回路１６５と、第３除算回路１６６と、第４除算回路１６７と、差動増幅回路１６８とを有する。第２信号処理回路１６３は、第３受光素子１６１及び第４受光素子１６２により光電変換された電気信号から２つの偏光成分の強度を差分検出し、検出した数値を電流値に置き換える。

【0052】

第３増幅回路１６４及び第４増幅回路１６５のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ増幅回路である。

【0053】

第３増幅回路１６４は、第３受光素子１６１からＰ偏光成分Ｐ´の光量に応じた第３電気信号Ｅｐ１´が入力され、入力された第３電気信号Ｅｐ１´を増幅して第３増幅電気信号Ｅｐ２´を出力する。第４増幅回路１６５は、第４受光素子１６２からＳ偏光成分Ｓ´の光量に応じた第４電気信号Ｅｓ１´が入力され、入力された第４電気信号Ｅｓ１´を増幅して第４増幅電気信号Ｅｓ２´を出力する。

【0054】

第３除算回路１６６及び第４除算回路１６７のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ除算回路である。

【0055】

第３除算回路１６６は、第４増幅電気信号Ｅｓ２´で第３増幅電気信号Ｅｐ２´を除算し、除算した出力値を示す第３アナログ信号（Ｅｐ２´／Ｅｓ２´）を差動増幅回路１６８のプラス入力端子に出力する。第４除算回路１６７は、第３増幅電気信号Ｅｐ２´で第４増幅電気信号Ｅｓ２´を除算し、除算した出力値を示す第４アナログ信号（Ｅｓ２´／Ｅｐ２´）を差動増幅回路１６８のマイナス入力端子に出力する。

【0056】

差動増幅回路１６８は、例えば、オペアンプであり、第３除算回路１６６から入力される第３アナログ信号（Ｅｐ２´／Ｅｓ２´）と第４除算回路１６７から入力される第４アナログ信号（Ｅｓ２´／Ｅｐ２´）を差動増幅して検出信号Ｅｃを出力する。検出信号Ｅｃはクロストークにより生じた信号である。

【0057】

信号処理回路１７０は、検出信号発生部１５０の検出信号Ｅｄ及びクロストーク補償回路１６０が出力した外乱信号Ｅｃを受信して、検出信号Ｅｄと外乱信号Ｅｃとの差分信号を出力する。具体的には、信号処理回路１７０は、検出信号発生部１５０の第１信号処理回路１５３の出力信号Ｅｄと、クロストーク補償回路１６０の第２信号処理回路１６３の出力信号Ｅｃとの差分からクロストークの影響を低減させた信号を出力する。即ち、第１信号処理回路１５３の出力信号には、磁界センサ素子１４０による検出信号とクロストークが含まれているが、第２信号処理回路１６３の出力信号にはクロストークに応じた信号のみが含まれている。そのため、信号処理回路１７０は、第１信号処理回路１５３の出力信号から、第２信号処理回路１６３の出力信号を減算することにより、クロストークの影響を低減させた磁界センサ素子１４０の検出信号のみを出力することができる。

【0058】

（光学ユニット）
図４は、光学ユニット１の平面図である。

【0059】

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とをさらに有する。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とをさらに有する。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とをさらに有する。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。

【0060】

第１ポート１１は、第１直線偏波光Ｂ１が第１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。

【0061】

第２ポート１２は、磁界センサ素子１４０に対する入射光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。

【0062】

第３ポート１３は、第１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１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２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２直線偏光Ｂ２Ｐ４を第２受光素子１５２に出射する。

【0063】

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。

【0064】

図５は、第１複屈折素子２１の光学特性を示す図である。

【0065】

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５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５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。

【0066】

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。

【0067】

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ため、詳細な説明は省略する。

【0068】

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。

【0069】

第３複屈折素子２３は、一方の面が第２（１／２）波長板２８に対向すると共に、他方の面が第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、一方の面が第１ファラデー回転子２５に対向すると共に、他方の面が第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。

【0070】

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。

【0071】

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、第１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。

【0072】

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、第１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。

【0073】

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、フィルタ３１０を備えている。波長１５５０ｎｍの光である第４複屈折素子２４から出射された第１直線偏光Ｂ２Ｐ３は、フィルタ３１０で反射されて、第３ポート１３に出射される。一方、波長１３１０ｎｍの戻り光は、フィルタ３１０を透過して、第５ポート１５に出射される。このように、フィルタ３１０は、波長１５５０ｎｍの光と波長１３１０ｎｍの光を分離している。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、フィルタ３２０を備えている。波長１５５０ｎｍの光である第４複屈折素子２４から出射された第２直線偏光Ｂ２Ｐ４は、フィルタ３２０で反射されて、第４ポート１４に出射される。一方、波長１３１０ｎｍの戻り光は、フィルタ３２０を透過して、第６ポート１６に出射される。このように、フィルタ３２０は、波長１５５０ｎｍの光と波長１３１０ｎｍの光を分離している。

【0074】

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。

【0075】

図６（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６（ｂ）は図６（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。

【0076】

まず、矢印Ａに示すように、波長１５５０ｎｍの第１直線偏波光Ｂ１は、第１発光部１１０から第１ポート１１を介して入射され、波長１３１０ｎｍの非偏光は、第２発光部１１０ａから第１ポート１１を介して入射される。以下、第１直線偏波光Ｂ１について説明するが、非偏光は、波長が第１直線偏波光Ｂ１と異なる点、及び磁界センサ素子１４０でファラデー回転を生じない点を除いて、同様の光路を経て戻り光となる。第１直線偏波光Ｂ１は、常光線であるため、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。

【0077】

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。

【0078】

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、常光線であるため、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。

【0079】

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。

【0080】

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３直線偏光Ｂ１Ｐ１と、異常光線である第４直線偏光Ｂ１Ｐ２に分波される。第１直線偏波光Ｂ１は、常光線であるため、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。

【0081】

矢印Ｇに示すように、第３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３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。

【0082】

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３直線偏光Ｂ１Ｐ１に変換される。矢印Ｊに示すように、第３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。

【0083】

一方、異常光線である第４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４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。

【0084】

第２複屈折素子２２において、第３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４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３直線偏光Ｂ１Ｐ１及び第４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。非偏光を入射させたときの光ＢＩ´も第２複屈折素子２２から出射される。

【0085】

図７（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７（ｂ）は、図７（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。

【0086】

まず、矢印Ａに示すように、戻り光ＢＲ及び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。以下、戻り光ＢＲについて説明するが、戻り光ＢＲ´は、波長が戻り光ＢＲと異なる点、及びファラデー回転を生じていない点を除いて、戻り光ＢＲと同様の光路を経る。戻り光ＢＲは、第５直線偏光Ｂ２Ｐ１と、第５直線偏光Ｂ２Ｐ１と直交する偏光成分である第６直線偏光Ｂ２Ｐ２とを有する。

【0087】

戻り光ＢＲは、第２複屈折素子２２に入射すると、第５直線偏光Ｂ２Ｐ１と、第６直線偏光Ｂ２Ｐ２とに分波される。第５直線偏光Ｂ２Ｐ１は、常光線であるため、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６直線偏光Ｂ２Ｐ２は、異常光線であるため、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。

【0088】

矢印Ｂに示すように、第５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５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。

【0089】

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５直線偏光Ｂ２Ｐ１に変換される。矢印Ｅに示すように、第５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。

【0090】

一方、異常光線である第６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６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。

【0091】

第１複屈折素子２１において、第５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６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５直線偏光Ｂ２Ｐ１及び第６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４直線偏光Ｂ２として出射される。

【0092】

第４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５直線偏光Ｂ２Ｐ１及び第６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。

【0093】

第５直線偏光Ｂ２Ｐ１及び第６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１直線偏光Ｂ２Ｐ３と、常光線である第２直線偏光Ｂ２Ｐ４とに分波される。第１直線偏光Ｂ２Ｐ３は、異常光線であるため、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。

【0094】

第１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。

【0095】

第１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さらに－４５度シフトし、矢印Ｋに示すように、位相がさらに－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。

【0096】

第１直線偏光Ｂ２Ｐ３は、常光線であるため、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１直線偏光Ｂ２Ｐ３は、波長１５５０ｎｍであるため、第１光学素子３１を介して、フィルタ３１０で反射されて、第３ポート１３から出射される。一方、非偏光を入射した際の戻り光は、波長１３１０ｎｍであるため、フィルタ３１０を透過して、第５ポート１５から出射される。

【0097】

第２直線偏光Ｂ２Ｐ４は、常光線であるため、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。

【0098】

第２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。

【0099】

第２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さらに－４５度シフトし、矢印Ｏに示すように、位相がさらに－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。

【0100】

第２直線偏光Ｂ２Ｐ４は、異常光線であるため、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２直線偏光Ｂ２Ｐ４は、波長１５５０ｎｍであるため、第２光学素子３２を介して、フィルタ３２０で反射されて、第４ポート１４から出射される。一方、非偏光を入射した際の戻り光は、波長１３１０ｎｍであるため、フィルタ３２０を透過して、第６ポート１６から出射される。

【0101】

（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ため、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。

【0102】

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。

【0103】

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消光比が高い。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消光比が高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Ｓ／Ｎ比が高くなる。

【0104】

（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の長手方向と直交する一方の面に第５ポート１５が配置され、筐体１０の長手方向と直交する他方の面に第６ポート１６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６ポート１６が配置されてもよい。

【0105】

図８は、変形例に係る光学ユニット２の平面図であり、図９は、図８に示す光学ユニット２における第１直線偏波光Ｂ１の光路図であり、図１０は、図８に示す光学ユニット２における第２直線偏波光Ｂ２の光路図である。

【0106】

光学ユニット２は、筐体４０を筐体１０の代わりに有する点で光学ユニット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の代わりに有する点で光学ユニット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を有する点で光学ユニット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６出射プリズムミラー６６を第１光学素子３１及び第２光学素子３２の代わりに有する点で光学ユニット１と相違する。

【0107】

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６出射プリズムミラー６６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と同一である。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６出射プリズムミラー６６以外の光学ユニット２の構成要素の構成及び機能についての詳細な説明は省略する。

【0108】

筐体４０は、第２ポート１２、第５ポート１５、第６ポート１６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。

【0109】

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６出射プリズムミラー６６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。

【0110】

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。

【0111】

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。第１出射プリズムミラー６１及び第５出射プリズムミラー６５は、第１光学素子３１と同様に第４複屈折素子２４と第５ポート１５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。第３出射プリズムミラー６３及び第６出射プリズムミラー６６は、第２光学素子３２と同様に第４複屈折素子２４と第６ポート１６との間を光学的に接続する。

【0112】

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１直線偏光Ｂ２Ｐ３及び第２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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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、Ａｌ₂Ｏ₃）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。

【符号の説明】

【0116】

１、２ 光学ユニット
１０ 筐体
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 第３ポート
１４ 第４ポート
１５ 第５ポート
１６ 第６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 第１発光部
１１０ａ 第２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
１６０ クロストーク補償回路
１７０ 信号処理回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】