DE19954368A1 - Lichtempfangsschaltung zum Einsatz bei einem elektrooptischen Sampling-Oszilloskop - Google Patents

Abstract

Bei einer Lichtempfangsschaltung zur Verwendung bei einem elektrooptischen Sampling-Oszilloskop, welche ein erstes und ein zweites optisches Signal empfängt, sind Photodioden (51 und 52) in Reihe zwischen eine positive Vorspannungsquelle (50P) und eine negative Vorspannungsquelle (50N) geschaltet. Die Photodioden (51 und 52) empfangen optische Signale, deren Polarisationszustand der Spannung eines zu messenden Signals entspricht, und wandeln die so empfangenen optischen Signale in elektrische Signale um. Ein Verstärker (53) verstärkt einen elektrischen Strom, der an einen Verbindungspunkt (P) zwischen den Photodioden (51 und 52) auftaucht. Eine Stromüberwachungseinrichtung (54) detektiert das elektrische Signal, das von der Photodiode (51) umgewandelt wird, und eine Stromüberwachungseinrichtung (57) detektiert das elektrische Signal, das von der Photodiode (52) umgewandelt wird. Das elektrische Signal, das von der Stromüberwachungseinrichtung (54) detektiert wird, wird analog-digital durch einen Analog/Digitalwandler (55) umgewandelt, und das elektrische Signal, das von der Stromüberwachungseinrichtung (57) detektiert wird, wird analog-digital durch einen Analog/Digitalwandler (58) umgewandelt. Ein Steuerabschnitt, der durch eine Subtraktionsschaltung (60) gebildet wird, steuert das Polarisationsverhältnis zwischen den optischen Signalen so, daß die Differenz zwischen dem Wert des Stroms, der von der Stromüberwachungseinrichtung (54) detektiert wird, und dem Wert des ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtempfangsschaltung zur Verwendung in einem elektrooptischen Sampling-Oszilloskop, welches ein optisches Signal empfängt, das entsprechend einem zu messenden Signal polarisiert ist, und welches ein elektrisches Signal entsprechend dem zu messenden Signal auf der Grundlage des Polarisationszustandes des optischen Signals reproduziert.

Ein elektrooptisches Sampling-Oszilloskop (nachstehend als "EOS-Oszilloskop" abgekürzt), welches ein zu messendes Signal optisch abtastet, und die Signalform des Signals reproduziert, wurde bislang zur Beobachtung der Signalform beispielsweise eines internen Signals einer integrierten Schaltung verwendet.

Bei dem EOS-Oszilloskop ist ein elektrooptischer Kristall, dessen Polarisationsebene durch ein elektrisches Feld geändert wird, mit einem Abschnitt verbunden, an welchem ein zu messendes, internes Signal (nachstehend als "Zielsignal" abgekürzt) auftaucht, und das Zielsignal wird auf der Grundlage des Ablenkzustandes von Licht reproduziert, das von dem elektrooptischen Kristall reflektiert wird. Das EOS-Oszilloskop weist eine elektrooptische Sonde auf, die mit einem eingebauten optischen System zum Erfassen eines optischen Signals versehen ist, dessen Polarisationszustand dem Zielsignal entspricht, und weist eine Lichtempfangsschaltung auf, die das optische Signal empfängt und ein elektrisches Signal entsprechend dem Polarisationszustand des optischen Signals reproduziert.

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Sampling-Oszilloskop, welches eine elektrische Sonde verwendet, weist das EOS-Oszilloskop die folgenden Eigenschaften auf:

• 1. Da das EOS-Oszilloskop zum Zeitpunkt der Messung eines Signals keine Masseleitung benötigt, kann das Signal einfach gemessen werden.
• 2. Ein Metallstift, der an dem Ende der Spitze der elektrooptischen Sonde vorgesehen ist, ist elektrisch gegenüber der Schaltung des Oszilloskops isoliert, und daher kann die Signalform eines Zielsignals ohne Störung des Zustands des Zielsignals gemessen werden.
• 3. Das EOS-Oszilloskop verwendet ein optisches Impulssignal, und daher kann das EOS-Oszilloskop einen breiten Frequenzbereich messen, der bis zur Größenordnung von Gigahertz hinaufgeht. Infolge dieser Vorteile verdient das EOS-Oszilloskop Beachtung.

Ein Beispiel für den Aufbau einer elektrooptischen Sonde, die bei dem EOS-Oszilloskop verwendet wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Sondenkopf, der aus einem Isolator besteht, und ist ein Metallstift 1a, der in Kontakt mit einem Bereich gebracht werden soll, an welchem ein Zielsignal auftaucht, in das Zentrum des Sondenkopfes 1 eingepaßt. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein elektrooptisches Element (also ein elektrooptisches Kristall), dessen Polarisationsebene durch ein elektrisches Feld geändert wird. Ein Reflexionsfilm 2a ist an der Seite des elektrooptischen Elements gegenüberliegend dem Metallstift 1a vorgesehen, und bleibt in Kontakt mit dem Metallstift 1a.

Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Halbwellenplatte; 5 bezeichnet eine Viertelwellenplatte; 6 und 8 bezeichnen Polarisationsstrahlteiler; 7 bezeichnet ein Faraday-Element; 9 bezeichnet eine Laserdiode, die einen Laserstrahl entsprechend einem Impulssignal (Steuersignal) aussendet, das von der EOS-Oszilloskophaupteinheit (nicht gezeigt) ausgegeben wird, und 10 bezeichnet eine Kollimatorlinse, die einen von der Laserdiode 9 in einer einzigen Richtung ausgesandten Laserstrahl sammelt, und den Laserstrahl in kollimiertes Licht umwandelt. Das elektrooptische Element 2, die Halbwellenplatte 4, die Viertelwellenplatte 5, die Polarisationsstrahlteiler 6 und 8, und das Faraday-Element 7 sind auf dem optischen Weg eines Laserstrahls A angeordnet, der durch die Kollimatorlinse 10 gesammelt wurde.

Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Sammellinse zum Sammeln eines Laserstrahls, der durch den Polarisationsstrahlteiler 6 aufgeteilt wurde; 13 bezeichnet eine Sammellinse zum Sammeln eines Laserstrahls, der durch den Polarisationsstrahlteiler 8 aufgeteilt wurde; und 101 und 104 bezeichnen Photodioden, die eine Lichtempfangsschaltung bilden, die nachstehend noch genauer erläutert wird. Die Photodiode 101 wandelt den von der Sammellinse 11 gesammelten Laserstrahl in ein elektrisches Signal um, und gibt das elektrische Signal an die EOS-Oszilloskophaupteinheit aus, und die Photodiode 104 wandelt den Laserstrahl, der von der Sammellinse 13 gesammelt wurde, in ein elektrisches Signal um, und gibt das elektrische Signal an die EOS-Oszilloskophaupteinheit aus.

Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Sondenkörper; und 17 bezeichnet einen Isolator, der die Viertelwellenplatte 15, die beiden Polarisationsstrahlteiler 6 und 8, und das Faraday-Element 7 umfaßt. Der Isolator 17 gestattet den Durchgang des von der Laserdiode 9 ausgesandten Laserstrahls, und trennt das Licht ab, das von dem Reflexionsfilm 2a reflektiert wurde.

Das Beispiel für den Aufbau der herkömmlichen Lichtempfangsschaltung, die in dem EOS-Oszilloskop eingesetzt wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 100 eine Vorspannungsversorgung; 101 und 104 bezeichnen Photodioden; 102 und 105 bezeichnen Widerstände; 103 und 106 bezeichnen Verstärker; 107 bezeichnet eine Stromüberwachungseinrichtung; 108 bezeichnet einen Analog/Digitalwandler; 109 bezeichnet einen Differenzverstärker, der Widerstände 109a bis 109d und einen Operationsverstärker 109e aufweist; 110 bezeichnet einen Widerstand; und 111 bezeichnet einen Analog/Digitalwandler.

In der Lichtempfangsschaltung wird die Photodiode 101 durch die Vorspannungsversorgung 100 vorgespannt, um hierdurch einen elektrischen Strom zu erzeugen. Der elektrische Strom wird durch den jeweiligen Verstärker 103 bzw. 106 verstärkt, und die Differenz zwischen den Signalen, die von den Verstärkern 103 und 106 ausgegeben werden, wird durch den Differenzverstärker 109 verstärkt, wodurch ein Zielsignal erzeugt wird. Mit dem Wert eines Signals, das von dem Differenzverstärker 109 ausgegeben wird, wird eine Analog/Digitalwandlung mit dem Analog/Digitalwandler 110 durchgeführt. Elektrische Ströme, die von den Photodioden 101 und 104 erzeugt werden, werden durch die Stromüberwachungseinrichtung 107 überwacht, und mit den Werten der Ströme wird eine Analog/Digitalwandlung durch den Analog/Digitalwandler 108 durchgeführt.

Als nächstes wird der Betriebsablauf bei der herkömmlichen Lichtempfangsschaltung beschrieben.

Die in Fig. 2 gezeigte Laserdiode 10 wird durch ein Impulssignal (Steuersignal) aktiviert, und sendet den impulsförmigen Laserstrahl A aus, der eine Sampling-Frequenz (Abtastfrequenz) aufweist. Der Laserstrahl A wird in kollimiertes Licht durch die Kollimatorlinse 9 umgewandelt, und das auf diese Weise kollimierte Licht bewegt sich geradlinig vorwärts, durch den Polarisationsstrahlteiler 8, das Faraday-Element 7 und den Polarisationsstrahlteiler 6, und gelangt zum elektrooptischen Element 2 über die Viertelwellenplatte 5 und die Halbwellenplatte 4.

Der Laserstrahl, der in das elektrooptische Element 2 hineingelangt ist, wird durch den Reflexionsfilm 2a reflektiert, der auf der Endstirnfläche des elektrooptischen Elements gegenüberliegend dem Metallstift 1a vorgesehen ist. Wenn der Metallstift 1a zu einem Meßpunkt gebracht wird, breitet sich das elektrische Feld entsprechend der Spannung, die an den Metallstift 1a angelegt wird, zu dem elektrooptischen Element 2 aus, wodurch der Effekt hervorgerufen wird, daß die Doppelbrechungsindizes des elektrooptischen Elements 2 durch den Pockel-Effekt geändert werden. Der Polarisationszustand des Lichtes wird geändert, wenn sich der von der Laserdiode 9 ausgesandte Laserstrahl durch das elektrooptische Element 2 fortpflanzt. Dies führt dazu, daß der Laserstrahl, der von der Endstirnfläche des elektrooptischen Elements 2 reflektiert wurde, eine Polarisationskomponente entsprechend der Spannung des Zielsignals enthält.

Der von der Endstirnfläche des elektrooptischen Elements 2 reflektierte Laserstrahl geht erneut durch die Halbwellenplatte 4 und die Viertelwellenplatte 5 hindurch. Ein Teil des Laserstrahls (eine Polarisationskomponente entsprechend der Spannung des Zielsignals 9) wird durch den Polarisationsstrahlteiler 6 abgetrennt. Der auf diese Weise abgetrennte Strahl wird durch die Sammellinse 11 gesammelt, und der so gesammelte Strahl tritt in die Photodiode 101 ein, welche die Lichtempfangsschaltung bildet. Der übrige Laserstrahl, der durch den Polarisationsstrahlteiler 6 hindurchgegangen ist, wird durch den Polarisationsstrahlteiler 8 abgetrennt, und der auf diese Weise abgetrennte Laserstrahl wird durch die Sammellinse 13 gesammelt. Der Laserstrahl gelangt dann in die in Fig. 3 gezeigte Photodiode 104, und wird in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Als nächstes wird der Betriebsablauf bei der Lichtempfangsschaltung beschrieben. Wenn die Polarisationsebene des elektrooptischen Elements 2 entsprechend einer Änderung der Spannung des Zielsignals geändert wird, tritt eine Differenz zwischen dem Signal, das von der Photodiode 101 ausgegeben wird, und dem von der Photodiode 104 ausgegebenen Signal auf. Nach Detektieren der Differenz wird die Lichtempfangsschaltung so betrieben, daß sie ein Meßsignal entsprechend dem Zielsignal ausgibt.

Wenn die Photodiode 101 der Lichtempfangsschaltung den Laserstrahl empfängt, der von dem Polarisationsstrahlteiler ausgesandt wird, erzeugt die Photodiode 101 einen elektrischen Strom entsprechend der Intensität des Laserstrahls, und taucht eine Spannung entsprechend dem elektrischen Strom an einem Ende des Widerstands 102 auf. Diese Spannung wird durch den Verstärker 103 verstärkt. Entsprechend tritt eine Spannung entsprechend dem elektrischen Strom, der von der Photodiode 104 erzeugt wird, an einem Ende des Widerstands 105 auf, und wird diese Spannung durch den Verstärker 106 verstärkt. Der Differenzverstärker 109 gibt ein Meßsignal entsprechend der Differenz zwischen dem Signal, das von dem Verstärker 103 ausgegeben wird, und dem von dem Verstärker 106 ausgegebenen Signal aus.

Wie voranstehend geschildert wird bei der herkömmlichen Lichtempfangsschaltung das von der Photodiode 101 detektierte Signal von dem Verstärker 103 verstärkt, und wird das von der Photodiode 104 detektierte Signal von dem Verstärker 106 verstärkt. Daraufhin wird die Differenz zwischen diesen Signalen durch den Differenzverstärker 109 verstärkt, wodurch nur ein Meßsignal detektiert wird.

Mit dem elektrischen Strom, der von der Stromüberwachungseinrichtung 107 überwacht wird, wird eine Analog/Digitalwandlung durch den Analog/Digitalwandler 108 durchgeführt. Der Strom wird zur Überprüfung oder Kalibrierung des Betriebs der Photodioden 101 und 104 eingesetzt, zusammen mit dem Wert des Meßsignals, das von dem Analog/Digitalwandler 111 umgewandelt wurde. Die Polarisationsebene des Laserstrahls, der in das elektrooptische Element 2 eintritt, muß zur kristallographischen Achse des elektrooptischen Elements 2 passen. Zu diesem Zweck wird die Polarisationsebene durch Drehung der Halbwellenplatte 4 und der Viertelwellenplatte 5 gesteuert.

Allerdings wird bei der herkömmlichen Lichtempfangsschaltung das von der Photodiode 101 detektierte Signal von dem Verstärker 103 verstärkt, und wird das von der Photodiode 104 detektierte Signal von dem Verstärker 106 verstärkt. Wenn die Sampling-Frequenz infolge einer Erhöhung der Sampling-Rate verkürzt wird, tritt eine Differenz der Übergangsantworteigenschaften zwischen den Verstärkern 103 und 106 auf. Dies führt dazu, daß Komponenten in Phase der Photodioden 101 und 104 in Form eines Fehlers des Meßsignals auftreten, das von dem Differenzverstärker 109 ausgegeben wird, wodurch das Signal-Rauschverhältnis (S/N) der Signalform des Meßsignals beeinträchtigt wird.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehend geschilderten, beim Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten entwickelt, und ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lichtempfangsschaltung zur Verwendung bei einem elektrooptischen Sampling-Oszilloskop, durch welche verhindert wird, daß in Phase liegende Signalkomponenten der Photodioden in Form eines Fehlers eines Meßsignals auftreten, die anderenfalls hervorgerufen würden, wenn die Abtastfrequenz infolge einer Erhöhung der Abtastrate kürzer wird, und welche exakt ein empfangenes optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandeln kann.

Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird eine Lichtempfangsschaltung zur Verwendung in einem elektrooptischen Sampling-Oszilloskop zur Verfügung gestellt, welche ein erstes und ein zweites optisches Signal empfängt, die aus der Polarisationstrennung eines optischen Signals herrühren, dessen Polarisationszustand die Spannung eines zu messenden Signals wiedergibt, und welche ein elektrisches Signal entsprechend der Relativbeziehung zwischen der Intensität des ersten optischen Signals und der Intensität des zweiten optischen Signals erzeugt, wobei die Schaltung aufweist:
erste und zweite photoelektrische Wandlerelemente, die in Reihe zwischen eine erste Vorspannungsversorgung und eine zweite Vorspannungsversorgung geschaltet sind, das erste und zweite optische Signal empfangen, und das erste und zweite optische Signal in elektrische Signale umwandeln;
einen Verstärker, der ein elektrisches Signal empfängt, das an einem Verbindungspunkt zwischen den ersten und zweiten photoelektrischen Wandlerelementen auftaucht, und das elektrische Signal verstärkt; und
einen ersten Detektor zum Detektieren des elektrischen Signals, das durch das erste photoelektrische Wandlerelement umgewandelt wurde, und einen zweiten Detektor zum Detektieren des elektrischen Signals, das durch das zweite photoelektrische Wandlerelement umgewandelt wurde.

Vorzugsweise weist die Lichtempfangsschaltung weiterhin einen Steuer- oder Regelabschnitt zum Steuern bzw. Regeln des Polarisationsverhältnisses zwischen den optischen Signalen auf, so daß die Differenz zwischen dem Wert, der von dem ersten Detektor detektiert wird, und dem Wert, der von dem zweiten Detektor detektiert wird, kleiner wird, wenn die ersten und zweiten photoelektrischen Wandlerelemente das Bezugslicht empfangen.

Vorzugsweise weist die Lichtempfangsschaltung darüber hinaus einen Korrekturabschnitt auf, um den Wert eines Ausgangssignals des Verstärkers entsprechend dem Ausmaß der Variation der Summe des Wertes, der von dem ersten Detektor detektiert wird, und des Wertes, der von dem zweiten Detektor detektiert wird, zu korrigieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein elektrooptisches Sampling- Oszilloskop gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer elektrooptischen Sonde, die bei einem EOS-Oszilloskop verwendet wird; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer herkömmlichen Lichtempfangsschaltung zur Verwendung in einem EOS-Oszilloskop.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Lichtempfangsschaltung zur Verwendung in einem elektrooptischen Sampling-Oszilloskop gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Das EOS-Oszilloskop, welches die Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, ist mit einer elektrooptischen Sonde versehen, die in Fig. 2 gezeigt ist. Diese elektrooptische Sonde weist die Photodioden 51 und 52 statt der in Fig. 2 gezeigten Photodioden 101 und 104 auf.

Fig. 1 zeigt den Aufbau der Lichtempfangsschaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, sind die Photodiode 51 (erstes photoelektrisches Wandlerelement) und die Photodiode 52 (zweites photoelektrisches Wandlerelement) als die photoelektrischen Wandlerelemente in Reihe zwischen eine positive Vorspannungsquelle 50P (erste Spannungsversorgung) und eine negative Vorspannungsquelle 50N (zweite Spannungsquelle) geschaltet, so daß die Richtung, in welcher der Strom durch die Photodiode 51 fließt, an die Richtung angepaßt ist, in welcher der Strom durch die Photodiode 52 fließt. Ein Eingangsabschnitt eines Verstärkers 53, der einen Operationsverstärker 53A und einen Rückkopplungswiderstand 53B aufweist, ist mit einem Verbindungspunkt P zwischen den Photodioden 51 und 52 verbunden. Der Verstärker 53 ist als Transimpedanzschaltung aufgebaut, und wirkt als Strom- Spannungswandlerschaltung.

Die Photodiode 51 entspricht der Photodiode 101 der in Fig. 3 gezeigten, herkömmlichen Schaltung, und die Photodiode 52 entspricht der Photodiode 104 jener Schaltung. Das optische Signal (also ein Laserstrahl), das von dem in Fig. 2 gezeigten Polarisationsstrahlteiler 6 austritt, gelangt in die Photodiode 51, und das aus dem Polarisationsstrahlteiler 8 austretende optische Signal gelangt in die Photodiode 52.

Eine Stromüberwachungseinrichtung 54 ist in einem Strompfad angeordnet, der zwischen der Vorspannungsquelle 50P und der Photodiode 51 verläuft, und mit dem Wert des Stroms, der von der Stromüberwachungseinrichtung 54 überwacht wird, wird eine Analog/Digitalwandlung durch den Analog/Digitalwandler 55 durchgeführt. Das auf diese Weise gewandelte Signal wird einer Subtraktionsschaltung 60 und einer Addierschaltung 61 zugeführt. Entsprechend ist eine Stromüberwachungseinrichtung 57 in einem Strompfad angeordnet, der zwischen der Vorspannungsquelle 50 N und der Photodiode 52 verläuft, und wird mit dem Wert des Stroms, der von der Stromüberwachungseinrichtung 57 überwacht wird, einer Analog/Digitalwandlung durch den Analog/Digitalwandler 58 durchgeführt. Das auf diese Weise gewandelte Signal wird der Subtraktionsschaltung 60 und der Addierschaltung 61 zugeführt. Der Wert des Stroms, der von der Stromüberwachungseinrichtung 54 überwacht wird, stellt einen Detektorwert (Absolutwert) des von der Photodiode 51 erzeugten Stroms dar, und der Wert des Stroms, der von der Stromüberwachungseinrichtung 57 überwacht wird, stellt einen Detektorwert des Stroms dar, der von der Photodiode 52 erzeugt wird.

Die Subtraktionsschaltung 60 bildet einen Steuerabschnitt (der nicht mit einem speziellen Bezugszeichen bezeichnet ist), und zur Korrektur von Variationen der Eigenschaften der Photodioden 51 und 52 dient. Wenn die Photodioden 51 und 52 Bezugslicht empfangen, welches eine vorbestimmte Signalintensität aufweist, steuert oder regelt die Subtraktionsschaltung 60 ein Verhältnis zwischen der Polarisation des optischen Signals, das von der Photodiode 51 empfangen wird, und der Polarisation des optischen Signals, das von der Photodiode 52 empfangen wird, so daß Fehler in Bezug auf die Werte der Ströme verringert werden, die von den Stromüberwachungseinrichtungen 54 und 57 detektiert werden.

Die Addierschaltung 61 bildet einen Korrekturabschnitt, um beispielsweise das Ausmaß der Änderung eines Meßsignals zu korrigieren, welches von Variationen des Laserstrahls herrührt, der von der in Fig. 2 gezeigten Laserdiode 9 ausgesandt wird. Die Addierschaltung 61 korrigiert den Wert eines Signals, das von dem Verstärker 53 ausgegeben wird, entsprechend dem Ausmaß der Variationen der Summe der Werte der Ströme, also der detektierten Werte, die von den Stromüberwachungseinrichtungen 54 und 57 überwacht werden.

Die Vorspannungsquelle 50P ist mit der Photodiode 51 über ein Koaxialkabel 56 verbunden, und die Vorspannungsquelle 50 N ist mit der Photodiode 52 über ein Koaxialkabel 59 verbunden. Jedes der Koaxialkabel 56 und 59 ist durch Massepotential abgeschirmt, weist einen vorbestimmten Kondensator auf, und dient als Filter zum Entfernen einer Radiofrequenzkomponente, beispielsweise Rauschen. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, verbindet ein Koaxialkabel, welches nur Abschirmaufgaben hat, den Verbindungspunkt P der Photodioden 51 und 52 mit dem Eingangsabschnitt des Verstärkers 53. Der Verbindungspunkt P und der Eingangsabschnitt können auch durch ein anderes Kabel als das Koaxialkabel miteinander verbunden sein.

Als nächstes wird der Betriebsablauf bei der Lichtempfangsschaltung gemäß der Ausführungsform beschrieben.

Die Photodiode 51 der Lichtempfangsschaltung empfängt den Laserstrahl, der von dem in Fig. 2 gezeigten Polarisationsstrahlteiler 6 ausgegeben wird, und dessen Polarisationszustand dem Zielsignal entspricht, und erzeugt einen elektrischen Strom entsprechend der Intensität des Laserstrahls. Im Gegensatz hierzu empfängt die Photodiode 52 den Laserstrahl, der von dem Polarisationsstrahlteiler 8 ausgegeben wird, und erzeugt einen elektrischen Strom entsprechend der Intensität des Laserstrahls.

Der elektrische Strom, der von der Photodiode 51 erzeugt wird, sowie der elektrische Strom, der von der Photodiode 52 erzeugt wird, tauchen an dem Verbindungspunkt P auf, und die Differenz zwischen diesen elektrischen Strömen wird dem Verstärker 53 zugeführt. Eine Spannung entsprechend dem Differenzstrom wird als Meßsignal ausgegeben. Genauer gesagt wird das Meßsignal erhalten als elektrisches Signal entsprechend der Relativbeziehung zwischen der Intensität des optischen Signals, das von der Photodiode 51 erzeugt wird, und der Intensität des optischen Signals, das von der Photodiode 52 empfangen wird.

Das EOS-Oszilloskop, das mit der voranstehend geschilderten Lichtempfangsschaltung ausgerüstet ist, führt verschiedene Verarbeitungsoperationen zum Reproduzieren der Signalform des Zielsignals aus dem Meßsignal durch, das von der Lichtempfangsschaltung abgegeben wird.

Wenn Variationen in Bezug auf die Eigenschaften der Photodioden 51 und 52 vorhanden sind, tritt eine Änderung der Intensität der optischen Signale auf, die von den Photodioden 51 und 52 empfangen werden. Das Zielsignal kann exakt reproduziert werden. Das Ausmaß der Variation des Meßsignals, das von einer Differenz der Eigenschaften zwischen den Photodioden 51 und 52 herrührt, wird durch den Steuerabschnitt korrigiert, der aus der Subtraktionsschaltung 60 besteht.

Genauer gesagt gelangt das Bezugslicht, welches eine bekannte Intensität aufweist, in die Photodioden 51 und 52, und wird die Differenz zwischen dem Wert des Stroms, der von der Stromüberwachungseinrichtung 54 überwacht wird, und dem Wert des Stroms, der von der Stromüberwachungseinrichtung 57 überwacht wird, von der Subtraktionsschaltung 60 festgestellt. Wenn kein Unterschied zwischen den Eigenschaften der Photodiode 51 und den Eigenschaften der Photodiode 52 vorhanden ist, sollten die Werte der Ströme gleich sein, die von den Strömüberwachungseinrichtungen 54 und 57 überwacht werden, und wird keine Differenz ausgegeben.

Wenn im Gegensatz hierzu ein Unterschied der Eigenschaften bei den Photodioden 51 und 52 vorhanden ist, so wird ein Signal entsprechend der Differenz ausgegeben. Das Verhältnis der Polarisation zwischen dem optischen Signal, das von der Photodiode 51 empfangen wird, und dem optischen Signal, das von der Photodiode 52 empfangen wird, wird gesteuert oder geregelt, so daß die Differenz des Wertes zwischen dem Strom, der von der Stromüberwachungseinrichtung 54 überwacht wird, wenn die Photodiode 51 das Bezugslicht empfängt, und dem Strom, der von der Stromüberwachungseinrichtung 57 überwacht wird, wenn die Photodiode 52 das Bezugslicht empfängt, kleiner wird, unter Berücksichtigung des Unterschiedes der Eigenschaften bei den Photodioden 51 und 52. Die Steuerung wird durch Drehung beispielsweise der Viertelwellenplatte 5 durchgeführt.

Wenn eine Variation bei dem Laserstrahl auftritt, der von der Laserdiode 9 ausgegeben wird, so tritt eine Änderung bei der Differenz zwischen dem elektrischen Strom, der von der Photodiode 51 erzeugt wird, und dem elektrischen Strom auf, der von der Photodiode 52 erzeugt wird, selbst wenn das Zielsignal konstant bleibt. Daher wird das sich ergebende Meßsignal geändert. Um eine derartige Änderung zu verhindern, wird die Variation des Meßsignals infolge einer Variation des von der Laserdiode 9 ausgegebenen Laserstrahls durch den Korrekturabschnitt korrigiert, der durch die Addierschaltung 61 gebildet wird.

Der elektrische Strom, der von der Photodiode 51 erzeugt wird, hängt von der Intensität des optischen Signals ab, das von der Photodiode 51 empfangen wird, und der elektrische Strom, der von der Photodiode 52 erzeugt wird, hängt von der Intensität des optischen Signals ab, das von der Photodiode 52 empfangen wird. Die Summe der Intensitäten des optischen Signals, das von der Photodiode 51 empfangen wird, und des optischen Signals, das von der Photodiode 52 empfangen wird, ist gleich der Intensität des Laserstrahls A, der von der Laserdiode 9 ausgegeben wird (wobei ein Intensitätsverlust des Signals oder Laserstrahls vernachlässigt wird, der in einzelnen Abschnitten hervorgerufen wird). Daher kann eine Variation des Laserstrahls A, der von der Laserdiode 9 ausgegeben wird, auf der Grundlage der Summe der elektrischen Ströme bestimmt werden, die von den Stromüberwachungseinrichtungen 54 und 57 überwacht werden.

Die Summe der Werte der elektrischen Ströme, die von den Stromüberwachungseinrichtungen 54 und 57 überwacht werden, wird festgestellt, und die Addierschaltung 61 korrigiert das Meßsignal entsprechend der auf diese Art und Weise bestimmten Summe. Genauer gesagt wird die Summe der Werte der elektrischen Ströme, die von den Stromüberwachungseinrichtungen 54 und 57 überwacht werden, wenn keine Variationen bei dem Laserstrahl auftreten, der von der Laserdiode 9 ausgegeben wird, als Bezugswert genommen, und wird das Meßsignal erhöht oder verringert nur entsprechend dem Anteil entsprechend dem Ausmaß der Variation der Summe der Werte der elektrischen Ströme, die von den Stromüberwachungseinrichtungen 54 und 57 überwacht werden. Wenn beispielsweise die Summe der Werte der Ströme, die von den Stromüberwachungseinrichtungen 54 und 57 überwacht werden, um nur 5% erhöht wird, wird der Wert des Meßsignals ebenfalls nur um 5% verringert. Daher gibt das Meßsignal nur das Zielsignal wieder, und kann die Signalform des Zielsignals exakt reproduziert werden.

Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform steuert der Steuerabschnitt, der die Subtraktionsschaltung 60 enthält, die Differenz der elektrischen Ströme, die von einer Variation der Eigenschaften zwischen den Photodioden 51 und 52 herrühren. Der Steuerabschnitt kann auch eine Differenz der elektrischen Ströme der Photodioden 51 und 52 steuern, die sich aus anderen Gründen als solchen ergibt, die mit dem Zielsignal zusammenhängen. Weiterhin korrigiert der Korrekturabschnitt, der die Addierschaltung 61 aufweist, eine Differenz des elektrischen Stroms, der von der Photodiode 51 erzeugt wird, und des elektrischen Stroms, der von der Photodiode 52 erzeugt wird, wobei die Differenz infolge einer Variation des Laserstrahls auftritt, der von der Laserdiode 9 abgegeben wird. Der Korrekturabschnitt kann auch eine Differenz zwischen den elektrischen Strömen der Photodioden 51 und 52 korrigieren, die sich aus anderen Gründen als jenen ergibt, die mit dem Zielsignal zusammenhängen.

Das Gleichgewicht zwischen den Photodioden 51 und 52 wird unter Verwendung der Subtrahierschaltung 60 überwacht. Das Gleichgewicht kann auch dadurch überwacht werden, daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 109 der herkömmlichen Technik überwacht wird, der in Fig. 3 gezeigt ist.

Der Steuer- oder Regelabschnitt, der die Subtrahierschaltung 60 aufweist, und der Korrekturabschnitt, der die Addierschaltung 61 aufweist, kann auch durch eine Berechnungsschaltung verwirklicht werden, beispielsweise eine CPU.

Wenn Variationen der Eigenschaften der Photodioden 51 und 52 ausreichend klein sind, kann der Steuerabschnitt weggelassen werden, der die Subtrahierschaltung 60 aufweist. Wenn Variationen des Ausgangssignals der Laserdiode 9 ausreichend klein sind, kann der Korrekturabschnitt weggelassen werden, welcher die Addierschaltung 61 aufweist.

Darüber hinaus kann statt der Photodioden 51 und 52 auch ein anderes photoelektrisches Wandlerelement eingesetzt werden.

Wie voranstehend geschildert stellt die vorliegende Erfindung folgende vorteilhaften Ergebnisse zur Verfügung.

Gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung werden erste und zweite optische Signale empfangen, deren Polarisationszustand der Spannung eines Zielsignals entspricht, und wird ein Strom entsprechend der Differenz zwischen der Intensität des ersten optischen Signals und der Intensität des zweiten optischen Signals verstärkt. Selbst wenn die Sampling-Rate erhöht wird, tauchen Signalkomponenten in Phase der ersten und zweiten optischen Signale nicht als Fehler im Meßsignal auf. Daher können die empfangenen optischen Signale exakt in elektrische Signale umgewandelt werden. Hierdurch kann ein EOS-Oszilloskop verwirklicht werden, das bei hoher Geschwindigkeit arbeitet, und eine hohe Empfindlichkeit aufweist.

Vorzugsweise wird das Verhältnis der Polarisationen des ersten und zweiten optischen Signals so gesteuert, daß die Differenz zwischen den Werten der elektrischen Ströme, die erzeugt werden, wenn das Bezugslicht empfangen wird, kleiner wird. Selbst wenn eine Variation bei den Eigenschaften beispielsweise von Elementen zur Umwandlung des ersten und zweiten optischen Signals in elektrische Signale auftritt, wird verhindert, daß diese Variation in Form eines Fehlers im Meßsignal auftaucht. Daher können die empfangenen optischen Signale exakt in elektrische Signale umgewandelt werden.

Vorzugsweise wird der Wert des Ausgangssignals des Lasers entsprechend dem Ausmaß der Variation der Summe der elektrischen Signale korrigiert, die erzeugt werden, um dem ersten und zweiten optischen Signal zu entsprechen. Selbst wenn eine Variation des Ausgangssignals beispielsweise eines Lasers für Sampling-Zwecke auftritt, taucht die Variation nicht in Form eines Fehlers im Meßsignal auf. Daher können die empfangenen optischen Signale exakt in elektrische Signale umgewandelt werden.

Claims (3)

1. Lichtempfangsschaltung zur Verwendung bei einem elektrooptischen Sampling-Oszilloskop, welche ein erstes und ein zweites optisches Signal empfängt, die sich aus der Polarisationstrennung eines optischen Signals ergeben, dessen Polarisationszustand die Spannung eines zu messenden Signals wiedergibt, und welche ein elektrisches Signal entsprechend der Relativbeziehung zwischen der Intensität des ersten optischen Signals und der Intensität des zweiten optischen Signals erzeugt, wobei die Schaltung aufweist:
ein erstes und ein zweites photoelektrisches Wandlerelement, die in Reihe zwischen eine erste Vorspannungsquelle und eine zweite Vorspannungsquelle geschaltet sind, und das erste bzw. zweite optische Signal empfangen, um das erste und zweite optische Signal in elektrische Signale umzuwandeln;
einen Verstärker, der ein elektrisches Signal empfängt, das an einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten photoelektrischen Wandlerelement auftaucht, zum Verstärken des elektrischen Signals;
einen ersten Detektor zum Detektieren des elektrischen Signals, das durch das erste photoelektrische Wandlerelement umgewandelt wurde; und
einen zweiten Detektor zum Detektieren des elektrischen Signals, das von dem zweiten photoelektrischen Wandlerelement umgewandelt wurde.

2. Lichtempfangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerabschnitt zum Steuern des Polarisationsverhältnisses zwischen den optischen Signalen vorgesehen ist, so daß die Differenz zwischen dem Wert, der von dem ersten Detektor detektiert wird, und dem Wert, der von dem zweiten Detektor detektiert wird, kleiner wird, wenn das erste und das zweite photoelektrische Wandlerelement das Bezugslicht empfangen.

3. Lichtempfangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Korrekturabschnitt zur Korrektur des Wertes eines Ausgangssignals des Verstärkers entsprechend dem Ausmaß der Variation der Summe des Wertes, der von dem ersten Detektor detektiert wird, und des Wertes, der von dem zweiten Detektor detektiert wird, vorgesehen ist.