JPH01302173A - 電気信号観測装置 - Google Patents
電気信号観測装置Info
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- JPH01302173A JPH01302173A JP63133420A JP13342088A JPH01302173A JP H01302173 A JPH01302173 A JP H01302173A JP 63133420 A JP63133420 A JP 63133420A JP 13342088 A JP13342088 A JP 13342088A JP H01302173 A JPH01302173 A JP H01302173A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
- G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
- G01R15/24—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-modulating devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R13/00—Arrangements for displaying electric variables or waveforms
- G01R13/20—Cathode-ray oscilloscopes
- G01R13/22—Circuits therefor
- G01R13/34—Circuits for representing a single waveform by sampling, e.g. for very high frequencies
- G01R13/347—Circuits for representing a single waveform by sampling, e.g. for very high frequencies using electro-optic elements
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、光信号を１０−ブとして被測定電気信号の波
形を光強度波形に変換して観測信号を得るための電気信
号観測装置に係り、特に、簡単な構成により、効率良く
被測定電気信号の波形を光強度波形に変換して観測信号
を得ることが可能な電気信号！１１測装置に関するもの
である。
形を光強度波形に変換して観測信号を得るための電気信
号観測装置に係り、特に、簡単な構成により、効率良く
被測定電気信号の波形を光強度波形に変換して観測信号
を得ることが可能な電気信号！１１測装置に関するもの
である。
従来、繰返し高速電気信号はサンプリング型オシロスコ
ープ（分解能２０〜３０ピコ秒が限度）で、又、単一現
象はリアルタイムオシロスコープ（分解能３００ピコ秒
程度が限度）で測定されているが、測定対象の高速化に
伴い、被測定電気信号を更に高分解能で測定する必要が
生じてきている。 このような要請を満足するものとして、米国特許４４４
６４２５号には、電気光学効果を有する非線形光学媒質
（ポッケルスセル）と、偏光子、検光子及び補償器を組
合わせた光変調器を用いて、被測定電気信号を短パルス
光によりサンプリングして観測信号を得るようにした電
圧測定装置が開示されている。 しかしながら、このような短パルス光を用いたサンプリ
ング計測においては、単一現象の計測が不可能である。 一方、ヨーロッパ特許公開公報１９７１９６号には、短
パルス光の代わりに連続光（ＣＷ光）を用いた電気−電
子光オシロスコープが開示されている。 しかしながら、いずれにしても、ポッケルスセルのよう
な非線形光学媒質を含む光変調器を用いているので、該
非線形光学媒質が一般に高価であるだけでなく、取扱い
が難しい、又、非線形光学媒質の他に偏光子及び検光子
、更に補償器が必要となるため、光学系が複雑になり、
その調整も複雑で面倒である。又、非線形光学媒質を用
いた光変調器は、偏光状態の変化を利用して透過率を変
えるだけであり、増＠機能を持たないため、入射光を有
効に利用できず、効率が低く、ＳＮ比が悪い等の問題点
を有していた。
ープ（分解能２０〜３０ピコ秒が限度）で、又、単一現
象はリアルタイムオシロスコープ（分解能３００ピコ秒
程度が限度）で測定されているが、測定対象の高速化に
伴い、被測定電気信号を更に高分解能で測定する必要が
生じてきている。 このような要請を満足するものとして、米国特許４４４
６４２５号には、電気光学効果を有する非線形光学媒質
（ポッケルスセル）と、偏光子、検光子及び補償器を組
合わせた光変調器を用いて、被測定電気信号を短パルス
光によりサンプリングして観測信号を得るようにした電
圧測定装置が開示されている。 しかしながら、このような短パルス光を用いたサンプリ
ング計測においては、単一現象の計測が不可能である。 一方、ヨーロッパ特許公開公報１９７１９６号には、短
パルス光の代わりに連続光（ＣＷ光）を用いた電気−電
子光オシロスコープが開示されている。 しかしながら、いずれにしても、ポッケルスセルのよう
な非線形光学媒質を含む光変調器を用いているので、該
非線形光学媒質が一般に高価であるだけでなく、取扱い
が難しい、又、非線形光学媒質の他に偏光子及び検光子
、更に補償器が必要となるため、光学系が複雑になり、
その調整も複雑で面倒である。又、非線形光学媒質を用
いた光変調器は、偏光状態の変化を利用して透過率を変
えるだけであり、増＠機能を持たないため、入射光を有
効に利用できず、効率が低く、ＳＮ比が悪い等の問題点
を有していた。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、構成が簡単であり、且つ、入射光を有効に利用で
きて効率の高い電気信号観測装置を提供することを目的
とする。
ので、構成が簡単であり、且つ、入射光を有効に利用で
きて効率の高い電気信号観測装置を提供することを目的
とする。
本発明は、光信号をプローブとして被測定電気信号の波
形を光強度波形に変換して観測信号を得るための電気信
号観測装置において、連続的な光信号を発生する直流光
源と、被測定電気信号によって＃Ｊ御される可変利得に
より、前記光信号を増幅する光増幅器と、該光増幅器の
出射光を高速で検出して！！！測信号を得る光検出器と
、被測定電気信号による前記光増幅器の利得制御と同期
して、前記光検出器を動作させるトリガ回路と、前記光
検出器出力の時間変化を表示する表示装置とを備えるこ
とにより、前記目的を達成したものである。 又、前記光増幅器を、半導体レーザの両端面での反射を
抑えた非共振型の進行波型光増幅器としたものである。 又、前記光検出器をストリークカメラとすると共に、前
記光増幅器を複数とし、前記ストリークカメラで、複数
の被測定電気信号の並列観測を可能としたものである。 又、前記光検出器をサンプリング型光オシロスコープと
すると共に、前記光信号を所定周波数でオンオブするた
めの光チョップ素子と、前記サンプリング型光オシロス
コープの出力のうち、該周波数成分だけを狭帯域で取出
すロックイン増幅器とを備えたものである。 又、前記光増幅器自体が、前記光チョップ素子としても
動作するようにしたものである。 又、前記光増幅器の入出射光学系及び／又は光検出器の
入射光学系の少くとも一部を光ファイバとしたものであ
る。
形を光強度波形に変換して観測信号を得るための電気信
号観測装置において、連続的な光信号を発生する直流光
源と、被測定電気信号によって＃Ｊ御される可変利得に
より、前記光信号を増幅する光増幅器と、該光増幅器の
出射光を高速で検出して！！！測信号を得る光検出器と
、被測定電気信号による前記光増幅器の利得制御と同期
して、前記光検出器を動作させるトリガ回路と、前記光
検出器出力の時間変化を表示する表示装置とを備えるこ
とにより、前記目的を達成したものである。 又、前記光増幅器を、半導体レーザの両端面での反射を
抑えた非共振型の進行波型光増幅器としたものである。 又、前記光検出器をストリークカメラとすると共に、前
記光増幅器を複数とし、前記ストリークカメラで、複数
の被測定電気信号の並列観測を可能としたものである。 又、前記光検出器をサンプリング型光オシロスコープと
すると共に、前記光信号を所定周波数でオンオブするた
めの光チョップ素子と、前記サンプリング型光オシロス
コープの出力のうち、該周波数成分だけを狭帯域で取出
すロックイン増幅器とを備えたものである。 又、前記光増幅器自体が、前記光チョップ素子としても
動作するようにしたものである。 又、前記光増幅器の入出射光学系及び／又は光検出器の
入射光学系の少くとも一部を光ファイバとしたものであ
る。
本発明は、光信号をプローブとして被測定電気信号の波
形を光強度波形に変換して観測信号を得る際に、第１図
に示す如く、直流光源１０によって連続的な光信号（Ｃ
Ｗ光）を発生し、該ＣＷ光を、被測定電気信号によって
利得が制御される光増幅器１２を用いて、増幅しつつ変
調する。該光増幅器１２の出射光は、光検出器１４によ
って、高速で検出され、観測信号として表示装置１８に
表示される。この際、トリガ回８！１６によって、被測
定信号による前記光増幅器１２の利得制御と同期して、
前記光検出器１４を動作させる。従って、偏光子や検光
子が不要で構成が簡単であり、装！を安価に構成できる
と共に、光学系の調歿も簡略である。又、透過率でなく
増幅率を変えることによって光信号を変調しているので
、入射光を有効に利用でき、効率が高く、ＳＮ比も良い
。 前記直流光源１０としては、例えば、ヘリウム−ネオン
レーザ、半導体レーザ、半導体レーザ励起固体レーザ等
を用いることができる。 入射光を、外部からの電気信号に依存した増幅度で増幅
して、出射することができる前記光増幅器１２としては
、半１ｃレーザの両端面に反射防止膜を施し、両端面で
の反射を抑えた非共振型の進行波型光増幅器（Ｔｒａｖ
ｅｌｉｎｇ−Ｗａｖｅ ｔｙｐｅ ｏｐｔｉｃａｌ
Ａｕ１ｉｆｉｅｒ、 ＴＷＡ）や、通常の半導体レーザ
を発振閾値以下にバイアスして光増幅器として用いるフ
ァブリベロー型光増幅器（Ｆ ａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ
ｔｙｐｅ ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、
Ｆ ＰＡ ）や、ファイバ中の誘導ラマン散乱を利用し
たファイバラマン増幅器や、ＤＦＢレーザを用いたもの
、注入同期型増幅器等を用いることができるが、光増幅
器の小型化や、制御の容易さから半導体光増幅器が有利
である。 中でらＴＷＡは、電気信号に対する高速応答、高速光信
号の増幅が可能であり、共振器による波長選択性がない
ため、数十０１に渡る広い利得帯域幅（約５０ｎｎ＋）
を持ち、増幅器の温度や、入射光の波長が変化しても利
得の変化が小さく、安定した利得が得られるという大き
な利点を有する。又、光増幅器としての重要な基本特性
である利得飽和や雑音の面でも優れた特性を持っている
。 これに対してＦＰＡは、製作が容易であると共に、両端
面間の多重反射を利用して信号利得を得るため、低注入
電流でも閾値付近で高利得が得易いという利点を有する
。 更に、半導体光増幅器では、その注入電流を変えること
で容易に利得が変えられるため、本発明のように、注入
電流のオンオフにより光スィッチとしても用いることが
できる。 本発明に用いるのに好適なＴＷＡは、例えば第２図に示
すような、Ｖ Ｉ Ｐ Ｓ （Ｖ−ａｒｏｏｖｅｄ Ｉ
ｎｎｅｒ ５ｔｒｉｐｅ ｏｎ Ｐ−３ｕｂｓｔｒ
ａｔｅ） １ｍ造の半導体レーザ４９の両端面に反射防
止膜を施したものとすることができる。 前記ＶＩＰＳ構造は、第２図に示した如く、１回目の液
相成長で、まずｐ−ＬｎＰ基板４９Ａ上に、ｐ、−１ｎ
Ｐバッファ層４９Ｂ、ｎ−ＩｎＰブＤ ’７り層４９Ｃ
，ｐ２−ＩｎＰブロックＦ！１４９Ｄを成長し、Ｓｉ
０２ストライブマスクを通常のフォトリソ工程で作成し
く１１１）Ｂ面を持つ■渭をウェットエツチングで形成
す・る、これに２回目の液相成長で、ｐ−１ｎＰクラッ
ド層４９Ｅ、ｐ型乃至はノンドープＧａ Ｉｎ ＡＳ
Ｐ活性ＮＪ４９Ｆ、ｎ−ＩｎＰクラッドｆｆ１４９Ｇ、
ｎ÷−Ｇａ Ｉｎ ＡＳ Ｐコンタクト層４９Ｈを順次
成長する。このとき、ＧａＩｎＡｓＰ活性５４９Ｆは■
渭の底に形成され、例えば幅約１．２μＩ、厚み約０゜
１０μｍに制御される。その後、電極を形成し、ヘキ開
により端面を形成して作成される。 ＴＷＡは、この半導体レーザ４９の両端面に、例えばＳ
ｉ ０２をターゲットにし、酸素雰囲気中で蒸着により
反射防止膜を施すことによって作成される。ＶＩＰＳ構
造の半導体レーザ４９は、活性層への注入効率が高く、
優れた高出力特性が得られるので、これを用いたＴＷＡ
も、高利得で、高飽和出力となる。 このようにして作成されたＴＷＡ５０は、第３図に示す
ような基本構成を有し、該ＴＷＡ５０への入射光強度Ｉ
ｉｎが一定である場合には、入力電流値ｉが変化すると
、ＴＷＡ５０からの出射光強度１ ｏｕｔは、第４図に
示す如く変化する。従って、入射光強度Ｉｉｎが一定で
ある時は、出射光強度Ｉｏｕｔを入力電流ｉで制御でき
ることがわかる。 今、簡単のなめに線形の部分のみを使うと仮定すると（
非線形な部分は補正も可能）、第４図の関係は第５図に
示す如くとなる。従って、第５図に示す範囲では、線形
な増幅器として取扱うことができる。 なお、前記ＴＷＡ５０においては、その両端面に反射防
止膜を施すことによって、両端面の反射を抑えていたが
、両端面の反射を抑える構成はこれに限定されず、第６
図に示す如く、両端面をブリュースタ角とすることによ
って、両端面での反射を抑えることも可能である。この
場合には、偏光面が規定されるが、そのことを逆に利用
することも考えられる。即ち、偏光面を規定する必要が
ある場合には、そのための偏光子や検光子が不要となる
。 なお、本発明に用いる光増幅器１２としては、前記ＴＷ
Ａ５０やＦＰＡの他に、第７図に示す如く、固体レーザ
媒質５２にレーザダイオード５４により励起光を与え、
発振閾値以下にバイアスして共振型の光増幅器としたも
のや、第８図に示す如く、固体レーザ媒質５２の両端面
の反射を反射防止膜又はブリュースタ角によって抑え、
ＴＷＡと類似の非共振型の光増幅器としたものを用いる
こともできる。第７図において、５６は共振鏡である。 なお、前記レーザダイオード５４には、閾値付近にする
ため、又は／及び、増幅率を窩めるためのバイアス電流
を流してもよく、又、流さなくてもよい。 又、光増幅器１２として、第９図に示す如く、色素レー
ザ媒質又は気体レーザ媒質５８に対して、発光ダイオー
ド、レーザダイオード又は各種電流制御ランプ６０を用
いて励起光を与えるようにしたものを用いることもでき
る。又、第９図において、共振！！５６を省略したもの
を用いることもできる。 更に、光増幅器の他の例として、第１０図に示す如く、
気体レーザ媒質６２を電流−電圧変換器６４を介して電
５６２Ａ間に印加される電圧によって励起するようにし
た、放電を利用したものを用いることもできる。又、第
１０図において、共振鏡５６を省略したものを用いるこ
ともできる。 又、前記光増幅器１２の入出射光学系及び／又は光検出
器１４の入射光学系の少くとも一部を光ファイバとした
場合には、光学系のｔｌ密な調整が不要となると共に、
各構成要素の配置の自由度が高まり、例えば全体を小型
化することもできる。 又、前記光検出器１４をストリークカメラとすると共に
、前記光増幅器１２を複数とした場合には、該ストリー
クカメラで、複数の被測定電気信号の並列観測が可能と
なる。 又、前記光検出器１４をサンプリング型光オシロスコー
プとすると共に、前記光信号を所定周波数でオンオフす
るための光チョップ素子と、前記サンプリング型光オシ
ロスコープの出力のうち、該周波数成分だけを狭帯域で
取出すロックイン増幅器とを備えた場合には、前記効果
に加えて、更にＳＮ比を向上させることができる。 前記光チョップ素子としては、通常の光チョッパの他、
前記のような光増幅器、電気光学効果を用いた光変調器
、Ｅ−０変調器、更には光力−シャッタ、液晶シャッタ
等を用いることができる。 該光チョップ素子として、電気信号によって利得が可変
とされた光増幅器を用いた場合には、増幅率を向上する
ことができる。 又、前記光増幅器１２自体が、前記光チョップ素子とし
ても動作するようにした場合には、別体の光チョップ素
子を設ける必要がなく、構成が簡略である。
形を光強度波形に変換して観測信号を得る際に、第１図
に示す如く、直流光源１０によって連続的な光信号（Ｃ
Ｗ光）を発生し、該ＣＷ光を、被測定電気信号によって
利得が制御される光増幅器１２を用いて、増幅しつつ変
調する。該光増幅器１２の出射光は、光検出器１４によ
って、高速で検出され、観測信号として表示装置１８に
表示される。この際、トリガ回８！１６によって、被測
定信号による前記光増幅器１２の利得制御と同期して、
前記光検出器１４を動作させる。従って、偏光子や検光
子が不要で構成が簡単であり、装！を安価に構成できる
と共に、光学系の調歿も簡略である。又、透過率でなく
増幅率を変えることによって光信号を変調しているので
、入射光を有効に利用でき、効率が高く、ＳＮ比も良い
。 前記直流光源１０としては、例えば、ヘリウム−ネオン
レーザ、半導体レーザ、半導体レーザ励起固体レーザ等
を用いることができる。 入射光を、外部からの電気信号に依存した増幅度で増幅
して、出射することができる前記光増幅器１２としては
、半１ｃレーザの両端面に反射防止膜を施し、両端面で
の反射を抑えた非共振型の進行波型光増幅器（Ｔｒａｖ
ｅｌｉｎｇ−Ｗａｖｅ ｔｙｐｅ ｏｐｔｉｃａｌ
Ａｕ１ｉｆｉｅｒ、 ＴＷＡ）や、通常の半導体レーザ
を発振閾値以下にバイアスして光増幅器として用いるフ
ァブリベロー型光増幅器（Ｆ ａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ
ｔｙｐｅ ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、
Ｆ ＰＡ ）や、ファイバ中の誘導ラマン散乱を利用し
たファイバラマン増幅器や、ＤＦＢレーザを用いたもの
、注入同期型増幅器等を用いることができるが、光増幅
器の小型化や、制御の容易さから半導体光増幅器が有利
である。 中でらＴＷＡは、電気信号に対する高速応答、高速光信
号の増幅が可能であり、共振器による波長選択性がない
ため、数十０１に渡る広い利得帯域幅（約５０ｎｎ＋）
を持ち、増幅器の温度や、入射光の波長が変化しても利
得の変化が小さく、安定した利得が得られるという大き
な利点を有する。又、光増幅器としての重要な基本特性
である利得飽和や雑音の面でも優れた特性を持っている
。 これに対してＦＰＡは、製作が容易であると共に、両端
面間の多重反射を利用して信号利得を得るため、低注入
電流でも閾値付近で高利得が得易いという利点を有する
。 更に、半導体光増幅器では、その注入電流を変えること
で容易に利得が変えられるため、本発明のように、注入
電流のオンオフにより光スィッチとしても用いることが
できる。 本発明に用いるのに好適なＴＷＡは、例えば第２図に示
すような、Ｖ Ｉ Ｐ Ｓ （Ｖ−ａｒｏｏｖｅｄ Ｉ
ｎｎｅｒ ５ｔｒｉｐｅ ｏｎ Ｐ−３ｕｂｓｔｒ
ａｔｅ） １ｍ造の半導体レーザ４９の両端面に反射防
止膜を施したものとすることができる。 前記ＶＩＰＳ構造は、第２図に示した如く、１回目の液
相成長で、まずｐ−ＬｎＰ基板４９Ａ上に、ｐ、−１ｎ
Ｐバッファ層４９Ｂ、ｎ−ＩｎＰブＤ ’７り層４９Ｃ
，ｐ２−ＩｎＰブロックＦ！１４９Ｄを成長し、Ｓｉ
０２ストライブマスクを通常のフォトリソ工程で作成し
く１１１）Ｂ面を持つ■渭をウェットエツチングで形成
す・る、これに２回目の液相成長で、ｐ−１ｎＰクラッ
ド層４９Ｅ、ｐ型乃至はノンドープＧａ Ｉｎ ＡＳ
Ｐ活性ＮＪ４９Ｆ、ｎ−ＩｎＰクラッドｆｆ１４９Ｇ、
ｎ÷−Ｇａ Ｉｎ ＡＳ Ｐコンタクト層４９Ｈを順次
成長する。このとき、ＧａＩｎＡｓＰ活性５４９Ｆは■
渭の底に形成され、例えば幅約１．２μＩ、厚み約０゜
１０μｍに制御される。その後、電極を形成し、ヘキ開
により端面を形成して作成される。 ＴＷＡは、この半導体レーザ４９の両端面に、例えばＳ
ｉ ０２をターゲットにし、酸素雰囲気中で蒸着により
反射防止膜を施すことによって作成される。ＶＩＰＳ構
造の半導体レーザ４９は、活性層への注入効率が高く、
優れた高出力特性が得られるので、これを用いたＴＷＡ
も、高利得で、高飽和出力となる。 このようにして作成されたＴＷＡ５０は、第３図に示す
ような基本構成を有し、該ＴＷＡ５０への入射光強度Ｉ
ｉｎが一定である場合には、入力電流値ｉが変化すると
、ＴＷＡ５０からの出射光強度１ ｏｕｔは、第４図に
示す如く変化する。従って、入射光強度Ｉｉｎが一定で
ある時は、出射光強度Ｉｏｕｔを入力電流ｉで制御でき
ることがわかる。 今、簡単のなめに線形の部分のみを使うと仮定すると（
非線形な部分は補正も可能）、第４図の関係は第５図に
示す如くとなる。従って、第５図に示す範囲では、線形
な増幅器として取扱うことができる。 なお、前記ＴＷＡ５０においては、その両端面に反射防
止膜を施すことによって、両端面の反射を抑えていたが
、両端面の反射を抑える構成はこれに限定されず、第６
図に示す如く、両端面をブリュースタ角とすることによ
って、両端面での反射を抑えることも可能である。この
場合には、偏光面が規定されるが、そのことを逆に利用
することも考えられる。即ち、偏光面を規定する必要が
ある場合には、そのための偏光子や検光子が不要となる
。 なお、本発明に用いる光増幅器１２としては、前記ＴＷ
Ａ５０やＦＰＡの他に、第７図に示す如く、固体レーザ
媒質５２にレーザダイオード５４により励起光を与え、
発振閾値以下にバイアスして共振型の光増幅器としたも
のや、第８図に示す如く、固体レーザ媒質５２の両端面
の反射を反射防止膜又はブリュースタ角によって抑え、
ＴＷＡと類似の非共振型の光増幅器としたものを用いる
こともできる。第７図において、５６は共振鏡である。 なお、前記レーザダイオード５４には、閾値付近にする
ため、又は／及び、増幅率を窩めるためのバイアス電流
を流してもよく、又、流さなくてもよい。 又、光増幅器１２として、第９図に示す如く、色素レー
ザ媒質又は気体レーザ媒質５８に対して、発光ダイオー
ド、レーザダイオード又は各種電流制御ランプ６０を用
いて励起光を与えるようにしたものを用いることもでき
る。又、第９図において、共振！！５６を省略したもの
を用いることもできる。 更に、光増幅器の他の例として、第１０図に示す如く、
気体レーザ媒質６２を電流−電圧変換器６４を介して電
５６２Ａ間に印加される電圧によって励起するようにし
た、放電を利用したものを用いることもできる。又、第
１０図において、共振鏡５６を省略したものを用いるこ
ともできる。 又、前記光増幅器１２の入出射光学系及び／又は光検出
器１４の入射光学系の少くとも一部を光ファイバとした
場合には、光学系のｔｌ密な調整が不要となると共に、
各構成要素の配置の自由度が高まり、例えば全体を小型
化することもできる。 又、前記光検出器１４をストリークカメラとすると共に
、前記光増幅器１２を複数とした場合には、該ストリー
クカメラで、複数の被測定電気信号の並列観測が可能と
なる。 又、前記光検出器１４をサンプリング型光オシロスコー
プとすると共に、前記光信号を所定周波数でオンオフす
るための光チョップ素子と、前記サンプリング型光オシ
ロスコープの出力のうち、該周波数成分だけを狭帯域で
取出すロックイン増幅器とを備えた場合には、前記効果
に加えて、更にＳＮ比を向上させることができる。 前記光チョップ素子としては、通常の光チョッパの他、
前記のような光増幅器、電気光学効果を用いた光変調器
、Ｅ−０変調器、更には光力−シャッタ、液晶シャッタ
等を用いることができる。 該光チョップ素子として、電気信号によって利得が可変
とされた光増幅器を用いた場合には、増幅率を向上する
ことができる。 又、前記光増幅器１２自体が、前記光チョップ素子とし
ても動作するようにした場合には、別体の光チョップ素
子を設ける必要がなく、構成が簡略である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本発明の第１実施例は、前出第１図に示したような、直
流光源１０と、光増幅器１２と、光検出器１４と、トリ
ガ回路１６と、表示装置１８とを有する電気信号観測装
置において、第１１図に示す如く、前記光増幅器１２を
前記ＴＷＡ５０とすると共に、前記光検出器１４をスト
リークカメラ７０として、表示装置１８に観測信号を表
示するようにしたものである。 前記ストリークカメラ７０は、例えば第１２図に示す如
く、入射光学系のスリット７２及びレンズ７４を通して
入射、結像される光（スリット後）を電子像に変換する
光電面７６、該光電面７６で発生した電子像を加速する
網状の加速電極７７、該加速な極７７で加速された電子
をスリット７２の長手方向に垂直（図の上下方向）に高
速で掃引する偏向量１７ｆ１８０、該偏向ｉＳ極８０に
よって偏向された電子像を再び光学像（時間の経過が縦
軸方向の位置で表された輝度情報像であるストリーク像
）に変換する螢光面８３を主に含むストリーク管７５と
、出射光学系のレンズ８４を通して前記ストリーク像を
撮像するための、ＳＩＴカメラ、ＣＯＤカメラ等の撮像
装置８６とから構成されている。 図において、７８は、前記加速な極７７で加速された電
子を一定範囲に集束するための集束電極、７９は、電子
を更に加速するためのアパーチャ電′！Ｓ（陽極）、８
１は、電子の通過に合わせて前記偏向？８極８０に所定
の掃引電圧を印加するための掃引回路、８２は、前記偏
向量ｆ！８０を通過した電子を、螢光面８３の前で増倍
するためのマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ１８５
は、該ＭＣＰ８２の入力側に設けられた、螢光面８３の
有効掃引域の外に偏向される電子を遮断して計測精度を
向上するためのコーン状のＡ Ｍ 電極である。 以下、第１実施例の作用を説明する。 前記直流光源１０からは、ＣＷ光がＴＷＡ ５０に入力
されている。この状態で、被測定電気信号が、必要に応
じて（電圧信号の場合）電圧−電流変換器９０を介して
、ＴＷＡ５０に利得制御信号として入力されると、ＴＷ
Ａ５０がらは、該被測定電気信号によって変調されたＣ
Ｗ光がストリークカメラ７０に入射される。従って、ス
トリークカメラ７０を、前記被測定電気信号と同期して
トリガ回路１６から入力されるトリガ信号によって、所
定タイミングで動作させることによって、該ストリーク
カメラ７０の撮像装置８６には、被測定電気信号に対応
する観測信号が得られる。 なお、被測定電気信号が電流信号である場合には、前記
電流−電圧変換器９０を省略することができる。 本実施例においては、光検出器としてストリークカメラ
７０を用いているので、単一現象の！！測が可能である
。 次に、第１３図を参照して、本発明の第２実施例を詳細
に説明する。 本実施例は、前記第１実施例と同様の電気信号Ｗ１測装
置において、前記ＴＷＡ５０を複数個設け、各ＴＷＡ５
０の出射光を、例えば第１４図に示す如く、多数の光フ
ァイバ９２が接続されたファイバプレート９４を用いて
、前記ストリークカメラ７０のスリット７２の長さ方向
に入射するようにしたものである。 本実施例においては、螢光面８３のスリット長さ方向に
、前記各被測定電気信号に対応する螢光が発生するので
、多数の被測定電気信号の並列観測が可能となる。ス、
各ＴＷＡ５０毎にトリガタイミングを変えることによっ
て、単一の波形を同時に並列測定することも可能となる
。更に、分光器で波長成分に分けて各波長成分毎にＴＷ
Ａ５０で検出するように構成することもできる。 次に、第１５図を参照して、本発明の第３実施例を詳細
に説明する。 本実施例は、前出第１図に示したような、直流光源１０
と、光増幅器１２と、光検出器１４と、トリガ回路１６
と、表示装置１８とを有する電気信号観測装置において
、前記光増幅器１２をＴＷＡ５０とすると共に、前記・
光検出器１４をサンプリング型光オシロスコープ９６と
し、更に、該サンプリング型光オシロスコープ９６の出
力のうち、所定周波数成分だけを狭帯域で取出すロック
イン増幅器９８を設け、該ロックイン増幅器９８の前記
周波数によって、前記ＴＷＡ５０を所定周波数でオンオ
フするようにしたものである。 前記サンプリング型光オシロスコープ９６は、例えば第
１６図に示す如く、前出第１２図に示したようなストリ
ークカメラ７０に、ストリーク像を空間的に制限するス
リット板１００を設けて光サンプリングを可能としたも
のであり、螢光面８３で発生した螢光は、スリット板１
００で制御された後、例えば光電子増倍管１０２等の零
次光光検出器によって電気信号に変換される。 本実施例においては、光検出器１４として、サンプリン
グ型光オシロスコープ９６を用いているので、電気信号
観測装置を安価に構成でき、電気信号を簡単に測定でき
る。更に、ロックイン増幅器９８を設けることも可能と
なり、ＳＮ比が向上する。 又、本実施例においては、ロックイン検出用の光チョッ
プ素子として、前記ＴＷＡ５０をそのまま用いているの
で、構成が簡略１である。 次に、第１７図を参照して本発明の第４実施例を詳細に
説明する。 この第４実施例は、前記第３実施例と同様の電気信号観
測装置において、前記ＴＷＡ５０とは別体のＴＷＡ １
０４を、ロックイン検出用の光チョップ素子として設け
たものである。 本実施例においては、光増幅器としても作動するＴＷＡ
５０．１０４がタンデムに２段配置されているので、増
幅率が高められる。 なお、前記ＴＷＡ５０と１０４を、その端面において、
例えば接着により一体化して、強度や耐振動性を高める
こともできる。 前記実施例では、被測定電気信号を分岐して直接ＴＷＡ
５０に入力していたが、必要に応じて広帯域増幅器によ
り、被測定電気信号の波形を変えることなく増幅して、
ＴＷＡ５０に入力してもよい、又、被測定電気信号によ
りＴＷＡ５０が動作するように、直流バイアス電流を同
時にＴＷＡ ５０に入力してもよい、更に、被測定電気
信号が電圧である場合には、電圧−電流変換器を介して
ＴＷＡ５０に入力するようにしてもよい。
る。 本発明の第１実施例は、前出第１図に示したような、直
流光源１０と、光増幅器１２と、光検出器１４と、トリ
ガ回路１６と、表示装置１８とを有する電気信号観測装
置において、第１１図に示す如く、前記光増幅器１２を
前記ＴＷＡ５０とすると共に、前記光検出器１４をスト
リークカメラ７０として、表示装置１８に観測信号を表
示するようにしたものである。 前記ストリークカメラ７０は、例えば第１２図に示す如
く、入射光学系のスリット７２及びレンズ７４を通して
入射、結像される光（スリット後）を電子像に変換する
光電面７６、該光電面７６で発生した電子像を加速する
網状の加速電極７７、該加速な極７７で加速された電子
をスリット７２の長手方向に垂直（図の上下方向）に高
速で掃引する偏向量１７ｆ１８０、該偏向ｉＳ極８０に
よって偏向された電子像を再び光学像（時間の経過が縦
軸方向の位置で表された輝度情報像であるストリーク像
）に変換する螢光面８３を主に含むストリーク管７５と
、出射光学系のレンズ８４を通して前記ストリーク像を
撮像するための、ＳＩＴカメラ、ＣＯＤカメラ等の撮像
装置８６とから構成されている。 図において、７８は、前記加速な極７７で加速された電
子を一定範囲に集束するための集束電極、７９は、電子
を更に加速するためのアパーチャ電′！Ｓ（陽極）、８
１は、電子の通過に合わせて前記偏向？８極８０に所定
の掃引電圧を印加するための掃引回路、８２は、前記偏
向量ｆ！８０を通過した電子を、螢光面８３の前で増倍
するためのマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ１８５
は、該ＭＣＰ８２の入力側に設けられた、螢光面８３の
有効掃引域の外に偏向される電子を遮断して計測精度を
向上するためのコーン状のＡ Ｍ 電極である。 以下、第１実施例の作用を説明する。 前記直流光源１０からは、ＣＷ光がＴＷＡ ５０に入力
されている。この状態で、被測定電気信号が、必要に応
じて（電圧信号の場合）電圧−電流変換器９０を介して
、ＴＷＡ５０に利得制御信号として入力されると、ＴＷ
Ａ５０がらは、該被測定電気信号によって変調されたＣ
Ｗ光がストリークカメラ７０に入射される。従って、ス
トリークカメラ７０を、前記被測定電気信号と同期して
トリガ回路１６から入力されるトリガ信号によって、所
定タイミングで動作させることによって、該ストリーク
カメラ７０の撮像装置８６には、被測定電気信号に対応
する観測信号が得られる。 なお、被測定電気信号が電流信号である場合には、前記
電流−電圧変換器９０を省略することができる。 本実施例においては、光検出器としてストリークカメラ
７０を用いているので、単一現象の！！測が可能である
。 次に、第１３図を参照して、本発明の第２実施例を詳細
に説明する。 本実施例は、前記第１実施例と同様の電気信号Ｗ１測装
置において、前記ＴＷＡ５０を複数個設け、各ＴＷＡ５
０の出射光を、例えば第１４図に示す如く、多数の光フ
ァイバ９２が接続されたファイバプレート９４を用いて
、前記ストリークカメラ７０のスリット７２の長さ方向
に入射するようにしたものである。 本実施例においては、螢光面８３のスリット長さ方向に
、前記各被測定電気信号に対応する螢光が発生するので
、多数の被測定電気信号の並列観測が可能となる。ス、
各ＴＷＡ５０毎にトリガタイミングを変えることによっ
て、単一の波形を同時に並列測定することも可能となる
。更に、分光器で波長成分に分けて各波長成分毎にＴＷ
Ａ５０で検出するように構成することもできる。 次に、第１５図を参照して、本発明の第３実施例を詳細
に説明する。 本実施例は、前出第１図に示したような、直流光源１０
と、光増幅器１２と、光検出器１４と、トリガ回路１６
と、表示装置１８とを有する電気信号観測装置において
、前記光増幅器１２をＴＷＡ５０とすると共に、前記・
光検出器１４をサンプリング型光オシロスコープ９６と
し、更に、該サンプリング型光オシロスコープ９６の出
力のうち、所定周波数成分だけを狭帯域で取出すロック
イン増幅器９８を設け、該ロックイン増幅器９８の前記
周波数によって、前記ＴＷＡ５０を所定周波数でオンオ
フするようにしたものである。 前記サンプリング型光オシロスコープ９６は、例えば第
１６図に示す如く、前出第１２図に示したようなストリ
ークカメラ７０に、ストリーク像を空間的に制限するス
リット板１００を設けて光サンプリングを可能としたも
のであり、螢光面８３で発生した螢光は、スリット板１
００で制御された後、例えば光電子増倍管１０２等の零
次光光検出器によって電気信号に変換される。 本実施例においては、光検出器１４として、サンプリン
グ型光オシロスコープ９６を用いているので、電気信号
観測装置を安価に構成でき、電気信号を簡単に測定でき
る。更に、ロックイン増幅器９８を設けることも可能と
なり、ＳＮ比が向上する。 又、本実施例においては、ロックイン検出用の光チョッ
プ素子として、前記ＴＷＡ５０をそのまま用いているの
で、構成が簡略１である。 次に、第１７図を参照して本発明の第４実施例を詳細に
説明する。 この第４実施例は、前記第３実施例と同様の電気信号観
測装置において、前記ＴＷＡ５０とは別体のＴＷＡ １
０４を、ロックイン検出用の光チョップ素子として設け
たものである。 本実施例においては、光増幅器としても作動するＴＷＡ
５０．１０４がタンデムに２段配置されているので、増
幅率が高められる。 なお、前記ＴＷＡ５０と１０４を、その端面において、
例えば接着により一体化して、強度や耐振動性を高める
こともできる。 前記実施例では、被測定電気信号を分岐して直接ＴＷＡ
５０に入力していたが、必要に応じて広帯域増幅器によ
り、被測定電気信号の波形を変えることなく増幅して、
ＴＷＡ５０に入力してもよい、又、被測定電気信号によ
りＴＷＡ５０が動作するように、直流バイアス電流を同
時にＴＷＡ ５０に入力してもよい、更に、被測定電気
信号が電圧である場合には、電圧−電流変換器を介して
ＴＷＡ５０に入力するようにしてもよい。
第１図は、本発明の基本的な構成を示すブロック線図、
第２図は、本発明で用いられる光増幅器の一例としての
進行波型光増幅器（ＴＷＡ）を構成する半導体レーザの
構造の一例を示す断面図、第３図は、前記ＴＷＡの動作
特性を説明するためのブロック線図、第４図及び第５図
は、同じく出射光強度特性の一例を示す線図、第６図は
、前記ＴＷＡの変形例の構成を示す概略図、第７図乃至
第１０図は、前記光増幅器の他の変形例をそれぞれ示す
概略図、第１１図は、本発明に係る電気信号観測装置の
第１実施例の構成を示すブロック線図、第１２図は、第
１実施例で用いられているストリークカメラの構成を示
す断面図、第１３図は、本発明の第２実施例の構成を示
すブロック線図、第１４図は、第２実施例で用いられて
いるファイバプレートの形状を示す斜視図、第１５図は
、本発明の第３実施例の構成を示すブロック線図、第１
６図は、第３実施例で用いられているサンプリング型光
オシロスコープの構成を示す断面図、第１７図は、本発
明の第４実施例の構成を示すブロック線図である。 １０・・・直流光源、 １２・・・光増幅器、 １４・・・光検出器、 １６・・・トリガ回路、 １８・・・表示装置、 ５０．１０４ ・−・進行波型光増幅器（ＴＷＡ）、７
０・・・ストリークカメラ、 ９２・・・光ファイバ、 ９４・・・ファイバプレート、 ９６・・・サンプリング型光オシロスコープ、９８・・
・ロックイン増幅器。
第２図は、本発明で用いられる光増幅器の一例としての
進行波型光増幅器（ＴＷＡ）を構成する半導体レーザの
構造の一例を示す断面図、第３図は、前記ＴＷＡの動作
特性を説明するためのブロック線図、第４図及び第５図
は、同じく出射光強度特性の一例を示す線図、第６図は
、前記ＴＷＡの変形例の構成を示す概略図、第７図乃至
第１０図は、前記光増幅器の他の変形例をそれぞれ示す
概略図、第１１図は、本発明に係る電気信号観測装置の
第１実施例の構成を示すブロック線図、第１２図は、第
１実施例で用いられているストリークカメラの構成を示
す断面図、第１３図は、本発明の第２実施例の構成を示
すブロック線図、第１４図は、第２実施例で用いられて
いるファイバプレートの形状を示す斜視図、第１５図は
、本発明の第３実施例の構成を示すブロック線図、第１
６図は、第３実施例で用いられているサンプリング型光
オシロスコープの構成を示す断面図、第１７図は、本発
明の第４実施例の構成を示すブロック線図である。 １０・・・直流光源、 １２・・・光増幅器、 １４・・・光検出器、 １６・・・トリガ回路、 １８・・・表示装置、 ５０．１０４ ・−・進行波型光増幅器（ＴＷＡ）、７
０・・・ストリークカメラ、 ９２・・・光ファイバ、 ９４・・・ファイバプレート、 ９６・・・サンプリング型光オシロスコープ、９８・・
・ロックイン増幅器。
Claims (6)
- （１）光信号をプローブとして被測定電気信号の波形を
光強度波形に変換して観測信号を得るための電気信号観
測装置において、 連続的な光信号を発生する直流光源と、 被測定電気信号によつて制御される可変利得により、前
記光信号を増幅する光増幅器と、該光増幅器の出射光を
高速で検出して観測信号を得る光検出器と、 被測定電気信号による前記光増幅器の利得制御と同期し
て、前記光検出器を動作させるトリガ回路と、 前記光検出器出力の時間変化を表示する表示装置と、 を備えたことを特徴とする電気信号観測装置。 - （２）請求項１に記載の電気信号観測装置において、前
記光増幅器が、半導体レーザの両端面での反射を抑えた
非共振型の進行波型光増幅器であることを特徴とする電
気信号観測装置。 - （３）請求項１に記載の電気信号観測装置において、前
記光検出器がストリークカメラとされると共に、前記光
増幅器が複数とされ、前記ストリークカメラで、複数の
被測定電気信号の並列観測を可能としたことを特徴とす
る電気信号観測装置。 - （４）請求項１に記載の電気信号観測装置において、前
記光検出器がサンプリング型光オシロスコープとされる
と共に、前記光信号を所定周波数でオンオフするための
光チョップ素子と、前記サンプリング型光オシロスコー
プの出力のうち、該周波数成分だけを狭帯域で取出すロ
ックイン増幅器とを備えたことを特徴とする電気信号観
測装置。 - （５）請求項４に記載の電気信号観測装置において、前
記光増幅器自体が、前記光チョップ素子としても動作す
ることを特徴とする電気信号観測装置。 - （６）請求項１に記載の電気信号観測装置において、前
記光増幅器の入出射光学系及び／又は光検出器の入射光
学系の少くとも一部を光ファイバとしたことを特徴とす
る電気信号観測装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63133420A JP2598458B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 電気信号観測装置 |
| DE68913076T DE68913076T2 (de) | 1988-05-31 | 1989-05-26 | Beobachtungsanordnung für elektrische Signale. |
| EP89305356A EP0344986B1 (en) | 1988-05-31 | 1989-05-26 | Electrical signal observing device |
| US07/357,824 US4967144A (en) | 1988-05-31 | 1989-05-26 | Electrical signal observing device for converting an electrical signal to be measured into an optical intensity waveform |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63133420A JP2598458B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 電気信号観測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01302173A true JPH01302173A (ja) | 1989-12-06 |
| JP2598458B2 JP2598458B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=15104355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63133420A Expired - Fee Related JP2598458B2 (ja) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | 電気信号観測装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4967144A (ja) |
| EP (1) | EP0344986B1 (ja) |
| JP (1) | JP2598458B2 (ja) |
| DE (1) | DE68913076T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005127783A (ja) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Yokogawa Electric Corp | 電気信号観測装置及び方法並びに電気信号標本化装置及び方法 |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| GB9127057D0 (en) * | 1991-12-20 | 1992-02-19 | Secr Defence | Improved digital sampling of individual pulses |
| JP3167189B2 (ja) * | 1992-08-31 | 2001-05-21 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電圧測定装置 |
| US5461307A (en) * | 1994-03-03 | 1995-10-24 | General Electric Company | Electro-optical current sensing system and method for sensing and avoiding thermally induced measurement error therein |
| JPH11352156A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-24 | Ando Electric Co Ltd | 電気光学サンプリングオシロスコープ |
| EP2191770B1 (en) * | 2008-05-02 | 2016-04-13 | Olympus Corporation | Optical inspection device, electromagnetic wave detection method, electromagnetic wave detection device, organism observation method, microscope, endoscope, and optical tomographic image generation device |
Family Cites Families (11)
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|---|---|---|---|---|
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| US3925727A (en) * | 1973-09-28 | 1975-12-09 | Bell Telephone Labor Inc | Optical sampling oscilloscope utilizing organ arrays of optical fibers |
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