JPH0573177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速電気パルス波形を解析するのに
有効な光電子サンプリング装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、高速繰り返し信号を所定周期でサンプリ
ングして所定の周波数に逓降して高速現象を観測
することが行われている。

例えば、五極管のグリツドバイアスを深くして
通常は遮断状態にしておき、陰極に負のサンプリ
ングパルスが加わると電流が流れるようにした熱
電子源を用いたサンプリング５極管を用いて電気
信号の解析を行う方法（世界で初めてMcQueen
によりサンプリングによる電気信号解析方法とし
て提唱された）、ダイオードを用いて混合回路を
構成し、ダイオード特性を利用してサンプリング
パルスが重畳されたときに信号電流が流れるよう
にした方法、或いは電気光学結晶を使用し、結晶
のON／OFF特性を利用してサンプリングを行う
方法等が行われている。

〔発明が解決すべき問題点〕

しかしながら、熱電子源を用いたサンプリング
５極管による方法は、熱電子源を用いているため
にサンプリング信号に対する周波数応答が悪く、
また、ダイオードを利用するものは、ダイオード
の応答特性に限界があるために20ps程度のサンプ
リング信号しか得られておらず、その上ジツター
が大きいという問題がある。さらに、電気光学結
晶を用いるものは、結晶が温度、湿度の影響をう
けるため、信頼性に欠けるという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、
ピコ秒からフエムト秒の分解能を有し、Ｓ／Ｎ比
が良く、信頼性の高い光電子サンプリング装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の光電子サンプリング装置
は、パルス光源と、パルス光源からのパルス光が
入射される光電面と、光電面からの光電子を加速
する加速電極と、被測定信号電圧が印加され、加
速された光電子を変調する信号電極と、変調され
た光電子を集めるアノード電極を備え、光電効果
で発生する光電子により被測定信号の波形サンプ
リングを行うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の光電子サンプリング装置は、光電面に
ピコ秒からフエムト秒の光を照射した際に生ずる
ピコ秒からフエムト秒の光電子パルスを、信号電
極に印加した被測定信号により変調し、この変調
された信号を取り出すことにより被測定電気信号
のサンプリング波形を再現する。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による光電子サンプリング装置
の一実施例の構成を示すブロツク図で、図中、１
は被測定信号源、２はパルス光源、３は光伝送
系、４は光電子サンプリング管、５は駆動回路、
６は積分器、７はアンプ、８は表示処理装置、９
はタイミング信号源、１０は遅延回路である。

図において、パルス光源２は、例えばレーザで
構成し、これと被測定信号源１の間は、タイミン
グ信号源９からのタイミング信号により同期をと
つており、その際のパルス光、及び被測定信号の
発生タイミングは、遅延回路１０により光学的、
または電気的に遅延させられ、両者の遅延量は、
互いに等しいか、或いは異ならせる等自由に変え
ることができるように構成されている。

パルス光源２からのパルス光は、光伝送系３を
介して光電子サンプリング管４に入射して光電子
パルスを発生させる。発生した光電子パルスは、
被測定信号により強度変調される。これをサンプ
リング管内で増倍して積分器６でその出力を積分
し、さらにアンプ７で増幅する。この場合、光電
子パルスと被測定信号との間の時間差、即ち光電
子パルスが被測定信号により強度変調を受ける位
相（サンプリング位相）を変え、この時間差を関
数として、表示処理装置８において被測定信号波
形を再現することができる。

第２図は本発明による光電子サンプリング装置
の他の実施例の構成を示すブロツク図で、第１図
と同一番号は同一内容を示している。なお、図
中、１１は駆動回路、３１はハーフミラー、３
２，３３は反射鏡である。

本実施例においては、パルス光源２は表示処理
装置８からのトリガ信号でパルス光を発生させる
と共に、このパルス光で被測定信号源１をトリガ
してパルス光と被測定信号の発生タイミングの同
期、及び表示処理装置の同期をとつている。また
パルス光は、ハーフミラー３１、反射鏡３２，３
３からなる光学的遅延要素により遅延して光電子
サンプリング管４に入射させており、このときの
遅延量は駆動回路１１により反射鏡３２を移動さ
せて光路長を変えることにより可変になつてお
り、この駆動回路からの信号を同時に表示処理装
置へ加えることにより、第１図の場合と同様に、
被測定信号と光電子パルス間の発生タイミングを
関数として表示し、被測定信号波形を再現してい
る。

第３図は本発明において使用する光電子サンプ
リング管の構成を示す図、第４図は電圧印加例を
示す図、第５図はフオーカス電極のいらない近接
型の光電子サンプリング管の構造を示す図であ
る。図中、４１は光電面、４２は光電子ビーム、
４３は第１加速電極、４４は信号電極、４５はパ
イアス電極、４６はフオーカス電極、４７は第２
加速電極、４８はマイクロチヤンネルプレート、
４９はアノード、５０は高周波のコネクタ、５１
はコンデンサ、５２，５３，５４は電源、５５は
コンデンサである。なお、電極４３，４４，４５
はストリツプライン構造とする。

図において、光電面４１、第１加速電極４３の
間に電圧を印加した状態で光電面４１へ図示しな
いレーザ光源からピコ秒ないしフエムト秒の短パ
ルス光を入射させると、光電面４１からはピコ秒
ないしフエムト秒の光電子パルスが引き出され
る。この場合、光電面４１の面積を小さくすれ
ば、熱雑音によるＳ／Ｎの低下を避けることがで
きる。また、光電面と第１加速電極管との間の電
界強度により引き出された光電子の時間拡がりが
決まるため、ピコ秒やフエムト秒の光電子パルス
を得るために、電界強度を十分強くする必要があ
る。そのためには、第１加速電極４３の電位を光
電面の電位に対し十分高くするか、或いは光電面
４１と第１加速電極４３との間の間隔を狭くすれ
ばよい。第１加速電極の電位を高くする場合、第
４図に示すように、電源５２の接続を第１加速電
極をグランド電位にし、光電面を負電位にすれば
光電子の光電面への戻りがなく一層効果的であ
る。こうして加速された光電子パルス４２は、信
号電極４４とバイアス電極４５との間の電圧によ
り変調される。ピコ秒やフエムト秒の光電子パル
スを変調するためには、信号電極４４は十分な高
周波特性を有している必要があり、そのためにス
トリツプライン構造とすると共に、被測定信号発
生器（図示せず）と信号電極４４との間の距離を
できるだけ短くして被測定信号に歪が発生しない
ようにする必要がある。こうして被測定信号によ
り変調を受けた後、、フオーカス電極４６、第２
加速電極４７により加速されると共に、必要な場
合はこれらの電極への印加電圧を適宜選択するこ
とにより軌道修正させ、マイクロチヤンネルプレ
ート４８で増倍してアノード４９で取り出す。こ
の場合、第１加速電極４３、信号電極４４、バイ
アス電極４５、マイクロチヤンネルプレート４
８、アノード４９とが五極管を構成しており、そ
のため、信号電極の電圧による変調がそのままア
ノードから出力として取り出される。なお、マイ
クロチヤンネルプレートの代わりにダイノードを
用いて電子の増倍を行うようにしてもよいことは
言うまでもない。こうして取り出された信号は
CRT等の表示装置で表示される。

なお、レーザ光源としては、短パルスYAGレ
ーザ、Dyeレーザ、半導体レーザ等を用いればよ
いが、光電子の加速エネルギ分布を小さくするた
めに赤外光を用いるのがよく、またレーザ光源と
光電面との間は時間応答のよい光フアイバーを用
いるようにすれば、光の伝播における光学的損失
を少なくすることができる。

また第４図に示すように、第１加速電極４３で
光電子電流を検出し、この検出信号を負帰還させ
てレーザ光を制御するようにすれば、常に一定強
度の光電子ビームを発生させることができる。

また、光電面、加速電極電圧、電子増倍部の電
圧、アノード電圧、光電子パルスと被測定信号の
タイミング差、アノード電極から出る変調電気信
号の積分時間、積分された信号の増幅率等を
CPUを用いて最適状態になるように制御するよ
うにすれば、測定を自動化することが可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上のようにによれば、レーザ光等の光源によ
りピコ秒からフエムト秒の分解能で電気信号をサ
ンプリングすることが可能となり、またマイクロ
チヤンネルプレート、又はダイノードの様な低雑
音増幅系を内蔵させ得るために出力信号のＳ／Ｎ
を良くすることができると共に、電気アンプ系へ
の負担を小さくすることができる。また光電面を
用いるためにレーザ等の波長は何を用いても良
い。さらに、全体のコントロールが全て電気的に
可能であるので、光の特性を考慮する必要がな
く、また既成の電子技術を利用できる利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光電子サンプリング装置
の一実施例の構成を示すブロツク図、第２図は本
発明による光電子サンプリング装置の他の実施例
の構成を示すブロツク図、第３図は本発明におい
て使用する光電子サンプリング管の構成を示す
図、第４図は電圧印加例を示す図、第５図はフオ
ーカス電極のいらない近接型の光電子サンプリン
グ管の構成を示す図である。 １……被測定信号源、２……パルス光源、３…
…光伝送系、４……光電子サンプリング管、５…
…駆動回路、６……積分器、７……アンプ、８…
…表示処理装置、９……タイミング信号源、１０
……遅延回路中、１１……駆動回路、３１……ハ
ーフミラー、３２，３３……反射鏡、４１……光
電面、４２……光電子ビーム、４３……第１加速
電極、４４……信号電極、４５……パイアス電
極、４６……フオーカス電極、４７……第２加速
電極、４８……マイクロチヤンネルプレート、４
９……アノード、５０……高周波のコネクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パルス光源と、パルス光源からのパルス光が
   入射される光電面と、光電面からの光電子パルス
   を加速する加速電極と、被測定信号電圧が印加さ
   れ、加速された光電子パルスを変調する信号電極
   と、変調された光電子を集めるアノード電極を備
   え、光電効果で発生する光電子により被測定信号
   の波形サンプリングを行うことを特徴とする光電
   子サンプリング装置。 ２ 変調された光電子ビームは、マイクロチヤン
   ネルプレート、またはダイノード構造を有する増
   倍電極により電子増倍される特許請求の範囲第１
   項記載の光電子サンプリング装置。 ３ パルス光源は、レーザ光源である特許請求の
   範囲第１項記載の光電子サンプリング装置。 ４ 光電面と加速電極の間の距離を小さくした特
   許請求の範囲第１項記載の光電子サンプリング装
   置。 ５ 光電面電位に対し、加速電極の電位を十分高
   くした特許請求の範囲第１項記載の光電子サンプ
   リング装置。 ６ 信号電極がストリツプ・ライン構造を有する
   特許請求の範囲第１項記載の光電子サンプリング
   装置。 ７ レーザ光源は、光電面、加速電極間に流れる
   光電子流の検出信号が負帰還されて制御される特
   許請求の範囲第３項記載の光電子サンプリング装
   置。 ８ 被測定信号は、レーザ光でトリガされて発生
   する特許請求の範囲第３項記載の光電子サンプリ
   ング装置。 ９ レーザ光の発生と被測定信号の発生が１つの
   トリガ信号により行われる特許請求の範囲第３項
   記載の光電子サンプリング装置。 １０ レーザ光、被測定信号に対して別々に遅延
   回路が設けられている特許請求の範囲第３項記載
   の光電子サンプリング装置。 １１ 光電子パルスと被測定信号との間のタイミ
   ング差を関数として表示することができる表示部
   を有する特許請求の範囲第１項記載の光電子サン
   プリング装置。 １２ 被測定信号源と信号電極間を短くした特許
   請求の範囲第１項記載の光電子サンプリング装
   置。 １３ レーザ光源と光電面間の光の伝播は、光学
   的損失が小さく、時間応答のよい光フイアバを用
   いる特許請求の範囲第３項記載の光電子サンプリ
   ング装置。 １４ 光電面の面積を小さくした特許請求の範囲
   第１項記載の光電子サンプリング装置。 １５ 光源の波長域を赤外として、光電子の初速
   エネルギー分布を狭くした特許請求の範囲第１項
   記載の光電子サンプリング装置。