DE19955978C2 - Elektrooptische Sonde für ein Oszilloskop das eine Signalwellenform mißt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft für Oszilloskope verwendete elektrooptische Sonden, die elektrooptische Kristalle zum Messen von Wellenformen von Signalen auf der Basis von elektrooptischen Effekten verwenden, und insbesondere elektrooptische Sonden, die für elektrooptische Abtastoszilloskope verwendet werden.

Im allgemeinen arbeiten die elektrooptischen Abtastoszilloskope folgendermaßen:
Elektrische Felder, deren Auftreten infolge gemessener Signale verursacht wird, werden mit elektrooptischen Kristallen verbunden, auf die Laserstrahlen einfallen. Unter Verwendung der Polarisationszustände der Laserstrahlen in den elektrooptischen Kristallen ist es möglich, die gemessenen Signale zu erfassen. Hierbei werden die Laserstrahlen in Impulsform erzeugt, so daß es möglich ist, die Wellenformen der Signale mit sehr hoher Auflösung bezüglich der Zeit zu messen. Die elektrooptischen Abtastoszilloskope verwenden elektrooptische Sonden, die auf der Basis des bekannten elektrooptischen Phänomens arbeiten.

Im Vergleich zu den herkömmlichen Abtastoszilloskopen, die Sonden eines elektrischen Typs verwenden, lenken die elektrooptischen Abtastoszilloskope (als "EOS"-Oszilloskope abgekürzt) aufgrund gewisser Vorteile, wie folgt, eine beachtliche Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern und Ingenieuren auf sich:

• 1. Es ist einfach, an den Wellenformen der Signale eine Messung durchzuführen, da die EOS-Oszilloskope keine Masseleiter benötigen, wenn die Signale gemessen werden.
• 2. Ein an einem Spitzenende der elektrooptischen Sonde vorgesehener Metallstift ist von den Schaltkreisen isoliert, so daß es möglich ist, eine hohe Eingangsimpedanz zu realisieren. Daher ist es möglich, ohne wesentliche Störung der Zustände der Meßpunkte eine Messung durchzuführen.
• 3. Das EOS-Oszilloskop verwendet für die Messung optische Impulse. Somit ist es möglich, die Messung in einem Breitband durchzuführen, dessen Frequenzbereich bis auf die Größenordnung von Gigahertz (GHz) erweitert ist.

Nun erfolgt eine Beschreibung anhand eines Beispiels des EOS-Oszilloskops mit Bezug auf Fig. 3. Insbesondere zeigt Fig. 3 eine Sondeneinheit 15 des EOS-Oszilloskops, die mit einem aus einem Isolator bestehenden Sondenkopf 1 ausgestattet ist. Ein Metallstift 1a ist in ein Zentrum des Sondenkopfs 1 eingesetzt. Ein elektrooptisches Element (d. h. elektrooptischer Kristall) 2 ist mit einem Reflektor (oder Reflexionsspiegel) 2a ausgestattet, der auf einer Stirnfläche ausgebildet ist, welche einem Ende des Metallstifts 1a zugewandt ist, und mit dem Metallstift 1a in Kontakt steht. Die Sondeneinheit 15 enthält Kollimatorlinsen 3, 10, Halbwellenlängen- (oder 1/2- Wellenlängen-) Plättchen 4, 7, ein Viertelwellenlängen- (oder 1/4-Wellenlängen-) Plättchen 5, Polarisationsstrahlenteiler 6, 9 und einen Faraday-Rotator 8, der eine Polarisationsebene des einfallenden Lichts um 45 Grad dreht. Außerdem enthält die Sondeneinheit 15 eine Laserdiode 11, die als Reaktion auf ein von einem Hauptkörper des EOS-Oszilloskops (nicht dargestellt) ausgegebenes Steuersignal Laserstrahlen aussendet, sowie Photodioden 12, 13, die die eintretenden Laserstrahlen in elektrische Signale umwandeln. Diese elektrischen Signale werden zum Hauptkörper des EOS-Oszilloskops ausgegeben. Im übrigen enthält die Sondeneinheit 15 einen optischen Isolator 14a, der aus den Halbwellenlängenplättchen 4, 7, dem Viertelwellenlängenplättchen 5, den Polarisationsstrahlenteilern 6, 9 und dem Faraday-Rotator 8 aufgebaut ist.

Als nächstes wird ein Strahlengang der von der Laserdiode 11 ausgesandten Laserstrahlen mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, wobei er mit einem Bezugszeichen "C" bezeichnet ist.

Die Kollimatorlinse 10 wandelt die von der Laserdiode 11 ausgesandten Laserstrahlen in parallele Strahlen um, die sich gerade nacheinander durch den Polarisationsstrahlenteiler 9, den Faraday-Rotator 8, das Halbwellenlängenplättchen 7 und den Polarisationsstrahlenteiler 6 in Vorwärtsrichtung ausbreiten. Sie treten auch nacheinander durch das Viertelwellenlängenplättchen 5 und das Halbwellenlängenplättchen 4. Anschließend werden die parallelen Strahlen durch die Kollimatorlinse 3 zusammen gebündelt und fallen dann auf das elektrooptische Element 2 als seine eintretenden Strahlen ein. Die eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements 2 werden durch den Reflektor 2a, der auf der dem Metallstift 1a zugewandten Stirnfläche des elektrooptischen Elements 2 ausgebildet ist, reflektiert.

Dann werden die reflektierten Strahlen durch die Kollimatorlinse 3 in parallele Strahlen umgewandelt. Die parallelen Strahlen breiten sich durch das Halbwellenlängenplättchen 4 und das Viertelwellenlängenplättchen 5 in Rückwärtsrichtung aus. Ein Teil der parallelen Strahlen wird durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 reflektiert und fällt auf die Photodiode 12 ein. Im Gegensatz dazu werden die parallelen Strahlen, die durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 hindurchgehen, durch den Polarisationsstrahlenteiler 9 reflektiert und fallen auf die Photodiode 13 ein.

Das Viertelwellenlängenplättchen 4 ist vorgesehen, um eine Einstellung derart vorzunehmen, daß die Stärke der eintretenden Laserstrahlen der Photodiode 12 mit der Stärke der eintretenden Laserstrahlen der Photodiode 13 übereinstimmt. Außerdem ist das Halbwellenlängenplättchen 4 vorgesehen, um eine Polarisationsebene eines eintretenden Strahls des elektrooptischen Elements 2 einzustellen.

Als nächstes erfolgt eine Beschreibung anhand einer Reihe von Meßvorgängen zur Durchführung einer Messung an Signalen unter Verwendung der vorstehend erwähnten, in Fig. 3 gezeigten Sonde des EOS-Oszilloskops.

Wenn eine Bedienungsperson den Metallstift 1a mit einem Meßpunkt (nicht dargestellt) in Kontakt bringt, wird an den Metallstift 1a eine elektrische Spannung angelegt, um ein elektrisches Feld aufzubauen. Ein solches elektrisches Feld breitet sich aus und wird mit dem elektrooptischen Element 2 verbunden. Aufgrund des Pockels-Effekts wird bewirkt, daß ein Phänomen auftritt, bei dem sich ein Doppelbrechungsindex ändert. Die Laserdiode 11 sendet Laserstrahlen aus, die auf das elektrooptische Element 2 einfallen. Aufgrund des vorstehend erwähnten Phänomens ändern sich die Polarisationszustände der eintretenden Laserstrahlen, die sich im elektrooptischen Element 2 ausbreiten. Dann werden die Laserstrahlen, deren Polarisationszustände verändert sind, durch den Reflektor 2a reflektiert und fallen jeweils auf die Photodioden 12, 13 ein. Die Photodioden 12, 13 wandeln deren eintretende Strahlen in elektrische Signale um.

Verbunden mit den Änderungen der an den Metallstift 1a am Meßpunkt angelegten Spannung treten Änderungen bezüglich der Polarisationszustände der Strahlen im elektrooptischen Element 2 auf. Diese Änderungen bewirken Differenzen zwischen den Ausgangssignalen der Photodioden 12, 13. Durch Erfassen solcher Ausgangsdifferenzen ist es möglich, ein an den Metallstift 1a angelegtes elektrisches Signal zu messen.

Im übrigen werden die von den Photodioden 12, 13 der EOS- Sonde erzeugten elektrischen Signale in das EOS-Oszilloskop eingespeist, in dem sie verarbeitet werden. Anstatt das EOS-Oszilloskop zu verwenden, ist es möglich, irgendwelche herkömmlichen Meßvorrichtungen, wie z. B. das Echtzeit- Oszilloskop, zu verwenden. Hierbei wird die Meßvorrichtung über eine zweckgebundene Steuereinheit mit den Photodioden 12, 13 verbunden, um eine Messung an Signalen durchzuführen. Das heißt, die EOS-Sonde kann für die Meßvorrichtungen umfangreich verwendet werden, um eine Breitbandmessung an den Signalen mühelos zu ermöglichen.

Das vorstehend erwähnte EOS-Oszilloskop ist dazu ausgelegt, die eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements 2, die vom optischen Isolator 14a gebracht werden, von den reflektierten Strahlen, die durch den Reflektor 2a reflektiert werden, zu trennen. Eine solche Konstruktion verursacht ein Problem, da die Anzahl an optischen Teilen, die für den Aufbau des optischen Isolators 14a erforderlich sind, erhöht wird.

Aufgrund einer erhöhten Anzahl an optischen Teilen werden durch einige optische Teile "unnötig" reflektierte Strahlen erzeugt. Dies verursacht ein weiteres Problem, wobei der Wert einer Rauschkomponente erhöht wird, während ein S/N- Verhältnis bei der Signalverarbeitung verringert wird. Außerdem besteht noch ein weiteres Problem, da die eintretenden Strahlen der zwei Photodioden 12, 13 hinsichtlich der Intensitäten durch Drehung der optischen Teile eingestellt werden müssen.

Aus der EP 0 645 635 A2 ist eine elektrooptische Sonde für ein Oszilloskop zum Messen einer elektrischen Spannung bekannt, bei der eine Laserdiode an einem Ende des Strahlengangs zum Aussenden von Laserstrahlen mittels eines Steuersignals von dem Oszilloskop vorgesehen ist. Ein elektrooptisches Element ist am anderen Ende des Strahlengangs auf der Seite des Sondenkopfes angeordnet. Es ist mit einem Reflektor auf einer Stirnseite ausgestattet. Das elektrooptische Element ändert unter der Wirkung eines elektrischen Feldes, welches sich über einen mit der Stirnfläche in Kontakt stehenden Metallstift ausbreitet, seine optischen Eigenschaften.

Eine Sammellinse ist zum Bündeln der Laserstrahlen vorgesehen, um konvergente Strahlen zu erzeugen, die in das elektrooptische Element eingespeist werden. Ferner befindet sich im Strahlengang eine Objektivlinse zum Bündeln der Laserstrahlen in das elektrooptische Element. Durch einen Polarisationsdetektor, der aus einem Wellenlängenplättchen und einem Polarisationsstrahlenteiler aufgebaut ist, werden die parallelen Strahlen zerlegt, um Polarisationskompo­ nenten von Strahlen zu erzeugen, deren Ausbreitungsrich­ tungen einander in einem rechten Winkel kreuzen. Schließlich dient eine Photodiode zum Umwandeln der durch den Polarisationsdetektor zerlegten parallelen Strahlen in proportionale elektrische Signale.

Bei dieser elektrooptischen Sonde entspricht der prinzipielle Aufbau des Strahlenganges demjenigen der zuvor anhand Fig. 3 beschriebenen Sonde. Dementsprechend ist diese Sonde gleichermaßen mit den vorstehend erwähnten Problemen behaftet.

Eine weitere elektrooptische Sonde lehrt die WO 89/09413. Diese Sonde ist zur Messung eines elektrischen oder magnetischen Feldes vorgesehen und umfaßt ein Gehäuse und einen Strahlteiler, der in dem Gehäuse eingebaut ist und optisch mit einer Lichtquelle und mit einem optischen Detektor über flexible Lichtleitfasern gekoppelt ist, um einen von der Lichtquelle empfangenen Lichtstrahl zu bearbeiten, indem ein Anteil des Strahls mit einer ersten Polarisation extrahiert wird, und um diesen Anteil des Strahls zu analysieren, indem ein Unteranteil mit einer zweiten Polarisation extrahiert wird und dieser Unteranteil zu dem optischen Detektor gesendet wird.

Die Sonde umfaßt ferner einen in dem Gehäuse in fester Beziehung zu dem Strahlteiler eingebauten und optisch mit demselben gekoppelten Kristall, der besagten Anteil des Lichtstrahls empfängt, an besagtem Unteranteil die erste Polarisation in die zweite Polarisation in Abhängigkeit von einem externen Feld, dem der Kristall ausgesetzt wird, ändert, und besagten Unteranteil des Lichtstrahls zu dem Strahlteiler zurücksendet.

Der wesentliche Unterschied zwischen dieser Sonde und der aus der EP 0 645 635 A2 bekannten besteht in der Auslagerung der Lichtquelle und des optischen Detektors aus dem Sondengehäuse und in der Kopplung zwischen diesen und den im Sondengehäuse angeordneten optischen Systemkomponen­ ten durch Lichtleitfasern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine für ein elektrooptisches Abtastoszilloskop verwendete elektrooptische Sonde bereitzustellen, die mit einer verringerten Anzahl an optischen Teilen ausgestattet ist und ein verbessertes S/N-Verhältnis aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrooptische Sonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 bzw. 6 bis 10 angegeben.

Grundsätzlich wird gemäß dieser Erfindung eine elektrooptische Sonde für ein elektrooptisches Abtastoszilloskop bereitgestellt, welche folgendermaßen konstruiert ist:
Elektrische Felder, die durch gemessene Signale erzeugt werden, werden mit einem elektrooptischen Kristall verbunden, auf den auf der Basis von Taktsignalen erzeugte optische Impulse einfallen und in dem die Polarisationszustände der optischen Impulse geändert werden. Somit ist das elektrooptische Abtastoszilloskop in der Lage, Wellenformen der gemessenen Signale auf der Basis der Änderungen der Polarisationszustände zu messen.

Insbesondere stellt diese Erfindung eine Verbesserung in einem optischen System der elektrooptischen Sonde bereit.

Die elektrooptische Sonde ist nämlich hauptsächlich aus einem Sondenkopf und einer Sondeneinheit aufgebaut. Der Sondenkopf enthält einen Metallstift, der mit einem Meßpunkt in Kontakt gebracht wird, um ein durch das gemessene Signal erzeugtes elektrisches Feld zu erfassen, und ein elektrooptisches Element mit einem Reflektor auf seiner Stirnfläche, die einem Ende des Metallstifts zugewandt ist. Die Sondeneinheit enthält eine verringerte Anzahl an optischen Teilen, die derart angeordnet sind, daß eine optische Achse von eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements von einer optischen Achse von austretenden Strahlen des elektrooptischen Elements verschieden ist. Das heißt, von einer Laserdiode ausgesandte Laserstrahlen breiten sich entlang eines ersten Strahlengangs aus und werden durch eine Sammellinse einer Bündelung unterworfen, um konvergente Strahlen zu erzeugen, die auf das elektrooptische Element als seine eintretenden Strahlen einfallen. Die eintretenden Strahlen werden durch den Reflektor einer Reflexion unterworfen, um reflektierte Strahlen zu erzeugen, die aus dem elektrooptischen Element als seine austretenden Strahlen entlang eines zweiten Strahlengangs ausgesandt werden. Hierbei werden der erste und der zweite Strahlengang so ausgewählt, daß sie nicht zueinander parallel sind.

In dem elektrooptischen Element werden die Polarisationszustände der Strahlen als Reaktion auf das elektrische Feld geändert. Dann werden die aus dem elektrooptischen Element ausgesandten reflektierten Strahlen durch eine Kollimatorlinse in parallele Strahlen umgewandelt und werden dann in einen Polarisationsdetektor eingespeist. Oder sie werden durch eine Sammellinse gebündelt und werden dann in den Polarisationsdetektor eingespeist. Der Polarisationsdetektor führt eine Zerlegung von dessen Eingangsstrahlen aus, um getrennte Strahlenkomponenten zu erzeugen, deren optische Achsen sich voneinander unterscheiden. Hierbei fällt eine erste Strahlenkomponente, die im wesentlichen den Eingangsstrahlen entspricht, auf eine erste Photodiode ein, während eine zweite Strahlenkomponente, die einem Teil der Eingangsstrahlen entspricht, auf eine zweite Photodiode einfällt. Somit geben die erste und die zweite Photodiode jeweils elektrische Signale aus.

Die Änderungen der Polarisationszustände der Strahlen im elektrooptischen Element werden durch Differenzen zwischen den aus den Photodioden ausgegebenen elektrischen Signalen widergespiegelt. Somit ist es möglich, die Wellenform des gemessenen Signals auf der Basis der Differenzen zwischen den elektrischen Signalen zu messen.

Aufgrund der vorstehend erwähnten Anordnung der optischen Teile in der Sondeneinheit und aufgrund der Einführung des Polarisationsdetektors, dessen Aufbau im Vergleich zum herkömmlichen optischen Isolator einfach ist, ist es möglich, die Gesamtzahl der optischen Teile zu verringern, während es möglich ist, das S/N-Verhältnis bei der Signalverarbeitung bezüglich der Messung der Wellenformen der Signale zu verbessern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, welche eine Konstruktion einer für ein elektrooptisches Abtastoszilloskop verwendeten elektrooptischen Sonde gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, welche eine Konstruktion einer für das elektrooptische Abtastoszilloskop verwendeten elektrooptischen Sonde gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, welche eine Konstruktion einer elektrooptischen Sonde zeigt, die für das herkömmliche elektrooptische Abtastoszilloskop verwendet wird.

Fig. 1 zeigt einen Aufbau einer elektrooptischen Sonde eines elektrooptischen Abtastoszilloskops gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere zeigt Fig. 1 interne Anordnungen eines Sondenkopfs 1 und einer Sondeneinheit 15, wobei Teile, die zu den in Fig. 3 gezeigten äquivalent sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind; daher wird auf deren Beschreibung entsprechend der Notwendigkeit verzichtet.

Im Unterschied zur vorhergehenden Sondeneinheit 15 von Fig. 3, die den optischen Isolator 14a verwendet, ist die in Fig. 1 gezeigte Sondeneinheit 15 unter Verwendung eines Polarisationsdetektors 14 aufgebaut, der zur Zerlegung der Polarisationskomponenten vorgesehen ist. Hierin ist der Polarisationsdetektor 14 aus dem vorstehend erwähnten Viertelwellenlängenplättchen 5 und dem Polarisationsstrahlenteiler 6 aufgebaut, ohne die vorstehend erwähnten Halbwellenlängenplättchen 4, 7, den Faraday-Rotator 8 und den Polarisationsstrahlenteiler 9 zu verwenden, die alle aus der in Fig. 1 gezeigten Sondeneinheit 15 ausgeschlossen wurden. Außerdem ist die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Achse von eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements 2 von einer optischen Achse von austretenden Strahlen des elektrooptischen Elements 2 verschieden ist. Ferner ist die in Fig. 3 gezeigte Kollimatorlinse 10 gegen eine Sammellinse 10a ausgetauscht worden.

Als nächstes werden die Strahlengänge der von der Laserdiode 11 ausgesandten Laserstrahlen mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, wobei jeder Strahlengang mit einem Bezugszeichen "A" bezeichnet ist.

Zuerst werden die aus der Laserdiode 11 ausgesandten Laserstrahlen durch die Sammellinse 10a zusammen gebündelt und fallen auf das elektrooptische Element 2 als seine eintretenden Strahlen ein. Dann werden die eintretenden Strahlen durch den Reflektor 2a, der auf der dem Metallstift 1a zugewandten Stirnfläche des elektrooptischen Elements 2 ausgebildet ist, reflektiert.

Die Sammellinse 10a ist an einer Stelle angeordnet, die einem Punkt auf dem Reflektor 2a entspricht, auf den die von der Laserdiode 11 ausgesandten Laserstrahlen gebündelt werden sollen. Somit werden die Laserstrahlen auf einen solchen Punkt auf dem Reflektor 2a gebündelt (oder fokussiert).

Die durch den Reflektor 2a reflektierten Laserstrahlen werden durch die Kollimatorlinse 3 in parallele Strahlen umgewandelt. Die parallelen Strahlen treten in den Polarisationsdetektor 14 ein, in dem sie durch das Viertelwellenlängenplättchen 5 hindurchlaufen und dann durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 einer Zerlegung unterworfen werden. Das heißt, die reflektierten Strahlen, die durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 reflektiert werden, fallen auf die Photodiode 12 ein, während die hindurchgehenden Strahlen, die durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 hindurchgehen, aus dem Polarisationsdetektor 14 ausgesandt werden und dann auf die Photodiode 13 einfallen. Daher wandelt die Photodiode 12 die reflektierten Strahlen in elektrische Signale um, während die Photodiode 13 die hindurchgehenden Strahlen in elektrische Signale umwandelt.

Verbunden mit den Spannungsänderungen an einem Meßpunkt wird das Auftreten von Änderungen der Polarisationszustände der eintretenden Laserstrahlen im elektrooptischen Element 2 verursacht. Derartige Änderungen bewirken Differenzen zwischen den Ausgangssignalen der Photodioden 12, 13. Durch Erfassen solcher Ausgangsdifferenzen zwischen den Photodioden 12, 13 ist es möglich, an den Metallstift 1a des Sondenkopfs 1 angelegte elektrische Signale zu messen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die optischen Teile derart ausgelegt und angeordnet, daß die optische Achse der eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements 2 von der optischen Achse der austretenden Strahlen des elektrooptischen Elements 2, die den von dem Reflektor 2a reflektierten Strahlen entsprechen, verschieden ist. Eine solche Konstruktion und Anordnung erfordert nicht den optischen Isolator 14a. Im Vergleich zum vorstehend erwähnten optischen Isolator 14a, der eine relativ große Anzahl an optischen Teilen erfordert, ist der Polarisationsdetektor 14, der zur Zerlegung der Polarisationskomponenten vorgesehen ist, aus einer kleinen Anzahl an optischen Teilen aufgebaut. Somit ist es möglich, eine Gesamtzahl der optischen Teile, die zur Konstruktion der Sondeneinheit 15 erforderlich sind, zu verringern.

Da die vorliegende Ausführungsform in der Lage ist, die Anzahl der optischen Teile zu verringern, ist es möglich, ein Ausmaß an Rauschkomponenten zu unterdrücken, die aufgrund der Reflexion an den Oberflächen der optischen Teile entstehen. Außerdem ist es möglich, eine Anzahl der Punkte zur Einstellung der optischen Achsen unter den optischen Teilen in der Sondeneinheit 15 zu verringern.

Die vorliegende Ausführungsform verwendet einen "einzigen" Polarisationsstrahlenteiler (6) zur Zerlegung der Strahlen, so daß die zerlegten Strahlen jeweils zu den zwei Photodioden 12, 13 verteilt werden und von diesen direkt empfangen werden. Somit ist es möglich, einen Gleichgewichtsunterschied zwischen den Intensitäten der eintretenden Strahlen der Photodioden 12, 13 ungeachtet eines optischen Verlusts zu beseitigen.

Als nächstes erfolgt eine Beschreibung bezüglich einer elektrooptischen Sonde eines elektrooptischen Abtastoszilloskops gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 2. In Fig. 2 sind Teile, die zu den in Fig. 1 gezeigten äquivalent sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, daher wird auf deren Beschreibung entsprechend der Notwendigkeit verzichtet.

Die Sondeneinheit 15 von Fig. 2 unterscheidet sich von der vorstehend erwähnten Sondeneinheit von Fig. 1 insofern, daß die Kollimatorlinse 3 durch eine Sammellinse 10b ersetzt ist. Hierbei ist die Sammellinse 10b in der Brennweite zur Sammellinse 10a identisch. Die Sammellinse 10a ist um eine Länge B1 auf der optischen Achse von der Laserdiode 11 entfernt angeordnet, während die Sammellinse 10a auch um eine Länge B2 auf der optischen Achse von dem Reflektor 2a des elektrooptischen Elements 2 entfernt angeordnet ist. Außerdem ist die Sammellinse 10b um die Länge B1 auf der optischen Achse von dem Reflektor 2a entfernt angeordnet, während die Sammellinse 10b auch um die Länge B2 auf der optischen Achse von der Photodiode 13 entfernt angeordnet ist.

Die vorstehend erwähnte Anordnung stellt dieselben Brennweiten bezüglich beider Linsen 10a, 10b ein. Außerdem ist es möglich, an den jeweils in die Photodioden 12, 13 eingespeisten Strahlen wirksam eine Bündelung durchzuführen. Daher ist es möglich, die Strahlen, die ursprünglich von der Laserdiode 11 ausgesandt wurden, effizient jeweils in die Lichtempfangselemente der Photodioden 12, 13 einzuleiten. Folglich ist es möglich, ein S/N-Verhältnis bei der Signalverarbeitung des elektrooptischen Abtastoszilloskops zu verbessern.

Im übrigen ist es möglich, die vorstehend erwähnten Ausführungsformen derart zu modifizieren, daß die Laserdiode 11 kontinuierliches Licht aussendet. In diesem Fall ist es möglich, eine Signalverarbeitung unter Verwendung der Universal-Meßvorrichtungen, wie z. B. des Echtzeit-Oszilloskops, des Abtastoszilloskops und eines Spektralanalysators, anstelle des EOS-Oszilloskops durchzuführen. Hierbei werden die Photodioden 12, 13 über eine zweckgebundene Steuereinheit oder anderweitig mit der Meßvorrichtung verbunden.

Wie vorstehend beschrieben, besitzt diese Erfindung eine Vielzahl von technischen Merkmalen und Wirkungen, die im folgenden zusammengefaßt werden:

• 1. Die optischen Teile sind in der Sondeneinheit derart angeordnet, daß die optische Achse der eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements von der optischen Achse der austretenden Strahlen des elektrooptischen Elements verschieden ist. Somit ist es unnötig, die Sondeneinheit mit dem optischen Isolator auszustatten, der gegen den Polarisationsdetektor ausgetauscht ist.
• 2. Da der Polarisationsdetektor im Vergleich zum optischen Isolator eine kleine Anzahl an optischen Teilen benötigt, ist es möglich, die Gesamtzahl an optischen Teilen, die für den Aufbau der elektrooptischen Sonde erforderlich sind, zu verringern.
• 3. Aufgrund der Verringerung der Anzahl der optischen Teile der elektrooptischen Sonde ist es möglich, das Ausmaß an Rauschkomponenten zu unterdrücken, die aufgrund der Reflexion an den Oberflächen der optischen Teile entstehen.
• 4. Nur ein einziger Polarisationsstrahlenteiler ist zur Zerlegung der Strahlen erforderlich, die jeweils zu zwei Photodioden verteilt werden sollen. Somit ist es möglich, dieselbe optische Weglänge bezüglich beider in die Photodioden eingespeisten Strahlen einzustellen. Folglich ist es möglich, einen Gleichgewichtsunterschied zwischen den Intensitäten der eintretenden Strahlen der zwei Photodioden zu beseitigen.

Claims (10)

1. Elektrooptische Sonde, die für ein Oszilloskop verwendet wird, umfassend:
eine Laserdiode (11) zum Aussenden von Laserstrahlen auf der Basis eines Steuersignals, das von einem Hauptkörper des Oszilloskops ausgegeben wird;
ein elektrooptisches Element (2), das mit einem Reflektor (2a) auf einer Stirnfläche ausgestattet ist, wobei das elektrooptische Element unter der Wirkung eines elektrischen Feldes, welches sich über einen Metallstift (1a), der mit der Stirnfläche in Kontakt steht, zu diesem ausbreitet, seine optischen Eigenschaften ändert;
eine Sammellinse (10a) zum Bündeln der Laserstrahlen, um konvergente Strahlen zu erzeugen, die in das elektrooptische Element eingespeist werden;
eine Kollimatorlinse (3) zum Umwandeln der reflektierten Strahlen, die den von dem Reflektor reflektierten Laserstrahlen entsprechen, in parallele Strahlen;
einen Polarisationsdetektor (14), der aus einem Viertelwellenlängenplättchen und einem Polarisationsstrahlenteiler aufgebaut ist, zum Zerlegen der parallelen Strahlen, um Polarisationskomponenten von Strahlen zu erzeugen, deren Ausbreitungsrichtungen einander in einem rechten Winkel kreuzen; und
eine Photodiode (13) zum Umwandeln der durch den Polarisationsdetektor zerlegten parallelen Strahlen in elektrische Signale,
wobei eine optische Achse von eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements, die den gebündelten Strahlen entsprechen, von einer optischen Achse von austretenden Strahlen des elektrooptischen Elements, die den von dem Reflektor reflektierten Strahlen entsprechen, verschieden ist.

2. Elektrooptische Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodiode und die Laserdiode mit dem Hauptkörper des Oszilloskops verbunden sind und wobei die Laserdiode die Laserstrahlen in Impulsform auf der Basis des vom Hauptkörper des Oszilloskops ausgegebenen Steuersignals aussendet.

3. Elektrooptische Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode die Laserstrahlen in Form von kontinuierlichem Licht aussendet.

4. Elektrooptische Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatorlinse durch eine Sammellinse (10b) ersetzt ist, welche die durch den Reflektor reflektierten Strahlen sammelt, um konvergente Strahlen zu erzeugen, die in die Photodiode eingespeist werden.

5. Elektrooptische Sonde, die für ein Oszilloskop verwendet wird, das eine Wellenform eines gemessenen Signals mißt, wobei die elektrooptische Sonde folgendes umfaßt:
einen Sondenkopf (1), der einen Metallstift (1a) und ein elektrooptisches Element (2) enthält, wobei das elektrooptische Element auf einer Stirnfläche einen Reflektor (2a) aufweist, welche mit einem Ende des Metallstifts in Kontakt steht, so daß das elektrooptische Element unter der Wirkung eines elektrischen Feldes, das durch das gemessene Signal verursacht wird und das vom Metallstift erfaßt wird, seine optischen Eigenschaften ändert;
eine Laserdiode zum Aussenden von Laserstrahlen gemäß einem vom Oszilloskop ausgegebenen Steuersignal;
eine erste Linse, die einer Sammellinse (10a) entspricht, zum Bündeln der Laserstrahlen, um konvergente Strahlen zu erzeugen, die auf das elektrooptische Element einfallen, wobei die konvergenten Strahlen durch den Reflektor reflektiert werden, um reflektierte Strahlen zu erzeugen, und sich unter der Wirkung des elektrischen Feldes in den Polarisationszuständen ändern;
eine zweite Linse (3 oder 10b) zum Durchlassen der reflektierten Strahlen durch diese hindurch, um durchgelassene Strahlen zu erzeugen;
einen Polarisationsdetektor (14) zum Zerlegen der durchgelassenen Strahlen, um eine erste Strahlenkomponente, die im wesentlichen den durchgelassenen Strahlen entspricht, und eine zweite Strahlenkomponente zu erzeugen, deren optische Achse von einer optischen Achse der ersten Strahlenkomponente verschieden ist;
eine erste Photodiode (13) zum Umwandeln der ersten Strahlenkomponente in ein erstes elektrisches Signal; und
eine zweite Photodiode (12) zum Umwandeln der zweiten Strahlenkomponente in ein zweites elektrisches Signal,
wobei das Oszilloskop die Wellenform des gemessenen Signals auf der Basis des ersten und des zweiten elektrischen Signals mißt und wobei die Laserdiode, die erste Linse, die zweite Linse und der Polarisationsdetektor derart angeordnet sind, daß eine optische Achse von eintretenden Strahlen des elektrooptischen Elements, die den konvergenten Strahlen entsprechen, von einer optischen Achse von austretenden Strahlen des elektrooptischen Elements, die den reflektierten Strahlen entsprechen, verschieden ist.

6. Elektrooptische Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse eine Kollimatorlinse (3) zum Umwandeln der reflektierten Strahlen in parallele Strahlen ist, die in den Polarisationsdetektor als durchgelassene Strahlen eingespeist werden.

7. Elektrooptische Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse eine Sammellinse (10b) zum Bündeln der reflektierten Strahlen ist, um konvergente Strahlen zu erzeugen, die in den Polarisationsdetektor als durchgelassene Strahlen eingespeist werden.

8. Elektrooptische Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsdetektor aus einem Viertelwellenlängenplättchen zum Durchlassen der von der zweiten Linse durchgelassenen Strahlen und einem Polarisationsstrahlenteiler zum Zerlegen der durchgelassenen Strahlen von dem Viertelwellenlängenplättchen aufgebaut ist, um die erste Strahlenkomponente und die zweite Strahlenkomponente zu erzeugen.

9. Elektrooptische Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse (10a) und die Laserdiode (11) entlang eines ersten Strahlengangs derart angeordnet sind, daß die erste Linse um eine erste Brennweite (B1) von der Laserdiode entfernt angeordnet ist, während die erste Linse auch um eine zweite Brennweite (B2) von dem Reflektor des elektrooptischen Elements entfernt angeordnet ist, und wobei die zweite Linse (10b) und die erste Photodiode (13) entlang eines zweiten Strahlengangs, der vom ersten Strahlengang verschieden ist, derart angeordnet sind, daß die zweite Linse um die erste Brennweite (B1) von dem Reflektor des elektrooptischen Elements entfernt angeordnet ist, während die zweite Linse auch um die zweite Brennweite (B2) von der ersten Photodiode entfernt angeordnet ist.

10. Elektrooptische Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oszilloskop ein elektrooptisches Abtastoszilloskop ist.