DE3809977A1 - Elektrooptischer abtaster mit pockels-effekt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die elektro­ optische Abtastung zu analysierender elektrischer Signale und eine Verbesserung von darin vorgesehenen Pockels-Zel­ len.

Ein elektrooptischer Abtaster eignet sich besonders zum Messen von Einschwingsignalen im Picosekunden-Bereich, wie sie von Fotodioden, IS und anderen schnellen Bauelementen erzeugt werden, die entweder mit elektrischer Anregung und elektrischem Ausgangssignal oder mit optischer Anregung und elektrischem Ausgangssignal arbeiten. Wenn die Charakteri­ stiken der Einrichtung bekannt sind, können die elektri­ schen Charakteristiken eines Bauelements gemessen werden.

Elektrooptische Abtasteinrichtungen der hier betroffenen Art verwenden Pockels-Zellen. Eine Pockels-Zelle umfaßt einen elektrooptischen Kristall mit der Eigenschaft ver­ änderlicher Doppelbrechung als Funktion des daran angeleg­ ten elektrischen Feldes.

Dieser Effekt wurde von F. Pockels in Lehrbuch der Kristalloptik, (Teubner, Leipzig, 1906) beschrieben. Der elektrooptische Kristall ist ein teures Element eines elektrooptischen Abtasters. Gemäß der vor­ liegenden Erfindung werden die Einsatzfähigkeit und die Wiederverwendbarkeit der elektrooptischen Kristalle so ver­ bessert, daß die Einsatzmöglichkeiten des elektrooptischen Abtasters erweitert werden können.

Der elektrooptische Kristall wird im folgenden Zusammenhang eingesetzt. Von einem Erzeuger wird ein optischer Impulszug erzeugt und in zwei verschiedene Lichtwege geteilt, und zwar einen Abtaststrahl und einen Anregungsstrahl. Ein sol­ cher Erzeuger ist ein mit Licht sichtbarer Wellenlänge im Picosekunden-Bereich arbeitender Laser. Optische Impulse im ersten Lichtweg lösen die Erzeugung des zu messenden elek­ trischen Signals aus. Dieses elektrische Signal wird mit dem elektrooptischen Kristall gekoppelt, durch den optische Abtastimpulse des zweiten Lichtwegs laufen. Der Kristall liegt in einem Lichtweg zwischen einem ersten und einem zweiten gekreuzten Polarisator. Die feldinduzierte Doppel­ brechung ändert die Polarisation des Abtaststrahls. Die Stärke des Abtaststrahls nach der Polarisationsanalyse wird von einem Detektor, z. B. einer langsamen Fotodiode, erfaßt, die keine Einzelimpulse auflösen muß.

Das Ausgangssignal des Detektors wird einer Verwertungs­ einheit zugeführt. Das elektrische Ausgangssignal des Detektors sowie ein elektrisches Ausgangssignal, das einer Impulsmodulation im Anregungsstrahl entspricht, werden zuerst mit einem synchronisierten Verstärker gekoppelt, der ein der Amplitude des abgetasteten elektrischen Signals proportionales Gleichspannungs-Ausgangssignal synchron mit der Modulation des Anregungsstrahls liefert. Eine Sicht­ anzeige kann erzeugt werden durch Auftragen des Ausgangs­ signals des synchronisierenden Verstärkers während aufein­ anderfolgender Impulsperioden gegen das Ausgangssignal einer mit der Anzeigeeinheit synchronisierten variablen Laufzeitkette. Die prinzipielle Theorie der elektroopti­ schen Abtastung wird von J. A. Valdmanis und G. Mourou in "Electro-Optic Sampling: Testing Picosecond Electronics", Laser Focus/Electro-Optics, Februar 1986, S. 44, und von J. A. Valdmanis, G. A. Mourou und C. W. Gabel in IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-19, 4. Aprilil 1983, S. 664, erläutert. Ein effektiver elektrooptischer Abtaster zur Messung von Signalen mit zeitweiligen Komponenten in der Größenordnung von Picosekunden ist in der US-PS 44 46 425 angegeben.

Bei der am häufigsten angetroffenen Implementierung der elektrooptischen Abtastung ist der elektrooptische Abtaster eine aus drei Teilen bestehende Prüfvorrichtung. Die drei Teile sind ein Metall- oder Keramikträger, ein fotoleiten­ der Schalter und ein elektrooptischer Kristall. Der Träger dient als mechanische Halterung für aktive Bauelemente. Die aktiven Bauelemente umfassen den elektrooptischen Kristall selbst, den fotoleitenden Schalter und das Prüfbauelement. Der fotoleitende Schalter ist typischerweise ein GaAs-Chip von einigen Quadratmillimetern, auf dessen Oberflächen ein metallischer Wellenleiter in Submillimetergröße aufgebracht ist. Der fotoleitende Schalter ist mittels Kleber an einem Ende des Trägers befestigt. Der elektrooptische Kristall kann typischerweise Lithiumtantalat umfassen und hat eine auf seine Oberflächen aufgebrachte Übertragungsleitung, z. B. einen Wellenleiter. Er ist am anderen Ende des Trä­ gers mittels Kleber befestigt. Das Prüfbauelement ist eben­ falls mittels Kleber am Träger zwischen dem Schalter und dem Kristall befestigt. Elektrische Anschlüsse führen typi­ scherweise mit Golddrahtkontaktierungen vom Prüfbauelement zu den Wellenleitern auf dem Schalter und dem Kristall sowie zu einem Vorspannungsnetzwerk. Im Betrieb wird dem fotoleitenden Schalter zweckmäßigerweise eine Vorspannung zugeführt. Wenn er durch den oben beschriebenen Anregungs­ strahl angeregt wird, wird ein elektrischer Impuls mit einer Anstiegszeit im Picosekundenbereich durch den Wellen­ leiter geschickt. Dies ist das Anregungssignal, das das Prüfbauelement anregt bzw. einschaltet. Das Prüfbauelement erzeugt einen elektrischen Ausgangsimpuls, der dann durch den Wellenleiter auf der Kristalloberfläche geschickt wird, wo sein elektrisches Feld die Doppelbrechung des elektro­ optischen Kristalls beeinflußt, und vom zweiten optischen Impulszug abgetastet wird.

Ein Problem stellt sich ein, wenn der Prüfvorgang beendet ist und ein weiteres Bauelement geprüft werden soll. Das Prüfbauelement kann im allgemeinen nicht von der Prüfvor­ richtung abgenommen werden, ohne daß der elektrooptische Kristall zerstört wird, da die hier eingesetzten Werkstof­ fe, typischerweise Lithiumtantalat, zerbrechlich sind. Die Abnahme der Drahtkontaktierungen von den Wellenleitern auf dem elektrooptischen Kristall könnte diese Wellenleiter schwer beschädigen. Die Haftung an den Kristallflächen kann qualitativ nur als annehmbar bezeichnet werden. Unter Berücksichtigung der Zerbrechlichkeit, der sehr geringen Größe und der Kosten einer Wiederaufarbeitung des elektro­ optischen Kristalls ist insbesondere ein häufiger Austausch elektrooptischer Kristalle für die meisten Benutzer nicht akzeptabel.

Bekannte Vorschläge, die zur Vermeidung dieser Probleme gemacht wurden, gehen dahin, grundsätzlich die dauerhafte physische Verbindung zwischen dem Prüfbauelement und einem gesonderten elektrooptischen Kristall zu beseitigen. Bei diesen Methoden muß der Kristall bis auf einige tausendstel Millimeter an das Prüfbauelement gebracht werden. Wenn der Kristall entweder den Träger oder das Prüfbauelement mit mehr als einer minimalen Kraft von z. B. 10 g berührt, würden wahrscheinlich beide zerstört werden. Ein weiterer Vorschlag geht dahin, das Prüfbauelement auf einem Substrat herzustellen, das einen Pockels-Effekt aufweist, wobei das Bauelement/Substrat selbst als elektrooptischer Kristall verwendet wird; dies erlaubt eine kontaktfreie Prüfung ohne die Empfindlichkeits-, Kalibrierungs- und Lageeinstellpro­ bleme anderer kontaktloser Verfahren. In Verbindung mit Silicium-Bauelementen ist dieses Verfahren unbrauchbar, da Silicium den Pockels-Effekt nicht aufweist.

Ein weiterer Vorschlag ist die Verwendung von Steckverbin­ dern, die das Einsetzen und die Entnahme des Prüfbauele­ ments in den bzw. aus dem Signalweg erlauben. Aber kein derzeit verfügbarer Steckverbinder hat eine über 50 GHz hinausgehende Bandbreite, und es sieht so aus, als ob die Erweiterung dieser schwingungsfreien Bandbreite um nahezu eine Größenordnung unwahrscheinlich wäre. Selbst koplanare Wellenleiter einer Größe im Submillimeterbereich weisen eine ausreichende Streuung auf, so daß sie die Anstiegszeit eines Signals von 1 ps nach weniger als 5 mm Fortpflan­ zungsstrecke auf ca. 10 ps steigern. Dieser Effekt ist von einer Signalverzerrung begleitet. Ein anderer Vorschlag für eine kontaktfreie Methode verwendet einen dünnen elektro­ optischen Kristall mit einem dielektrischen hochreflektie­ renden Überzug auf seiner Unterseite, der nahe bzw. in Kontakt mit der Oberseite des koplanaren Ausgangs-Wellen­ leiters angeordnet wird. Die Ausbreitung des elektrischen Felds durch den Wellenleiter durchdringt den Kristall, und von der Unterseite reflektierte Abtastimpulse werden zur Durchführung der Messung genützt. Dieses Verfahren vermei­ det zwar viele der oben angesprochenen Probleme, weist jedoch immer noch den Nachteil auf, daß eine komplexe Posi­ tioniervorrichtung benötigt wird. Dies verlangt ebenfalls die Anwendung des Reflexionsmodus. Wie noch beschrieben wird, ist es erwünscht, entweder einen Reflexions- oder eine Transmissionsmodus anwenden zu können. Gemäß der Erfindung ist es erwünscht, wiederholte Messungen von Prüf­ bauelementen unter Anwendung eines einzigen elektroopti­ schen Kristalls durchführen zu können, der einem speziellen Prüfsystem zugeordnet sein kann.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines wiederverwendbaren elektrooptischen Kristalls in einem elektrooptischen Abtaster; dabei sollen eine elektroopti­ sche Abtastvorrichtung bzw. ein solches Verfahren angegeben werden, wobei ein ohne weiteres wiederverwendbarer elektro­ optischer Kristall mit einem entnehmbaren Probenträger zu­ sammenwirkt. Bei einer solchen elektrooptischen Abtastvor­ richtung soll eine elektrische Übertragungsleitung, die ein einem optischen Abtastimpuls zugängliches elektrisches Signal liefert, auf einem Träger und nicht auf dem elektro­ optischen Kristall gebildet sein. Dabei sollen ferner ein elektrooptischer Abtaster und Untergruppen dafür angegeben werden unter Anwendung eines Verfahrens, bei dem der elek­ trooptische Kristall nicht an elektrischen Übertragungslei­ tungen befestigt ist, so daß eine einfache, schnelle und kostengünstige wiederholte Prüfung möglich ist. Ferner soll der vereinfachte elektrooptische Abtaster gegenüber bekann­ ten Abtastern kostengünstig einsetzbar sein, so daß elek­ trooptische Abtaster von einem wesentlich erweiterten Benutzerkreis verwendet werden können. Ferner sollen der elektrooptische Abtaster und dafür bestimmte Untersysteme sowohl im Reflexions- als auch im Transmissionsmodus arbei­ ten können. Bei dem beschriebenen Abtaster ist ein Prüf­ bauelement auf einem Probenträger befestigt, der eine elek­ trische Übertragungsleitung aufweist und aus der Einrich­ tung entnehmbar ist.

Der elektrooptische Abtaster nach der Erfindung mit Pockels-Effekt, mit einer Wanderwellen-Pockelszelle zur elektrooptischen Abtastung aufeinanderfolgend auftretender Teile eines elektrischen Signals mit sich durch die Zelle fortpflanzenden optischen Impulsen, ist gekennzeichnet durch einen elektrooptischen Kristall, elektrische Über­ tragungsleitungen, auf denen sich das elektrische Signal fortpflanzt unter Erzeugung eines elektrischen Feldes, das für die optischen Abtastimpulse, die sich quer zu den elek­ trischen Übertragungsleitungen durch den elektrooptischen Kristall fortpflanzen, erreichbar ist, einen entnehmbaren Probenträger, auf dem die elektrischen Übertragungsleitun­ gen befestigt sind, und eine Halterung zum mechanischen Haltern des elektrooptischen Kristalls in lösbarem Kontakt mit dem entnehmbaren Probenträger unter Bildung der Pockels-Zelle, wobei der entnehmbare Probenträger eine Vor­ richtung zur Aufnahme eines Prüfbauelements aufweist.

Gemäß der Erfindung wird also ein elektrooptischer Abtaster mit Untergruppen angegeben, wobei ein entnehmbarer Proben­ träger vorgesehen ist, auf dem eine elektrische Übertra­ gungsleitung ausgebildet ist, so daß ein elektrisches Signal so koppelbar ist, daß es von einem optischen Impuls abtastbar ist, wobei ein elektrooptischer Kristall und eine Halterung selektiv mit dem Träger in Verbindung bringbar bzw. davon trennbar sind. Nach erfolgter Messung können der Träger und das Prüfbauelement entnommen und archiviert werden. Bei einer anderen Ausführungsform können auf einem aus Glas bestehenden Träger permanente Übertragungsleitun­ gen aus Gold ausgebildet sein, so daß dieser mit jedem einer Mehrzahl Prüfbauelemente verwendbar ist. Der elektro­ optische Kristall kann wiederverwendet werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise schematisch und teilweise als Block­ diagramm eine Ansicht einer elektrooptischen Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Probenträger, der bei der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 3 eine axonometrische Darstellung, die die räum­ liche Beziehung zwischen einem Probenträger, einem fotoleitenden Schalter, einem elektro­ optischen Kristall und einem Prüfbauelement zeigt;

Fig. 4 und 5 eine Draufsicht bzw. eine Aufsicht auf eine untere Hälfte eines Prüfgestells für die Erfindung;

Fig. 6 und 7 eine Draufsicht bzw. eine Aufsicht auf einen oberen Teil eines Prüfgestells;

Fig. 8 eine axonometrische Ansicht einer Halterung für einen elektrooptischen Kristall; und

Fig. 9 eine teilweise weggebrochene Aufsicht auf ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Prüfsystem.

Fig. 1 zeigt teils schematisch und teils in Blockform die Abtasteinrichtung und ihre Komponenten. Dabei sind auch Teile vorgesehen, die in weiteren Figuren näher beschrieben werden, wobei für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Eine Laserlichtquelle 1 sendet einen opti­ schen Impulszug zu einem Strahlteiler 2, der den Impulszug in einen ersten, optischen Abtastimpulszug 6 und einen zweiten, Anregungsimpulszug 7 teilt. Eine "langsame" Foto­ diode 8 empfängt die resultierenden Impulse, die das Ab­ tastsignal darstellen, und ein Anregungselement bzw. foto­ leitender Schalter 9 erzeugt aufgrund des optischen Anre­ gungsimpulszugs 7 elektrische Impulse. Ein Modulator 11 ist zwischengeschaltet zur Modulation des elektrischen Impuls­ zugs vom fotoleitenden Schalter 9 entweder durch direkte Eingabe oder über einen optischen Modulator 4, der den auf den fotoleitenden Schalter 9 auffallenden Anregungsstrahl moduliert. Die Diode 8 und der Modulator 11 sind mit einem synchronisierenden Verstärker 12 gekoppelt, der in bekann­ ter Weise eine Gleichstrom-Ausgangsamplitude, die dem Aus­ gang der Diode 8 proportional ist, synchron mit dem Ausgang des Modulators 11 liefert. Der Ausgang des synchronisie­ renden Verstärkers 12 kann mit einer Verwertungseinheit 14 verbunden sein, die eine Aufzeichnung und/oder Anzeige des abgetasteten Signals liefert. Die Zeitachse der Verwer­ tungseinheit 14 kann von einem ihr von einer variablen optischen Verzögerungseinheit 15 zugeführten Eingang ange­ steuert werden, wobei die Verzögerungseinheit 15 optisch in den Abtastimpulszug 6 eingekoppelt ist, um auf nichtmodi­ fizierte Impulse von der Laserlichtquelle 1 anzusprechen und ein elektrisches Ausgangssignal an die Verwertungsein­ heit 14 zu liefern, was wiederum in bekannter Weise erfolgt.

Der optische Abtastimpulszug 6 wird durch die variable Ver­ zögerungseinheit 15 geleitet und von einem fakultativ vor­ gesehenen Reflektor 17 durch einen Polarisator 20 und einen Doppelbrechungs-Kompensator 22 geleitet. Die Abtastimpulse im optischen Impulszug 6 tasten beim anschließenden Durch­ laufen eines elektrooptischen Kristalls 30 ein zu erfas­ sendes elektrisches Signal ab; der elektrooptische Kristall 30 kann dabei irgendein bekannter Kristall mit Pockels- Effekt, z. B. Lithiumtantalat, sein. Die Abtastimpulse werden dann durch einen Analysator 32 zu der Diode 8 ge­ schickt. Die Diode 8 kann aus zwei differentiell ausgeleg­ ten Dioden bestehen. In Fig. 1 ist die Strichlinie schema­ tisch und gibt nicht den einzigen erforderlichen Weg für den Abtastimpulszug 6 wieder. Der elektrooptische Kristall 30 kann im Transmissionsmodus arbeiten, wobei der Impulszug 6 gerade durch den Kristall 30 geht. Als Alternative zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform, bei der eine Oberfläche oder mehrere Oberflächen des elektrooptischen Kristalls 30 reflektierend ausgebildet sind. Der optische Abtastimpuls­ zug 6 tritt in den Kristall 30 ein und wird von diesem zum Analysator 32 reflektiert. Im Reflexionsmodus kann der Analysator 32 den Polarisator 20 umfassen. Bei einer sol­ chen Ausführungsform befinden sich sowohl der Analysator 32 als auch der Polarisator 20 auf derselben Seite des elek­ trooptischen Kristalls 30. Da die Strichliniendarstellung in Fig. 1 sowohl eine Gerade als auch eine abgewinkelte Linie sein könnte, repräsentiert Fig. 1 beide Ausführungs­ formen.

Die Doppelbrechung des elektrooptischen Kristalls 30 wird durch ein von einem Prüfbauelement 35 erzeugtes elektri­ sches Feld beeinflußt. Gemäß der Erfindung sind das Prüf­ bauelement 35 und der fotoleitende Schalter 9 sämtlich auf einem Probenträger 40 angeordnet, während der elektroopti­ sche Kristall 30 in seinem Zustand lösbaren Kontakts ge­ zeigt ist. Der Probenträger 40 und seine Beziehung zu den von ihm aufgenommenen Komponenten sind in den Fig. 2 und 3 ebenso wie in Fig. 1 gezeigt. Dabei ist Fig. 2 eine Drauf­ sicht auf den Probenträger 40, und Fig. 3 ist eine axono­ metrische Ansicht des Probenträgers 40 und seiner Beziehung zu den auf ihm befindlichen Komponenten. Auf dem Proben­ träger 40 sind elektrische Übertragungsleitungen 45 befe­ stigt.

Die elektrischen Übertragungsleitungen 45 sind parallele Leiter 46 zum Koppeln von Signalen an den fotoleitenden Schalter 9 und von dem Prüfbauelement 35. Die Leiter 46 werden als in Querrichtung verlaufend beschrieben. An ent­ gegengesetzten Querenden des Probenträgers 40 enden die Leiter 46 in Anschlußabschnitten 47 zum Anschluß an eine Steuerelektronik (Fig. 9). In einem in Querrichtung mitt­ leren Abschnitt auf der Oberfläche 41 des Probenträgers 40 verlaufen seitlich Widerstandsflecke 50 zum Koppeln von Vorspannungen an das Prüfbauelement 35. Anzahl und Form der Widerstandsflecke 50 sind eine Funktion der Art bzw. der Arten der zu verwendenden Prüfbauelemente. Das Anregungs­ element bzw. der fotoleitende Schalter 9 ist z. B. mittels Kleber auf dem Probenträger 40 befestigt. Der Probenträger 40 kann aus Glas bestehen. Kontaktierdrähte 52 aus Gold verbinden den fotoleitenden Schalter 9 mit einem ersten Abschnitt der Leiter 46. Der fotoleitende Schalter 9 ist so geschaltet, daß er das Prüfbauelement 35 anregt. Das Prüf­ bauelement 35 weist Kontaktierdrähte 55 aus Gold auf, die mit einem gesonderten Abschnitt des Leiters 46 verbunden sind. Die Kontaktierdrähte 55 sind absichtlich kurz gehal­ ten. Nach der Erfindung wird der elektrooptische Kristall 30 auf dem Probenträger 40 angeordnet und mechanisch (durch noch zu beschreibende Mittel) gegen die elektrischen Über­ tragungsleitungen 45 so nahe wie möglich an die Anschlüsse 55 des Prüfbauelements 35 vorgespannt, so daß optische Impulse, die in den elektrooptischen Kristall 30 übertragen werden, von dem vom Prüfbauelement 35 erzeugten elektri­ schen Feld beeinflußt werden.

Wenn der fotoleitende Schalter 9 mit einem kurzen Licht­ impuls im Anregungsimpulszug 7 von der Laserlichtquelle 1 angeregt wird, wird ein elektrischer Impuls mit einer An­ stiegszeit im Picosekundenbereich durch die elektrischen Übertragungsleitungen 45 geschickt. Dies ist das Signal, das das Prüfbauelement 35 anregt. Bei einer alternativen Ausführungsform zur Messung eines durch Licht angeregten Bauelements mit elektrischem Ausgangssignal umfaßt der fotoleitende Schalter 9 das Prüfbauelement 35. Das Prüf­ bauelement 35 wird direkt von einem Anregungsstrahl 7 an­ geregt und schickt ein elektrisches Ausgangssignal aus, das ein den Kristall 30 beeinflussendes Feld erzeugt. Dessen Doppelbrechung wird geändert, und diese Änderung wird durch den optischen Abtastimpulszug 6 abgetastet. Das dadurch bewirkte Ausmaß der Polarisationsrotation wird von der Diode 8 in Verbindung mit dem Analysator 32 erfaßt unter Bildung einer elektrischen Anzeige des von dem Prüfbauele­ ment erzeugten Signals. Dieses wird einer Verwertungsein­ heit in bekannter Weise von dem synchronisierten Verstärker 12 zugeführt.

Der Probenträger 40 umfaßt optische Übertragungsmittel in Ausrichtung mit dem elektrooptischen Kristall 30 zur Über­ tragung des optischen Abtastimpulszugs 6 durch diese, wenn der Kristall 30 im Transmissionsmodus verwendet wird. Im praktischen Betrieb liegen der Kristall 30 und der Proben­ träger 40 im Strahlengang des optischen Abtastimpulszugs 6.

Der Kristall 30 ist in lösbarer Verbindung mit dem Proben­ träger 40 über mechanische Vorspannmittel gehalten, die unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 noch erläutert wer­ den. Wenn die Einrichtung verwendet wird, können der Pro­ benträger und die darauf befindlichen Komponenten die räum­ liche Beziehung nach Fig. 3 aufweisen. Da die elektrischen Übertragungsleitungen 45 auf dem Probenträger 40 und nicht auf dem Kristall 30 ausgebildet sind, kann der Kristall 30 ohne weiteres vom Probenträger 40 gelöst werden. Da Kri­ stalle 30 sowohl zerbrechlich als auch, im Vergleich mit anderen Komponenten der Einrichtung, sehr teuer sind, wird durch die Erleichterung ihres erneuten Einsatzes das Anwen­ dungsgebiet der elektrooptischen Abtastung erweitert. Wenn ein Kristall 30 nur ein- oder zweimal verwendbar ist, kann er zu wichtigen Forschungszwecken eingesetzt werden. Dadurch, daß der Kristall 30 wiederverwendbar ist, kann er auch großtechnisch zur Messung von Prüfbauelementen wie z. B. GaAs-FET′s eingesetzt werden. Nach beendeter Messung und Trennung des Kristalls 30 vom Probenträger 40 verblei­ ben der Probenträger 40 und das Prüfbauelement 35 sowie der fotoleitende Schalter bzw. das Anregungselement 9 als eine Einheit. Der Probenträger 40 ist von einem Gestell 45 ab­ nehmbar, wie noch erläutert wird. Für spätere Referenz­ zwecke kann der abgenommene Probenträger 40 mit dem darauf befestigten Prüfbauelement 35 leicht archiviert werden.

Die Prüfeinrichtung umfaßt ferner ein Prüfgestell mit einer unteren Hälfte, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, und einer oberen Hälfte, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Die Halterungs- und mechanischen Vorspannmittel zum Halten des elektrooptischen Kristalls 30 sind in der auseinander­ gezogenen axonometrischen Ansicht von Fig. 8 dargestellt. Fig. 9 zeigt eine Einrichtung nach der Erfindung.

Die untere Hälfte des Prüfgestells (Fig. 4 und 5) besteht aus einem Block 64, der z. B. aus Delrin (Wz) besteht. Eine mittige, vertikal verlaufende Öffnung 66 dient dem Licht­ durchtritt. Eine eine Plattform bildende hinterschnittene Schulter 67 ist in einer Oberseite 68 des Blocks 64 ausge­ bildet zur Halterung eines Probenträgers 40 in Ausrichtung mit der Öffnung 66. Zwei Positionierstifte 71 und 72 sind an in Querrichtung versetzten Abschnitten des Blocks 64 vorgesehen und positionieren die nachstehend beschriebene obere Hälfte des Prüfgestells in bezug auf den Block 64. Schwenkbare Stützstifte 75 und 76 stützen die obere Hälfte und sorgen für eine erste oder "Offen"stellung, in der eine Abdeckung hochgeklappt ist, und eine zweite oder "Schließ"stellung, in der die Abdeckung in Eingriff mit den Positionierstiften 71 und 72 gebracht und in bezug auf den Block 64 und den Probenträger 40 fixiert ist, wenn der Probenträger 40 auf der Umfangsschulter 67 aufliegt.

Die obere Hälfte des Prüfgestells umfaßt einen Abdeckblock 80 mit einer Mittenöffnung 82, die in der Schließstellung mit der Öffnung 66 deckungsgleich ist. Löcher 84 und 85 im Block 80 nehmen obere Abschnitte der Gelenkstifte 75 und 76 auf, so daß der Block 80 schwenkbar mit der Basis 64 ver­ bunden ist. Bohrungen 86 und 87 wirken mit den Positionier­ stiften 71 und 72 zusammen, so daß bei in der zweiten bzw. Schließstellung befindlichem Prüfgestell die Positionier­ stifte 71 und 72 als Ausrichtmittel gegen die Bohrungen 86 und 87 wirken. Koaxiale Anschlußstifte 90 und 91, die mit Durchverbindungen 92 und 93 verbunden sind, sind zum An­ koppeln von Signalen an die Anschlußabschnitte 47 (Fig. 3) vorgesehen. Weitere Verbinder 94 verlaufen ebenfalls durch den Block 80 für noch zu beschreibende Anschlüsse.

Fig. 8 zeigt Mittel zum mechanischen Vorspannen des Kri­ stalls 30 gegenüber dem Probenträger 40, wenn sich das Prüfgestell in der zweiten bzw. Schließstellung befindet. Eine lichtdurchlässige Platte 100 ist vorgesehen, auf deren Unterseite 101 der Kristall 30 mittels eines optischen Klebers befestigt ist. Befestigungselemente 102, z. B. Muttern, sichern unter Federvorspannung stehende Gewinde­ stifte 104 und 105 auf der Kristallhalteplatte 100. Die Gewindestifte 104 und 105 sind jeweils von einer Feder 106 bzw. 107 umgeben. Die Gewindestifte 104 und 105 sind an dem Block 80 fixiert, und die Federn 106 und 107 beaufschlagen die Kristallhalteplatte 100 mit einer Vorspannkraft. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Kristall 30 mittels einer Unterdruckhalterung oder anderweitig gegen den Probenträger 40 vorgespannt sein.

Fig. 9 zeigt die Gesamtanordnung, wobei die Einrichtung in der zweiten bzw. Schließstellung und teilweise weggebrochen dargestellt ist und einen Probenträger 40 zeigt, der in der Öffnung 66 aufgenommen und auf der Schulter 67 abgestützt ist. Von den Durchverbindern 92 und 93 gehen ohmsche An­ schlüsse 112 zu Kontaktflecken 47 auf dem Probenträger 40. Die Kristallvorspann- und Halteeinheit 99 hält den Kristall 30 in der Lage von Fig. 3. Die Laserlichtquelle 1 ist so angeordnet, daß sie einen mit den Öffnungen 82 und 66 fluchtenden Strahl projiziert, und ferner ist ein Elektro­ nikgehäuse 110 mit den in Fig. 1 gezeigten weiteren Kom­ ponenten einschließlich eines konventionellen Signalgebers zum Koppeln der Kontaktflecke 47 und 50 von Fig. 3 vorge­ sehen. Ohmsche Kontakte 111 koppeln Anschlüsse 94 im Block 80 an Kontaktflecke 50 auf dem Probenträger 40. In der zweiten Stellung arbeitet die Einrichtung so, wie in Ver­ bindung mit Fig. 1 erläutert wurde. Wenn ein Probenträger 40 entfernt werden und der Kristall 30 mit einem anderen Probenträger 40 verwendet werden soll, wird der Block 80 in die erste bzw. Offenstellung gehoben. Dabei wird insbeson­ dere die Abdeckung 80 um eine Achse geschwenkt, die in Querrichtung mit einer Geraden ausgerichtet ist, die von dem Gelenkstift 75 zu dem Gelenkstift 76 verläuft, und die Kristallvorspann- und -halteeinheit 99 hebt den Kristall 30 außer Kontakt mit dem Probenträger 40. Ein neuer Proben­ träger 40 kann dann in die Einheit eingesetzt werden. Alternativ kann ein erster Probenträger 40 wiederaufgear­ beitet werden, wobei das geprüfte Bauelement entfernt und ein neues Prüfbauelement 35 daran befestigt wird. Da die Übertragungsleitungen 45 fester an den anderen auf dem Probenträger befindlichen Materialien haften als an dem zerbrechlichen elektrooptischen Kristall 30, ist ein sol­ cher Wechsel zuverlässig und einfach durchführbar.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung kann selbstver­ ständlich in verschiedenster Weise modifiziert werden. Sie kann im Transmissions- oder im Reflexionsmodus arbeiten. Für die elektrische Vorspannung des Prüfbauelements und die elektrischen Übertragungsleitungen kann natürlich auch eine abweichende Anzahl Leiter verwendet werden.

Claims (14)

1. Elektrooptischer Abtaster mit Pockels-Effekt, mit einer Wanderwellen-Pockelszelle zur elektrooptischen Abtastung aufeinanderfolgend auftretender Teile eines elektrischen Signals mit sich durch die Zelle fortpflan­ zenden optischen Impulsen, gekennzeichnet durch
einen elektrooptischen Kristall (30),
elektrische Übertragungsleitungen (45), auf denen sich das elektrische Signal fortpflanzt unter Erzeugung eines elek­ trischen Feldes, das für die optischen Abtastimpulse, die sich quer zu den elektrischen Übertragungsleitungen (45) durch den elektrooptischen Kristall fortpflanzen, erreich­ bar ist,
einen entnehmbaren Probenträger (40), auf dem die elektri­ schen Übertragungsleitungen (45) befestigt sind, und eine Halterung (99) zum mechanischen Haltern des elektro­ optischen Kristalls (30) in lösbarem Kontakt mit dem ent­ nehmbaren Probenträger (40) unter Bildung der Pockels- Zelle, wobei der entnehmbare Probenträger (40) eine Vor­ richtung zur Aufnahme eines Prüfbauelements (35) aufweist.

2. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß optische Impulse durch den im Transmissionsmodus wir­ kenden elektrooptischen Kristall (30) geschickt werden und daß der Probenträger (40) mit dem elektrooptischen Kristall (30) fluchtende Übertragungsmittel zum Leiten von Abtast­ impulsen durch diese aufweist.

3. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrooptische Kristall (30) Mittel zum Empfang und zur Reflexion der elektrooptischen Abtastimpulse aufweist.

4. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Plattform (64, 67) zur Aufnahme des entnehmbaren Probenträgers (40) vorgesehen ist, an der die Halterung (99) schwenkbar befestigt ist, daß die Halterung mechani­ sche Vorspannmittel (104-107) aufweist, die den elektro­ optischen Kristall (30) zum entnehmbaren Probenträger (40) hin vorspannen, und daß Elemente (71, 72) vorgesehen sind, die eine Eingriffslage der Halterung definieren, in der der elektrooptische Kristall (30) in Kontakt mit dem entnehm­ baren Probenträger (40) gehalten ist, und daß die Plattform eine mit dem elektrooptischen Kristall (30) ausgerichtete Öffnung (66) aufweist, die eine Bahn für die optischen Abtastimpulse bildet.

5. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein auf dem entnehmbaren Probenträger (40) befestigtes Prüfbauelement (35), das der Pockels-Zelle ein Signal zuführt.

6. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfbauelement ein optisch anregbarer elektrischer Emitter ist.

7. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfbauelement ein elektrisch anregbarer elektri­ scher Emitter ist und daß ein optisch anregbarer elektri­ scher Emitter vorgesehen ist, der mit dem Prüfbauelement gekoppelt ist und dem elektrooptischen Kristall (30) ein elektrisches Ausgangssignal zuführt.

8. Elektrooptischer Abtaster, gekennzeichnet durch
eine Aufnahmeeinheit (64, 67),
einen Probenträger (40), der entnehmbar und fest in der Aufnahmeeinheit aufgenommen ist,
elektrische Übertragungsleitungen (45), die auf dem ent­ nehmbaren Probenträger (40) befestigt sind,
einen elektrooptischen Kristall (30),
eine Halterung (99), die den elektrooptischen Kristall selektiv in einer ersten Lage außer Kontakt mit dem ent­ nehmbaren Probenträger (40) und in einer zweiten Lage in mechanischem Kontakt mit dem entnehmbaren Probenträger (40) mechanisch haltert, so daß in der zweiten Lage der Proben­ träger (40) von einem optischen Abtaststrahl und einem elektrischen Signal, das auf der elektrischen Übertragungs­ leitung (45) zugeführt wird, erreichbar ist.

9. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Öffnungen (66, 82), die durch die Aufnahmeeinheit und die Halterung einen Weg für Abtastimpulse zu dem elektroopti­ schen Kristall (30) definieren.

10. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Prüfbauelement (35), das auf dem entnehmbaren Proben­ träger (40) mechanisch befestigt ist und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das von dem elektrooptischen Kri­ stall (30) abtastbar ist, wobei elektrische Verbindungen (90-93) zum Anschluß an die elektrischen Übertragungslei­ tungen (45) vorgesehen sind.

11. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfbauelement einen optisch anregbaren elektri­ schen Emitter umfaßt.

12. Elektrooptischer Abtaster nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfbauelement einen elektrisch anregbaren elektri­ schen Emitter umfaßt und daß ein optisch anregbarer elek­ trischer Emitter vorgesehen ist, der mit dem Prüfbauelement gekoppelt ist zur Lieferung eines elektrischen Ausgangs­ signals an den elektrooptischen Kristall (30).

13. Verfahren zur Durchführung einer elektrooptischen Ab­ tastung mit Pockels-Effekt unter Anwendung einer Laufwel­ len-Pockels-Zelle zur elektrooptischen Abtastung von auf­ einanderfolgend auftretenden Teilen eines elektrischen Signals mit sich durch die Zelle fortpflanzenden optischen Impulsen, wobei vorgesehen sind ein elektrooptischer Kri­ stall, elektrische Übertragungsleitungen, auf denen sich das elektrische Signal fortpflanzt unter Erzeugung eines elektrischen Feldes, das von den optischen Abtastimpulsen, die sich durch den elektrooptischen Kristall quer zu den elektrischen Übertragungsleitungen fortpflanzen, erreichbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein entnehmbarer Probenträger (40) vorgesehen wird, auf dem die elektrischen Übertragungsleitungen (45) befestigt sind, daß der elektrooptische Kristall (30) in lösbarem Kontakt mit dem Probenträger (40) unter Bildung der Pockels-Zelle für die Abtastung gehaltert wird, und daß der elektrooptische Kristall (30) selektiv von dem Probenträger (40) getrennt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere entnehmbare Probenträger vorgesehen werden, die jeweils selektiv mit dem elektrooptischen Kristall in Kon­ takt gebracht werden.