JP2577581B2 - 電圧検出装置 - Google Patents
電圧検出装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光変調器を用いてピコ秒オーダの時間分解
能で電圧を検出する電圧検出装置に関する。
能で電圧を検出する電圧検出装置に関する。
従来、光変調器を用いて電圧を検出する装置が知られ
ている。
ている。
第４図、第５図はそれぞれ米国特許第4,446,425号、1
986年10月15日に欧州特許庁で発行された特許出願公開
明細書第0,197,196号に開示されているこの種の従来の
電圧検出装置の概略構成図である。
986年10月15日に欧州特許庁で発行された特許出願公開
明細書第0,197,196号に開示されているこの種の従来の
電圧検出装置の概略構成図である。
第４図の電圧検出装置では、パルス光源50から120フ
ェムト秒程度の短光パルスを繰出し出力し、この短光パ
ルスをチョッパ51,可変遅延器52を介し被測定物53,例え
ば光電スイッチに入力させる一方、光変調器40に入射さ
せている。光変調器40は、偏光子55,ポッケルスセル54,
位相補償器56,検光子57で構成され、入射した短光パル
スが被測定物53からの電圧により変調される現象を利用
し、電圧波形を光強度の形で取出すようになっている。
より詳しくは短光パルスに同期して被測定物53から出力
される検出されるべき電圧を光変調器40のポッケルスセ
ル54に加える一方、ポッケルスセル54にはパルス光源50
からの短光パルスのうち偏光子55によって抽出された所
定の偏光成分のものを入射させる。ポッケルスセル54に
は、電圧の印加で屈折率が変化する例えばLiNbO3,LiTaO
3などの電気光学材料が用いられている。電気光学材料
の上記性質によって、ポッケルスセル54に入射した短光
パルスは、被測定物53からの電圧により偏光状態が変化
し変調されて出射光として出射し、位相補償器56を介し
て検光子57に入射する。検光子57では、位相補償器56か
らの出射光から直交する２つの偏光成分を抽出し、それ
ぞれ変調された光強度信号を光変調器40からの出力とし
て光検出器58,59に入射させるようになっている。光検
出器58,59では、各偏光成分の光強度を検出し、差動増
幅器60で光検出器58,59からの出力信号を差動増幅し、
ロックインアンプ61,平均器62を介し検出結果をディス
プレイ63に表示するようになっている。
ェムト秒程度の短光パルスを繰出し出力し、この短光パ
ルスをチョッパ51,可変遅延器52を介し被測定物53,例え
ば光電スイッチに入力させる一方、光変調器40に入射さ
せている。光変調器40は、偏光子55,ポッケルスセル54,
位相補償器56,検光子57で構成され、入射した短光パル
スが被測定物53からの電圧により変調される現象を利用
し、電圧波形を光強度の形で取出すようになっている。
より詳しくは短光パルスに同期して被測定物53から出力
される検出されるべき電圧を光変調器40のポッケルスセ
ル54に加える一方、ポッケルスセル54にはパルス光源50
からの短光パルスのうち偏光子55によって抽出された所
定の偏光成分のものを入射させる。ポッケルスセル54に
は、電圧の印加で屈折率が変化する例えばLiNbO3,LiTaO
3などの電気光学材料が用いられている。電気光学材料
の上記性質によって、ポッケルスセル54に入射した短光
パルスは、被測定物53からの電圧により偏光状態が変化
し変調されて出射光として出射し、位相補償器56を介し
て検光子57に入射する。検光子57では、位相補償器56か
らの出射光から直交する２つの偏光成分を抽出し、それ
ぞれ変調された光強度信号を光変調器40からの出力とし
て光検出器58,59に入射させるようになっている。光検
出器58,59では、各偏光成分の光強度を検出し、差動増
幅器60で光検出器58,59からの出力信号を差動増幅し、
ロックインアンプ61,平均器62を介し検出結果をディス
プレイ63に表示するようになっている。
なお、可変遅延器52は、被測定物53からの電圧発生タ
イミングを徐々に遅延させて電圧波形のサンプリング点
を定めるためのものである。またロックインアンプ61
は、差動増幅器60からの出力のうち、チョッパ51の周波
数で定まる周波数成分だけを増幅して取出すようになっ
ており、これによりノイズを減少させることができる。
また、平均器62はロックインアンプ61の出力を平均化す
るようになっている。
イミングを徐々に遅延させて電圧波形のサンプリング点
を定めるためのものである。またロックインアンプ61
は、差動増幅器60からの出力のうち、チョッパ51の周波
数で定まる周波数成分だけを増幅して取出すようになっ
ており、これによりノイズを減少させることができる。
また、平均器62はロックインアンプ61の出力を平均化す
るようになっている。
このような構成の電圧検出装置では、光変調器40のポ
ッケルスセル54に電圧Ｖが加わると、光変調器40から光
検出器59に出力される出射光の光強度Ｉは、電圧Ｖに対
して第６図（ａ）に示すようなＶ−Ｉ特性となる。いま
被測定物53からの電圧が光変調器40,より詳しくはポッ
ケルスセル54に加わっていないときに光検出器59への光
強度Ｉは、位相補償器56の設定を変えることによって変
化する。ここで最大の光強度をI0とするとき、光検出器
59への光強度を光強度I0の50％となるように位相補償器
56を設定すると、第６図（ａ）のＶ−Ｉ特性からわかる
ように、光変調器40には見かけ上、動作点電圧Ｖπ/2が
加わったときと等価になり動作点がＡで示すところに定
められる。位相補償器56をこのように設定すると、光変
調器40に被測定物53から第６図（ｂ）に示すような変調
電圧ΔＶが加わるとき、検光子57から光検出器59に入射
する出射光の光強度Ｉは第６図（ｃ）のようになる。第
６図（ａ）乃至（ｃ）からわかるように動作点Ａでは検
光子57からの出射光の光強度Ｉは電圧変化にほぼ比例し
て最も大きく変化するので、最大の交流成分IACを得る
ことができる。一方、動作点Ａでは光強度Ｉに直流成分
IDCが含まれているが、差動増幅器60において光検出器5
8,59からの互いに逆位相の２つの出力信号を差動増幅す
ることにより直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを電
圧検出結果として感度良く検出することができる。また
差動増幅器60からの出力は、ロックインアンプ61に加わ
り、チョッパ51の周波数、例えば1KHZで定まる周波数成
分のみが増幅され、ノイズを減少させることができる。
ッケルスセル54に電圧Ｖが加わると、光変調器40から光
検出器59に出力される出射光の光強度Ｉは、電圧Ｖに対
して第６図（ａ）に示すようなＶ−Ｉ特性となる。いま
被測定物53からの電圧が光変調器40,より詳しくはポッ
ケルスセル54に加わっていないときに光検出器59への光
強度Ｉは、位相補償器56の設定を変えることによって変
化する。ここで最大の光強度をI0とするとき、光検出器
59への光強度を光強度I0の50％となるように位相補償器
56を設定すると、第６図（ａ）のＶ−Ｉ特性からわかる
ように、光変調器40には見かけ上、動作点電圧Ｖπ/2が
加わったときと等価になり動作点がＡで示すところに定
められる。位相補償器56をこのように設定すると、光変
調器40に被測定物53から第６図（ｂ）に示すような変調
電圧ΔＶが加わるとき、検光子57から光検出器59に入射
する出射光の光強度Ｉは第６図（ｃ）のようになる。第
６図（ａ）乃至（ｃ）からわかるように動作点Ａでは検
光子57からの出射光の光強度Ｉは電圧変化にほぼ比例し
て最も大きく変化するので、最大の交流成分IACを得る
ことができる。一方、動作点Ａでは光強度Ｉに直流成分
IDCが含まれているが、差動増幅器60において光検出器5
8,59からの互いに逆位相の２つの出力信号を差動増幅す
ることにより直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを電
圧検出結果として感度良く検出することができる。また
差動増幅器60からの出力は、ロックインアンプ61に加わ
り、チョッパ51の周波数、例えば1KHZで定まる周波数成
分のみが増幅され、ノイズを減少させることができる。
また第５図の電圧検出装置では、直流光源70からのCW
光を光変調器40を介してストリークカメラ71に加え、被
測定物53からの電圧によって変化する検光子57からの出
射光の光強度をストリークカメラ71で観測し、ディスプ
レイ63に表示して電圧を検出するようになっている。な
お、被測定物53から出力される電圧、およびロックイン
アンプ61の動作は、パルス発生器72からのパルスと同期
している。またストリークカメラ71の偏向器（図示せ
ず）に加わる掃引電圧は、パルス発生器72からのパルス
に対し、位相シフタ73により徐々にずれたタイミングと
なっている。
光を光変調器40を介してストリークカメラ71に加え、被
測定物53からの電圧によって変化する検光子57からの出
射光の光強度をストリークカメラ71で観測し、ディスプ
レイ63に表示して電圧を検出するようになっている。な
お、被測定物53から出力される電圧、およびロックイン
アンプ61の動作は、パルス発生器72からのパルスと同期
している。またストリークカメラ71の偏向器（図示せ
ず）に加わる掃引電圧は、パルス発生器72からのパルス
に対し、位相シフタ73により徐々にずれたタイミングと
なっている。
このような構成の電圧検出装置では、検出器としてス
トリークカメラ71を用いているため、動作点を第６図
（ａ）に符号Ｂで示すところに設定する。すなわちスト
リークカメラ71では、ダイナミックレンジを大きくとれ
ず、光強度Ｉの直流成分IDCが大きいと検出されるべき
信号としての交流成分IACを観測することができないの
で、光変調器40に加わる電圧Ｖが“0"Vのときにストリ
ークカメラ71への光強度Ｉが最小となるよう位相補償器
56を設定し、動作点がＢで示すところに定められる。
トリークカメラ71を用いているため、動作点を第６図
（ａ）に符号Ｂで示すところに設定する。すなわちスト
リークカメラ71では、ダイナミックレンジを大きくとれ
ず、光強度Ｉの直流成分IDCが大きいと検出されるべき
信号としての交流成分IACを観測することができないの
で、光変調器40に加わる電圧Ｖが“0"Vのときにストリ
ークカメラ71への光強度Ｉが最小となるよう位相補償器
56を設定し、動作点がＢで示すところに定められる。
この動作点Ｂは、直流成分IDCを極めて小さくするこ
とができるので、直流成分IDCに対する交流成分IACの比
として定まる変調器MODを最大にすることができてダイ
ナミックレンジの狭いストリークカメラ71においても交
流成分IACを観測することができる。なお動作点Ｂは、
動作点Ａに比べ交流成分IACががなり減少するが、スト
リークカメラ71の増倍機能により交流成分IACを増倍し
測定可能にしている。
とができるので、直流成分IDCに対する交流成分IACの比
として定まる変調器MODを最大にすることができてダイ
ナミックレンジの狭いストリークカメラ71においても交
流成分IACを観測することができる。なお動作点Ｂは、
動作点Ａに比べ交流成分IACががなり減少するが、スト
リークカメラ71の増倍機能により交流成分IACを増倍し
測定可能にしている。
第４図の電圧検出装置では、動作点をＡに設定し最大
の交流成分IACを得ることができるものの、光強度Ｉに
は直流成分IDCも含まれるため、ダイナミックレンジの
狭い一般的な高速光検出器としてのストリークカメラを
用いることができず、これにより光源には高価で取扱い
が難かしいパルス光源を用いねばならないという問題が
あった。またパルス光源からの短光パルスはそのスペク
トル幅が広いためにポッケルスセル54において複屈折の
波長分散が生じ、これを補正しなければならないという
問題があった。
の交流成分IACを得ることができるものの、光強度Ｉに
は直流成分IDCも含まれるため、ダイナミックレンジの
狭い一般的な高速光検出器としてのストリークカメラを
用いることができず、これにより光源には高価で取扱い
が難かしいパルス光源を用いねばならないという問題が
あった。またパルス光源からの短光パルスはそのスペク
トル幅が広いためにポッケルスセル54において複屈折の
波長分散が生じ、これを補正しなければならないという
問題があった。
一方、第５図の電圧検出装置では、動作点をＢに設定
し、直流成分IDCを著しく減少させているので、直流光
源70とストリークカメラ71との組合せが可能となるが、
ダイナミックレンジの狭い一般的なストリークカメラを
用いているため、動作点はＢに固定され動作点を自由に
設定することができず、融通性に欠けるという問題があ
った。
し、直流成分IDCを著しく減少させているので、直流光
源70とストリークカメラ71との組合せが可能となるが、
ダイナミックレンジの狭い一般的なストリークカメラを
用いているため、動作点はＢに固定され動作点を自由に
設定することができず、融通性に欠けるという問題があ
った。
また動作点を光量が最小となるところに設定している
ので、暗電流による雑音の影響を受け易く、さらには直
線性の良い出力信号を得ることができないという問題が
あった。
ので、暗電流による雑音の影響を受け易く、さらには直
線性の良い出力信号を得ることができないという問題が
あった。
本発明は、動作点を自由に設定できて、また光源から
の光量が多い場合にも光検出器を飽和させずに被測定物
の電圧を極めて高感度にかつ直線性良く検出することの
可能な電圧検出装置を提供することを目的としている。
の光量が多い場合にも光検出器を飽和させずに被測定物
の電圧を極めて高感度にかつ直線性良く検出することの
可能な電圧検出装置を提供することを目的としている。
本発明は、検出されるべき電圧に対応した光強度信号
を出力する光変調手段と、光変調手段からの光強度信号
を検出するサンプリング型高速光検出手段とを備え、前
記光強度信号は、前記サンプリング型高速光検出手段に
入射する以前にチョップされていることを特徴とする電
圧検出装置によって、上記従来技術の問題点を改善する
ものである。
を出力する光変調手段と、光変調手段からの光強度信号
を検出するサンプリング型高速光検出手段とを備え、前
記光強度信号は、前記サンプリング型高速光検出手段に
入射する以前にチョップされていることを特徴とする電
圧検出装置によって、上記従来技術の問題点を改善する
ものである。
本発明では、光変調手段に被測定物の電圧が加わる
と、入射光はその偏光状態が変化し変調されて、電圧の
大きさに対応した光強度信号となって光変調手段から出
力され、サンプリング型高速光検出手段に入力する。サ
ンプリング型高速光検出手段では、この光強度信号をサ
ンプリング抽出し光強度波形として観測し、これに基づ
き被測定物の電圧を検出する。ところでサンプリング型
高速光検出手段は、ダイナミックレンジが広いので、光
変調手段からの光強度信号に直流成分が含まれていて
も、検出されるべき信号としての交流成分を観測するこ
とができて、光変調手段の動作点を所望のところに自由
に設定できる。しかしながら、サンプリング型高速光検
出手段にその入力許容レベル以上の強度の光強度信号が
入力したときには、正常に動作しない。そこで本発明で
はサンプリング型高速光検出手段に入力する以前に光強
度信号をチョップし、サンプリング型高速光検出手段へ
の総入射光量を入力許容レベル以下にしている。このと
き総入射光量は減少するもののサンプリングされるべき
光強度信号の光量は減少していないので、これを高感度
に検出できる。なお光強度信号の交流成分が最大となる
よう動作点を設定すると、極めて高感度にかつ直線性良
く検出できる。
と、入射光はその偏光状態が変化し変調されて、電圧の
大きさに対応した光強度信号となって光変調手段から出
力され、サンプリング型高速光検出手段に入力する。サ
ンプリング型高速光検出手段では、この光強度信号をサ
ンプリング抽出し光強度波形として観測し、これに基づ
き被測定物の電圧を検出する。ところでサンプリング型
高速光検出手段は、ダイナミックレンジが広いので、光
変調手段からの光強度信号に直流成分が含まれていて
も、検出されるべき信号としての交流成分を観測するこ
とができて、光変調手段の動作点を所望のところに自由
に設定できる。しかしながら、サンプリング型高速光検
出手段にその入力許容レベル以上の強度の光強度信号が
入力したときには、正常に動作しない。そこで本発明で
はサンプリング型高速光検出手段に入力する以前に光強
度信号をチョップし、サンプリング型高速光検出手段へ
の総入射光量を入力許容レベル以下にしている。このと
き総入射光量は減少するもののサンプリングされるべき
光強度信号の光量は減少していないので、これを高感度
に検出できる。なお光強度信号の交流成分が最大となる
よう動作点を設定すると、極めて高感度にかつ直線性良
く検出できる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の部分
概略構成図である。第１図において、第４図，第５図と
対応した箇所には同じ符号を付す。
概略構成図である。第１図において、第４図，第５図と
対応した箇所には同じ符号を付す。
本実施例の電圧検出装置は、直流光源70と、直流光源
70からのCW光を所定のチョップ周波数でチョップする光
変調器４と、チョップされたCW光を被測定物53からの電
圧により変調し、電圧に対応した光強度信号を出力する
光変調器40と、光強度信号を検出するサンプリング型高
速光検出器２とを有している。直流光源70は、例えばHe
−Neレーザ、半導体レーザであり、光変調器４は、音響
光学的光変調器あるいは電気光学的変調器である。
70からのCW光を所定のチョップ周波数でチョップする光
変調器４と、チョップされたCW光を被測定物53からの電
圧により変調し、電圧に対応した光強度信号を出力する
光変調器40と、光強度信号を検出するサンプリング型高
速光検出器２とを有している。直流光源70は、例えばHe
−Neレーザ、半導体レーザであり、光変調器４は、音響
光学的光変調器あるいは電気光学的変調器である。
また光変調器40は、CW光から所定の偏光成分を抽出す
る偏光子55と、偏光子55からの光の偏光状態を被測定物
53からの電圧により変化させて出射光として出力するポ
ッケルスセル54と、ポッケルスセル54からの出射光の位
相を調節する位相補償器56と、位相補償器56からの出射
光から所定の偏光成分を抽出し光強度信号とする検光子
57とを備えている。位相補償器56は、例えばバビネ，ソ
レイユ補償器であり、位相変化を与えて光変調器40の動
作点を移動させるようになっている。
る偏光子55と、偏光子55からの光の偏光状態を被測定物
53からの電圧により変化させて出射光として出力するポ
ッケルスセル54と、ポッケルスセル54からの出射光の位
相を調節する位相補償器56と、位相補償器56からの出射
光から所定の偏光成分を抽出し光強度信号とする検光子
57とを備えている。位相補償器56は、例えばバビネ，ソ
レイユ補償器であり、位相変化を与えて光変調器40の動
作点を移動させるようになっている。
第２図は、サンプリング型高速光検出器２の構成図で
ある。
ある。
第２図を参照すると、サンプリング型高速光検出器２
は、検光子57からの出射光を集光するレンズ10と、出射
光をその強度に対応した電子に変換する光電面11と、加
速電極12と、加速された電子を矢印Ｆの方向に掃引する
偏向器13と、開口１の設けられた開口部材15と、掃引さ
れた電子のうち開口14を通過したものが入射する電子増
倍部16とを備えている。
は、検光子57からの出射光を集光するレンズ10と、出射
光をその強度に対応した電子に変換する光電面11と、加
速電極12と、加速された電子を矢印Ｆの方向に掃引する
偏向器13と、開口１の設けられた開口部材15と、掃引さ
れた電子のうち開口14を通過したものが入射する電子増
倍部16とを備えている。
このようなサンプリング型高速光検出器２では、偏向
器13に加わる偏向電圧のタイミングを徐々にずらすこと
により、光電面11に繰返し入射する出射光の光強度信号
の一部を、開口14から順次に抽出しサンプリングするよ
うになっている。なお電子増倍部16は、開口14を通過し
た電子を直接増倍するダイノード群でも良いし、あるい
は開口14を通過した電子の入射で発光する螢光面と、螢
光面からの発光を電子に再び変換し増倍する光電子増倍
管とを組合せたものでも良い。
器13に加わる偏向電圧のタイミングを徐々にずらすこと
により、光電面11に繰返し入射する出射光の光強度信号
の一部を、開口14から順次に抽出しサンプリングするよ
うになっている。なお電子増倍部16は、開口14を通過し
た電子を直接増倍するダイノード群でも良いし、あるい
は開口14を通過した電子の入射で発光する螢光面と、螢
光面からの発光を電子に再び変換し増倍する光電子増倍
管とを組合せたものでも良い。
このサンプリング型高速光検出器２では、電子増倍部
16には開口14を通過した一部の電子しか入力しないの
で、第６図の電圧検出装置に用いられている一般的なス
トリークカメラ71に比べてダイナミックレンジが広い。
例えばサンプリング型光オッシロスコープではダイナミ
ックレンジを1000:1以上とすることができるようになっ
ている。この結果、検光子57からの出射光の光強度Ｉに
直流成分IDCが含まれていてもこれにより交流成分IACを
観測できなくなるという事態を防止することができる。
16には開口14を通過した一部の電子しか入力しないの
で、第６図の電圧検出装置に用いられている一般的なス
トリークカメラ71に比べてダイナミックレンジが広い。
例えばサンプリング型光オッシロスコープではダイナミ
ックレンジを1000:1以上とすることができるようになっ
ている。この結果、検光子57からの出射光の光強度Ｉに
直流成分IDCが含まれていてもこれにより交流成分IACを
観測できなくなるという事態を防止することができる。
しかしながら、直流光源70からのCW光の光量が多く、
光変調器40の動作点がＡに設定されて（第６図（ａ）参
照）光電面11に入射する光強度Ｉが非常に大きいときに
は、光電面11への入力が許容レベルを越えて光電面11が
飽和状態になり正確な測定を行なうことができない。こ
のためにサンプリング型高速光検出器２の前段にNDフィ
ルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）を設け光電面
11に入射する光強度Ｉを小さくすることも提案された
が、この仕方では、感度を犠牲にし、サンプリング型高
速光検出器２の有する広いダイナミックレンジの特性を
生かすことができない。従って、本実施例では、NDフィ
ルタを設けるかわりにCW光をチョップして全体の光量を
小さくする一方で、検出時の光量を減少させないように
している。
光変調器40の動作点がＡに設定されて（第６図（ａ）参
照）光電面11に入射する光強度Ｉが非常に大きいときに
は、光電面11への入力が許容レベルを越えて光電面11が
飽和状態になり正確な測定を行なうことができない。こ
のためにサンプリング型高速光検出器２の前段にNDフィ
ルタ（ニュートラルデンシティフィルタ）を設け光電面
11に入射する光強度Ｉを小さくすることも提案された
が、この仕方では、感度を犠牲にし、サンプリング型高
速光検出器２の有する広いダイナミックレンジの特性を
生かすことができない。従って、本実施例では、NDフィ
ルタを設けるかわりにCW光をチョップして全体の光量を
小さくする一方で、検出時の光量を減少させないように
している。
駆動回路５は、被測定物53から所定の繰返し周波数の
電圧を出力させるためのトリガ信号TRを出力する。この
トリガ信号TRはまた分周回路６に入力し、そこで分周さ
れてトリガ信号TR1となる。トリガ信号TR1に同期した偏
向電圧がサンプリング型高速光検出器２の偏向器13に加
わり、トリガ信号TR1の周期で電子を掃引する。またト
リガ信号TR1は、チョッパ駆動回路７に入力し、チョッ
パ駆動回路７は、トリガ信号TR1に同期して光変調器４
を駆動する。これにより光変調器４のチョップ周波数を
サンプリング型高速光検出器２のサンプリング周波数と
同じにしている。
電圧を出力させるためのトリガ信号TRを出力する。この
トリガ信号TRはまた分周回路６に入力し、そこで分周さ
れてトリガ信号TR1となる。トリガ信号TR1に同期した偏
向電圧がサンプリング型高速光検出器２の偏向器13に加
わり、トリガ信号TR1の周期で電子を掃引する。またト
リガ信号TR1は、チョッパ駆動回路７に入力し、チョッ
パ駆動回路７は、トリガ信号TR1に同期して光変調器４
を駆動する。これにより光変調器４のチョップ周波数を
サンプリング型高速光検出器２のサンプリング周波数と
同じにしている。
このような構成の電圧検出装置の動作を第３図（ａ）
乃至（ｅ）に基づいて説明する。
乃至（ｅ）に基づいて説明する。
駆動回路５からのトリガ信号TRの繰返し周波数f0を例
えば100MHZに設定し、分周回路６からのトリガ信号TR1
の繰返し周波数f0/nを2MHZに設定する（この例ではｎ＝
50とした。） 直流光源70からは、第３図（ａ）に示すような強度I0
のCW光が出力され、光変調器４に入射する。光変調器４
では、チョッパ駆動回路７からの信号によってチョップ
周波数f0/nでCW光をチョップする。チョップ周波数f0/n
を2MHZに設定したので、チョップの繰返し周期は第３図
（ｂ）に示すように500ナノ秒となる。第３図（ｂ）か
らわかるように、チョップされたCW光は、期間T0では光
量がI0であり元の光量と変わらないが、期間T1では光量
が“0"となっている。このようにチョップされたCW光
は、光変調器40に入射し、偏光子54において所定の偏光
成分が抽出され、ポッケルスセル54において被測定物53
からの電圧により偏光状態が変わる。なお被測定物53か
らの電圧には、繰返し周波数f0（100MHZ）のトリガ信号
TRに同期して第３図（ｃ）に示すように繰返し周期10ナ
ノ秒で発生する。被測定物53からこのような電圧によっ
て偏光状態の変化したチョップされたCW光は位相補償器
56で位相が調節され、検光子57で所定の偏光成分が抽出
されて光強度信号として光変調器40から出射される。光
変調器40の動作点が第６図（ａ）にＡで示すところに設
定されるよう位相補償器56を調節すると、光変調器40か
らの光強度信号は、第３図（ｄ）に示すようになり、交
流成分IACは最大となるが直流成分IDCをも含む。光変調
器40からの光強度信号は、サンプリング型高速光検出器
２に入射する。CW光の光量I0が大きく、また光強度信号
がチョップされていない場合には、サンプリング型高速
光検出器２の光電面11には入力許容レベル以上の光量
（直流成分IDCによる）が入射し、交流成分IACを忠実に
光電変換できないが、本実施例では光強度信号は第３図
（ｄ）に示すようにチョップされており、１周期（500
ナノ秒）当り光電面11に入射する光量はチョップされて
いない場合の光量に比べT0/（T0＋T1）に減少する。こ
れによりCW光の光量I0が大きい場合にも光電面11への光
量を全体として入力許容レベル以下にすることができて
光電面11に期間T0の間、NDフィルタ等によって光量の減
少していない光強度信号を与えても（第３図（ｄ）参
照）、光電面11を飽和させずに光強度信号の波形を忠実
に電子に光電変換することができる。
えば100MHZに設定し、分周回路６からのトリガ信号TR1
の繰返し周波数f0/nを2MHZに設定する（この例ではｎ＝
50とした。） 直流光源70からは、第３図（ａ）に示すような強度I0
のCW光が出力され、光変調器４に入射する。光変調器４
では、チョッパ駆動回路７からの信号によってチョップ
周波数f0/nでCW光をチョップする。チョップ周波数f0/n
を2MHZに設定したので、チョップの繰返し周期は第３図
（ｂ）に示すように500ナノ秒となる。第３図（ｂ）か
らわかるように、チョップされたCW光は、期間T0では光
量がI0であり元の光量と変わらないが、期間T1では光量
が“0"となっている。このようにチョップされたCW光
は、光変調器40に入射し、偏光子54において所定の偏光
成分が抽出され、ポッケルスセル54において被測定物53
からの電圧により偏光状態が変わる。なお被測定物53か
らの電圧には、繰返し周波数f0（100MHZ）のトリガ信号
TRに同期して第３図（ｃ）に示すように繰返し周期10ナ
ノ秒で発生する。被測定物53からこのような電圧によっ
て偏光状態の変化したチョップされたCW光は位相補償器
56で位相が調節され、検光子57で所定の偏光成分が抽出
されて光強度信号として光変調器40から出射される。光
変調器40の動作点が第６図（ａ）にＡで示すところに設
定されるよう位相補償器56を調節すると、光変調器40か
らの光強度信号は、第３図（ｄ）に示すようになり、交
流成分IACは最大となるが直流成分IDCをも含む。光変調
器40からの光強度信号は、サンプリング型高速光検出器
２に入射する。CW光の光量I0が大きく、また光強度信号
がチョップされていない場合には、サンプリング型高速
光検出器２の光電面11には入力許容レベル以上の光量
（直流成分IDCによる）が入射し、交流成分IACを忠実に
光電変換できないが、本実施例では光強度信号は第３図
（ｄ）に示すようにチョップされており、１周期（500
ナノ秒）当り光電面11に入射する光量はチョップされて
いない場合の光量に比べT0/（T0＋T1）に減少する。こ
れによりCW光の光量I0が大きい場合にも光電面11への光
量を全体として入力許容レベル以下にすることができて
光電面11に期間T0の間、NDフィルタ等によって光量の減
少していない光強度信号を与えても（第３図（ｄ）参
照）、光電面11を飽和させずに光強度信号の波形を忠実
に電子に光電変換することができる。
サンプリング型高速光検出器２の偏向器13に加わる偏
向電圧は、トリガ信号TR1に同期しているので、サンプ
リング型高速光検出器２では、第３図（ｄ）に示す光強
度信号を500ナノ秒の繰返し周期でサンプリングし、第
３図（ｅ）に示すような出力信号にして出力する。なお
サンプリング型高速光検出器２はダイナミックレンジが
広いので、光電変換された光強度信号が大きなものであ
っても電子増倍部16は飽和せず、光強度信号を忠実にサ
ンプリング抽出して出力することができる。
向電圧は、トリガ信号TR1に同期しているので、サンプ
リング型高速光検出器２では、第３図（ｄ）に示す光強
度信号を500ナノ秒の繰返し周期でサンプリングし、第
３図（ｅ）に示すような出力信号にして出力する。なお
サンプリング型高速光検出器２はダイナミックレンジが
広いので、光電変換された光強度信号が大きなものであ
っても電子増倍部16は飽和せず、光強度信号を忠実にサ
ンプリング抽出して出力することができる。
このように本実施例によれば、直流光源70からのCW光
の光量が多くまた動作点がどこに設定されても、CW光を
チョップすることによりサンプリング型高速光検出器２
への総入射光量を減らすことができるので、サンプリン
グ型高速光検出器２の入力許容レベル以下で光強度信号
をサンプリング抽出し検出することができる。
の光量が多くまた動作点がどこに設定されても、CW光を
チョップすることによりサンプリング型高速光検出器２
への総入射光量を減らすことができるので、サンプリン
グ型高速光検出器２の入力許容レベル以下で光強度信号
をサンプリング抽出し検出することができる。
また、サンプリング型高速光検出器２への総入射光量
ほ減少するものの、サンプリングされるべき光強度信号
の光量は減少していないので、光強度信号を高感度に検
出できる。特に動作点を第６図（ａ）に示すＡのところ
に設定すると、極めて高感度で直線性の良い出力信号を
得ることができる。
ほ減少するものの、サンプリングされるべき光強度信号
の光量は減少していないので、光強度信号を高感度に検
出できる。特に動作点を第６図（ａ）に示すＡのところ
に設定すると、極めて高感度で直線性の良い出力信号を
得ることができる。
なお、上述の実施例では、CW光をチョップする光変調
器４を直流光源70と光変調器40との間に設けたが、この
光変調器４を光変調器40とサンプリング型高速光検出器
２との間に設け、光変調器40からの光強度信号をチョッ
プするようにしても良い。
器４を直流光源70と光変調器40との間に設けたが、この
光変調器４を光変調器40とサンプリング型高速光検出器
２との間に設け、光変調器40からの光強度信号をチョッ
プするようにしても良い。
また上述の実施例では、直流光源70からのCW光をチョ
ップする場合について述べたが、直流光源70のかわりに
パルス光源を設け、このパルス光源をトリガTR1に同期
させて駆動し、パルス光源からのパルス光の強度が被測
定物53からの電圧の繰返し周期よりも長い期間にわたっ
て一定であるようにすれば、光変調器４を設けずともチ
ョップした光強度信号を得ることができる。
ップする場合について述べたが、直流光源70のかわりに
パルス光源を設け、このパルス光源をトリガTR1に同期
させて駆動し、パルス光源からのパルス光の強度が被測
定物53からの電圧の繰返し周期よりも長い期間にわたっ
て一定であるようにすれば、光変調器４を設けずともチ
ョップした光強度信号を得ることができる。
以上に説明したように、本発明によれば、ダイナミッ
クレンジの広いサンプリング型高速光検出手段を用いて
いるので、動作点を自由に設定できる。またサンプリン
グ型高速光検出手段に入射する以前に光強度信号をチョ
ップしているので、光源からの光量が多い場合にもサン
プリング型高速光検出手段は正常に動作し被測定物の電
圧を高感度に検出できる。特に光強度信号の交流成分が
最大となるよう動作点を設定すると、被測定物の電圧を
極めて高感度にかつ直線性良く検出できる。
クレンジの広いサンプリング型高速光検出手段を用いて
いるので、動作点を自由に設定できる。またサンプリン
グ型高速光検出手段に入射する以前に光強度信号をチョ
ップしているので、光源からの光量が多い場合にもサン
プリング型高速光検出手段は正常に動作し被測定物の電
圧を高感度に検出できる。特に光強度信号の交流成分が
最大となるよう動作点を設定すると、被測定物の電圧を
極めて高感度にかつ直線性良く検出できる。
第１図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の構成
図、第２図はサンプリング型高速光検出器の構成図、第
３図（ａ）はCW光の光量を示す図、第３図（ｂ）はチョ
ップされたCW光の光量を示す図、第３図（ｃ）は被測定
物から繰返し発生する電圧を示す図、第３図（ｄ）は光
強度信号を示す図、第３図（ｅ）は出力信号を示す図、
第４図，第５図はそれぞれ従来の電圧検出装置の概略構
成図、第６図（ａ）は電圧Ｖに対する光強度Ｉを示す
図、第６図（ｂ）は被測定物からの変調電圧ΔＶを示す
図、第６図（ｃ）は第６図（ａ）の動作点Ａのところに
第６図（ｂ）の変調電圧ΔＶを加えたときに得られる光
強度Ｉを示す図である。 ２……サンプリング型高速光検出器、 4,40……光変調器、53……被測定物、 54……ポッケルスセル、55……偏光子、 56……位相補償器、57……検光子、 70……直流光源
図、第２図はサンプリング型高速光検出器の構成図、第
３図（ａ）はCW光の光量を示す図、第３図（ｂ）はチョ
ップされたCW光の光量を示す図、第３図（ｃ）は被測定
物から繰返し発生する電圧を示す図、第３図（ｄ）は光
強度信号を示す図、第３図（ｅ）は出力信号を示す図、
第４図，第５図はそれぞれ従来の電圧検出装置の概略構
成図、第６図（ａ）は電圧Ｖに対する光強度Ｉを示す
図、第６図（ｂ）は被測定物からの変調電圧ΔＶを示す
図、第６図（ｃ）は第６図（ａ）の動作点Ａのところに
第６図（ｂ）の変調電圧ΔＶを加えたときに得られる光
強度Ｉを示す図である。 ２……サンプリング型高速光検出器、 4,40……光変調器、53……被測定物、 54……ポッケルスセル、55……偏光子、 56……位相補償器、57……検光子、 70……直流光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 裕 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−253878（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】直流光源と、検出されるべき電圧に対応し
て屈折率が変化する電気光学材料から構成され、前記直
流光源からのCW光を検出されるべき電圧に応じて変調し
て光強度信号を出力する光変調手段と、光変調手段から
の光強度信号を所定のサンプリング周波数でサンプリン
グ検出するサンプリング型高速光検出手段とを備えてお
り、前記サンプリング型高速光検出手段において検出に
利用されない光を減光させてサンプリング型高速光検出
手段への総入射光量が入力許容レベル以下となるよう
に、前記光強度信号は、前記サンプリング型高速光検出
手段に入射する以前に前記サンプリング型高速光検出手
段のサンプリング周波数でチョップされることを特徴と
する電圧検出装置。 - 【請求項２】前記サンプリング型高速光検出手段は、ス
リットをもつストリーク管から構成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項３】前記サンプリング型高速光検出手段は、サ
ンプリング型光オッシロスコープであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項４】前記サンプリング型高速光検出手段は、シ
ンクロスキャンフォトメータであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の電圧検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280161A JP2577581B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 電圧検出装置 |
| US07/264,706 US4975635A (en) | 1987-11-05 | 1988-10-31 | Voltage detector using a sampling type high-speed photodetector |
| GB8825812A GB2212265B (en) | 1987-11-05 | 1988-11-04 | A voltage detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280161A JP2577581B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01121766A JPH01121766A (ja) | 1989-05-15 |
| JP2577581B2 true JP2577581B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=17621160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62280161A Expired - Fee Related JP2577581B2 (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 電圧検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2577581B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH076770U (ja) * | 1990-10-12 | 1995-01-31 | 横河電機株式会社 | 光サンプリング装置 |
| JPH08556U (ja) * | 1991-03-27 | 1996-03-26 | 横河電機株式会社 | 光サンプリング装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4603293A (en) * | 1984-03-27 | 1986-07-29 | University Of Rochester | Measurement of electrical signals with subpicosecond resolution |
-
1987
- 1987-11-05 JP JP62280161A patent/JP2577581B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01121766A (ja) | 1989-05-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |