JP3063369B2 - 磁界検出装置 - Google Patents
磁界検出装置Info
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- JP3063369B2 JP3063369B2 JP4077397A JP7739792A JP3063369B2 JP 3063369 B2 JP3063369 B2 JP 3063369B2 JP 4077397 A JP4077397 A JP 4077397A JP 7739792 A JP7739792 A JP 7739792A JP 3063369 B2 JP3063369 B2 JP 3063369B2
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- magneto
- magnetic field
- electrode
- optical crystal
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速電子デバイス等
の高速電気信号を測定する光サンプリング装置において
用いられる磁界検出装置に関し、特に磁気光学結晶を用
いた磁界検出装置に関する。
の高速電気信号を測定する光サンプリング装置において
用いられる磁界検出装置に関し、特に磁気光学結晶を用
いた磁界検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザの分野において数ピコ秒から数フ
ェムト秒の光パルスを得ることが可能であり、この光パ
ルスをサンプリング・オシロスコープのサンプリング・
パルスとして用いるのが光サンプリング装置である。こ
の装置によれば、従来の電気的手法で測定できなかった
高速な信号を測定することが可能であり、被測定素子に
プローブ等を接触させる必要がないことから素子に影響
を与えずに測定することが可能である。
ェムト秒の光パルスを得ることが可能であり、この光パ
ルスをサンプリング・オシロスコープのサンプリング・
パルスとして用いるのが光サンプリング装置である。こ
の装置によれば、従来の電気的手法で測定できなかった
高速な信号を測定することが可能であり、被測定素子に
プローブ等を接触させる必要がないことから素子に影響
を与えずに測定することが可能である。
【0003】図5は従来の光サンプリング装置の一例を
示す構成ブロック図である。図5において1はパルス・
レーザ、2は演算表示手段、3は受光素子、4は偏光
子、5は電界検出手段、6は被測定回路、7は演算表示
手段2及び被測定回路6を駆動する駆動手段である。
示す構成ブロック図である。図5において1はパルス・
レーザ、2は演算表示手段、3は受光素子、4は偏光
子、5は電界検出手段、6は被測定回路、7は演算表示
手段2及び被測定回路6を駆動する駆動手段である。
【0004】パルス・レーザ1からの光出力101は偏
光子4を通過して電界検出手段5及び被測定回路6に入
射される。この時、被測定回路6が駆動手段7により動
作していれば入射光は電界検出手段5の電気光学効果に
より偏波面が変化して反射される。被測定回路6からの
反射光は偏光子4に入射され、ここで特定偏波面を有す
る光信号のみが分岐されて受光素子3に入射される。受
光素子3の出力信号は演算表示手段2において演算処理
され、その結果が表示される。
光子4を通過して電界検出手段5及び被測定回路6に入
射される。この時、被測定回路6が駆動手段7により動
作していれば入射光は電界検出手段5の電気光学効果に
より偏波面が変化して反射される。被測定回路6からの
反射光は偏光子4に入射され、ここで特定偏波面を有す
る光信号のみが分岐されて受光素子3に入射される。受
光素子3の出力信号は演算表示手段2において演算処理
され、その結果が表示される。
【0005】光サンプリング装置では、測定される高速
な電気信号を実時間で処理することは不可能であるた
め、一般にサンプリング法を用いて低速の現象として処
理する。図6はサンプリング法の原理を示すタイミング
図である。被測定回路6を駆動する駆動手段7の駆動信
号100の繰り返し周波数fをパルス・レーザ1の光出
力101の繰り返し周波数f0 よりもΔfずらしてサン
プリングする。図6において(a)は被測定回路6の被
測定信号、即ち繰り返し周波数f、(b)はパルス・レ
ーザ1の光出力101の繰り返し周波数f0 、(c)は
演算表示手段2において測定される信号のタイミング図
をそれぞれ示している。
な電気信号を実時間で処理することは不可能であるた
め、一般にサンプリング法を用いて低速の現象として処
理する。図6はサンプリング法の原理を示すタイミング
図である。被測定回路6を駆動する駆動手段7の駆動信
号100の繰り返し周波数fをパルス・レーザ1の光出
力101の繰り返し周波数f0 よりもΔfずらしてサン
プリングする。図6において(a)は被測定回路6の被
測定信号、即ち繰り返し周波数f、(b)はパルス・レ
ーザ1の光出力101の繰り返し周波数f0 、(c)は
演算表示手段2において測定される信号のタイミング図
をそれぞれ示している。
【0006】被測定信号は繰り返し周波数f0 により図
6中“イ“、“ロ“、“ハ“、“ニ“のように繰り返し
波形の一部分を順次ずらしながら抜取り(c)の波形を
得ることになるので、被測定信号は繰り返し周波数Δf
で再現されることになる。このことを式で表すと、 f=n×f0+Δf (1) 但し、nは整数。 となる。このため、サンプリング法の時間分解能は被測
定信号を抜き取る信号の時間幅、即ち、パルス・レーザ
1の光出力101のパルス幅によって決定する。
6中“イ“、“ロ“、“ハ“、“ニ“のように繰り返し
波形の一部分を順次ずらしながら抜取り(c)の波形を
得ることになるので、被測定信号は繰り返し周波数Δf
で再現されることになる。このことを式で表すと、 f=n×f0+Δf (1) 但し、nは整数。 となる。このため、サンプリング法の時間分解能は被測
定信号を抜き取る信号の時間幅、即ち、パルス・レーザ
1の光出力101のパルス幅によって決定する。
【0007】また、図7は図5における電界検出手段5
及び被測定回路6を詳細に示した構成ブロック図であ
る。図7において5aは電気光学材料、6及び6aは被
測定回路、101aは偏光子4を通過したパルス・レー
ザ1の光出力、200及び200aは被測定回路6及び
6aを駆動することによって生じる電界である。
及び被測定回路6を詳細に示した構成ブロック図であ
る。図7において5aは電気光学材料、6及び6aは被
測定回路、101aは偏光子4を通過したパルス・レー
ザ1の光出力、200及び200aは被測定回路6及び
6aを駆動することによって生じる電界である。
【0008】図7(A)は被測定回路6aに電気光学効
果を有するGaAsやInP等の材料を用いている場合
の例である。従って、被測定回路6aを駆動することに
よって生じる電界200aにより光出力101aは偏波
面が変化して入射光とは異なる偏波面となり反射され
る。
果を有するGaAsやInP等の材料を用いている場合
の例である。従って、被測定回路6aを駆動することに
よって生じる電界200aにより光出力101aは偏波
面が変化して入射光とは異なる偏波面となり反射され
る。
【0009】図7(B)は被測定回路6がシリコン等の
電気光学効果を有しない場合の例である。この場合、電
気光学材料5aとしてタンタル酸リチウム(LiTaO
3 )やKTP(KTiOPO4 )等の電気光学効果を有
する結晶材料を被測定回路6の近傍に配置し、被測定回
路6の動作によって生じる漏れ電界200により光出力
101aの偏波面を変化させる。
電気光学効果を有しない場合の例である。この場合、電
気光学材料5aとしてタンタル酸リチウム(LiTaO
3 )やKTP(KTiOPO4 )等の電気光学効果を有
する結晶材料を被測定回路6の近傍に配置し、被測定回
路6の動作によって生じる漏れ電界200により光出力
101aの偏波面を変化させる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図7(A)に
示す構成では基板がGaAsやInP等に限定されるだ
けではなく、基板への入射部分に電極を設けることがで
きず、また、光学的な研磨面でなければならず、限られ
た素子の測定にしか使用できない。一方、図7(B)に
示す構成では図7(A)に示す構成のような制約はない
ものの、現状では集積回路の一部分を測定するために設
計されているため、被測定回路間の厳密な位置調整が必
要となり、微動ステージ等の精密機構が必要となる。
また、素子によっては電界よりも電流を測定したい場合
があり、この場合には電流により生じる磁界を検出する
必要がある。従って本発明の目的は、厳密な位置調整が
不要な磁界検出装置を実現することにある。
示す構成では基板がGaAsやInP等に限定されるだ
けではなく、基板への入射部分に電極を設けることがで
きず、また、光学的な研磨面でなければならず、限られ
た素子の測定にしか使用できない。一方、図7(B)に
示す構成では図7(A)に示す構成のような制約はない
ものの、現状では集積回路の一部分を測定するために設
計されているため、被測定回路間の厳密な位置調整が必
要となり、微動ステージ等の精密機構が必要となる。
また、素子によっては電界よりも電流を測定したい場合
があり、この場合には電流により生じる磁界を検出する
必要がある。従って本発明の目的は、厳密な位置調整が
不要な磁界検出装置を実現することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、光サンプリング装置で用いられ
る磁気光学結晶を用いた磁界検出装置において、入射光
を通過させ、戻り光信号のうち特定偏波面を有する光信
号のみを分岐する偏光子と、この偏光子を通過した光を
入射し、動作点を光学的にバイアスする働きをする波長
板と、被測定電極に流れる電流によって生じる磁界によ
り磁気光学効果を生じ、前記波長板を通過する光の偏波
面を変化させる磁気光学結晶と、この磁気光学結晶に設
けられ、その電位が基準電位に設定された電極と、前記
磁気光学結晶を通過した光を反射して前記磁気光学結晶
と前記波長板とを介して前記偏光子に導く反射面と、前
記磁気光学結晶と前記被測定電極との間に形成された誘
電体層とを備えたことを特徴とするものである。
るために、本発明では、光サンプリング装置で用いられ
る磁気光学結晶を用いた磁界検出装置において、入射光
を通過させ、戻り光信号のうち特定偏波面を有する光信
号のみを分岐する偏光子と、この偏光子を通過した光を
入射し、動作点を光学的にバイアスする働きをする波長
板と、被測定電極に流れる電流によって生じる磁界によ
り磁気光学効果を生じ、前記波長板を通過する光の偏波
面を変化させる磁気光学結晶と、この磁気光学結晶に設
けられ、その電位が基準電位に設定された電極と、前記
磁気光学結晶を通過した光を反射して前記磁気光学結晶
と前記波長板とを介して前記偏光子に導く反射面と、前
記磁気光学結晶と前記被測定電極との間に形成された誘
電体層とを備えたことを特徴とするものである。
【0012】
【作用】被測定電極に接触させた誘電体層と磁気光学結
晶に設けられた基準電圧に設定された電極間に生じる磁
界により入射光の偏光面が変化し、特定偏波面を有する
光信号を検出することによって磁界強度を測定する。
晶に設けられた基準電圧に設定された電極間に生じる磁
界により入射光の偏光面が変化し、特定偏波面を有する
光信号を検出することによって磁界強度を測定する。
【0013】
【実施例】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明に係る磁界検出装置の第1の実施例を示す
構成図である。図1において4は偏光子、8及び17は
光ファイバー、9及び16はレンズ、10は1/2波長
板、11は1/4波長板、12は磁気光学結晶、13は
被測定電極に接触させた誘電体層、14は磁気光学結晶
12の端面に設けられ、基準電圧に設定されている透明
な電極、15は被測定電極である。また、50は偏光子
4、レンズ9及び16、1/2波長板10、1/4波長
板11、磁気光学結晶12、誘電体層13、電極14か
ら構成される磁界検出装置、201は被測定電極15を
流れる電流によって生じる磁界の内、誘電体層13と電
極14との間を通過する磁界である。
図1は本発明に係る磁界検出装置の第1の実施例を示す
構成図である。図1において4は偏光子、8及び17は
光ファイバー、9及び16はレンズ、10は1/2波長
板、11は1/4波長板、12は磁気光学結晶、13は
被測定電極に接触させた誘電体層、14は磁気光学結晶
12の端面に設けられ、基準電圧に設定されている透明
な電極、15は被測定電極である。また、50は偏光子
4、レンズ9及び16、1/2波長板10、1/4波長
板11、磁気光学結晶12、誘電体層13、電極14か
ら構成される磁界検出装置、201は被測定電極15を
流れる電流によって生じる磁界の内、誘電体層13と電
極14との間を通過する磁界である。
【0014】図1に示す実施例の動作を説明する。パル
スレーザからの光出力101は光ファイバー8によって
レンズ9に入射される。レンズ9に入射された光信号は
偏光子4、1/2波長板10、1/4波長板11、電極
14及び磁気光学結晶12を通過して図1中”イ”の反
射面、図1では磁気光学結晶12の下面に到達し、この
反射面で反射される。この時、誘電体層13と電極14
との間を通過する磁界201により磁気光学結晶12は
通過する光信号の偏光面を変化させる。磁気光学結晶1
2からの戻り光信号102は再び1/4波長板11、1
/2波長板10を通過して偏光子4に入射される。偏光
子4では特定偏波面を有する光信号103のみが分岐さ
れてレンズ16を介して光ファイバー17に入射され受
光素子に導かれる。光ファイバー17に入射された光信
号103の光強度は磁界の大きさに比例する。ここで、
1/2波長板10は光信号の偏光面と磁気光学結晶12
の方位を最適化し、一方、1/4波長板11は磁気光学
結晶12の動作点を光学的にバイアスする働きをする。
スレーザからの光出力101は光ファイバー8によって
レンズ9に入射される。レンズ9に入射された光信号は
偏光子4、1/2波長板10、1/4波長板11、電極
14及び磁気光学結晶12を通過して図1中”イ”の反
射面、図1では磁気光学結晶12の下面に到達し、この
反射面で反射される。この時、誘電体層13と電極14
との間を通過する磁界201により磁気光学結晶12は
通過する光信号の偏光面を変化させる。磁気光学結晶1
2からの戻り光信号102は再び1/4波長板11、1
/2波長板10を通過して偏光子4に入射される。偏光
子4では特定偏波面を有する光信号103のみが分岐さ
れてレンズ16を介して光ファイバー17に入射され受
光素子に導かれる。光ファイバー17に入射された光信
号103の光強度は磁界の大きさに比例する。ここで、
1/2波長板10は光信号の偏光面と磁気光学結晶12
の方位を最適化し、一方、1/4波長板11は磁気光学
結晶12の動作点を光学的にバイアスする働きをする。
【0015】この結果、偏光子4で分岐された光信号1
03を検出することにより磁界強度を測定することがで
きる。また、誘電体層13を被測定電極15に接触させ
るだけで特に厳密な位置調整を必要としない。さらに、
誘電体層13を被測定電極15に接触させるため、常に
安定した磁界強度を測定することができる。
03を検出することにより磁界強度を測定することがで
きる。また、誘電体層13を被測定電極15に接触させ
るだけで特に厳密な位置調整を必要としない。さらに、
誘電体層13を被測定電極15に接触させるため、常に
安定した磁界強度を測定することができる。
【0016】なお、図2は本発明に係る磁界検出装置の
第2の実施例を示す部分構成図である。ここで、4、
8、9、11、16及び17は図1と同一符号を付して
ある。図2において18は光ファイバーである。磁気光
学結晶12(図中非表示)からの戻り光信号102は偏
光子4により2つの光信号103及び104に分岐さ
れ、これら2つの光信号103及び104を光ファイバ
ー17及び18にそれぞれ入射し、両者を受光素子で電
気信号に変換した後、各々の電気信号の差を取って検出
信号とする。光信号103及び104は互いに逆相であ
るが、パルスレーザの不安定性や光ファイバー8で発生
するノイズ成分等は同相であるので、その差を取ること
によりこれらノイズ成分を除去することができる。
第2の実施例を示す部分構成図である。ここで、4、
8、9、11、16及び17は図1と同一符号を付して
ある。図2において18は光ファイバーである。磁気光
学結晶12(図中非表示)からの戻り光信号102は偏
光子4により2つの光信号103及び104に分岐さ
れ、これら2つの光信号103及び104を光ファイバ
ー17及び18にそれぞれ入射し、両者を受光素子で電
気信号に変換した後、各々の電気信号の差を取って検出
信号とする。光信号103及び104は互いに逆相であ
るが、パルスレーザの不安定性や光ファイバー8で発生
するノイズ成分等は同相であるので、その差を取ること
によりこれらノイズ成分を除去することができる。
【0017】図3は磁気光学結晶12と誘電体層13と
の間に空気層を設けた第3の実施例を示す部分構成図で
ある。12から15、101、102及び”イ”は図1
と同一符号を付してある。図3において201aは磁
界、”ロ”は空気層である。第3の実施例では空気層”
ロ”を設けたことにより磁気光学結晶12にかかる磁界
強度が弱くなるため検出感度が低下するが、インピーダ
ンスが極めて高くなるので測定対象に与える影響を低減
することができる。例えば、GaAs等の超高速デバイ
ス等の測定に適している。
の間に空気層を設けた第3の実施例を示す部分構成図で
ある。12から15、101、102及び”イ”は図1
と同一符号を付してある。図3において201aは磁
界、”ロ”は空気層である。第3の実施例では空気層”
ロ”を設けたことにより磁気光学結晶12にかかる磁界
強度が弱くなるため検出感度が低下するが、インピーダ
ンスが極めて高くなるので測定対象に与える影響を低減
することができる。例えば、GaAs等の超高速デバイ
ス等の測定に適している。
【0018】図4は磁界方向と光パルスの方向を直交さ
せた第4の実施例を示す部分構成図である。13、1
5、101及び102は図1と同一符号を付してある。
図3において12aは磁気光学結晶、14aは磁気光学
結晶12aの表面に設けられた電極、”ハ”は反射面、
201bは磁界である。
せた第4の実施例を示す部分構成図である。13、1
5、101及び102は図1と同一符号を付してある。
図3において12aは磁気光学結晶、14aは磁気光学
結晶12aの表面に設けられた電極、”ハ”は反射面、
201bは磁界である。
【0019】図1から図3において光の反射面を磁気光
学結晶下面としているが、誘電体上面若しくは他の反射
面を設けてもよい。1/2波長板10は、磁気光学結晶
12と偏光子4の回転角度を最適に設定すれば省略可能
である。
学結晶下面としているが、誘電体上面若しくは他の反射
面を設けてもよい。1/2波長板10は、磁気光学結晶
12と偏光子4の回転角度を最適に設定すれば省略可能
である。
【0020】また、誘電体層13は被測定電極15から
の距離を一定に保ち、磁気光学結晶12を保護するため
のものであるので省略してもよい。
の距離を一定に保ち、磁気光学結晶12を保護するため
のものであるので省略してもよい。
【0021】また、レンズ9及び16はどちらか一方で
もよい。一般に光ファイバー8は単一モードファイバー
を使用するが、光ファイバー17若しくは18はコア径
の大きい光ファイバーを用いる方が光の損失が少なく、
位置ずれの許容差が大きく取れる。従って、光ファイバ
ー8と光ファイバー17若しくは18とのコア径の差が
ある場合はレンズ16を省略してもよい。
もよい。一般に光ファイバー8は単一モードファイバー
を使用するが、光ファイバー17若しくは18はコア径
の大きい光ファイバーを用いる方が光の損失が少なく、
位置ずれの許容差が大きく取れる。従って、光ファイバ
ー8と光ファイバー17若しくは18とのコア径の差が
ある場合はレンズ16を省略してもよい。
【0022】また、磁気光学結晶12に設けた電極14
は透明な電極でなはく、光信号が通過する部分だけに穴
をあけた構造でもよく、電極を磁気光学結晶12の側面
に設けてもよい。
は透明な電極でなはく、光信号が通過する部分だけに穴
をあけた構造でもよく、電極を磁気光学結晶12の側面
に設けてもよい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。厳密な位置調整
が不要な磁界検出装置を実現できる。また、誘電体層を
被測定電極に接触させるため、常に安定した磁界強度を
測定することができる。
本発明によれば次のような効果がある。厳密な位置調整
が不要な磁界検出装置を実現できる。また、誘電体層を
被測定電極に接触させるため、常に安定した磁界強度を
測定することができる。
【図1】本発明に係る磁界検出装置の第1の実施例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図2】本発明に係る磁界検出装置の第2の実施例を示
す部分構成図である。
す部分構成図である。
【図3】本発明に係る磁界検出装置の第3の実施例を示
す部分構成図である。
す部分構成図である。
【図4】本発明に係る磁界検出装置の第4の実施例を示
す部分構成図である。
す部分構成図である。
【図5】従来の光サンプリング装置の一例を示す構成ブ
ロック図である。
ロック図である。
【図6】サンプリング法の原理を示すタイミング図であ
る。
る。
【図7】図5における電界検出手段5及び被測定回路6
を詳細に示した構成ブロック図である。
を詳細に示した構成ブロック図である。
1 パルス・レーザ 2 演算表示手段 3 受光素子 4 偏光子 5,5a 電界検出手段 6,6a 被測定回路 7 駆動手段 8,17,18 光ファイバー 9,16 レンズ 10 1/2波長板 11 1/4波長板 12,12a 磁気光学結晶 13 誘電体層 14,14a 電極 15 被測定電極 50 磁界検出装置 100 駆動信号 101,101a 光出力 102,103,104 光信号 200,200a 電界 201,201a,201b 磁界
Claims (1)
- 【請求項1】光サンプリング装置で用いられる磁気光学
結晶を用いた磁界検出装置において、 入射光を通過させ、戻り光信号のうち特定偏波面を有す
る光信号のみを分岐する偏光子と、 この偏光子を通過した光を入射し、動作点を光学的にバ
イアスする働きをする波長板と、 被測定電極に流れる電流によって生じる磁界により磁気
光学効果を生じ、前記波長板を通過する光の偏波面を変
化させる磁気光学結晶と、 この磁気光学結晶に設けられ、その電位が基準電位に設
定された電極と、 前記磁気光学結晶を通過した光を反射して前記磁気光学
結晶と前記波長板とを介して前記偏光子に導く反射面
と、 前記磁気光学結晶と前記被測定電極との間に形成された
誘電体層と を備えたことを特徴とする磁界検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077397A JP3063369B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 磁界検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077397A JP3063369B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 磁界検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05281313A JPH05281313A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3063369B2 true JP3063369B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=13632766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4077397A Expired - Fee Related JP3063369B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 磁界検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3063369B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3153852B1 (en) * | 2014-06-04 | 2019-02-27 | Hamamatsu Photonics K.K. | Inspection device and method for disposing magneto-optical crystal |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP4077397A patent/JP3063369B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05281313A (ja) | 1993-10-29 |
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