JP4567229B2 - Optical waveform measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極短時間内に生じる光(超高速光)の強度が、時間的又は空間(位置や波長)的にどの様に変化するかを測定するストリークカメラなどに適用される光波形測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、繰り返しの高いパルスレーザ光の強度を測定するストリークカメラ(シンクロスキャンストリークカメラ)においては、その構成要素であるストリーク管に、通常1組の平行平板型垂直偏向板(以下、偏向板という)を備え、この偏向板(電極)に印加される高電圧の変化を利用し、後述するストリーク掃引が行われている。
【0003】
ストリーク管においては、パルスレーザ光が入射される光電面で光強度に応じて光電変換された電子群が、加速電極により加速される。この加速された電子群が偏向板の間を通過する際に、偏向板に印加された高電圧、即ち掃引電圧によって上方から下方へ(時間軸方向へ)振られるストリーク掃引が行われる。この掃引によって電子群が垂直方向の少しづつ異なった角度に偏向され、MCP(マイクロチャンネルプレート)を介して蛍光面に衝突し、ここで再び光に変換されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の光波形測定装置であるストリークカメラにおいて、光強度の変化をより精度良く測定するためには、言い換えれば、より高時間分解能を得るためには、より大きな掃引電圧の振幅を必要とする。その掃引電圧の振幅を大きくするためには、偏向板の容量と共振するコイルを有して成る共振回路のQ値を大きくするか、入力電力を大きくするかの何れかである。前者のQ値は、コイルや配線の残留インダクタンスや浮遊容量により制限されるため、現状の共振回路以上とすることは現実的に困難である。
【0005】
後者については、電力の消費が殆ど共振回路内で行われるため偏向板から熱を発生し、共振周波数のドリフトが生じてしまう。更に言及すれば、ストリーク管内での偏向板の発熱は、真空中であるがため熱の逃げ場がなく、少しの電力でも数100℃以上の温度上昇が生じ、ストリーク管が破壊するなど恒久的なダメージを与える可能性がある。また、共振回路を大きいQ値を保持したまま振動などがないように冷却することは困難である。
【0006】
そこで本発明は、ストリーク管内で恒久的なダメージを与える熱が発生することのないように光強度の変化をより精度高く測定することができる光波形測定装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光波形測定装置は、入射光を光電面で光電変換した後の電子群を時間軸方向に掃引して波形を測定する光波形測定装置において、光電面を有する真空管内に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、電子群を時間軸方向に掃引する第1の偏向電極と、光電面を有する真空管内に第1の偏向電極に対して入射光軸に沿った後方に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、電子群を時間軸方向に掃引する第2の偏向電極と、入射光が同期する1次高調波信号及び、この1次高調波信号に同期したn倍の周波数のn次高調波信号(但し、nは1以上の次数)を出力する出力手段と、第1の偏向電極へ1次高調波信号を印加すると共に、第2の偏向電極へn次高調波信号を印加する印加手段とを備えたことを特徴としている。
【0008】
入射光の光電変換後の電子群が、第1の偏向電極で1次高調波信号の電圧で掃引されたのち、第2の偏向電極でn次高調波信号の電圧で掃引されるので、電子群の動きが、1次高調波信号とn次高調波信号との合成波信号の電圧で掃引されたと同様な動きとなる。合成波信号は、その傾きが1次高調波信号の傾きと比べ急峻であるため、その分、電子群を時間軸方向へより大きく振ることができ、これによって高時間分解能を得ることができる。
【0009】
また、本発明の光波形測定装置においては、第1及び第2の偏向電極の他に、入射光の軸に沿って配置された1または複数の偏向電極を備え、出力手段から、1次高調波信号に同期し且つ任意倍数の高調波信号を1または複数の偏向電極の数だけ出力し、この出力された高調波信号を、印加手段を介して1または複数の偏向電極に印加することを特徴とすることが好適である。
【0010】
電子群の動きが、各高調波信号を合成した急峻な傾きを持つ合成波信号の電圧で掃引されたと同様な動きとなるので、電子群を時間軸方向へより大きく振ることができ、これによって高時間分解能を得ることができる。
【0011】
また、本発明の光波形測定装置においては、印加手段は、第1及び第2の偏向電極を含む共振回路構成を成すことを特徴とすることが好適である。
【0012】
偏向電極が共振回路に含まれるようにしたので、偏向電極に進行波型のものを用いた場合に比較し、より高い電圧ゲインを得ることができる。更に言及すれば、固定周波数での使用においては、共振回路を利用したものの方がより少ない電力で高スルーレートを得ることができる。なぜならば、進行波型の偏向電極の場合、固定されたインピーダンスを備える伝送線路の構造となっているため、広帯域な周波数特性を持っており、これに高次の高調波を持つ矩形波を印加すれば、スルーレートを高くすることが可能であるが、広帯域特性を保持したままインピーダンスを高くすることは浮遊容量や残留インダクタンスのために物理的に困難である。このためインピーダンスに限界があることから、電圧ゲインも低くなる。
【0013】
また、本発明の光波形測定装置においては、印加手段から第1の偏向電極に印加される1次高調波信号と、印加手段に入力される1次高調波信号との位相差が、一定又は0となるように印加手段に入力される1次高調波信号の位相を制御すると共に、印加手段から第2の偏向電極に印加されるn次高調波信号と、印加手段に入力されるn次高調波信号との位相差が、一定又は0となるように印加手段に入力されるn次高調波信号の位相を制御する位相制御手段を備えたことを特徴とすることが好適である。
【0014】
第1及び第2偏向電極に印加される1次高調波信号及びn次高調波信号による掃引電圧の位相を一定とすることができるので、印加手段で第1及び第2の偏向電極を含めて構成される共振回路などに起因する熱ドリフトを補正することができる。
【0015】
また、本発明の光波形測定装置においては、印加手段から第1の偏向電極に印加される1次高調波信号と、印加手段に入力される1次高調波信号との位相差が、一定又は0となるような周波数の1次高調波信号を発振して印加手段へ出力すると共に、印加手段から第2の偏向電極に印加されるn次高調波信号と、前記印加手段に入力されるn次高調波信号との位相差が、一定又は0となるような周波数のn次高調波信号を発振して印加手段へ出力する発振手段を備えたことを特徴とすることが好適である。
【0016】
第1及び第2偏向電極に印加される1次高調波信号及びn次高調波信号による掃引電圧の位相を一定とすることができるので、印加手段で第1及び第2の偏向電極を含めて構成される共振回路などに起因する熱ドリフトを補正することができる。
【0017】
また、本発明の光波形測定装置においては、印加手段を介して第2の偏向電極に印加されるn次高調波信号の位相を逆位相とし、この逆位相とされたn次高調波信号と1次高調波信号とを合成した際に、この合成波において掃引レンジに対応する平均の傾き部分が極力大きくなるように、逆位相とされたn次高調波信号の振幅を調整する位相反転手段を備えたことを特徴とすることが好適である。
【0018】
入射光の光電変換後の電子群が、第1及び第2の偏向電極で掃引される際の掃引レンジが大きくなるので、より多くの電子群を掃引することができる。
【0019】
上記課題を解決するために、本発明の光波形測定装置は、入射された光を光電面で光電変換した後の電子群を時間軸方向に掃引して波形を測定する光波形測定装置において、光電面を有する真空管内に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、電子群を時間軸方向に掃引する第1の偏向電極と、光電面を有する真空管内に第1の偏向電極に対して入射光軸に沿った後方に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、電子群を時間軸方向に掃引する第2の偏向電極と、入射された光を分岐し、分岐された一方の光を光電面に入射すると共に、分岐された他方の光を変換手段へ出力する分岐手段と、変換手段で変換された電気信号から1次高調波信号と、n倍の周波数のn次高調波信号(但し、nは1以上の次数)を抽出する抽出手段と、第1の偏向電極へ1次高調波信号を印加すると共に、第2の偏向電極へn次高調波信号を印加する印加手段とを備えたことを特徴としている。
【0020】
光電面に入射する光そのものから1次高調波信号及びn次高調波信号を抽出し、これらを最終的に掃引電圧として用いるので、入射光と掃引電圧との同期をより精度良く確立することができる。なお、本発明の光波形測定装置は、この装置自身が入射光を出射する光源(出射手段)を備えていても良い。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態にかかる光波形測定装置であるストリークカメラについて図面を参照して説明する。
【0022】
図1は第1実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。この図1に示すストリークカメラ10は、高繰返し型パルスレーザ12と、第1及び第2偏向板14,16を有するストリーク管18と、シンセサイザ20,22と、位相器24,26と、電力増幅器28,30と、整合回路32,34とを備えて構成される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【0023】
高繰返し型パルスレーザ12はPLL(Phase Locked Loop)回路を内蔵しており、このPLL回路でシンセサイザ20から出力される周波数f1の信号(以下、f1信号という)に同期を取ることにより、f1信号に同期したパルスレーザ光をストリーク管18へ出射するものである。
【0024】
ストリーク管18は、基本的には従来例で説明したように、パルスレーザ光を光電面で電子群に変換して加速電極で加速し、この加速された電子群を偏向板でストリーク掃引したのちMCPを介して蛍光面で再び光に変換するものであるが、偏向板に第1及び第2偏向板14,16を用いた点が従来例と異なる。
【0025】
第1偏向板14は、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成るものであり、第2偏向板16は第1偏向板14と同構成であって、第1偏向板14の入射光軸に沿った後方に配置されている。つまり、加速電極で加速された電子群が第1及び第2偏向板14,16の順で通過し、この通過時に双方の偏向板14,16でストリーク掃引されるようになっている。また各偏向板14,16の電圧印加端の対向端は接地されている。
【0026】
シンセサイザ20は、fn信号を高繰返し型パルスレーザ12の他に、シンセサイザ22と位相器24とに出力するものである。シンセサイザ22はそのf1信号に同期して動作し、f1信号の周波数f1の高調波、即ちn倍の周波数の信号(以下、fn信号という)を位相器26へ出力するものである。但し、n倍は1倍を含む。
【0027】
位相器24は、f1信号の位相を予め定められた位相としたのち電力増幅器28へ出力し、位相器26は、fn信号の位相を予め定められた位相としたのち電力増幅器30へ出力するものである。
【0028】
電力増幅器28は、位相器24からのf1信号を予め定められた電力に増幅したのち整合回路32へ出力し、電力増幅器30は、位相器26からのfn信号を予め定められた電力に増幅したのち整合回路34へ出力するものである。
【0029】
整合回路32は、電力増幅器28で増幅されたf1信号の電力を第1偏向板14に有効に伝達するものであり、このため共振回路に構成されており、例えば図2に示す直列共振回路36に構成されている。この直列共振回路36は、コンデンサC1、コイルL1、抵抗器R、コイルL2及びコンデンサC2の各要素が、信号の+入力端子とアースとの間に直列に接続されると共に、コンデンサC1及びコイルL1間とアースとの間にコンデンサC3が接続され、更に−入力端子が接地されて構成されている。整合回路34は整合回路32と同構成であり、電力増幅器30で増幅されたfn信号の電力を第2偏向板16に有効に伝達するものである。
【0030】
また、各位相器24,26でf1信号及びfn信号の位相が調整される場合、ストリーク管18に入射されたパルスレーザ光の光電変換後の電子群が、第1及び第2偏向板14,16でストリーク掃引される際に、f1信号及びfn信号による各掃引電圧波形の急峻部分で最適に捕らえられるように調整される。
【0031】
このような構成のストリークカメラ10の動作を説明する。但し、シンセサイザ20から出力されるf1信号が、図3に実線の曲線38で示す基本波(1次高調波)であり、シンセサイザ22から出力されるfn信号が、同図3に破線の曲線40で示す3次高調波であるとする。また、図3では縦軸が振幅(V)軸、横軸が時間(ns)軸であり、基本波38の振幅が1で、3次高調波40の振幅が0.5、更に基本波38の周波数f1が80MHzであるとする。
【0032】
まず、シンセサイザ20からの基本波38に同期して高繰返し型パルスレーザ12から出射されたパルスレーザ光がストリーク管18に入射される。一方、シンセサイザ20からの基本波38の位相が位相器24で調整される。この調整は、パルスレーザ光の光電変換後の電子群が第1偏向板14でストリーク掃引される際に、基本波38の振幅の急峻部分で最適に捕らえられるように行われる。この位相調整された基本波38は、電力増幅器28で所定電力に増幅された後、整合回路32を介して第1偏向板14に掃引電圧として印加される。この際、整合回路32によって第1偏向板14の容量と共振するように印加される。
【0033】
同様に、シンセサイザ20に同期して動作するシンセサイザ22からの3次高調波40の位相が位相器26で調整される。この調整は、パルスレーザ光の光電変換後の電子群が第2偏向板16でストリーク掃引される際に、3次高調波40の振幅の急峻部分で最適に捕らえられるように行われる。この位相調整された3次高調波40は、電力増幅器30で所定電力に増幅された後、整合回路34から第2偏向板16に掃引電圧として印加される。この際、整合回路34によって第2偏向板16の容量と共振するように印加される。
【0034】
これらの印加によって、まず、パルスレーザ光が光電面で光電変換された後の電子群が第1偏向板14を通過する際に、図3に示す基本波38の振幅の急峻部分で時間軸方向へストリーク掃引される。この掃引により電子群が垂直方向の少しずつ異なった角度に偏向される。この偏向された電子群は第2偏向板16へ移行し、第2偏向板16を通過する際に、図3に示す3次高調波40の振幅の急峻部分で上方から下方へ振られる。即ち時間軸方向へストリーク掃引される。この掃引によって電子群が前段の偏向よりも更に垂直方向の異なった角度に偏向される。この偏向された電子群はMCPを介して蛍光面に衝突し、ここで再び光に変換される。
【0035】
以上説明した第1実施形態のストリークカメラ10によれば、1次高調波である基本波38による掃引電圧を第1偏向板14に印加し、第1偏向板14の入射光軸に沿う後方に配置された第2偏向板16に、基本波38と同期した3次高調波40による掃引電圧を印加するようにした。
【0036】
これによって、入射パルスレーザ光が光電面で光電変換された後の電子群が、第1偏向板14で基本波38の電圧でストリーク掃引されたのち、第2偏向板16で3次高調波40の電圧でストリーク掃引されるので、電子群の動きが図4に曲線42で示す基本波38と3次高調波40との合成波の電圧でストリーク掃引されたと同様な動きとなる。合成波42は、図4に直線44で示すその傾きが、基本波38の傾き46に比べ急峻であり、約2.5倍改善されている。この改善によって、電子群を時間軸方向へより大きく振ることができるので、高時間分解能を得ることができる。
【0037】
ここで、仮に基本波38のみで合成波42の傾きを得ようとした場合、合成波42の5倍の電力を必要とする。この電力は、解決すべき課題の項で説明したように、ストリーク管を含めた共振回路の内で殆ど消費されるため、その熱による温度上昇と位相ドリフトに影響を与える。逆に言えば、第1実施形態のストリークカメラ10では、その熱による温度上昇と位相ドリフトに影響を与えることがない。従って、ストリーク管18内で恒久的なダメージを与える熱が発生することのないように、光強度の変化をより精度高く測定することが可能となる。
【0038】
また、第1及び第2偏向板14,16に掃引電圧を印加する際に、各偏向板14,16と共に共振回路構成をとる整合回路32,34を介して行っているが、これは次の理由による。偏向板として進行波型のものを用いる場合も考えられるが、進行波型の偏向板の場合、例えば100Ωや200Ωのように固定されたインピーダンスを備える伝送線路の構造となっているため、広帯域な周波数特性を持っている。これに高次の高調波を持つ矩形波を印加すれば、スルーレートを高くすることができる。しかし、広帯域特性を保持したままインピーダンスを高くすることは浮遊容量や残留インダクタンスのために物理的に困難である。現状ではインピーダンスが200Ω程度のため、掃引電圧のゲインは2倍である。これに比べ共振回路では、図5に曲線48で示す掃引電圧波形のように、約23dB(約14倍)のゲインを得ることができるので、固定周波数での使用においては、共振回路を利用したものの方がより少ない電力で高スルーレートを得ることが可能となる。なお、図5においては縦軸が振幅(dB)軸、横軸が周波数(MHz)軸である。
【0039】
但し、上記第1実施形態では、偏向板が第1及び第2偏向板14,16の2段であることを前提に説明したが、3段以上であっても上記のような効果を得ることができる。この3段以上の場合も整合回路は各偏向板を含む共振回路構成を成すようにする。
【0040】
次に、第2実施形態について説明する。
【0041】
図6は第2実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。但し、この図6に示す第2実施形態において図1の第1実施形態の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0042】
図6に示す第2実施形態のストリークカメラ50が、図1に示した第1実施形態のストリークカメラ10と異なる点は、2つのシンセサイザ20,22のうちシンセサイザ20を1つ用い、他方のシンセサイザ22の代わりに3倍波発生器52を備えたことにある。3倍波発生器52は、位相器24で位相が調整されたシンセサイザ20から出力されたf1信号の3倍の周波数信号(以下、3倍波信号という)を発生し、これを位相器26へ出力するものである。
【0043】
このような構成のストリークカメラ50の動作を上記第1実施形態と異なる点のみ説明する。但し、f1信号が図3に示した基本波38であり、3倍波信号が3次高調波40であるとする。位相器24で位相調整された基本波38は、電力増幅器28及び3倍波発生器52に入力され、3倍波発生器52では、基本波38をもとに3次高調波40が発生される。この3次高調波40は電力増幅器30に入力される。
【0044】
以上説明した第2実施形態のストリークカメラ50によれば、第1実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、3倍波発生器52をn倍波発生器に置き換え、n倍波信号(n次高調波)を発生するようにしてもよい。
【0045】
次に、第3実施形態について説明する。
【0046】
図7は第3実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。但し、この図7に示す第3実施形態において図6の第2実施形態の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0047】
図7に示す第3実施形態のストリークカメラ60が、図6に示した第2実施形態のストリークカメラ50と異なる点は、ストリークカメラ50の構成要素に加え、位相比較器62,64と、ループフィルタ66,68と、電圧制御位相器70,72とを備えたことにある。
【0048】
位相比較器62は、第1偏向板14に印加される掃引電圧(f1信号)の位相と、位相器24から出力されるf1信号の位相とを比較することによって、双方の信号の位相差を求め、これをループフィルタ66へ出力するものである。ループフィルタ66は、その位相差に応じた電圧を電圧制御位相器70へ出力するものである。電圧制御位相器70は、ループフィルタ66からの電圧に応じて上記の位相差が一定又は0(零)となるように、位相器24からのf1信号の位相を調整し、この調整後のf1信号を電力増幅器28へ出力するものである。
【0049】
位相比較器64は、第2偏向板16に印加される掃引電圧(3倍波信号)の位相と、位相器26から出力される3倍波信号の位相とを比較することによって双方の信号の位相差を求め、これをループフィルタ68へ出力するものである。ループフィルタ68は、その位相差に応じた電圧を電圧制御位相器72へ出力するものである。電圧制御位相器72は、ループフィルタ68からの電圧に応じて上記の位相差が一定又は0(零)となるように、位相器26からの3倍波信号の位相を調整し、この調整後の3倍波信号を電力増幅器30へ出力するものである。
【0050】
このような構成のストリークカメラ60の動作を上記第2実施形態と異なる点のみ説明する。但し、f1信号が図3に示した基本波38であり、3倍波信号が3次高調波40であるとする。
【0051】
位相器24で位相調整された基本波38と、第1偏向板14に掃引電圧として印加された整合回路32からの基本波38とが位相比較器62に入力されると、位相比較器62では、双方の基本波38の位相が比較されることによって、双方の基本波38の位相差が求められる。この求められた位相差はループフィルタ66に入力され、ここでその位相差に応じた電圧が生成され、電圧制御位相器70へ出力される。電圧制御位相器70では、その電圧に応じて上記の位相差が一定又は0となるように位相器24からの基本波38の位相が調整され、この調整後の基本波38が電力増幅器28へ出力される。
【0052】
同様に、位相器26で位相調整された3次高調波40と、第2偏向板16に掃引電圧として印加された整合回路34からの3次高調波40とが位相比較器64に入力されると、位相比較器64では、双方の3次高調波40の位相が比較されることによって、双方の3次高調波40の位相差が求められる。この求められた位相差はループフィルタ68に入力され、ここでその位相差に応じた電圧が生成され、電圧制御位相器72へ出力される。電圧制御位相器72では、その電圧に応じて上記の位相差が一定又は0となるように、位相器26からの3次高調波40の位相が調整され、この調整後の3次高調波40が電力増幅器30へ出力される。
【0053】
以上説明した第3実施形態のストリークカメラ50によれば、第2実施形態と同様な効果を得ることができる他、第1及び第2偏向板14,16に印加される掃引電圧の位相を一定とすることができるので、整合回路32,34で第1及び第2偏向板14,16を含めて構成される共振回路や電力増幅器28,30に起因する熱ドリフトを補正することが可能となる。
【0054】
次に、第4実施形態について説明する。
【0055】
図8は第4実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。但し、この図8に示す第4実施形態において図7の第3実施形態の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0056】
図8に示す第4実施形態のストリークカメラ80が、図7に示した第3実施形態のストリークカメラ60と異なる点は、ストリークカメラ60の構成要素である高繰返し型パルスレーザ12に代えて用いた他のタイプの高繰返し型パルスレーザ12aと、第1及び第2偏向板14,16を有するストリーク管18と、位相器24,26と、電力増幅器28,30と、整合回路32,34と、位相比較器62,64と、ループフィルタ66,68と、電圧制御位相器70,72とに加え、ハーフミラー82と、光検出器84と、バンドパスフィルタ86,88とを備えたことにある。
【0057】
高繰返し型パルスレーザ12aは、自律的に周波数f1のパルスレーザ光を出射するものである。ハーフミラー82は、その出射されたパルスレーザ光を透過してストリーク管18へ出力すると共に、反射して光検出器84へ出力するものである。光検出器84は、ハーフミラー82からのパルスレーザ光をパルス状の電気信号に変換し、これを各バンドパスフィルタ86,88へ出力するものである。バンドパスフィルタ86は、光検出器84から出力される電気信号のうち基本波となる周波数f1の信号のみを通過させ、位相器24へ出力するものである。バンドパスフィルタ88は、光検出器84から出力される電気信号のうち、周波数f1のn倍の周波数信号(n次高調波信号)のみを通過させ、位相器26へ出力するものである。
【0058】
このような構成のストリークカメラ80の動作を上記第3実施形態と異なる点のみ説明する。但し、バンドパスフィルタ86を通過する信号が図3に示した基本波38であり、バンドパスフィルタ88を通過する信号が3次高調波40であるとする。
【0059】
高繰返し型パルスレーザ12aから出射された周波数f1のパルスレーザ光は、ハーフミラー82を透過してストリーク管18へ出力されると共に、反射されて光検出器84へ出力される。光検出器84では、そのパルスレーザ光がパルス状の電気信号に変換され、この電気信号が各バンドパスフィルタ86,88へ出力される。バンドパスフィルタ86では、その電気信号のうち基本波38のみが通過させられ、位相器24へ出力される。バンドパスフィルタ88では、その電気信号のうち3次高調波40のみが通過させられ、位相器26へ出力される。
【0060】
以上説明した第4実施形態のストリークカメラ80によれば、第3実施形態と同様な効果を得ることができる。この他、自律的作動タイプの高繰返し型パルスレーザ12aから出射されるパルスレーザ光そのものから基本波38及び3次高調波40を抽出し、これらを最終的に掃引電圧として用いるので、シンセサイザ20,22のような基準信号を発生する装置が不要となる。更に高繰返し型パルスレーザ12aをその基準信号に同期させる必要がなくなるので、その分、構成の簡略化を図ることが可能となる。
【0061】
次に、第5実施形態について説明する。
【0062】
図9は第5実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。但し、この図9に示す第5実施形態において図7の第3実施形態の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0063】
図9に示す第5実施形態のストリークカメラ90が、図7に示した第3実施形態のストリークカメラ60と異なる点は、電圧制御位相器70,72に代え、電圧制御発振器92,94を備えたことにある。
【0064】
電圧制御発振器92は、ループフィルタ66と電力増幅器28との間に接続されており、ループフィルタ66からの電圧に応じて位相比較器62で求められる位相差が一定又は0となるような周波数f1の信号、即ちf1信号を電力増幅器28へ出力するものである。電圧制御発振器94は、ループフィルタ68と電力増幅器30との間に接続されており、ループフィルタ68からの電圧に応じて位相比較器64で求められる位相差が一定又は0となるような周波数f1の3倍の周波数信号、即ち3倍波信号を電力増幅器30へ出力するものである。
【0065】
このような構成のストリークカメラ90の動作を上記第3実施形態と異なる点のみ説明する。但し、f1信号が図3に示した基本波38であり、3倍波信号が3次高調波40であるとする。
【0066】
電圧制御発振器92では、ループフィルタ66からの電圧に応じて位相比較器62で求められた位相差が一定又は0となるような周波数の基本波38が発振され、この基本波38が電力増幅器28へ出力される。電圧制御発振器94では、ループフィルタ68からの電圧に応じて位相比較器64で求められた位相差が一定又は0となるような周波数の3次高調波40が発振され、この3次高調波40が電力増幅器30へ出力される。
【0067】
以上説明した第5実施形態のストリークカメラ90によれば、第3実施形態と同様な効果を得ることができる。
【0068】
次に、第6実施形態について説明する。
【0069】
図10は第6実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。但し、この図10に示す第6実施形態において図7の第3実施形態の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0070】
図10に示す第6実施形態のストリークカメラ100が、図7に示した第3実施形態のストリークカメラ60と異なる点は、3倍波発生器52と位相器26との間に位相反転器102を接続したことにある。位相反転器102は、3倍波発生器52から発生される3倍波信号の位相を反転(0/π)することにより逆位相としたのち任意の振幅で位相器26へ出力するものである。
【0071】
このような構成のストリークカメラ100の動作を上記第5実施形態と異なる点のみ説明する。ここで、位相器24で位相調整されたf1信号が図11に示す基本波38であるとする。この基本波38は、3倍波発生器52でその周波数f1が3倍とされたのち位相反転器102へ出力される。位相反転器102では、その3倍波信号の位相が反転されることにより逆位相とされたのち任意の振幅とされる。この逆位相で任意の振幅とされた3倍波信号(以下、3次高調波逆位相信号という)の一例を図11に曲線110で示す。この3次高調波逆位相信号110の振幅が0.13であるとする。基本波38の振幅は1である。
【0072】
3次高調波逆位相信号110の振幅は、基本波38と3次高調波逆位相信号110とを合成した際に、この合成波の平均の傾き部分に対応する時間窓(掃引レンジ)が極力大きくなるように定める。この例では、その合成波は図12に曲線112で示すように振幅が1.13となり、その平均の傾きが直線114で示すように基本波38よりも長くなる。但し、直線114は、時間窓を5.5ns/フルスケールとしたときの平均の傾きを示す。この直線114に重なる破線部分が掃引電圧となる。
【0073】
以上説明した第6実施形態のストリークカメラ100によれば、第3実施形態と同様な効果を得ることができる。この他、位相反転器102によって、3倍波発生器52から発生される3次高調波の位相を逆位相とし、この逆位相とされた3次高調波と基本波38とを合成した際に、この合成波112において掃引レンジに対応する平均の傾き部分114が極力大きくなるように、前記の逆位相とされた3次高調波の振幅を調整するようにした。これによって、パルスレーザ光の光電変換後の電子群が、第1及び第2偏向板14,16でストリーク掃引される際の掃引レンジが大きくなるので、より多くの電子群を掃引することができ、光強度の変化をより精度高く測定することが可能となる。
【0074】
また、合成波112の積分リニアリティを図13に示す。図13に破線で示す横に平行な直線は、各々+3%、−3%の1次高調波信号を示す。これらの値は、本ストリークカメラ100の製品としての保証値に使用されている値であり、掃引レンジは、それらの値の範囲内でなければならない。図13には、本ストリークカメラ100では、掃引レンジが、その範囲内に入っていることが示されている。なお、図14に曲線116で合成波112の微分波形を示す。
【0075】
更に、従来の基本波38のみを用いたストリーク掃引との効果を比較するため、図15に基本波38の平均の傾き120を、図16に基本波38の積分リニアリティを、図17に基本波38の微分波形122を示す。図15と図12との比較から本実施形態の方が、掃引レンジが大きいことが判断できる。また図16と図13との比較から本実施形態では積分リニアリティが上記保証範囲内に入っているが、従来では積分リニアリティが7%以上に悪化しており、積分リニアリティも改善されていることが判断できる。
【0076】
上記の実施形態は、繰り返して掃引を行うタイプのストリークカメラに関するものであったが、単掃引型のストリークカメラにも適用できる。すなわち、繰り返しの少ないパルスレーザー光源を使用してストリーク像を観測するときには、掃引電圧にはランプ電圧を用いる。
【0077】
図18はシステムの基本構成を示す図であり、図19は掃引信号の波形図である。図18に示す通り、Ti:S fs(チタン・サファイア フェムト秒)−パルスレーザー光源201はトリガ回路202からのトリガ信号に同期してパルス光を出射する。また、トリガ回路200からのタイミング信号は2分岐され、別々の遅延回路210,220で遅延されて掃引電圧発生回路310,320に与えられる。そして、掃引電圧発生回路310,320はそれぞれ図19に示す掃引電圧を発生し、これをストリーク管の第1偏向板410と第2偏向板420に与える。
【0078】
これにより、実質的な掃引電圧波形は第1偏向板410と第2偏向板420に与えた波形の合計となる。このため、実質的な電圧振幅の増加やパルス幅の拡張を実現することができ、掃引電圧発生用のデバイスの選択範囲が広がる。なお、パルスの発生方式により長所と短所があり、電圧振幅はあるがパルス幅の狭いものや、電圧振幅は小さいがスルーレートが高いものがあるが、これらの長所と短所を組合せれば選択の幅を更に拡大できる。
【0079】
【発明の効果】
本発明の光波形測定装置によれば、入射光の光電変換後の電子群を時間軸方向に掃引するにあたり、第1の偏向電極で1次高調波信号の電圧で掃引したのち、第2の偏向電極で1次高調波信号に同期したn次高調波信号の電圧で掃引するようにしたので、電子群の動きが、1次高調波信号とn次高調波信号との合成波信号の電圧で掃引されたと同様な動きとなる。合成波信号は、その傾きが1次高調波信号の傾きと比べ急峻であるため、その分、電子群を時間軸方向へより大きく振ることができ、高時間分解能を得ることができる。また従来のように管内で熱による温度上昇と位相ドリフトに影響を与えることがない。その結果、管内で恒久的なダメージを与える熱が発生することのないように、光強度の変化をより精度高く測定することが可能となる。
【0080】
また、第1及び第2の偏向電極に掃引電圧を印加する印加手段が、第1及び第2の偏向電極を含む共振回路構成を成すようにすると、偏向電極に進行波型のものを用いた場合に比較し、より高い電圧ゲインを得ることができる。また、固定周波数での使用においては、共振回路を利用したものの方がより少ない電力で高スルーレートを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。
【図2】共振回路の構成図である。
【図3】基本波と3次高調波の波形図である。
【図4】基本波及び合成波の波形とそれら波形の平均の傾きを示す図である。
【図5】掃引電圧の波形図である。
【図6】第2実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。
【図7】第3実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。
【図8】第4実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。
【図9】第5実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。
【図10】第6実施形態にかかるストリークカメラの構成図である。
【図11】基本波と3次高調波を反転した3次高調波(3次高調波逆位相信号)の波形図である。
【図12】合成波の波形とその波形の平均の傾きを示す図である。
【図13】合成波の積分リニアリティを示す波形図である。
【図14】合成波の微分波形を示す図である。
【図15】基本波の波形とその波形の平均の傾きを示す図である。
【図16】基本波の積分リニアリティを示す波形図である。
【図17】基本波の微分波形を示す図である。
【図18】別の実施形態(単掃引)にかかるストリークカメラの構成図である。
【図19】ランプ電圧波形の合成を示す波形図である。
【符号の説明】
10,50,60,80,90,100…ストリークカメラ、12,12a…高繰返し型パルスレーザ、14…第1偏向板、16…第2偏向板、18…ストリーク管、20,22…シンセサイザ、32,34…整合回路、52…3倍波発生器、62,64…位相比較器、66,68…ループフィルタ、70,72…電圧制御位相器、82…ハーフミラー、84…光検出器、86,88…バンドパスフィルタ、92,94…電圧制御発振器、102…位相反転器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is an optical waveform measurement applied to a streak camera or the like that measures how the intensity of light (ultra-fast light) generated within an extremely short time changes in time or space (position or wavelength). It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a streak camera (synchronous scan streak camera) that measures the intensity of high repetition pulse laser light, a streak tube that is a component of the streak camera is usually provided with a pair of parallel plate type vertical deflection plates (hereinafter referred to as deflection plates). The streak sweep described later is performed using a change in the high voltage applied to the deflecting plate (electrode).
[0003]
In the streak tube, a group of electrons photoelectrically converted according to the light intensity on the photocathode on which the pulse laser beam is incident is accelerated by the acceleration electrode. When the accelerated electron group passes between the deflection plates, a streak sweep is performed in which the high voltage applied to the deflection plates, that is, the sweep voltage, is swung from the upper side to the lower side (in the time axis direction). By this sweeping, the electron group is deflected at slightly different angles in the vertical direction, collides with the fluorescent screen via the MCP (microchannel plate), and is converted into light again here.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the streak camera as the conventional optical waveform measuring device, in order to measure the change in light intensity more accurately, in other words, to obtain a higher time resolution, a larger sweep voltage amplitude is required. . In order to increase the amplitude of the sweep voltage, either the Q value of the resonance circuit having a coil that resonates with the capacitance of the deflection plate is increased or the input power is increased. Since the former Q value is limited by the residual inductance and stray capacitance of the coil and wiring, it is practically difficult to make it more than the current resonance circuit.
[0005]
As for the latter, since power consumption is mostly performed in the resonance circuit, heat is generated from the deflecting plate, and resonance frequency drift occurs. Furthermore, although the heat generation of the deflecting plate in the streak tube is in a vacuum, there is no escape of heat, and even with a small amount of power, a temperature rise of several hundred degrees Celsius or more occurs, and the streak tube is permanently destroyed. May cause damage. In addition, it is difficult to cool the resonance circuit so as not to vibrate while maintaining a large Q value.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical waveform measuring apparatus capable of measuring a change in light intensity with higher accuracy so as not to generate heat that permanently damages the streak tube.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an optical waveform measuring device of the present invention is an optical waveform measuring device that measures a waveform by sweeping an electron group after photoelectric conversion of incident light on the photoelectric surface in a time axis direction. Disposed in a vacuum tube having A set of flat plate electrodes are vertically separated from each other in a plane parallel state for a predetermined period. Sweep the electron group in the
[0008]
Since the electron group after photoelectric conversion of incident light is swept with the voltage of the first-order harmonic signal by the first deflection electrode, and then swept with the voltage of the n-th-order harmonic signal with the second deflection electrode, The movement of the group becomes the same movement as when swept by the voltage of the synthesized wave signal of the first harmonic signal and the nth harmonic signal. Since the slope of the synthesized wave signal is steeper than that of the first-order harmonic signal, the electron group can be shaken more in the time axis direction, and thereby high time resolution can be obtained.
[0009]
In addition to the first and second deflection electrodes, the optical waveform measurement apparatus of the present invention includes one or a plurality of deflection electrodes arranged along the axis of the incident light. And outputting a harmonic signal of an arbitrary multiple as many as the number of one or a plurality of deflection electrodes, and applying the output harmonic signal to one or a plurality of deflection electrodes via an applying means. It is preferable to have a feature.
[0010]
Since the movement of the electron group is the same as that swept by the voltage of the combined wave signal having a steep slope that combines the harmonic signals, the electron group can be swung more greatly in the time axis direction. High temporal resolution can be obtained.
[0011]
In the optical waveform measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the applying means has a resonance circuit configuration including first and second deflection electrodes.
[0012]
Since the deflection electrode is included in the resonance circuit, a higher voltage gain can be obtained compared to the case where a traveling wave type is used for the deflection electrode. Further, when using at a fixed frequency, a high slew rate can be obtained with less power by using a resonant circuit. This is because the traveling wave type deflection electrode has a transmission line structure with a fixed impedance, so it has a wide frequency characteristic, and a rectangular wave having higher harmonics is applied to it. In this case, it is possible to increase the slew rate, but it is physically difficult to increase the impedance while maintaining the broadband characteristics due to stray capacitance and residual inductance. For this reason, since the impedance is limited, the voltage gain is also lowered.
[0013]
In the optical waveform measuring apparatus of the present invention, the phase difference between the first harmonic signal applied to the first deflection electrode from the applying unit and the first harmonic signal input to the applying unit is constant or The phase of the first-order harmonic signal input to the applying means is controlled so as to be 0, the n-order harmonic signal applied from the applying means to the second deflection electrode, and the n-th order harmonic signal input to the applying means It is preferable that phase control means for controlling the phase of the nth-order harmonic signal input to the applying means so that the phase difference from the harmonic signal is constant or zero is preferably provided.
[0014]
Since the phase of the sweep voltage by the first harmonic signal and the nth harmonic signal applied to the first and second deflection electrodes can be made constant, the application means includes the first and second deflection electrodes. It is possible to correct a thermal drift caused by a configured resonance circuit or the like.
[0015]
In the optical waveform measuring apparatus of the present invention, the phase difference between the first harmonic signal applied to the first deflection electrode from the applying unit and the first harmonic signal input to the applying unit is constant or A first-order harmonic signal having a frequency of 0 is oscillated and output to the applying means, and an n-order harmonic signal applied from the applying means to the second deflection electrode and n input to the applying means. It is preferable that an oscillation unit that oscillates an n-order harmonic signal having a frequency such that the phase difference from the second-order harmonic signal is constant or zero and outputs the signal to the applying unit is preferable.
[0016]
Since the phase of the sweep voltage by the first harmonic signal and the nth harmonic signal applied to the first and second deflection electrodes can be made constant, the application means includes the first and second deflection electrodes. It is possible to correct a thermal drift caused by a configured resonance circuit or the like.
[0017]
In the optical waveform measuring apparatus of the present invention, the phase of the nth-order harmonic signal applied to the second deflection electrode via the applying means is set to the opposite phase, and the nth-order harmonic signal having the opposite phase and Phase inversion means for adjusting the amplitude of the nth-order harmonic signal having an opposite phase so that the average slope portion corresponding to the sweep range in the synthesized wave becomes as large as possible when the first-order harmonic signal is synthesized. It is preferable to include
[0018]
Since the sweep range when the electron group after photoelectric conversion of the incident light is swept by the first and second deflection electrodes becomes larger, more electron groups can be swept.
[0019]
In order to solve the above problems, an optical waveform measuring apparatus of the present invention is an optical waveform measuring apparatus that measures a waveform by sweeping an electron group after photoelectric conversion of incident light on a photoelectric surface in a time axis direction. Placed in a vacuum tube with a photocathode, A set of flat plate electrodes are vertically separated from each other in a plane parallel state for a predetermined period. Sweep the electron group in the
[0020]
Since the first harmonic signal and the nth harmonic signal are extracted from the light incident on the photocathode and are finally used as the sweep voltage, synchronization between the incident light and the sweep voltage can be established with higher accuracy. it can. The optical waveform measuring apparatus of the present invention may include a light source (exiting means) that emits incident light.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A streak camera which is an optical waveform measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a configuration diagram of a streak camera according to the first embodiment. The
[0023]
The high repetition
[0024]
As described in the conventional example, the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The matching
[0030]
Further, when the phases of the f1 signal and the fn signal are adjusted by the
[0031]
The operation of the
[0032]
First, the pulse laser beam emitted from the high
[0033]
Similarly, the
[0034]
By applying these, first, when the electron group after the pulse laser beam is photoelectrically converted by the photocathode passes through the
[0035]
According to the
[0036]
As a result, the electron group after the incident pulse laser beam is photoelectrically converted on the photocathode is subjected to streak sweeping with the voltage of the
[0037]
Here, if it is attempted to obtain the slope of the
[0038]
Further, when applying the sweep voltage to the first and
[0039]
However, although the first embodiment has been described on the assumption that the deflecting plate has two stages, ie, the first and
[0040]
Next, a second embodiment will be described.
[0041]
FIG. 6 is a configuration diagram of a streak camera according to the second embodiment. However, in the second embodiment shown in FIG. 6, parts corresponding to those in the first embodiment shown in FIG.
[0042]
The
[0043]
The operation of the
[0044]
According to the
[0045]
Next, a third embodiment will be described.
[0046]
FIG. 7 is a configuration diagram of a streak camera according to the third embodiment. However, in the third embodiment shown in FIG. 7, parts corresponding to those in the second embodiment shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0047]
The
[0048]
The
[0049]
The
[0050]
The operation of the
[0051]
When the
[0052]
Similarly, the third harmonic 40 whose phase is adjusted by the
[0053]
According to the
[0054]
Next, a fourth embodiment will be described.
[0055]
FIG. 8 is a configuration diagram of a streak camera according to the fourth embodiment. However, in the fourth embodiment shown in FIG. 8, parts corresponding to those in the third embodiment shown in FIG.
[0056]
The
[0057]
The high repetition
[0058]
The operation of the
[0059]
The pulse laser beam having the frequency f1 emitted from the high
[0060]
According to the
[0061]
Next, a fifth embodiment will be described.
[0062]
FIG. 9 is a configuration diagram of a streak camera according to the fifth embodiment. However, in the fifth embodiment shown in FIG. 9, parts corresponding to those in the third embodiment shown in FIG.
[0063]
The
[0064]
The voltage controlled
[0065]
The operation of the
[0066]
The voltage controlled
[0067]
According to the
[0068]
Next, a sixth embodiment will be described.
[0069]
FIG. 10 is a configuration diagram of a streak camera according to the sixth embodiment. However, in the sixth embodiment shown in FIG. 10, portions corresponding to the respective portions of the third embodiment of FIG.
[0070]
The
[0071]
The operation of the
[0072]
The amplitude of the third harmonic
[0073]
According to the
[0074]
Further, the integral linearity of the synthesized
[0075]
Further, in order to compare the effect with the streak sweep using only the conventional
[0076]
The above embodiment relates to a type of streak camera that repeatedly sweeps, but can also be applied to a single sweep type streak camera. That is, when a streak image is observed using a pulse laser light source with few repetitions, a ramp voltage is used as the sweep voltage.
[0077]
FIG. 18 is a diagram showing a basic configuration of the system, and FIG. 19 is a waveform diagram of a sweep signal. As shown in FIG. 18, Ti: S fs (titanium / sapphire femtosecond) -pulse
[0078]
As a result, the substantial sweep voltage waveform is the sum of the waveforms applied to the
[0079]
【The invention's effect】
According to the optical waveform measuring apparatus of the present invention, when the electron group after photoelectric conversion of incident light is swept in the time axis direction, the first deflection electrode sweeps with the voltage of the first harmonic signal, and then the second Since the deflection electrode sweeps with the voltage of the nth harmonic signal synchronized with the first harmonic signal, the movement of the electron group is the voltage of the combined wave signal of the first harmonic signal and the nth harmonic signal. It will be the same movement as it was swept in. Since the slope of the synthesized wave signal is steeper than that of the first-order harmonic signal, the electron group can be shaken more in the time axis direction, and high time resolution can be obtained. Further, unlike the prior art, there is no influence on temperature rise and phase drift due to heat in the tube. As a result, it is possible to measure the change in light intensity with higher accuracy so that heat that permanently damages the tube is not generated.
[0080]
Further, when the application means for applying the sweep voltage to the first and second deflection electrodes has a resonance circuit configuration including the first and second deflection electrodes, a traveling wave type is used for the deflection electrode. Compared to the case, a higher voltage gain can be obtained. In addition, when using at a fixed frequency, a high slew rate can be obtained with less power by using a resonant circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a streak camera according to a first embodiment.
FIG. 2 is a configuration diagram of a resonance circuit.
FIG. 3 is a waveform diagram of a fundamental wave and a third harmonic.
FIG. 4 is a diagram illustrating waveforms of a fundamental wave and a synthesized wave and an average inclination of the waveforms.
FIG. 5 is a waveform diagram of a sweep voltage.
FIG. 6 is a configuration diagram of a streak camera according to a second embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram of a streak camera according to a third embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of a streak camera according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram of a streak camera according to a fifth embodiment.
FIG. 10 is a configuration diagram of a streak camera according to a sixth embodiment.
FIG. 11 is a waveform diagram of a third harmonic (third harmonic antiphase signal) obtained by inverting the fundamental wave and the third harmonic.
FIG. 12 is a diagram showing a waveform of a composite wave and an average slope of the waveform.
FIG. 13 is a waveform diagram showing the integrated linearity of a synthesized wave.
FIG. 14 is a diagram showing a differential waveform of a composite wave.
FIG. 15 is a diagram illustrating a waveform of a fundamental wave and an average slope of the waveform.
FIG. 16 is a waveform diagram showing integral linearity of a fundamental wave.
FIG. 17 is a diagram showing a differential waveform of a fundamental wave.
FIG. 18 is a configuration diagram of a streak camera according to another embodiment (single sweep).
FIG. 19 is a waveform diagram showing synthesis of a ramp voltage waveform.
[Explanation of symbols]
10, 50, 60, 80, 90, 100 ... streak camera, 12, 12a ... high repetition pulse laser, 14 ... first deflection plate, 16 ... second deflection plate, 18 ... streak tube, 20, 22 ... synthesizer, 32, 34 ... matching circuit, 52 ... third harmonic generator, 62, 64 ... phase comparator, 66, 68 ... loop filter, 70, 72 ... voltage controlled phase shifter, 82 ... half mirror, 84 ... photodetector, 86, 88 ... band pass filter, 92, 94 ... voltage controlled oscillator, 102 ... phase inverter
Claims (10)
前記光電面を有する真空管内に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、前記電子群を時間軸方向に掃引する第1の偏向電極と、
前記光電面を有する前記真空管内に前記第1の偏向電極に対して入射光軸に沿った後方に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、前記電子群を時間軸方向に掃引する第2の偏向電極と、
前記入射光が同期する1次高調波信号及び、この1次高調波信号に同期したn倍の周波数のn次高調波信号(但し、nは1以上の次数)を出力する出力手段と、
前記第1の偏向電極へ前記1次高調波信号を印加すると共に、前記第2の偏向電極へ前記n次高調波信号を印加する印加手段と
を備えたことを特徴とする光波形測定装置。In an optical waveform measuring device that measures the waveform by sweeping the electron group after photoelectric conversion of incident light on the photoelectric surface in the time axis direction,
A first deflection electrode disposed in a vacuum tube having the photocathode, wherein a pair of flat plate electrodes are vertically separated in a plane parallel state for a predetermined interval, and sweeps the electron group in a time axis direction;
In the vacuum tube having the photocathode, disposed behind the first deflecting electrode along the incident optical axis, a pair of flat plate electrodes are vertically separated from each other in a plane-parallel state by a predetermined distance, A second deflection electrode that sweeps the electron group in the time axis direction;
Output means for outputting a first harmonic signal synchronized with the incident light, and an nth harmonic signal (n is an order of 1 or more) having a frequency n times synchronized with the first harmonic signal;
An optical waveform measuring apparatus comprising: application means for applying the first-order harmonic signal to the first deflection electrode and applying the n-order harmonic signal to the second deflection electrode.
前記出力手段から、前記1次高調波信号に同期し且つ任意倍数の高調波信号を前記1または複数の偏向電極の数だけ出力し、この出力された高調波信号を、前記印加手段を介して前記1または複数の偏向電極に印加する
ことを特徴とする請求項1に記載の光波形測定装置。In addition to the first and second deflection electrodes, one or more deflection electrodes arranged along the traveling direction of the electron group from the photocathode,
The output means outputs the harmonic signal of an arbitrary multiple in synchronization with the first harmonic signal by the number of the one or more deflection electrodes, and the output harmonic signal is passed through the applying means. The optical waveform measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical waveform measuring apparatus is applied to the one or more deflection electrodes.
ことを特徴とする請求項1または2記載の光波形測定装置。3. The optical waveform measuring apparatus according to claim 1, wherein the applying unit forms a resonance circuit configuration including the first and second deflection electrodes.
を備えたことを特徴とする請求項3に記載の光波形測定装置。The phase of each of the first harmonic signal applied to the first deflection electrode and the nth harmonic signal applied to the second deflection electrode is detected so that the detected phase becomes constant. The optical waveform measuring apparatus according to claim 3, further comprising phase control means for controlling phases of the first-order harmonic signal and the n-th-order harmonic signal.
を備えたことを特徴とする請求項4記載の光波形測定装置。In the application means, the phase difference between the first harmonic signal applied to the first deflection electrode from the application means and the first harmonic signal input to the application means is constant or zero. The phase of the input first harmonic signal is controlled, and the nth harmonic signal applied from the applying means to the second deflection electrode and the nth harmonic signal input to the applying means 5. The optical waveform measuring apparatus according to claim 4, further comprising phase control means for controlling the phase of the nth harmonic signal input to the applying means so that the phase difference is constant or zero.
を備えたことを特徴とする請求項4記載の光波形測定装置。A primary having a frequency such that the phase difference between the first harmonic signal applied to the first deflection electrode from the applying means and the first harmonic signal input to the applying means is constant or zero. A harmonic signal is oscillated and output to the applying means, and an n-order harmonic signal applied from the applying means to the second deflection electrode and an n-order harmonic signal input to the applying means 5. The optical waveform measuring apparatus according to claim 4, further comprising an oscillating unit that oscillates an n-order harmonic signal having a frequency such that the phase difference is constant or zero and outputs the signal to the applying unit.
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の光波形測定装置。The phase of the nth-order harmonic signal applied to the second deflection electrode via the applying means is reversed, and the nth-order harmonic signal and the first-order harmonic signal that are reversed in phase are synthesized. In this case, the composite wave further comprises phase inversion means for adjusting the amplitude of the nth-order harmonic signal having the opposite phase so that the average slope corresponding to the sweep range becomes as large as possible. The optical waveform measuring device according to claim 4.
を更に備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の光波形測定装置。7. The optical waveform measuring apparatus according to claim 1, further comprising an emitting unit that emits the incident light in synchronization with the first harmonic signal.
前記光電面を有する真空管内に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、前記電子群を時間軸方向に掃引する第1の偏向電極と、
前記光電面を有する前記真空管内に前記第1の偏向電極に対して入射光軸に沿った後方に配置され、1組の平板型電極が垂直に面平行状態で所定間隔離されて成り、前記電子群を時間軸方向に掃引する第2の偏向電極と、
入射された光を分岐し、分岐された一方の光を前記光電面に入射すると共に、分岐された他方の光を変換手段へ出力する分岐手段と、
前記変換手段で変換された電気信号から1次高調波信号と、n倍の周波数のn次高調波信号(但し、nは1以上の次数)を抽出する抽出手段と、
前記第1の偏向電極へ前記1次高調波信号を印加すると共に、前記第2の偏向電極へ前記n次高調波信号を印加する印加手段と
を備えたことを特徴とする光波形測定装置。In an optical waveform measuring apparatus for measuring a waveform by sweeping an electron group after photoelectric conversion of incident light on a photoelectric surface in a time axis direction,
A first deflection electrode disposed in a vacuum tube having the photocathode, wherein a pair of flat plate electrodes are vertically separated in a plane parallel state for a predetermined interval, and sweeps the electron group in a time axis direction;
In the vacuum tube having the photocathode, disposed behind the first deflecting electrode along the incident optical axis, a pair of flat plate electrodes are vertically separated from each other in a plane-parallel state by a predetermined distance, A second deflection electrode that sweeps the electron group in the time axis direction;
Branching means for branching the incident light, making one branched light incident on the photocathode, and outputting the other branched light to the conversion means;
Extraction means for extracting a first-order harmonic signal and an n- order harmonic signal having an n-fold frequency (where n is an order of 1 or more) from the electrical signal converted by the conversion means;
An optical waveform measuring apparatus comprising: application means for applying the first-order harmonic signal to the first deflection electrode and applying the n-order harmonic signal to the second deflection electrode.
を更に備えたことを特徴とする請求項9に記載の光波形測定装置。The optical waveform measuring apparatus according to claim 9, further comprising emission means for emitting light incident on the branching means.
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