JPH02296166A - 電気光学効果を利用した電気信号波形観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、電気信号波形を＾い時間分解能で観測する装
置に係り、特にプローブ信号にレーザ光を用い、電気光
学効果を有する結晶を媒介して電界による光強度変調量
から間接的に電気信号波形を高感度で観測することが可
能な、電気光学効果を利用した電気信号波形観ｉ！ｌ！
ｌ装置に関する。

［従来の技術］ 半導体技術の進歩により遮断周波数が１００Ｇ＋−Ｉ　
Ｚを越える超高速半導体デバイスが出現している。これ
らの超ｉ０ｉ速デバイスが出力する電気信号波形を高い
時間分解能で観測する手段として、半導体技術によるリ
ンブリング装置に比べて１桁以−Ｆの高時間分解能が原
理士実現できる電気光学り」果を利用したリングリング
技術の開発が近年進められている。これらの従来技術に
おいては、電気光学結晶（ポッケルス結晶）表面、また
は直近に導いた単＝−の電気信号に対して、該電気化す
によってポッケルス結晶中に生ずる局所的な電界変動部
分にレーザ光を照射し、電界によるその透過光の強度変
調量を検出して電気信号を観測していた。

ポッケルス結晶を透過したレーザ光の強度を測定−４６
際、Ｓ／Ｎ比、即ち電圧感度を向上させるため、公知文
献（Ｊ、Ａ、Ｖａｌｄｍａｎｉｓ　ａｎｄ　Ｇ、Ｈｏｕ
ｒｏｕ　（ＣＨ，ＬｃｅＪｄ、　）　、　Ｐｉｃｏｓｅ
ｃｏｎｄ　０ｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｉ−ｖｉ
ｃｅｓ、　　０ｒｌａｎｄ、　ＦＬ：＾ｃａｄｅｍｉｃ
　Ｐｒｅｓｓ　　ＰＰ、２４’ｌ−２７０、１９８４）
の第２５１頁の第１図に丞された従来装置の構成例のよ
うにポッケルス結晶透過後のレーデ光を口”１線偏光し
で得られるｎいに直交した２つの偏光成分を各々検出し
これらを差動増幅しＴ：同相雑＆を除去していた。

［発明が解決しようとする課題］ このような従来構成で（ま２偏光成分がηいに直交する
ことから検出系の構成が３次元的となり、多くの占有空
間余地を必要としていた。また、差動増幅するまでの両
信号線路長を互いに等しくしなければならなかった。

この従来技術では、高感度化を図る場合に装置構成が大
型・複雑になるといった問題点を右していた。

ここにおいて本発明は、当該課題解決に有効適切な高感
度かつ小型な電気光学効果を利用した電気信号波形観測
装置を提供じんとするものである。

［課題を解決するための手段］ 前記課題は、本発明の電気光学効果を利用した電気信号
波形ｖ２測装置が、ＩＸ電性の薄膜を用いて互いに交差
しない１以上のコプレーナ線路を表面に形成したポッケ
ルス効果を有する結晶板と、し１Ｆ光源と、該レーリ′
光源がらの出射光を直Ｉ！１１（ｌＺｌ光する偏光子と
、該偏光子を透過したレーザ光の位相を１／４波長回転
して前記ポッケルス結晶板表面に形成した前記コプレー
ナ線路を包含する領域を照射させる１／４波艮板と、該
ポッケルス結晶板を透過したレーザ光を再度直線偏光に
戻づ検光子と、該検光子を通して得られる２つの偏光成
分の一方に対し、前記コプレーナ線路とその両隣の接地
バタン線との間隙を透過したレープ“光の強度を検出す
る光強度検出器と、該光強度検出器の検出強度を各々差
動増幅する差動増幅器と、前記レーザ光源の照射と同１
ｊＪ　して出力電気イエ号をパルス発生する同期回路と
、該同期回路の出りをトリガとして前記差動増幅器の出
力型［Ｆレベル（ゴ１を記憶・蓄積する電丹強度記憶回
路とを消えることにより解決される。

［伯　用１ 本発明では、被測定出力電気信号を、ポッケルス結晶板
にコプレーナ線路で導き、コプレーナ線路とその両隣の
接地バタン線との間隙にお【）る１を異成分が逆位相と
なることを利用して、両間隙を透過したレーザ光強度を
直線偏光した後、直交する２つの偏光成分の一方のみに
対し、各々光強度検出器で電圧信号に変換した後、両型
圧信号を差動増幅することによって、低雑盲でに！ｉ感
度な電気イ；１号の観測を可能とするｂのであり、ポッ
ケルス結晶板透過後のレーザ光を直線偏光して得られる
ｎいにｖ１交した２つの偏光成分を利用しＣいたために
検出系の構成が３次元的となり、装置構成が大型になる
という従来の課題を解決し、小型化・高感度化が実現で
きる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図につき説明する。

同図中シンセサイザ１とバタン発生器２と被測定デバイ
ス３からなる同期回路Ａにおいて、被測定デバイス３の
出り電気信＠ＳＯの繰り返しレートを決めるバタン発生
器２のクロックレートとレーザ光源４の繰り返しレート
とシンセサイザ１で高安定に同期させる。レーザ光源４
の出射光［０は可変遅延線５を経由してビームスプリッ
タ６で２分岐し、その−ｈをリーンプリングレーザ光［
１として用い、偏光子７によって直線偏光し、１／４波
長板８で偏光量にオフセットをかけた後、サンプリング
レーザ光Ｌ２を第２図に示すようポッケルス結晶板１１
と検光子１３と光強度検出器１４．１５と差動増幅器１
６と電圧強度記憶回路１７とからなる測定記憶回路Ｂに
Ｊ３いて、表面１．：”ｆｆ電気信号線とその両隣の接
地パターンＩ９１０ａ。

１０ｂからなるコプレーナ線路を形成したポッケルス結
晶板１１の該電気信号線９とその両隣の該接地パタン線
１０ａ、１０ｂとの両間隙部分１２ａ、１２ｂを含む領
域に照射させる。ポッケルス結晶板１１を透過して楕円
偏光となった透過レ−ず光Ｌ３を再び検光子１３によっ
て直線偏光し、ｑいに直交する２つの偏光成分の内の一
方のみの透過光強度を、該両間隙１２ａ、１２ｂに対応
して該両間隙１２ａ、１２ｂの直下に配置した２個以上
の例えば抵抗を出力負荷とするフォトダイオード等の光
θ度検出冴１４，１５によって、各間隙１２ａ、１２ｂ
を透過した透過レーザ光１３毎に電圧信号８１．８２に
変換する。ポッケルス結晶板１１上の該電気信号線９上
の電圧に対応して間隙１２ａと間隙１２ｂでは電界強度
が生じ、該電気信号線９と直交する電界成分が第３図の
ように逆位相となるため、第３図に示す電界による透過
レーザ光１３強度変化の例のように、該電気信号線９上
の電圧変化による透過レーザ光し３強肛の増加・減少が
両間隙１２ａ、１２ｂ間で逆転する。従って、各間隙１
２ａ、１２ｂを透過した透過レーザ光Ｌ３毎に光強度検
出器１４．１５によって変換した電圧信号Ｓｌ、３２同
志を差動増幅器１６で差動増幅することにより、法電気
イ８号線９Ｆの電圧変化に対応した電圧信号Ｓ１．８２
を得ることができる。従って、レーザ光源４からのサン
プリングレーザ光Ｌ１の透過レーザ光し３強度によって
該差動増幅信号Ｓ３の電圧に変化が生じているタイミン
グに同期して、該差動増幅信号Ｓ３の電圧レベルを例え
ばＡ／Ｄ変換器などからなる電圧強度記憶回路１７によ
って配憶・蓄積し、可変遅延線５を制御して被測定デバ
イス３からの出力電気信号ＳＯが萌記ポッケルス結晶板
１１上のリンプリングレーザ光Ｌ２照射部分に到達する
タイミングとサンプリングレーザ光Ｌ２が該照射部分に
到達するタイミングとを調整することにより、該出力電
気ａｓｓｏの繰り返しサイクル中のｆＩ意のタイミング
に於ける電圧レベルを測定することができる。また可変
遅延線５を制御して被測定デバイス３からの出力電気信
号ＳＯがポッケルス結晶板１１上の１ナンプリングレ一
ザ光Ｌ２照射部分に到達するタイミングとサンプリング
レーザ光Ｌ２が該照Ｑ４部分に到達するタイミングとを
連続的に変更しながら逐次差動増幅信号Ｓ３の電圧レベ
ルを記憶・蓄積することにより、即ち、サンプリングの
手法により、電気信号波形Ｗを再現することができる。

なお、レーザ光源４からのリンプリングレーザ光Ｌ２の
透過レーザ光し３強度によって該差動増幅信号Ｓ３の電
圧に変化が生じているタイミングに同期して、該差動Ｉ
Ｈ幅仁１］　Ｓ　３の電圧レベルを例えばＡ／Ｄ変換器
とレジスタなどによって構成された電圧強度記憶回路１
７に記憶・蓄積させるためには、レーず光源４の出射光
ＬＯをビームスプリッタ６で２分岐した残り一方の分岐
レーデ光Ｌ１−をミラー１８で反則し光強度検出器１９
で電気信号に変換しこれをＡ／Ｄ変換器などからなる電
圧強度記憶回路１７のデータ取り込み用ストローブ信号
Ｓ４として用いればよい。なおレーザ光源４としてはパ
ルス発成型と？！続発成型とが存在するが、パルス発振
型の場合は光源４そのらのを用いればよく、連続発振を
の場合には、被測定出り電気信号ＳＯの繰り返しレート
と同期させるために、例えばＡｒガス等の気体レーザや
Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体レーザで１ま外部変調器を付加す
る必要がある。

さらに、第４図に示した本発明に於ける電気光学効果を
利用した電気信号線路観１ｌｌｌｌ装置の一構成要素で
あるポッケルス結晶板１１上に複数のコプレーナ線路を
豆いに平行に形成し、各々の電気信号Ｆ１１９ａ〜９ｄ
および接地パターン線１０ａ〜１０ｄに対応して前記し
たのと同様のレーデ光強度検出系を構成し、それらを包
含１−るｆｆ４域をサンプリングレーザ光Ｌ２で照射す
ることによって、各々の電気信号線９８〜９ｄに導いた
複数の責なる電気信号線路Ｗを回部に測定することらｉ
′１１能である。

前記したように、ポッケルス結晶透過後のレーザ光を直
線偏光して得られる互いに直交した２つの偏光成分の一
方のみを利用するため、検出系を小ケ１化できる。また
、電気信号線路としＣ」プレーナ線路の特徴を活かして
差動増幅することにより、？３感度化を実現できる。

［発明の効果１ かくして本発明によれば、装置構成が小型でかつ高感度
な電気光学効果を利用した電気信号波形観測装置を実現
ぐきるへ優れた効果を発揮する９、

【図面の簡単な説明】

第１図は水弁１月の実施例を小゛づブロックダイＸ７グ
ラム、第２図は木発Ｉｌｌを構成する測定記憶回路Ｂの
、−ＪＩＩ説明図、第３図μ本発明において電界による
透過レーザ光強度変化の例を示す測定１京埋説明図、第
４図は本発明の構成要素をなすポッケルス結晶板上の他
制の」ブレーナ線路の図である。１△・・・同期回路　
　　　Ｂ・・・測定記憶回路１０・・・出側光 Ｌｌ、Ｌ２・・・サンプリングレーザ光Ｌ３・・・透過
レープ“光　　ＳＯ・・・出力電気信号Ｓｌ、Ｓ２・・
・電圧信号　Ｓ３・・・差動増幅信号Ｓ４・・・ストロ
ーブ信号　　Ｗ・・・電気信）］波形１・・・シンセサ
イザー　　２・・・バタン発生器３・・・被測定デバイ
ス　　４・・・レーザ光源５・・・可変遅ｋ〔線　　　
　６・・・ビームスプリッタ７・・・偏光Ｉ　　　　　
　８・・・１／４波長板９．９ａ〜９ｄ・・・電気信号
線 Ｑａ〜１０ｄ・・・接地パターン線 １・・・ポッケルス結晶板 ２ａ〜１２ｇ・・・間隙　１３・・・検光Ｉ４．１５．
１９・・・光強度検出）Ｓ Ｏ・・・差動増幅器　　　１７・・・電圧強度記憶回路
８・・・ミツ− 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性の薄膜を用い互いに交差しない１以上のコプ
   レーナ線路を表面に形成したポッケルス効果を有する結
   晶板と、 レーザ光源と、 該レーザ光源からの出射光を直線偏光する偏光子と、 該偏光子を透過したレーザ光の位相を１／４波長回転し
   て前記ポッケルス結晶板表面に形成した前記コプレナー
   線路を包含する領域に照射させる１／４波長板と、 該ポッケルス結晶板を透過したレーザ光を再度直線偏光
   に戻す検光子と、 該検光子を通して得られる２つの偏光成分の一方に対し
   、前記コプレーナ線路とその両隣の接地パタン線との間
   隙を透過したレーザ光の強度を検出する光強度検出器と
   、 該光強度検出器の検出強度を各々差動増幅する差動増幅
   器と、 前記レーザ光源の照射と同期して出力電気信号をパルス
   発生する同期回路と、 該同期回路の出力をトリガとして前記差動増幅器の出力
   電圧レベル値を記憶・蓄積する電圧強度記憶回路と、 を備えてなることを特徴とする電気光学効果を利用した
   電気信号波形観測装置。 ２、レーザ光源と偏光子間に、可変遅延線を介接したこ
   とを特徴とする請求項１記載の電気光学効果を利用した
   電気信号波形観測装置 ３、偏光子の直前に、ビームスプリッタを前置挿入して
   レーザ光を分岐し、差動増幅器へデータ取込み用ストロ
   ーブ信号を入力することを特徴とする請求項１又は２記
   載の電気光学効果を利用した電気信号波形観測装置