JPH03156379A - Method and apparatus for detecting voltage - Google Patents
Method and apparatus for detecting voltageInfo
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Abstract
Description
本発明は、被測定物の所定部分の電圧によって生じた電
界により屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気
−光変換により前記電圧を検出する電圧検出方法及びそ
の装置に係り、特に、時間分解能が高く、検出感度の高
い電圧検出方法及びその装置に関するものである。The present invention relates to a voltage detection method and apparatus for detecting the voltage by electro-optical conversion using an electro-optic material whose refractive index changes depending on an electric field generated by a voltage on a predetermined portion of a measured object, and in particular, The present invention relates to a voltage detection method and device with high time resolution and high detection sensitivity.
ＭＯＤＦＥＴ等の超高速トランジスタや、超格子型光検
出器、高速集積回路等のピコ秒オーダで作動する高速装
置上の所定部分の電界（電気力線）を、ピコ秒オーダの
時間分解能とマイクロボルトオーダの感度により非接触
で高速測定する技術として、ポッケルス効果を利用し、
被測定物の所定部分の電界によって屈折率が変化する電
気光学材料、例えばＬｉＴａＯ３結晶を用いて、電気−
光変換により前記電界を検出する電界検出装置が開発さ
れている。即ち、前記電気光学材料を偏光方向が互いに
直交する偏光子と検光子の間に配置することにより、電
界の変化を光ビームの透過光量の変化として検出するこ
とができる。
このポッケルス効果を利用した電界検出装置には、例え
ば板状の電気光学材料に電極を設けて被測定物の電極と
接続する電極型と、電気光学材料をブＯ−ブ状として、
任意の被測定部分に外部から容易に接近できるようにし
たプローブ型とがある。前者は、例えば、米国特許第４
６０３２９３号、米国特許第４６１８８１９号、ヨーロ
ッパ特許出願公開第１９７１９６号、Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ
Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎ（ｕｓ Ｅ ｆ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、 ｖｏｌ、Ｑ Ｅ −２２。
Ｎｏ、１．Ｊａｎ、１９８６ ＰＰ６９〜７８に開示
されている。
一方、後者のプローブ型は、例えば、ＣＬＥＯ−８７Ｐ
Ｐ３５２〜３５３、Ｌ Ｌ Ｅ Ｒｅｖｌｅｗ。
Ｖｏｌ、３２．Ｊｕｌｙ−３ｅｐ、１９８７ ＰＰ１
５８〜１６３に開示されている。後者において、被測定
部分に接近させる光ブ０−ブとしては、ＣＬＥＯ−８７
ＰＰ３５２〜３５３に、第１６図に示す如く、シリカサ
ポート１２の先端に、截頭４面ピラミッド形状からなる
チップ状のＬｉＴａＯ３結晶１４を取付け、更にその底
面に、検出用の光ビーム１８を反射するための誘電体多
層膜による全反射ミラー１６が蒸着された光プローブ１
０が開示されている。例えば集積回路である被測定物２
０には、複数の電極２２が二次元的に配置されているの
で、その電極２２の間の回路表面上には電気力線で示さ
れる電界が存在する。従って、前記光プローブ１０の先
端を被測定物２０に接近させれば、ＬｉＴａ０ａ結晶１
４の屈折率が変化するので、これによって光ビーム１８
は変調される。従って、偏光子と検光子を用いて透過光
量の変化に変換することによって、被測定物２０の電極
２２間に生じる電界を検出することができる。
又、光プローブ１０の他の例としては、ＬＬＥＲｅｖｉ
ｅｗ、 Ｖｏｌ、 ３２． Ｊｕｌｙ−８ｅｐ、 １
９８７ＰＰ１５８〜１６３に、第１７図に示す如く、Ｌ
Ｔａｇｓ結晶３０の内面で光ビーム１８を３回合反射し
てビーム方向を変えることにより、結晶底面の反射膜を
不要としたものが開示されている。
この光プローブ１０においては、Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏｓ
結晶３０の底面近傍で、Ｚ軸と平行の電界により該Ｌｉ
Ｔａ○コ結晶３０の屈折率が変調される。
一方、前記光ビームをレーザダイオード（ＬＤ）からの
出力光とするとき、その出力光は励起電流や温度が変化
すると、その発光波長や光強度が変化する。又、縦モー
ドの競合や、モードホッピングによっても光強度が変化
する。このような光強度の変動を低減する方法としては
、レーザダイオード光の一部をフォトダイオード（ＰＤ
）等の受光素子で受光し、検出した光強度レベルと予め
設定したレベルとの誤差信号を求めて、これをレーザダ
イオードを駆動する励起電流源にフィードバックする方
法が知られている。このような技術は、既に、コンパク
トディスク（Ｃｏ）プレーヤの光ピツクアップ等に使用
されている。
しかしながら、従来の光強度変動の低減方法は、全て、
連続光（連続発成（ＣＷ）光又は直流（ＤＣ）光）を発
生するレーデダイオードに適用されており、パルス光を
発生するときの該パルス光の光強度のノイズについては
未だ議論されておらず、パルス光強度を安定化する試み
もなかった。
一方、例えば、非常に短い光パルスをサンプリングゲー
トとして用い、電気光学効果を利用して電気信号を非接
触で計測する電気光学（Ｅ−０）サンプリング（Ｉ Ｅ
Ｅ Ｅ Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅ Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、 Ｖｏｌ、 ＱＥ −２２
，ＮＯ，１、Ｊａｎ、１９８６のＰＰ６９−７８参ｆｆ
１） 、非常ニ短い光パルスを使ってレーザ励起螢光を
測定する螢光寿命測定（Ｒｅｖ、 Ｓｃｉ、 ｌ ｎ
ｓｔｒｕｍ、 ５９ （４） 。
Ａｐｒｉｌ １９８８のＰＰ６６３−６６５１１照）
、光電検出器、光集積回路（ＯＥ ＩＧ）等の応答特
性評価、光電子増倍管を用いた時間相関光子計数法等の
分野では、パルス光のパルス幅が時間分解能を決定する
ため、短パルス光が必要である。
Ｒ量分解能の観点からは、パルス幅がピコ秒〜フェムト
秒のパルス光を発生する色素レーザが有利であるが、装
置が大型になる。このため、簡便、簡単、安価、小型な
レーザダイオードをパルス光源として用いることが考え
られる。
現在、レーザダイオードを用いて発生可能な短パルス光
のパルス幅は、２００〜２ピコ秒程度である。又、波長
はレーザダイオードの種類によって変わり、通常６７０
ｒｖ〜１．５μｍ程度である。
又、レーザダイオードのパルス光の第２高調波を発生さ
せれば、３４０ｎ−程度までのパルス光が得られる。こ
のような光パルスの繰返し周波数は、目的によっても異
なるが、一般に０．１〜２００Ｍ）＃Ｚである。又、技
術的にはＧ上領域の超高繰返しパルス光や、数百市程度
のパルス光も発生可能である。The electric field (line of electric force) of a predetermined portion of a high-speed device that operates on the picosecond order, such as an ultrahigh-speed transistor such as a MODFET, a superlattice photodetector, or a high-speed integrated circuit, can be measured with a time resolution on the picosecond order and microvolts. Utilizes the Pockels effect as a non-contact, high-speed measurement technique with order-of-magnitude sensitivity.
Using an electro-optic material whose refractive index changes depending on the electric field in a predetermined portion of the object to be measured, such as LiTaO3 crystal,
An electric field detection device that detects the electric field by optical conversion has been developed. That is, by placing the electro-optic material between a polarizer and an analyzer whose polarization directions are perpendicular to each other, changes in the electric field can be detected as changes in the amount of transmitted light of the light beam. Electric field detection devices that utilize this Pockels effect include, for example, an electrode type in which an electrode is provided on a plate-shaped electro-optic material and connected to the electrode of the object to be measured, and a type in which the electro-optic material is shaped like a bulb-O-bub.
There is a probe type that allows easy access to any part to be measured from the outside. The former is, for example, U.S. Pat.
603293, U.S. Patent No. 4,618,819, European Patent Application Publication No. 197196, IEEE
Journal of Quan (us E f
electronics, vol, QE-22. No, 1. Jan, 1986 PP69-78. On the other hand, the latter probe type is, for example, CLEO-87P
P352-353, L L E Rev ew. Vol, 32. July-3ep, 1987 PP1
58-163. In the latter case, the optical probe brought close to the part to be measured is CLEO-87.
As shown in FIG. 16, a chip-shaped LiTaO3 crystal 14 having a truncated four-sided pyramid shape is attached to the tip of the silica support 12 to the PPs 352 to 353, and a light beam 18 for detection is reflected on the bottom surface of the chip. An optical probe 1 on which a total reflection mirror 16 made of a dielectric multilayer film is deposited for
0 is disclosed. For example, the object to be measured 2 is an integrated circuit.
Since a plurality of electrodes 22 are arranged two-dimensionally in 0, an electric field represented by electric lines of force exists on the circuit surface between the electrodes 22. Therefore, if the tip of the optical probe 10 approaches the object to be measured 20, the LiTa0a crystal 1
This changes the refractive index of the light beam 18
is modulated. Therefore, the electric field generated between the electrodes 22 of the object to be measured 20 can be detected by converting it into a change in the amount of transmitted light using a polarizer and an analyzer. Further, as another example of the optical probe 10, LLERevi
ew, Vol, 32. July-8ep, 1
987PP158-163, as shown in Figure 17, L
It is disclosed that the light beam 18 is reflected three times on the inner surface of the Tags crystal 30 to change the beam direction, thereby eliminating the need for a reflective film on the bottom surface of the crystal. In this optical probe 10, L i T a Os
Near the bottom of the crystal 30, the Li
The refractive index of the Ta○ co-crystal 30 is modulated. On the other hand, when the light beam is output light from a laser diode (LD), the emission wavelength and light intensity of the output light change as the excitation current and temperature change. Furthermore, the light intensity changes due to longitudinal mode competition and mode hopping. As a method to reduce such fluctuations in light intensity, a part of the laser diode light is transferred to a photodiode (PD).
) is used to receive light, obtain an error signal between the detected light intensity level and a preset level, and feed this back to an excitation current source that drives a laser diode. Such technology is already used in optical pickups of compact disc (Co) players and the like. However, all conventional methods for reducing light intensity fluctuations
It is applied to radar diodes that generate continuous light (continuous wave (CW) light or direct current (DC) light), and noise in the light intensity of pulsed light when generating pulsed light is still under discussion. There was no attempt to stabilize the pulsed light intensity. On the other hand, for example, electro-optical (E-0) sampling (I E
E E J internal of Quantum
E Electronics, Vol, QE-22
, NO, 1, Jan, 1986, PP69-78ff
1) Fluorescence lifetime measurement, which measures laser-excited fluorescence using extremely short light pulses (Rev, Sci, ln
strum, 59 (4). April 1988 PP663-66511)
In fields such as response characteristic evaluation of photoelectric detectors, optical integrated circuits (OE IG), etc., and time-correlated photon counting methods using photomultiplier tubes, short pulses are used because the pulse width of pulsed light determines the time resolution. Light is needed. From the viewpoint of R amount resolution, a dye laser that generates pulsed light with a pulse width of picoseconds to femtoseconds is advantageous, but the device becomes large. For this reason, it is conceivable to use a simple, simple, inexpensive, and compact laser diode as a pulsed light source. Currently, the pulse width of short pulse light that can be generated using a laser diode is about 200 to 2 picoseconds. Also, the wavelength varies depending on the type of laser diode, and is usually 670 nm.
It is about rv~1.5 μm. Furthermore, if the second harmonic of the pulsed light from a laser diode is generated, pulsed light up to about 340n- can be obtained. The repetition frequency of such optical pulses varies depending on the purpose, but is generally 0.1 to 200M) #Z. Further, technically, it is possible to generate ultra-high repetition pulse light in the upper G region or pulse light with a frequency of several hundreds.
ところで、上記のような電気光学材料であるＬｉＴａｏ
ａ結晶は、その比誘電率εが４０と空気より大きいため
、この結晶を被測定物に接近させると、被測定物２０の
電極２２によって生じる電界Ｅが変化し、Ｅ−Ｄ／ε（
Ｄは電束密度）に従って弱くなるという問題点を有して
いた。
即ら、結晶がない場合に、横型変調器において、例えば
第１８図に示す如くであった被測定物２０上の電界が、
ＬｉＴａ０ａ結晶３２がある場合には、第１９図に示す
如く、被測定物２０上の電界が、その等電位線が結晶３
２を避けるように変化する。そのため、結晶３２中に生
じる電界は、結晶がない場合に比べて小さくなる。即ち
、結晶３２に電圧が印加され難くなるため、このような
電気光学材料からなる光プローブでは、効率良く被測定
物の電圧を検出することができず、検出感度を向上させ
ることが難しいという問題点を有していた。又、縦型変
調器の場合も、第２０図に示されるように、等電位線が
結晶３２を避けるように変化した。
パルス光源について、発明者等の実験によると、上記の
ような高繰返し光パルスを計測に利用する場合、光パル
スの強度揺ぎが測定可能範囲の下限を制限することが判
明した。説明を簡単にするため、第２１図に示すような
装置で、試料４０のパルス光に対する透過率を測定する
場合を例にとって説明する。この第２１図の装置におい
て、光パルスはレーザダイオード（ＬＤ）パルス光源４
２に内蔵されたレーザダイオード４２Ａ（第２２図参照
）で発生し、該パルスの繰返し周波数は発振器４４で制
御される（例えば繰返し周波数１００Ｍ１ｂ、パルス幅
５０ピコ秒、波長８３０ｎ■）。該ＬＤパルス光源４２
は、例えば第２２図に示す如く構成されており、１０４
２Ａにバイアス電流を流しておき、これに、例えばステ
ップリカバリダイオードを用いた電気パルス発生器４２
Ｂ（例えば、ヒユーレット バラカード社の３３００２
Ａ型コムゼネレータ（登録商標））から負のパルスを加
えて、ＬＤ４２Ａを駆動するようにしている。
前記レーザダイオード（ＬＤ）４２Ａで発生したパルス
光は、発振器４５によって駆動されているチョッパ４６
（例えばチョッピング周波数１に七）を介して、試料４
０に入射し、その一部が吸収されて出力光となる。出力
光はレンズ４８で集光され、例えばフォトダイオード（
ＰＤ）からなる光検出器５０で受光される。この光検出
器５０の出力信号は、低ノイズアンプ５２で増幅され、
ロックインアンプ５４で同期検出される。該ロックイン
アンプ５４の参照信号は、前記発振器４５で発生される
チョッパ信号とされている。ここで、光検出器５０や低
ノイズアンプ５２で発生するノイズは、透過光自体のノ
イズより充分に小さくしておく。
前記ロックインアンプ５４の出力は、例えば出力計５６
に出力され、透過率が表示される。
なお、第２１図の装置では、測定ノイズを低減して測定
精度を向上するために、チョッパ４６とロックインアン
プ５４を使用して同期検出しているが、簡便な測定では
、これらは不要であり、光検出器５０の出力を増幅して
直接読出してもよい。
又、低ノイズアンプ５２を省略して、ロックインアンプ
５４に入力してもよい。
このような装置において、試料４０のパルス光に対する
透過率が入射パルス光に対して非線形であるような場合
には、入射パルス光の光強度が充分小さいところまで測
定する必要が生じる。このとき、パルス光撮しＤのパル
ス光のノイズが問題となり、測定下限を制限する。
第２３図は、発明者等が実験によって求めたＬＤパルス
光のノイズ特性の一例を示したものである。横軸は周波
数、縦軸は光電流のノイズの実効［１（ｒｍｓ）をデシ
ベル（あ）表示で示したものである。縦軸のＯｄＢ点は
、光パルスに含まれる光子数の平方根で決まるショット
ノイズレベル（理論限界）である。従って、この第２３
図は、ショットノイズレベルで規格化したＬＤパルス光
のノイズレベルを示している。従来方式によるノイズを
、第２３図に実線ＡとＸ印で示すが、ＬＤをパルス発蛋
させたときのノイズが、ショットノイズより１０倍（２
０ｄＦＳ）以上大きく、従って、これをショットノイズ
域まで低減できる可能性があることがわかる。
第２３図のデータは、第２４図に示す如く、被測定ＬＤ
４２Ａを、第２２図に示したような構成の駆動回路５８
で駆動した時のノイズを、光検出器５０、低ノイズアン
プ５２、ロックインアンプ５４、周波数掃引を行うため
の発振器（Ｏ２０）５３、ノイズ検出回路５５、デイス
プレィ５６からなるノイズ成分測定装置を用いて測定す
ることによって得たものである。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、検出感度の高い電圧検出方法及びその装置を提供
することを課題とする。By the way, LiTao, which is an electro-optic material as mentioned above,
The a-crystal has a dielectric constant ε of 40, which is larger than air, so when this crystal is brought close to the object to be measured, the electric field E generated by the electrode 22 of the object to be measured 20 changes, and E-D/ε(
D has a problem in that it becomes weaker as the electric flux density increases. That is, in the case where there is no crystal, in a lateral modulator, the electric field on the object to be measured 20 as shown in FIG. 18, for example, is
When there is a LiTa0a crystal 32, as shown in FIG. 19, the electric field on the object to be measured 20 is
Change to avoid 2. Therefore, the electric field generated in the crystal 32 is smaller than in the case where there is no crystal. That is, since it becomes difficult to apply voltage to the crystal 32, an optical probe made of such an electro-optic material cannot efficiently detect the voltage of the object to be measured, and this poses a problem in that it is difficult to improve the detection sensitivity. It had a point. Also, in the case of the vertical modulator, the equipotential lines changed to avoid the crystal 32, as shown in FIG. According to experiments conducted by the inventors regarding the pulsed light source, it has been found that when a high-repetition optical pulse as described above is used for measurement, the intensity fluctuation of the optical pulse limits the lower limit of the measurable range. To simplify the explanation, an example will be explained in which the transmittance of the sample 40 to pulsed light is measured using an apparatus as shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 21, the light pulse is generated by a laser diode (LD) pulse light source 4.
The pulse is generated by a laser diode 42A (see FIG. 22) built into the pulse generator 2, and the repetition frequency of the pulse is controlled by an oscillator 44 (for example, a repetition frequency of 100M1b, a pulse width of 50 picoseconds, and a wavelength of 830n). The LD pulse light source 42
is configured as shown in FIG. 22, for example, and 104
A bias current of 2A is caused to flow, and an electric pulse generator 42 using, for example, a step recovery diode is applied to the bias current.
B (for example, 33002 from Heuret Barakad)
A negative pulse is applied from an A-type comb generator (registered trademark) to drive the LD42A. The pulsed light generated by the laser diode (LD) 42A is sent to a chopper 46 driven by an oscillator 45.
Sample 4 via (e.g. chopping frequency 1 to 7)
0, part of it is absorbed and becomes output light. The output light is collected by a lens 48, for example, a photodiode (
The light is received by a photodetector 50 consisting of a photodiode (PD). The output signal of this photodetector 50 is amplified by a low noise amplifier 52,
Synchronous detection is performed by the lock-in amplifier 54. The reference signal of the lock-in amplifier 54 is a chopper signal generated by the oscillator 45. Here, the noise generated by the photodetector 50 and the low noise amplifier 52 is made sufficiently smaller than the noise of the transmitted light itself. The output of the lock-in amplifier 54 is, for example, an output meter 56.
The transmittance is displayed. Note that the device shown in Figure 21 uses a chopper 46 and a lock-in amplifier 54 for synchronous detection in order to reduce measurement noise and improve measurement accuracy, but these are unnecessary for simple measurements. Alternatively, the output of the photodetector 50 may be amplified and directly read out. Alternatively, the low noise amplifier 52 may be omitted and the signal may be input to the lock-in amplifier 54. In such an apparatus, if the transmittance of the sample 40 to the pulsed light is nonlinear with respect to the incident pulsed light, it is necessary to measure the light intensity of the incident pulsed light until it is sufficiently small. At this time, noise in the pulsed light of the pulsed light imaging D becomes a problem and limits the lower limit of measurement. FIG. 23 shows an example of the noise characteristics of LD pulsed light, which the inventors found through experiments. The horizontal axis is the frequency, and the vertical axis is the effective photocurrent noise [1 (rms)] expressed in decibels (A). The OdB point on the vertical axis is the shot noise level (theoretical limit) determined by the square root of the number of photons included in the optical pulse. Therefore, this 23rd
The figure shows the noise level of the LD pulsed light normalized by the shot noise level. The noise caused by the conventional method is shown in Fig. 23 by the solid line A and the mark X. The noise when the LD is pulsed is 10 times the shot noise (2
0 dFS), and therefore, it can be seen that there is a possibility of reducing this to the shot noise range. The data in Figure 23 is based on the measured LD as shown in Figure 24.
42A, a drive circuit 58 having a configuration as shown in FIG.
A noise component measuring device consisting of a photodetector 50, a low noise amplifier 52, a lock-in amplifier 54, an oscillator (O20) 53 for frequency sweeping, a noise detection circuit 55, and a display 56 is used to measure the noise when driven by It was obtained by measuring the The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a voltage detection method and device with high detection sensitivity.
本発明は、被測定物の所定部分の電圧によって生じた電
界により屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気
−光変換により前記電圧を検出する方法において、被測
定部分と該被測定部分に接近させた電気光学材料を含む
検出部との間に、誘電率が空気より大きい媒質を介在さ
せ、前記被測定部分の電圧を検出することにより、前記
課題を達成するものである。
又、本発明は、前記媒質を非導電性とすることことによ
り、前記課題を達成するものである。
又、本発明は、前記電気光学材料を、測定物における複
数の被測定個所の全部を覆う大きさとし、前記電気光学
材料を静止させ、前記被測定個所検出用光ビームにより
順次照射することことにより、前記課題を達成するもの
である。
又、本発明は、被測定物の所定部分の電圧によって生じ
た電界により屈折率が変化する電気光学材料を備え、こ
の電気光学材料を前記被測定物の所定部分に接近させて
、電気−光変換により前記電圧を検出する電圧検出装置
において、被測定部分と該被測定部分に臨む前記電気光
学材料を含む検出部との間に、誘電率が空気より大きい
媒質を配置したことにより、前記課題を達成するもので
ある。
又、本発明は、前記媒質を非導電性とすることにより、
前記課題を達成するものである。
又、本発明は、前記媒質を軟質の固体とすることにより
、前記課題を達成したものである。
又、本発明は、前記媒質を流体とすることにより、前記
課題を達成したものである。
又、本発明は、前記媒質を、軟質の膜状固体及びこれに
内包された流体とすることにより、前記課題を達成した
ものである。
又、本発明は、前記電気光学材料と被測定物量に、流体
の媒質を供給する媒質供給手段を備えたことにより、前
記課題を達成したものである。
又、本発明は、前記電気光学材料への入射光源をパルス
光源とし、サンプリング検出することにより、前記課題
を達成したものである。
又、本発明は、前記電気光学材料からの出射光の光検出
器を、高速光検出器とすることにより、前記！！題を達
成したものである。
又、本発明は、前記高速光検出器を、ストリークカメラ
技術を応用した高速光検出器とすることにより、前記課
題を達成したものである。
又、本発明は、前記パルス光源を、繰返しパルス光を発
生するレーザダイオードと、これを駆動する電気パルス
発生器と、前記レーザダイオードにバイアス電流を流す
電流源と、前記レーザダイオードの発光の一部を検出す
る光検出器とを備えて構成し、該光検出器の出力信号に
応じて、前記パルス光の光強度が一定になるように、前
記電流源のバイアス電流を変調制御するようにして、前
記課題を達成したものである。
又、同様なパルス光源を、前記光検出器の出力信号に応
じて、前記パルス光の光強度が一定となるように、前記
電気パルス発生器で発生するパルス信号の振幅を変調制
御するように構成して、同じく前記課題を達成したもの
である。
又、同様なパルス光源を、前記光検出器の出力信号に応
じて、前記パルス光の光強度が一定となるように、所定
周波数以下の帯域では、前記電流源のバイアス電流を変
調制御し、所定周波数以上の帯域では、前記電気パルス
発生器で発生するパルス信号の振幅を変調器ｔｅｌ＋す
るようにして、同じく前記課題を達成したものである。
又、前記電気パルス発生器に、ステップリカバリダイオ
ードを用いたものである。
又、前記光検出器を、レーザダイオードと１組にして同
一パッケージ内に組込んだものである。
又、光を検出して制御するフィードバック系の時定数を
、パルス光の繰返し周期より長くしたものである。
又、前記フィードバック系の周波数特性にビークを持た
せて特定周波数域のノイズを低減し、計測系に使用する
ロックインアンプの参照信号の周波数が、前記特定周波
数域内の周波数となるようにしたものである。The present invention provides a method for detecting a voltage by electro-optic conversion using an electro-optic material whose refractive index changes depending on an electric field generated by a voltage on a predetermined portion of a measured object. The above object is achieved by interposing a medium with a dielectric constant greater than that of air between the detecting section including an electro-optic material brought close to the detecting section and detecting the voltage of the measured portion. Further, the present invention achieves the above object by making the medium non-conductive. Further, the present invention provides a method in which the electro-optic material is sized to cover all of the plurality of measurement points on the object to be measured, and the electro-optic material is kept stationary and sequentially irradiated with the light beam for detecting the measurement points. , which achieves the above object. Further, the present invention includes an electro-optic material whose refractive index changes depending on an electric field generated by a voltage on a predetermined portion of the object to be measured, and the electro-optic material is brought close to the predetermined portion of the object to be measured to generate an electro-optic signal. In a voltage detection device that detects the voltage by conversion, the above-mentioned problem can be solved by disposing a medium having a dielectric constant larger than that of air between a portion to be measured and a detection section including the electro-optic material facing the portion to be measured. The goal is to achieve the following. Further, the present invention provides the following effects by making the medium non-conductive.
This achieves the above-mentioned problem. Further, the present invention achieves the above object by using a soft solid as the medium. Further, the present invention achieves the above object by using a fluid as the medium. Further, the present invention achieves the above object by using a soft film-like solid and a fluid contained therein as the medium. Further, the present invention achieves the above object by providing a medium supply means for supplying a fluid medium to the electro-optic material and the object to be measured. Further, the present invention achieves the above object by using a pulsed light source as the light source incident on the electro-optic material and performing sampling detection. Further, the present invention provides the above-mentioned method by using a high-speed photodetector as a photodetector for the light emitted from the electro-optic material. ! The goal has been achieved. Further, the present invention achieves the above object by using the high-speed photodetector as a high-speed photodetector to which streak camera technology is applied. Further, the present invention provides that the pulsed light source includes a laser diode that repeatedly generates pulsed light, an electric pulse generator that drives the same, a current source that supplies a bias current to the laser diode, and a light emission source of the laser diode. and a photodetector that detects the pulsed light, and modulates and controls the bias current of the current source so that the light intensity of the pulsed light is constant according to the output signal of the photodetector. Thus, the above-mentioned problem has been achieved. Further, a similar pulsed light source is controlled to modulate the amplitude of the pulsed signal generated by the electric pulse generator so that the light intensity of the pulsed light is constant according to the output signal of the photodetector. This configuration also achieves the above-mentioned problem. Further, in a similar pulsed light source, the bias current of the current source is modulated and controlled in a band below a predetermined frequency so that the light intensity of the pulsed light is constant according to the output signal of the photodetector, In a band above a predetermined frequency, the amplitude of the pulse signal generated by the electric pulse generator is modulated by a modulator tel+, thereby achieving the same problem. Further, a step recovery diode is used in the electric pulse generator. Further, the photodetector and the laser diode are combined into one set and assembled in the same package. Also, the time constant of the feedback system that detects and controls the light is made longer than the repetition period of the pulsed light. Further, the frequency characteristic of the feedback system has a peak to reduce noise in a specific frequency range, so that the frequency of the reference signal of the lock-in amplifier used in the measurement system is within the specific frequency range. It is.
本発明は、電圧の検出感度が従来低かったのは、電気光
学材料の、結晶の誘電率が高いこと自体が原因ではなく
、該結晶と被測定物との間にある空気の誘電率と上記結
晶の誘電率との差が大き過ぎることに起因するとの知見
に基づくものであり、上記結晶、即ち検出部と被測定物
との間に空気より誘電率の高い媒質を介在させることに
より、電圧の検出感度を向上させたものである。又本発
明は、上記のように検出部と被測定物の間に誘電率の高
い物質を介在させて、電圧検出感度を向上させると共に
光源に、低ノイズパルス光源を用いて、更に測定精度の
向上、測定可能下限の低減を図っている。The present invention has demonstrated that the conventionally low voltage detection sensitivity is not due to the high dielectric constant of the crystal of the electro-optical material itself, but is due to the dielectric constant of the air between the crystal and the object to be measured. This is based on the knowledge that this is caused by an excessively large difference in dielectric constant between the crystal and the dielectric constant. The detection sensitivity has been improved. In addition, the present invention improves voltage detection sensitivity by interposing a material with a high dielectric constant between the detection part and the object to be measured as described above, and further improves measurement accuracy by using a low-noise pulsed light source as a light source. We are working to improve this and lower the measurable lower limit.
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。
まず、水平方向の電界を検出するための、光の進行方向
と電界の方向（等電位線に垂直な方向）が垂直な横型変
調器を用いる第１実施例の場合について説明する。
この実施例は、第１図に示す如く、ＬｉＴａＯ３結晶（
Ｎ気光学材料）からなる光プローブ（検出部）１０と集
積回路（被測定物＞２０との間に空気より大きな誘電率
をもつ媒質３４を介在させたものである。
このため、光プ０−７１０と、光プローブ１０と集積回
路２０の隙間との誘電率の差を小さくすることにより、
媒質３４を介在させない第１９図゛に示す場合のように
等電位線が光プローブ１０を避けることを防止できるの
で、光プローブ１０中に生じる電界を強くすることがで
き、検出感度を向上させることが可能となる。
次に、第２図に示される、垂直方向の電界を検出するた
めの光の進行方向と電界の方向が平行な縦型変調器を用
いる第２実施例の場合について説明する。
光プローブ１０と被測定物２０との間に高誘電率媒質３
４を介在させることにより、前述した横型変調器の場合
と同様に、媒質３４を介在させない第２０図に示す場合
のように等電位線が結晶３２を避けることを防止でき、
それ故に検出感度を向上させることが可能となる。
次に、第３図に示される補助、電極を備えた光プローブ
１０を使用する第３実施例の場合を説明する。
この実施例では、サポート１２と結晶３２との間に透明
補助電極３６が設けられ、該補助電極３６を例えばアー
スに接続する場合でも、光プローブ１０と被測定物２０
との間に高誘電率媒質３４を介在させると、媒質３４を
介在させない第４図に示す場合に比べ結晶３２中に生じ
る電界を強くすることができ、検出感度を向上させるこ
とが可能となる。その理由を、第３図及び第４図を参照
しながら、以下に詳述する。
被測定物２０が、電極２２の電位をＶ Ｏ（ＶＯＩ０と
し、光プローブ１０の結晶（表面電位がＶ（ｖ。
１【）とアースされている補助電極とで平行平板コンデ
ンサーが構成しているとすると、光プロー１１０にかか
る電圧Ｖは次式で与えられる。式中、ｄｌは光プローブ
１０における結晶３２の厚さ、ｄｚは電極２２から光プ
ローブ１ｏまでの＾さ、ε１は結晶の誘電率、ε２は媒
質３４の誘ｉｆ率をそれぞれ示している。
Ｖ＝Ｖｏ［（εｚ／ｄｚ）
／（（ε１／（ｆ＋）１（ε２／ｄ２））コ今、光プロ
ーブとしてＬＩ Ｔａ ０３（６＋ −４０）結晶を用
い、高誘電率媒質として純水（ε２−８０）を用いる場
合で、結晶の厚ざｄｌ−５０μｍ、光プローブの高さｄ
ｚ −１０μ１１被測定電極の電位Ｖ ｏ ＝ １０ｖ
ｏｌｔとする場合について計譚してみると、第４図に示
す場合はε２−１であるので、結晶への印加電圧はＶ＝
１．１ｖｏｌｔであるが、純水を高誘電率媒質として用
いた第３図に示す場合は、Ｖ＝９．１ｖｏ目と、８倍以
上大きな電界が結晶に印加され、それだけ検出感度を向
上させることができることが理解される。
本発明において適用可能な高誘電率媒質３４としては、
誘電率が空気より大きい物質であれば、固体、液体又は
気体の何れのものも使用可能である。又非導電性が望ま
しいが導電性であってもよい。
固体の媒質としては軟らかいものが好ましく、例えばシ
リコン、ゴム（ε−３）やゲル状物等の容易に弾性変形
を起こすもの等を好適に利用できる。
又、軟かい膜状の樹脂等からなるカプセル中に、純水、
エタノール、グリセリン等を封入したものであってもよ
い。
液体の媒質としては、例えば、純水（比銹電率：εｏ
＝８０） 、エタノール（εｏ＝２５）、グリセリン（
εｏ＝４２．５）等、種々のものを利用できる。
上記の場合、固体媒質３４Ａあるいはカプセル３４Ｂを
、第５図又は第６図に示されるように、光ブ０−１１０
の先端に取付けて使用することも可能であり、測定箇所
を変更する場合には光プローブ１０と共に移動させるこ
とができ、更に、被測定物２０に接触しても該被測定物
２０や光プローブ１０を破壊することが防止される。又
、接触の都度媒質を消費することがない。
又、媒質が液体又は気体の場合は、光プローブ１０の高
さを一定にしたまま被測定物２０上を走査し、測定箇所
を変更することにより回路上の任意の位置の電圧を測定
することができる。その際、検出感度が高いので、光プ
ローブ１０と被測定物（回路）との間隔を十分に大きく
することができ、それ故にプローブが被測定物２０に接
触してこれを破壊することがない。
本発明においては、上述した高誘電率媒質３４を、測定
前に予め所定位置に供給しておいて、又、侵述する本発
明の電圧検出装置を用いて測定時に適宜供給してもよい
。
第７図は、以上詳述した光プローブ（検出０部）１０を
用い、本発明方法に従って被測定物２０である集積回路
について電圧を検出する態様を示す概略斜視図である。
検出部が光プローブ１０からなる場合は、その大きさは
被測定物２０の電極２２と同程度であることが好ましい
。この光ブ０−７１０の底面には全反射ミラー１６が形
成されており、該光プローブ１０と被測定物２０との間
には高誘電率媒質３４が介在されている。ここで媒質３
４が気体又は液体の場合は、光プ０−プ１０を支持構造
に取付けられた流体媒質供給装置１０Ａから流体媒質を
光プローブ１０と被測定物２０の間に測定の都度供給す
るとよい。
検出部としてこのような光プローブ１０を採用する場合
は、次に説明する板状結晶を用いる場合に比べ、必要な
部分だけにしか媒質３４がないので、集積回路（被測定
物）２０の動作に対する影響が少ないという利点がある
。
第８図は、検出部が板状の結晶３２で構成されているも
のを用いて、第７図の場合と同様の被測定物について電
圧を検出する態様を示す概略斜視図である。この板状の
結晶３２は、集積回路表面の広い範囲を覆い、且つ該結
晶３２と被測定物２０との間には全体に媒質３４を満た
すようにして介在させ、その結果、被測定物上の凹凸を
埋めた状態が形成されている。
この実施例では、結晶３２の下にある多くの電極２２の
電圧を検出する際に、結晶３２を移動させずに光ビーム
の照射位置を順次変更することにより容易に測定箇所を
変更することができる。
次に、第９図を参照して、光プローブが電気光学効果を
利用した変調器として採用された第７実施例の電圧検出
装置について詳細に説明する。
この電圧検出装置５８は、電気−光学（Ｅ−０）サンプ
リング測定法を利用したもので、第９図に示す如く、光
源として、低ノイズパルス光源６０からの超短パルス光
（例えば繰返しレート１００ＭＨ２の７０フ工ムト秒パ
ルス）を使用し、検出器として通常の一対のホトダイオ
ード（例えＧｆ ＰＩＮホトダイオード）６２．６４を
使用して＆Ｎる。
光変調器は、第１図、第２図、第３図、第５図、第６図
、第７図、又は第８図に示したような電気光学材料から
なる光プローブ（板状結晶を含む）６６と、一対の偏光
子６８、検光子７０、及び光バイアスを与えるための光
学素子、例えばソレイユ・バビネ補償板７２から構成さ
れている。
被測定物２０は、例えば光検出器（図示省略）を内蔵し
ており、この光検出器は、前記低ノイズパルス光源６０
から出射され、ハーフミラ−７３を透過した後、遅延量
を変えて走査するための光デイレイ７４を通ったトリガ
用の光ビーム７５によって励起されて、前記被測定物２
０を駆動する。
このように、被測定物２０は、前記低ノイズパルス光源
６０と同期して動作状態となる。なお、被測定物２０に
光検出器を内蔵することなく、トリガ用光ビーム７５で
被測定物２０のゲートと共通電極間のギャップを照射す
ることにより、前記ゲートを瞬間的にアースにスイッチ
してもよい。
一方、前記低ノイズパルス光源６０から出射され、ハー
フミラ−５３で反射された後、光プローブ６６の光軸に
対して４５°の偏光方向に設定された偏光子６８を通っ
たプローブ用の光ビーム６７は、光プローブ６６に集束
される。
光プローブ６６で電界により変調を受けたプローブ光は
、ハーフミラ−７１で反射された後、ソレイユ・バビネ
補償板７２で、線形の応答と最大の電圧感度を得るべく
、バイアス量が１／４波長になるよう調整され、検光子
７０に入射される。
該検光子７０からの出力光は、一対のホトダイオード６
２．６４によって検出され、検出信号が、差動増幅器７
６Ａ、ロックインアンプ７６Ｂ１必要に応じてＳ／Ｎを
向上するための信号平均化回路７６Ｇ及び前記光デイレ
イ７４を制御する遅延量制御回路７６Ｄを含むサンプリ
ング検出装置７６によって処理され、例えば横軸を光デ
イレイ７゛４の遅延量（即ち光路差）、縦軸を検出信号
とした出力波形が、表示装置（例えばＣＲＴ）７７に表
示される。このとき、光デイレイ７４とサンプリング検
出装置７６は同期して作動する。これによって、未知の
電気信号の時間−電圧表示が可能となる。
なお、信号平均化回路７６Ｃは省略することもできる。
第１０図に前記低ノイズパルス光１［ｉ６０の基本構成
の一例を示す。この低ノイズパルス光源６０は、レーザ
ダイオード（ＬＤ）７８と、電気パルス発生器８０と、
光検出器８２と、′Ｒ流変調回路８４とから構成されて
いる。
まず、レーザダイオード（１０）７８にバイアス電流を
流しておき、更に、電気パルス発生器８０からコンデン
サＣ電を介して短パルス電気信号を印加して、ＬＤ７８
をパルス発振させる。ＬＤ光の一部を分岐したもの、又
は、ＬＤ７８の他端から出る光を、フォトダイオード（
ＰＤ）等の光検出器８２で検出する。該光検出器８２の
出力は、ＬＤ光の強度に比例しているので、これを増幅
し、この信号により電流変調回路８４でＬＤ７８のバイ
アス電流を変調して、ＬＤ光の強度が一定となるように
制御する。この場合、フィードバック系の時定数は、Ｌ
Ｄパルス光の繰返し周期より充分長くしておく。このよ
うにすれば、ＬＤパルス光の光強度が一定になるように
自動制御され、そのときのＬＤ光のノイズも４、前出第
２３図に破線ＢとΔ印で示す如く低減される。
なお、第１０図に示す基本構成では、光検出器８２の出
力信号に応じて、電流変調回路８４によりＬＤ７８に流
すバイアス電流を変調制御するようにしていたが、１０
パルス光の光強度を一定とする構成はこれに限定されず
、前記電気パルス発生器８０で発生するパルス信号の振
幅を変調制御してもよい。更に、両者を組合わせて、例
えば所定周波数以下の帯域では、前記電流変調回路８４
のバイアス電流を変！ｌ ｉｌｌ Ｉｌｌ Ｌ、、所定
周波数以上の帯域では、前記電気パルス発生器８０で発
生するパルス信号の振幅を変調ｉ制御する構成としても
よい。
前記のような構成で、＾繰返しパルス光の光強度を安定
化し、且つ、その光強度ノイズを減少させることができ
る。従って、このようなＬＤによる光パルスを、Ｅ−０
サンプリングに用いることにより測定精度の向上、測定
可能下限の低減等が実現され、その効果は大である。
次に、第１１図を参照して、例えばストリークカメラの
技術を応用した高速光検出器を用いた、本発明の第８実
施例に係る電圧検出装置８６について詳細に説明する。
この電圧検出装置８６において、光変調器は前記第１の
装置と同様のものであるが、光源としては、例えば＠ｅ
−Ｎｅレーザ９０のような連続（ＣＷ）レーザ光源を用
い、検出器として、例えばストリークカメラ技術を応用
した高速光検出器９２を用いている。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, a first embodiment will be described in which a horizontal modulator is used in which the traveling direction of light and the direction of the electric field (direction perpendicular to equipotential lines) are perpendicular to each other in order to detect a horizontal electric field. In this example, as shown in Fig. 1, LiTaO3 crystal (
A medium 34 having a dielectric constant greater than that of air is interposed between an optical probe (detection unit) 10 made of a nitrogen-based optical material) and an integrated circuit (object to be measured>20). By reducing the difference in dielectric constant between -710 and the gap between the optical probe 10 and the integrated circuit 20,
Since it is possible to prevent equipotential lines from avoiding the optical probe 10 as in the case shown in FIG. 19 in which the medium 34 is not interposed, the electric field generated in the optical probe 10 can be strengthened, and detection sensitivity can be improved. becomes possible. Next, a second embodiment shown in FIG. 2 using a vertical modulator in which the traveling direction of light and the direction of the electric field are parallel to each other for detecting a vertical electric field will be described. A high dielectric constant medium 3 is placed between the optical probe 10 and the object to be measured 20.
4, it is possible to prevent the equipotential lines from avoiding the crystal 32 as in the case shown in FIG.
Therefore, it becomes possible to improve detection sensitivity. Next, a third embodiment will be described in which the optical probe 10 equipped with the auxiliary electrode shown in FIG. 3 is used. In this embodiment, a transparent auxiliary electrode 36 is provided between the support 12 and the crystal 32, and even when the auxiliary electrode 36 is connected to, for example, ground, the optical probe 10 and the object to be measured 2
When a high dielectric constant medium 34 is interposed between the crystal 32 and the crystal 32, the electric field generated in the crystal 32 can be strengthened compared to the case shown in FIG. 4 in which the medium 34 is not interposed, and the detection sensitivity can be improved. . The reason for this will be explained in detail below with reference to FIGS. 3 and 4. The object to be measured 20 has an electrode 22 with a potential of VO (VOI0), a crystal of the optical probe 10 (with a surface potential of V (v. Then, the voltage V applied to the optical probe 110 is given by the following equation.In the equation, dl is the thickness of the crystal 32 in the optical probe 10, dz is the distance from the electrode 22 to the optical probe 1o, and ε1 is the dielectricity of the crystal. The coefficient and ε2 respectively indicate the permittivity of the medium 34. 6+ -40) When using a crystal and using pure water (ε2-80) as a high dielectric constant medium, the thickness of the crystal is dl - 50 μm, and the height of the optical probe is d.
z -10μ11 Potential of the electrode to be measured V o = 10v
olt, the case shown in Figure 4 is ε2-1, so the voltage applied to the crystal is V=
1.1 volt, but in the case shown in Figure 3 using pure water as a high dielectric constant medium, V = 9.1 volt, an electric field that is more than 8 times larger is applied to the crystal, which improves detection sensitivity accordingly. It is understood that this can be done. As the high dielectric constant medium 34 applicable in the present invention,
Any substance, solid, liquid, or gas, can be used as long as it has a dielectric constant greater than that of air. Further, although it is desirable that the material be non-conductive, it may be conductive. The solid medium is preferably soft, and for example, materials that easily undergo elastic deformation such as silicone, rubber (ε-3), and gel-like materials can be suitably used. In addition, pure water,
It may also be one containing ethanol, glycerin, or the like. As a liquid medium, for example, pure water (specific galvanic rate: εo
=80), ethanol (εo=25), glycerin (
Various types can be used, such as εo=42.5). In the above case, the solid medium 34A or the capsule 34B is connected to the light bulb 0-110 as shown in FIG. 5 or 6.
It can also be used by being attached to the tip of the optical probe 10, and when changing the measurement location, it can be moved together with the optical probe 10. Furthermore, even if it comes into contact with the object 20 to be measured, the object 20 or the optical probe 10 is prevented from being destroyed. Moreover, the medium is not consumed each time there is contact. If the medium is liquid or gas, the voltage at any position on the circuit can be measured by scanning the object to be measured 20 while keeping the height of the optical probe 10 constant and changing the measurement location. Can be done. At this time, since the detection sensitivity is high, the distance between the optical probe 10 and the object to be measured (circuit) can be made sufficiently large, so that the probe does not come into contact with the object to be measured 20 and destroy it. . In the present invention, the above-mentioned high dielectric constant medium 34 may be supplied to a predetermined position in advance before measurement, or may be supplied as appropriate during measurement using the voltage detection device of the present invention described in detail. FIG. 7 is a schematic perspective view showing a mode of detecting a voltage on an integrated circuit, which is an object to be measured 20, according to the method of the present invention using the optical probe (detection unit 0) 10 described in detail above. When the detection section is composed of the optical probe 10, it is preferable that its size is comparable to the electrode 22 of the object to be measured 20. A total reflection mirror 16 is formed on the bottom surface of the optical probe 0-710, and a high dielectric constant medium 34 is interposed between the optical probe 10 and the object to be measured 20. Here medium 3
When 4 is a gas or a liquid, it is preferable to supply a fluid medium between the optical probe 10 and the object to be measured 20 each time a measurement is made from a fluid medium supply device 10A attached to the support structure of the optical probe 10. When such an optical probe 10 is used as the detection section, compared to the case where a plate crystal described below is used, since the medium 34 is present only in the necessary parts, the operation of the integrated circuit (object to be measured) 20 is It has the advantage of having little impact on FIG. 8 is a schematic perspective view illustrating a mode in which voltage is detected on the object to be measured similar to that in FIG. 7 using a detection section composed of a plate-shaped crystal 32. This plate-shaped crystal 32 covers a wide range of the surface of the integrated circuit, and is interposed between the crystal 32 and the object to be measured 20 so as to completely fill the medium 34. As a result, the object to be measured is covered with a medium 34. A state in which the unevenness is filled in is formed. In this embodiment, when detecting the voltages of many electrodes 22 under the crystal 32, the measurement location can be easily changed by sequentially changing the irradiation position of the light beam without moving the crystal 32. can. Next, with reference to FIG. 9, a voltage detection device according to a seventh embodiment in which an optical probe is employed as a modulator utilizing an electro-optic effect will be described in detail. This voltage detection device 58 utilizes an electro-optical (E-0) sampling measurement method, and as shown in FIG. 70 fpm second pulses) and a conventional pair of photodiodes (eg Gf PIN photodiodes) 62.64 as detectors. The optical modulator is an optical probe made of an electro-optic material (a plate-shaped crystal) as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, or FIG. ) 66, a pair of polarizers 68, an analyzer 70, and an optical element for applying an optical bias, such as a Soleil-Babinet compensator 72. The object to be measured 20 has a built-in photodetector (not shown), for example, and this photodetector is connected to the low-noise pulsed light source 60.
The object to be measured 2
Drive 0. In this way, the object to be measured 20 is brought into operation in synchronization with the low-noise pulsed light source 60. Note that without incorporating a photodetector in the object to be measured 20, by irradiating the gap between the gate of the object to be measured 20 and the common electrode with the trigger light beam 75, the gate can be momentarily switched to ground. You can. On the other hand, a light beam for a probe is emitted from the low-noise pulse light source 60, reflected by a half mirror 53, and passed through a polarizer 68 set in a polarization direction of 45 degrees with respect to the optical axis of an optical probe 66. 67 is focused onto an optical probe 66 . The probe light modulated by the electric field in the optical probe 66 is reflected by a half mirror 71, and then sent to a Soleil-Babinet compensator 72, where the bias amount is adjusted to 1/4 wavelength in order to obtain a linear response and maximum voltage sensitivity. It is adjusted so that it becomes incident on the analyzer 70. The output light from the analyzer 70 is transmitted to a pair of photodiodes 6
2.64, and the detection signal is sent to the differential amplifier 7
6A, lock-in amplifier 76B1 Processed by a sampling detection device 76 including a signal averaging circuit 76G for improving the S/N as necessary and a delay amount control circuit 76D for controlling the optical delay 74, for example, the horizontal axis is The delay amount (ie, optical path difference) of the optical delay 7'4 and the output waveform with the vertical axis as the detection signal are displayed on a display device (for example, CRT) 77. At this time, the optical delay 74 and the sampling detection device 76 operate synchronously. This allows time-voltage representation of unknown electrical signals. Note that the signal averaging circuit 76C can also be omitted. FIG. 10 shows an example of the basic configuration of the low noise pulsed light 1 [i60. This low noise pulse light source 60 includes a laser diode (LD) 78, an electric pulse generator 80,
It consists of a photodetector 82 and an 'R flow modulation circuit 84. First, a bias current is passed through the laser diode (10) 78, and then a short pulse electric signal is applied from the electric pulse generator 80 via the capacitor C, and the LD 78
oscillates as a pulse. A photodiode (
It is detected by a photodetector 82 such as PD). Since the output of the photodetector 82 is proportional to the intensity of the LD light, it is amplified and the current modulation circuit 84 modulates the bias current of the LD 78 using this signal, so that the intensity of the LD light is constant. Control as follows. In this case, the time constant of the feedback system is L
The period should be made sufficiently longer than the repetition period of the D pulse light. In this way, the light intensity of the LD pulsed light is automatically controlled to be constant, and the noise of the LD light at that time is also reduced as shown by the broken line B and the mark Δ in FIG. 23 mentioned above. Note that in the basic configuration shown in FIG. 10, the bias current flowing through the LD 78 is modulated and controlled by the current modulation circuit 84 according to the output signal of the photodetector 82.
The configuration in which the light intensity of the pulsed light is kept constant is not limited to this, and the amplitude of the pulse signal generated by the electric pulse generator 80 may be modulated and controlled. Furthermore, by combining both, for example, in a band below a predetermined frequency, the current modulation circuit 84
Change the bias current! l ill Ill L, In a band above a predetermined frequency, the amplitude of the pulse signal generated by the electric pulse generator 80 may be modulated and controlled. With the above configuration, it is possible to stabilize the light intensity of the repetitively pulsed light and to reduce the light intensity noise. Therefore, the optical pulse from such an LD is E-0
By using it for sampling, it is possible to improve measurement accuracy, reduce the measurable lower limit, etc., and the effects are significant. Next, with reference to FIG. 11, a voltage detection device 86 according to an eighth embodiment of the present invention, which uses a high-speed photodetector applying streak camera technology, for example, will be described in detail. In this voltage detection device 86, the optical modulator is similar to the first device, but the light source is, for example, @e
A continuous (CW) laser light source such as a -Ne laser 90 is used, and a high-speed photodetector 92 using streak camera technology, for example, is used as a detector.
Claims (19)
より屈折率が変化する電気光学材料を用いて、電気−光
変換により前記電圧を検出する方法において、被測定部
分と該被測定部分に接近させた電気光学材料を含む検出
部との間に、誘電率が空気より大きい媒質を介在させ、
前記被測定部分の電圧を検出することを特徴とする電圧
検出方法。(1) In a method of detecting the voltage by electro-optic conversion using an electro-optic material whose refractive index changes depending on an electric field generated by a voltage on a predetermined portion of the measured object, the measured portion and the measured object are A medium having a dielectric constant greater than that of air is interposed between the detecting section including the electro-optic material brought close to the part,
A voltage detection method comprising detecting the voltage of the part to be measured.
とを特徴とする電圧検出方法。(2) The voltage detection method according to claim 1, wherein the medium is non-conductive.
測定物における複数の被測定個所の全部を覆う大きさと
され、前記電気光学材料を静止させ、前記被測定個所検
出用光ビームにより順次照射することを特徴とする電圧
検出方法。(3) In claim 1 or 2, the electro-optic material is sized to cover all of the plurality of measurement points on the object to be measured, and the electro-optic material is kept stationary and the measurement area detection light beam is sequentially applied to the electro-optic material. A voltage detection method characterized by irradiating.
より屈折率が変化する電気光学材料を備え、この電気光
学材料を前記被測定物の所定部分に接近させて、電気−
光変換により前記電圧を検出する電圧検出装置において
、被測定部分と該被測定部分に臨む前記電気光学材料を
含む検出部との間に、誘電率が空気より大きい媒質を配
置したことを特徴とする電圧検出装置。(4) An electro-optic material whose refractive index changes according to an electric field generated by a voltage on a predetermined portion of the object to be measured is provided, and when the electro-optic material is brought close to the predetermined portion of the object to be measured,
A voltage detection device that detects the voltage by optical conversion, characterized in that a medium having a dielectric constant larger than air is disposed between a part to be measured and a detection part including the electro-optic material facing the part to be measured. voltage detection device.
とを特徴とする電圧検出装置。(5) The voltage detection device according to claim 4, wherein the medium is non-conductive.
であることを特徴とする電圧検出装置。(6) The voltage detection device according to claim 4 or 5, wherein the medium is a soft solid.
ことを特徴とする電圧検出装置。(7) The voltage detection device according to claim 4 or 5, wherein the medium is a fluid.
状固体及びこれに内包された流体であることを特徴とす
る電圧検出装置。(8) The voltage detection device according to claim 4 or 5, wherein the medium is a soft film-like solid and a fluid contained therein.
間に、流体の媒質を供給する媒質供給手段を備えたこと
を特徴とする電圧検出装置。(9) The voltage detection device according to claim 7, further comprising medium supply means for supplying a fluid medium between the electro-optical material and the object to be measured.
記電気光学材料への入射光源はパルス光源であり、サン
プリング検出することを特徴とする高時間分解能の電圧
検出装置。(10) A high time resolution voltage detection device according to any one of claims 4 to 9, wherein the light source incident on the electro-optic material is a pulsed light source, and sampling detection is performed.
記電気光学材料からの出射光の光検出器が、高速光検出
器であることを特徴とする高時間分解能の電圧検出装置
。(11) A voltage detection device with high time resolution according to any one of claims 4 to 9, wherein the photodetector for the light emitted from the electro-optic material is a high-speed photodetector.
トリークカメラ技術を応用した高速光検出器であること
を特徴とする電圧検出装置。(12) The voltage detection device according to claim 11, wherein the high-speed photodetector is a high-speed photodetector to which streak camera technology is applied.
しパルス光を発生するレーザダイオードと、これを駆動
する電気パルス発生器と、前記レーザダイオードにバイ
アス電流を流す電流源と、前記レーザダイオードの発光
の一部を検出する光検出器とを備え、該光検出器の出力
信号に応じて、前記パルス光の光強度が一定になるよう
に、前記電流源のバイアス電流を変調制御するようにさ
れた低ノイズパルス光源であることを特徴とする電圧検
出装置。(13) In claim 10, the pulsed light source includes a laser diode that repeatedly generates pulsed light, an electric pulse generator that drives the laser diode, a current source that flows a bias current to the laser diode, and an electric pulse generator that drives the laser diode. and a photodetector that detects a part of the pulsed light, and modulates and controls the bias current of the current source so that the light intensity of the pulsed light is constant according to the output signal of the photodetector. A voltage detection device characterized by being a low noise pulsed light source.
しパルス光を発生するレーザダイオードと、これを駆動
する電気パルス発生器と、前記レーザダイオードにバイ
アス電流を流す電流源と、前記レーザダイオードの発光
の一部を検出する光検出器とを備え、該光検出器の出力
信号に応じて、前記パルス光の光強度が一定となるよう
に、前記電気パルス発生器で発生するパルス信号の振幅
を変調制御するようにされた低ノイズパルス光源である
ことを特徴とする電圧検出装置。(14) In claim 10, the pulsed light source includes a laser diode that repeatedly generates pulsed light, an electric pulse generator that drives the laser diode, a current source that flows a bias current to the laser diode, and an electric pulse generator that drives the laser diode. and a photodetector for detecting a part of the electric pulse generator, and the amplitude of the pulse signal generated by the electric pulse generator is adjusted according to the output signal of the photodetector so that the light intensity of the pulsed light is constant. A voltage detection device characterized in that it is a low noise pulsed light source that is modulated and controlled.
しパルス光を発生するレーザダイオードと、これを駆動
する電気パルス発生器と、前記レーザダイオードにバイ
アス電流を流す電流源と、前記レーザダイオードの発光
の一部を検出する光検出器とを備え、該光検出器の出力
信号に応じて、前記パルス光の光強度が一定となるよう
に、所定周波数以下の帯域では、前記電流源のバイアス
電流を変調制御し、所定周波数以上の帯域では、前記電
気パルス発生器で発生するパルス信号の振幅を変調制御
すようにされた低ノイズパルス光源であることを特徴と
する電圧検出装置。(15) In claim 10, the pulsed light source includes a laser diode that repeatedly generates pulsed light, an electric pulse generator that drives the laser diode, a current source that flows a bias current to the laser diode, and a light emitting source of the laser diode. and a photodetector that detects a part of the current source, and in a band below a predetermined frequency, the bias current of the current source is adjusted so that the light intensity of the pulsed light is constant according to the output signal of the photodetector. A voltage detection device characterized in that it is a low-noise pulse light source that modulates and controls the amplitude of a pulse signal generated by the electric pulse generator in a band above a predetermined frequency.
前記低ノイズパルス光源における前記電気パルス発生器
が、ステップリカバリダイオードを用いたものであるこ
とを特徴とする電圧検出装置。(16) In any one of claims 13 to 15,
A voltage detection device characterized in that the electric pulse generator in the low-noise pulse light source uses a step recovery diode.
前記低ノイズパルス光源における前記光検出器が、レー
ザダイオードと１組にして同一パッケージ内に組込まれ
たものであることを特徴とする電圧検出装置。(17) In any one of claims 13 to 15,
A voltage detection device characterized in that the photodetector in the low-noise pulsed light source is assembled into a set with a laser diode in the same package.
光を検出して制御するフィードバック系の時定数を、パ
ルス光の繰返し周期より長くしたことを特徴とする電圧
検出装置。(18) In any one of claims 13 to 15,
A voltage detection device characterized in that the time constant of a feedback system that detects and controls light is longer than the repetition period of pulsed light.
周波数特性にピークを持たせて特定周波数域のノイズを
低減し、計測系に使用するロックインアンプの参照信号
の周波数が、前記特定周波数域内の周波数となるように
したことを特徴とする、電圧検出装置。(19) In claim 18, the frequency characteristic of the feedback system has a peak to reduce noise in a specific frequency range, and the frequency of a reference signal of a lock-in amplifier used in the measurement system is a frequency within the specific frequency range. A voltage detection device characterized in that:
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