JPH04121673A - 光サンプリング装置 - 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〉 この発明は高速の電気信号を測定する装置に関し、特に
被測定回路の電界分布を測定する事ができる光サンプリ
ング装置に関するものである。

〈従来技術〉 最近の高速電子デバイスにおいてその高速化は急速に進
んでいる０例えば、共鳴トンネルダイオードのスイッチ
ング時間は数ｐｓ程度であり、また光通信等に用いられ
る半導体レーザーの直接変調帯域も数ＧＨｚに達してい
る。このような高速電子デバイスによる高速現象の測定
は、通常サンプリングオシロスコープが用いられている
。第３図にサンプリングオシロスコープの原理を示す。

すなわち、（Ａ）のように連続するＮ個の被測定信号に
対して、繰返し波形の一部分を抜取るためにゲートタイ
ミングを少しずつずらしながら測定して行き、その結果
を合成して元の波形（Ｂ）を再現する。この技術では、
サンプリング幅が測定結果の分解能になる。従来のサン
プリングオシロスコープでは時間分解能７ｐミ程度が限
界であり、光パルスを測定する光オシロスコープでもｌ
０ＰＳ程度であった。

一方、最近では光技術の進歩により、フェムト秒（１０
ｓ）オーダーの短光パルスの発生が可能になったことか
ら、この短光パルスをサンプリンクゲートパルスとして
電気信号等を測定する試みが盛んになされている。

第４図にこのような光を用いた測定装置の構成を示す、
この装置はＧａＡｓ基板の電気光学効果で、戻り光の偏
波面が電界の大きさによって変化することを利用してい
る。パルス光源１の出力光はミラー２．Ｉｉ光子３を通
り、レンズ４により被測定回路５の測定点に集光される
。被測定回ＮＪ５がＧａＡｓやＩｎＰ等の電気光学効果
を持つ材料で作られており、被測定回路５が動作状態に
あると、照射された光の偏波面が変化する。すなわち、
その反射戻り光は入射光とは異なる偏波面を持つので、
偏光子３で分離され、レンズ６を介して受光素子７でそ
の強度が検出される。受光素子７の出力は演算・表示回
＃！８で演算および表示が行なわれる。駆動回路９で被
測定回路５が発生する電界を変えるとその戻り光の偏光
面が変化し、受光素子７に入射する光の強度も変化する
。駆動回路９により、パルス光源１の出力光のタイミン
グと被測定回路５を駆動するタイミングを同期させ、か
つその位相を少しずつずらして行くことによって、高速
の現象を低速の現象として処理するという、第３図で説
明したサンプリング技術と同じ原理で被測定回路５の動
作を測定することができる。

〈発明が解決すべき課題〉 しかしながら、上記のような短光パルスを用いた「光サ
ンプリング法」は高速な電子回路の測定に有効で、非接
触測定が可能という利点があるが、被測定回路の特定の
一点の電界の時間変化を測定しているという点では、従
来のサンプリングオシロスコープを用いた電気的な測定
と同等で、特に新しい情報が得られるものではない、こ
れに対し、ストリップライン上を伝搬するマイクロ波の
測定等のように、空間的に移動分布する電界の測定が望
まれている。

〈発明の目的〉 この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、被測定回路内の空間的な電界分布の時間変化を測定で
きる光サンプリング装置を実現することを目的とする。

く課題を解決する為の手段〉 本発明に係る光サンプリング装置はその出力光の特定の
性質が被測定回路の電界分布によって２次元の変調を受
ける光パルス発生手段と、前記被測定回路の電界分布に
より２次元変調を受けた光を結像させる結像光学系と、
この結像光学系により結像した２次元変調光を電気信号
に変換する画像センサと、この画像セ°ンサの出力に基
づいて前記被測定回路の電界分布を演算および表示する
演算表示装置と、前記光パルス発生手段と同期して前記
被測定回路を駆動する駆動回路とを備えたことを特徴と
する。

く作用〉 光パルス発生手段の出力光は被測定回路の電界分布によ
って２次元の変調を受け、結像光学系によって両像セン
サ上に結像し、画像センサ出力に基づいて演算表示装置
で被測定回路の電界分布を演算および表示する。

〈実施例〉 第１図に本発明に係る光サンプリング装置の一実施例を
示す、第４図と同じ部分は同一の記号を付しである。第
１図において、１０はパルス光源１の出力光がミラー２
を介して入射し、そのビーム径が拡大され平行光とされ
るビームエキスパンダ、１１は結像レンズ６により被測
定回路５の実像が結像される２次元の画像センサ、８０
は画像センサ１１の出力に基づいて演算および表示を行
う演算表示装置、９は被測定回路５を駆動する駆動回路
である。

次に被測定回路５がＧａＡｓ集積回路である場合につい
て、この実施例の動作を説明する。パルス光源１から出
射された光パルスはビームエキスパンダ１０によってビ
ーム径が広げられ、平行光となって、偏光子３を通り、
被測定回路５に照射される。被測定回路５はＧａＡｓで
あるため、電気光学効果を持ち、被測定回路５の各部分
からの反射戻り光は被測定回路５の電界分布によってそ
の入射面とは異なる偏波面となる。ここで反射戻り光と
は表面反射ではなく、ＧａＡｓの中を通って裏面で反射
する光のことをいう、被測定回路５の電界分布によって
変調を受けた偏波面成分は偏光子３で反射して分離され
、結像レンズ６により実像か画像センサ１１上に結像さ
れる。すなわち、被測定回路５の各点の電界分布で２次
元的に変調された光が画像センサ１１上に結像されるこ
とになる０画像センサ１１の出力は演算表示装置８０で
演算され、その結果第２図の測定例に示すような、被測
定回路５の電界強度の２次元分布の時間変化が表示され
る。なお駆動回路９により、被測定回路５とパルス光源
１とは同期して駆動される。

実際には、被測定回路５の各点からの戻り光はいろいろ
な方向に散乱し、画像センサ１１に結像されるまでの光
路はまっすぐに達する成分もあれば、遠回りして達する
成分もあり、時間差が生じるが、ここではサンプリング
により低い周波数に変換して測定するため、この光路差
を無視することができる。光パルスの繰返しをｆ　（Ｈ
ｚ）、駆動回路９の繰返し周期をｆ。（Ｈｚ）とすると
、ｆｏ＝Ｎ−ｆ十Δｆ　　　　　　　　　−（１）（Ｎ
ｕｌｌ数、Δｆ：サンプリング周波数、Δｆくｆ）の関
係があり、画像センサ１１は周波数の低いΔｆを検出で
きればよい。すなわち、ＧａＡｓの被測定回路５は周波
数のミキサ（差周波）として働いている。

このような構成の光サンプリング装置によれば、結像レ
ンズにより画像センサ上に被測定回路の実像を結像する
ことにより、被測定回路の空間的な電界分布の時間変化
を測定することができる。

なお被測定回路がＳＬ等のように電気光学効果を持たな
い材料である場合は、基板に直接光を照射せずに、電気
光学効果を持つ材料を被測定回路近くに置いてこれに光
を暇射し、漏れ電界を測定すればよい。

また被測定回路からの反射戻り光を検出する代りに透過
光を検出してもよい。

また上記の実施例では電気光学効果による偏波面の変化
を検出しているが、これに限らず、吸収スペクトルの変
化等、電界に依存する物理量であればよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、被測定回路内の空間
的な電界分布の時間変化を測定できる光サンプリング装
置を簡単な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光サンプリング装置の一実施例を
示す構成図、第２図は電界分布の時間変化を示す図、第
３図はサンプリング技術の原理図、第４図は従来の光サ
ンプリング装置の構成図であζ７ 図 （Ａ） ブン７°リン７−幅 矛 図 第 図 ｒ５ノ 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. その出力光の特定の性質が被測定回路の電界分布によっ
   て２次元の変調を受ける光パルス発生手段と、前記被測
   定回路の電界分布により２次元変調を受けた光を結像さ
   せる結像光学系と、この結像光学系により結像した２次
   元変調光を電気信号に変換する画像センサと、この画像
   センサの出力に基づいて前記被測定回路の電界分布を演
   算および表示する演算表示装置と、前記光パルス発生手
   段と同期して前記被測定回路を駆動する駆動回路とを備
   えた光サンプリング装置。