JPH0466298B2 - - Google Patents

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JPH0466298B2
JPH0466298B2 JP28268985A JP28268985A JPH0466298B2 JP H0466298 B2 JPH0466298 B2 JP H0466298B2 JP 28268985 A JP28268985 A JP 28268985A JP 28268985 A JP28268985 A JP 28268985A JP H0466298 B2 JPH0466298 B2 JP H0466298B2
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deflection
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photocathode
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Shinichiro Aoshima
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6408Fluorescence; Phosphorescence with measurement of decay time, time resolved fluorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J2001/4238Pulsed light

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  • Pathology (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、被計測光が実質的に同一の波形およ
び周期で繰り返される高速繰り返しパルス光であ
る場合の計測に適した高速繰り返しパルス光計測
装置に関する。
(従来の技術) 高速繰り返しパルス光を計測するために、種々
の提案がなされている。
高速繰り返しパルス光計測用電子管装置(特開
昭59−134538号)は、前記計測に適した2種類の
電子管が示されている。
いずれもストリーク管の原理を利用したもので
あり、ストリーク管の時間軸方向の短時間を掃引
ごとに少しずつずらして切り出して高速繰り返し
パルス光の波形を再現しようとするものである。
(発明が解決しようとする問題点) 本件発明者は、前記高速繰り返しパルス光計測
用電子管装置を用いて、微弱な発光の測定を行つ
たが、発光が微弱になるにつれて、暗電流と信号
電流の分離が困難となり微弱光に対する検出限界
があつた。
本発明の目的は、微弱な発光の測定の限界をさ
らに向上することができる高速繰り返しパルス光
計測装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために、本発明による高速
繰り返しパルス光計測装置は、 光電陰極から放出された電子を偏向する偏向電
極、前記偏向電極の掃引方向に直角方向のスリツ
トをもつ高速繰り返しパルス光計測用の電子管
と、 前記電子管に動作電力を供給する電源部と、 被測定試料を励起するパルス列を発生する励起
用光源装置と、 被測定試料の発光を前記高速繰り返しパルス光
計測用の電子管の前記光電陰極に前記試料からの
光を接続する光学手段と、 前記励起用光源装置と前記光電陰極の間に配置
され、前記パルス列の繰り返し周期よりも充分に
長い周期で開閉されるチヨツパと、 前記電子管の偏向電極に被測定光に同期しかつ
前記チヨツパの周期を基礎単位として順次位相が
変化する偏向電圧を供給する偏向電圧発生部と、 前記電子管の出力を前記光チヨツパに同期して
増幅する同期増幅器と、 前記同期増幅器の出力を前記偏向電極に印加さ
れた偏向電圧の位相の変化に対応して集積するデ
ータ再構成手段から構成されている。
(実施例) 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。
第1図は本発明による高速繰り返しパルス光計
測装置の実施例を示すブロツク図である。
被測定試料を励起するパルス列を発生する励起
用光源装置12は一定間隔のレーザパルス列を発
生している。
このパルス列は光学手段9を介してチヨツパ1
0に入射させられる。
チヨツパ10として1Hz〜10KHzの動作ができ
る機械式のチヨツパ10を使用している。
チヨツパ10はチヨツパ駆動装置13からの駆
動信号で動作させられる。
光学手段9のハーフミラー91により、クロツ
ク形成用の光が一部分離される。
全反射ミラー92,93,94,95は光路長
調整用の全反射ミラーであつて、全反射ミラー9
4,95を対として図中上下方向に移動させるこ
とにより光路長を調整することができる。
チヨツパ10は前記励起用光源装置12からの
一定間隔のレーザパルスの周期よりは、充分に長
い周期で動作させられる。
チヨツパ10の一回の開放期間に多数個のレー
ザパルスが試料1に入射させられて、そのパルス
ごとにそのパルス幅よりは長く、かつパルス周期
よりは短い持続時間の螢光を発生させる。
この螢光発光はレンズ系2を介して電子管3の
光電面上に投射される。
第2図に、高速繰り返しパルス光計測用の電子
管3の実施例を示す。
高速繰り返しパルス光計測用の電子管3の真空
容器の入射面の内側には光電陰極31が形成され
ている。
そして容器30内に光電陰極31に近接してメ
ツシユ電極32、続いてフオーカス電極33、偏
向電極34、スリツト電極35、スリツト電極3
5のスリツトを透過した電子を増倍するダイノー
ド36、増倍された電子を取り出すアノード37
が設けられている。
スリツト電極35のスリツトは前記偏向電極3
4の偏向方向に直角方向に設けられている。
前記高速繰り返しパルス光計測用の電子管3の
偏向電極34には掃引電圧発生部5から掃引電圧
が、他の電極には電源部11から動作電圧が供給
されている。
電源部11は電池E1,E2および分圧抵抗R1
R8から構成されている。
メツシユ電極32には光電陰極31よりも高い
電圧が印加され光電陰極31の放出した光電子を
加速する。
そして、さらに高い電圧が印加されているフオ
ーカス電極33により集束され、偏向電極34に
入射させられる。
後述する偏向電極34で偏向された電子流のう
ち前記スリツト電極35のスリツトを通過した電
子がダイノード36で増倍され、最も高い電圧が
与えられているアノード37を介して取り出され
る。アノード37から取り出された電流は前記チ
ヨツパ10と連動して動作させられる同期増幅部
4で増幅される。
第1図に示されている光学手段9のハーフミラ
ー91により分離されたレーザパルス列はpinホ
トダイオード8により検出され、レーザパルス列
に相当する電流パルスが形成される。
この電流パルスは遅延掃引部7に接続される。
遅延掃引部7の詳細な構成は第2図に示されて
いる。
遅延掃引部7はこのパルスを基準にして掃引電
圧の発生時点を決定する遅延パルス、および後述
するX−Yレコーダ6の時間軸に相当する信号を
発生する。遅延掃引部7のインダクタンスL、可
変容量ダイオードD1〜D4、抵抗器R71,R72によ
り、前記遅延パルスが形成される。
X−Yレコーダ6の時間軸に相当する信号はX
−Yレコーダ掃引電圧発生部71で発生させら
れ、X−Yレコーダ6のX軸に入力される。
X−Yレコーダ6のY軸には、同期増幅部4の
出力が接続される。
遅延パルスは第3図に示すように、pinホトダ
イオード8により検出されたパルス列〔同図A参
照〕をΔT秒だけ遅延させたもの〔同図B参照〕
である。
このΔT秒は可変であり、この実施例ではpin
ホトダイオード8により検出されたパルス列
(10ns)を連続的に0.1ns/secのレートで遅延掃
引させるようにしてある。可変容量ダイオードに
印加する電圧を変化させることにより、その静
電容量を変化させ、L1,D1〜D4により構成され
るフイルタの位相特性を変えて、遅延量ΔTを変
化させる。
ΔTを変化させる動作は、前記光学手段9にお
いて、全反射ミラー94,95を対として図中上
下方向に移動させる光路長調整手段によつても行
なうことができ、どちらを用いてもよい。また、
例えば光路長調整手段によつて測定開始のタイミ
ングを決定し、実際の測定は遅延掃引部7を使用
しても良い。
第4図は主として電子管における入射光と掃引
のタイミングを設明するための波形図である。
レーザパルスAにより試料1が励起されると螢
光を発光し、電子管3の光電陰極31で光電変換
され、同図Bに示す光電子流が発生させられる。
一方、遅延掃引部7は入力CをΔTだけ遅らせ
たパルスDを発生する。
この電圧により、掃引電圧発生部5は、同図E
に示す掃引電圧を電子管偏向電極34に印加す
る。
この電圧により偏向された電子流はスリツト電
極35のスリツトを透過したものだけがサンプリ
ングされ、ダイノード36により増倍され出力さ
れる〔第4図F〕。
掃引電圧の発生時点は遅延掃引部7での遅延量
ΔTにより決まるから、ΔTを順次変えていけば、
螢光発光のサンプリング部分を順次変えていくこ
とができる。
次に、電子管3の出力をチヨツパ10の動作に
同期して増幅する同期増幅部の構成を第5図を参
照して説明する。
電子管3のアノード37の出力は同期増幅部4
の交流増幅器41によつて増幅される。
したがつて、雑音成分である直流分は増幅され
ない。チヨツパ10の開き動作期間に対応する信
号は参照信号発生器42により成形されて、掛算
回路43に印加され、前記交流増幅器41の出力
から信号に相当する部分が抜き出される。
掛算回路43の出力は低域ろ波器44を介して
直流増幅器45に印加され直流増幅される。
この直流増幅器45の出力は、螢光のサンプリ
ングされた部分の強度に対応するものである。
次に、前記実施例装置の全体の動作を数値例を
示し第6図を参照して説明する。
光源12のパルス列の周期は10nsとする。
第6図Aに示すようにチヨツパ10は、開き時
間500μs、周期1msで動作させる。
同図Bは、被測定試料の螢光発光に対応する光
電子流の波形である。
螢光発光の繰り返し周期は、光源12のパルス
列の周期10nsと同じである。
同図Cは、電子管3の出力を示す。
チヨツパ10の1周期ごとに 500μs/10ns=5×104個のサンプリング出力が
得られる。
第6図D,Eは同図B,Cの時間軸と、振幅を
拡大して示した図である。
第6図Eに示されているように電子管3のダー
ク電流である直流成分Idの上に信号成分I1,I2
が重畳された状態で出力される。
第6図Fは第6図Cの時間軸を極端に圧縮して
示した図である。
なお理解を容易にするために、サンプリング出
力の数を実際よりも少なくして表現してある。
第6図Fに示す出力は同期増幅部4の交流増幅
器41により増幅されると、同図Gに示す波形と
なる。
同期増幅部4の出力は第6図Hのようになる。
第6図Hに示すパルスの振幅はそのチヨツパ周期
でサンプリングされた部分の振幅に対応するもの
である。
この同期増幅部4の出力を第1図に示すX−Y
レコーダ6のY入力端子に接続すると、X−Yレ
コーダ6のX入力端子には、遅延掃引部7のX−
Yレコーダ掃引電圧発生部71の出力電圧が印加
されているので、第6図Iに示すような再現波形
が得られる。
第6図Iは同図Hよりはさらに時間軸を圧縮し
て示してある。
(変形例) 以上詳しく説明した実施例について、本発明の
範囲内で種々の変形を施施すことができる。
チヨツパの実施例として機械式のチヨツパの例
を示したが、このチヨツパの代わりに音響光学変
調器AOM(Acoustic Optical Modulator)を使
用することができる。
音響光学変調器AOMは前記機械式のチヨツパ
よりも速くかつ広い周期(直流から1MHz)でチ
ヨツピングが可能であり、より迅速にデータを収
集することができる。
また、励起用光源の1/fノイズをより除去で
き、S/Nを向上できる。
また、電子管としてダイノードが一体に組み込
まれた装置の実施例を示したが、前記と同様にス
リツトが組み込まれているストリーク管と光電子
増倍管を組み合わせたものを使用することも可能
である。
また、データ再構成手段としてパーソナルコン
ピユータを使用することもできる。
(発明の効果) 以上詳しく説明したように本発明による高速繰
り返しパルス光計測装置は、高速繰り返しパルス
光計測用の電子管を用い、被測定試料を励起する
パルス列を発生する励起用光源装置により、試料
を励起し、光学手段により、被測定試料の発光を
前記高速繰り返しパルス光計測用の電子管の前記
光電陰極に前記試料からの光を接続するように構
成されている。
そして、前記パルス列の繰り返し周期よりも充
分に長い周期で開閉されるチヨツパを用い、前記
電子管の偏向電極に被測定光に同期しかつ前記チ
ヨツパの周期を基礎単位として順次位相が変化す
る偏向電圧を偏向電圧発生部から供給する。
前記電子管の出力は同期増幅器により、前記光
チヨツパに同期して増幅される。
したがつて、電子管装置からの入射光のON/
I1,I2 OFF変調に同期した信号成分とダーク電
流成分Idから成り立つている出力は、同期増幅部
により変調を受けていない電子管装置からの定常
的なダーク電流成分は増幅されずに信号成分(被
測定光)のみが増幅される。
そして、増幅された信号は検波され直流電圧に
変換されて出力される。
そのため、被測定光が微弱な領域でS/Nを良
く測定を行うことができ、螢光寿命測定等でのダ
イナミツクレンジの拡大は得られる光量を同じと
すれば、検出限界光量を下げることで達成され
る。測定の検出限界はダーク電流を分離したこと
による改善の効果で20倍、同期増幅器の狭帯域増
幅特性による改善効果を5倍としても、トータル
で100倍の改善がなされる。
したがつて、従来装置では、ダーク電流に埋も
れてしまつて測定することが困難だつた微弱光を
精度良く測定することが可能となる。
同じような効果をもたらす方法として、装置の
光電陰極を冷却するか、あるいは装置全体を冷却
する方法が考えられる。
従来の装置で、装置の光電陰極を冷却すること
は、ダーク電流を減らすことに効果がある。0℃
程度に冷却するとダーク電流を室温25℃での1/10
にすることができる。
本発明によれば、安価で簡単な構成でそれ以上
の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による高速繰り返しパルス光計
測装置の実施例を示すブロツク図である。第2図
は主として、前記実施例の電子管と電源部、遅延
掃引部を示す回路図である。第3図は遅延掃引部
の動作を説明するための波形図である。第4図は
主として電子管における入射光と掃引のタイミン
グを説明するための波形図である。第5図は同期
増幅部の実施例を示す回路図である。第6図は前
記実施例装置の全体の動作を示す波形図である。 1…試料、2…レンズ、3…高速繰り返しパル
ス光計測用電子管、30…真空容器、31…光電
陰極、32…メツシユ電極、33…フオーカス電
極、34…偏向電極、35…スリツト電極、36
…ダイノード、37…アノード、4…同期増幅
部、41…交流増幅部、42…参照信号発生器、
43…掛算回路、44…低域ろ波器、45…直流
増幅器、5…掃引電圧発生部、6…X−Yレコー
ダ、7…遅延掃引部、L1…インダクタンス、D1
〜D4…可変容量ダイオード、R71,R72…抵抗器、
71…X−Yレコーダ掃引電圧発生部、8…pin
ホトダイオード、9…光学手段、91…ハーフミ
ラー、92,93,94,95…全反射ミラー、
10…チヨツパ、11…電子管電源部、E1,E2
…電池、R1,R2〜R8…分圧抵抗器、12…光源、
13…チヨツパ駆動部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光電陰極から放出された電子を偏向する偏向
    電極、前記偏向電極の掃引方向に直角方向のスリ
    ツトをもつ高速繰り返しパルス光計測用の電子管
    と、 前記電子管に動作電力を供給する電源部と、 被測定試料を励起するパルス列を発生する励起
    用光源装置と、 被測定試料の発光を前記高速繰り返しパルス光
    計測用の電子管の前記光電陰極に前記試料からの
    光を接続する光学手段と、 前記励起用光源装置と前記光電陰極の間に配置
    され、前記パルス列の繰り返し周期よりも充分に
    長い周期で開閉されるチヨツパと、 前記電子管の偏向電極に被測定光に同期しかつ
    前記チヨツパの周期を基礎単位として順次位相が
    変化する偏向電圧を供給する偏向電圧発生部と、 前記電子管の出力を前記光チヨツパに同期して
    増幅する同期増幅器と、 前記同期増幅器の出力を前記偏向電極に印加さ
    れた偏向電圧の位相の変化に対応して集積するデ
    ータ再構成手段から構成した高速繰り返しパルス
    光計測装置。 2 前記電子管は光電陰極、メツシユ電極、集束
    電極、偏向電極前記偏向電極の偏向電界の方向と
    垂直方向にスリツトを持つスリツト電極、前記ス
    リツトを通過した電子を増倍するダイノード群、
    前記ダイノード群で増倍された電子を捕集するア
    ノード電極がこの順で真空容器内に収容されてい
    る電子管である特許請求の範囲第1項記載の高速
    繰り返しパルス光計測装置。 3 前記電源装置は、前記光電陰極に対して集束
    電極、スリツト電極の順に高い電圧を供給すると
    ともに前記ダイノード群に増倍用の電圧を供給す
    る電源装置である特許請求の範囲第1項記載の高
    速繰り返しパルス光計測装置。 4 前記チヨツパは機械式のチヨツパまたは音響
    光学変調器である特許請求の範囲第1項記載の高
    速繰り返しパルス光計測装置。 5 前記データ再構成手段はX−Yレコーダまた
    はパーソナルコンピユータである特許請求の範囲
    第1項記載の高速繰り返しパルス光計測装置。
JP28268985A 1985-12-16 1985-12-16 高速繰り返しパルス光計測装置 Granted JPS62142234A (ja)

Priority Applications (2)

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JP28268985A JPS62142234A (ja) 1985-12-16 1985-12-16 高速繰り返しパルス光計測装置
GB8629985A GB2186075B (en) 1985-12-16 1986-12-16 Light pulse measuring instrument

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JPS62142234A JPS62142234A (ja) 1987-06-25
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GB2186075A (en) 1987-08-05
GB2186075B (en) 1989-12-28
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