JPH05264609A

JPH05264609A - 高周波電気信号のエレクトロオプティカル効果による測定方法およびシステム

Info

Publication number: JPH05264609A
Application number: JP4232695A
Authority: JP
Inventors: Slimane Loualiche; ルアリシェスリマン; Clerot Fabrice; クレロファブリス
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1993-10-12
Also published as: FR2680248B1; FR2680248A1; DE4226220A1; US5256968A

Abstract

(57)【要約】【目的】オプトエレクトロニクス効果を利用して、高
周波数高帯域信号の周波数領域での測定を行なうことを
目的とする。【構成】このシステムは２つのレーザー光源（30,40
）を含む。第一のレーザー光源（30）は第一の光束（L
1）を放出し、この光束はギガヘルツに近い周波数を特
徴とする被測定信号（Ｖ）によって振幅変調される。第
二のレーザー光源（40）は第二の光束を放出し、この光
束は、上記の変調された光束と結合され、被測定信号を
特徴づける測定波を作る。測定波をギガヘルツを遥かに
下回る周波の領域に転換させるために、２つのレーザー
光源（30、40 ）の２つの周波数間のうなり（ν₁ −ν
₂ ）が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波数帯域をもつ高
周波電気信号の、エレクトロオプティカル効果による測
定に一般的に関わる。

【０００２】

【従来の技術】光検出器、光伝導スイッチ、その他の超
高速電気装置の出現と共に、１ピコ秒のオーダーの分解
能で電気信号の特徴を示すことのできる測定システムの
必要が感じられてきた。

【０００３】過去には、この種の測定は約 25 ピコ秒に
限定された分解能のサンプリング・オシロスコープを用
いて行われていた。以来、エレクトロオプティカル効果
の使用が、サンプリング技術による１ピコ秒のオーダー
の分解能での電気信号の特徴づけに大きな発展をもたら
した。この電気信号のエレクトロオプティカルサンプリ
ングの新技術、例えば、超短パルス・レーザーで照射さ
れるポッケル・セルによるものなどは、絶えず改良され
てきたが、それでも多数の不都合な点を示している。

【０００４】時間サンプリングに基づく測定システム
は、非常に嵩張り（1.50メートル) かつ高価な短パルス・レ
ーザー光源を必要とする。おまけに、“エレクトロニク
ス・レターズ 24, 266頁, 1990年 − S. Loualiche,
F. Clerot, G. Audibert"に記述されているようなスト
ロボスコープ法による電気信号の測定を行うためには、
使用するレーザー光源は能動型モード・ロックでなけれ
ばならず、発生パルスは、その場合、しばしば 30 ピコ
秒以上の周期を持つ。すると、１ピコ秒のオーダーのパ
ルス周期を実際に得るためにはパルス・コンプレッサー
を使う必要がある。しかしながら、これらの機器は調節
が難しく、その上騒音問題も持ち込む。

【０００５】その上、ストロボスコープ法を用いる光学
パルスによる電気信号のサンプリングは、この電気信号
の波形全体のサンプリングから成るので、１ピコ秒のオ
ーダーのレーザー・パルスの幅（ジグ）の変動が前提と
なる。しかるに、能動型モード・ロック・レーザー光源
においては、一般にそうではなく、ジグは５ピコ秒に近
い。このジグは、測定のために、位相安定化ループの使
用をやむなくし、それがシステムの複雑さを増し、（調
節を）ますます難しくし、その使用に一層費用がかかる
ことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、主として、
従来の技術の前述の不都合を修正し、エレクトロオプテ
ィカル効果を用いながら、広周波数帯域をもつ高周波電
気信号の、周波数の領域での測定を特に容易にすること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的のために、電気
信号の測定方法で、 −第一の周波数をもつ直線偏光された第一の単色光波を
放出すること、 −上記の第一の光波を電気信号により振幅変調し、被測
定信号の周波数スペクトルに対応する２つの側波帯を示
す一つの振幅変調された光波にすること、 −振幅変調された光波の周波数成分を濾過すること、を
含み、その上、 −第二の周波数をもつ第二の単色光波を放出し、第二の
光波は第一の光波と平行に直線偏光され、第一の光波と
第二の光波が結合されて一つの制御光波になること、 −第一の周波数と第二の周波数のうちの一方の調節によ
ってこの第二の周波数が上記の振幅変調された光波の２
つの側波帯の一方に大体近づくようにするために、制御
光波内で第一の周波数と第二の周波数の差を制御するこ
と、 −振幅変調された光波の周波数成分と第二の光波の周波
数成分を結合し、一つの測定光波にすること、および −電気信号（Ｖ）の帯域（ΔＦ）に大体等しい周波帯の
中で測定波を検出すること、を含むことを特徴とする。

【０００８】第二の偏光光波は、測定波の周波数帯が被
測定電気信号の搬送周波数または中央周波数より下の周
波帯の中に含まれるようにするために、振幅変調された
光波のコヒーレントな復調に使われる。変調された光波
の周波数成分と第二の偏光光波の周波数成分の結合は、
周波数の転換に相当する。このように転換された電気信
号の周波数帯は、従って、測定波の検出に応答してより
効率よく処理され映像化される。周波数の転換を得るた
めに、第一の単色光波および第二の単色光波の一方を放
出するレーザー光源は、測定波の中で制御される２つの
単色光波の周波数の差が電気信号の周波数に出来る限り
近くなるように、周波数調節可能なレーザー光源であ
る。これらの条件下で、電気信号の位相特性と周波数特
性の測定が、信号の実際の周波数帯を十分に下回る周波
帯の中で行われる。

【０００９】本発明によると、電気信号の測定システム
で、 −第一の単色光波を放出する機構、 −上記の第一の光波を直線偏光し、第一の偏光光波にす
る第一の機構、 −上記の第一の偏光光波を電気信号により変調し、振幅
変調された光波にする機構、 −変調された光波を受け取り、電気信号の周波数スペク
トルに対応する様々な光周波数成分を送り出すための、
周波数の同調可能な濾過機構、を含み、第一の偏光機構
は、第一の単色光波を順次偏光し、異なる偏光をもつ第
一および第二の直線偏光光波にすること、また、この測
定システムは −第一の放出光波の周波数とは異なる周波数をもつ第二
の単色光波を放出する機構、 −第二の単色光波を順次偏光し、異なる偏光をもつ第三
および第四の直線偏光光波にする第二の機構、 −第一と第三の偏光光波を結合し、一つの制御光波にす
る第一の機構、 −第一と第三の単色光波の周波数の差を導くために制御
光波を分析する機構、 −光周波数成分と第四の偏光光波を結合し、一つの測定
光波にする第二の機構、および −電気信号の位相特性と周波数特性を、電気信号の周波
数帯域に大体等しい周波帯の中で分析するために、測定
波を検出する機構、を含むことを特徴とする。

【００１０】

【実施例】図１を参照すると、エレクトロオプティカル
サンプリング技術によって電気信号を測定するための装
置１の製作例は、基本的に、US-A-4618819によると、レ
ーザー光源 10 、サンプリング・エレクトロオプティカ
ル・セルと呼ばれるポッケルス・セル 11 、光チョッパ
ー 12 、制御光学遅延線 13 、偏光子 15 、四分の一波
長板型調相器 16 、差分検出装置 17 、および信号映像
化装置 18 を含む。モード・ロックのレーザー光源 10
は、例えば、100 メガヘルツ、120 フェムト秒（fs) の
パルス光束を発生し、それは鏡の幾何学的配置 19 によ
って、２本のそれぞれの伝播軸を辿る２本の別個の光束
に分けられる。

【００１１】第一の光束は、光チョッパー 12 および光
学遅延線 13 を横切って、電源 14のトリガー入力ＥＤ
に印加され、電源 14 は分析と測定を行うべき電気信号
Ｖを発生する。電源14をトリガーする光パルスの高レベ
ル上で、被測定電気信号Ｖは、ポッケルス・セル 11 の
一つの表面に固定された金属リボンの形をした電極110
に印加されるが、その他方の表面は金属被覆を施され、
基準電圧にされている。信号Ｖは、ポッケルス・セル 1
1 内で、電極に垂直な電場

【外１】を作る。

【００１２】第二の光束は、ポッケル・セル 11 の、金
属被覆を施した２つの表面に垂直な第二の表面に、偏光
子 15 を横切って印加され、管 11 内に広がる未知の電
場

【外２】を、同期しながらサンプリングする。セル 11 の結晶の
屈折率の変化から成るポッケルス効果の使用によって、
第二の光束の光パルスは、結晶内に広がる電場によって
変調される。第二の光束はパルスから出来ているので、
これは、電場のサンプリングという形になる。サンプリ
ングから生じた変調された光束は、光学調相器 16 を横
切り、差分検出装置 17 内の分析器171 の一つの表面に
印加され、差分検出装置 17 はその他に２つの検出器 1
72a と 172b および差分増幅器 173を含む。周知のよう
に、ポッケルス効果を用いた変調装置の中で、調相器 1
6 はセル 11 の変調度を線型化することができる。

【００１３】分析器 171は変調された光束の 90 °位相
のずれた２つの成分を分離し、２つの成分は２つの検出
器 172a と 172b の中で、上記の成分の強度に対応する
２つの電流に変えられ差分増幅器173 の入力に印加され
る。

【００１４】これらの差分装置は、測定により敏感で、
また、レーザーの変動により鈍感であるという利点を持
つ。

【００１５】差分増幅器173 の出力の差分信号は、信号
の平均化器181 と映像化オシロスコープ182 を含む信号
映像化装置 18 の入力の一つに印加される。平均化器18
1 は差分信号を滑らかにし、この信号は次に、オシロス
コープ182 の入力の一つに印加され、このオシロスコー
プのスクリーン上に映像化される。

【００１６】このような測定装置においては、被測定信
号の "復元" は制御光学遅延線 13の命令によって実現
される。実際、電源 14 をトリガーする第一の光束のパ
ルスの伝播に様々な遅延時間を誘発することによって、
被測定電気信号Ｖの波形全体をサンプリングし、次に、
それを、ここではオシロスコープ182 によって、光学線
13 により誘発される遅延時間の増分に比例する時間を
横座標に、滑らかにされた信号の振幅を縦座標にして、
それを映像化することが可能である。

【００１７】エレクトロオプティカルサンプリング技術
の応用は、電気信号の測定だけに限られず、無尽蔵の応
用範囲には例えば次のようなものが含まれるだろう : −電子機器の電気的特性の特徴づけ、 −コネクタおよびケーブルの伝達特性の特徴づけ、 −誘電定数の測定。

【００１８】従来の技術による、エレクトロオプティカ
ルサンプリング技術を用いた電気信号の測定装置の他の
製作例も存在する。例えば、 "オプティカルエレクトロ
ニクス入門" と題された Amnon Yarin著、HOLT RINEHAR
T & WINSTON, NEW-YORK,1976年出版の本の 427頁に記述
されているようなものである。これらの測定装置は全て
このサンプリング技術に基づいており、この記述の冒頭
に挙げた不都合によって、その使用が限定されている。

【００１９】本発明はエレクトロオプティカルサンプリ
ング技術に基づくだけでなく、米国特許第5,041,778 号
に公表された測定システムの中で既に利用された周波数
分析技術にも基づく。前述の特許請求に記載の測定シス
テムの製作方法が図２に示される。それは、基本的に、
レーザー光源21、エレクトロオプティカル変調器 22、
および分光装置 23 を含む。レーザー光源 21 は単色連
続放出型で、パルス型ではなく、線幅が非常に狭い。レ
ーザー光源 21 は、例えばヘリウム−ネオン (Ｈｅ−Ｎ
ｅ）イオン型である。

【００２０】エレクトロオプティカル変調器 22 はポッ
ケルス・セルであり、偏光子221 、調相器222 、エレク
トロオプティカル特性をもつ結晶223 、および偏光−分
析器224 を含む。偏光子221 は、例えばグラン・プリズ
ムまたはニコル・プリズムから成る。偏光子221 はレー
ザー光源 21 から伝達された光波を受け取り、直線偏光
された光波を供給する。この偏光光波は調相器222 を横
切って、結晶223 の第一の表面に印加される。調相器22
2 は四分一波長型であり、変調器 22 をその変調度曲線
の直線部分で偏光させるために、偏光光波にπ/2の位相
の遅れを導入する役目をする。

【００２１】エレクトロオプティカル結晶223 は、例え
ばＡＤＰ結晶 ((NH4) H2 PO4) から成り、偏光光波を受
ける表面に垂直な２つの表面のそれぞれに２本の別々の
伝導リボンを持ち、これらのリボンの端部に被測定電気
信号Ｖが印加される。電気信号Ｖは結晶223 内に、偏光
光波の伝播方向に垂直な電場

【外３】を作る。電気信号Ｖの変化に応じて振幅変調された光波
が結晶223 によって作られ、偏光- 分析器224 の一つの
表面に印加されると、偏光−分析器224 は、振幅変調さ
れた、その偏光が偏光子221 を出た光波の偏光と交差す
る光波Ｌ_A を供給する。偏光−分析器224 を出た、振幅
変調された光波Ｌ_A の強度をＩＬ_A で表すと、変調の関
係式は、偏光子221 を結晶223 に対して適当な向きに置
きながら、次のように書き表される:

【００２２】ＩＬ_A ＝（ＩＬ_o ／２）・（１＋ sin（π・Ｖ／Ｖπ）ここで、ＩＬ_o はレーザー光源 21 によって作られた入
射光波の最大強度であり、Ｖπはエレクトロオプティカ
ル結晶223 の特性および入射光波の波長に依存する定数
である。

【００２３】変調された光波Ｌ_A は、ファブリ−ペロー
の掃引干渉計 231、フォトダイオード光学検出器232 、
およびオシロスコープ233 から成る分光装置 23 に印加
される。変調された光波は干渉計231 の同調可能な空洞
に注入され、空洞は、掃引電源から発生したランプ信号
の命令で、利用する周波数の領域の様々な周波数に合わ
せて、次々と同調される。空洞は対応する光周波数成分
を発信し、それらは光学検出器232 のフォトダイオード
によって受信される。フォトダイオードから発信される
電流から、検出器232 は、被測定信号Ｖの様々な周波数
成分の強度に比例した強度信号を作る。ランプ信号およ
び強度信号がオシロスコープの入力に印加され、周波数
スペクトルをオシロスコープ233 のスクリーン上に映像
化する。得られたスペクトルは変調された光波Ｌ_A のス
ペクトルであり、レーザー光源21の "レーザー・ビー
ム" の両側に２つの側波帯を含む。変調された光波Ｌ_A
のスペクトルとレーザー光源 21 の放出周波数から、被
測定信号Ｖのスペクトルが導かれる。

【００２４】しかしながら、このような装置２は、被測
定信号Ｖの特徴を示す情報を２つしか教えてくれない：
周波数および対応する振幅だけである。信号Ｖの位相に
関する情報は引き出せない。

【００２５】本発明は、米国特許第 5,041,778号の非常
に一般的な原理に基づきながら、説明の当初で解説され
たサンプリング技術装置で実現されているような、この
位相に関する情報を引き出すことを目的とする。

【００２６】図３を参照すると、本発明に記載のエレク
トロオプティカル効果による電気信号測定システムは、
変調装置ＤＭ、復調装置ＤＤ、および制御装置ＤＣを含
む。米国特許第 5,041,778号に記述された測定システム
の別法の一つに“アナログ”な型の変調装置ＤＭは、第
一のレーザー光源 30 から放出される光波の進行方向に
沿って、順次、第一の指向器二分一波長板 31 、第一の
光学偏光子 32 、第二の光学偏光子 33 、一対の偏光板
34、エレクトロオプティカル結晶基盤 35 、および一組
の鏡 37a, 37b,および 37cを含む。復調装置ＤＤは、第
二のレーザー光源 40 、第二の指向器二分一波長板 41
、光学偏光子 42 、光学アイソレータ43 、偏光二分一
波長板 44 、光束キュービックセパレータ 45 、フォト
ダイオード低速検出器または光検出器 46 、オシロスコ
ープ 47 、および干渉計 48 を含む。最後に、光学制御
装置ＤＣは、光束キュービックセパレータ 50 、ダイオ
ード高速光検出器 51 、スペクトル分析器 52 、および
鏡 53aから構成される。以後、変調装置ＤＭの一組の鏡
37a, 37b,および 37c、復調装置ＤＤのアイソレータ4
3、および制御装置ＤＣの鏡 53aは、信号の厳密な意味
での測定には関係せず、測定システムの小型化を図るた
めに光波を適当に進ませるために設けられているだけで
あることに注意しなければならない。従って、本発明の
システムの以下の記述においては、鏡 37a, 37b,37c 、
および 53aのどれか一つへの反射から生じた様々な光波
の伝播軸の方向の変化については考慮していない。今度
は、図３，４，５，および６を参照しながら、本発明に
記載の測定システムの働きを、本発明に記載の測定方法
を構成する様々な段階を紹介しながら記述する。

【００２７】変調装置ＤＭ内の第一のレーザー光源 30
は単色連続放出型で、線幅が非常に狭い。例えば、周波
数が安定化されたヘリウム−ネオン (Ｈｅ−Ｎｅ）型の
ガスレーザー光源であり、数百テラヘルツの周波数ν₁
に対応する波長λ₁ と、典型的には 10 キロヘルツ以下
の非常に狭い線幅Δν₁ をもつ第一の単色光波Ｌ1 を放
出する。

【００２８】図５を参照しながら、今度は変調装置ＤＭ
の第一の二分一波長案内 31 と第一の偏光子 32 の光学
的結合が果たす役割を更に詳しく記述する。

【００２９】偏光子 32 は例えばニコル・プリズムの形
をしており、ここでは分析器として使用される。図５に
円偏光の形で図式的に表した第一のレーザー光源 30 か
ら放出された光波Ｌ1 は、伝播軸に沿って二分一波長板
31(λ₁/2 ）の表面の一つ310 に垂直に印加される。板
31は放出光波Ｌ1 の２つの直交成分の間に位相の遅れを
導入する。この位相の遅れは、光学調相器について周知
のように、伝播軸に垂直な所定の軸ｘとｙに沿う屈折率
の差によって生まれる。板 31 はこのようにして、第一
のレーザー光源 30 によって作られた光波Ｌ1 を、直線
偏光された光波Ｌ1 _P に変える。更に正確に言うと、光
波Ｌ1 を２つの所定位置の一方に置くために、二分一波
長板 31 を光波Ｌ1 の伝播軸の回りを回転させることに
よって、板 31 を出た光波は２つの垂直面の一方に沿っ
て偏光される。偏光子 32 は、偏光光波Ｌ1 _P を第一の
表面320 上で受け取り、この偏光光波を反射するかまた
は伝達するが、それは二分一波長板 31 が２つの位置の
どちらにあるかによって決まる偏光光波の偏光面が、常
波に対応するかまたは偏光子 32 内の複屈折特性によっ
て生じた異常波に対応するかに応じてきまる。

【００３０】今度は図３に戻ると、二分一波長板 31 の
２つの所定位置に応じて、板 31 を出た偏光光波Ｌ1 _P
は、それぞれ、偏光子 32 によって反射光波Ｌ1 _R とし
て制御装置ＤＣのキュービックセパレータ 50 の方へ反
射されたり、また、偏光子 32 によって伝達光波Ｌ1 _t
として変調装置ＤＭの第二の偏光子 33 の方へ伝達され
たりする。操作者は、四分の一板31を２つの所定位置に
従って置くことによって、偏光光波Ｌ1 _P が後ほど記述
するように測定制御のために全反射されるようにした
り、また、信号Ｖの測定のために全面的に伝達されるよ
うにする。反射光波Ｌ1 _r を受け取る制御装置ＤＣにつ
いては、後ほど、以下の変調装置ＤＭおよび復調装置Ｄ
Ｄの記述の後で詳述するだろう。

【００３１】伝達光波Ｌ1 _t は第二の偏光子 33 の第一
の表面330 に垂直に印加される。偏光子 32 と 33 の主
断面は平行なので、偏光子 33 の第二の表面331 を出る
光波は伝達光波Ｌ1 _t と同一である。この伝達光波Ｌ1
_t は一対の偏光板 34 の方へ向かう。一対の偏光板 34
は、平行に配置された二分一波長板 341 (λ₁/2 ）と四
分一波長板 342 (λ₁/4 ）を含み、それらは最適な変調
のために伝達光波Ｌ1_t の２つの成分間に位相の遅れΓ_O
を課す。伝達光波Ｌ1 _t は対 34 の２枚の板の表面に
垂直に印加され、変調光波Ｌ1 _m が作られる。この位相
差Γ_O は変調光波Ｌ1 _m を予偏光する役目をし、変調光
波Ｌ1 _m が、結晶基盤35の変調度の直線部分で、被測定
高周波信号Ｖを変調する。

【００３２】変調光波Ｌ1 _m は、基盤 35 の上表面350
にある伝導リボン 36 の近くの一点に向かう。被測定電
気信号Ｖは、リボン 36 と、金属被覆を施され基準電圧
にされた基盤の下表面351 との間に印加される。電気信
号Ｖは、結晶内に、基盤 35の屈折率を変える電場

【外４】を作る。変調光波Ｌ1 _m は基盤の中を下表面351 まで伝
播し、下表面で、上表面350 の方へ逆反射される。基盤
35 を上表面350 から出た光波は、このようにして、ポ
ッケルス効果によって最適な具合に位相変調され、光波
Ｌ1 φ になる。光波Ｌ1 φを作るために変調光波Ｌ1
_m に導入された位相の遅れΔΦは、次の等式で表され
る: ΔΦ＝πＶ／Ｖπ ここでＶπは、基盤 35 と第一のレーザー光源 30 から
放出された光波Ｌ1 の波長の特有パラメーターである。

【００３３】逆反射され、位相変調された光波Ｌ1 φ
は、変調光波Ｌ1 _m の行きの方向と反対の戻りの方向
で、一対の偏光板 34 を横切って、第二の偏光子 33 の
第二の表面331 に垂直に印加される。電場

【外５】によって変調光波Ｌ1 _m 上に誘発される偏光の回転が、
光波Ｌ1 φに90°位相のずれた２つの成分を含むように
させる。位相変調された光波Ｌ1 φは、一対の偏光板 3
4 と偏光子 33 によって、振幅変調された光波Ｌ1 _a に
"変換" される。まさしく、第二の偏光子 33 の中でニ
コル・プリズムの形に作られる対角線断面のところで、
第一の成分振幅変調されたＬ1 _a は反射され、復調装置
ＤＤの干渉計 48 の同調可能な光学空洞482 に、固定壁
480 を横切って注入されるが、第二の成分は伝播軸の変
更なしに伝達される。図４を参照すると、第二の偏光子
33によって反射された光成分Ｌ1 _a は、第一のレーザ
ー光源 30 から放出された光波の周波数に対応する周波
数ν₁ の線を含むスペクトルと、振幅変調によって誘発
された２本の側波帯ＢＩとＢＳを示すが、この側波体は
両方とも、各自の周波数のシフトを別にして、被測定電
気信号Ｖの周波数スペクトルを表す。

【００３４】図３に戻ると、干渉計 48 の第二の半透明
の壁481 は圧電制御装置を装備し、固定壁480 に対して
動かすことができる。壁481 を移動させる周期的な電気
信号の命令下に、光学空洞482 は、利用する周波数の領
域の様々な周波数に同調させられ、その結果、光波Ｌ1
_a に対応する光周波数成分ＣＦを、上記の可動壁481を
通して発信することができる。利用するべき周波数の領
域の、各自の周波数をもつ様々なスペクトル成分ＣＦ
は、可動壁481 の移動電気信号の命令下に、上記の可動
壁を横切って、ここでは２本の光束の結合に使用される
キュービックセパレータ 45 の第一の表面450 に、次
々、印加される。

【００３５】第二のレーザー光源 40 は、波長λ₂ をも
つ、同じく 10 キロヘルツ以下の幅Δν₂ を持つ周波数
ν₂ の線に対応する、第二のコヒーレントな単色光波Ｌ
2 を連続放出する。光波Ｌ2 は第二の指向器二分一波長
板 41 λ₂/2 、次に、分析器として使われる偏光子 42
を通過する。変調装置ＤＭの記述の際に図５を参照しな
がら特筆されたように、復調装置ＤＤの第二の二分一波
長板 41 および偏光子42 は、変調装置ＤＭの板 31 お
よび偏光子32と全く同一の役割を持つ。従って、二分一
波長板 41 を、２つの所定位置の方へ順次、軸の回りを
回転させると、二分一波長板 41 を出た偏光光波Ｌ2 _P
は、偏光子 42 によって全反射された場合は反射光波Ｌ
2 _r になり、これは、制御装置ＤＣ内のキュービックセ
パレータ50 の第二の表面501 に印加され、次に全面的
に伝達される場合は光波Ｌ2 _t となって、復調装置ＤＤ
のキュービックセパレータ 45 の第二の表面451 と平行
に置かれた偏光二分一波長板44の方へ向かう。分析器と
して使われる２つの偏光子32 と 44 は、できれば、各
自の表面の一つひとつに反射防止誘電薄層が付けられて
いることが望ましいが、これはシステムの測定性能を損
なう恐れがある、システム内部の光波の相互作用を避け
るためである。

【００３６】今度は、本発明に記載の方法を構成する２
つの主要な段階のそれぞれについて、つまり、変調装置
ＤＭおよび復調装置ＤＤの２つの指向器二分一波長板 3
1 および 41 が、偏光光波Ｌ1 _P とＬ2 _P を全面的に伝
達するような位置および全反射するような位置にある場
合のそれぞれについて記述する。

【００３７】第一の段階は、本発明では制御段階と言わ
れ、２つの偏光光波Ｌ1 _P とＬ2 _Pの反射に訴えるもの
である。反射光波Ｌ1 _r とＬ2 _r は図３に点線で表さ
れ、制御装置ＤＣ内のキュービックセパレータ 50 の互
いに垂直な２つの表面500 と501 に印加される。反射光
波Ｌ2 _r はキュービックセパレータ 50 内の、光束キュ
ービック結合器として使用される半反射対角線面によっ
て反射され、反射光波Ｌ1 _r と結合されて制御波ＯＣに
なる。制御波ＯＣは、第一のレーザー光源 30 と第二の
レーザー光源 40 の放出周波数の差に等しいうなり周波
数ν₁ −ν₂ を持つ。この制御波ＯＣは高速光検出器 5
1 内のフォトダイオード511 に印加され、上記の制御波
ＯＣに対応する電気信号ＩＣを作る。電気信号ＩＣはス
ペクトル分析器 52 の入力に印加される。スペクトル分
析器 52 の中には、ある周波数の領域を掃引するための
機構が含まれている。スペクトル分析器 52 は第一のレ
ーザー光源30と第二のレーザー光源 40 の放出周波数の
差に等しい周波数を持つ "スペクトル線" を映像化する
ことができる。

【００３８】測定段階と呼ばれ、その過程では偏光光波
が全面的に伝達される第二の段階では、光束は図３に線
で表される。振幅変調によって周波数の領域に移転され
た被測定信号Ｖの周波数成分ＣＦは、キュービックセパ
レータ45の第一の表面450 に印加されるが、このキュー
ビックセパレータの表面450 に垂直な第二の表面451
は、偏光二分一波長板44に印加された伝達光波L2_t から
出た変調光波L2_d を受け取る。伝達光波L2_t を作る指向
器二分一波長板案内44は、軸の回りの回転によって、キ
ュービックセパレータ45内で反射される復調光波L2_d が
“濾過された”様々な周波数成分と平行に変更される位
置に置かれる。復調光波L2_d はキュービックセパレータ
45内の半反射対角線面によって反射され、干渉形を出た
周波数成分ＣＦの一つとサイクリックに結合される。

【００３９】図６の位相ダイヤグラムに図式化されてい
るように、周波数ｆをもつ一つの周波数成分ＣＦと、レ
ーザー光源20の放出周波数ν₂ を持つ復調光波L2_d との
光学結合は、周波数ΔＦ＝｜ν₂ −ｆ｜をもつ測定光波
ＯＭを作る。復調光波L2_d の位相と比較した周波数成分
ＣＦの位相に関する情報も引き出せる。周波数ΔＦと位
相に関する情報を引き出すのは、まさしく、低速ダイオ
ード光検出器46とオシロスコープ47の役割である。その
ために、キュービックセパレータ45を出た測定波ＯＭは
光検出46のフォトダイオード461 に印加され、フォトダ
イオード461 は応答として、測定波ＯＭの周波数と位相
に対応する電気信号ＩＭを作る。電気信号ＩＭはオシロ
スコープ47に印加され、そこで映像化される。したがっ
て、本発明に記載のシステムで測定を行なう操作者は、
干渉形48の可動壁481 の動きを制御する電気信号の値を
調整しながら、周波数成分ＣＦを“濾過”し、この周波
数成分の位相と周波数を、復調光波L2_d との比較におい
て、オシロスコープ47のスクリーン上に映像化する。

【００４０】他の別法によると、キュービックセパレー
タ45を光ファイバー・カップラーに置き換えることがで
きる。

【００４１】図６に示した位相ダイヤグラムに対応する
周波数を表わしたものが、図４である。

【００４２】今度は図４に移ると、この図では第二のレ
ーザー光源40の周波数線ν₂ は振幅変調された第一の成
分L1_a のスペクトルと故意に大体重ね合わされており、
この図を参照しながら本発明の測定の原理を記述する。
制御段階の時、放出周波数ν₂ は、第二のレーザー光源
40内で、振幅変調された第一の成分L1_a の側波帯ＢＩお
よびＢＳの限界の一つに大体等しくなるように調節され
る。図４に示した実施例によると、周波数ν₂ は振幅変
調された成分L1_a の上側の側波帯ＢＳの下限に大体等し
い。次に、測定段階の時、キュービックセパレータ45内
の復調L2_d は、２つの光波の間の周波数の開きＦ＝ν₂
−ｆが僅かで行なわれるので、これは低速光検出器の使
用を正当化し、かつ、特に位相の情報の抽出に関して正
確な測定を可能にする。

【００４３】このようにして、各成分のＣＦの周波数、
振幅、および位相を、復調光波L2_dと比較して導くこと
ができる。

【００４４】一つの周波数成分ＣＦの周波数は、制御波
ＯＣの周波数Ｆ＝ν₂ −ν₁ とオシロスコープ47上に映
像化される信号ＩＭの周波数ΔＦとの和によって導かれ
る。これらの条件下で、数十ギガヘルツのオーダーの、
ＦとＦ＋ΔＦの間に含まれる周波数成分をもつ被測定電
気信号Ｖについて、その10メガヘルツのオーダーの有効
帯域ΔＦは、明らかにギガヘルツを下回る周波数の領域
への転換に応答して、オシロスコープ47の中で分析され
ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術による、エレクトロオプティカルサ
ンプリング技術を用いた電気信号の測定装置を示す。

【図２】従来の技術による、電気信号の周波数分析のた
めの測定システムを示す。

【図３】本発明に記載のエレクトロオプティカル効果に
よる電気信号の測定システムを示す。

【図４】本発明に記載の測定原理を説明する周波数を表
したものである。

【図５】本発明に記載の測定システムに含まれた光学装
置を示す。

【図６】位相ダイアグラムである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気信号（Ｖ）の測定方法で、 −第一の周波数（ν₁ ）をもつ直線偏光された第一の単
色光波（Ｌ１_P ）を放出すること、 −上記の第一の光波を電気信号（Ｖ）により振幅変調
し、被測定信号（Ｖ）の周波数スペクトル（ΔＦ）に対
応する２つの側波帯（ＢＩ、ＢＳ）を示す一つの振幅変
調された光波（Ｌ１_a ）にすること、および −振幅変調された光波（Ｌ１_a ）の周波数成分（ＣＦ）
を濾過すること、を含み、更に、 −第二の周波数（ν₂ ）をもつ第２の単色光波（Ｌ２
_P ）を放出し、第二の光波は第一の光波と平行に直線偏
光され、第一の光波と第二の光波（Ｌ１_P ，Ｌ２_P ）が
結合されて一つの制御光波（ＯＣ）になること、 −第一の周波数と第二の周波数のうち一方（ν₂ ）の調
節によってこの第二の周波数が上記の振幅変調された光
波（Ｌ１_P ）の２つの側波帯（ＢＤ，ＢＧ）の一方に大
体近づくようにするために、制御光波（ＯＣ）内で第一
の周波数と第二の周波数の差｜ν₁ −ν₂ ｜を制御する
こと、 −振幅変調された光波（Ｌ１_a ）の周波数成分（ＣＦ）
と第二の光波（Ｌ２_P）の周波数成分（ＣＦ）を結合
し、一つの測定光波（ＯＭ）にすること、および −電気信号（Ｖ）の帯域（ΔＦ）に大体等しい周波帯中
で測定波（ＯＭ）を検出すること、を含むことを特徴と
する方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法を利用するため
の、電気信号（Ｖ）の測定システムで、 −第一の単色光波（Ｌ１）を放出する機構、 −上記第一の光波（Ｌ１）を直線偏光し、第一の偏光光
波（Ｌ１_t ，Ｌ１_r ）にする第一の機構（３１、３
２）、 −上記の第一の偏光光波（Ｌ１_P ）を電気信号（Ｖ）に
より変調し、振幅変調された光波（Ｌ１_a ）にする機構
（３３、３４、３５）、変調された光波（Ｌ１_a ）を受け取り、電気信号（Ｖ）
の周波数スペクトルに対応する様々な光周波数成分（Ｃ
Ｆ）を送り出すための、周波数の同調可能な濾過機構
（４８）、を含み、第一の偏光機構（３１、３２）は、第一の単色光波（Ｌ
１）を順次変更して、異なる偏光をもつ第一および第二
の直線偏光光波（Ｌ１_r ，Ｌ１_t ）にすること、また、
この測定システムは −第一の放出光波の周波数（ν₁ ）とは異なる周波数
（ν₂ ）をもつ第二の単色光波（Ｌ２）を放出する機構
（４０） −第二の単色光波（Ｌ２）を順次偏光し、異なる偏光を
もつ第三および第四の直線偏光光波（Ｌ２_r ，Ｌ１_t ）
にする第二の機構（４１、４２）、 −第一と第三の偏光光波（Ｌ１_r ，Ｌ２_r ）を結合し、
一つの制御光波（ＯＣ）にする第一の機構（５０）、 −第一と第三の単色光波（Ｌ１，Ｌ２）の周波数の差
（｜ν₁ −ν₂ ｜）を導くために制御光波（ＯＣ）を分
析する機構（５１，５２）、 −光周波数成分（ＣＦ）と第四の偏光光波（Ｌ２_t ）を
結合し、一つの測定光波（ＯＭ）にする第二の機構（４
５）、および −電気信号（Ｖ）の位相特性と周波数特性を、電気信号
（Ｖ）の帯域（ΔＦ）に大体等しい周波帯の中で分析す
るために、測定波（ＯＭ）を検出する機構（４６、４
７）、を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３】第一の偏光機構が、第一の二分一波長板
（３１）を含み、この第一の二分一波長板（３１）は、
上記の第一および第二の偏光光波（Ｌ１_r ，Ｌ１_t ）
を、第一の偏光子（３２）を横切って、それぞれ、第一
の結合機構（５０）および変調機構（３３、３４、３
５）の方へ、順次、伝達するための第一および第二の直
交する位置をもつこと、を特徴とする、請求項２に記載
のシステム。
【請求項４】第二の偏光機構が、軸の回りを回転する
第二の二分一波長板（４１）および第二の偏光子（４
２）を含み、この第二の二分一波長板（４１）は、上記
の第三および第四の偏光光波（Ｌ１_r ，Ｌ２_t ）を、第
二の偏光子を横切って、それぞれ、第一の結合機構（５
０）および第二の結合機構（４５）の方へ、順次、伝達
するための第一および第二の直交する位置をもつこと、
を特徴とする請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】第一および第二の結合機構（５０、４
５）が、各自、光学光束セパレータを含むこと、を特徴
とする請求項２から４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】第四の光波（Ｌ２_t ）の偏光が光周波数
成分（ＣＦ）の偏光と平行になるように調節するための
二分一波長板のような機構（４４）を含むこと、を特徴
とする請求項２から５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】偏光調節機構が軸回転する半波長板を有
する請求項６記載のシステム。
【請求項８】第一の偏光機構が第一の軸転可能な半波
長板と、第一の光波の伝搬軸にそって、第一の注入手段
と第一の結合手段と振幅変調手段の間で連続的に配置さ
れる第一の偏光子を有し、第二の偏光手段が第二の軸転可能な半波長板と、第二の
光波の伝搬軸にそって第二の注入手段と第一および第二
の結合手段の間で連続的に配置される第二の偏光子を有
し、第一および第二の半波長板は、第一および第三の偏光光
波を同時に第一および第二の偏光子を介して第一の結合
手段に送るための第一位置を持ち、第一および第二の半波長板は、第二および第四の偏光光
波を同時に第一および第二の偏光子を介して振幅変調手
段および第二の結合手段に送る、第一位置に直交する第
二位置をもつことを特徴とする、請求項２記載のシステ
ム。
【請求項９】第二の偏光子と第二の結合手段の間に配
置され、第四の偏光光波を周波数光成分の偏光に平行に
調節する手段がもうけられる請求項８記載のシステム。