JPH0769351B2 - 電気信号観測装置 - Google Patents
電気信号観測装置Info
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- JPH0769351B2 JPH0769351B2 JP63132051A JP13205188A JPH0769351B2 JP H0769351 B2 JPH0769351 B2 JP H0769351B2 JP 63132051 A JP63132051 A JP 63132051A JP 13205188 A JP13205188 A JP 13205188A JP H0769351 B2 JPH0769351 B2 JP H0769351B2
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- signal
- electrical signal
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R13/00—Arrangements for displaying electric variables or waveforms
- G01R13/20—Cathode-ray oscilloscopes
- G01R13/22—Circuits therefor
- G01R13/34—Circuits for representing a single waveform by sampling, e.g. for very high frequencies
- G01R13/347—Circuits for representing a single waveform by sampling, e.g. for very high frequencies using electro-optic elements
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Description
本発明は、被測定電気信号を光信号でサンプリングして
観測信号を得るための電気信号観測装置に係り、特に、
簡単な構成により、効率良く被測定電気信号をサンプリ
ングして観測信号を得ることが可能な電気信号観測装置
に関するものである。
観測信号を得るための電気信号観測装置に係り、特に、
簡単な構成により、効率良く被測定電気信号をサンプリ
ングして観測信号を得ることが可能な電気信号観測装置
に関するものである。
従来、繰返し高速電気信号はサンプリングオシロスコー
プ（分解能20〜30ピコ秒が限度）で、又、単一の高速電
気信号はリアルタイムオシロスコープ（分解能300ピコ
秒程度が限度）で測定されているが、測定対象の高速化
に伴い、被測定電気信号を更に高分解能で測定する必要
が生じてきている。 このような要請を満足するものとして、米国特許444642
5号には、電気光学効果を有する非線形光学媒質（ポツ
ケルスセル）と、偏光子、検光子及び補償器を組合わせ
た光変調器を用いて、被測定電気信号を短パルス光によ
りサンプリングして観測信号を得るようにした電圧測定
装置が開示されている。 しかしながら、このような非線形光学媒質を含む光変調
器を用いる場合には、該非線形光学媒質が一般に高価で
あるだけでなく、取扱いが難しい。又、非線形光学媒質
の他に偏光子及び検光子、更に補償器が必要となるた
め、光学系が複雑になり、その調整も複雑で面倒であ
る。更に、非線形光学媒質を用いた光変調器は、偏光状
態の変化を利用して透過率を変えるだけであり、増幅機
能を持たないため、入射光を有効に利用できず、効率が
低いため、SN比が悪い等の問題点を有していた。
プ（分解能20〜30ピコ秒が限度）で、又、単一の高速電
気信号はリアルタイムオシロスコープ（分解能300ピコ
秒程度が限度）で測定されているが、測定対象の高速化
に伴い、被測定電気信号を更に高分解能で測定する必要
が生じてきている。 このような要請を満足するものとして、米国特許444642
5号には、電気光学効果を有する非線形光学媒質（ポツ
ケルスセル）と、偏光子、検光子及び補償器を組合わせ
た光変調器を用いて、被測定電気信号を短パルス光によ
りサンプリングして観測信号を得るようにした電圧測定
装置が開示されている。 しかしながら、このような非線形光学媒質を含む光変調
器を用いる場合には、該非線形光学媒質が一般に高価で
あるだけでなく、取扱いが難しい。又、非線形光学媒質
の他に偏光子及び検光子、更に補償器が必要となるた
め、光学系が複雑になり、その調整も複雑で面倒であ
る。更に、非線形光学媒質を用いた光変調器は、偏光状
態の変化を利用して透過率を変えるだけであり、増幅機
能を持たないため、入射光を有効に利用できず、効率が
低いため、SN比が悪い等の問題点を有していた。
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、構成が簡単であり、且つ、入射光を有効に利用で
きて効率の高い電気信号観測装置を提供することを目的
とする。
ので、構成が簡単であり、且つ、入射光を有効に利用で
きて効率の高い電気信号観測装置を提供することを目的
とする。
本発明は、被測定信号を光信号でサンプリングして観測
信号を得るようにした電気信号観測装置において、被測
定電気信号より短いパルス幅の短パルス光列を発生する
手段と、被測定電気信号によつて制御される可変利得に
より、前記短パルス光列を光増幅しつつ光変調する光増
幅器と、該光増幅器の出射光（被増幅光）を検出して観
測信号を得る光検出器と、被測定電気信号と短パルス光
列間の遅延量を変化させる遅延系と、前記光検出器出力
を前記遅延量の関数として表示する表示装置とを備え、
被増幅光をブローブとして用いて、光増幅器に与えられ
る電気信号を観測することにより、前記目的を達成した
ものである。 又、前記短パルス光列が、被測定電気信号を分岐し、タ
イミングをとつた後、レーザ装置を用いて発生するよう
にしたものである。 又、前記遅延系が、短パルス光列発生用に分岐された被
測定電気信号の位相をシフトする位相シフト回路とした
ものである。 又、前記光増幅器を、半導体レーザの両端面での反射を
抑えた非共振型の進行波型光増幅器としたものである。 又、前記測定対象が光検出器である場合に、前記短パル
ス光列より分岐した光信号を該被測定光検出器で電気信
号に変換し、該電気信号によつて前記光増幅器の利得を
制御するようにして、光検出器の特性を測定可能とした
ものである。 更に、前記分岐された光信号又は前記短パルス光を所定
周波数でオンオフさせるための光チヨツプ素子と、前記
出射光検出器の出力のうち、該周波数成分だけを狭帯域
で取出すロツクイン増幅器とを備えたものである。 又、前記光増幅器自体を、前記光チヨツプ素子としても
動作させたものである。 又、前記光増幅器をタンデムに配置し、そのうちの１つ
を光チヨツプ素子として動作させたものである。 更に、被測定電気信号を所定周波数でオンオフさせるた
めの電気信号チヨツプ素子と、前記出射光検出器の出力
のうち、該周波数成分だけを狭帯域で取出すロツクイン
増幅器とを備えたものである。 又、前記光増幅器が複数並列配置すると共に、各光増幅
器の出射光信号を検出するイメージセンサを設け、複数
の被測定電気信号の同時並列測定を可能としたものであ
る。
信号を得るようにした電気信号観測装置において、被測
定電気信号より短いパルス幅の短パルス光列を発生する
手段と、被測定電気信号によつて制御される可変利得に
より、前記短パルス光列を光増幅しつつ光変調する光増
幅器と、該光増幅器の出射光（被増幅光）を検出して観
測信号を得る光検出器と、被測定電気信号と短パルス光
列間の遅延量を変化させる遅延系と、前記光検出器出力
を前記遅延量の関数として表示する表示装置とを備え、
被増幅光をブローブとして用いて、光増幅器に与えられ
る電気信号を観測することにより、前記目的を達成した
ものである。 又、前記短パルス光列が、被測定電気信号を分岐し、タ
イミングをとつた後、レーザ装置を用いて発生するよう
にしたものである。 又、前記遅延系が、短パルス光列発生用に分岐された被
測定電気信号の位相をシフトする位相シフト回路とした
ものである。 又、前記光増幅器を、半導体レーザの両端面での反射を
抑えた非共振型の進行波型光増幅器としたものである。 又、前記測定対象が光検出器である場合に、前記短パル
ス光列より分岐した光信号を該被測定光検出器で電気信
号に変換し、該電気信号によつて前記光増幅器の利得を
制御するようにして、光検出器の特性を測定可能とした
ものである。 更に、前記分岐された光信号又は前記短パルス光を所定
周波数でオンオフさせるための光チヨツプ素子と、前記
出射光検出器の出力のうち、該周波数成分だけを狭帯域
で取出すロツクイン増幅器とを備えたものである。 又、前記光増幅器自体を、前記光チヨツプ素子としても
動作させたものである。 又、前記光増幅器をタンデムに配置し、そのうちの１つ
を光チヨツプ素子として動作させたものである。 更に、被測定電気信号を所定周波数でオンオフさせるた
めの電気信号チヨツプ素子と、前記出射光検出器の出力
のうち、該周波数成分だけを狭帯域で取出すロツクイン
増幅器とを備えたものである。 又、前記光増幅器が複数並列配置すると共に、各光増幅
器の出射光信号を検出するイメージセンサを設け、複数
の被測定電気信号の同時並列測定を可能としたものであ
る。
本発明は、被測定電気信号を光信号でサンプリングして
観測信号を得る際に、第１図に示す如く、被測定電気信
号より短いパルス幅の短パルス光列を、被測定電気信号
によつて利得が制御される光増幅器10を用いて、光増幅
しつつ光変調するようにしている。該光増幅器10の出射
光（被増幅光）は、光検出器12で検出して観測信号とさ
れる。被測定電気信号と短パルス光列間の遅延量を、遅
延系制御回路15により遅延系14（第１図の例では、短パ
ルス光列を遅延する光遅延系）で変化させることによつ
て、被測定電気信号を短パルス光列でサンプリングして
観測信号を得るようにしている。これにより、被増幅光
をブローブとして用いて、光増幅器に与えられる電気信
号が観測される。 今、第２図（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、短パルス光列と
被測定電気信号との間の遅延量が遅延系制御回路15によ
り連続的に変化し、ある時刻でτ１、τ２、τ３である
とき、光増幅器10からの出射短パルス光列強度は、第２
図に示す如く、被測定電気信号とのタイミングに依存し
て変化する。従つて、積分回路16を介した光検出器12の
出力I1、I2、I3は、遅延量τの関数として、第２図
（Ｄ）に示したように観測される。即ち、被測定電気信
号を短パルス光列でサンプリングしたものが、表示装置
17に表示される。ここで、光増幅器10は増幅素子である
ので、サンプリングする短パルス光列を増幅して利用で
きる。 従つて、本発明によれば、偏光子や検光子が不要で構成
が簡単であり、装置を安価に構成できると共に、光学系
の調整も簡略である。又、透過率でなく増幅率を変える
ことによつて光信号を変調しているので、入射光を有効
に利用でき、効率が高く、SN比も良い。 前記短パルス光列は、例えば、被測定電気信号を分岐
し、タイミングをとつた後、レーザ装置を用いて発生す
ることができる。この場合には、被測定電気信号と短パ
ルス光列のタイミングを合わせるのが容易である。 前記短パルス光列を発生するためのレーザ装置として
は、10ピコ秒のオーダの短パルス光を発生させる場合に
は、半導体レーザを用いることができる。 又、被測定電気信号を分岐して短パルス光列を発生させ
る際には、この短パルス光列発生用に分岐された被測定
電気信号の位相をシフトする位相シフト回路を前記遅延
系として用いることができる。この場合には、遅延系の
構成が簡略である。 入射光を、外部からの電気信号に依存した増幅度で増幅
して、出射することができる前記光増幅器10としては、
半導体レーザの両端面に反射防止膜を施し、両端面での
反射を抑えた非共振型の進行波型光増幅器（Traveling
−Wave type optical Amplifier、TWA）や、通常の半導
体レーザを発振閾値以下にバイアスして光増幅器として
用いるフアブリペロー型光増幅器（Fabry Perot type o
ptical Amplifier、FPA）や、フアイバ中の誘導ラマン
散乱を利用したフアイバラマン増幅器や、DFBレーザを
用いたもの、注入同期型増幅器等を用いることができる
が、光増幅器の小型化や、制御の容易さから半導体光増
幅器が有利である。 中でもTWAは、電気信号に対する高速応答、高速光信号
の増幅が可能であり、共振器による波長選択性がないた
め、数十nmに渡る広い利得帯域幅（約50nm）を持ち、増
幅器の温度や、入射光の波長が変化しても利得の変化が
小さく、安定した利得が得られるという大きな利点を有
する。又、光増幅器としての重要な基本特性である利得
飽和や雑音の面でも優れた特性を持つている。 これに対してFPAは、製作が容易であると共に、両端面
間の多重反射を利用して信号利得を得るため、低注入電
流でも閾値付近で高利得が得易いという利点を有する。 更に、半導体光増幅器では、その注入電流を変えること
で容易に利得が変えられるため、本発明のように、注入
電流のオンオフにより光スイツチとしても用いることが
できる。 本発明に用いるのに好適なTWAは、例えば第３図に示す
ような、VIPS（Ｖ−grooved Inner stripe on P−Subst
rate）構造の半導体レーザ49の両端面に反射防止膜を施
したものとすることができる。 前記VIPS構造は、第３図に示した如く、１回目の液相成
長で、まずｐ−In P基板49A上に、p1−In Pバツフア層4
9B、ｎ−In Pブロツク層49C、p2−In Pブロツク層49Dを
成長し、SiO2ストライプマスクを通常のフオトリソ工程
で作成し（111）Ｂ面を持つＶ溝をウエツトエツチング
で形成する。これに２回目の液相成長で、ｐ−In Pクラ
ツド層49E、ｐ型乃至はノンドープGa In As P活性層49
F、ｎ−In Pクラツド層49G、n+−Ga In As Pコンタクト
層49Hを順次成長する。このとき、Ga In As P活性層49F
はＶ溝の底に形成され、例えば幅約1.2μｍ、厚み約0.1
0μｍに制御される。その後、電極を形成し、ヘキ開に
より端面を形成して作成される。 TWAは、この半導体レーザ49の両端面に、例えばSiO2を
蒸着して反射防止膜を施すことによつて作成される。VI
PS構造の半導体レーザ49は、活性層への注入効率が高
く、優れた高出力特性が得られるので、これを用いたTW
Aも、高利得で、高飽和出力となる。 このようにして作成されたTWA50は、第４図に示すよう
な基本構成を有し、該TWA50への入射光強度I inが一定
である場合には、入力電流値ｉが変化すると、TWA50か
らの出射光強度I outは、第５図に示す如く非線形に変
化する。従つて、入射光強度I inが一定である時は、出
射光強度I outを入力電流ｉで制御できることがわか
る。 今、簡単のために線形の部分のみを使うと仮定すると
（非線形な部分は補正も可能）、第５図の関係は第６図
に示す如くとなる。従つて、第６図に示す範囲では、線
形な増幅器として取扱うことができる。 なお、前記TWA50においては、その両端面に反射防止膜
を施すことによつて、両端面の反射を抑えていたが、両
端面の反射を抑える構成はこれに限定されず、第７図に
示す如く、両端面をブリユースタ角とすることによつ
て、両端面での反射を抑えることも可能である。この場
合には、偏光面が規定されるが、そのことを逆に利用す
ることも考えられる。即ち、偏光面を規定する必要があ
る場合には、そのための偏光子や検光子が不要となる。 なお、本発明に用いる光増幅器としては、前記TWA50やF
PAの他に、第８図に示す如く、固体レーザ媒質52にレー
ザダイオード54により励起光を与え、発振閾値以下にバ
イアスして共振型の光増幅器としたものや、第９図に示
す如く、固体レーザ媒質52の両端面の反射を反射防止膜
又はブリユースタ角によつて抑え、TWAと類似の非共振
型の光増幅器としたものを用いることもできる。第８図
において、56は共振鏡である。なお、前記レーザダイオ
ード54には、閾値付近にするため、及び／又は、増幅率
を高めるためのバイアス電流を流してもよく、又、流さ
なくてもよい。 又、光増幅器10として、第10図に示す如く、色素レーザ
媒質又は気体レーザ媒質58に対して、半導体レーザ、発
光ダイオード又はレーザダイオード又は各種電流制御ラ
ンプ60を用いて励起光を与えるようにしたものを用いる
こともできる。又、第10図において、共振鏡56を省略し
たものを用いることもできる。 更に、光増幅器の他の例として、第11図に示す如く、気
体レーザ媒質62を電流−電圧変換器64を介して電極62A
間に印加される電圧によつて励起するようにした、放電
を利用したものを用いることもできる。又、第11図にお
いて、共振鏡56を省略したものを用いることもできる。 又、前記光増幅器10の入射光学系及び／又は出射光学系
に光フアイバを用いた場合には、光学系の厳密な調整が
不要となると共に、各構成要素の配置の自由度が高ま
り、例えば全体を小型化することもできる。 又、前記遅延系を、前記短パルス光列発生手段と光増幅
器の間の光路長を変えられる光遅延系とした場合には、
電気回路の構成が簡略である。 前記光検出器12としては、例えば、光電子増倍管、マル
チチヤンネルプレート内蔵型光電子増倍管や、PINフオ
トダイオード等の半導体光検出器を用いることができ
る。 又、測定対象が光検出器である場合には、第12図に示す
如く、前記短パルス光列より分岐した光信号を光分岐器
20で分岐し、分岐された光信号を被測定光検出器22で電
気信号に変換し、該電気信号によつて、前記光増幅器10
の利得を制御するように構成することもできる。短パル
ス光列を発生させるレーザ装置としては、例えば100フ
エムト秒のオーダの短パルス光を発生させるCPMリング
色素レーザを用いことができる。この場合には、被測定
光検出器22の特性を簡便に測定できる。 又、第13図に示す如く、前記分岐された光信号を所定周
波数でオンオフさせるための光チヨツプ素子30と、前記
出射光検出器12の出力のうち、該周波数成分だけを狭帯
域で取出すロツクイン増幅器32とを備えた場合には、前
記効果に加えて、更にSN比を向上させることができる。
又、光信号の代わりに電気信号をチヨツプしても良い。 前記光チヨツプ素子30としては、通常の光チヨツパの
他、前記のような光増幅器、電気光学効果を用いた光変
調器、Ａ−Ｏ変調器、更には、光カーシヤツタ、液晶シ
ヤツタ等を用いることができる。前記光チヨツプ素子30
は、光分岐器20と光増幅器10の間、又は、光増幅器10と
光検出器12の間に配置してもよく、更に、前記光増幅器
10自体を光チヨツプ素子30として動作させることもでき
る。前記光増幅器10自体が、前記光チヨツプ素子30とし
ても動作するようにした場合には、別体の光チヨツプ素
子を設ける必要がなく、構成が簡単である。 又、前記光増幅器10を複数並列配置すると共に、各光増
幅器10の出射光信号を検出するイメージセンサを設けた
場合には、複数の被測定電気信号の同時並列測定が可能
となる。
観測信号を得る際に、第１図に示す如く、被測定電気信
号より短いパルス幅の短パルス光列を、被測定電気信号
によつて利得が制御される光増幅器10を用いて、光増幅
しつつ光変調するようにしている。該光増幅器10の出射
光（被増幅光）は、光検出器12で検出して観測信号とさ
れる。被測定電気信号と短パルス光列間の遅延量を、遅
延系制御回路15により遅延系14（第１図の例では、短パ
ルス光列を遅延する光遅延系）で変化させることによつ
て、被測定電気信号を短パルス光列でサンプリングして
観測信号を得るようにしている。これにより、被増幅光
をブローブとして用いて、光増幅器に与えられる電気信
号が観測される。 今、第２図（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、短パルス光列と
被測定電気信号との間の遅延量が遅延系制御回路15によ
り連続的に変化し、ある時刻でτ１、τ２、τ３である
とき、光増幅器10からの出射短パルス光列強度は、第２
図に示す如く、被測定電気信号とのタイミングに依存し
て変化する。従つて、積分回路16を介した光検出器12の
出力I1、I2、I3は、遅延量τの関数として、第２図
（Ｄ）に示したように観測される。即ち、被測定電気信
号を短パルス光列でサンプリングしたものが、表示装置
17に表示される。ここで、光増幅器10は増幅素子である
ので、サンプリングする短パルス光列を増幅して利用で
きる。 従つて、本発明によれば、偏光子や検光子が不要で構成
が簡単であり、装置を安価に構成できると共に、光学系
の調整も簡略である。又、透過率でなく増幅率を変える
ことによつて光信号を変調しているので、入射光を有効
に利用でき、効率が高く、SN比も良い。 前記短パルス光列は、例えば、被測定電気信号を分岐
し、タイミングをとつた後、レーザ装置を用いて発生す
ることができる。この場合には、被測定電気信号と短パ
ルス光列のタイミングを合わせるのが容易である。 前記短パルス光列を発生するためのレーザ装置として
は、10ピコ秒のオーダの短パルス光を発生させる場合に
は、半導体レーザを用いることができる。 又、被測定電気信号を分岐して短パルス光列を発生させ
る際には、この短パルス光列発生用に分岐された被測定
電気信号の位相をシフトする位相シフト回路を前記遅延
系として用いることができる。この場合には、遅延系の
構成が簡略である。 入射光を、外部からの電気信号に依存した増幅度で増幅
して、出射することができる前記光増幅器10としては、
半導体レーザの両端面に反射防止膜を施し、両端面での
反射を抑えた非共振型の進行波型光増幅器（Traveling
−Wave type optical Amplifier、TWA）や、通常の半導
体レーザを発振閾値以下にバイアスして光増幅器として
用いるフアブリペロー型光増幅器（Fabry Perot type o
ptical Amplifier、FPA）や、フアイバ中の誘導ラマン
散乱を利用したフアイバラマン増幅器や、DFBレーザを
用いたもの、注入同期型増幅器等を用いることができる
が、光増幅器の小型化や、制御の容易さから半導体光増
幅器が有利である。 中でもTWAは、電気信号に対する高速応答、高速光信号
の増幅が可能であり、共振器による波長選択性がないた
め、数十nmに渡る広い利得帯域幅（約50nm）を持ち、増
幅器の温度や、入射光の波長が変化しても利得の変化が
小さく、安定した利得が得られるという大きな利点を有
する。又、光増幅器としての重要な基本特性である利得
飽和や雑音の面でも優れた特性を持つている。 これに対してFPAは、製作が容易であると共に、両端面
間の多重反射を利用して信号利得を得るため、低注入電
流でも閾値付近で高利得が得易いという利点を有する。 更に、半導体光増幅器では、その注入電流を変えること
で容易に利得が変えられるため、本発明のように、注入
電流のオンオフにより光スイツチとしても用いることが
できる。 本発明に用いるのに好適なTWAは、例えば第３図に示す
ような、VIPS（Ｖ−grooved Inner stripe on P−Subst
rate）構造の半導体レーザ49の両端面に反射防止膜を施
したものとすることができる。 前記VIPS構造は、第３図に示した如く、１回目の液相成
長で、まずｐ−In P基板49A上に、p1−In Pバツフア層4
9B、ｎ−In Pブロツク層49C、p2−In Pブロツク層49Dを
成長し、SiO2ストライプマスクを通常のフオトリソ工程
で作成し（111）Ｂ面を持つＶ溝をウエツトエツチング
で形成する。これに２回目の液相成長で、ｐ−In Pクラ
ツド層49E、ｐ型乃至はノンドープGa In As P活性層49
F、ｎ−In Pクラツド層49G、n+−Ga In As Pコンタクト
層49Hを順次成長する。このとき、Ga In As P活性層49F
はＶ溝の底に形成され、例えば幅約1.2μｍ、厚み約0.1
0μｍに制御される。その後、電極を形成し、ヘキ開に
より端面を形成して作成される。 TWAは、この半導体レーザ49の両端面に、例えばSiO2を
蒸着して反射防止膜を施すことによつて作成される。VI
PS構造の半導体レーザ49は、活性層への注入効率が高
く、優れた高出力特性が得られるので、これを用いたTW
Aも、高利得で、高飽和出力となる。 このようにして作成されたTWA50は、第４図に示すよう
な基本構成を有し、該TWA50への入射光強度I inが一定
である場合には、入力電流値ｉが変化すると、TWA50か
らの出射光強度I outは、第５図に示す如く非線形に変
化する。従つて、入射光強度I inが一定である時は、出
射光強度I outを入力電流ｉで制御できることがわか
る。 今、簡単のために線形の部分のみを使うと仮定すると
（非線形な部分は補正も可能）、第５図の関係は第６図
に示す如くとなる。従つて、第６図に示す範囲では、線
形な増幅器として取扱うことができる。 なお、前記TWA50においては、その両端面に反射防止膜
を施すことによつて、両端面の反射を抑えていたが、両
端面の反射を抑える構成はこれに限定されず、第７図に
示す如く、両端面をブリユースタ角とすることによつ
て、両端面での反射を抑えることも可能である。この場
合には、偏光面が規定されるが、そのことを逆に利用す
ることも考えられる。即ち、偏光面を規定する必要があ
る場合には、そのための偏光子や検光子が不要となる。 なお、本発明に用いる光増幅器としては、前記TWA50やF
PAの他に、第８図に示す如く、固体レーザ媒質52にレー
ザダイオード54により励起光を与え、発振閾値以下にバ
イアスして共振型の光増幅器としたものや、第９図に示
す如く、固体レーザ媒質52の両端面の反射を反射防止膜
又はブリユースタ角によつて抑え、TWAと類似の非共振
型の光増幅器としたものを用いることもできる。第８図
において、56は共振鏡である。なお、前記レーザダイオ
ード54には、閾値付近にするため、及び／又は、増幅率
を高めるためのバイアス電流を流してもよく、又、流さ
なくてもよい。 又、光増幅器10として、第10図に示す如く、色素レーザ
媒質又は気体レーザ媒質58に対して、半導体レーザ、発
光ダイオード又はレーザダイオード又は各種電流制御ラ
ンプ60を用いて励起光を与えるようにしたものを用いる
こともできる。又、第10図において、共振鏡56を省略し
たものを用いることもできる。 更に、光増幅器の他の例として、第11図に示す如く、気
体レーザ媒質62を電流−電圧変換器64を介して電極62A
間に印加される電圧によつて励起するようにした、放電
を利用したものを用いることもできる。又、第11図にお
いて、共振鏡56を省略したものを用いることもできる。 又、前記光増幅器10の入射光学系及び／又は出射光学系
に光フアイバを用いた場合には、光学系の厳密な調整が
不要となると共に、各構成要素の配置の自由度が高ま
り、例えば全体を小型化することもできる。 又、前記遅延系を、前記短パルス光列発生手段と光増幅
器の間の光路長を変えられる光遅延系とした場合には、
電気回路の構成が簡略である。 前記光検出器12としては、例えば、光電子増倍管、マル
チチヤンネルプレート内蔵型光電子増倍管や、PINフオ
トダイオード等の半導体光検出器を用いることができ
る。 又、測定対象が光検出器である場合には、第12図に示す
如く、前記短パルス光列より分岐した光信号を光分岐器
20で分岐し、分岐された光信号を被測定光検出器22で電
気信号に変換し、該電気信号によつて、前記光増幅器10
の利得を制御するように構成することもできる。短パル
ス光列を発生させるレーザ装置としては、例えば100フ
エムト秒のオーダの短パルス光を発生させるCPMリング
色素レーザを用いことができる。この場合には、被測定
光検出器22の特性を簡便に測定できる。 又、第13図に示す如く、前記分岐された光信号を所定周
波数でオンオフさせるための光チヨツプ素子30と、前記
出射光検出器12の出力のうち、該周波数成分だけを狭帯
域で取出すロツクイン増幅器32とを備えた場合には、前
記効果に加えて、更にSN比を向上させることができる。
又、光信号の代わりに電気信号をチヨツプしても良い。 前記光チヨツプ素子30としては、通常の光チヨツパの
他、前記のような光増幅器、電気光学効果を用いた光変
調器、Ａ−Ｏ変調器、更には、光カーシヤツタ、液晶シ
ヤツタ等を用いることができる。前記光チヨツプ素子30
は、光分岐器20と光増幅器10の間、又は、光増幅器10と
光検出器12の間に配置してもよく、更に、前記光増幅器
10自体を光チヨツプ素子30として動作させることもでき
る。前記光増幅器10自体が、前記光チヨツプ素子30とし
ても動作するようにした場合には、別体の光チヨツプ素
子を設ける必要がなく、構成が簡単である。 又、前記光増幅器10を複数並列配置すると共に、各光増
幅器10の出射光信号を検出するイメージセンサを設けた
場合には、複数の被測定電気信号の同時並列測定が可能
となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本発明の第１実施例は、第14図に示す如く、被測定電気
信号を分岐するスプリツタ70と、該スプリツタ70で分岐
された被測定電気信号のタイミングをとるためのトリガ
回路72と、該トリガ回路72の出力に応じて短パルスの電
気信号を発生する短パルス電気信号発生回路74と、該短
パルス電気信号発生回路74で発生された短パルスの位相
をシフトする位相シフト回路76と、該位相シフト回路76
の出力に応じて短パルス光列を発生する半導体レーザ78
と、該半導体レーザ78で発生された短パルス光列が入力
されると共に、前記スプリツタ70で分岐された被測定電
気信号の他方が利得制御信号として入力される、本発明
に係るTWA50と、該TWA50の出射光を検出する光検出器12
と、該光検出器12の出力を積分する積分回路16と、前記
位相シフト回路76から入力されるシフト量、即ち遅延量
がＸ軸信号とされ、前記光検出器12の出力がＹ軸信号と
して入力されるXYレコーダ80等の表示装置とから構成さ
れている。 以下、第１実施例の作用を説明する。 被測定電気信号は、スプリツタ70で分岐され、トリガ回
路72でタイミングがとられて、短パルス電気信号発生回
路74で、被測定電気信号と同期した短パルス電気信号が
作られる。 この短パルス電気信号は、位相シフト回路76を経て半導
体レーザ78に入力され、該半導体レーザ78で被測定電気
信号と同期した短パルス光列に変換される。 なお、この実施例では、半導体レーザ78に直流バイアス
電流を加えているが、これは、直流バイアス電流を加え
た方が、より短パルスの光が発生するためである。な
お、測定対象によつては、直流バイアス電流を流す必要
がない場合もある。 半導体レーザ78で発生された短パルス光列は、分岐され
た他方の被測定電気信号により、TWA50で増幅されて出
射され、光検出器12で光電変換される。 被測定電気信号と短パルス光列との間の遅延量は、例え
ば短パルス電気信号発生回路74と半導体レーザ78の間に
設置した位相シフト回路76（トリガ回路72と短パルス電
気信号発生回路74の間に設置してもよい）により変えら
れ、光検出器12の出力は、積分回路16を介して、この遅
延量の関数として、XYレコーダ80等によつて記録され
る。 単位時間当りの位相シフト量が線形で既知であれば、XY
レコーダ80の代わりにオシロスコープを用いることもで
きる。 本実施例においては、位相シフト回路76により遅延量を
変えているので、遅延量を容易に変えることができる。 次に、第15図を参照して、本発明の第２実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、前出第13図に示したような、光分岐器20
と、遅延系14と、光増幅器10と、光検出器12とを有する
電気信号観測装置において、第15図に示す如く、光分岐
器20をビームスプリツタ82とし、光増幅器10をTWA50と
し、遅延系84の遅延量を制御するための遅延系制御回路
86と、該遅延系制御回路86出力の遅延量をＸ軸信号と
し、前記光検出器12の出力を積分回路16を介してＹ軸信
号とするXYレコーダ80とを設けたものである。 本実施例によれば、被測定光検出器22の応答時間等を測
定することができる。 なお、本実施例では、被測定光検出器22の出力をそのま
まTWA50の利得制御信号としていたが、間に電気回路88
を入れて波形整形等を行い、被測定光検出器22の立上が
り時間の測定を可能としてもよい。 又、本実施例では光遅延系84を用いていたが、電気的遅
延回路を被測定光検出器22とTWA50の間に設けて、光学
系の構成を簡略化することも可能である。 次に、第16図を参照して、本発明の第３実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、前記第２実施例に、前出第13図に示したよ
うな、周波数をロツクインするためのロツクイン増幅器
32と、光チヨツプ素子30としての光チヨツパ90とを組込
んだものである。 本実施例においては、前記第２実施例の効果に加えて、
更にSN比が向上する。 本実施例は、第２実施例にロツクイン検出を適用したも
のであつたが、第１実施例にも同様にロツクイン検出が
適用可能である。即ち、この場合には、半導体レーザ78
とTWA50の間、又は、TWA50と光検出器12の間に光チヨツ
パを入れる。あるいは、スプリツタ70とTWA50の間、又
は、前記スプリツタ70からトリガ回路72、短パルス電気
信号発生回路74、位相シフト回路76、半導体レーザ78に
至る間のいずれかに電気的なチヨツパを入れ、光検出器
12の出力をロツクイン増幅器で検出すればよい。 次に、第17図を参照して、本発明の第４実施例を詳細に
説明する。 この第４実施例は、第３実施例と同様の電気信号観測装
置において、光チヨツパ90の代わりに、前記TWA50自体
を光チヨツプ素子としたものである。 本実施例においては、別体の光チヨツプ素子が不要であ
るため、構成が簡略である。 次に、第18図を参照して、本発明の第５実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、第３実施例と同様の電気信号観測装置にお
いて、光チヨツパ90の代わりに、TWA50とは別体のTWA92
を、該TWA50の後方にタンデム配置したものである。 本実施例においては、光増幅器としても作動するTWA5
0、92がタンデムに２段配置されるので、増幅率が高め
られる。 なお、前記TWA50と92を、その端面において、例えば接
着により一体化して、強度や耐振動性を高めることもで
きる。 次に、第19図を参照して、本発明の第６実施例を詳細に
説明する。 この第６実施例は、前記光増幅器としてのTWA50を複数
並列配置し、各TWA50に光フアイバ94を介して短パルス
光列を入射するようにすると共に、各TWA50の光出力
を、光フアイバ96を介してイメージセンサ98に入射し、
コントローラ100を介して表示器102上に表示するように
している。 前記イメージセンサ98としては、CCD等のリニヤセンサ
を用いることができる。 本実施例においては、複数の被測定電気信号の同時並列
測定が可能となる。又、各TWA50毎に遅延量を変えるこ
とによつて、単一の波形を同時に並列測定することも可
能となる。更に、分光器で波長成分に分けて各波長成分
毎にTWA50で検出するように構成することもできる。
る。 本発明の第１実施例は、第14図に示す如く、被測定電気
信号を分岐するスプリツタ70と、該スプリツタ70で分岐
された被測定電気信号のタイミングをとるためのトリガ
回路72と、該トリガ回路72の出力に応じて短パルスの電
気信号を発生する短パルス電気信号発生回路74と、該短
パルス電気信号発生回路74で発生された短パルスの位相
をシフトする位相シフト回路76と、該位相シフト回路76
の出力に応じて短パルス光列を発生する半導体レーザ78
と、該半導体レーザ78で発生された短パルス光列が入力
されると共に、前記スプリツタ70で分岐された被測定電
気信号の他方が利得制御信号として入力される、本発明
に係るTWA50と、該TWA50の出射光を検出する光検出器12
と、該光検出器12の出力を積分する積分回路16と、前記
位相シフト回路76から入力されるシフト量、即ち遅延量
がＸ軸信号とされ、前記光検出器12の出力がＹ軸信号と
して入力されるXYレコーダ80等の表示装置とから構成さ
れている。 以下、第１実施例の作用を説明する。 被測定電気信号は、スプリツタ70で分岐され、トリガ回
路72でタイミングがとられて、短パルス電気信号発生回
路74で、被測定電気信号と同期した短パルス電気信号が
作られる。 この短パルス電気信号は、位相シフト回路76を経て半導
体レーザ78に入力され、該半導体レーザ78で被測定電気
信号と同期した短パルス光列に変換される。 なお、この実施例では、半導体レーザ78に直流バイアス
電流を加えているが、これは、直流バイアス電流を加え
た方が、より短パルスの光が発生するためである。な
お、測定対象によつては、直流バイアス電流を流す必要
がない場合もある。 半導体レーザ78で発生された短パルス光列は、分岐され
た他方の被測定電気信号により、TWA50で増幅されて出
射され、光検出器12で光電変換される。 被測定電気信号と短パルス光列との間の遅延量は、例え
ば短パルス電気信号発生回路74と半導体レーザ78の間に
設置した位相シフト回路76（トリガ回路72と短パルス電
気信号発生回路74の間に設置してもよい）により変えら
れ、光検出器12の出力は、積分回路16を介して、この遅
延量の関数として、XYレコーダ80等によつて記録され
る。 単位時間当りの位相シフト量が線形で既知であれば、XY
レコーダ80の代わりにオシロスコープを用いることもで
きる。 本実施例においては、位相シフト回路76により遅延量を
変えているので、遅延量を容易に変えることができる。 次に、第15図を参照して、本発明の第２実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、前出第13図に示したような、光分岐器20
と、遅延系14と、光増幅器10と、光検出器12とを有する
電気信号観測装置において、第15図に示す如く、光分岐
器20をビームスプリツタ82とし、光増幅器10をTWA50と
し、遅延系84の遅延量を制御するための遅延系制御回路
86と、該遅延系制御回路86出力の遅延量をＸ軸信号と
し、前記光検出器12の出力を積分回路16を介してＹ軸信
号とするXYレコーダ80とを設けたものである。 本実施例によれば、被測定光検出器22の応答時間等を測
定することができる。 なお、本実施例では、被測定光検出器22の出力をそのま
まTWA50の利得制御信号としていたが、間に電気回路88
を入れて波形整形等を行い、被測定光検出器22の立上が
り時間の測定を可能としてもよい。 又、本実施例では光遅延系84を用いていたが、電気的遅
延回路を被測定光検出器22とTWA50の間に設けて、光学
系の構成を簡略化することも可能である。 次に、第16図を参照して、本発明の第３実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、前記第２実施例に、前出第13図に示したよ
うな、周波数をロツクインするためのロツクイン増幅器
32と、光チヨツプ素子30としての光チヨツパ90とを組込
んだものである。 本実施例においては、前記第２実施例の効果に加えて、
更にSN比が向上する。 本実施例は、第２実施例にロツクイン検出を適用したも
のであつたが、第１実施例にも同様にロツクイン検出が
適用可能である。即ち、この場合には、半導体レーザ78
とTWA50の間、又は、TWA50と光検出器12の間に光チヨツ
パを入れる。あるいは、スプリツタ70とTWA50の間、又
は、前記スプリツタ70からトリガ回路72、短パルス電気
信号発生回路74、位相シフト回路76、半導体レーザ78に
至る間のいずれかに電気的なチヨツパを入れ、光検出器
12の出力をロツクイン増幅器で検出すればよい。 次に、第17図を参照して、本発明の第４実施例を詳細に
説明する。 この第４実施例は、第３実施例と同様の電気信号観測装
置において、光チヨツパ90の代わりに、前記TWA50自体
を光チヨツプ素子としたものである。 本実施例においては、別体の光チヨツプ素子が不要であ
るため、構成が簡略である。 次に、第18図を参照して、本発明の第５実施例を詳細に
説明する。 本実施例は、第３実施例と同様の電気信号観測装置にお
いて、光チヨツパ90の代わりに、TWA50とは別体のTWA92
を、該TWA50の後方にタンデム配置したものである。 本実施例においては、光増幅器としても作動するTWA5
0、92がタンデムに２段配置されるので、増幅率が高め
られる。 なお、前記TWA50と92を、その端面において、例えば接
着により一体化して、強度や耐振動性を高めることもで
きる。 次に、第19図を参照して、本発明の第６実施例を詳細に
説明する。 この第６実施例は、前記光増幅器としてのTWA50を複数
並列配置し、各TWA50に光フアイバ94を介して短パルス
光列を入射するようにすると共に、各TWA50の光出力
を、光フアイバ96を介してイメージセンサ98に入射し、
コントローラ100を介して表示器102上に表示するように
している。 前記イメージセンサ98としては、CCD等のリニヤセンサ
を用いることができる。 本実施例においては、複数の被測定電気信号の同時並列
測定が可能となる。又、各TWA50毎に遅延量を変えるこ
とによつて、単一の波形を同時に並列測定することも可
能となる。更に、分光器で波長成分に分けて各波長成分
毎にTWA50で検出するように構成することもできる。
第１図は、本発明の基本的な構成を示すブロツク線図、
第２図は、本発明の基本的な作用を説明するための線
図、第３図は、本発明で用いられる光増幅器の一例とし
ての進行波型光増幅器（TWA）を構成する半導体レーザ
の構造の一例を示す断面図、第４図は、前記TWAの動作
特性を説明するためのブロツク線図、第５図及び第６図
は、同じく出射光強度特性の一例を示す線図、第７図
は、前記TWAの変形例の構成を示す概略図、第８図乃至
第11図は、前記光増幅器の他の変形例をそれぞれ示す概
略図、第12図及び第13図は、それぞれ本発明の他の基本
的な構成を示すブロツク線図、第14図は、本発明に係る
電気信号観測装置の第１実施例の構成を示すブロツク線
図、第15図は、同じく第２実施例の構成を示すブロック
線図、第16図は、同じく第３実施例の構成を示すブロツ
ク線図、第17図は、同じく第４実施例の構成を示すブロ
ツク線図、第18図は、同じく第５実施例の構成を示すブ
ロツク線図、第19図は、同じく第６実施例の構成を示す
ブロツク線図である。 10…光増幅器、12…光検出器、14…遅延系、15…遅延系
制御回路、16…積分回路、17…表示装置、20…光分岐
器、22…被測定光検出器、30…光チヨツプ素子、32…ロ
ツクイン増幅器、50、92…進行波型光増幅器（TWA）、7
6…位相シフト回路、78…半導体レーザ、80…XYレコー
ダ、82…ビームスプリツタ、84…光遅延系、86…遅延系
制御回路、90…光チヨツパ、94、96…光フアイバ、98…
イメージセンサ。
第２図は、本発明の基本的な作用を説明するための線
図、第３図は、本発明で用いられる光増幅器の一例とし
ての進行波型光増幅器（TWA）を構成する半導体レーザ
の構造の一例を示す断面図、第４図は、前記TWAの動作
特性を説明するためのブロツク線図、第５図及び第６図
は、同じく出射光強度特性の一例を示す線図、第７図
は、前記TWAの変形例の構成を示す概略図、第８図乃至
第11図は、前記光増幅器の他の変形例をそれぞれ示す概
略図、第12図及び第13図は、それぞれ本発明の他の基本
的な構成を示すブロツク線図、第14図は、本発明に係る
電気信号観測装置の第１実施例の構成を示すブロツク線
図、第15図は、同じく第２実施例の構成を示すブロック
線図、第16図は、同じく第３実施例の構成を示すブロツ
ク線図、第17図は、同じく第４実施例の構成を示すブロ
ツク線図、第18図は、同じく第５実施例の構成を示すブ
ロツク線図、第19図は、同じく第６実施例の構成を示す
ブロツク線図である。 10…光増幅器、12…光検出器、14…遅延系、15…遅延系
制御回路、16…積分回路、17…表示装置、20…光分岐
器、22…被測定光検出器、30…光チヨツプ素子、32…ロ
ツクイン増幅器、50、92…進行波型光増幅器（TWA）、7
6…位相シフト回路、78…半導体レーザ、80…XYレコー
ダ、82…ビームスプリツタ、84…光遅延系、86…遅延系
制御回路、90…光チヨツパ、94、96…光フアイバ、98…
イメージセンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−32785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−88387（ＪＰ，Ａ) 特表 昭59−500186（ＪＰ，Ａ)
Claims (11)
- 【請求項１】被測定電気信号を光信号でサンプリングし
て観測信号を得るようにした電気信号観測装置におい
て、 被測定電気信号より短いパルス幅の短パルス光列を発生
する手段と、 被測定電気信号によつて制御される可変利得により、前
記短パルス光列を光増幅しつつ光変調する光増幅器と、 該光増幅器の出射光を検出して観測信号を得る光検出器
と、 被測定電気信号と短パルス光列間の遅延量を変化させる
遅延系と、 前記光検出器出力を前記遅延量の関数として表示する表
示装置とを備え、 被増幅光をブローブとして用いて、光増幅器に与えられ
る電気信号を観測することを特徴とする電気信号観測装
置。 - 【請求項２】請求項１において、前記短パルス光列が、
被測定電気信号を分岐し、タイミングをとつた後、レー
ザ装置を用いて発生されたものであることを特徴とする
電気信号観測装置。 - 【請求項３】請求項２において、前記遅延系が、短パル
ス光列発生用に分岐された被測定電気信号の位相をシフ
トする位相シフト回路であることを特徴とする電気信号
観測装置。 - 【請求項４】請求項１において、前記光増幅器が、半導
体レーザの両端面での反射を抑えた非共振型の進行波型
光増幅器であることを特徴とする電気信号観測装置。 - 【請求項５】請求項１において、測定対象が光検出器で
あり、前記短パルス光列より分岐した光信号を該被測定
光検出器で電気信号に変換し、該電気信号によつて前記
光増幅器の利得を制御するようにしたことを特徴とす
る、光検出器の特性を測定するための電気信号観測装
置。 - 【請求項６】請求項５において、更に、前記分岐された
光信号を所定周波数でオンオフさせるための光チヨツプ
素子と、前記出射光検出器の出力のうち、該周波数成分
だけを狭帯域で取出すロツクイン増幅器とを備えたこと
を特徴とする電気信号観測装置。 - 【請求項７】請求項１乃至５のいずれか１項において、
前記短パルス光を所定周波数でオンオフさせるための光
チヨツプ素子と、前記出射光検出器の出力のうち、該周
波数成分だけを狭帯域で取出すロツクイン増幅器とを備
えたことを特徴とする電気信号観測装置。 - 【請求項８】請求項７において、前記光増幅器自体が、
前記光チヨツプ素子としても動作することを特徴とする
電気信号観測装置。 - 【請求項９】請求項８において、前記光増幅器をタンデ
ムに配置し、そのうちの１つを光チヨツプ素子として動
作させることを特徴とする電気信号観測装置。 - 【請求項１０】請求項１乃至５のいずれか１項におい
て、被測定電気信号を所定周波数でオンオフさせるため
の電気信号チヨツプ素子と、前記出射光検出器の出力の
うち、該周波数成分だけを狭帯域で取出すロツクイン増
幅器とを備えたことを特徴とする電気信号観測装置。 - 【請求項１１】請求項１において、前記光増幅器が複数
並列配置されると共に、各光増幅器の出射光信号を検出
するイメージサンサが設けられ、複数の被測定電気信号
の同時並列測定が可能とされていることを特徴とする電
気信号観測装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63132051A JPH0769351B2 (ja) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | 電気信号観測装置 |
| DE89305423T DE68907524T2 (de) | 1988-05-30 | 1989-05-30 | Elektrische Signalüberwachungsvorrichtung. |
| US07/358,220 US4980632A (en) | 1988-05-30 | 1989-05-30 | Electrical signal observing device |
| EP89305423A EP0345011B1 (en) | 1988-05-30 | 1989-05-30 | Electrical signal observing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63132051A JPH0769351B2 (ja) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | 電気信号観測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01301182A JPH01301182A (ja) | 1989-12-05 |
| JPH0769351B2 true JPH0769351B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=15072375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63132051A Expired - Fee Related JPH0769351B2 (ja) | 1988-05-30 | 1988-05-30 | 電気信号観測装置 |
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| EP (1) | EP0345011B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0769351B2 (ja) |
| DE (1) | DE68907524T2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
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