JPH0810776B2 - 狭スペクトル短パルス光源装置及び電圧検出装置 - Google Patents
狭スペクトル短パルス光源装置及び電圧検出装置Info
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- JPH0810776B2 JPH0810776B2 JP2171275A JP17127590A JPH0810776B2 JP H0810776 B2 JPH0810776 B2 JP H0810776B2 JP 2171275 A JP2171275 A JP 2171275A JP 17127590 A JP17127590 A JP 17127590A JP H0810776 B2 JPH0810776 B2 JP H0810776B2
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/06835—Stabilising during pulse modulation or generation
Description
この発明は、狭スペクトル短パルス光を出力する狭ス
ペクトル短パルス光源装置及びこれを利用した電圧検出
装置に関するものである。
ペクトル短パルス光源装置及びこれを利用した電圧検出
装置に関するものである。
従来、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計測する電気光学（Ｅ
−Ｏ）サンプリング装置（IEEE Journal of Quantum
Electronics,Vol.QE−22,No.1,Jan.1986のP69−78参
照）がある。 又、短パルス光源を用いて、非接触で電気信号計測を
行う方法については、特開昭63−300970、特開昭64−46
659等に示されている。 ここで、パルス光のパルス幅が時間分解能を決定する
ため、電気信号の高時間分解計測を行う場合には短パル
ス光が必要である。時間分解能の観点からは、パルス幅
がビコ秒〜フェムト秒のパルス光を発生する色素レーザ
ーが有利であるが、装置が大型になる。このため、小型
の半導体レーザをパルス光源として用いることが考えら
れている（SPIE Vol.1155,P499〜510参照）。 現在、半導体レーザからの短パルス光の実用可能なパ
ルス幅は、200〜30ピコ秒程度である。又、波長は、半
導体レーザの種類によって変わり、通常、670nm〜1.5μ
ｍ程度である。又、半導体レーザのパルス光の第２高調
波を発生させれば、340nm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0.1〜200MHzである。又、技術的
にはＧHz領域の超高繰返しパルス光や、数百Hz程度のパ
ルス光も発生可能である。
気光学効果を利用して電気信号を計測する電気光学（Ｅ
−Ｏ）サンプリング装置（IEEE Journal of Quantum
Electronics,Vol.QE−22,No.1,Jan.1986のP69−78参
照）がある。 又、短パルス光源を用いて、非接触で電気信号計測を
行う方法については、特開昭63−300970、特開昭64−46
659等に示されている。 ここで、パルス光のパルス幅が時間分解能を決定する
ため、電気信号の高時間分解計測を行う場合には短パル
ス光が必要である。時間分解能の観点からは、パルス幅
がビコ秒〜フェムト秒のパルス光を発生する色素レーザ
ーが有利であるが、装置が大型になる。このため、小型
の半導体レーザをパルス光源として用いることが考えら
れている（SPIE Vol.1155,P499〜510参照）。 現在、半導体レーザからの短パルス光の実用可能なパ
ルス幅は、200〜30ピコ秒程度である。又、波長は、半
導体レーザの種類によって変わり、通常、670nm〜1.5μ
ｍ程度である。又、半導体レーザのパルス光の第２高調
波を発生させれば、340nm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0.1〜200MHzである。又、技術的
にはＧHz領域の超高繰返しパルス光や、数百Hz程度のパ
ルス光も発生可能である。
従来の上記のようなＥ−Ｏサンプリング装置では、フ
ァブリーペロー型の半導体レーザーをパルス発振させ、
これを光源としていたが、半導体レーザーをパルス発振
させると、第12図（Ａ）に示されるCW発振のスペクトル
波形と異なり、第12図（Ｂ）に示されるように、多モー
ドで発振して、波長幅が拡がることになる。 従って、半導体レーザーからのパルス光を光変調器に
入射させると、波長拡がりにより光変調器の直交偏光成
分間の相違差がπとなる印加電圧（以下、半波長電圧Ｖ
πという。）に差が生じる。 即ち、電気光学結晶を用いた光変調器を使用した場
合、該光変調器の半波長電圧Ｖπは入射光の波長により
変わるので、波長拡がりの長波長側では半波長電圧が高
く、逆に短波長側では半波長電圧が低くなる。 このように波長により半波長電圧Ｖπが変わるため、
印加電圧と光変調器からの出力強度との関係も変わって
しまう。 例えば第13図に示されるように、多モード発振で、中
心波長がλ０、波長がλ１〜λ２まで（λ１＜λ０＜λ
２）拡がっていると、印加電圧−出力強度特性も変わっ
てしまう。 ところで、光変調器では、ある印加電圧に対応する状
態を光学的調整によって形成することができる。 この機能により、印加電圧変化に対して、光強度変化
を最大とするために、Ｖπ/2に相当する光学的状態を動
作点とするようにしておくことが行われている。 しかしながら、波長λ０でのＶπ/2（第13図のＡ点）
に、動作点を設定しても、波長λ１ではＢ点に、又は波
長λ２ではＣ点となり、λ１あるいはλ２でのＶπ/2に
ならない。つまりＢ′、Ｃ′からずれてしまう。又、λ
１、λ０、λ２で印加電圧変化に対する出力光強度変化
の割合も異なる。 このように電気信号が変調器に加わっても、各波長で
の変調のされ方が異なる。 同様な事は半導体レーザーの出力にモードホッピング
や温度による波長シフトがあった場合にも生じる。この
ときも同じ振幅の電気信号を加えても光変調器出力光の
光強度変化が変動してしまう。Ｅ−Ｏサンプリング装置
では、光強度変化から印加電圧、即ち、被測定電圧を測
定するものであり、上記のように半導体レーザーのモー
ドホッピングや波長シフトは、そのまま測定系の雑音と
なり、正確な電圧検出を妨げ、測定精度を劣化させると
いう問題点がある。又、パルス光のスペクトル幅が広い
場合には、電気光学結晶等の分散媒質により波長毎の速
度差が生じ、結果としてパルス光のパルス幅を更に拡げ
る結果となり、これが更に測定時の時間分解能を劣化さ
せるという問題点を生じる。 この発明は、上記従来の短パルス光源の波長拡がりに
よる問題点を解決する狭スペクトル幅の短パルス光を発
生することのできる狭スペクトル短パルス光源装置を提
供することを目的とする。 又、このような狭スペクトル短パルス光源装置を用い
て、出力強度変動に基づく雑音を低減させて、正確な電
圧測定を高時間分解能で行うことができる電圧検出装置
を提供することを目的とする。
ァブリーペロー型の半導体レーザーをパルス発振させ、
これを光源としていたが、半導体レーザーをパルス発振
させると、第12図（Ａ）に示されるCW発振のスペクトル
波形と異なり、第12図（Ｂ）に示されるように、多モー
ドで発振して、波長幅が拡がることになる。 従って、半導体レーザーからのパルス光を光変調器に
入射させると、波長拡がりにより光変調器の直交偏光成
分間の相違差がπとなる印加電圧（以下、半波長電圧Ｖ
πという。）に差が生じる。 即ち、電気光学結晶を用いた光変調器を使用した場
合、該光変調器の半波長電圧Ｖπは入射光の波長により
変わるので、波長拡がりの長波長側では半波長電圧が高
く、逆に短波長側では半波長電圧が低くなる。 このように波長により半波長電圧Ｖπが変わるため、
印加電圧と光変調器からの出力強度との関係も変わって
しまう。 例えば第13図に示されるように、多モード発振で、中
心波長がλ０、波長がλ１〜λ２まで（λ１＜λ０＜λ
２）拡がっていると、印加電圧−出力強度特性も変わっ
てしまう。 ところで、光変調器では、ある印加電圧に対応する状
態を光学的調整によって形成することができる。 この機能により、印加電圧変化に対して、光強度変化
を最大とするために、Ｖπ/2に相当する光学的状態を動
作点とするようにしておくことが行われている。 しかしながら、波長λ０でのＶπ/2（第13図のＡ点）
に、動作点を設定しても、波長λ１ではＢ点に、又は波
長λ２ではＣ点となり、λ１あるいはλ２でのＶπ/2に
ならない。つまりＢ′、Ｃ′からずれてしまう。又、λ
１、λ０、λ２で印加電圧変化に対する出力光強度変化
の割合も異なる。 このように電気信号が変調器に加わっても、各波長で
の変調のされ方が異なる。 同様な事は半導体レーザーの出力にモードホッピング
や温度による波長シフトがあった場合にも生じる。この
ときも同じ振幅の電気信号を加えても光変調器出力光の
光強度変化が変動してしまう。Ｅ−Ｏサンプリング装置
では、光強度変化から印加電圧、即ち、被測定電圧を測
定するものであり、上記のように半導体レーザーのモー
ドホッピングや波長シフトは、そのまま測定系の雑音と
なり、正確な電圧検出を妨げ、測定精度を劣化させると
いう問題点がある。又、パルス光のスペクトル幅が広い
場合には、電気光学結晶等の分散媒質により波長毎の速
度差が生じ、結果としてパルス光のパルス幅を更に拡げ
る結果となり、これが更に測定時の時間分解能を劣化さ
せるという問題点を生じる。 この発明は、上記従来の短パルス光源の波長拡がりに
よる問題点を解決する狭スペクトル幅の短パルス光を発
生することのできる狭スペクトル短パルス光源装置を提
供することを目的とする。 又、このような狭スペクトル短パルス光源装置を用い
て、出力強度変動に基づく雑音を低減させて、正確な電
圧測定を高時間分解能で行うことができる電圧検出装置
を提供することを目的とする。
この発明は、短パルス光源と；この短パルス光源の出
力光の一部を検出する光検出器、及び、この光検出器の
出力信号に応じて、前記短パルス光源の出力パルス光の
光強度が一定となるように制御する制御器を備え、前記
短パルス光源をパルス発振させる出力安定化駆動装置
と；入力パルス光のチャープを補正するチャープ補正器
と；入力パルス光から所望の波長光を狭帯域で取出す波
長選択器と；を有してなり、前記短パルス光源からの出
力パルス光を、前記チャープ補正器及び波長選択器に、
この順又は逆の順に通すことを特徴とする狭スペクトル
短パルス光源装置により上記目的を達成するものであ
る。 又、前記出力安定化駆動装置を、出力光のうちの前記
波長選択器を透過した特定波長の出力パルス光の一部を
検出する光検出器を備え、前記制御器を、該特定波長の
出力パルス光の光強度を安定化するように前記短パルス
光源を制御するようにして上記目的を達成するものであ
る。 又、前記短パルス光源を、半導体レーザーを用い、前
記出力安定化駆動装置を、前記半導体レーザーに電気パ
ルスを印加して、これをパルス発振させる電気パルス発
生器を備えると共に、前記制御器を、前記光検出器から
の信号に応じて、前記半導体レーザーに流すバイアス電
流を変調させるバイアス電流源とすることにより上記目
的を達成するものである。 更に、被測定物の所定の部分の電圧によって屈折率が
変化する電気光学材料を用いたＥ−Ｏプローブに、前記
狭スペクトル短パルス光源装置からの出力光をプローブ
光として導くようにして電圧検出装置を構成し上記目的
を達成するものである。
力光の一部を検出する光検出器、及び、この光検出器の
出力信号に応じて、前記短パルス光源の出力パルス光の
光強度が一定となるように制御する制御器を備え、前記
短パルス光源をパルス発振させる出力安定化駆動装置
と；入力パルス光のチャープを補正するチャープ補正器
と；入力パルス光から所望の波長光を狭帯域で取出す波
長選択器と；を有してなり、前記短パルス光源からの出
力パルス光を、前記チャープ補正器及び波長選択器に、
この順又は逆の順に通すことを特徴とする狭スペクトル
短パルス光源装置により上記目的を達成するものであ
る。 又、前記出力安定化駆動装置を、出力光のうちの前記
波長選択器を透過した特定波長の出力パルス光の一部を
検出する光検出器を備え、前記制御器を、該特定波長の
出力パルス光の光強度を安定化するように前記短パルス
光源を制御するようにして上記目的を達成するものであ
る。 又、前記短パルス光源を、半導体レーザーを用い、前
記出力安定化駆動装置を、前記半導体レーザーに電気パ
ルスを印加して、これをパルス発振させる電気パルス発
生器を備えると共に、前記制御器を、前記光検出器から
の信号に応じて、前記半導体レーザーに流すバイアス電
流を変調させるバイアス電流源とすることにより上記目
的を達成するものである。 更に、被測定物の所定の部分の電圧によって屈折率が
変化する電気光学材料を用いたＥ−Ｏプローブに、前記
狭スペクトル短パルス光源装置からの出力光をプローブ
光として導くようにして電圧検出装置を構成し上記目的
を達成するものである。
この発明においては、短パルス光源からの短パルス光
が、出力安定化駆動装置により光強度が一定となるよう
に制御されるので、例えば半導体レーザーにおけるモー
ドホッピングや波長シフトが低減され、更に、チャープ
補正器と波長選択器とにより、出力光の分散を補正して
狭帯域且つ短パルス化することができる。 従って、Ｅ−Ｏ電圧検出装置に用いた場合は、短パル
ス化による時間分解能の向上、狭スペクトル化による変
調器出力強度変動の抑制、更にはこの出力強度変動抑制
による雑音の低下、及び正確な測定を図ることができる
という効果を有する。
が、出力安定化駆動装置により光強度が一定となるよう
に制御されるので、例えば半導体レーザーにおけるモー
ドホッピングや波長シフトが低減され、更に、チャープ
補正器と波長選択器とにより、出力光の分散を補正して
狭帯域且つ短パルス化することができる。 従って、Ｅ−Ｏ電圧検出装置に用いた場合は、短パル
ス化による時間分解能の向上、狭スペクトル化による変
調器出力強度変動の抑制、更にはこの出力強度変動抑制
による雑音の低下、及び正確な測定を図ることができる
という効果を有する。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 第１図は本発明に係る狭スペクトル短パルス光源装置
の実施例を示すブロック図である。第１図に示されるよ
うに、この実施例は、短パルス光源である半導体レーザ
ー10と、この半導体レーザー10を駆動するための出力安
定化駆動装置12と、半導体レーザー10の出力パルス光の
チャープを補正するチャープ補正器14と、このチャープ
補正器14からの出力パルス光から所望の波長光を狭帯域
で取出す波長選択器16と、を含んで、狭スペクトル短パ
ルス光源装置18を構成したものである。 前記出力安定化駆動装置12は、前記半導体レーザー10
にコンデンサC1を介して電気パルスを印加することによ
り、該半導体レーザー10をパルス発振させるための電気
パルス発生器20と、前記半導体レーザー10の出力パルス
光の一部を検出する光検出器22と、前記半導体レーザー
にインダクタンスＬを介してバイアス電流を流すと共
に、前記光検出器22の出力信号に応じて、バイアス電流
を変調することにより、前記半導体レーザー10の出力強
度を安定化するバイアス電流源24と、から構成されてい
る。 次に、上記実施例装置の作用を説明する。 前記半導体レーザー10に、バイアス電流源24からバイ
アス電流を流し、電気パルス発生器20から電気パルスを
印加することによって、半導体レーザー10はパルス発振
する。 この半導体レーザー10の出力パルス光を前記光検出器
22が検出して、この検出信号がバイアス電流源24に入力
されることによって、該バイアス電流源24は、半導体レ
ーザー10の出力強度を安定化するように、バイアス電流
を変調する。 このとき、通常のファブリーペロー型半導体レーザー
では、多モード発振していて、例えば、半導体レーザー
10の出力パルス光を、ストリークカメラと分光器（図示
省略）を組合わせた時間分解分光器で観測すると、第２
図に示されるようになる。第２図左側は積分された時間
軸プロファイル、下側は時間積分されたスペクトルを、
それぞれ示す。 この図からもわかるように、多モード発振している半
導体レーザーの出力光は、長波長側のモードほど時間的
に遅れて発振し、又、各モード内でもチャープがあり、
長波長側にシフトしている。 このような多モード発振出力光を、チャープ補正器14
に通すと、チャープが補正され、出力パルス光は短パル
ス化することになる。 ここで、チャープ補正器14は、半導体レーザー10の出
力光のチャープを補正する分散特性を持つ。 即ち、半導体レーザ10の出力光は、第３図（Ａ）に示
されるようであったものが、チャープ補正器14を通すこ
とによって、第３図（Ｂ）に示されるようになる。 このチャープが補正されたレーザーパルス光を、波長
選択器16を通すことにより波長抽出すると、第３図
（Ｃ）で示されるような狭スペクトル幅短パルス光が得
られることになる。 又、第３図は、１つのモードでのチャープを補正した
後、波長選択器により波長抽出したものであるが、これ
は、第４図に示されるように、まずモード間のチャープ
を補正した後に波長抽出するようにしてもよい。 出力パルス光を、最短パルス幅にする場合は第３図の
ように１つのモードでのチャープを補正した後に波長抽
出するが、第４図の場合の方が、チャープ補正するため
のチャープ補正器14の分散量が少なくて済み、チャープ
補正器14を小型にすることができるという利点がある。 なお、上記実施例では、半導体レーザー10の出力パル
ス光をチャープ補正器14を通した後に波長選択器16に入
力させているが、これは、まず波長選択器16を通過させ
た後、チャープ補正器14に入力させるようにしてもよ
い。 上記実施例におけるチャープ補正器14の具体例として
は、第５図に示されるようなものがある。 即ち、第５図（Ａ）に示されるような、光ファイバー
26を用いたもの、第５図（Ｂ）に示されるような、プリ
ズムペアー28を用いたもの、第５図（Ｃ）に示されるよ
うに、複数対のプリズムペアー28を用いたもの、第５図
（Ｄ）に示されるように、回折格子対30を用いたもの、
第５図（Ｅ）に示されるように、複数対の回折格子対30
を用いたもの等がある。 第５図（Ａ）の符号26Aは集光レンズであり、又、前
記光ファイバー26は、半導体レーザー10の出力のチャー
プを補正する分散を持つ材質と長さが選択される。 又、第５図（Ｂ）、（Ｃ）のプリズムペアー28の場合
は、１つのプリズムを頂角方向に動かすことで補正量を
変えることができるために微調整が容易であり、又、半
導体レーザー10の種類を変えても容易に補正量を追随さ
せることができる。 次に、第６図に示されれる波長選択器16の具体例につ
いて説明する。 第６図（Ａ）は、波長選択器として分光器31を用いた
ものを示す。 この分光器31は、例えばプリズムから構成される。 又、第６図（Ｂ）に示されるように、回折格子32とス
リット34を用いたものがある。 この場合、入射光は、回折格子32で反射されるが、波
長により反射角が異なるために、この反射光をスリット
34に通すことによって、特定の波長成分だけを取出すこ
とができる。又、スリット34の位置で波長を、回折格子
32に対する間隔で波長幅を、それぞれ選択することがで
きる。 第６図（Ｂ）の符号34Aは回折格子32の反射光をスリ
ット34方向に反射させるためのミラーを示す。 第６図（Ｃ）は、ファブリーペローエタロン36を用い
たものであり、図に示されるように、間隔の違うファブ
リーペローエタロン36を３段構成として、波長選択度を
向上させている。 当然、ファブリーペローエタロン36は単段又は任意の
複数段であってもよい。 次に、第７図に、前記第５図及び第６図に示されるチ
ャープ補正器と波長選択器の具体例の組合わせ例を示
す。 この組合わせ例は、２対のプリズムペアー38A、38bの
間にスリット34を配置して、チャープ補正器と波長選択
器を構成したものである。 即ち、第５図（Ｃ）に示される構成と同一のチャープ
補正のための２対のプリズムペアー38A、38Bの間に、波
長選択するためのスリット34を装入して、チャープ補正
器と波長選択器を一体に構成したものである。 次に、第８図に示される狭スペクトル短パルス光源装
置の第２実施例について説明する。 この第２実施例は、半導体レーザー10からの出力パル
ス光をまず波長選択器16に通した後にチャープ補正器14
に通すものであり、出力安定化駆動装置40に、波長選択
器16からの出力光のうちの特定波長の出力パルス光の一
部を検出する特定波長光検出器42を設け、該特定波長光
検出器42からの出力信号に基づいて、前記バイアス電流
源24により、半導体レーザー10の出力パルス光のうち
の、該特定波長光の光強度が一定となるように、バイア
ス電流源24を制御するようにしたものである。 図の符号44は波長選択器16の出力光の一部を取出すた
めのビームスプリッタを示す。 他の構成は前記第１実施例と同一であるので、第１実
施例と同一又は相当部分には第１図と同一の符号を付す
ることにより説明を省略するものとする。 なお、第８図で、２点鎖線で示されるように、光検出
器42の出力信号を、温度等の条件に従って補正する補正
器45を設け、更に、出力を安定させることができる。 第11図は、前記発明に係る狭スペクトル短パルス光源
装置50からの出力パルス光を利用した電圧測定装置46の
実施例を示すブロック図である。 この実施例では、出力パルス光は、偏光子52及びハー
フミラー54を介してＥ−Ｏプローブ56に入射され、該Ｅ
−Ｏプローブ56先端からの反射光をハーフミラー54によ
って取出し、検光子57を介して光検出器58で受光される
ものである。 前記Ｅ−Ｏプローブ56は、被測定デバイス60からの電
界によって屈折率変化を生じる電気光学材料からなり、
被測定デバイス60の電圧変化に応じて、入射する直線偏
光の偏光状態を変化させるものである。 従って、偏光の状態が変化した反射光を検光子57を介
して光検出器58で検出することにより、被測定デバイス
60の電圧変化の状態を検出することができる。 図の符号62は被測定デバイス60及び狭スペクトル短パ
ルス光源装置50を制御する制御部64に信号を出力する駆
動回路、66は制御部64からの信号に対応して光検出器58
の出力信号を処理する計測部、68は計測部66の処理結果
を表示するための表示装置をそれぞれ示す。 この実施例においては、前述の如く、狭スペクトル短
パルス光源装置50の出力パルス光は、短パルス化されて
いるので、電圧検出の時間分解能を向上させることがで
きる。 又、出力光が狭スペクトル幅であるので、波長拡がり
によるＥ−Ｏプローブ56を用いた光変調器の動作点のず
れがなく、モードホッピングや波長シフト等、半導体レ
ーザー出力の波長変動による変調器出力強度変動を避け
ることができる。 従って、この出力強度変動による雑音を低下させ、正
確な電圧測定を行うことができる。 第10図及び第11図に、電圧測定装置のための光源とし
ての具体的構成を示す。 第10図は、第１図に示される半導体レーザー10からの
出力光を、チャープ補正器を構成する集光レンズ70、光
ファイバー72、コリメータレンズ74、及び、波長選択器
を構成する回折格子76、ミラー78及びスリット80を経て
狭スペクトル短パルス光を出力するようにしたものであ
る。 又、第11図の実施例は、光源として、分布帰還型半導
体レーザ（DFB−LD）82を用いて、集光レンズ70、光フ
ァイバー72及びコリメータレンズ74を経て狭スペクトル
幅短パルス光を出力するようにしたものである。 即ち、この第11図の実施例の場合、DFB−LD82を用い
ているので、その出力光自体が狭スペクトル幅であり、
波長選択手段が不要となる。 なお、この第11図の実施例の場合、数本のモードが生
じることがあるので、この場合は第10図の実施例のよう
に構成すれば、得られる出力光は更に狭スペクトル幅と
なる。 上記実施例は、短パルス光源として半導体レーザーを
用いたものであるが、本発明はこれに限定されるもので
なく、短パルス光源としては、ガスレーザー、固体レー
ザー等の他のレーザーを用いることもできる。
の実施例を示すブロック図である。第１図に示されるよ
うに、この実施例は、短パルス光源である半導体レーザ
ー10と、この半導体レーザー10を駆動するための出力安
定化駆動装置12と、半導体レーザー10の出力パルス光の
チャープを補正するチャープ補正器14と、このチャープ
補正器14からの出力パルス光から所望の波長光を狭帯域
で取出す波長選択器16と、を含んで、狭スペクトル短パ
ルス光源装置18を構成したものである。 前記出力安定化駆動装置12は、前記半導体レーザー10
にコンデンサC1を介して電気パルスを印加することによ
り、該半導体レーザー10をパルス発振させるための電気
パルス発生器20と、前記半導体レーザー10の出力パルス
光の一部を検出する光検出器22と、前記半導体レーザー
にインダクタンスＬを介してバイアス電流を流すと共
に、前記光検出器22の出力信号に応じて、バイアス電流
を変調することにより、前記半導体レーザー10の出力強
度を安定化するバイアス電流源24と、から構成されてい
る。 次に、上記実施例装置の作用を説明する。 前記半導体レーザー10に、バイアス電流源24からバイ
アス電流を流し、電気パルス発生器20から電気パルスを
印加することによって、半導体レーザー10はパルス発振
する。 この半導体レーザー10の出力パルス光を前記光検出器
22が検出して、この検出信号がバイアス電流源24に入力
されることによって、該バイアス電流源24は、半導体レ
ーザー10の出力強度を安定化するように、バイアス電流
を変調する。 このとき、通常のファブリーペロー型半導体レーザー
では、多モード発振していて、例えば、半導体レーザー
10の出力パルス光を、ストリークカメラと分光器（図示
省略）を組合わせた時間分解分光器で観測すると、第２
図に示されるようになる。第２図左側は積分された時間
軸プロファイル、下側は時間積分されたスペクトルを、
それぞれ示す。 この図からもわかるように、多モード発振している半
導体レーザーの出力光は、長波長側のモードほど時間的
に遅れて発振し、又、各モード内でもチャープがあり、
長波長側にシフトしている。 このような多モード発振出力光を、チャープ補正器14
に通すと、チャープが補正され、出力パルス光は短パル
ス化することになる。 ここで、チャープ補正器14は、半導体レーザー10の出
力光のチャープを補正する分散特性を持つ。 即ち、半導体レーザ10の出力光は、第３図（Ａ）に示
されるようであったものが、チャープ補正器14を通すこ
とによって、第３図（Ｂ）に示されるようになる。 このチャープが補正されたレーザーパルス光を、波長
選択器16を通すことにより波長抽出すると、第３図
（Ｃ）で示されるような狭スペクトル幅短パルス光が得
られることになる。 又、第３図は、１つのモードでのチャープを補正した
後、波長選択器により波長抽出したものであるが、これ
は、第４図に示されるように、まずモード間のチャープ
を補正した後に波長抽出するようにしてもよい。 出力パルス光を、最短パルス幅にする場合は第３図の
ように１つのモードでのチャープを補正した後に波長抽
出するが、第４図の場合の方が、チャープ補正するため
のチャープ補正器14の分散量が少なくて済み、チャープ
補正器14を小型にすることができるという利点がある。 なお、上記実施例では、半導体レーザー10の出力パル
ス光をチャープ補正器14を通した後に波長選択器16に入
力させているが、これは、まず波長選択器16を通過させ
た後、チャープ補正器14に入力させるようにしてもよ
い。 上記実施例におけるチャープ補正器14の具体例として
は、第５図に示されるようなものがある。 即ち、第５図（Ａ）に示されるような、光ファイバー
26を用いたもの、第５図（Ｂ）に示されるような、プリ
ズムペアー28を用いたもの、第５図（Ｃ）に示されるよ
うに、複数対のプリズムペアー28を用いたもの、第５図
（Ｄ）に示されるように、回折格子対30を用いたもの、
第５図（Ｅ）に示されるように、複数対の回折格子対30
を用いたもの等がある。 第５図（Ａ）の符号26Aは集光レンズであり、又、前
記光ファイバー26は、半導体レーザー10の出力のチャー
プを補正する分散を持つ材質と長さが選択される。 又、第５図（Ｂ）、（Ｃ）のプリズムペアー28の場合
は、１つのプリズムを頂角方向に動かすことで補正量を
変えることができるために微調整が容易であり、又、半
導体レーザー10の種類を変えても容易に補正量を追随さ
せることができる。 次に、第６図に示されれる波長選択器16の具体例につ
いて説明する。 第６図（Ａ）は、波長選択器として分光器31を用いた
ものを示す。 この分光器31は、例えばプリズムから構成される。 又、第６図（Ｂ）に示されるように、回折格子32とス
リット34を用いたものがある。 この場合、入射光は、回折格子32で反射されるが、波
長により反射角が異なるために、この反射光をスリット
34に通すことによって、特定の波長成分だけを取出すこ
とができる。又、スリット34の位置で波長を、回折格子
32に対する間隔で波長幅を、それぞれ選択することがで
きる。 第６図（Ｂ）の符号34Aは回折格子32の反射光をスリ
ット34方向に反射させるためのミラーを示す。 第６図（Ｃ）は、ファブリーペローエタロン36を用い
たものであり、図に示されるように、間隔の違うファブ
リーペローエタロン36を３段構成として、波長選択度を
向上させている。 当然、ファブリーペローエタロン36は単段又は任意の
複数段であってもよい。 次に、第７図に、前記第５図及び第６図に示されるチ
ャープ補正器と波長選択器の具体例の組合わせ例を示
す。 この組合わせ例は、２対のプリズムペアー38A、38bの
間にスリット34を配置して、チャープ補正器と波長選択
器を構成したものである。 即ち、第５図（Ｃ）に示される構成と同一のチャープ
補正のための２対のプリズムペアー38A、38Bの間に、波
長選択するためのスリット34を装入して、チャープ補正
器と波長選択器を一体に構成したものである。 次に、第８図に示される狭スペクトル短パルス光源装
置の第２実施例について説明する。 この第２実施例は、半導体レーザー10からの出力パル
ス光をまず波長選択器16に通した後にチャープ補正器14
に通すものであり、出力安定化駆動装置40に、波長選択
器16からの出力光のうちの特定波長の出力パルス光の一
部を検出する特定波長光検出器42を設け、該特定波長光
検出器42からの出力信号に基づいて、前記バイアス電流
源24により、半導体レーザー10の出力パルス光のうち
の、該特定波長光の光強度が一定となるように、バイア
ス電流源24を制御するようにしたものである。 図の符号44は波長選択器16の出力光の一部を取出すた
めのビームスプリッタを示す。 他の構成は前記第１実施例と同一であるので、第１実
施例と同一又は相当部分には第１図と同一の符号を付す
ることにより説明を省略するものとする。 なお、第８図で、２点鎖線で示されるように、光検出
器42の出力信号を、温度等の条件に従って補正する補正
器45を設け、更に、出力を安定させることができる。 第11図は、前記発明に係る狭スペクトル短パルス光源
装置50からの出力パルス光を利用した電圧測定装置46の
実施例を示すブロック図である。 この実施例では、出力パルス光は、偏光子52及びハー
フミラー54を介してＥ−Ｏプローブ56に入射され、該Ｅ
−Ｏプローブ56先端からの反射光をハーフミラー54によ
って取出し、検光子57を介して光検出器58で受光される
ものである。 前記Ｅ−Ｏプローブ56は、被測定デバイス60からの電
界によって屈折率変化を生じる電気光学材料からなり、
被測定デバイス60の電圧変化に応じて、入射する直線偏
光の偏光状態を変化させるものである。 従って、偏光の状態が変化した反射光を検光子57を介
して光検出器58で検出することにより、被測定デバイス
60の電圧変化の状態を検出することができる。 図の符号62は被測定デバイス60及び狭スペクトル短パ
ルス光源装置50を制御する制御部64に信号を出力する駆
動回路、66は制御部64からの信号に対応して光検出器58
の出力信号を処理する計測部、68は計測部66の処理結果
を表示するための表示装置をそれぞれ示す。 この実施例においては、前述の如く、狭スペクトル短
パルス光源装置50の出力パルス光は、短パルス化されて
いるので、電圧検出の時間分解能を向上させることがで
きる。 又、出力光が狭スペクトル幅であるので、波長拡がり
によるＥ−Ｏプローブ56を用いた光変調器の動作点のず
れがなく、モードホッピングや波長シフト等、半導体レ
ーザー出力の波長変動による変調器出力強度変動を避け
ることができる。 従って、この出力強度変動による雑音を低下させ、正
確な電圧測定を行うことができる。 第10図及び第11図に、電圧測定装置のための光源とし
ての具体的構成を示す。 第10図は、第１図に示される半導体レーザー10からの
出力光を、チャープ補正器を構成する集光レンズ70、光
ファイバー72、コリメータレンズ74、及び、波長選択器
を構成する回折格子76、ミラー78及びスリット80を経て
狭スペクトル短パルス光を出力するようにしたものであ
る。 又、第11図の実施例は、光源として、分布帰還型半導
体レーザ（DFB−LD）82を用いて、集光レンズ70、光フ
ァイバー72及びコリメータレンズ74を経て狭スペクトル
幅短パルス光を出力するようにしたものである。 即ち、この第11図の実施例の場合、DFB−LD82を用い
ているので、その出力光自体が狭スペクトル幅であり、
波長選択手段が不要となる。 なお、この第11図の実施例の場合、数本のモードが生
じることがあるので、この場合は第10図の実施例のよう
に構成すれば、得られる出力光は更に狭スペクトル幅と
なる。 上記実施例は、短パルス光源として半導体レーザーを
用いたものであるが、本発明はこれに限定されるもので
なく、短パルス光源としては、ガスレーザー、固体レー
ザー等の他のレーザーを用いることもできる。
第１図は本発明に係る狭スペクトル短パルス光源装置の
実施例を示すブロック図、第２図は半導体レーザーの出
力光の時間と波長との関係を示す線図、第３図は上記第
１図の実施例によるパルス光の処理過程を示す線図、第
４図は同実施例による、パルス光の他の処理過程を示す
線図、第５図は同実施例におけるチャープ補正器の各種
具体例を示す光学系統図、第６図は同実施例における波
長選択器の各種具体例を示す光学系統図、第７図はチャ
ープ補正器と波長選択器の組合わせ例を示す光学系統
図、第８図は狭スペクトル短パルス光源装置の第２実施
例を示すブロック図、第９図は前記狭スペクトル短パル
ス光源装置を用いた電圧測定装置の実施例を示すブロッ
ク図、第10図及び第11図は電圧測定装置に適用した場合
の前記狭スペクトル短パルス光源装置の構成例を示すブ
ロック図、第12図は半導体レーザーにおけるCW発振及び
パルス発振の状態を示す線図、第13図は半導体レーザー
における印加電圧、相対出力及び波長との関係を示す線
図である。 10……半導体レーザー、 12……出力安定化駆動装置、 14……チャープ補正器、 16……波長選択器、 18、50……狭スペクトル短パルス光源装置、 20……電気パルス発生器、 22……光検出器、 24……バイアス電流源、 42……光検出器、 56……Ｅ−Ｏプローブ、 60……被測定デバイス、 82……分布帰還型半導体レーザ（DFB−LD）。
実施例を示すブロック図、第２図は半導体レーザーの出
力光の時間と波長との関係を示す線図、第３図は上記第
１図の実施例によるパルス光の処理過程を示す線図、第
４図は同実施例による、パルス光の他の処理過程を示す
線図、第５図は同実施例におけるチャープ補正器の各種
具体例を示す光学系統図、第６図は同実施例における波
長選択器の各種具体例を示す光学系統図、第７図はチャ
ープ補正器と波長選択器の組合わせ例を示す光学系統
図、第８図は狭スペクトル短パルス光源装置の第２実施
例を示すブロック図、第９図は前記狭スペクトル短パル
ス光源装置を用いた電圧測定装置の実施例を示すブロッ
ク図、第10図及び第11図は電圧測定装置に適用した場合
の前記狭スペクトル短パルス光源装置の構成例を示すブ
ロック図、第12図は半導体レーザーにおけるCW発振及び
パルス発振の状態を示す線図、第13図は半導体レーザー
における印加電圧、相対出力及び波長との関係を示す線
図である。 10……半導体レーザー、 12……出力安定化駆動装置、 14……チャープ補正器、 16……波長選択器、 18、50……狭スペクトル短パルス光源装置、 20……電気パルス発生器、 22……光検出器、 24……バイアス電流源、 42……光検出器、 56……Ｅ−Ｏプローブ、 60……被測定デバイス、 82……分布帰還型半導体レーザ（DFB−LD）。
Claims (4)
- 【請求項１】短パルス光源と；この短パルス光源の出力
光の一部を検出する光検出器、及び、この光検出器の出
力信号に応じて、前記短パルス光源の出力パルス光の光
強度が一定となるように制御する制御器を備え、前記短
パルス光源をパルス発振させる出力安定化駆動装置と；
入力パルス光のチャープを補正するチャープ補正器と；
入力パルス光から所望の波長光を狭帯域で取出す波長選
択器と；を有してなり、前記短パルス光源からの出力パ
ルス光を、前記チャープ補正器及び波長選択器に、この
順又は逆の順に通すことを特徴とする狭スペクトル短パ
ルス光源装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記出力安定化駆動装
置は、出力光のうちの前記波長選択器を透過した特定波
長の出力パルス光の一部を検出する光検出器を備え、前
記制御器は、該特定波長の出力パルス光の光強度を安定
化するように前記短パルス光源を制御するようにされた
ことを特徴とする狭スペクトル短パルス光源装置。 - 【請求項３】請求項１又は２において、前記短パルス光
源は、半導体レーザーであり、前記出力安定化駆動装置
は、前記半導体レーザーに電気パルスを印加して、これ
をパルス発振させる電気パルス発生器を備えると共に、
前記制御器は、前記光検出器からの信号に応じて、前記
半導体レーザーに流すバイアス電流を変調させるバイア
ス電流源を含むことを特徴とする狭スペクトル短パルス
光源装置。 - 【請求項４】被測定物の所定の部分の電圧によって屈折
率が変化する電気光学材料を用いたＥ−Ｏプローブに、
請求項１乃至３のうちいずれかの狭スペクトル短パルス
光源装置からの出力光をプローブ光として導くようにさ
れた電圧検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2171275A JPH0810776B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 狭スペクトル短パルス光源装置及び電圧検出装置 |
| US07/713,215 US5289114A (en) | 1990-06-28 | 1991-06-11 | Voltage detection apparatus using short pulse light source with narrow spectral band width |
| DE69121490T DE69121490T2 (de) | 1990-06-28 | 1991-06-13 | Schmalbandige Pulslichtquelle und Verwendung derselben in einer Spannungsdetektionsvorrichtung |
| EP91305377A EP0468632B1 (en) | 1990-06-28 | 1991-06-13 | A narrow bandwidth pulsed light source and a voltage detection apparatus using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2171275A JPH0810776B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 狭スペクトル短パルス光源装置及び電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0460464A JPH0460464A (ja) | 1992-02-26 |
| JPH0810776B2 true JPH0810776B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=15920308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2171275A Expired - Fee Related JPH0810776B2 (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 狭スペクトル短パルス光源装置及び電圧検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5289114A (ja) |
| EP (1) | EP0468632B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0810776B2 (ja) |
| DE (1) | DE69121490T2 (ja) |
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- 1991-06-13 DE DE69121490T patent/DE69121490T2/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |