JPH08556U - 光サンプリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光パワ―を安定化して、光パワ―ゆらぎ，１／
ｆノイズ等のノイズを低減し、Ｓ／Ｎ比を向上すること
により、測定時間を短縮し、ジッタの影響を少なくし、
時間分解能の高い光サンプリング装置を簡単な構成で実
現する。 【構成】光パルス発生手段１から出力される光パルスの
光パワ―を光パワ―安定化手段１２で安定化し、変調手
段で被測定回路５の動作電圧と対応した電界により物理
的状態を変化させ、この変化を検出手段４，６で検出
し、検出手段４，６の出力に基づいて被測定回路５の電
圧波形を測定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は高速の電気信号を測定する装置に関し、特にＳ／Ｎ比および時間分 解能が改善された光サンプリング装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

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。例えば、共 鳴トンネルダイオ―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。図２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―プでは時間分解能７ｐｓ程度が 限界であり、光パルスを測定する光オシロスコ―プでも１０ｐｓ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^-15 ｓ）オ―ダ―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―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。

【０００３】 図３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 の電気光学効果により、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―２，３および偏光子４を通り、レ ンズ（図では省略）により被測定回路５の測定点に集光される。被測定回路５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、その電界により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４で分離され、 光検出器６でその強度が検出される。被測定回路５を駆動する駆動回路７の出力 はパルス変調部８によりパルス変調され、光検出器６の出力をロックインアンプ ９で同期検波している。ここでパルス変調器８の変調信号とロックインアンプ９ の参照信号は共に発振器１０から供給される。表示装置１１はロックインアンプ ９の出力に基づいて被測定回路５の内部動作電圧波形を表示する。駆動回路７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ことができ、図２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。変調周波数を光パワ―のゆ らぎや１／ｆノイズ等が充分小さな周波数に選ぶことにより、ノイズを低減する ことができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のような光サンプリング装置は光検出信号のＳ／Ｎ比を改 善するために、次のような方法を用いている。 １．加算平均や、ボックスカ―積分器等を用いて平均化処理を行う。 ２．ロックインアンプ等を用いて光検出信号を同期検波し、測定帯域幅を制限す る。 しかし、光サンプリング法にこのような信号処理を適用する場合、測定時間が長 くなるほど時間分解能が低下するという欠点がある。これは測定信号とサンプリ ングパルス間には必ずジッタが存在し、測定時間が長くなるほど大きくこの影響 を受け、その結果ジッタ程度のパルス幅のサンプリングパルスで測定することと 同等となるためである。 また光パルス自身の持つノイズ（強度ノイズ）と信号成分が混じった信号を検 出信号としているため、信号成分だけを検出信号とする場合に比べ、測定時間が 長くなるという欠点がある。 またＳ／Ｎ比を改善するために駆動信号をパルス変調し光検出器出力を同期検 波しているので、パルス変調器やロックインアンプが必要となり、構成が複雑、 かつ大型になるという欠点がある。また変調により被測定回路の動作条件が実際 使用する場合の条件と異なってしまうという欠点もある。

【０００５】 この考案は上記の課題を解決するためになされたもので、光パワ―を安定化す ることにより、光パワ―ゆらぎ，１／ｆノイズ等のノイズを低減し、Ｓ／Ｎ比を 向上することにより、測定時間を短縮し、ジッタの影響を少なくし、時間分解能 の高い光サンプリング装置を簡単な構成で実現することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る光サンプリング装置は光パルスを発生する光パルス発生手段と、 この光パルス発生手段の出力光の光パワ―を安定化する光パワ―安定化手段と、 この光パワ―安定化手段の出力光を入射して被測定回路の動作電圧と対応した電 界により入射光の物理的状態を変化させる変調手段と、この変調手段の出力光に おける物理的状態の変化を検出する検出手段とを備え、検出手段の出力に基づい て被測定回路の電圧波形を測定するように構成したことを特徴とする。

【０００７】

【作用】

光パワ―安定化手段により光パルス発生手段から出力される光パワ―のノイズ が低減されるので、信号のＳ／Ｎ比および時間分解能が向上する。

【０００８】

【実施例】

図１に本考案に係る光サンプリング装置の一実施例を示す。図３と同じ部分は 同一の記号を付してある。図１において、１２はパルス光源１から出力される光 パルスの光パワ―を安定化する光パワ―安定化手段（光パワ―スタビライザ）で あり、その出力光がミラ―２，３を介して偏光子４に入射する。駆動回路７は被 測定回路５を直接駆動し、光検出器６の出力が表示装置１１に入力する。被測定 回路５を構成する電気光学材料は光パワ―安定化手段１２の出力光を入射して被 測定回路５の動作電圧と対応した電界により入射光の物理的状態を変化させる変 調手段を構成し、偏光子４および光検出器６は前記変調手段の出力光における物 理的状態の変化を検出する検出手段を構成する。

【０００９】 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光パワ―スタビライザ１２ に入射し、そのピ―ク値が一定となる。光パワ―スタビライザ１２の出力光パル スはミラ―２，３および偏光子４を通って、被測定回路５の測定点に照射される 。被測定回路５が動作状態にあると、電気光学効果により照射された光の偏波面 の状態が変化する。被測定回路基板中を通り回路パタ―ン裏面で反射した反射戻 り光は偏光子４で偏波面の変化が光強度の変化に変換され、光検出器６でその強 度が検出される。すなわち被測定回路５の電圧変化により、光検出器６の出力が 変化する。光検出器６の出力は表示装置１１で表示され、その結果被測定回路５ の電圧波形がサンプリング動作により測定される。駆動回路７によるパルス光源 １および被測定回路５の駆動のタイミング関係は図３の場合と同様である。

【００１０】 このような構成の光サンプリング装置によれば、光パワ―安定化手段を用いて いるため、光パワ―ゆらぎやパルスレ―ザ光源の１／ｆノイズ等からなる光パワ ―のノイズが低減されるため、信号のＳ／Ｎ比が向上する。その結果、測定時間 を短縮することができるので、測定信号（動作電圧）とサンプリングパルス間の ジッタや位相ドリフトによる時間分解能の低下が減少し、時間分解能が向上する 。 またパルス変調器やロックインアンプ等が不要となるので、構成が簡単にな る。 また駆動信号をパルス変調しないため、被測定回路の実際の動作状態で測 定が可能となる。

【００１１】 なお上記の実施例はＩｎＰ等のようにＧａＡｓ以外の電気光学材料を用いた被 測定回路にも適用することができる。 また被測定回路がＳｉ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、ＬｉＴａＯ₃ 単結晶等のように電気光学効果の大き い材料を被測定回路近くに置いてこれに光を照射し、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 。 また光パルスに高周波ノイズが乗っているような場合には、このノイズと対 応する特定の周波数帯域内の光パワ―のみを安定化するスタビライザを光パワ― 安定化手段として用いてもよい。 また光検出器６が検出する信号の周波数帯域に相当する周波数帯域の光パワ― を安定化するスタビライザを光パワ―安定化手段として用いてもよい。 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 れに限らず半導体中のキャリア密度の変化による吸収スペクトルの変化等の物理 量を検出してもよい。すなわち、変調手段として電気光学材料を用いる代りに半 導体材料を被測定回路の電界内に配置し、被測定回路からの電界によりその光吸 収率を変化し、これにパルス光を入射してその光強度を変調し、検出手段を構成 する受光素子で検出し、半導体材料の光吸収率の変化から電界強度を演算するこ とにより、電気光学効果を利用する方式よりも検出信号のＳ／Ｎを１〜２桁改善 することができる。

【００１２】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、光パワ―を安定化することにより、光パワ ―ゆらぎ，１／ｆノイズ等のノイズを低減し、Ｓ／Ｎ比を向上することにより、 測定時間を短縮し、ジッタの影響を少なくし、時間分解能の高い光サンプリング 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】

【図１】本考案に係る光サンプリング装置の一実施例を
示す構成ブロック図である。

【図２】サンプリング技術の原理図である

【図３】従来の光サンプリング装置の構成ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ 光パルス発生手段 ４ 偏光子 ５ 被測定回路 ６ 光検出器検出手段 １２ 光パワ―安定化手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｒ 31/302

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】光パルスを発生する光パルス発生手段と、 この光パルス発生手段の出力光の光パワ―を安定化する
   光パワ―安定化手段と、 この光パワ―安定化手段の出
   力光を入射して被測定回路の動作電圧と対応した電界に
   より入射光の物理的状態を変化させる変調手段と、 この変調手段の出力光における物理的状態の変化を検出
   する検出手段とを備え、 検出手段の出力に基づいて被
   測定回路の電圧波形を測定するように構成したことを特
   徴とする光サンプリング装置。