JPS623701Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光パルスのエネルギ測定に際して、必
然的に発生するフラツシユ光や自然放出光
（ASE）の混入を防ぎ、確実に光パルスのエネル
ギのみを誤差少なく測定するものである。

第１図並びにこの極性を逆にした第２回の回路
は従来ホトダイオードに光パルスを照射し、この
エネルギをデジタルに測定するものとして使用さ
れてきた。（参考文献B.R.Clemesha“Ａ Laser
energy monitor with digital output”，Journal
of physics Ｅ：Scientific Instruments，1972
〔５〕859〜861）即ち、第１図並びに第２図にお
いて、１はホトダイオードで、これに直列に電荷
蓄積用のコンデンサ２が接続され、これに高抵抗
３を通して直流電圧＋Ｖ（第１図）または−Ｖ
（第２図）が印加されている。このコンデンサの
端子電圧は差動増幅器５_１に加えられるが、この
差動増幅器の入出力間には、図の如き極性のダイ
オード６が接続されている。第１図の回路構成で
は、コンデンサ電圧が正になると増幅器出力は負
になるが、このときダイオードが動作して短絡す
るために、コンデンサ電圧は正になり得ず、ゼロ
電位を保つている。

このとき光パルスがホトダイオードに照射され
ると、直流電源４からホトダイオードを通して電
流がコンデンサに流れ込み、コンデンサ端子電圧
を負にする。このとき蓄積される電荷は光パルス
のエネルギに比例するので、Ｑ＝CVから、コン
デンサの充電電圧も光エネルギに比例することに
なる。

この端子電圧が負になると、も早ダイオードは
遮断状態になるので、差動増幅器は最大の増幅度
を示し、出力電圧は最大値を示す。このコンデン
サ蓄積電荷は高抵抗３を通して放電を行なうため
に、端子電圧は第３図の如く、徐々に減少し、ゼ
ロ電位になる。このとき増幅器の増幅度は最大に
なつているので、入力電圧がゼロになるまではほ
ぼ限界電圧を保ち、第３図中の点線の如く矩形波
となる。コンデンサの容量値と高抵抗値の積であ
る放電時定数は大きくしてあるから、コンデンサ
端子電圧の変化は直線状であり、このために端子
電圧がゼロ電位まで放電する時間即ち、差動増幅
器出力の矩形波の幅は光パルスのエネルギに比例
することになる。第２図の回路構成では極性が異
なるのみで、同様に動作する。

この際に、Ｑスイツチを使うなどして、光パル
スが数MW以上と大きくなり、パルス幅が数ナノ
秒程度と尖鋭になる場合には、第４図の如く、主
光パルス出力７のほかに８の如く、レベルは弱い
が、発光時間の非常に長い同一波長の放射が起つ
ている。これはフラツシユ光や自然放出光増幅
（いわゆるASE）によるものであつて、この部分
は時間が長いために、レベルとの積であるエネル
ギ量が大きくなり、主パルスエネルギに対して無
視できない所か等量あるいは逆転の場合すら出現
する。これが第１図または第２図の回路の重大な
欠点である。

これを改善して、主光パルス７のみのエネルギ
を測定する回路として、第５図の如く、コンデン
サ端子電圧を増幅器５_２に加えて増幅した後、２
個の抽出保持回路１０_１と１０_２に供給し、差動
増幅器１１で、この２個の保持電圧の差をとるよ
うにしたものがある。

このときコンデンサ２の端子電圧を図示する
と、第６図のようになる。ASEなどによる弱い
発光が始まると電荷の蓄積が始まり主光パルスの
発光開始時刻t₁には−V₁の電圧になつている。こ
のときの電圧V₁を抽出保持回路１０_１で抽出
し、保持する。次に主光パルスの発光が始まり、
これによる電荷蓄積によつて時刻t₂では端子電圧
が−V₂にまで上昇する。この値を抽出保持回路
１０_２で抽出し保持する。そして、差動増幅器１
１によつて（｜V₂｜−｜V₁｜）の差電圧を求め
ると、これが主光パルスのエネルギに相当すると
している。

ところが、この第５図の回路においても、
ASEなどによる発光エネルギが大きい場合には
欠点を露呈する。即ち妨害光エネルギが主発光エ
ネルギに対して大きくなると、その和に相当する
｜V₂｜が大きくなるので、５_２，１０_１，１０
_２および１１の増幅回路系の直線性を広くしなけ
ればならず、その上必要な（｜V₂｜−｜V₁｜）
の差電圧が比較的に小さくなるために測定誤差が
増大する。

本考案はこのような妨害光エネルギの影響を除
去すべく、第１図または第２図の回路に改良を加
えたものである。即ちホトダイオードに直流電圧
を加える代りに、主光パルスに同期したゲートパ
ルスを加え、光パルスの発光開始時刻から、停止
時刻までの間だけ、必要レベルの電圧をホトダイ
オードに加えれば、主光パルスの照射だけによる
電荷をコンデンサ２に蓄積できる訳である。従つ
て理想的なゲートパルスは第７図イのような矩形
波形となる。

然し、ホトダイオードは等価的に見ると、抵抗
とコンデンサの並列回路と見倣され、光の照射を
受けていないときには抵抗が高く、光を受けると
その抵抗値が低くなる。従つてこのホトダイオー
ドに第７図イの如き矩形波電圧が加わると、同図
ロの如き角を持つ電流が流れてしまう。これが主
光パルスによるダイオード電流と重畳されハの如
くなつて、このままでは誤差となる。

そこで、本考案では、第８図の如くホトダイオ
ード１に並列にこれと電気的に等価な補償回路１
２を接続し、パルス発生器１３からは１３_１と１
３_２の極性の逆で同レベルのゲートパルスをホト
ダイオード１と補償回路１２に同時に加えてい
る。かくすれば第７図ロに見られる角の部分の電
流は正負打消し合つて、コンデンサ２に電荷とな
つて蓄積されることがなく、主光パルスのエネル
ギに相当する電荷のみが蓄積され、測定されるこ
とになる。

この補償回路１２としては、上述の如く、コン
デンサと抵抗で構成してもよいが、同一のホトダ
イオードを遮光し、測定用ホトダイオードと同一
温度になるように保持しても良い特性が得られ
る。この回路では従来の方式の欠点を補ない、誤
差の小さい測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第５図は従来のホトダイ
オードを使用した光パルスのエネルギ測定器の回
路図、第３図はコンデンサ端子電圧および増幅器
出力電圧の波形図、第４図は光パルス発光状態
図、第６図は第４図の発光に伴なうコンデンサ端
子電圧変化図、第７図イは本考案光パルスエネル
ギ測定器に使用するゲートパルス、同図ロ，ハは
ホトダイオードの電流波形図、第８図は本考案光
パルスエネルギ測定器の実施例を示す回路図であ
る。 １はホトダイオード、２はコンデンサ、３は高
抵抗、４は直流電源、５_１と１１は差動増幅器、
５_２は増幅器、６はダイオード、７は主光パル
ス、８は妨害光、９は帰還抵抗、１０_１，１０_２
は抽出保持回路、１２は補償回路、１３はパルス
発振器、１３_１は正ゲートパルス、１３_２は逆極
性ゲートパルス。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ホトダイオード１とコンデンサ２を直列に接続
   し、かつ該コンデンサには直列に高抵抗３を接続
   し、この高抵抗３の一端に一定電圧を印加してお
   き、光パルスがホトダイオードに加えられる期間
   だけホトダイオードを通じて流れる電荷を該コン
   デンサに蓄え、その端子電圧が一定レベルを越す
   期間から、該光パルスのエネルギを求める測定器
   において、ホトダイオードと並列にこれと等価な
   補償回路を接続し、光パルスと同期した正および
   逆極性のゲートパルスを、それぞれホトダイオー
   ドと補償回路に加える如く構成した光パルスエネ
   ルギ測定器。