JP2893908B2 - 光サンプリング装置 - Google Patents
光サンプリング装置Info
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- JP2893908B2 JP2893908B2 JP2259608A JP25960890A JP2893908B2 JP 2893908 B2 JP2893908 B2 JP 2893908B2 JP 2259608 A JP2259608 A JP 2259608A JP 25960890 A JP25960890 A JP 25960890A JP 2893908 B2 JP2893908 B2 JP 2893908B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は光サンプリングにより高速の電気信号を測
定する光サンプリング装置の改善に関するものである。
定する光サンプリング装置の改善に関するものである。
〈従来技術〉 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ードのスイッ
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。第３図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ゆき、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ープでは時間分解能7ps程度が
限界であり、光パルスを測定する光オシロスコープでも
10ps程度であった。
進んでいる。例えば、共鳴トンネルダイオードのスイッ
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。第３図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ゆき、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ープでは時間分解能7ps程度が
限界であり、光パルスを測定する光オシロスコープでも
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
-15ｓ）オーダー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グゲートパルスと
して電気信号等を測定する試みが盛んになされている。
-15ｓ）オーダー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グゲートパルスと
して電気信号等を測定する試みが盛んになされている。
第４図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で変化することを利用してい
る。パルス光源１の出力光は偏光子２、波長板３を通
り、レンズにより被測定回路４の測定点に集光される。
被測定回路４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４が動作状態にあると、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２で
分離され、受光素子５でその強度が検出される。受光素
子５の出力に基づいて演算表示回路６で演算および表示
が行なわれる。駆動回路７で被測定回路４が発生する電
界を変えるとその戻り光の偏波面が変化し、受光素子５
に入射する光の強度も変化する。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４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
て処理するという、第３図で説明したサンプリング技術
と同じ原理で被測定回路４の動作を測定することができ
る。
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で変化することを利用してい
る。パルス光源１の出力光は偏光子２、波長板３を通
り、レンズにより被測定回路４の測定点に集光される。
被測定回路４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４が動作状態にあると、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２で
分離され、受光素子５でその強度が検出される。受光素
子５の出力に基づいて演算表示回路６で演算および表示
が行なわれる。駆動回路７で被測定回路４が発生する電
界を変えるとその戻り光の偏波面が変化し、受光素子５
に入射する光の強度も変化する。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４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
て処理するという、第３図で説明したサンプリング技術
と同じ原理で被測定回路４の動作を測定することができ
る。
第５図は被測定回路がSi等電気光学効果を持たない材
料である場合の電界検出部分の構成を示す要部構成図で
ある。Siウェハ８上に電極91,92が形成された被測定回
路が発生する電界10内に電気光学効果を有する材料から
なる電気光学チップ12を配置し、これと隣接する石英11
を介して光ビーム13を電気光学チップ12内に導き、電気
光学チップ12における光の吸収率を電界で変化させるよ
うに構成したものである。電気光学チップ12の端面で反
射した変調光が受光素子へ導かれ、電界が測定される。
料である場合の電界検出部分の構成を示す要部構成図で
ある。Siウェハ８上に電極91,92が形成された被測定回
路が発生する電界10内に電気光学効果を有する材料から
なる電気光学チップ12を配置し、これと隣接する石英11
を介して光ビーム13を電気光学チップ12内に導き、電気
光学チップ12における光の吸収率を電界で変化させるよ
うに構成したものである。電気光学チップ12の端面で反
射した変調光が受光素子へ導かれ、電界が測定される。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のような電気光学効果を用いる方
式は信号のS/Nが悪いという根本的な欠点がある。例え
ばGaAsの半波長電圧は約8000Vであり、素子に印加する
電圧が2Vとすると、わずかに入射光の約1/600が変調を
受けるに過ぎない。
式は信号のS/Nが悪いという根本的な欠点がある。例え
ばGaAsの半波長電圧は約8000Vであり、素子に印加する
電圧が2Vとすると、わずかに入射光の約1/600が変調を
受けるに過ぎない。
〈発明の目的〉 この発明は上記の課題を解決するためになされたもの
で、S/Nを改善した光サンプリング装置を実現すること
を目的とする。
で、S/Nを改善した光サンプリング装置を実現すること
を目的とする。
〈課題を解決する為の手段〉 本発明に係る光サンプリング装置は被測定回路を駆動
する駆動回路と、この駆動回路の出力信号に対し位相を
順次ずらして光パルスを出力する光パルス発生手段と、
前記被測定回路の電界内に配置され電界強度に対応する
吸収率で前記光パルス発生手段の出力光を吸収する半導
体材料と、この半導体材料を透過または反射した光を検
出する受光素子と、この受光素子の出力変化量から前記
電界強度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とす
る。
する駆動回路と、この駆動回路の出力信号に対し位相を
順次ずらして光パルスを出力する光パルス発生手段と、
前記被測定回路の電界内に配置され電界強度に対応する
吸収率で前記光パルス発生手段の出力光を吸収する半導
体材料と、この半導体材料を透過または反射した光を検
出する受光素子と、この受光素子の出力変化量から前記
電界強度を演算する演算手段とを備えたことを特徴とす
る。
〈作用〉 パルス光源から出力されたパルス光は半導体材料内の
電界強度に応じて吸収された後光受光素子で検出され、
演算手段において光受光素子の検出出力に基づいて電界
強度が演算される。
電界強度に応じて吸収された後光受光素子で検出され、
演算手段において光受光素子の検出出力に基づいて電界
強度が演算される。
〈実施例〉 第１図に本発明に係る光サンプリング装置の一実施例
を示す。第４図と同じ部分は同一の記号を付してある。
第１図において、21はパルス光源１の出力光の方向を変
えるミラー、22はミラー21の反射光を入射するハーフミ
ラー、23はハーフミラー22を透過した光をその一方の面
から入射する半導体材料でバルクの化合物半導体混晶
（例えばGaInAsP,GaAlAs）や半導体の超格子（例えばGa
InAsP/InP）等を用いたもの、24は受光素子５の出力に
基づいて電界強度を演算するとともにその結果を表示す
る演算表示回路である。半導体材料23の他方の面は反射
面となっている。また半導体材料23は被測定回路の発生
する電界が内部に達する程度の距離に配置されている。
を示す。第４図と同じ部分は同一の記号を付してある。
第１図において、21はパルス光源１の出力光の方向を変
えるミラー、22はミラー21の反射光を入射するハーフミ
ラー、23はハーフミラー22を透過した光をその一方の面
から入射する半導体材料でバルクの化合物半導体混晶
（例えばGaInAsP,GaAlAs）や半導体の超格子（例えばGa
InAsP/InP）等を用いたもの、24は受光素子５の出力に
基づいて電界強度を演算するとともにその結果を表示す
る演算表示回路である。半導体材料23の他方の面は反射
面となっている。また半導体材料23は被測定回路の発生
する電界が内部に達する程度の距離に配置されている。
次に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ハーフミラー22を通過し半導体材
料23の一方の面から入射し、他方の面で反射する。半導
体材料23の内部は被測定回路が発生する電界10により、
光吸収率が変化するから、反射光は電界強度に応じた変
調を受けることになる。この反射光はハーフミラー22で
反射され、受光素子５に入射する。演算表示回路24は受
光素子５の電気出力に基づいて吸収率の変化から電界強
度を演算する。
出射された光パルスはハーフミラー22を通過し半導体材
料23の一方の面から入射し、他方の面で反射する。半導
体材料23の内部は被測定回路が発生する電界10により、
光吸収率が変化するから、反射光は電界強度に応じた変
調を受けることになる。この反射光はハーフミラー22で
反射され、受光素子５に入射する。演算表示回路24は受
光素子５の電気出力に基づいて吸収率の変化から電界強
度を演算する。
第２図は半導体材料23の光吸収率の波長特性を電界印
加時と不印加時について示す特性曲線である。この効果
はフランツ・ケルディッシュ効果として知られている
が、特に超格子ではフランツ・ケルディッシュ効果の他
にシュタルク効果によって吸収率が変化する。この効果
は大きく、バルク材料では0.1％、超格子では１％程度
あり、ポッケル効果等の電気光学効果の0.01％に比べる
と、１桁から２桁大きい。また第１図のパルス光源１と
しては、第２図における吸収率変化（矢印）が大きい波
長を有するレーザ光源等を用いることが好ましい。
加時と不印加時について示す特性曲線である。この効果
はフランツ・ケルディッシュ効果として知られている
が、特に超格子ではフランツ・ケルディッシュ効果の他
にシュタルク効果によって吸収率が変化する。この効果
は大きく、バルク材料では0.1％、超格子では１％程度
あり、ポッケル効果等の電気光学効果の0.01％に比べる
と、１桁から２桁大きい。また第１図のパルス光源１と
しては、第２図における吸収率変化（矢印）が大きい波
長を有するレーザ光源等を用いることが好ましい。
このような構成の光サンプリング装置によれば、半導
体の電界による吸収スペクトルの変化を検出しているの
で、電気光学効果による方式よりも、検出される信号の
S/Nが１〜２桁向上する。
体の電界による吸収スペクトルの変化を検出しているの
で、電気光学効果による方式よりも、検出される信号の
S/Nが１〜２桁向上する。
なお上記の実施例では半導体材料23を用いて被測定回
路からの漏れ電界を測定したが、被測定回路がGaAsやIn
P等電気光学効果を持つ材料で作られている場合は被測
定回路に直接光を通して測定してもよい。
路からの漏れ電界を測定したが、被測定回路がGaAsやIn
P等電気光学効果を持つ材料で作られている場合は被測
定回路に直接光を通して測定してもよい。
また半導体材料や被測定回路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。
代りに透過光を検出してもよい。
また広帯域のパルス光を、フィルタを通すことにより
特定波長に制限してもよい。
特定波長に制限してもよい。
〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、S/Nを改善した光
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。
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】 第１図は本発明に係る光サンプリング装置の一実施例を
示す構成図、第２図は半導体材料の光吸収率の波長特性
を示す図、第３図はサンプリング技術の原理図、第４図
は光サンプリング装置の従来例を示す構成図、第５図は
第４図装置の変形例を示す部分構成図である。 １…光パルス発生手段、５…受光素子、７…駆動回路、
８…Siウェハ、10…電界、23…半導体材料、24…演算手
段、91,92…電極。
示す構成図、第２図は半導体材料の光吸収率の波長特性
を示す図、第３図はサンプリング技術の原理図、第４図
は光サンプリング装置の従来例を示す構成図、第５図は
第４図装置の変形例を示す部分構成図である。 １…光パルス発生手段、５…受光素子、７…駆動回路、
８…Siウェハ、10…電界、23…半導体材料、24…演算手
段、91,92…電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−154875（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−6465（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−156166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−261725（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−98973（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−134576（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 31/28 - 31/3193
Claims (1)
- 【請求項１】被測定回路を駆動する駆動回路と、 この駆動回路の出力信号に対し位相を順次ずらして光パ
ルスを出力する光パルス発生手段と、 前記被測定回路の電界内に配置され、電界強度に対応す
る吸収率で前記光パルス発生手段の出力光を吸収する半
導体材料と、 この半導体材料を透過または反射した光を検出する受光
素子と、 この受光素子の出力変化量から前記電界強度を演算する
演算手段とを備えたことを特徴とする光サンプリング装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2259608A JP2893908B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 光サンプリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2259608A JP2893908B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 光サンプリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04136768A JPH04136768A (ja) | 1992-05-11 |
| JP2893908B2 true JP2893908B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=17336453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2259608A Expired - Fee Related JP2893908B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 光サンプリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2893908B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP2259608A patent/JP2893908B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04136768A (ja) | 1992-05-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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