JPH01190013A

JPH01190013A - 高周波信号発生装置

Info

Publication number: JPH01190013A
Application number: JP1427388A
Authority: JP
Inventors: Haruo Yoshikiyo; 吉清　治夫; Shingo Uehara; 上原　信吾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1989-07-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、超広帯域な高周波信号を発生することができ
る高周波信号発生装置に関するものである。

［従来の技術］従来、電子デバイスやマイクロストリップ線路、実装部
品などの周波数応答性を低周波から１００ＧＨｚ程度以
上に及ぶまで得ようとすると、その対象周波数範囲が広
いため、掃引発振器の発振周波数範囲の問題や、接続部
における大きな減衰や反射等の問題により、周波数特性
を一度の構成で精度良く測定する良い方法がなかった。

［発明が解決しようとする課題］このような困難性に対しては、まず、接続部の広帯域化
を図ることが考えられるが、コネクタを介する場合には
、その帯域制限がある。現在、広帯域なコネクタでは４
０〜５０ＧＨｚが限度と考えられる。また、信号源にし
ても、単一で低周波から１００ＧＨｚ程度を越えるよう
な発振器は見当たらない、などの解決すべき課題があっ
た。

本発明は、上記課題を解決するために創案されたもので
、単一の装置で低周波から１００ＧＨｚ以上にわたり広
帯域に信号を発生することができ、かつその発生信号を
コネクタを通さず直接利用し易いように配置することが
できる高周波信号発生装置を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するための本発明の高周波信号発生装置
の構成は、第１の光源と第２の光源を有し、かつ、該第１の光源と第２の光源の発振波長の差を変化
させ得る制御装置を有し、前記第１の光源および第２の光源の出力を光カプラを介
して合波し、該光カプラの合波出力を誘電体基板表面に対向して形成
した二つの電極と光導電性物質で形成した該二つの電極
のギャップ部分とから成るストリップ線路上に照射し、該電極間ギャップ部分で誘起する前記第１の光源と第２
の光源の発振波のヘテロダイン検波によるビート信号を
前記ストリップ線路から出力信号として得ることを特徴
とする。

［作用］本発明は、ストリップ線上に形成したギャップ部分で超
高速な光導電性スイッチを構成し、このスイッチにおい
て可干渉性の第１の光源の光波と第２の光源の光波との
合波のビート信号を出力信号として得る。上記光源の波
長差を変化させることにより、ビート信号は低周波から
１００ＧＨ２以上の出力信号となる。また、この出力信
号の発生源としては微小なストリップ線路とすることに
より、この発生信号を利用する例えば微小な超高速デバ
イス等の被測定対象物の近傍への配置を可能にし、減衰
のない利用を可能とする。

［実施例コ本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

ｌおよび２はその発振角周波数が、各々ω１．ω、。

（ω、−ω１＝Δω）で、発振波の電界強度が各々Ｅ、
、Ｅ、のレーザダイオード光源である。光源１および光
源２の発振波長を高安定性化するため、ペルチェ素子お
よび制御電源から成る温度制御装置３および４を設けで
ある。さらに、前記温度制御装置３．４の少な（とも一
方によりレーザダイオードの温度を変化させることによ
って、光源ｌおよび２の相対的な発振波長差を掃引させ
るように前記温度制御装置３，４を設定する。なお、発
振波長を変化させる方法として、レーザダイオードのバ
イアス電流を制御する手法を用いてもよい。

光源ｌおよび２の出力は単一モード光ファイバ５を介し
て光カプラ６に入力する。光カプラ６では光源ｌの光波
と光源２の光波とが合波される。また、必要に応じて上
記合波の一部を一定の割合に分岐し、一方の出力を入力
側と同じ単一モード光ファイバ５および収束用の光学系
７を介し光ビームスポットＢとして光導電性スイッチ（
以下光スィッチと記す）８に導く。また、他の出力は整
合終端（ターミネーション）するかモニタ出力として利
用する。ここで、単一モード光ファイバを用いずに、空
間伝搬させても原理的には問題ないが、各光学要素への
入出力が光モード整合のために繁一雑になる。光スィッチ８において照射された光波は吸収
されると同時にヘテロダイン検波され、光励起キャリヤ
に変換される。この場合、検波部即ち光スィッチ８にお
ける光源１．２の発振波の偏波面を一致させ干渉効果を
最大限に高めるため、光ファイバ５は偏波面を保持する
単一モードファイバを用いる。あるいは、光ファイバ５
は通常の単一モードファイバを用いるが偏波面を合わせ
るための光偏波面制御器（図示せず）を光ファイバ５の
経路の途中に挿入する方式としてもよい。

光スィッチ８における検波後の電力１は、Δωの交流成
分のみを有し、光波電界Ｅ　１．　Ｅ　ｔの偏波面間の
角度φとすれば、次式で表せる。（文献［１］Ｓ、Ｋａ
ｗａｎｉｓｈｉ　ａｎｄ　Ｍ、Ｓａｒｕｗａｔａｒｉ：
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、。

ｖｏｌ、２２（１９８６）ｐｐ、３３７−３３８．）■
（Δω）　＝　Ｅ＋　”　＋　Ｅｔ　”　＋　２ｃｏｓ
φＥ＋ＥｔＣＯ８（Δωｔ）−（１）これにより、光源
１．２の発振波長を制御し変化させれば、この検波部は
、ビート周波数ｆ、（＝Δω／２π）で、振幅がＥ、Ｅ
、に比例した可変周波数の正弦波信号を発生することが
分かる。即ち、戸９光スィッチ８は、局所的な高周波信号発生源となる。前
記文献［１］によれば、１．３μｍ帯のＤＦ’Ｂレーザ
（分布帰還形レーザ）において、温度制御法で一１２Ｇ
Ｈｚ／℃の変化を実現できる。

第２図（ａ）、（ｂ）は、本発明の主要構成要素である
光スィッチ８の構造例を示したものである。本光スィッ
チの構造、特性については、文献［２］　、Ｃ，Ｈ，Ｌ
ｅｅ　編：Ｐｉｃｏｇｅｃｏｎｄ　０ｐｔｏｅｌｃｔｒ
ｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅｓ、Ａｃａｄｅｎ＋ｉｃ　Ｐｒｅ
ｓｓ（１９８４）ｐｐ、７３−１１７に詳しく論じられ
ている。第２図（ａ）において、９は誘電体基板で、１
０．２は上部電極、１２は下部電極である。対向する上
部電極１０とｌｌの間はギャップ１３が設けられている
。１３は誘電体基板９の表面部における光導電性のギャ
ップであり、光ビームＢの照射により、ギャップ１３は
そこにおけるキャリアの生成によって電気的に短絡され
る。したがって、以後ギャップ１３の形態の光スィッチ
をギャップ形光スイッチと呼ぶ。第２図（ａ）の構造に
おいて、上部電極ｔｏ、ｔｔ。

誘電体９１Ｌ、下部電極１２とによりストリップ線路が
形成されており、その結果キャリアにより誘起された電
磁波はストリップ線路中へ伝搬する。

ここで、誘電体基板９としては、サファイア上にシリコ
ン薄膜を形成した基板（ＳＯ９）とし、ギャップ１３の
部分は、その表面を酸素イオン・インプランテーション
によりダメージを与える処理をしたものである。これに
より、光励起されたキャリアのライフタイムはサブピコ
セカンドと短かく、高速応答性が得られる。あるいは、
前記ギャップ１３の部分を含む表面をアモルファス・シ
リコンとしたものも適す。この他、誘電体基板９にガリ
ウム砒素基板、鉄元素をドープしたインジウム燐基板等
の化合物半導体を用いた基板、Ｐ形ゲルマニウムの多結
晶等を用いた基板も適する。

第２図（ｂ）は前記ギャップ形光スイッチの池の形態を
示したものである。９，１０，１１．１２は第２図（ａ
）と同様の要素から成る導波部を形成しているが、１４
は第２図（＆）のギャップ形光スイッチ１３とは異なる
材質からなるギャップ形光スイッチである。即ち、導波
部とは別個に光導電性スイッチを製作し、被測定物に近
い所望の場所に設置している。この形態は測定対象物の
範囲を広げるとともに、最適な光スィッチを選択して用
いることができる利点もある。

第３図（ａ）、（ｂ）は、第２図と異なる構成のギャッ
プ形光スイッチであり、その特徴は、光スイツチ部とし
てコーブレナ形のストリップ線路の電極１５間のギャッ
プを利用している点であり、光ビームスポットＢをスト
リップ線路に沿って移動させることにより、この光スイ
ツチ部は、連続的に移動可能な点である。即ち、ストリ
ップ線路単体の特性が評価できる等の利点がある。この
。

スライド式”スイッチの構成は、文献［３］　Ｍ、Ｂ、
Ｋｅｔｃｈｅｎ他、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、
ｖｏｌ、４８（１９８６）ｐｐ、７５１−７５３．およ
び文献［４］　１１．Ｊ、Ｇａｌｌａ−ｇｈｅｒ他、Ａ
ｐｐｔ、ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　、Ｙｏｌ、５０（１９
ｇ？）ｐｐ、３５０−３５２．に記述されている。

以上の実施例の信号発生装置の適用例について述べる。

最初にも述べたように、本発明は、低周波から１００Ｇ
Ｈｚ以上にもわたる超広帯域信号発生システムであり、
被測定対象は超広帯域なストリップ線路そのものや、超
高速デバイス、実装部品などである。第４図はそれら被
測定物１６を接続し、その透過特性を測定するために高
速信号波形測定に用いられる光サンプリング検出系を適
用した測定系の例である。１．２の光源、６の光カプラ
、８の光スィッチは、第１図、第２図と同じ機能、構造
を有するものである。光スィッチ８に続くストリップ線
路１１の途中一部分を切断した構造にし、その間に被測
定物１６としてデバイスを短かいワイヤーボンドや、フ
リップ・チップボンドにより接続し、ストリップ線路１
１の他端は電気的に整合終端（ターミネーション）ｌｌ
ａとしてお（。被測定物１６を透過した後の位置で前記
ターミネーションｌｌａの直前に、光スィッチ８と同様
な信号検出用のギャップ形光スイッチ１７を、ストリッ
プ線路１１とは直角方向に形成する。光スィッチ１７で
は、検出用光源１９からの極めて短時間幅の光パルスＢ
′が照射され、極めて短時間のスイッチ機能によってス
トリップ線路１１を伝搬してくる信号をサンプリングす
る。

この場合、光源１９は、基準信号発生器１８を介して光
源１．２と同期関係にある。光源１９としては、例えば
、モード・ロックされ、かつ、パルス圧縮させたダイレ
ーザが使われる。短パルス化されたレーザダイオード光
源も光スィッチがその波長に高感度な場合、コンパクト
であり、好適である。サンプリング信号は、電極２０を
介して外部に導かれ、信号処理系２１により処理され、
表示系２２に表示される。このようにして得られるのは
、前記ビート周波数ｆ、の正弦波信号波形であり、この
波形の相対振幅をビート周波数ｆ、に対してトレースす
ることにより、被測定物の周波数特性を得ることができ
る。信号処理系２１の同期や平均化処理用には、必要に
応じて光チヨツパ−２３を利用する。第４図におけるギ
ャップ形光スイッチ８としては、第５図のように第３図
（ａ）で示したコーブレナ形のスライド式スイッチ（第
３図（ｂ）も同様）を用いるもの有効である。

第６図は、他の適用例の図である。この適用例は、被測
定物２４として分周器等のような処理機能を持ったデバ
イスを対象とした応用であり、被測定物２４の出力周波
数が、４０〜５０ＧＨｚ以下の領域になる場合である。

この場合には、出力端に広帯域なコネクタ２５を用いる
ことができ、それを通して外部に処理信号を取り出して
も良い。

上記いずれの適用例においても、信号発生源が微小なス
トリップ線路で形成されるため、被測定物に対し、超広
帯域な信号発生源を減衰させることなく、コネクタを介
さずに直近で利用していることが特徴になっている。

以上に述べたように、本実施例は、コネクタなど接続部
等での高周波信号の減衰の防止という課題に対して、そ
の発生源をストリップ線路という微小な形態にすること
により、コネクタ等を介せず被測定物の近傍に信号発生
源を設置可能にし対応する。また、低周波から１００Ｇ
Ｈｚ程度を越えるまでの広帯域な発振を単一の信号発生
源で行うという課題に対しては、２つの光波を合波した
光周波数のヘテロダイン検波による差周波信号（ビート
信号）を利用する考え方を取り、具体的には、その検波
機能を極めて高速な光導電性のギャップ・スイッチの機
能をもつ検出部で行わせることにより、極めて広帯域−
な可変信号発生装置を実現している。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
その主旨に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取
り得るものである。

［発明の効果］以上説明したように、本発明は、可干渉性の光波ビート
信号を、超高速な光導電性ギヤツブ形スイッチにおいて
発生させ、かつ、波長を変化させろことによって、従来
得られなかった低周波から１００ＧＨｚを越える高周波
までの超広帯域な信号発生源を提供できる装置である。

さらに、その発生源は、微小なストリップ線路の一端に
局所的に配置することができ、したがって、微小な超高
速デバイスや実装部品等の被測定物の近傍に信号発生部
を配置することにより、その信号を直接減衰させること
な（利用できる利点とともに、被測定対象物の周波数特
性を、従来測定できなかったか、若しくは、種々の測定
法を組合せなくては測定できなかった極めて広い帯域に
わたって一度に精密に評価することができる利点がある
。また、新しい未知の材料、例えば、酸化物超伝導材料
等の表面抵抗の周波数特性を精密に測定し、その物性を
明らかにする一手法として極めて有効である。

この測定の場合、損失が小さいため、１００Ｇ８２以上
の周波数の信号を要するが、他の信号源ではこのような
広帯域な可変信号源は得られない、など、本発明の効果
は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す構成図、第２図（ａ）
、（ｂ）は本発明の主要構成部品である光スィッチの構
成を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）はギャップ形光スイ
ッチの他の構成を示す図、第４図は本発明の実施例の適
用例を示す図、第５図は第４図におけるギャップ形光ス
イッチの他の構成を示す図、第６図は他の適用例を示す
図である。１．２・・・光源、５・・・単一モード光ファイバ、６
・・・光カプラ、　７・・・光学系、　８．１３，１４
゜１７・・・ギャップ形光スイッチ（ギャップ）、９・
・・誘電体基板、１０，１１，１２，１５．２０・・・
電極、１６．２４・・・被測定物。（Ｇ）　　　　　　　　　（ｂ）第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の光源と第２の光源を有し、かつ、該第１の光源と第２の光源の発振波長の差を変化
させ得る制御装置を有し、前記第１の光源および第２の光源の出力を光カプラを介
して合波し、該光カプラの合波出力を誘電体基板表面に対向して形成
した二つの電極と光導電性物質で形成した該二つの電極
のギャップ部分とから成るストリップ線路上に照射し、該電極間ギャップ部分で誘起する前記第１の光源と第２
の光源の発振波のヘテロダイン検波によるビート信号を
前記ストリップ線路から出力信号として得ることを特徴
とする高周波信号発生装置。