JPH01320473A - 電気光学効果素子及びそれを用いた電気信号波形測定装置 - Google Patents

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〕 この発明は、外部光変調器の１つとして知られる電気光
学効果素子を改良し、この素子の高速応答特性とパルス
幅がピコ秒より短い極短光パルスを得る技術を用いて光
によって電気信号の測定を行うＥ１０サンプリング法に
関するものである。

特に制御用電極を有する電気光学効果素子を提供し、こ
の素子を用いることによって高精度（高確度）で電気信
号波形が観測できる電気信号波形測定装置を提供するも
のである。

〔従来の技術〕

電子デバイスの高速化の進歩は目覚しいが、例えば、化
合物半導体へテロ接合を利用したＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ
ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）では、室温でのスイッチング速度が２．５　ｐｓ
ｅｃの域までに達している。これらの超高速と呼ばれる
デバイスの速度評価には、一般に電子式のサンプリング
オシロスコープが考えられるが、この装置の速度はサン
プリングヘッド内の半導体素子のスイッチング速度で限
定されてしまい、当然のことながら超高速デバイスの測
定には性能不足である。最近では、ジョセフソン接合デ
バイスを利用したサンプリングヘッドを採用することに
よって時間分解能を上げる試みもなされているが（例え
ば、中西ほか、昭６２電子情報通信学会全国大会２６６
）、これについては特別なりライオ技術（低温技術）を
必要とするため装置の複雑さはまぬがれない。

従って、現状では、これら超高速デバイスを数１０個の
オーダーで接続し、例えば、その代表的なものとしてリ
ングオシレータを構成して、その発振周波数から個々の
デバイスのスイッチング速度を算出する方法が多く行な
われている（例えば、森塚ほか、昭６１春季応物全国大
会３Ｐ−Ｔ−８）　。

しかし、この方法は、あくまでも多数個のデバイスの平
均的な特性を知ることであって、個々のデバイスの特性
、例えば、ある特定素子の立上がり波形の観測を行うこ
とば出来ない。

これらに代る方法としてＥ１０サンプリング法が行なわ
れている。この光を利用したＥ１０サンプリングの技術
は、１９６８年に、Ｇｕｎｎによって基本特許が出願さ
れている（Ｕ、Ｓ、Ｐａｔ、３，６１４．４５１）　、
この特許によれば、進行波電気光学光変調器と゛極短パ
ルス光を用いて電気信号の測定ができることが開示され
ている−０特に、電気信号の進行方向と光パルスの進行
方向とを傾けて、被測定電気信号の位相速度と電気信号
の進行方向における光パルスの群速度とが等しくなるよ
うにし、これにより、時間分解能を向上させることが示
されている。

しかし、この開示された技術によっても、レーザ光源の
出力レベルの変動、電気光学効果素子の温度ドリフト等
についての対策が全くとられていないので　Ｅ１０サン
プリングの精度が得られず、かつ、安定な測定もできな
い、その後、極短光パルスの開発が進むと共にこのＥ１
０サンプリング法は、改めて、高時間分解能をもつ波形
観測方法として注目をあびＭｏｕｒｏｕやＶａｌｄｍａ
ｎｉｓによって進行波形の（Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−ｗａ
ｖｅ−ｔｙｐｅ　；　Ｔ　Ｗ　）ポッケルスセルを用い
た方法（特表昭５９−５００１８６　ｉ特公昭６０−２
５３８７８　；　　Ｕ、Ｓ　Ｐａｔ、　４，４４６．４
２５　；　　１１．ｓ　Ｐａｔ。

４．６０３，２９３）が公表されている。

［発明が解決しようとする課題〕 この発明は、従来知られている電気光学効果素子（とき
にポッケルスセルと呼ばれる）を用いたＥ１０サンプリ
ングシステムのもっていた次の諸点を解決しようとする
ものである。

（１）電気光学効果素子の素材となる結晶の品質は理想
的なものが得られていない。

（２）電気光学効果素子を加工する際、光の入射面の状
態が理想的に仕上げられにくい。

（３）　　レーザパワー出力特性の変化（ドリフト）が
避けられない。

（４）電気光学効果素子、検光子、受光素子によって光
学系を構成したときに、完全な線形特性が得られない。

（５）光学系全体や光検出器の温度ドリフトが避けられ
ない。

（６）　　システム全体の中で、電気光学効果素子の動
作点を設定するための作業と、加えて、特に静的複屈折
を補償するためのコンペンセータ（補償器）の微調整が
困難である。

（７）　　サンプリング時間が１波形観測に約１０分を
要するほど長かったので、その間のドリフトは不可避で
ある。

（８）上記問題点（１）〜（６）は、結局Ｅ１０サンプ
リングのサンプリング精度の低下をもたらす。

（９）上記問題点（５）〜（７）は、測定を不安定なも
のとする。

０ω　たとえば、光源であるレーザを他のものに置き換
えたときに、サンプリングレベルの校正をする必要があ
る。

上記の課題のすべてを解決するのが、本発明の目的であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、３つの電極をもつ電気光学効果素子を採
用する。

第１の電極は、電気光学効果をもつ素材で作られた基板
の一方の面に作られ、共通電極または接地電極の機能を
もたしめることができる。

第２の電極は、該基板の他方の面に作られ第１の電極と
対をなして、両電極間に加えられる高周波電圧を伝播し
、該基板に該高周波電圧によって高周波電磁界を形成す
る。

第３の電極は、該第２の電極とは少し間隔を置いて、そ
れと並んで設けられ、第１の電極と対をなして両電極間
に加えられる別の電界（必ずしも高周波に限定されず、
低周波のときもまた直流のときもある）によって第２の
電極が作るものとは別の電界を該基板に形成する。これ
ら二つの対が形成する電界の影響を受けて偏光するよう
に（電気光学効果を受けるように）、該基板内に光を通
過させる。この発明では、該電気光学効果素子を採用す
るために以下の回路方式を用いる。

光が、該基板内を通過したとき、第２の電極に加えられ
た電圧により偏光されたときの検出電気信号のレベルと
、第２および第３の電極に電圧を印加しない、即ち偏光
されないときに検出された電気信号のレベルとの差を検
出して増幅し、そして、その結果をもとに、第２の電極
で偏光された偏光分を打ち消すに相当する電圧を第３の
電極に加える。このようなフィードバックループ（閉ル
ープ）を形成することにより、第３の電極に印加する電
圧を被測定電気信号の一部分として観測する。また、本
発明では、この閉ループ動作を達成するため、第２の電
極で偏光するタイミングに同期して第３の電極に電圧印
加するためと、同期検波回路方式を採用して検出感度を
向上するために被測定電気信号と第３の電極に加える電
圧とを断続させるチョッパを用意した。

〔第１実施例〕 第１図は、本発明の電気光学効果素子の第１の実施例を
示す、基板１はリチウムタンタレート、リチウムナイオ
ベート、ガリウムヒ素のような電気光学効果をもつ素材
であり、直方体状が作り易い。光の入射面と出射面は光
学的に研磨されている。基Ｆｉ、１の底面には第１の電
極２が真空蒸着、スパッタリング、無電、メツキ、厚膜
技術などで形成されている。基板１の上面にはホトリソ
グラフィ技術、リフトオフ技術などの微細加工技術を用
いて第２の電極３と第３の電極４とが並べて設けられて
いる。第２の電極３は第１の電極２とともに所望のイン
ピーダンスでＴＥＭ波を伝播する伝送線路を形成してい
るから、両電極間の基板内には、印加される高周波電圧
に対応した電界が形成される。第３の電極４もまた第１
の電極２との間で第２の電極３とは異なった電界を基板
内に形成する。第３の電極４は必ずしも伝送線路を形成
する必要はないが、第２の電極３が作る電界とは少し距
った位置にその電界を形成する。その様子を第２図に示
した。ここで電界方向は低電圧でも高い変調度が得られ
るように、例えば、−軸性の結晶ではＺ軸に平行となる
ようにする。光６は第３図の矢印の方向に基板１を通過
しつつ第２の電極３と第３の電極４の下のそれぞれの電
界によって電気光学効果による位相変調を受ける。ここ
で用いる光（進行方向をＸとする）は、基板に入射する
前に偏光子を通すことによって２つの偏光成分（ｙ成分
波、２成分波）の位相を揃え、すなわち直線偏光の状態
にしておく。また、その偏光規定面は基板結晶軸（Ｚ軸
）に対して４５°の角度で入射させる。今、光が第２の
電極３の下を通過した時に、この電極に印加された高周
波電圧による基板の複屈折効果によってｙ成分波と２成
分波の位相差θが生じ、光は直線偏光から楕円偏光の状
態に変調される。次に光が第３の電極４の下を通過する
ときは、第２の電極３の下を通過する時と同様に複屈折
効果を受けるが、今、第３の電極４に印加する電圧が第
２の電極３に印加した電圧と掻性が逆であれば、ｙ成分
波と２成分波の位相変化分θは小さい方向に修正される
。すなわち、元の直線偏光の状態方向に戻る（復調）。

ここで、それぞれの電極の下に生じた電界が中心軸５に
対して対称で電界の方向のみが逆であれば、完全に元の
直線偏光の状態に戻る。本発明は、このような方法で第
３の電極４を、第２の電極３で生じた光の位相変化を復
調するための制御電極として考えるものであり、次の方
法で測定が行なわれる。

第２の電極３に高周波電圧が印加された時でも基板から
出射される光の偏光状態をモニタし、第２の電極３に高
周波電圧が印加されていない時の状態に常に保つように
第３の電極４に既知の電圧を印加すれば、その既知の電
圧値が高周波信号の電圧とみなすことが出来る。

偏光状態のモニタは、光を検光子に通すことによってｙ
成分波、２成分波の位相差分を光強度の変化分に変換し
て取り出す。検光子にはダラムトムソンプリズムを利用
することが出来るが、ウォラストンプリズムを用いるこ
とによってその２つの出射光の差を取ることによって検
出感度を上げたり、また用いる光源の光強度の変動の影
響を軽減することが可能である。

高周波信号の一部の電圧を測定するために用いる光のパ
ルス幅Ｔ、は、高周波信号波形幅Ｔ、との間に　２Ｔ、
＜ＴＦ　　の条件を満たす必要があり、これが波形観測
の時間分解能を決定する。

第４図（ａ）は、第３の電極４に温度補償用電圧を印加
し、基板の温度ドリフトによる光の位相変化を補償した
例を示す。すなわち、基板の温度上昇にともなうｙ成分
波とＺ成分波の位相差θ、を第３の電極４に加える電圧
（例えば、ＤＣ電圧でも良い）でもって　０７＝０　の
状態にする。

第４図Ｃｂ）は、第３の電極４に動作点設定用電圧（例
えば、ＤＣ電圧でも良い）を印加することによって、電
気光学効果の最も効率の良い動作点を選ぶ例を示したも
のである。

以下、動作点設定の簡単な説明を行う。

検光子からの出力光■は、電気光学効果素子への入射光
強度を１６とし、ｙ成分波、２成分波の２つの偏光成分
の位相差をθとすると、１＝　　（Ｉ　ｏ　／２）　（
１＋　ｃｏｓθ）で表すことができる。

この式かられかるように第２の電極３に高周波電圧が印
加されていない時に、第３の電極４に電圧を加え、すな
わちｙ成分波と２成分波の位相差θを変えて出射光が（
１，／２）の状態にしておけば、次に第２の電極３に被
測定電圧が印加された時に最も出力感度が大きく、かつ
電圧に対してリニアな出射光を得ることが可能である。

〔第２実施例〕 第５図は本発明の電気光学効果素子の第２の実施例を示
し、第１の実施例で述べた第３の電極４が複数の群とな
っている例である。すなわち、本実施例では第３の電極
が光の復調を行うことによって第２の電極２３に印加さ
れた高周波電圧の一部をモニタする機能を司さどる復調
用電極２４と、温度ドリフトの補償や動作点の最適設定
を司さどる制御用電極２５の２つの電極から構成されて
いる。

ここで復調用電極２４は、この素子を動作させるための
電気回路系をシンプルにするために、第２の電極２３と
同じ電極幅にすることが望ましい。

一方、制御用電極２５は、その幅を、第２の電極２３の
それと関係なく設計できる自由度がある。これによって
半波長電圧の大きな結晶を本発明に用いることが可能と
なる。用いる結晶の半波長電圧が大きいと動作点の設定
に要する印加電圧が大きくなってしまうため高電圧を発
生する電源が必要となるなど現実的でなくなってしまう
。

制御用電極２５下の基板中を通過する光の位相変化は　
θ＝（２π／λ）ｒｌ　　で表わされる。

ここで、ｎは基板の屈折率、λは光の波長、２は電極幅
である。この式から電圧を印加してｎを変えることによ
ってθを制御する方法に代えて２の幅を大きく設計する
ことによってθを制御できることが分る。このことから
、この第２の実施例は、制御用電極２５０幅を広げるこ
とによって制御電極２５に印加する電圧を下げられるも
のであることを示す。

〔第３実施例〕 第６図は本発明の電気光学効果素子の第３の実施例（コ
プラナ形）を示す、基板３０はリチウムタンタレート、
リチウムナイオベート、ガリウムヒ素のような電気光学
効果をもつ素材からなり、光の入射面、出射面は光学的
に研磨されている。基板３０の上面には、第１のコプラ
ナ形導波線路３１が設けられており、下面には、第２の
コプラナ形導波線路３２が設けられており、これらの導
波線路は真空蒸着、スパッタリング、無電解メツキ、厚
膜技術などで形成され、ホトリソグラフィ技術、リフト
オフ技術などの微細加工技術を用いて、パターン化され
ている。

第７図は、基板３０内に形成された電界分布を示したも
のである。第１のコプラナ形導波線路３１の２つの導体
間には所望のインピーダンスでＴＥＭ波を伝播する伝送
線路を形成しであるから、両導体間表面近傍の基板内に
は印加される高周波電圧に対応した第１の電界３３が形
成される。第２のコプラナ形導波線路３２は必ずしも伝
送線路を形成する必要はないが、第１のコプラナ形導波
線路が作る電界とは隔って、すなわち基板の裏面近傍に
第２の電界３４を形成する。また同図中で示した矢印３
５は、結晶の２軸方向を示したものでコプラナを形成す
る２つの導体の中央付近の電界の方向と並行になってい
る。光３６は、第８図に示すように、それぞれのコプラ
ナ形導波線路を形成する２つの導体の間を通って基板に
入射または基板から出射される。第１の電界３３と第２
の電界３４の方向は逆方向となるような極性でそれぞれ
のコプラナ形導波線路に電圧が印加されるので、第１の
実施例の中で述べたように入射された光は、電気光学効
果によって変調と復調が行なわれ、一連の光学的および
電気的な信号処理が行なわれる。

この第３の実施例においても、温度ドリフトの補償をし
たり、動作点の最適設定を行うために第２のコプラナ形
導波線路に電圧（例えば、ＤＣ電圧でも良い）を印加す
れば良いことは第１の実施例で述べたように明らかであ
る。

〔第４実施例〕 第９図は本発明の電気光学効果を用いた電気信号波形測
定装置の一実施例を示すブロック図であり、第１０図は
各ブロックにおける電気信号波形のタイミングチャート
である。

４１は超短パルス光の光束を発生し、サンプリング用と
高周波電気信号発生用の同期した２つの光束を出射する
光源であり９例えば、Ａｒレーザで励起されたハイブリ
ッドモードロックダイレーザ又はＣＰＭレーザでパルス
繰り返し周波数８２　ＭＨｚ。

波長６１００人、パルス幅１　ｐｓ以下である。また、
この光源には、ＹＡＧ、チタンサアブアイア、アレキサ
ントライトなどの固体レーザや半導体レーザダイオード
からなる極短光源を用いても特に支障はない。

４２、４３．４４は、パルス光の光束の進む方向を変え
るミラーであり、 ４５は、ミラー４２．４３を経由してきた該電気信号発
生用のパルス光の光束を可変的に遅延させる光遅延装置
であり、例えばパルス光の光束を二往復の通路を与える
コーナリフレクタを用い、コーナリフレクタを光に平行
に移動させ、その移動量の２倍をもってパルス光の光束
の遅延量とするものであり、 ４６は、該光遅延装置によって遅延されたパルス光の光
束によってトリガ信号を発生する光導電素子と、該トリ
ガ信号に基づいて同期した被測定電気信号を発生する被
測定電気信号発生源であり、４８は、該サンプリング用
パルス光を該電気光学効果素子のＺ軸に対して４５°方
向に直線偏光させる偏光子であり、 ４９は、偏光子４８を通過したパルス光の光束をしぼり
、光束の径を狭くするためのレンズであり、４７は、第
２および第３の電極と、それらに相対する第１の電極を
備え、第２の電極に印加される被測定電気信号の一部分
を示す電圧によって、それを通過する前記サンプリング
用パルス光の光束に偏光の変化を生じさせ、第３の電極
に低周波電圧を印加して１第２の電極で偏光されたパル
ス光が第３の電極を通過するとき反対方向に偏光を生じ
させるための電気光学効果素子で例えば、リチウムタン
タレートあるいはリチウムナイオベートなどの光学結晶
であり、 ５０は、該電気光学効果素子を通過したパルス光の光束
を平行ビームにするためのレンズであり、５１は、該パ
ルス光の光束が電気光学効果素子を通過したとき生じる
静的複屈折を補償して該電気光学効果素子を用いたサン
プリング光学的動作点（バイアス）を設定するための補
償器であり、５２は、前記補償器５１＠通過したパルス
光、即ち楕円偏光の光束を該偏光子８による偏光方向と
直交する角度に直線偏光して１強度変調に変える検光子
であり、 ５３は、検光子５２を通過した強度変調を受けたパルス
光を電気信号に変えるフォトダイオードで成る光の検出
器であり、 ５４は、電気的なチョッパーであり、 ５４ａは基準となるチョッパ信号発生器であり。

その周波数は、検出系雑音が少ない周波数に設定し１本
装置では１ｋＨｚ〜数ＭＨｚの値をとり、５４ｂはチョ
ッパ信号発生器５４ａで発生した信号に同期して、該被
測定電気信号発生源４６で発生した高速被測定電気信号
を電気的に断続して、該電気光学効果素子４７の第２の
電極に送出するチョッパであり、 ５４ｃは第２の電極の電気信号によるそれとは反対方向
に偏光させるための低周波電気信号をチョッパ信号発生
器５４ａに同期して断続し、該電気光学効果素子４７の
第３の電極へ送出するチョッパであり、 ５５は、検出器５３で検出された強度変調を受けたとき
と、そうでないとき（無変調）の２つの情報を含んだ電
気信号が、前記チョッパ信号に同期時分割されており、
その検出信号を増巾処理し、更にそのチョッパ信号によ
り、変調された電気信号と無変調の電気信号とに分離す
る検出信号処理器であり、 ５６は、前記検出信号処理器５５からの２つの電気信号
をそれぞれ濾波する低域濾波器であり、５７は、前記低
域濾波器５６から送出された電気信号を受けてその信号
を増車、出力しまた前記電気信号のレベルが無いときの
出力レベルを、電気的に任意設定出来る入力端子を有し
、更に反転出力も可能な増幅器であり、 ５８は、該光遅延装置４５の所望の遅延量に相当する横
座標位置に前記増幅器５７の非反転出力を縦座標とする
表示器であり、 ５９は、前記増幅器５７の動作点設定用の可変抵抗器で
あり、 ６０は、非反転増幅器であり、 ６１は、マイクロストリップラインの電極であり６２は
、制御用電極であり。

６３は、前記電極光学効果素子４７上に形成された第１
の電極、即ち、グランド用電極であり、６４は、終端用
抵抗器である。

上述したような構成からなる本発明の一実施例の動作を
次に述べる。

光源４１で発生したサブピコ秒のパルス幅のパルス列の
超短パルス光は、光源内のビームスプリッタで高周波電
気信号発生用とサンプリング用の２つの光束に分は出射
され、前者はミラー４３に沿って、また、後者はミラー
４４に沿って伝播する。

前記ミラー４３を通過したパルス光の光束は光遅延装置
４５に導かれ、所望の遅延量に遅延され、該サンプリン
グ用パルス光に同期したパルス光を発生させる。更に被
測定電気信号発生装置の光導電素子、例えば、オースト
ンＳＷに導びかれ、その光導電素子により前記パルス光
に同期したトリガパルス列の高周波電気信号を発生する
。

このトリガ電気信号により該サンプリング用光パルスに
同期した被測定電気信号を発生させ、例えばトリガー信
号で被測定素子ＩＣあるいは高周波トランジスタ等を動
作させ、その出力信号をチョッパーを通過させて、第１
０図（ロ）の如き信号で断続させ、例えば第１０図（イ
）の如き断続したパルス列の高周波電気信号が、電気光
学効果素子の第２の電極６１、即ち第２の電極と第１の
電極６３で構成されるマイクロストリップライン（以下
、マイクロストリップラインと呼ぶ）に導かれ、終端用
抵抗６４で終端される。

一方、サンプリング用パルス光の光束は偏光子４Ｂとレ
ンズ４９を通過して、Ｚ軸に対して４５″の角度の直線
偏光となるよう偏光され、更に絞り込まれた光束がマイ
クロストリップラインで形成される高周波電界（以下、
高周波電界とよぶ）と、第３と第１の電極（以下、制御
用電極とよぶ）で形成される別の電界（以下、制御電界
とよぶ）を通過し、前記サンプリング用パルス光の光束
はこれら２つの違った電界と電気光学効果素子のもつ光
学的１次効果、即ちポッケルス効果により楕円偏光の光
束になる。

偏光を受けた前記パルス光の光束は、レンズ５０、補償
器５１と検光子５２を通過し、パルス光は強度変調光と
なり、検出器５３で電気信号に変換され、検出される。

ここで、サンプリング用パルス光は、高周波電界と制御
電界を通過し、マイクロストリップラインに印加された
電気信号の一部分は、低周波電気パルス列の信号に変換
、即ちサンプリングされた訳である。本装置では、検出
用フォトダイオードからの出力は、サンプリング用パル
ス光のパルス幅が非常に狭いためにパルス列としてでは
なく、それが積分された低周波直流信号として出力され
る。検出された電気信号、該マイクロストリップライン
の印加電圧および制御用電極の印加電圧をそれぞれＩ、
　Ｖ、、　Ｖ、とするとＩ　”＝Ｉｌ＋　　（１＋ｃｏ
ｓ（δ＋Ｘ　ＩＶ　Ｉ＋　　Ｘ　＋　Ｖ　ｚ）　）　−
−・−（１）ここで、δは光学的なバイアス量であり、
該電気光学効果素子４７の静的複屈折や補償器５１の位
相設定量により決り、Ｋ、、　Ｋ、は前記の電極の構造
、電気光学効果素子４７により決る係数である。

ＩＫはサンプリング用パルス光のパワーに比例する値で
ある。

電気光学効果を用いたサンプリングでは、検出感度を高
めるために補償器を用いてδを９０°（１／４λ）付近
に設定する。

検出器５３で検出された電気信号〔第１０図（ハ）〕は
検出信号処理器５５に導かれ、チョッパ信号〔第１０図
（Ｏ）〕により被測定素子の電気信号が「続」即ち、サ
ンプリング光の光束が変調された時（以−下、変調時と
いう）の検出信号と被測定素子の電気信号が「断」、即
ちサンプリング光の光束が変調されない時（以下、無変
調時という）の検出信号との２つの電気信号の差分が検
出される。この差分検出手段はチョップ信号により同期
検波を行って該差分を検出する。

この差分信号は低域濾波器５６でリップルのない電気信
号〔第１０図（＝）〕になり、この電気信号を増巾する
増幅器５７に導びかれ、その反転出力信号はチョッパ５
４ｃを、変調時のタフイミングで通過させ、その信号〔
第１０図（ネ）〕は、制御用電極６２に導かれて、本サ
ンプリング動作の閉ループを形成する。この閉ループ構
成により、サンプリング用パルス光は、該マイクロスト
リップラインの電極６１に印加された電圧による電界（
高周波電界）により偏光され、次に制御用電極による電
界（制御電界）により、前記偏光されたパルス光の偏光
が打消される方向に偏光され、閉ループ動作により最終
的には電気光学効果素子から出射されるパルス光の光束
は無偏光状態、すなわち、該検出器５３の出力電気信号
の変調時と無変調時のレベルが一致〔第１０図（ハ）−
点鎖線〕する。このとき、該増幅器５７の非反転出力レ
ベルが、被測定電気信号の一部分の電圧に等しくなる。

この電圧がサンプリング値である。

このことは、式（１）の右辺は １、ｃｏｓ（δ＋に、Ｖ、＋に２ν、）＝１．ｃｏｓ　
δ−−−−−−−（２）となり、Ｋ＋Ｖ＋＝　　ＫｔＶ
ｔ　　Ｌ＝Ｋｚを意味し、光学的に該マイクロストリッ
プラインの電極６１と制御用電極６２とに印加する２つ
の電圧の間には極性が反対であり、電圧の絶対量が同じ
である関係がある。

一般的に該マイクロストリップラインの電極６１と制御
用電極６２の構造を全く同じ形にしてに＋＝Ｋｚとする
ことは難しいので、増幅器の非反転出力を利得・減衰の
設定可能なリニア増巾器で出力電圧は、被測定電気信号
の一部分に等しくなるようにＫｚ／Ｋｌの量を較正して
表示器に出力すればよい。

一方、光遅延装置４５により、被測定電気信号発生用の
パルス光の光束を遅延させ、その遅延量に相当する横座
標位置に、前記増幅器の非反転出力を縦座標に連続的に
表示することにより、該電気光学効果素子に形成された
マイクロストリップラインの電極６１の電気信号波形を
ピコ秒以下の時間分解能で観測することが出来る。時間
分解能はサンプリン用パルス光のパルス中ばかりでなく
、マイクロストリップラインの高周波特性に制限される
ことはいうまでもない。

また、式（２）かられかるように光学的なバイアス量δ
が変動しても、電気信号波形は正確に測定することが出
来る。

〔発明の効果〕

本発明の電気光学効果素子は従来形のものと異なり、第
３の電極（又は第２のコプラナ形導波線路）を有してい
るため、第２の電極（又は第１のコプラナ形導波線路）
の高周波電界で変調された光を、第３の電極（又は第２
のコプラナ形導波線路）に印加した電圧で元の状態に復
調することが可能である。即ち、補償形の検出方式を採
ることができるので、測定系の精度（確度）を上げるこ
とが可能である。また、この第３の電極は、温度補償又
は動作点設定をするための制御電極としての機能を備え
ているため、本発明よりなる電気光学効果素子は温度ド
リフトの改善ができ、かつ、電気光学効果素子の動作点
の設定も容易に行うことが可能となる。更に、本発明よ
りなる電気光学効果素子を用いた電気信号の波形を測定
するための装置において、前記第２と第１の電極間に被
測定電気信号を、前記第３と第１の電極間に前記被測定
電気信号とは反対極性の電気信号を印加し、２つの電気
信号により、サンプリング光が電気光学効果素子を通過
したときに偏光が打消されるように、光学系と電気系と
で閉ループを構成し、第２と第３の電極間に印加された
電気信号を表示器上で測定するようにしたので、温度変
化による複屈折の変化や、補償器の調整の難しさ、検出
特性の非直線性、光源の変動等による電気信号の波形測
定への影響が少なくなり、精度の低下を自動的に補正す
ることが可能となり、電気信号波形の測定を安定に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気光学効果素子の第１の実施例、第
２図は基板内の電界分布、第３図は、光が基板内を通過
する状態、第４図は基板上に、温度補償又は動作点設定
のための制御用電極を設けた一実施例をそれぞれ示す図
面である。 第５図は本発明の電気光学効果素子の第２の実施例、第
６図は本発明の電気光学効果素子の第３の実施例、第７
図は基板内に形成される電界分布、第８図は基板内の光
の入出射方向をそれぞれ示す図面である。 第９図は本発明の電気光学効果を用いた電気信号波形測
定装置の一実施例を示すブロック図であリ、第１０図は
各ブロックにおける電気信号波形のタイミングチャート
である。 図において、１は基板、２は第２の電極、３は第３の電
極、４は第１の電極、３０は基板、３１は第１のコプラ
ナ形導波線路、３２は第２のコプラナ形導波線路、４１
は光源、４５は光遅延装置、４６は被測定電気信号発生
源、５３は検出器、５４はチョッパ、５５は検出信号処
理器、５６は低域濾波器、５７は増幅器をそれぞれ示す
。 特許出願人　　　アンリッ株式会社 代理人　　弁理士　　小泡　龍太部 第５図 第１図 第２図 第３図 、４） 第６図 第７図 第１０図 −−−はθレベル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気光学効果をもつ素材で成る基板と；該基板の一
   方の面に設けられた第１の電極と；該基板の他方の面に
   設けられ、該第１の電極とともにマイクロストリップラ
   インを構成し、該基板内の光の通過路に対して高周波電
   界を形成する第２の電極と；該基板の他方の面に該第２
   の電極と隔置され、該第１の電極とともに該基板内の光
   の通過路に対して該第２の電極が形成する高周波電界と
   は異なる電界を形成するための第３の電極とから成る電
   気光学効果素子。 ２）前記第３の電極は複数の極の群から成る電極である
   ことを特徴とする請求項１記載の電気光学効果素子。 ３）電気光学効果をもつ素材でなる基板と；該基板の一
   方の面に設けられ、該表面近傍に高周波電界を形成する
   第１のコプラナ形導波線路と；該基板の他方の面に設け
   られ、該第１のコプラナ形導波線路と基板を挟んで対向
   し、該表面近傍に第１のコプラナ形導波線路が形成する
   高周波電界とは異なる電界を形成するための第２のコプ
   ラナ形導波線路とから成るコプラナ形電気光学効果素子
   。 ４）第１および第２のパルス光の光束を出射する光源と
   、電気光学効果素子を用いた電気信号の波形を測定する
   ための装置において、 前記電気光学効果素子は第２および第３の電極と、それ
   らに相対する第１の電極を備え、該第２の電極に印加さ
   れる被測定波形の一部を示す電圧によって、それを通過
   する前記第１のパルス光の光束に偏光を生じさせるもの
   であり、 前記第２のパルス光の光束を所定時間だけ遅延させる遅
   延装置と、 該遅延装置によって遅延されたパルス光束によってトリ
   ガされ、測定すべき電気信号波形の一部分の電圧を前記
   電気光学効果素子に向けて出力する被測定電気信号発生
   源と、 前記被測定波形の一部を示す電圧によって偏光された前
   記第１のパルス光の光束を受けて電気信号に変換する検
   出器と、 前記電気光学効果素子の第２および第３の電極に印加さ
   れる電圧を同期して断続するチョッパと、該チョッパの
   断続に対応して、断のときに出力される無変調の電気信
   号出力と続のときに出力される変調された電気信号出力
   とのレベル差を出力する検出信号処理器と、 前記検出信号処理器からの電気信号を濾波する低域濾波
   器と、 前記低域濾波器を通過した二つの電気信号の差信号を得
   て、フィードバックループを形成するごとくに前記第３
   の電極に向けて、その反転信号を出力する差動増幅器と
   、 前記遅延装置の所望の遅延量に相当する横座標位置に前
   記差動増幅器の非反転出力を縦座標とする表示器とから
   成る電気信号波形測定装置。 ５）前記電気光学効果素子が請求項１、２または３記載
   の電気光学効果素子であることを特徴とする請求項４記
   載の電気信号波形測定装置。