JPH076770U - Optical sampling device - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。(57) [Summary]   Because it is an application before electronic filing There is no summary / selection drawing and applicant identification number.

Description

【考案の詳細な説明】 ＜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比が改善された光サンプリング装 置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a device for measuring a high-speed electric signal, and more particularly to an optical sampling device having an improved S / N ratio.

＜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２ 図にサンプリングオシロスコープの原理を示す。<Prior Art> Recent high-speed electronic devices are rapidly increasing in speed. For example, the switching time of a resonance tunnel diode is about several ps, and the direct modulation band of a semiconductor laser used for optical communication etc. has reached several GHz. A sampling oscilloscope is usually used to measure high-speed phenomena with such high-speed electronic devices. Figure 2 shows the principle of the sampling oscilloscope.

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１０ｐ ｓ程度であった。That is, for N consecutive signals under test as shown in (A), the gate timing is gradually shifted in order to extract a part of the repetitive waveform. Reproduce (B). In this technique, the sampling width is the resolution of the measurement result. The conventional sampling oscilloscope has a limit of about 7 ps in time resolution, and the optical oscilloscope that measures an optical pulse has about 10 ps.

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 リンク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。On the other hand, recent advances in optical technology have made it possible to generate femtosecond (10 ^-15 s) short optical pulses, so we attempted to measure electrical signals using these short optical pulses as sampling gate pulses. Is being actively done.

第３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 力光はミラー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、第２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５ の動作を測定することができる。変調周波数を光 パワーのゆらぎや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。 FIG. 3 shows the configuration of a measuring device using such light. This device utilizes the fact that the polarization plane of the return light changes depending on the magnitude of the electric field due to the electro-optic effect of the GaAs substrate. The output light of the pulse light source 1 passes through the mirrors 2 and 3 and the polarizer 4 and is focused on the measurement point of the circuit under test 5 by the lens (not shown). The circuit under test 5 is made of a material having an electro-optical effect such as GaAs or InP. When the circuit under test 5 is in an operating state, the electric field changes the plane of polarization of the illuminated light. That is, since the reflected return light has a polarization plane different from that of the incident light, it is separated by the polarizer 4 and its intensity is detected by the photodetector 6. The output of the drive circuit 7 that drives the circuit under test 5 is pulse-modulated by the pulse modulator 8, and the output of the photodetector 6 is synchronously detected by the lock-in amplifier 9. Here, both the modulation signal of the pulse modulator 8 and the reference signal of the lock-in amplifier 9 are supplied from the oscillator 10. The display device 11 displays the internal operating voltage waveform of the circuit under test 5 based on the output of the lock-in amplifier 9. The drive circuit 7 synchronizes the timing of the output light of the pulse light source 1 with the timing of driving the circuit under test 5, and shifts the phase slightly to process a high-speed phenomenon as a low-speed phenomenon. Therefore, the operation of the circuit under test 5 can be measured by the same principle as the sampling technique described in FIG. Noise can be reduced by selecting the modulation frequency to a frequency at which fluctuations in optical power and 1 / f noise are sufficiently small.

＜考案が解決すべき課題＞ しかしながら、上記のような光サンプリング装 置は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。<Problems to be solved by the invention> However, the optical sampling apparatus as described above pulse-modulates the drive signal to improve the S / N ratio and synchronously detects the photodetector output. It requires a lock-in amplifier and a lock-in amplifier, and has the drawback of being complicated and large in size. Another drawback is that the operating conditions of the circuit under test may differ from those in actual use due to modulation.

＜考案の目的＞ 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、Ｓ／Ｎ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。<Purpose of the Invention> The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to realize an optical sampling apparatus having a high S / N with a simple configuration.

＜課題を解決する為の手段＞ 本考案は光パルスの偏波面の状態を被測定回路 の動作電圧に応じて変化させ、この偏波面の変化 を検出して被測定回路の電圧波形を測定する光サ ンプリング装置に係るもので、その特徴とすると ころ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ーを安定 化する光パワー安定化手段と、この光パワー安定 化手段の出力光を入射して被測定回路の動作電圧 に対応する電界により偏波面を変化させる電気光 学素子と、この電気光学素子からの戻り光におけ る偏波面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点にある。<Means for solving the problems> The present invention changes the state of the polarization plane of the optical pulse according to the operating voltage of the circuit under test, and detects the change in the plane of polarization to measure the voltage waveform of the circuit under test. The present invention relates to an optical sampling device, which is characterized mainly by an optical pulse generating means for generating an optical pulse, an optical power stabilizing means for stabilizing the optical power of the output light of the optical pulse generating means, and an optical power stabilizing means. An electro-optical element that changes the plane of polarization by an electric field that corresponds to the operating voltage of the circuit under test upon incidence of the output light of the power stabilizer, and a change in the plane of polarization in the return light from this electro-optical element is detected. And a detection means for performing the measurement, and is configured to measure the voltage waveform of the circuit under measurement based on the output of the detection means.

＜作用＞ 光パワー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ーのノイズが低減されるので、 信号のＳ／Ｎ比が向上する。<Operation> Since the noise of the optical power output from the optical pulse generating means is reduced by the optical power stabilizing means, the S / N ratio of the signal is improved.

＜実施例＞ 第１図に本考案に係る光サンプリング装置の一 実施例を示す。第２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、１２はパルス光源 １から出力される光パルスの光パワーを安定化す る光パワー安定化手段（光パワースタビライザ） であり、その出力光がミラー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の出力が直接表示装置１１ に入力する。偏光子４および光検出器６は戻り光 における偏波面の変化を検出する検出手段を構成 する。<Embodiment> FIG. 1 shows an embodiment of an optical sampling apparatus according to the present invention. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same symbols. In FIG. 1, reference numeral 12 denotes an optical power stabilizing means (optical power stabilizer) for stabilizing the optical power of the optical pulse output from the pulse light source 1, the output light of which is transmitted through the mirrors 2 and 3 to the polarizer 4 Incident on. The drive circuit 7 directly drives the circuit under test 5, and the output of the photodetector 6 is directly input to the display device 11. The polarizer 4 and the photodetector 6 constitute a detecting means for detecting a change in the plane of polarization of the return light.

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ースタ ビライザ１２に入射し、そのピーク値が一定とな る。光パワースタビライザ１２の出力光パルスは ミラー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 通り回路パター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 イミング関係は第３図の場合と同様である。 Next, the operation of this embodiment will be described when the circuit under test 5 is a GaAs integrated circuit. The optical pulse emitted from the pulse light source 1 enters the optical power stabilizer 12 and its peak value becomes constant. The output light pulse of the optical power stabilizer 12 passes through the mirrors 2 and 3 and the polarizer 4 and is applied to the measurement point of the measured circuit 5. When the circuit under test 5 is in the operating state, the state of the plane of polarization of the emitted light changes due to the electro-optic effect. The reflected return light that has passed through the circuit board to be measured and is reflected on the back surface of the circuit pattern is converted by the polarizer 4 into a change in the polarization plane, and the photodetector 6 detects the intensity. That is, the output of the photodetector 6 changes according to the voltage change of the circuit under measurement 5. The output of the photodetector 6 is displayed on the display device 11, and as a result, the voltage waveform of the circuit under test 5 is measured by the sampling operation. The timing relationship for driving the pulse light source 1 and the circuit under test 5 by the drive circuit 7 is the same as that in the case of FIG.

このような構成の光サンプリング装置によれば、 光パワー安定化手段を用いているため、光パワー ゆらぎやパルスレーザ光源の１／ｆノイズ等から なる光パワーのノイズが低減されるため、信号の Ｓ／Ｎ比が向上する。 According to the optical sampling apparatus having such a configuration, since the optical power stabilizing means is used, optical power noise such as optical power fluctuation and 1 / f noise of the pulse laser light source is reduced, so that the signal The S / N ratio is improved.

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。 Moreover, since the pulse modulator and the lock-in amplifier are not required, the structure is simplified.

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。 Since the drive signal is not pulse-modulated, measurement can be performed in the actual operating condition of the circuit under test.

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。 The above embodiment can be applied to a circuit under measurement using an electro-optical material other than GaAs such as InP.

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、電気光学効果を持つ材料を被測定回路 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。 If the circuit under test is a material that does not have an electro-optical effect, such as Si, place the material with an electro-optical effect near the circuit under test without directly irradiating the substrate with light. And the leak electric field may be measured.

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。 Further, transmitted light may be detected instead of the reflected return light from the circuit under measurement.

＜考案の効果＞ 以上述べたように本考案によれば、Ｓ／Ｎ比の 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。<Advantages of Device> As described above, according to the present invention, an optical sampling device having a high S / N ratio can be realized with a simple configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は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、第２図はサンプリ ング技術の原理図、第３図は従来の光サンプリン グ装置の構成ブロック図である。 １…光パルス発生手段、４…偏光子、５…被測 定回路、６…光検出器、１２…光パワー安定化手 段。 FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of an optical sampling device according to the present invention, FIG. 2 is a principle diagram of the sampling technique, and FIG. 3 is a configuration block diagram of a conventional optical sampling device. 1 ... Optical pulse generating means, 4 ... Polarizer, 5 ... Circuit to be measured, 6 ... Photodetector, 12 ... Optical power stabilizing means.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項１】 光パルスの偏波面の状態を被測定回路の
動作電 圧に応じて変化させ、この偏波面の変化を検出し て被測定回路の電圧波形を測定する光サンプリン グ装置において、 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ーを安 定化する光パワー安定化手段と、 この光パワー安定化手段の出力光を入射して被 測定回路の動作電圧に対応する電界により偏波面 を変化させる電気光学素子と、 この電気光学素子からの戻り光における偏波面 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。1. An optical sampling apparatus for measuring the voltage waveform of a circuit under measurement by detecting the change in the plane of polarization by changing the state of the plane of polarization of the optical pulse according to the operating voltage of the circuit under measurement, An optical pulse generating means for generating an optical pulse, an optical power stabilizing means for stabilizing the optical power of the output light of the optical pulse generating means, and an output light of the optical power stabilizing means for being incident on the circuit under test. It is equipped with an electro-optical element that changes the plane of polarization by the electric field corresponding to the operating voltage of and a detector that detects changes in the plane of polarization in the return light from this electro-optical element. An optical sampling device characterized in that it is configured to measure the voltage waveform of.