JPH09184987A - 光遅延装置 - Google Patents
光遅延装置Info
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- JPH09184987A JPH09184987A JP8000869A JP86996A JPH09184987A JP H09184987 A JPH09184987 A JP H09184987A JP 8000869 A JP8000869 A JP 8000869A JP 86996 A JP86996 A JP 86996A JP H09184987 A JPH09184987 A JP H09184987A
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Abstract
束を周期的に交互に出力するとともに、少なくとも一方
の光束の遅延量を可変設定することができる光遅延装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 反射部と透過部とが円周方向に周期的に
交互に形成された回転板111はモータ112で回転駆
動される。入射光束I0が回転板111の反射部に入射
した時には、反射されて光束I1が生成される。入射光
束I0が回転板111の透過部に入射した時には、透過
した光束I2は反射鏡120で反射して光束I3とな
り、その光束I3は回転板111の透過部を再び透過す
る。この光束I3は、光束I1とは異なる遅延を有する
ものであり、光束I1と同一光軸上を同一方向に周期的
に交互に進む。更に、反射鏡120は移動ステージ13
0によって移動可能であり、この移動に伴って光束I3
の遅延量は変化する。
Description
を有し少なくとも一方の遅延量が可変である2光束を交
互に発生させる光遅延装置に関するものである。
測定では、パルス光が測定対象物に到達するタイミング
を変化させる為に光遅延装置が用いられる(例えば、特
開平1−286431号公報、IEEE J. of Quantum Ele
ctronics, Vol.QE-22, No.1 (1986) pp.69-78 )。図1
3は、従来の光遅延装置が用いられている電界測定装置
の構成図である。
スレーザ光源1から出射された光束は、ハーフミラー2
で2つの光束に分割される。一方の光束は、透過および
遮断を周期的に交互に繰り返す光変調器3を介して、例
えばホトコンダクティブ光スイッチなどのピコ秒回路で
ある測定対象物4に、トリガ光として入射する。測定対
象物4にトリガ光が入射すると光電変換によって電気パ
ルスが発生し、この電気パルスは、印加されている電圧
に依存して屈折率が変化する電気光学材料5に印加され
る。
は、光遅延装置6、偏光子7および位相補償板8を通
り、レンズ9で集光されて、サンプリング光として電気
光学材料5に入射し透過する。この時、サンプリング光
は、電気光学材料5を印加された電圧に依存した屈折率
変化によって、その偏光状態が変化する。そのサンプリ
ング光の偏光状態の変化は、検光子10を通過すること
によって、サンプリング光の強度変化に変換される。し
たがって、このサンプリング光の強度を光検出器11で
測定して得られる値は、電気光学材料5に印加された電
圧値に依存したものである。
ンプ12によって光変調器3の変調タイミングで同期検
出され、トリガ光が測定対象物4に入射している時と入
射していない時それぞれの光検出器11出力値の差が検
出される。ロックインアンプ12からの出力は、加算平
均器13でノイズが低減された後、波形表示部14に入
力される。また、光遅延装置6によって、トリガ光が測
定対象物4に入射するタイミングに対して、サンプリン
グ光が電気光学材料5に入射するタイミングを変化さ
せ、そのタイミング差に応じた信号も波形表示部14に
掃引信号として入力される。このようにして、トリガ光
が入射した後のピコ秒回路における電圧波形を測定する
ことができる。
置に用いられている光遅延装置は、トリガ光が測定対象
物4に入射する時刻を基準として、サンプリング光が電
気光学材料5に入射するタイミングを調整するものであ
って、サンプリング光は定常的に電気光学材料5に入射
する。したがって、ロックインアンプ12でサンプリン
グ光強度の同期検出を行うためには、トリガ光は光変調
器3で光変調される必要がある。しかし、トリガ光が透
過/遮断の変調がなされて測定対象物4に入射すると、
測定対象物4の動作が乱れ、光電変換によって発生する
電気パルスも不安定になる場合があり、この場合、正確
な測定ができないという問題点があった。
測定装置の構成と類似する別の従来例として、2つの反
射型光チョッパを用いて、光源から出力された光束に基
づいて異なる2光束を交互に生成し、2光束それぞれを
異なる光路を経た後に再び同一の光軸上に出力する方法
が、図14に示す分光光度計(特開平4−130233
号公報)に開示されている。
れた光束は、モノクロメータ31を介して光路32を経
て、第1の反射型光チョッパ22の回転板22bに到達
する。この回転板22bは、透光部22baと反射部2
2bbとが円周方向について交互に形成され、回転に伴
って入射した光束の透過と反射とを周期的に交互に行う
ものである。回転板22bの透光部22baを透過した
光束は、光路32aを経て、参照セル33およびウェッ
ジフィルタ34を透過し、反射鏡35aで反射され、第
2の反射型光チョッパ23の回転板23bに到達する。
一方、回転板22bの反射部22bbで反射した光束
は、光路32bを経て、反射鏡35bで反射され試料セ
ル36を透過して、第2の反射型光チョッパ23の回転
板23bに到達する。
反射型光チョッパ23は、駆動装置37によって、同一
回転速度で互いに180゜の位相差で回転駆動される。
すなわち、第1の反射型光チョッパ22の回転板22b
が光束を反射させる時には、第2の反射型光チョッパ2
3の回転板23bが光束を透過させ、第1の反射型光チ
ョッパ22の回転板22bが光束を透過させる時には、
第2の反射型光チョッパ23の回転板23bが光束を反
射させる。このようにして、2つの反射型光チョッパ2
2および23の回転によって、光束は、光路32aと光
路32bとを周期的に交互に進み、参照セル33を通る
光束と試料セル36を通る光束は光検出器38に交互に
到達する。そして、光検出器38の出力値は、駆動装置
37による反射型光チョッパ22および23を回転駆動
するタイミングで、ロックインアンプ39によって同期
検出され、双方の光束の強度の比に応じた出力が得られ
る。
クインアンプとを用いており、電界測定装置とは構成が
類似している。しかし、分光光度計は、光路を周期的に
切換えてはいるが、その光路差を時間変化させるための
光遅延装置を有するものではなく、何ら記載も示唆もさ
れていない。
れたものであり、1つの光軸上に互いに異なる遅延を有
する光束を周期的に交互に出力するとともに、少なくと
も一方の光束の遅延量を可変設定することができる光遅
延装置を提供することを目的とする。
置は、(1) 入射光束を入力して、入射光束とは反対方向
に進む第1の光束および入射光束と同一方向に進む第2
の光束を交互に生成するとともに、第2の光束とは反対
方向に進む第3の光束を入力して、第1の光束が生成さ
れている時には第1の光束を、そうでない時には第3の
光束を、同一光軸上で同一方向に交互に出力する光束分
割合成手段と、(2) 第2の光束に基づいて第3の光束を
出力する反射手段と、(3) 少なくとも反射手段を第2の
光束の光軸方向に移動させる移動手段と、を備えること
を特徴とする。
合成手段に入力すると、入射光束とは反対方向に進む第
1の光束および同一方向に進む第2の光束が交互に生成
される。第2の光束が反射手段に入射すると、これに基
づいて第3の光束が生成され、この第3の光束は光束分
割合成手段に入射する。そして、光束分割合成手段から
は、互いに異なる遅延を有する第1の光束と第3の光束
とが、交互に出力される。反射手段が移動手段によって
移動することにより、第3の光束の遅延は変化する。
成手段から出力された第1および第3の光束それぞれの
一部を入射方向とは異なる方向に反射させる半透鏡を更
に備え、光束分割合成手段は、(a) 反射部と透過部とが
入射光束の光軸に垂直な平面上に中心点を中心とする円
周上に周期的に交互に形成され、入射光束が反射部に入
射した時には入射光束を反射させて第1の光束を生成
し、入射光束が透過部に入射した時には入射光束を透過
させて第2の光束を生成するとともに第3の光束を透過
させる回転板と、(b) 回転板を平面上で中心点を中心と
して等速度回転させる回転駆動部と、を備え、反射手段
は、第2の光束の光軸に垂直な反射面を有する反射鏡で
ある。この場合、光束分割合成手段から出力された第1
および第3の光束は、回転板の回転に伴って交互に生成
されて、入射光束と同一の光軸上を反対方向に進み、半
透鏡によって一部反射されて入射光束とは異なる光軸上
を進む。
は、複数の反射面を備え、第2の光束を入力して、第2
の光束の光軸とは異なる光軸の第3の光束を生成する。
この場合、光束分割合成手段から出力された第1および
第3の光束は、入射光束とは異なる光軸上を反対方向に
進む。
合成手段は、(a) 第1の反射部と第1の透過部とが入射
光束の光軸とは垂直でない第1の平面上に第1の中心点
を中心とする円周上に周期的に交互に形成され、入射光
束が第1の反射部に入射した時には入射光束を反射させ
て第4の光束を生成し、入射光束が第1の透過部に入射
した時には入射光束を透過させて第2の光束を生成する
第1の回転板と、(b)第2の反射部と第2の透過部とが
第1の平面と直交する第2の平面上に第2の中心点を中
心とする円周上に周期的に交互に形成され、第4の光束
が第2の反射部に入射した時には第4の光束を反射させ
て第1の光束を生成し、第3の光束が第2の透過部に入
射した時には第3の光束を透過させる第2の回転板と、
(c) 第1の回転板を第1の平面上で第1の中心点を中心
として等速度回転させる第1の回転駆動部と、(d) 第2
の回転板を第2の平面上で第2の中心点を中心として等
速度回転させる第2の回転駆動部と、(e) 第1および第
2の回転駆動部を制御して、第1の回転板が第4の光束
を生成した時には第2の回転板で第4の光束を反射させ
て第1の光束を生成し、そうでない時には第2の回転板
で第3の光束を透過させる回転制御部と、を備える。こ
の場合、第1および第2の回転板の同期回転に伴って、
入射光束が第1の回転板で反射されて第4の光束となり
更に第2の回転板で反射されて生成された第1の光束、
および、入射光束が第1の回転板を透過して第2の光束
となり更に反射手段で生成されて第2の回転板を透過し
た第3の光束が、交互に生成される。
合成手段は、(a) 反射部と透過部とが入射光束の光軸と
は垂直でない平面上に中心点を中心とする円周上に周期
的に交互に形成され、入射光束が反射部に入射した時に
は入射光束を反射させて第4の光束を生成するとともに
第4の光束とは反対方向に進んで入射した第5の光束を
反射させて第1の光束を生成し、入射光束が透過部に入
射した時には入射光束を透過させて第2の光束を生成す
る回転板と、(b) 回転板を平面上で中心点を中心として
等速度回転させる回転駆動部と、(c) 複数の反射面を備
え、第4の光束に基づいて第5の光束を生成する反射部
と、を備える。この場合、回転板の回転に伴って、入射
光束が回転板で反射されて第4の光束となり続いて反射
部で生成された第5の光束が再び回転板で反射されて生
成された第1の光束、および、入射光束が回転板を透過
して第2の光束となり更に反射手段で生成されて回転板
を再び透過した第3の光束が、交互に生成される。
は、光束分割合成手段を反射手段と一体として移動させ
る。この場合、第1および第3の光束は、両者間の遅延
差が一定に維持されて、それぞれの遅延量が変化する。
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
について説明する。図1は、本実施形態に係る光遅延装
置の斜視図である。
光束I0に対して反射と透過とを交互に行って反射光束
I1と透過光束I2とを交互に生成する反射型光チョッ
パ110と、(2) 反射型光チョッパ110を透過した光
束I2を垂直に反射させて再び反射型光チョッパ110
に向かう光束I3を生成する反射鏡120と、(3) 反射
鏡120をその上に固定し、光束I2の光軸方向に往復
移動し得る移動ステージ130と、(4) 反射型光チョッ
パ110で反射された光束I1および反射鏡120で反
射され生成された光束I3のそれぞれの一部を、入射光
束I0の光軸方向とは異なる方向に反射させるハーフミ
ラー140と、(5) 入射光束I0がハーフミラー140
で一部反射された光束を遮光する遮光板150と、(6)
反射型光チョッパ110、ハーフミラー140および遮
光板150を固定し、移動ステージ130をその上で移
動させ得る固定ステージ160と、を備える。
I2とを交互に生成する反射型光チョッパ(光束分割合
成手段)110は、中心点111aを中心にして回転す
る回転板111と、その回転板を一定速度で回転させる
モータ112とからなる。回転板111は、図2に示す
ように、中心点111aを中心とする円周方向につい
て、光束を透過させる透過部111bと光束を反射させ
る反射部111cとが、周期的に交互に設けられてい
る。そして、この回転板111は、入射光束I0の光軸
方向に垂直に配置され、かつ、回転に伴って入射光束I
0を透過/反射を交互に繰り返すことができる位置に配
置される。したがって、回転板111が一定速度で回転
するに伴って、入射光束が透過部111bを透過すれ
ば、透過光束I2が生成されて、その光束I2は反射鏡
120の方向に進み、入射光束が反射部111cで反射
すれば、反射光束I1が生成されて、その光束I1はハ
ーフミラー140の方向に進む。すなわち、これら反射
光束I1と透過光束I2とを周期的に交互に生成するこ
とになる。なお、透過部111bは、孔が設けられてい
てもよいし、光束を透過させる透明ガラス等の部材で構
成されていてもよい。
る反射鏡120の反射面は、透過光束I2の光軸方向に
対して垂直であり、従って、光束I3は透過光束I2と
同一光軸上を反対方向に進む。この反射鏡120を移動
させる移動ステージ130は、透過光束I2の光軸方向
に移動させるものであり、例えば、ラックピニオン構造
で構成される。
に作用する。図3は、本実施形態に係る光遅延装置の動
作の説明図である。
束I0が回転板111の反射部111cに入射した場合
(図3(a))には、その入射光束I0は反射部111
cで反射され、反射光束I1が生成される。その反射光
束I1は、入射光束I0の光軸と同一の光軸を反対方向
に進んでハーフミラー140に到達し、ハーフミラー1
40で一部反射される。
入射光束I0が回転板111の透過部111bに入射し
た場合(図3(b))には、その入射光束I0は透過部
111bを透過し、透過光束I2が生成される。その透
過光束I2は、反射鏡120に到達して反射されて、光
束I3が生成される。その光束I3は、透過光束I2の
光軸と同一の光軸を反対方向に進んで、再び回転板11
1の透過部111bを透過し、ハーフミラー140に到
達し、そしてハーフミラー140で一部反射される。
速度で回転するのに伴って、光束I1と光束I3とは、
周期的に交互に生成され、しかも、同一光軸上に出力さ
れる。また、回転板111の反射部111cと反射鏡1
20の反射面との間の距離をLとすると、固定された光
路を有する光束I1と比較して、光束I3は光路長差2
Lだけ長く、そして、その光路長差は移動ステージ13
0によって反射鏡120の位置を移動させることによっ
て変化させることができる。更に、反射部111cと透
過部111bとの切り替え周波数がf(Hz)となるよ
うに、モータ112によって回転板111を一定速度で
回転させれば、両者間に光路長差2Lを有する光束I1
と光束I3とが、繰り返し周波数f(Hz)で交互に生
成される。
について説明する。図4は、本実施形態に係る光遅延装
置の斜視図である。
光束I0に対して反射と透過とを交互に行って反射光束
I4と透過光束I2とを交互に生成する反射型光チョッ
パ210と、(2) 反射型光チョッパ210を透過した光
束I2を反射させ、光束I2の光軸と平行であって反対
の方向に進む光束I3を生成する反射鏡220および2
21と、(3) 反射型光チョッパ210で反射された光束
I4が入射したときには光束I4を反射させ、反射鏡2
21で反射された光束I3が入射したときには光束I4
を透過させる反射型光チョッパ215と、(4) 反射鏡2
20および221を固定し、光束I2の光軸方向に移動
し得る移動ステージ230と、(5) 反射型光チョッパ2
10,215を固定し、移動ステージ230をその上で
移動させ得る固定ステージ260と、(6) 2つの反射型
光チョッパ210および215における光束の反射/透
過について同期した回転を制御するチョッパコントロー
ラ270と、を備える。
反射型光チョッパ210および215それぞれは、第1
の実施形態で述べた反射型光チョッパ110と同様の構
成である。但し、本実施形態においては、入射する光束
の光軸に対する配置角度が異なる。すなわち、反射型光
チョッパ210の回転板211は、その垂線が入射光束
I0の光軸に対して角度α度に配置され、反射型光チョ
ッパ215の回転板216は、その垂線が光束I4の光
軸に対して角度(90−α)度に配置される。そして、
回転板216は、回転板211で反射された光束I4を
反射させることができる位置に配置される。したがっ
て、入射光束I0が回転板211の反射部に入射して反
射され生成された光束I4が回転板216の反射部に到
達すると、その光束I4は、その回転板216の反射部
で反射され、光束I1が生成される。この光束I1の光
軸は、入射光束I0の光軸と平行であり、且つ、光束I
1は、入射光束I0の入射方向とは反対方向に進む。
透過部を透過した光束I2を反射させる反射鏡220
は、その反射面の垂線が光束I2の光軸に対して角度β
度に配置され、反射鏡221は、その反射面の垂線が、
反射鏡220で反射されて到達する光束の光軸に対して
角度(90−β)度に配置される。したがって、反射鏡
221で反射されて生成される光束I3の光軸は、反射
鏡220に入射する光束I2の光軸と平行であり、且
つ、光束I3は、光束I2とは反対方向に進む。
る光束I3の光軸と、回転板216で反射されて生成さ
れる光束I1の光軸とは、反射型光チョッパ215を経
た後は同一光軸上を進むように、反射鏡220,221
それぞれは配置される。
転制御するチョッパコントローラ270は、回転板21
1が入射光束I0を反射させるときには回転板216も
光束I4を反射させ、回転板211が入射光束I0を透
過させるときには回転板216も光束I3を透過させる
ように、回転板211および216それぞれを回転させ
るモータ212および217の回転を制御する。
に作用する。図5は、本実施形態に係る光遅延装置の動
作の説明図である。
射した場合(図5(a))には、その入射光束I0は回
転板211の反射部で反射され、光束I4が生成され
る。その光束I4は回転板216の反射部に入射して反
射され、光束I1が生成される。この光束I1は、入射
光束I0の光軸と平行な光軸上を、入射光束I0とは反
対の方向に進む。
部に入射した場合(図5(b))には、その入射光束I
0は回転板211の透過部を透過し、光束I2が生成さ
れる。その光束I2は、反射鏡220および221それ
ぞれで反射され、光束I3が生成される。その光束I3
は、回転板216の透過部を透過し、光束I1と同一の
光軸上を進む。
ッパコントローラ270で回転制御されたモータ222
および217によって回転するのに伴って、固定光路長
を有する光束I1および光束I1とは異なる光路長を有
する光束I3が周期的に交互に生成され同一光軸上に出
力される。また、移動ステージ230によって反射鏡2
20および221を移動させることによって、光束I1
と光束I3との間の光路長差を変化させることができ
る。
実施形態に係る光遅延装置では必要であったハーフミラ
ーを用いる必要がないので、入射光束I0の光量を損失
させることなく、出射光束(光束I1または光束I3)
を得ることができる。
について説明する。図6は、本実施形態に係る光遅延装
置の斜視図である。
光束I0に対して反射と透過とを交互に行って反射光束
I4と透過光束I2とを交互に生成する反射型光チョッ
パ310と、(2) 反射型光チョッパ310を透過した光
束I2を反射させ、光束I2の光軸と平行であって反対
の方向に進む光束I3を生成する反射鏡320および3
21と、(3) 反射型光チョッパ310で反射した光束I
4を反射させ、光束I4の光軸と平行であって反対の方
向に進む光束I5を生成する反射鏡322および323
と、(4) 反射鏡320および321を固定し、光束I2
の光軸方向に移動し得る移動ステージ330と、(5) 入
射光束I0および出力光束I1,I3それぞれに対する
アパーチャ380ないし383と、(6) 反射型光チョッ
パ310、反射鏡322,323およびアパーチャ38
0ないし383を固定し、移動ステージ330をその上
で移動させ得る固定ステージ360と、を備える。
310は、第1の実施形態で述べた反射型光チョッパ1
10と同様の構成である。但し、本実施形態において
は、入射光束I0の光軸に対して所定角度だけ傾いて配
置される。
0および321は、第2の実施形態で述べた反射鏡22
0および221と同様の配置と作用である。但し、本実
施形態においては、反射鏡321で生成された光束I3
は、透過光束I2を生成した回転板311の透過部に向
かいその透過部を透過する。光束I3が透過する透過部
と光束I2が透過する透過部とは、同一であってもよい
し、異なるものであってもよい。
4を入射する反射鏡322は、その光束I4を反射鏡3
23の方に向けて反射し、その反射鏡322で反射した
光束を入射する反射鏡323は、その光束を反射させて
光束I5を生成する。この光束I5の光軸は、光束I4
の光軸と平行であり、且つ、光束I5は、光束I4とは
反対方向に進む。
る光束I3の光軸と、光束I5が入射して回転板311
で反射されて生成される光束I1の光軸とは、反射型光
チョッパ210を経た後は同一光軸上を進むように、反
射鏡320ないし324それぞれは配置される。したが
って、入射光束I0が回転板311の透過部に入射して
透過光束I2が生成された場合には、反射鏡321で生
成された光束I3は、回転板311の透過部を透過し、
入射光束I0が回転板311の反射部に入射して反射光
束I4が生成された場合には、反射鏡323で生成され
た光束I5は、回転板311の反射部で反射して光束I
1となる。
0および381は、光遅延装置の入射光軸に対して入射
光束I0の光軸の位置決めを行うためのものであり、出
射光束I1およびI3を通過させるアパーチャ382お
よび383は、光遅延装置の出射光軸に対して出射光束
I1およびI3の光軸の位置決めを行うためのものであ
り、本実施形態に係る光遅延装置は以下のように作用す
る。図7は、本実施形態に係る光遅延装置の動作の説明
図である。
入射光束I0が回転板311の反射部に入射した場合
(図7(a))には、その入射光束I0は、回転板31
1の反射部で反射され、反射光束I4が生成される。そ
の光束I4は反射鏡322および323それぞれで反射
され、光束I4の光軸と平行な光軸上を光束I4とは反
対の方向に進む光束I5が生成される。そして、その光
束I5は回転板311の反射部で反射され、入射光束I
0の光軸と平行な光軸上を入射光束I0とは反対の方向
に進む光束I1が生成される。
部に入射した場合(図7(b))には、その入射光束I
0は回転板311の透過部を透過し、光束I2が生成さ
れる。その光束I2は、反射鏡320および321それ
ぞれで反射され、光束I3が生成される。その光束I3
は、回転板316の透過部を透過し、光束I1と同一の
光軸上を進む。
するのに伴って、固定光路長を有する光束I1および光
束I1とは異なる光路長を有する光束I3が周期的に交
互に生成され同一光軸上に出力される。また、移動ステ
ージ330によって反射鏡320および321を移動さ
せることによって、光束I1と光束I3との間の光路長
差を変化させることができる。
て、図8に示すようなリトロリフレクタを用いてもよ
い。リトロリフレクタは、3枚の反射面で構成されたコ
ーナーキューブであり、光束I2が入射すると、その光
軸と平行で反対方向に進む光束I3を出力するものであ
る。これを用いれば、入射する光束I2の光軸と出射す
る光束I3の光軸との距離を容易に短くすることができ
るので、反射型光チョッパ311の同一の透過部に両者
の光束を透過させることができる。また、反射鏡322
および323に替えてリトロリフレクタを用いても同様
である。
の反射型光チョッパが必要であり、しかも、両者の同期
をとって回転させる必要があったのに対して、本実施形
態に係る光遅延装置では、1つの反射型光チョッパを使
用するだけでよいので構成が簡単で制御が容易である。
について説明する。図9は、本実施形態に係る光遅延装
置の平面図である。
光束I0に対して反射と透過とを交互に行って反射光束
I4と透過光束I2とを交互に生成する反射型光チョッ
パ410と、(2) 反射型光チョッパ410を透過した光
束I2を反射させ、光束I2の光軸と平行であって反対
の方向に進む光束I3を生成する直角プリズム420
と、(3) 反射型光チョッパ410で反射された光束I4
が入射したときには光束I4を反射させ、直角プリズム
420で反射された光束I3が入射したときには光束I
4を透過させる反射型光チョッパ415と、(4) 反射型
光チョッパ410,415および直角プリズム420を
固定し、入射光束I0の光軸方向に移動し得る移動ステ
ージ430と、(5) 移動ステージ430をその上で移動
させ得る固定ステージ460と、(6) 2つの反射型光チ
ョッパ410および415における光束の反射/透過に
ついて同期した回転を制御するチョッパコントローラ4
70と、を備える。
410,415およびチョッパコントローラ470は、
第2の実施形態における反射型光チョッパ210,21
5およびチョッパコントローラ270と同様の構成であ
り、同様の動作を行う。
ム420は、第2の実施形態における2つの反射鏡21
0および211に替わるもので、同様の作用を行う。す
なわち、光束I2が入射すると、互いに直交する2面そ
れぞれで反射して、光束I2の光軸と平行で反対方向に
進む光束I3を生成する。
異なる点は、2つの反射型光チョッパ410,415お
よび直角プリズム420が移動ステージ430上で固定
され、これらが一体として、固定ステージ460上を入
射光束I0の光軸方向に移動する点である。したがっ
て、移動ステージ430が固定ステージ460上を移動
しても、入射光束I0が回転板411の反射部で反射さ
れ続いて回転板416の反射部で反射された光束I1
(図10(a))と、入射光束I0が回転板411の透
過部を透過し直角プリズム430で反射し回転板416
の透過部を透過した光束I3(図10(b))とは、そ
れぞれの光路長は変化するが、両者の間の光路長差は一
定である。
る光遅延装置は、互いに異なる遅延を有する光束I1と
光束I3とを周期的に交互に同一光軸上で出力するもの
であって、基準遅延を有する基準光束I1に対して光束
I3の遅延を変化させることができるものであるが、本
実施形態に係る光遅延装置は、互いに異なる遅延を有す
る光束I1と光束I3とを周期的に交互に同一光軸上で
出力する点では同じであるが、光束I1と光束I3との
間の遅延差を一定に維持したまま、両光束の遅延それぞ
れを変化させることができるものである。
について説明する。本実施形態は、第2の実施形態に係
る光遅延装置を電界測定装置に用いたものである。図1
1は、第2の実施形態に係る光遅延装置を用いた電界測
定装置の構成図である。
コ秒パルスレーザ光を出力するレーザ光源510と、
(2) そのレーザ光を一部透過し残部を反射するハーフミ
ラー520と、(3) ハーフミラー520で反射したレー
ザ光(トリガ光)を測定対象物530に導き入射させる
反射鏡521および522と、(4) ハーフミラー520
を透過したレーザ光を入力し、異なる光路長を有する2
光束を周期的に交互に出力する光遅延装置200と、
(5) 光遅延装置200から出力された光束(サンプリン
グ光)を一方向の直線偏光成分のみを透過させる偏光子
524と、(6) その直線偏光となったサンプリング光を
円偏光に変換する位相補償板525と、(7)その円偏光
となったサンプリング光を集光して電気光学材料540
に入射させるレンズ526と、(8) 測定対象物530の
電圧または電界に応じて屈折率が変化し、サンプリング
光を入力して、その屈折率変化に応じて偏光状態が変化
した光束を出力する電気光学材料540と、(9) 電気光
学材料540から出力された光束を平行光にするレンズ
550と、(10)レンズ550を通った光束のうち一方向
の直線偏光成分のみを出力する検光子551と、(11)検
光子551から出力された光束の強度を測定し、その強
度に応じた電圧信号を出力する光検出器552と、(12)
光遅延装置200における2光束切り替えタイミングに
同期して、光検出器552から出力された電圧信号を検
出するロックインアンプ560と、(13)ロックインアン
プ560からの出力値を所定回数だけ加算し平均値を求
めて出力する加算平均器570と、(14)光遅延装置20
0において生成される2光束間の光路長差を変化させる
ステージコントローラ580と、(15)その光路長差に応
じた電圧信号と、加算平均器570から出力された電圧
信号とを入力し、電気光学材料540に印加される電界
強度の波形を表示する波形表示部590と、を備える。
レーザ光源510から出力され、ハーフミラー520で
一部反射され、反射鏡521および522で反射され
て、測定対象物530に入射する。測定対象物530
は、例えば、ホトコンダクティブ光スイッチなどのピコ
秒回路であり、トリガ光が入射すると光電変換によって
電気パルスが発生し、この電気パルスは、電気光学材料
540に印加される。この電気光学材料540は、それ
に印加された電圧に依存して屈折率が変化する性質を有
するものである。このトリガ光には、何等変調が加えら
れておらず、測定対象物530には定常的にトリガ光が
入射されて電気パルスが発生し、かつ、電気光学材料5
40にも定常的にその電気パルスに応じた電圧が印加さ
れる。
40とは信号線でつなげられて電圧が直接印加されても
よいし、また、測定対象物530と電気光学材料540
とは接近して置かれてそのもれ電界が印加されてもよ
い。
ー520を透過したレーザ光束は、先ず、光遅延装置2
00に入力する。ここで用いられている光遅延装置20
0は、第2の実施形態に係る光遅延装置である。すなわ
ち、レーザ光源510から出力されハーフミラー520
を一部透過したレーザ光束が遅延装置200に入力する
と、チョッパコントローラ270で同期回転制御された
モータ212および217それぞれによって回転板21
1および216が回転するに伴って、回転板211の透
過部を透過し反射鏡220および221で反射し更に回
転板216の透過部を透過したレーザ光束、および、回
転板211の反射部で反射し続いて回転板216の反射
部で反射したレーザ光束が、周期的に交互に出力され、
これがサンプリング光となる。なお、このレーザ光束が
交互に出力される繰り返し周波数は、一般には数百Hz
から数kHzであるが、この繰り返し周波数はロックイ
ンアンプの性能に依存するものであり、数Hzから数百
kHzまで可能である。そして、このサンプリング光
は、光遅延装置200に入射するレーザ光束の光軸と平
行で反対方向に出力される。また、2つの反射鏡220
および221をその上に固定する移動ステージ230
は、ステージコントローラ580によって入射レーザ光
束の光軸方向に移動可能であり、この移動によってサン
プリング光を形成する2光束の内の一方の光束の遅延を
変化させることができる。
ング光は、偏光子524に入力され、直線偏光とされて
出力される。続いて、その直線偏光となったサンプリン
グ光は、偏光子524の光学軸に対して45度傾いた光
学軸を有しそれぞれの光学軸の方向の成分間に1/4波
長の位相差を生じさせる位相補償板525に入力され、
円偏光とされて出力される。
ズ526で集光されて電気光学材料540に入射されて
透過する間に、電気光学材料540の屈折率変化に応じ
て偏光状態が変化し一般に楕円偏光となる。その楕円偏
光のサンプリング光はレンズ550で平行光にされて検
光子551に入射され、一方向の直線偏光成分のみが出
力され、その強度が光検出器552で測定される。
る電圧信号は、トリガ光の入射に伴って測定対象物53
0で発生した電気パルスの電圧強度に応じたものとな
る。ロックインアンプ560は、この光検出器552か
ら出力された電圧信号を、サンプリング光を形成する2
光束の生成に関してチョッパコントローラ270から出
力されたタイミング信号で同期検出し、サンプリング光
の2光束それぞれにおける光検出器552出力値の差を
検出する。
は、加算平均器570において所定回数加算されて平均
化されることによってノイズが低減され、その後に、波
形表示部590に入力される。一方、光遅延装置200
の移動ステージ230の位置、すなわち、サンプリング
光を形成する2光束の間の遅延時間差に応じた信号が、
ステージコントローラ580から出力されて、波形表示
部590に掃引信号として入力される。したがって、波
形表示部590には、トリガ光の入射に伴って測定対象
物530で発生した電気パルスの波形が表示されること
になる。
2光束それぞれのタイミングにおける電圧信号の差を求
める方式は、半導体レーザを光源とする電界測定装置に
おける点灯タイミングコントロール方式(例えば、特開
平3−131772号公報、1994 Asia Pacific Microw
ave Conference Proceedings, pp.1167-1170)と同等の
ものである。図12は、電界測定装置における点灯タイ
ミング方式の説明図である。
から出力されたトリガ信号を入力した被測定電気信号発
生装置620は、そのトリガ信号入力に応じて被測定電
気信号を発生し、その被測定電気信号は電気光学材料6
30に印加される。一方、同じくトリガ信号発生装置6
10から出力されたトリガ信号を入力したパルス光源駆
動装置640は、そのトリガ信号入力のタイミングか
ら、ある基準タイミングと次第に遅延していく測定タイ
ミングとの2つの点灯タイミングで交互にレーザ光源6
50を点灯させる。レーザ光源650から出力されたサ
ンプリング光は、偏光子652、電気光学材料630お
よび検光子654をこの順に透過した後、その強度が光
検出器656で測定される。光検出器656から出力さ
れた光強度に応じた電圧信号は、ロックインアンプ66
0で、パルス光源駆動装置640から出力されたレーザ
光源650点灯タイミング信号に同期して検出される。
そして、ロックインアンプ660から出力された電圧信
号は波形表示部670に入力され、また、パルス光源駆
動装置640で生成されたレーザ光源650点灯タイミ
ングに応じた電圧信号が掃引信号として波形表示部67
0に入力される。パルス光源駆動装置640によってレ
ーザ光源650を点灯させるタイミングを順次変更する
ことによって、波形表示部670には、被測定電気信号
発生装置620で発生した被測定電気信号の波形が表示
される。
式では、レーザ光源650は、サンプリング光出力タイ
ミングを電気的に制御することが可能であることが必要
であり、それが可能である半導体レーザに限られてい
た。例えば、チタンサファイアレーザのような大出力の
レーザ光源は、点灯タイミングを電気的に精度良く制御
することは不可能であるので、この方式を用いることは
できない。
光遅延装置を用いれば、レーザ光源におけるレーザ光発
生タイミングを容易に制御することができるので、チタ
ンサファイアレーザ等の大出力レーザ光源を用いること
ができる。
入射され、測定対象物は定常的に動作するので、不良動
作を起こして電気パルス波形が歪むおそれはない。した
がって、例えば、数十GHz帯域のマイクロ波用デジタ
ルIC等の精密なデバイスの評価に好適に用いることが
できる。
遅延装置を用いてサンプリング光を形成しても、同様の
作用を得ることができる。また、第4の実施形態に係る
光遅延装置を用いてサンプリング光を形成してもよい。
この場合には、サンプリング光を形成する2光束は、両
者間の遅延差が一定に維持されて両者それぞれの遅延時
間が変化するものであるから、波形表示部590に表示
される波形は、測定対象物530で発生した電気パルス
波形の時間微分波形となる。したがって、波形表示部5
90に表示された波形を積分することによって、測定対
象物530で発生した電気パルス波形を得ることができ
る。
ではなく種々の変形が可能である。例えば、入射する光
束に対して光軸が平行で反対方向に進む光束を生成する
為に、1つまたは2つの反射鏡、リトロリフレクタまた
は直角プリズムを用いたが、これに限られるものではな
く、例えば、3つ以上の反射鏡を用いてもよいし、コー
ナーキューブプリズムを用いてもよい。
それぞれにモータを直結してチョッパコントローラで同
期をとって回転駆動したが、2つの回転板をギヤやベル
トを介して1つのモータで回転駆動してもよい。この場
合、2つの回転板は常に同期して回転するので、チョッ
パコントローラは不要である。
れば、光束分割合成手段によって、入射光束に基づいて
入射光束とは反対方向に進む第1の光束および入射光束
と同一方向に進む第2の光束を交互に生成するととも
に、第2の光束と反対方向に進む第3の光束を入力し
て、第1の光束が生成されている時にはその第1の光束
を、そうでない時には第3の光束を交互に出力し、反射
手段によって、その第2の光束を反射して反対方向に進
む第3の光束を生成し、移動手段によって、少なくとも
反射手段を第2の光軸方向に移動させる。
遅延を有する第1および第3の光束を同一光軸上に交互
に得ることができ、さらに、第3の光束の遅延量は可変
設定が可能である。
適用して、この光遅延装置で一方の光束の遅延が可変設
定されて生成されたサンプリング光を電気光学材料に入
射し、電気光学材料を透過したサンプリング光強度を2
光束交互形成のタイミングでロックインアンプで同期検
出することによって、トリガ光が測定対象物に入射して
発生した電気パルスの波形を測定することができる。こ
の場合、測定対象物に入射するトリガ光を変調する必要
がなく、トリガ光は定常的に測定対象物に入射するの
で、測定対象物の動作は安定したものとなり、したがっ
て、正確な測定を行うことができる。
る。
図である。
る。
図である。
る。
図である。
る。
明図である。
界測定装置の構成図である。
説明図である。
装置の構成図である。
移動ステージ、140…半透鏡、150…遮光板、16
0…固定ステージ、200…光遅延装置、210,21
5…反射型光チョッパ、220,221…反射鏡、23
0…移動ステージ、260…固定ステージ、270…チ
ョッパコントローラ、310…反射型光チョッパ、32
0,321,322,323…反射鏡、330…移動ス
テージ、360…固定ステージ、380,381,38
2,383…アパーチャ、410,415…反射型光チ
ョッパ、420…直角プリズム、430…移動ステー
ジ、460…固定ステージ、470…チョッパコントロ
ーラ、510…レーザ光源、520…ハーフミラー、5
21,522,523…反射鏡、524…偏光子、52
5…位相補償板、526…レンズ、530…測定対象
物、540…電気光学材料、550…レンズ、551…
検光子、552…光検出器、560…ロックインアン
プ、570…加算平均器、580…ステージコントロー
ラ、590…波形表示部。
Claims (6)
- 【請求項1】 入射光束を入力して、前記入射光束とは
反対方向に進む第1の光束および前記入射光束と同一方
向に進む第2の光束を交互に生成するとともに、前記第
2の光束とは反対方向に進む第3の光束を入力して、前
記第1の光束が生成されている時には前記第1の光束
を、そうでない時には前記第3の光束を、同一光軸上で
同一方向に交互に出力する光束分割合成手段と、 前記第2の光束に基づいて前記第3の光束を出力する反
射手段と、 少なくとも前記反射手段を前記第2の光束の光軸方向に
移動させる移動手段と、 を備えることを特徴とする光遅延装置。 - 【請求項2】 前記光束分割合成手段から出力された前
記第1および前記第3の光束それぞれの一部を入射方向
とは異なる方向に反射させる半透鏡を更に備え、 前記光束分割合成手段は、反射部と透過部とが前記入射
光束の光軸に垂直な平面上に中心点を中心とする円周上
に周期的に交互に形成され、前記入射光束が前記反射部
に入射した時には前記入射光束を反射させて前記第1の
光束を生成し、前記入射光束が前記透過部に入射した時
には前記入射光束を透過させて前記第2の光束を生成す
るとともに前記第3の光束を透過させる回転板と、前記
回転板を前記平面上で前記中心点を中心として等速度回
転させる回転駆動部と、を備え、 前記反射手段は、前記第2の光束の光軸に垂直な反射面
を有する反射鏡である、 ことを特徴とする請求項1記載の光遅延装置。 - 【請求項3】 前記反射手段は、複数の反射面を備え、
前記第2の光束を入力して、前記第2の光束の光軸とは
異なる光軸の前記第3の光束を生成する、ことを特徴と
する請求項1記載の光遅延装置。 - 【請求項4】 前記光束分割合成手段は、 第1の反射部と第1の透過部とが前記入射光束の光軸と
は垂直でない第1の平面上に第1の中心点を中心とする
円周上に周期的に交互に形成され、前記入射光束が前記
第1の反射部に入射した時には前記入射光束を反射させ
て第4の光束を生成し、前記入射光束が前記第1の透過
部に入射した時には前記入射光束を透過させて前記第2
の光束を生成する第1の回転板と、 第2の反射部と第2の透過部とが前記第1の平面と直交
する第2の平面上に第2の中心点を中心とする円周上に
周期的に交互に形成され、前記第4の光束が前記第2の
反射部に入射した時には前記第4の光束を反射させて前
記第1の光束を生成し、前記第3の光束が前記第2の透
過部に入射した時には前記第3の光束を透過させる第2
の回転板と、 前記第1の回転板を前記第1の平面上で前記第1の中心
点を中心として等速度回転させる第1の回転駆動部と、 前記第2の回転板を前記第2の平面上で前記第2の中心
点を中心として等速度回転させる第2の回転駆動部と、 前記第1および前記第2の回転駆動部を制御して、前記
第1の回転板が前記第4の光束を生成した時には前記第
2の回転板で前記第4の光束を反射させて前記第1の光
束を生成し、そうでない時には前記第2の回転板で前記
第3の光束を透過させる回転制御部と、 を備えることを特徴とする請求項3記載の光遅延装置。 - 【請求項5】 前記光束分割合成手段は、 反射部と透過部とが前記入射光束の光軸とは垂直でない
平面上に中心点を中心とする円周上に周期的に交互に形
成され、前記入射光束が前記反射部に入射した時には前
記入射光束を反射させて第4の光束を生成するとともに
前記第4の光束とは反対方向に進んで入射した第5の光
束を反射させて前記第1の光束を生成し、前記入射光束
が前記透過部に入射した時には前記入射光束を透過させ
て前記第2の光束を生成する回転板と、 前記回転板を前記平面上で前記中心点を中心として等速
度回転させる回転駆動部と、 複数の反射面を備え、前記第4の光束に基づいて前記第
5の光束を生成する反射部と、 を備えることを特徴とする請求項3記載の光遅延装置。 - 【請求項6】 前記移動手段は、前記光束分割合成手段
を前記反射手段と一体として移動させる、ことを特徴と
する請求項1記載の光遅延装置。
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