JPH10233544A

JPH10233544A - パルスピッカー

Info

Publication number: JPH10233544A
Application number: JP3653297A
Authority: JP
Inventors: Hironori Takahashi; 宏典高橋
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-09-02
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: JP3592475B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光パルスを取り出すタイミングの手動による
調整が不要で、長時間安定した動作が可能なパルスピッ
カーを提供する。【解決手段】本発明のパルススピッカー１０は、入力
光パルスに同期して、繰り返し周期が入力光パルス繰り
返し周期の整数倍であって、パルス幅が入力光パルスの
１個のパルスのみを含む長さの駆動信号パルスを発生す
る駆動部１と、この駆動信号パルスの有無により入力光
パルスを透過・遮断する光変調部２と、光変調部２の出
力の一部を分岐するビームスプリッタ３と、この分岐さ
れた光を検出する光検出器４と、光検出器４の出力を測
定する出力レベル計測部５と、制御部６とを備える。こ
れにより、出力光パルス強度が常に最大になるよう駆動
信号の発生タイミングがフィードバック制御されるの
で、安定した動作が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の繰り返し周
期を有する光パルスからその整数倍の繰り返し周期の光
パルスを取り出すパルスピッカーに関する。

【０００２】

【従来の技術】パルスレーザ等から発せられた特定繰り
返し周期の光パルス列から所定の繰り返し周期のパルス
列を取り出す装置としてパルスピッカーがある。

【０００３】従来のパルスピッカーの構成例を図１６に
示す。このパルスピッカーは、光を変調する超音波光変
調器（ＡＯＭ）５１と、ＡＯＭ５１の位置を調整する光
変調器ステージ５２と、入力光パルスをＡＯＭ５１に導
く入射ミラー５３と、ＡＯＭ５１の出力光を出力側へ導
く出力ミラー５４と、出力ミラーから出射された光パル
スのうち不要な光パルスを遮るビームストッパ５５、と
を備えている。

【０００４】ＡＯＭ５１の構成図を図１７に示す。ＡＯ
Ｍには図１７（ａ）に示すラマンナース回折を用いるも
のと、図１７（ｂ）に示すブラッグ回折を用いるものが
あるが、いずれも、超音波媒体６２をトランスデューサ
６１と超音波吸収体６３で挟んだ積層構造をしている。
トランスデューサ６１に加えられた駆動電気信号によ
り、発生した超音波によって超音波媒体６２内で光の回
折が起こる。入射光は、これらの積層面にほぼ平行する
ように超音波媒体６２の側面から入射する。

【０００５】図１８は、ＡＯＭ５１に駆動信号を加える
駆動部のブロック図である。駆動部７０は、キャリア発
振器７１と駆動パルス信号発生器７４の両方に平衡変調
器７２が接続され、さらに、この平衡変調器７２に高周
波増幅器７３が接続されて構成されている。高周波増幅
器７３は、ＡＯＭ５１のトランスデューサ６１に接続さ
れている。

【０００６】次に、この従来例の動作を図１６〜図１９
を用いて説明する。図１９は、パルスピッカー内部の光
路の模式図である。図１９（ａ）が図１６と同じく上面
から見た図であり、図１９（ｂ）は側面から見た図であ
る。

【０００７】パルスピッカーへの入射光パルスは、図１
６、図１９に示すように、入射ミラー５３で集光されて
ＡＯＭ５１に導かれる。一方、図１８に示すように、Ａ
ＯＭ５１のトランスデューサ６１には、駆動部７０で生
成された駆動電気信号が印加されている。この駆動電気
信号は、駆動パルス信号発生器７４で生成した駆動パル
ス信号とキャリア発振器７１の発振信号が平衡変調器７
２で混合されて、高周波増幅器７３で増幅されることに
より生成される。

【０００８】駆動電気信号が印加されているとき、トラ
ンスデューサ６１から超音波が発せられ、発生した超音
波は超音波媒体６２を経て、超音波吸収体６３に達し
て、吸収される。つまり、超音波媒体６２内の超音波は
一方向にのみ進行する。超音波媒体６２内では、この超
音波に基づく音響光学効果により内部を通過する光パル
スの回折が起こり、図１７に示すように、ラマンナース
回折では多次回折光が、ブラッグ回折では１次回折光が
発生する。この回折光は、図１９中の実線で示す光路を
通り、出力ミラー５５を経て、パルスピッカーから出射
される。

【０００９】一方、ＡＯＭ５１に駆動電気信号が加えら
れていないときには、超音波媒体６２内部に超音波伝播
が起こらないため、音響光学効果による光パルスの回折
が起こらず、出力光は図１７に示すように０次回折光の
みとなる。この０次回折光は、図１９中で破線で示す光
路を通り、出力ミラー５５を経て、ビームストッパ５４
に遮られるため、パルスピッカーの外へ出てこない。し
たがって、取り出したい入力光パルスがＡＯＭ５１を通
過するときのみに駆動電気信号を印加するよう制御する
ことで、入力光パルスのうち所望の光パルスのみを取り
出すことが可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この例のようなパルス
ピッカーにおいて、特定周期の光パルスから、所定の周
期の光パルスを効率的に取り出すためには、取り出す入
力光パルスがＡＯＭ５１を通過する時点に合わせてＡＯ
Ｍ５１に駆動電気信号が印加されるよう、駆動電気信号
の位相を正確に調整しなければならない。しかし、従来
は、この調整を手動で行わなければならず、入力光パル
スと駆動電気信号の位相がずれることにより、取り出さ
れる光パルスの出力が変動したり、タイミングが合わず
に光パルスを確実に取り出せないなどの問題があった。
また、駆動電気信号のタイミングは、駆動部の温度変化
等によってもずれが生じる。このため、作動中にこのタ
イミングを設定しなおす必要があり、連続して長時間安
定した動作をさせることが困難だった。

【００１１】本発明は、光パルスを取り出すタイミング
の調整が不要で、長時間安定した動作が可能なパルスピ
ッカーを提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の繰り返
し周期を有する入力光パルスからその整数倍の繰り返し
周期を有する光パルスを取り出して出力するパルスピッ
カーにおいて、（１）入力光パルスに同期しており、繰
り返し周期が入力光パルスの所定繰り返し周期の整数倍
であって、パルス幅が入力光パルスの１個のパルスのみ
を含む長さである駆動信号パルスを発生する駆動部と、
（２）入力光パルスが入力されると共に、駆動信号パル
スの有無に応じて、入力光パルスの出力側への透過・遮
断を行う光変調部と、（３）光変調部から出力された各
光パルスの一部を分岐して取り出す光分岐手段と、
（４）取り出された出力光パルス強度の時間変化を測定
する計測部と、（５）測定された出力光パルス強度の時
間変化に基づいて、出力光パルス強度が最大となるよう
に駆動部を制御して駆動信号パルスの発生タイミングを
調整する制御部と、を備えることを特徴とする。

【００１３】これにより、入力光パルス列の繰り返し周
期の整数倍の周期を有する駆動信号パルスを光変調部に
加えることで、入力光パルス列から駆動信号パルスと同
じ繰り返し周期を持つ出力光パルス列が取り出される。
さらに、この各出力光パルスの一部を分岐して取り出
し、その出力光パルスの強度の時間変化を測定し、これ
を基にして制御部が、駆動部における駆動信号パルスの
発生タイミングをフィードバック制御しているので、光
パルス列の取り出しが最適化される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、この一実施形態のブロッ
ク構成図である。

【００１５】パルススピッカー１０は、駆動信号パルス
を発生する駆動部１と、駆動部１に接続されてこの駆動
信号パルスの有無により入力光パルスを透過・遮断する
光変調部２と、光変調部２の出力の一部を分岐するビー
ムスプリッタ３と、ビームスプリッタ３により分岐され
た光を検出する光検出器４と、光検出器４の出力側に接
続されている出力レベル計測部５と、計測部５及び駆動
部１に接続されている制御部６からなる。

【００１６】このうち、光変調部２は、図１６の従来例
と同様に、ＡＯＭ５１とミラー５３、５５及びビームス
トップ５４からなるものでも良いし、電気光学結晶を用
いたものでも良い。

【００１７】電気光学結晶を用いる光変調部２の例を図
２に示す。この例の光変調部２は、入射光側から、入射
光中の特定角度を持つ直線偏光を取り出す偏光子１１
と、電気光学結晶１２と、特定位相の光を透過する検光
子１３を並べて構成されている。電気光学結晶１２の上
下の面間（同図のＺ方向）には、駆動電気信号が印加さ
れており、駆動電気信号に応じて電気光学結晶１２の内
部を透過する光の偏光状態が変化する。入射光は、偏光
子１１によって図示のように入射側から見てＺ軸に対し
て４５°傾いた直線偏光になる。この入射光は電気光学
結晶に入射される。光が電気光学結晶１２を通過する際
に、前述のように駆動電気信号に応じてその偏光状態が
変化し、楕円偏光の光が出力される。この光のうち、検
光子１３により、入射偏光と直交する直線偏光の成分
（入射側から見てＺ軸に対して−４５°変更した成分）
を取り出すことにより、駆動電圧信号に応じた出力光が
得られる。

【００１８】光変調部２には、その他にも駆動電気信号
に応じた出力光が得られる各種の形式の光変調器を使用
することができる。

【００１９】次に図１と図３により、本実施形態の動作
を説明する。図３は本実施形態の動作タイミングを示す
図である。図３の（ｂ）〜（ｅ）中の実線は、入力パル
スと駆動信号パルスのタイミングがあっているときの動
作タイミングを示し、破線は、それぞれのタイミングが
ずれているときの動作タイミングを示している。また、
（ａ）'〜（ｃ）'は、それぞれ（ａ）〜（ｃ）の時間軸
を１０倍に拡大した図である。

【００２０】ここで、図３（ａ）に示すように入力光パ
ルスのパルス繰り返し周期がＴのとき、駆動部１が発生
する駆動信号パルスの繰り返し周期は同図（ｂ）に示す
ように、ｎＴ（ｎは正の整数）でなければならない。駆
動信号パルスのパルス幅は繰り返し周期の１周期中に入
力光パルスを確実に１個だけ切り出すようになってい
る。駆動信号パルスの波形は理想的には方形波であるこ
とが望ましいが、実際には図示するように台形波の信号
となる。台形の頂辺にあたる駆動信号パルスが最大値と
なる時間の長さをｔ₁、台形の底辺にあたる駆動信号パ
ルスがオンのときの継続時間の長さ（パルス幅）をｔ₀
とすると、ｔ₁は入力光パルスのパルス幅より十分に長
く、ｔ₀は入力光パルスのパルス間隔より短くすること
が好ましい。

【００２１】図１に示されるように、光変調部２に図３
（ａ）に示す光パルスを入射させる。この光変調部２に
は、駆動部１で生成した同図（ｂ）に示す駆動信号が印
加されている。前述したように駆動部１の駆動信号パル
スがオンのときは光変調部２は入力光パルスを透過し、
駆動信号パルスがオフのときは光変調部２は入力光パル
スを遮断する。この結果、光変調部２からは、同図
（ｃ）に示す出力光パルスが得られる。この出力光パル
スは、駆動信号と同じ繰り返し周期（ｎＴ）を有する。

【００２２】光変調部２の出力光強度は、駆動信号パル
スの強度に依存する。同図（ｂ）の実線で示すように、
入力光パルスと駆動信号パルスのタイミングが合ってい
るときは、駆動信号パルスが最大となっている時刻（範
囲ｔ₁）の間に入力光パルスが光変調部２を通過する。
したがって、出力光パルスは、同図（ｃ）の実線で示す
ように入力光パルスがほぼ損失なく取り出される。

【００２３】一方、同図（ｂ）の破線で示すように、入
力光パルスと駆動信号パルスのタイミングがずれている
ときは、駆動信号の電圧が変化している期間中に入力光
パルスが光変調部２を通過する。つまり、駆動信号の電
圧が最大でない時に入力光パルスが光変調部２を通過す
るため、同図（ｃ）の破線で示すように入力光パルスの
強度よりも弱い出力光パルスしか得られない。

【００２４】同図（ｃ）より明らかなように入力光パル
スと駆動信号パルスのタイミングがずれると、タイミン
グが合っている時に比べて出力光パルスの強度が小さく
なる。言い換えると、出力光パルスの強度は、入力パル
ス光と駆動信号パルスのタイミングが合っているときに
最大になる。

【００２５】こうして得られた出力光パルスは図１に示
すビームスプリッタ３によりその一部（例えば１％）が
分岐されて、取り出される。この取り出された光パルス
が光検出器４に導かれ、光検出器４は、光パルス強度に
応じた電気信号を出力する（図３（ｄ）参照）。この出
力電気信号は、出力光パルスの発生時点に対応した時間
的に断続的な信号である。この信号は、図１の出力レベ
ル計測部４に送られて、ピーク強度に応じた直流的な出
力レベル信号に変換される（図３（ｅ）参照）。この出
力レベル信号が図１の制御部５に送られて、この信号強
度が最大となるよう駆動部を制御して駆動信号パルスの
発生タイミングを修正するフィードバック制御が行われ
る。

【００２６】このフィードバック制御には、種々の手法
を用いることができる。例えば、次のような手法が挙げ
られる。ここで、駆動信号はその繰り返し周波数と同じ
周波数の基準信号を基に与えられるものとする。この、
基準信号は、パルスピッカー内部で発生するものでも、
外部から与えられるものでも良い。そして、ｎ番目に取
り出した光パルスの出力レベル信号をＶ_nとし、この光
パルスを取り出したときの駆動信号と基準信号のずれを
Δｔ_nとする。このＶ_nを前回のＶ_n-1と比較して、比較
結果に基づき、次回の駆動信号の発生タイミングを決め
るΔｔ_n+1を定める。この例の制御フロー図を図４に示
す。

【００２７】Ｖ_nが制御部４に送られると、制御部４は
まず、Ｖ_nが０でないかを調べる（Ｓ１）。Ｖ_nが０（計
測誤差以下）の時は、駆動信号のパルス持続時間内に入
力光パルスが光変調部２を通過していないことを意味す
る。このため、次の駆動信号の発生タイミングを所定の
時刻Δｔ_aだけずらす（Ｓ２）。ここで、Δｔ_aは、前述
したｔ₁より小さいことが好ましい。これは、ずらす幅
が大きすぎると、入力パルスに対応した時点を飛び越し
てしまうからである。次に、Ｖ_nを前回のＶ_n-1と比較す
る（Ｓ３）。比較した結果、Ｖ_nとＶ_n-1の間の差が検出
器の計測誤差以下であれば、出力レベルは最大になって
おり、入力光パルスと駆動信号のタイミングが適合して
いると判断し、次回のタイミング発生時期Δｔ_n+1はΔ
ｔ_nのまま保たれる（Ｓ４）。

【００２８】一方、Ｖ_nとＶ_n-1の間に差があるときは、
駆動信号の発生タイミングが入力光パルスに対してずれ
ていると判断する。そこで、発生タイミングをずらすた
めの操作を行う。

【００２９】まず、Δｔ_nを前回変化させたかを調べる
（Ｓ５）。Δｔ_nを変化させていた場合は、さらに、Ｖ_n
がＶ_n-1より大きくなっているかを調べる（Ｓ６）。前
回より大きくなっているときは、タイミングをずらす方
向が合っていると判断して、さらに同じ方向に駆動信号
の発生タイミングΔｔ_n+1をずらす（Ｓ７）。具体的に
は、Δｔ_n+1＝（１＋α）Δｔ_n−αΔｔ_n-1に設定す
る。ここで、αは、予め設定された収束用の係数であ
り、０＜α＜１である。前回より出力レベル信号が小さ
くなっているときは、正しいタイミングはΔｔ_nとΔｔ
_n-1の間にあると判断し、Δｔ_n+1をその間に設定する
（Ｓ８）。具体的には、Δｔ_n+1＝（１−α）Δｔ_n＋α
Δｔ_n-1とする。

【００３０】一方、Δｔ_nを変化させていない場合は、
基準信号そのものが入力光パルスに対してずれたものと
判断し、Δｔ_nを所定のオフセット幅Δｔ_bだけずらす
（Ｓ９）。このΔｔ_bは、前述のΔｔ_aに対して、充分小
さいことが好ましい。基準信号そのもののずれは通常パ
ルスの繰り返し周期に比較して大きくないと思われるか
らである。

【００３１】以上をパルス出力が行われる度に繰り返す
ことにより、出力パルス光が最大となるよう駆動信号の
発生タイミングは自動的にフィードバック制御される。
タイミングのフィードバック制御には、この他に、出力
パルスの偏光状態を監視して、駆動信号の発生タイミン
グを変更する等の各種の制御手法を用いることができ
る。

【００３２】続いて、この実施形態を応用した装置の例
（応用例）のいくつかを、これらに対応する従来例と共
に示す。

【００３３】最初に、Ｅ−Ｏサンプリング装置の同期装
置に本実施形態を応用した例について述べる。Ｅ−Ｏサ
ンプリング装置は、光パルスと電気光学結晶を用いて、
被測定物内部の電気信号波形を測定するものである。図
５は、典型的なＥ−Ｏサンプリング装置の構成図であ
る。

【００３４】レーザ光源１０１から出射したパルス光
は、ビームスプリッタ１０２で同期光とプローブ光に分
岐される。同期光は同期系１０３に送られて、レーザ光
源１０１と同期する駆動電圧が被測定回路１０４に印加
される。一方、プローブ光は、偏光子１０５で特定の偏
光成分のみが抽出されて、電気光学結晶１０６へ入射さ
れる。電気光学結晶１０６には、被測定回路１０４が電
気的に接続されており、被測定回路１０４内部の電圧が
電気光学結晶１０６の駆動電気信号になっている。した
がって、被測定回路１０４内部の電圧波形に応じて電気
光学結晶１０６を通過するプローブ光の偏光状態が変調
される。この変調された位相成分のみを検光子１０７に
より取り出して光検出器１０８で電気信号に変換し、増
幅器１０９で増幅したうえで、表示装置１１０にこの電
気信号の波形を表示する。この電気信号の波形は、被測
定回路１０４の内部電圧波形と同じになる。この場合、
被測定回路１０４と測定系が電気的に分離されているた
め、被測定回路１０４の内部電圧波形を精度良く測定す
ることができる。

【００３５】この測定の際に、時間分解能の高い測定を
行うためには、同期系１０３とレーザ光源１０１から発
せられるレーザ光が同期している必要があり、同期が不
十分だと、測定の時間分解能が低下する要因となる。

【００３６】同期系とレーザ光を同期させる装置とし
て、Kurt J.Weingartenらの"Picosecond Optical Sampl
ing of GaAs Integrated Circuits"（IEEE Journal of
Quantum Electronics, Vol.24, pp.198〜220, 1988）に
記載されたシンセサイザによりパルスレーザを駆動する
装置がある（以下、従来例１と呼ぶ）。この従来例１の
同期系１０３の構成は図６に示す通りである。以下、従
来例と本実施形態を利用した応用例との比較を容易にす
るため、それぞれの共通する部分については、共通の参
照番号を用いて説明を省略する。

【００３７】従来例１のレーザ光源１０１には、繰り返
し周波数８２ＭＨｚのＮｄ：ＹＡＧモードロックレーザ
が用いられ、同期系１０３によってレーザ発振が制御さ
れている。同期系１０３は、レーザ発振の同期をとる８
２ＭＨｚの高周波シンセサイザ１２３と、被測定回路１
０４を０〜４０ＧＨｚの駆動電圧で駆動するマイクロ波
シンセサイザ１２４とを備えている。２台のシンセサイ
ザ１２３、１２４は共に同じ１０ＭＨｚの参照信号で駆
動され、電気的に同期をとっている。

【００３８】ビームスプリッタ１０２によって分岐され
た同期光は、光検出器１２１により電気信号に変換さ
れ、位相検出器１２２により、高周波シンセサイザ１２
３の出力との位相差が検出される。この位相差信号は、
利得補償器１２６を介して位相シフタ１２７に転送され
る。高周波シンセサイザ１２３の８２ＭＨｚの出力は、
周波数半減器１２５で４１ＭＨｚの信号に変換された
後、位相シフタ１２７に送られる。位相シフタ１２７は
これら二つの信号を基にして、レーザ光源１０１の発振
用の同期信号を発生する。従って、レーザ光源１０１の
レーザ発振とマイクロ波シンセサイザ１２４の出力信号
を同期させることができる。

【００３９】しかし、この場合は、特に帰還回路となる
利得補償器１２６や位相シフタ１２７で発生したジッタ
によりレーザ光源１０１の発振にずれが生ずるため、十
分な時間分解能を得ることが難しかった。さらに、この
装置には、外部モードロックが可能なパルスレーザしか
使用できず、衝突パルスモードロックリングレーザやカ
ーレンズモードロックレーザのような自己モードロック
レーザを用いることはできなかった。

【００４０】一方、自己モードロックレーザにも適用可
能な装置として、J.A.Valdmanisが"Electro-Optic Meas
urement Techniques for Picosecond Materials, Devic
es and Integrated Circuits"（Semiconductor and Sem
imetals, Vol.28, pp.135〜219, Academic Press Inc.,
1990）で開示したレーザ発振に同期系１０３を同期させ
る装置がある（以下、従来例２と呼ぶ）。

【００４１】従来例２の同期系１０３のブロック図を図
７に示す。レーザ光源１０１から出射され、ビームスプ
リッタ１０２で分岐された繰り返し周波数１００ＭＨｚ
の同期光を光検出器１２１で同じ周波数１００ＭＨｚの
電気信号に変換する。この電気信号から分周回路１３１
で１０ＭＨｚの参照信号を生成する。この１０ＭＨｚの
参照信号により、被測定回路１０４を駆動するマイクロ
波シンセサイザ１２４と、表示装置の表示タイミングを
制御する局部信号シンセサイザ１３２が駆動される。局
部信号シンセサイザ１３２の出力は、ミキサー１３３で
光検出器の出力信号と合成されて、表示装置のトリガ信
号として出力される。

【００４２】この装置の場合は、レーザ光源１０１から
発した光パルスからマイクロ波シンセサイザ１２４の参
照信号を生成するので、自己モード同期レーザにも適用
できる。しかし、光パルスから参照信号を生成する際
に、電気回路（分周回路１３１）により分周動作を行っ
ているため、この分周回路１３１で発生したジッタが全
体の時間分解能を制限し、十分な時間分解能を得ること
ができないという欠点があった。

【００４３】これらに対して、本実施形態のパルスピッ
カーを同期系１０３に応用した例を図８に示す（以下、
応用例１と呼ぶ）。この場合の同期系１０３は、本実施
形態のパルスピッカー１０と、パルスピッカの出力光を
電気信号に変換する高速光検出器１２１と、高速光検出
器の出力電気信号を正弦波に調整するフィルタ回路１３
５と、前述した被測定回路１０４に駆動電圧を与えるマ
イクロ波シンセサイザ１２４とが直列に接続されて構成
されている。フィルタ回路１３５はコンデンサ、コイ
ル、抵抗などの受動素子を組み合わせたものである。

【００４４】次にこの同期系１０３の動作を図８、９を
用いて説明する。図９は同期系１０３内を伝送される信
号のタイミングチャートである。図８に示すように、レ
ーザ光源１０１から出射されてビームスプリッタ１０２
で分岐された繰り返し周波数１００ＭＨｚの同期光パル
ス（図９（ａ）参照）をパルスピッカー１０に入射させ
る。パルスピッカー１０は、図９（ｂ）に示す１０ＭＨ
ｚの駆動信号に基づいて、この同期光パルスから１０Ｍ
Ｈｚの光パルス（同図（ｃ）参照）を取り出して出力す
る。この出力光パルスは、高速光検出器１２１に入射し
て、１０ＭＨｚの電気信号（同図（ｄ）参照）に変換さ
れる。さらに、フィルタ回路１３５によりこの出力信号
から高周波成分が除去されて、１０ＭＨｚの正弦波信号
（同図（ｅ）参照）に調整される。これがマイクロ波シ
ンセサイザ１２４の参照信号となる。このマイクロ波シ
ンセサイザ１２４の出力が駆動信号として図５に示す被
測定回路１０４に加えられる。

【００４５】この応用例１は、従来例２と同様にレーザ
光源１０１の光パルスから参照信号を生成している。し
かし、従来例２とは異なり、分周動作を光学的に行って
いるため、分周時にジッタが発生することがない。フィ
ルタ回路１３５も受動素子の組み合わせであるため、ジ
ッタが発生しにくいので、時間分解能の高い安定した測
定が可能となる。

【００４６】次に、図１０、１１を用いて、応用例１に
おいてレーザ光源１０１から出射されるレーザ光の繰り
返し周波数がマイクロ波シンセサイザ１２４で必要とす
る参照信号の周波数の整数倍でないときの実施例（以
下、応用例２と呼ぶ）について説明する。図１０は、応
用例２の同期系１０３の一部の構成図であり、図１１
は、動作タイミングを表す図である。

【００４７】応用例２では、図１０に示すように、応用
例１（図８参照）のパルスピッカー１０とビームスプリ
ッタ１０２の間に、１対の透過率が０でないミラー１３
６からなるファブリぺロー（ＦＰ）エタロン１３７が設
置されている。

【００４８】この応用例２において、レーザ光源１０１
として７５ＭＨｚの繰り返し周波数の光パルスを発する
レーザ光源を使用した場合についてその動作を説明す
る。レーザ光源１０１から出射された光パルスは、図１
１（ａ）に示すように、７５ＭＨｚの繰り返し周波数を
有する。この光パルスのうち、ビームスプリッタ１０２
で分岐された同期光パルスは、ＦＰエタロン１３７に入
射し、２枚のミラー１３６間で多重反射しながら、その
一部がパルスピッカー１０方向へ出力される。ミラー１
３６間の距離を１ｍに設定すれば、ＦＰエタロン１３７
の入射面と反対の面から１５０ＭＨｚの繰り返し周波数
を有する出力光パルス（図１１（ｂ）参照）が得られ
る。この周波数は必要とする参照信号の周波数１０ＭＨ
ｚと、レーザ周波数７５ＭＨｚの最小公倍数である。こ
の光をパルスピッカー１０に導き、１０ＭＨｚの駆動信
号（同図（ｃ）参照）によって、１０ＭＨｚの光パルス
（同図（ｄ）参照）を取り出すことができる。以下、応
用例１と同様の動作により、１０ＭＨｚの参照信号を生
成して、参照信号とレーザ光の同期をとることができ
る。

【００４９】ＦＰエタロン１３７はミラー１３６の間隔
を調整することで、出力する光パルスの繰り返し周波数
を調整できる。したがって、レーザ光源としては他の繰
り返し周波数を有するレーザでも用いることができる。
また、ＦＰエタロン１３７から出力される光の繰り返し
周波数は、参照信号の整数倍であればよい。

【００５０】次に、図１２を参照して、本実施形態のパ
ルスピッカーをホトコンサンプリング装置に適用した場
合の実施例について説明する。ホトコンサンプリング装
置は、シンセサイザ等で駆動されたＩＣ等の被測定回路
内の電極上での電気信号波形を計測する装置であり、そ
の構造は図５に示したＥ−Ｏサンプリング装置と類似し
ている。

【００５１】図１２に示すホトコンサンプリング装置
と、図５に示すＥ−Ｏサンプリング装置の違いは、プロ
ーブ光側の構成であり、同期系２０３内部の構成は、図
８に示した応用例１の同期系１０３と同一である。した
がって、同期系２０３部分の構成に関する説明は省略
し、プローブ光側の構成について説明する。ビームスプ
リッタ２０２の先のプローブ光の光路上には、光遅延装
置２０５が配置されている。この光遅延装置２０５は、
それぞれがプローブ光の光路と４５度の角度をなし、互
いに直交して配置された２個のミラー２１２とこのミラ
ー２１２を光路に沿って移動させる移動ステージ２１３
からなる。光路の長さを調整することにより、光遅延装
置２０５より後ろの光路に到達する光パルスのタイミン
グを調整できる。光遅延装置２０５の出力光の光路上に
は、さらに光路を調整するミラー２０６と集光レンズ２
０７が配置される。

【００５２】集光レンズ２０７の焦点には、ホトコンス
イッチ２１４が設置されている。ホトコンスイッチ２１
４は、半導体基板上に櫛形電極や平行電極などの対向電
極を設けたものであり、電極の間に光が入射すると電流
が流れる。このホトコンスイッチ２１４の一方の電極
は、被測定回路２０４の被測定電極に接触されるプロー
ブ電極２１５に接続されており、他方の電極は、電流検
出装置２１１に電気的に接続されている。ホトコンスイ
ッチ２１４とプローブ電極２１５はプローブヘッド２０
８内に納められており、プローブヘッド２０８を被測定
回路２０４上で移動させることにより、測定位置を変え
ることができる。電流検出装置２１１と光遅延装置２０
５は計測制御装置２０９に接続されている。計測制御装
置２０９はさらに、表示装置２１０に接続されている。

【００５３】レーザ光源２０１から出射したレーザ光
は、ビームスプリッタ２０２に入射して、２つに分岐さ
れる。直進するプローブ光は、光遅延装置２０５とミラ
ー２０６により、集光レンズ２０７に導かれる。

【００５４】ここで、被測定回路２０４には、前述のＥ
−Ｏサンプリング装置と同様に、マイクロ波シンセサイ
ザによる駆動信号（例えば、周波数１ＧＨｚ）が印加さ
れている。プローブ電極２１５を被測定回路２０４内の
被測定電極に接触させておき、ホトコンスイッチ２１４
に集光レンズ２０７で集光されたプローブ光を入射させ
ると、ホトコンスイッチ２１４の対向電極の間でキャリ
アが発生して、電流検出装置２１１に送られる。このキ
ャリア出力は、被測定回路２０４の被測定電極の電圧に
比例する。キャリア出力はさらに、電流検出装置２１１
から計測制御装置２０９に送られて処理され、表示装置
２１０で電圧波形として表示される。計測制御装置２０
９により光遅延装置２０５を移動させて、プローブ光の
光路長さを変えることにより、被測定回路２０４への駆
動電圧印加とホトコンスイッチ２１４へのプローブ光入
射のタイミングを調整することができる。

【００５５】本装置では、前述のＥ−Ｏサンプリング装
置と同様に、シンセサイザとレーザパルスの同期を光学
的にとっているため、時間分解能の高い測定が可能であ
る。

【００５６】次に、図１３を参照して、ストリークカメ
ラによる蛍光測定に応用例１のパルスピッカー（図１参
照）を使用した例について説明する。この測定系は、図
１３に示すように、パルス光を発するレーザ光源３０１
と、本実施形態のパルスピッカー３０２と、蛍光測定が
行われるサンプル３０３と、蛍光測定を行うシンクロス
キャン方式のストリークカメラ３０４と、ストリークカ
メラ３０４を制御するコントローラ３０５と、測定結果
を表示する表示装置３０６とを組み合わせて構成されて
いる。

【００５７】続いて、この応用例の動作を説明する。レ
ーザ光源３０１から出射されたパルス光（繰り返し周波
数８０ＭＨｚ）はパルスピッカー３０２に導かれ、この
中から繰り返し周波数１０ＭＨｚの出力光パルスが取り
出される。この出力光パルスがサンプル３０３に照射さ
れると、この光パルスを励起光としてサンプル３０３か
ら蛍光が発せられる。この蛍光はストリークカメラ３０
４に入射され、測定される。ストリークカメラ３０４の
シンクロ周波数（８０ＭＨｚ）は、レーザ光源３０１の
繰り返し周波数とコントローラ３０５により同期されて
いる。ストリークカメラ３０４の出力はコントローラ３
０５を介して表示装置３０６に出力され、表示される。

【００５８】パルスピッカー３０２を使用せず、直接レ
ーザ光源３０１から光パルスをサンプル３０３に入射さ
せた場合、光パルスの繰り返し周期である１２．５ｎｓ
よりサンプルの蛍光寿命が長いと、前の光パルスによる
蛍光が残っている間にサンプル３０３に次の光パルスが
入射するため、サンプル３０３から発せられる蛍光の寿
命を正確に求めることができない。本応用例の場合は、
パルスピッカー３０２をサンプル３０３とレーザ光源３
０１の間に置くことにより、光パルスの繰り返し周期を
１００ｎｓと長くとることができ、サンプル３０３の蛍
光寿命が１００ｎｓ未満であれば、その蛍光寿命を正確
に測定することができる。サンプル３０３の蛍光寿命が
さらに長い場合は、パルスピッカー３０２の駆動電圧の
周波数を変更することにより、さらに光パルスの繰り返
し周期を長くとることでサンプル３０３の蛍光寿命の正
確な測定が可能である。

【００５９】レーザの繰り返し周波数とストリークカメ
ラ３０４のシンクロ周波数は前述のように一致している
ことが好ましいが、一致していない場合についても蛍光
測定が可能である。その例を図１４、図１５を用いて説
明する。図１４は本例の測定系のブロック構成図、図１
５は本例のストリークカメラの画像表示の原理を示した
図である。

【００６０】ストリークカメラ３０４のシンクロ周波数
は１００ＭＨｚとレーザの繰り返し周波数８０ＭＨｚと
異なっている。そこで、ストリークカメラ３０４とレー
ザの同期をとるため、レーザ光の一部がビームスプリッ
タ３０７により分岐されてパルスピッカー３０２に導か
れ、１０ＭＨｚの光パルスが取り出される。これが光検
出器３０８で電気信号に変換された上で、シンセサイザ
３０９を駆動する参照信号として印加されている。シン
セサイザ３０９からは１００ＭＨｚの電気信号が出力さ
れ、これによりストリークカメラ３０４が駆動されてい
る。ストリークカメラ３０４は１０ｎｓで掃引を繰り返
すが、サンプル３０３からの応答光は、８０ＭＨｚで入
射するため、１２．５ｎｓごとに入射を繰り返すことに
なる。つまり、ストリークカメラ３０４の掃引とレーザ
光のタイミングは完全に一致するわけではない。しか
し、以下のようにして測定が可能になっている。

【００６１】図１５に示すように、ストリークカメラ３
０４の掃引時間である１０ｎｓでストリークカメラ３０
４の蛍光画面への出力位置は一周する。ここで、ストリ
ークカメラ３０４の掃引時間のうち、実際に出力を画像
として観測できる範囲を２．５ｎｓ以下に制限する。ス
トリークカメラ３０４とレーザ光の同期はとれているの
で、第１の応答光による出力は観測範囲内に入る（図１
５のＡ点）。１２．５ｎｓ後の第２の応答光による出力
は、図１５中のＡ点から１周して、さらにＡ点を４分の
１周通過した位置であるＢ点に出力される。このＢ点は
観測範囲外にあるため、実際には観測されない（同図の
Ｂ点）。続く、第３、第４の応答光による出力も同様に
観測されない（同図のＣ、Ｄ点）。そして、第１の応答
光から５０ｎｓ後の第５の応答光による出力は第１の応
答光からちょうど５周した位置であるＡ点に出力される
ため観測できる。したがって、５０ｎｓごとの応答光を
観測することが可能となる。このようにして、ストリー
クカメラ３０４のシンクロ周波数とパルスレーザの繰り
返し周波数が異なる場合についても適用できる。

【００６２】本発明のパルスピッカーはこの他にも、各
種の同期装置などに適用することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパルスピ
ッカーによれば、取り出した光パルスの出力が最大とな
るように光パルスを取り出すタイミングをフィードバッ
ク制御しているため、安定した光パルスを取り出すこと
ができる。特に、温度変動などでパルスピッカー内部の
光変調器の動作条件が変わったときでも、動作条件の変
更に自動的に対応して常に安定した光パルスが取り出せ
る。

【００６４】また、本発明のパルスピッカーを同期装置
の参照信号発生用に使用すれば、時間分解能の高い参照
信号を用いることができるため、正確な同期をとること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成図である。

【図２】電気光学結晶を用いた光変調部の構成図であ
る。

【図３】図１に係るパルスピッカーの動作タイミングを
示す図である。

【図４】図１に係る実施形態のフィードバック制御の一
例のフロー図である。

【図５】典型的なＥ−Ｏサンプリング装置の構成図であ
る。

【図６】Ｅ−Ｏサンプリング装置とレーザ光を同期させ
る従来の装置の構成図である。

【図７】レーザ発振にＥ−Ｏサンプリング装置を同期さ
せる従来の同期系の構成図である。

【図８】図１に係るパルスピッカーを応用したＥ−Ｏサ
ンプリング装置の同期系の構成図である。

【図９】図８に係る同期系の動作タイミングを示す図で
ある。

【図１０】図８に係るＥ−Ｏサンプリング装置の応用例
の構成図である。

【図１１】図８に係るＥ−Ｏサンプリング装置の応用例
の動作タイミングを示す図である。

【図１２】図１に係るパルスピッカーを応用したホトコ
ンサンプリング装置の構成図である。

【図１３】図１に係るパルスピッカーを応用したストリ
ークカメラによる蛍光測定装置の構成図である。

【図１４】図１３に係る蛍光測定装置の応用例の構成図
である。

【図１５】図１４に係る装置の画像表示の原理を示す図
である。

【図１６】従来のパルスピッカーの構成図である。

【図１７】従来例のＡＯＭによるブラッグセルの構成図
である。

【図１８】従来例の駆動部のブロック図である。

【図１９】従来例のパルスピッカー内部の光路図であ
る。

【符号の説明】

１…駆動部、２…光変調部、３…ビームスプリッタ、４
…光検出器、５…出力レベル計測部、６…制御部、１０
…パルスピッカー、１１…偏光子、１２…電気光学結
晶、１３…検光子、５１…ブラッグセル、５２…ブラッ
グセル・ステージ、５３…入射ミラー、５４…出力ミラ
ー、５５…ビームストッパ、６１…トランスデューサ、
６２…超音波媒体、６３…超音波吸収体、７０…駆動
部、７１…キャリア発振器、７２…平衡変調器、７３…
高周波増幅器、７４…駆動パルス信号発生器、１０１…
レーザ光源、１０２…ビームスプリッタ、１０３…同期
系、１０４…被測定回路、１０５…偏光子、１０６…電
気光学結晶、１０７…検光子、１０８…光検出器、１０
９…増幅器、１１０…表示装置、１２１…光検出器、１
２２…位相検出器、１２３…高周波シンセサイザ、１２
４…マイクロ波シンセサイザ、１２５…周波数半減器、
１２６…利得補償器、１２７…位相シフタ、１３１…分
周回路、１３２…局部信号シンセサイザ、１３３…ミキ
サー、１３５…フィルタ回路、１３６…ミラー、１３７
…ＦＰエタロン、２０１…レーザ光源、２０２…ビーム
スプリッタ、２０３…同期系、２０４…被測定回路、２
０５…光遅延装置、２０６…ミラー、２０７…集光レン
ズ、２０８…プローブヘッド、２０９…計測制御装置、
２１０…表示装置、２１１…電流検出装置、２１２…ミ
ラー、２１３…移動ステージ、２１４…ホトコンスイッ
チ、２１５…プローブ電極、３０１…レーザ光源、３０
２…パルスピッカー、３０３…サンプル、３０４…スト
リークカメラ、３０５…コントローラ、３０６…表示装
置、３０７…ビームスプリッタ、３０８…光検出器、３
０９…シンセサイザ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の繰り返し周期を有する入力光パル
スからその整数倍の繰り返し周期を有する光パルスを取
り出して出力するパルスピッカーにおいて、前記入力光パルスに同期しており、繰り返し周期が前記
入力光パルスの所定繰り返し周期の整数倍であって、パ
ルス幅が前記入力光パルスの１個のパルスのみを含む長
さである駆動信号パルスを発生する駆動部と、前記入力光パルスが入力されると共に、前記駆動信号パ
ルスの有無に応じて、前記入力光パルスの出力側への透
過・遮断を行う光変調部と、前記光変調器から出力された各光パルスの一部を分岐し
て取り出す光分岐手段と、前記光分岐手段により取り出された前記出力光パルス強
度の時間変化を測定する計測部と、前記計測部で測定された前記出力光パルス強度の時間変
化に基づいて、前記出力光パルス強度が最大となるよう
に前記駆動部を制御することにより前記駆動信号パルス
の発生タイミングを調整する制御部と、を備えることを特徴とするパルスピッカー。