JP2577582B2 - 電圧検出装置 - Google Patents
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光変調器を用いてピコ秒オーダの時間分解
能で電圧を検出する電圧検出装置に関する。
能で電圧を検出する電圧検出装置に関する。
従来、光変調器を用いて電圧を検出する装置が知られ
ている。
ている。
第９図、第10図はそれぞれ米国特許第4,446,425号、1
986年10月15日に欧州特許庁で発行された特許出願公開
明細書第0,197,196号に開示されているこの種の従来の
電圧検出装置の概略構成図である。
986年10月15日に欧州特許庁で発行された特許出願公開
明細書第0,197,196号に開示されているこの種の従来の
電圧検出装置の概略構成図である。
第９図の電圧検出装置では、パルス光源50から120フ
ェムト秒程度の短パルス光を繰返し出力し、この短パル
ス光をチョッパ51,可変遅延器52を介し被測定物53,例え
ば光電スイッチに入力させる一方、光変調器40に入射さ
せている。光変調器40は、偏光子55,電気光学結晶54,位
相補償器56,検光子57で構成され、入射した短パルス光
が被測定物53からの電圧により変調される現象を利用
し、電圧波形を光強度の形で取出すようになっている。
より詳しくは短パルス光に同期して被測定物53から出力
される検出されるべき電圧を光変調器40の電気光学結晶
54に加える一方、電気光学結晶54にはパルス光源50から
の短パルス光のうち偏光子55によって抽出された所定の
偏光成分のものを入射させる。電気光学結晶54には、電
圧の印加で屈折率が変化するLiNbO3,LiTaO3などの電気
光学材料が用いられている。電気光学材料の上記性質に
よって、電気光学結晶54に入射した短パルス光は、被測
定物53からの電圧により偏光状態が変化し変調されて出
射光として出射し、位相補償器56を介して検光子57に入
射する。検光子57では、位相補償器56からの出射光から
直交する２つの偏光成分を抽出し、それぞれ変調された
光強度信号を光変調器40からの出力として光検出器58,5
9に入射させるようになっている。光検出器58,59では、
各偏光成分の光強度を検出し、差動増幅器60で光検出器
58,59からの出力信号を差動増幅し、ロックインアンプ6
1,平均器62を介し検出結果をディスプレイ63に表示する
ようになっている。
ェムト秒程度の短パルス光を繰返し出力し、この短パル
ス光をチョッパ51,可変遅延器52を介し被測定物53,例え
ば光電スイッチに入力させる一方、光変調器40に入射さ
せている。光変調器40は、偏光子55,電気光学結晶54,位
相補償器56,検光子57で構成され、入射した短パルス光
が被測定物53からの電圧により変調される現象を利用
し、電圧波形を光強度の形で取出すようになっている。
より詳しくは短パルス光に同期して被測定物53から出力
される検出されるべき電圧を光変調器40の電気光学結晶
54に加える一方、電気光学結晶54にはパルス光源50から
の短パルス光のうち偏光子55によって抽出された所定の
偏光成分のものを入射させる。電気光学結晶54には、電
圧の印加で屈折率が変化するLiNbO3,LiTaO3などの電気
光学材料が用いられている。電気光学材料の上記性質に
よって、電気光学結晶54に入射した短パルス光は、被測
定物53からの電圧により偏光状態が変化し変調されて出
射光として出射し、位相補償器56を介して検光子57に入
射する。検光子57では、位相補償器56からの出射光から
直交する２つの偏光成分を抽出し、それぞれ変調された
光強度信号を光変調器40からの出力として光検出器58,5
9に入射させるようになっている。光検出器58,59では、
各偏光成分の光強度を検出し、差動増幅器60で光検出器
58,59からの出力信号を差動増幅し、ロックインアンプ6
1,平均器62を介し検出結果をディスプレイ63に表示する
ようになっている。
なお、可変遅延器52は、被測定物53からの電圧発生タ
イミングを徐々に遅延させて電圧波形のサンプリング点
を定めるためのものである。またロックインアンプ61
は、チョッパ51に同期したタイミングで差動増幅器60か
らの出力を取出しノイズ成分を取除き、平均器62はロッ
クインアンプ61の出力を平均化するようになっている。
イミングを徐々に遅延させて電圧波形のサンプリング点
を定めるためのものである。またロックインアンプ61
は、チョッパ51に同期したタイミングで差動増幅器60か
らの出力を取出しノイズ成分を取除き、平均器62はロッ
クインアンプ61の出力を平均化するようになっている。
このような構成の電圧検出装置では、光変調器40の電
気光学結晶54に電圧Ｖが加わると、光変調器40から光検
出器59に出力される出射光の光強度Ｉは、電圧Ｖに対し
て第11図（ａ）に示すようなＶ−Ｉ特性となる。いま被
測定物53からの電圧が光変調器40より詳しくは電気光学
結晶54に加わっていないときに光検出器59への光強度Ｉ
は、位相補償器56の設定を変えることによって変化す
る。ここで、その最大の光強度をI0とするとき、光検出
器59への光強度を光強度I0の50％となるように位相補償
器56を設定すると、第11図（ａ）のＶ−Ｉ特性からわか
るように、光変調器40には見かけ上、動作点電圧Ｖπ/2
が加わったときと等価になり動作点がＡで示すところに
定められる。位相補償器56をこのように設定すると、光
変調器40に被測定物53から第11図（ｂ）に示すような変
調電圧が加わるとき、検光子57から光検出器59に入射す
る出射光の光強度Ｉは第11図（ｃ）のようになる。第11
図（ａ）乃至（ｃ）からわかるように動作点Ａでは検光
子57からの出射光の光強度Ｉは電圧変化にほぼ比例して
最も大きく変化するので、最大の交流成分IACを得るこ
とができる。一方、動作点Ａでは光強度Ｉに直流成分I
DCが含まれているが、差動増幅器60において光検出器5
8,59からの互いに逆位相の２つの出力信号を差動増幅す
ることにより直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを電
圧検出結果として感度良く検出することができる。
気光学結晶54に電圧Ｖが加わると、光変調器40から光検
出器59に出力される出射光の光強度Ｉは、電圧Ｖに対し
て第11図（ａ）に示すようなＶ−Ｉ特性となる。いま被
測定物53からの電圧が光変調器40より詳しくは電気光学
結晶54に加わっていないときに光検出器59への光強度Ｉ
は、位相補償器56の設定を変えることによって変化す
る。ここで、その最大の光強度をI0とするとき、光検出
器59への光強度を光強度I0の50％となるように位相補償
器56を設定すると、第11図（ａ）のＶ−Ｉ特性からわか
るように、光変調器40には見かけ上、動作点電圧Ｖπ/2
が加わったときと等価になり動作点がＡで示すところに
定められる。位相補償器56をこのように設定すると、光
変調器40に被測定物53から第11図（ｂ）に示すような変
調電圧が加わるとき、検光子57から光検出器59に入射す
る出射光の光強度Ｉは第11図（ｃ）のようになる。第11
図（ａ）乃至（ｃ）からわかるように動作点Ａでは検光
子57からの出射光の光強度Ｉは電圧変化にほぼ比例して
最も大きく変化するので、最大の交流成分IACを得るこ
とができる。一方、動作点Ａでは光強度Ｉに直流成分I
DCが含まれているが、差動増幅器60において光検出器5
8,59からの互いに逆位相の２つの出力信号を差動増幅す
ることにより直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを電
圧検出結果として感度良く検出することができる。
また第10図の電圧検出装置では、直流光源70からのCW
光を光変調器40を介してストリークカメラ71に加え、被
測定物53からの電圧によって変化する検光子57からの出
射光の光強度をストリークカメラ71で観測し、ロックイ
ンアンプ61,平均器62を介しディスプレイ63に表示して
電圧を検出するようになっている。なお、被測定物53か
ら出力される電圧、およびロックインアンプ61の動作
は、パルス発生器72からのパルスと同期している。また
ストリークカメラ71の偏向器（図示せず）に加わる掃引
電圧は、パルス発生器72からのパルスに対し、位相シフ
タ73により徐々にずれたタイミングとなっている。
光を光変調器40を介してストリークカメラ71に加え、被
測定物53からの電圧によって変化する検光子57からの出
射光の光強度をストリークカメラ71で観測し、ロックイ
ンアンプ61,平均器62を介しディスプレイ63に表示して
電圧を検出するようになっている。なお、被測定物53か
ら出力される電圧、およびロックインアンプ61の動作
は、パルス発生器72からのパルスと同期している。また
ストリークカメラ71の偏向器（図示せず）に加わる掃引
電圧は、パルス発生器72からのパルスに対し、位相シフ
タ73により徐々にずれたタイミングとなっている。
このような構成の電圧検出装置では、検出器としてス
トリークカメラ71を用いているため、動作点を第11図
（ａ）に符号Ｂで示すところに設定する。すなわちスト
リークカメラ71では、ダイナミックレンジを大きくとれ
ず、光強度Ｉの直流成分IDCが大きいと検出されるべき
信号としての交流成分IACを観測することができないの
で、光変調器40に加わる電圧Ｖが“0"Vのときにストリ
ークカメラ71への光強度Ｉが最小となるよう位相補償器
56を設定し、動作点がＢで示すところに定められる。
トリークカメラ71を用いているため、動作点を第11図
（ａ）に符号Ｂで示すところに設定する。すなわちスト
リークカメラ71では、ダイナミックレンジを大きくとれ
ず、光強度Ｉの直流成分IDCが大きいと検出されるべき
信号としての交流成分IACを観測することができないの
で、光変調器40に加わる電圧Ｖが“0"Vのときにストリ
ークカメラ71への光強度Ｉが最小となるよう位相補償器
56を設定し、動作点がＢで示すところに定められる。
この動作点Ｂは、直流成分IDCを極めて小さくするこ
とができるので、直流成分IDCに対する交流成分IACの比
として定まる変調度MODを最大にすることがでいてダイ
ナミックレンジの狭いストリークカメラ71においても交
流成分IACを観測することができる。なお動作点Ｂは、
動作点Ａに比べ交流成分IACもかなり減少するが、スト
リークカメラ71の増倍機能により交流成分IACを増倍し
測定可能にしている。
とができるので、直流成分IDCに対する交流成分IACの比
として定まる変調度MODを最大にすることがでいてダイ
ナミックレンジの狭いストリークカメラ71においても交
流成分IACを観測することができる。なお動作点Ｂは、
動作点Ａに比べ交流成分IACもかなり減少するが、スト
リークカメラ71の増倍機能により交流成分IACを増倍し
測定可能にしている。
しかしながら、第９図の電圧検出装置では、動作点を
Ａに設定し最大の交流成分IACを得ることができるもの
の、光強度Ｉには直流成分IDCも含まれるため、ダイナ
ミックレンジの狭い一般的な高速光検出器としてのスト
リークカメラを用いることができず、これにより光源に
は高価で取扱いが難かしいパルス光源を用いねばならな
いという問題があった。
Ａに設定し最大の交流成分IACを得ることができるもの
の、光強度Ｉには直流成分IDCも含まれるため、ダイナ
ミックレンジの狭い一般的な高速光検出器としてのスト
リークカメラを用いることができず、これにより光源に
は高価で取扱いが難かしいパルス光源を用いねばならな
いという問題があった。
一方、第11図の電圧検出装置では、動作点をＢに設定
し、直流成分IDCを著しく減少させることができるもの
の、交流成分IACも小さくなるので、高感度の検出結果
を得るには限界があるという問題があった。
し、直流成分IDCを著しく減少させることができるもの
の、交流成分IACも小さくなるので、高感度の検出結果
を得るには限界があるという問題があった。
本発明は、光源に直流光源を用いた場合にも最大の交
流成分を得ることができるとともに、直流成分を除去す
ることの可能な電圧検出装置を提供することを目的とし
ている。
流成分を得ることができるとともに、直流成分を除去す
ることの可能な電圧検出装置を提供することを目的とし
ている。
本発明は、直流光源と、被測定物からの電圧をチョッ
プするチョップ手段と、直流光源からのCW光をチョップ
手段からの電圧により変調し光強度信号として出力する
光変調手段と、前記光強度信号をサンプリング検出する
サンプリング型光検出手段と、サンプリング検出された
出力信号から前記チョップ手段のチョップ周波数で定ま
る周波数成分を抽出し増幅する増幅手段とを備えている
ことを特徴とする電圧検出装置によって、上記従来技術
の問題点を改善するものである。
プするチョップ手段と、直流光源からのCW光をチョップ
手段からの電圧により変調し光強度信号として出力する
光変調手段と、前記光強度信号をサンプリング検出する
サンプリング型光検出手段と、サンプリング検出された
出力信号から前記チョップ手段のチョップ周波数で定ま
る周波数成分を抽出し増幅する増幅手段とを備えている
ことを特徴とする電圧検出装置によって、上記従来技術
の問題点を改善するものである。
本発明では、被測定物からの電圧をチョップ手段でチ
ョップして光変調手段に加える。光変調手段に入射した
直流光源からのCW光は、チョップ手段からの電圧によっ
て変調を受けて光強度信号として出力される。サンプリ
ング型光検出手段では、光強度信号をサンプリング検出
し、増幅手段ではサンプリング検出された出力信号から
チョップ周波数で定まる周波数成分を抽出し増幅する。
ョップして光変調手段に加える。光変調手段に入射した
直流光源からのCW光は、チョップ手段からの電圧によっ
て変調を受けて光強度信号として出力される。サンプリ
ング型光検出手段では、光強度信号をサンプリング検出
し、増幅手段ではサンプリング検出された出力信号から
チョップ周波数で定まる周波数成分を抽出し増幅する。
ところで、本発明では、直流光源を用いた場合にもダ
イナミックレンジの広いサンプリング型光検出手段を用
いているので、光変調手段の動作点を最大の交流成分が
得られるところに設定できる。このときに直流成分も重
畳するが、この直流成分は、増幅手段で取除かれ、交流
成分だけが抽出され増幅される。
イナミックレンジの広いサンプリング型光検出手段を用
いているので、光変調手段の動作点を最大の交流成分が
得られるところに設定できる。このときに直流成分も重
畳するが、この直流成分は、増幅手段で取除かれ、交流
成分だけが抽出され増幅される。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の構成
図である。第１図において第９図、第10図と対応する箇
所には同じ符号を付す。
図である。第１図において第９図、第10図と対応する箇
所には同じ符号を付す。
本実施例の電圧検出装置では、直流光源70からのCWを
光変調器40に入射させ、光変調器40においてチョップ回
路10を介して加わる被測定物53からの電圧によって、入
射したCW光を変調し電圧波形を光強度信号に変換してサ
ンプリング型高速光検出器11に入力するようになってい
る。被測定物53からの電圧は、繰返し周期のものであ
り、分岐器12で分岐され、上述のようにチョップ回路10
を介して光変調器40,より詳しくは電気光学結晶54に加
わる一方、トリガ信号発生器13,遅延回路14を介してサ
ンプリング型高速光検出器11にトリガ信号として加わる
ようになっている。さらにサンプリング型高速光検出器
11からの出力信号は、チョップ回路10のチョップ周波数
に同期して作動するロックインアンプ15に入力するよう
になっている。
光変調器40に入射させ、光変調器40においてチョップ回
路10を介して加わる被測定物53からの電圧によって、入
射したCW光を変調し電圧波形を光強度信号に変換してサ
ンプリング型高速光検出器11に入力するようになってい
る。被測定物53からの電圧は、繰返し周期のものであ
り、分岐器12で分岐され、上述のようにチョップ回路10
を介して光変調器40,より詳しくは電気光学結晶54に加
わる一方、トリガ信号発生器13,遅延回路14を介してサ
ンプリング型高速光検出器11にトリガ信号として加わる
ようになっている。さらにサンプリング型高速光検出器
11からの出力信号は、チョップ回路10のチョップ周波数
に同期して作動するロックインアンプ15に入力するよう
になっている。
直流光源70は、例えばHe−Neレーザ、半導体レーザ、
レーザダイオード励起固体レーザ、あるいは第２高調波
発生素子である。またサンプリング型高速光検出器11
は、光変調器40から出力された光強度信号を遅延回路14
からのトリガ信号に同期させて掃引し、内蔵の開口部材
（図示せず）の開口から光強度波形の一部をサンプリン
グ抽出するものである。すなわち遅延回路14によりトリ
ガ信号を徐々に遅延させることにより、サンプリング点
をずらし光強度波形をサンプリングするようになってい
る。
レーザダイオード励起固体レーザ、あるいは第２高調波
発生素子である。またサンプリング型高速光検出器11
は、光変調器40から出力された光強度信号を遅延回路14
からのトリガ信号に同期させて掃引し、内蔵の開口部材
（図示せず）の開口から光強度波形の一部をサンプリン
グ抽出するものである。すなわち遅延回路14によりトリ
ガ信号を徐々に遅延させることにより、サンプリング点
をずらし光強度波形をサンプリングするようになってい
る。
第２図はチョップ回路10とロックインアンプ15の一例
を示す図である。第２図の例では、チョップ回路10は、
可変パルスジェネレータ16と、ゲート回路17と、オン・
オフ回路18とで構成され、ロックインアンプ15は、周波
数カウンタ19と、制御回路20と、可変バンドパスフィル
タ21と、増幅器22とから構成されている。
を示す図である。第２図の例では、チョップ回路10は、
可変パルスジェネレータ16と、ゲート回路17と、オン・
オフ回路18とで構成され、ロックインアンプ15は、周波
数カウンタ19と、制御回路20と、可変バンドパスフィル
タ21と、増幅器22とから構成されている。
チョップ回路10では、可変パルスジェネレータ16から
パルスが発生すると、ゲート回路17は第３図（ａ）に示
すように交互のパルスでオン・オフを繰返す。ゲート回
路17がオフでゲート回路17から電圧が出力されないとき
には、オン・オフ回路18の抵抗は第３図（ｂ）に示すよ
うに極めて大きく、被測定物53からの電圧は光変調器40
に加わらない。一方、ゲート回路17がオンでゲート回路
17から閾値VTH以上の電圧が出力されると、オン・オフ
回路18の抵抗は第３図（ｂ）に示すように極めて小さく
なり、被測定物53からの電圧が光変調器40に加わること
になる。
パルスが発生すると、ゲート回路17は第３図（ａ）に示
すように交互のパルスでオン・オフを繰返す。ゲート回
路17がオフでゲート回路17から電圧が出力されないとき
には、オン・オフ回路18の抵抗は第３図（ｂ）に示すよ
うに極めて大きく、被測定物53からの電圧は光変調器40
に加わらない。一方、ゲート回路17がオンでゲート回路
17から閾値VTH以上の電圧が出力されると、オン・オフ
回路18の抵抗は第３図（ｂ）に示すように極めて小さく
なり、被測定物53からの電圧が光変調器40に加わること
になる。
一方、可変パルスジェネレータ16からのパルスは、ロ
ックインアンプ15の周波数カウンタ19に入力し、そこで
パルス周波数が計測され、制御回路20に加わる。制御回
路20では、可変パルスジェネレータ16からのパルス周波
数の1/2の周波数成分の信号だけが可変バンドパスフィ
ルタ21を通過できるよう可変バンドパスフィルタ21を制
御する。これにより、チョップ回路11のオン・オフ回路
18がオンであるときのサンプリングされた光強度信号と
オフであるときのサンプリングされた光強度信号との変
化分だけが可変バンドパスフィルタ21を通過するので、
光強度信号から直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを
増幅器22で増幅することができる。なお、周波数カウン
タ19に可変パルスジェネレータ16からのパルスを入力さ
せるかわりに、ゲート回路17の出力を周波数カウンタ19
に入力させてゲート回路17の出力の周波数成分のみが可
変バンドパスフィルタ21を通過できるように制御しても
良い。また既知の周波数でチョップするときは、ゲート
回路17からオン・オフ回路18に一定の周波数の出力を与
え、可変バンドパスフィルタ21を固定のバンドパスフィ
ルタに変更すれば良く、この場合には可変パルスジェネ
レータ16,周波数カウンタ19,制御回路20は不要となる。
ックインアンプ15の周波数カウンタ19に入力し、そこで
パルス周波数が計測され、制御回路20に加わる。制御回
路20では、可変パルスジェネレータ16からのパルス周波
数の1/2の周波数成分の信号だけが可変バンドパスフィ
ルタ21を通過できるよう可変バンドパスフィルタ21を制
御する。これにより、チョップ回路11のオン・オフ回路
18がオンであるときのサンプリングされた光強度信号と
オフであるときのサンプリングされた光強度信号との変
化分だけが可変バンドパスフィルタ21を通過するので、
光強度信号から直流成分IDCを取除き交流成分IACだけを
増幅器22で増幅することができる。なお、周波数カウン
タ19に可変パルスジェネレータ16からのパルスを入力さ
せるかわりに、ゲート回路17の出力を周波数カウンタ19
に入力させてゲート回路17の出力の周波数成分のみが可
変バンドパスフィルタ21を通過できるように制御しても
良い。また既知の周波数でチョップするときは、ゲート
回路17からオン・オフ回路18に一定の周波数の出力を与
え、可変バンドパスフィルタ21を固定のバンドパスフィ
ルタに変更すれば良く、この場合には可変パルスジェネ
レータ16,周波数カウンタ19,制御回路20は不要となる。
このような構成の電圧検出装置の動作を第４図乃至第
６図により説明する。
６図により説明する。
被測定物53からの電圧Ｖは、第４図（ａ）に示すよう
に、チョップ回路10がオンのときにのみ光変調器40の電
気光学結晶54に加わる。位相補償器56を調節することに
より、光変調器40の動作点をＡのところに設定すれば
（第11図（ａ）参照）、直流光源70からのCW光は光変調
器40において第４図（ａ）に示す電圧により変調され、
第４図（ｂ）に示すような最大の交流成分IACが光変調
器40から出力される。なお、動作点をＡに設定すること
で光変調器40からは常に直流成分IDCも出力される。
に、チョップ回路10がオンのときにのみ光変調器40の電
気光学結晶54に加わる。位相補償器56を調節することに
より、光変調器40の動作点をＡのところに設定すれば
（第11図（ａ）参照）、直流光源70からのCW光は光変調
器40において第４図（ａ）に示す電圧により変調され、
第４図（ｂ）に示すような最大の交流成分IACが光変調
器40から出力される。なお、動作点をＡに設定すること
で光変調器40からは常に直流成分IDCも出力される。
光変調器40からの第４図（ｂ）に示すような光強度信
号は、サンプリング型高速光検出器11に加わる。サンプ
リング型高速光検出器11は、前述のように被測定物53か
らの繰返し周囲の電圧を基にしてトリガ信号発生器13,
遅延回路14で作成されたトリガ信号により光強度信号を
掃引し、光強度波形の一部を開口（図示せず）からサン
プリング抽出し、ロックインアンプ15に入力させる。サ
ンプリング型高速光検出器11のサンプリング点は、トリ
ガ信号を遅延して掃引のタイミングをずらすことにより
移動する。第４図（ｃ）に示すサンプリング点S1のとき
には、第５図に示すように光強度波形FGの一部F1をサン
プリング抽出し、これを繰返し行なった結果第６図
（ａ）に示すような出力信号を出力する。また第４図
（ｄ）に示すサンプリング点S2のときには、第５図に示
すように光強度波形FGの一部F2をサンプリング抽出し、
これを繰返し行なった結果第６図（ｂ）に示すような出
力信号を出力する。
号は、サンプリング型高速光検出器11に加わる。サンプ
リング型高速光検出器11は、前述のように被測定物53か
らの繰返し周囲の電圧を基にしてトリガ信号発生器13,
遅延回路14で作成されたトリガ信号により光強度信号を
掃引し、光強度波形の一部を開口（図示せず）からサン
プリング抽出し、ロックインアンプ15に入力させる。サ
ンプリング型高速光検出器11のサンプリング点は、トリ
ガ信号を遅延して掃引のタイミングをずらすことにより
移動する。第４図（ｃ）に示すサンプリング点S1のとき
には、第５図に示すように光強度波形FGの一部F1をサン
プリング抽出し、これを繰返し行なった結果第６図
（ａ）に示すような出力信号を出力する。また第４図
（ｄ）に示すサンプリング点S2のときには、第５図に示
すように光強度波形FGの一部F2をサンプリング抽出し、
これを繰返し行なった結果第６図（ｂ）に示すような出
力信号を出力する。
なおサンプリング型高速光検出器11のダイナミックレ
ンジは広いので、これに直流成分IDCが入力した場合で
も飽和することなく交流成分IAC並びに直流成分IDCを第
６図（ａ），（ｂ）に示すように忠実にサンプリングし
て出力することができる。
ンジは広いので、これに直流成分IDCが入力した場合で
も飽和することなく交流成分IAC並びに直流成分IDCを第
６図（ａ），（ｂ）に示すように忠実にサンプリングし
て出力することができる。
このようにしてサンプリング型高速光検出器11でサン
プリング抽出された出力信号はロックインアンプ15に入
力するが、ロックインアンプ15は、チョップ回路10のチ
ョップの周波数で定まる周波数成分の出力信号のみを通
過させるので出力信号のうち直流成分IDCは除去され、
交流成分IACが増幅されて出力される。
プリング抽出された出力信号はロックインアンプ15に入
力するが、ロックインアンプ15は、チョップ回路10のチ
ョップの周波数で定まる周波数成分の出力信号のみを通
過させるので出力信号のうち直流成分IDCは除去され、
交流成分IACが増幅されて出力される。
このように、本実施例によれば、安価でかつ取扱いの
容易な直流光源70を用いた場合にも最大の交流成分を得
ることができるように動作点を設定できてかつ重畳する
直流成分を有効に取除くことができる。
容易な直流光源70を用いた場合にも最大の交流成分を得
ることができるように動作点を設定できてかつ重畳する
直流成分を有効に取除くことができる。
なお上述の実施例において、光変調器40の電気光学結
晶54は、例えば光路と平行に電圧印加用の進行波線路が
設けられ変調された光を透過して出射させるような透過
型であっても良いし、あるいは先端に反射鏡を備え変調
された光を反射して出射させる反射型のものであっても
良い。反射型のときには被測定物に非接触で電圧を検出
できる。また電気光学結晶54は、不要な光の混入を防止
するため、入射光、出射光の経路以外は黒塗りされてい
るのが良い。
晶54は、例えば光路と平行に電圧印加用の進行波線路が
設けられ変調された光を透過して出射させるような透過
型であっても良いし、あるいは先端に反射鏡を備え変調
された光を反射して出射させる反射型のものであっても
良い。反射型のときには被測定物に非接触で電圧を検出
できる。また電気光学結晶54は、不要な光の混入を防止
するため、入射光、出射光の経路以外は黒塗りされてい
るのが良い。
また上述の実施例において、サンプリング型高速光検
出器11のトリガ信号は、被測定物からの電圧信号を分岐
して作られたが、第７図に示すように発振器30を別に設
け、この発振器30からの信号により被測定物53から電圧
を発生させると同時に、トリガ信号を作っても良い。な
お発振器30を別に設けることにより回路全体の動作が確
認し易くなる。
出器11のトリガ信号は、被測定物からの電圧信号を分岐
して作られたが、第７図に示すように発振器30を別に設
け、この発振器30からの信号により被測定物53から電圧
を発生させると同時に、トリガ信号を作っても良い。な
お発振器30を別に設けることにより回路全体の動作が確
認し易くなる。
また被測定物53が例えば高速光検出器である場合に
は、第８図に示すように、被測定物53に光パルス信号を
与える必要があり、光パルス信号を光電変換器31によっ
て電気信号に変換してトリガ信号を作る必要がある。
は、第８図に示すように、被測定物53に光パルス信号を
与える必要があり、光パルス信号を光電変換器31によっ
て電気信号に変換してトリガ信号を作る必要がある。
さらにサンプリング型高速光検出器11としてサンプリ
ング型光オッシロスコープ（浜松ホトニクス社製OOS−0
1）を用いる場合には、30HZ〜1GHZの電圧を測定するこ
とができる。またシンクロスキャンフォトメータを用い
る場合には、80MHZ〜160MHZの電圧を測定できる。な
お、チョップの周波数は、これらの電圧の周波数よりも
十分低いものでなければならない。
ング型光オッシロスコープ（浜松ホトニクス社製OOS−0
1）を用いる場合には、30HZ〜1GHZの電圧を測定するこ
とができる。またシンクロスキャンフォトメータを用い
る場合には、80MHZ〜160MHZの電圧を測定できる。な
お、チョップの周波数は、これらの電圧の周波数よりも
十分低いものでなければならない。
以上に説明したように、本発明によれば、直流光源を
用いた場合にも光検出手段にサンプリング型光検出手段
を用いているので、最大の交流成分を得ることができる
一方、これに重畳する直流成分を増幅手段により有効に
取除くことができる。
用いた場合にも光検出手段にサンプリング型光検出手段
を用いているので、最大の交流成分を得ることができる
一方、これに重畳する直流成分を増幅手段により有効に
取除くことができる。
第１図は本発明に係る電圧検出装置の一実施例の構成
図、第２図はチョップ回路とロックインアンプの構成例
を示す図、第３図（ａ）はゲート回路の出力電圧を示す
図、第３図（ｂ）はオン・オフ回路の抵抗変化を示す
図、第４図（ａ）は光変調器に加わるチョップされた電
圧波形を示す図、第４図（ｂ）は光強度信号を示す図、
第４図（ｃ），（ｄ）はそれぞれサンプリング点S1,S2
を示す図、第５図はサンプリング点S1,S2で抽出される
光強度F1,F2を示す図、第６図（ａ），（ｂ）はそれぞ
れサンプリング点S1,S2でサンプリング抽出された出力
信号を示す図、第７図、第８図はトリガ信号発生器の変
形例を示す図、第９図，第10図はそれぞれ従来の電圧検
出装置の概略構成図、第11図（ａ）は電圧Ｖに対する光
強度Ｉを示す図、第11図（ｂ）は被測定物からの変調電
圧を示す図、第11図（ｃ）は第11図（ａ）の動作点Ａの
ところに第11図（ｂ）の変調電圧を加えたときに得られ
る光強度Ｉを示す図である。 10……チョップ回路、 11……サンプリング型高速光検出器、 15……ロックインアンプ、40……光変調器、 70……直流光源
図、第２図はチョップ回路とロックインアンプの構成例
を示す図、第３図（ａ）はゲート回路の出力電圧を示す
図、第３図（ｂ）はオン・オフ回路の抵抗変化を示す
図、第４図（ａ）は光変調器に加わるチョップされた電
圧波形を示す図、第４図（ｂ）は光強度信号を示す図、
第４図（ｃ），（ｄ）はそれぞれサンプリング点S1,S2
を示す図、第５図はサンプリング点S1,S2で抽出される
光強度F1,F2を示す図、第６図（ａ），（ｂ）はそれぞ
れサンプリング点S1,S2でサンプリング抽出された出力
信号を示す図、第７図、第８図はトリガ信号発生器の変
形例を示す図、第９図，第10図はそれぞれ従来の電圧検
出装置の概略構成図、第11図（ａ）は電圧Ｖに対する光
強度Ｉを示す図、第11図（ｂ）は被測定物からの変調電
圧を示す図、第11図（ｃ）は第11図（ａ）の動作点Ａの
ところに第11図（ｂ）の変調電圧を加えたときに得られ
る光強度Ｉを示す図である。 10……チョップ回路、 11……サンプリング型高速光検出器、 15……ロックインアンプ、40……光変調器、 70……直流光源
Claims (3)
- 【請求項１】直流光源と、被測定物からの電圧をチョッ
プするチョップ手段と、直流光源からのCW光をチョップ
手段からの電圧により変調し光強度信号として出力する
光変調手段と、前記光強度信号をサンプリング検出する
サンプリング型光検出手段と、サンプリング検出された
出力信号から前記チョップ手段のチョップ周波数で定ま
る周波数成分を抽出し増幅する増幅手段とを備えている
ことを特徴とする電圧検出装置。 - 【請求項２】前記サンプリング型光検出手段は、サンプ
リング型高速光検出器であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の電圧検出装置。 - 【請求項３】前記サンプリング型高速光検出器は、サン
プリング型光オッシロスコープまたはシンクロスキャン
フォトメータであることを特徴とする特許請求の範囲第
２項に記載の電圧検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280762A JP2577582B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 電圧検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280762A JP2577582B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 電圧検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123162A JPH01123162A (ja) | 1989-05-16 |
| JP2577582B2 true JP2577582B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=17629600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62280762A Expired - Fee Related JP2577582B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 電圧検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2577582B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2986503B2 (ja) * | 1990-03-09 | 1999-12-06 | 株式会社日立製作所 | 光方式直流電圧変成器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0197196A1 (en) * | 1985-03-08 | 1986-10-15 | The University Of Rochester | Electro-electron optical oscilloscope system for time-resolving picosecond electrical waveforms |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62280762A patent/JP2577582B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01123162A (ja) | 1989-05-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |