JPH04148874A - 光サンプリング装置 - Google Patents

光サンプリング装置

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JPH04148874A
JPH04148874A JP2274732A JP27473290A JPH04148874A JP H04148874 A JPH04148874 A JP H04148874A JP 2274732 A JP2274732 A JP 2274732A JP 27473290 A JP27473290 A JP 27473290A JP H04148874 A JPH04148874 A JP H04148874A
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Kazuo Nagata
和生 永田
Sunao Sugiyama
直 杉山
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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」−の利用分野〉 この発明は超高速電−r−アバイス(GaAs  IC
1,nP  IC)等におりる高速の電気信2づを測定
する装置に関し、特に被測定回路への影響を小さくした
光サンプリンタ装置に関するものである。
〈従来技術〉 最近の高速電子−デバイスは高速なものが多く開発され
ている。例えば、HE M ′l’ (lligh 1
lectr。
n 14obilily Transistor )で
はゲート遅延時間が約1.、 Op s程度であり、ま
た光通信なとに用いられる半導体】/−ザーの直接変調
帯域も数i G )−(z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
ンタオシロスコープが用いられている。第71図にサン
プリンタオシI7スコープの原理を示す。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、
グー1−時間を少し7ずつずらしながら測定して行き、
その結果を合成して(Y3)のような測定値を得る。
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。
しかしながら、第4図のサンブリンクオシIニアスコー
プでは、サンプリング幅はスデップ゛リカバリタイオー
ドの速度に制限され、25ps程度が限界であり、光パ
ルスを用いる光オシロスコープでも]、、 Op s程
度か限界であるという速度上の欠点があった。
一方、GaAs基板は電気光学効果を有するので、電界
の大きさに応じてその戻り光の偏波面か変化する。この
現象を利用して、光を用いた測定装置か開発されている
。第5図にこのような光を用いた測定装置の構成を示す
。Y A Gレーザー1の出力光はパルス圧縮部2でp
 s程度のパルス幅に圧縮され、偏光子3、波長板・1
を介してG a AS集積回路5に入力される。また、
その戻り光は波長板4を通り、偏光子3で反射されて受
光素子6でその強麿が測定され、表示部8て表示される
駆動回路7てG a A s集積回路5が発生ずる電界
を変えるとその戻り光の偏光面が変化し、偏光子3によ
って受光素子6に入射する光の強風か変化する。IS区
動回路7により、YAGレーザ−1の出力光のタイミン
グとG a A s 集積回路5を駆動するタイミング
を同期させ、かつその位相差を少しずつずらして行くこ
とによって、第4図で説明しなサンプリンク技術と同し
原理てGaAs集積回路5の内部電圧波形を測定する事
が出来る。この装置によればpsオーダーのサンブリン
グ速度で測定が可能である。
〈発明が解決すべき課題〉 しかしながら、第5図の装置では被測定回路に入射され
る光パルスの光パワーが充分小さくないなめ、発生ずる
光電子や逆電気光学効果により、回路動作に悪影響を与
えるという課題がある。またS/N比か十分得られない
なめ微小信号の測定が賀しい。
〈発明の目的〉 この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、S/N比を改善することにより微小の測定信号が測定
でき、被測定回路に悪影響を与えることなく高速の測定
信号を測定てきる光サンブリング装置を実現することを
目的とする。
く課題を解決する為の手段〉 本発明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、と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1系
るものて゛、その特徴とするところは光パルスを出力す
る光パルス発生手段と、この光パルス発生手段の出力光
を2つに分離する分離手段と、この分離手段の一方の出
力光を狭光パルス化するパルスコンプレッサと、このパ
ルスコンプレッサ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の偏波面の変化
を光強度の変化に変換する偏光り段と、前記分離手段の
他方の出力光を周波数シフトする光音響変調器と、前記
偏光1段の出力光と前記光音響変調器の出力光とを合波
する合波手段と、この合波手段の出力光を受光する受光
素子と、この受光素子の出力に基づいて被測定回路の電
圧波形を演算する演算回路を而え、演算回路の出力に基
づいて被測定回路の電圧波形をill定するように構成
した点にある。
く作用〉 光パルス発生手段から出力された光パルスをパルスコン
プレッサて狭光パルス化した後、被測定回路の電界が加
わった電気光学素子において偏波面を回転し、前記光パ
ルス発生手段の光周波数を光音響変調器でシフトした局
部発振光とともに受光素子に入射して光周波数ヘテロダ
イン検波を行うことにより、等測的に信号を増幅するこ
とかてきる。
〈実施例〉 第1図に本発明に係る光サンプリンタ装置の一実施例を
示す。
第1図において、10は繰返し周波数f の光l) パルスを出力する光周波数fIDの光パルス発生手段で
モー ド1:l!ツタ固体レーザからなるもの、11は
光パルス発生手段10の出力光を2光ビームに分離する
分離手段を構成するハーフミラ−112はハーフミラ−
】1の透過光をさらに狭光パルス化するパルスコンプレ
ッサ、13はパルスコンプレッサ12の出力光を透過す
る偏光子、14は偏光子13の出力光の偏波面を調整す
る波長板、15は波長板1−4から出力された光をGa
As集積回路からなる被測定回路16のパターン裏面(
後述)に集光するレンズである。17は光パルスの繰返
し周波数f の正弦波信−号で光パルス発生子ρ 段10を駆動する高周波発振器、18は発振器17と同
11+jした周波数から微小周波数Δfずれた周波数で
被測定回路16を駆動する駆動回路、20は局部発振光
を作るために、ハーフミラ−11の反射光の光周波数を
Δf、−は周波数シフトする光音響変調器、21.22
.23は光音響変調器20の出力光の光路長を調整する
ための光路長調整手段を構成するミラー、24は被測定
回路16からの反射光をレンズ15.波長板14および
”偏光イ13を介してミラー23の反射光とともに合波
する合波手段を構成するハーフミラ−125はハーフミ
ラ−24の出力光が入射する受光素子、26は受光素子
25の電気出力に基づいて被測定回路16の内部電圧波
形を演算表示する演算表示回路である。
1−記構成の装置の動作を次に説明する。
光パルス発生手段10は発振器17の出力に同期して光
パルスを発生ずる。この光パルスはハフミラー11で2
つに分れ、透過光はパルスコンプレッサ12てさらに狭
光パルス化され、偏光−r13、波長板14を透過し、
レンズ]5により被測定回路16上に焦点を結ぶ。この
入射光は、第2図に示すように、被測定回路16の裏面
から入射してGaAs基板31を透過し、被測定回路1
6の表面にあるICパターン32の裏面で反射され、再
びGaAs基板31を逆向きに透過して裏面から出射さ
れる。この反射光の偏波面は、被測定回路16のGaA
s基板が電気光学効果を持つ電気光学素子であるなめ、
入射光パルスの偏波面に対し、1. Cパターン上の電
気信4シ強疫に対M51゜て発生ずる電界強風に応じて
変化する。この反射光パルスは、レンズ15を逆向きに
透過し、波長板14で偏波面が調整された後、偏光子1
3において反射する際にその偏波面に応じて光強度変調
を受ける。他方、ハーフミラ−11で反射した光はミラ
ー19で光路方向を変えた後光音響変調器20で光周波
数をΔf1oたけ周波数シフI・される。
その出力光はミラー 21〜23を経由してパルスコン
プレッサ12を経由する光と等しい光路長となるように
調整され、局部発振光として、偏光子13で反射した光
とハーフミラ−24で合波された後、受光素子25で検
出され、両光が重なった区間について後述のように光ヘ
テ17タイン検波が行すわれる。パルスコンプレッサ1
2を経由する光は光音響変調器20を経由する光よりも
狭光パルスなので、2光を完全に重なり合Mることかで
きる。演算表示回路266J受光索子25の出力に基づ
いて被測定回路16の内部信号波形を表示する。
上記へテロタイン検波について以下に式を用いて説明す
る。例えば光パルス光子手段10がらの光出力は光周波
数がω1であるとすると、Elsinの1tで表され、
光音響変調器20からの光出力は光周波数がω2である
とすると、E2sz11ω21.で表される。この2つ
の光がハーフミラ24によって合波されると、受光素子
25の受光部上の合波光を表ず式は、 (Els i nω1t、+E2 s i nω2t、
 )・・・〈1) となる。受光素r−25により電気信号に変換後、+7
−バスフィルタおよびD □カッ1〜回路を通過しな後
の信号は、 ElHE2 cos (ω1 6.+2 ) t、  
□++ (2)となる。ここで ω1  ω27−2πΔf11) ・・ (3) である。〈2)式において、Elに被測定回路16の内
部電圧信号に対応した有益な情報が含まれているが、通
常、 丁・〕 1  (ト〕 2  、  E 2  ・・ 
−−一定であるから、 El<<El ・E2 であり、等測的に信号)が かE2倍増幅されなことに
なり、S/N比が改善されることが明らかである。しな
がって被測定回路16に入射する光パワーを従来例に比
べて小さくしても従来例と同等以上、のS/Nを得るこ
とができる。
またサンプリング技術を用いるなめに、駆動回路18か
ら出力される被測定回路16の駆動信号の基本周波数f
、は fd=N−fp十Δf       ・・・(4)で表
される。ここでN=1.2.3.・・・1、Δfは微小
周波数である。(4)式におけるΔfの存在により、被
測定回路16内の被測定信号に対し、f立川をt榮かず
っずらして光パルスでサンブリンクすることがてき、高
速な現象を低速な現象として処理するJとがてきる。s
これを基本周波数にょっ”C説明ずれは、被測定物面の
高い周波数fdが低い周波数Δfに変換されることにな
る。
、−のような邦1成の光サンプリンタ装置によれば、サ
ンプリング光に光ヘデI7ダイン検波を用いることによ
り、被測定回路に入射する)〜パワーを小さくすること
ができるので、光電子や逆電気光学効果を減少し、被測
定回路動作への悪影響を小さくすることができる。
なお上記の実施例ではモード+7ツタ固体レー1ノ゛を
光源として用いたが、これに限らず半導体レザ等を1吏
用することもできる。
第3図は第1図装置の変形例で、S/N比をさらに改善
するするなめに検出部を差動構成としたものを示ず要部
構成ブロンク図である。第1図と同じ部分は同一の記弓
を1・1シている。パルスコンプレッサ12からの光出
力は、偏光子337回転7′−37および偏光子]3を
透過し、波長板14へ入射される。波長板14からの出
力光はその偏波面のX、Y方向成分について、それぞれ
偏光子13と偏光子33で分離され、出力される。各分
離光は、それぞれ、ハーフミラ−24,,38にて光路
長調整ミラーからの出力光と合波される。各合波光はそ
り、ぞれ受光索子35および3・1で検出され、減算器
36で互いに引算される。光パルスの偏波面は被測定回
路16においてX、Y方向成分か逆極性で変調されるの
で、受光素子34.35に逆位相成分同士か等址入射す
るように光学系の7゛ラインメンl〜を行えば、光源自
体のノイズは位相に無関係なので受光素子34.35で
同相となって引算により相殺され、被測定回路16で変
調を受C−tた検出光の信号成分は逆相となって引算に
より足し合わされる。しながってSlN比がさらに向上
する。
なお上記の各実施例では被測定物がG a A s集積
回路の場合ずなわぢ、被測定物自身が電気光学+4事2
1て構成されている場合を説明しなが、シリコン等の電
気光1学効果を有さない材料にも適用される。この場合
はシリコン等の被測定物に近接して1−7hTaO3単
結晶などの電気光学効果を有する材料を配置し、このり
、i T a 033社結晶に光を照射して、シリコン
等からなる被測定回路が発生ずる電界により電気光学効
果を生じさせるようにずればよい。
また被測定回路の反射光の偏波面の状態の変化を検出す
る代りに透過光を検出[7てもよい。
また1分コヒーレンシーの高い光源を用いたときは光路
長調整手段は省略てきる。
〈発明の効果ン 以」二、実施例に基づいて具体的に説明したように、本
発明によれば、S/N比を改淳することにより微小の測
定信号が測定でき、被測定回路に悪影響を与えることな
く高速の測定前−Jを測定できる光サンプリング装置〃
を簡fitな構成で実現する4=とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は木グト明に係る光サンプリンタ装”(M’−の
実施例を小ず構成ブロックIン1、第二2図は第1図装
”+’flの動作を説明するなめの説明し1、第3図は
第1図装置口゛の変形例を示ず要部構成11772図、
第4国はり一ンプリンタ技術の原理図、第5図は従来の
光l犬ンプリンタ装置の構成国である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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、 光パルスを出力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を2つに分離する分離手
    段と、 この分離手段の一方の出力光を狭光パルス化するパルス
    コンプレッサと、 このパルスコンプレッサ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の偏波面の変化を光強度
    の変化に変換する偏光手段と、 前記分離手段の他方の出力光を周波数シフトする光音響
    変調器と、 前記偏光手段の出力光と前記光音響変調器の出力光とを
    合波する合波手段と、 この合波手段の出力光を受光する受光素子と、この受光
    素子の出力に基づいて被測定回路の電圧波形を演算する
    演算回路を備え、 演算回路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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11153626A (ja) * 1997-11-19 1999-06-08 Ando Electric Co Ltd 電気光学サンプリングオシロスコープ
JP2002522770A (ja) * 1998-08-07 2002-07-23 インテル・コーポレーション 赤外レーザ・プローブを用いて集積回路における電圧を直接測定する方法および装置
JP2005127783A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Yokogawa Electric Corp 電気信号観測装置及び方法並びに電気信号標本化装置及び方法

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