JPH04213081A - Optical sampling apparatus - Google Patents

Optical sampling apparatus

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JPH04213081A
JPH04213081A JP3057358A JP5735891A JPH04213081A JP H04213081 A JPH04213081 A JP H04213081A JP 3057358 A JP3057358 A JP 3057358A JP 5735891 A JP5735891 A JP 5735891A JP H04213081 A JPH04213081 A JP H04213081A
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Sunao Sugiyama
直 杉山
Yoshiya Mizuta
淑也 水田
Akira Ote
明 大手
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は超高速電子デバイス(
GaAs  IC,InPIC)等における高速の電気
信号や、高速の光パルス波形を測定する光サンプリング
装置の改良に関するものである。
[Industrial Application Field] This invention relates to ultrahigh-speed electronic devices (
This invention relates to improvements in optical sampling devices that measure high-speed electrical signals and high-speed optical pulse waveforms in GaAs ICs, InPICs, etc.

【0002】0002

【従来の技術】最近の高速電子デバイスであるGaAs
のMESFETでは発振周波数が100GHzを越え、
InGaAs/AlGaAs変調ド―プFETでは20
0GHz以上の特性が得られている。これらの高速電子
デバイスは、従来のサンプリングオシロスコ―プ等では
次の2つの理由からその特性を測定することができない
。(イ)測定帯域幅の不足最近の高速電子デバイスの特
性は、従来のサンプリングオシロスコ―プやネットワ―
クアナライザの測定帯域を上回ってしまう。(ロ)接触
による測定一般に素子が高速になるほどその配置に依存
する寄生容量等の影響を受けやすくなり、高速化を妨げ
る原因となる。従来のサンプリングオシロスコ―プは測
定時に素子にブロ―ブを接触させるために、素子の特性
に影響を与えてしまう。
[Background Art] GaAs, which is a recent high-speed electronic device,
The oscillation frequency of MESFET exceeds 100GHz,
20 for InGaAs/AlGaAs modulated doped FETs.
Characteristics of 0 GHz or higher have been obtained. The characteristics of these high-speed electronic devices cannot be measured using conventional sampling oscilloscopes or the like for the following two reasons. (b) Lack of measurement bandwidth The characteristics of modern high-speed electronic devices are
exceeds the measurement band of the analyzer. (b) Measurement by contact In general, as the speed of an element increases, it becomes more susceptible to the effects of parasitic capacitance depending on its arrangement, which becomes a cause of impediments to higher speeds. Conventional sampling oscilloscopes have a probe in contact with the element during measurement, which affects the characteristics of the element.

【0003】従来、高速現象の測定には、サンプリング
法が用いられていた。図5にサンプリング法の原理を示
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、ゲート時間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(B)のような測定値を得
る。このため高速現象でも低速現象として処理すること
ができる。この技術では、サンプリング幅が測定結果の
時間分解能を決定する。測定帯域幅を増大させるには、
このサンプリング幅を短縮する必要がある。一方、レ―
ザの分野では近年、数psから数fsの光パルスを得る
ことが可能となってきている。そこで、この光パルスを
サンプリングのゲ―トパルスとして用いることで、従来
の電気的な手法では測定できなかった高速な信号を測定
することができるようになり、さらに被測定素子にプロ
―ブを接触させる必要がないので、素子に影響を与えず
に測定することができるようになった。
Conventionally, sampling methods have been used to measure high-speed phenomena. Figure 5 shows the principle of the sampling method. That is, N consecutive signals under measurement as shown in (A) are measured while shifting the gate time little by little, and the results are combined to obtain a measured value as shown in (B). Therefore, even a high-speed phenomenon can be treated as a low-speed phenomenon. In this technique, the sampling width determines the time resolution of the measurement results. To increase the measurement bandwidth,
It is necessary to shorten this sampling width. On the other hand, Ray
In recent years, it has become possible to obtain optical pulses of several ps to several fs in this field. Therefore, by using this optical pulse as a sampling gate pulse, it is now possible to measure high-speed signals that could not be measured using conventional electrical methods. Since there is no need to do this, it is now possible to perform measurements without affecting the device.

【0004】上記のように光パルスをサンプリングに用
いた測定装置の従来例を図6に示す。この装置は、Ga
As基板が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が変化することを利用してい
る。YAGレーザー1の出力光はパルス圧縮部2でps
程度のパルス幅に圧縮され、偏光子3、波長板4を介し
て被測定回路5に照射される。ここで被測定回路5がG
aAs集積回路やInP等の電気光学効果を持つ材料で
作られているとすると、回路が動作状態にあれば、その
発生電界により照射された光の偏波面が変化する。した
がってその反射戻り光は入射光とは異なる偏波面を持つ
。この偏波成分は偏光子3で分離された後受光素子6で
その強度が測定され、表示部8で測定電圧波形が表示さ
れる。被測定回路5を駆動する駆動回路7の繰返し周波
数をYAGレーザー1のパルスの繰返し周波数から僅か
にずらし順次サンプリングすることにより、高速の現象
も低速の現象として処理することができ、図5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の内部電
圧波形を測定することができる。この装置によればps
オーダーのサンプリング速度で測定が可能である。
FIG. 6 shows a conventional example of a measuring device that uses optical pulses for sampling as described above. This device is a Ga
Since the As substrate has an electro-optic effect, the polarization plane of the returned light changes depending on the magnitude of the electric field, which is utilized. The output light of the YAG laser 1 is converted to ps by the pulse compression section 2.
It is compressed to a pulse width of about 100 mL, and is irradiated to the circuit under test 5 via the polarizer 3 and the wave plate 4. Here, the circuit under test 5 is G
Assuming that the circuit is made of an aAs integrated circuit or a material with an electro-optic effect such as InP, when the circuit is in operation, the polarization plane of the irradiated light changes due to the generated electric field. Therefore, the reflected return light has a polarization plane different from that of the incident light. After the polarized components are separated by a polarizer 3, their intensity is measured by a light receiving element 6, and a measured voltage waveform is displayed on a display section 8. By sequentially sampling the repetition frequency of the drive circuit 7 that drives the circuit under test 5 by slightly shifting it from the repetition frequency of the pulses of the YAG laser 1, a high-speed phenomenon can be treated as a low-speed phenomenon, as explained in FIG. The internal voltage waveform of the circuit under test 5 can be measured using the same principle as the sampling technique described above. According to this device ps
Measurements can be made at sampling rates of the order of magnitude.

【0005】また従来から高速の光パルスを測定する手
段として、自己相関法を用いるSHG相関計が用いられ
ている。被測定光パルスを2つの光路に分け、光路差を
与えてSHG結晶に入射させ、SHG結晶から発生する
2次高調波の強度を光路差を変化させながら測定するこ
とにより、光のパルス幅を測定することができる。
[0005] Conventionally, an SHG correlator using an autocorrelation method has been used as a means for measuring high-speed optical pulses. The pulse width of the light can be determined by dividing the measured optical pulse into two optical paths, giving an optical path difference and making it incident on the SHG crystal, and measuring the intensity of the second harmonic generated from the SHG crystal while changing the optical path difference. can be measured.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6の
装置では測定信号とサンプリングパルス間のジッタによ
り時間分解能が低下するという課題がある。すなわちジ
ッタが光のパルス幅に比べて大きくなると、そのジッタ
程度のパルス幅の光でサンプリングすることと同等とな
り、パルス幅でなくジッタによって時間分解能が決まる
ようになる。このようなジッタは0.1ps程度は必ず
存在するので、時間分解能が制限されてしまう。また上
記の装置では時形列のサンプリング法を用いているので
、同じ波形が繰返さなければ測定できず、単発現象を測
定することはできない。一方、前述のSHG相関計には
次のような問題があり、その使用が制限されていた。 (イ)繰返し光パルスしか測定できず、単一光パルスの
測定が本質的に不可能である。 (ロ)自己相関法であるために、パルスの形状を測定す
ることができない。したがって、同じパルス幅であって
も、パルスの形状が異なるとパルス幅が異なって測定さ
れてしまう。 (ハ)SHG結晶で2次高調波を発生する構成であるた
め効率が悪く、被測定光の強度が低いと測定することが
できない。
However, the apparatus shown in FIG. 6 has a problem in that the time resolution is degraded due to jitter between the measurement signal and the sampling pulse. That is, when the jitter becomes larger than the pulse width of light, it becomes equivalent to sampling with light having a pulse width comparable to the jitter, and the time resolution is determined by the jitter rather than the pulse width. Since such jitter of about 0.1 ps always exists, the time resolution is limited. Furthermore, since the above-mentioned apparatus uses a time series sampling method, measurement cannot be performed unless the same waveform is repeated, and a single phenomenon cannot be measured. On the other hand, the above-mentioned SHG correlator has the following problems, which limits its use. (a) Only repeated optical pulses can be measured; measurement of single optical pulses is essentially impossible. (b) Since it is an autocorrelation method, the shape of the pulse cannot be measured. Therefore, even if the pulse width is the same, if the pulse shape is different, the pulse width will be measured differently. (c) Since the configuration uses a SHG crystal to generate second harmonics, the efficiency is poor, and measurement cannot be performed if the intensity of the light to be measured is low.

【0007】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、ジッタに影響されず、高い時間分解能を
持ち、単発現象でも測定することができる光サンプリン
グ装置を実現することを目的とする。
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to realize an optical sampling device that is not affected by jitter, has high time resolution, and can measure even single phenomena. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光サンプリ
ング装置の第1は出力光パルスが被測定回路に照射され
る第1の光パルス発生手段と、この第1の光パルス発生
手段の出力光と同期して時間的により短い光パルスを出
力する第2の光パルス発生手段と、前記被測定回路から
の戻り光と前記第2の光パルス発生手段からの光パルス
が空間的に時間差が生じるようにその内部で交差して照
射される非線形光学材料と、この非線形光学材料から発
生する光の空間的な分布を電気信号に変換するラインセ
ンサとを備え、ラインセンサ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。本発明に係る光サンプリング装置の第2は被測定光
を出力する被測定光源と、この被測定光源と同期して時
間的により短い光パルスを出力する光パルス発生手段と
、前記被測定光源からの出力光と前記光パルス発生手段
からの光パルスが空間的に時間差が生じるようにその内
部で交差して照射される非線形光学材料と、この非線形
光学材料から発生する光の空間的な分布を電気信号に変
換するラインセンサとを備え、ラインセンサの出力に基
づいて被測定光源から出力される光パルスの強度の時間
変化を測定するように構成したことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The first optical sampling device according to the present invention includes a first optical pulse generating means for irradiating an output optical pulse onto a circuit under test, and an output of the first optical pulse generating means. a second optical pulse generating means that outputs a temporally shorter optical pulse in synchronization with the light; and a second optical pulse generating means that outputs a temporally shorter optical pulse in synchronization with the light, and a spatial time difference between the return light from the circuit under test and the optical pulse from the second optical pulse generating means. It includes a nonlinear optical material that is irradiated crosswise within the nonlinear optical material so that the light is generated, and a line sensor that converts the spatial distribution of light generated from the nonlinear optical material into an electrical signal. It is characterized by being configured to measure the voltage waveform of the measurement circuit. A second aspect of the optical sampling device according to the present invention includes a light source to be measured that outputs light to be measured, a light pulse generating means that outputs a temporally shorter light pulse in synchronization with the light source to be measured, and A nonlinear optical material in which the output light and the light pulse from the light pulse generation means intersect and are irradiated with each other so that a spatial time difference occurs, and a spatial distribution of the light generated from this nonlinear optical material. The present invention is characterized in that it includes a line sensor that converts into an electrical signal, and is configured to measure changes over time in the intensity of the light pulse output from the light source to be measured based on the output of the line sensor.

【0009】[0009]

【作用】被測定回路からの戻り光パルスと第2の光パル
ス発生手段からの短い光パルスが非線形光学材料上で交
差する際に空間的な時間差が生じ、これをラインセンサ
が2次高調波を介して検出することにより、前記戻り光
パルスが前記短い光パルスでサンプリングされるので、
測定電圧波形を測定することができる。また被測定光パ
ルスと光パルス発生手段からの短い光パルスが非線形光
学材料上で交差する際に空間的な時間差が生じ、非線形
光学材料の出射光をラインセンサが検出することにより
、前記被測定光パルスが前記短い光パルスでサンプリン
グされるので、被測定光パルス強度の時間変化を測定す
ることができる。
[Operation] When the return optical pulse from the circuit under test and the short optical pulse from the second optical pulse generation means intersect on the nonlinear optical material, a spatial time difference occurs, which is detected by the line sensor as a second harmonic. Since the return light pulse is sampled with the short light pulse,
Measurement voltage waveform can be measured. In addition, when the light pulse to be measured and the short light pulse from the light pulse generating means intersect on the nonlinear optical material, a spatial time difference occurs, and the line sensor detects the light emitted from the nonlinear optical material. Since the light pulse is sampled with the short light pulse, it is possible to measure the temporal change in the intensity of the light pulse to be measured.

【0010】0010

【実施例】以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。 図1に本発明に係る光サンプリング装置の一実施例を示
す。図1において、11はYAGレ―ザ等のパルスレ―
ザ、12はパルスレ―ザ11から出力される光パルスの
通過を制御するシャッタを構成するポッケルスセル、1
3はポッケルスセルから出力された光を2光路に分割す
る分離手段を構成するハ―フミラ―、14はハ―フミラ
―13を透過した光の方向を変えるミラ―、15はミラ
―14で反射した光の光路長を調整するための光のディ
レイライン、16はディレイライン15を通過した光を
反射する偏光子、17は偏光子16からの反射光が照射
されるGaAs集積回路からなる被測定回路である。1
8はハ―フミラ―13で反射した光のパルス時間幅を小
さくするパルス圧縮器、20は非線形光学材料で、被測
定回路17からの戻り光が偏光子17およびミラ―19
を介して一方から入射し、パルス圧縮器18の出力光が
他方から入射して、両者が内部で交差するように配置さ
れたKTPやBBO等の非線形光学結晶を用いたもの、
21は非線形結晶20と対向してその後部に近接して設
けられ、非線形結晶で発生する2次高調波を受光するラ
インセンサで、CCD(Charge−Coupled
 Device )等のように一直線上の光の強度分布
を測定するもの、22はラインセンサ21の出力に基づ
いて被測定回路17の信号電圧波形を演算・表示する演
算表示部、23は被測定回路17の駆動信号、ラインセ
ンサ21のスキャン信号、パルスレ―ザ11のタイミン
グ信号およびポッケルスセル12の駆動信号を発生する
同期駆動部である。ここでポッケルスセルとは電気光学
効果であるポッケルス効果を用いた光スイッチの一種で
ある。パルスレ―ザ11、ポッケルスセル12およびハ
―フミラ―13は被測定回路17に照射する光パルスを
発生する第1の光パルス発生手段を構成し、パルスレ―
ザ11、ポッケルスセル12、ハ―フミラ―13および
パルス圧縮器18は第1の光パルス発生手段の出力光と
同期して時間的により短い光パルスを出力する第2の光
パルス発生手段を構成する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of an optical sampling device according to the present invention. In Fig. 1, 11 is a pulse laser such as a YAG laser.
12 is a Pockels cell 1 constituting a shutter that controls the passage of light pulses output from the pulse laser 11;
3 is a half mirror that constitutes a separation means that divides the light output from the Pockels cell into two optical paths; 14 is a mirror that changes the direction of the light that has passed through half mirror 13; and 15 is a mirror that is reflected by mirror 14. 16 is a polarizer that reflects the light that has passed through the delay line 15; 17 is a device to be measured consisting of a GaAs integrated circuit that is irradiated with the reflected light from the polarizer 16; It is a circuit. 1
8 is a pulse compressor that reduces the pulse time width of the light reflected by the half mirror 13; 20 is a nonlinear optical material;
A nonlinear optical crystal such as KTP or BBO, which is arranged so that the light enters from one side through the pulse compressor 18 and the output light of the pulse compressor 18 enters from the other, intersects inside.
Reference numeral 21 denotes a line sensor that is provided facing the nonlinear crystal 20 and close to the rear thereof, and receives the second harmonic generated by the nonlinear crystal.
22 is a calculation display unit that calculates and displays the signal voltage waveform of the circuit under test 17 based on the output of the line sensor 21, and 23 is the circuit under test. 17, a scan signal for the line sensor 21, a timing signal for the pulse laser 11, and a drive signal for the Pockels cell 12. Here, the Pockels cell is a type of optical switch that uses the Pockels effect, which is an electro-optic effect. The pulse laser 11, the Pockels cell 12, and the half mirror 13 constitute a first optical pulse generating means that generates an optical pulse to irradiate the circuit under test 17.
The laser 11, Pockels cell 12, half mirror 13, and pulse compressor 18 constitute a second optical pulse generating means that outputs a temporally shorter optical pulse in synchronization with the output light of the first optical pulse generating means. do.

【0011】上記装置の動作を次に説明する。パルスレ
―ザ11は光のパルス列を発生するが、この中から1つ
の光パルスだけがポッケルスセル12を透過する。この
光パルスの一部はハ―フミラ―13を透過してミラ―1
4およびディレイライン15を介して偏光子16で反射
され被測定回路17に照射される。被測定回路17はG
aAsが電気光学効果を持つので、回路が動作状態にあ
れば、照射された光の偏波面を変化させる。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。この偏
波面の変化量は内部の電界強度に比例するので、この偏
波成分を偏光子16で分離すると、この光は被測定回路
内部の電界強度の変化を光の強度に変換したものとなる
。一方ハ―フミラ―13で反射した光パルスはパルス圧
縮器18で圧縮され、パルス幅が細くなる。
The operation of the above device will now be explained. The pulsed laser 11 generates a train of light pulses, of which only one light pulse passes through the Pockels cell 12. A part of this light pulse passes through the half mirror 13 and passes through the mirror 1.
4 and the delay line 15, the light is reflected by the polarizer 16 and irradiated onto the circuit under test 17. The circuit under test 17 is G
Since aAs has an electro-optic effect, it changes the plane of polarization of the irradiated light when the circuit is in operation. That is, the reflected return light has a polarization plane different from that of the incident light. The amount of change in this plane of polarization is proportional to the internal electric field strength, so when this polarized wave component is separated by the polarizer 16, this light becomes the change in the electric field strength inside the circuit under test converted into light intensity. . On the other hand, the optical pulse reflected by the half mirror 13 is compressed by the pulse compressor 18, and the pulse width becomes narrower.

【0012】被測定回路17からの光パルスとパルス圧
縮器18で圧縮された光パルスは、図2に示すように非
線形光学結晶20に等しい角度で入射する。また2つの
光パルスはディレイライン15により光路差を調節され
ているので、非線形光学結晶20に同時に到着する。こ
のとき2つの入射光は互いに直交する偏波面を持つ。非
線形光学結晶20は2つの光が同時に入射したときに入
射光の2次高調波、すなわち波長が1/2の光を発生す
る。ラインセンサ21はこの2次高調波のみを受光する
。図2に示すように、被測定回路17からの光パルスと
圧縮された光パルスは非線形光学結晶20内部で交差す
るように入射するので、非線形光学結晶20の横軸方向
すなわち図のX軸方向に2つの光パルスの間の時間差が
生じ、横軸方向が時間差に相当することになる。図2の
非線形光学結晶20内部のa点,b点,c点における2
つの光ビ―ムの時間差の関係を図3(A),(B),(
C)にそれぞれ示す。ここで被測定回路17からの光を
31、パルス圧縮された光を32で表す。非線形光学結
晶20は2つの光が同時に入射した時に入射光の2次高
調波を発生するので、2つの光強度の掛算をしているこ
とになる。すなわち図2の横方向に、被測定回路17か
らの光を、パルス圧縮された光でサンプリングしている
ことになる。具体的には図2において、パルス圧縮光3
2が戻り光31と時間的にc点→b点→a点の順で交差
するので、図3(C)(B)(A)の順で戻り光のサン
プリングが行なわれたことになる。その結果、従来時系
列で行っていたサンプリングを空間的なサンプリングで
置換えることができる。ラインセンサ21のスキャンに
より検出された信号は演算表示部22で時間軸上の波形
として表示され、被測定回路17の動作電圧が測定され
る。
The optical pulse from the circuit under test 17 and the optical pulse compressed by the pulse compressor 18 are incident on the nonlinear optical crystal 20 at equal angles, as shown in FIG. Furthermore, since the optical path difference between the two optical pulses is adjusted by the delay line 15, they arrive at the nonlinear optical crystal 20 at the same time. At this time, the two incident lights have polarization planes that are orthogonal to each other. When two lights are incident simultaneously, the nonlinear optical crystal 20 generates a second harmonic of the incident light, that is, light whose wavelength is 1/2. The line sensor 21 receives only this second harmonic. As shown in FIG. 2, the optical pulse from the circuit under test 17 and the compressed optical pulse enter the nonlinear optical crystal 20 so as to intersect with each other, so that they are incident in the horizontal axis direction of the nonlinear optical crystal 20, that is, in the X-axis direction in the figure. A time difference occurs between the two optical pulses, and the horizontal axis direction corresponds to the time difference. 2 at points a, b, and c inside the nonlinear optical crystal 20 in FIG.
Figure 3 (A), (B), (
C). Here, the light from the circuit under test 17 is represented by 31, and the pulse-compressed light is represented by 32. Since the nonlinear optical crystal 20 generates a second harmonic of the incident light when two lights are incident at the same time, the intensities of the two lights are multiplied. That is, in the horizontal direction of FIG. 2, the light from the circuit under test 17 is sampled with pulse-compressed light. Specifically, in FIG. 2, pulse compressed light 3
2 intersects the returned light 31 temporally in the order of point c, point b, and point a, so the sampling of the returned light was performed in the order shown in FIGS. 3(C), 3(B), and 3(A). As a result, the conventional time-series sampling can be replaced with spatial sampling. The signal detected by the scan of the line sensor 21 is displayed as a waveform on the time axis on the calculation display section 22, and the operating voltage of the circuit under test 17 is measured.

【0013】このような構成の光サンプリング装置によ
れば、被測定回路の時間軸上の特性に比例した強度を持
つ第1の光パルスと、これよりも細いパルス幅を持つ第
2の光パルスを、空間的に時間差が生じるように配置し
、その強度の積を非線形光学結晶で得るように構成して
いるため、次のような利点がある。イ.繰返し現象でな
く単発現象でも測定することができる。ロ.複数周期サ
ンプリングする必要が無いので、従来のサンプリング装
置と異なり被測定回路の駆動信号と光パルスの間のジッ
タによる時間分解能の制限が無く、高い時間分解能の光
サンプリング装置を実現することができる。
[0013] According to the optical sampling device having such a configuration, a first optical pulse having an intensity proportional to the characteristic on the time axis of the circuit under test, and a second optical pulse having a narrower pulse width. are arranged so that a spatial time difference occurs, and the product of their intensities is obtained using a nonlinear optical crystal, which has the following advantages. stomach. It is possible to measure not only repeated phenomena but also single phenomena. B. Since there is no need to sample multiple periods, unlike conventional sampling devices, there is no restriction on time resolution due to jitter between the drive signal of the circuit under test and the optical pulse, and an optical sampling device with high time resolution can be realized.

【0014】なお被測定回路はGaAs集積回路に限ら
ず、InP等の電気光学効果を持つ任意の材料で作られ
ているものに適用することができる。また上記の各実施
例ではGaAs集積回路のように、被測定物自身が電気
光学材料で構成されている場合を説明したが、シリコン
等の電気光学効果を持た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LiTaO3 
(タンタル酸リチウム)単結晶などの電気光学効果を有
する材料を配置し、このLiTaO3 単結晶に光を照
射して、シリコン等からなる被測定回路からの漏れ電界
により電気光学効果を生じさせるようにすればよい。ま
た上記の実施例では電気光学効果による偏波面の変化を
検出しているが、これに限らず半導体のキャリア密度の
変化による吸収スペクトルの変化等の物理量を検出して
もよい。この場合は、電気光学材料を用いる代りに半導
体材料を被測定回路の電界内に配置し、被測定回路から
の電界によりその光吸収率を変化させ、これにパルス光
を入射してその光強度を変調する。また被測定回路の反
射光を検出する代りに透過光を検出してもよい。また被
測定回路に照射される光パルスおよびパルス圧縮された
光パルスは異なる2台の光源を同期させて用いてもよい
。また非線形光学材料20として結晶以外の材料を用い
ることもできる。また図2において、戻り光パルスと圧
縮光パルスは等しい角度で非線形光学結晶20に入射す
るときに効率が最大となるが、異なる角度で入射させて
もよい。
Note that the circuit to be measured is not limited to a GaAs integrated circuit, but can be applied to a circuit made of any material having an electro-optic effect such as InP. Further, in each of the above embodiments, the case where the object to be measured is made of an electro-optic material, such as a GaAs integrated circuit, has been described, but the present invention can also be applied to a material that does not have an electro-optic effect, such as silicon. In this case, LiTaO3 is placed close to the object to be measured such as silicon.
A material with an electro-optic effect such as a (lithium tantalate) single crystal is placed, and the LiTaO3 single crystal is irradiated with light to produce an electro-optic effect due to the leakage electric field from the circuit under test made of silicon etc. do it. Further, in the above embodiment, a change in the plane of polarization due to the electro-optic effect is detected, but the present invention is not limited to this, and a physical quantity such as a change in absorption spectrum due to a change in the carrier density of a semiconductor may be detected. In this case, instead of using an electro-optic material, a semiconductor material is placed within the electric field of the circuit under test, its light absorption rate is changed by the electric field from the circuit under test, and pulsed light is incident on it to increase its light intensity. Modulate. Furthermore, instead of detecting the reflected light of the circuit under test, transmitted light may be detected. Furthermore, two different light sources may be used to synchronize the light pulses irradiated onto the circuit under test and the pulse-compressed light pulses. Furthermore, materials other than crystals can also be used as the nonlinear optical material 20. Further, in FIG. 2, the efficiency is maximized when the return light pulse and the compressed light pulse are incident on the nonlinear optical crystal 20 at the same angle, but they may be incident on the nonlinear optical crystal 20 at different angles.

【0015】図4は本発明に係る光サンプリング装置の
他の実施例で高速光パルスの強度の時間変化を測定する
ものを示す構成ブロック図である。図1と同じ部分は同
一の記号を付して詳しい説明を省略する。図において、
被測定光源40から出力された被測定パルス光は平行光
となり、非線形光学結晶20に入射する。パルス光源1
1から出力されるパルス光はポッケルスセル12,パル
ス圧縮器18,ディレイライン15を通り、非線形光学
結晶20に入射する。2つの光は図2の場合と同様、非
線形光学結晶内部で交差するように配置されている。デ
ィレイライン15は2つの光パルスが非線形光学結晶2
0に同時に到着するように、光路差を調節するために設
けられている。非線形光学結晶20の後部にはラインセ
ンサ21があり、非線形光学結晶20で発生する2次高
調波を受光する。ラインセンサ21の出力は演算表示部
22に導かれる。パルス光源11,ポッケルスセル12
,ラインセンサ21,演算表示部22および被測定光源
40は同期駆動部23により駆動される。パルスレ―ザ
11、ポッケルスセル12およびパルス圧縮器18は被
測定光源と同期して時間的により短い光パルスを出力す
る光パルス発生手段を構成する。
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the optical sampling apparatus according to the present invention, which measures the temporal change in the intensity of high-speed optical pulses. The same parts as in FIG. 1 are given the same symbols and detailed explanations are omitted. In the figure,
The pulsed light to be measured outputted from the light source to be measured 40 becomes parallel light and enters the nonlinear optical crystal 20 . Pulsed light source 1
The pulsed light outputted from 1 passes through Pockels cell 12, pulse compressor 18, and delay line 15, and enters nonlinear optical crystal 20. As in the case of FIG. 2, the two lights are arranged so as to intersect inside the nonlinear optical crystal. The delay line 15 has two optical pulses connected to the nonlinear optical crystal 2.
This is provided to adjust the optical path difference so that they arrive at zero at the same time. A line sensor 21 is provided at the rear of the nonlinear optical crystal 20 and receives the second harmonic generated by the nonlinear optical crystal 20. The output of the line sensor 21 is guided to a calculation display section 22. Pulsed light source 11, Pockels cell 12
, line sensor 21, calculation display section 22, and light source to be measured 40 are driven by a synchronous drive section 23. The pulse laser 11, Pockels cell 12, and pulse compressor 18 constitute a light pulse generating means that outputs a temporally shorter light pulse in synchronization with the light source to be measured.

【0016】図4の装置は動作は図1の場合と同様であ
る。パルス圧縮器18でパルス圧縮された光パルス42
は被測定光源40からの光パルス41に比べて十分に細
くなり、図2,図3で示したのと同様の動作で光パルス
41を光パルス42でサンプリングすることになる。そ
の結果、被測定光源40からの光パルスを演算表示部2
2で時間軸上の波形として表示することができる。
The operation of the apparatus in FIG. 4 is similar to that in FIG. Optical pulse 42 pulse-compressed by pulse compressor 18
is sufficiently thinner than the optical pulse 41 from the light source 40 to be measured, and the optical pulse 41 is sampled with the optical pulse 42 in the same operation as shown in FIGS. 2 and 3. As a result, the light pulses from the light source to be measured 40 are calculated and displayed on the display unit 2.
2, it can be displayed as a waveform on the time axis.

【0017】このような構成の光サンプリング装置によ
れば、被測定光源からの光パルスと、これよりも細い光
パルスを、空間的に時間差が生じるように配置し、その
強度の積を非線形光学結晶で得るように構成しているた
め、次のような利点がある。 (イ)被測定光パルスが繰返し現象でなく、単発現象で
も測定することができる 。(ロ)従来の自己相関測定と異なり、パルスの形状が
測定できる。 (ハ)被測定光のパワ―が微弱でも測定できる。これは
被測定光源からの光パルスが微弱であっても、もう一方
の光パルスの強度を十分強くすれば、非線形効果により
発生する光の強度を測定に充分な強度まで増加させるこ
とができるためである。
According to the optical sampling device having such a configuration, a light pulse from the light source to be measured and a narrower light pulse are arranged so that a spatial time difference occurs, and the product of their intensities is calculated using nonlinear optics. Since it is structured to obtain crystals, it has the following advantages. (a) It is possible to measure even if the optical pulse to be measured is not a repeated phenomenon but a single phenomenon. (b) Unlike conventional autocorrelation measurements, the shape of the pulse can be measured. (c) Measurement is possible even when the power of the light to be measured is weak. This is because even if the light pulse from the light source to be measured is weak, if the intensity of the other light pulse is made strong enough, the intensity of the light generated by the nonlinear effect can be increased to a sufficient intensity for measurement. It is.

【0018】なお上記の各実施例では2つの光パルスの
波長が等しい場合なので2次高調波をラインセンサで受
光しているが、波長が異なる場合には和周波,差周波,
パラメトリック発振等により非線形光学材料(KTP,
BBOでも可能)から(少なくとも一方の)入射光と異
なる波長の光を発生させ、これをラインセンサで検出し
てもよい。
In each of the above embodiments, since the wavelengths of the two optical pulses are the same, the line sensor receives the second harmonic; however, when the wavelengths are different, the sum frequency, difference frequency,
Nonlinear optical materials (KTP,
It is also possible to generate light of a wavelength different from (at least one) of the incident light from a BBO (BBO is also possible), and detect this with a line sensor.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上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、ジッタに影響されず、高い時
間分解能を持ち、単発現象でも測定することができる光
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
Effects of the Invention As specifically explained based on the embodiments above, according to the present invention, an optical sampling device that is not affected by jitter, has high time resolution, and can measure even a single phenomenon can be easily constructed. It can be realized with a configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明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である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of an optical sampling device according to the present invention.

【図2】図1の回路の動作を示すための動作説明図であ
る。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram showing the operation of the circuit in FIG. 1;

【図3】図1の回路の動作を示すための他の動作説明図
である。
FIG. 3 is another operation explanatory diagram showing the operation of the circuit in FIG. 1;

【図4】本発明に係る光サンプリング装置の他の実施例
を示す構成ブロック図である。
FIG. 4 is a configuration block diagram showing another embodiment of the optical sampling device according to the present invention.

【図5】従来のサンプリング技術の原理図である。FIG. 5 is a principle diagram of a conventional sampling technique.

【図6】光サンプリング装置の従来例を示す構成ブロッ
ク図である。
FIG. 6 is a configuration block diagram showing a conventional example of an optical sampling device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11  パルスレ―ザ 12  ポッケルスセル 13  ハ―フミラ― 15  ディレイライン 17  被測定回路 18  パルス圧縮器 20  非線形光学材料 21  ラインセンサ 40  被測定光源 11 Pulsed laser 12 Pockelsel 13 Half mirror 15 Delay line 17 Circuit under test 18 Pulse compressor 20 Nonlinear optical materials 21 Line sensor 40 Light source to be measured

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】出力光パルスが被測定回路に照射される第
1の光パルス発生手段と、この第1の光パルス発生手段
の出力光と同期して時間的により短い光パルスを出力す
る第2の光パルス発生手段と、前記被測定回路からの戻
り光と前記第2の光パルス発生手段からの光パルスが空
間的に時間差が生じるようにその内部で交差して照射さ
れる非線形光学材料と、  この非線形光学材料から発
生する光の空間的な分布を電気信号に変換するラインセ
ンサとを備え、ラインセンサ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. A first optical pulse generating means for irradiating an output optical pulse onto a circuit under test; and a first optical pulse generating means for outputting a temporally shorter optical pulse in synchronization with the output light of the first optical pulse generating means. a nonlinear optical material on which the return light from the circuit under test and the optical pulse from the second optical pulse generating means intersect and are irradiated therein so as to create a spatial time difference; and a line sensor that converts the spatial distribution of light generated from the nonlinear optical material into an electrical signal, and is configured to measure the voltage waveform of the circuit under test based on the output of the line sensor. Optical sampling device.
【請求項2】被測定光を出力する被測定光源と、この被
測定光源と同期して時間的により短い光パルスを出力す
る光パルス発生手段と、前記被測定光源からの出力光と
前記光パルス発生手段からの光パルスが空間的に時間差
が生じるようにその内部で交差して照射される非線形光
学材料と、この非線形光学材料から発生する光の空間的
な分布を電気信号に変換するラインセンサとを備え、ラ
インセンサの出力に基づいて被測定光源から出力される
光パルスの強度の時間変化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。
2. A light source to be measured that outputs light to be measured; a light pulse generating means that outputs a temporally shorter light pulse in synchronization with the light source to be measured; output light from the light source to be measured; A nonlinear optical material to which light pulses from a pulse generating means cross each other so as to create a spatial time difference, and a line that converts the spatial distribution of light generated from this nonlinear optical material into an electrical signal. What is claimed is: 1. A light sampling device comprising: a sensor, and configured to measure a temporal change in the intensity of a light pulse output from a light source to be measured based on the output of the line sensor.
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