JPH056122B2

JPH056122B2 -

Info

Publication number: JPH056122B2
Application number: JP16353587A
Authority: JP
Inventors: Ju Koishi; Yutaka Tsucha; Katsuyuki Kinoshita; Yoshinori Inagaki
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1993-01-25
Also published as: JPS649323A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、一定の繰返し周波数をもつ光パルス
の波形を観測する光波形観測装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、一定の繰返し周波数をもつ光パルスの波
形を観測するために、ストリーク管を利用して光
パルスの時間的変化を螢光面上で輝度分布すなわ
ちストリーク像に変換しさらにサンプリングを行
なう型式の光波形観測装置が知られている。

第１０図は米国特許第4645918号に開示されて
いるような従来の光波形観測装置の構成図であ
る。色素レーザ発振器１０１から繰返し出力され
るパルス光ビームによつてヘマトポルフイリン誘
導体１０４を繰返し励起し、繰返して励起された
ヘマトポルフイリン誘導体１０４からの螢光発光
の波形をストリーク管１３０によつて観測するよ
うになつている。第１０図においてストリーク管
１３０は、螢光の入射する光電面１３１と、光電
面から放出される電子ビームを加速する加速電極
１３５と、加速電極１３５によつて加速された電
子ビームを集束する集束電極１３６と、有孔電極
１３７と、集束電極１３６および有孔電極１３７
によつて集束され通過した電子ビームを掃引する
ための偏向電極１３３と、偏向電極１３３によつ
て掃引された電子ビームを増倍するマイクロチヤ
ンネルプレート１３２と、マイクロチヤンネルプ
レート１３２からの電子ビームが入射する螢光面
１３４とを備えている。

色素レーザ発振器１０１から繰返し出力される
パルス光ビームは、ビームスプリツタ１０２によ
り分岐され、一方のパルス光ビームはヘマトポル
フイリン誘導体１０４を繰返し励起し、ヘマトポ
ルフイリン誘導体１０４からの螢光発光を一定の
繰返し周波数で光学系１１６を介してストリーク
管１３０の光電面１３１に入射させるようになつ
ている。またビームスプリツタ１０２により分岐
された他方の光ビームは、ストリーク管１３０の
偏向電極１３３に印加する所定の偏向電圧用の電
気信号TRを作るために、フオトダイオード１０
５に加わるようになつている。フオトダイオード
１０５では、パルス光ビームを光電変換してこれ
を電気トリガ信号TRとする。フオトダイオード
１０５からの電気トリガ信号TRは、制御回路１
１０からの制御の下で時間掃引回路１０７により
遅延され偏向トリガ信号となつて、偏向回路１０
８に加わるようになつている。偏向回路１０８で
は、偏向トリガ信号に同期した偏向電圧を発生す
る。

またストリーク管１３０は、光電面１３１から
放出された電子ビームを偏向電極１３３に加わる
偏向電圧で掃引することで光電面１３１に入射し
た螢光発光の時間的変化を螢光面１３４上で空間
的の輝度分布に変換しストリーク像として観測し
うるようになつている。第１０図の光波形観測装
置では螢光面１３４上の輝度分布すなわちストリ
ーク像により発光された光をさらにレンズ１１８
を介してサンプリング板１１１に入射させ、サン
プリング板１１１のスリツト１０９によりサンプ
リングを行ないサンプリング波形として抽出し、
光電子増倍管１１２によつてサンプリング波形を
光電変換して増倍しさらに増倍器１１３を介して
表示装置１１４に出力するようになつている。

このような構成の光波形観測装置の動作を第１
１図ａ乃至ｅのタイムチヤートを用いて説明す
る。

色素レーザ発振器１０１から繰返し出力される
パルス光ビームによつてヘマトポルフイリン誘導
体１０４からは、第１１図ａに示すような繰返し
周期の螢光発光すなわち入射光INが出力され、
ストリーク管１３０の光電面１３１に入射する。
一方、フオトダイオード１０５からは、色素レー
ザ発振器１０１からのパルス光ビームによつて第
１１図ｂに示すような電気トリガ信号TRが出力
される。第１１図ａ，ｂからわかるように、電気
トリガ信号TRは入射光INと完全に同期したもの
となつている。電気トリガ信号TRはさらに、時
間掃引回路１０７によつて第１１図ｃに示すよう
な徐々に遅延した偏向トリガ信号になる。第１１
図ｃでは、ｎ回目のサンプリングタイミングにお
ける偏向トリガ信号TR１は電気トリガ信号TR
に対して時間ｎ・ｔだけ遅延し、（ｎ＋１）回目、
（ｎ＋２）回目のサンプリングタイミングにおけ
る偏向トリガ信号TR２、TR３は電気トリガ信
号TRに対して時間（ｎ＋１）・ｔ、（ｎ＋２）・
ｔだけそれぞれ遅延している。なお、ｔは偏向ト
リガ信号の単位遅延時間である。これらの偏向ト
リガ信号が偏向回路１０８に加わると、偏向回路
１０８は第１１図ｄに示すような偏向電圧Ｖを発
生する。第１１図ｄからわかるように偏向電圧Ｖ
は、光電面１３１から放出される電子ビームを掃
引しないときには、電位V_nに保持され、偏向ト
リガ信号が加わつたときに電位V_nから電位−V_n
までほぼ一定の傾きで降下し、電子ビームを掃引
するように作られる。このような偏向電圧Ｖの降
下によつて電子ビームは上方から下方に掃引され
螢光面１３４上で第１１図ｅに示すように各サン
プリングタイミングでストリーク像FG１，FG
２，FG３として観測される。すなわち入射光IN
の強度の時間的変化を輝度分布として観測するこ
とができる。第１１図ａと第１１図ｅとを比較す
れば明らかなように、各ストリーク像FG１，FG
２，FG３は、入射光INの波形を反映している
が、各ストリーク像FG１，FG２，FG３は偏向
変圧Ｖの位相が各サンプリングタイミングごとに
ずれることによつて、互いに位相のずれたものと
なつている。電子ビームを掃引中、偏向電圧Ｖが
“０”Ｖの近くでは、電子ビームは偏向されずに
螢光面１３４の中央部に達し、このとき螢光面１
３４の中央部から発光した光ビームがサンプリン
グ電極１１１のスリツト１０９を主に通過し、光
電子増倍管１１２においてサンプリング信号とし
て検出される。すなわち第１１図ｅに示すよう
に、ｎ回目、（ｎ＋１）回目、（ｎ＋２）回目のサ
ンプリングタイミングではそれぞれサンプリング
信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３がサンプリング板１１１の
スリツト１０９によつて抽出されて光電子増倍管
１１２で検出される。

このように時系列的にサンプリング信号Ｐ１，
Ｐ２，Ｐ３を順次に検出し、これらのサンプリン
グ信号を組合わせることで、繰返し周波数をもつ
入射光INの１つのパルス波形を所定の時間分解
能で観測することができる。

なお、第１０図には、ストリーク管１３０の外
部にスリツト１０９を備えたサンプリング電極１
１１を設けたが、第１２図に示すストリーク管１
５０のように、サンプリング電極１５１をこのス
トリーク管１５０の内部にすなわちマイクロチヤ
ンネルプレート１３２と螢光面１３４との間に設
けるようにしても良い。第１２図では、サンプリ
ング電極１５１は螢光面１３４と同じ電位に保持
されている。このようにサンプリング電極を内部
に備えたストリーク管を一般にサンプリングスト
リーク管と称する。サンプリングストリーク管１
５０を用いる場合には、電子ビームが螢光面１３
４に達する前に、サンプリング波形を抽出するこ
とができるので、掃引中、電子ビームを常に螢光
面１３４に入射させる第１０図の光波形観測装置
の場合に比べて、螢光面１３４の中央部にだけ必
要な電子ビームを入射させ、極く一部の輝度分布
だけを光電子増倍管１１２に送ることができて、
螢光面からのバツクグランドノイズの少ないサン
プリング波形を検出することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで第１０図に示すストリーク管１３０あ
るいは第１２図に示すサンプリングストリーク管
１５０では、加速電極１３５の円形のメツシユ状
のものを用いているために、加速電極１３５を通
過する電子ビームにはバツクグランドノイズが含
まれる。すなわち、加速電極１３５のメツシユの
開口率は通常60％であり、第１３図ａに示すよう
に光電面１３１で光電変換されずに突き抜けた入
射光のうち約40％の光は加速電極１３５のメツシ
ユの非開口部分で散乱され散乱光DFとなつて再
び光電面１３１に背後から入射して光電子BGを
放出しバツクグランドノイズとなる。第１３図ｂ
はストリーク管１５０においてサンプリング電極
１５１に到達した電子密度分布ρを示すものであ
る。第１３図ｂからわかるように、メツシユ状の
加速電極１３５を用いる場合には、電子密度分布
ρには、信号電子による密度分布ρ_Oの他に、散乱
光の光電子による密度分布P_eが存在し、この密
度分布ρ_eがバツクグランドノイズとなつてサンプ
リング波形の観測精度を低下させることになる。
密度分布P_eからわかるように、散乱光による光
電子BGは入射光位置をピークとして周辺にゆく
に従つて徐々に減少するが、入射光に近い部分で
はかなりの量となり測定精度を悪化させる。この
結果、例えば系の時間分解能より十分短かい光パ
ルスを測定する場合、測定された光パルスの前後
に散乱光DFによるバツクグランドノイズが発生
し、光パルス波形を正確に測定することができな
い。

またこのようなバツクグランドノイズすなわち
密度分布ρ_eは大きな広がりがもつているので、電
子ビームを掃引しない期間すなわち待機時間にお
いて光電面１３１に入射光が入射したような場合
にもサンプリングされる確率が多くサンプリング
波形の観測精度を低下させるので取除かれるのが
望ましい。このために従来の光波形観測装置で
は、偏向回路１０８から出力される偏向電圧Ｖを
大振幅かつ高いスルーレート（電圧／時間）のも
のに設定していた。すなわち、偏向電圧Ｖを大振
幅かつ高いスルーレートのものに設定することに
より、電子ビームを掃引中、散乱光による光電子
がサンプリングされる確率を低下させることがで
きる。また偏向電極Ｖを大振幅にすることで電子
ビームを掃引しない時間の偏向電圧Ｖの電圧V_n
は大きなものとなり、たとえばこの期間に光電面
１３１に入射光が入射したとしても、この入射光
による信号電子は偏向電極１３３により大きく偏
向されて、第１０図に示すストリーク管１３０の
螢光面１３４の中央部からかなり離れた位置に入
射し、これに伴ない散乱光の光電子もその大部分
は螢光面１３４の中央部から離れた位置に入射す
るので、散乱光による光電子の密度分布ρ_eが大き
くなつ広がりをもつていても螢光面１３４の中央
部に入射する確率は少なくなり、サンプリング波
形への影響を防止することができる。また第１２
図に示すサンプリングストリーク管１５０におい
ても、偏向電位V_nを大きくすることで、掃引し
ない期間中の電子ビームはサンプリング電極１５
１にそのスリツトからかなり離れた位置に入射す
るので、同様にして、散乱光の光電子によるサン
プリング波形への影響を防止することができる。
偏向電圧Ｖの電位V_n，−V_nは、具体的には、＋
1KV、−1KV程度である。

一方、サンプリングにより入射光の波形を観測
しようとする光波形観測装置では、入射光によつ
て光電面１３１から放出される電子ビームが偏向
によつてサンプリング電極１５１のスリツトを横
切る速度すなわち掃引速度v_tと電子ビームの太さ
ｕおよびサンプリング電極１５１のスリツト幅ｗ
がアパーチヤ時間すなわちサンプリング波形の抽
出される時間Δtを決定し、このアパーチヤ時間
Δtが時間分解能に相当する。アパーチヤ時間Δt
は、 Δt＝√（²＋²）／v_t ……(1) として表わされ、また掃引速度v_tは、サンプリン
グストリーク管１５０の偏向感度をＳ（cm／Ｖ）、
偏向電圧のスルーレートをＴ（Ｖ／秒）とすれば、 v_t＝Ｓ×Ｔ ……(2) として表わされる。

従つて(1)式と(2)式とからアパーチヤ時間Δtは、
偏向感度Ｓおよび偏向電圧のスルーレートＴを大
きくすれば短かくなり、時間分解能を向上させる
ことのできることがわかる。

しかしながら、従来の光波形観測装置では対を
なす偏向電極１３３の間隔を小さくして偏向感度
Ｓを向上させようとすると、偏向電圧Ｖを大振幅
のものにしたことによつて掃引を行なわない期間
の大きく偏向した電子ビームが偏向電極１３３に
衝突し反射されて螢光面１３４の中央部に入射す
るという事態が生ずる。従つて従来の光波形観測
装置では、偏向電極１３３の間隔を差程小さくす
ることができず、偏向感度Ｓを著しく向上させる
には限度があり、例えば数ピコ秒程度の時間分解
能を得ることができず、さらには偏向の繰返し周
波数を上げることができないという問題があつ
た。

本発明は、バツクグランドノイズのサンプリン
グ波形への影響を阻止することができるとともに
偏向感度を著しく向上させかつ高速繰返し偏向を
実現させることの可能な光波形観測装置を提供す
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、一定の繰返し周波数をもつ入射光の
波形をサンプリングストリーク管により観測する
型式の光波形観測装置を改良するものである。

第１の発明は、サンプリングストリーク管が、
入射光の入射する光電面と、光電面から放出され
た電子ビームを加速する加速電極と、加速電極を
通過した電子ビームを所定方向に掃引する偏向電
極と、偏向電極によつて偏向された電子ビームに
対しサンプリングを行なうサンプリング手段と、
サンプリング手段によつてサンプリングされた電
子ビームを検出する電子検出手段とを備え、前記
加速電極は開口を備えた板状のものであることを
特徴とするものである。

第２の発明はさらに、偏向電極の掃引方向と垂
直方向に偏向電極を通過した電子ビームを偏向さ
せるブランキング偏向電極を設けたことを特許と
するものである。

〔作用〕本発明では、一定の繰返し周波数をもつ入射光
をサンプリングストリーク管の光電面に入射させ
て電子ビームを放出させ、光電面からの電子ビー
ムを加速電極により加速し、さらに偏向電極で所
定方向に掃引し、掃引された電子ビームをサンプ
リング手段でサンプリングして電子検出手段で検
出することにより、入射光の波形を観測する。と
ころで、加速電極にメツシユ状電極を用いる場合
には、加速電極からの散乱光による光電子が所定
の広がりをもつバツクグランドノイズとなつて信
号電子に混入する。このために従来では、偏向電
極に加わる偏向電圧を大振幅のものにして掃引を
行なわない期間中に入射する入射光によるバツク
グランドノイズがサンプリング手段によつてサン
プリングされないようにしていた。しかしながら
偏向電圧を大振幅にすることにより、偏向電極間
の間隔を狭めることはできず偏向感度を向上させ
るには限界がありまた偏向の繰返し周波数を高く
することができなかつた。これに対して本発明で
は、加速電極を開口を備えた板状のものにしてい
るので、加速電極からの散乱光による光電子は加
速電極の非開口部分で遮蔽され、バツクグランド
ノイズとなつて信号電子に混入する確率は著しく
減少する。これにより偏向電極に加わる偏向電圧
を小振幅のものにしても掃引を行なわない期間中
に入射する入射光によるバツクグランドノイズは
極めて少ないのでサンプリング手段によつてバツ
クグランドノイズをサンプリングする確率は低減
する。従つて偏向電極に加わる偏向電圧を小振幅
のものにすることができて、これに付随して偏向
電極の間隔を小さくできて偏向感度を向上させる
と同時に偏向の繰返し周波数を高くすることがで
きる。

さらに本発明では、偏向電極の後段に設けられ
たブランキング偏向電極により偏向電極の掃引方
向と垂直方向に偏向電極を通過した電子ビームを
偏向させるようにしている。例えばブランキング
偏向電極に偏向電極に加わる偏向電圧と同期した
ブランキング偏向電圧を偏向電極の帰線期間中加
えるようにする。これにより偏向電極による電子
ビームの掃引期間中は、電子ビームはサンプリン
グ手段によつてサンプリングされるが帰線期間中
は、電子ビームはブランキング偏向電圧によつて
偏向電極の掃引方向とは垂直方向に偏向されるの
でサンプリング手段によりサンプリングされない
ようにすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明に係る光波形観測装置の第１の
実施例の構成図である。第１図において第１０図
と同様の箇所には同じ符号を付して説明を省略す
る。第１の実施例の光波形観測装置では、従来の
ストリーク管１３０あるいはサンプリングストリ
ーク管１５０と異なり、加速電極２がメツシユ状
のものではなく、ほぼ中央に所定の大きさの開口
３を備えた板状のものとなつているサンプリング
ストリーク管１が用いられている。加速電極２の
開口３は、30μｍ×３mm程度の大きさのものであ
る。なお開口３にメツシユを設けるようにしても
良いし、メツシユを設けずとも良い。またサンプ
リング電極４は、第１２図に示す従来のサンプリ
ングストリーク管１５０のサンプリング電極１５
１と同様にスリツト５を有しているが、サンプリ
ング電極４は螢光面１３４と必ずしも同電位にな
るようには接続されていない。すなわちサンプリ
ング電極４と螢光面１３４との間に、所望により
高電圧を加えスリツト５を通過した電子を後段加
速して螢光面１３４に入射させることもできるよ
うになつている。

このようなサンプリングストリーク管１の光電
面１３１への入射光は、波形の観測されるべき繰
返し周波数の光パルスであつて、パルス光源１０
によつて出力され、ビームスプリツタ１０２、光
学遅延手段１１、入力光学系１２を介して入射す
るようになつている。

ビームスプリツタ１０２は前述したと同様にし
て、パルス光源１０から出力される入射光の一部
を分岐し、フオトダイオード１０５に入射させる
ようになつている。入射光の一部はフオトダイオ
ード１０５で光電変換され電気トリガ信号TRと
なりこの電気トリガ信号TRは、前述のように、
時間掃引回路１０７で徐々に遅延され偏向トリガ
信号に変換され偏向回路１３に加わるようになつ
ている。

なお、電気トリガ信号TRをフオトダイオード
１０５で光電変換して作成するかわりに、スイツ
チ１４を切換えてパルス光源１０の駆動信号を電
気トリガ信号TRとして用いても良い。

このような構成の光波形観測装置は、従来の光
波形観測装置と同様に第１１図ａ乃至ｅのタイム
チヤートに従つて動作する。しかしながら、第１
の実施例の光波形観測装置では、サンプリングス
トリーク管の加速電極２を板状のものとし、その
ほぼ中央だけに開口３を有するようにしているの
で、第２図ａに示すように、散乱光DFによる光
電子BGは、加速電極２の非開口部で阻止され、
偏向電極１３３、サンプリング電極４に向かわな
いようにすることができる。これにより、サンプ
リング電極４に到達した電子ビームの電子密度
ρ′は第２図ｂのようになる。第２図ｂを第１３図
ｂと比較すれば明らかなように、電子密度ρ′の散
乱光の光電子による密度分布ρ_e′は非常に僅かで
広がりも小さなものとなり、加速電極２に板状の
ものを用いることにより加速電極２での散乱光に
よる光電子の影響を有効に阻止し、バツクグラン
ドノイズを低減させることができる。

従つて、サンプリングストリーク管１では、板
状の加速電極２を用いていることから偏向電極１
３３に加わる偏向電圧の振幅を差程大きくする必
要がなく、第１１図ｄのタイムチヤートにおいて
偏向電圧Ｖの電位V_n１−V_nを、従来の光波形観
測装置に比べてかなり小さくすることができて、
例えばそれぞれ＋32.5V、−32.5V程度にすること
ができる。すなわち偏向電圧Ｖをこのように小さ
くして掃引を行なわない期間中の電子ビームが従
来の装置に比べてサンプリング電極４のスリツト
５から差程離れていない位置に入射するよう設定
したとしても、散乱光による光電子はサンプリン
グ電極１４にほとんど到達せず、また到達したと
しても散乱光の光電子の密度分布ρ_e′の広がりは
小さいので（加速電極をメツシユ状にしたときに
は散乱光の光電子の到達率は正規の信号電子の到
達率に対して10^-3程度であるのに対して、本実施
例の加速電極２では散乱光の光電子の到達率は正
規の信号電子の到達率に対して10^-6程度とほとん
ど到達しなくなる）、スリツト５から散乱光の光
電子が通過する確率は信号電子が通過する確率に
比べて10^-3程度から10^-6程度と10³のオーダで低
減し、サンプリング波形をバツクグランドノイズ
に影響されずに精度良く観測することができる。
また偏向電圧Ｖの振幅を小さくすることができ
る。また電子ビームを掃引中の偏向電圧波形の傾
きのリニアリテイが確保されなくなつても、サン
プリング電極４のスリツト５に電子ビームを通過
させる際のすなわちサンプリングする際の偏向電
圧波形が各繰返し周期ごとに同じであれば、抽出
されるサンプリング波形の観測精度には何らの影
響をも与えない。

このようにして第１の実施例の光波形観測装置
では、サンプリングストリーク管１の偏向電極１
３３に加わる偏向電圧の振幅を小さくすることが
できるので、対をなす偏向電極１３３の間隔をか
なり小さくしても掃引しない期間中偏向された電
子ビームが偏向電極１３３に衝突するような事態
を生せず、偏向感度を従来のものに比べて２倍程
度向上させることができる。これにより、時間分
解能を向上させることができて、電位V_nが65V
程度の振幅で数ピコ秒程度の時間分解能を得るこ
とができる。なお従来の装置ではこの程度の時間
分解能を得るのに数100V乃至数1000V以上の電
圧を必要としていた。また偏向電圧の振幅を小さ
くすることができることにより、偏向回路１３に
おいて4MH_Z程度の高速繰返し周波数の偏向電圧
を発生することができる。すなわち従来の光波形
観測装置の偏向回路１０８では、大振幅の偏向電
圧を発生させねばならなかつたので、アバランシ
エトランジスタや三極管などの素子を用いてい
た。しかしながらこのような素子を用いた偏向回
路１０８では、最大でも1KH_Z程度の繰返し周波
数の遅い偏向電圧しか発生することができなかつ
たので、モード同期色素レーザや半導体レーザの
発生する例えば100MH_Z程度の高速繰返し光現象
を効率良く捕えることができない。このような繰
返し周波数が遅いという欠点を補うため、偏向回
路１０８においてLC共振回路により100MH_Z程
度の高速高圧の正強波偏向電圧を作るようにする
と、確かに高速繰返し光現象に同期した高速繰返
し偏向による効率の良い測定が可能となるが、
LC共振回路を用いるために光現象の繰返し周波
数が固定されてしまい測定が限定される。また、
観測する光現象の繰返し周波数、位相が測定中に
変動すると測定精度が著しく悪化するという欠点
があつた。このように従来の光波形観測装置で
は、偏向電圧を大振幅のものにしなければならな
かつたので、高い繰返し周波数の偏向電圧を都合
良く発生させることができなかつたが、このよう
な高い繰返し周波数の偏向電圧はサンプリング方
式であるための信号の利用効率の低下を補ない高
速サンプリングを行なう上で、特に必要なものと
なる。

第１の実施例では、偏向電圧の振幅が小さいも
のでもよいので、偏向回路１３のスイツチング素
子あるいは駆動素子は耐電圧が比較的低いもので
良く、このため偏向回路１３を高周波用トランジ
スタやステツプリカバリーダイオードなどで構成
することにより、例えば4MH_Z程度の高速繰返し
偏向を容易に実現することができる。なお4MH_Z
という繰返し周波数はLC共振回路によつて達成
される100MH_Z程度の繰返し周波数と比較すれば
低いが測定する周波数が固定されないという点で
汎用の測定器としての利点が多いにある。

具体例を示すと、サンプリング電極４のスリツ
ト５のスリツト幅ｗを60μｍ、電子ビームの太さ
ｕを80μｍとすると、10ピコ秒のアパーチヤ時間
Δtを与えるために掃引速度v_tは(1)式に従つて、10
mm／ナノ秒程度でなければならない。またサンプ
リングストリーク管１の偏向感度Ｓを0.1mm／Ｖ
となるようにすると、10ピコ秒のアパーチヤ時間
Δtを得るのに必要な偏向電圧のスルーレートＴ
は(2)式に従つて100V／ナノ秒となり、このよう
なスルーレートＴは、高周波用トランジスタやス
テツプリカバリーダイオードなどで構成された偏
向回路で十分達成できる値である。

このようにして第１の実施例によれば、加速電
極２を開口３を備えた板状のものにすることによ
り、偏向電圧の振幅を小さなものにすることがで
きるので、偏向電極１３３の間隔を狭めて偏向感
度Ｓを２倍程度向上させることができると同時
に、4MH_Z程度の高速繰返し偏向を実現するこが
できる。

また第１の実施例では、偏向回路１３において
掃引中の偏向電圧波形の傾きを変えることによ
り、種々のアパーチヤ時間Δtを得ることができ
る。本実施例のようなサンプリング方式では、ア
パーチヤ時間Δtを短かくすると高時間分解能が
得られるが、サンプリング波形を抽出する時間は
それだけ短くなり、サンプリング波形の取得効率
が低下する。従つて遅い光現象を測定する場合に
は差程高い時間分解能を必要としないので、掃引
中の偏向電圧波形の傾きを緩くし、これによりア
パーチヤ時間Δtを長くしてサンプリング波形の
取得効率を上げ、より微弱な光現象を良好なＳ／
Ｎ比で観測することができる。このような偏向電
圧波形の傾きを変える手段は、ミラー積分回路で
実現することができる。

第３図は本発明に係る光波形観測装置の第２の
実施例の部分構成図である。

第３図の光波形観測装置のサンプリングストリ
ーク管２０には、第１図に示すサンプリングスト
リーク管１と同様に開口３を備えた板状の加速電
極２が用いられているが、さらに偏向電極１３３
とサンプリング電極４との間にブランキング電極
２１が設けられている。このブランキング電極２
１は、第４図に詳細に示すように、偏向電極１３
３による掃引期間中電子ビームをサンプリング電
極４上でＲ１からＲ２まで掃引した後、偏向電極
１３３による帰線期間中電子ビームがサンプリン
グ電極４のスリツト５を通過しないよう、電子ビ
ームを偏向電極１３３の掃引方向と垂直な方向に
偏向させるためのものである。すなわちブランキ
ング偏向電極２１に加わるブランキング偏向電圧
によつて偏向電極１３３による帰線期間中、電子
ビームはサンプリング電極４上でＲ３からＲ４ま
での軌跡をたどりスリツト５を通過しないように
することができる。

ブランキング偏向電極２１に加わるブランキン
グ偏向電圧は、ブランキング偏向回路２２で発生
する。ブランキング偏向回路２２には、偏向回路
１３に加わるのと同じ偏向トリガ信号が時間掃引
回路１０７から加わるようになつている。

第５図ａ，ｂはそれぞれ偏向回路１３で発生す
る偏向電圧、ブランキング偏向回路２２で発生す
るブランキング偏向電圧のタイムチヤートであ
る。第５図ａ，ｂを参照すると、偏向電圧Ｖが
V_nから−V_nまで降下する掃引期間t_s中は、ブラ
ンキング偏向電圧V_bは“０”Ｖに保持され、偏
向電極１３３によつて掃引される電子ビームはブ
ランキング偏向を受けないので、第４図に示すよ
うにサンプリング電極４上でＲ１からＲ２の軌跡
となりスリツト５を通過し、サンプリングされ
る。偏向電圧Ｖが−V_nになつているときには電
子ビームはサンプリング電極４上でＲ２となる
が、このときにブランキング偏向電圧V_bが“０”
から＋V_kに上昇すると、電子ビームはサンプリ
ング電極４上でＲ２からＲ３に移動する。ブラン
キング偏向電圧V_bは、偏向電圧Ｖが−V_nからV_n
になる帰線期間t_rの間、＋V_kに保持される。これ
により、帰線期間t_r中、電子ビームはサンプリン
グ電極４上でＲ３からＲ４の軌跡をとり、サンプ
リング電極４のスリツト５を通過せず、サンプリ
ングのなされることはない。帰線期間t_r終了後、
電子ビームはサンプリング電極４上でＲ４となる
が、ブランキング偏向電圧V_bが再び“０”にな
ることでＲ１に戻る。

このようにしてブランキング偏向電極２１にブ
ランキング偏向電圧V_bを与えることにより、帰
線期間t_r中の入射光によるノイズを低減し、さら
にＳ／Ｎ比良く波形観測を行なうことができる。

なおこの実施例では、ブランキング偏向電圧
V_bの波形は偏向電圧Ｖに同期した台形のものを
用い、サンプリング電極４上で電子ビームを矩形
に掃引するようにしたが、ブランキング偏向電圧
V_bの波形は上述したものに限らず、帰線期間t_r中
電子ビームがサンプリング電極４のスリツト５を
迂回すれば、どのように掃引しても良く、例えば
楕円形に掃引しても良い。

また上述したように第１および第２の実施例の
サンプリングストリーク管１，２０では、サンプ
リング電極４と螢光面１３４との間に＋5KV程
度の高電圧を印加することができるので、螢光面
１３４の発光効率を第１２図のサンプリングスト
リーク管１５０に比べて３倍程度改善することが
可能となる。

さらに上述の第１および第２の実施例のサンプ
リングストリーク管１，２０のサンプリング電極
４の後段に第６図ａ，ｂに示すようにマイクロチ
ヤンネルプレート２８，２９を設けるようにして
も良いしあるいはサンプリング電極を第７図に示
すような構造にすることができる。

第７図のサンプリング電極３０は、マイクロチ
ヤンネルプレート３１をその中央部３３を除いて
電子ビームが入射しないよう遮蔽した構造となつ
ている。これによりスリツト５を電子ビームが単
に通過する第１図および第３図に示すものに比べ
てマイクロチヤンネルプレート３１の中央部３３
を電子ビームをさらに増倍させて通過させること
ができる。

さらに、上述の実施例では、螢光面１３４を電
子検出器としたが、検出面１３４のかわりに、電
子増倍器、チヤンネルトロンなど（図示せず）を
設け、サンプリング電極によつてサンプリングさ
れた電子を直接電子増倍しても良い。また螢光面
１３４のかわりにシリコンセルなどの電子打込み
型半導体素子（図示せず）を設け、電子増倍作用
を利用してサンプリングされた電子を増倍して検
出するようにしても良い。以上の場合には光電子
増倍管１１２は不要となる。また螢光面１３４の
かわりにシンチレータ（図示せず）を使用し、サ
ンプリングされた電子の衝突によるシンチレーシ
ヨン発光を光電子増倍管１１２で検出しても良
い。

さらに上述の実施例では、１つのサンプリング
ストリーク管だけを用いているが、上述のような
サンプリングストリーク管を複数個並置し、同一
または独立の偏向回路同時に偏向し、多チヤンネ
ルの光波形を同時に観測することも可能である。

また第８図に示すように、加速電極４１に複数
のスリツト４２，４３を設け、サンプリング電極
４４に同数のスリツト４５，４６を設け、スリツ
ト４５，４６の後段のそれぞれのスリツト４５，
４６を通過した電子を増倍する同数の電子増倍部
４７，４８を設けた多チヤンネルサンプリングス
トリーク管４０を多チヤンネルの入射光の波形の
同時観測を用いても良い。すなわち第８図の多チ
ヤンネル型の光波形観測装置では、多チヤンネル
の入射光CHA，CHBが多チヤンネルサンプリン
グストリーク管４０の光電面１３１に同時に入射
すると、光電面１３１からはそれぞれの入射光に
対応した電子ビームが放出される。入射光CHA，
CHBに対応したそれぞれの電子ビームは、加速
電極４１のスリツト４２，４３を通過して、それ
ぞれの共通の有孔電極１３７、偏向電極１３３、
ブランキング偏向電極２１を経てサンプリング電
極４４のそれぞれのスリツト４５，４６を通過
し、電子増倍部４７，４８で各々増倍されて出力
され多チヤンネル信号処理回路５０で信号処理さ
れる。

また第９図のように、サンプリング電極を偏向
電極１３３の掃引方向と直角方向に長いスリツト
状に複数のチヤンネルを並べたマイクロチヤンネ
ルプレート６１とし、マイクロチヤンネルプレー
ト６１の直ぐ後段に螢光面１３４を配し、螢光面
１３４の発光をフアイバプレート６２でリニアイ
メージセンサ６３へ導くようにしても良い。リニ
アイメージセンサ６３は、偏向電極１３３の掃引
方向と直角方向に分布した光電面１３１上の空間
的な入射光の情報を走査して読取ることができ
る。

このような構成は、例えば分光器６４で分光し
たマルチスペクトルなどの一次元光情報を光電面
１３１に入射させ、これらの一次元光情報を精度
良く観測するのに適している。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本考案によれば、サン
プリングストリーク管の加速電極を開口を備えた
板状のものにしているので、偏向電極に加わる偏
向電圧を小振幅のものにすることが可能となり、
偏向電極の間隔を狭めることにより偏向感度を向
上させると同時に、偏向の繰返し周波数を高める
ことができて、高速繰返し周期の光現象の波形を
高時間分解能で精度良く観測することができる。

さらに本発明では、ブランキング偏向電極を設
けることにより偏向電極の帰線期間における素子
ビームがサンプリングされることを防止し、観測
精度をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光波形観測装置の第１の
実施例の構成図、第２図ａは加速電極を開口を備
えた板状のものとしたときの散乱光による光電子
の遮蔽を説明するための図、第２図ｂは加速電極
を開口を備えた板状のものにしたときのサンプリ
ング電極上での電子密度分布を示す図、第３図は
本発明に係る光波形観測装置の第２の実施例の構
成図、第４図はブランキング偏向された電子ビー
ムのサンプリング電極上での軌跡を示す図、第５
図ａ，ｂはそれぞれ偏向電圧、ブランキング偏向
電圧のタイムチヤート、第６図ａ，ｂはそれぞれ
サンプリング電極の後段にマイクロチヤンネルプ
レートを取付けたサンプリング手段を示す図、第
７図はマイクロチヤンネルプレートに遮蔽膜を設
けたサンプリング手段を示す図、第８図は多チヤ
ンネル型の光波形観測装置の構成図、第９図はリ
ニアイメージセンサを用いた光波形観測装置の構
成図、第１０図は従来の光波形観測装置の構成
図、第１１図ａ乃至ｅはそれぞれ入射光IN、電
気トリガ信号TR、偏向トリガ信号、偏向電圧
Ｖ、サンプリング波形のタイムチヤート、第１２
図は従来のサンプリングストリーク管の構成図、
第１３図ａは加速電極がメツシユ状のものである
ときの散乱光による光電子の遮蔽を説明するため
の図、第１３図ｂは加速電極がメツシユ状のもの
であるときのサンプリング電極上での電子密度分
布を示す図である。１，２０……サンプリングストリーク管、２…
…加速電極、３……開口、４……サンプリング電
極、５……スリツト、２１……ブランキング偏向
電極、１３１……光電面、１３３……偏向電極、
１３４……螢光面。

Claims

【特許請求の範囲】１一定の繰返し周波数をもつ入射光の波形をサ
ンプリングストリーク管により観測する型式の光
波形観測装置において、前記サンプリングストリ
ーク管は、入射光の入射する光電面と、光電面か
ら放出された電子ビームを加速する加速電極と、
加速電極を通過した電子ビームを所定方向に掃引
する偏向電極と、偏向電極によつて偏向された電
子ビームに対しサンプリングを行なうサンプリン
グ手段と、サンプリング手段によつてサンプリン
グされた電子ビームを検出する電子検出手段とを
備え、前記加速電極は開口を備えた板状のもので
あることを特徴とする光波形観測装置。２加速電極の前記開口は、30μｍ×３mm程度の
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の光波形観測装置。３前記サンプリング手段は、開口を備えたサン
プリング電極であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の光波形観測装置。４前記サンプリング手段は、開口を備えたサン
プリング電極と、該サンプリング電極の後段に設
けられたマイクロチヤンネルプレートとからなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
光波形観測装置。５前記サンプリング手段は、所定の部分だけが
電子ビームを通過するように構成されているマイ
クロチヤンネルプレートとからなることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の光波形観測装
置。６前記電子検出手段は、螢光面であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光波形観
測装置。７前記電子検出手段は、サンプリングされた電
子ビームを電子増倍する電子増倍器であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光波形
観測装置。８前記電子検出手段は、チヤンネルトロンであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の光波形観測装置。９前記電子検出手段は、電子打込み型半導体素
子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の光波形観測装置。１０前記電子検出手段は、シンチレータである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
光波形観測装置。１１前記加速電極は複数の開口を備え、前記サ
ンプリング手段は、前記加速電極の複数の開口と
同数のサンプリング部を備え、前記電子検出手段
は、前記サンプリング手段のそれぞれのサンプリ
ング部を通過した電子ビームを増倍する独立した
同数の電子増倍部を備え、前記光電面に入射する
多チヤンネルの入射光を同時に観測するようにな
つていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の光波形観測装置。１２前記サンプリング手段は、前記偏向電極の
掃引方向と直角方向に長いスリツト状に複数のチ
ヤンネルを並べたマイクロチヤンネルプレートで
あり、前記電子検出手段は前記マイクロチヤンネ
ルプレートの直ぐ後段に設けられた螢光面であ
り、該螢光面の発行はフアイバプレートでリニア
イメージセンサに導かれるようになつていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光波
形観測装置。１３一定の繰返し周波数をもつ入射光の波形を
サンプリングストリーク管により観測する型式の
光波形観測装置において、前記サンプリングスト
リーク管は、入射光の入射する光電面と、光電面
から放出された電子ビームを加速する加速電極
と、加速電極を通過した電子ビームに所定方向に
掃引する偏向電極と、偏向電極の掃引方向と垂直
方向に偏向電極を通過した電子ビームを偏向させ
るブランキング偏向電極と、偏向電極およびブラ
ンキング偏向電極を通過した電子ビームに対しサ
ンプリングを行なうサンプリング手段と、サンプ
リング手段によつてサンプリングされた電子ビー
ムを検出する電子検出手段とを備え、前記加速電
極は開口を備えた板状のものであることを特徴と
する光波形観測装置。１４前記ブランキング偏向電極には、前記偏向
電極に加わる偏向電圧と同期したブランキング偏
向電圧が偏向電極の帰線期間中加わるようになつ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項
に記載の光波形観測装置。