JPH083442B2 - 高繰り返しレーザ光測定装置 - Google Patents
高繰り返しレーザ光測定装置Info
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- JPH083442B2 JPH083442B2 JP24449987A JP24449987A JPH083442B2 JP H083442 B2 JPH083442 B2 JP H083442B2 JP 24449987 A JP24449987 A JP 24449987A JP 24449987 A JP24449987 A JP 24449987A JP H083442 B2 JPH083442 B2 JP H083442B2
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- signal
- frequency
- frequency signal
- laser light
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/4257—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光等の被測定光自体の繰り返し周波数
の変動を、ストリークカメラ回路やトリガ系のジッター
等に影響されることなく測定するのに好適な高繰り返し
レーザ光測定装置に関するものである。
の変動を、ストリークカメラ回路やトリガ系のジッター
等に影響されることなく測定するのに好適な高繰り返し
レーザ光測定装置に関するものである。
入射光を光電子に変換し、高速掃引することにより、
時間的に変化する入射光強度を画面上の位置に対する輝
度変化として測定するストリークカメラは、ピコ秒オー
ダーまでの時間分解能が得られるので、特に超高速光現
象の解析に用いられている。その中でも二重掃引ストリ
ークカメラは、入射パルスに同期させて繰り返し行われ
る垂直掃引と共に、垂直掃引よりもゆっくりと水平方向
にも掃引し、２つの時間軸を持つことにより、例えば高
速で繰り返す光現象の、その繰り返し周期よりも充分長
い時間にわたるパルス幅、光強度、位相の変動などの測
定が可能となる。
時間的に変化する入射光強度を画面上の位置に対する輝
度変化として測定するストリークカメラは、ピコ秒オー
ダーまでの時間分解能が得られるので、特に超高速光現
象の解析に用いられている。その中でも二重掃引ストリ
ークカメラは、入射パルスに同期させて繰り返し行われ
る垂直掃引と共に、垂直掃引よりもゆっくりと水平方向
にも掃引し、２つの時間軸を持つことにより、例えば高
速で繰り返す光現象の、その繰り返し周期よりも充分長
い時間にわたるパルス幅、光強度、位相の変動などの測
定が可能となる。
従来からある二重掃引ストリークカメラを第５図、第
６図を参照して説明する。
６図を参照して説明する。
第５図は、二重掃引ストリークカメラの概略図であ
り、第６図は垂直掃引および水平掃引が同時に行われた
ときの掃引軌道を示す図である。
り、第６図は垂直掃引および水平掃引が同時に行われた
ときの掃引軌道を示す図である。
図中、１はストリーク管、２はレンズ、３は光電面、
４はメッシュ状加速電極、５は入力スリット、６は偏向
電極、７はマイクロチャンネルプレート（MCP）、８は
螢光面、９は撮像装置、10は解析装置、11はモニター、
12は垂直掃引信号発生部、13は水平掃引信号発生部、15
はビームスプリッタ、16は光検出器を示している。
４はメッシュ状加速電極、５は入力スリット、６は偏向
電極、７はマイクロチャンネルプレート（MCP）、８は
螢光面、９は撮像装置、10は解析装置、11はモニター、
12は垂直掃引信号発生部、13は水平掃引信号発生部、15
はビームスプリッタ、16は光検出器を示している。
図において、レーザ光等の被測定光を入射光学系のレ
ンズ２を通してストリーク管１の光電面３に入射させて
入力スリット５の光学像を結像する。光電面３は光を光
電子に変換する面で、光学像はここで電子像に変換さ
れ、メッシュ状加速電極４で加速されてその入力スリッ
トを通った電子はマイクロチャンネルプレート（MCP）
７に導かれるが、その途中には２対の偏向電極があり、
第６図に示すように、トリガ信号により水平と垂直の掃
引電圧が印加される。この場合垂直方向は高速掃引さ
れ、これに比して水平方向は低速掃引されて図示するよ
うな掃引軌跡を描き、電子像はMCP7に到達する。掃引の
タイミングは、電子像が偏向板を通過するタイミングに
合わせる必要があり、入射光や励起光の一部をビームス
プリッタ15で分岐し、ミラーを介して光検出器16で受光
し、垂直掃引信号発生部12に導き、トリガとして用い
る。一方、水平掃引信号発生部により水平方向にも掃引
される。MCP7で増倍された電子像は受光面で再び光学像
に変換される。この像はストリーク像と呼ばれ、垂直方
向に加えて水平方向にも時間情報を有する輝度となる。
この受光面８の光学像を撮像装置９で撮像し、解析装置
10において高速で繰り返す光現象の、その繰り返し周期
よりも長い時間にわたるパルス幅、光強度、位相の変動
等が測定され、観測波形は、即時にモニター11のブラウ
ン管上に表示される。
ンズ２を通してストリーク管１の光電面３に入射させて
入力スリット５の光学像を結像する。光電面３は光を光
電子に変換する面で、光学像はここで電子像に変換さ
れ、メッシュ状加速電極４で加速されてその入力スリッ
トを通った電子はマイクロチャンネルプレート（MCP）
７に導かれるが、その途中には２対の偏向電極があり、
第６図に示すように、トリガ信号により水平と垂直の掃
引電圧が印加される。この場合垂直方向は高速掃引さ
れ、これに比して水平方向は低速掃引されて図示するよ
うな掃引軌跡を描き、電子像はMCP7に到達する。掃引の
タイミングは、電子像が偏向板を通過するタイミングに
合わせる必要があり、入射光や励起光の一部をビームス
プリッタ15で分岐し、ミラーを介して光検出器16で受光
し、垂直掃引信号発生部12に導き、トリガとして用い
る。一方、水平掃引信号発生部により水平方向にも掃引
される。MCP7で増倍された電子像は受光面で再び光学像
に変換される。この像はストリーク像と呼ばれ、垂直方
向に加えて水平方向にも時間情報を有する輝度となる。
この受光面８の光学像を撮像装置９で撮像し、解析装置
10において高速で繰り返す光現象の、その繰り返し周期
よりも長い時間にわたるパルス幅、光強度、位相の変動
等が測定され、観測波形は、即時にモニター11のブラウ
ン管上に表示される。
しかしながら、偏向電極を制御する通常のトリガ信号
は、被測定光の一部を分岐した光を光変換したものを用
いるため、ストリークカメラの掃引周波数は、被測定光
であるレーザ光のパルス繰り返し周波数に追従してレー
ザ光を観測することになり、レーザ光自体の繰り返し周
波数の変動を観測することはできない。また、急激にレ
ーザ光のパルス繰り返し周波数が変化したときは、スト
リークカメラ回路がその変化に追従できず、その結果ス
トリークカメラ回路やトリガ系のジッターを含んだ観測
がなされる。さらに、レーザ光自体に強度の変化がある
ときは、この変化がストリークカメラ回路やトリガ系の
ジッターの原因となる等の問題があった。
は、被測定光の一部を分岐した光を光変換したものを用
いるため、ストリークカメラの掃引周波数は、被測定光
であるレーザ光のパルス繰り返し周波数に追従してレー
ザ光を観測することになり、レーザ光自体の繰り返し周
波数の変動を観測することはできない。また、急激にレ
ーザ光のパルス繰り返し周波数が変化したときは、スト
リークカメラ回路がその変化に追従できず、その結果ス
トリークカメラ回路やトリガ系のジッターを含んだ観測
がなされる。さらに、レーザ光自体に強度の変化がある
ときは、この変化がストリークカメラ回路やトリガ系の
ジッターの原因となる等の問題があった。
本発明は上記問題点を解消するためになされたもの
で、レーザ光自体の繰り返し周波数の変動が観測でき、
レーザ光の強度の変化に影響されずに精度よく計測でき
る高繰り返しパルス光のジッター測定装置を提供するこ
とを目的とする。
で、レーザ光自体の繰り返し周波数の変動が観測でき、
レーザ光の強度の変化に影響されずに精度よく計測でき
る高繰り返しパルス光のジッター測定装置を提供するこ
とを目的とする。
そのために本発明の高繰り返しレーザ光測定装置は、
二重掃引ストリークカメラによる高繰り返しレーザ光測
定装置において、被測定レーザ光と独立した高周波信号
発生装置を設け、該高周波信号発生装置からの被測定レ
ーザ光の繰り返し周波数とほぼ同一の周波数で、且つ被
測定レーザ光と独立した定常的高周波信号で二重掃引ス
トリークカメラの一軸を掃引することを特徴とする。
二重掃引ストリークカメラによる高繰り返しレーザ光測
定装置において、被測定レーザ光と独立した高周波信号
発生装置を設け、該高周波信号発生装置からの被測定レ
ーザ光の繰り返し周波数とほぼ同一の周波数で、且つ被
測定レーザ光と独立した定常的高周波信号で二重掃引ス
トリークカメラの一軸を掃引することを特徴とする。
本発明の高繰り返しレーザ光測定装置は、二重掃引ス
トリークカメラの掃引を、被測定レーザ光と独立した測
定レーザ光のパルス繰り返し周波数とほぼ同一の定常的
高周波数で行うことにより、レーザ光自体の繰り返し周
波数の変動を観測でき、かつレーザ光の強度の変化に影
響されずに精度良くジッターを測定することができる。
トリークカメラの掃引を、被測定レーザ光と独立した測
定レーザ光のパルス繰り返し周波数とほぼ同一の定常的
高周波数で行うことにより、レーザ光自体の繰り返し周
波数の変動を観測でき、かつレーザ光の強度の変化に影
響されずに精度良くジッターを測定することができる。
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の二重ストリークカメラの基本構成図
である。図中、第５図のものと同一番号のものには同番
号１〜13を付しており、ここでの説明は省略する。
である。図中、第５図のものと同一番号のものには同番
号１〜13を付しており、ここでの説明は省略する。
第１図の装置が第５図の装置と異なる点は、二重掃引
ストリーク管１の偏向電極を制御する掃引信号を、第５
図の従来例では、被測定光であるレーザ光の一部を分岐
して直接利用しているのに対し、第１図の本発明の装置
では、被測定レーザ光とは独立した別個の高周波信号発
生装置14を設け、この高周波信号発生装置14の出力で偏
向電極６を制御し掃引を行うことである。
ストリーク管１の偏向電極を制御する掃引信号を、第５
図の従来例では、被測定光であるレーザ光の一部を分岐
して直接利用しているのに対し、第１図の本発明の装置
では、被測定レーザ光とは独立した別個の高周波信号発
生装置14を設け、この高周波信号発生装置14の出力で偏
向電極６を制御し掃引を行うことである。
第１図の本願装置の動作は上述の掃引信号の形成にお
いて、相違するだけであり、他の動作は第５図の従来装
置のものと同じであるので、ここでは説明を省略する。
いて、相違するだけであり、他の動作は第５図の従来装
置のものと同じであるので、ここでは説明を省略する。
第２図には、第１図の測定の結果としての観測像が示
されており、垂直方向及び水平方向にも時間情報を取り
入れた２つの時間軸t,Tの観測像が得られる。
されており、垂直方向及び水平方向にも時間情報を取り
入れた２つの時間軸t,Tの観測像が得られる。
次に本発明の高繰り返しパルス光のジッター測定装置
の動作を第２図の観測像を参照して解析する。なお、第
２図は垂直掃引を一定周波数f0で行ない、水平掃引はこ
れよりずっと遅い速度で行った場合の観測像で、破線が
掃引軌道、●が観測されたストリーク像である。
の動作を第２図の観測像を参照して解析する。なお、第
２図は垂直掃引を一定周波数f0で行ない、水平掃引はこ
れよりずっと遅い速度で行った場合の観測像で、破線が
掃引軌道、●が観測されたストリーク像である。
いま、T0のときのレーザ光の繰り返し周波数をf0と
し、T0＋ΔＴのときにf1になったとする。この間、一定
の割合で繰り返し周波数が変化したとすると ｆ＝f0＋at（a:定数） 一般にレーザは、 cos2πft＝１ の条件を満たすときにパルス光を出射する。
し、T0＋ΔＴのときにf1になったとする。この間、一定
の割合で繰り返し周波数が変化したとすると ｆ＝f0＋at（a:定数） 一般にレーザは、 cos2πft＝１ の条件を満たすときにパルス光を出射する。
cos2πft ＝cos2π（f0＋at）ｔ ＝cos2πf0（ｔ＋at2/f0） ここで、ストリークカメラはf0で掃引しており、第２
図において、T0ではt0の位置で発光が観測される。以
後、レーザ光の周波数は一定の割合で変化するため発光
点の掃引軌道波形に対する位相は少しずつずれていき、
図示するような像が観測される。この観測像の最上端位
置から最下端位置までに要する時間差をΔＴ、掃引軌道
波形の半周期をΔｔとすると、 ａΔT2/f0＝Δｔから ａ＝f0・Δt/ΔT2となる。
図において、T0ではt0の位置で発光が観測される。以
後、レーザ光の周波数は一定の割合で変化するため発光
点の掃引軌道波形に対する位相は少しずつずれていき、
図示するような像が観測される。この観測像の最上端位
置から最下端位置までに要する時間差をΔＴ、掃引軌道
波形の半周期をΔｔとすると、 ａΔT2/f0＝Δｔから ａ＝f0・Δt/ΔT2となる。
よって、 f1＝f0＋（f0・Δt/ΔT2）ΔＴ f1−f0＝f0・Δt/ΔＴ〔＝Δｆ〕 となる。
従って、この式でf0＝100MHz,Δｔ＝100ps,ΔＴ＝10m
sとすると、 Δｆ＝1Hzが得られる。
sとすると、 Δｆ＝1Hzが得られる。
従って、10msの間にパルス繰り返し周波数が徐々に1H
z変化しても、十分に計測できることが理解できる。
z変化しても、十分に計測できることが理解できる。
上記の例では、Δf/f0＝10-8であり、基本周波数に対
して10msの間にこの程度の変化をしても十分に計測する
ことができることを示している。
して10msの間にこの程度の変化をしても十分に計測する
ことができることを示している。
以上、本発明の原理的なところを述べたが、二重掃引
ストリークカメラを被測定レーザ光と独立に掃引するた
めの高周波信号を得る具体的手段について次の第３図及
び第４図を参照して説明する。
ストリークカメラを被測定レーザ光と独立に掃引するた
めの高周波信号を得る具体的手段について次の第３図及
び第４図を参照して説明する。
第３図において、図番１〜14は第１図と同一物で同一
機能を果たすものであり、全体の二重掃引ストリークカ
メラとしての動作は同じであるので、この点の説明は省
略し、掃引のための高周波信号の形成に係る事項につい
て説明する。
機能を果たすものであり、全体の二重掃引ストリークカ
メラとしての動作は同じであるので、この点の説明は省
略し、掃引のための高周波信号の形成に係る事項につい
て説明する。
図中、15はビームスプリッタ、16は高速応答光検出
器、17は周波数カウンター、18は制御装置、19はゲート
装置、20はモードロッカーからの信号を示す。
器、17は周波数カウンター、18は制御装置、19はゲート
装置、20はモードロッカーからの信号を示す。
図において、被測定レーザ光を一部分岐して高速応答
光検出器16により光電変換して得られる信号か、あるい
はモードロッカーから得られた電気信号20の周波数を選
択的に周波数カウンター17で計測し、電圧に変換する。
この電圧に対応した周波数で高周波信号発生装置14から
ストリークカメラ掃引信号を発生する。その間にゲート
回路19が設けられ、制御装置18からのパルス信号が到来
したときだけ周波数カウンター17からの電圧を高周波信
号発生装置14に印加する。制御装置18からのパルス信号
間隔は、計測時間より十分長く、また、パルス信号とパ
ルス信号との間は高周波信号発生装置14からのストリー
クカメラ掃引信号周波数は保持される。このようにして
被測定レーザ光の繰り返しパルス周波数、あるいはモー
ドロッカーからの信号の周波数に選択的に対応し、且つ
それらの信号とは独立した掃引用の高周波信号を得るこ
とができる。
光検出器16により光電変換して得られる信号か、あるい
はモードロッカーから得られた電気信号20の周波数を選
択的に周波数カウンター17で計測し、電圧に変換する。
この電圧に対応した周波数で高周波信号発生装置14から
ストリークカメラ掃引信号を発生する。その間にゲート
回路19が設けられ、制御装置18からのパルス信号が到来
したときだけ周波数カウンター17からの電圧を高周波信
号発生装置14に印加する。制御装置18からのパルス信号
間隔は、計測時間より十分長く、また、パルス信号とパ
ルス信号との間は高周波信号発生装置14からのストリー
クカメラ掃引信号周波数は保持される。このようにして
被測定レーザ光の繰り返しパルス周波数、あるいはモー
ドロッカーからの信号の周波数に選択的に対応し、且つ
それらの信号とは独立した掃引用の高周波信号を得るこ
とができる。
次に、第４図の実施例について説明する。
第４図は第３図の実施例の一変形であり、被測定レー
ザ光の繰り返しパルス周波数が直接ゲート回路19に入力
されるようになっている。そして制御装置18から観測時
間より十分長い間隔でパルス信号がゲート回路19に加わ
り、ゲート回路19はパルス信号が到来したときだけ、電
気信号を通過させる。このとき、パルス信号は同時に高
周波信号発生装置14に加わり、高周波信号発生装置から
のストリークカメラ掃引周波数はゲート信号19に入力さ
れる電気信号の周波数にロックされる。第３図のカウン
ター17の出力信号、あるいは第４図の高周波信号発生器
からの出力信号周波数も同時に記録することにより、観
測されるストリーク像とてらし合わせてレーザのジッタ
ーの様子の全容が明らかになる。
ザ光の繰り返しパルス周波数が直接ゲート回路19に入力
されるようになっている。そして制御装置18から観測時
間より十分長い間隔でパルス信号がゲート回路19に加わ
り、ゲート回路19はパルス信号が到来したときだけ、電
気信号を通過させる。このとき、パルス信号は同時に高
周波信号発生装置14に加わり、高周波信号発生装置から
のストリークカメラ掃引周波数はゲート信号19に入力さ
れる電気信号の周波数にロックされる。第３図のカウン
ター17の出力信号、あるいは第４図の高周波信号発生器
からの出力信号周波数も同時に記録することにより、観
測されるストリーク像とてらし合わせてレーザのジッタ
ーの様子の全容が明らかになる。
本実施例の全体の動作は第１図及び第３図に示す実施
例のそれと同様である。
例のそれと同様である。
以上のように本発明によれば、被測定レーザ光自体の
繰り返し周波数の変動を観測することができ、且つレー
ザ光の繰り返しパルス周波数が急激に変化したときでも
ストリークカメラの回路やトリガ系のジッターを除去し
た観測をすることができる。さらに、レーザ光自体に強
度の変化が合っても、その影響のない観測がなされ得
る。そして、ストリークカメラの時間分解能を10psと
し、100MHzのレーザ光に対して、従来の装置では10-3程
度までの変動しか観測できなかったが、本発明の装置に
おいては、10-8程度の変動までを精度良く計測できる効
果がある。
繰り返し周波数の変動を観測することができ、且つレー
ザ光の繰り返しパルス周波数が急激に変化したときでも
ストリークカメラの回路やトリガ系のジッターを除去し
た観測をすることができる。さらに、レーザ光自体に強
度の変化が合っても、その影響のない観測がなされ得
る。そして、ストリークカメラの時間分解能を10psと
し、100MHzのレーザ光に対して、従来の装置では10-3程
度までの変動しか観測できなかったが、本発明の装置に
おいては、10-8程度の変動までを精度良く計測できる効
果がある。
第１図は本発明の基本構成図、第２図は本発明の装置に
より得られる観測図、第３図及び第４図は本発明のそれ
ぞれ実施例を示す図、第５図は従来例を示す図、第６図
は二重掃引軌跡を示す図である。 １……ストリーク管、２……レンズ、３……光電面、４
……メッシュ状加速電極、５……入力スリット、６……
偏向電極、７……マイクロチャンネルプレート（MC
P）、８……螢光面、９……撮像装置、10……解析装
置、11……モニター、12……垂直掃引信号発生部、13…
…水平掃引信号発生部、14……高周波発生装置、15はビ
ームスプリッタ、16……高速応答光検出器、17……周波
数カウンター、18……制御装置、19……ゲート回路。
より得られる観測図、第３図及び第４図は本発明のそれ
ぞれ実施例を示す図、第５図は従来例を示す図、第６図
は二重掃引軌跡を示す図である。 １……ストリーク管、２……レンズ、３……光電面、４
……メッシュ状加速電極、５……入力スリット、６……
偏向電極、７……マイクロチャンネルプレート（MC
P）、８……螢光面、９……撮像装置、10……解析装
置、11……モニター、12……垂直掃引信号発生部、13…
…水平掃引信号発生部、14……高周波発生装置、15はビ
ームスプリッタ、16……高速応答光検出器、17……周波
数カウンター、18……制御装置、19……ゲート回路。
Claims (3)
- 【請求項１】二重掃引ストリークカメラによる高繰り返
しレーザ光測定装置において、被測定レーザ光と独立し
た高周波信号発生装置を設け、該高周波信号発生装置か
らの被測定レーザ光の繰り返し周波数とほぼ同一の周波
数で、且つ被測定レーザ光と独立した定常的高周波信号
で二重掃引ストリークカメラの一軸を掃引することを特
徴とする高繰り返しレーザ光測定装置。 - 【請求項２】高周波信号発生装置は、被測定レーザ光の
繰り返し周波数信号、あるいはモードロック信号周波数
を計数するカウンタと、制御装置からの制御信号に応じ
てカウンタの計数値に対応した電気信号をゲートするゲ
ート回路と、ゲート回路出力と制御装置からの信号によ
り制御され、制御装置からの信号に応じてゲート回路か
らの信号を受け付け、その信号に応じた高周波信号を発
生し続ける高周波信号発生器とからなる特許請求の範囲
第１項記載の高繰り返しレーザ光測定装置。 - 【請求項３】高周波信号発生装置は、被測定レーザ光あ
るいはモードロック信号を制御装置からの制御信号に応
じてゲートするゲート回路と、ゲート回路出力の高周波
信号と制御装置からの信号により制御され、制御装置か
らの信号に応じてゲート回路からの信号を受け付け、そ
の高周波信号と同一の周波数の高周波信号を発生し続け
る高周波信号発生器とからなる特許請求の範囲第１項記
載の高繰り返しレーザ光測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24449987A JPH083442B2 (ja) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | 高繰り返しレーザ光測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24449987A JPH083442B2 (ja) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | 高繰り返しレーザ光測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6486023A JPS6486023A (en) | 1989-03-30 |
| JPH083442B2 true JPH083442B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=17119578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24449987A Expired - Fee Related JPH083442B2 (ja) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | 高繰り返しレーザ光測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH083442B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5083849A (en) * | 1990-05-18 | 1992-01-28 | Tektronix, Inc. | Light signal sampling system |
-
1987
- 1987-09-29 JP JP24449987A patent/JPH083442B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6486023A (en) | 1989-03-30 |
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