JPH0854322A - 光パルス形状測定器 - Google Patents

光パルス形状測定器

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JPH0854322A
JPH0854322A JP21176494A JP21176494A JPH0854322A JP H0854322 A JPH0854322 A JP H0854322A JP 21176494 A JP21176494 A JP 21176494A JP 21176494 A JP21176494 A JP 21176494A JP H0854322 A JPH0854322 A JP H0854322A
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JP
Japan
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pulse
optical
electrode
waveform
optical pulse
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Withdrawn
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JP21176494A
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English (en)
Inventor
Takao Sakurai
孝夫 桜井
Takeshi Konno
猛 今野
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Advantest Corp
Original Assignee
Advantest Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は極短光パルスの時間波形を1ps以
下の高分解能で計測する新しい高速光パルス形状測定器
を提供することを目的とする。 【構成】 上記目的を達成するために、本発明は半絶縁
基板上に形成されたコプレーナラインとこのラインに構
成された2対の電極を有し同一特性の光伝導素子(フォ
トコンダクタ)の新しい検出手段を用い、第1電極では
被測定光パルスをディテクトし、第2電極では同一被測
定光パルスに遅延時間τを与えつつ第1電極からの電気
信号をサンプリングして検出信号を得る。この検出信号
はつまり被測定光パルスの自己相関波形y(t)である
ことから、この検出信号をデコンボリューションして元
の波形に戻し、表示する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば連続して発生
する極短光パルスの時間波形を1ps(ピコ秒=10
-12 秒)以下の高分解能で測定する高速光パルス形状測
定器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光パルスの波形を測定する方法に
は、光の干渉を利用して自己相関で測定するオートコリ
レータや、PD(フォト・ダイオード)のようなO/E
変換器(電気/光・変換器)を通してサンプリング・オ
ッシロスコープで測定する方法がある。
【0003】オートコリレータによる光パルスの形状測
定では分解能は高くとれるが、被測定光がマルチモード
では干渉縞がとれないので測定できず、測定できるのは
単一モードの光のみである。サンプリング・オッシロス
コープでは周波数帯域の最高周波数が約50GHzであ
るので、分解能はたかだか20psである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】最近の超高速光技術の
進展により、極短光パルスの時間波形や強度波形の高分
解能での測定技術が待望されているが、前述のように高
速で高分解能の測定技術は未だ確定されていない。この
発明は、新しい素子を用いて1ps以下の高分解能で極
短光パルスの時間波形を計測する高速光パルス形状測定
器を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は半絶縁基板上に形成されたコプレーナライ
ンとそのラインに構成された2対の電極を有し同一特性
の光伝導素子(フォトコンダクタ)の検出手段を用いて
測定する。ここで光伝導素子とは、通常は絶縁体である
が光を照射すると電気伝導体となる物質をいう。そして
一の電極は光パルス波形を光電変換するディテクタとし
て動作させ、他の電極でその電気信号をサンプリングす
る検出手段とする。サンプリングは光の遅延手段でもっ
て少しづつ時間をずらしながらサンプリングする。する
と、その検出手段の出力波形は自己相関波形となり、こ
れを演算手段でデコンボリューションして元の波形を求
める。以下、詳細に説明する。
【0006】上記光の検出手段のコプレーナラインの片
端には直流電圧を印加し、他端はロックイン・アンプの
ような増幅器に接続している。そして極短光パルスを発
生する被測定光源からの光パルスを、光分岐手段である
BS(ビーム・スプリッター)あるいはハーフミラーな
どで2路に分岐し、分岐された一の被測定光パルスを上
記光伝導素子の光電変換するディテクタ側の第1電極に
照射して、関数x(t)の電気信号を得る。分岐された
他の被測定光パルスは、可動鏡あるいはE/O変調器等
の遅延手段で遅延時間τを与えつつ第2電極に照射し、
関数h(t+τ)で上記第1電極からの電気信号をのサ
ンプリングする。つまり、第1電極で光電変換された関
数x(t)の電気信号を、第2電極では同一光パルスの
関数h(t+τ)でサンプリングするため、その出力信
号はx(t)の自己相関波形y(t)となる。
【0007】つまり、検出手段のコプレーナラインから
の出力信号y(t)は、y(t)=∫x(τ)h(t+
τ)dτ 但し積分は−無限大から+無限大までとな
る。この電気信号y(t)を演算手段でデコンボリュー
ションして元の波形に復元して表示手段に表示するもの
である。
【0008】この検出手段は、例えば半絶縁基板である
Fe(鉄)をドープしたInP(インジューム・リン)
基板上に、金属膜のコプレーナラインとこのコプレーナ
ラインに超微細間隔のギャップを有する2対の電極で構
成されている。電極は対向型や櫛型電極が用いられ、そ
のギャップ幅は数μm以下である。1μm以下にするこ
とも可能である。このように極小ギャップにし、導電時
のオン抵抗を40Ω以下とし、また電極間容量を3fF
(3フェムト・ファラッド=3×10-15 F)以下と小
さくした。このようにして、光パルスを高速で、かつ高
分解能で検出し得る検出手段が得られた。
【0009】被測定光パルスに遅延時間τを与える遅延
手段には、従来技術の可動鏡を用いればよい。1μm
(1ミクロン=1×10-6m)の可動鏡移動で光パルス
に往復で6.6fsの遅延を与える。即ち、光速は3×
108 m/sであるから、2×10-6m/3×108
/s=6.6×10-15 s=6.6fsとなる。従って
1μmの可動鏡の移動毎に、その遅延された被測定光パ
ルスでサンプリングすると、分解能は6.6fsとな
る。そして例えば全体の移動区間を5cmとすると、3
33psの遅延を与えることになり、被測定光パルスを
6.6fsの高分解能で333ps区間の波形を測定で
きることとなる。遅延手段はモータと可動鏡で構成さ
れ、可動鏡を動かすには測定システム内での同期を取り
つつ、パルスモータ等のモータでステージ上の可動鏡を
駆動する。
【0010】遅延手段としては、可動鏡を用いずに可動
部が不要の光変調器で行うこともできる。例えばタンタ
ル酸リチュウム(LiTaO3 )結晶やニオブ酸リチュ
ーム(LiNbO3 )結晶のようなE/O変調器は、ポ
ッケルス効果により電界を与えることで光の屈折率を変
化させ、屈折率の変化は光速度の変化となり、光パルス
に遅延τを与えることができる。電界を変えることによ
り遅延時間τが変化する。従って可動鏡のような可動部
が無くなり、集積化が可能となり、測定の高速化、信頼
性の向上も図れる。また、遅延手段としてE/O変調器
の他に磁気光学変調器等の光変調器を用いることができ
る。以下、本発明の実施例について説明する。
【0011】
【実施例】図1に本発明の一実施例を示す。被測定光源
8からの被測定光パルス9は、光分岐手段30のBS
(ビーム・スプリッタ)30で2路に分岐される。分岐
された一の被測定光パルス9Aは直進して固定鏡31で
反射し、ミラー33及びレンズA・35で集光し、検出
手段10の第1電極12を照射し、光電変換してディテ
クタとして作動する。分岐された他の被測定光パルス9
Bは90度反射されて光遅延手段21の可動鏡32に達
し、可動鏡32で反射されてレンズB・36で集光され
検出手段10の第2電極13を照射して光電変換し、第
1電極12から送出された電気信号をサンプリングす
る。
【0012】被測定光源8から固定鏡31を経過し第1
電極12までの光路長と、可動鏡32を経過し第2電極
13までの光路長とをほぼ等しく固定すると、検出手段
10からの検出信号は常に同一である。そこで、可動鏡
32を同一光路長より被測定光パルス9のパルス幅分の
マイナス側からプラス側の時間分移動させながら、第1
電極12で得た電気信号を第2電極13で多点のサンプ
リングを行う。サンプリングされた検出信号は、前述の
ように自己相関波形y(t)である。この自己相関波形
y(t)をデコンボリューションすると元の波形が求ま
る。
【0013】光遅延手段21の可動鏡32は、モータ2
2の駆動で光の進行方向に前後に移動でき、分岐された
被測定光パルスに遅延時間τを与えサンプリング信号を
つくる。モータ22はTG(タイミング・ジェネレー
タ)20からのタイミング信号を受けて可動鏡32をス
テップ状あるいは連続して駆動する。TG20はタイミ
ング信号を被測定光源8やA/D変換手段17や演算手
段18等にも与え、測定システムの同期をとる。このタ
イミング信号は特にTG20を設けなくとも、被測定光
源8の発振タイミング信号等を用いてもよい。
【0014】検出手段10は前述のように、例えば半絶
縁基板であるInP基板上に金属膜のコプレーナライン
11とこのコプレーナライン11に超微細間隔のギャッ
プを有する2対の電極で構成され、このコプレーナライ
ン11の片端の第1電極12側に直流電源15を接続し
て直流電圧を与え、第1電極12の電極間に電界を加え
ておく。第1電極12及び第2電極13のギャップ幅は
数μm以下である。よって、第1電極12に被測定光パ
ルス9を照射すると、感度よく光電変換ができるのであ
る。第2電極13では、この第1電極で検出した電気信
号を時間を少しづつずらしながらサンプリングしてい
く。
【0015】サンプリングされた検出信号は、例えばロ
ックイン・アンプのような増幅器16で増幅してA/D
変換する。A/D変換手段17は検出されたアナログ信
号をTG20からのタイミング信号に応じてデジタル信
号に変換する。そのデジタル化された検出信号を演算手
段18に与え、デコンボリューションの演算を行わせ
る。表示手段19はその演算結果を表示する。
【0016】図2は遅延手段21の他の実施例である。
被測定光源8からの被測定光パルス9は、光分岐手段3
0であるBS(ビーム・スプリッタ)で2路に分岐す
る。分岐された一の被測定光パルス9Aは直進して高n
物質41を通過して、検出手段10の第1電極12を照
射する。高n物質41とは高い屈折率を有する物質で光
の固定遅延素子である。これは分岐された他の被測定光
パルス9Bが第2電極13に到達する時間に合致させる
ための固定遅延時間を与えるために設ける。
【0017】BS30で分岐された他の被測定光パルス
9Bは、光変調器42を通過してプリズム43で反射し
検出手段10の第2電極13を照射する。図2ではE/
O変調器を示しているが、磁気光学変調器等でもよい。
光変調器42は光の可変遅延素子でもあり、光変調器4
2に電界又は磁界を与えると電界又は磁界の強さに比例
して、光の遅延時間τが変化する。従って、光変調器4
2に加える電圧又は電流を変化させて電界又は磁界を変
え、遅延時間τを変化させた光パルス9Bを第2電極1
3に照射し、第1電極12からの電気信号をサンプリン
グする。サンプリングされた検出信号は、前述のよう
に、被測定光パルス9の自己相関波形y(t)である。
【0018】上述のように、光変調器42で光遅延手段
を構成すると、電圧を可変するだけで遅延時間τを変化
することができ、可動部分が不要である。従って、測定
器の固体化、集積化が可能となり、また、測定の高速
化、信頼性の向上も図れる。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明は
光パルスの検出手段10として、新しく2対の電極を有
する光伝導素子(フォトコンダクタ)を試作して、その
光電変換の高速性を活用した。測定する被測定光パルス
9を2路に分岐し、分岐された一の被測定光パルス9A
で光波形をディテクトし、分岐された他の被測定光パル
ス9Bに遅延時間τを与えつつサンプリングすることに
より自己相関波形y(t)の検出信号を得る。この検出
信号をデコンボリューションすることにより元の波形を
得ることができる。
【0020】この測定された光パルス波形の分解能は1
ps以下であり、従来の分解能の数十分の1の高分解能
である。しかも検出手段10である光伝導素子の改良に
よりこれ以上の超高分解能の測定器も可能である。この
ように、この発明の技術的効果は非常に大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図である。
【図2】図1の遅延手段の他の実施例の構成図である。
【符号の説明】 8 被測定光源 9 被測定光パルス 10 検出手段(光伝導素子) 11 コプレーナライン 12 第1電極 13 第2電極 15 直流電源 16 増幅器 17 A/D変換手段 18 演算手段 19 表示手段 20 TG(タイミング・ジェネレータ) 21 光遅延手段 22 モータ 30 光分岐手段[BS(ビーム・スプリッタ)] 31 固定鏡 32 可動鏡 33 ミラー 35 レンズA 36 レンズB 41 高n物質(高屈折率物質) 42 光遅延手段(光変調器) 43 プリズム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定光パルス(9)を2路に分岐する
    光分岐手段(30)と、 分岐された他の被測定光パルス(9B)に任意の遅延時
    間を与える光遅延手段(21)と、 分岐された一の被測定光パルス(9A)で光電変換し電
    気信号を送出する第1電極(12)と、分岐された他の
    遅延された上記被測定光パルス(9B)で上記第1電極
    (12)から送出された電気信号をサンプリングする第
    2電極(13)を有する検出手段(10)と、 上記検出手段(10)で検出された電気信号をA/D変
    換するA/D変換手段(17)と、 上記A/D変換手段(17)の出力信号をデコンボリュ
    ーションの演算をする演算手段(18)と、 上記演算手段(18)の演算結果を表示する表示手段
    (19)と、を具備することを特徴とする光パルス形状
    測定器。
  2. 【請求項2】 検出手段(10)は半絶縁基板上に形成
    されたコプレーナライン(11)と上記コプレーナライ
    ン(11)に構成された2対の電極(12、13)を有
    する光伝導素子である請求項1記載の光パルス形状測定
    器。
  3. 【請求項3】 光遅延手段(21)は遅延時間を任意に
    可変できる高変調器の光遅延手段(42)である請求項
    1又は2記載の光パルス形状測定器。
JP21176494A 1994-08-15 1994-08-15 光パルス形状測定器 Withdrawn JPH0854322A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100900124B1 (ko) * 2008-02-29 2009-06-01 한국원자력연구원 고출력 레이저 장치에서 광경로 동기화를 위한 광 딜레이제어 방법 및 광 딜레이 제어 시스템

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Effective date: 20011106