JPH0862257A

JPH0862257A - 高速パルス信号測定器

Info

Publication number: JPH0862257A
Application number: JP6220973A
Authority: JP
Inventors: Takao Sakurai; 孝夫桜井; Takeshi Konno; 猛今野
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1994-08-22
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は高速パルス信号の測定において、分
解能を１ｐｓ以下の高分解能で測定する高速パルス信号
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、本発明はコプレ
ーナラインとそのコプレーナラインに形成された１対の
電極とを有する光伝導素子から成る検出手段を用い、被
測定高速パルス信号コプレーナラインの一端し送付し、
一対の電極に光プローブパルスを遅延時間を変えつつ照
射してサンプリングし、被測定高速パルス信号と光プロ
ーブパルスとの相互相関波形ｙ（ｔ）をコプレーナライ
ンの他端から検出し、そ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、例えば連続して発振
する電気信号である高速パルス信号の時間波形を、ある
いはその高速パルスを入力し出力する被試験素子の被測
定インパルス応答信号の時間波形を、１ｐｓ（ピコ秒＝
１０−１２秒）以下の高分解能で高速に測定する高速
パルス信号測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高速パルス信号の測定はサンプリ
ング・スコープによるものであった。サンプリング・ス
コープはオッシロ・スコープの周波数帯域を超高周波帯
域にまで拡張してもので、そのためにパルス信号の波形
をサンプリングしながら測定し測定結果のデータを総合
して表示するものである。

【０００３】このサンプリング・スコープでは測定でき
る最高周波数は、約５０ＧＨｚであり、最高分解能は約
２０ｐｓ程度である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近の超高周波技術は
とどまるところを知らず、高速パルス信号の測定も益々
高分解能の測定器が望まれている。この発明は、高速パ
ルス信号の測定で分解能を１ｐｓあるいはそれ以下の高
分解能で測定する、高速パルス信号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、本発明は光の各種特性を活用して、コプレーナライ
ンと１対の電極とを有する光伝導素子（フォトコンダク
タ）から成る検出手段を用い、被測定高速パルス信号を
検出手段のコプレーナラインの一端に送付し、一対の電
極に光プローブパルスを遅延時間を変えつつ照射してサ
ンプリングし、被測定高速パルス信号と光プローブパル
スとの相互相関波形ｙ（ｔ）をコプレーナラインの他端
から検出し、そ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、表示するものである。以下詳細に説明
する。

【０００６】被測定パルス信号を発生する被測定パルス
信号発生器（ＰＧ）は、光プローブパルスを発生するモ
ードロックレーザと同期して被測定高速パルス信号を発
生する。高分解能を得るためには測定システム全体の同
期が大切である。そこで同期の基準タイミング信号が必
要であり、タイミング・ジェネレータを設けてよく、あ
るいはＰＧの発振タイミング信号を用いてもよいが、本
明細書では演算手段、例えばコンピュータからタイミン
グ信号を送出することとする。

【０００７】ＰＧからの被測定パルス信号あるいはその
パルス信号を入力し出力する被測定素子の被測定インパ
ルス応答信号は、関数ｘ（ｔ）として検出手段のコプレ
ーナラインの一端に送付する。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そ
のコプレーナラインに超微細間隔のギャップによる１対
の電極を有する光伝導素子（フォトコンダクタ）で構成
されている。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。電極
は対向型電極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て、導電時のオン抵抗
を４０Ω以下とし、電極間容量を３ｆＦ（３フェムト・
ファラッド＝３×１０−１５Ｆ）とした。このように
して高速で高分解能の新しい検出手段が得られた。高速
・高分解能の検出手段は、同期信号と同様に高分解能を
得るに必須の手段である。

【０００８】前記被測定パルス信号に同期してモードロ
ックレーザで光プローブパルスを発生させる。光プロー
ブパルスは、例えばパルス幅が８０ｆｓ（８０フェムト
秒＝８０×１０−１５秒）で繰り返し周波数が１００
ＭＨｚ程度の極めて細いインパルス列の光プローブパル
スである。分解能を高めるには、極細光パルスも必須要
件の一つである。この光プローブパルスを遅延手段を通
して遅延時間τを与えつつ上記検出手段の電極に照射し
て、コプレーナラインの一端に入力される電気パルス信
号ｘ（ｔ）を関数ｈ（ｔ＋τ）でサンプリングする。す
ると、その検出手段からの出力信号ｙ（ｔ）はｘ（ｔ）
とｈ（ｔ＋τ）との相互相関波形となる。

【０００９】つまり、検出手段のコプレーナラインから
の検出信号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。この検出信号ｙ（ｔ）
を演算手段でデコンボリューションすると元の波形に復
元することとなり、この復元波形を表示手段に表示す
る。ここで表示手段とはいかなる表示であっても全てを
含むものとする。例えばＣＲＴ表示やプリントアウトの
表示は素より、データ伝送による他部署での表示やデー
タ加工後の表示や一時記憶し後に表示することも含む。

【００１０】光プローブパルスに遅延時間τを与える遅
延手段には、従来技術の可動鏡を用いてよい。１μｍ
（１ミクロン＝１×１０−６ｍ）の可動鏡移動で、光プ
ローブパルスに往復で６．６ｆｓの遅延を与える。即
ち、光速は３×１０８ｍ／ｓであるから、２×１０−
６ｍ／３×１０８ｍ／ｓ＝６．６×１０−１５ｓ＝
６．６ｆｓとなる。従って１μｍの可動鏡の移動毎に、
その遅延された光プローブ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、３３３ｐｓの遅延を与えるこ
とになり、被測定光極短パルスを６．６ｆｓの分解能で
３３３ｐｓ区間の波形を測定できることとなる。可動鏡
を移動させるには、演算装置からのタイミング信号を受
けてステージドライバで可動鏡を駆動するとよい。

【００１１】遅延手段としては、可動鏡を用いずに可動
部が不要のＥ／Ｏ変調器で行うこともできる。Ｅ／Ｏ変
調器は例えばタンタル酸リチューム（ＬｉＴａＯ３）
結晶やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶のよう
に、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
プローブパルスに遅延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
定の高速化と信頼性の向上も図れる。

【００１２】ところで、前記可動鏡で遅延手段を構成す
ると、例えば１μｍスッテプで移動して全区間を５ｃｍ
とすると、前述のように６．６ｆｓの分解能で３３３ｐ
ｓまでのパルス幅の被測定パルスを測定することができ
るが、それ以上のパルス幅のものは部分的な測定とな
る。そこで移動の全区間を１０ｃｍとしても、たかだか
６６７ｐｓまでの測定である。しかしながら、状況によ
っては数ｎｓ（ナノ秒＝１０−９秒）までの被測定パル
ス信号を測定したい場合があるが、可動鏡での測定は困
難であった。

【００１３】この問題を解決するために、被測定パルス
信号を発生するＰＧと光プローブパルスを発生するモー
ドロックレーザの間に遅延同期手段を設けることにより
解決できた。遅延同期手段とは同期を完全に取りなが
ら、一方のモードロックレーザを数ｎｓの遅延時間を与
えて駆動させるものである。従って、遅延同期手段は高
精度の遅延素子でもよく、高精度の時計を用いてもよ
く、あるいは信号発生器（ＳＧ）をランプ信号で位相変
調して遅延制御してもよい。以下、本発明の実施例につ
いて説明する。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の一実施例の構成図を、図２に
他の実施例の構成図を、図３に遅延手段２５の他の実施
例を示す。図１の基づいて説明する。演算手段１６から
はＰＧ（被測定パルス信号発生器）１０やモードロック
レーザ２１やステージドライバ２７やＡ／Ｄ変換手段１
５等にタイミング信号を送出して駆動させる。タイミン
グ信号は演算手段１６以外からでも特定信号を基準に用
いて測定システムの同期を取ってもよい。ＳＧ１０はタ
イミング信号毎に被測定パルス信号４０を発生する。被
測定パルス信号４０、あるいは図示していないが、この
被測定パルス信号を入力し出力する被測定素子の被測定
インパルス応答信号は、検出手段１１のコプレーナライ
ン１２の一端に送出される。

【００１５】一方、モードロックレーザ２１はタイミン
グ信号により、ＰＧ１０と同期して光プローブパルス４
２を発生する。光プローブパルス４２のパルス幅は８０
ｆｓで、繰り返し周波数は１００ＭＨｚ程度でよい。こ
のモードロックレーザ２１は、例えば米国のスペクトラ
・フィジィクス社製のモードロック・チタンサファイヤ
レーザを用いることができる。この製品は主レーザ２３
にチタンサファイヤレーザを、励起用レーザ２４にアル
ゴンレーザを、同期回路２２に Lok to Clockを用いて
上記の光プローブパルス４２を発生できる。

【００１６】この光プローブパルス４２は直進して遅延
手段２５の可動鏡２６に達し、可動鏡２６で反射されて
ミラー２８で９０度反射し、レンズ２９で集光されて検
出手段１１の電極１３を照射し、コプレーナライン１２
の一端に入力された被測定パルス信号をサンプリングす
る。このサンプリングは可動鏡２６を被測定パルス信号
４０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、多数のサンプリングを行う。サンプリン
グされた検出信号は、前述のように相互相関波形ｙ
（ｔ）である。この相互相関波形ｙ（ｔ）をデコンボリ
ューションすると元の波形が求まる。

【００１７】遅延手段２５の可動鏡２６は、ステージド
ライバ２７の駆動で光の進行方向に対し前後に移動で
き、光プローブパルス４２に遅延時間τを与えつつサン
プリング信号を作る。ステージドライバ２７は演算手段
１６からのタイミング信号を受けて可動鏡２６をステッ
プ状あるいは連続して駆動する。

【００１８】検出手段１１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
１２とこのコプレーナライン１２に超微細間隔のギャッ
プを有する１対の電極による光伝導素子から構成され、
このコプレーナライン１２の一端に被測定パルス信号４
０を入力する。電極１３のギャップ幅は数μｍ以下であ
る。よって、電極１３に遅延を与えられつつある光プロ
ーブパルス４２を照射すると、感度よく光電変換がで
き、被測定パルス信号４０を時間を少しづつずらしなが
らサンプリングしていく。

【００１９】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１４で増幅してＡ／Ｄ
変換する。Ａ／Ｄ変換手段１５は検出されたアナログ信
号を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１６に与え、
演算手段１６ではデコンボリューションの演算を行う。
表示手段１７はその演算結果を表示する。

【００２０】図２は他の実施例の構成図である。図１と
比較してＰＧ１０とモードロックレーザ２１との間に遅
延同期手段２０を追加している。遅延同期手段２０はパ
ルス幅が数ｎｓという被測定パルス信号４０を測定する
ために、光プローブパルス４２の遅延時間を数ｎｓまで
広げるために設けて解決した。つまり、前述したように
遅延手段２５の可動鏡２６での遅延時間は、最大１０ｃ
ｍ移動しても６６７ｐｓ範囲までしか測定できないから
である。

【００２１】ＰＧ１０とＳＧ（信号発生器）３１はフェ
イズロック、つまり同期してそれぞれが発振している。
ＳＧ３１は例えばドイツのローデ・アンド・シュワルツ
社製のＳＭＨ型信号発生器を用いることができる。ＲＧ
（ランプ信号発生器）３０はＨＰ社製のファンクション
・ジェネレータを用いてランプ信号４１を発生させるこ
とができる。ＲＧ３０はタイミング信号でランプ信号４
１を発生し、ＳＧ３１に与えている。ＳＧ３１ではラン
プ信号４１を位相シフト用入力端子に入力し、位相変調
かけて正確な遅延信号を発生し、モードロックレーザ２
１の同期回路２２に出力し光プローブパルス４２を発生
させる。

【００２２】図２の遅延同期手段２０はＰＧ１０と同期
を取りつつ、正確な遅延信号を発生させるものである。
従って、ＲＧ３０及びＳＧ３１に代え、高精度の遅延回
路や高精度の時計（クロック発生器）に置き換えること
もできる。

【００２３】図３は遅延手段２５の他の実施例である。
モードロックレーザ２１からの光プローブパルス４２
は、光変調器３５を通過して検出手段１１の電極１３を
照射する。光変調器３５は光の可変遅延素子でもある。
図３ではＥ／Ｏ変調器で示しているが、磁気光学変調器
でもよい。光変調器３５に電界又は磁界を加えると電界
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３５に加える電圧又は電流を変化
させて電界を変え、遅延時間τを変化させた光プローブ
パルス４２を電極１３に照射し、被測定パルス信号４０
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、被測定パルス信号４０の相互相関波形ｙ
（ｔ）である。この相互相関波形ｙ（ｔ）をデコンボリ
ューションして元の波形に戻し、表示する。

【００２４】上述のように、光変調器３５で光遅延素子
を構成すると、電圧又は電流を変えるだけで遅延時間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
化や信頼性の向上も図れる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明
は、従来測定不可能であったパルス幅が１ｐｓ以下の高
速極短パルス信号から数ｎｓの高速パルス信号を、分解
能を１ｐｓ以下の高分解能で測定できるので、その技術
的効果は大である。

【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】本発明の他の実施例の構成図である。

【図３】図１、図２の遅延手段２５の他の実施例の構成
図である。

【符号の説明】

１０ＰＧ（被測定パルス信号発生器）１１検出手段１２コプレーナライン１３電極１４増幅器１５Ａ／Ｄ変換手段１６演算手段１７表示手段２０遅延同期手段２１モードロックレーザ２２同期回路２３主レーザ２４励起用レーザ２５遅延手段２６可動鏡２７ステージドライバ２８ミラー２９レンズ３０ＲＧ（ランプ信号発生器）３１ＳＧ（信号発生器）３５光変調器４０被測定パルス信号４１ランプ信号４２光プローブパルス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｒ 29/00 Ｄ 31/302

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定パルス信号（４０）を発生させる
ＰＧ（１０）と、上記ＰＧ（１０）と同期して光プローブパルス（４２）
を発振するモードロックレーザ発振器（２１）と、上記光プローブパルス（４２）に任意の遅延時間を与え
る遅延手段（２５）と、半絶縁基板上に形成されたコプレーナライン（１２）と
上記コプレーナライン（１２）に構成された１対の電極
（１３）を有する光伝導素子から成り、上記コプレーナ
ライン（１２）の一端に上記被測定パルス信号（４０）
を入力し他端を出力端子とし、上記一対の電極（１３）
に上記光プローブパルス（４２）が照射される検出手段
（１１）と、上記検出手段（１１）で検出された電気信号をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換手段（１５）と、上記Ａ／Ｄ変換手段（１５）の出力信号をデコンボリュ
ーションする演算手段（１６）と、上記演算手段（１６）の演算結果を表示する表示手段
（１７）と、を具備することを特徴とする高速パルス信
号測定器。
【請求項２】被測定パルス信号（４０）を発生させる
ＰＧ（１０）と、上記ＰＧ（１０）と同期して任意の遅延同期信号を発生
する遅延同期手段（２０）と、上記遅延同期手段（２０）からの上記遅延同期信号によ
り光プローブパルス（４２）を発振するモードロックレ
ーザ発振器（２１）と、上記光プローブパルス（４２）に任意の遅延時間を与え
る遅延手段（２５）と、半絶縁基板上に形成されたコプレーナライン（１２）と
上記コプレーナライン（１２）に構成された１対の電極
（１３）を有する光伝導素子から成り、上記コプレーナ
ライン（１２）の一端に上記被測定パルス信号（４０）
を入力し他端を出力端子とし、上記一対の電極（１３）
に上記光プローブパルス（４２）が照射される検出手段
（１１）と、上記検出手段（１１）で検出された電気信号をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換手段（１５）と、上記Ａ／Ｄ変換手段（１５）の出力信号をデコンボリュ
ーションする演算手段（１６）と、上記演算手段（１６）の演算結果を表示する表示手段
（１７）と、を具備することを特徴とする高速パルス信
号測定器。
【請求項３】遅延手段（２５）は遅延時間を任意に可
変できる光変調器の遅延手段（３５）である請求項１又
は２記載の高速パルス信号測定器