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【発明の名称】 電気光学プローブ
【発明者】 【氏名】伊藤 昭成

【氏名】太田 克志

【氏名】品川 満

【氏名】永妻 忠夫

【氏名】久良木 億

【氏名】大野 一英

【氏名】神 好人
【要約】 【課題】プローブ内部で発生するノイズ光を低減し、測定信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる電気光学プローブを提供する。

【解決手段】計測器本体の制御信号に基づいてレーザ光を発するレーザダイオードと、端面に反射膜を有する電気光学素子と、ダイオードと電気光学素子との間に設けられ、レーザダイオードが発したレーザ光を通過させレーザ光が反射膜によって反射された反射光を分離する第１のアイソレータと、第１のアイソレータにおいて分離された反射光を電気信号に変換する２つのフォトダイオードとを備える電気光学プローブにおいて、フォトダイオードと第１のアイソレータとを結ぶ光路に第２アイソレータを備えたことを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 計測器本体の制御信号に基づいてレーザ光を発するレーザダイオードと、端面に反射膜を有する電気光学素子と、前記ダイオードと前記電気光学素子との間に設けられ、前記レーザダイオードが発したレーザ光を通過させ前記レーザ光が前記反射膜によって反射された反射光を分離する第１のアイソレータと、前記第１のアイソレータにおいて分離された反射光を電気信号に変換する２つのフォトダイオードと、を備える電気光学プローブにおいて、前記フォトダイオードと前記第１のアイソレータとを結ぶ光路に第２アイソレータを備えたことを特徴とする電気光学プローブ。
【請求項２】 前記第２のアイソレータは、前記第１のアイソレータから前記フォトダイオードへ向かう光を透過し、前記フォトダイオードから前記第１のアイソレータへ向かう光を遮断することを特徴とする請求項１記載の電気光学プローブ。
【請求項３】 前記第２のアイソレータは、該第２のアイソレータに入射する入射光の偏光状態に依存しない偏光無依存型であることを特徴とする請求項２に記載の電気光学プローブ。
【請求項４】 計測器本体の制御信号に基づいてレーザ光を発するレーザダイオードと、端面に反射膜を有する電気光学素子と、前記ダイオードと前記電気光学素子との間に設けられ、前記レーザダイオードが発したレーザ光を通過させ前記レーザ光が前記反射膜によって反射された反射光を分離する第１のアイソレータと、前記第１のアイソレータにおいて分離された反射光を電気信号に変換する２つのフォトダイオードと、を備える電気光学プローブにおいて、前記レーザダイオードと前記第１のアイソレータとを結ぶ光路に第２アイソレータを備えたことを特徴とする電気光学プローブ。
【請求項５】 前記第２のアイソレータは、前記レーザダイオードから発せられ、前記第１のアイソレータへ向かう光を透過し、前記第１のアイソレータから前記レーザダイオードへ向かう光を遮断することを特徴とする請求項４記載の電気光学プローブ。
【請求項６】 前記第２のアイソレータは、該第２のアイソレータに入射する入射光の偏光状態に依存しない偏光無依存型であることを特徴とする請求項５に記載の電気光学プローブ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被測定信号によって発生する電界を電気光学結晶に結合させ、この電気光学結晶に光を入射し、入射光の偏光状態により、被測定信号の波形を観測する電気光学プローブであって、特に、光学系を改良した電気光学プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】被測定信号によって発生する電界を電気光学結晶に結合させ、この電気光学結晶にレーザ光を入射し、レーザ光の偏光状態により被測定信号の波形を観測することができる。ここでレーザ光をパルス状にし、被測定信号をサンプリングすると非常に高い時間分解能で測定することができる。この現象を利用した電気光学プローブを用いたのが電気光学サンプリングオシロスコープである。
【０００３】この電気光学サンプリング（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）オシロスコープ（以下「ＥＯＳオシロスコープ」と略記する）は、電気式プローブを用いた従来のサンプリングオシロスコープと比較して、１）信号を測定する際に、グランド線を必要としないため、測定が容易である２）電気光学プローブの先端にある金属ピンが回路系から絶縁されているので高入力インピーダンスを実現でき、その結果被測定点の状態をほとんど乱すことがない３）光パルスを利用することからＧＨｚオーダーまでの広帯域測定が可能であるといった特徴があり注目を集めている。
【０００４】ＥＯＳオシロスコープによる信号測定を行う際に用いられる従来の電気光学プローブ（以下、プローブと称する）の構成を図２を参照して説明する。図２において、符号１は、絶縁体でできたプローブヘッドであり、この中心に金属ピン１ａが嵌め込まれている。符号２は、電気光学素子であり、金属ピン１ａ側の端面に反射膜２ａが設けられ、金属ピン１ａに接している。符号３、８は、コリメートレンズである。符号４は、１／４波長板である。符号５及び７は、偏光ビームスプリッタである。符号６は、入射された光の偏光面を４５度回転するファラディー素子である。符号９は、ＥＯＳオシロスコープ本体１９のパルス発生回路（図示せず）から出力された制御信号に応じてレーザ光を発するレーザダイオードである。符号１０及び１１はコリメートレンズである。符号１２及び１３は、フォトダイオードであり、入力されたレーザ光を電気信号にしてＥＯＳオシロスコープ本体へ出力する。符号１４は、１／４波長板４、偏光ビームスプリッタ５、７及びファラディー素子６からなるアイソレータである。符号１５は、絶縁体でできたプローブ本体である。
【０００５】次に、図２を参照して、レーザダイオード９から発せられたレーザ光の光路について説明する。図２において、レーザ光の光路を符号Ａで表す。先ず、レーザダイオード９から出射したレーザ光はコリメートレンズ８により平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ７、ファラデー素子６及び偏光ビームスプリッタ５を直進し、さらに、１／４波長板４を通って、コリメートレンズ３によって集光されて電気光学素子２に入射する。入射した光は、金属ピン１ａ側の電気光学素子２の端面に形成された反射膜２ａにより反射する。
【０００６】反射したレーザ光は、コリメートレンズ３によって再び平行光にされ、１／４波長板４を通り、レーザ光の一部は、偏光ビームスプリッタ５により反射されて、フォトダイオード１２へ入射する。偏光ビームスプリッタ５を透過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ７で反射されて、フォトダイオード１３へ入射する。なお、１／４波長板４はフォトダイオード１０とフォトダイオード１１へ入射するレーザ光の強度が同一になるように調整するものである。
【０００７】次に、図２に示した電気光学プローブを用いて、被測定信号を測定する動作について説明する。金属ピン１ａを、測定点に接触させると、金属ピン１ａに加わる電圧によって、電気光学素子２では、その電界が電気光学素子２へ伝搬し、ポッケルス効果により複屈折率が変化する現象が起きる。これにより、レーザダイオード９から発せられたレーザ光が電気光学素子２へ入射して、そのレーザ光が電気光学素子２を伝搬するときに光の偏光状態が変化する。そして、この偏光状態が変化したレーザ光は、反射膜２ａによって反射され、フォトダイオード１２、１３へ入射し、電気信号に変換される。
【０００８】測定点の電圧の変化にともなって、電気光学素子２によって偏光状態の変化がフォトダイオード１２とフォトダイオード１３の出力差になり、この出力差を検出することによって、金属ピン１ａに加わる電気信号を測定することができる。
【０００９】なお、以上説明した電気光学プローブにおいて、フォトダイオード１２、１３から得られた電気信号は、ＥＯＳオシロスコープに入力されて、処理されるが、これに代えて、フォトダイオード１２、１３に専用コントローラを介してリアルタイムオシロスコープ等の従来からある測定器を接続し、信号測定を行うこともできる。これにより、電気光学プローブを使用して広帯域測定を簡単に行うことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術の電気光学プローブにあっては、フォトダイオード１２、１３へ入射した光が、フォトダイオード１２、１３に備えられた入射孔の窓等によって反射し、発光源の方向へ戻ってしまう現象が発生する。この戻り光は、結果的にノイズ光となり、測定信号のＳ／Ｎ比を悪化させるという問題がある。また、レーザダイオード９から出射した光が、プローブ内部に備えられた光学部品の表面等によって反射し、レーザダイオード９へ戻り、さらにレーザダイオード９の出射孔の窓において反射するという現象も発生する。この光も結果的にノイズ光となり測定信号のＳ／Ｎ比を悪化させてしまう。
【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プローブ内部で発生するノイズ光を低減し、測定信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる電気光学プローブを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、計測器本体の制御信号に基づいてレーザ光を発するレーザダイオードと、端面に反射膜を有する電気光学素子と、前記ダイオードと前記電気光学素子との間に設けられ、前記レーザダイオードが発したレーザ光を通過させ前記レーザ光が前記反射膜によって反射された反射光を分離する第１のアイソレータと、前記第１のアイソレータにおいて分離された反射光を電気信号に変換する２つのフォトダイオードとを備える電気光学プローブにおいて、前記フォトダイオードと前記第１のアイソレータとを結ぶ光路に第２アイソレータを備えたことを特徴とする。
【００１３】請求項２に記載の発明は、前記第２のアイソレータは、前記第１のアイソレータから前記フォトダイオードへ向かう光を透過し、前記フォトダイオードから前記第１のアイソレータへ向かう光を遮断することを特徴とする。
【００１４】請求項３に記載の発明は、前記第２のアイソレータは、該第２のアイソレータに入射する入射光の偏光状態に依存しない偏光無依存型であることを特徴とする。
【００１５】請求項４に記載の発明は、計測器本体の制御信号に基づいてレーザ光を発するレーザダイオードと、端面に反射膜を有する電気光学素子と、前記ダイオードと前記電気光学素子との間に設けられ、前記レーザダイオードが発したレーザ光を通過させ前記レーザ光が前記反射膜によって反射された反射光を分離する第１のアイソレータと、前記第１のアイソレータにおいて分離された反射光を電気信号に変換する２つのフォトダイオードとを備える電気光学プローブにおいて、前記レーザダイオードと前記第１のアイソレータとを結ぶ光路に第２アイソレータを備えたことを特徴とする。
【００１６】請求項５に記載の発明は、前記第２のアイソレータは、前記レーザダイオードから発せられ、前記第１のアイソレータへ向かう光を透過し、前記第１のアイソレータから前記レーザダイオードへ向かう光を遮断することを特徴とする。
【００１７】請求項６に記載の発明は、前記第２のアイソレータは、該第２のアイソレータに入射する入射光の偏光状態に依存しない偏光無依存型であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による電気光学プローブを図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示した図である。図１において、符号１は、絶縁体でできたプローブヘッドであり、この中心に金属ピン１ａが嵌め込まれている。符号２は、電気光学素子であり、金属ピン１ａ側の端面に反射膜２ａが設けられ、金属ピン１ａに接している。符号３、８は、コリメートレンズである。符号４は、１／４波長板である。符号５及び７は、偏光ビームスプリッタである。符号６は、入射された光の偏光面を４５度回転するファラディー素子である。符号９は、ＥＯＳオシロスコープ本体１９のパルス発生回路（図示せず）から出力された制御信号に応じてレーザ光を発するレーザダイオードである。符号１０及び１１はコリメートレンズである。符号１２及び１３は、フォトダイオードであり、入力されたレーザ光を電気信号にしてＥＯＳオシロスコープ本体へ出力する。請求項でいう第１のアイソレータとは、１／４波長板４、偏光ビームスプリッタ５、７及びファラディー素子６からなるものである。符号１５は、絶縁体でできたプローブ本体である。
【００１９】図１に示すプローブが従来技術と異なる点は、プリズム５２、７２を設け、コリメートレンズ１０、１１へ入射するレーザ光の光軸が、レーザダイオード９が出射したレーザ光の光軸に平行になるようにコリメートレンズ１０、１１を配置した点と、フォトダイオード１２、１３をＥＯＳオシロスコープ本体に設け、プローブ本体１５とフォトダイオード１２、１３との間を光ファイバ１８によって接続した点である。さらに、レーザダイオード９と偏光ビームスプリッタ７とを結ぶ光路の途中にアイソレータ２０を設けてある。また、コリメートレンズ１０と光ファイバ１８の入射口と結ぶ光路の途中にアイソレータ２１を設けてある。このアイソレータ２１は、コリメートレンズ１１側にも同様に設けられている。
【００２０】プローブ内に設けられたアイソレータ２０、２１は、光学的なアイソレータであり、一方から他方へは光を通すが、その逆方向には光を遮断するものである。また、これらのアイソレータ２０、２１は、入射光の偏光状態に依存しない偏光無依存型のアイソレータである。このアイソレータ２０は、レーザダイオード９から偏光ビームスプリッタ７へ向かう光を透過し、その逆方向は透過しないように配置される。また、アイソレータ２１は、コリメートレンズ１０、１１から光ファイバ１８へ向かう光を透過し、その逆方向は透過しないように配置される。その他の構成及び動作は、従来技術と同じであるので、ここでは詳細な説明を省略し、ここでは、プローブ内の光の光路について説明する。
【００２１】次に、図１を参照して、レーザダイオード９から発せられたレーザ光の光路について説明する。先ず、レーザダイオード９から出射したレーザ光はコリメートレンズ８により平行光に変換され、アイソレータ２０を透過する。このとき、アイソレータ２０は、レーザダイオード９へ戻ろうとする光を遮断するため、ノイズ光を低減することができる。そして、偏光ビームスプリッタ７、ファラデー素子６及び偏光ビームスプリッタ５を直進し、さらに、１／４波長板４を通って、コリメートレンズ３によって集光されて電気光学素子２に入射する。入射した光は、金属ピン１ａ側の電気光学素子２の端面に形成された反射膜２ａにより反射する。
【００２２】反射したレーザ光は、コリメートレンズ３によって再び平行光にされ、１／４波長板４を通り、レーザ光の一部は、偏光ビームスプリッタ５により反射されて、プリズム５２によって折り返され、コリメートレンズ１０に集光され、さらにアイソレータ２１を透過する。このとき、アイソレータ２１は、コリメートレンズ１０の方向へ戻ろうとする光を遮断するため、ノイズ光を低減することができる。そして、光ファイバ１８の入射口から入射し、光ファイバ１８内を伝播して、フォトダイオード１２へ入射する。偏光ビームスプリッタ５を透過したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ７で反射されて、プリズム７２によって折り返され、コリメートレンズ１１によって集光され、さらにアイソレータ２１を透過する。このときも同様に、コリメートレンズ１１の方向へ戻ろうとする光を遮断することができる。そして、光ファイバ１８の入射口から入射し、光ファイバ１８内を伝播して、フォトダイオード１３へ入射する。
【００２３】このように、レーザダイオード９への戻り光を遮断するアイソレータ２０とフォトダイオード１２、１３からの戻り光を遮断するアイソレータ２１を設けたため、プローブ内で発生するノイズ光を低減するすることができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、プローブ内で発生するノイズ光をアイソレータによって遮断するようにしたため、測定信号のＳ／Ｎ比を向上させることができるという効果が得られる。また、アイソレータに、入射光の偏光状態に依存しない偏光無依存型を用いたため、光の偏光状態によらず全てのノイズ光を遮断することができるという効果も得られる。
【出願人】 【識別番号】０００１１７７４４
【氏名又は名称】安藤電気株式会社
【識別番号】０００００４２２６
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【出願日】 平成１１年１２月２８日（１９９９．１２．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外７名）
【公開番号】 特開２００１−１９４３８８（Ｐ２００１−１９４３８８Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願平１１−３７７３４２