(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰り返し周期を有する入力光パルスからその整数倍の繰り返し周期を有する光パルスを取り出して出力するパルスピッカーにおいて、
前記入力光パルスに同期しており、繰り返し周期が前記入力光パルスの所定繰り返し周期の整数倍であって、パルス幅が前記入力光パルスの１個のパルスのみを含む長さである駆動信号パルスを発生する駆動部と、
前記入力光パルスが入力されると共に、前記駆動信号パルスの有無に応じて、前記入力光パルスの出力側への透過・遮断を行う光変調部と、
前記光変調器から出力された各光パルスの一部を分岐して取り出す光分岐手段と、
前記光分岐手段により取り出された前記出力光パルス強度の時間変化を測定する計測部と、
前記計測部で測定された前記出力光パルス強度の時間変化に基づいて、前記出力光パルス強度が最大となるように前記駆動部を制御することにより前記駆動信号パルスの発生タイミングを調整する制御部と、
を備えることを特徴とするパルスピッカー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の繰り返し周期を有する光パルスからその整数倍の繰り返し周期の光パルスを取り出すパルスピッカーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザ等から発せられた特定繰り返し周期の光パルス列から所定の繰り返し周期のパルス列を取り出す装置としてパルスピッカーがある。
【０００３】
従来のパルスピッカーの構成例を図１６に示す。このパルスピッカーは、光を変調する超音波光変調器（ＡＯＭ）５１と、ＡＯＭ５１の位置を調整する光変調器ステージ５２と、入力光パルスをＡＯＭ５１に導く入射ミラー５３と、ＡＯＭ５１の出力光を出力側へ導く出力ミラー５４と、出力ミラーから出射された光パルスのうち不要な光パルスを遮るビームストッパ５５、とを備えている。
【０００４】
ＡＯＭ５１の構成図を図１７に示す。ＡＯＭには図１７（ａ）に示すラマンナース回折を用いるものと、図１７（ｂ）に示すブラッグ回折を用いるものがあるが、いずれも、超音波媒体６２をトランスデューサ６１と超音波吸収体６３で挟んだ積層構造をしている。トランスデューサ６１に加えられた駆動電気信号により、発生した超音波によって超音波媒体６２内で光の回折が起こる。入射光は、これらの積層面にほぼ平行するように超音波媒体６２の側面から入射する。
【０００５】
図１８は、ＡＯＭ５１に駆動信号を加える駆動部のブロック図である。駆動部７０は、キャリア発振器７１と駆動パルス信号発生器７４の両方に平衡変調器７２が接続され、さらに、この平衡変調器７２に高周波増幅器７３が接続されて構成されている。高周波増幅器７３は、ＡＯＭ５１のトランスデューサ６１に接続されている。
【０００６】
次に、この従来例の動作を図１６〜図１９を用いて説明する。図１９は、パルスピッカー内部の光路の模式図である。図１９（ａ）が図１６と同じく上面から見た図であり、図１９（ｂ）は側面から見た図である。
【０００７】
パルスピッカーへの入射光パルスは、図１６、図１９に示すように、入射ミラー５３で集光されてＡＯＭ５１に導かれる。一方、図１８に示すように、ＡＯＭ５１のトランスデューサ６１には、駆動部７０で生成された駆動電気信号が印加されている。この駆動電気信号は、駆動パルス信号発生器７４で生成した駆動パルス信号とキャリア発振器７１の発振信号が平衡変調器７２で混合されて、高周波増幅器７３で増幅されることにより生成される。
【０００８】
駆動電気信号が印加されているとき、トランスデューサ６１から超音波が発せられ、発生した超音波は超音波媒体６２を経て、超音波吸収体６３に達して、吸収される。つまり、超音波媒体６２内の超音波は一方向にのみ進行する。超音波媒体６２内では、この超音波に基づく音響光学効果により内部を通過する光パルスの回折が起こり、図１７に示すように、ラマンナース回折では多次回折光が、ブラッグ回折では１次回折光が発生する。この回折光は、図１９中の実線で示す光路を通り、出力ミラー５５を経て、パルスピッカーから出射される。
【０００９】
一方、ＡＯＭ５１に駆動電気信号が加えられていないときには、超音波媒体６２内部に超音波伝播が起こらないため、音響光学効果による光パルスの回折が起こらず、出力光は図１７に示すように０次回折光のみとなる。この０次回折光は、図１９中で破線で示す光路を通り、出力ミラー５５を経て、ビームストッパ５４に遮られるため、パルスピッカーの外へ出てこない。したがって、取り出したい入力光パルスがＡＯＭ５１を通過するときのみに駆動電気信号を印加するよう制御することで、入力光パルスのうち所望の光パルスのみを取り出すことが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この例のようなパルスピッカーにおいて、特定周期の光パルスから、所定の周期の光パルスを効率的に取り出すためには、取り出す入力光パルスがＡＯＭ５１を通過する時点に合わせてＡＯＭ５１に駆動電気信号が印加されるよう、駆動電気信号の位相を正確に調整しなければならない。しかし、従来は、この調整を手動で行わなければならず、入力光パルスと駆動電気信号の位相がずれることにより、取り出される光パルスの出力が変動したり、タイミングが合わずに光パルスを確実に取り出せないなどの問題があった。また、駆動電気信号のタイミングは、駆動部の温度変化等によってもずれが生じる。このため、作動中にこのタイミングを設定しなおす必要があり、連続して長時間安定した動作をさせることが困難だった。
【００１１】
本発明は、光パルスを取り出すタイミングの調整が不要で、長時間安定した動作が可能なパルスピッカーを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の繰り返し周期を有する入力光パルスからその整数倍の繰り返し周期を有する光パルスを取り出して出力するパルスピッカーにおいて、（１）入力光パルスに同期しており、繰り返し周期が入力光パルスの所定繰り返し周期の整数倍であって、パルス幅が入力光パルスの１個のパルスのみを含む長さである駆動信号パルスを発生する駆動部と、（２）入力光パルスが入力されると共に、駆動信号パルスの有無に応じて、入力光パルスの出力側への透過・遮断を行う光変調部と、（３）光変調部から出力された各光パルスの一部を分岐して取り出す光分岐手段と、（４）取り出された出力光パルス強度の時間変化を測定する計測部と、（５）測定された出力光パルス強度の時間変化に基づいて、出力光パルス強度が最大となるように駆動部を制御して駆動信号パルスの発生タイミングを調整する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、入力光パルス列の繰り返し周期の整数倍の周期を有する駆動信号パルスを光変調部に加えることで、入力光パルス列から駆動信号パルスと同じ繰り返し周期を持つ出力光パルス列が取り出される。さらに、この各出力光パルスの一部を分岐して取り出し、その出力光パルスの強度の時間変化を測定し、これを基にして制御部が、駆動部における駆動信号パルスの発生タイミングをフィードバック制御しているので、光パルス列の取り出しが最適化される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この一実施形態のブロック構成図である。
【００１５】
パルススピッカー１０は、駆動信号パルスを発生する駆動部１と、駆動部１に接続されてこの駆動信号パルスの有無により入力光パルスを透過・遮断する光変調部２と、光変調部２の出力の一部を分岐するビームスプリッタ３と、ビームスプリッタ３により分岐された光を検出する光検出器４と、光検出器４の出力側に接続されている出力レベル計測部５と、計測部５及び駆動部１に接続されている制御部６からなる。
【００１６】
このうち、光変調部２は、図１６の従来例と同様に、ＡＯＭ５１とミラー５３、５５及びビームストップ５４からなるものでも良いし、電気光学結晶を用いたものでも良い。
【００１７】
電気光学結晶を用いる光変調部２の例を図２に示す。この例の光変調部２は、入射光側から、入射光中の特定角度を持つ直線偏光を取り出す偏光子１１と、電気光学結晶１２と、特定位相の光を透過する検光子１３を並べて構成されている。電気光学結晶１２の上下の面間（同図のＺ方向）には、駆動電気信号が印加されており、駆動電気信号に応じて電気光学結晶１２の内部を透過する光の偏光状態が変化する。入射光は、偏光子１１によって図示のように入射側から見てＺ軸に対して４５°傾いた直線偏光になる。この入射光は電気光学結晶に入射される。光が電気光学結晶１２を通過する際に、前述のように駆動電気信号に応じてその偏光状態が変化し、楕円偏光の光が出力される。この光のうち、検光子１３により、入射偏光と直交する直線偏光の成分（入射側から見てＺ軸に対して−４５°変更した成分）を取り出すことにより、駆動電圧信号に応じた出力光が得られる。
【００１８】
光変調部２には、その他にも駆動電気信号に応じた出力光が得られる各種の形式の光変調器を使用することができる。
【００１９】
次に図１と図３により、本実施形態の動作を説明する。図３は本実施形態の動作タイミングを示す図である。図３の（ｂ）〜（ｅ）中の実線は、入力パルスと駆動信号パルスのタイミングがあっているときの動作タイミングを示し、破線は、それぞれのタイミングがずれているときの動作タイミングを示している。また、（ａ）’〜（ｃ）’は、それぞれ（ａ）〜（ｃ）の時間軸を１０倍に拡大した図である。
【００２０】
ここで、図３（ａ）に示すように入力光パルスのパルス繰り返し周期がＴのとき、駆動部１が発生する駆動信号パルスの繰り返し周期は同図（ｂ）に示すように、ｎＴ（ｎは正の整数）でなければならない。駆動信号パルスのパルス幅は繰り返し周期の１周期中に入力光パルスを確実に１個だけ切り出すようになっている。駆動信号パルスの波形は理想的には方形波であることが望ましいが、実際には図示するように台形波の信号となる。台形の頂辺にあたる駆動信号パルスが最大値となる時間の長さをｔ１、台形の底辺にあたる駆動信号パルスがオンのときの継続時間の長さ（パルス幅）をｔ０とすると、ｔ１は入力光パルスのパルス幅より十分に長く、ｔ０は入力光パルスのパルス間隔より短くすることが好ましい。
【００２１】
図１に示されるように、光変調部２に図３（ａ）に示す光パルスを入射させる。この光変調部２には、駆動部１で生成した同図（ｂ）に示す駆動信号が印加されている。前述したように駆動部１の駆動信号パルスがオンのときは光変調部２は入力光パルスを透過し、駆動信号パルスがオフのときは光変調部２は入力光パルスを遮断する。この結果、光変調部２からは、同図（ｃ）に示す出力光パルスが得られる。この出力光パルスは、駆動信号と同じ繰り返し周期（ｎＴ）を有する。
【００２２】
光変調部２の出力光強度は、駆動信号パルスの強度に依存する。同図（ｂ）の実線で示すように、入力光パルスと駆動信号パルスのタイミングが合っているときは、駆動信号パルスが最大となっている時刻（範囲ｔ１）の間に入力光パルスが光変調部２を通過する。したがって、出力光パルスは、同図（ｃ）の実線で示すように入力光パルスがほぼ損失なく取り出される。
【００２３】
一方、同図（ｂ）の破線で示すように、入力光パルスと駆動信号パルスのタイミングがずれているときは、駆動信号の電圧が変化している期間中に入力光パルスが光変調部２を通過する。つまり、駆動信号の電圧が最大でない時に入力光パルスが光変調部２を通過するため、同図（ｃ）の破線で示すように入力光パルスの強度よりも弱い出力光パルスしか得られない。
【００２４】
同図（ｃ）より明らかなように入力光パルスと駆動信号パルスのタイミングがずれると、タイミングが合っている時に比べて出力光パルスの強度が小さくなる。言い換えると、出力光パルスの強度は、入力パルス光と駆動信号パルスのタイミングが合っているときに最大になる。
【００２５】
こうして得られた出力光パルスは図１に示すビームスプリッタ３によりその一部（例えば１％）が分岐されて、取り出される。この取り出された光パルスが光検出器４に導かれ、光検出器４は、光パルス強度に応じた電気信号を出力する（図３（ｄ）参照）。この出力電気信号は、出力光パルスの発生時点に対応した時間的に断続的な信号である。この信号は、図１の出力レベル計測部４に送られて、ピーク強度に応じた直流的な出力レベル信号に変換される（図３（ｅ）参照）。この出力レベル信号が図１の制御部５に送られて、この信号強度が最大となるよう駆動部を制御して駆動信号パルスの発生タイミングを修正するフィードバック制御が行われる。
【００２６】
このフィードバック制御には、種々の手法を用いることができる。例えば、次のような手法が挙げられる。ここで、駆動信号はその繰り返し周波数と同じ周波数の基準信号を基に与えられるものとする。この、基準信号は、パルスピッカー内部で発生するものでも、外部から与えられるものでも良い。そして、ｎ番目に取り出した光パルスの出力レベル信号をＶｎとし、この光パルスを取り出したときの駆動信号と基準信号のずれをΔｔｎとする。このＶｎを前回のＶｎ−１と比較して、比較結果に基づき、次回の駆動信号の発生タイミングを決めるΔｔｎ＋１を定める。この例の制御フロー図を図４に示す。
【００２７】
Ｖｎが制御部４に送られると、制御部４はまず、Ｖｎが０でないかを調べる（Ｓ１）。Ｖｎが０（計測誤差以下）の時は、駆動信号のパルス持続時間内に入力光パルスが光変調部２を通過していないことを意味する。このため、次の駆動信号の発生タイミングを所定の時刻Δｔａだけずらす（Ｓ２）。ここで、Δｔａは、前述したｔ１より小さいことが好ましい。これは、ずらす幅が大きすぎると、入力パルスに対応した時点を飛び越してしまうからである。次に、Ｖｎを前回のＶｎ−１と比較する（Ｓ３）。比較した結果、ＶｎとＶｎ−１の間の差が検出器の計測誤差以下であれば、出力レベルは最大になっており、入力光パルスと駆動信号のタイミングが適合していると判断し、次回のタイミング発生時期Δｔｎ＋１はΔｔｎのまま保たれる（Ｓ４）。
【００２８】
一方、ＶｎとＶｎ−１の間に差があるときは、駆動信号の発生タイミングが入力光パルスに対してずれていると判断する。そこで、発生タイミングをずらすための操作を行う。
【００２９】
まず、Δｔｎを前回変化させたかを調べる（Ｓ５）。Δｔｎを変化させていた場合は、さらに、ＶｎがＶｎ−１より大きくなっているかを調べる（Ｓ６）。前回より大きくなっているときは、タイミングをずらす方向が合っていると判断して、さらに同じ方向に駆動信号の発生タイミングΔｔｎ＋１をずらす（Ｓ７）。具体的には、Δｔｎ＋１＝（１＋α）Δｔｎ−αΔｔｎ−１に設定する。ここで、αは、予め設定された収束用の係数であり、０＜α＜１である。前回より出力レベル信号が小さくなっているときは、正しいタイミングはΔｔｎとΔｔｎ−１の間にあると判断し、Δｔｎ＋１をその間に設定する（Ｓ８）。具体的には、Δｔｎ＋１＝（１−α）Δｔｎ＋αΔｔｎ−１とする。
【００３０】
一方、Δｔｎを変化させていない場合は、基準信号そのものが入力光パルスに対してずれたものと判断し、Δｔｎを所定のオフセット幅Δｔｂだけずらす（Ｓ９）。このΔｔｂは、前述のΔｔａに対して、充分小さいことが好ましい。基準信号そのもののずれは通常パルスの繰り返し周期に比較して大きくないと思われるからである。
【００３１】
以上をパルス出力が行われる度に繰り返すことにより、出力パルス光が最大となるよう駆動信号の発生タイミングは自動的にフィードバック制御される。タイミングのフィードバック制御には、この他に、出力パルスの偏光状態を監視して、駆動信号の発生タイミングを変更する等の各種の制御手法を用いることができる。
【００３２】
続いて、この実施形態を応用した装置の例（応用例）のいくつかを、これらに対応する従来例と共に示す。
【００３３】
最初に、Ｅ−Ｏサンプリング装置の同期装置に本実施形態を応用した例について述べる。Ｅ−Ｏサンプリング装置は、光パルスと電気光学結晶を用いて、被測定物内部の電気信号波形を測定するものである。図５は、典型的なＥ−Ｏサンプリング装置の構成図である。
【００３４】
レーザ光源１０１から出射したパルス光は、ビームスプリッタ１０２で同期光とプローブ光に分岐される。同期光は同期系１０３に送られて、レーザ光源１０１と同期する駆動電圧が被測定回路１０４に印加される。一方、プローブ光は、偏光子１０５で特定の偏光成分のみが抽出されて、電気光学結晶１０６へ入射される。電気光学結晶１０６には、被測定回路１０４が電気的に接続されており、被測定回路１０４内部の電圧が電気光学結晶１０６の駆動電気信号になっている。したがって、被測定回路１０４内部の電圧波形に応じて電気光学結晶１０６を通過するプローブ光の偏光状態が変調される。この変調された位相成分のみを検光子１０７により取り出して光検出器１０８で電気信号に変換し、増幅器１０９で増幅したうえで、表示装置１１０にこの電気信号の波形を表示する。この電気信号の波形は、被測定回路１０４の内部電圧波形と同じになる。この場合、被測定回路１０４と測定系が電気的に分離されているため、被測定回路１０４の内部電圧波形を精度良く測定することができる。
【００３５】
この測定の際に、時間分解能の高い測定を行うためには、同期系１０３とレーザ光源１０１から発せられるレーザ光が同期している必要があり、同期が不十分だと、測定の時間分解能が低下する要因となる。
【００３６】
同期系とレーザ光を同期させる装置として、Ｋｕｒｔ  Ｊ．Ｗｅｉｎｇａｒｔｅｎらの”Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ  ｏｆ  ＧａＡｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ”（ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｖｏｌ．２４，  ｐｐ．１９８〜２２０，  １９８８）に記載されたシンセサイザによりパルスレーザを駆動する装置がある（以下、従来例１と呼ぶ）。この従来例１の同期系１０３の構成は図６に示す通りである。以下、従来例と本実施形態を利用した応用例との比較を容易にするため、それぞれの共通する部分については、共通の参照番号を用いて説明を省略する。
【００３７】
従来例１のレーザ光源１０１には、繰り返し周波数８２ＭＨｚのＮｄ：ＹＡＧモードロックレーザが用いられ、同期系１０３によってレーザ発振が制御されている。同期系１０３は、レーザ発振の同期をとる８２ＭＨｚの高周波シンセサイザ１２３と、被測定回路１０４を０〜４０ＧＨｚの駆動電圧で駆動するマイクロ波シンセサイザ１２４とを備えている。２台のシンセサイザ１２３、１２４は共に同じ１０ＭＨｚの参照信号で駆動され、電気的に同期をとっている。
【００３８】
ビームスプリッタ１０２によって分岐された同期光は、光検出器１２１により電気信号に変換され、位相検出器１２２により、高周波シンセサイザ１２３の出力との位相差が検出される。この位相差信号は、利得補償器１２６を介して位相シフタ１２７に転送される。高周波シンセサイザ１２３の８２ＭＨｚの出力は、周波数半減器１２５で４１ＭＨｚの信号に変換された後、位相シフタ１２７に送られる。位相シフタ１２７はこれら二つの信号を基にして、レーザ光源１０１の発振用の同期信号を発生する。従って、レーザ光源１０１のレーザ発振とマイクロ波シンセサイザ１２４の出力信号を同期させることができる。
【００３９】
しかし、この場合は、特に帰還回路となる利得補償器１２６や位相シフタ１２７で発生したジッタによりレーザ光源１０１の発振にずれが生ずるため、十分な時間分解能を得ることが難しかった。さらに、この装置には、外部モードロックが可能なパルスレーザしか使用できず、衝突パルスモードロックリングレーザやカーレンズモードロックレーザのような自己モードロックレーザを用いることはできなかった。
【００４０】
一方、自己モードロックレーザにも適用可能な装置として、Ｊ．Ａ．Ｖａｌｄｍａｎｉｓが”Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ”（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ，  Ｖｏｌ．２８，  ｐｐ．１３５〜２１９，  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．，１９９０）で開示したレーザ発振に同期系１０３を同期させる装置がある（以下、従来例２と呼ぶ）。
【００４１】
従来例２の同期系１０３のブロック図を図７に示す。レーザ光源１０１から出射され、ビームスプリッタ１０２で分岐された繰り返し周波数１００ＭＨｚの同期光を光検出器１２１で同じ周波数１００ＭＨｚの電気信号に変換する。この電気信号から分周回路１３１で１０ＭＨｚの参照信号を生成する。この１０ＭＨｚの参照信号により、被測定回路１０４を駆動するマイクロ波シンセサイザ１２４と、表示装置の表示タイミングを制御する局部信号シンセサイザ１３２が駆動される。局部信号シンセサイザ１３２の出力は、ミキサー１３３で光検出器の出力信号と合成されて、表示装置のトリガ信号として出力される。
【００４２】
この装置の場合は、レーザ光源１０１から発した光パルスからマイクロ波シンセサイザ１２４の参照信号を生成するので、自己モード同期レーザにも適用できる。しかし、光パルスから参照信号を生成する際に、電気回路（分周回路１３１）により分周動作を行っているため、この分周回路１３１で発生したジッタが全体の時間分解能を制限し、十分な時間分解能を得ることができないという欠点があった。
【００４３】
これらに対して、本実施形態のパルスピッカーを同期系１０３に応用した例を図８に示す（以下、応用例１と呼ぶ）。この場合の同期系１０３は、本実施形態のパルスピッカー１０と、パルスピッカの出力光を電気信号に変換する高速光検出器１２１と、高速光検出器の出力電気信号を正弦波に調整するフィルタ回路１３５と、前述した被測定回路１０４に駆動電圧を与えるマイクロ波シンセサイザ１２４とが直列に接続されて構成されている。フィルタ回路１３５はコンデンサ、コイル、抵抗などの受動素子を組み合わせたものである。
【００４４】
次にこの同期系１０３の動作を図８、９を用いて説明する。図９は同期系１０３内を伝送される信号のタイミングチャートである。図８に示すように、レーザ光源１０１から出射されてビームスプリッタ１０２で分岐された繰り返し周波数１００ＭＨｚの同期光パルス（図９（ａ）参照）をパルスピッカー１０に入射させる。パルスピッカー１０は、図９（ｂ）に示す１０ＭＨｚの駆動信号に基づいて、この同期光パルスから１０ＭＨｚの光パルス（同図（ｃ）参照）を取り出して出力する。この出力光パルスは、高速光検出器１２１に入射して、１０ＭＨｚの電気信号（同図（ｄ）参照）に変換される。さらに、フィルタ回路１３５によりこの出力信号から高周波成分が除去されて、１０ＭＨｚの正弦波信号（同図（ｅ）参照）に調整される。これがマイクロ波シンセサイザ１２４の参照信号となる。このマイクロ波シンセサイザ１２４の出力が駆動信号として図５に示す被測定回路１０４に加えられる。
【００４５】
この応用例１は、従来例２と同様にレーザ光源１０１の光パルスから参照信号を生成している。しかし、従来例２とは異なり、分周動作を光学的に行っているため、分周時にジッタが発生することがない。フィルタ回路１３５も受動素子の組み合わせであるため、ジッタが発生しにくいので、時間分解能の高い安定した測定が可能となる。
【００４６】
次に、図１０、１１を用いて、応用例１においてレーザ光源１０１から出射されるレーザ光の繰り返し周波数がマイクロ波シンセサイザ１２４で必要とする参照信号の周波数の整数倍でないときの実施例（以下、応用例２と呼ぶ）について説明する。図１０は、応用例２の同期系１０３の一部の構成図であり、図１１は、動作タイミングを表す図である。
【００４７】
応用例２では、図１０に示すように、応用例１（図８参照）のパルスピッカー１０とビームスプリッタ１０２の間に、１対の透過率が０でないミラー１３６からなるファブリぺロー（ＦＰ）エタロン１３７が設置されている。
【００４８】
この応用例２において、レーザ光源１０１として７５ＭＨｚの繰り返し周波数の光パルスを発するレーザ光源を使用した場合についてその動作を説明する。レーザ光源１０１から出射された光パルスは、図１１（ａ）に示すように、７５ＭＨｚの繰り返し周波数を有する。この光パルスのうち、ビームスプリッタ１０２で分岐された同期光パルスは、ＦＰエタロン１３７に入射し、２枚のミラー１３６間で多重反射しながら、その一部がパルスピッカー１０方向へ出力される。ミラー１３６間の距離を１ｍに設定すれば、ＦＰエタロン１３７の入射面と反対の面から１５０ＭＨｚの繰り返し周波数を有する出力光パルス（図１１（ｂ）参照）が得られる。この周波数は必要とする参照信号の周波数１０ＭＨｚと、レーザ周波数７５ＭＨｚの最小公倍数である。この光をパルスピッカー１０に導き、１０ＭＨｚの駆動信号（同図（ｃ）参照）によって、１０ＭＨｚの光パルス（同図（ｄ）参照）を取り出すことができる。以下、応用例１と同様の動作により、１０ＭＨｚの参照信号を生成して、参照信号とレーザ光の同期をとることができる。
【００４９】
ＦＰエタロン１３７はミラー１３６の間隔を調整することで、出力する光パルスの繰り返し周波数を調整できる。したがって、レーザ光源としては他の繰り返し周波数を有するレーザでも用いることができる。また、ＦＰエタロン１３７から出力される光の繰り返し周波数は、参照信号の整数倍であればよい。
【００５０】
次に、図１２を参照して、本実施形態のパルスピッカーをホトコンサンプリング装置に適用した場合の実施例について説明する。ホトコンサンプリング装置は、シンセサイザ等で駆動されたＩＣ等の被測定回路内の電極上での電気信号波形を計測する装置であり、その構造は図５に示したＥ−Ｏサンプリング装置と類似している。
【００５１】
図１２に示すホトコンサンプリング装置と、図５に示すＥ−Ｏサンプリング装置の違いは、プローブ光側の構成であり、同期系２０３内部の構成は、図８に示した応用例１の同期系１０３と同一である。したがって、同期系２０３部分の構成に関する説明は省略し、プローブ光側の構成について説明する。ビームスプリッタ２０２の先のプローブ光の光路上には、光遅延装置２０５が配置されている。この光遅延装置２０５は、それぞれがプローブ光の光路と４５度の角度をなし、互いに直交して配置された２個のミラー２１２とこのミラー２１２を光路に沿って移動させる移動ステージ２１３からなる。光路の長さを調整することにより、光遅延装置２０５より後ろの光路に到達する光パルスのタイミングを調整できる。光遅延装置２０５の出力光の光路上には、さらに光路を調整するミラー２０６と集光レンズ２０７が配置される。
【００５２】
集光レンズ２０７の焦点には、ホトコンスイッチ２１４が設置されている。ホトコンスイッチ２１４は、半導体基板上に櫛形電極や平行電極などの対向電極を設けたものであり、電極の間に光が入射すると電流が流れる。このホトコンスイッチ２１４の一方の電極は、被測定回路２０４の被測定電極に接触されるプローブ電極２１５に接続されており、他方の電極は、電流検出装置２１１に電気的に接続されている。ホトコンスイッチ２１４とプローブ電極２１５はプローブヘッド２０８内に納められており、プローブヘッド２０８を被測定回路２０４上で移動させることにより、測定位置を変えることができる。電流検出装置２１１と光遅延装置２０５は計測制御装置２０９に接続されている。計測制御装置２０９はさらに、表示装置２１０に接続されている。
【００５３】
レーザ光源２０１から出射したレーザ光は、ビームスプリッタ２０２に入射して、２つに分岐される。直進するプローブ光は、光遅延装置２０５とミラー２０６により、集光レンズ２０７に導かれる。
【００５４】
ここで、被測定回路２０４には、前述のＥ−Ｏサンプリング装置と同様に、マイクロ波シンセサイザによる駆動信号（例えば、周波数１ＧＨｚ）が印加されている。プローブ電極２１５を被測定回路２０４内の被測定電極に接触させておき、ホトコンスイッチ２１４に集光レンズ２０７で集光されたプローブ光を入射させると、ホトコンスイッチ２１４の対向電極の間でキャリアが発生して、電流検出装置２１１に送られる。このキャリア出力は、被測定回路２０４の被測定電極の電圧に比例する。キャリア出力はさらに、電流検出装置２１１から計測制御装置２０９に送られて処理され、表示装置２１０で電圧波形として表示される。計測制御装置２０９により光遅延装置２０５を移動させて、プローブ光の光路長さを変えることにより、被測定回路２０４への駆動電圧印加とホトコンスイッチ２１４へのプローブ光入射のタイミングを調整することができる。
【００５５】
本装置では、前述のＥ−Ｏサンプリング装置と同様に、シンセサイザとレーザパルスの同期を光学的にとっているため、時間分解能の高い測定が可能である。
【００５６】
次に、図１３を参照して、ストリークカメラによる蛍光測定に応用例１のパルスピッカー（図１参照）を使用した例について説明する。この測定系は、図１３に示すように、パルス光を発するレーザ光源３０１と、本実施形態のパルスピッカー３０２と、蛍光測定が行われるサンプル３０３と、蛍光測定を行うシンクロスキャン方式のストリークカメラ３０４と、ストリークカメラ３０４を制御するコントローラ３０５と、測定結果を表示する表示装置３０６とを組み合わせて構成されている。
【００５７】
続いて、この応用例の動作を説明する。レーザ光源３０１から出射されたパルス光（繰り返し周波数８０ＭＨｚ）はパルスピッカー３０２に導かれ、この中から繰り返し周波数１０ＭＨｚの出力光パルスが取り出される。この出力光パルスがサンプル３０３に照射されると、この光パルスを励起光としてサンプル３０３から蛍光が発せられる。この蛍光はストリークカメラ３０４に入射され、測定される。ストリークカメラ３０４のシンクロ周波数（８０ＭＨｚ）は、レーザ光源３０１の繰り返し周波数とコントローラ３０５により同期されている。ストリークカメラ３０４の出力はコントローラ３０５を介して表示装置３０６に出力され、表示される。
【００５８】
パルスピッカー３０２を使用せず、直接レーザ光源３０１から光パルスをサンプル３０３に入射させた場合、光パルスの繰り返し周期である１２．５ｎｓよりサンプルの蛍光寿命が長いと、前の光パルスによる蛍光が残っている間にサンプル３０３に次の光パルスが入射するため、サンプル３０３から発せられる蛍光の寿命を正確に求めることができない。本応用例の場合は、パルスピッカー３０２をサンプル３０３とレーザ光源３０１の間に置くことにより、光パルスの繰り返し周期を１００ｎｓと長くとることができ、サンプル３０３の蛍光寿命が１００ｎｓ未満であれば、その蛍光寿命を正確に測定することができる。サンプル３０３の蛍光寿命がさらに長い場合は、パルスピッカー３０２の駆動電圧の周波数を変更することにより、さらに光パルスの繰り返し周期を長くとることでサンプル３０３の蛍光寿命の正確な測定が可能である。
【００５９】
レーザの繰り返し周波数とストリークカメラ３０４のシンクロ周波数は前述のように一致していることが好ましいが、一致していない場合についても蛍光測定が可能である。その例を図１４、図１５を用いて説明する。図１４は本例の測定系のブロック構成図、図１５は本例のストリークカメラの画像表示の原理を示した図である。
【００６０】
ストリークカメラ３０４のシンクロ周波数は１００ＭＨｚとレーザの繰り返し周波数８０ＭＨｚと異なっている。そこで、ストリークカメラ３０４とレーザの同期をとるため、レーザ光の一部がビームスプリッタ３０７により分岐されてパルスピッカー３０２に導かれ、１０ＭＨｚの光パルスが取り出される。これが光検出器３０８で電気信号に変換された上で、シンセサイザ３０９を駆動する参照信号として印加されている。シンセサイザ３０９からは１００ＭＨｚの電気信号が出力され、これによりストリークカメラ３０４が駆動されている。ストリークカメラ３０４は１０ｎｓで掃引を繰り返すが、サンプル３０３からの応答光は、８０ＭＨｚで入射するため、１２．５ｎｓごとに入射を繰り返すことになる。つまり、ストリークカメラ３０４の掃引とレーザ光のタイミングは完全に一致するわけではない。しかし、以下のようにして測定が可能になっている。
【００６１】
図１５に示すように、ストリークカメラ３０４の掃引時間である１０ｎｓでストリークカメラ３０４の蛍光画面への出力位置は一周する。ここで、ストリークカメラ３０４の掃引時間のうち、実際に出力を画像として観測できる範囲を２．５ｎｓ以下に制限する。ストリークカメラ３０４とレーザ光の同期はとれているので、第１の応答光による出力は観測範囲内に入る（図１５のＡ点）。１２．５ｎｓ後の第２の応答光による出力は、図１５中のＡ点から１周して、さらにＡ点を４分の１周通過した位置であるＢ点に出力される。このＢ点は観測範囲外にあるため、実際には観測されない（同図のＢ点）。続く、第３、第４の応答光による出力も同様に観測されない（同図のＣ、Ｄ点）。そして、第１の応答光から５０ｎｓ後の第５の応答光による出力は第１の応答光からちょうど５周した位置であるＡ点に出力されるため観測できる。したがって、５０ｎｓごとの応答光を観測することが可能となる。このようにして、ストリークカメラ３０４のシンクロ周波数とパルスレーザの繰り返し周波数が異なる場合についても適用できる。
【００６２】
本発明のパルスピッカーはこの他にも、各種の同期装置などに適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパルスピッカーによれば、取り出した光パルスの出力が最大となるように光パルスを取り出すタイミングをフィードバック制御しているため、安定した光パルスを取り出すことができる。特に、温度変動などでパルスピッカー内部の光変調器の動作条件が変わったときでも、動作条件の変更に自動的に対応して常に安定した光パルスが取り出せる。
【００６４】
また、本発明のパルスピッカーを同期装置の参照信号発生用に使用すれば、時間分解能の高い参照信号を用いることができるため、正確な同期をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成図である。
【図２】電気光学結晶を用いた光変調部の構成図である。
【図３】図１に係るパルスピッカーの動作タイミングを示す図である。
【図４】図１に係る実施形態のフィードバック制御の一例のフロー図である。
【図５】典型的なＥ−Ｏサンプリング装置の構成図である。
【図６】Ｅ−Ｏサンプリング装置とレーザ光を同期させる従来の装置の構成図である。
【図７】レーザ発振にＥ−Ｏサンプリング装置を同期させる従来の同期系の構成図である。
【図８】図１に係るパルスピッカーを応用したＥ−Ｏサンプリング装置の同期系の構成図である。
【図９】図８に係る同期系の動作タイミングを示す図である。
【図１０】図８に係るＥ−Ｏサンプリング装置の応用例の構成図である。
【図１１】図８に係るＥ−Ｏサンプリング装置の応用例の動作タイミングを示す図である。
【図１２】図１に係るパルスピッカーを応用したホトコンサンプリング装置の構成図である。
【図１３】図１に係るパルスピッカーを応用したストリークカメラによる蛍光測定装置の構成図である。
【図１４】図１３に係る蛍光測定装置の応用例の構成図である。
【図１５】図１４に係る装置の画像表示の原理を示す図である。
【図１６】従来のパルスピッカーの構成図である。
【図１７】従来例のＡＯＭによるブラッグセルの構成図である。
【図１８】従来例の駆動部のブロック図である。
【図１９】従来例のパルスピッカー内部の光路図である。
【符号の説明】
１…駆動部、２…光変調部、３…ビームスプリッタ、４…光検出器、５…出力レベル計測部、６…制御部、１０…パルスピッカー、１１…偏光子、１２…電気光学結晶、１３…検光子、５１…ブラッグセル、５２…ブラッグセル・ステージ、５３…入射ミラー、５４…出力ミラー、５５…ビームストッパ、６１…トランスデューサ、６２…超音波媒体、６３…超音波吸収体、７０…駆動部、７１…キャリア発振器、７２…平衡変調器、７３…高周波増幅器、７４…駆動パルス信号発生器、１０１…レーザ光源、１０２…ビームスプリッタ、１０３…同期系、１０４…被測定回路、１０５…偏光子、１０６…電気光学結晶、１０７…検光子、１０８…光検出器、１０９…増幅器、１１０…表示装置、１２１…光検出器、１２２…位相検出器、１２３…高周波シンセサイザ、１２４…マイクロ波シンセサイザ、１２５…周波数半減器、１２６…利得補償器、１２７…位相シフタ、１３１…分周回路、１３２…局部信号シンセサイザ、１３３…ミキサー、１３５…フィルタ回路、１３６…ミラー、１３７…ＦＰエタロン、２０１…レーザ光源、２０２…ビームスプリッタ、２０３…同期系、２０４…被測定回路、２０５…光遅延装置、２０６…ミラー、２０７…集光レンズ、２０８…プローブヘッド、２０９…計測制御装置、２１０…表示装置、２１１…電流検出装置、２１２…ミラー、２１３…移動ステージ、２１４…ホトコンスイッチ、２１５…プローブ電極、３０１…レーザ光源、３０２…パルスピッカー、３０３…サンプル、３０４…ストリークカメラ、３０５…コントローラ、３０６…表示装置、３０７…ビームスプリッタ、３０８…光検出器、３０９…シンセサイザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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