DE69211042T2

DE69211042T2 - Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform

Info

Publication number: DE69211042T2
Application number: DE69211042T
Authority: DE
Inventors: Motohiro Suyama; Tsuneyuki Urakami
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: EP0506397B1; JP3176644B2; DE69211042D1; JPH04297836A; EP0506397A3; US5168164A; EP0506397A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform und ist geeignet zur Messung einer optischen Wellenform von beispielsweise eines optischen Hochgeschwindigkeits-Impulses unter Verwendung eines Lichtabtastverfahrens.
Nach dem Stand der Technik einer Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform gibt es (a) eine Meßvorrichtung als eine Kombination aus einem Photodetektor, beispielsweise eine Photodiode oder eine Photoelektronenvervielfacher-Röhre (auf die nachfolgend als PMT Bezug genommen wird) und einem Oszilloskop, (b) eine Meßvorrichtung, welche eine Streifen-Kamera verwendet und (c) eine Meßvorrichtung unter Verwendung einer Licht-Licht Abtastung durch die Erzeugung einer Summenfrequenz.
Jedoch kann bei gemäß (a) einer Meßvorrichtung als eine Kombination aus einem Photodetektor und einem Oszilloskop eine hohe Zeitauflösung nicht erhalten werden (die Zeitauflösung ist so niedrig wie mehrere 10 pS) und es tritt eine Verzerrung der Wellenform auf. Bei (b),der Meßvorrichtung, welche die Streifen-Kamera verwendet, wird die Meßvorrichtung teuer. Bei (c), der Meßvorrichtung, die die Licht-Licht Abtastung verwendet, ist ein nicht-linearer Kristall für die Erzeugung der Summenfrequenz notwendig. Dieser Kristall ist jedoch schwierig zu handhaben, da er bei Feuchtigkeit zerfließt. Darüber hinaus muß eine Phasen-Anpassung ausgeführt werden, wenn Licht auf diesen Kristall einfallen soll und der Kristall selbst ist teuer.
Opto Electronics, Vol. 6, 1974, Seiten 115 bis 120, O.H. Lee at al. "Measurement of Ultrashort Optical Pulses by Two-Photon Photoconductivity Techniques" beschreibt eine Zwei-Photo Photoleitfähigkeit Technik, gemäß der ein Input Laser in zwei Strahlengänge aufgeteilt wird und zu einen Photoleiter hin ausgerichtet wird, um in entgegengesetzte Richtungen fortzuschreiten.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, eine hochauflösende einfache Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform zu schaffen, welche keinen nicht-linearen optischen Kristall benötigt, der Probleme bei der Handhabung mit sich bringt.
Die vorliegende Erfindung zielt auch darauf, eine Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform zu schaffen, die eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung besitzt mit einem Abschnitt, der eine Funktion zur Erzeugung eines Photoelektrons aufweist nach der Absorption eines Photons innerhalb eines vorbestimmten Bereiches der Wellenlänge und eine Impulslichtquelle zur Erzeugung eines optischen Abtastimpulses mit einer vorbestimmten Wellenlänge außerhalb des vorbestimmten Bereiches der Wellenlänge.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform vorgesehen mit: einer photoelektrischen Umwandlungseinrichtung mit einer Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Lichtelektrons nach der Absorption von mehreren Photonen mit jeweils einer Wellenlänge oberhalb einer vorbestimmten Wellenlänge zur Aufnahme von zu messendem Licht von einer Wellenlänge oberhalb der vorbestimmten Wellenlänge, wobei die vorbestimmte Wellenlänge der oberen Grenze des Empfindlichkeitsbereiches der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung entspricht, wobei in dem Bereich ein Lichtelektron nach der Absorption eines Photons erzeugt wird, gekennzeichnet durch: eine Impulslichtquelle zur Erzeugung eines optischen Abtastimpulses von einer Wellenlänge oberhalb der vorbestimmten Wellenlänge zur Aufnahme von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung zu deren Anregung zur Ausgabe eines Signales entsprechend der Erzeugung eines Lichtelektrons nach der Absorption mehrerer Photonen durch die Erzeugungseinrichtung, wenn das zu messende Licht und der optische Abtastimpuls gleichzeitig auf die Erzeugungseinrichtung einfallen.
Bei dieser Meßvorrichtung gibt die photoelektrische Umwandlungseinrichtung ein Signal aus entsprechend der Erzeugung eines Photoelektrons auf eine Multiphoton-Absorption innerhalb des Abschnittes hin, wenn Licht, welches gemessen werden soll und der optische Abtastimpuls zur gleichen Zeit auf die selbe Position des Abschnittes einfallen. Die Zahl der durch den Abschnitt erzeugten Photoelektronen (oder das Ausgangssignal aus der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung) entspricht dem Produkt der Intensitäten des zu messenden Lichtes und des optischen Abtastimpulses. Beispielsweise entspricht, wenn eine Elektronenröhre als die photoelektrische Umwandlungseinrichtung verwendet wird, die Zahl der aus der Photokathode der Elektronenröhre emittierten Photoelektronen nicht nur der Intensität des optischen Abtastimpulses, sondern entspricht dem Produkt der Intensitäten des zu messenden Lichtes und des optischen Abtastimpulses. Daher kann eine Licht-Licht Abtastung ohne die Verwendung eines nicht linearen Kristalles und so weiter ausgeführt werden durch Überwachen des Ausgangssignales aus der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung. Infolgedessen kann eine hoch zeitauflösende, einfache, leicht zu handhabende Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform geschaffen werden.
Die vorliegende Erfindung wird deutlicher verständlich werden anhand der hier nachfolgend wiedergegeben detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, welche lediglich der Erläuterung dienen und daher nicht als eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
Ein breiterer Rahmen der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachfolgend wiedergegeben detaillierten Beschreibung ersichtlich werden. Jedoch sollte es verstanden werden, daß die detaillierte Beschreibung und die besonderen Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich der Erläuterung wegen angegeben sind, da verschiedene Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert wird, dem Fachmann anhand dieser detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches die konzeptionelle Anordnung der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 ist ein schematisches ihrer einer Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das grundlegende Konzept einer Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform wird kurz erläutert werden vor der Erläuterung anhand ihrer praktischen Ausführungsformen. Eine in Fig. 1 dargestellte Meßvorrichtung kann verschiedene Typen von Vorrichtungen verwenden, beispielsweise eine Elektronenröhre oder eine photoleitfähige Vorrichtung als eine photoelektrische Umwandlungseinheit für die Licht-Licht Abtastung. Der Einfachheit willen wird untenstehend eine Meßvorrichtung beschrieben werden, welche eine Elektronenröhre als die photoelektrische Umwandlungseinheit verwendet. Die Photokathode einer Multiphoton- Absorption (oder nichtlineare) Elektronenröhre 2 emittiert ein Photoelektron auf die Absorption eines Photons hin mit einer Wellenlänge innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbandes (ein gewöhnlicher Empfindlichkeitsbereich der Photokathode). Außerhalb dieses Wellenlängenbandes besitzt die Elektronenröhre 2 im wesentlichen nicht die Empfindlichkeit ein Photoelektron auf die Absorption eines Photons hin zu emittieren. Wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichtes länger ist als der obere Wellenlänge-Grenzwert der Empfindlichkeit der Photokathode der Elektronenröhre 2, wird ein Photoelektron auf den Einfall von zwei oder mehr Photonen hin emittiert. Licht-Licht Abtastung wird ermöglicht durch diese Multi-Photon-Absorption und die Emission eines Photoelektrons, die untenstehend beschrieben werden wird. Eine Einheit 4 zur Erzeugung eines optischen Impulses erzeugt einen optischen Abtastimpuls mit einer längeren Wellenlänge als die obere Wellenlängen-Grenze der Empfindlichkeit der Photokathode. Eine Verzögerungseinheit 6 verändert den Einfallszeitpunkt des optischen Abtastimpulses auf die Elektronenröhre 2 synchron mit dem Einfallszeitpunkt des zu messenden Lichtes auf die Elektronenröhre 2. Ein Halbspiegel 8 führt den durch die Verzögerungseinheit 6 hindurchtretenden optischen Abtastimpuls und das zu messende externe Licht zu der Photokathode der Elektronenröhre 2 derart, daß sie einander an der Photokathode überlappen. Ein Ausgangssignal (Abtast-Output) aus der Elektronenröhre 2 entspricht der einfallenden Intensität des zu messenden Lichtes an dem Einfallszeitpunkt des optischen Abtastimpulses. Der Abtast-Output aus der Elektronenröhre 2 wird an einer Anzeigeeinheit 10, beispielsweise ein Oszilloskop eingegeben. Eine Steuereinheit 12 steuert die Verzögerungseinheit 6 zur sequentiellen und schrittweisen Verschiebung des Einfallszeitpunktes des optischen Abtastimpulses auf die Elektronenröhre 2 und steuert die Betätigung der Anzeigeeinheit 10 synchron zum optischen Abtastimpuls. So können eine Reihe von Abtast- Ausgaben aus der Elektronenröhre 2 auf eine optische Wellenform des zu messenden Lichtes umgewandelt und an der Anzeigeeinheit 10 dargestellt werden.
Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Meßvorrichtung wird beschrieben werden. Während der Impuls des zu messenden Lichtes mit einer willkürlichen Wellenlänge auf die Photokathode der Elektronenröhre 2 einfällt, wenn ein relativ kurzer optischer Abtastimpuls auf die gleiche Position der Photokathode zu einem gesteuerten Einfallszeitpunkt einfällt, wird ein Photoelektron auf den Einfall von beispielsweise zwei Photonen des zu messenden Lichtes und des optischen Abtastimpulses emittiert. Ein diesem Photoelektron entsprechendes elektrisches Signal wird von der Elektronenröhre 2 als ein Abtast-Output ausgegeben. In diesem Fall kann ein Abtast-Output (nicht linearer Output) proportional dem Quadrat der Summe der Einfallsintensität des zu messenden Lichtes und der Einfallsintensität des optischen Abtastimpulses durch willkürliche Auswahl des Werkstoffes der Photokathode der Elektronenröhre 2 erhalten werden. Daher kann die Einfallsintensität des zu messenden Lichtes, wenn sich das zu messende Licht und der optische Abtastimpuls überlappen, durch willkürliche Verarbeitung dieses Abtast-Outputs erfaßt werden. D.h., sogar nach dem Verfahren der Verwendung der Photokathode, wie es vorstehend beschrieben ist, kann eine Wirkung ähnlich derjenigen der Licht-Licht Abtastung unter Verwendung eines Verfahrens der Erzeugung zweiter Harmonischer unter Verwendung eines nicht linearen optischen Kristalles erreicht werden. Die Steuereinheit 12 ruft eine Wiederholung dieser Licht-Licht Abtastung hervor durch eine willkürliche Verschiebung des Einfallszeitpunktes des optischen Abtastimpulses durch die Verzögerungseinheit 6. Das Profil der optischen Wellenform des zu messenden Lichtes kann durch eine Umhüllung oder eine Aufzeichnung der Ergebnisse der Licht-Licht Abtastung der optischen Wellenform des an verschiedenen Zeitpunkten zu messenden Lichtes erhalten werden und dieses Profil kann an der Anzeigeeinheit 10 angezeigt werden. Da dieses Verfahren auf der gegenseitigen Beziehung zwischen der Intensität des optischen Abtastimpulses und der. Intensität des zu messenden Lichtes basiert, muß die Ausgabe aus der Elektronenröhre über eine ausreichend lange Zeitdauer integriert werden verglichen mit der Zeitspanne des Impulses des zu messenden Lichtes. Mit anderen Worten muß das Band der Elektronenröhre nicht breit sein.
Als das Material der Photokathode der Elektronenröhre 2 kann beispielsweise Au oder CsI verwendet werden. Wenn die Photokathode aus CsI gefertigt ist kann, wenn sowohl der optische Abtastimpuls als auch das zu messende Licht eine Wellenlänge von etwa 600 nm besitzt, ein Abtast-Output proportional zum Quadrat der Summe der Einfallsintensität des optischen Abtastimpulses und der Einfallsintensität des zu messenden Lichtes erhalten werden. Wenn die Photokathode aus Au gefertigt ist kann, wenn der optische Abtastimpuls und das zu messende Licht ultraviolette Strahlen sind, ein Abtast-Output (nicht linearer Output) proportional zum Quadrat der Summe der Einfallsintensität des optischen Abtastimpulses und der Einfallsintensität des zu messenden Lichtes erhalten werden. So kann ein Signal proportional zu der Intensität des zu messenden Lichtes am Einfallszeitpunkt des optischen Abtastimpulses erhalten werden durch Entfernen der Hintergrund-Komponente (die Summe des Zeitintegrales des Quadrates der Einfallsintensität des optischen Abtastimpulses und des Zeitintegrales des Quadrates der Einfallsintensität des zu messenden Lichtes) aus dem Abtast-Output. Wenn diese Licht- Licht Abtastung wiederholt wird, wird eine Erfassung der Intensität des zu messenden Lichtes bei unterschiedlichen Zeitpunkten ermöglicht. Auf diese Weise kann das Profil der optischen Wellenform des zu messenden Lichtes durch die Bestimmung der Enveloppe oder durch die Aufzeichnung der erfaßten Intensitäten des zu messenden Lichtes erhalten werden.
Wenn eine Photokathode, die zur Gewinnung eines Abtast-Outputs proportional zu der dritten Potenz der Summe der Einfallsintensität des optischen Abtastimpulses und der Einfallsintensität des zu messenden Lichtes verwendet wird, wird die Hintergrund- Komponente aus dem Abtast-Output entfernt. Dann kann ein Signal entsprechend der Intensität des zu messenden Lichtes am Einfallszeitpunkt des optischen Abtastimpulses oder ein Signal proportional zu dem Quadrat dieser Intensität erhalten werden entsprechend einem Verhältnis der Intensität des optischen Abtastimpulses zu derjenigen des zu messenden Lichtes. Wenn diese Licht-Licht Abtastung wiederholt wird kann die optische Wellenform des zu messenden Lichtes in der gleichen Weise, wie es vorstehend beschrieben ist, gemessen werden.
Eine Photoröhre, eine PMT, oder dergleichen kann als die Elektronenröhre 2 verwendet werden. Wenn eine PMT verwendet wird, wird eine Messung mit einem hohen S/N Verhältnis ermöglicht.
Verschiedene Typen von Halbleitervorrichtungen, beispielsweise eine photoleitfähige Vorrichtung, die einen nicht linearen Output auf die Absorption von zwei Photonen hin erzeugt, kann anstelle der Elektronenröhre verwendet werden. Das Zwei-Photonen- Verfahren einer Halbleitervorrichtung wird kurz beschrieben werden.
Wenn ein photoleitfähiger Bereich einer Halbleitervorrichtungen gleichzeitig mit zwei Photonen bestrahlt wird mit unterschiedlichen Wellenlängen, die länger sind als diejenige entsprechend ihrer Bandlücke, wird das Valenzband von beiden Photonen angeregt, ein Elektron zu emittieren. Das eine Elektron wird auf eine bestimmte Höhe des verbotenen Bandes angehoben und an durch das andere Photon durch den temporären Zwischenzustand zu dem Leitungsband angehoben. D.h., zwei Photonen werden von einem Valenzelektron absorbiert, um ein freies Elektron zu erzeugen. Dies zeigt an, daß eine Zwei-Photonen-Absorption hervorgerufen wird, wenn gepulste optische Strahlengänge, die jeweils eine Wellenlänge aufweisen, die nicht einen üblicherweise verwendeten Spektralbereich der Erfassung erreichen, dazu veranlaßt werden, auf den lichtempfindlichen Bereich der Halbleitervorrichtungen einzufallen.
Wenn zu messendes Licht und ein optischer Abtastimpuls dazu gebracht werden, auf eine Halbleitervorrichtungen einzufallen, entspricht die Zahl der durch das vorstehend beschriebene Phänomen erzeugten freien Elektroden dem Produkt der Intensitäten des zu messenden Lichtes und des optischen Abtastimpulses. Daher wird eine Licht-Licht Abtastung ohne die Verwendung eines nicht linearen optischen Elementes durch die Überwachung der Ausgabe aus der Halbleitervorrichtung ermöglicht. Eine GaAsP Photodiode, eine CdS Photozelle, eine Si Photodiode oder dergleichen kann als eine solche Halbleitervorrichtung verwendet werden.
Jeder Laser, zum Beispiel ein Festkörperlaser, ein Farblaser, ein Gaslaser oder ein Halbleiterlaser kann als die Einheit 4 zur Erzeugung eines optischen Impulses verwendet werden, so lange sie Licht von kurzem Impuls erzeugt.
Die Einfallszeitpunkte des optischen Abtastimpulses und des zu messenden Lichtes können durch eine Veränderung des Einfallszeitpunktes des zu messenden Lichtes auf die Photokathode ohne die Veränderung des Einfallszeitpunktes des optischen Abtastimpulses auf die Photokathode gesteuert werden.
Wenn ein optischer Verstärker zur Verstärkung des zu messenden Lichtes mit dem Eingang der Elektronenröhre 2 verbunden ist, damit das verstärkte Licht von hoher Intensität auf die Elektronenröhre 2 einfällt, kann eine Messung mit einem hohen S/N Verhältnis durchgeführt werden.
Wenn eine Kombination aus einem geeigneten Zerhacker und einem synchronisierten Verstärker verwendet wird, kann eine Messung mit einem hohen S/N Verhältnis durchgeführt werden.
Die praktischen Ausführungsformen der Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform werden beschrieben werden.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm der Anordnung der Meßvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung. Ein Teil des zu messenden Lichtes, welches auf einen Halbspiegel 22 fällt, wird durch diesen Spiegel 22 hindurch gelassen und zu einem Eingangs-Anschlußstück eines einmodalen Faserkopplers (auf den hier nachfolgend als einen SMF Koppler Bezug genommen wird) 23 geführt. Der Rest des zu messenden Lichtes wird durch den Halbspiegel 22 reflektiert und fällt auf einen PMT 24. Der PMT 24 besitzt eine gewöhnliche Empfindlichkeit bezüglich einer Ein-Photon-Absorption und einer Ein-Photoelektron-Emission im Hinblick auf das zu messende Licht. Auf diese Weise wird das zu messende Licht durch den PMT 24 in ein elektrisches Signal umgewandelt und von einem Verstärker 25 verstärkt. Das elektrische Signal wird von einer Einheit 26 zur Modulation der Frequenz um f frequenzmoduliert. D.h., ein elektrisches Signal mit einer Wiederholungsfrequenz von f + Δf, wobei Δf die Wiederholungsfrequenz des zu messenden Lichtes ist, wird erzeugt. Eine Verteiler-Rückkopplungs- Laserdiode (DFB) 27 wird von diesem elektrischen Signal angelegt, mit ihrer Gewinn-Schaltung einen monochromatischen Lichtimpuls mit einer Wiederholungsfrequenz von f + Δf zu erzeugen. Die Pulsbreite des monochromatischen Lichtimpuls wird durch einen Impulsverdichter 28 verdichtet, der beispielsweise eine Faser besitzt, um so einen optischen Abtastimpuls zu erhalten mit einer sehr kurzen Pulsbreite im Vergleich mit der Pulsbreite des zu messenden Lichtes. Dieser optische Abtastimpuls wird mit dem zu messenden Licht durch den SMF Koppler 23 gemultiplext und fällt auf einen nicht linearen PMT 29. Wenn ein zu messendes Licht und ein optischer Abtastimpuls, die jeweils eine Wellenlänge außerhalb des Bereiches der gewöhnlichen Empfindlichkeit der Photokathode des nicht linearen PMT 29 aufweisen, auf die Photokathode des nicht linearen PMT 29 fallen, kann ein Abtast-Output proportional zum Quadrat der Summe ihrer Einfallsintensität gewonnen werden. Der Abtast-Output wird einem Oszilloskop 30 eingegeben und das elektrische Signal mit der Wiederholungsfrequenz Δf wird ebenfalls dem Oszilloskop 30 aus der Einheit 26 zur Modulation der Frequenz eingegeben. Daher kann die optische Wellenform des zu messenden Lichtes auf dem Oszilloskop 30 dargestellt werden durch wiederholtes Abtasten der AC Komponente des Abtast-Outputs mit der Wiederholungsfrequenz Δf.
Fig. 3 zeigt in schematischer Weise die Anordnung einer Meßvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein kurzer Lichtimpuls aus beispielsweise einem CPM Ringlaser, einem YAG Laser oder einem YAG-Pump-Farbstofflaser fällt auf einen Halbspiegel M1. Ein Teil des kurzen Lichtimpulses, der auf den Halbspiegel M1 fällt, wird durch diesen Spiegel M1 reflektiert, die Spiegel M6, M7 reflektiert und wiederum durch M8, und fällt auf eine Abtastzelle 36 als pumpendes Licht. Das auf die Abtastzelle 36 einfallende pumpende Licht regt das zu messende Material innerhalb der Abtastzelle 36 zur Erzeugung von Fluoreszenz am. Die aus der Abtastzelle 36 austretende Fluoreszenz fällt auf eine Kollektivlinse 38. Der Rest des kurzen Lichtimpulses wird durch den Halbspiegel M1 hindurch gelassen, um linear als der optische Abtastimpuls fortzuschreiten und fällt auf einen Spiegel M2. Der von dem Spiegel M2 reflektierte optische Abtastimpuls geht zwischen den Spiegeln M2, M3 und einem bewegbaren Prisma 32 hin und her, um für eine beliebige Zeitdauer verzögert zu werden und fällt dann durch die Spiegel M3, M4 und M5 auf die Kollektivlinse 38. Eine Steuerung 33 versetzt das bewegbare Prisma 32, um die Verzögerungszeit des optischen Abtastimpulses zu steuern. Die Steuerung 33 stellt auch einem X-Achsen Eingangs-Anschlußstück eines Oszilloskopes 34 ein Abtastsignal entsprechend der Verzögerungszeit des optischen Abtastimpulses zur Verfügung. Der optische Abtastimpuls und die auf die Kollektivlinse 38 einfallende Fluoreszenz fallen auf eine nicht lineare PMT 39. Wenn die Wellenlänge sowohl des optischen Abtastimpulses und der Fluoreszenz länger ist als der obere Grenzwert des Empfindlichkeitsbereiches der Photokathode der nicht linearen PMT 39, kann ein Abtast-Output proportional dem Quadrat der Summe ihrer Einfallsintensität gewonnen werden. Dieser Abtast-Output wird an einem Y-Achsen Eingangs-Anschluß des Oszilloskopes 34 eingegeben. Infolgedessen wird die optische Wellenform der Fluoreszenz, erzeugt durch das zu messende Material auf dem Oszilloskop 34 angezeigt. Auf diese Weise ist die Messung der Lebenszeit der Fluoreszenz und so weiter des Materials ermöglicht.
Anhand der so beschriebenen Ausführungsformen wird es offen ersichtlich, daß die Erfindung auf viele Weisen verändert werden kann, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung einer optischen Wellenform mit:

einer photoelektrischen Umwandlungseinrichtung (2, 29, 39) mit einer Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Lichtelektrons nach der Absorption von mehreren Photonen mit jeweils einer Wellenlänge oberhalb einer vorbestimmten Wellenlänge zur Aufnahme von zu messendem Licht von einer Wellenlänge oberhalb der vorbestimmten Wellenlänge, wobei die vorbestimmte Wellenlänge der oberen Grenze des Empfindlichkeitsbereiches der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung entspricht, wobei in dem Bereich ein Lichtelektron nach der Absorption eines Photons erzeugt wird, gekennzeichnet durch:

eine Impulslichtquelle (4, 6, 24 bis 28, 32, M1 bis M5) zur Erzeugung eines optischen Abtastimpulses von einer Wellenlänge oberhalb der vorbestimmten Wellenlänge zur Aufnahme von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung zu deren Anregung zur Ausgabe eines Signales entsprechend der Erzeugung eines Lichtelektrons nach der Absorption mehrerer Photonen durch die Erzeugungseinrichtung, wenn das zu messende Licht und der optische Abtastimpuls gleichzeitig auf die Erzeugungseinrichtung einfallen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die photoelektrische Umwandlungseinrichtung eine Elektronenröhre (2) mit einer Photokathode als Erzeugungseinrichtung besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Elektronenröhre ein Photoelektronenvervielfacherröhre ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Photokathode aus Gold gefertigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche, wobei sowohl der optische Abtastimpuls als auch das zu messende Licht eine Wellenlänge von etwa 600 nm besitzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Photokathode aus CsI gefertigt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei sowohl der optische Abtastimpuls als auch das zu messende Licht eine ultraviolette Strahlung ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die photoelektrische Umwandlungseinrichtung (29, 39) eine Halbleiter-Vorrichtung ist mit einem lichtempfindlichen Bereich als die Erzeugungseinrichtung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Halbleiter-Vorrichtung eine photoleitfähige Vorrichtung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Halbleiter-Vorrichtung eine Photodiode ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer optischen Einrichtung (8, 23, 38) zur Führung des zu messenden Lichtes und des optischen Abtastimpulses so, daß sich diese innerhalb der Erzeugungseinrichtung überlappen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die optische Einrichtung einen Faserkoppler (23) beinhaltet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die optische Einrichtung eine Linse (38) beinhaltet.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Verzögerungseinrichtung (24 bis 28) zur Veränderung des Einfallszeitpunktes des zu messenden Lichtes auf die Erzeugungseinrichtung entsprechend einem Einfallszeitpunkt des optischen Abtastimpulses auf die Erzeugungseinrichtung.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin mit einer Verzögerungseinrichtung (M1 bis M5, 32) zur Veränderung des Einfallszeitpunktes des optischen Abtastimpulses auf die Erzeugungseinrichtung entsprechend einem Einfallszeitpunkt des zu messenden Lichtes auf die Erzeugungseinrichtung.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Verzögerungseinrichtung ein Frequenzmodulator (26) zur Wandlung einer Wiederholungsfrequenz des zu messenden Lichtes zu einer höheren Frequenz ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Verzögerungseinrichtung ein bewegbarer Spiegel (32) zur Vergrößerung und Verkleinerung eines optischen Weges des optischen Abtastimpulses ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impulslichtquelle ein Halbleiterlaser ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Impulslichtquelle ein Farblaser ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Impulslichtquelle ein Festkörperlaser ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Impulslichtquelle ein Gaslaser ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Verzögerungseinrichtung ein Frequenzmodulator (26) zur Wandlung einer Wiederholungsfrequenz des zu messenden Lichtes zu einer höheren Frequenz ist und die Impulslichtquelle ein Halbleiterlaser zur Erzeugung eines optischen Abtastimpulses in Antwort auf ein Signal aus der Verzögerungseinrichtung ist.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Anzeigeeinrichtung (10, 30, 34) zur analytischen Anzeige des Signales aus der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung (2, 29, 39).

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Einrichtung (22) zur Unterbrechung des zu messenden Lichtes oder des optischen Abtastimpulses und einem synchronisierten Verstärker (25) zur synchronisierten Erfassung des Signales aus der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einem optischen Verstärker (36) zur Verstärkung des zu messenden Lichtes, der mit einer Eingabeseite der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung verbunden ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin mit einer Steuereinrichtung (33) zur Steuerung der Verzögerungseinrichtung (M1 bis M5, 32) zur schrittweisen Verstellung des Einfallszeitpunktes des optischen Abtastimpulses und einer Anzeigeeinrichtung (34) zur Umhüllung der Signale aus der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung zu jedem Einfallszeitpunkt des optischen Abtastimpulses und zur Anzeige der umhüllten Signale entsprechend der Wellenform des zu messenden Lichtes.