专利名称：电磁场测量设备，用于该测量设备的电磁场测量方法以及存储电磁场测量控制程序的非 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁场测量设备，用于该电磁场测量设备的电磁场测量方法以及存储电磁场测量控制程序的非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer readable medium)。例如，本发明涉及应用于并适用于测量在电子电路或元件附近的电场和磁场的情况下的电磁场测量设备，用于该电磁场测量设备的电磁场测量方法以及存储电磁场测量控制程序的非瞬时性计算机可读介质，其中电子电路或元件中的电子器件例如密集封装在 LSI (Large Scale Integrated circuit :大规模集成电路)和 LSI 封装体上。
背景技术：
当检验电子电路或元件的操作时，使用电磁场测量设备测量电路或元件附近的电场和磁场，其中电子电路或元件中电子器件密集封装在诸如LSI (大规模集成电路)和LSI 封装上。电磁场测量设备通过利用激光束和电光(EO)材料或磁光(MO)材料测量待测对象附近的电场或磁场。此类测量设备的有关技术的示例包括在非专利文献1、2和3中公开的设备。这些文献公开了通过利用电磁场测量设备获得的微波电路和天线的评价结果的报道。电磁场测量设备包括了包括激光源的光学测量装置以及由Ε0/Μ0材料制成的电磁场传感器。在电磁场测量设备中，激光束射入Ε0/Μ0材料(电磁场传感器)中，并且与附近的电磁场强度相对应的Ε0/Μ0材料的折射率的改变被检测。由此测量电场和磁场。此外，此类电磁场测量设备中，除了包括从激光源发射出的光经过空间传播且进入Ε0/Μ0材料的构造之外，还包括另一构造，其中光学测量装置和Ε0/Μ0材料全部通过光纤连接，以便激光束经过光纤传播并进入Ε0/Μ0材料。在电磁场测量设备中，通过对Ε0/Μ0材料进行微机械加工从而能够在极小区域内以高空间分辨率进行测量。因此预期电磁场测量设备将在密集封装电子电路和元件的性能评价、故障诊断或电气设计方面发挥其作用。例如，如图11中所示，非专利文献1中公开的电磁场测量设备包括激光源1、光纤2、光放大器(light amplifier)3、光纤4、偏振控制器5、光纤6、光循环器(optical circulator) 7、光纤8、E0/M0晶体9、光纤10、检偏器(analyzer) 11、光纤12、光放大器13、 光纤14、光接收器15以及RF(Radic) Frequency 射频)频谱分析器16。光放大器3和13 中的每一个例如由EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier 铒掺杂光纤放大器)构成。此夕卜，待测电路TS，即待检验操作的电路，设置在上述Ε0/Μ0晶体9附近。在该电磁场测量设备中，从激光源1发射具有频率f^的载体(载波)信号光pa。 载波信号光Pa经过光纤2进入光放大器3。随后，载波信号光pa在光放大器3中放大并且作为信号光Pb发射。信号光pb经过光纤4进入偏振控制器5。随后，信号光pb在偏振控制器5中调整偏振并作为信号光pc发射。信号光pc经过光纤6、光循环器7以及光纤8 传播，作为信号光Pd进入Ε0/Μ0晶体9，并作为信号光pe再次返回到光纤8。这时，由于待测电路TS引起的电磁场(频率fKF)，信号光pe被调制。由于这种调制，信号光pe具有这样的频谱边带峰值(具有频率[f^+fj的上侧
6波以及具有频率[fQF_fKF]的下侧波)出现在载波信号(频率fQF)的两侧上。信号光Pe经过光纤8、光循环器7以及光纤10进入检偏器11，且作为信号光pg发射。信号光pg经过光纤12进入光放大器13。随后，信号光pg在光放大器13中放大以便提高对光接收器15 的灵敏性，并作为信号光Ph发射。在该处理中，由于光放大器13的饱和特性(即，当载波信号的水平较高时，边带不能被充分放大)，当载波信号的水平较高时，边带的放大系数变得较低。因此，根据光放大器13的饱和特性，载波信号的水平在一定程度上被检偏器11衰减。信号光Ph输入到光接收器15并转换为电信号ed。该电信号ed具有频率fKF。电信号 ed输入到RF频谱分析器16，并分析由待测电路TS引起的电磁场(频率fKF)的频谱。此外，非专利文献2中公开的磁场测量设备尽管专用于磁场的测量，其具有与上述非专利文献1中公开的电磁场测量设备类似的构造并且以类似的方式操作。此外，在非专利文献3中公开的电磁场测量设备中，引入了光调制器，并且通过该光调制器降频转换待测电磁波的频率。引证文献列表非专利文献非专利文献 1 :S. Wakana, et al. , “ Fiber-Edge Electrooptic/Magnetooptic Probe for Spec tral-Domain Analysis of Electromagnetic Field " , IEEE Trans. Microwave Theory Tech.，vol. 48，no. 12，pp. 2611—2616，2000.非专利文献 2 :S. Wakana, et al. , " Performance Evaluation of Fiber-Edge Magnetooptic Probe“ ，J. Lightwave Technol. ，vol. 21，no. 12，pp.3292-3299,2003.非专利文献 3 :K. Sasagawa, et al. , " Live Electrooptic Imaging System Based on Ultraparallel Photonic Heterodyne for Microwave Near-Fields" , IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. 55, no. 12,pp.2782-2791,2007.
发明内容
技术问题但是，上述有关技术中存在如下问题。S卩，在图11中所示的电磁场测量设备中，信号光Ph进入光接收器15并转换为电信号ed。然而，在载体(载波)和边带(侧波)之间的水平比由功率表示时变为4 1(由电压表示为2 1)的状态下，电信号ed的水平，即最终由RF频谱分析器16检测的信号水平是最大化的。因此，如果可以使入射在光接收器 15上的信号光ph进入该状态，则能够以高灵敏度检测由待测电路TS引起的电磁场。但是， 因为从光接收器15输出的电信号ed具有频率fKF，该设备没有任何控制载波和边带之间的水平比的功能。因此，该电磁场测量设备存在的问题是其不能满足例如需要对其中密集封装了电子器件的极小区域的电磁场进行高灵敏度测量的情况。此外，非专利文献2中公开的磁场测量设备存在的问题基本上与图11中所示的电磁场测量设备存在的问题相同。此外，因为通过光调制器降频转换待测电磁波的频率，非专利文献3中公开的电磁场测量设备具有与本发明的构造不同的构造。鉴于上述情况提出本发明，并且本发明的目的是提供能以高灵敏度测量其中密集封装了电子器件的极小区域等的电磁场的电磁场测量设备，用于该电磁场测量设备的电磁场测量方法以及存储电磁场测量控制程序的非瞬时性计算机可读介质。
技术问题的解决方案为了解决上述问题，根据本发明的第一构造涉及电磁场测量设备，并且该电磁场测量设备包括激光源，其发射具有预定频率的激光束作为载波信号光；光调制装置，其用于通过在预定局部振荡频率(predetermined local oscillation frequency)调制载波信号光而产生调制光，并发射该调制光；特定的光学部件；电磁场传感器，其通过将经过该光学部件入射的调制光暴露到由待测对象引起的射频频带的电磁场并且由此调制该调制光而产生信号光，并且发射该信号光；光接收器，其经过光学部件从电磁场传感器接收信号光并输出具有与电磁场相同的射频的电信号；频谱分析器，其测量电信号的频谱；以及振幅水平比控制装置，其用于基于由频谱分析器测量的电信号的频谱，将包含在入射到光接收器上的信号光中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值。根据本发明的第二构造涉及一种电磁场测量方法，且该方法包括发射作为载波信号光的具有预定频率的激光束的载波信号光发射处理；通过在预定局部振荡频率调制载波信号光而产生调制光并发射该调制光的调制光发射处理；通过将经过特定的光学部件入射的调制光暴露到由待测对象引起的射频频带的电磁场并由此调制该调制光而产生信号光，并且发射信号光的信号光发射处理；根据经过光学部件入射的信号光而输出具有与电磁场相同的射频频带的电信号的电信号输出处理；测量电信号的频谱的频谱测量处理；以及基于频谱测量处理中测量的电信号的频谱将包含在经过光学部件入射的信号光中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值的振幅水平比控制处理。本发明的有益效果根据本发明的构造，能够以高灵敏度测量由待测对象引起的电磁场。
图1示意性示出了用于解释本发明基本原理的电磁场测量设备的构造和每一个部件的光谱；图2是示出了根据本发明的第一示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图；图3是用于解释图2中所示的电磁场测量设备的操作的流程图；图4是示出了根据本发明的第二示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图；图5示出了图4中所示的压电元件42及其外围部件；图6是用于解释图4中所示的电磁场测量设备的操作的流程图；图7是示出了根据本发明的第三示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图；图8示出了图7中所示的光调制元件61及其外围部件；图9是示出了根据本发明的第四示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图；图10是用于解释图9中所示的电磁场测量设备的操作的流程图；以及图11示意性示出了电磁场测量设备的大致构造以及每一个部件的光谱。
具体实施例方式提供一种电磁场测量设备，其中上述振幅水平比控制装置用作调整上述载波的振幅水平的构造。此外，在根据本发明的优选实施例中，上述光学部件包括偏振面调整装置，其用于将从上述光调制装置发射的上述调制光的偏振面调整为预定方向。此外，上述振幅水平比控制装置包括计算控制单元，其基于由上述频谱分析器测量的上述电信号的频谱输出振幅水平控制信号；以及检偏器，其基于上述振幅水平控制信号，通过调整其相对于上述载波的偏振面的角度来调整上述载波的振幅水平。此外，在根据本发明的优选实施例中，上述振幅水平比控制装置包括光耦合器，其通过使入射到上述电磁场传感器上的上述调制光分支而产生分支调制光，并发射该分支调制光，并且使从上述电磁场传感器发射的信号光从该光耦合器中通过；计算控制单元，其基于由上述频谱分析器测量的上述电信号的频谱输出振幅水平控制信号；电压发生器，其基于上述振幅水平控制信号产生控制电压；以及压电元件，其通过基于上述控制电压调整从光耦合器发射的上述分支调制光的相位而产生振幅水平调整调制光，并且将该振幅水平调整调制光发射到上述光耦合器，并且由此将振幅水平调整调制光与上述信号光组合。此外，在根据本发明的优选实施例中，上述振幅水平比控制装置包括第一光耦合器，其通过使经过上述光学部件入射的上述调制光分支而产生分支调制光，并发射该分支调制光；计算控制单元，其基于由上述频谱分析器测量的上述电信号的频谱输出振幅水平控制信号；电压发生器，其基于上述振幅水平控制信号产生控制电压；光调制元件，其通过基于上述控制电压调整从第一光耦合器发射的上述分支调制光的相位而产生振幅水平调整调制光，并发射该振幅水平调整调制光；以及第二光耦合器，其将从光调制元件发射的上述振幅水平调整调制光与从上述电磁场传感器发射的上述信号光组合。此外，在根据本发明的优选实施例中，上述激光源构造为输出指示上述载波信号光的频率、相位以及振幅的基准信号。此外，上述振幅水平比控制装置包括计算控制单元， 其基于由上述频谱分析器测量的上述电信号的频谱输出上述振幅水平控制信号；振幅水平调整激光源，其基于上述基准信号发射具有与上述载波信号光相同的频率和相同的振幅并具有与根据振幅水平控制信号的相位的振幅水平调整激光束；以及光耦合器，其将上述振幅水平调整激光束与从上述电磁场传感器发射的上述信号光组合。此外，在根据本发明的优选实施例中，上述振幅水平比控制装置构造为将载波和边带之间的上述振幅水平比控制为4 1。此外，在根据本发明的优选实施例中，上述振幅水平比控制装置构造为基于上述频谱分析器测量的上述电信号的频谱中对应于上述局部振荡频率和通过将上述电磁场的射频频带与局部振荡频率相加而获得的频率的频谱，将包含在入射到上述光接收器上的上述信号光中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值。图1示意性地示出了用于解释本发明的基本原理的电磁场测量设备的构造以及每一个部件的光谱。如图ι中所示，该电磁场测量设备包括激光源21、光纤22、光调制器 23、局部振荡器(local oscillator) 24、光纤25、光放大器沈、光纤27、偏振控制器观、光纤四、光循环器30、光纤31、E0/M0晶体32、光纤33、检偏器34、光纤35、光放大器36、光纤 37、光接收器38以及RF频谱分析器39。
激光源21将具有频率&的激光束作为载波信号光pa发射到光纤22。由例如马赫-曾德尔型光调制器(Mach-Zehnder type light modulator)构成的光调制器23在局部振荡器M的局部振荡频率调制经过光纤22入射的载波信号光pa，并将调制信号光作为调制光Pm发射到光纤25。由例如EDFA构成的光放大器沈放大经过光纤25入射的调制光Pm，并且将放大的调制光作为信号光pb发射到光纤27。偏振控制器28将经过光纤27 入射的信号光Pb的偏振面调整为预定方向，并将调整的信号光作为信号光pc发射到光纤 29。光循环器30将经过光纤四入射的信号光pc作为信号光Pd发射到光纤31。通过将电光材料层和磁光材料层彼此堆叠而形成的Ε0/Μ0晶体32通过光纤31接收信号光Pd，通过将该信号光Pd暴露于由待检验操作的待测对象TS引起的电磁场(频率 fEF)而调制该信号光Pd，并将调制信号光作为信号光pe发射到光纤31。此外，光循环器30 将经过光纤31入射的信号光pe作为信号光pf发射到光纤33。检偏器34通过调整其相对于经过光纤33入射的信号光pe的偏振面的角度而调整信号光pe振幅水平，并且将调整的信号光作为信号光Pg发射到光纤35。与光放大器沈类似，由例如EDFA构成的光放大器 36放大经过光纤35入射的信号光pg，以便提高对光接收器38的灵敏度，并且将放大的信号光作为信号光Ph发射到光纤37。光接收器38接收信号光Ph并输出具有与电磁场(频率fKF)相同的射频频带的电信号ed。RF频谱分析器39测量电信号ed的频谱。在该电磁场测量设备中，具有频率。的激光束由激光源21作为载波信号光pa发射(载波信号光发射处理)，并且该载波信号光Pa由光调制器23在局部振荡器M的局部振荡频率调制，并作为调制光Pm发射(调制光发射处理)。调制光pm由光放大器沈放大并作为信号光Pb发射。此外，信号光pb的偏振面由偏振控制器观调整并且调整的信号光作为信号光pc发射。信号光pc由光循环器30作为信号光pd发射，并且信号光pd进入EO/ MO晶体32。信号光pd由Ε0/Μ0晶体32调制并且调制的信号光作为信号光pe发射(信号光发射处理)。信号光pe的振幅水平由检偏器34调整，并且调整的信号光作为信号光pg 发射。此外，信号光Pg被放大并且放大的信号光作为信号光Ph发射。信号光ph进入光接收器38并由光接收器38输出为电信号ed (电信号输出处理)， 并且电信号ed的频谱由RF频谱分析器39测量(频谱测量处理)。通过振幅水平比控制装置(未示出)，基于由RF频谱分析器39测量的电信号ed的频谱，将包含在入射到光接收器38上的信号光ph中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值(振幅水平比控制处理)。在该振幅水平比控制处理中，载波的振幅水平由振幅水平比控制装置调整。特别地，在该振幅水平比控制处理中，通过振幅水平比控制装置将载波和边带之间的振幅水平比控制为4 1。在这种情况下，在振幅水平比控制处理中，通过振幅水平比控制装置，基于RF频谱分析器39测量的电信号ed的频谱中对应于局部振荡频率和通过将电磁场的射频频带(频率fKF)与局部振荡频率相加而获得的频率的频谱，将包含在入射到光接收器38上的信号光ph中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值G 1)。S卩，在该电磁场测量设备中，从激光源21发射的具有频率f^的载体(载波)信号光pa由光调制器23调制，并且由此成为调制光pm。在该调制光pm中，边带峰值出现在频率f^的较低频率侧和较高频率侧上距离频率为频率4的频率处，即出现在频率[f^+fj 和[fQF_f J处。包含这些峰值的光在Ε0/Μ0晶体32中被进一步调制，该Ε0/Μ0晶体32暴露在具有频率fKF的电磁场中，并且因此另外的边带峰值出现在载波(频率U)附近以及由调制器23产生的边带中的每一个(例如频率和频率附近。因此，信号光Ph的频谱在进入光接收器38之前立即变成例如图1中所示的那样。在参考这种频谱时，首先假设不存在光调制器23。则在信号光ph的频谱中，峰值仅存在于频率f^和频率处。在这种情况下，在由光接收器38执行光/电转换之后由RF频谱分析器39检测的电信号ed的频率仅为频率fKF。因此，在这种构造中不可能测量载波峰值和边带峰值之间的强度比。与此相反，当存在光调制器23时，许多峰值会出现在信号光ph的频谱中。当关注于这些峰值中在频率[fQF+fJ和[fQF+fL+fKF]处的峰值时，频率[fQF+fJ处的峰值由光调制器23产生，并且频率[f^+f^+fj处的峰值通过由待测电路TS引起的电磁场进一步调制光调制器23产生的光而产生。它们之间的强度比等于分别在频率。和处的载波和边带之间的强度比。在由光接收器38执行的光/电转换之后由RF频谱分析器39检测的RF信号(电信号ed)包含具有频率&和[fL+fKF]的信号，且这些信号分别对应于具有频率[U+fJ和 [foF+fL+fRp]的光信号。即，通过测量具有频率&和[4+fKF]的信号之间的强度比，能够确定具有频率[fW+fJ和的光信号之间的强度比。此外，光信号之间的该强度比等于在频率&和[U+fJ处的载波和边带之间的强度比。以这种方式，通过引入光调制器23并由此测量具有频率&和[f^+fKF]的信号之间的强度比，就能够确定由Ε0/Μ0晶体32引起的载波和边带之间的强度比。在该设备中，当进入光接收器38的信号光ph的载波和由Ε0/Μ0晶体32产生的边带之间的强度比(振幅水平比)由功率表示时变为4 1(即固定值)时，满足对由待测电路TS引起的电磁场的灵敏度最大化的条件。因此，通过控制该设备进入上述状态，能够以高灵敏度测量电磁场。 此外，还能通过为该设备配备具有使该设备进入上述状态的自动控制功能而提高灵敏度和有效性两者。第一示例性实施例图2是示出根据本发明的第一示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图。如图2中所示，在根据本实施例的电磁场测量设备中，进一步在图1中所示的电磁场测量设备中提供计算控制单元40。计算控制单元40由基于电磁场测量控制程序操作的计算机构成，计算控制单元40基于由RF频谱分析器39测量的电信号ed的频谱ea向检偏器34供应振幅水平控制信号eb。此外，检偏器34基于从计算控制单元40供应的振幅水平控制信号eb，通过调整其相对于信号光pf的偏振面的角度来调整信号光Pf的振幅水平。图3是用于解释图2中所示的电磁场测量设备的操作的流程图。参考图3解释根据本实施例的用于电磁场测量设备的电磁场测量方法的详细处理。在该电磁场测量设备中，基于从计算控制单元40供应的振幅水平控制信号eb，通过调整检偏器34相对于信号光pf的偏振面的角度，由检偏器34调整信号光pf的振幅水平(振幅水平调整处理)。基于由RF频谱分析器39测量的电信号ed的频谱ea，将振幅水平控制信号eb从计算控制单元40供应到检偏器34 (计算控制处理)。S卩，如图3中所示，在操作开始时，启动该电磁场测量设备的每一个部件(步骤Al)。调整偏振控制器观并且由此最大化在频率fKF处的信号光pc (步骤A2)。由计算控制单元40计算频率[f^+fj和频率[f^+f^fj之间的信号强度比(步骤A3)，并且确定该信号强度比是否是4 1(步骤A4)。当信号强度比是4 1时，结束该处理。当信号强度比不是4 1时，将振幅水平控制信号eb从计算控制单元40发送到检偏器34 (步骤A5)。 因此，改变检偏器34的角度(步骤A6)并且处理返回到步骤A3。以这种方式，能够将最终进入光接收器38的载波和由Ε0/Μ0晶体32引起的边带之间的强度比调整为4 1。如上所述，在第一示例性实施例中，因为入射到光接收器38上的载波和由Ε0/Μ0 晶体32引起的边带之间的强度比变为4 1，所以能够以高灵敏度测量由待测电路TS引起的电磁场。特别地，在待测对象是具有密集封装区域的电子设备时，以普通的基本原理在内部密集封装区域中执行电磁场测量，因此能获得信号和噪声的详细评价，并且由此有助于高电气质量电路的设计。因此，能够减少产品研发等中的重复工作。此外，该电磁场测量设备可应用于位于电子设备内部的极小装置的操作检查和/或故障诊断，因此能够提高产品的可靠性。第二示例性实施例图4是示出根据本发明第二示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图。如图4中所示，在根据本实施例的电磁场测量设备中，进一步在图1中所示的电磁场测量设备中提供计算控制单元40、电压发生器41、压电元件42、光纤43以及光耦合器 44。光耦合器44使入射在Ε0/Μ0晶体32上的信号光(调制光)pd分支，并且由此将该分支的信号光作为分支调制光Pu发射到光纤43。此外，光耦合器44使从Ε0/Μ0晶体32入射的信号光Pe从该光耦合器44中经过。压电元件42通过光纤43接收从光耦合器44发射的分支调制光Pu，基于施加的控制电压cv调整分支调制光的相位，并将调整的信号光作为振幅水平调整调制光PV通过光纤43发射到光耦合器44，且由此将振幅水平调整调制光pv 与信号光Pe组合。电压发生器41基于从计算控制单元40供应的振幅水平控制信号eb产生控制电压cv并将产生的控制信号施加到压电元件42。计算控制单元40基于由RF频谱分析器39测量的电信号ed的频谱ea将振幅水平控制信号eb供应给电压发生器41。图5示出图4中所示的压电元件42及其外围部件的构造的一个示例。在该压电元件42中，环形压电材料52形成在光纤43的端部处，并且它们之间插入玻璃间隔物51。用于此目的的压电材料的示例包括锆钛酸铅(PZT)。电极53和M分别形成在压电材料52的顶表面和底表面上，并且电压发生器41连接至上述电极53和54。此夕卜，在压电材料52的底表面上，在电极M下方提供光反射膜55。例如通过溅射形成电极 53和M，并且其他部件例如通过使用光学透明树脂粘合。在该压电元件42中，经过光纤42的光在经过玻璃间隔物51后进入压电材料52 的内部空间中，且在被底面上的光反射膜55反射后又返回光纤42。可根据由电压发生器 41施加的控制电压cv来改变压电材料52的厚度(电极之间的距离)，并且因此可改变并由此调整空间中的光的光程长度。以这种方式，调整经过压电元件42后返回的载波光和从 Ε0/Μ0晶体32返回的载波光之间的相位差。图6是用于解释图4中所示的电磁场测量设备的操作的流程图。参考图6解释根据本实施例的用于电磁场测量设备的电磁场测量方法的详细处理。在该电磁场测量设备中，入射在Ε0/Μ0晶体32上的信号光(调制光)pd在光耦合器44处分支并作为分支调制光pu发射。此外，光耦合器44使从Ε0/Μ0晶体32入射的信号光Pe经过该光耦合器44 (分支/经过处理)。基于从计算控制单元40供应的振幅水平控制信号eb，通过电压发生器41产生控制电压cv，并且将产生的控制电压cv施加至压电元件42 (控制电压发生处理)。从光耦合器44发射的分支调制光pu进入压电元件42。随后，基于由电压发生器41施加的控制电压cv，通过压电元件42调整分支调制光的相位，并且将调整的信号光作为振幅水平调整调制光pv发射到光耦合器44。此外，振幅水平调整调制光pv在光耦合器44中与信号光pe组合(相位调整处理)。在这个情况下，因为振幅水平调整调制光pv的载波的相位以及信号光Pe的相位在组合处理之前彼此不同，所以在组合处理之后载波的振幅水平被衰减。基于由RF频谱分析器39测量的电信号ed的频谱 ea，通过计算控制单元40将振幅水平控制信号eb供应至电压发生器41 (计算控制处理)。S卩，如图6中所示，在操作开始时，启动该电磁场测量设备的每一个部件(步骤 Bi)。调整偏振控制器观并且由此最大化在频率fKF处的信号光pc (步骤B2)。通过计算控制单元40计算频率[fQF+fJ和频率[fQF+fL+fKF]之间的信号强度比(步骤B3)，并且确定该信号强度比是否是4 1(步骤B4)。当信号强度比是4 1时，结束该处理。当信号强度比不是4 1时，将振幅水平控制信号eb从计算控制单元40发送到电压发生器41 (步骤B5)。因此，设定控制电压cv的电压值(步骤B6)并且处理返回到步骤B3。以这种方式，能够将最终进入光接收器38的载波和由Ε0/Μ0晶体32引起的边带之间的强度比调整为 4 1。如上所述，类似于第一示例性实施例，在第二示例性实施例中，因为入射到光接收器38上的载波和由Ε0/Μ0晶体32引起的边带之间的强度比变为4 1，所以能够以高灵敏度测量由待测电路TS引起的电磁场。第三示例性实施例图7是示出根据本发明的第三示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图。如图7中所示，在根据本实施例的电磁场测量设备中，进一步在图1中所示的电磁场测量设备中提供计算控制单元40、电压发生器41A、光调制元件61、光耦合器62、光耦合器63以及光纤64和65。光耦合器62使从偏振控制器观发射的信号光pc分支，并且由此将分支的信号光作为分支调制光Pq发射到光纤64。光调制元件61通过光纤64接收从光耦合器62发射的分支调制光pq，基于所施加的控制电压cv调整分支调制光的相位，并将调整的信号光作为振幅水平调整调制光Pr发射到光纤65。光耦合器63将从光调制元件61 入射的振幅水平调整调制光Pr与从Ε0/Μ0晶体32通过光纤31和光循环器30入射的信号光Pe组合。电压发生器41A基于从计算控制单元40供应的振幅水平控制信号eb产生控制电压cv并将所产生的控制信号施加到光调制元件61。计算控制单元40基于RF通过频谱分析器39测量的电信号ed的频谱ea将振幅水平控制信号eb供应给电压发生器41A。图8示出图7中所示的光调制元件61及其外围部件的构造的一个示例。在该光调制元件61中，矩形EO膜72和位于矩形EO膜72两端上的电极73和74 形成在玻璃衬底71的表面上。此外，光纤64和65粘合至EO膜72的不同的两端。此外，电极73和74连接至电压发生器41A。EO膜72的材料的示例包括锆钛酸铅和镧锆钛酸铅 (PZT和PLZT)。对于在玻璃衬底71上形成EO膜72的方法，可使用例如气溶胶沉积(AD)方法。通过AD方法形成具有几十微米的膜厚度的EO膜72。在玻璃衬底71上形成EO膜72 之后，例如通过溅射在EO膜72上形成电极73和74。此后，例如通过使用光学透明树脂将 EO膜72粘合到光纤64和65上。在该光调制元件61中，光在经过光纤64和EO膜72后进入光纤65，且根据由电压发生器41A施加的控制电压cv改变经过EO膜72的光的相位。以这种方式，可调整经过光调制元件61的载波光和从Ε0/Μ0晶体32返回的载波光之间的相位差。在该电磁场测量设备中，从偏振控制器观入射的信号光pc在光耦合器62处分支并作为分支调制光Pq发射到光纤64 (第一分支处理)。从光耦合器62发射的分支调制光Pq经过光纤64进入光调制元件61。随后，基于所施加的控制电压cv，通过光调制元件 61调整分支调制光的相位，并且将调整的信号光作为振幅水平调整调制光Pr发射到光纤 65 (相位调整处理)。通过光耦合器63将从光调制元件61经过光纤65入射的振幅水平调整调制光Pr与从Ε0/Μ0晶体32经过光纤31和光循环器30入射的信号光pe组合(光组合处理)。在这个情况下，因为振幅水平调整调制光Pr的载波的相位和信号光pe的相位在组合处理之前彼此不同，所以在组合处理之后载波的振幅水平被衰减。基于计算控制单元40供应的振幅水平控制信号eb，通过电压发生器41A将控制电压cv施加至光调制元件61 (控制电压发生处理)。基于由RF频谱分析器39测量的电信号 ed的频谱ea，通过计算控制单元40将振幅水平控制信号eb供应至电压发生器41A (计算控制处理)。以这种方式，类似于第一示例性实施例，在该电磁场测量设备中，因为入射到光接收器38上的载波和由Ε0/Μ0晶体32引起的边带之间的强度比变为4 1，所以能够以高灵敏度测量由待测电路TS引起的电磁场。第四示例性实施例图9是示出根据本发明第四示例性实施例的电磁场测量设备的基本部分的构造的框图。如图9中所示，在根据本实施例的电磁场测量设备中，提供配备新功能的激光源 21A以取代图1中所示的电磁场测量设备中的激光源21。此外，还提供计算控制单元40、激光源2IB以及光纤81和光耦合器82。激光源21A除了具有与激光源21相同的功能之外，还构造为输出指示载波信号光 pa的频率、相位和振幅的基准信号es。激光源21B基于从激光源21A输出的基准信号es将振幅水平调整激光束Pj发射到光纤81，振幅水平调整激光束pj具有与载波信号光pa相同的频率和相同的振幅并具有根据从计算控制单元40供应的振幅水平控制信号eb的相位。 光耦合器82将经过光纤81入射的振幅水平调整激光束pj与从Ε0/Μ0晶体32经过光纤31 和光循环器30入射的信号光pe组合，并且将组合的信号光作为信号光Pf发射到光纤33。 计算控制单元40基于由RF频谱分析器39测量的电信号ed的频谱ea将振幅水平控制信号eb供应到激光源2IB。图10是用于解释图9中所示的电磁场测量设备的操作的流程图。参考图10解释根据本实施例的用于电磁场测量设备的电磁场测量方法的详细处理。
在该电磁场测量设备中，由激光源21A输出指示载波信号光pa的频率、相位和振幅的基准信号es。由激光源21B基于从激光源21A输出的基准信号es发射振幅水平调整激光束Pj，该振幅水平调整激光束Pj具有与载波信号光Pa相同的频率和相同的振幅并具有根据振幅水平控制信号eb的相位(调整激光束发射处理)。由光耦合器82将振幅水平调整激光束Pj与从Ε0/Μ0晶体32入射的信号光pe组合(光组合处理)。在这个情况下， 因为振幅水平调整激光束Pj的载波的相位以及信号光Pe的相位在组合处理之前彼此不同，所以在组合处理之后载波的振幅水平被衰减。基于由RF频谱分析器39测量的电信号 ed的频谱ea，通过计算控制单元40将振幅水平控制信号eb供应到激光源21B (计算控制处理)。S卩，如图10中所示，在操作开始时，启动该电磁场测量设备的每一个部件(步骤 Cl)。调整偏振控制器观并且由此最大化在频率fKF处的信号光PC (步骤C2)。通过计算控制单元40计算频率[fQF+fJ和频率[fQF+fL+fKF]之间的信号强度比(步骤C3)，并且确定该信号强度比是否是4 1(步骤C4)。当信号强度比是4 1时，结束该处理。当信号强度比不是4 1时，将振幅水平控制信号eb从计算控制单元40发送到激光源21B(第二激光源)(步骤C5)。随后，从激光源21B发射具有与激光源21A的相位不同的相位的光，即振幅水平调整激光束pj，基于振幅水平控制信号eb控制其相位(步骤C6)，并且处理返回到步骤C3。以这种方式，能够将最终进入光接收器38的载波和由Ε0/Μ0晶体32引起的边带之间的强度比调整为4 1。如上所述，类似于第一示例性实施例，在第四示例性实施例中，因为入射到光接收器38上的载波和由Ε0/Μ0晶体32引起的边带之间的强度比变为4 1，所以能够以高灵敏度测量由待测电路TS引起的电磁场。虽然在上述示例性实施例中将本发明描述为硬件构造，但本发明并不限于硬件构造。在本发明中，上述示例性实施例中的振幅水平比控制处理也可以通过使CPU (Central Processing Unit :中央处理器)执行计算机程序来执行。程序可利用各种类型的非瞬时性计算机可读介质存储，并可以供应给计算机。非瞬时性计算机可读介质的示例包括各种类型的实体存储介质。非瞬时性计算机可读介质的示例包括磁记录介质(诸如软盘、磁带和硬盘驱动器)、磁光存储介质(诸如磁光盘)、 ⑶-ROM(Read Only Memory 只读存储器)、⑶-R以及⑶-R/W以及半导体存储器(诸如掩膜型 ROM、PROM (Programmable ROM 可编程 ROM)、EPROM (Erasable PROM :可擦除 PROM)、闪存ROM以及RAM (Random Access Memory :随机存取存储器))。此外，程序可通过利用各种类型的瞬时性计算机可读介质供应给计算机。瞬时性计算机可读介质的示例包括电信号、 光信号以及电磁波。瞬时性计算机可读介质可用于通过诸如电线和光纤的有线通信线路或无线通信线路将程序供应到计算机。虽然已经参考附图详细说明了根据本发明的示例性实施例，但具体构造并不限于这些示例性实施例。本发明还包括任何不脱离本发明的范围和精神的设计改型。本申请基于2009年7月10日提交的日本专利申请2009-164055并要求其优先权， 其公开以其全文在此并入作为参考。工业应用性本发明可应用于用作封装电子设计支持工具或电路故障诊断工具的电磁场测量设备。即，通过利用该设备在LSI上或LSI封装附近进行电磁场测量，能够获取反馈到电气设计或验证电路操作所需的信息。附图标记列表21，21A:激光源21B 激光源(振幅水平调整激光源)22，25，27，29，31，33，35，37，43，64，65，81 光纤(光学部件的一部分)23 光调制器(光调制装置的一部分)24 局部振荡器(光调制装置的一部分)26，36 光放大器(光学部件的一部分)28 偏振控制器(偏振面调整装置的一部分)30 光循环器(光学部件的一部分)32 :E0/M0晶体(电磁场传感器)34 检偏器(振幅水平比控制装置的一部分)38 光接收器39 =RF频谱分析器(频谱分析器)40 计算控制单元(振幅水平比控制装置的一部分)41，41A:电压发生器(振幅水平比控制装置的一部分)42 压电元件(振幅水平比控制装置的一部分)44，62，63，82 光耦合器(振幅水平比控制装置的一部分)51 玻璃间隔物(压电元件42的一部分)52:压电材料(压电元件42的一部分)53，54 电极(压电元件42的一部分)55:光反射膜(压电元件42的一部分)61 光调制元件(振幅水平比控制装置的一部分)71 玻璃衬底(光调制元件61的一部分)72 =EO膜(光调制元件61的一部分)73，74:电极(光调制元件61的一部分)
权利要求
1.一种电磁场测量设备，包括激光源，所述激光源发射具有预定频率的激光束作为载波信号光； 光调制装置，所述光调制装置用于通过在预定局部振荡频率调制所述载波信号光而产生调制光，并且发射所述调制光； 特定的光学部件；电磁场传感器，所述电磁场传感器通过将经过所述光学部件入射的所述调制光暴露于由待测对象引起的射频频带的电磁场并且由此调制所述调制光而产生信号光，并发射所述信号光；光接收器，所述光接收器经过所述光学部件从所述电磁场传感器接收所述信号光并输出具有与所述电磁场相同的射频频带的电信号；频谱分析器，所述频谱分析器测量所述电信号的频谱；以及振幅水平比控制装置，所述振幅水平比控制装置用于基于由所述频谱分析器测量的所述电信号的频谱，将包含在入射到所述光接收器上的所述信号光中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值。
2.根据权利要求1所述的电磁场测量设备，其中所述振幅比控制装置构造为调整所述载波的振幅水平。
3.根据权利要求2所述的电磁场测量设备，其中所述光学部件包括偏振面调整装置，所述偏振面调整装置用于将从所述光调制装置发射的所述调制光的偏振面调整为预定方向，并且所述振幅水平比控制装置包括计算控制单元，所述计算控制单元基于由所述频谱分析器测量的所述电信号的频谱输出振幅水平控制信号；以及检偏器，所述检偏器基于所述振幅水平控制信号，通过调整所述检偏器相对于所述载波的偏振面的角度来调整所述载波的振幅水平。
4.根据权利要求2所述的电磁场测量设备，其中所述振幅水平比控制装置包括光耦合器，所述光耦合器通过使入射到所述电磁场传感器上的所述调制光分支而产生分支调制光，并发射所述分支调制光，并且使从所述电磁场传感器发射的信号光从所述光耦合器中通过；计算控制单元，所述计算控制单元基于由所述频谱分析器测量的所述电信号的频谱输出振幅水平控制信号；电压发生器，所述电压发生器基于所述振幅水平控制信号产生控制电压；以及压电元件，所述压电元件通过基于所述控制电压调整从所述光耦合器发射的所述分支调制光的相位来产生振幅水平调整调制光，并且将所述振幅水平调整调制光发射到所述光耦合器，并且由此将所述振幅水平调整调制光与所述信号光组合。
5.根据权利要求2所述的电磁场测量设备，其中所述振幅水平比控制装置包括第一光耦合器，所述第一光耦合器通过使经过所述光学部件入射的所述调制光分支而产生分支调制光，并发射所述分支调制光；计算控制单元，所述计算控制单元基于由所述频谱分析器测量的所述电信号的频谱输出振幅水平控制信号；电压发生器，所述电压发生器基于所述振幅水平控制信号产生控制电压；光调制元件，所述光调制元件通过基于所述控制电压调整从所述第一光耦合器发射的所述分支调制光的相位来产生振幅水平调整调制光，并且发射所述振幅水平调整调制光； 以及第二光耦合器，所述第二光耦合器将从所述光调制元件发射的所述振幅水平调整调制光与从所述电磁场传感器发射的所述信号光组合。
6.根据权利要求2所述的电磁场测量设备，其中所述激光源构造为输出指示所述载波信号光的频率、相位和振幅的基准信号，并且所述振幅水平比控制装置包括计算控制单元，所述计算控制单元基于由所述频谱分析器测量的所述电信号的频谱输出所述振幅水平控制信号；振幅水平调整激光源，所述振幅水平调整激光源基于所述基准信号发射具有与所述载波信号光相同的频率和相同的振幅并具有根据所述振幅水平控制信号的相位的振幅水平调整激光束；以及光耦合器，所述光耦合器将所述振幅水平调整激光束与从所述电磁场传感器发射的所述信号光组合。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电磁场测量设备，其中所述振幅水平比控制装置构造为将所述载波和所述边带之间的所述振幅水平比控制为4 1。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的电磁场测量设备，其中所述振幅水平比控制装置构造为基于所述频谱分析器测量的所述电信号的频谱中对应于所述局部振荡频率和通过将所述电磁场的射频频带与所述局部振荡频率相加而获得的频率的频谱，将包含在入射到所述光接收器上的所述信号光中的所述载波和所述边带之间的所述振幅水平比控制为固定值。
9.一种电磁场测量方法，包括发射作为载波信号光的具有预定频率的激光束的载波信号光发射处理；通过在预定局部振荡频率调制所述载波信号光而产生调制光并发射所述调制光的调制光发射处理；通过将经过特定的光学部件入射的所述调制光暴露到由待测对象引起的射频频带的电磁场并由此调制所述调制光而产生信号光，并且发射所述信号光的信号光发射处理；基于经过所述光学部件入射的信号光而输出具有与所述电磁场相同的射频频带的电信号的电信号输出处理；测量所述电信号的频谱的频谱测量处理；以及基于所述频谱测量处理中测量的所述电信号的频谱将包含在经过所述光学部件入射的所述信号光中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值的振幅水平比控制处理。
10.根据权利要求9所述的电磁场测量方法，其中在所述振幅水平控制处理中，调整所述载波的振幅水平。
11.根据权利要求10所述的电磁场测量方法，其中所述光学部件包括偏振面调整装置，所述偏振面调整装置用于将所述调制光的偏振面调整为预定方向，并且所述振幅水平比控制处理包括基于由所述频谱测量处理测量的所述电信号的频谱输出振幅水平控制信号的计算控制处理，所述振幅水平控制信号用于控制所述载波的所述振幅水平；以及基于所述振幅水平控制信号，通过调整相对于所述载波的偏振面的角度来调整所述载波的振幅水平的振幅水平调整处理。
12.根据权利要求10所述的电磁场测量方法，其中所述振幅水平比控制处理包括使从经过所述光学部件入射的所述调制光分支而形成分支调制光，并且使通过暴露于由所述待测对象引起的所述电磁场而被调制的所述信号光通过的分支/通过处理；基于由所述频谱测量处理测量的所述电信号的频谱输出振幅水平控制信号的计算控制处理，所述振幅水平控制信号用于控制所述载波的所述振幅水平；基于所述振幅水平控制信号产生控制电压的控制电压发生处理；以及将通过基于所述控制电压调制所述分支调制光的相位获得的振幅水平调整调制光与通过暴露于由所述待测对象引起的所述电磁场而被调制的所述信号光组合的相位调整处理。
13.根据权利要求10所述的电磁场测量方法，其中所述振幅水平比控制处理包括 通过使经过所述光学部件入射的所述调制光分支而产生分支调制光并发射所述分支调制光的第一分支处理；基于由所述频谱测量处理测量的所述电信号的频谱输出振幅水平控制信号的计算控制处理，所述振幅水平控制信号用于控制所述载波的所述振幅水平； 基于所述振幅水平控制信号产生控制电压的控制电压发生处理； 通过基于所述控制电压调整所述分支调制光的相位产生振幅水平调整调制光并发射所述振幅水平调整调制光的相位调整处理；以及将所述振幅水平调整调制光与通过暴露于由所述待测对象引起的所述电磁场而调制的所述信号光组合的光组合处理。
14.根据权利要求10所述的电磁场测量方法，其中在所述载波信号光发射处理中，输出指示所述载波信号光的频率、相位和振幅的基准信号，以及所述振幅水平比控制处理包括基于由所述频谱测量处理测量的所述电信号的频谱输出振幅水平控制信号的计算控制处理，所述振幅水平控制信号用于控制所述载波的所述振幅水平；基于所述基准信号发射具有与所述载波信号光相同的频率和相同的振幅并具有根据所述振幅水平控制信号的相位的振幅水平调整激光束的调整激光束发射处理；以及将所述振幅水平调整激光束与通过暴露于由所述待测对象引起的所述电磁场而调制的所述信号光组合的光组合处理。
15.根据权利要求9至14中任意一项所述的电磁场测量方法，其中，在所述振幅水平比控制处理中，将所述载波和所述边带之间的所述振幅水平比控制为4 1。
16.根据权利要求9至15中任意一项所述的电磁场测量方法，其中，在所述振幅水平比控制处理中，基于所述频谱测量处理中测量的所述电信号的频谱中对应于所述局部振荡频率和通过将所述电磁场的射频频带与所述局部振荡频率相加而获得的频率的频谱，将包含在经过所述光学部件入射的所述信号光中的所述载波和所述边带之间的所述振幅水平比控制为固定值，所述信号光通过暴露于由所述待测对象引起的所述电磁场而被调制。
17. 一种存储电磁场测量控制程序的非瞬时性计算机可读介质，所述电磁场测量控制程序能使计算机控制根据权利要求1至8任意一项所述的振幅水平比控制装置。
全文摘要
提供一种电磁场测量设备，用于以高灵敏度测量其中密集封装了电子器件的极小区域中的电磁场。在根据本发明的电磁场测量设备中，基于从计算控制单元(40)供应的振幅水平控制信号(eb)，通过调整检偏器(34)相对于信号光(pf)的偏振面的角度而由检偏器(34)调整信号光(pf)的振幅水平。基于由RF频谱分析器(39)测量的电信号(ed)的频谱(ea)将振幅水平控制信号(eb)从计算控制单元(40)供应到检偏器(34)。将包含在入射到光接收器(38)上的信号光(ph)中的载波和边带之间的振幅水平比控制为固定值。
文档编号G01R31/302GK102472786SQ20108003084
公开日2012年5月23日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年7月10日
发明者大平理觉, 岩波瑞树, 福田浩司 申请人:日本电气株式会社