DE4331204A1 - Optischer Pulsgenerator - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen
Pulsgenerator, welcher selektiv die Wellenlänge eines
optischen Impulssignals ändern kann.
Bei einem allgemein einsetzbaren optischen Pulsgenerator
wird eine Faseroptik, die aus einem vorbestimmten
Material besteht, welchem ein Selten-Erdmaterial
hinzugefügt ist, durch ein Verschiebungselement, wie
beispielweise ein piezoelektrisches Element in
Schwingungen versetzt, so daß ein optischer Pfad geöffnet
und geschlossen wird, der für ein optisches Signal
vorgesehen ist, so daß ein optisches Impulssignal erzeugt
wird.
Fig. 3 stellt schematisch die elektrische Anordnung
eines Beispiels für den optischen Pulsgenerator dar. In
Fig. 3 bezeichnet eine Bezugsziffer 1 eine Signalquelle,
die eine Wellenlänge Lambdaa aufweist, wogegen durch
die Bezugsziffer 2 eine Anregungslichtquelle mit einer
anderen Wellenlänge Lambdaa bezeichnet ist; 3
bezeichnet eine Faseroptik, welcher das
Selten-Erdmaterial hinzugefügt ist; 4 bezeichnet einen
optischen Schalter; 5 bezeichnet einen Wellenteiler; 7
bezeichnet einen Wellenteiler/Mischer; 8A und 8E
bezeichnen Linsen; und 9 bezeichnet eine Schlitzplatte.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten optischen Pulsgenerator wird
eine vorbestimmte Wellenlänge für einen Signalstrahl
durch den Wellenteiler 5 ausgewählt, und dann wird eine
Amplitude des impulsartigen Signalstrahls vergrößert (mit
anderen Worten wird das optische Impulssignal verstärkt).
Im allgemeinen ist ein optischer Impuls als Licht
definiert, welches für einen kurzen Zeitraum ausgestrahlt
wird. Dieser optische Impuls weist eine impulsförmige
Signalform mit einem Spitzenwertpegel auf. Normalerweise
ist eine Impulsbreite des optischen Impulses definiert
als Zeitraum, in welchem der Amplitudenpegel des
optischen Impulses annähernd höher als die Hälfte des
Spitzenwertpegels ist. Daher kann die Signalform des
optischen Impulses unter Verwendung der Begriffe
Spitzenwertpegel und Impulsbreite definiert werden.
Der Wellenteiler 5 entfernt unnötige
Wellenlängenkomponenten aus dem Signalstrahl, der von der
Signalquelle 1 erzeugt wird, so daß nur eine
Signalkomponente durch den Wellenteiler hindurchgelassen
wird, welche die Wellenlänge Lambdaa aufweist.
Andererseits führt der Wellenteiler/Mischer 7 den
Anregungsstrahl, der die Wellenlänge Lambdaa aufweist
und von der Anregungslichtquelle 2 erzeugt wird, in die
Faseroptik 3 ein, so daß die Faseroptik 3 angeregt wird.
Durch Treiben des optischen Schalters 4 wird der optische
Pfad, der zwischen der Signalquelle 1 und der Faseroptik
3 vorgesehen ist, für einen kurzen Zeitraum geöffnet. In
diesem kurzen Zeitraum wird der von der Signalquelle 1
ausgegebene Signalstrahl in die Faseroptik 3 eingeführt,
in welcher er verstärkt wird. Dann wird der verstärkte
Signalstrahl durch den Wellenteiler/Mischer 7
hindurchgeleitet, von welchem er als Ausgangsstrahl
ausgegeben wird.
Nachstehend wird der Aufbau und der Betrieb des optischen
Schalters 4 im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 4
beschrieben. In Fig. 4 bezeichnet ein Bezugszeichen 1A
eine Faseroptik, welche den von der Signalquelle 1
ausgegebenen Signalstrahl einführt; 3A bezeichnet einen
Endabschnitt der voranstehend erwähnten Faseroptik 3, die
aus dem vorbestimmten Material einschließlich des
Selten-Erdmaterials besteht; 4A bezeichnet ein
Verschiebungselement; 4B bezeichnet einen
Hebelstützpunkt; 4C bezeichnet eine Transmissionsplatte;
und 4D bezeichnet eine Treiberschaltung. Diese Elemente
4A bis 4D sind so zusammengebaut, daß sie zusammen den
optischen Schalter 4 bilden.
Das Verschiebungselement 4A wird in Schwingungen
versetzt, wenn es angetrieben wird. Als
Verschiebungselement 4A kann ein piezoelektrisches
Element verwendet werden, ein Stimmgabelschwinger, ein
Quarzoszillator und dergleichen. Der Endabschnitt 3A der
Faseroptik 3 ist als freier Endabschnitt ausgebildet,
während die Faseroptik selbst an dem Hebelstützpunkt 4B
gehaltert ist. Die Transmissionsplatte 4C läßt eine durch
das Verschiebungselement 4A hervorgerufene Schwingung in
gewissem Ausmaß zur Faseroptik 3 durch, die zwischen dem
Endabschnitt 3A und dem Hebelstützpunkt 4B angeregt wird.
In Fig. 4 ist die Faseroptik 1A so angeordnet, daß sie
dem Endabschnitt 3A der Faseroptik 3 gegenüberliegt.
Dadurch, daß die Faseroptik 3 schwingt, wird ein
optischer Pfad zwischen den Faseroptiken 1A und 3
geöffnet oder geschlossen.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein
Schwingungszustand des Endabschnitts 3A der Faseroptik 3
beschrieben. Beispielsweise ist eine Entfernung zwischen
dem Endabschnitt 3A und dem Hebelstützpunkt 4B auf 1 cm
eingestellt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die
Schwingungsauslenkung des Endabschnitts 3A der Faseroptik
3 größer ist als die der Transmissionsplatte 4C. Beträgt
der Kerndurchmesser der Faseroptik 1A 10 µm so ist es
dadurch, daß der Endabschnitt 3A der Faseroptik 3 mit
einer Schwingungsauslenkung von 10 µm oder mehr in
Schwingungen versetzt wird, möglich, den optischen Pfad
zwischen den Faseroptiken 1A und 3 zu öffnen und zu
schließen.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 der Aufbau
der in Fig. 3 gezeigten Schlitzplatte 9 im einzelnen
beschrieben. Unter Einwirkung der in Fig. 6 gezeigten
Linsen 8A und 8E laufen die Lichtstrahlen auf einem
Kreuzungspunkt zusammen, und an diesem Ort befindet sich
die mit einem Schlitz 9A versehene Schlitzplatte 9.
Beispielsweise wird das Öffnungsintervall des Schlitzes
9A auf 10 µm eingestellt.
Die Linse 8E und die Faseroptik 3 sind so angeordnet, daß
bei einer Verschiebung des Verschiebungselements 4A von
Null die Linse 8E so angeordnet ist, daß sie mit der
Faseroptik 3 verbunden ist. Die Schlitzplatte 9 blockiert
abgesehen von dem Signalstrahl sämtliche anderen
Lichtkomponenten. Als Signalstrahl kann ein impulsartiger
Strahl oder ein kontinuierlicher Strahl verwendet werden,
falls seine Breite größer als die Impulsbreite des zu
verstärkenden Signalstrahls ist.
Ist die Verschiebung gleich Null, so erreicht die
Amplitude des Signalstrahls (also des optischen
Impulssignals) den Spitzenwert; wenn dagegen die
Verschiebung größer wird, wird die Amplitude des
Signalstrahls kleiner. Ist die Impulsbreite des
Signalstrahls, der in die Faseroptik 3 eingegeben werden
soll, kleiner als eine optische Verbindungsperiode, in
welcher die Linse 8E und der Endabschnitt 3A optisch
verbunden sind, so ist es schwierig, die Impulsbreite
(oder Wellenlänge) des auszugebenden Signalstrahls zu
steuern. Ist allerdings die Impulsbreite des
Signalstrahls größer als die voranstehend erwähnte
optische Verbindungsperiode, so kann die Impulsbreite des
Signalstrahls gesteuert werden, der von der Faseroptik 3
abgegeben werden soll. Aus diesem Grund ist es
erforderlich, die Impulsbreite des eingegebenen
Signalstrahls so zu wählen, daß sie größer ist als die
voranstehend genannte optische Verbindungsperiode. Daher
ist es möglich, kontinuierliches Licht als den
eingegebenen Signalstrahl zu verwenden, da seine
Impulsbreite sehr groß ist.
Die Impulsbreite des zu verstärkenden Signalstrahls hängt
von der Zeit ab, in welcher die Verschiebung des
Verschiebungselements 4A auf Null gesetzt ist. Dies
liegt, wie voranstehend erwähnt, daran, daß bei einer
Verschiebung des Verschiebungselements 4A von Null die
Amplitude des Signalstrahls, der ausgegeben wird, den
Spitzenwert erreicht, wogegen die Impulsbreite des
Signalstrahls in Reaktion auf den Amplitudenpegel
festgelegt wird.
Übrigens sind die in den Fig. 3, 4, 5 und 6
dargestellten Zeichnungen identisch zu den Fig. 6,
1, 2 und 3, die der Beschreibung der japanischen
Patentanmeldung Nr. 4-179242 mit dem Anmeldetag vom
12. Juni 1992 beigefügt waren. Selbstverständlich ist die
genannte Anmeldung in Japan nicht veröffentlicht worden.
Im übrigen wird angemerkt, daß der in Fig. 3 gezeigte
Wellenteiler 5 so ausgelegt ist, daß er selektiv nur den
Signalstrahl durchläßt, der eine bestimmte Wellenlänge
aufweist. Es besteht daher in der Hinsicht eine
Schwierigkeit, daß die Wellenlänge des abgegebenen
Signalstrahls nicht freiwählbar geändert werden kann.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Hauptaufgabe
zugrunde, einen optischen Pulsgenerator zur Verfügung zu
stellen, welcher freiwählbar die Wellenlänge des
Signalstrahls ändern kann.
Gemäß einem Aufbau des optischen Pulsgenerators gemäß der
vorliegenden Erfindung werden zu diesem Zweck eine
Signalquelle vorgesehen, eine Anregungslichtquelle, eine
erste Faseroptik, eine erste Linse, ein Beugungsgitter,
eine zweite Linse, eine zweite Faseroptik sowie ein
optischer Schalter.
Bei dem voranstehend genannten Aufbau werden von der
Signalquelle erzeugte Signalstrahlen durch die erste
Faseroptik, die erste Linse, das Beugungsgitter und die
zweite Linse in dieser Reihenfolge hindurchgelassen, so
daß selektiv ein Signalstrahl mit der gewünschten
Wellenlänge ausgegeben wird. Dieser Signalstrahl wird auf
einem Endabschnitt der zweiten Faseroptik gebündelt und
fällt auf diesen auf, wobei der Endabschnitt durch einen
Anregungsstrahl erregt wird, der von der
Anregungslichtquelle erzeugt wird. Im Betrieb des
optischen Schalters wird der Endabschnitt der zweiten
Faseroptik in Schwingungen versetzt, was dazu führt, daß
ein optischer Pfad zwischen der ersten Faseroptik und der
zweiten Faseroptik ausgebildet wird, und periodisch
geöffnet oder geschlossen wird. Daher wird ein optischer
Impuls verstärkt und von der zweiten Faseroptik
ausgegeben. Vorzugsweise besteht die zweite Faseroptik
aus einem vorbestimmten Material einschließlich eines
Selten-Erdmaterials.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es
zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung des wesentlichen Teils
eines optischen Pulsgenerators gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung des Gesamtaufbaus des
optischen Pulsgenerators gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 3 eine Darstellung eines Beispiels für
den optischen Pulsgenerator;
Fig. 4 eine Darstellung eines wesentlichen
Teils des in Fig. 3 dargestellten
optischen Pulsgenerators;
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung einer
Schwingungsbewegung der Faseroptik; und
Fig. 6 eine Darstellung eines weiteren
Beispiels des wesentlichen Teils des
optischen Pulsgenerators, welcher eine
Schlitzplatte verwendet.
Nachstehend wird in optischer Pulsgenerator gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im
Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben.
Fig. 1 ist eine Darstellung eines wesentlichen Teils des
optischen Pulsgenerators gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zum voranstehend
erwähnten Aufbau des in Fig. 6 gezeigten optischen
Pulsgenerators weist der in Fig. 1 dargestellte optische
Pulsgenerator weiterhin eine Linse 8F und ein
Beugungsgitter 10 auf. Die Linse 8F ist nahe an einem
Kantenabschnitt der Faseroptik 1A angeordnet, so daß der
von der Signalquelle 1 erzeugte Signalstrahl auf die
Linse 8F durch die Faseroptik 1A auftrifft. Das
Beugungsgitter 10 ist so angeordnet, daß es von der Linse
8F getrennt und mit dieser verbunden ist, so daß der
durch die Linse 8F gelangende Signalstrahl durch das
Beugungsgitter 10 gebeugt wird. Daher wird der gebeugte
Signalstrahl durch die Linse 8E konvergent gemacht, von
welcher der Signalstrahl auf den Endabschnitt 3A der
Faseroptik 3 auftrifft. Die anderen in Fig. 1
dargestellten Elemente sind identisch mit den in Fig. 3
gezeigten Elementen; daher wird auf eine entsprechende,
detaillierte Beschreibung dieser Teile verzichtet. Kurz
gesagt wird das aus der Linse 8A und der Schlitzplatte 9
in Fig. 6 bestehende Paar durch das in Fig. 1
dargestellte Paar ersetzt, welches aus der Linse 8F und
dem Beugungsgitter 10 besteht. Die Linsen 8F und 8E
dienen dazu, die Lichtstrahlen in parallele Lichtstrahlen
umzuwandeln.
Die Linse 8E und die Faseroptik 3 sind so angeordnet, daß
bei einer Verschiebung des Verschiebungselements 4A von
Null diese beiden Teile optisch miteinander verbunden
sind. In Fig. 1 werden die Lichtstrahlen abgesehen von
dem Signalstrahl, der eine ausgewählte Wellenlänge
aufweist, durch die Linse 8E entfernt, so daß sie nicht
auf die Faseroptik 3 auftreffen. Wie voranstehend
erläutert, kann als Signalstrahl ein impulsartiger
Lichtstrahl oder ein kontinuierlicher Lichtstrahl
verwendet werden, falls eine Impulsbreite größer ist als
die Impulsbreite des zu verstärkenden Signalstrahls.
Darüber hinaus hängt die Impulsbreite des zu
verstärkenden Signalstrahls von der Zeit ab, zu welcher
die Verschiebung des Verschiebungselementes 4A gleich
Null wird.
Fig. 2 ist eine Darstellung des Gesamtaufbaus des
optischen Pulsgenerators, bei welchem der in Fig. 1
dargestellte Aufbau vorgesehen ist. In Fig. 2 ist die
Wellenlänge Lambdaa des von der Signalquelle 1
ausgegebenen Signalstrahls auf etwa 1,55 µm
eingestellt, während die Wellenlänge Lambdaa des
Anregungsstrahls, der von der Anregungslichtquelle 2
erzeugt wird, beispielsweise auf 1,48 µm eingestellt
ist.
Gemäß der voranstehend beschriebenen, vorliegenden
Ausführungsform ist es möglich, exakt den Signalstrahl
mit einer gewünschten Wellenlänge abzuziehen, so daß der
Signalstrahl freiwählbar dadurch verstärkt werden kann,
daß ein kurzer Zeitraum gesteuert wird, in welchem der
optische Schalter 4 geöffnet ist.
Schließlich wird angemerkt, daß sich die vorliegende
Erfindung auch noch auf andere Arten verwirklichen läßt,
ohne von ihrem Wesen oder ihren wesentlichen Merkmalen
abzuweichen, die voranstehend angegeben sind. Daher dient
die hier beschriebene, bevorzugte Ausführungsform zur
Erläuterung, nicht jedoch zur Einschränkung, wobei der
Umfang der Erfindung aus der Gesamtheit der vorliegenden
Anmeldeunterlagen hervorgeht, und in den Umfang sämtliche
Abänderungen eingeschlossen sein sollen, die innerhalb
des Wesens der Erfindung liegen.
Claims (4)
1. Optischer Pulsgenerator,
gekennzeichnet durch:
eine Signalquelle (1) zur Erzeugung eines Signalsstrahls, der eine erste Wellenlänge (Lambdaa) aufweist;
eine Anregungslichtquelle (2) zur Erzeugung eines Anregungsstrahls mit einer zweiten Wellenlänge (Lambdaa);
eine erste Faseroptik (1A) zur Eingabe und Übertragung des Signalstrahls, der von der Signalquelle ausgestrahlt wird;
eine erste Linse (8F) zur Übertragung des Signalstrahls, der von der ersten Faseroptik ausgegeben wird;
ein Beugungsgitter (10) zum Beugen des Signalstrahls, der über die erste Linse an das Beugungsgitter übertragen wird;
eine zweite Linse (8E), um den Signalstrahl konvergent zu machen, der durch das Beugungsgitter gebeugt wurde;
eine zweite Faseroptik (3), die einen Endabschnitt (3A) aufweist, wobei der durch das Beugungsgitter gebeugte Signalstrahl auf dem Endabschnitt der zweiten Faseroptik durch die zweite Linse konvergent gemacht wird und auf den Endabschnitt auftrifft; und
einen optischen Schalter (4) zum alternierenden Öffnen oder Schließen eines optischen Pfades, der zwischen der ersten Faseroptik und der zweiten Faseroptik ausgebildet werden soll;
wobei die zweite Faseroptik durch den von der Anregungslichtquelle ausgegebenen Anregungsstrahl erregt wird, während im Betrieb des optischen Schalters der optische Pfad, der zwischen der ersten Faseroptik und der zweiten Faseroptik ausgebildet wird, dadurch geöffnet oder geschlossen wird, daß der Endabschnitt der zweiten Faseroptik in Schwingungen versetzt wird, so daß die zweite Faseroptik schließlich einen optischen Impuls ausgibt, dessen Impulsbreite verstärkt ist.
eine Signalquelle (1) zur Erzeugung eines Signalsstrahls, der eine erste Wellenlänge (Lambdaa) aufweist;
eine Anregungslichtquelle (2) zur Erzeugung eines Anregungsstrahls mit einer zweiten Wellenlänge (Lambdaa);
eine erste Faseroptik (1A) zur Eingabe und Übertragung des Signalstrahls, der von der Signalquelle ausgestrahlt wird;
eine erste Linse (8F) zur Übertragung des Signalstrahls, der von der ersten Faseroptik ausgegeben wird;
ein Beugungsgitter (10) zum Beugen des Signalstrahls, der über die erste Linse an das Beugungsgitter übertragen wird;
eine zweite Linse (8E), um den Signalstrahl konvergent zu machen, der durch das Beugungsgitter gebeugt wurde;
eine zweite Faseroptik (3), die einen Endabschnitt (3A) aufweist, wobei der durch das Beugungsgitter gebeugte Signalstrahl auf dem Endabschnitt der zweiten Faseroptik durch die zweite Linse konvergent gemacht wird und auf den Endabschnitt auftrifft; und
einen optischen Schalter (4) zum alternierenden Öffnen oder Schließen eines optischen Pfades, der zwischen der ersten Faseroptik und der zweiten Faseroptik ausgebildet werden soll;
wobei die zweite Faseroptik durch den von der Anregungslichtquelle ausgegebenen Anregungsstrahl erregt wird, während im Betrieb des optischen Schalters der optische Pfad, der zwischen der ersten Faseroptik und der zweiten Faseroptik ausgebildet wird, dadurch geöffnet oder geschlossen wird, daß der Endabschnitt der zweiten Faseroptik in Schwingungen versetzt wird, so daß die zweite Faseroptik schließlich einen optischen Impuls ausgibt, dessen Impulsbreite verstärkt ist.
2. Optischer Pulsgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
optische Schalter (4) ein Verschiebungselement (4A)
aufweist, eine Halteeinrichtung (4B), eine
Transmissionsplatte (4C) und eine Treiberschaltung
(4D), wobei die Halteeinrichtung einen vorbestimmten
Ort der zweiten Faseroptik haltert, und das
Verschiebungselement in Schwingungen versetzt wird,
wenn es durch die Treiberschaltung angetrieben wird,
so daß eine Schwingung des Verschiebungselements auf
einen vorbestimmten Abschnitt der zweiten Faseroptik
übertragen wird, der zwischen dem Endabschnitt und der
vorbestimmten Position erregt wird, die durch die
Halteeinrichtung gehaltert wird, mit Hilfe der
Übertragungsplatte, wodurch der vorbestimmte Abschnitt
der zweiten Faseroptik einschließlich des
Endabschnitts so in Schwingungen versetzt wird, daß
der optische Pfad zwischen der ersten Faseroptik und
der zweiten Faseroptik periodisch geöffnet bzw.
geschlossen wird.
3. Optischer Pulsgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite
Faseroptik aus einem vorbestimmten Material besteht,
welches zumindest ein Selten-Erdmaterial enthält.
4. Optischer Pulsgenerator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Verschiebungselement ein piezoelektrisches Element
ist.
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