DE4331204A1 - Optischer Pulsgenerator - Google Patents

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 Lambda_a aufweist, wogegen durch die Bezugsziffer 2 eine Anregungslichtquelle mit einer anderen Wellenlänge Lambda_a 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 Lambda_a aufweist. Andererseits führt der Wellenteiler/Mischer 7 den Anregungsstrahl, der die Wellenlänge Lambda_a 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 Lambda_a des von der Signalquelle 1 ausgegebenen Signalstrahls auf etwa 1,55 µm eingestellt, während die Wellenlänge Lambda_a 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 (Lambda_a) aufweist;
eine Anregungslichtquelle (2) zur Erzeugung eines Anregungsstrahls mit einer zweiten Wellenlänge (Lambda_a);
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.