JP2000314676A - 光パルス発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な構造を有する光パルス発生器を提供す
ること。 【解決手段】 励起光源１２から出射される励起光によ
って光増幅媒体１４が励起され、光増幅媒体１４から自
然放出光が出射される。光ループ内に設けられたＡＯス
イッチ２０の０次光出力端子側を所定周期で低損失状態
にすることにより、光ループ内を周回して階段状に強度
が増す光パルスが生成される。その後、一時的にＡＯス
イッチ２０の１次光出力端子側を低損失状態にすること
により、任意のパルス幅を有する光パルスが生成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅媒体として
の光ファイバを含んで構成されたリングレーザを用いて
光パルスを発生する光パルス発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光パルス発生器を光線路の伝送損失を測
定するＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectmetry）
測定装置の光源として用いた場合、光源から出力される
光パルスの性能として、長距離まで測定可能であること
と、距離分解能が高精度であることが要求される。測定
可能距離を拡大するためにはパルス幅の広い高出力の光
パルスが必要であり、また、距離分解能を向上させるた
めには狭いパルス幅の光パルスが必要となる。

【０００３】従来から、光増幅媒体としての光ファイバ
を用いて光ループを形成した光ファイバリングレーザに
よって所定の光パルスを発生させる光パルス発生器が知
られている。例えば、特開平６−２４９７５０号公報に
はＱスイッチリングレーザと光スイッチ等を組み合わせ
た光パルス発生器が開示されている。この光パルス発生
器は、リングレーザを用いることにより１周回する毎に
強度が増す多段状の光を発生し、これを別の光スイッチ
を通すことにより波形整形を行って、所定のパルス幅を
有する光パルスを生成している。

【０００４】上述した光パルス発生器は、リングレーザ
から取り出した光に対して波形整形を行うために別の光
スイッチを備えているため、構成が複雑になる。これを
解決する従来例としては、特開平５−２０６５５６号公
報に開示された光パルス発生器（光ファイバパルス発振
器）が知られている。

【０００５】図３は、特開平５−２０６５５６号公報に
開示された光パルス発生器の構成を示す図である。この
光パルス発生器２００は、方向性結合器２１０、アイソ
レータ２１２、光スイッチ２１４、光増幅ファイバ２１
６をループ状に接続した構成を有している。励起光源２
１８の出力光がループを１周する時間と同期して光スイ
ッチ２１４の入力端子Ａと出力端子Ｂの間を複数回オン
オフして、ループを周回する光パルスを増幅した後に、
光スイッチ２１４の出力端子Ｂと出力端子Ｃとを切り換
えて光パルスを取り出している。

【０００６】図４は、光スイッチのオンオフタイミング
と光パルス波形との関係を示す図である。図４（ａ）
は、光スイッチ２１４のオンオフタイミングであり、例
えば光が１周回する時間が１μｓであり、この周期で２
００ｎｓだけ繰り返しオン状態になる。図４（ｂ）は、
光スイッチ２１４の入力端子Ａに入力される光パルスの
波形を示しており、光スイッチ２１４のオンタイミング
に同期して、不連続な光パルスの強度が増加する。図４
（ｃ）は光スイッチ２１４の出力端子Ｂから出力される
光パルスの波形を示しており、図４（ｄ）は光スイッチ
２１４の出力端子Ｃから出力される光パルスの波形を示
している。所定の期間（例えば９μｓ）の間は光スイッ
チ２１４の出力端子Ｂ側をオンオフすることにより、図
４（ｃ）に示すように、周回する光パルスの増幅を行
い、その後、出力端子Ｃをオンすることにより、図４
（ｄ）に示すように、増幅後の光パルスをループの外部
に取り出している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示し
た従来の光パルス発生器２００では、１つの光スイッチ
２１４を用いて出力パルスを生成しているが、実際には
出力端子Ｂ側をオンオフする動作と、出力端子Ｃ側をオ
ンする動作とを別々のタイミングで制御する必要があ
り、制御機構が複雑になる。例えば、出力端子Ｂのオン
オフタイミングを制御する第１の制御信号と、光パルス
の出力先を出力端子Ｂ側から出力端子Ｃ側に切り換える
第２の制御信号とが必要になり、これらを光スイッチ２
１４に入力するために少なくとも２本の接続線が必要に
なる。また、光スイッチ２１４自体も、少なくとも３つ
の状態（出力端子Ｃがオフ状態で出力端子Ｂがオン状態
あるいはオフ状態と、出力端子Ｃがオン状態で出力端子
Ｂがオフ状態）を有する必要があるため、その構造が複
雑になる。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、単純な構造を有する光パル
ス発生器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載された光パルス発生器は、光源
から入射される光によって励起されるとともに周回する
光を増幅する光増幅媒体と、この光増幅媒体から出射さ
れる光を所定の周期でオンオフする光スイッチング手段
とをループ状に接続したリングレーザと、前記光スイッ
チング手段のオンオフ動作を制御するタイミング制御手
段とを備える光パルス発生器において、前記光スイッチ
ング手段を音響光学スイッチで構成し、０次光出力端子
を前記ループ側に接続するとともに、１次光出力端子か
ら光パルスを取り出している。また、前記タイミング制
御手段は、前記音響光学スイッチの前記０次光出力端子
側を周期的に低損失状態にするとともに、この低損失状
態が終了する直前に、光が前記ループを１周回する時間
以下の時間だけ前記０次光出力端子側を高損失状態に制
御する。

【００１０】音響光学スイッチの０次光出力端子側をル
ープに接続して、この０次光出力端子側を周期的に低損
失状態にしてＱスイッチ動作を行わせると、この低損失
状態においてループを周回する光が次第に増幅され、多
段状の光パルスが生成される。このような低損失状態が
終了する前の所定時間だけ０次光出力端子側を高損失に
することにより、すなわち、１次光出力端子側を低損失
状態にすることにより、単独の光パルスが１次光出力端
子から出力される。一般に、音響光学スイッチの１次光
出力端子側は、高損失時（最大減衰時）の減衰量が６０
ｄＢ以上となるため、その後一時的に低損失状態になっ
たときにこの１次光出力端子から出力される光パルス
は、広いダイナミックレンジを有する。また、１次光出
力端子側よりも０次光出力端子側の減衰量の方が少ない
ため、１次光出力端子側をループに接続する場合に比べ
て、光パルスのピーク出力を高くすることができる。

【００１１】特に、音響光学スイッチに上述した動作を
させるためにタイミング制御手段から出力する信号は、
１次光出力端子側（あるいは０次光出力端子側）をオン
オフする指示を行う１種類の信号だけでよいため、接続
線の数を低減するとともに制御機構を簡略化することが
できる。

【００１２】また、請求項２に記載された光パルス発生
器において、前記タイミング制御手段は、所定周期で固
定のパルス幅を有するパルス信号を出力するパルス発生
器と、前記パルス発生器からのパルス信号の出力タイミ
ングに同期して動作し、光が前記ループを複数回周回す
る時間に対応するパルス幅を有する信号を出力するパル
ス幅可変回路と、前記パルス発生器からのパルス信号の
出力タイミングに同期して動作し、前記パルス幅可変回
路からの信号の出力が終了した後、光が前記ループを１
周回する時間が経過する前に所定の信号出力するパルス
幅可変・遅延回路と、前記パルス幅可変回路と前記パル
ス幅可変・遅延回路のそれぞれから出力される信号を合
成して、前記光スイッチング手段に送る信号合成手段と
を備えている。パルス発生器によって生成した単純なパ
ルス信号に基づいてパルス幅の可変と遅延を行うだけで
簡単に駆動信号を生成することができることから、制御
機構の簡略化が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態の光パルス発生器について、図面を参照しながら説明
する。

【００１４】図１は、一実施形態の光パルス発生器の構
成を示す図である。図１に示す光パルス発生器１００
は、駆動電流制御回路１０、光ファイバ１１、励起光源
１２、波長多重光合波器１３、光増幅媒体１４、光フィ
ルタ１６、音響光学スイッチ（ＡＯスイッチ）２０、駆
動信号生成回路３０を含んで構成されている。

【００１５】光増幅媒体１４は、希土類元素が添加され
た光ファイバで構成されており、励起光源１２から出力
される所定波長の励起光によって励起される。添加され
る希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）を用いる場合に
は、励起光源１２として、１．４８μｍの波長の半導体
レーザを用いることによって、光増幅媒体１４が励起さ
れる。また、励起光源１２には駆動電流制御回路１０が
接続されており、半導体レーザの駆動電流を変化させる
ことにより、励起光源１２から出力される励起光の強度
が調整可能になっている。光増幅媒体１４を励起する励
起光の強度を調整することにより、生成する光パルスの
波長が変化して各波長に対応した光増幅媒体１４のゲイ
ンが一定しない場合であっても、ある波長範囲（例えば
１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）においてピークパワーが
ほぼ一定の光パルスを生成することが可能になる。

【００１６】波長多重光合波器１３は、２つの入力端子
を有し、励起光源１２の出力端が一方の入力端子に接続
されており、励起光源１２から出力される光が光増幅媒
体１４に導かれる。光フィルタ１６は、光増幅媒体１４
から出力される光が入力されており、所定の波長成分を
通過させる。この通過させる光の波長は、所定の範囲
（例えば１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの範囲）内で任意
に設定可能であり、この設定を変えることにより、本実
施形態の光パルス発生器１００によって生成される光パ
ルスの波長を変更することができる。

【００１７】ＡＯスイッチ２０は、１次光出力端子と０
次光出力端子とを有しており、駆動信号生成回路３０か
ら出力される駆動用の制御信号に応じてオンオフ動作を
行う。例えば、駆動用の制御信号は、ハイレベルとロー
レベルの２つの状態を有しており、０次光出力端子側で
は、ハイレベルのときに高損失状態（例えば７ｄＢ）
に、ローレベルのときに低損失状態（例えば３ｄＢ）に
なる。また、１次光出力端子側では、その関係が反対に
なり、ハイレベルのときに低損失状態（例えば１０ｄＢ
以下）に、ローレベルのときに高損失状態（例えば６０
ｄＢ以上）になる。このＡＯスイッチ２０の１次光出力
端子から出力される光パルスが光アイソレータ２１に入
射されており、１次光出力端子から出射される光パルス
が光パルス発生器１００の外部に取り出される。

【００１８】光アイソレータ２１は、２つの端子を有し
ており、一方の端子から他方の端子へは光を通すが、そ
の反対方向の光は遮断する。逆向きの光が存在すると、
光増幅媒体１４による光増幅動作が妨げられるため、光
アイソレータ２１によってこの反対方向の光が除去され
る。この光アイソレータ２１を介して、ＡＯスイッチ２
０から出射された光が波長多重光合波器の他方の入力端
子側に導かれる。

【００１９】駆動信号生成回路３０は、Ｑスイッチ動作
を行うために周期的にローレベルとなる駆動信号を生成
する。この駆動信号生成回路３０は、パルス発生器３
２、パルス幅可変回路３４、パルス幅可変・遅延回路３
６、ＮＯＲ回路３８を含んで構成されている。パルス発
生部３２は、光がループを１周回する周期で、所定のパ
ルス幅を有するパルス信号を生成する。パルス幅可変回
路３４は、パルス発生器３２から固定のパルス幅を有す
るパルス信号が出力されると、このパルス信号に同期
し、光がループを複数回周回する時間に相当する所定の
パルス幅を有する信号を出力する。パルス幅可変・遅延
回路３６は、パルス発生器３２からパルス信号が出力さ
れると、このパルス信号をパルス幅可変回路３４から出
力される信号のパルス幅よりも若干長い時間遅延させた
タイミングで、所定のパルス幅を有する信号を出力す
る。この遅延時間については後述する。ＮＯＲ回路３８
は、パルス幅可変回路３４から出力される信号と、パル
ス幅可変・遅延回路３６から出力される信号との論理和
を反転した信号を出力する。

【００２０】本実施形態の光パルス発生器１００では、
波長多重光合波器１３、光増幅媒体１４、光フィルタ１
６、ＡＯスイッチ２０、光アイソレータ２１によってリ
ング状の光ループが形成される。この光ループと励起光
源１２とが組み合わされて光ファイバリングレーザ（Ｑ
スイッチリングレーザ）が形成される。励起光源１２か
ら出射され、波長多重光合波器１３を介して光ループ内
に入射される所定の光（励起光）によって光増幅媒体１
４が励起される。この状態で、駆動信号生成回路３０か
ら出力される駆動信号によって低損失状態と光損失状態
のタイミングが制御されるＡＯスイッチ２０を所定の周
期で駆動することにより、光増幅媒体１４から出射され
て光ループを周回する光が正帰還増幅され、光の周回動
作に対応して階段状（多段状）に強度が増す誘導放出光
が光増幅媒体１４から放出される。このとき、光フィル
タ１６によって所望の波長成分のみが選択されるため、
この特定の波長成分の光が光ループ内を周回する。

【００２１】そして、この階段状の光の強度が飽和また
は減衰する前に、駆動信号生成回路３０から出力される
駆動信号によってオンオフ状態が制御されるＡＯスイッ
チ２０の１次光出力端子側を一時的に低損失状態にする
ことにより、階段状の光パルスの最後のステップに対応
させた波形整形を行う。これにより、階段状にパワーが
変化しない単独の光パルスがＡＯスイッチ２０の１次光
出力端子から取り出される。

【００２２】上述したＡＯスイッチ２０が光スイッチン
グ手段に、駆動信号生成回路３０がタイミング制御手段
に、ＮＯＲ回路３８が信号合成手段にそれぞれ対応す
る。

【００２３】本実施形態の光パルス発生器１００はこの
ような構成を有しており、次にその動作を説明する。図
２は、駆動信号生成回路３０によって生成される信号と
ＡＯスイッチ２０の動作状態および各部に入出力される
光パルスの波形等との関係を示す図である。図２
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、パルス発生器３２、パルス
幅可変回路３４、パルス幅可変・遅延回路３６のそれぞ
れから出力される信号を示している。パルス発生器３２
からは、図２（ａ）に示す所定周期で固定のパルス幅を
有するパルス信号が出力されている。パルス幅可変回路
３４は、図２（ａ）に示したパルス信号が出力される
と、この出力タイミングに同期し、光がループを複数回
（図２においては例えば４回）周回する時間に対応する
パルス幅を有する信号が出力される（図２（ｂ））。ま
た、パルス幅可変・遅延回路３６は、このパルス幅可変
回路３４から出力される信号の立ち下がりの後、所定時
間後に立ち上がるパルス信号を出力する（図２
（ｃ））。この所定時間は、光がループを１周回する時
間と同じか、あるいはこれより短い時間に設定される。

【００２４】ＮＯＲ回路３８からは、図２（ｂ）に示し
た信号と、図２（ｃ）に示した信号の論理和をさらに反
転した信号が出力され（図２（ｄ））、この信号がＡＯ
スイッチ２０に入力される。したがって、ＡＯスイッチ
２０は、０次光出力端子側が低損失状態になった後に光
が４周回する間この低損失状態を保つ。したがって、こ
の間、ループ内を周回する光が光増幅媒体１４によって
増幅され、図２（ｅ）に示すような階段状に光強度が変
化する光パルスがＡＯスイッチ２０の入力端子に入力さ
れる。その後、図２（ｄ）に示すように、ＡＯスイッチ
２０に入力される駆動信号が短時間の間一時的にハイレ
ベルになるため、０次光出力端子側が一時的に高損失状
態に、すなわち１次光出力端子側が低損失状態になるた
め、図２（ｆ）に示す単独の光パルスが１次光出力端子
から出力される。なお、一般にＡＯスイッチ２０の１次
光出力端子側の損失は、駆動信号生成回路３０からハイ
レベルの信号が入力されたときに１０ｄＢ以下となり、
ローレベルの信号が入力されたときに約６０ｄＢ以上と
なるため、図２（ｄ）に示すように、光が階段状に増幅
されたときに一時的にハイレベルの信号をＡＯスイッチ
２０に入力し、その前後にローレベルの信号を入力する
ことにより、高いダイナミックレンジを有する光パルス
を生成することができる。

【００２５】このように、本実施形態の光パルス発生器
１００には、０次光出力端子側がループに接続されたＡ
Ｏスイッチ２０が備わっており、この０次光出力端子側
を周期的に低損失状態にすることにより階段状に光強度
が増す光パルスを得ることができる。このような０次光
出力端子が低損失状態でループを周回する光が増幅され
ている間は、１次光出力端子側の減衰量はこの１次光出
力端子から外部に光パルスが漏れることはほとんどな
い。その後、ループを周回する光の強度が増した後、１
次光出力端子側を所定の時間オン状態（低損失状態）に
することにより、ループを周回していた光が１次光出力
端子を介して光パルス発生器１００の外部に取り出され
る。

【００２６】特に、本実施形態のリングレーザ内には１
つのＡＯスイッチ２０しか含まれておらず、しかも損失
が少ない０次光出力端子側がループに接続されているた
め、高いピーク出力を有する光パルスを生成することが
可能になる。また、本実施形態では、ＡＯスイッチ２０
を駆動するためにハイレベルとローレベルのいずれかの
状態をとる単純な駆動信号が必要になるだけであり、駆
動信号生成回路３０とＡＯスイッチ２０との間の接続線
が１本でよいため、制御機構の簡略化が可能になる。

【００２７】また、出力される光パルスのパルス幅は、
パルス幅可変回路３４から出力される信号が立ち下がっ
た後に、パルス幅可変・遅延回路３６から出力される信
号が立ち上がるまでの時間を可変することにより、容易
に変更することができる。

【００２８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、光ル
ープ内に配置された第１の光スイッチング手段を所定の
周期でオンオフすることにより階段状の光パルスが生成
され、この階段状の光パルスを光ループ内に配置された
第２の光スイッチング手段を用いて波形整形することに
より単独の光パルスが生成されており、この単独の光パ
ルスを生成する第２の光スイッチング手段が光ループ内
（キャビティ内）で結合されているため、生成された光
パルスのノイズを低減することが可能になる。

【００２９】また、本発明によれば、光源を半導体レー
ザによって構成した場合に、駆動回路から前記半導体レ
ーザに供給される駆動電流を制御することによって、第
２の光スイッチング手段から取り出される光パルスのパ
ワーをほぼ一定にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の光パルス発生器の構成を示す図で
ある。

【図２】駆動信号生成回路によって生成される信号とＡ
Ｏスイッチの動作状態および各部に入出力される光パル
スの波形等との関係を示す図である。

【図３】従来の光パルス発生器の構成を示す図である。

【図４】図３に示した光パルス発生器の光スイッチのオ
ンオフタイミングと光パルス波形との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 駆動電流制御回路 １１ 光ファイバ １２ 励起光源 １３ 波長多重光合波器 １４ 光増幅媒体 １６ 光フィルタ ２０ 音響光学スイッチ（ＡＯスイッチ） ２１ 光アイソレータ ３０ 駆動信号生成回路 １００ 光パルス発生器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から入射される光によって励起され
   るとともに周回する光を増幅する光増幅媒体と、この光
   増幅媒体から出射される光を所定の周期でオンオフする
   光スイッチング手段とをループ状に接続したリングレー
   ザと、前記光スイッチング手段のオンオフ動作を制御す
   るタイミング制御手段とを備える光パルス発生器におい
   て、 前記光スイッチング手段は、音響光学スイッチであり、
   ０次光出力端子を前記ループ側に接続し、１次光出力端
   子から光パルスを取り出し、 前記タイミング制御手段は、前記音響光学スイッチの前
   記０次光出力端子側を周期的に低損失状態にするととも
   に、この低損失状態が終了する直前に、光が前記ループ
   を１周回する時間以下の時間だけ前記０次光出力端子側
   を高損失状態に制御することを特徴とする光パルス発生
   器。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記タイミング制御手段は、 所定周期で固定のパルス幅を有するパルス信号を出力す
   るパルス発生器と、 前記パルス発生器からのパルス信号の出力タイミングに
   同期して動作し、光が前記ループを複数回周回する時間
   に対応するパルス幅を有する信号を出力するパルス幅可
   変回路と、 前記パルス発生器からのパルス信号の出力タイミングに
   同期して動作し、前記パルス幅可変回路からの信号の出
   力が終了した後、光が前記ループを１周回する時間が経
   過する前に所定の信号出力するパルス幅可変・遅延回路
   と、 前記パルス幅可変回路と前記パルス幅可変・遅延回路の
   それぞれから出力される信号を合成して、前記光スイッ
   チング手段に送る信号合成手段と、 を備えることを特徴とする光パルス発生器。