JP6163308B2 - Short light pulse generator - Google Patents

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Description

本発明は、短光パルス発生装置に関する。 The present invention relates to a short optical pulse generation equipment.

半導体レーザを用いた加工装置や計測装置では、加工精度や計測精度を向上させるために、半導体レーザからナノ秒以下の短光パルスを発生させる必要がある。そのため、半導体レーザにおける緩和振動を利用して短光パルスを発生させるゲインスイッチング法が用いられている。   In a processing apparatus and a measuring apparatus using a semiconductor laser, it is necessary to generate a short optical pulse of nanosecond or less from the semiconductor laser in order to improve processing accuracy and measurement accuracy. For this reason, a gain switching method is used in which a short optical pulse is generated using relaxation oscillation in a semiconductor laser.

特許文献1には、このようなゲインスイッチング法を用いた制御回路が示されている。当該制御回路は、離散的にパルス状の信号を生成するパルス生成器と、パルス生成器で生成されたパルス信号を所定の増幅率で増幅した駆動電圧パルスを半導体レーザに供給するドライバを備えている。駆動電圧パルスの電圧値は、パルス生成器で生成されたパルス信号の信号レベルに応じて決定されている。   Patent Document 1 discloses a control circuit using such a gain switching method. The control circuit includes a pulse generator that discretely generates a pulsed signal, and a driver that supplies a drive voltage pulse obtained by amplifying the pulse signal generated by the pulse generator with a predetermined amplification factor to the semiconductor laser. Yes. The voltage value of the drive voltage pulse is determined according to the signal level of the pulse signal generated by the pulse generator.

ゲインスイッチング法を利用して短光パルスを出力する半導体レーザの特性は、電流パルス入力に対する過渡応答としてレート方程式で示される。一般的な半導体レーザでは、注入キャリア密度(特許文献1ではレーザ駆動電圧に対応する値として説明されているが、実際には半導体レーザへの注入電流(印加電流)となる。)の増大に応じて、キャリア密度が飽和状態の少し手前から発光が開始される。そして、注入キャリア密度の増大に伴って光子密度即ち出射光強度が増大する。   The characteristics of a semiconductor laser that outputs a short optical pulse using the gain switching method is expressed by a rate equation as a transient response to a current pulse input. In a general semiconductor laser, the injection carrier density (which is described as a value corresponding to the laser driving voltage in Patent Document 1 but actually becomes an injection current (applied current) to the semiconductor laser) is increased. Thus, light emission is started slightly before the carrier density is saturated. As the injected carrier density increases, the photon density, that is, the emitted light intensity increases.

レート方程式から算出される発光開始時間は注入キャリア密度に反比例する。レーザ駆動電圧が大きいと、注入キャリア密度の振幅は発光開始直後に緩和振動によって最も大きい第1波として現れ、第2波、第3波と徐々に減衰して安定化する。   The light emission start time calculated from the rate equation is inversely proportional to the injected carrier density. When the laser driving voltage is large, the amplitude of the injected carrier density appears as the first largest wave due to relaxation oscillation immediately after the start of light emission, and is gradually attenuated and stabilized as the second and third waves.

当該制御回路では、緩和振動の発生に必要な電圧値の駆動電圧パルスを半導体レーザに印加して、緩和振動による第1波のみからなり第2波以降のサブパルスを含まない単峰性のレーザ光(以下、本明細書では「単峰パルス」と称する。)を出射させ、これによりレーザ光の瞬間的な出射光強度の最大値を安定値よりも増大させている。駆動電圧パルスのパルス幅は、発光開始時間と緩和振動の振動周期を加算した時間に設定されている。   In the control circuit, a driving voltage pulse having a voltage value necessary for the generation of relaxation oscillation is applied to the semiconductor laser, and the single-peak laser beam is composed of only the first wave due to relaxation oscillation and does not include the second and subsequent sub-pulses. (Hereinafter referred to as “single-peak pulse” in this specification) is emitted, and thereby the maximum value of the instantaneous emitted light intensity of the laser light is increased from the stable value. The pulse width of the drive voltage pulse is set to a time obtained by adding the light emission start time and the oscillation period of relaxation oscillation.

特開2010‐81884号公報JP 2010-81884 A

しかし、ある特定の繰り返し周波数の印加電流パルスに対して、単峰パルスを出射させるように印加電流のパルス幅とパルス振幅を調整したとしても、印加電流パルスの周波数が異なると、半導体レーザ内部でのキャリア密度等の状態が変化して、レーザ光の振幅が著しく低下し、或いは単峰パルスの立下り部分に第2波以降のサブパルスが発生して、半導体レーザから単峰パルスを安定的に出射させることが困難になるという問題があった。   However, even if the pulse width and pulse amplitude of the applied current are adjusted so that a single peak pulse is emitted for an applied current pulse having a specific repetition frequency, if the applied current pulse frequency is different, The state of the carrier density, etc. of the laser beam changes, the laser light amplitude decreases significantly, or the second and subsequent sub-pulses are generated at the falling edge of the unimodal pulse, so that the unimodal pulse is stably generated from the semiconductor laser. There is a problem that it is difficult to emit light.

例えば、このような半導体レーザを加工装置に用いる場合に、単峰パルスに第2波や第3波のサブパルスが含まれると、実質的にパルス幅が広がったのと同じ効果になり、その結果として加工精度や加工能力が低下するという問題が生じる。   For example, when such a semiconductor laser is used in a processing apparatus, if the unimodal pulse includes a second wave or a third wave sub-pulse, the effect is substantially the same as the pulse width is increased. As a result, there arises a problem that the processing accuracy and processing capability are lowered.

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、任意の周波数の駆動電流パルスが装置に入力された場合でも、その周波数で安定的に単峰パルスのレーザ光を出射させることができる短光パルス発生装置を提供する点にある。 In view of the above-described problems, the object of the present invention is a short optical pulse capable of stably emitting a single-peak pulse laser beam at that frequency even when a drive current pulse having an arbitrary frequency is input to the apparatus. It is to provide an occurrence equipment.

上述の目的を達成するため、本発明による短光パルス発生装置の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項1に記載した通り、半導体レーザにパルス電流を印加して短光パルスを発生させるゲインスイッチング法を用いた短光パルス発生装置であって、外部から入力される任意の周波数のトリガ信号列を所定パルス幅のパルス信号列に波形成形する波形整形回路と、前記波形整形回路から出力されるパルス信号列の振幅値を、前記トリガ信号列の周波数に応じて予め設定された電流値のパルス信号列に自動調整する振幅調整回路と、前記振幅調整回路で振幅値が自動調整されたパルス信号列に所定の直流バイアス電流値を加算して前記半導体レーザに印加する電流印加回路と、を備え、前記振幅調整回路は、前記トリガ信号列の周波数を検出する周波数検出回路と、短光パルスを発生させるために前記半導体レーザへ印加する電流の周波数と振幅値の固有の相関関係を記憶する記憶回路と、前記周波数検出回路で検出された周波数と前記記憶回路に記憶された相関関係に基づいて前記パルス信号列の振幅値を自動調整する増幅回路とを備え、前記記憶回路は、前記周波数検出回路から出力されたパルス信号列を対数変換する対数増幅回路と、前記対数増幅回路の出力信号を反転増幅する反転増幅回路とを備えて構成され、前記周波数検出回路から任意の周波数のパルス信号列が入力されたときに、前記相関関係を示す振幅値に対応した信号が出力されるように、前記対数増幅回路の入力オフセット、前記反転増幅回路の入力オフセット及び増幅率を予め調整する相関関係設定回路を備えている点にある。 In order to achieve the above object, the first characteristic configuration of the short optical pulse generator according to the present invention is to generate a short optical pulse by applying a pulse current to a semiconductor laser as described in claim 1 of the claims. A short optical pulse generator using a gain switching method, a waveform shaping circuit for shaping a trigger signal sequence of an arbitrary frequency input from the outside into a pulse signal sequence of a predetermined pulse width, and the waveform shaping circuit An amplitude adjustment circuit that automatically adjusts the amplitude value of the output pulse signal sequence to a pulse signal sequence having a preset current value according to the frequency of the trigger signal sequence, and the amplitude value is automatically adjusted by the amplitude adjustment circuit. a current application circuit for applying to said semiconductor laser by adding a predetermined DC bias current value to the pulse signal train was, Bei example, said amplitude adjusting circuit detects the frequency of the trigger signal sequence A frequency detection circuit, a storage circuit for storing a specific correlation between a frequency and an amplitude value of a current applied to the semiconductor laser to generate a short optical pulse, a frequency detected by the frequency detection circuit, and the storage An amplification circuit that automatically adjusts the amplitude value of the pulse signal sequence based on the correlation stored in the circuit, and the storage circuit logarithmically converts the pulse signal sequence output from the frequency detection circuit And an inverting amplifier circuit that inverts and amplifies the output signal of the logarithmic amplifier circuit. When a pulse signal sequence having an arbitrary frequency is input from the frequency detection circuit, the amplitude value indicating the correlation is obtained. A correlation setting circuit that preliminarily adjusts the input offset of the logarithmic amplifier circuit, the input offset of the inverting amplifier circuit, and the amplification factor so that a corresponding signal is output; In the Eteiru point.

本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、単峰パルス、即ち緩和振動による第1波のみからなり第2波以降のサブパルスを含まない単峰性のレーザ光を出射させるために半導体レーザに印加するパルス電流の電流値は、そのパルス幅を所定の値に固定した場合に、その周波数に応じて一定の相関を示して変動することを見出し、その周波数に応じて半導体レーザに印加するパルス電流の電流値を調整すれば、所望の周波数の単峰パルスを得ることができるという知見を得た。しかし、半導体レーザを用いた加工装置や計測装置の一般の使用者が、その都度所望の周波数の単峰パルスを得るために、光オッシロスコープで半導体レーザの発光波形をモニタしながら、半導体レーザに印加する電流値を調整するのは極めて困難である。   As a result of intensive research, the inventors of the present application have made a semiconductor laser to emit a unimodal pulse, that is, a unimodal laser beam consisting of only the first wave due to relaxation oscillation and not including the second and subsequent subpulses. It is found that the current value of the pulse current to be applied fluctuates with a certain correlation according to the frequency when the pulse width is fixed to a predetermined value, and the pulse applied to the semiconductor laser according to the frequency It was found that a single peak pulse having a desired frequency can be obtained by adjusting the current value of the current. However, in order to obtain a single-peak pulse with a desired frequency each time, a general user of a processing apparatus or a measuring apparatus using a semiconductor laser applies an application to the semiconductor laser while monitoring the emission waveform of the semiconductor laser with an optical oscilloscope. It is extremely difficult to adjust the current value.

そこで、外部から所望の周波数のトリガ信号列が入力されると、半導体レーザに印加する電流値が自動調整されて安定的に単峰パルスを出射させる短光パルス発生装置に想到した。先ず波形整形回路によってトリガ信号列が同じ周波数で所定パルス幅のパルス信号列に波形成形される。波形整形されたパルス信号列が振幅調整回路に入力されると、トリガ信号列の周波数に応じて予め設定された電流値のパルス信号列に自動調整され、電流印加回路を介して直流バイアス電流値が加算されたパルス信号列が半導体レーザに印加される。その結果、安定的に単峰パルスを出射させることができる。   Accordingly, the inventors have conceived of a short light pulse generator that automatically adjusts the current value applied to the semiconductor laser and stably emits a single-peak pulse when a trigger signal train having a desired frequency is input from the outside. First, the waveform shaping circuit shapes the trigger signal train into a pulse signal train having the same frequency and a predetermined pulse width. When the waveform shaped pulse signal sequence is input to the amplitude adjustment circuit, it is automatically adjusted to a pulse signal sequence having a preset current value according to the frequency of the trigger signal sequence, and the DC bias current value is set via the current application circuit. Is added to the semiconductor laser. As a result, a single peak pulse can be stably emitted.

従って、半導体レーザを用いた加工装置や計測装置の一般の使用者は、半導体レーザへの印加電流値を意識せずに、所望の周波数の任意のトリガ信号列を短光パルス発生装置に入力すれば、安定的に単峰パルスを得ることができるようになる。 Therefore, a general user of a processing apparatus or a measuring apparatus using a semiconductor laser can input an arbitrary trigger signal sequence having a desired frequency to the short optical pulse generator without being conscious of the current value applied to the semiconductor laser. if, ing to be able to stably obtain a unimodal pulse.

外部から入力される任意の周波数のトリガ信号列が波形整形回路によって波形整形され、所定パルス幅のパルス信号列が対数増幅回路に入力され、対数変換された信号が反転増幅回路で反転増幅され、反転増幅回路からトリガ信号の周波数と相関関係を示す振幅値、つまり半導体レーザに印加される電流値に対応した信号が出力される。予め単安定マルチバイブレータから入力される基準となる複数の周波数のパルス信号列に応じて相関関係設定回路を調整することで、対数増幅回路及び反転増幅回路の特性が上述した相関関係を示す特性に調整される。具体的には対数増幅回路の入力オフセット、反転増幅回路の入力オフセット及び増幅率が調整される。尚、相関関係設定回路を備えた対数増幅回路及び反転増幅回路が記憶回路として機能する。An externally input trigger signal sequence of an arbitrary frequency is waveform-shaped by the waveform shaping circuit, a pulse signal sequence having a predetermined pulse width is input to the logarithmic amplifier circuit, and the logarithmically converted signal is inverted and amplified by the inverting amplifier circuit. A signal corresponding to an amplitude value indicating a correlation with the frequency of the trigger signal, that is, a current value applied to the semiconductor laser is output from the inverting amplifier circuit. The characteristics of the logarithmic amplifier circuit and the inverting amplifier circuit are changed to the characteristics indicating the above-mentioned correlation by adjusting the correlation setting circuit in accordance with a pulse signal train of a plurality of frequencies which are inputted in advance from a monostable multivibrator. Adjusted. Specifically, the input offset of the logarithmic amplifier circuit, the input offset of the inverting amplifier circuit, and the amplification factor are adjusted. Note that a logarithmic amplifier circuit and an inverting amplifier circuit including a correlation setting circuit function as a memory circuit.

同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述した第一特徴構成に加えて、前記周波数検出回路は、前記トリガ信号列から所定の振幅及びパルス幅の単一のパルスをその周波数に対応したパルス信号列として繰り返し出力する単安定マルチバイブレータで構成されている点にある。In the second feature configuration, as described in claim 2, in addition to the first feature configuration described above, the frequency detection circuit receives a single pulse having a predetermined amplitude and pulse width from the trigger signal sequence. This is because it is composed of a monostable multivibrator that repeatedly outputs a pulse signal sequence corresponding to the frequency.

外部から当該装置に任意のデューティ比のトリガ信号列が入力されても、単安定マルチバイブレータによって所定の振幅及びパルス幅の単一のパルスがその周波数に対応したパルス信号列として繰り返し出力される。その結果、当該信号列の平均電流はトリガ信号列の周波数に対応した値となる。即ち、単安定マルチバイブレータは周波数検出回路として好適に機能する。Even if a trigger signal sequence having an arbitrary duty ratio is input from the outside to the device, a single pulse having a predetermined amplitude and pulse width is repeatedly output as a pulse signal sequence corresponding to the frequency by the monostable multivibrator. As a result, the average current of the signal sequence becomes a value corresponding to the frequency of the trigger signal sequence. That is, the monostable multivibrator functions suitably as a frequency detection circuit.

同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述した第一または第二特徴構成に加えて、前記半導体レーザの出力強度を検出するモニタ回路を備え、前記増幅回路に前記モニタ回路で検出される出力強度に基づいて増幅率を調整する増幅率調整回路を備えている点にある。 In addition to the first or second feature configuration described above, the third feature configuration includes a monitor circuit that detects the output intensity of the semiconductor laser, and the amplification circuit includes the monitor. An amplification factor adjustment circuit that adjusts the amplification factor based on the output intensity detected by the circuit is provided.

半導体レーザが長時間に亘ってパルス駆動されると、温度上昇を招いて発光特性が変動する。そこで、モニタ回路により半導体レーザの出力強度を検出し、その値に基づいて増幅回路の増幅率を調整することにより、温度変動に追従して安定的に緩和振動の第1波のみからなるパルス状のレーザ光を出射させることができるようになる。 When the semiconductor laser is pulse-driven for a long time, the temperature rises and the light emission characteristics fluctuate. Therefore, the output intensity of the semiconductor laser is detected by the monitor circuit, and the amplification factor of the amplifier circuit is adjusted based on the detected value, so that the pulse shape is formed of only the first wave of the relaxation oscillation stably following the temperature fluctuation. of ing to the laser beam can be emitted.

以上説明した通り、本発明によれば、任意の周波数の駆動電流パルスが装置に入力された場合でも、その周波数で安定的に単峰パルスのレーザ光を出射させることができる短光パルス発生装置を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, even when a drive current pulse having an arbitrary frequency is input to the apparatus, a short optical pulse generator capable of stably emitting a single-peak pulse laser beam at that frequency. it has become possible to provide a location.

短光パルス発生装置の機能ブロック構成図Functional block diagram of short optical pulse generator (a)から(c)は半導体レーザへの注入電流(印加電流)と出力光の関係説明図(A) to (c) are explanatory diagrams of the relationship between the injection current (applied current) to the semiconductor laser and the output light. (a),(b)は単峰パルスを発生させることができる半導体レーザへの印加電流値とそのパルス周波数の相関関係特性図(A), (b) is the correlation characteristic figure of the electric current value applied to the semiconductor laser which can generate a single peak pulse, and its pulse frequency (a)は一般的な半導体レーザ駆動信号及び駆動回路の説明図、(b)は波形説明図(A) is an explanatory diagram of a general semiconductor laser drive signal and drive circuit, (b) is a waveform explanatory diagram. (a)は外部入力されるトリガ信号列の波形説明図、(b)は波形整形されたパルス信号列の波形説明図、(c)は増幅回路で増幅された電流パルス列の波形説明図、(d)はバイアス電流が加算された半導体レーザへの印加電流の波形説明図(A) is a waveform explanatory diagram of an externally input trigger signal sequence, (b) is a waveform explanatory diagram of a waveform-shaped pulse signal sequence, (c) is a waveform explanatory diagram of a current pulse sequence amplified by an amplifier circuit, d) Waveform explanatory diagram of the current applied to the semiconductor laser to which the bias current is added 別実施形態を示す短光パルス発生装置の機能ブロック構成図Functional block diagram of a short optical pulse generator showing another embodiment 別実施形態を示す周波数検出回路と記憶回路の説明図Explanatory drawing of the frequency detection circuit and memory circuit which show another embodiment 対数増幅回路の入力オフセット特性の説明図Illustration of input offset characteristics of logarithmic amplifier circuit

以下、本発明による短光パルス発生装置及び短光パルス発生方法の実施形態を説明する。短光パルス発生装置は、半導体レーザにパルス電流を印加して単峰パルス、即ち緩和振動による発光開始直後の最も発光強度が大きな第1波のみからなり第2波以降のサブパルスを含まないパルス状のレーザ光を発生させるゲインスイッチング法を用いた装置である。   Hereinafter, embodiments of a short light pulse generator and a short light pulse generation method according to the present invention will be described. The short optical pulse generator is a pulse that does not include a sub-pulse after the second wave only by applying a pulse current to the semiconductor laser to form a single-peak pulse, that is, the first wave having the highest emission intensity immediately after the start of light emission by relaxation oscillation. It is an apparatus using a gain switching method for generating a laser beam.

図1には、短光パルス発生装置の機能ブロックの構成が示されている。短光パルス発生装置1は、波形整形回路2と、振幅調整回路3と、電流印加回路4と、半導体レーザLDと、内部発振器5とを備えた電子回路基板で構成されている。   FIG. 1 shows a functional block configuration of the short optical pulse generator. The short optical pulse generator 1 includes an electronic circuit board including a waveform shaping circuit 2, an amplitude adjustment circuit 3, a current application circuit 4, a semiconductor laser LD, and an internal oscillator 5.

波形整形回路2は、外部から入力される任意の周波数のトリガ信号列を所定パルス幅のパルス信号列に波形成形する回路である。トリガ信号列のパルス幅がどのような値であっても、所定パルス幅のパルス信号列に波形成形される。   The waveform shaping circuit 2 is a circuit that shapes a waveform of a trigger signal sequence having an arbitrary frequency input from the outside into a pulse signal sequence having a predetermined pulse width. Regardless of the value of the pulse width of the trigger signal sequence, the waveform is formed into a pulse signal sequence having a predetermined pulse width.

所定パルス幅は、短光パルス発生装置毎に、実験等により適宜設定される値であり、少なくとも半導体レーザへ電流を印加してから緩和振動が発生するまでの時間、つまり発光開始時間以上の時間が最終的に半導体レーザに印加されるように設定される値であればよく、発光開始時間と緩和振動の振動周期とを加算した時間に限るものではない。但し、所定パルス幅の値が長すぎると、緩和振動による第2波以降のサブパルスを含んでしまうため、そのようにならない範囲で適宜設定される。   The predetermined pulse width is a value that is appropriately set by experiment or the like for each short optical pulse generator, and is at least the time from when current is applied to the semiconductor laser until relaxation oscillation occurs, that is, the time that is longer than the light emission start time. Is a value that is set so as to be finally applied to the semiconductor laser, and is not limited to the time obtained by adding the light emission start time and the oscillation period of the relaxation oscillation. However, if the value of the predetermined pulse width is too long, sub-pulses after the second wave due to relaxation oscillation are included, and therefore, it is appropriately set within such a range that does not occur.

本実施形態では、近赤外波長のレーザ光を出力する化合物半導体が用いられ、半導体レーザの種類や個体差の他、実際に半導体レーザに印加されるまでの回路や信号線のインピーダンス等の影響を考慮して、所定パルス幅は半値全幅で80ピコ秒から1ナノ秒の範囲に設定される。   In this embodiment, a compound semiconductor that outputs laser light with a near-infrared wavelength is used, and in addition to the type and individual difference of the semiconductor laser, the influence of the circuit and signal line impedance until actually applied to the semiconductor laser, etc. In consideration of the above, the predetermined pulse width is set in the range of 80 picoseconds to 1 nanosecond in full width at half maximum.

振幅調整回路3は、波形整形回路2から出力されるパルス信号列の振幅値を、トリガ信号列の周波数に応じて予め設定された電流値のパルス信号列に自動調整する回路である。振幅調整回路3によって、単峰パルスが得られるような電流値に調整される。   The amplitude adjustment circuit 3 is a circuit that automatically adjusts the amplitude value of the pulse signal sequence output from the waveform shaping circuit 2 to a pulse signal sequence having a preset current value according to the frequency of the trigger signal sequence. The amplitude adjustment circuit 3 adjusts the current value so that a single peak pulse is obtained.

電流印加回路4は、振幅調整回路3で振幅値が自動調整されたパルス信号列に所定の直流バイアス電流値を加算して半導体レーザLDに印加する回路である。図4(b)に示すように、半導体レーザの良好で安定したスイッチング特性を得るためには、パルス電流に直流バイアス電流を加算した注入電流を半導体レーザに印加する必要がある。   The current application circuit 4 is a circuit that adds a predetermined DC bias current value to the pulse signal train whose amplitude value has been automatically adjusted by the amplitude adjustment circuit 3 and applies the pulse current to the semiconductor laser LD. As shown in FIG. 4B, in order to obtain good and stable switching characteristics of the semiconductor laser, it is necessary to apply an injection current obtained by adding a DC bias current to the pulse current to the semiconductor laser.

そのため、図4(a)に示すように、一般的にはパルス発生器で生成したパルス電圧と、直流バイアス生成回路で生成した直流バイアス電圧とを加算する加算回路を備え、加算回路で加算された電圧を電圧/電流変換回路で変換した電流パルスが半導体レーザに印加される。電流印加回路4は、この加算回路と同様の機能を実現する回路である。   Therefore, as shown in FIG. 4 (a), an adder circuit for adding the pulse voltage generated by the pulse generator and the DC bias voltage generated by the DC bias generator circuit is generally provided and added by the adder circuit. A current pulse obtained by converting the obtained voltage by the voltage / current conversion circuit is applied to the semiconductor laser. The current application circuit 4 is a circuit that realizes the same function as this addition circuit.

図1に戻り、振幅調整回路3は、入力されたトリガ信号列の周波数を検出する周波数検出回路31と、単峰パルスを発生させるために半導体レーザLDへ印加する電流の周波数と振幅値の固有の相関関係を記憶する記憶回路32と、周波数検出回路31で検出された周波数と記憶回路32に記憶された相関関係に基づいてパルス信号列の振幅値を自動調整する増幅回路33とを備えている。   Returning to FIG. 1, the amplitude adjustment circuit 3 has a frequency detection circuit 31 for detecting the frequency of the input trigger signal sequence, and the frequency and amplitude values of the current applied to the semiconductor laser LD in order to generate a single peak pulse. And an amplifier circuit 33 that automatically adjusts the amplitude value of the pulse signal sequence based on the frequency detected by the frequency detection circuit 31 and the correlation stored in the storage circuit 32. Yes.

記憶回路32として主に半導体メモリが用いられ、書換え可能なフラッシュメモリが好適に用いられる。増幅回路33は、波形整形回路2から出力されるパルス信号列を電圧/電流変換するとともに、その電流を増幅する回路である。   A semiconductor memory is mainly used as the memory circuit 32, and a rewritable flash memory is preferably used. The amplifier circuit 33 is a circuit that performs voltage / current conversion on the pulse signal string output from the waveform shaping circuit 2 and amplifies the current.

増幅回路33の具体的な回路構成は特に限定されるものではなく、波形整形回路2から出力されるパルス信号列の電圧値を上述の相関関係に基づいて所定の電圧値に増幅する電圧増幅回路と、当該電圧増幅回路の出力を電圧/電流変換する変換回路を備えて構成することができる。   The specific circuit configuration of the amplifier circuit 33 is not particularly limited, and a voltage amplifier circuit that amplifies the voltage value of the pulse signal string output from the waveform shaping circuit 2 to a predetermined voltage value based on the above-described correlation. And a conversion circuit that performs voltage / current conversion on the output of the voltage amplification circuit.

また、波形整形回路2から出力されるパルス信号列の電流値を上述の相関関係に基づいて所定の電流値に増幅する電流増幅回路で構成することも可能である。つまり、振幅調整回路3は、波形整形回路2から出力されるパルス信号列の振幅値を、トリガ信号列の周波数に応じて予め設定された電流値のパルス信号列に自動調整する機能が実現されればよい。   It is also possible to configure the current value of the pulse signal sequence output from the waveform shaping circuit 2 with a current amplification circuit that amplifies the current value to a predetermined current value based on the above-described correlation. That is, the amplitude adjustment circuit 3 has a function of automatically adjusting the amplitude value of the pulse signal sequence output from the waveform shaping circuit 2 to a pulse signal sequence having a preset current value according to the frequency of the trigger signal sequence. Just do it.

図2(a)に示すように、半導体レーザLDへのパルス状の印加電流値(図では、「注入電流」と表記されている。)が低い場合には、半導体レーザLDから十分な強度の光が出射されず、図2(b)に示すように、半導体レーザLDへのパルス状の印加電流値が大き過ぎると、発光開始直後に最も発光強度が大きな第1波、続いて第2波、第3波とサブパルスが付加された光パルスが発生する。   As shown in FIG. 2A, when the pulsed applied current value (indicated as “injection current” in the figure) to the semiconductor laser LD is low, the semiconductor laser LD has a sufficient intensity. If no light is emitted and the pulsed applied current value to the semiconductor laser LD is too large as shown in FIG. 2B, the first wave having the highest emission intensity immediately after the start of light emission, and then the second wave. Then, an optical pulse to which the third wave and the sub pulse are added is generated.

しかし、図2(c)に示すように、適正な値の電流が印加されると、安定した単峰パルスが得られる。この適正な値の電流が、そのパルス幅を所定の値に固定した場合に、パルス状の印加電流の周波数によって異なるため、上述の波形整形回路2によって調整されるのである。   However, as shown in FIG. 2C, when a current having an appropriate value is applied, a stable unimodal pulse can be obtained. When the pulse width is fixed to a predetermined value, the appropriate value of current varies depending on the frequency of the pulsed applied current, and is adjusted by the waveform shaping circuit 2 described above.

図3(a)には、ある半導体レーザに対する印加電流のパルス周波数と、単峰パルスを得るための正規化された最適な電流値との相関関係が示されている。光オッシロスコープで当該半導体レーザの発光波形をモニタしながら、図2(c)の実線で示した単峰パルスが得られるように、半導体レーザに印加する電流値を調整する作業を、100Hzから約250MHzまで繰り返すことにより得られた相関関係である。   FIG. 3A shows the correlation between the pulse frequency of the current applied to a semiconductor laser and the normalized optimum current value for obtaining a single peak pulse. While monitoring the emission waveform of the semiconductor laser with an optical oscilloscope, the operation of adjusting the value of the current applied to the semiconductor laser is performed from 100 Hz to about 250 MHz so that the single peak pulse shown by the solid line in FIG. It is the correlation obtained by repeating until.

この例では、最適な電流値は、100Hz程度から100kHzまでの周波数域では略フラットな特性であるが、100kHzを超えると周波数が高くなるに連れて次第に低くなる。例えば、100Hz程度から100kHzまでの周波数域で80%(例えば100mA)のパルス電流を印加すると、単峰パルスが得られる場合に、10MHzでは約62%(前記のように80%に相当する電流値が100mAである場合には約78mA)のパルス電流を印加すると、単峰パルスが得られる。しかし、10MHzで80%(100mA)のパルス電流を印加すると、図2(b)に示すような第2波や第3波を含む光パルスが発生する。   In this example, the optimum current value has a substantially flat characteristic in the frequency range from about 100 Hz to 100 kHz, but when it exceeds 100 kHz, it gradually decreases as the frequency increases. For example, when a pulse current of 80% (for example, 100 mA) is applied in a frequency range from about 100 Hz to 100 kHz, when a single peak pulse is obtained, the current value corresponding to 80% is obtained at 10 MHz (as described above). When a pulse current of about 78 mA is applied when the current is 100 mA, a unimodal pulse is obtained. However, when a pulse current of 80% (100 mA) is applied at 10 MHz, an optical pulse including the second wave and the third wave as shown in FIG. 2B is generated.

そこで、図3(a)で説明した相関関係に基づいて、所望のパルス周波数に対して単峰パルスが得られるような電流値を求め、当該電流値のパルス電流を半導体レーザLDに印加すれば、パルス電流の周波数にかかわらず安定して単峰パルスが得られるようになる。   Therefore, based on the correlation described with reference to FIG. 3A, a current value such that a single peak pulse is obtained with respect to a desired pulse frequency is obtained, and a pulse current of the current value is applied to the semiconductor laser LD. A single peak pulse can be obtained stably regardless of the frequency of the pulse current.

ある特定の条件下でステップ的な電流を半導体レーザに印加する場合には、レート方程式に基づいて発光開始時間及び緩和振動の振動周期をほぼ正確に求めることができるので、その値に基づいて単峰パルスを発生させるために必要な電流のパルス幅を制御することも考えられる。   When a stepped current is applied to the semiconductor laser under a specific condition, the light emission start time and the oscillation period of the relaxation oscillation can be obtained almost accurately based on the rate equation. It is also conceivable to control the pulse width of the current required to generate the peak pulse.

しかし、現実は半導体レーザへの印加電流値や温度等が変動すると発光開始時間も変動すること、駆動回路や配線のインピーダンスの影響等の様々な要因が絡むこと、さらには高い周波数で繰り返しパルス状の電流を半導体レーザに印加する場合には、キャリア密度の変化も複雑になり一様ではないこと等のため、半導体レーザに印加する電流のパルス幅を細かく制御するのは極めて困難である。   However, in reality, when the current applied to the semiconductor laser, the temperature, etc. vary, the light emission start time also varies, and various factors such as the influence of the impedance of the drive circuit and wiring are involved. When this current is applied to the semiconductor laser, it is extremely difficult to finely control the pulse width of the current applied to the semiconductor laser because the change in carrier density is complicated and not uniform.

本発明によれば、上述した相関関係に基づいて振幅調整回路3により電流値を制御するだけで、波形整形回路2から出力されるパルス信号列のパルス幅が所定の値に固定されていても、安定して単峰パルスが得られるのである。   According to the present invention, even if the current value is controlled by the amplitude adjustment circuit 3 based on the above-described correlation, the pulse width of the pulse signal sequence output from the waveform shaping circuit 2 is fixed to a predetermined value. A single peak pulse can be obtained stably.

具体的に、周波数検出回路31は、トリガ信号列の周波数が数値入力される周波数入力回路と、周波数入力回路に入力された周波数に基づいて記憶回路32から対応する振幅値を読み出して増幅回路33に出力する読出回路を備えて構成することができる。   Specifically, the frequency detection circuit 31 reads a corresponding amplitude value from the storage circuit 32 based on the frequency input circuit to which the frequency of the trigger signal string is numerically input, and the frequency input to the frequency input circuit, and the amplification circuit 33. It is possible to provide a readout circuit that outputs to

周波数入力回路は、例えば、数値入力キーを備えて構成することができ、数値入力キーを操作して周波数を数値入力すれば、その値が周波数として認識されるデジタル回路である。また、周波数入力回路は、外部のコンピュータから通信線を介して伝送された周波数データを受信する受信回路を備え、当該受信回路で受信されたデータが周波数として認識されるデジタル回路で構成することもできる。   The frequency input circuit can be configured with, for example, a numerical value input key, and is a digital circuit that recognizes a value as a frequency when the numerical value is input by operating the numerical value input key. In addition, the frequency input circuit may include a reception circuit that receives frequency data transmitted from an external computer via a communication line, and may be configured by a digital circuit that recognizes data received by the reception circuit as a frequency. it can.

また、周波数検出回路31は、トリガ信号列の立上りエッジまたは立下りエッジを計数して周波数を算出する周波数カウンタと、周波数カウンタで算出された周波数に基づいて記憶回路から対応する振幅値を読み出して増幅回路33に出力する読出回路を備えて構成することもできる。   The frequency detection circuit 31 counts the rising edge or falling edge of the trigger signal sequence to calculate the frequency, and reads the corresponding amplitude value from the storage circuit based on the frequency calculated by the frequency counter. A readout circuit that outputs to the amplifier circuit 33 can also be provided.

周波数カウンタは、例えば、トリガ信号列の立上りエッジまたは立下りエッジを検出するエッジ検出回路と、検出されたエッジを計数するカウンタ回路を含むデジタル信号処理回路で構成することができ、またトリガ信号列をA/D変換器を介して入力し、その値から周波数を算出するコンピュータで構成することもできる。   The frequency counter can be constituted by, for example, a digital signal processing circuit including an edge detection circuit that detects a rising edge or a falling edge of a trigger signal string and a counter circuit that counts detected edges, and the trigger signal string. Can be input via an A / D converter, and a computer that calculates a frequency from the value can also be configured.

上述の波形整形回路2、周波数検出回路31、記憶回路32をマイクロコンピュータ及びその周辺回路で構成することもできる。   The above-described waveform shaping circuit 2, frequency detection circuit 31, and storage circuit 32 can also be constituted by a microcomputer and its peripheral circuits.

図5(a)には外部入力される所望の周波数で振幅値及びパルス幅が任意のトリガ信号列が示され、図5(b)には波形整形回路で整形された所定振幅で所定パルス幅のパルス信号列が示され、図5(c)には増幅回路33で所望の電流値に増幅された電流パルス列が示され、図5(d)には電流印加回路4で直流バイアス電流が印加され、半導体レーザLDに印加される電流波形が示されている。当該電流波形のパルス電流が半導体レーザLDに印加されることにより、安定的に単峰パルスが出力できるようになる。   FIG. 5A shows a trigger signal sequence having an arbitrary amplitude value and pulse width at a desired frequency inputted externally, and FIG. 5B shows a predetermined pulse width with a predetermined amplitude shaped by the waveform shaping circuit. FIG. 5C shows a current pulse train amplified to a desired current value by the amplifier circuit 33, and FIG. 5D shows the application of a DC bias current by the current application circuit 4. The waveform of the current applied to the semiconductor laser LD is shown. By applying a pulse current of the current waveform to the semiconductor laser LD, a single peak pulse can be stably output.

即ち、上述した短光パルス発生装置で、外部から入力される任意の周波数のトリガ信号列を所定パルス幅のパルス信号列に波形成形する波形整形ステップと、波形整形ステップから出力されるパルス信号列の振幅値を、トリガ信号列の周波数に応じて予め設定された電流値のパルス信号列に自動調整する振幅調整ステップと、振幅調整ステップで振幅値が自動調整されたパルス信号列に所定の直流バイアス電流値を加算して半導体レーザに印加する電流印加ステップとを含む短光パルス発生方法が実行される。   That is, in the short optical pulse generator described above, a waveform shaping step for shaping a trigger signal sequence of an arbitrary frequency input from the outside into a pulse signal sequence having a predetermined pulse width, and a pulse signal sequence output from the waveform shaping step An amplitude adjustment step for automatically adjusting the amplitude value of the signal to a pulse signal sequence having a preset current value according to the frequency of the trigger signal sequence, and a predetermined direct current to the pulse signal sequence whose amplitude value has been automatically adjusted in the amplitude adjustment step A short light pulse generation method including a current application step of adding a bias current value and applying the bias current value to the semiconductor laser is executed.

そして、振幅調整ステップでは、トリガ信号列の周波数を検出する周波数検出ステップと、単峰パルスを発生させるために半導体レーザへ印加する電流の周波数と振幅値の固有の相関関係を予め記憶回路に記憶する記憶ステップと、周波数検出ステップで検出された周波数と記憶回路に記憶された相関関係に基づいてパルス信号列の振幅値を自動調整する増幅ステップとが実行される。   In the amplitude adjustment step, the frequency detection step for detecting the frequency of the trigger signal sequence, and the specific correlation between the frequency of the current applied to the semiconductor laser and the amplitude value to generate a single peak pulse are stored in the storage circuit in advance. And an amplification step of automatically adjusting the amplitude value of the pulse signal sequence based on the correlation detected in the frequency detection step and the correlation stored in the storage circuit.

図6には、短光パルス発生装置1に、半導体レーザLDの出力強度を検出するモニタ回路としてのフォトダイオードPDが設けられ、増幅回路33にモニタ回路PDで検出されるレーザ光の出力強度に基づいて増幅率を調整する増幅率調整回路34がさらに設けられた例が示されている。   In FIG. 6, the short light pulse generator 1 is provided with a photodiode PD as a monitor circuit for detecting the output intensity of the semiconductor laser LD, and the amplifier circuit 33 has the output intensity of the laser light detected by the monitor circuit PD. An example is shown in which an amplification factor adjustment circuit 34 that adjusts the amplification factor is further provided.

半導体レーザLDが長時間に亘ってパルス駆動されると、温度上昇を招いて発光特性が変動する。そのような場合でも、モニタ回路PDにより半導体レーザLDの出力強度が検出され、その値に基づいて増幅回路33の増幅率が調整されるので、温度変動に追従して安定的に所望の単峰パルスが出射される。つまり、増幅率調整回路34により、モニタ回路PDにより半導体レーザLDの出力強度が一定の目標強度になるように、記憶回路32から読み出された電流値に対する増幅率がフィードバック補正される。   When the semiconductor laser LD is pulse-driven for a long time, the temperature rises and the light emission characteristics fluctuate. Even in such a case, the output intensity of the semiconductor laser LD is detected by the monitor circuit PD, and the amplification factor of the amplifier circuit 33 is adjusted based on the detected value. A pulse is emitted. In other words, the amplification factor adjustment circuit 34 feedback corrects the amplification factor for the current value read from the storage circuit 32 so that the output intensity of the semiconductor laser LD becomes a constant target intensity by the monitor circuit PD.

上述のモニタ回路PDにより半導体レーザの出力強度を検出するモニタステップが実行され、増幅率調整回路34により増幅ステップにおいてモニタステップで検出される出力強度に基づいて増幅率を調整する増幅率調整ステップが実行される。   The monitor step of detecting the output intensity of the semiconductor laser is executed by the monitor circuit PD described above, and the amplification factor adjustment step of adjusting the amplification factor based on the output intensity detected in the monitor step in the amplification step by the amplification factor adjustment circuit 34. Executed.

内部発振器5は、上述した電流の周波数と振幅値の固有の相関関係を記憶回路32に記憶する際に用いられる。先ず、内部発振器5からの出力が波形整形回路2及び周波数検出回路31に入力されるように、内部発振器5と外部トリガ信号を切り替えるスイッチが操作される。   The internal oscillator 5 is used when storing the inherent correlation between the current frequency and the amplitude value in the storage circuit 32. First, the switch for switching between the internal oscillator 5 and the external trigger signal is operated so that the output from the internal oscillator 5 is input to the waveform shaping circuit 2 and the frequency detection circuit 31.

次に、内部発振器5による発振周波数を100Hzにセットし、半導体レーザLDの出力光を光オッシロスコープでモニタしながら、単峰パルスが出力されるように、増幅回路33の増幅率を調整する。具体的には記憶回路32のデータを、治具として外部接続された計算機を介して書き換えることにより増幅回路33の増幅率を調整することができる。   Next, the oscillation frequency of the internal oscillator 5 is set to 100 Hz, and the amplification factor of the amplifier circuit 33 is adjusted so that a single peak pulse is output while monitoring the output light of the semiconductor laser LD with an optical oscilloscope. Specifically, the gain of the amplifier circuit 33 can be adjusted by rewriting data in the memory circuit 32 via a computer connected externally as a jig.

内部発振器5による発振周波数を100Hzから100MHzまで一桁ずつ切り替えて、このような調整作業を繰り返すことにより、100Hzから100MHzまで周波数を一桁ずつ切り替えた周波数に対する増幅率或いは電流値が求まる。尚、求めた増幅率或いは電流値は任意に設定した基準増幅率或いは基準電流値に基づいて正規化した値であり、その値が記憶回路32に書き込まれる。   By switching the oscillation frequency of the internal oscillator 5 one digit at a time from 100 Hz to 100 MHz and repeating such adjustment work, the amplification factor or current value for the frequency at which the frequency is switched one digit at a time from 100 Hz to 100 MHz can be obtained. The obtained amplification factor or current value is a value normalized based on an arbitrarily set reference amplification factor or reference current value, and the value is written in the storage circuit 32.

図3(b)には、このようにして求められた相関関係が示されている。求められた各周波数における最適電流値間の中間の値は、その間を線形補間することにより決定することができる。調整により得られた一桁の周波数域を所定の周波数間隔で線形補間した値を記憶回路32に記憶し、トリガ信号列の周波数にもっとも近い周波数に対応して記憶回路32から読み出した最適電流値で増幅回路33を制御してもよいし、トリガ信号列の周波数が含まれる直近の上下の周波数に対応する最適電流値を記憶回路32から読み出して、その間を線形補間した値を最適電流値として増幅回路33を制御してもよい。   FIG. 3B shows the correlation obtained in this way. An intermediate value between the obtained optimum current values at each frequency can be determined by linear interpolation between the values. A value obtained by linear interpolation of the single-digit frequency range obtained by the adjustment at a predetermined frequency interval is stored in the storage circuit 32, and the optimum current value read from the storage circuit 32 corresponding to the frequency closest to the frequency of the trigger signal sequence is stored. The amplifier circuit 33 may be controlled by the above, or an optimum current value corresponding to the latest upper and lower frequencies including the frequency of the trigger signal sequence is read from the storage circuit 32, and a value obtained by linear interpolation between the optimum current values is used as the optimum current value. The amplifier circuit 33 may be controlled.

図7には、さらに別の態様の周波数検出回路31及び記憶回路32が示されている。
周波数検出回路31は、トリガ信号列から所定の振幅及びパルス幅の単一のパルスをその周波数に対応したパルス信号列として繰り返し出力する単安定マルチバイブレータ310で構成されている。
FIG. 7 shows a frequency detection circuit 31 and a storage circuit 32 of still another aspect.
The frequency detection circuit 31 includes a monostable multivibrator 310 that repeatedly outputs a single pulse having a predetermined amplitude and pulse width as a pulse signal sequence corresponding to the frequency from the trigger signal sequence.

記憶回路32は、単安定マルチバイブレータ310から出力されたパルス信号列を対数変換する対数増幅回路320と、対数増幅回路320の出力信号を反転増幅する反転増幅回路325とを備えて構成されている。   The memory circuit 32 includes a logarithmic amplifier circuit 320 that performs logarithmic conversion on the pulse signal sequence output from the monostable multivibrator 310, and an inverting amplifier circuit 325 that inverts and amplifies the output signal of the logarithmic amplifier circuit 320. .

さらに、単安定マルチバイブレータ310から任意の周波数のパルス信号列が入力されたときに、上述の相関関係を示す振幅値に対応した信号が出力されるように、対数増幅回路320の入力オフセット、反転増幅回路325の入力オフセット及び増幅率を調整する相関関係設定回路321,326,327を備えている。   Further, when a pulse signal sequence having an arbitrary frequency is input from the monostable multivibrator 310, the input offset and inversion of the logarithmic amplifier circuit 320 are output so that a signal corresponding to the amplitude value indicating the above correlation is output. Correlation setting circuits 321, 326 and 327 for adjusting the input offset and amplification factor of the amplifier circuit 325 are provided.

端子Aに入力された任意のパルス幅のトリガ信号列は、フリップフロップ回路、抵抗R1、コンデンサC1で構成される単安定マルチバイブレータ310により、パルス幅Td(C1×R1)、振幅Vhのパルス信号列に波形整形される。   A trigger signal sequence having an arbitrary pulse width input to the terminal A is converted into a pulse signal having a pulse width Td (C1 × R1) and an amplitude Vh by a monostable multivibrator 310 including a flip-flop circuit, a resistor R1, and a capacitor C1. Waveform shaping into columns.

次段の対数変換のトランジスタTr1の時間応答特性が十分低い場合は、抵抗R2に流れる電流I1は、パルス信号列の平均電流として計算することが可能になる。このとき、I1=Td×F×(Vh/R2)と表すことができる。Fはトリガ信号列の周波数である。即ち、当該パルス信号列の平均電流はトリガ信号列の周波数に対応した値となり、周波数検出回路31として機能する。   When the time response characteristic of the logarithmic conversion transistor Tr1 in the next stage is sufficiently low, the current I1 flowing through the resistor R2 can be calculated as an average current of the pulse signal train. At this time, it can be expressed as I1 = Td × F × (Vh / R2). F is the frequency of the trigger signal train. That is, the average current of the pulse signal sequence becomes a value corresponding to the frequency of the trigger signal sequence, and functions as the frequency detection circuit 31.

この電流I1に、さらに端子Bから抵抗R3を介して入力される定電流I2が加算された加算電流がトランジスタTr1とオペアンプOP1で構成される対数増幅回路320に入力される。   An addition current obtained by adding the constant current I2 input from the terminal B via the resistor R3 to the current I1 is input to the logarithmic amplifier circuit 320 including the transistor Tr1 and the operational amplifier OP1.

図7の下部中央のグラフに示されているように、抵抗R3を介して入力される定電流I2(オフセット電流)により、対数増幅回路320の出力電圧V1の水平部の長さが設定される。つまり、定電流I2が入力される抵抗R3により相関関係設定回路321が構成されている。   As shown in the lower center graph of FIG. 7, the length of the horizontal portion of the output voltage V1 of the logarithmic amplifier circuit 320 is set by the constant current I2 (offset current) input through the resistor R3. . That is, the correlation setting circuit 321 is configured by the resistor R3 to which the constant current I2 is input.

図8には、定電流I2の値を変化させたときの対数増幅回路320の出力電圧と単安定マルチバイブレータ310から出力されるパルス信号列の周波数の特性が示されている。定電流I2の値を調整することにより、図3(a)に示すパルス周波数が100Hzから100kHzまでのフラットな領域の範囲が設定される。   FIG. 8 shows the characteristics of the output voltage of the logarithmic amplifier circuit 320 and the frequency of the pulse signal sequence output from the monostable multivibrator 310 when the value of the constant current I2 is changed. By adjusting the value of the constant current I2, a flat region range in which the pulse frequency shown in FIG. 3A is 100 Hz to 100 kHz is set.

対数変換された電圧V1は反転増幅回路325に入力され、図7の下部右側のグラフに示されているように、極性が反転されて出力される。そして、このとき抵抗R7に流れるオフセット電流によって出力がプラス側にシフトされる。   The logarithmically converted voltage V1 is input to the inverting amplifier circuit 325 and output with the polarity inverted as shown in the lower right graph of FIG. At this time, the output is shifted to the plus side by the offset current flowing through the resistor R7.

抵抗R7を調整することによってシフト量を調整することができる。その調整量は以下の数式で示される。尚、Vsは、反転増幅回路325のマイナス側電源の電源電圧値である。
シフト量=(R6/R7)×Vs
The shift amount can be adjusted by adjusting the resistor R7. The adjustment amount is expressed by the following mathematical formula. Vs is the power supply voltage value of the negative power source of the inverting amplifier circuit 325.
Shift amount = (R6 / R7) × Vs

反転増幅回路325の増幅率は抵抗R6により調整することができ、グラフの下垂部の傾きを調整することができる。このとき、増幅率は以下の数式で示される。
増幅率=−(R6/R5)
The amplification factor of the inverting amplifier circuit 325 can be adjusted by the resistor R6, and the slope of the drooping portion of the graph can be adjusted. At this time, the amplification factor is expressed by the following equation.
Amplification factor =-(R6 / R5)

つまり、シフト量を調整する抵抗R7により、図3(a)のパルス周波数が100Hzから100kHzまでのフラットな領域のレベルを予め調整する相関関係設定回路326が構成され、抵抗R7が調整された後に、増幅率を調整する抵抗R6により、図3(a)のパルス周波数が100kHzより高周波数側での下垂部の傾きを予め調整する相関関係設定回路327が構成されている。   That is, after the resistance R7 is adjusted, the correlation setting circuit 326 that adjusts in advance the level of the flat region in which the pulse frequency of FIG. 3A is 100 Hz to 100 kHz is configured by the resistance R7 that adjusts the shift amount. The correlation setting circuit 327 that preliminarily adjusts the slope of the drooping portion when the pulse frequency of FIG.

電流I2、抵抗R7,R6を順に予め調整することにより、半導体レーザに対する印加電流のパルス周波数と、緩和振動により第1波のみからなる単峰パルスを得るための正規化された最適な電流値との相関関係が設定される。従って、この態様の対数増幅回路320と、反転増幅回路325と、対数増幅回路320の入力オフセット、反転増幅回路325の入力オフセット及び増幅率を調整する相関関係設定回路321,326,327は、アナログの記憶回路32として機能する。   By adjusting the current I2 and the resistors R7 and R6 in order in advance, the pulse frequency of the current applied to the semiconductor laser and the normalized optimum current value for obtaining a unimodal pulse consisting only of the first wave by relaxation oscillation, Correlation is set. Therefore, the logarithmic amplifier circuit 320, the inverting amplifier circuit 325, and the correlation setting circuits 321, 326 and 327 for adjusting the input offset of the logarithmic amplifier circuit 320, the input offset of the inverting amplifier circuit 325, and the amplification factor are analog It functions as the memory circuit 32.

このような態様の短光パルス発生装置に、さらに上述した増幅率調整回路34を組み込むことも可能である。   It is also possible to incorporate the above-described amplification factor adjusting circuit 34 into the short optical pulse generator of such an aspect.

上述した相関関係は、使用する半導体レーザの種類によって異なり、また、同じ種類の半導体レーザであっても個体差により異なる場合がある。そのような場合でも、本発明による短光パルス発生装置及び短光パルス発生方法を採用すれば、半導体レーザ毎に初期に相関関係を求めて記憶回路32に相関関係を記憶しておけば、その後使用者が調整する手間が無くなり、所望の周波数のトリガ信号列を短光パルス発生装置に入力するだけで、安定的に単峰パルスを得ることが出来るようになる。   The above-described correlation varies depending on the type of semiconductor laser used, and even the same type of semiconductor laser may vary depending on individual differences. Even in such a case, if the short light pulse generation device and the short light pulse generation method according to the present invention are employed, a correlation is first obtained for each semiconductor laser, and the correlation is stored in the storage circuit 32. There is no need for the user to make adjustments, and a single-peak pulse can be stably obtained simply by inputting a trigger signal sequence having a desired frequency to the short optical pulse generator.

上述した実施形態では、近赤外波長のレーザ光を出力する化合物半導体を例に説明したが、本発明に用いられる半導体レーザの種類やその発光波長は特に制限されず、例えば可視光領域や紫外線波長領域であってもよい。   In the above-described embodiment, a compound semiconductor that outputs laser light having a near-infrared wavelength has been described as an example. However, the type and emission wavelength of the semiconductor laser used in the present invention are not particularly limited. It may be a wavelength region.

本発明による短光パルス発生装置は、半導体レーザを用いた加工装置、距離や形状を計測したり、医療分野等で蛍光寿命を測定する各種の計測装置に好適に用いることができる。   The short light pulse generator according to the present invention can be suitably used for a processing device using a semiconductor laser, various measuring devices for measuring distances and shapes, and measuring fluorescence lifetime in the medical field and the like.

上述した実施形態は、本発明の一実施形態に過ぎず、該記載により本発明の範囲が限定されるものではない。短光パルス(単峰パルス)を発生させるための相関関係の具体的な数値は、全ての半導体レーザに共通の値ではなく、半導体レーザ毎に異なる値となる。また、短光パルス発生装置を構成する各部の具体的な回路構成は、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。   The above-described embodiment is merely one embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the description. The specific numerical value of the correlation for generating the short light pulse (single peak pulse) is not a value common to all the semiconductor lasers, but is different for each semiconductor laser. In addition, the specific circuit configuration of each part constituting the short optical pulse generator can be appropriately changed and designed within the range where the effects of the present invention can be achieved.

1:短光パルス発生装置
2:波形整形回路
3:振幅調整回路
31:周波数検出回路
32:記憶回路
33:増幅回路
4:電流印加回路
5:内部発振回路
LD:半導体レーザ

1: Short optical pulse generator 2: Waveform shaping circuit 3: Amplitude adjustment circuit 31: Frequency detection circuit 32: Memory circuit 33: Amplifier circuit 4: Current application circuit 5: Internal oscillation circuit LD: Semiconductor laser

Claims (3)

半導体レーザにパルス電流を印加して短光パルスを発生させるゲインスイッチング法を用いた短光パルス発生装置であって、
外部から入力される任意の周波数のトリガ信号列を所定パルス幅のパルス信号列に波形成形する波形整形回路と、
前記波形整形回路から出力されるパルス信号列の振幅値を、前記トリガ信号列の周波数に応じて予め設定された電流値のパルス信号列に自動調整する振幅調整回路と、
前記振幅調整回路で振幅値が自動調整されたパルス信号列に所定の直流バイアス電流値を加算して前記半導体レーザに印加する電流印加回路と、
を備え、
前記振幅調整回路は、前記トリガ信号列の周波数を検出する周波数検出回路と、短光パルスを発生させるために前記半導体レーザへ印加する電流の周波数と振幅値の固有の相関関係を記憶する記憶回路と、前記周波数検出回路で検出された周波数と前記記憶回路に記憶された相関関係に基づいて前記パルス信号列の振幅値を自動調整する増幅回路とを備え、
前記記憶回路は、前記周波数検出回路から出力されたパルス信号列を対数変換する対数増幅回路と、前記対数増幅回路の出力信号を反転増幅する反転増幅回路とを備えて構成され、前記周波数検出回路から任意の周波数のパルス信号列が入力されたときに、前記相関関係を示す振幅値に対応した信号が出力されるように、前記対数増幅回路の入力オフセット、前記反転増幅回路の入力オフセット及び増幅率を予め調整する相関関係設定回路を備えている短光パルス発生装置。
A short optical pulse generator using a gain switching method for generating a short optical pulse by applying a pulse current to a semiconductor laser,
A waveform shaping circuit that shapes a trigger signal sequence of an arbitrary frequency input from the outside into a pulse signal sequence of a predetermined pulse width; and
An amplitude adjustment circuit that automatically adjusts the amplitude value of the pulse signal sequence output from the waveform shaping circuit to a pulse signal sequence having a preset current value according to the frequency of the trigger signal sequence;
A current application circuit for adding a predetermined DC bias current value to the pulse signal train whose amplitude value is automatically adjusted by the amplitude adjustment circuit and applying the pulse current to the semiconductor laser;
Bei to give a,
The amplitude adjustment circuit includes a frequency detection circuit that detects a frequency of the trigger signal string, and a storage circuit that stores a unique correlation between a frequency and an amplitude value of a current applied to the semiconductor laser in order to generate a short optical pulse. And an amplification circuit that automatically adjusts the amplitude value of the pulse signal sequence based on the correlation detected by the frequency detected by the frequency detection circuit and the storage circuit,
The storage circuit includes a logarithmic amplifier circuit that logarithmically converts the pulse signal sequence output from the frequency detection circuit, and an inverting amplifier circuit that inverts and amplifies the output signal of the logarithmic amplifier circuit, and the frequency detection circuit The input offset of the logarithmic amplifier circuit, the input offset of the inverting amplifier circuit, and the amplification so that a signal corresponding to the amplitude value indicating the correlation is output when a pulse signal sequence of an arbitrary frequency is input from A short optical pulse generator comprising a correlation setting circuit for adjusting the rate in advance .
前記周波数検出回路は、前記トリガ信号列から所定の振幅及びパルス幅の単一のパルスをその周波数に対応したパルス信号列として繰り返し出力する単安定マルチバイブレータで構成されている請求項1記載の短光パルス発生装置。 2. The short circuit according to claim 1, wherein the frequency detection circuit includes a monostable multivibrator that repeatedly outputs a single pulse having a predetermined amplitude and pulse width as a pulse signal sequence corresponding to the frequency from the trigger signal sequence. Optical pulse generator. 前記半導体レーザの出力強度を検出するモニタ回路を備え、前記増幅回路に前記モニタ回路で検出される出力強度に基づいて増幅率を調整する増幅率調整回路を備えている請求項1または2記載の短光パルス発生装置。
Wherein a monitor circuit for detecting the output intensity of the semiconductor laser, the amplifier circuit to the monitor circuit detected is provided with an amplification factor adjustment circuits according to claim 1 or 2, wherein adjusting the amplification factor on the basis of the output intensity Short light pulse generator.
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