JPH0846272A - パルス光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便にかつ低コストで、矩形状の高出力光パ
ルスを発生させることのできるパルス光源を提供する。 【構成】 光源１と、光源１をパルス駆動する駆動回路
と、光源１が出射した光パルスＰ₁₂を増幅して出力する
希土類添加光ファイバ増幅器とを備え、前記駆動回路
は、入力した光パルスを駆動するトリガ信号ｔに基づき
順次遅延した複数の遅延トリガｔ₁〜ｔ₅を発生させる遅
延素子１１と、遅延素子１１から発生した前記複数の遅
延トリガｔ₁〜ｔ₅に基づき各遅延トリガｔ₁〜ｔ₅に対応
した駆動電流を発生させるスイッチング素子１２，１
２，…とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光伝送システム、光計
測技術等において好適に用いられ、矩形状の高出力光パ
ルスを発生させるパルス光源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光伝送システム、光計測技術等に
おけるパルス光源としては、Ｅｒ，Ｎｄ等の希土類元素
添加光ファイバ増幅器を用いたパルス光源が知られてい
る。このパルス光源は、１．５５μｍ帯や１．３μｍ帯
の高出力光パルスを発生させることから、ＯＴＤＲ（Op
tical Time-Domain Reflectometry）用のパルス光源、
あるいは誘導ラマン散乱等の非線形光学における励起用
光源として用いられている。図４は、従来の高出力パル
ス光源を示す構成図であり、図において、１は１．５５
μｍ帯の光パルスｐ₁を出力するファブリペロー型のレ
ーザダイオード（ＬＤ）、２は１．４８μｍの前方励起
用光パルスを出力するレーザダイオード（ＬＤ）、３は
入力光パルスと前方励起用光パルスとを合波し出力する
光合分波器、４は反射光を除去する光アイソレータ、５
はＥｒ添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、６は１．４
８μｍの後方励起用光パルスを出力するレーザダイオー
ド（ＬＤ）、７は後方励起用光パルスをＥｒ添加光ファ
イバ増幅器５に入射しかつＥｒ添加光ファイバ増幅器５
により増幅された高出力光パルスｐ₂を外方へ取り出す
光合分波器である。

【０００３】このパルス光源では、レーザダイオード１
から出力された矩形状の光パルスｐ₁は、光合分波器３
によりレーザダイオード２から出力された前方励起用光
パルスと合波され、光アイソレータ４を経由してＥｒ添
加光ファイバ増幅器５に入射される。入射された光パル
スは、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器５中を伝搬する間に増
幅され、高出力光パルスｐ₂となって光合分波器７より
外方へ取り出される。図５は、レーザダイオード１の駆
動回路を示す回路図である。この駆動回路では、トラン
ジスタのスイッチング時定数は印加されるトリガに対し
て不変であるから、光パルスｐ₁の立ち上がりは遅延し
ない。高出力光パルスｐ₂の波形は、光パルス強度が時
間軸上で一定な矩形状であることが望ましい。

【０００４】図６は、入射する光パルスｐ₁の光強度
（単位ｍＷ）と高出力光パルスの出力波形との関係を示
す図である。ここでは、入射する光パルスｐ₁の光強度
がそれほど強くなければ（１〜２ｍＷ）、光パルスｐ₁
とほぼ同一の形状に増幅された高出力光パルスｐ₂が得
られるが、光パルスｐ₁の強度を徐々に強くしていく
と、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器５の利得が飽和するため
にそれ以上増幅されなくなる。

【０００５】そこで、光パルスｐ₁の繰り返し周波数と
パルス幅を選択して、時間平均した場合に数ｍＷ程度し
かない様なまばらな光パルスｐ₁を入射すれば、Ｗクラ
スの光強度の高出力光パルスｐ₂が得られる。例えば、
光パルスｐ₁の繰り返し周波数を１ｋＨｚ、パルス幅を
１μｓとすると、該光パルスｐ₁を時間平均した場合の
光強度は、該光パルスｐ₁の波高値の１／１０００程度
となる。この様な条件では、光パルスｐ₁の無い時間帯
のエネルギーを光パルスｐ₁の部分に集中させることが
できるために、光強度が極めて大きな高出力光パルスｐ
₂を出力することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の高出
力光パルスｐ₂は、立ち上がりが急峻でその後指数関数
的に減少する波形となり、矩形状にはならない。その理
由は、光パルスｐ₁の先端部でＥｒ原子の励起エネルギ
ーを一度に吸収し、その後エネルギーが指数関数的に不
足していくためである。したがって、このパルス光源で
は、その半値幅が１００ｎｓとほぼ一定の値を取ること
となるので、その光強度をいくら大きくしてもパルス幅
が変化することはなく、任意のパルス幅を有する矩形状
の高出力光パルスを得ることができないという問題点が
あった。この場合、レーザダイオード２及びレーザダイ
オード６から出力される光パルスの強度を大きくした
り、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器５の特性を向上させたり
しても、高出力光パルスｐ₂の波形を矩形状にすること
はできない。

【０００７】そこで、図７に示すように、コンデンサに
よりトランジスタのスイッチング時定数を可変させてレ
ーザダイオード１を駆動することも行なわれているが、
この駆動回路では、図８に示すように、台形の光パルス
しか得られないという欠点があり（図中（Ａ））、ま
た、スイッチング時定数を遅延させた場合でも、上に凸
型の波形の光パルスしか得られない（図中（Ｂ〜Ｅ））
という欠点がある。したがって、これらの光パルスをＥ
ｒ添加光ファイバ増幅器５に入力すると、図９に示す様
に、その光強度が時間軸に対して急峻に立ち上がった後
に漸次低下する光パルスしか得ることができない。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、簡便にかつ低コストで矩形状の高出力
光パルスを発生させることのできるパルス光源を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様なパルス光源を採用した。すなわ
ち、請求項１記載のパルス光源は、光源と、該光源をパ
ルス駆動する駆動回路と、前記光源が出射した光パルス
を増幅して出力する希土類添加光ファイバ増幅器とを備
えたパルス光源において、前記駆動回路は、入力した光
パルスを駆動するトリガ信号に基づき順次遅延した複数
の遅延トリガを発生させる遅延素子と、該遅延素子から
発生した前記複数の遅延トリガに基づき各遅延トリガに
対応した駆動電流を発生させるスイッチング素子とを備
えたことを特徴としている。

【００１０】また、請求項２記載のパルス光源は、前記
駆動電流の電流強度が時間軸に比例せず、かつ時間軸に
対して漸次増加することを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１記載のパルス光源では、前記
遅延素子は、前光パルスを駆動するトリガ信号が入力す
ると、該トリガ信号に基づき順次遅延した複数の遅延ト
リガを発生させる。遅延素子の出力側には複数のスイッ
チング素子が並列に接続されているので、これらのスイ
ッチング素子は、各々に遅延トリガが入力すると、各遅
延トリガに対応した駆動電流をそれぞれ発生させる。前
記光源は、これらの駆動電流が入力すると、各駆動電流
の大きさに対応した光強度の光パルスを出力する。その
後、希土類添加光ファイバ増幅器は、入射した前記光パ
ルスを増幅し出力する。これより、任意のパルス幅を有
する略矩形状の高出力光パルスを簡便にかつ低コストで
得ることが可能になる。

【００１２】また、請求項２記載のパルス光源では、前
記駆動電流の電流強度が時間軸に比例せず、かつ時間軸
に対して漸次増加することにより、前記光源は複数の領
域の各々の光強度が時間軸に比例せず、かつ時間軸に対
して漸次増加する光パルスを出力する。その後、希土類
添加光ファイバ増幅器は、入射した前記光パルスを増幅
すると共に略矩形状の光パルスに変換し出力する。これ
より、任意のパルス幅を有しかつ光強度が平坦な矩形状
の高出力光パルスを簡便にかつ低コストで得ることが可
能になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例のパルス光源につい
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例の
パルス光源の駆動回路を示す回路図であり、光パルスを
時間軸上において複数の領域に分割し、該光パルスの光
強度が時間軸に対して漸次増加する様に各領域の駆動電
流の大きさを制御するもので、入力した光パルスを駆動
するトリガ信号ｔに基づき順次遅延した５つの遅延トリ
ガｔ₁〜ｔ₅を発生させる遅延線（遅延素子）１１と、該
遅延線１１から発生した５つの遅延トリガｔ₁〜ｔ₅に基
づき各遅延トリガｔ₁〜ｔ₅に対応した駆動電流を発生さ
せる５つのトランジスタ（スイッチング素子）１２，１
２，…とを備えたものである。

【００１４】ここでは、トランジスタ１２，１２，…を
並列に接続し、各トランジスタ１２がそれぞれ時間遅れ
を持ってスイッチングされる様に、遅延線１１により各
トランジスタ１２のスイッチング時定数を制御してい
る。そして、光パルスを時間軸上において５つの領域に
分割するために、５つのトランジスタ１２，１２，…を
用いてレーザダイオード１の駆動電流を５段階に分割
し、分割された各領域の駆動電流が連続的に変化する様
に、５つのトランジスタ１２，１２，…各々の時定数を
緩やかに変化させている。

【００１５】この駆動回路を用いて光パルスを制御する
方法について説明する。これら５つのトランジスタ１
２，１２，…のスイッチング時定数を緩やかに変化させ
る様に制御することにより、略矩形状の光パルスを時間
軸上において５つの領域に分割し、各領域の光強度が時
間軸に対して漸次増加する様に各領域の駆動電流の大き
さを制御し、光強度が時間軸に対して連続的に漸次増加
する光パルスに変換する。すなわち、矩形状の光パルス
を指数関数的に増加する光パルスｐ₁₂に変換しレーザダ
イオード１から出力する。

【００１６】次いで、この指数関数的に増加する光パル
スｐ₁₂をＥｒ添加光ファイバ増幅器５に入力することに
より、該光パルスｐ₁₂を増幅しかつ該光パルスｐ₁₂の光
強度を時間軸に対して漸次減少させて略矩形状の光パル
スとする。すなわち、該光パルスｐ₁₂の強度を増幅する
とともに該光パルスｐ₁₂の指数関数的な増加率に応じて
該光パルスｐ₁₂の後半の光強度を増加させ、全体として
略矩形状の高出力光パルスに変換して出力する。これよ
り、任意のパルス幅を有する略矩形状の高出力光パルス
を出力することができる。

【００１７】図２はＥｒ添加光ファイバ増幅器５に入力
する指数関数的に立ち上がる光パルスｐ₁₂の波形を、ま
た、図３は前記光パルスｐ₁₂がＥｒ添加光ファイバ増幅
器５に入力した場合に該Ｅｒ添加光ファイバ増幅器５か
ら出力する高出力光パルスの波形を、それぞれ示したも
のである。この図から、光パルスｐ₁₂を指数関数的に立
ち上がる様に制御すれば、高出力光パルスはこの制御の
度合に応じて光強度が増加し、パルス幅が１μｓかつ光
強度が平坦な矩形状の高出力光パルスとなることがわか
る。これらの図から明かな様に、従来例では波形Ｅの場
合であっても光パルスの前半部と後半部では、２倍以上
の強度差があったが、本実施例では光強度が平坦な矩形
状の高出力光パルスを得ることができる。

【００１８】以上説明した様に、この一実施例のパルス
光源によれば、駆動回路を、トリガ信号ｔに基づき順次
遅延した５つの遅延トリガｔ₁〜ｔ₅を発生させる遅延線
１１と、該遅延線１１から発生した５つの遅延トリガｔ
₁〜ｔ₅に基づき各遅延トリガｔ₁〜ｔ₅に対応した駆動電
流を発生させる５つのトランジスタ１２，１２，…とに
より構成したので、略矩形状の光パルスを指数関数的に
立ち上がる光パルスｐ₁₂に変換し、この光パルスｐ₁₂を
レーザダイオード１から出力させることができる。した
がって、この指数関数的に立ち上がる光パルスｐ₁₂をＥ
ｒ添加光ファイバ増幅器５に入力すれば、任意のパルス
幅を有しかつ光強度が平坦な矩形状の高出力光パルスを
簡便にかつ低コストで得ることができる。

【００１９】なお、上記実施例では、遅延線により各ト
ランジスタ１２のスイッチング時定数を制御している
が、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａコンバータ）等
を用いてデジタル的に制御することとしても勿論よい。
この場合においても、任意のパルス幅を有しかつ光強度
が平坦な矩形状の高出力光パルスを出力することができ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載のパルス光源によれば、光源と、該光源をパルス駆
動する駆動回路と、前記光源が出射した光パルスを増幅
して出力する希土類添加光ファイバ増幅器とを備えたパ
ルス光源において、前記駆動回路は、入力した光パルス
を駆動するトリガ信号に基づき順次遅延した複数の遅延
トリガを発生させる遅延素子と、該遅延素子から発生し
た前記複数の遅延トリガに基づき各遅延トリガに対応し
た駆動電流を発生させるスイッチング素子とを備えたの
で、任意のパルス幅を有する略矩形状の高出力光パルス
を簡便にかつ低コストで得ることができる。

【００２１】また、請求項２記載のパルス光源によれ
ば、前記駆動電流の電流強度を、時間軸に比例せず、か
つ時間軸に対して漸次増加することとしたので、任意の
パルス幅を有しかつ光強度が平坦な矩形状の高出力光パ
ルスを簡便にかつ低コストで得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のパルス光源の駆動回路を
示す回路図である。

【図２】 本発明の一実施例のＥｒ添加光ファイバ増幅
器に入力する光パルスの波形を示す図である。

【図３】 本発明の一実施例のＥｒ添加光ファイバ増幅
器から出力する高出力光パルスの波形を示す図である。

【図４】 従来の高出力パルス光源を示す構成図であ
る。

【図５】 従来の高出力パルス光源のレーザダイオード
の駆動回路を示す回路図である。

【図６】 入射する光パルスの光強度と高出力光パルス
の出力波形との関係を示す図である。

【図７】 従来の高出力パルス光源のレーザダイオード
の駆動回路の他の一例を示す回路図である。

【図８】 従来の高出力パルス光源の光パルスの光強度
とトランジスタのスイッチング時定数との関係を示す図
である。

【図９】 従来のＥｒ添加光ファイバ増幅器から出力す
る高出力光パルスの波形を示す図である。

【符号の説明】

１…レーザダイオード（光源）、１１…遅延線（遅延素
子）、１２…トランジスタ（スイッチング素子）、
ｐ₁₁，ｐ₁₂…光パルス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 俊哉 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 該光源をパルス駆動する駆動回路と、 前記光源が出射した光パルスを増幅して出力する希土類
   添加光ファイバ増幅器とを備えたパルス光源において、 前記駆動回路は、入力した光パルスを駆動するトリガ信
   号に基づき順次遅延した複数の遅延トリガを発生させる
   遅延素子と、該遅延素子から発生した前記複数の遅延ト
   リガに基づき各遅延トリガに対応した駆動電流を発生さ
   せるスイッチング素子とを備えたことを特徴とするパル
   ス光源。
2. 【請求項２】 前記駆動電流は、その電流強度が時間軸
   に比例せず、かつ時間軸に対して漸次増加することを特
   徴とする請求項１記載のパルス光源。