JP4480024B2 - 光パルスパターン生成器 - Google Patents

Description

本発明は、バースト状の光パルス列を発生させる光パルスパターン生成器の技術分野に関するものである。

ＵＷＢ（Ultra WideBand）技術に基づく無線通信では、信号の広帯域性により他の通信システム（例えば、電波天文、衛星通信、放送等に係る通信システム）に対する与干渉や、同一の通信システム内で生じる被干渉等を低減できる信号波形を検討することが重要な課題となっている。

特に最近では、他の通信システムへの与干渉の低減化を図ることを目的に、従来から用いられているガウシアン型パルス等の単純なパルス波形ではなく、ユーザ間で互いに直交するパルス波形や、スペクトル整形が施されたパルス波形等といった種々の信号波形の検討がなされている。

さらに、パルス幅が数ｎｓ以下といった条件下で、パルス波形の形状を調節・変調するためのデータをユーザＩＤ等に応じて微妙に変化させる技術や、アンテナ等の伝送デバイスの影響を予めキャンセルできるパルス波形を用意し、これを電波として放出する際に所望の波形に整形する技術、等の多くの変調（波形整形）技術が近年注目を集めている。

このような変調技術の中には、光信号に対してデータ変調を施し、その後これを電気信号に変換する方式がある。このような変調技術を用いるためには、光パルス列などの光信号をバースト状に発生させる技術が必要となる。

従来においては、例えば特許文献１に見られるように、図９に示す構成の超短光パルス変調回路を用いて光パルス列を生成する方法がある。この方法では、半導体レーザ１０２で連続的に光パルスを発生させた後、光スイッチ（マルチプレクサモジュール１０６）や遅延回路１０５などを複数組合せることにより、バースト状の光パルス列を生成している。

図９に示す超短光パルス変調回路を用いて光パルス列が形成されるまでの波形整形過程を図１０に示す。同図より、パルスパターン発生器１０１の信号をもとに、光パルス列が形成されるまでに、多段階の波形整形を行う必要があることがわかる。

一方、光パルスの発生方法として、半導体レーザに時間軸の短い電気パルスを入力し、半導体レーザの緩和振動を利用したゲインスイッチにより、光パルスを発生させる方法がある。半導体レーザを用いた、ゲインスイッチによる光パルス発生方法の概略構成を図１１に示す。

上記のゲインスイッチによる光パルス発生方法では、電気パルス発生部１１１で生成された電気パルスを、光パルス発生部１１２に備えられた半導体レーザ１１３に入力することで光パルスを発生させることができる。この方法によれば、図１１に示すような非常に簡易な構成でパルス幅の短い光パルスを得ることができる。
特許０２７１９３９７号

しかしながら特許文献１の方法では、バースト状の光パルス列を生成するには、図９に示すような遅延回路１０５や光スイッチ（マルチプレクサモジュール１０６）などの部品を複数組み合わせて装置を構成する必要がある。このように、装置の構成が非常に複雑となるだけでなく、図１０に示すように、所望の光パルス列を生成するまでの各過程における制御も極めて複雑になるという問題があった。

また、図１１に示すゲインスイッチにより光パルスを発生させる方法では、バースト状に光パルス列を発生させるために、電気パルス列をバースト状に半導体レーザ１１３に入力すると、図１２に示すように、電気パルス列１１４の入力に対して、光パルス列１１５を一定のパワーで出力させることができない。

すなわち、先頭の１または複数の電気パルスに対しては、所定のパワーの光パルスを発生させることができない。ゲインスイッチによる光パルス発生方法を用いることで、簡易な構成で光パルスを生成できるものの、バースト状の光パルス列を発生させようとすると、光パルス列のパワーが一定にならないという問題があった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、ゲインスイッチによる光パルス発生方法を利用して、簡易な構成で安定したバースト状光パルス列を生成する光パルスパターン生成器を提供することを目的とする。

この発明の光パルスパターン生成器の第１の態様は、所定の信号パターンに基づき電気パルスを生成する電気パルス発生部と、前記電気パルス発生部で生成された電気パルスを半導体レーザに入力して光パルスを生成する光パルス発生部とを備えた光パルスパターン生成器であって、前記所定の信号パターンは、バースト状パルスパターンとアイドリングパターンとからなり、前記光パルス発生部は、前記バースト状パルスパターンに基づき前記電気パルス発生部で生成された電気パルスを入力したときに光パルスを生成し、前記アイドリングパターンに基づき前記電気パルス発生部で生成された電気パルスを入力したときは光パルスを生成しない範囲で前記半導体レーザ中にキャリアを生成することを特徴とする光パルスパターン生成器である。

第２の態様は、前記電気パルス発生部が、前記所定の信号パターンを設定するパターン設定手段を備えることを特徴とする光パルスパターン生成器である。

第３の態様は、前記電気パルス発生部が、前記バースト状パルスパターンに基づき電気パルスを生成する第一の電気パルス発生手段と、前記アイドリングパターンに基づき電気パルスを生成する第二の電気パルス発生手段と、外部同期信号に従って前記第一の電気パルス発生手段と前記第二の電気パルス発生手段のいずれかを選択する電気パルス選択手段とからなることを特徴とする光パルスパターン生成器である。

第４の態様は、前記パターン設定手段が、前記バースト状パルスパターンを生成する第一のパターン生成手段と、前記アイドリングパターンを生成する第二のパターン生成手段と、前記外部同期信号に従って前記第一のパターン生成手段と前記第二のパターン生成手段のいずれかを選択するパターン選択手段とからなることを特徴とする光パルスパターン生成器である。

第５の態様は、前記アイドリングパターンが、前記バースト状パルスパターンの周期よりも長いパルス周期からなることを特徴とする光パルスパターン生成器である。

第６の態様は、前記アイドリングパターンが、前記バースト状パルスパターンの周期の１．５倍以上かつ３倍以下のパルス周期からなることを特徴とする光パルスパターン生成器である。

第７の態様は、前記アイドリングパターンが、所定の一定値のバイアス信号であることを特徴とする光パルスパターン生成器である。

第８の態様は、前記アイドリングパターンが、前記半導体レーザのキャリアライフタイムよりも長いパルス周期からなることを特徴とする光パルスパターン生成器である。

以上説明したように本発明によれば、ゲインスイッチによる光パルス発生方法を利用した簡易な構成にて、パワーが一定の安定したバースト状の光パルス列を生成することが可能となる。

また本発明によれば、光スイッチや遅延回路などの複数部品を組み合わせる必要がないため、低コストでかつ制御の容易な光パルスパターン生成器を実現することができる。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における光パルスパターン生成器の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の第一の実施形態に係る光パルスパターン生成器の概略の構成を図２に示す。本実施形態の光パルスパターン生成器１は、パターン生成部４と電気パルス生成部５とを備えた電気パルス発生部２、及び半導体レーザ６を備えた光パルス発生部３から構成されている。

パターン生成部４は、予め設定された所定のパターンに基づいて電気パルス生成部５にパルス要求信号を出力する。電気パルス生成部５は、前記パルス要求信号を入力すると所定の電気パルスを生成して、これを半導体レーザ６に出力する。半導体レーザ６は、入力した前記電気パルスによって所定の光パルスを発生させる。

本実施形態の光パルスパターン生成器１で生成される光パルスパターンの一実施例を図１に示す。同図において、パターン信号１１は、パターン生成部４にて生成されるパルス要求信号であり、電気パルス列１２は、パターン信号１１に従って電気パルス発生部２から出力され、半導体レーザ６に入力される電気信号であり、光パルス列１３は、電気パルス列１２に基づいて半導体レーザ６から出力される光信号である。

電気パルス発生部２から出力される電気パルス列１２は、所定のパルスをバースト発生させるための、バースト状パルスパターン１１ａによるバースト状電気パルス１２ａと、その間に散発的に電気パルスを生成するための、アイドリングパルスパターン１１ｂによるアイドリング電気パルス１２ｂからなっている。バースト状電気パルス１２ａは、所望のバースト発生の光パルス列１３を発生させるために半導体レーザ６に入力される電気信号である。

これに対し、アイドリング電気パルス１２ｂは、光パルス列１３を発生させない間（以下ではアイドリング期間という）に、半導体レーザ６に電気パルスを入力するものである。本発明の光パルスパターン生成器１は、光パルス列１３を発生させない前記アイドリング期間にも、アイドリング電気パルス１２ｂに基づき、半導体レーザ６に電気パルスを入力することを特徴としている。

半導体レーザのキャリアライフタイムは約１０ｎｓｅｃ（１００ＭＨｚ）程度であり、これより長い時間半導体レーザが励起されない場合には、次に電気パルスが印加されて励起されても、光パルスの発生には数ｎｓｅｃ程度の立ち上がり時間を要することになる。ここでの立ち上り時間とは、電気パルスが印加されてから、光パルス列のパワーが所望のパワーに到達するまでの時間のことである。

図１に示す光パルスパターンの一実施例では、バースト発生のバースト状電気パルス１２ａのパルス周期を２ｎｓｅｃ（５００MHｚ）、前記アイドリング期間の時間間隔を１２ｎｓｅｃとしている。この場合、前記アイドリング期間の時間間隔は、前記キャリアライフタイムの１．２倍程度となる。

上記実施例において、例えば図１２に示す電気パルス列１１４のように前記アイドリング期間に電気パルスの入力が全く無い場合には、次にバースト状電気パルス１２ａが半導体レーザ６に印加されても、直ちに光パルスを発生させることはできず、前記の立ち上り時間を要してしまう。その結果、生成される光パルス列は、図１２の光パルス列１１５のようにパワーが一定とはならない。

そこで、本発明の光パルスパターン生成器１では、上記の立ち上り時間を解消するために、前記アイドリング期間にも光パルスが発生しない程度の電気パルス列を半導体レーザ６に入力している。このようにすることで、半導体レーザ６には、常にキャリアが存在するようにしている。

上記のように、半導体レーザ６に常にキャリアが存在するようにすることにより、次にバースト状電気パルス１２ａが半導体レーザ６に印加された場合には、図１の光パルス列１３のように直ちに所定のパワーの光パルスを発生させることが可能となる。

本発明の光パルスパターン生成器１では、アイドリング電気パルス１２ｂを半導体レーザ６に入力しても光パルスを発生させないようにする必要がある。そのためには、アイドリング電気パルス１２ｂのパルス周期を少なくともバースト状電気パルス１２ａのパルス周期よりも長い周期とする必要がある。

好ましくは、アイドリング電気パルス１２ｂのパルス周期を、バースト状電気パルス１２ａのパルス周期の１．５倍以上で、かつ３倍以下とするのがよい。１．５倍より小さいと、アイドリング電気パルス１２ｂを半導体レーザ６に入力すると、光パルスを発生させてしまう。また、３倍より大きいと本発明の効果である、光パルス列の立ち上がり時間を解消する効果が得られない。また、前記アイドリング期間は、半導体レーザ６のキャリアライフタイムよりも長い期間を有することが必要である。

前記アイドリング期間中、半導体レーザ６に入力する電気信号として、図１に示すアイドリング電気パルス１２ｂを用いる代わりに、一定のバイアス信号を半導体レーザ６に入力し続けるようにしてもよい。この場合、前記バイアス信号の大きさは、アイドリング電気パルス１２ｂの振幅よりも小さく、半導体レーザから光が出ない程度の適切な値を設定する。

本実施形態の光パルスパターン生成器１の効果を確認するため、図３に示す実験装置を用いてバースト状の光パルス列を発生させる実験をおこなった。図３に示す実験装置は、パルスパターンジェネレータ２１を用いて電気パルス列を生成し、これを半導体レーザ２２に入力してバースト状の光パルス列を発生させるようにしたものである。

図３に示す実験装置を用いて実施した実験結果を図４に示す。図４の左側に示す従来の実施例では、バースト状電気パルス２３のみからなる電気パルス列を半導体レーザ２２に入力している。これに対し、図４の右側に示す本発明の実施例では、バースト状電気パルス２３に加えて、アイドリング電気パルス２４を付加した電気パルス列を半導体レーザ２２に入力している。

図４の下段に示す実験結果から、以下のことが確認できる。すなわち、従来の実施例では、バースト状電気パルス２３の最初のパルスに対しては光パルスがほとんど発生しておらず、その後光パルスのパワーが所定値まで段階的に増加している。

これに対し本発明の実施例では、バースト状電気パルス２３に対してパワーのそろった光パルス列が発生している一方、アイドリング電気パルス２４に対しては、光パルスは発生していない。

本発明の光パルスパターン生成器の第二の実施形態を、図５を用いて以下に説明する。図５は、本発明の第二の実施形態に係る光パルスパターン生成器３１の概略構成を示す図である。本実施形態では、図２に示す第一の実施形態が備えていたパターン生成部４に対して、パルスパターンを設定するためのパターン設定手段３２が備えられている。このパターン設定手段には、例えばＣＰＵなどを用いる。

図２に示す第一の実施形態では、電気パルス生成部５はパターン生成部４からの前記パルス要求信号に基づいて電気パルス列１２を生成していた。すなわち、電気パルス列１２は、パターン生成部４に事前に設定されているパターン情報に基づいて生成されるものに限定されていた。

しかしながら、生成したい光パルスパターンのパルス数、パルス周期、バースト周期に応じて、バースト状パルスパターンのパルス数、パルス周期、バースト周期等を任意に設定できることが望ましい。さらに、バースト状パルスパターンの条件が変わると、それに伴ってアイドリングパルスパターンの条件も変更する必要がある。

そこで、本実施形態では、バースト状パルスパターン及びアイドリングパルスパターンを任意に変更できるよう、パターン生成部４に対して、パルスパターンを任意に設定するためのパターン設定手段３２を設けている。

パターン設定手段３２には、図示しない入出力部を介して外部からパルスパターンの諸条件を設定できるようにしている。すなわち、バースト状パルスパターンに関しては、バースト周期、パルス周期、及びパルス数をパターン設定手段３２を通じて、パターン生成部４に設定できるようにすると共に、アイドリングパルスパターンに関しても、パルス周期及びパルス数等を設定できるようにしている。

前記パルスパターンの諸条件がパターン設定手段３２を通じて、パターン生成部４に設定されると、パターン生成部４では設定された諸条件を満たすパルス要求信号を作成する。該パルス要求信号を電気パルス生成部５に出力することで、前記諸条件を満たす電気パルス列を発生させる。

上記の通り、本発明の第二の実施形態によれば、パターン設定手段３２を通じて所望のパルスパターンの諸条件を設定することが可能となり、光パルスパターン生成器３１は任意の光パルスパターンを生成することが可能となる。

本発明の光パルスパターン生成器の第三の実施形態を、図６を用いて以下に説明する。図６は、本発明の第三の実施形態に係る光パルスパターン生成器４１の概略構成を示す図である。

本実施形態の電気パルス発生部４２は、バースト状パルス部４３と、アイドリングパルス部４４、及び切替部４５とから構成されている。バースト状パルス部４３は、予め設定された所定のバースト状パターンに基づいてバースト状電気パルスを生成する。同様に、アイドリングパルス部４４は、予め設定された所定のアイドリングパターンに基づいてアイドリング電気パルスを生成する。

一方、切替部４５は外部同期信号４６を取りこみ、外部同期信号４６に同期してバースト状パルス部４３で発生されたバースト状電気パルスと、アイドリングパルス部４４で発生されたアイドリング電気パルスとを切り替えて光パルス発生部３に出力する。これにより、外部同期信号に同期したバースト状の光パルス列を生成することができる。

なお、外部同期信号４６は、例えばバースト状光パルス列を発生させたいときのみ、所定の同期信号が出力されるものとすることができる。この場合、切替部４５は、前記所定の同期信号が出力された場合にバースト状パルス部４３からの出力を選択し、前記所定の同期信号が出力されていない場合にはアイドリングパルス部４４からの出力を選択するようにすればよい。

図６に示す第三の実施形態では、バースト状パルス部４３とアイドリングパルス部４４において、それぞれ所定の電気パルスを発生させるものとしたが、本発明の光パルスパターン生成器の別の実施形態として、バースト状パルス部４３とアイドリングパルス部４４は、それぞれ所定のパルスパターンを作成するのみとしてもよい。

本発明の光パルスパターン生成器を上記のように構成したときの概略構成図を図７に示す。同図に示すように、本実施形態ではパターン生成部４を、バースト状パルス部４３、アイドリングパルス部４４、及び切替部４５にて構成している。バースト状パルス部４３では、所定のバースト状パルスパターンを生成し、アイドリングパルス部４４では、所定のアイドリングパルスパターンを生成する。

切替部４５は、外部同期信号４６に同期してバースト状パルス部４３で作成されたバースト状パルスパターンか、アイドリングパルス部４４で作成されたアイドリングパターンかのいずれかを選択し、選択したパターン信号を電気パルス生成部５に出力する。

本発明の光パルスパターン生成器の更に別の実施形態を、図８を用いて以下に説明する。図８は、本実施形態に係る光パルスパターン生成器６１の概略構成を示す図である。

本実施形態の光パルスパターン生成器６１は、図５に示す第２の実施形態の光パルスパターン生成器３１と、図７に示す第４の実施形態の光パルスパターン生成器５１とを組み合わせて構成したものである。

すなわち、本実施形態の光パルスパターン生成器６１では、バースト状パルス部４３で発生されるパルスパターンの諸条件を、パターン設定手段３２を介して任意に設定できるようにしている。同様に、アイドリングパルスパターン部４４で発生されるパルスパターンの諸条件についても、パターン設定手段３２を介して任意に設定できるようにしている。

本実施形態の光パルスパターン生成器６１を上記のように構成することにより、任意に設定したバースト状パルスパターンとアイドリングパルスパターンを、外部同期信号４６に同期させて光パルス発生部３に出力させるようにすることが可能となる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る光伝送システムの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における光伝送システム１の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る光パルスパターン生成器で生成される光パルスパターンの一実施例を示す図である。 図２は、本発明の第一の実施形態に係る光パルスパターン生成器の概略構成図である。 図３は、第一の実施形態の光パルスパターン生成器の効果を確認するための実験装置を示す概略構成図である。 図４は、図３に示す実験装置を用いて実施した実験結果を示す図である。 図５は、本発明の第二の実施形態に係る光パルスパターン生成器の概略構成図である。 図６は、本発明の第三の実施形態に係る光パルスパターン生成器の概略構成図である。 図７は、本発明の別の実施形態に係る光パルスパターン生成器の概略構成図である。 図８は、本発明の更に別の実施形態に係る光パルスパターン生成器の概略構成図である。 図９は、従来の超短光パルス変調回路を用いて光パルス列を生成する方法を説明する構成図である。 図１０は、従来の超短光パルス変調回路を用いて光パルス列が形成されるまでの波形整形過程を示す図である。 図１１は、従来の半導体レーザを用いた光パルス発生方法を示す概略構成図である。 図１２は、従来の半導体レーザを用いた方法により発生されるバースト状光パルス列を示す図である。

符号の説明

１、３１、４１、５１、６１・・・光パルスパターン生成器
２、１１１・・・電気パルス発生部
３、１１２・・・光パルス発生部
４・・・パターン生成部
５、４２・・・電気パルス生成部
６、２２、１１３・・・半導体レーザ
１１・・・パターン信号
１２、１１４・・・電気パルス列
１３、１１５・・・光パルス列
２１・・・パルスパターンジェネレータ
２３・・・バースト状電気パルス
２４・・・アイドリング電気パルス
３２・・・パターン設定手段
４３・・・バースト状パルス部
４４・・・アイドリングパルス部
４５・・・切替部
４６・・・外部同期信号
１０１・・・パルスパターン発生器
１０２・・・半導体レーザ
１０３・・・外部変調器
１０４・・・１/２分周期
１０５・・・遅延回路
１０６・・・マルチプレクサモジュール
１１１・・・電気パルス発生部

Claims (4)

1. 所定の信号パターンに基づき電気パルスを生成する電気パルス発生部と、前記電気パルス発生部で生成された電気パルスを半導体レーザに入力して光パルスを生成する光パルス発生部とを備えた、ゲインスイッチによる光パルスパターン生成器であって、
   前記所定の信号パターンは、バースト状パルスパターンとアイドリングパターンとからなり、
   前記バースト状パルスパターンに基づき前記電気パルス発生部で生成された電気パルスを入力したときに前記半導体レーザから光パルスが生成し、前記アイドリングパターンに基づき前記電気パルス発生部で生成された電気パルスを入力したときは光パルスが生成することなく前記半導体レーザ中にキャリアが生成するように、前記バースト状パルスパターンのパルス周期及び前記アイドリングパターンのパルス周期が設定されていて、
   前記アイドリングパターンは、前記バースト状パルスパターンのパルス周期よりも長く、かつ、前記半導体レーザのキャリアライフタイムよりも長いパルス周期のパルス列からなる、
   ことを特徴とする光パルスパターン生成器。
2. 前記電気パルス発生部は、前記所定の信号パターンを設定するパターン設定手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン生成器。
3. 前記電気パルス発生部は、前記バースト状パルスパターンに基づき電気パルスを生成する第一の電気パルス発生手段と、前記アイドリングパターンに基づき電気パルスを生成する第二の電気パルス発生手段と、外部同期信号に従って前記第一の電気パルス発生手段と前記第二の電気パルス発生手段のいずれかを選択する電気パルス選択手段とからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン生成器。
4. 前記パターン設定手段は、前記バースト状パルスパターンを生成する第一のパターン生成手段と、前記アイドリングパターンを生成する第二のパターン生成手段と、前記外部同期信号に従って前記第一のパターン生成手段と前記第二のパターン生成手段のいずれかを選択するパターン選択手段とからなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の光パルスパターン生成器。

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