【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光源を駆動し、単一の超短光パルスから数１
０ＭＨ _ｚの繰返し周波数の超短光パルスまでの任意の繰返し周波数の超短光パルスを発生させるための光源駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザなどの光源から超短光パルスを発生させるため、コムジェネレータ，またはアバランシェ素子，あるいは２つのステップリカバリダイオードを利用して短パルス電圧で光源を駆動する光源駆動装置が提案された。

コムジェネレータによる光源駆動装置は、第７図に示すように、正弦波状の入力電圧Ｖ _ａに対して共振回路５０
とステップリカバリダイオード５１とにより、パルス幅が１００乃至２００ピコ秒程度の超短パルス電圧Ｖ _ｂを出力し、光源を駆動することができる。 またアバランシェ素子を用いた光源駆動装置は、アバランシェ降伏の早いスイッチング特性により短パルス電圧を出力し光源を駆動することができる。 さらに第８図に示すように２つのステップリカバリダイオード５２，５３を用いた光源駆動装置では、ステップリカバリダイオード５２によりパルス状の入力電圧Ｖ _ｃの立上り時間を，またステップリカバリダイオード５３により入力電圧Ｖ _ｃの立下り時間を早め、さらに入力電圧Ｖ _ｃのパルス幅を狭くするかあるいはステップリカバリダイオード５３のバイアス電流を定電流源５５により増加させることによって、数１
００ピコ秒程度の超短パルス電圧Ｖ _ｄを出力し光源を駆動することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、コムジェネレータによる光源駆動装置では、共振回路５０を用いているため、入力電圧Ｖ _ａの周波数を共振回路５０の共振周波数と一致させる必要があり、これにより共振周波数が例えば５０ＭＨ _ｚである場合、超短パルス電圧Ｖ _ｂを５０ＭＨ _ｚ以外の任意の周波数にすることはできない。 またアバランシェ素子を用いた光源駆動装置では、アバランシェ降伏を用いるためアバランシェ復帰時間等の制約により短パルス電圧の繰返し周波数は最大でも１００ＫＨ _ｚ程度でありそれ以上の高周波のものにすることができない。

さらに第８図に示すような２つのステップリカバリダイオード５２，５３を用いたものでは、入力電圧Ｖ _ｃはコンデンサ５６を介してステップリカバリダイオード５２
に加わるため、入力電圧Ｖ _ｃの周波数によりステップリカバリダイオード５２への印加電圧Ｖ _ｇの波形が異なる。 すなわち第９図(a)に示すような入力電圧Ｖ _ｃに対し、印加電圧Ｖ _ｇは、第９図(b)のように入力電圧Ｖ _ｃ
の周波数の増加に応じた分ΔＶ _ｇだけ接地レベル“０”
Ｖから上昇し、周波数により波形が異なったものとなる。 これにより入力電圧Ｖ _ｃの周波数を変えて任意の繰返し周波数の超短パルス電圧Ｖ _ｄを得ることはできなかった。

なお第８図の光源駆動装置では超短パルス電圧Ｖ _ｄの大きさは、入力電圧Ｖ _ｃの大きさの約１／２となるため所定の大きさの超短パルス電圧Ｖ _ｄわ出力するためには、
大きな入力電圧Ｖ _ｃを必要とし、また２つの定電流源５
４，５５を必要とするため回路が複雑になるという問題もあった。

このように従来の光源駆動装置では、広い周波数範囲にわたる任意の繰返し周波数の超短パルス電圧を周波数によってその波形が変形しないように出力させることができなかったので、単一の超短光パルスから数１０ＭＨ _ｚ
の繰返し周波数の超短光パルスまでの広い周波数範囲にわたる任意の周波数の超短光パルスを周波数によりその波形等が変形することなく光源から発生させることができなかった。

本発明は、広い周波数範囲にわたって周波数により波形が変形することのない任意の繰返し周波数の安定した超短光パルスを光源から発生させることの可能な光源駆動装置を提供することを目的している。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、所定の直流電圧にパルス電圧を重畳させた入力電圧を発生する入力電圧発生部と、誘導手段およびステップリカバリダイオードを有する電圧修正部と、遅延手段を有する駆動部とを備え、前記電圧修正部は入力電圧を誘導手段を介しステップリカバリダイオードに加えて超短光パルス電圧に修正し、前記駆動部は前記電圧修正部からの超短パルス電圧を光源に印加するとともに超短パルス電圧を遅延手段により遅らせ極性を反転させて光源に印加するようになっていることを特徴とする光源駆動装置によって、上記従来技術の問題点を改善するものである。

〔作用〕

本発明では、所定の直流電圧にパルス電圧を重畳させた入力電圧を電圧修正部に加え電圧修正部ではこの入力電圧を誘導手段を介してステップリカバリダイオードに加える。 誘導手段では、そのインダクタンスの大きさに応じてステップリカバリダイオードに加わる電圧の位相と電流の位相とをずらしている。 ステップリカバリダイオードには、パルス電圧が印加されていないときには入力直流電圧による順方向のバイアス電流が流れている。

パルス電圧が印加され所定の遅延時間が経過した後、ステップリカバリダイオードにはパルス電圧により逆方向電流が流れステップリカバリダイオードは導通状態となる。 この導通期間が経過した後、ステップリカバリダイオードは高速のスイッチとして動作し、逆方向電流が急に流れなくなる。 これにより誘導手段の両端には過度応答による電位差が生ずるが、この時点で入力電圧がステップリカバリダイオードに対して順方向となるよう上記遅延時間が設定されているとするとステップリカバリダイオードには直ちに順方向電流が流れ、上記電位差は直ちになくなる。 電圧修正部からはこのときの電位差の変化が超短パルス電圧として出力される。 なお、超短パルス電圧を出力した後、ステップリカバリダイオードにはすぐに直流電圧が加わるようになっているので、入力電圧の周波数を広い周波数範囲で変えこの周波数範囲の任意の周波数の超短パルス電圧を出力させた場合は、超短パルス電圧の波形は周波数により影響を受けない。 このようにして出力された超短パルス電圧が駆動部に加わると駆動部では超短パルス電圧を光源に印加し、超短光パルスを発生させるとともに、超短パルス電圧を遅延手段により遅らせその極性を反転させて光源に印加し、超短光パルスの緩和振動を防止することができる。 こりにより、入力電圧の周波数に応じた周波数の超短光パルスを周波数により波形を変形させることなく安定して発生させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る光源駆動装置の一実施例の構成図である。 本実施例の光源駆動装置は、入力電圧を発生する入力電圧発生部１と、入力電圧を超短パルス電圧に修正する電圧修正部２と、超短パルス電圧で光源としての半導体レーザ４を駆動する駆動部３とを備えている。

入力電圧発生部１は、パルス電圧を発生するパルス電圧発生手段５と、直流電圧を発生する直流電圧発生手段６
とを備えており、直流電圧にパルス電圧を重畳させて電圧修正部２に入力させるようになっている。

電圧修正部２は、誘導手段すなわちインダクタ７と、ステップリカバリダイオード８と、可変抵抗９と、コンデンサ１０と、抵抗１１とを備えており、入力電圧発生部１からの入力電圧をインダクタ７を介してステップリカバリダイオード８に加え、入力電圧を数１００ピコ秒程度の超短パルス電圧に修正して駆動部３に入力させるようになっている。

駆動部３は、可変コンデンサ１１と、遅延手段すなわち遅延線１２とを備えており、電圧修正部２からの超短パルス電圧を半導体レーザ４に加えるとともに、遅延線１
２により所定の時間遅れをもたせた反転パルスを生成し半導体レーザ４に加えるようになっている。

このような構成の光源駆動装置の動作を次に説明する。

入力電圧発生部１からは第２図(a)に示すような入力電圧Ｖ _ｉが出力され、電圧修正部２に入力する。 パルス電圧Ｖ _ｐが出力されていないときには、入力電圧Ｖ _ｉは一定の直流電圧Ｖ _ｆとなっており、この直流電圧Ｖ _ｆによって電圧修正部２のステップリカバリダイオード８に流れる電流Ｉは、第２図(b)に示すように、一定の順方向電流Ｉ _ｆとなっている。 またこのとき電圧修正部２からの出力電圧Ｖ _ｊは、第２図(c)に示すように一定の直流電圧Ｖ _ｆとなっている。

このような状態の電圧修正部２に時点Ａにおいてステップリカバリダイオード８に対して逆方向のパルス電圧Ｖ
_ｐが入力すると、ステップリカバリダイオード８に流れる電流Ｉは、時点Ａからインダクタ７のインダクタンスＬによって定まる遅延時間Ｔ _ｏだけ遅延された後、時点Ｂにおいて逆方向電流Ｉ _ｒとなり、時間Ｔ _ｓの間ステップリカバリダイオード８を導通状態にし、ステップリカバリダイオード８の抵抗はほとんど零になる。 これにより電圧修正部２の出力電圧Ｖ _ｊは、第２図(c)に示すように、電位差Ｖ _ｒだけ降下する。

一般にステップリカバリダイオード８は、通常のダイオードに比べて逆方向の導通期間が比較的長く、また導通期間の経過後極めて早い遷移時間でキャリアが消滅するように作られているため、期間Ｔ _ｓの経過後は、第２図
(b)に示すように、時点Ｃにおいて極めて早い遷移時間で抵抗が無限大近くなり非導通状態となる。 これにより、ステップリカバリダイオード８に流れていた逆方向電流Ｉ _ｒが急に流れなくなり、インダクタ７の両端部には過渡反応によって、 ΔＶ＝−Ｌ・（ｄＩ _ｒ ／ｄｔ）……(1) の電位差ΔＶが生じ、電圧修正部２の出力電圧Ｖ _ｊはさらにΔＶだけ降下する。

第２図(a)に示すように時点Ｃにおいて入力電圧Ｖ _ｉがステップリカバリダイオード８に対して順方向となるようインダクタ７のインダクタンスＬが選ばれ遅延時間Ｔ
_ｏが調節されているとすると、インダクタ７の両端部に電位差ΔＶが発生後、ステップリカバリダイオード８には、第２図(b)に示すように、順方向の入力電圧Ｖ _ｉによって直ちに順方向電流Ｉ _ｆが流れ、第２図(c)に示すように出力電圧Ｖ _ｉは直ちに電圧Ｖ _ｆとなって上記電位差ΔＶは直ちになくなる。 これにより電圧修正部２からの出力電圧Ｖ _ｊを上記電位差ΔＶの変化を反映して超短パルス電圧とすることができる。 なお超短パルス電圧を出力した後、ステップリカバリダイオード８には上述のようにすぐに直流電圧Ｖ _ｆが加わるので、入力電圧Ｖ _ｉ
の周波数すなわちパルス電圧Ｖ _ｐの周波数を広い周波数範囲（例えば単一のパルス電圧から数１０ＭＨ _ｚの繰返し周波数のパルス電圧）で変えても１つの超短パルス電圧の波形は周波数によっては変化しない。 またステップリカバリダイオード８のスイッチング速度は数１００ピコ秒と非常に早いので（(1)式においてｄｔが非常に小さいので）、(1)式に基づき出力電圧Ｖ _ｊとしての超短パルス電圧の振幅を入力電圧Ｖ _ｉの振幅（パルス電圧Ｖ
_ｐの振幅）よりも大きくすることができる。

電圧修正部２からの上述したような出力電圧Ｖ _ｊが駆動部３に入力すると、駆動部３では可変コンデンサ１３によって出力電圧Ｖ _ｊから直流成分を除去して光源としての半導体レーザ４と遅延線１２とに印加する。

半導体レーザ４に加わった出力電圧Ｖ _ｊによって半導体レーザ４には注入電流Ｉ _ＬＤとして第２図(d)に示すような電流Ｉ _１が流れる。 このときの様子を第３図(a)乃至(c)を用いて説明すると、第３図(a)に示すように電流Ｉ _１が流れると、第３図(b)に示すように半導体レーザ４内の注入キャリア密度ｎは増加して緩和振動を繰返しながら定常値ｎ _ｏとなる。 その結果、半導体レーザ４からの光出力は、第３図(c)のように緩和振動を反映したものとなる。 このような緩和振動は、半導体レーザ４内に過剰なキャリアが発生するために生じ、これを防止するため、本実施例では、遅延線１２によって出力電圧Ｖ
_ｊを遅延させ遅延線１２の終端で出力電圧Ｖ _ｊの極性を反転し反射させて半導体レーザ４に反転した超短パルス電圧として加える。 これにより半導体レーザ４には第２
図(d)に示すように、電流Ｉ _１からいくらか遅れて電流Ｉ _１に対し極性の反転した電流Ｉ _２が注入電流Ｉ _ＬＤとして流入し、この電流Ｉ _２により半導体レーザ４内に生じた過剰なキャリアを十分に引抜く。 これによって第３
図(b)に示すような半導体レーザ４内の注入キャリア密度ｎの緩和振動を低減し、例えば第２ピークＰ _２以後の振動を除去することができて、半導体レーザからの光出力を緩和振動の減少したものにすることができる。

以上のようにして、実際に半導体レーザ４を駆動し、半導体レーザ４からの光出力を測定した結果、第４図に示すように、半値幅が約４０ピコ秒程度以下の超短光パルスを測定することができた。 また、入力電圧Ｖ _ｉの周波数を広い周波数範囲で変化させて出力電圧Ｖ _ｊとして単一の超短パルス電圧から数１０ＭＨ _ｚの繰返し周波数の超短パルス電圧までの任意の周波数の超短パルス電圧で半導体レーザ４を駆動する場合、入力電圧Ｖ _ｉの周波数を変化させても本実施例では前述のように各超短パルス電圧の波形が変化しないので、上記周波数範囲にわたり任意の周波数の超短光パルスをその波形を周波数により変化させることなく安定して発生させることが可能となる。

また第８図に示したような光源駆動装置に比べて、回路の構成要素は少なく、装置全体を小型化することができる。

なお上述の実施例において、第５図に示すように、駆動部２にさらにバイアス回路２０を設け、半導体レーザ４
に定電流源２１から所定のバイアス電流を流し、半導体レーザ４の立上りを向上させるようにしても良い。 また、駆動部２の遅延線１２として同軸線の長さを可変にできるスタブチューナを用いても良い。 この場合には、
超短パルス電圧が半導体レーザ４に加わってから極性の反転した超短パルス電圧が半導体レーザ４に加わるまでの時間を可変にできて。 第６図に示すように、注入電流Ｉ _１から流入電流Ｉ _２までの時間Ｔ _ｄを調整することができる。

さらに上述した実施例において順方向のバイアス電流Ｉ
_ｆ 、あるいは注入電流Ｉ _１ ，Ｉ _２の大きさも調整可能にすることができる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、直流電圧にパルス電圧を重畳させた入力電圧を誘導手段を介してステップリカバリダイオードに加えて超短パルス電圧に修正し、この超短パルス電圧を光源に印加するとともに超短パルスを遅延手段によって遅らせて極性を反転させて光源に印加するようにしているので、単一の超短光パルスから数１０ＭＨ _ｚの繰返し周波数の超短光パルスまでの広い周波数範囲にわたる任意の周波数の超短光パルスを周波数により波形が変形することなく安定して光源から発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光源駆動装置の一実施例の構成図、第２図(a)乃至(d)はそれぞれ入力電圧，ステップリカバリダイオードに流れる電流，出力電圧，注入電流のタイムチャート，第３図(a)乃至(c)は半導体レーザの緩和振動を説明するための図、第４図は本発明による光源駆動装置で半導体レーザを駆動することによって半導体レーザから発生した光パルスを実際に測定した結果を示す図、第５図は第１図に示す光源駆動装置の駆動部にさらにバイアス回路を設けた状態を示す図、第６図は半導体レーザの注入電流Ｉ _１ ， _２の期間Ｔ _ｄの調整を説明するための図、第７図はコムジェネレータによる光源駆動装置、第８図は２つのステップリカバリダイオードを用いた光源駆動装置、第９図(a)は第８図の光源駆動装置に加わる入力電圧Ｖ _ｃを示す図、第９図(b)は第９図(a)
の入力電圧Ｖ _ｃが加わったときのステップリカバリダイオードの印加電圧Ｖ _ｇを示す図である。 １……入力電圧発生部、２……電圧修正部、 ３……駆動部、４……光源、 ５……パルス電圧発生手段、 ６……直流電圧発生手段、７……誘導手段、 ８……ステップリカバリダイオード、 １２……遅延手段、Ｖ _ｉ ……入力電圧、 Ｖ _ｐ ……パルス電圧、Ｖ _ｆ ……直流電圧、 ΔＶ……電位差、 Ｖ _ｉ ……出力電圧（超短パルス電圧）、 Ｉ _ｆ ……順方向電流、Ｉ _ｒ ……逆方向電流、 Ｔ _ｏ ……遅延時間、Ｔ _ｓ ……導通期間、 Ｌ……インダクタンス、Ｉ _ＬＤ ……注入電流

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