JPH01117382A

JPH01117382A - レーザーパルス発生装置

Info

Publication number: JPH01117382A
Application number: JP27505687A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nagarego; 流郷　繁; Yoshinao Ishikawa; 義直石川; Hidefumi Ito; 秀文伊藤; Junichi Sugawara; 順一菅原
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1989-05-10
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: JP2619661B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、レーザー゛・ダイオードを用いて光パルス
波の発生する装に関するものである。

〔従来の技術〕

こうした装置において、例えば、ＩＯＷ程度の出力の光
パルスを得るには、従来は、例えば、浜松ホトニクス株
式会社発行「高出力パルスレーザダイオードＬ２３７６
シリーズ」カタログなどに示されているように、第３図
Ａのように、ＬＣ分布型パルス成形回路２を組み合わせ
た５ＣＲ（サイリスタ素子）１　にトリが一信号を与え
て得られるパルス電流を用いてレーザー・ダイオード３
の発振を行なわせるが、または第中図Ｂのように、ＬＣ
分布型パルス成形回路２を組み合わせたリレースイッチ
４にトリガー信号を与えて得られるパルス電流をレーザ
ー・ダイオード３に与えることにより光パルスを発生さ
せていた。

そして、発生するパルスの立ち上がり時間を速くし、パ
ルス幅をせまくするためには、起動性のよいＳＣＲを用
い、電源電圧ＶＨとパルス成形回路２の構成とをそれに
対応して適切に条件付けるなどの方法がとられている。

しかし、この方法では、第３図Ｃのように、立上り時間
Ｔ１も、また、パルス幅Ｔ２も、せいぜい、５０ｎＳ（
ナノ秒）程度、のらのしか得られていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一方、レーザー・パルスを用いる計測技術の分野では、
例えば、反射計測などの場合、さらに、もう１桁短い５
ｎＳ程度の光パルスを発生する装置の出現が期待されて
いるという問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記のレーザーダイオードに与えるパルス
電流の発生回路を、アバランシェ効果を有するトランジ
スター（この発明において、アバランシェトランジスタ
ーという）を用いて構成することにより、その立上り時
間の急峻化を可能にし、当該トランジスターを並列接続
することにより、レーザー・ダイオードの内部イン−ピ
ーダンスに近付けて光パルスの出力を増大することを可
能にしたものである。

なお、アバランシェ効果の起こす原理については、例え
ば、昭和５４年３月オーム社発行電子通信ハンドブック
５３０真に記載されている。

〔実施例〕

以下、実施例を図面により説明する。

第１図Ａにおいて、レーザー・ダイオード１１は、例え
ば、上記のＬ２３２６シリーズのレーザー・ダイオード
であり、それに接続した後記の駆動回路ブロック１０１
によりパルス電流が与えられて、光パルスの出力信号Ｓ
ＩＯの立上り時開Ｔ１とパルス幅Ｔ２とを、それぞれ　
５ｎＳ程度にした出力的１０Ｗの光パルスを２０〜４０
＃Ｓの繰返周期Ｔ３で発生するようにしたものであり、
各部の信号波形は第２図Ａのようになっている。

駆動回路ブロック１０１の駆動端子２１には、第２図Ａ
のクロック信号Ｓ１のような周期２０〜４０μｓの矩形
波パルスが与えられており、クロック信号Ｓ１は微分回
路２２によって、その始線時点の短時間分を切り取った
形にパルス化され、これを微分信号Ｓ２として出力する
。

微分信号Ｓ２は、レーザーダイオード１１に与えるパル
ス電流を発生する後記の回路の動作トリガー信号に相当
する。

微分回路２２は、例えば、ＤＣ電源■１によって動作す
る５Ｎ７４１２８型ＩＣのインバーター素子Ｄ１０１〜
１０３・ＡＮＤ素子Ｄ１０４などの組み合わせによって
構成された周知の微分回路である。

結合回路２３は、微分信号Ｓ２によって初段駆動回路２
３を駆動するための結合回路であり、後続の７バランシ
エトランジスターＴＲ２０１のペース・エミ妥ター間入
力（入力インピーダンス２〜５Ωとして設定）に結合す
るためのトランスＴ１０１、例えば、１対１の巻線比の
超高周波トランスと、微分回路２２の出力回路のインピ
ーダンス５０Ωに対する負荷保護抵抗Ｒ１０１とを直列
接続したものである。

トランスＴ１０１の巻数は、１次・２次間の分布容量結
合によるパルス波形への悪影響をさけるため、１回巻程
度のものとするのが望ましい。

初段駆動回路２４は、アバランシェ効果を起こさせるの
に十分な電圧のＤＣ電源■２をＣＲ時定数をもつ給電回
路を介して給電する構成のアバランシェトランジスター
ＴＲ２０１によるパルス発生回路である。

アバランシェトランジスターＴＲ２０１は、例えば、株
式会社日立製作所製の２８Ｃ４５４型（シリコンＮＰＮ
エピタキシアル形）トランジスターであり、１次給電回
路を構成する可変抵抗Ｒ２０１とコンデンサー０２０１
とは、可変抵抗Ｒ２０１の調整により、アバランシェ動
作が安定に行なえる電圧値に分圧調整するとともに、安
定蓄積するための回路を形成しており、例えば、抵抗Ｒ
２０１の抵抗値とコンデンサーＣ２０１の容量とによる
時定数を繰返周期Ｔ３の１０倍程度にしである。

抵抗Ｒ２０２とコンデンサーＣ２０２は、発生する駆動
パルス信号Ｓ３のパルス幅Ｔ５を作り出すための時定数
給電回路を形成するものであり、このパルス幅Ｔ５は後
続の次段駆動回路２５によるパルス発生を支障させない
ように、出力信号Ｓ１０のパルス幅Ｔ２よりも狭い幅、
例えば、約１／２程度の幅にしてあり、抵抗Ｒ２０２の
抵抗値　。

とコンデンサー０２０２の容量値とによる時定数をそれ
に対応するように選定するとともに、駆動パルス信号Ｓ
３の立上り時間Ｔ４がアバランシェトランジスターＴＲ
２０１の導通時の内部抵抗値とコンデンサー０２０２の
容量を主体にして決まることを考慮して各位を選定しで
ある。

ｔｌｔＲ２０３は、７パランシエＦランシスターＴＲ２
０１の出力側負荷整合用の抵抗であり、後続の次段駆動
回路２５の入力インピーダンスに整合させている。

抵抗Ｒ２Ｏ３は、インダクタンス成分によるパルス波形
への悪影響をさけるため、短小固体型の無誘導抵抗器を
用いるのが望ましい。

次段駆動回路２５は、複数のアバランシェトランジスタ
ーを直列接続した直列型パルス発生回路２５Ａを複数列
設けて並列接続した直並列型のパルス発生回路を、駆動
パルス信号Ｓ３によって駆動して、レーザダイオード１
１に光パルスを発生させるためのパルス電流となる駆動
信号＄４を発生するように構成した回路である。

直列型パルス発生回路２５Ａは、直列された各素子に同
時に７パランシエ効果を起こさせるのに十分なりｃ．ｆ
ｉＶ３をＣＲ時定数をもつ給電回路を介しで給電する構
成の直列接続７／イランシエトランジｙ、９−ＴＲ３０
１〜ＴＲ３０４によるパルス発生回路である。

アバランシェトランジスターＴＲ３０１〜３０４は、例
えば、前記のアバランシェトランジスターＴＲ２０１と
同一のアバランシェトランジスターであり、入力回路と
出力回路が設けられる側に配置したアバランシェトラン
ジスターＴＲ３０４だけが、ぺ一人・エミッター間入力
回路が設けてあり、それより給電側に配置したアバラン
シ１トランジスターＴＲ３０１〜３０３は、すべてベー
ス・エミッター間を短絡したダイオード接続型にしであ
る。

これらのダイオード接続型にされた部分のアバランシェ
トランジスターＴＲ３０１〜３０３は、７パランシエ効
果が同時に円滑に行なわれるようにするために、コレク
ター・エミッター間にμＡオーダー程度の漏洩電流が流
れるような特性をもつものを選択する方が安定にパルス
発生動作を行ないやすい。

トランスＴ３０１は、前記のトランスＴ２Ｏ１と同様の
超高周波用トランスであり、アバランシェトランジスタ
ーＴＲ３０４のペース・エミッター間入力（入力インピ
ーダンス約２〜５Ωとして設定）に駆動パルス信号Ｓ３
を与えるための整合トランスであり、直列型パルス発生
回路２５Ａの並列数によって、その巻線比が異なってく
るが、この場合の８列による並列構成において、３対１
の巻線比にしである。

トランスＴ３０１の巻数は、１次・２次間の分布容量結
合によるパルス波形への悪影響をさけるため、最小巻数
側を１回巻程度のものとするのが望ましい。

抵抗Ｒ３０１とコンデンサーＣ３０１とは、前記の抵抗
Ｒ２０２とコンデンサー０２０２による時定数給電回路
と同様の役目を果たす回路であるが、この場合は、抵抗
Ｒ３０１の抵抗値とコンデンサー〇３０１とによる時定
数が駆動信号Ｓ４のパルス幅Ｔ７を作り出すように選定
するとともに、トリが一信号Ｓ４の立上り時間Ｔ６がア
バランシェトランジスターＴＲ３０ｉ〜３０４の導通時
の内部抵抗値とコンデンサー０３０１の容量を主体にし
て決まることを考慮して各位を選定しである。

また、コンデン？−Ｃ３０２は、Ｄｃ．ｌ源ｖ３の回路
に対するデカップル用バイパスコンデンサーであり、Ｄ
Ｃ電源ｖ３の回路インピーダンスに対してデカップル作
用を果たせるような適宜の容量値に選定すればよく、ま
た、設置数も直列型パルス発生回路２ＳＡごとに設けず
、適宜に集約的に配置してもよい。

各直列型パルス発生回路の出力回路側に配置した各アバ
ランシェトランジスターＴＲ３０４の各エミッターの出
力側は、すべて１つに接続され、各エミッターからの出
力電流は合流して駆動信号４になり、レーザーダイオー
ド１１のパルス電流印加電極に駆動パルス電流として与
えられるように構成しである。

ＤＣ電源ｖ２とＤＣ電源ｖ３の電圧は、それぞれ、アバ
ランシェトランジスターに７パランシエ効果を起こさせ
るのに十分な電圧に設定してあり、ＤＣ電源ｖ３の電圧
調整は、負荷側の電流容量が大きいので、可変電圧型の
スイッチングレギエレー′ター（図示せず）によって行
なうようにしである。

なお、第１図Ａの実施例の実験セットにおける各部の数
値は、図中に示したとおりであるが、目的に応じて、適
宜変更できることは言うまでもな％１１゜〔変形実施〕この発明は次のような変形実施が可能である。

（１）微分回路２２を、他の回路構成によるもので出力
振幅が安定して得られるもの、例えば、ＣＲ微分回路を
安定動作化したものによって構成する。

（２）レーザーダイオ−°ド１１に駆動信号４を与える
構成を、第１図Ｂのように、レーザーダイオード１１を
コンデンサーＣ３０１のアース側とアース間に配置して
構成する。

（３）レーザーダイオード１１に駆動信号４を与える構
成を、第１図Ｃのように、アバランシェトランジスター
ＴＲ３０１のコレクターとコンデンサーＣ３０１の分岐
点との間に配置して構成する。

（４）小出力の光パルスを発生する目的の場合、初段駆
動回路２３の出力電流をしｉイーダイオード１１に与え
るようにし、抵抗Ｒ２０２とコンデンサー〇２０２によ
る時定数を出力信号１０に対応した値に設定する。

二の構成により　前記（２）項の構成を行なうときは、
ＤＣ電源ｖ２がレーザーダイオード１１を介して与えら
れるように構成する。

（５）次段駆動回路を１列の直列型パルス発生回路２５
Ａだけで構成する。

（６）直列型パルス発生回路２５Ａのアバランシェトラ
ンジスターの直列数を少なくし、または、増加しで構成
する。

（７）初段駆動回路２４と次段駆動回路２５とのパルス
波形の生成に直接寄与する時定数素子の値、つまり、抵
抗Ｒ２０２・コンデンサーＣ２０２と抵抗Ｒ３０トコン
デンサーＣ３０１の値を変更するなどにより、出力信号
Ｓ１０の立上り時間Ｔ１を上記と同程度に短くし、パル
ス幅Ｔ２を上記よりも広くした光パルスを得る構成にす
る。

この場合、パルス幅Ｔ２に対する周期Ｔ３の比率が、レ
ーザーダイオード１１の破損限界以下の実働率（デエー
テイ◆レジ１−）になるように設定しなければならない
ことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

この発明によれば、上記のように、時定数給電回路付き
のアバランシェトランジスターによるパルス発生回路を
用いて、レーザーダイオードに印加するパルス電流を得
る構成にしであるため、回路構成にコイルによるイクダ
クタンス素子を用いずに、パルス成形ができ、また、レ
ーザーダイオードの動作時の内部インピーダンスに対す
る整合と出力の増大とを、アバランシェトランジスター
を直列並列接続するだけの簡単な構成でできるため、市
販価格の非常に安い素子（ちなみに、２Ｓ０４５４型ト
ランジスターの価格は５０円／個程度である）のみで作
ることができるので、立上り時間とパルス幅のごく短い
光パルスおよびその出力カｆ１０Ｗ程度におよぶ比較的
出力の大軽い光パルス発生装置を、きわめて軽便安価に
提供することができるなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は実施例を示し、第１図Ａは回路構成図、第１図Ｂ
−＄１図Ｃは要部回路構成図、第２図Ａ・第３図Ｃは要
部信号波形図、第３図Ａ−第３図Ｂは従来の回路構成図
である。１・・・５ＣＲ２・・・ＬＣ分布型パルス成形回路３・・・レーザーダイオード４・・・リレースイッチ１１・・・レーザーダイオード２１・・・駆動端子２２・・・微分回路２３・・・結合回路２４・・・初段駆動回路２５・・・次段駆動回路１０１・・・駆動回路ブロックＶｌ−Ｖ２−Ｖ３・、ＤＣ電源

Claims

【特許請求の範囲】

１．立上り時間が急峻でパルス幅の狭いパルス電流をレ
ーザーダイオードに与えることにより光パルスを発生す
るレーザーパルス発生装置であって、アバランシェトラ
ンジスターを用いたパルス発生手段により前記パルス電
流を得ることを特徴とする装置。
２．特許請求範囲第１項記載の装置であって、ａ．前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いいパルス幅のパルス信
号を駆動信号として発生する駆動信号手段と、ｂ．前記パルス電流の立上り時間とパルス幅とを生成す
るための時定数給電回路をコレクター側に配置したアバ
ランシェトランジスターのべース・エミッター間に前記
駆動信号を与えることにより前記パルス電流を発生する
パルス電流発生手段と、を具備することを特徴とするレーザーパルス発生装置。
３．特許請求範囲第１項記載の装置であって、ａ．前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いいパルス幅のパルス信
号を第１駆動信号として発生する第１駆動信号手段と、ｂ．前記パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパ
ルス信号を生成するための時定数給電回路をコレクター
側に配置したアバランシェトランジスターのベース・エ
ミッター間に前記第１駆動信号を与えることにより前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパルス信号
を第２駆動信号として発生する第２駆動信号発生手段と
、ｃ．前記パルス電流の立上り時間とパルス幅とを生成
するための時定数給電回路をコレクター側に配置したア
バランシェトランジスターのベース・エミッター間に前
記第２駆動信号を与えることにより前記パルス電流を発
生するパルス電流発生手段とを具備することを特徴とするレーザーパルス発生装置。
４．特許請求範囲第１項記載の装置であって、ａ．前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパルス信号
を第１駆動信号として発生する第１駆動信号手段と、ｂ．前記パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパ
ルス信号を生成するための時定数給電回路をコレクター
側に配置したアバランシェトランジスターのベース・エ
ミッター間に前記第１駆動信号を与えることにより前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパルス信号
を第２駆動信号としで発生する第２駆動信号発生手段と
、ｃ．前記パルス電流の立上り時間とパルス幅とを生成
するための時定数給電回路をコレクター側に配置しベー
ス・エミッターを短絡した第１のアバランシェトランジ
スターと、コレクターが前記第１のアバランシェトラン
ジスターのエミッターに接続された第２のアバランシェ
トランジスターのベース・エミッター間に前記第２駆動
信号を与えることにより前記パルス電流を発生するパル
ス電流発生手段とを具備することを特徴とするレーザーパルス発生装置。
５．特許請求範囲第１項記載の装置であって、ａ．前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパルス信号
を第１駆動信号として発生する第１駆動信号手段と、ｂ．前記パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパ
ルス信号を生成するための時定数給電回路をコレクター
側に配置したアバランシェトランジスターのベース・エ
ミッター間に前記第１駆動信号を与えることにより前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパルス信号
を第２駆動信号として発生する第２駆動信号発生手段と
、ｃ．前記パルス電流の立上り時間とパルス幅とを生成
するための時定数給電回路をコレクター側に配置しベー
ス・エミッターを短絡したの第１のアバランシェトラン
ジスターと、ベース・エミッターを短絡したアバランシ
ェトランジスターを所要個数だけコレクターとコレクタ
ーとを直列接続した第２のアバランシェトランジスター
と、コレクターが前記第２のアバランシェトランジスタ
ーのエミッターに接続された第３のアバランシェトラン
ジスターのベース・エミッター間に前記第２駆動信号を
与えることにより前記パルス電流を発生するパルス電流
発生手段とを具備することを特徴とするレーザーパルス発生装置。
６．特許請求範囲第１項記載の装置であって、ａ．前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパルス信号
を第１駆動信号として発生する第１駆動信号手段と、ｂ．前記パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパ
ルス信号を生成するための時定数給電回路をコレクター
側に配置したアバランシェトランジスターのベース・エ
ミッター間に前記第１駆動信号を与えることにより前記
パルス電流のパルス幅よりも狭いパルス幅のパルス信号
を第２駆動信号として発生する第２駆動信号発生手段と
、ｃ．前記パルス電流の立上り時間とパルス幅とを生成
するための時定数給電回路をコレクター側に配置しベー
ス・エミッターを短絡したの第１のアバランシェトラン
ジスターと、ベース・エミッターを短絡したアバランシ
ェトランジスターを所要個数だけコレクターとコレクタ
ーとを直列接続した第２のアバランシェトランジスター
と、コレクターが前記第２のアバランシェトランジスタ
ーのエミッターに接続された第３のアバランシェトラン
ジスターのベース・エミッター間に前記第２駆動信号を
与えることにより前記パルス電流のー部の電流を発生す
る部分パルス電流発生手段と、ｄ．前記部分パルス発生
手段を複数並列配置して得られる各前記ー部の電流を合
流して前記パルス電流を得る手段と、を具備することを特徴とするレーザーパルス発生装置。