DE10046898A1

DE10046898A1 - Verfahren zum Regeln des Arbeitspunktes eines Modulators und zugehörige Ansteuereinheit

Info

Publication number: DE10046898A1
Application number: DE10046898A
Authority: DE
Inventors: Harald Geiger; Christoph Glingener; Georg Mohs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Xieon Networks SARL
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: US6639482B2; DE10046898B4; US20020047750A1

Abstract

Erläutert wird ein Verfahren zum Steuern eines Modulators (128). Der Arbeitspunkt des Modulators (128) wird mit Hilfe einer Regelschaltung (124) so geregelt, dass der Arbeitspunkt über lange Zeit und unter verschiedenen Betriebsbedingungen relativ zur Transmissionskennlinie des Modulators (128) stabil ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Arbeits punktes eines Modulators. Der Modulator erzeugt abhängig von einem Steuersignal aus einer Eingangsstrahlung eine modulier te Ausgangsstrahlung, beispielsweise im optischen Bereich.

Zur Erzeugung von Pulsen in optischen Nachrichtenübertra gungsnetzen werden stabile Pulsquellen benötigt. Ein einfa ches und kostengünstiges Verfahren für das Erzeugen von Pul sen aus einer sogenannten Dauerstrichquelle mit Hilfe von schnellen, optischen Modulatoren ist in der DE 199 24 347.6 beschrieben. Problematisch bei diesem Verfahren ist jedoch die Langzeitstabilität der Pulsquelle. Um Arbeitspunktver schiebungen zu vermeiden, werden bisher bei niedrigen Daten raten inhärent stabile Modulatoren eingesetzt, bei denen die Langzeitstabilität durch aufwendige, konstruktive Maßnahmen erreicht wird. Die gleichen Probleme treten bei Datenmodula toren auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, zum Regeln des Arbeitspunktes eines Modulators ein einfaches Verfahren anzugeben, das einen stabilen Arbeitspunkt des Modulators gewährleistet. Außerdem soll eine zugehörige Ansteuereinheit angegeben werden.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die im Pa tentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Weiter bildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Arbeits punkt ein wesentlicher Betriebsparameter des Modulators ist. Verändert sich der Arbeitspunkt, so verändern sich auch die durch den Modulator erzeugten Pulse. Der Arbeitspunkt lässt sich zwar beim Herstellen eines Modulators sehr genau einstellen, driftet jedoch dann abhängig von verschiedenen Ursa chen ab. Solche Ursachen sind beispielsweise die Alterung des Modulators über die Jahre oder eine sich während des Betriebs des Modulators innerhalb von Minuten ändernde Betriebstempe ratur, beispielsweise unmittelbar nach dem Einschalten.

Die Erfindung geht weiterhin von der Erkenntnis aus, dass der Arbeitspunkt bezüglich der Transmissionskennlinie des Modula tors einfach über den Mittelwert des Steuersignals oder mit Hilfe eines Hilfssignals eingestellt werden kann, das letzt lich den Mittelwert des Steuersignals beeinflusst. Weiterhin liegt der Erfindung die Überlegung zu Grunde, dass eine Ab weichung des Ist-Arbeitspunktes von einem vorgegebenen Soll- Arbeitspunkt eine Veränderung der Ausgangsstrahlung zur Folge hat.

Deshalb wird beim erfindungsgemäßen Verfahren aus der Aus gangsstrahlung in mindestens einem vorgegebenen Frequenzbe reich die mittlere Strahlungs-Leistung erfasst. Die mittlere Strahlungsleistung ist die über die Frequenzen gemittelte Strahlungsleistung. Weiterhin wird eine periodische Auslen kung des Arbeitspunktes gemäß einer Arbeitspunktauslenkungs frequenz erzwungen. Abhängig von der Auslenkung des Arbeits punktes wird ein Regelsignal erzeugt. Abhängig vom Regelsig nal wird der Mittelwert des Steuersignals und/oder der Sig nalwert des Hilfssignals derart geändert, dass die Abweichung von Ist-Arbeitspunkt und Soll-Arbeitspunkt kleiner wird.

Durch diese Vorgehensweise lassen sich sowohl kurzfristige Abweichungen des Ist-Arbeitspunktes vom Soll-Arbeitspunkt als auch langfristige Abweichungen auf Grund einer Veränderung der Transmissionskennlinie des Modulators auf einfache Art ausregeln. Die mittlere Strahlungs-Leistung wird als Regel größe verwendet. Als Stellgröße dient beispielsweise die Spannung oder der Strom des Steuersignals.

Durch die Bezugnahme auf einen markanten Punkt lässt sich die Regelung auch ohne Vorgabe einer Soll-Leistung durchführen. Als Bezugspunkt wird z. B. ein Minimum, ein Maximum, ein Wen depunkt oder ein anderer Punkt, an dem eine Ableitung den Wert 0 hat, in der Leistungskurve gewählt.

Als Regelverfahren werden die aus der Regelungstechnik be kannten Verfahren eingesetzt, beispielsweise eine Proportio nal-, eine Proportional-Integral- oder eine Proportional- Integral-Differenzial-Regelung. Die erfasste Leistung lässt sich gegebenenfalls direkt als Regelgröße einsetzen. Sehr gute Regelkreise entstehen jedoch dann, wenn die Regelgröße mit Hilfe einer phasensensitiven Detektion erfasst wird, die auch als Lock-in-Verfahren bekannt ist. Die phasensensitive Detektion hat den Vorteil, daß die Regelung vergleichsweise unabhängig von Störgrößen durchgeführt werden kann, z. B. von Signalrauschen. Eine phasensensitive Detektion wird bei spielsweise in dem Buch "Electronic Measurement and Instru mentation", Klaas B. Klaassen, Cambridge University-Press, 1996, Seiten 204 bis 210, erläutert.

Bei einer Weiterbildung wird als Regelgröße eine Ableitung der Funktion von Arbeitspunkt und erfasster Leistung einge setzt. Bei der Regelung wird dann auf einen Punkt der Funkti on Bezug genommen, an dem die gewählte Ableitung den Wert 0 hat. Bezug nehmen heißt dabei, dass ohne Verstimmung des Regelkreises auf den Regelpunkt geregelt wird.

Der Modulator ist entweder ein Puls-Modulator, der mit einem periodischen Steuersignal vorgegebener Ansteuerfrequenz ange steuert wird, oder ein Datenmodulator, der mit einem von den zu übertragenden Daten abhängigen Steuersignal angesteuert wird, wobei die halbe Datenrate als Ansteuerfrequenz bezeich net wird.

Bei einer Weiterbildung enthält der vorgegebene Frequenzbe reich alle Frequenzen der durch eine Wandlereinheit erfassbaren Frequenzen der Ausgangsstrahlung. Als Wandlereinheit wird beispielsweise eine Fotodiode oder ein Fototransistor einge setzt. Die durch die Wandlereinheit erfassbaren Frequenzen werden durch deren Aufbau bestimmt. Zusätzlich zur Wandler einheit sind bei dieser Weiterbildung keine Filter zum Aus filtern bestimmter Frequenzbereiche erforderlich. Der vorge gebene Frequenzbereich kann sehr breitbandig sein, z. B. von 0 Hz bis in den Gigahertzbereich. Es lassen sich jedoch auch vergleichsweise schmalbandig arbeitende Wandlereinheiten einsetzen, die z. B. nur Frequenzen von 0 Hz bis in den Kilo hertzbereich hinein erfassen. Schmalbandige Wandlereinheiten sind im Vergleich zu breitbandigen Wandlereinheiten einfacher herzustellen und damit kostengünstiger erhältlich.

Bei einer alternativen Weiterbildung enthält der vorgegebene Frequenzbereich nur einen Teil der durch eine Wandlereinheit erfassbaren Frequenzen der Ausgangsstrahlung. Dieser Teil wird durch den Aufbau einer der Wandlereinheit nachgeschalte ten Filtereinheit bestimmt. Die Filtereinheit ist beispiels weise ein Tiefpassfilter, ein Bandpassfilter oder ein Hoch passfilter. Bei dieser Weiterbildung werden Veränderungen im Spektrum ausgenutzt, die abhängig vom Arbeitspunkt auftreten. Durch das Auswählen eines oder mehrerer, geeigneter Frequenz bereiche lassen sich große Signalunterschiede zwischen der Leistung im Soll-Arbeitspunkt und der Leistung bei Abweichun gen vom Soll-Arbeitspunkt erzielen.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens mit Filtereinheit schließt der vorgegebene Frequenzbereich eine Frequenz ein, die der Ansteuerfrequenz entspricht. Die doppelte Ansteuer frequenz und Vielfache der doppelten Ansteuerfrequenz sind nicht im Frequenzbereich enthalten. Die Ausgestaltung geht von der Erkenntnis aus, dass im Leistungsdichtespektrum bei Abweichungen vom Soll-Arbeitspunkt eine erhebliche Leistungs zunahme im Bereich der Ansteuerfrequenz auftritt. Die im Bereich der Ansteuerfrequenz erfassbare Leistung ist abhängig von der Größe der Abweichung von Soll-Arbeitspunkt und Ist- Arbeitspunkt.

Liegt bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens mit Filtereinheit, insbesondere bei einem Puls-Modulator, der Soll-Arbeitspunkt in einem Transmissionsmaximum - sogenannter RZ-Betrieb (Return to Zero) - oder in einem Transmissionsmi nimum - sogenannter Carrier-Suppressed-RZ-Betrieb -, so wird der Mittelwert des Steuersignals und/oder der Signalwert des Hilfssignals mit Hilfe eines Regelkreises geregelt, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leistung innerhalb des vorgegebenen Frequenzbe reiches minimal ist.

Bei einer alternativen Weiterbildung enthält der vorgegebene Frequenzbereich nur Frequenzen, die weit unterhalb der An steuerfrequenz liegen, d. h. im Vergleich zur Ansteuerfrequenz niederfrequent sind. Beispielsweise sind die Frequenzen klei ner als ein Zehntel der Ansteuerfrequenz. Die zu verarbeiten den Signale haben dadurch geringere Frequenzen. Es werden Bauteile eingesetzt, die für Grenzfrequenzen ausgelegt sind, die weit unterhalb der Ansteuerfrequenz liegen. Liegt die Ansteuerfrequenz beispielsweise im Gigahertzbereich, so sind Bauelemente für den Kilohertzbereich für die Bearbeitung geeignet, weil diese Bauelemente noch die zur Regelung benö tigte, mittlere Leistung erfassen. Für das Verfahren benötigte Schaltungen lassen sich so ohne Hochfrequenzbauteile kosten günstig aufbauen.

Liegt der Soll-Arbeitspunkt bei einer Ausgestaltung mit nie derfrequentem Frequenzbereich - insbesondere bei einem Puls- Modulator - in einem Transmissionsminimum, so wird der Mit telwert des Steuersignals und/oder der Signalwert des Hilfs signals mit Hilfe eines Regelkreises geregelt, der auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leistung innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs maximal ist.

Liegt dagegen der Soll-Arbeitspunkt bei einer alternativen Ausgestaltung mit niederfrequentem Frequenzbereich - insbe sondere bei einem Puls-Modulator - in einem Transmissionsma ximum, so wird der Mittelwert des Steuersignals und/oder der Signalwert des Hilfssignals mit Hilfe eines Regelkreises geregelt, der auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leistung innerhalb des vorgegebenen Frequenzbe reichs minimal ist.

Liegt der Soll-Arbeitspunkt bei einer weiteren, alternativen Ausgestaltung mit niederfrequentem Frequenzbereich - insbe sondere bei einem Pulsmodulator - zwischen einem Transmissi onsmaximum und einem Transmissionsminimum der Transmissions kennlinie (sogenannter Clock-RZ-Betrieb), so wird ein Regel punkt gewählt, bei dem die mittlere Leistung minimal oder maximal ist.

Liegt der Soll-Arbeitspunkt bei einer weiteren, alternativen Ausgestaltung mit niederfrequentem Frequenzbereich bei einem Datenmodulator - zwischen einem Transmissionsmaximum und einem Transmissionsminimum, vorzugsweise in einem Wendepunkt, so wird der Mittelwert des Steuersignals und/oder der Signal wert des Hilfssignals mit Hilfe eines Regelkreises geregelt, der auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die Funk tion der mittleren Leistung und des Arbeitspunktes einen Wendepunkt hat.

Der Regelkreis für die Regelung des Arbeitspunktes ist bei einer nächsten Weiterbildung nicht verstimmt, so dass der Regelkreis im Soll-Arbeitspunkt des Modulators auf den Regel punkt eingeregelt ist. Im sogenannten Clock-RZ-Betrieb wird der Regelkreis verstimmt.

Eine vorzeichenrichtige Regelgröße lässt sich bei einer Wei terbildung auf einfache Art gewinnen, wenn zum Regeln eine kleine Abweichung des Arbeitspunktes erzwungen wird. Die Leistung wird dann an mindestens zwei verschiedenen Arbeitspunkten erfasst. Ein solches Erzwingen von kleinen Abweichun gen des Arbeitspunktes liegt beispielsweise der phasensensi tiven Detektion zu Grunde, die auch als Lock-in-Verfahren bezeichnet wird, siehe beispielsweise Klaas B. Klaassen, "Electronic Measurement and Instrumentation", Cambridge Uni versity-Press, 1996, Seiten 204 bis 210. Zum Regeln wird die Abweichung des Arbeitspunktes bei einer Ausgestaltung mit Hilfe eines periodischen Auslenkungssignals mit vorgegebener Auslenkungsfrequenz erzwungen. Das Auslenkungssignal wird vorzugsweise zum Steuersignal addiert. Ein von der erfassten Leistung abhängiges Signal wird mit einem periodischen Refe renzsignal multipliziert, dessen Frequenz mit der Auslen kungsfrequenz übereinstimmt. Ein aus der Multiplikation re sultierendes Signal wird nach einer Tiefpassfilterung und vorzugsweise nach einer folgenden Integration zur Änderung des Mittelwertes des Steuersignals und/oder zur Änderung des Signalwertes des Hilfssignals herangezogen. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters bestimmt die Ansprechzeit des Regelkrei ses, die z. B. zwischen 10 Millisekunden und 100 Millisekunden liegt. Durch dieses Verfahren wird letztlich die Ableitung der Leistungskurve als Regelgröße verwendet. Abhängig von der Phase des Auslenkungssignals (π/2 oder 3 π/2) lässt sich die Leistung auf ein Maximum bzw. ein Minimum regeln. Das Auslen kungssignal hat einen kosinus- oder sinusförmigen Verlauf. Eingesetzt werden jedoch auch andere Auslenkungssignale, z. B. mit rechteckpulsförmigem Verlauf. Hat das Referenzsignal eine Frequenz die einem Vielfachen der Auslenkungsfrequenz ent spricht, so können Punkte detektiert werden, an denen höhere Ableitungen 0 sind, z. B. bei der doppelten Auslenkungsfre quenz ein Wendepunkt.

Gleichzeitig mit dem Arbeitspunkt lässt sich auch der Ar beitsbereich auf ähnliche Art regeln. Die Auslenkungsfrequenz für die Regelung des Arbeitspunktes und die Auslenkungsfre quenz für die Regelung des Arbeitsbereiches werden so ge wählt, dass die Regelkreise unabhängig voneinander arbeiten. So werden voneinander verschiedene Auslenkungsfrequenzen eingesetzt, z. B. eine Auslenkungsfrequenz von 3 kHz und eine Auslenkungsfrequenz von 5 kHz.

Die Eingangsstrahlung wird bei einem Pulsmodulator oder einem Datenmodulator mit Hilfe einer Dauerstrichlichtquelle oder einer Puls-Strahlungsquelle erzeugt. Beispielsweise bildet ein Pulsmodulator eine Pulslichtquelle.

Die Ansteuerfrequenz des Modulators beträgt bei Weiterbildun gen mehr als 1 Gigahertz, vorzugsweise 5 Gigahertz oder 20 Gigahertz. Der Modulator arbeitet bei einer anderen Weiter bildung im optischen Bereich. Beispielsweise enthält der Modulator ein Mach-Zehnder-Interferometer. Die Transmissions kennlinie des Modulators ist beispielsweise kosinus- oder sinusförmig. Eingesetzt werden jedoch auch Modulatoren mit anderen Transmissionskennlinien.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Ansteuereinheit zur Durchführung der oben genannten Verfahren. Die oben für die Verfahren genannten, technischen Wirkungen gelten auch für die Ansteuereinheit und deren Weiterbildungen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Transmissionskennlinie eines Puls-Modulators mit zeitlich konstanter Eingangsstrahlung und den Verlauf eines Steuersignals,

Fig. 2 das Leistungsdichtespektrum der Ausgangsstrahlung des Puls-Modulators bei optimalen Arbeitsparame tern,

Fig. 3 das Leistungsdichtespektrum der Ausgangsstrahlung des Puls-Modulators bei einer Abweichung des Ist- Arbeitspunktes um 10 Prozent und Soll-Arbeits bereich,

Fig. 4 die mittlere HF-Strahlungsleistung des Puls- Modulators in einem vorgegebenen Frequenzbereich, abhängig von der Arbeitspunktabweichung zwischen Ist-Arbeitspunkt und Soll-Arbeitspunkt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine HF-Bauelemente enthal tende Ansteuereinheit des Pulsmodulators,

Fig. 6 die mittlere NF-Strahlungsleistung des Puls- Modulators abhängig von der Arbeitspunktabweichung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild für eine niederfrequent arbei tende Ansteuereinheit eines Puls-Modulators gemäß zweitem Ausführungsbeispiel und

Fig. 8 ein Blockschaltbild für eine niederfrequent arbei tende Ansteuereinheit eines Datenmodulators.

Fig. 1 zeigt in ihrem oberen Teil eine Transmissionskennli nie 10 eines Modulators, z. B. eines Puls-Modulators mit zeit lich konstanter Eingangsstrahlung. Auf einer Abszissenachse 12 ist die Ansteuerspannung in Volt abgetragen. Eine Ordina tenachse 14 zeigt Transmissionswerte T. Die Transmissions kennlinie 10 hat einen bei der Spannung 0 Volt beginnenden, kosinusartigen Verlauf. Die Transmission sinkt von einem maximalen Wert 1 auf nahezu 0 bei einer Spannung U1 ab. Zur Spannung U1 gehört ein in einem Transmissionsminimum liegen der Arbeitspunkt AP2. Mit zunehmender Spannung nimmt die Transmission T wieder zu, bis bei einer Spannung U2 ein Ar beitspunkt AP1 erreicht wird, der in einem Maximum der Trans missionskennlinie 10 liegt. Wird die Spannung weiter erhöht, so sinkt die Transmission und erreicht bei einer Spannung U3 wieder ein Minimum.

Der Arbeitspunkt AP1 im Transmissionsmaximum wird auch als RZ-Arbeitspunkt (Return to Zero) bezeichnet. Im RZ-Betrieb soll der Arbeitspunkt AP1 immer im Transmissionsmaximum lie gen. Verändert sich die Transmissionskennlinie 10 des Puls- Modulators, so ist eine Nachregelung des Arbeitspunktes AP1 durch Veränderung der Spannung U2 erforderlich. Mit zunehmen der Alterung des Puls-Modulators wird die Transmissionskenn linie 10 in Richtung der Abszissenachse 12 und/oder in Rich tung der Ordinatenachse 14 gestaucht, gestreckt bzw. verscho ben. Wird der Pulsmodulator im Arbeitspunkt AP1 betrieben, so liegt ein optimaler Arbeitsbereich AB1 genau zwischen den Spannungen U1 und U3.

Der Modulator lässt sich jedoch auch im Arbeitspunkt AP2 betreiben, bei dem die Ansteuerspannung um die Spannung U1 schwankt. Diese Betriebsweise wird als Betrieb mit unter drücktem Träger bezeichnet, weil im optischen Frequenzspekt rum der Ausgangsstrahlung keine Spektrallinie bei der Träger frequenz auftritt, d. h. bei der Frequenz der Eingangsstrah lung. Der optimale Arbeitsbereich im Arbeitspunkt AP2 liegt zwischen der Spannung 0 Volt und der Spannung U2.

Der Pulsmodulator lässt sich jedoch auch in einem Arbeits punkt AP3 betreiben, der zwischen den beiden Arbeitspunkten AP1 und AP2 liegt. Im Ausführungsbeispiel liegt der Arbeits punkt AP3 unterhalb des Wendepunktes der Transmissionskennli nie 10 in der Nähe des Arbeitspunktes AP2. Der optimale Ar beitsbereich für den Arbeitspunkt AP3 liegt symmetrisch um diesen Arbeitspunkt AP3 zwischen der Spannung U1 und einer kleineren Spannung als die Spannung U2.

Im unteren Teil der Fig. 1 ist der Spannungsverlauf eines Steuersignals 20 abhängig von der auf einer Abszissenachse 22 abgetragenen Zeit t dargestellt. Eine Ordinatenachse 24 dient zur Darstellung der Spannungswerte U in Volt.

Das Steuersignal 20 dient zur Ansteuerung des Puls-Modulators im Arbeitspunkt AP1. Zu einem Zeitpunkt t0 hat das Steuersig nal 20 die Spannung U1, so dass der Modulator nur eine minimale Ausgangsstrahlung hindurchlässt. Zu einem späteren Zeit punkt t1 hat das Steuersignal die Spannung U2. Das bedeutet, dass der Modulator die Eingangsstrahlung fast ungehindert hindurchlässt. Am Ausgang des Modulators erscheint ein Licht impuls. Zu einem Zeitpunkt t2 hat das Steuersignal die Span nung U3, so dass der Modulator wieder in einem Transmissions minimum arbeitet und im wesentlichen kein Licht hindurch lässt. Zu einem Zeitpunkt t3 hat das Steuersignal wieder den Spannungswert U2, so dass ein zweiter Lichtimpuls erzeugt wird. Zu einem späteren Zeitpunkt t4 hat das Steuersignal 20 wieder den Spannungswert U1, so dass keine Strahlung zum Ausgang des Modulators gelangt. Während einer Periode des Steuersignals 20 werden also 2 Lichtimpulse ausgesendet.

Der Mittelwert des sinusförmigen Steuersignals 20 bestimmt den Arbeitspunkt, siehe Spannung U2. Die Amplitude des Steu ersignals 20 bestimmt den Arbeitsbereich AB1, siehe Differenz zwischen den Spannungen U3 und U1.

Fig. 2 zeigt das Leistungsdichtespektrum 50 der Ausgangs strahlung des Puls-Modulators bei optimalem Arbeitspunkt AP1 und optimalem Arbeitsbereich AB1, siehe oberen Teil der Fig. 1. Auf einer Abszissenachse 52 ist die Frequenz, bezogen auf die Datenrate, abgetragen. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Datenrate 10 Gigahertz, und das Steuersignal hat eine Ansteu erfrequenz von 5 Gigahertz. Auf einer Ordinatenachse 54 ist die mit Hilfe einer Fotodiode und mit Hilfe eines Spektrum analysators erfasste Signalleistung in logarithmischem Maß abgetragen. Die Signalleistung wurde normiert.

Das Leistungsdichtespektrum 50 zeigt 4 Leistungsspitzen 56 bis 62 bei den Frequenz/Datenrate-Werten 1, 2, 3 und 4. Die Spitzenwerte der Leistungsspitzen 56, 58, 60 bzw. 62 liegen in dieser Reihenfolge bei etwa 0,6; 0,08; 0,0007 bzw. bei 8.10^-6.

Fig. 3 zeigt das Leistungsdichtespektrum 70 der Ausgangs strahlung des Puls-Modulators bei einer Abweichung des Ist-Arbeitspunktes um 10 Prozent vom Soll-Arbeitspunkt AP1. Der Arbeitsbereich AB ist entsprechend verschoben, hat aber eine unveränderte Breite. Eine Abszissenachse 72 zeigt wie die Abszissenachse 52, siehe Fig. 2, das Verhältnis von Frequenz zur Datenrate. Eine Ordinatenachse 74 zeigt die normierte Strahlungsleistung in logarithmischer Darstellung. Leistungsspitzen 76 bis 82 liegen in dieser Reihenfolge bei den gleichen Frequenzen wie die Leistungsspitzen 56 bis 62, siehe Fig. 2. Die Spitzenwerte der Leistungsspitzen 76, 78 und 80 liegen dabei erheblich unter den Spitzenwerten der Leistungsspitzen 56, 78 bzw. 80. Bei Abweichungen vom optima len Arbeitspunkt treten bei der Ansteuerfrequenz sowie zwi schen den Leistungsspitzen 76, 78, 80 und 82 weitere Leis tungsspitzen 84, 86, 88 und 90 auf. Die Leistungsspitze 84 hat einen Spitzenwert von etwa 0,03, der unterhalb des Spit zenwertes 0,25 der Leistungsspitze 76 liegt. Die Spitzenwerte der Leistungsspitzen 86, 88 und 90 liegen jeweils etwa zwi schen den Spitzenwerten der jeweils benachbarten Leistungs spitzen 76, 78, 80 bzw. 82.

Die aus den Fig. 2 und 3 ersichtliche Änderung des Leis tungsdichtespektrums 50 zum Leistungsdichtespektrum 70 bei Abweichungen vom Arbeitspunkt lassen sich zur Regelung des Arbeitspunktes des Puls-Modulators ausnutzen. Insbesondere das Auftreten der Leistungsspitze 84 bei der Ansteuerfre quenz, die im Ausführungsbeispiel 5 Gigahertz beträgt, wird zur Regelung des Arbeitspunktes genutzt. Ziel ist es, den Spitzenwert dieser Leistungsspitze zu minimieren. Ein die Leistungsspitze 84 umgebender Frequenzbereich FB1 hat eine Breite von etwa 0,3.f, wobei f die Ansteuerfrequenz ist. Der Frequenzbereich FB1 ist um die Ansteuerungsfrequenz f zentriert. Bei der Regelung des Arbeitspunktes unter Verwen dung von HF-Bauelementen (Hochfrequenz) wird nur die Leis tungsspitze 84 innerhalb des Frequenzbereiches FB1 herangezo gen.

Zur Regelung des Arbeitsbereiches AB wird ebenfalls das Leis tungsdichtespektrum der Ausgangsstrahlung herangezogen. In Fig. 3 ist ein die Leistungsspitze 76 umgebender Frequenzbe reich FB2 dargestellt, der die zur Regelung des Arbeitsberei ches herangezogenen Frequenzen enthält. Der Frequenzbereich FB2 hat eine Breite von etwa 0,3.2f, wobei f die Ansteuer frequenz ist. Bei Abweichungen des Arbeitsbereiches vom Soll- Arbeitsbereich kommt es zu einem Absinken des Spitzenwertes der im Frequenzbereich FB3 liegenden Leistungsspitze 76.

Fig. 4 zeigt die mittlere HF-Strahlungsleistung im Frequenz bereich FB1 abhängig von der Arbeitspunkt-Abweichung zwischen Soll-Arbeitspunkt AP1 und Ist-Arbeitspunkt, siehe Fig. 1. Der Zusammenhang wird durch eine Leistungsfunktion 100 mit parabelähnlichem Verlauf gemäß einer Funktion f (APD) darge stellt, wobei APD die Arbeitspunktabweichung ist. Auf einer Abszissenachse 102 ist die Arbeitspunkt-Abweichung in Prozent abgetragen. Eine Ordinatenachse 104 gibt Werte für die Strah lungsleistung an. Die Strahlungsleistung wurde auf eine Leis tung normiert, die bei etwa - 4 Prozent bzw. + 4 Prozent Abwei chung des Ist-Arbeitspunktes vom Soll-Arbeitspunkt auftritt. Stimmen Ist-Arbeitspunkt und Soll-Arbeitspunkt überein, so hat die Signalleistung den minimalen Wert, siehe Messpunkt MP1. Mit zunehmender Abweichung steigt die Signalleistung in beiden Abweichungsrichtungen stetig an. Ziel der Regelung des Arbeitspunktes ist es deshalb, die Strahlungsleistung inner halb des Frequenzbereiches FB1 zu minimieren, d. h. auf den minimalen Wert zu bringen. Als Regelgröße ist die Ableitung der Leistungsfunktion 100 geeignet. Eine die anhand der Fig. 4 erläuterten Zusammenhänge ausnutzende Regelschaltung wird unten anhand der Fig. 5 näher erläutert.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild für eine HF-Bauelemente enthaltende Ansteuereinheit 120, die eine Fotodiode 122, eine Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 und eine Arbeitsbereichs- Regelschaltung 126 enthält. Die Ansteuereinheit 120 dient zur Ansteuerung eines Puls-Modulators 128, der ein sogenanntes Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) enthält und die Transmissi onskennlinie 10 hat, siehe Fig. 1. Abhängig von einer durch die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 erzeugten Arbeitspunkt- Regelspannung 130 und abhängig von einer durch die Arbeitsbe reichs-Regelschaltung 126 erzeugten Arbeitsbereichs- Regelspannung 132 moduliert der Modulator 128 die von einer Laserdiode 134 erzeugte Strahlung. Die Laserdiode 134 arbei tet im Dauerstrichbetrieb (cw - continuous wave), so dass die Eingangsstrahlung des Modulators 128 eine konstante Strah lungsleistung hat.

Die modulierte Ausgangsstrahlung wird an einem Strahlungstei ler 136 im Verhältnis von etwa 1 : 10 geteilt. Der Großteil der modulierten Strahlung wird einem nicht dargestellten Datenmo dulator zugeführt, der die Ausgangsstrahlung gemäß zu über tragenden Daten moduliert, siehe Pfeil 138. Der kleinere Teil der Ausgangsstrahlung wird vom Strahlungsteiler 136 mit Hilfe eines Lichtwellenleiters 140 zur Fotodiode 122 übertragen.

Die Fotodiode 120 hat eine im Gigahertz-Bereich liegende Grenzfrequenz und ist somit eine Hochfrequenzdiode. Der durch die Fotodiode 122 fließende Strom hängt von der auf die Foto diode 122 auftreffenden Strahlung ab. Das von der Strahlung abhängige Stromsignal bzw. ein daraus gewonnenes Spannungs signal wird als Eingangssignal für die Arbeitspunkt- Regelschaltung 124 und als Eingangssignal für die Arbeitsbe reichs-Regelschaltung 126 genutzt, siehe Pfeile 142 und 144.

Die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 enthält einen Hochfre quenz-Bandpassfilter 146, an dessen Eingang das von der Foto diode 122 kommende Signal anliegt. Der Bandpassfilter 146 überträgt im wesentlichen nur Signale mit Frequenzen, die innerhalb des Frequenzbereiches FB1 liegen. Signale mit Fre quenzen, die außerhalb des Frequenzbereiches FB1 liegen, werden stark gedämpft. Dem Bandpassfilter 146 ist ein Hoch frequenz-Leistungsmesser 148 nachgeschaltet. Der Leistungsmesser 148 enthält eine Gleichrichterdiode mit einer im Hoch frequenzbereich liegenden Grenzfrequenz. Am Ausgang des Leis tungsmessers 148 wird ein Signal ausgegeben, dessen Wert von der Strahlungsleistung innerhalb des Frequenzbereiches FB1 abhängt. Dieses Signal wird in einer Multiplikationseinheit 150 mit einem Referenzsignal multipliziert, das durch einen Signalgenerator 152 erzeugt wird. Für die Spannung u_r(t) des Referenzsignals gilt:

u_r(t) = u _r.cos(ωt + Φ1) (1),

wobei u_r(t) der Momentanwert der Spannung des Referenzsignals abhängig von der Zeit t, u _r der Maximalwert der Spannung des Referenzsignals, ω eine Referenzkreisfrequenz und Φ1 eine einstellbare Phase sind. Die Referenzkreisfrequenz ω ist das 2π-fache der Auslenkungsfrequenz für den Arbeitspunkt.

Die Spannung u_i des vom Leistungsmesser 148 ausgegebenen Eingangssignals für die Multiplikationseinheit 150 lässt sich durch die folgende Formel beschreiben:

u_i(t) = f(x₀ + u0.cos(ω.t)) (2),

wobei u_i den Momentanwert des Eingangssignals abhängig von der Zeit, x₀ den Arbeitspunkt, u0 den Maximalwert der erzwun genen Auslenkung um den Ist-Arbeitspunkt herum, ω die Refe renzfrequenz und f(. . .) die in Fig. 4 dargestellte Funktion bezeichnen.

Die Multiplikationseinheit 150 erzeugt ein Ausgangssignal, das neben Anteilen mit Vielfachen der Referenzfrequenz ω auch einen Gleichanteil enthält. Der Gleichanteil ist ein Maß für die Ableitung der in Fig. 4 dargestellten Funktion und wird mit Hilfe eines Tiefpassfilters 154 herausgefiltert und zu einer Integriereinheit 156 übertragen. Signalanteile mit der Referenzfrequenz ω und Signalanteile mit einer Frequenz, die einem Vielfachen der Referenzfrequenz ω entspricht, werden durch das Tiefpassfilter 154 stark gedämpft und gelangen somit nicht zur Integriereinheit 156. Die Integriereinheit 156 integriert das an ihrem Eingang liegende Signal über die Zeit und liefert somit den Integrieranteil der Regelung. Ausgangsseitig ist die Integriereinheit 156 mit dem einen Eingang eines Summiergliedes 158 verbunden. Der andere Ein gang des Summiergliedes 158 ist mit einem Ausgang des Signal generators 152 verbunden, an dem ein Auslenkungssignal an liegt, dessen Wert sich gemäß einer Kosinusfunktion mit der Referenzfrequenz ω ändert. Der Ausgang des Summiergliedes 158 bildet auch den Ausgang der Arbeitspunkt-Regelschaltung 124.

Durch die Einstellung der Phase ϕ1 lässt sich erreichen, dass die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 den Pulsmodulator 128 so ansteuert, dass die Strahlungsleistung innerhalb des Filter bereichs FB1 minimiert wird und damit der Ist-Arbeitspunkt auf den Soll-Arbeitspunkt im Transmissionsmaximum eingeregelt wird. Die Referenzfrequenz ω wird geeignet gewählt und liegt beispielsweise im Kilohertz-Bereich.

Die Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau und damit auch die gleiche Funktion wie die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124. So enthält die Arbeits bereichs-Regelschaltung 126 in der Reihenfolge vom Eingang zum Ausgang ein Bandpassfilter 160, einen Leistungsmesser 162, eine Multiplikationseinheit 164, ein Tiefpassfilter 166, eine Integriereinheit 168 und ein Summierglied 170. Das Band passfilter 160 überträgt nur Signale mit einer Frequenz, die innerhalb des Frequenzbereiches FB2 liegt. Außerdem enthält die Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126 einen Signalgenerator 172, der ein Referenzsignal erzeugt, das sich gemäß der Funk tion cos(ηt + ϕ2) ändert, wobei η eine Referenzkreisfrequenz ist, die sich von der Referenzfrequenz ω unterscheidet. Die Referenzkreisfrequenz η ist das 2π-fache der Auslenkungsfre quenz für den Arbeitsbereich. ϕ2 ist eine einstellbare Phase des Signals. Weiterhin erzeugt der Signalgenerator ein weiteres Auslenkungssignal, das sich gemäß der Funktion cosνt ändert. Dieses Auslenkungssignal wird an den anderen Eingang des Summiergliedes 170 angelegt.

Der Ausgang des Summiergliedes 170 ist gleichzeitig der Aus gang der Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126, welche die Ar beitsbereichs-Regelspannung 132 erzeugt. Diese Regelspannung 132 dient zur Einstellung der Verstärkung eines Verstärkers 174. Am Eingang des Verstärkers 174 liegt ein Eingangssignal 176 mit sinusförmigem Verlauf und der Ansteuerfrequenz an. Ein Ausgangssignal 178 des Verstärkers 174 stimmt bereits bis auf den Mittelwert mit dem Steuersignal 20 überein und wird zur Ansteuerung des Puls-Modulators 128 genutzt.

Der Verstärker 174 hat außerdem einen nicht dargestellten Ausgang, an dem eine zur Ausgangsleistung des Verstärkers proportionale Spannung ausgegeben wird. Diese Spannung wird zur Verstimmung der Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126 ge nutzt, indem die Spannung mit Hilfe eines nicht dargestellten Subtraktionsgliedes zwischen Tiefpassfilter 166 und Integ rierglied 168 vom Signal innerhalb der Regelschleife subtra hiert wird, siehe auch Fig. 9.

Durch geeignete Wahl der Phase ϕ2 lässt sich erreichen, dass die Arbeitsbereichs-Regelschaltung die Strahlungsleistung innerhalb des Frequenzbereiches FB2 auf ein Maximum einre gelt. Gleichzeitig wird damit die Amplitude des Steuersignals 20 so geregelt, dass der Ist-Arbeitsbereich mit dem Soll- Arbeitsbereich AB1 übereinstimmt.

Durch geeignete Wahl der Referenzfrequenzen ω und ν kann erreicht werden, dass die Regelung des Arbeitspunktes unab hängig von der Regelung des Arbeitsbereiches und die Regelung des Arbeitsbereiches andererseits auch unabhängig von der Regelung des Arbeitspunktes arbeitet. Geeignete Werte sind beispielsweise 3 kHz bzw. 5 kHz für die Referenzfrequenz ω bzw. die Referenzfrequenz ν.

Fig. 6 zeigt die mittlere NF-Strahlungsleistung abhängig von der Arbeitspunktlage, die auf einer Abszissenachse 190 darge stellt ist. Als Einheit wird die Größe Vπ verwendet, d. h. die Spannung, die benötigt wird, um den Arbeitspunkt auf der Transmissionskennlinie 10 um 180° bzw. π radiant zu verschie ben. Eine Ordinatenachse 192 zeigt die normalisierte Strah lungsleistung im Niederfrequenzbereich, die vom Pulsmodulator ausgestrahlt wird.

Eine durchgezogene RZ-Kennlinie 194 gilt für einen im Trans missionsmaximum der Kennlinie 10 liegenden Arbeitspunkt, z. B. für den Arbeitspunkt AP1. Die Kennlinie 194 hat bei Überein stimmung von Ist-Arbeitspunkt und Soll-Arbeitspunkt ein Mini mum, das zum Regeln des Arbeitspunktes als Regelpunkt geeig net ist.

Eine gestrichelte CSRZ-Kennlinie 196 (Carrier Suppressed Return to Zero) gilt für einen Soll-Arbeitspunkt im Transmis sionsminimum der Kennlinie 10, z. B. für den Arbeitspunkt AP2, siehe Fig. 1. Die Kennlinie 196 hat bei Übereinstimmung von Ist-Arbeitspunkt und Soll-Arbeitspunkt ein Transmissionsmaxi mum, das zum Regeln des Arbeitspunktes geeignet ist.

Eine gepunktet dargestellte Kennlinie 198 gilt für den Be trieb des Puls-Modulators in einem Arbeitspunkt, der zwischen einem Transmissionsmaximum und einem Transmissionsminimum liegt, z. B. für den Arbeitspunkt AP3, siehe Fig. 1. Dieser Betrieb wird auch als Clock-RZ-Betrieb bezeichnet. Die Kenn linie 198 hat ein Transmissionsminimum, das für die Regelung des Arbeitspunktes im Clock-RZ-Betrieb geeignet ist. Der zugehörige Regelkreis ist jedoch so zu verstimmen, dass der Soll-Arbeitspunkt eingeregelt wird. Im Soll-Arbeitspunkt liegt dann die mittlere Strahlungsleistung neben dem Minimum, siehe Messpunkt MP4.

An Hand der Fig. 7 werden unten 3 Schaltungen erläutert, die für die Arbeitspunktregelung in jeweils einer der 3 Betriebsarten des Modulators geeignet sind.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild für eine niederfrequent arbeitende Ansteuereinheit 220 eines Puls-Modulators 128b, der ebenfalls die Transmissionskennlinie 10 hat, siehe Fig. 1. Der wesentliche Unterschied zwischen der Ansteuereinheit 220 und der Ansteuereinheit 120, siehe Fig. 6, besteht dar in, daß die Ansteuereinheit 220 keine Hochfrequenzbauelemente enthält. Ansonsten ist der Aufbau der Ansteuereinheiten 120 und 220 gleich, so dass Schaltungsbausteine mit gleichem Aufbau und gleicher Funktion durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, denen jedoch zur Unterscheidung der Klein buchstabe b nachgestellt wird. Dies gilt insbesondere für Bezugszeichen 124b bis 140b. Anstelle der HF-Fotodiode 122 wird in der Ansteuereinheit 220 eine Fotodiode 222 einge setzt, die eine im NF-Bereich liegende Grenzfrequenz hat, beispielsweise eine Grenzfrequenz von 10 kHz. Die Auslen kungsfrequenz liegt innerhalb der Bandbreite der Fotodiode 222. Der durch die NF-Fotodiode 222 fließende Strom ändert sich abhängig von der auf die Fotodiode 222 auftreffenden Ausgangsstrahlung. Dabei haben nur die niederfrequenten An teile der Ausgangsstrahlung eine Veränderung des Diodenstroms zur Folge. Die Fotodiode 222 mittelt außerdem über Frequen zen, die oberhalb des von ihr erfassten Frequenzbereiches liegen. Der Diodenstrom bzw. eine daraus abgeleitete Spannung wird als Eingangsgröße für die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124b und als Eingangsgröße für die Arbeitsbereichs- Regelschaltung 126b verwendet, siehe Pfeile 224 und 226.

Die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124b enthält von ihrem Ein gang zu ihrem Ausgang eine Multiplikationseinheit 150b, ein Tiefpassfilter 154b, eine Integriereinheit 156b und ein Sum mierglied 158b. Außerdem enthält die Regelschaltung 124 einen Signalgenerator 152b, der wiederum ein Referenzsignal und ein Auslenkungssignal erzeugt. Das Referenzsignal ändert sich gemäß der Funktion cos(ωt + ϕ3). Das Auslenkungssignal ändert sich gemäß der Funktion cosωt.

Die Arbeitsbereich-Regelschaltung 126b enthält vom Eingang zum Ausgang eine Multiplikationseinheit 164b, ein Tiefpass filter 166b, ein Subtrahierglied 228, ein Integrierglied 168b und ein Addierglied 170b. Außerdem enthält die Regelschaltung 126b einen Signalgenerator 172b, der ein Referenzsignal und ein Auslenkungssignal erzeugt. Das Referenzsignal ändert sich gemäß der Funktion cos(νt + ϕ4). Das Auslenkungssignal ändert sich gemäß der Funktion cosνt. Der Ausgang der Arbeitsbe reichs-Regelschaltung 126b ist mit dem Steuereingang eines Verstärkers 174b verbunden. Am Verstärker 174b liegt ein Eingangssignal 176b an, das einen sinusförmigen Verlauf mit der Ansteuerfrequenz hat. Ein Ausgangssignal 178b dient zur Ansteuerung des Modulators 128b und stimmt bis auf den Mit telwert mit dem Steuersignal 20 überein, siehe Fig. 1. Au ßerdem erzeugt der Verstärker 174b ein Verstimmungssignal 230, dessen Signalwert sich abhängig von der mittleren Aus gangsleistung des Verstärkers 174b ändert. Das Verstimmungs signal 230 liegt an einem weiteren Eingang des Subtrahier gliedes 228 an und dient zur Verstimmung der Regelschaltung 126b für die Regelung des Arbeitsbereiches.

Wird der Modulator 128b im Arbeitspunkt AP1 betrieben, siehe Fig. 1, so wird die Phase ϕ3 so eingestellt, dass die Ar beitspunkt-Regelschaltung 124b die abgestrahlte Leistung auf ein Minimum regelt, siehe Fig. 6, Kennlinie 194. Dies hat eine Regelung des Arbeitspunktes auf das Transmissionsmaximum zur Folge. Die Phase ϕ4 wird so gewählt, dass die Arbeitsbe reichs-Regelschaltung 126b die Leistung der Ausgangsstrahlung im niederfrequenten Grenzbereich aufgrund der Verstimmung des Regelkreises auf einen neben einem Regelpunkt mit minimaler Transmission liegenden Punkt regelt. Dadurch wird erreicht, dass die Amplitude des Steuersignals auf den Wert 2Vπ gere gelt wird.

Die Auslenkungsfrequenzen ω und ν sind voneinander verschie den, beispielsweise 3 kHz bzw. 5 kHz.

Bei einem nächsten Ausführungsbeispiel wird der Modulator 128b im Arbeitspunkt AP2 betrieben, d. h. im Transmissionsmi nimum. Die Phase ϕ3 der Arbeitspunkt-Regelschaltung 124b wird so eingestellt, dass die vom Modulator 128b übertragene Aus gangsstrahlung im Niederfrequenzbereich einen maximalen Wert annimmt, vgl. Fig. 6, Kennlinie 196. Die Phase ϕ4 wird so gewählt, dass die Ausgangsstrahlung des Modulators 128 zwar maximiert wird, aufgrund der Verstimmung bei eingeregeltem Regelkreis jedoch etwas außerhalb des Maximums liegt.

Wird bei einem nächsten Ausführungsbeispiel der Modulator 128b im Arbeitspunkt AP3 betrieben, siehe Fig. 1, so wird die Phase ϕ3 so eingestellt, dass die Arbeitspunkt- Regelschaltung 124b die Leistung im Niederfrequenzbereich der Ausgangsstrahlung des Modulators 128b minimiert und aufgrund der Verstimmung auf einen etwas neben dem Minimum liegenden Wert eingeregelt wird, siehe Fig. 6, Kennlinie 198. Dadurch wird auch der Arbeitspunkt auf den Soll-Arbeitspunkt AP3 geregelt. Die Phase ϕ4 wird in der Betriebsart des Arbeits punktes AP3 so gewählt, dass die Arbeitsbereichs- Regelschaltung 126b ebenfalls die mittlere Leistung der Aus gangsstrahlung des Modulators 128b im Niederfrequenzbereich minimiert. Durch die Verstimmung der Regelschaltung 126b wird jedoch erreicht, dass der Arbeitsbereich auf einen wesentlich kleineren Wert als 2Vπ eingeregelt wird.

Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild für eine niederfrequent arbeitende Ansteuereinheit 250 eines Datenmodulators 128c, der ebenfalls die Transmissionskennlinie 10 hat, siehe Fig. 1. Der Soll-Arbeitspunkt des Datenmodulators 128c liegt in einem Wendepunkt der Transmissionskennlinie, siehe Ar beitspunkt AP4 in Fig. 1. Der Arbeitsbereich beträgt Vπ und liegt symmetrisch um den Arbeitspunkt AP4. Ein weiterer Un terschied zwischen der Ansteuereinheit 250 und der Ansteuereinheit 220, siehe Fig. 7, besteht darin, dass die Ansteuer einheit 250 nur den Arbeitspunkt regelt. Der Arbeitsbereich wird nicht geregelt, da er annähernd unverändert über die Jahre bleibt bzw. weil Abweichungen des Arbeitsbereiches beim Datenmodulator 128c nicht so gravierend sind. Jedoch kann ein Spannungswert U5 zur Einstellung des Arbeitsbereiches verän dert werden. Weiterhin wird anstelle des Eingangssignals 176b ein von Daten abhängiges Eingangssignal 252 eingesetzt. Die maximale Datenrate beträgt 10 GHz. Ansonsten ist der Aufbau der Ansteuereinheiten 250 und 220 gleich, so dass Schaltungs bausteine mit gleichem Aufbau und gleicher Funktion durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, denen jedoch zur Unterscheidung anstelle des Kleinbuchstabens b der Kleinbuch stabe c nachgestellt wird. Dies gilt insbesondere für Bezugs zeichen 124c, 128c, 130c, 134c bis 140c, 150c, 154c bis 158c, 174c und 178c. Eine Fotodiode 222c hat den gleichen Aufbau wie die Fotodiode 222, und ein Pfeil 224c entspricht dem Pfeil 224.

Anstelle des Signalgenerators 152b wird ein Signalgenerator 254 eingesetzt, der ein kosinusförmiges Auslenkungssignal mit einer Auslenkungsfrequenz f1 erzeugt. Für die Multiplikation in der Multiplikationseinheit 150c erzeugt der Signalgenera tor 254 ein Referenzsignal mit der doppelten Auslenkungsfre quenz f1. Durch diese Maßnahme entsteht am Ausgang des Tief passfilters 154c ein Gleichanteil, welcher der zweiten Ablei tung der Leistungsfunktion entspricht. Der Gleichanteil dient zur Regelung bezüglich des Wendepunktes. Die Phase des vom Signalgenerator 254 erzeugten Signals ist so einzustellen, dass auf den Wendepunkt geregelt wird.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Arbeitspunktes eines Modulators (128, 128b),
bei dem ein Modulator (128, 128b) abhängig von einem Steuer signal (20) aus einer Eingangsstrahlung (134, 134b) eine modulierte Ausgangsstrahlung (128, 128b) erzeugt,
der Ist-Arbeitspunkt des Modulators bezüglich seiner Trans missionskennlinie (10) vom Mittelwert des Steuersignals (20) oder vom Signalwert eines Hilfssignals (130, 130b) abhängt,
aus der Ausgangsstrahlung (138, 138b) in mindestens einem vorgegebenen Frequenzbereich (FB1) die mittlere Strahlungs- Leistung erfasst wird,
eine periodische Auslenkung des Arbeitspunktes (AP1) mit einer Arbeitspunkt-Auslenkungsfrequenz (ω) erzwungen wird,
abhängig von der Auslenkung des Arbeitspunktes ein Regelsig nal (130) für das Einregeln des Arbeitspunktes (AP1) erzeugt wird und
bei dem der Mittelwert des Steuersignals (20) und/oder der Signalwert des Hilfssignals (138, 138b) abhängig vom Regelsignal (130) geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,
dass als Regelgröße eine Ableitung der Funk tion von Arbeitspunkt und erfasster Leistung eingesetzt wird und
dass vorzugsweise bei der Regelung auf einen Punkt der Funktion Bezug genommen wird, an dem die Ableitung den Wert (0) hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet,
dass der Modulator ein Pulsmodulator ist, der mit einem periodischen Steuersignal vorgegebener Ansteuerfrequenz (f) angesteuert wird, oder
dass der Modulator ein Datenmodulator ist, der mit einem von den zu übertragenden Daten abhängigen Steuersignal ange steuert wird, wobei die halbe Datenrate die Ansteuerfrequenz (f) ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbereich im Wesentlichen alle durch eine Wandlerein heit (222) erfassten Frequenzen der Ausgangsstrahlung (138b) enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbe reich (FB1) nur einen Teil der durch eine Wandlereinheit (122) erfassten Frequenzen der Ausgangsstrahlung (138) ent hält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet,
dass der Frequenzbereich (FB1), insbesondere bei einem Puls-Modulator, eine Frequenz einschließt, die der Ansteuerfrequenz (f) entspricht,
dass der Frequenzbereich (FB1) die doppelte Ansteuerfrequenz (f) und Vielfache der doppelten Ansteuerfrequenz (f) aus schließt
und dass der Frequenzbereich (FB1) vorzugsweise etwa eine Breite des 0,3-fachen der Ansteuerfrequenz (f) hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet,
dass, insbesondere bei einem Puls-Modulator, der Soll-Arbeitspunkt (AP1) in einem Transmissionsmaximum oder in einem Transmissionsminimum liegt und
dass der Mittelwert des Steuersignals (20) und/oder der Signalwert des Hilfssignals (130, 130b) mit Hilfe eines Re gelkreises (124, 124b) geregelt wird, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leistung innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereiches minimal ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Frequenzbe reich nur Frequenzen enthält, die weit unterhalb der Ansteu erfrequenz (f) liegen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet,
dass, insbesondere bei einem Puls-Modulator, der Soll-Arbeitspunkt (AP2) in einem Transmissionsminimum liegt und
dass der Mittelwert des Steuersignals (20) und/oder der Signalwert des Hilfssignals (130, 130b) mit Hilfe eines Re gelkreises (124, 124b) geregelt wird, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leistung maximal ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet,
dass, insbesondere bei einem Puls-Modulator, der Soll-Arbeitspunkt (AP2) in einem Transmissionsmaximum liegt und
dass der Mittelwert des Steuersignals (20) und/oder der Signalwert des Hilfssignals (130, 130b) mit Hilfe eines Re gelkreises (124, 124b) geregelt wird, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leistung minimal ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet,
dass, insbesondere bei einem Puls-Modulator, der Soll-Arbeitspunkt (AP) zwischen einem Transmissionsmaxi mum und einem Transmissionsminimum liegt und
dass der Mittelwert des Steuersignals (20) und/oder der Signalwert des Hilfssignals (130, 130b) mit Hilfe eines Re gelkreises (124, 124b) geregelt wird, der mit Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leis tung minimal oder maximal ist.

12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet,
dass, insbesondere bei einem Datenmodulator, der Soll-Arbeitspunkt (AP4) zwischen einem Transmissionsmaxi mum und einem Transmissionsminimum liegt, vorzugsweise in einem Wendepunkt und
dass der Mittelwert des Steuersignals (20) und/oder der Signalwert des Hilfssignals (130, 130b) mit Hilfe eines Re gelkreises (124, 124b) geregelt wird, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, der in einem Wende punkt der Leistungsfunktion liegt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet,
dass der Regelkreis (124, 124b) nicht verstimmt ist, so dass der Regelkreis im Soll-Arbeitspunkt des Modulators auf den Regelpunkt eingere gelt ist oder
dass der Regelkreis verstimmt ist, so dass der Regel kreis im Soll-Arbeitspunkt des Modulators auf einen neben dem Regelpunkt liegenden Punkt eingeregelt ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zum Regeln eine phasensensitive Detektion eingesetzt wird,
wobei ein Auslenkungssignal mit der Auslenkungsfrequenz (ω) vorzugsweise dem Steuersignal (20) und/oder dem Hilfssignal (130, 130b) additiv oder subtraktiv überlagert wird,
ein von der erfassten Leistung abhängiges Signal (142, 224) mit einem periodischen Referenzsignal multipliziert wird, dessen Frequenz mit der Auslenkungsfrequenz übereinstimmt oder dessen Frequenz ein Vielfaches der Auslenkungsfrequenz beträgt, und
wobei ein aus der Multiplikation resultierendes Signal nach einer Tiefpassfilterung (154, 154b) und vorzugsweise folgender Integration (156, 156b) zur Änderung des Mittelwer tes des Steuersignals (20) und/oder zur Änderung des Signal wertes des Hilfssignals (130, 130b) dient.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Eingangsstrah lung mit Hilfe einer Dauerstrichstrahlungsquelle (134c) oder mit Hilfe einer Pulsstrahlungsquelle erzeugt wird.

16. Ansteuereinheit (120, 220) zum Regeln des Arbeitspunktes eines Modulators (128, 128b),
mit einer Wandlereinheit (122, 222), die abhängig von der Ausgangsstrahlung (138, 138b) eines Modulators (128, 128b) ein Ausgangssignal (142, 224) erzeugt, dessen Signalwert ein Maß für die mittlere Strahlungs-Leistung ist,
mit einer Arbeitspunkt-Auslenkungseinheit (152) zum periodi schen Auslenken des Arbeitspunktes (AP1) gemäß einer Auslen kungsfrequenz (ω),
mit einer Arbeitspunkt-Regeleinheit (124, 124b) zum Erzeugen eines Regelsignals (130) für das Einregeln des Arbeitspunktes, abhängig vom Ausgangssignal der Wandlereinheit (122, 222) und abhängig von der Auslenkung des Arbeitspunktes, und
mit einer Einstelleinheit zum Verändern des Mittelwertes eines Steuersignals (20) oder des Signalwertes eines den Mittelwert des Steuersignals beeinflussenden Hilfssignals, abhängig vom Regelsignal (130).

17. Ansteuereinheit (120) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Wandlereinheit (122) und Regeleinheit (154, 158) ein Bandpassfilter (146) angeord net ist, das vorzugsweise nur Signale mit Frequenzen in der Nähe der Ansteuerfrequenz oder der doppelten Ansteuerfrequenz durchlässt.

18. Ansteuereinheit (220) nach Anspruch 16 oder 17, da durch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheit (222) ein Fotoelement enthält, das Frequenzen erfasst, die unterhalb eines Zehntels der Ansteuerfrequenz (f) liegen.

19. Ansteuereinheit (120, 220) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (124, 124b) enthält:
einen vorzugsweise niederfrequenten Signalgenerator (152, 152b) zum Erzeugen eines Wechselsignals,
eine dem Signalgenerator (152, 152b) nachgeschaltete Multi plikationseinheit (150, 150b), deren anderer Eingang einem dem Bandpassfilter (146) nachgeschalteten Leistungsmesser (158) bzw. dem Fotoelement (222) nachgeschaltet ist,
eine der Multiplikationseinheit (150, 150b) nachgeschaltete Tiefpassfiltereinheit (154, 154b), die nur Signale mit einer unterhalb einer Grenzfrequenz liegenden Frequenz durchlässt,
eine der Tiefpassfiltereinheit (154, 154b) nachgeschaltete Integriereinheit (156, 156b), die an ihrem Ausgang ein Signal erzeugt, welches proportional zum Zeitintergral des Signals an ihrem Eingang ist, und
eine der Integriereinheit (156, 156b) und dem Signalgene rator (152, 152b) nachgeschaltete Addiereinheit (158, 158b) zum Addieren der an ihren Eingängen anliegenden Signalwerte.

20. Ansteuereinheit nach Anspruch 19, dadurch ge kennzeichnet,
dass der Tiefpassfiltereinheit (166, 166b) eine Subtrahiereinheit (228) nachgeschaltet ist, die die Signalwerte an ihren Eingängen subtrahiert,
dass der Subtrahiereinheit (228) ein Signal zugeführt wird, das proportional zum Mittelwert des Steuersignals (20) ist, und
dass der Subtrahiereinheit (228) die Integriereinheit (168, 168b) nachgeschaltet ist.

21. Ansteuereinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Ausfüh ren eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 geeig net ist.