DE10047380B4 - Verfahren zum Regeln des Arbeitsbereiches eines Modulators und zugehörige Ansteuereinheit - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Steuern des Arbeitsbereiches eines Modulators (128, 128b),
bei dem ein Modulator (128, 128b) abhängig von einem Steuersignal (20) aus einer Eingangsstrahlung (134, 134b) eine modulierte Ausgangsstrahlung (138, 138b) erzeugt,
der Ist-Arbeitsbereich (AB1) des Modulators (128, 128b) bezüglich seiner Transmissionskennlinie (10) von der Amplitude des Steuersignals (20) abhängt,
aus der Ausgangsstrahlung (138, 138b) in mindestens einem vorgegebenen Frequenzbereich (FB2) die mittlere Strahlungs-Leistung erfasst wird,
eine periodische Auslenkung des Arbeitsbereiches (AB1) mit einer Auslenkungsfrequenz (ω) erzwungen wird,
abhängig von der Auslenkung des Arbeitsbereiches (AB1) ein Regelsignal für das Einregeln des Arbeitsbereiches (AB1) erzeugt wird,
und bei dem die Amplitude des Steuersignals (20) abhängig vom Regelsignal (132) geändert wird,
dass das Regelsignal (132, 132b) und ein Eingangssignal (176, 176b) mit sinusförmigen Verlauf und der halben Ansteuerfrequenz (f) einem Verstärker (174, 174b) zugeführt werden, und dass durch den Verstärker (174, 174b) ein Ausgangssignal (178,...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Arbeitsbereiches eines Puls-Modulators. Der Modulator erzeugt abhängig von einem Steuersignal aus einer Eingangsstrahlung eine modulierte Ausgangsstrahlung, beispielsweise im optischen Bereich.
• Zur Erzeugung von Pulsen in optischen Nachrichtenübertragungsnetzen werden stabile Pulsquellen benötigt. Ein einfaches und kostengünstiges Verfahren für das Erzeugen von Pulsen aus einer so genannten Dauerstrichquelle mit Hilfe von schnellen optischen Modulatoren ist in der älteren Anmeldung WO 00/73847 A2 beschrieben. Problematisch bei diesem Verfahren ist jedoch die Langzeitstabilität der Pulsquelle. Um Arbeitsbereichsänderungen zu vermeiden, werden bisher bei niedrigen Datenraten inhärent stabile Modulatoren eingesetzt, bei denen die Langzeitstabilität durch aufwendige konstruktive Maßnahmen erreicht wird. Die gleichen Probleme treten auch bei Datenmodulatoren auf.
• Aus der europäischen Patentschrift EP 0 631 169 B1 ist eine optische Modulationsvorrichtung bekannt, die einen optischen Modulator zum Modulieren von Eingangslicht gemäß einem Modulationssignal aufweist. Der optische Modulator weist eine Vorspannung zur Erzeugung eines modulierten Lichtsignales unter Ausnutzung des elektrooptischen Effekts auf, wobei das Modulationssignal in einer Lichtempfangsvorrichtung von dem modulierten Licht demoduliert werden kann. Ferner ist eine optische Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit des modulierten Lichts durch Empfang eines Teils des modulierten Lichts vorgesehen. Zusätzlich weist die optische Modulationsvorrichtung eine Arbeitspunktspannungserfassungseinheit zum Bestimmen einer Arbeitspunktspannung gemäß dem elektrischen Signal auf, wobei der optische Modulator durch Empfang der Arbeitspunktspannung das modulierte Licht mit der Hälfte einer maximalen Lichtausgangsleistung ausgibt. Darüber hinaus ist eine Vorspannungszufuhreinheit zum Zuführen der Vorspannung zum optischen Modulator vorgesehen. Hierbei ist die Vorspannungszufuhreinheit so angepaßt, daß die Vorspannung eine von einer zweiten Polarität verschiedene Polarität aufweist, wenn die Arbeitspunktspannung sich von einem ersten Zustand, in dem sie innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegt, in einen zweiten Zustand ändert, in dem sie sich außerhalb des vorgegebenen Spannungsbereichs befindet. Ferner weist die Vorspannung eine zweite Polarität auf, wenn die Arbeitspunktspannung sich im ersten Zustand befindet und eine Differenz zwischen der Vorspannung und der Arbeitspunktspannung innerhalb eines zweiten vorgegebenen Spannungsbereichs liegt.
• Ferner ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 694 182 B1 eine Verfahren zur Steuerung der Modulation eines eintretenden Lichtstrahls für einen optischen Modulator bekannt, der ein impulsmoduliertes optisches Ausgangssignal mit einer Reihe von Impulshüllkurven als Reaktion auf ein eingegebenes Hochfrequenzsignal und ein eingegebenes Gleichstrom-Vorspannungssignal erzeugt. Im Anschluß wird das impulsmodulierte optische Ausgangssignal in ein elektrisches Signal umgewandelt und das umgewandelte elektrische Signal anschließend mit einer Zeitkonstanten, die relativ zur Trägerfrequenz des gepulsten Hochfrequenz-Eingangsignals langsam ist, tiefpaßgefiltert. Das tiefpaßgefilterte Signal wird anschließend in ein Gleichstrom-Vorspannungssignal umgewandelt, welches eine Funktion der Amplitude und der Polarität der Reihe von Impulshüllkurven ist. Dieses Gleichstrom-Vorspannungssignal wird zur Steuerung der Modulation an den optischen Modulator übertragen.
• Aus der nachveröffentlichten deutschen Offenlegungsschrift DE 100 46 898 A1 ist ein Verfahren zum Regeln des Arbeitspunktes eines Modulators und eine zugehörige Ansteuereinheit bekannt. Hierbei wird primär die Regelung des Arbeitspunktes eines Mo dulators und nur in einem Nebenaspekt eine zusätzliche Regelung eines Arbeitsbereiches durchgeführt. Der Arbeitspunkt wird derart geregelt, dass ein Modulator abhängig von einem Steuersignal aus einer Eingangsstrahlung eine modulierte Ausgangsstrahlung erzeugt, wobei der Ist-Arbeitsbereich des Modulators bezüglich seiner Transmissionskennlinie von der Amplitude des Steuersignals abhängt. Aus der Ausgangsstrahlung wird in mindestens einem vorgegebenen Frequenzbereich (FB1) die mittlere Strahlungsleistung erfasst und eine periodische Auslenkung des Arbeitspunktes mit einer Auslenkungsfrequenz erzwungen. Abhängig von der Auslenkung des Arbeitsbereiches wird ein Regelsignal für das Einregeln des Arbeitsbereiches erzeugt und eine Änderung der Amplitude des Steuersignales abhängig von dem Regelsignal durchgeführt. Dem Verstärker wird ein Eingangssignal mit sinusförmigem Verlauf zugeführt, welches die Ansteuerfrequenz f aufweist. Ausgehend von dem zugeführten Regelsignal und dem unterschiedlichen Eingangssignal wird von dem Verstärker ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des Modulators erzeugt, welches bis auf einen Mittelwert mit dem Steuersignal bereits übereinstimmt.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, zum Regeln des Arbeitsbereiches eines Modulators ein einfaches Verfahren anzugeben, das einen festen Arbeitsbereich des Modulators gewährleistet. Außerdem soll eine zugehörige Ansteuereinheit angegeben werden.
• Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der Arbeitsbereich des Modulators neben dem Arbeitspunkt ein wesentlicher Betriebsparameter ist. Der Arbeitsbereich verändert sich abhängig von verschiedenen Ursachen, z.B. abhängig von der Betriebstemperatur oder einer Alterung des Modulators. Außerdem streut der Arbeitsbereich fertigungstechnisch bedingt zwischen verschiedenen Modulatoren.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt der Modulator abhängig von einem Steuersignal aus einer Eingangsstrahlung eine modulierte Ausgangsstrahlung. Der Ist-Arbeitsbereich des Modulators bezüglich seiner Transmissionskennlinie ist von der Amplitude des Steuersignals abhängig. Ausgehend von der Ausgangsstrahlung wird in mindestens einem vorgegebenen Frequenzbereich die mittlere Strahlungsleistung erfasst. Die mittlere Strahlungsleistung ist die über die Frequenzen gemittelte Strahlungsleistung. Es wird eine periodische Auslenkung des Arbeitsbereiches mit einer Auslenkungsfrequenz erzwungen. Abhängig von der Auslenkung des Arbeitsbereiches wird ein Regelsignal für das Einregeln des Arbeitsbereiches erzeugt. Abhängig vom Regelsignal wird die Amplitude des Steuersignals so geändert, dass eine Abweichung von Ist-Arbeitsbereich und Soll-Arbeitsbereich kleiner wird.
• Durch das Erfassen der Strahlungsleistung und das Verwenden der Leistung als Regelgröße lässt sich der Arbeitsbereich auf einfache Art sehr genau regeln. Durch die indirekte Bezugnahme auf die Transmissionskennlinie lassen sich auch Veränderungen der Transmissionskennlinie in die Regelung einbeziehen. Durch diese Vorgehensweise lässt sich die Regelung auch ohne Vorgabe einer Soll-Leistung durchführen.
• Bei einer Weiterbildung wird als Regelgröße die Ableitung der Funktion von Arbeitsbereich und erfasster Leistung eingesetzt. Bei der Regelung wird auf einen Punkt der Funktion Bezug genommen, an dem die Ableitung den Wert Null hat. Als Bezugspunkt wird z.B. ein Minimum, ein Maximum, ein Wendepunkt oder ein anderer Punkt, an dem eine Ableitung den Wert Null hat, in der Leistungskurve gewählt. Bezugspunkt heißt, dass der Regelkreis ohne zusätzliche Verstimmung auf diesen Punkt einregelt.
• Für die Regelung lassen sich die aus der Steuer- und Regelungstechnik bekannten Verfahren einsetzen, z.B. analoge oder digitale Regelverfahren unter Verwendung von Proportional-, Integral- und Differenzialreglern bzw. deren Kombination. 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 beispielsweise in dem Buch "Electronic Measurement and Instrumentation", Klaas B. Klaassen, Cambridge University Press, 1996, Seiten 204 bis 210 erläutert.
• Der Modulator ist entweder ein Puls-Modulator, der mit einem periodischen Steuersignal vorgegebener Ansteuerfrequenz angesteuert wird, oder ein Datenmodulator, der mit einem von den zu übertragenden Daten abhängigen Steuersignal angesteuert wird, wobei die halbe Datenrate als Ansteuerfrequenz bezeichnet wird.
• Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält der zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebene Frequenzbereich sämtliche durch eine Wandlereinheit erfassbaren Frequenzen der Ausgangsstrahlung. Filter zum Auswählen eines Frequenzbereiches sind nicht erforderlich.
• Bei einer alternativen Weiterbildung enthält der zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebene Frequenzbereich nur einen Teil der durch eine Wandlereinheit erfassten Frequenzen der Ausgangsstrahlung. Dies erfordert zwar der Wandlereinheit nachgeschaltete Filtereinheiten, schafft aber zusätzliche Freiheitsgrade bei der Auswahl der Regelgröße.
• Bei einer Ausgestaltung, bei der nur ein Teil der durch die Wandlereinheit erfassten Frequenzen genutzt wird, schließt der vorgegebene Frequenzbereich die doppelte Ansteuerfrequenz ein. Andere Vielfache der Ansteuerfrequenz und die Ansteuerfrequenz selbst sind nicht im vorgegebenen Frequenzbereich enthalten. Diese Weiterbildung beruht darauf, dass bei Abweichungen des Ist-Arbeitsbereiches vom Soll-Arbeitsbereich die Strahlungsleistung in der Umgebung der doppelten Ansteuerfrequenz erheblich sinkt, so dass die Leistung in diesem Bereich für eine Regelung gut geeignet ist. Der verwendete Frequenzbereich hat bei einer Ausgestaltung eine Breite des 0,3-fachen der doppelten Ansteuerfrequenz.
• Bei Weiterbildungen mit vorgegebenen Frequenzbereichen im Hochfrequenzbereich sowie einem Soll-Arbeitsbereich des Modulators, der symmetrisch um ein Transmissionsmaximum herum liegt – sogenannter RZ-Betrieb (Return to Zero), oder der um ein Transmissionsminimum herum liegt – sogenannter Carrier-Suppressed-RZ-Betrieb, wird der Amplitudenwert des Steuersignals mit Hilfe eines Regelkreises geregelt. Der Regelkreis ist ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet, bei dem die mittlere Strahlungsleistung innerhalb des zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebenen Frequenzbereiches maximal ist.
• Bei einer alternativen Weiterbildung enthält der zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebene Frequenzbereich nur Frequenzen, die weit unterhalb der Ansteuerfrequenz liegen, d.h. im Vergleich zur Ansteuerfrequenz niederfrequent sind. Beispielsweise liegen die Frequenzen unterhalb eines Zehntels der Ansteuerfrequenz. Durch diese Weiterbildung lassen sich Bauelemente mit niedrigen Grenzfrequenzen einsetzen, auch wenn die Ansteuerfrequenz im Hochfrequenzbereich liegt.
• Liegt bei einer Ausgestaltung der Soll-Arbeitsbereich des Modulators, insbesondere eines Pulsmodulators, bei niederfrequentem Frequenzbereich symmetrisch um ein Transmissionsminimum – sogenannter Carrier-Suppressed-RZ-Betrieb, oder symmetrisch um einen zwischen einem Transmissionswendepunkt und einem Transmissionsmaximum liegenden Arbeitspunkt – sogenannter Clock-RZ-Betrieb, so wird der Amplitudenwert des Steuersignals mit Hilfe eines Regelkreises geregelt, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Strahlungsleistung innerhalb des zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebenen Frequenzbereiches maximal ist.
• Liegt bei einer alternativen Ausgestaltung der Soll-Arbeitsbereich des Modulators, insbesondere eines Pulsmodulators, bei niederfrequentem Frequenzbereich dagegen symmetrisch um ein Transmissionsmaximum – sogenannter RZ-Betrieb, oder symmetrisch um einen zwischen einem Transmissionsminimum und einem Transmissionswendepunkt liegenden Arbeitspunkt – sogenannter Clock-RZ-Betrieb, so wird der Amplitudenwert des Steuersignals mit Hilfe eines Regelkreises geregelt, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Strahlungsleistung innerhalb des zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebenen Frequenzbereiches minimal ist.
• Die Regelkreise zur Regelung des Arbeitsbereiches sind bei anderen Ausgestaltungen verstimmt. Dies bedeutet, dass der Regelkreis im Soll-Arbeitsbereich des Modulators auf einen neben dem Regelpunkt liegenden Punkt eingeregelt ist. Die Verstimmung des Regelkreises lässt sich durch die aus der Regeltechnik bekannten Maßnahmen erreichen, beispielsweise durch das beabsichtigte Anlegen einer Störgröße.
• Der Amplitudenwert des Steuersignals lässt sich beispielsweise einfach durch die Einstellung der Verstärkung eines Verstärkers ändern, an dessen Ausgang das Steuersignal erzeugt wird. Am Eingang des Verstärkers liegt ein Taktsignal, z.B. mit Sinusform oder Rechteckform, oder ein Datensignal an.
• Eine vorzeichenrichtige Regelgröße lässt sich auf einfache Art gewinnen, wenn zum Regeln eine kleine Abweichung des Arbeitsbereiches vom Soll-Arbeitsbereich erzwungen wird. Die Leistung wird für mindestens zwei Arbeitsbereiche erfasst.
• Aus der erfassten Leistung wird dann die vorzeichenrichtige Regelgröße abgeleitet. Ein Verfahren, das mit erzwungenen Abweichungen des Arbeitsbereiches arbeitet, ist eine phasensensitive Detektion. Die phasensensitive Detektion wird auch als Lock-In-Verfahren bezeichnet, siehe Klaas B. Klaassen, "Electronic Measurement and Instrumentation" Cambridge University Press, 1996, Seiten 204 bis 210.
• Bei einer Ausgestaltung wird die Abweichung des Arbeitsbereiches mit Hilfe eines periodischen Auslenkungssignals mit vorgegebener Auslenkungsfrequenz erzwungen. Das Auslenkungssignal wird dem Steuersignal additiv oder subtraktiv überlagert. Ein von der erfassten Leistung abhängiges Signal wird mit einem periodischen Referenzsignal multipliziert, dessen Frequenz mit der Auslenkungsfrequenz übereinstimmt. Ein aus der Multiplikation resultierendes Signal wird nach einer Tiefpassfilterung und vorzugsweise nach einer folgenden Integration zur Änderung der Amplitude des Steuersignals eingesetzt. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters bestimmt die Ansprechzeit des Regelkreises, die z.B. zwischen 10 und 100 Millisekunden liegt. Die Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass der Signalwert des durch den Tiefpassfilter hindurchgelassenen Gleichanteils ein Maß für die erste Ableitung der Leistungsfunktion ist.
• Das Auslenkungssignal 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 entspricht, so können Punkte detektiert werden, an denen höhere Ableitungen Null sind, z.B. bei der doppelten Auslenkungsfrequenz ein Wendepunkt.
• Der Arbeitspunkt lässt sich gleichzeitig auf ähnliche Art regeln. Die Auslenkungsfrequenz für die Regelung des Arbeitspunktes und die Auslenkungsfrequenz für die Regelung des Arbeitsbereiches werden geeignet gewählt. So werden voneinan der 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 mit Hilfe einer Pulslichtquelle erzeugt.
• Bei Weiterbildungen beträgt die Ansteuerfrequenz bzw. Die Datenrate mehr als 1 Gigahertz bzw. 1 GBit/s, vorzugsweise 5 Gigahertz bzw. 5 GBit/s. Der Modulator arbeitet bei einer anderen Weiterbildung im optischen Bereich. Geeignet ist ein Modulator, der ein Mach-Zehnder-Interferometer enthält. Die Transmissionskennlinie 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:
• 1 eine Transmissionskennlinie eines Puls-Modulators und den Verlauf eines Steuersignals,
• 2 das spektrale Leistungsdichtespektrum der Ausgangsstrahlung des Puls-Modulators bei optimalen Arbeitsparametern,
• 3 das spektrale Leistungsdichtespektrum der Ausgangsstrahlung bei einer Abweichung des Ist-Arbeitspunktes um 10 Prozent und Soll-Arbeitsbereich,
• 4 die mittlere Hochfrequenz-Strahlungsleistung in einem vorgegebenen Frequenzbereich abhängig von der Arbeitsbereichsabweichung zwischen Ist-Arbeitsbereich und Soll-Arbeitsbereich,
• 5 ein Blockschaltbild für eine Hochfrequenz-Bauelemente enthaltende Ansteuereinheit des Puls-Modulators,
• 6 die mittlere Niederfrequenz-Strahlungsleistung abhängig von der Arbeitsbereichsabweichung, und
• 7 ein Blockschaltbild für eine niederfrequent arbeitende Ansteuereinheit eines Puls-Modulators gemäß zweitem Ausführungsbeispiel.
• 1 zeigt in ihrem oberen Teil eine Transmissionskennlinie 10 eines Puls-Modulators. Auf einer Abszissenachse 12 ist die Ansteuerspannung in Volt abgetragen. Eine Ordinatenachse 14 zeigt Transmissionswerte T. Die Transmissionskennlinie 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 Transmissionsmanimum liegender Arbeitspunkt AP2. Mit zunehmender Spannung nimmt die Transmission T wieder zu, bis bei einer Spannung U2 ein Arbeitspunkt AP1 erreicht wird, der in einem Maximum der Transmissionskennlinie 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 liegen. Verändert sich die Transmissionskennlinie 10 des Puls-Modulators, so ist eine Nachregelung des Arbeitspunktes AP1 durch Veränderung der Spannung U2 erforderlich. Mit zunehmender Alterung des Puls-Modulators wird die Transmissionskenn linie 10 in Richtung der Abszissenachse 12 und/oder in Richtung der Ordinatenachse 14 gestaucht bzw. gestreckt. Außerdem kann es zu Verschiebungen der Transmissionskennlinie bezüglich der Abszissenachse kommen. Wird der Puls-Modulator 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 unterdrücktem Träger bezeichnet. Der optimale Arbeitsbereich im Arbeitspunkt AP2 liegt zwischen der Spannung 0 Volt und der Spannung U2.
• Der Puls-Modulator lässt sich jedoch auch in einem Arbeitspunkt AP3 betreiben, der zwischen den beiden Arbeitspunkten AP1 und AP2 liegt. Im Ausführungsbeispiel liegt der Arbeitspunkt AP3 unterhalb des Wendepunktes der Transmissionskennlinie 10 in der Nähe des Arbeitspunktes AP2. Der optimale Arbeitsbereich 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 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 Steuersignal 20 die Spannung U1, so dass der Modulator nur eine minimale Ausgangsstrahlung hindurchlässt. Zu einem späteren Zeitpunkt t1 hat das Steuersignal die Spannung U2. Das bedeutet, dass der Modulator die Eingangsstrahlung fast ungehindert hindurchlässt. Am Ausgang des Modulators erscheint ein Lichtimpuls. Zu einem Zeitpunkt t2 hat das Steuersignal die Spannung U3, so dass der Modulator wieder in einem Transmissions minimum arbeitet und im Wesentlichen kein Licht hindurchlässt. 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 zwei Lichtimpulse ausgesendet.
• Der Mittelwert des sinusförmigen Steuersignals 20 bestimmt den Arbeitspunkt, siehe Spannung U2. Die Amplitude des Steuersignals 20 bestimmt den Arbeitsbereich AB1, siehe Differenz zwischen den Spannungen U3 und U1.
• 2 zeigt das Leistungsdichtespektrum 50 der Ausgangsstrahlung des Puls-Modulators bei optimalem Arbeitspunkt AP1 und optimalem Arbeitsbereich AB1, siehe oberen Teil der 1. Auf einer Abszissenachse 52 ist die Frequenz bezogen auf die Datenrate abgetragen. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Datenrate 10 Gigabit pro Sekunde, und das Steuersignal hat eine Ansteuerfrequenz von 5 Gigabit pro Sekunde. Auf einer Ordinatenachse 54 ist die mit Hilfe einer Fotodiode und mit Hilfe eines Spektrumanalysators erfasste Signalleistung in logarithmischem Maß abgetragen. Die Signalleistung wurde normiert.
• Das Leistungsdichtespektrum 50 zeigt vier 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.
• 3 zeigt das Leistungsdichtespektrum 70 der Ausgangsstrahlung 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 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 2. Die Spitzenwerte der Leistungsspitzen 76, 78 und 80 liegen dabei erheblich unter den Spitzenwerten der Leistungsspitzen 56, 78 bzw. 80. Bei Abweichungen vom optimalen Arbeitspunkt treten bei der Ansteuerfrequenz sowie zwischen den Leistungsspitzen 76, 78, 80 und 82 weitere Leistungsspitzen 84, 86, 88 und 90 auf. Die Leistungsspitze 84 hat einen Spitzenwert von etwa 0,03, der unterhalb des Spitzenwertes 0,25 der Leistungsspitze 76 liegt. Die Spitzenwerte der Leistungsspitzen 86, 88 und 90 liegen jeweils etwa zwischen den Spitzenwerten der jeweils benachbarten Leistungsspitzen 76, 78, 80 bzw. 82.
• Die aus den 2 und 3 ersichtliche Änderung des Leistungsdichtespektrums 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 Ansteuerfrequenz, d.h. hier bei 5 Gigahertz, 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 Verwendung von Hochfrequenz-Bauelementen wird nur die Leistungsspitze 84 innerhalb des Frequenzbereiches FB1 herangezogen.
• Zur Regelung des Arbeitsbereiches AB wird ebenfalls das Leistungsdichtespektrum der Ausgangsstrahlung herangezogen. In 3 ist ein die Leistungsspitze 76 umgebender Frequenzbereich FB2 dargestellt, der die zur Regelung des Arbeitsbereiches 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 FB2 liegenden Leistungsspitze 76.
• 4 zeigt eine Leistungsfunktion 110 der mittleren Hochfrequenz-Strahlungsleistung im Frequenzbereich FB2 abhängig von der Arbeitsbereichs-Abweichung zwischen Soll-Arbeitsbereich AB1 und Ist-Arbeitsbereich, siehe 1. Eine Abszissenachse 112 zeigt die Abweichung des Soll-Arbeitsbereiches AB1 vom Ist-Arbeitsbereich AB in Prozent. Diese Abweichung ist proportional zur Abweichung der Amplitude des Steuersignals vom Sollwert. Eine Ordinatenachse 114 zeigt die normierte Strahlungsleistung. Die Leistungsfunktion 110 hat ein Maximum bei einer Abweichung von etwa 3 Prozent zwischen Soll-Arbeitsbereich AB1 und Ist-Arbeitsbereich. Die Leistungsfunktion 110 hat einen einer umgekehrten Parabel ähnlichen Verlauf, so dass die Strahlungsleistung links und rechts von –3 Prozent Abweichung stetig abfällt. Ein rechts neben dem Messpunkt MP2 liegender Messpunkt MP3 gehört zu einer Amplitudenabweichung von 0 Prozent. Ziel der Arbeitsbereichsregelung muss es deshalb sein, eine Strahlungsleistung zu erreichen, die zum Messpunkt MP3 gehört. Dazu lässt sich ein Regelkreis verwenden, der die Strahlungsleistung maximiert, jedoch so verstimmt ist, dass er sich auf den Messpunkt MP3 einregelt. Eine Schaltung für einen solchen Regelkreis wird unten an Hand der 5 erläutert.
• 5 zeigt ein Blockschaltbild für eine Hochfrequenz-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 Transmissionskennlinie 10 hat, siehe 1. Abhängig von einer durch die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 erzeugten Arbeitspunkt-Regelspannung 130 und abhängig von einer durch die Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126 erzeugten Arbeitsbereichs-Regelspannung 132 moduliert der Modulator 128 die von einer Laserdiode 134 erzeugte Strahlung. Die Laserdiode 134 arbeitet im Dauerstrichbetrieb, so dass die Eingangsstrahlung des Modulators 128 eine konstante Strahlungsleistung hat.
• Die modulierte Ausgangsstrahlung wird an einem Strahlungsteiler 136 im Verhältnis von etwa 1:10 geteilt. Der Großteil der modulierten Strahlung wird einem nicht dargestellten Datenmodulator zugeführt, der die Ausgangsstrahlung gemäß der zu übertragenden 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 Fotodiode 122 auftreffenden Strahlung ab. Das von der Strahlung abhängige Stromsignal bzw. ein daraus gewonnenes Spannungssignal wird als Eingangssignal für die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 und als Eingangssignal für die Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126 genutzt, siehe Pfeile 142 und 144.
• Die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 enthält einen Hochfrequenz-Bandpassfilter 146, an dessen Eingang das von der Fotodiode 122 kommende Signal anliegt. Der Bandpassfilter 146 überträgt im Wesentlichen nur Signale mit Frequenzen, die innerhalb des Frequenzbereiches FB1 liegen, Signale mit Frequenzen, die außerhalb des Frequenzbereiches FB1 liegen, werden stark gedämpft. Dem Bandpassfilter 146 ist ein Hochfrequenz-Leistungsmesser 148 nachgeschaltet. Der Leistungsmesser 148 enthält eine Gleichrichterdiode mit einer im Hochfrequenzbereich liegenden Grenzfrequenz. Am Ausgang des Leistungsmessers 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: ur = (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 beträgt das 2π-fache der Auslenkungsfrequenz des Arbeitspunktes.
• Die Spannung u_i des vom Leistungsmesser 148 ausgegebenen Eingangssignals für die Multiplikationseinheit 150 lässt sich durch die folgende Formel beschreiben: ui(t) = f(x0 + u0·cos(ω·t)) (2),wobei u_i den Momentanwert des Eingangssignals, u0 den Maximalwert der erzwungenen Auslenkung um den Ist-Arbeitspunkt x₀ herum, ω die Referenzfrequenz und f(...) eine Funktion zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen Arbeitspunkt und mittlerer erfasster Strahlungsleistung 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 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 entsprechen, 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 Eingang des Summiergliedes 158 ist mit einem Ausgang des Signalgenerators 152 verbunden, an dem ein Auslenkungssignal anliegt, dessen Wert sich gemäß einer Kosinusfunktion mit der Referenzfrequenz ω ändert. Der Ausgang des Summiergliedes 158 bildet auch den Ausgang der Arbeitsbereichs-Regelschaltung 124.
• Durch die Einstellung der Phase ϕ1 lässt sich erreichen, dass die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124 den Puls-Modulator 128 so ansteuert, dass die Strahlungsleistung innerhalb des Filterbereichs 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 Arbeitsbereichs-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 Bandpassfilter 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 Funktion cos(η + ϕ2) ändert, wobei η eine Referenzkreisfrequenz ist, die sich von der Referenzkreisfrequenz ω unterscheidet. Die Referenzkreisfrequenz η beträgt das 2π-fache der Auslenkungsfrequenz des Arbeitsbereiches. ϕ2 ist eine einstellbare Phase des Signals. Weiterhin erzeugt der Signalgenerator ein weiteres Auslenkungssignal, das sich gemäß der Funktion cosvt ändert. Dieses Auslenkungssignal wird an den anderen Eingang des Summiergliedes 170 angelegt.
• Der Ausgang des Summiergliedes 170 ist gleichzeitig der Ausgang der Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126, welche die Arbeitsbereichs-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 halben 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 genutzt, indem die Spannung mit Hilfe eines nicht dargestellten Subtraktionsgliedes zwischen Tiefpassfilter 166 und Integrierglied 168 vom Signal innerhalb der Regelschleife subtrahiert wird, siehe auch 9.
• Durch geeignete Wahl der Phase ϕ2 lässt sich erreichen, dass die Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126 die Strahlungsleistung innerhalb des Frequenzbereiches FB2 auf den in 5 durch den Messpunkt MP3 dargestellten Wert einregelt. 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 v kann erreicht werden, dass die Regelung des Arbeitspunktes unabhängig von der Regelung des Arbeitsbereiches und die Regelung des Arbeitsbereiches unabhängig von der Regelung des Arbeitspunktes arbeitet. Geeignete Werte sind beispielsweise 3 kHz bzw. 5 kHz für die Referenzfrequenz ω bzw. die Referenzfrequenz v.
• 6 zeigt die mittlere Niederfrequenz-Strahlungsleistung abhängig von der Arbeitsbereichs-Abweichung für drei Be triebsarten des Modulators. Die mittlere Niederfrequenz-Strahlungsleistung erfasst beispielsweise Frequenzen von 0 Hz bis 10 kHz.
• Eine Abszissenachse 210 stellt die Amplitude des Steuersignals dar. Als Einheit wird wiederum die Einheit Vπ verwendet, wobei ein Arbeitsbereich von 2Vπ der Soll-Arbeitsbereich im RZ-Betrieb und im CSRZ-Betrieb ist und einen Bereich von 360° bzw. 2π Radiant auf der Transmissionskennlinie 10 einschließt. Auf einer Ordinatenachse 212 ist die vom Modulator übertragene Leistung im niederfrequenten Bereich normiert abgetragen.
• Eine gestrichelt gezeichnete RZ-Kennlinie 214 gilt für einen Arbeitspunkt im Transmissionsmaximum der Kennlinie 10, z.B. für den Arbeitspunkt AP1. Die Kennlinie 214 hat bei einem Arbeitsbereich von etwa 1,22·2 Vπ ein Transmissionsminimum, das für die Regelung des Arbeitsbereiches bzw. der Amplitude geeignet ist. Durch eine Verstimmung des Regelkreises lässt sich erreichen, dass der Soll-Arbeitsbereich links neben dem Transmissionsmaximum bei der Amplitude 2Vπ liegt.
• Eine durchgehend gezeichnete CSRZ-Kennlinie 216 gilt für eine Betriebsart, bei der der Soll-Arbeitspunkt in einem Transmissionsminimum der Transmissionskennlinie 10 liegt, z.B. für den Arbeitspunkt AP2. Die Kennlinie 216 hat bei etwa 1,22·2 Vπ ein Transmissionsmaximum, das für die Regelung des Arbeitsbereiches geeignet ist. Durch eine Verstimmung des Regelkreises lässt sich erreichen, dass der Arbeitsbereich wiederum eine Breite von 2Vπ hat.
• Eine gepunktet dargestellte Kennlinie 218 betrifft den Clock-RZ-Betrieb, bei dem der Soll-Arbeitspunkt zwischen Transmissionsmaximum und Transmissionsminimum der Transmissionskennlinie 10 liegt, z.B. im Arbeitspunkt AP3, siehe 1. Die Kennlinie 218 hat bei einem Arbeitsbereich von etwa 1,22·2 Vπ ein Transmissionsmaximum und bei etwa 0Vπ ein Transmissionsminimum, die beide für die Regelung des Arbeitsbereiches mit Hilfe eines Regelkreises geeignet sind. Durch eine Verstimmung des Regelkreises kann erreicht werden, dass der Soll-Arbeitsbereich z.B. wesentlich kleiner als Vπ wird, siehe Messpunkt MP5 bei 0,4 Vπ.
• Schaltungen mit Regelkreisen zur Regelung des Arbeitsbereiches in jeweils einer der drei Betriebsarten des Modulators werden unten an Hand der 7 erläutert.
• 7 zeigt ein Blockschaltbild für eine niederfrequent arbeitende Ansteuereinheit 220 eines Puls-Modulators 128b, der ebenfalls die Transmissionskennlinie 10 hat, siehe 1. Der wesentliche Unterschied zwischen der Ansteuereinheit 220 und der Ansteuereinheit 120, siehe 6, besteht darin, 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. Den Bezugszeichen wird jedoch zur Unterscheidung der Kleinbuchstabe b nachgestellt. Dies gilt insbesondere für Bezugszeichen 124b bis 140b. An Stelle der Hochfrequenz-Fotodiode 122 wird in der Ansteuereinheit 220 eine Fotodiode 222 eingesetzt, die eine im Niederfrequenz-Bereich liegende Grenzfrequenz hat, beispielsweise eine Grenzfrequenz von 10 kHz. Die Auslenkungsfrequenz liegt innerhalb der Bandbreite der Fotodiode 222. Der durch die Niederfrequenz-Fotodiode 222 fließende Strom ändert sich abhängig von der auf die Fotodiode 222 auftreffenden Ausgangsstrahlung. Dabei haben nur die niederfrequenten Anteile der Ausgangsstrahlung eine Veränderung des Diodenstroms zur Folge. Die Fotodiode 222 mittelt außerdem über den Frequenzbereich oberhalb ihrer Grenzfrequenz. 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 Eingang zu ihrem Ausgang eine Multiplikationseinheit 150b, ein Tiefpassfilter 154b, eine Integriereinheit 156b und ein Summierglied 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 cos(ωt).
• Die Arbeitsbereich-Regelschaltung 126b enthält vom Eingang zum Ausgang eine Multiplikationseinheit 164b, ein Tiefpassfilter 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(vt + ϕ4). Das Auslenkungssignal ändert sich gemäß der Funktion cosvt. Der Ausgang der Arbeitsbereichs-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 Mittelwert mit dem Steuersignal 20 überein, siehe 1. Außerdem erzeugt der Verstärker 174b ein Verstimmungssignal 230, dessen Signalwert sich abhängig von der mittleren Ausgangsleistung des Verstärkers 174b ändert. Das Verstimmungssignal 230 liegt an einem weiteren Eingang des Subtrahiergliedes 228 an und dient zur Verstimmung der Regelschaltung 126b für die Regelung des Arbeitsbereiches.
• Wird der Modulator 128b im Arbeitspunkt AP1 betrieben, siehe 1, so wird die Phase ϕ3 so eingestellt, dass die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124b die abgestrahlte Leistung auf ein Minimum regelt. Dies hat eine Regelung des Arbeitspunktes auf das Transmissionsmaximum zur Folge. Die Phase ϕ4 wird so gewählt, dass die Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126b die Leistung der Ausgangsstrahlung im niederfrequenten Grenzbereich aufgrund der Verstimmung auf einen neben dem in 6 gezeigten Regelpunkt mit minimaler Transmission regelt. Dadurch wird erreicht, dass die Amplitude des Steuersignals auf den Wert 2Vπ geregelt wird.
• Die Auslenkungsfrequenzen ω und v sind voneinander verschieden, beispielsweise 3 kHz bzw. 5 kHz.
• Bei einem nächsten Ausführungsbeispiel wird der Modulator 128b im Arbeitspunkt AP2 betrieben, d.h. im Transmissionsminimum. Die Phase ϕ3 der Arbeitspunkt-Regelschaltung 124b wird so eingestellt, dass die vom Modulator 128b übertragene Ausgangsstrahlung im Niederfrequenzbereich einen maximalen Wert annimmt. Die Phase ϕ4 wird so gewählt, dass die Ausgangsstrahlung des Modulators 128 zwar maximiert wird, auf Grund der Verstimmung bei eingeregeltem Regelkreis jedoch etwas außerhalb des Maximums liegt, siehe 6, Kennlinie 216.
• Wird bei einem nächsten Ausführungsbeispiel der Modulator 128b im Arbeitspunkt AP3 betrieben, siehe 1, so wird die Phase ϕ3 so eingestellt, dass die Arbeitspunkt-Regelschaltung 124b die Leistung im Niederfrequenzbereich der Ausgangsstrahlung des Modulators 128b minimiert und auf Grund der Verstimmung auf einen etwas neben dem Minimum liegenden Wert einregelt. Dadurch wird auch der Arbeitspunkt auf den Soll-Arbeitspunkt AP3 geregelt. Die Phase ϕ4 wird in der Betriebsart des Arbeitspunktes AP3 so gewählt, dass die Arbeitsbereichs-Regelschaltung 126b ebenfalls die mittlere Leistung der Ausgangsstrahlung 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.
• Bei einem nächsten Ausführungsbeispiel ist der Modulator 128b ein Datenmodulator, der mit einen von Daten abhängigen Eingangssignal 176b bzw. Ausgangssignal 178b angesteuert wird.
• Der Arbeitspunkt liegt etwas neben einem Wendepunkt der Transmissionskennlinie. Der Arbeitsbereich beträgt etwas weniger als 1Vπ. Die Eingangsstrahlung wird durch die im Dauerstrichbetrieb betriebene Laserdiode 134b erzeugt. Die Arbeitspunktregelschaltung regelt auf ein Minimum und ist verstimmt. Die Arbeitsbereichsregelschaltung regelt ebenfalls auf ein Minimum, ist auch verstimmt.
• Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel für einen Datenmodulator wird an Stelle der Laserdiode ein Pulsmodulator eingesetzt, beispielsweise der in 7 gezeigte Pulsmodulator einschließlich der Regeleinheiten.

Claims (15)

1. Verfahren zum Steuern des Arbeitsbereiches eines Modulators (128, 128b), bei dem ein Modulator (128, 128b) abhängig von einem Steuersignal (20) aus einer Eingangsstrahlung (134, 134b) eine modulierte Ausgangsstrahlung (138, 138b) erzeugt, der Ist-Arbeitsbereich (AB1) des Modulators (128, 128b) bezüglich seiner Transmissionskennlinie (10) von der Amplitude des Steuersignals (20) abhängt, aus der Ausgangsstrahlung (138, 138b) in mindestens einem vorgegebenen Frequenzbereich (FB2) die mittlere Strahlungs-Leistung erfasst wird, eine periodische Auslenkung des Arbeitsbereiches (AB1) mit einer Auslenkungsfrequenz (ω) erzwungen wird, abhängig von der Auslenkung des Arbeitsbereiches (AB1) ein Regelsignal für das Einregeln des Arbeitsbereiches (AB1) erzeugt wird, und bei dem die Amplitude des Steuersignals (20) abhängig vom Regelsignal (132) geändert wird, dass das Regelsignal (132, 132b) und ein Eingangssignal (176, 176b) mit sinusförmigen Verlauf und der halben Ansteuerfrequenz (f) einem Verstärker (174, 174b) zugeführt werden, und dass durch den Verstärker (174, 174b) ein Ausgangssignal (178, 178b) zur Ansteuerung des Modulators (128, 128b) erzeugt wird, welches bis auf einen Mittelwert mit dem Steuersignal (20) übereinstimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Regelgrösse eine Ableitung der Funktion von Arbeitsbereich und erfasster Leistung eingesetzt wird, und dass bei der Regelung auf einen Punkt der Funktion Bezug genommen wird, an dem die Ableitung den Wert Null hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem 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 angesteuert wird, wobei die halbe Datenrate eine Ansteuerfrequenz (f) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebene Frequenzbereich die durch eine Wandlereinheit (122) zum Erfassen der Ausgangsstrahlung (138) erfassbaren Frequenzen enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebene Frequenzbereich (FB2) nur einen Teil der durch eine Wandlereinheit (122) erfassten Frequenzen der Ausgangsstrahlung (138) enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Frequenzbereich (FB2) die doppelte Ansteuerfrequenz (f) einschließt, bei dem andere Vielfache der Ansteuerfrequenz (f) und die Ansteuerfrequenz (f) nicht im Frequenzbereich (FB2) enthalten sind und bei dem der Frequenzbereich (FB2) etwa eine Breite des 0,3-fachen der doppelten Ansteuerfrequenz hat.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Soll-Arbeitsbereich (AB1) des Modulators (128, 128b) symmetrisch um ein Transmissionsmaximum oder symmetrisch um ein Transmissionsminimum der Transmissionskennlinie (10) herum liegt und bei dem der Amplitudenwert des Steuersignals (20) mit Hilfe eines Regelkreises (126, 126b) geregelt wird, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Leistung innerhalb des zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebenen Frequenzbereiches maximal ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebene Frequenzbereich nur Frequenzen enthält, die weit unterhalb der Ansteuerfrequenz (f) liegen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Soll-Arbeitsbereich des Modulators (128, 128b) symmetrisch um ein Transmissionsminimum der Transmissionskennlinie (10) oder symmetrisch um einen zwischen einem Transmissionswendepunkt und einem Transmissionsmaximum der Transmissionskennlinie liegenden Arbeitspunkt liegt und bei dem der Amplitudenwert des Steuersignals (20) mit Hilfe eines Regelkreises (126, 126b) geregelt wird, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Strahlungs-Leistung innerhalb des zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebenen Frequenzbereiches maximal ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Soll-Arbeitsbereich (AB1) des Modulators (128, 128b) symmetrisch um ein Transmissionsmaximum oder symmetrisch um einen zwischen einem Transmissionsminimum und einem Transmissionswendepunkt liegenden Arbeitspunkt der Transmissionskennlinie (10) liegt, und dass der Amplitudenwert des Steuersignals (20) mit Hilfe eines Regelkreises (126, 126b) geregelt wird, der ohne Verstimmung auf einen Regelpunkt ausgerichtet ist, bei dem die mittlere Strahlungs-Leistung innerhalb des zum Regeln des Arbeitsbereiches vorgegebenen Frequenzbereiches minimal ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Regelkreis (126, 126b) verstimmt ist, so dass der Regelkreis (126, 126b) im Soll-Arbeitsbereich des Modulators (128, 128b) auf einen neben dem Regelpunkt liegenden Punkt eingeregelt ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Amplitude des Steuersignals (20) durch die Änderung der Verstärkung eines Verstärkers (174, 174b) geändert wird, der zum Erzeugen des Steuersignals (20) dient, oder bei dem die Amplitude des Steuersignals (20) durch die Änderung eines regelbaren Dämpfungsgliedes geändert wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Regeln eine phasensensitive Detektion eingesetzt wird, wobei ein Auslenkungssignal mit der Auslenkungsfrequenz dem Steuersignal (20) additiv oder subtraktiv überlagert wird, ein von der erfassten Leistung abhängiges Signal mit einem periodischen Referenzsignal multipliziert wird (164, 164b), dessen Frequenz mit der Auslenkungsfrequenz übereinstimmt oder ein Vielfaches der Auslenkungsfrequenz ist, und wobei ein aus der Multiplikation resultierendes Signal nach einer Tiefpassfilterung (166, 166b) und folgender Integration (186, 168b) zur Änderung der Amplitude des Steuersignals (20) eingesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Eingangsstrahlung mit einer Dauerstrichstrahlungsquelle oder mit einer Pulsstrahlungsquelle erzeugt wird.
15. Ansteuereinheit (120, 220) zum Regeln des Arbeitsbereiches eines Modulators (128, 128b) umfassend Mittel, die derart ausgestaltet sind, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausführbar ist.