DE102007058048A1 - Fast analysis of optical spectra - Google Patents

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G01J3/4412—Scattering spectrometry

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Frequenzspektrums einer sich in einem Wellenleiter 2 in einer Vorwärtsrichtung ausbreitenden Probenstrahlung 1, wobei die Strahlung eines Lasers 3 als Pumpstrahlung in entgegengesetzter Richtung in den Wellenleiter 2 eingekoppelt wird und stimulierte Brillouin Streuung (SBS) verursacht, wobei die Frequenz der Pumpstrahlung über einen Bereich verändert wird, in dem sie SBS am Spektrum 1 der Probenstrahlung erzeugt, wobei die Intensität des sich in Vorwärtsrichtung ausbreitenden Brillouin-Gewinns vermittels eines Detektors 7 gemessen wird, wobei das Ausgangssignal des Detektors 7 in Abhängigkeit der veränderten Frequenz der Pumpstrahlung 3 registriert wird und wobei aus der Intensitätsschwankung die Frequenz der Probenstrahlung 1 bestimmt wird, wobei durch Änderung des Ansteuerstroms des Lasers 3 die Frequenz der Pumpstrahlung über den Bereich verändert wird.Method for determining the frequency spectrum of a sample radiation 1 propagating in a waveguide 2 in a forward direction, the radiation of a laser 3 being coupled into the waveguide 2 as pumping radiation in the opposite direction and causing stimulated Brillouin scattering (SBS), the frequency of the pump radiation passing over a range is changed in which it generates SBS on the spectrum 1 of the sample radiation, wherein the intensity of the forward propagating Brillouin gain is measured by means of a detector 7, wherein the output signal of the detector 7 is registered as a function of the changed frequency of the pump radiation 3 and wherein the frequency of the sample radiation 1 is determined from the fluctuation in intensity, the frequency of the pump radiation being changed over the range by changing the drive current of the laser 3.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Frequenzspektrums einer sich in einem Wellenleiter in einer Vorwärtsrichtung ausbreitenden Probenstrahlung, wobei die Strahlung eines Lasers als Pumpstrahlung in entgegengesetzter Richtung in den Wellenleiter eingekoppelt wird, die stimulierte Brillouin Streuung (SBS) verursacht, wobei die Frequenz der Pumpstrahlung über einen Bereich verändert wird, in dem sie SBS am Spektrum der Probenstrahlung erzeugt, wobei die Intensität des sich in Vorwärtsrichtung ausbreitenden Brillouin-Gewinns vermittels eines Detektors gemessen wird, wobei das Ausgangssignal des Detektors in Abhängigkeit der veränderten Frequenz der Pumpstrahlung registriert wird und wobei aus der Intensitätsschwankung die Frequenz der Probenstrahlung bestimmt wird. Die Erfindung betrifft zudem ein System zur Umsetzung des Verfahrens.The The invention relates to a method for determining the frequency spectrum one in a waveguide in a forward direction propagating sample radiation, wherein the radiation of a laser as pump radiation in the opposite direction in the waveguide which causes stimulated Brillouin scattering (SBS), wherein the frequency of the pump radiation over a range by changing SBS's spectrum of sample radiation generated, with the intensity of moving in the forward direction spreading Brillouin gain is measured by means of a detector, the output signal of the detector depending on registered the changed frequency of the pump radiation and where the intensity fluctuation is the frequency the sample radiation is determined. The invention also relates a system for implementing the procedure.

Die Bestimmung des Spektrums eines optischen Signals ist im gesamten Bereich der Optik von besonderer Bedeutung. Speziell in der optischen Nachrichtentechnik werden Informationen auf unterschiedlichen Wellenlängen-Kanälen übertragen, wobei die genaue Kenntnis des Spektrums eines einzelnen Kanals entscheidend für die Funktion des gesamten Systems ist. Aber auch in anderen Bereichen von Wissenschaft und Technik ist die Messung des Spektrums von entscheidender Bedeutung für viele unterschiedliche Anwendungen.The Determining the spectrum of an optical signal is throughout Field of optics of particular importance. Especially in optical communications information is transmitted on different wavelength channels, the precise knowledge of the spectrum of a single channel is crucial for the function of the entire system. But also in other areas of science and technology is the measurement of the spectrum crucial for many different ones Applications.

Dabei sind verschiedene Methoden bekannt, mit denen sich das Spektrum eines optischen Signals bestimmen lässt. Zum einen können dazu Interferometer und Gitterspektrometer benutzt werden. Zum anderen kann das Spektrum von Wellenlängenkanälen mit Hilfe eines optischen Spektrumanalysators (OSA) ausgemessen werden. OSA werden vor allem in der optischen Nachrichtentechnik eingesetzt, wobei moderne OSA über eine Auflösebandbreite von 0,06 nm verfügen, was bei einer Wellenlänge von 1550 nm einer Auflösegenauigkeit von 7,5 GHz entspricht. Spektrale Anteile unterhalb dieses Wertes können mit einem OSA nicht aufgelöst und dargestellt werden. Ein weiterer Nachteil sowohl von Interferometern als auch von Spektrometern ist ihre begrenzte Geschwindigkeit, mit der sich schnelle Änderungen des optischen Spektrums nicht bestimmen lassen.there Various methods are known that affect the spectrum of an optical signal. For one thing Interferometer and grating spectrometer are used. On the other hand can use the spectrum of wavelength channels Help of an optical spectrum analyzer (OSA) are measured. OSA are mainly used in optical communications, where modern OSA has a resolution bandwidth of 0.06 nm, which is at one wavelength of 1550 nm corresponds to a resolution accuracy of 7.5 GHz. Spectral components below this value can with a OSA can not be resolved and presented. Another Disadvantage of both interferometers and spectrometers is their limited speed, with which changes fast of the optical spectrum can not be determined.

Aus der DE 10 2005 040 968 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die geringe Bandbreite der stimulierten Brillouin-Streuung (SBS) zur Messung der Amplitudenverteilung genutzt wird. Dabei erzeugt ein Pumplaser in einer Faser einen schmalbandigen Gewinn über den nichtlinearen Effekt der stimulierten Brillouin Streuung. Dieser Gewinn wird quasi über das zu messende Spektrum „geschoben" und verstärkt die innerhalb des Gewinns liegenden Anteile. Dieses Verfahren hat gegenüber den oben beschriebenen Verfahren einige Vorteile: So ermöglicht es Messungen mit einer großen Auflösung im Femtometer-Bereich. Zum anderen ist das Verfahren einfach und kostengünstig, da es weder schnelle Photodioden noch elektrische Spektrumanalysatoren benötigt. Zudem wird das Signal direkt im optischen Bereich gemessen, so dass keine das Ergebnis verfälschenden Intermodulationsprodukte auftreten.From the DE 10 2005 040 968 A1 For example, a method is known in which the small bandwidth of stimulated Brillouin scattering (SBS) is used to measure the amplitude distribution. A pump laser in a fiber generates a narrowband gain over the nonlinear effect of the stimulated Brillouin scattering. This gain is "pushed" over the spectrum to be measured and amplifies the components within the gain, which has some advantages over the methods described above: it enables measurements with a high resolution in the femtometer range simple and cost-effective because it does not require fast photodiodes or electrical spectrum analyzers, it also measures the signal directly in the optical domain so that no intermodulation products distort the result.

Bislang ist es allerdings nur bekannt, für die Verschiebung des Brillouin-Gewinns sich eines abstimmbaren Lasers oder eines externen Modulators, der Seitenbänder durch die Modulation mit einem elektrischen Generator erzeugt, zu bedienen. Die zur Messung eines Spektrums benötigte Zeit wird daher von der Geschwindigkeit bestimmt, mit der der abstimmbare Laser oder der elektrische Generator seine Wellenlänge respektive seine Frequenz ändern kann. Mit einem Mikrowellengenerator einer „sweep rate" von < 100 Hz dauert die Aufnahme eines Spektrums dementsprechend etwa 0.01 s. Ein OSA benötigt ähnliche Zeiten. Für eine Verbesserung des Signal zu Rauschabstandes („signal to noise ratio", SNR) wird üblicherweise der Mittelwert aus der Überlagerung einer Vielzahl vermessener Spektren gebildet. Dabei ist eine Überlagerung von 1000 Messungen durchaus üblich, was einer Messdauer von 10 s pro ausgemessenem Spektrum entspricht.So far However, it is only known for the displacement of the Brillouin Win a tunable laser or an external one Modulators, the sidebands by the modulation with an electric Generator generated, to use. The for measuring a spectrum time required is therefore determined by the speed, with which the tunable laser or the electric generator its Wavelength respectively can change its frequency. With a microwave generator sweep rate of <100 Hz takes the Recording a spectrum accordingly about 0.01 s. An OSA needs similar Times. For an improvement of the signal to signal to noise ratio ("Signal to noise ratio", SNR) is usually the mean value of the superposition of a plurality of measured Spectra formed. Here is an overlay of 1000 measurements quite usual, what a measurement duration of 10 s per measured Spectrum corresponds.

Die Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren und ein System zur schnellen Bestimmung der spektralen Anteile eines Spektrums zu schaffen, das bei hoher Genauigkeit robust und zuverlässig ist. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung ein System zur Umsetzung des Verfahrens zu schaffen.The The object of the invention is now, a method and a system for the rapid determination of the spectral components of a spectrum to create that with high accuracy robust and reliable is. In addition, it is an object of the invention is a system for implementation of the procedure.

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das System nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.These Tasks are achieved by the method of claim 1 and the system solved according to claim 9. Advantageous embodiments are mentioned in the respective subclaims.

Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung liegt darin, sich des aus der DE 10 2005 040 968 A1 bekannten Verfahrens zu bedienen, die Frequenz der Pumpstrahlung jedoch auf ungewöhnliche Weise, nämlich durch Änderung des Ansteuerstroms eines in seiner Frequenz ansonsten nicht durchstimmbaren Lasers zu erzeugen. Durch diese „direkte" Modulation lässt sich die Frequenz der Pumpstrahlung im Verhältnis zu den oben genannten Methoden um ein Vielfaches schneller über den gewünschten Bereich verändern. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Methoden ändert das Modulationssignal bei diesem Verfahren lediglich seine Amplitude, während seine Frequenz konstant bleibt. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit auf dem Gedanken, die Abhängigkeit der vom Laser emittierten Wellenlänge von der Größe des Ansteuerstroms auszunutzen. Auf diese Weise kann die Frequenz der Pumpstrahlung derart abgestimmt werden, dass der Stokes Peak der SBS sich mit dem Frequenzspektrum der Probenstrahlung überlagert und die erhöhte Intensität im Detektor messbar istThe essential basic idea of the invention lies in getting out of the DE 10 2005 040 968 A1 to operate the known method, however, to generate the frequency of the pump radiation in an unusual way, namely by changing the drive current of a laser otherwise not tunable in its frequency. This "direct" modulation allows the frequency of the pump radiation to be varied many times faster than the desired range in relation to the above-mentioned methods In contrast to the methods described above, the modulation signal in this method merely changes its amplitude while its frequency is constant The method according to the invention is thus based on the idea of emitting the dependence of the laser Wavelength of the size of the drive current exploit. In this way, the frequency of the pump radiation can be adjusted such that the Stokes peak of the SBS is superimposed with the frequency spectrum of the sample radiation and the increased intensity in the detector can be measured

So können heutige Laser mit Signalen im Bereich von GHz moduliert werden, so dass mittels des Verfahrens Messungen an optischen Spektren im Bereich von Nanosekunden durchgeführt werden können. Wird der Laser beispielsweise mit einer Frequenz von 10 GHz moduliert, dauert die Aufnahme eines Spektrums 0,1 ns. Für die oben genannten 1000 Messungen benötigt das System entsprechend 100 ns. Der limitierende Faktor liegt damit eher in der nachfolgenden Signalverarbeitung. Dennoch sind auch Modulationsgeschwindigkeiten im Bereich von MHz oder darunter eine drastische Verbesserung gegenüber den heute verwendeten Verfahren. Erfindungsgemäß wird der Ansteuerstrom in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit den Signalen eines Generators, insbesondere eines Rampengenerators verändert, die eine Frequenz im Bereich zwischen MHz und GHz aufweisen. Dieser wird im Prinzip einfach in die Versorgungsleitung der beliebigen Laserquelle geschaltet und bildet damit ein Ansteuermittel zur schnellen Änderung des Ansteuerstroms des Lasers.So Today's lasers can be modulated with signals in the range of GHz so that by means of the method measurements on optical spectra can be performed in the range of nanoseconds. For example, if the laser is modulated at a frequency of 10 GHz, takes the recording of a spectrum 0.1 ns. For the above said 1000 measurements required the system corresponding to 100 ns. The limiting factor is therefore more in the subsequent signal processing. Nevertheless, modulation rates are in the range of MHz or under it a drastic improvement over the methods used today. According to the invention the drive current in a particularly advantageous embodiment with the signals of a generator, in particular a ramp generator changed, which has a frequency in the range between MHz and GHz. This becomes in principle simply in the supply line connected to any laser source and thus forms a drive means for rapid change of the driving current of the laser.

Ein weiterer Vorteil des hier vorgestellten Verfahrens ist, dass die Messung noch weiter vereinfacht wird. Da keine durchstimmbaren Laser, elektrische Generatoren oder Modulatoren benötigt werden, lässt sich das Verfahren besonders kosteneffektiv umsetzen. Da entsprechend weniger empfindlichen Teile benötigt werden, ist ein das Verfahren umsetzendes System zudem besonders robust und zuverlässig.One Another advantage of the method presented here is that the Measurement is further simplified. Since no tunable lasers, electric generators or modulators are needed the process can be implemented particularly cost-effectively. Since correspondingly less sensitive parts are needed, In addition, a system implementing the method is particularly robust and reliable.

Laser direkt zu modulieren ist bekannt aus sogenannten „Coarse Wavelength Division Multiplex" (CWDM) Systemen, bei denen der Ansteuerstrom des Lasers in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Signal verändert wird. Dabei beschreibt der Begriff „coarse" („grob") die Eigenschaften dieser direkten Modulation. So wird durch die Änderung des Ansteuerstroms nicht nur die Amplitude der vom Laser emittierten optischen Welle, sondern auch deren Wellenlänge verändert. Dabei besteht zwischen der Amplitudenänderung als auch der Wellenlängenänderung einerseits und dem Ansteuerstrom andererseits eine nichtlineare Abhängigkeit. Aus diesem Grund wurde das Verfahren bislang nur für einfache Systeme mit geringer Datenrate verwendet.laser to modulate directly is known from so-called "Coarse Wavelength Division Multiplex "(CWDM) systems in which the drive current of the Lasers depending on the to be transmitted Signal is changed. The term "coarse" describes ("Coarse") the properties of this direct modulation. Thus, by changing the drive current not only the amplitude of the optical wave emitted by the laser, but also changed their wavelength. It exists between the amplitude change and the wavelength change on the one hand and the drive current on the other hand, a non-linear Dependence. For this reason, the procedure has been so far used only for simple low data rate systems.

Je nach der Art der verwendeten Laserquelle ist die nichtlineare Abhängigkeit mehr oder weniger groß und muss entsprechend bei der Durchführung des Verfahrens berücksichtigt werden. Schließlich ist die Konstanz der Amplitude und die lineare Änderung der Wellenlänge für das Verfahren notwendig, da die durch SBS erzielte Verstärkung und damit die Höhe des gemessenen Signals von der Amplitude abhängt. Gleichzeitig wird die Wellenlänge des jeweils gemessenen spektralen Anteils an Hand der Wellenlänge des Pumplasers bestimmt. Um die Vorteile der erfindungsgemäßen „direkten" Modulation für die Messung eines optischen Spektrums zu nutzen, ist es daher besonders vorteilhaft und nahezu unabdingbar, sowohl die nichtlineare Abhängigkeit der vom Laser emittierten optischen Wellenlängen vom Strom als auch deren Amplitudenabhängigkeit möglichst vollständig zu kompensieren. Zu einer solchen Kompensation werden erfindungsgemäß zwei Arten vorgeschlagen:
Zum einen ist es möglich, die Nichtlinearität der Wellenlängenabhängigkeit durch eine nichtlineare Kennlinie des Ansteuerstroms auszugleichen. Dazu kann der Ansteuerstrom durch einen Rampengenerator mit nichtlinearem Ausgangssignal verändert werden, wobei die Nichtlinearität des Ausgangssignals so gewählt wird, dass sie die nichtlineare Abhängigkeit der vom Laser emittierten optischen Wellenlängen vom Ansteuerstrom kompensiert. Vorteilhafterweise wird bei dieser Kompensation zudem die Abhängigkeit der Amplitude der Pumpstrahlung vom Ansteuerstrom berücksichtigt. Diese Methode geht mit einem gewissen apparativen Aufwand einher.Depending on the type of laser source used, the non-linear dependence is more or less large and must be taken into account accordingly when carrying out the method. Finally, the constancy of the amplitude and the linear change of the wavelength are necessary for the method, since the amplification achieved by SBS and thus the height of the measured signal depends on the amplitude. At the same time, the wavelength of the respectively measured spectral component is determined based on the wavelength of the pump laser. In order to utilize the advantages of the "direct" modulation according to the invention for the measurement of an optical spectrum, it is therefore particularly advantageous and almost essential to compensate as completely as possible both the nonlinear dependence of the optical wavelengths emitted by the laser on the current and their amplitude dependence Such compensation is proposed according to the invention in two ways:
On the one hand, it is possible to compensate for the nonlinearity of the wavelength dependence by a non-linear characteristic of the drive current. For this purpose, the drive current can be varied by a ramp generator with a non-linear output signal, wherein the nonlinearity of the output signal is chosen so that it compensates the non-linear dependence of the optical wavelengths emitted by the laser from the drive current. Advantageously, this compensation also takes into account the dependence of the amplitude of the pump radiation on the drive current. This method is associated with a certain amount of equipment.

Einfacher ist es hingegen, die Kompensation durch eine elektronische Nachbehandlung des Signals in einem Computer durchzuführen. Dabei kann die Ansteuerung mittels eines Rampengenerators beliebiger Kennlinie erfolgen, wobei eine lineare Kennlinie zu bevorzugen ist. Die nachträgliche Korrektur des Detektorausgangssignals geschieht im Computer. Dazu ist es vorteilhaft, für jeden möglichen Wert des Ansteuerstroms die tatsächliche Wellenlänge und die von der optischen Leistung der Pumpwelle abhängige Verstärkung im Wellenleiter zu registrieren und das tatsächlich gemessene Spektrum mit diesen Korrekturwerten zu korrigieren. Eine besonders einfache Möglichkeit, diese Werte zu ermitteln, liegt darin, ein in seiner Frequenzverteilung bekanntes Spektrum auszumessen und die erhaltenen Messwerte zu korrigieren, um das bekannte Spektrum zu erhalten. Die benötigten Korrekturwerte werden gespeichert und dienen dann zur Korrektur unbekannter Spektren.Easier On the other hand, it is compensation by electronic post-treatment of the signal in a computer. It can the Control by means of a ramp generator of any characteristic take place, with a linear characteristic is preferable. The subsequent Correction of the detector output signal happens in the computer. To it is beneficial for any value of the Drive current the actual wavelength and which depends on the optical power of the pump shaft Register gain in the waveguide and that actually corrected spectrum with these correction values. A particularly easy way to determine these values lies in measuring out a spectrum known in its frequency distribution and correct the obtained measurements to the known spectrum to obtain. The required correction values are saved and then serve to correct unknown spectra.

Im Übrigen ist es generell vorteilhaft, die Intensität der Pumpstrahlung so zu bemessen, dass sie in Abwesenheit der Probenstrahlung innerhalb des Wellenleiters höchstens in unmerklichem Maß nichtlineare Effekte anregt.Furthermore it is generally advantageous, the intensity of the pump radiation so that they are in the absence of sample radiation within of the waveguide at most imperceptibly nonlinear Stimulates effects.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und anhand der Figur nachfolgend näher erklärt:
Die Figur zeigt ein System zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das unbekannte Spektrum 1 wird in ein nichtlineares Medium 2 als Wellenleiter, hier eine Glasfaser, eingespeist, in dem eine Brillouin Streuung stattfinden kann. Im Medium 2 breitet sich die Probenstrahlung 1 in Vorwärtsrichtung aus. Zudem ist ein Laser 3, insbesondere eine Laserdiode, zur Erzeugung von Pumpstrahlung vorgesehen, der eine sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitende Welle emittiert. Diese Welle wird über den Zirkulator 4 in die Faser 2 eingekoppelt und erzeugt darin einen Brillouin Gewinn. Der Anteil des unbekannten Spektrums 1, der sich innerhalb der Brillouin–Gewinnbandbreite befindet, wird durch die Brillouin Streuung verstärkt und über den Zirkulator 4 zu einem optischen Leistungsmesser 5, beispielsweise einer Fotodiode, geführt. Der Zirkulator 4 ist damit ein Mittel zur Einkopplung der Pumpstrahlung in den Wellenleiter entgegen der sich in Vorwärtsrichtung ausbreitenden Probenstrahlung und zugleich ein Mittel zur Auskopplung der in Vorwärtsrichtung propagierenden Probenstrahlung und des ebenfalls in Vorwärtsrichtung propagierenden im Wellenleiter zurückgestreuten Brillouin-Gewinns.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment and with reference to the figure:
The figure shows a system for implementing the method according to the invention. The unknown spectrum 1 becomes a non-linear medium 2 as a waveguide, here a fiber, fed, in which a Brillouin scattering can take place. In the medium 2 the sample radiation spreads 1 in the forward direction. There is also a laser 3 , in particular a laser diode, provided for generating pumping radiation which emits a wave propagating in the opposite direction. This wave is over the circulator 4 in the fiber 2 Coupled and generates a Brillouin profit. The proportion of the unknown spectrum 1 which is within the Brillouin win bandwidth is amplified by the Brillouin scatter and via the circulator 4 to an optical power meter 5 , For example, a photodiode guided. The circulator 4 is thus a means for coupling the pump radiation into the waveguide against the propagating in the forward direction sample radiation and at the same time a means for coupling out the propagating in the forward direction sample radiation and also propagating in the forward direction in the waveguide backscattered Brillouin gain.

Durch eine Veränderung der Wellenlänge des vom Laser 3 emittierten Lichts wird der Gewinn durch das unbekannte Spektrum 1 geschoben. Die optische Leistung am Messgerät 5 stellt in ihrer Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lasers 3 dementsprechend das unbekannte Spektrum dar. Da die Gewinnbandbreite der Brillouin Streuung besonders schmal ist, hat das Verfahren eine hohe Auflösung, die im Bereich von Femtometern liegt.By changing the wavelength of the laser 3 emitted light becomes the gain through the unknown spectrum 1 pushed. The optical performance of the meter 5 represents in their dependence on the wavelength of the laser 3 Accordingly, the unknown spectrum is. Since the gain bandwidth of the Brillouin scattering is particularly narrow, the method has a high resolution, which is in the range of femtometre.

Die Wellenlänge des Lasers 3 wird durch eine Modulation der Amplitude des Ansteuerstromes verändert. Dazu erzeugt ein geeigneter Generator 6, beispielsweise eine sägezahnförmige Stromänderung, der direkt oder über eine nachfolgende Verstärkung zur Steuerung der Laserdiode 3 benutzt wird (Die unterbrochenen Linien in der Figur stellen elektrische Leitungen dar). Der Generator ermöglicht Ausgangssignale, insbesondere Dreieckssignale 10, einer Frequenz im Bereich zwischen MHz und GHz. Die von der Laserdiode emittierte Wellenlänge hängt von der Amplitude des Ansteuerstroms ab, so dass die Stromänderung zu einer Wellenlängenänderung der vom Laser 3 erzeugten optischen Welle führt. Diese erzeugt in der Faser den Brillouin-Gewinn der auf Grund des sägezahnförmigen Verlaufs des Stroms durch das unbekannte Spektrum geschoben wird.The wavelength of the laser 3 is changed by a modulation of the amplitude of the drive current. For this purpose a suitable generator is generated 6 For example, a sawtooth current change, the direct or via a subsequent gain to control the laser diode 3 is used (The broken lines in the figure represent electrical lines). The generator enables output signals, in particular triangular signals 10 , a frequency in the range between MHz and GHz. The wavelength emitted by the laser diode depends on the amplitude of the drive current so that the current change results in a wavelength change of the laser 3 generated optical wave leads. This generates in the fiber the Brillouin gain which is shifted due to the sawtooth course of the current through the unknown spectrum.

Der Generator 6 wird von einem Computer 7 angesteuert, der gleichzeitig das Ausgangssignal des Detektors 5 registriert. Mittels eines Moduls 8 wird eine Datenkorrektur vorgenommen und die korrigierten Ergebnisse über ein Display 9 angezeigt. Bei der Datenkorrektur wird einerseits der nichtlineare Zusammenhang zwischen der Amplitude des Ansteuerstroms und der Änderung der Ausgangswellenlänge der Laserdiode und andererseits die Änderung der optischen Leistung des vom Laser emittierten Lichts berücksichtigt.The generator 6 is from a computer 7 which simultaneously controls the output signal of the detector 5 registered. By means of a module 8th a data correction is made and the corrected results are displayed 9 displayed. The data correction takes into account, on the one hand, the non-linear relationship between the amplitude of the drive current and the change in the output wavelength of the laser diode and, on the other hand, the change in the optical power of the light emitted by the laser.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005040968 A1 [0004, 0008] DE 102005040968 A1 [0004, 0008]

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung des Frequenzspektrums einer sich in einem Wellenleiter (2) in einer Vorwärtsrichtung ausbreitenden Probenstrahlung (1), wobei die Strahlung eines Lasers (3) als Pumpstrahlung in entgegengesetzter Richtung in den Wellenleiter (2) eingekoppelt wird und stimulierte Brillouin Streuung (SBS) verursacht, wobei die Frequenz der Pumpstrahlung über einen Bereich verändert wird, in dem sie SBS am Spektrum (1) der Probenstrahlung erzeugt, wobei die Intensität des sich in Vorwärtsrichtung ausbreitenden Brillouin-Gewinns vermittels eines Detektors (7) gemessen wird, wobei das Ausgangssignal des Detektors (7) in Abhängigkeit der veränderten Frequenz der Pumpstrahlung (3) registriert wird und wobei aus der Intensitätsschwankung die Frequenz der Probenstrahlung (1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Änderung des Ansteuerstroms des Lasers (3) die Frequenz der Pumpstrahlung über den Bereich verändert wird.Method for determining the frequency spectrum of a signal in a waveguide ( 2 ) in a forward direction propagating sample radiation ( 1 ), whereby the radiation of a laser ( 3 ) as pump radiation in the opposite direction in the waveguide ( 2 ) and causes stimulated Brillouin scattering (SBS), wherein the frequency of the pump radiation is changed over a range by which SBS spectrum ( 1 ) of the sample radiation, wherein the intensity of the Brillouin gain propagating in the forward direction is determined by means of a detector ( 7 ), the output signal of the detector ( 7 ) as a function of the changed frequency of the pump radiation ( 3 ) and wherein the intensity fluctuation causes the frequency of the sample radiation ( 1 ), characterized in that by changing the driving current of the laser ( 3 ) the frequency of the pump radiation is changed over the range. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstrom mit Signalen (10) eines Generators (6), insbesondere eines Rampengenerators, verändert wird, die eine Frequenz im Bereich zwischen MHz und GHz aufweisen.A method according to claim 1, characterized in that the drive current with signals ( 10 ) of a generator ( 6 ), in particular a ramp generator, having a frequency in the range between MHz and GHz. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstrom mittels eines Rampengenerators (6) mit nichtlinearem Ausgangssignal verändert wird, wobei die Nichtlinearität des Ausgangssignals so gewählt wird, dass sie die nichtlineare Abhängigkeit der vom Laser (3) emittierten optischen Wellenlängen vom Ansteuerstrom kompensiert.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the drive current by means of a ramp generator ( 6 ) is changed with non-linear output signal, wherein the non-linearity of the output signal is chosen so that it is the non-linear dependence of the laser ( 3 ) emitted optical wavelengths compensated by the drive current. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kompensation die Abhängigkeit der Amplitude der Pumpstrahlung (3) vom Ansteuerstrom berücksichtigt wird.A method according to claim 3, characterized in that in the compensation of the dependence of the amplitude of the pump radiation ( 3 ) is taken into account by the drive current. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstrom mittels eines Rampengenerators (6) mit insbesondere linearer Kennlinie verändert wird, wobei Kompensation durch eine nachträgliche Korrektur des Detektorausgangssignals durch einen Computer (7) geschieht.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the drive current by means of a ramp generator ( 6 ) is changed with particular linear characteristic, wherein compensation by a subsequent correction of the detector output signal by a computer ( 7 ) happens. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden möglichen Wert des Ansteuerstroms die tatsächliche Wellenlänge und die von der optischen Leistung der Pumpwelle abhängige Verstärkung im Wellenleiter (2) registriert wird, wobei das gemessene Spektrum mit diesen Korrekturwerten korrigiert wird.Method according to claim 5, characterized in that, for each possible value of the drive current, the actual wavelength and the gain dependent on the optical power of the pump wave in the waveguide ( 2 ), whereby the measured spectrum is corrected with these correction values. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte durch Ausmessen eines bekannten Spektrums ermittelt werden.Method according to Claim 6, characterized that the correction values by measuring a known spectrum be determined. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Pumpstrahlung so bemessen wird, dass sie in Abwesenheit der Probenstrahlung innerhalb des Wellenleiters (2) höchstens in unmerklichem Maß nichtlineare Effekte anregt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity of the pump radiation is dimensioned such that in the absence of the sample radiation within the waveguide ( 2 ) stimulates non-linear effects only to an insensible degree. System zur Umsetzung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche aufweisend einen Wellenleiter (2), in dem sich eine Probenstrahlung (1) in Vorwärtsrichtung ausbreitet, einen Laser (3) zur Erzeugung von Pumpstrahlung, Mittel (4) zur Einkopplung der Pumpstrahlung in den Wellenleiter (2) entgegen der sich in Vorwärtsrichtung ausbreitenden Probenstrahlung, ein Mittel (4) zur Auskopplung der in Vorwärtsrichtung propagierenden Probenstrahlung und des ebenfalls in Vorwärtsrichtung propagierenden im Wellenleiter (2) zurückgestreuten Brillouin-Gewinns und einen Detektor zur Messung der Intensität der ausgekoppelten Strahlung, gekennzeichnet durch ein Ansteuermittel (6) zur schnellen Änderung des Ansteuerstroms des Lasers.System for implementing the method according to one of the preceding claims, comprising a waveguide ( 2 ), in which a sample radiation ( 1 ) propagates in the forward direction, a laser ( 3 ) for generating pump radiation, means ( 4 ) for coupling the pump radiation into the waveguide ( 2 ) against the sample radiation propagating in the forward direction, a means ( 4 ) for decoupling the propagating in the forward direction sample radiation and also propagating in the forward direction in the waveguide ( 2 ) back-scattered Brillouin gain and a detector for measuring the intensity of the coupled-out radiation, characterized by a drive means ( 6 ) for rapidly changing the driving current of the laser. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuermittel (6) ein Generator ist, dessen Ausgangssignale (10) eine Frequenz im Bereich von GHz aufweisen.System according to claim 9, characterized in that the driving means ( 6 ) is a generator whose output signals ( 10 ) have a frequency in the range of GHz.
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