DE102021112017A1 - Process for active stabilization of the effective length of optical time and frequency transmission links - Google Patents

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Nils Huntemann
Robert Jördens
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Stabilisierung der optischen Weglänge von optischen Zeit- und Frequenzübertragungsstrecken, mit den Schritten: (a) Aufmodulieren eines Modulatorsignals mit einer Modulatorfrequenz (fc) auf eine optische Eingangs-Frequenz (fa) von Eingangs-Licht (20), das in einen Referenzwelleneingang (12) eingeführt wird, (b) Abgeben von Licht mit der modulierten optischen Frequenz (fa+ fc) auf eine Übertragungsstrecke, insbesondere in einen Lichtleiter (16), der zu einem Nutzausgang (18) führt, und (c) Ermitteln einer HF-Schwebungsfrequenz (fr) zwischen der Eingangs-Frequenz (fa) von Referenz-Licht (20') und einer Empfangs-Frequenz (frück) von Rück-Licht (30), das beim Nutzausgang (18) reflektiert und durch den Lichtleiter (16) zurückgeleitet wurde, wobei erfindungsgemäß (d) Mischen der HF-Schwebungsfrequenz (fr) mit einer Lokaloszillatorfrequenz (fl) in einem Überlagerungsempfänger, sodass eine Zwischenfrequenz (fg= fr- fl) entsteht, (e) digitales Bestimmen einer Zwischenfrequenz-Phase (φg) der Zwischenfrequenz (fg) und (f) Erzeugen des Modulatorsignals anhand der Zwischenfrequenz-Phase (φg), sodass eine Änderung der optischen Weglänge des Lichtleiters (16) kompensiert wird, vorgesehen ist.The invention relates to a method for actively stabilizing the optical path length of optical time and frequency transmission paths, with the steps: (a) modulation of a modulator signal with a modulator frequency (fc) onto an optical input frequency (fa) of input light (20) , which is introduced into a reference wave input (12), (b) emitting light with the modulated optical frequency (fa+fc) onto a transmission path, in particular into an optical fiber (16) leading to a useful output (18), and (c ) Determining an HF beat frequency (fr) between the input frequency (fa) of reference light (20') and a reception frequency (frück) of return light (30) which is reflected at the useful output (18) and through the light guide (16) was returned, according to the invention (d) mixing the HF beat frequency (fr) with a local oscillator frequency (fl) in a superheterodyne receiver, so that an intermediate frequency (fg = fr- fl) arises, (e) digital Bes tuning an intermediate frequency phase (φg) of the intermediate frequency (fg) and (f) generating the modulator signal based on the intermediate frequency phase (φg) so that a change in the optical path length of the light guide (16) is compensated for.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Stabilisierung der effektiven Länge von optischen Zeit- und Frequenzübertragungsstrecken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine optische Signalübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.The invention relates to a method for actively stabilizing the effective length of optical time and frequency transmission links according to the preamble of claim 1. According to a second aspect, the invention relates to an optical signal transmission device according to the preamble of claim 8.

Um eine optische Frequenz an einem von der Frequenzquelle beabstandeten Nutzausgang nutzen zu können, werden meistens Lichtleiter, insbesondere Glasfasern verwendet. Die optische Weglänge, die das Eingangs-Licht auf seinem Weg zum Nutzausgang zurücklegt, kann zeitlich schwanken, wenn der Lichtleiter sich verändert. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn der Lichtleiter - wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen - eine Länge von zumindest 10 Meter, insbesondere zumindest 100 Meter, hat.In order to be able to use an optical frequency at a useful output spaced apart from the frequency source, light guides, in particular glass fibers, are usually used. The optical path length that the input light covers on its way to the useful output can fluctuate over time if the light guide changes. This is particularly the case when the light guide--as provided according to a preferred embodiment--has a length of at least 10 meters, in particular at least 100 meters.

Eine Ursache für eine derartige Veränderung können beispielsweise Temperaturschwankungen, Luftdruckschwankungen, Vibrationen oder Änderungen der Zusammensetzungen der Umgebung des Lichtleiters sein. Eine Änderung der optischen Weglänge verändert die Frequenz und/oder die Phase am Nutzausgang. Es ist daher wünschenswert, Einflüsse auf die optische Weglänge im Lichtleiter zu kompensieren.A cause for such a change can be, for example, temperature fluctuations, air pressure fluctuations, vibrations or changes in the composition of the environment around the light guide. A change in the optical path length changes the frequency and/or the phase at the useful output. It is therefore desirable to compensate for influences on the optical path length in the light guide.

Aus der DE 10 2008 062 139 B4 ist bekannt, aus einer Schwebungsfrequenz zwischen dem Eingangslicht und dem Rück-Licht am Nutzausgang ein Korrektursignal zu erzeugen, mittels dem die am Nutzausgang empfangene Frequenz korrigiert wird. Nachteilig ist, dass es zu 2π-Phasenfehlern, sogenannten cycle slips, kommen kann, also dem Effekt, dass der Empfänger am Nutzausgang eine Phasenverschiebung von 2π erfährt. Das führt zu einem Fehler bei der Übertragung des optischen Zeit- oder Frequenzsignals.From the DE 10 2008 062 139 B4 is known to generate a correction signal from a beat frequency between the input light and the return light at the useful output, by means of which the frequency received at the useful output is corrected. The disadvantage is that 2π phase errors, so-called cycle slips, can occur, i.e. the effect that the receiver experiences a phase shift of 2π at the useful output. This leads to an error in the transmission of the optical time or frequency signal.

Nachteilig an bekannten Verfahren ist zudem die vergleichsweise hohe Empfindlichkeit gegenüber Störungen.Another disadvantage of known methods is the comparatively high sensitivity to interference.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Übertragen von optischen Frequenzen zu verbessern.The object of the invention is to improve the transmission of optical frequencies.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Günstig ist es dann, wenn das Erzeugen des Modulatorsignals anhand der Zwischenfrequenz-Phase mittels direkter digitaler Synthese erfolgt. Alternativ kann das Modulatorsignal durch analoge Synthese erzeugt werden.The invention solves the problem by a method having the features of claim 1. It is advantageous if the modulator signal is generated on the basis of the intermediate frequency phase by means of direct digital synthesis. Alternatively, the modulator signal can be generated by analog synthesis.

Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 3 bzw. den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3. In diesem Fall ist die Schwebungsfrequenz-Phase φr vorzugsweise die Zwischenfrequenz-Phase φg einer Zwischenfrequenz fg und wird bestimmt durch (a) Mischen der HF-Schwebungsfrequenz fr mit einer Lokaloszillatorfrequenz fl in einem Überlagerungsempfänger, sodass die Zwischenfrequenz entsteht, und (b) digitales Bestimmen einer Zwischenfrequenz-Phase φg der Zwischenfrequenz fg.The invention also solves the problem by a method having the features of claim 3 or the features of claims 1 and 3. In this case the beat frequency phase φ r is preferably the intermediate frequency phase φ g of an intermediate frequency f g and is determined by (a) mixing the RF beat frequency f r with a local oscillator frequency fl in a heterodyne receiver to produce the intermediate frequency, and (b) digitally determining an intermediate frequency phase φ g of the intermediate frequency f g .

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine optische Signalübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 8. Der Signalgenerator ist dann vorzugsweise zum Erzeugen der Modulatorfrequenz mittels direkter digitaler Synthese ausgebildet. Alternativ ist der Signalgenerator zum Erzeugen der Modulatorfrequenz mittels analoger Synthese ausgebildet.According to a second aspect, the invention solves the problem by an optical signal transmission device having the features of claim 8. The signal generator is then preferably designed to generate the modulator frequency by means of direct digital synthesis. Alternatively, the signal generator is designed to generate the modulator frequency by means of analog synthesis.

Die Erfindung löst das Problem zudem durch eine optische Signalübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10 bzw. den Merkmalen der Ansprüche 8 und 10. In diesem Fall ist der Empfänger vorzugsweise ein Überlagerungsempfänger, der ausgebildet ist zum digitalen Bestimmen eines Phasenunterschieds zwischen dem Referenz-Licht und Rück-Licht, das beim Nutzausgang reflektiert und durch den Lichtleiter zurückgeleitet wurde.The invention also solves the problem by an optical signal transmission device having the features of claim 10 or the features of claims 8 and 10. In this case, the receiver is preferably a heterodyne receiver that is designed to digitally determine a phase difference between the reference light and Return light that was reflected at the useful output and returned through the light guide.

Insbesondere verwendet die Erfindung superheterodyne Detektion von Phasenunterschieden zwischen dem Eingangs-Licht und dem Rück-Licht.In particular, the invention uses superheterodyne detection of phase differences between the input light and the return light.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Modulatorsignal insbesondere ein elektrisches Signal verstanden. Das Aufmodulieren kann akusto-optisch oder elektro-optisch erfolgen. HF steht für Hochfrequenz.In the context of the present description, a modulator signal is understood to mean, in particular, an electrical signal. The modulation can be acousto-optical or electro-optical. HF stands for high frequency.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass Phasenstörungen, das heißt Variationen der optischen Weglänge zwischen Nutzausgang und Referenzwelleneingang, meist mit hoher Bandbreite kompensierbar sind.The advantage of the solution according to the invention is that phase disturbances, ie variations in the optical path length between the useful output and the reference wave input, can usually be compensated for with a high bandwidth.

Günstig ist zudem die in der Regel gegenüber vielen bekannten Verfahren geringe Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen der optischen Leistung am Referenzwelleneingang und/oder dem Nutzausgang.In addition, the sensitivity to fluctuations in the optical power at the reference wave input and/or the useful output, which is generally low compared to many known methods, is advantageous.

Vorteilhaft ist zudem, dass - gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung - die Signalstärke der HF-Schwebungsfrequenz erfasst werden kann. Es ist dann möglich, solche Zeitintervalle zu identifizieren, in denen kein hinreichend großes Signal vorlag, sodass Störungen nicht korrigiert werden konnten. In anderen Worten ist ermittelbar, in welchen Zeitintervallen die Kompensation der Änderung der optischen Weglänge des Lichtleiters möglich war. Die Bestimmung dieser Zeitintervalle stellt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Es ist dann möglich, in diesem entsprechenden Intervall die optische Frequenz mit einer geringen Unsicherheit zu übertragen.It is also advantageous that—according to a preferred embodiment of the invention—the signal strength of the HF beat frequency can be detected. It is then possible to identify those time intervals where there was not a sufficiently large signal such that interference is not corrected could become. In other words, the time intervals in which it was possible to compensate for the change in the optical path length of the light guide can be determined. The determination of these time intervals represents a preferred embodiment of the method according to the invention. It is then possible to transmit the optical frequency with a small degree of uncertainty in this corresponding interval.

Günstig ist es zudem, dass die Lokaloszillatorfrequenz fl so gewählt werden kann, dass die Zwischenfrequenz fg oberhalb einer Übergangsfrequenz des analogen elektrischen 1/f-Rauschens liegt, insbesondere oberhalb von 100 Hertz. Die Wahl einer derartigen Lokaloszillatorfrequenz stellt eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens dar. In diesem Fall ist die Übertragung der optischen Frequenz weitgehend unempfindlich gegenüber diesem 1/f-Rauschen.It is also favorable that the local oscillator frequency f l can be selected in such a way that the intermediate frequency f g is above a transition frequency of the analog electrical 1/f noise, in particular above 100 Hertz. The choice of such a local oscillator frequency represents a preferred embodiment of the method. In this case, the transmission of the optical frequency is largely insensitive to this 1/f noise.

Günstig ist es, wenn die Lokaloszillatorfrequenz fl durch direkte digitale Synthese erzeugt wird. Günstig ist es, wenn der Hochfrequenz-Lokaloszillator mit einer rückgeführten Frequenzquelle verbunden ist und anhand der Frequenz der Frequenzquelle die Lokaloszillatorfrequenz fl erzeugt. Derartige Hochfrequenz-Lokaloszillatoren liefern eine geringe Unsicherheit bei der Erzeugung der HF-Frequenz. Da die optische Frequenz eine um zumindest drei Größenordnungen größere Frequenz ist, ist der Beitrag der Unsicherheit der Erzeugung der HF-Frequenz zur Unsicherheit des optischen Zeit- und Frequenzsignals am Nutzausgang extrem klein.It is favorable if the local oscillator frequency f l is generated by direct digital synthesis. It is favorable if the high-frequency local oscillator is connected to a fed-back frequency source and generates the local oscillator frequency f l using the frequency of the frequency source. Such high-frequency local oscillators provide a low level of uncertainty when generating the HF frequency. Since the optical frequency is at least three orders of magnitude larger, the contribution of the uncertainty of the generation of the HF frequency to the uncertainty of the optical time and frequency signal at the useful output is extremely small.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt eines Teilens des Eingangs-Lichts mittels eines Strahlteilers und eines Reflektierens des geteilten Lichtstrahls mittels eines Reflektorelements, sodass Referenz-Licht entsteht, wobei das Ermitteln der HF-Schwebungsfrequenz ein Überlagern des Referenz-Lichts und des Rück-Lichts auf einem Detektorelement umfasst.According to a preferred embodiment, the method comprises the step of splitting the input light by means of a beam splitter and reflecting the split light beam by means of a reflector element, so that reference light is produced, with the determination of the RF beat frequency being a superimposition of the reference light and the return -Light on a detector element includes.

Alternativ kann das Verfahren die Schritte (a) Teilen des Eingangs-Lichts mittels eines Strahlteilers und (b) Reflektieren des geteilten Lichtstrahls mittels eines Reflektorelements, sodass das Referenz-Licht entsteht, umfassen.Alternatively, the method may include the steps of (a) splitting the input light using a beam splitter and (b) reflecting the split light beam using a reflector element to form the reference light.

Günstig ist es, wenn der Strahlteiler und das Reflektorelement starr mittels einer Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind. Die Strecke zwischen dem Strahlteiler und dem Reflektorelement einerseits und dem Lichtleiter andererseits sowie der Strahlteiler und das Detektorelement bilden ein Michelson-Interferometer. Dieses hat stark asymmetrische Arme. Dadurch, dass der Strahlteiler und das Reflektorelement starr miteinander gekoppelt sind, wird die Referenzstrecke mit geringer Unsicherheit konstant gehalten.It is favorable if the beam splitter and the reflector element are rigidly connected to one another by means of a connecting structure. The path between the beam splitter and the reflector element on the one hand and the light guide on the other hand as well as the beam splitter and the detector element form a Michelson interferometer. This one has strongly asymmetrical arms. Due to the fact that the beam splitter and the reflector element are rigidly coupled to one another, the reference distance is kept constant with little uncertainty.

Das Referenzlicht kann auch auf andere Weise erzeugt werden, vorteilhaft ist dann, wenn das Referenzlicht in fester Phasenbeziehung zum Eingangs-Licht steht.The reference light can also be generated in other ways; it is advantageous if the reference light is in a fixed phase relationship to the input light.

Besonders günstig ist es, wenn der Strahlteiler, das Reflektorelement und die Verbindungsstruktur auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden. In anderen Worten werden der Strahlteiler, das Reflektorelement und die Verbindungsstruktur thermisch stabilisiert. Günstig ist es, wenn Temperaturschwankungen kleiner sind als 20 mK/s.It is particularly favorable if the beam splitter, the reflector element and the connecting structure are kept at a predetermined temperature. In other words, the beam splitter, the reflector element and the connection structure are thermally stabilized. It is favorable when temperature fluctuations are less than 20 mK/s.

Günstig ist es, wenn das Bestimmen der Zwischenfrequenz-Phase die folgenden Schritte umfasst: (a) Tiefpass-Filtern eines Mischungssignals, das durch Mischen der HF-Schwebungsfrequenz mit der Lokaloszillatorfrequenz entsteht, (b) Digitalisieren des tiefpassgefilterten Mischungssignals und (c) Bestimmen der Zwischenfrequenz-Phase mittels einer Phasendetektionsvorrichtung, insbesondere eines Quadratur-Demodulators oder eines Lock-in-Detektors. Da die Lokaloszillatorfrequenz mit geringer Unsicherheit bekannt ist, enthält das Mischungssignal die Phaseninformation ebenfalls mit geringer Unsicherheit. Durch das Tiefpassfiltern wird das Frequenzsignal erhalten, das die Differenz der Phase von Eingangs-Licht und Rück-Licht am Detektionselement enthält. Aus diesem Signal kann mittels der Phasendetektionsvorrichtung mit hoher Genauigkeit die Zwischenfrequenz-Phase ermittelt werden.It is favorable if the determination of the intermediate frequency phase comprises the following steps: (a) low-pass filtering of a mixture signal which is produced by mixing the RF beat frequency with the local oscillator frequency, (b) digitizing the low-pass filtered mixture signal and (c) determining the Intermediate frequency phase using a phase detection device, in particular a quadrature demodulator or a lock-in detector. Since the local oscillator frequency is known with little uncertainty, the mixed signal also contains the phase information with little uncertainty. The frequency signal containing the difference in the phase of the input light and the return light at the detection element is obtained by the low-pass filtering. The intermediate frequency phase can be determined from this signal with high accuracy using the phase detection device.

Das Modulatorsignal hat eine Modulatorfrequenz fc und eine Modulatorfrequenz-Phase φc. Das Erzeugen des Modulatorsignals anhand der Zwischenfrequenz-Phase umfasst vorzugsweise den Schritt eines Regelns eines Direkt-Digital-Synthesizers mittels eines Reglers, insbesondere eines PI-Reglers, anhand der Zwischenfrequenz-Phase auf eine Soll-Phase. Das erlaubt das Regeln des Modulatorsignals in Frequenz und Phase, sodass optische Weglängenänderungen schnell kompensiert werden. Die Regelcharakteristik des Verfahrens vermeidet selbst für hochfrequente Phasenschwankungen 2π-Phasenfehler (cycle slips).The modulator signal has a modulator frequency f c and a modulator frequency phase φ c . Generating the modulator signal based on the intermediate frequency phase preferably includes the step of controlling a direct digital synthesizer by means of a controller, in particular a PI controller, based on the intermediate frequency phase to a target phase. This allows the frequency and phase of the modulator signal to be controlled so that optical path length changes are quickly compensated. The control characteristics of the method avoid 2π phase errors (cycle slips) even for high-frequency phase fluctuations.

Vorzugsweise beträgt die Lokaloszillatorfrequenz zwischen fl = 1 Megahertz und fl = 100 Gigahertz. Damit liegt die Zwischenfrequenz fg vorzugsweise zwischen 100 Hertz und vorzugsweise höchstens 30 Megahertz. Solche Frequenzen lassen sich einfach digitalisieren.The local oscillator frequency is preferably between f l =1 megahertz and f l =100 gigahertz. Thus, the intermediate frequency f g is preferably between 100 hertz and preferably at most 30 megahertz. Such frequencies can easily be digitized.

Die Frequenz fc des Modulatorsignals liegt vorzugsweise zwischen 1 Megahertz und 100 Gigahertz.The frequency f c of the modulator signal is preferably between 1 megahertz and 100 gigahertz.

Günstig ist es, wenn das Verfahren den Schritt des Modulierens des Eingangs-Lichts beim Nutzausgang mit einem zweiten Modulatorsignal umfasst. Das zweite Modulatorsignal wird vorzugsweise ebenfalls durch direkte digitale Synthese erzeugt. Dadurch, dass das Eingangs-Licht nur beim Nutzausgang mit dem zweiten Modulatorsignal moduliert wird, ist sichergestellt, dass Licht bei einer Frequenz, die sich aus beiden Modulatoren ergibt, am Nutzausgang reflektiert wurde.It is favorable if the method includes the step of modulating the input light at the useful output with a second modulator signal. The second modulator signal is preferably also generated by direct digital synthesis. Because the input light is modulated with the second modulator signal only at the useful output, it is ensured that light at a frequency that results from both modulators was reflected at the useful output.

Wird ein zweites Modulatorsignal verwendet, so liegt dessen Frequenz vorzugsweise im Bereich unterhalb von 100 Gigahertz und vorzugsweise oberhalb von 1 Megahertz.If a second modulator signal is used, its frequency is preferably in the range below 100 gigahertz and preferably above 1 megahertz.

Der Empfänger ist vorzugsweise ein Überlagerungsempfänger. Der Überlagerungsempfänger ist insbesondere ausgebildet zum digitalen Bestimmen eines Phasenunterschieds e zwischen dem Referenz-Licht und Rück-Licht, das beim Nutzausgang (18) reflektiert und durch den Lichtleiter (16) zurückgeleitet wurde.The receiver is preferably a heterodyne receiver. The superheterodyne receiver is designed in particular to digitally determine a phase difference e between the reference light and return light that was reflected at the useful output (18) and fed back through the light guide (16).

Der Überlagerungsempfänger besitzt vorzugsweise (a) ein Detektionselement, das angeordnet ist zum Mischen des Eingangs-Lichts mit dem Rück-Licht, sodass eine HF-Schwebungsfrequenz besteht, (b) einen Hochfrequenz-Lokaloszillator zum Erzeugen einer Lokaloszillatorfrequenz, (c) einen Mischer zum Mischen der HF-Schwebungsfrequenz und der Lokaloszillatorfrequenz, sodass eine Zwischenfrequenz entsteht, und (d) eine Phasendetektionsvorrichtung zum Bestimmen einer Zwischenfrequenz-Phase der Zwischenfrequenz auf. Der Signalgenerator erzeugt das Modulatorsignal, insbesondere die Modulatorfrequenz, vorzugsweise anhand der Zwischenfrequenz-Phase.The heterodyne receiver preferably has (a) a detection element arranged to mix the input light with the return light so that an RF beat frequency exists, (b) a high frequency local oscillator for generating a local oscillator frequency, (c) a mixer for mixing the RF beat frequency and the local oscillator frequency to produce an intermediate frequency, and (d) phase detection means for determining an intermediate frequency phase of the intermediate frequency. The signal generator generates the modulator signal, in particular the modulator frequency, preferably based on the intermediate frequency phase.

Günstig ist es, wenn der Überlagerungsempfänger einen digitalen Lock-in-Detektor zum Bestimmen eines Phasenunterschieds in Form der doppelten Phasendifferenz des Rück-Lichts zum Referenz-Licht aufweist. Vorzugsweise weist der Signalgenerator einen Direkt-Digital-Synthesizer auf. Der Direkt-Digital-Synthesizer wird vorzugsweise mittels eines Reglers, insbesondere eines PI-Reglers, anhand des Phasenunterschieds e geregelt.It is favorable if the superheterodyne receiver has a digital lock-in detector for determining a phase difference in the form of double the phase difference between the return light and the reference light. The signal generator preferably has a direct digital synthesizer. The direct digital synthesizer is preferably controlled by means of a controller, in particular a PI controller, based on the phase difference e.

Vorzugsweise besitzt die Frequenzübertragungsvorrichtung einen Strahlteiler zum Teilen des Eingangs-Lichts und/oder ein Reflektorelement zum Reflektieren des geteilten Lichtstrahls, sodass Referenz-Licht entsteht. Günstig ist es, wenn der Strahlteiler und das Reflektorelement starr mittels einer Verbindungsstruktur miteinander gekoppelt sind. Das vermindert die Messunsicherheit und/oder den Aufbau. Aus den gleichen Gründen ist eine Temperaturstabilisierungseinheit vorteilhaft, die angeordnet ist zum Halten des Strahlteilers, des Reflektorelements und der Verbindungsstruktur auf einer vorgegebenen Temperatur.The frequency transmission device preferably has a beam splitter for splitting the input light and/or a reflector element for reflecting the split light beam so that reference light is produced. It is favorable if the beam splitter and the reflector element are rigidly coupled to one another by means of a connection structure. This reduces the measurement uncertainty and/or the structure. For the same reasons, a temperature stabilization unit arranged to keep the beam splitter, the reflector element and the connection structure at a predetermined temperature is advantageous.

Die optische Frequenzübertragungsvorrichtung kann einen zweiten Modulator aufweisen, der am Nutzausgang angeordnet und ausgebildet ist zum Aufmodulieren einer zweiten Modulatorfrequenz fd. Die zweite Modulatorfrequenz fd beträgt vorzugsweise höchstens 100 GHz.The optical frequency transmission device can have a second modulator, which is arranged at the useful output and designed to modulate a second modulator frequency f d . The second modulator frequency f d is preferably at most 100 GHz.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die optische Frequenzübertragungsvorrichtung eine optische Frequenzquelle, die eine Frequenzinstabilität von höchstens 10-13, insbesondere 10-14, vorzugsweise 10-15, jeweils bezogen auf eine Ermittlungszeit von einer Sekunde, hat.According to a preferred embodiment, the optical frequency transmission device comprises an optical frequency source which has a frequency instability of at most 10 -13 , in particular 10 -14 , preferably 10 -15 , each based on a determination time of one second.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen optischen Frequenzübertragungsvorrichtung mit dem Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing. while showing
  • 1 a circuit diagram of the optical frequency transmission device according to the invention with the implementation of a method according to the invention.

1 zeigt eine optische Frequenzübertragungsvorrichtung 10, die einen Referenzwelleneingang 12, einen Modulator 14, eine Übertragungsstrecke 16, beispielsweise in Form eines Lichtleiters und einen Nutzausgang 18 besitzt. Das Verfahren funktioniert ebenfalls für Freistrahlstrecken. 1 shows an optical frequency transmission device 10, which has a reference wave input 12, a modulator 14, a transmission path 16, for example in the form of an optical fiber, and a useful output 18. The method also works for free jet distances.

Der Referenzwelleneingang 12 ist ausgebildet zum Einführen von Eingangs-Licht 20, das in der Regel in Form eines Laserstrahls vorliegt. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Referenzwelleneingang ein Anschlussstück 22.1 aufweist, mittels dem ein Zuleitungs-Lichtleiter 24 angeschlossen werden kann.The reference wave input 12 is designed to introduce input light 20, which is usually in the form of a laser beam. It is possible, but not necessary, for the reference wave input to have a connection piece 22.1, by means of which a feed light guide 24 can be connected.

Der Zuleitungs-Lichtleiter 24 ist beispielsweise mit einem nicht eingezeichneten Frequenznormal verbunden, insbesondere einer optischen Atomuhr.The feed light guide 24 is connected, for example, to a frequency standard (not shown), in particular an optical atomic clock.

Der Modulator 14 ist in einer Lichtausbreitungsrichtung L hinter dem Referenzwelleneingang 12 angeordnet und ist ausgebildet zum Modulieren des Eingangs-Lichts 20 mit einem Modulatorsignal. Das Eingangs-Lichts 20 hat eine Eingangs-Frequenz fa. und eine Eingangs-Phase φa. Das Modulatorsignal hat eine Modulatorfrequenz fc und eine Modulatorphase φc.The modulator 14 is arranged behind the reference wave input 12 in a light propagation direction L and is designed to modulate the input light 20 with a modulator signal. The input light 20 has an input frequency f a . and an input phase φ a . The modulator signal has a modulator frequency f c and a modulator phase φ c .

Bei der Übertragung in einem Lichtleiter 16 handelt es sich vorzugsweise um eine Übertragung in einer Glasfaser. Der Lichtleiter 16 ist mit dem Modulator 14 zum Leiten von Licht verbunden, das vom Modulator 14 abgegeben wird. Eine Länge l16 des Lichtleiters 16 beträgt vorzugswiese zumindest 10 Zentimeter, insbesondere zumindest 3 Meter, insbesondere zumindest 30 Meter, besonders bevorzugt zumindest 300 Meter. In der Regel ist die Länge l16 kleiner als 40 000 km.Transmission in an optical fiber 16 is preferably transmission in a glass fiber. The light guide 16 is connected to the modulator 14 for guiding light emitted from the modulator 14 . A length l 16 of the light guide 16 is preferably at least 10 centimeters, in particular at least 3 meters, in especially at least 30 meters, more preferably at least 300 meters. As a rule, the length l 16 is less than 40,000 km.

Der Nutzausgang kann ebenfalls ein Anschlussstück 22.2 aufweisen, mittels dem ein Ableitungs-Lichtleiter 26 angeschlossen werden kann, das ist aber nicht notwendig. Maßgeblich ist lediglich, dass Licht aus dem Lichtleiter 16 so austreten kann, dass es für eine weitere Anwendung nutzbar ist.The useful output can also have a connection piece 22.2, by means of which a discharge light guide 26 can be connected, but this is not necessary. The only decisive factor is that light can emerge from the light guide 16 in such a way that it can be used for another application.

Die optische Frequenzübertragungsvorrichtung 10 umfasst zudem einen Strahlteiler 28, mittels dem Rück-Licht 30 ausgekoppelt werden kann. Rück-Licht 30 ist solches Licht, das vom Modulator 14 durch den Lichtleiter 16 gelaufen und am Nutzausgang 18 von einem Reflektor 19 reflektiert wurde.The optical frequency transmission device 10 also includes a beam splitter 28, by means of which the rear light 30 can be coupled out. Back light 30 is light that has run from the modulator 14 through the light guide 16 and has been reflected by a reflector 19 at the useful output 18 .

Der Strahlteiler 28 erlaubt zudem die Erzeugung von Referenzlicht 20' aus dem Eingangs-Licht 20. Dazu wird ein Teil des Eingangs-Lichts 20 vom Strahlteiler 28 auf ein Reflektorelement 33 reflektiert. Der Strahlteiler 28 und das Reflektorelement 33 sind starr mittels einer schematisch eingezeichneten Verbindungsstruktur 31 miteinander gekoppelt.The beam splitter 28 also allows reference light 20 ′ to be generated from the input light 20 . For this purpose, part of the input light 20 is reflected by the beam splitter 28 onto a reflector element 33 . The beam splitter 28 and the reflector element 33 are rigidly coupled to one another by means of a connection structure 31 shown schematically.

Das Rück-Licht 30 wird einem Überlagerungsempfänger 32 zugeleitet, der ein Detektionselement 34, einen Hochfrequenz-Lokaloszillator 36, einen Mischer 38 und einen Filter 46, einen Analog-Digital-Wandler 48 und eine Phasendetektionsvorrichtung 40 besitzt.The return light 30 is fed to a heterodyne receiver 32 which has a detection element 34, a radio frequency local oscillator 36, a mixer 38 and filter 46, an analog to digital converter 48 and a phase detection device 40.

Auf dem Detektionselement 34 wird das Rück-Licht 30 mit Referenz-Licht 20' überlagert, das beispielsweise am Strahlteiler 28 vom Eingangs-Licht 20 ausgekoppelt wurde.The return light 30 is superimposed on the detection element 34 with reference light 20 ′, which was decoupled from the input light 20 at the beam splitter 28 , for example.

Die optische Frequenzübertragungsvorrichtung 10 kann einen zweiten Modulator 42 aufweisen, das ist aber nicht notwendig. Ist der zweite Modulator 42 vorhanden, so ändert er die Frequenz des Nutz-Lichts 44 am Nutzausgang 18 um eine zweite Modulatorfrequenz fd. Das aus dem Nutzausgang 18 austretendes Nutz-Licht 44 hat eine Nutzlichtfrequenz fb f b = f a + f c + f d .

Figure DE102021112017A1_0001
The optical frequency transmission device 10 may include a second modulator 42, but this is not necessary. If the second modulator 42 is present, then it changes the frequency of the useful light 44 at the useful output 18 by a second modulator frequency f d . The useful light 44 emerging from the useful output 18 has a useful light frequency f b f b = f a + f c + f i.e .
Figure DE102021112017A1_0001

Dazu sei angemerkt, dass kein Frequenzanteil für etwaige Störungen in der Formel enthalten ist, da diese, wie im Folgenden beschrieben wird, herausgeregelt werden.It should be noted that the formula does not include a frequency component for any interference, as this is eliminated as described below.

Durch das Überlagern des Referenz-Lichts 20' und des Rück-Lichts 30 auf dem Detektionselement 34 ergeben sich mehrere Mischfrequenzen. Eine der Mischfrequenzen ist die HF-Schwebungsfrequenz fr mit f r = 2 ( f c + f n + f d ) .

Figure DE102021112017A1_0002
The superimposition of the reference light 20' and the return light 30 on the detection element 34 results in a number of mixed frequencies. One of the mixing frequencies is the HF beat frequency f r mit f right = 2 ( f c + f n + f i.e ) .
Figure DE102021112017A1_0002

Darin ist eine Störfrequenz fn enthalten, die durch eine Änderung der optischen Weglänge der Übertragungsstrecke 16, insbesondere der Glasfaser, bewirkt wird. Die Phasenlage φr der HF-Schwebungsfrequenz fr ist φ r = 2 ( φ c + φ n + φ d ) .

Figure DE102021112017A1_0003
This contains an interference frequency f n which is caused by a change in the optical path length of the transmission path 16, in particular the glass fiber. The phase angle φ r of the HF beat frequency f r is φ right = 2 ( φ c + φ n + φ i.e ) .
Figure DE102021112017A1_0003

Nach dem Mischen mit der Lokaloszillatorfrequenz fl ergibt sich als eine der Mischungsfrequenzen eine Zwischenfrequenz fg genannte Frequenz f r = f r f i = 2 ( f c + f n + f d ) fi

Figure DE102021112017A1_0004
mit der Zwischenfrequenz-Phase φ g = φ r φ i = 2 ( φ c + φ n + φ d ) φ I .
Figure DE102021112017A1_0005
After mixing with the local oscillator frequency f l , a frequency called an intermediate frequency f g results as one of the mixing frequencies f right = f right f i = 2 ( f c + f n + f i.e ) fi
Figure DE102021112017A1_0004
with the intermediate frequency phase φ G = φ right φ i = 2 ( φ c + φ n + φ i.e ) φ I .
Figure DE102021112017A1_0005

Die Lokaloszillatorfrequenz fl wird so eingestellt, dass sich im vorliegenden Fall eine Zwischenfrequenz von fg ~ 10 bis 10000 Kilohertz ergibt. Es sind aber auch höhere Zwischenfrequenzen möglich. Die Zwischenfrequenz fg liegt vorzugsweise oberhalb der maximal zu erwartenden Phasenänderungsgeschwindigkeit dφn/dt, die durch den Lichtleiter 16 eingebracht wird. Die Zwischenfrequenz fg liegt vorzugsweise zudem unterhalb der doppelten Summe der Frequenzen der Modulatorsignal. Es gilt vorzugsweise f g 2 ( f c + f d ) .

Figure DE102021112017A1_0006
The local oscillator frequency f l is adjusted in such a way that in the present case an intermediate frequency of f g ~10 to 10,000 kilohertz results. However, higher intermediate frequencies are also possible. The intermediate frequency f g is preferably above the maximum phase change speed dφ n /dt to be expected, which is introduced by the light guide 16 . In addition, the intermediate frequency f g is preferably below twice the sum of the frequencies of the modulator signal. It preferably applies f G 2 ( f c + f i.e ) .
Figure DE102021112017A1_0006

Die Zwischenfrequenz fg wird von einem Analog-Digital-Wandler 48 digitalisiert. Der Analog-Digital-Wandler 48 gibt ein Signal ab, das die Zwischenfrequenz fg und die Zwischenfrequenz-Phase φg digital beschreibt. Dieses Signal wird einer Phasendetektionsvorrichtung 40 zugeführt, die im vorliegenden Fall durch einen Lock-in-Detektor 52 gebildet ist. Der Lock-in-Detektor 52 erlaubt die Bestimmung eines Phasenunterschieds e mit e = φ g φ g ,soll .

Figure DE102021112017A1_0007
The intermediate frequency f g is digitized by an analog/digital converter 48 . The analog-to-digital converter 48 emits a signal that digitally describes the intermediate frequency f g and the intermediate frequency phase φ g . This signal is supplied to a phase detection device 40 which is formed by a lock-in detector 52 in the present case. The lock-in detector 52 allows a phase difference e mit to be determined e = φ G φ G ,target .
Figure DE102021112017A1_0007

Der Phasenunterschied e ist die Differenz zwischen der tatsächlichen Zwischenfrequenz-Phase φg und einer Soll-Phase φg,soll. Die Soll-Phase ist so gewählt, dass e = φ g φ g .soll = φ f φ f φ g .soll = 2 φ n

Figure DE102021112017A1_0008
gilt.The phase difference e is the difference between the actual intermediate frequency phase φ g and a desired phase φ g,soll . The target phase is chosen so that e = φ G φ G .target = φ f φ f φ G .target = 2 φ n
Figure DE102021112017A1_0008
is applicable.

Der Phasenunterschied e wird einem Regler 54 eines Signalgenerators 50 zugeführt. Der Regler 54 erzeugt ein Regelsignal, das an einen Direkt-Digital-Synthesizer 56 des Signalgenerators 50 abgegeben wird. Der Direkt-Digital-Synthesizer 56 erzeugt die Modulationsfrequenz fc des Modulatorsignals per direkter digitaler Synthese.The phase difference e is fed to a controller 54 of a signal generator 50 . The controller 54 generates a control signal which is fed to a direct digital synthesizer 56 of the signal generator 50 will be. The direct digital synthesizer 56 generates the modulation frequency f c of the modulator signal by direct digital synthesis.

Günstig ist es, wenn der Direkt-Digital-Synthesizer 56, der Lock-In-Detektor 52, der Hochfrequenz-Lokaloszillator 36 und gegebenenfalls der zweite Modulator 42 phasenstarr von einer gemeinsamen Frequenzquelle 58 abgeleitet sind.It is favorable if the direct digital synthesizer 56, the lock-in detector 52, the high-frequency local oscillator 36 and optionally the second modulator 42 are derived from a common frequency source 58 in a phase-locked manner.

Das Detektionselement 34 kann eine Photodiode aufweisen. Der Hochfrequenz-Lokaloszillator 36 kann alternativ durch einen Teiler gebildet sein, der eine Normalfrequenz f58 einer Frequenzquelle 58 mit einem vorgegebenen festen Teiler teilt. Wiederum alternativ kann der Hochfrequenz-Lokaloszillator 36 als Phasenregelschleife (Phase-Locked-Loop, PLL) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, die die Normalfrequenz f58 der Frequenzquelle 58 als Referenz nutzt, ausgebildet sein.The detection element 34 can have a photodiode. Alternatively, the high-frequency local oscillator 36 can be formed by a divider which divides a standard frequency f 58 of a frequency source 58 by a predetermined fixed divider. Again alternatively, the high-frequency local oscillator 36 can be designed as a phase-locked loop (PLL) with a voltage-controlled oscillator, which uses the normal frequency f 58 of the frequency source 58 as a reference.

Der Überlagerungsempfänger 32 kann auch als Ein-Seitenband-Empfänger mit beiden Quadraturen ausgeführt sein.The superheterodyne receiver 32 can also be designed as a single-sideband receiver with both quadratures.

Mittels einer schematisch eingezeichneten Temperaturstabilisierungseinheit 60 können der Strahlteiler 28, das Detektionselement 34 und die Verbindungsstruktur 31 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden.The beam splitter 28, the detection element 34 and the connecting structure 31 can be kept at a predetermined temperature by means of a temperature stabilization unit 60 shown schematically.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Frequenzübertragungsvorrichtungfrequency transmission device
1212
Referenzwelleneingangreference wave input
1414
Modulatormodulator
1616
Lichtleiterlight guide
1818
Nutzausganguseful output
1919
Reflektor reflector
2020
Eingangs-Lichtentrance light
2222
Anschlussstückfitting
2424
Zuleitungs-Lichtleiterfeed light guide
2626
Ableitungs-Lichtleiterderivation light guide
2828
Strahlteiler beam splitter
3030
Rück-LichtTaillight
3131
Verbindungsstrukturconnection structure
3232
Überlagerungsempfängeroverlay receiver
3333
Reflektorelementreflector element
3434
Detektionselementdetection element
3636
Hochfrequenz-LokaloszillatorHigh Frequency Local Oscillator
3838
Mischermixer
4040
Phasendetektionsvorrichtungphase detection device
4242
zweiter Modulatorsecond modulator
4444
Nutz-Lichtuseful light
4646
Filterfilter
4848
Analog-Digital-Wandler Analog to digital converter
5050
Signalgeneratorsignal generator
5252
Lock-in-Detektorlock-in detector
5454
Reglercontroller
5656
Direkt-Digital-SynthesizerDirect digital synthesizer
5858
Frequenzquellefrequency source
6060
Temperaturstabilisierungseinheittemperature stabilization unit
φaφa
Eingangs-Phaseinput phase
φcφc
Modulatorphasemodulator phase
φdφd
zweite Modulator-Phasesecond modulator phase
φgφg
Zwischenfrequenz-Phaseintermediate frequency phase
φg,sollφg,set
Soll-Phasetarget phase
φnφn
Störfrequenz-Phasespurious frequency phase
φrφr
Schwebungsfrequenz-Phasebeat frequency phase
dφn/dtdφn/dt
Phasenänderungsgeschwindigkeit phase change rate
ee
Phasenunterschiedphase difference
fafa
optische Eingangs-Frequenzoptical input frequency
fbfb
Nutzlichtfrequenzuseful light frequency
fcFC
Modulatorfrequenzmodulator frequency
fdfd
zweite Modulatorfrequenzsecond modulator frequency
fgfg
Zwischenfrequenzintermediate frequency
flfl
Lokaloszillatorfrequenzlocal oscillator frequency
fnfn
Störfrequenzinterference frequency
frfr
HF-SchwebungsfrequenzHF beat frequency
f58f58
Normalfrequenznormal frequency
l16l16
Länge des Lichtleiterslength of the light guide
LL
Lichtausbreitungsrichtungdirection of light propagation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102008062139 B4 [0004]DE 102008062139 B4 [0004]

Claims (14)

Verfahren zur aktiven Stabilisierung der optischen Weglänge von optischen Zeit- und Frequenzübertragungsstrecken, mit den Schritten: (a) Aufmodulieren eines Modulatorsignals mit einer Modulatorfrequenz (fc) auf eine optische Eingangs-Frequenz (fa) von Eingangs-Licht (20), das in einen Referenzwelleneingang (12) eingeführt wird, (b) Abgeben von Licht mit der modulierten optischen Frequenz (fa + fc) auf eine Übertragungsstrecke, insbesondere in einen Lichtleiter (16), der zu einem Nutzausgang (18) führt, und (c) Ermitteln einer HF-Schwebungsfrequenz (fr) zwischen der Eingangs-Frequenz (fa) von Referenz-Licht (20') und einer Empfangs-Frequenz (frück) von Rück-Licht (30), das beim Nutzausgang (18) reflektiert und durch den Lichtleiter (16) zurückgeleitet wurde, gekennzeichnet durch die Schritte: (d) Mischen der HF-Schwebungsfrequenz (fr) mit einer Lokaloszillatorfrequenz (fl) in einem Überlagerungsempfänger, sodass eine Zwischenfrequenz (fg = fr - fl) entsteht, (e) digitales Bestimmen einer Zwischenfrequenz-Phase (φg) der Zwischenfrequenz (fg) und (f) Erzeugen des Modulatorsignals anhand der Zwischenfrequenz-Phase (φg), sodass eine Änderung der optischen Weglänge des Lichtleiters (16) kompensiert wird.Method for actively stabilizing the optical path length of optical time and frequency transmission paths, with the steps: (a) modulating a modulator signal with a modulator frequency (f c ) onto an optical input frequency (f a ) of input light (20), the is introduced into a reference wave input (12), (b) emission of light with the modulated optical frequency (f a + f c ) onto a transmission path, in particular into a light guide (16) which leads to a useful output (18), and ( c) Determination of an HF beat frequency (f r ) between the input frequency (f a ) of reference light (20') and a reception frequency (f back ) of back light (30) which is emitted at the useful output (18 ) was reflected and returned through the optical fiber (16), characterized by the steps of: (d) mixing the RF beat frequency (f r ) with a local oscillator frequency (f l ) in a heterodyne receiver such that an intermediate frequency (f g = f r - f l ) arises, (e) dig itales determining an intermediate frequency phase (φ g ) of the intermediate frequency (f g ) and (f) generating the modulator signal based on the intermediate frequency phase (φ g ) such that a change in the optical path length of the light guide (16) is compensated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Modulatorsignals (fc) anhand der Zwischenfrequenz-Phase (φg) mittels direkter digitaler Synthese erfolgt.procedure after claim 1 , characterized in that the modulator signal (f c ) is generated on the basis of the intermediate frequency phase (φ g ) by means of direct digital synthesis. Verfahren zur aktiven Stabilisierung der effektiven Länge von optischen Zeit- und Frequenzübertragungsstrecken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) Bestimmen einer Schwebungsfrequenz-Phase (φr) der HF-Schwebungsfrequenz (fr) und (b) Regeln der Modulatorfrequenz (fc) anhand der Schwebungsfrequenz-Phase (φr) mittels direkter digitaler Synthese, sodass eine Änderung einer optischen Weglänge des Lichtleiters (16) kompensiert wird.Method for actively stabilizing the effective length of optical time and frequency transmission links according to the preamble of claim 1 , characterized by the steps of: (a) determining a beat frequency phase (φ r ) of the RF beat frequency (f r ), and (b) controlling the modulator frequency (f c ) from the beat frequency phase (φ r ) using direct digital synthesis , so that a change in an optical path length of the light guide (16) is compensated. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) Teilen des Eingangs-Lichts (20) mittels eines Strahlteilers (28), sodass Referenz-Licht (20') entsteht, wobei das Ermitteln der HF-Schwebungsfrequenz (fr) ein Überlagern des Referenz-Lichts (20') und des Rück-Lichts (30) auf einem Detektionselement (34) umfasst, oder (b) Teilen des Eingangs-Lichts (20) mittels eines Strahlteilers (28) und Reflektieren des geteilten Lichtstrahls mittels eines Reflektorelements (33), sodass das Referenz-Licht (20') entsteht.Method according to one of the preceding claims, characterized by the steps of: (a) dividing the input light (20) by means of a beam splitter (28) so that reference light (20') is produced, the determination of the HF beat frequency (f r ) superimposing the reference light (20') and the return light (30) on a detection element (34), or (b) splitting the input light (20) by means of a beam splitter (28) and reflecting the split light beam by means of a reflector element (33), so that the reference light (20') is created. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Zwischenfrequenz-Phase (φg) die folgenden Schritte umfasst: (a) Tiefpass-Filtern eines Mischungssignals, das durch das Mischen der HF-Schwebungsfrequenz (fr) mit der Lokaloszillatorfrequenz (fl) entsteht, (b) Digitalisieren des tiefpassgefilterten Mischungssignals und (c) Bestimmen der Zwischenfrequenz-Phase (φg) mittels einer Phasendetektionsvorrichtung (40).A method according to any one of the preceding claims, characterized in that determining the intermediate frequency phase (φ g ) comprises the steps of: (a) low-pass filtering a composite signal obtained by mixing the RF beat frequency (f r ) with the local oscillator frequency (f l ) arises, (b) digitizing the low-pass filtered mixture signal and (c) determining the intermediate frequency phase (φ g ) by means of a phase detection device (40). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Modulatorsignals mit der Modulatorfrequenz (fc) und der Modulatorfrequenz-Phase (φc) anhand der Zwischenfrequenz-Phase (φg) den Schritt eines Regelns eines Direkt-Digital-Synthesizers (56) mittels eines Reglers (54) anhand der Zwischenfrequenz-Phase (φg) auf eine Soll-Phase (φsoll) umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generation of the modulator signal with the modulator frequency (f c ) and the modulator frequency phase (φ c ) based on the intermediate frequency phase (φ g ) includes the step of controlling a direct digital synthesizer (56) by means of a controller (54) based on the intermediate frequency phase (φ g ) to a target phase (φ target ). Optische Signalübertragungsvorrichtung (10) mit (a) einem Referenzwelleneingang (12), (b) einem Modulator (14), der in Lichtausbreitungsrichtung (L) hinter dem Referenzwelleneingang (12) angeordnet ist, zum Aufmodulieren einer Modulatorfrequenz (fc) auf eine optische Eingangs-Frequenz (fa) von Eingangs-Licht (20), das in den Referenzwelleneingang (12) eingeführt wird, (c) einem Lichtleiter (16), in den vom Modulator (14) kommendes Licht eingeführt wird, (d) einem Nutzausgang (18), mittels dem Licht aus dem Lichtwellenleiter auskoppelbar ist, und (e) einem am Nutzausgang (18) angeordneten Reflektor zum Reflektieren von Licht aus dem Lichtleiter (16), gekennzeichnet durch (f) einen Überlagerungsempfänger (32), der ausgebildet ist zum digitalen Bestimmen eines Phasenunterschieds (e) zwischen dem Referenz-Licht (20') und Rück-Licht (30), das beim Nutzausgang (18) reflektiert und durch den Lichtleiter (16) zurückgeleitet wurde, und (g) einem Signalgenerator (50) zum Erzeugen der Modulatorfrequenz (fc) anhand des Phasenunterschieds (e).Optical signal transmission device (10) with (a) a reference wave input (12), (b) a modulator (14), which is arranged behind the reference wave input (12) in the direction of light propagation (L), for modulating a modulator frequency (f c ) onto an optical input frequency (f a ) of input light (20) launched into the reference wave input (12), (c) a light guide (16) into which light coming from the modulator (14) is launched, (d) a Useful output (18) by means of which light can be decoupled from the optical waveguide, and (e) a reflector arranged at the useful output (18) for reflecting light from the optical waveguide (16), characterized by (f) a heterodyne receiver (32) which is formed is for digitally determining a phase difference (e) between the reference light (20') and return light (30) reflected at the useful output (18) and returned through the light guide (16), and (g) a signal generator ( 50) to generate the Modulat or frequency (f c ) based on the phase difference (e). Optische Signalübertragungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator (50) zum Erzeugen der Modulatorfrequenz (fc) mittels direkter digitaler Synthese ausgebildet ist.Optical signal transmission device (10) after claim 7 , characterized in that the signal generator (50) for generating the modulator frequency (f c ) is designed by means of direct digital synthesis. Optische Signalübertragungsvorrichtung (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 7 oder 8 oder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7, gekennzeichnet durch (a) einen Empfänger, der ausgebildet ist zum Bestimmen einer Schwebungsfrequenz-Phase (φr) einer HF-Schwebungsfrequenz (fr) zwischen der Eingangs-Frequenz (fa) von Referenz-Licht (20') und einer Empfangs-Frequenz (frück) von Rück-Licht (30), das beim Nutzausgang (18) reflektiert und durch den Lichtleiter (16) zurückgeleitet wurde, und (b) einem Signalgenerator (50) zum Erzeugen der Modulatorfrequenz (fc) anhand des Phasenunterschieds (e) mittels direkter digitaler Synthese.Optical signal transmission device (10) according to any one of the preceding Claims 7 or 8th or according to the preamble of claim 7 , characterized by (a) a receiver configured to determine a beat frequency phase (φ r ) an RF beat frequency (f r ) between the input frequency (f a ) of reference light (20') and a reception frequency (f back ) of back light (30) reflected at the useful output (18) and returned through the optical fiber (16), and (b) a signal generator (50) for generating the modulator frequency (f c ) from the phase difference (e) by direct digital synthesis. Optische Signalübertragungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger ein Überlagerungsempfänger (32) ist, der ausgebildet ist zum digitalen Bestimmen eines Phasenunterschieds (e) zwischen dem Referenz-Licht (20') und dem Rück-Licht (30), das beim Nutzausgang (18) reflektiert und durch den Lichtleiter (16) zurückgeleitet wurde.Optical signal transmission device (10) after claim 9 , characterized in that the receiver is a heterodyne receiver (32) which is designed to digitally determine a phase difference (e) between the reference light (20') and the return light (30) which reflects at the useful output (18). and returned through the light guide (16). Optische Signalübertragungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlagerungsempfänger (32) (a) ein Detektionselement (34), das angeordnet ist zum Mischen des Eingangs-Lichts (20) mit dem Rück-Licht (30), sodass eine HF-Schwebungsfrequenz (fr) entsteht, (b) einen Hochfrequenz-Lokaloszillator (36) zum Erzeugen einer Lokaloszillatorfrequenz (fl), (c) einen Mischer (38) zum Mischen der HF-Schwebungsfrequenz (fr) und der Lokaloszillatorfrequenz (fl), sodass eine Zwischenfrequenz (fl) entsteht, und (d) eine Phasendetektionsvorrichtung (40) zum Bestimmen einer Zwischenfrequenz-Phase (φg) der Zwischenfrequenz (fg) aufweist, und dass (e) der Signalgenerator (50) die Modulatorfrequenz (fc) anhand der Zwischenfrequenz-Phase (φg) erzeugt.Optical signal transmission device (10) according to one of Claims 7 , 8th or 10 , characterized in that the heterodyne receiver (32) includes (a) a detection element (34) arranged to mix the input light (20) with the return light (30) to produce an RF beat frequency (f r ). , (b) a high frequency local oscillator (36) for generating a local oscillator frequency (f l ), (c) a mixer (38) for mixing the RF beat frequency (f r ) and the local oscillator frequency (f l ) so that an intermediate frequency ( f l ) arises, and (d) a phase detection device (40) for determining an intermediate frequency phase (φ g ) of the intermediate frequency (f g ), and that (e) the signal generator (50) determines the modulator frequency (f c ) based on the Intermediate frequency phase (φ g ) generated. Optische Frequenzübertragungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Überlagerungsempfänger (32) einen digitalen Lock-in-Detektor (52) zum Bestimmen eines Phasenunterschieds (e) in Form der doppelten Phasendifferenz des Rück-Lichts (30) zum Referenz-Licht (20') aufweist, und dass (b) der Signalgenerator (50) einen Direkt-Digital-Synthesizer (56) und (c) einen Regler (54), insbesondere einen PI-Regler, aufweist, der den Direkt-Digital-Synthesizer (56) anhand des Phasenunterschieds (e) regelt.Optical frequency transmission device (10) according to one of Claims 8 , 10 or 11 , characterized in that (a) the heterodyne receiver (32) has a digital lock-in detector (52) for determining a phase difference (e) in the form of twice the phase difference of the return light (30) to the reference light (20') and that (b) the signal generator (50) has a direct digital synthesizer (56) and (c) a controller (54), in particular a PI controller, which uses the direct digital synthesizer (56). of the phase difference (e). Optische Frequenzübertragungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, gekennzeichnet durch (a) einen Strahlteiler (28) zum Teilen des Eingangs-Lichts (20), (b) ein Reflektorelement (33) zum Reflektieren des geteilten Lichtstrahls, sodass Referenz-Licht entsteht, (c) wobei der Strahlteiler (28) und das Reflektorelement (33) starr mittels einer Verbindungsstruktur (31) miteinander gekoppelt sind, und durch (d) eine Temperaturstabilisierungseinheit (60), die angeordnet ist zum Halten des Strahlteilers (28), des Reflektorelements (33) und der Verbindungsstruktur (31) auf einer vorgegebenen Temperatur.Optical frequency transmission device (10) according to one of Claims 7 until 12 , characterized by (a) a beam splitter (28) for splitting the input light (20), (b) a reflector element (33) for reflecting the split light beam so that reference light is produced, (c) the beam splitter (28) and the reflector element (33) are rigidly coupled together by means of a connection structure (31), and by (d) a temperature stabilization unit (60) arranged to support the beam splitter (28), the reflector element (33) and the connection structure (31) at a given temperature. Optische Frequenzübertragungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch (a) einen zweiten Modulator (42), der am Nutzausgang (18) angeordnet und ausgebildet ist zum Aufmodulieren einer zweiten Modulatorfrequenz (fd), (b) wobei die zweite Modulatorfrequenz (fd) höchstens 100 GHz beträgt. Pl/bro-beOptical frequency transmission device (10) according to one of Claims 7 until 13 , characterized by (a) a second modulator (42) which is arranged at the useful output (18) and designed to modulate a second modulator frequency (f d ), (b) the second modulator frequency (f d ) being at most 100 GHz. Pl/bro-be
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