DE19958209A1 - Meßverfahren für die chromatische Dispersion mit hoher Frequenzauflösung - Google Patents

Meßverfahren für die chromatische Dispersion mit hoher Frequenzauflösung

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Abstract

Ein Meßverfahren mißt dispersive Kennzeichen von optischen Komponenten. Das Verfahren umfaßt Modulationsphasenverschiebungsmessungen, die bzgl. modulierter optischer Träger durchgeführt werden, wobei die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz der modulierten optischen Träger eingestellt werden, um ein Bezugsmodulationsseitenband beizubehalten. Ein Bezugsphasenterm (phi¶REF¶) wird durch das Bezugsmodulationsseitenband bei jeder der Modulationsphasenverschiebungsmessungen ermittelt. Phasenbrechungsindizes bei diskreten optischen Frequenzen von Nicht-Bezugsmodulationsseitenbändern werden von den Modulationsphasenverschiebungsmessungen abgeleitet. Die abgeleiteten Phasenindizes werden verwendet, um eine relative Gruppenlaufzeit und eine chromatische Dispersion als Maß für dispersive Kennzeichen der optischen Komponente zu berechnen. Eine hohe Zeitauflösung und hohe Frequenzauflösung werden gleichzeitig durch unabhängige Einstellung der Trägerfrequenz und der Modulationsfrequenz erreicht, was es ermöglicht, daß optische Komponenten, einschließlich derjenigen, die dispersive Kennzeichen aufweisen, die stark von der optischen Frequenz abhängig sind, genau charakterisiert werden.

Description

Eine chromatische Dispersion bewirkt frequenzabhängige Grup­ penlaufzeitveränderungen, die Datenraten begrenzen und die Übertragung von optischen Signalen innerhalb von optischen Kommunikationssystemen korrupieren. Da Datenraten von opti­ schen Kommunikationssystemen durch Techniken, wie beispiels­ weise Dichte-Wellenlängen-Teilungs-Multiplexen (dense wave­ length division multiplexing), ansteigen, werden chromati­ sche Dispersionsmessungen von optischen Komponenten inner­ halb der Systeme zunehmend wichtige Indikatoren für das Ver­ halten des Systems.
Optische Komponenten, wie beispielsweise Lichtwellenleiter, weisen dispersive Kennzeichen (Charakteristika) auf, die sich langsam als eine Funktion der optischen Frequenz ver­ ändern. Diese Komponenten können unter Verwendung des Modu­ lationsphasenverschiebungsverfahrens, das in Kapitel 12 von "Fiber Optic Test and Measurement", herausgegeben von Dennis Derickson, Prentice Hall PTR, 1998, ISBN 0-13-534330-5, be­ schrieben ist, genau gemessen werden. Andere Typen optischer Komponenten, wie beispielsweise Faser-Bragg-Gitter, weisen jedoch dispersive Kennzeichen auf, die sich schnell als eine Funktion der optischen Frequenz verändern. Ein genaues Mes­ sen dieser Komponenten ist aufgrund eines inhärenten Kompro­ misses zwischen Frequenzauflösung und Zeitauflösung, der dem Modulationsphasenverschiebungsverfahren zugeordnet ist, schwierig.
Das Modulationsphasenverschiebungsverfahren vergleicht die Phase eines amplitudenmodulierten optischen Trägers mit ei­ nem Phasenbezugssignal. Der Phasenvergleich, der bei ver­ schiedenen Frequenzen des optischen Trägers durchgeführt wird, zeigt frequenzabhängige Gruppenlaufzeitveränderungen innerhalb einer optischen Komponente an und liefert die Ba­ sis für chromatische Dispersionsmessungen. Die Frequenzauf­ lösung ist bei dem Modulationsphasenverschiebungsverfahren jedoch begrenzt, da die gemessene Gruppenlaufzeit eine Funk­ tion der Laufzeiten bei den Frequenzen des oberen und unte­ ren Modulationsseitenbands, die eine Folge der Amplitudenmo­ dulation des optischen Trägers sind, ist. Da die Modula­ tionsseitenbänder bezüglich der Frequenz notwendigerweise weit voneinander beabstandet sind, um eine ausreichend hohe Zeitauflösung zu erhalten, wird die Frequenzauflösung geop­ fert. Gruppenlaufzeitveränderungen, die nahe oder innerhalb der Frequenzbeabstandung der Modulationsseitenbänder sind, werden geglättet und die dispersiven Kennzeichen der opti­ schen Komponente werden durch das Modulationsphasenverschie­ bungsverfahren maskiert.
Die Frequenzauflösung kann durch ein Erniedrigen der Modula­ tionsfrequenz des modulierten optischen Trägers erhöht wer­ den. Da dies den Glättungseffekt bei der gemessenen Gruppen­ laufzeit reduziert, erniedrigt das Erniedrigen der Modula­ tionsfrequenz die Zeitauflösung der Gruppenlaufzeitmessung, was die Genauigkeit der chromatischen Dispersionsmessung erniedrigt. Demgemäß besteht ein Bedarf nach einem Meßver­ fahren bzw. Meßschema, das eine hohe Frequenzauflösung ohne entsprechendes Erniedrigen der Zeitauflösung erreicht, so daß die dispersiven Kennzeichen verschiedener Typen opti­ scher Komponenten genau charakterisiert werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Meßverfahren zum Bestimmen der dispersiven Kennzeichen einer optischen Komponente zu liefern, das eine hohe Frequenzauf­ lösung ohne entsprechendes Absenken der Zeitauflösung er­ reicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Meßverfahren zum Isolieren dispersiver Kennzeichen einer optischen Komponente gemäß Anspruch 1, 8 oder 15 erreicht.
Ein Meßschema bzw. Meßverfahren, das gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, mißt dispersive Kennzeichen optischer Komponenten ge­ nau, wobei eine hohe Frequenzauflösung ohne ein Opfern der Zeitauflösung erreicht wird. Das Schema umfaßt Modulations­ phasenverschiebungsmessungen, die bei zwei oder mehreren modulierten optischen Trägern durchgeführt werden, bei denen die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz der modulier­ ten optischen Träger eingestellt sind, um ein Bezugsmodula­ tionsseitenband beizubehalten. Ein Bezugsphasenterm bei je­ der der Modulationsphasenverschiebungsmessungen wird durch das Bezugsmodulationsseitenband ermittelt. Phasenterme und Phasenbrechungsindizes bei diskreten optischen Frequenzen der Nicht-Bezugsmodulationsseitenbänder werden von den Mo­ dulationsphasenverschiebungsmessungen und dem Bezugsphasen­ term abgeleitet. Die Phasenterme zeigen Änderungen der Grup­ penlaufzeit bei diskreten optischen Frequenzen an. Die Pha­ senindizes werden verwendet, um eine relative Gruppenlauf­ zeit und eine chromatische Dispersion zu berechnen, was Mes­ sungen der dispersiven Kennzeichen der optischen Komponente liefert.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung sind alternativ Bezugsmodulationsseiten­ bänder der modulierten optischen Träger festgelegt. Bei ei­ ner ersten Alternative ist das Bezugsmodulationsseitenband festgelegt, ein unteres Modulationsseitenband jedes der mo­ dulierten optischen Träger zu sein. Das Bezugsmodulations­ seitenband ist bei einer zweiten Alternative festgelegt, ein oberes Modulationsseitenband jedes der modulierten optischen Träger zu sein. Bei einer dritten Alternative sind die Be­ zugsmodulationsseitenbänder festgelegt, ein oberes Modula­ tionsseitenband eines ersten modulierten optischen Trägers und ein unteres Modulationsseitenband eines zweiten modu­ lierten optischen Trägers zu sein, wobei das untere Modula­ tionsseitenband und das obere Modulationsseitenband bezüg­ lich der Frequenz übereinstimmen. Bei jeder alternativen Festlegung der Bezugsmodulationsseitenbänder ist die Anzahl der modulierten optischen Träger erweiterbar, um eine Serie modulierter optischer Träger zu bilden. Dies ermöglicht, daß Phasenterme und Phasenindizes bei einer Serie von diskreten Frequenzen innerhalb eines Frequenzsegments, das durch eine minimale und maximale Modulationsfrequenz definiert ist, ab­ geleitet werden. Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung überspannt eine Anordnung von modulierten optischen Trägern mehrere Fre­ quenzsegmente, was ermöglicht, daß Phasenterme und Phasen­ indizes über eine Frequenzspanne abgeleitet werden, die breiter als diejenige ist, die durch die minimale und maxi­ male Modulationsfrequenz definiert ist.
Die Zeitauflösung des Meßschemas wird durch die Modulations­ frequenz der modulierten optischen Träger ermittelt, wohin­ gegen die Frequenzauflösung von der Frequenzbeabstandung zwischen den optischen Trägern abhängt. Eine hohe Zeitauflö­ sung und eine hohe Frequenzauflösung werden gleichzeitig durch eine unabhängige Einstellung der Trägerfrequenz und der Modulationsfrequenz der modulierten optischen Träger er­ reicht. Dies ermöglicht, daß optische Komponenten, ein­ schließlich derjenigen, die dispersive Kennzeichen aufwei­ sen, die stark abhängig von der optischen Frequenz sind, un­ ter Verwendung des Meßschemas genau charakterisiert werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine relative Gruppenlaufzeitmessung einer opti­ schen Komponente unter Verwendung eines im Stand der Technik bekannten Meßverfahrens;
Fig. 2a bis 2c eine Serie modulierter optischer Träger, die in dem chromatischen Dispersionsmeßschema enthalten sind, das gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
Fig. 3 eine Anordnung modulierter optischer Träger, die in einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
Fig. 1 zeigt eine relative Gruppenlaufzeitmessung einer op­ tischen Komponente unter Verwendung eines im Stand der Tech­ nik bekannten Meßverfahrens. Die gemessene relative Grup­ penlaufzeit wird mit der tatsächlichen Gruppenlaufzeit der optischen Komponente verglichen. Das im Stand der Technik bekannte Meßverfahren vergleicht die Phase eines amplituden­ modulierten optischen Trägers mit der eines Phasenbezugs­ signals. Der Phasenvergleich, der bei verschiedenen Frequen­ zen des optischen Trägers durchgeführt wird, zeigt Änderun­ gen der relativen Gruppenlaufzeit gemäß Änderungen der opti­ schen Frequenz an. Jedoch ist die Frequenzauflösung bei die­ sem Meßverfahren begrenzt, da die gemessene relative Grup­ penlaufzeit eine Funktion der Laufzeiten bei den optischen Frequenzen eines unteren Modulationsseitenbands und eines oberen Modulationsseitenbands ist, was aus der Amplituden­ modulation des optischen Trägers resultiert. Da die Modula­ tionsseitenbänder bezüglich der Frequenz weit voneinander beabstandet sind, um eine ausreichend hohe Zeitauflösung zu erreichen, werden relative Gruppenlaufzeitveränderungen, die nahe oder innerhalb der Frequenzbeabstandung der Modula­ tionsseitenbänder sind, geglättet, was bewirkt, daß das im Stand der Technik bekannte Meßverfahren die tatsächlichen Dispersionskennzeichen der optischen Komponente maskiert.
Dispersive Kennzeichen einer optischen Komponente zeigen sich als Phasenbrechungsindizes, die von der optischen Fre­ quenz abhängig sind. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispie­ len der vorliegenden Erfindung werden Phasenterme und Pha­ senbrechungsindizes bei diskreten optischen Frequenzen aus Modulationsphasenverschiebungsmessungen abgeleitet, die bei einer Serie (Reihe) von modulierten optischen Trägern durch­ geführt werden, bei denen Bezugsmodulationsseitenbänder festgelegt sind. Die Phasenterme zeigen Änderungen der Grup­ penlaufzeit bei jeder der diskreten optischen Frequenzen an. Innerhalb der Phasenterme werden Phasenbrechungsindizes iso­ liert und verwendet, um eine relative Gruppenlaufzeit und eine chromatische Dispersion zu berechnen, was Messungen der dispersiven Kennzeichen der optischen Komponente liefert.
Die Fig. 2a bis 2c stellen drei alternative Serien modulier­ ter optischer Träger dar, die in dem chromatischen Disper­ sionsmeßschema enthalten sind, das gemäß einem ersten bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufge­ baut ist. In Fig. 2a wird ein Bezugsmodulationsseitenband bei einer optischen Frequenz fL durch ein unteres Modula­ tionsseitenband jedes der modulierten optischen Träger bei optischen Trägerfrequenzen fC1-fCN gebildet. Obwohl Modu­ lationsphasenverschiebungsmessungen bei dem ersten bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel bei nur zwei modulierten optischen Trägern durchgeführt werden können, werden die Messungen ty­ pischerweise bei einer Serie modulierter optischer Träger, wie es gezeigt ist, durchgeführt. Bei jedem Fall (der durch die positive ganzzahlige Tiefstellung X gekennzeichnet ist) umfaßt der modulierte optische Träger ein optisches Signal bei der Frequenz fCX des optischen Trägers, ein oberes Modu­ lationsseitenband bei der Frequenz fUX und ein unteres Modu­ lationsseitenband bei der Frequenz fL. Jedoch können andere Modulationsseitenbänder basierend auf dem Typ der Modula­ tion, der Verzerrung, oder darauf basierend, ob die Intensi­ tät oder der Bereich des optischen Trägers moduliert wird, vorliegen. Die Frequenz fUX des oberen Modulationsseiten­ bands und die Frequenz fL des unteren Modulationsseitenbands sind jeweils von der Frequenz fCX des optischen Trägers um die einstellbare Modulationsfrequenz fMOD versetzt. Jede Modulationsphasenverschiebungsmessung, die bei einem ent­ sprechenden modulierten optischen Träger durchgeführt wird, vergleicht die Phase des entsprechenden modulierten opti­ schen Trägers mit einem Phasenbezugssignal, das eine Fre­ quenz aufweist, die gleich der Modulationsfrequenz fMOD des modulierten optischen Trägers ist. Bei jedem Fall resultiert der Phasenvergleich in einer Messung MX, die eine Funktion der Phasenindizes nL und nUX ist, wobei der Phasenindex nL dem Phasenbrechungsindex bei der Frequenz fL des unteren Modulationsseitenbands entspricht und der Phasenindex nUX der Phasenbrechungsindex bei der Frequenz fUX des oberen Modulationsseitenbands ist. Sowohl die Messung MX als auch die Phasenindizes bei den Frequenzen der Modulationsseiten­ bänder sind in Gleichung 1 gezeigt.
MX = (nUX2πfUX - nL2πfL) z/2c = ϕUX - ϕREF (1)
wobei fUX die Frequenz des optischen Trägers fCX plus die Modulationsfrequenz fMOD ist, fL die Frequenz des optischen Trägers fCX minus die Modulationsfrequenz fMOD ist, c die Vakuumlichtgeschwindigkeit und z die physische Ausbreitungs­ länge der optischen Komponente, durch die sich die modulier­ ten optischen Träger ausbreiten, ist. Jede Messung MX ist alternativ als eine Differenz zwischen einem unbekannten Phasenterm ϕUX und einem Bezugsterm ϕREF ausgedrückt.
In Fig. 2a ist ein erster optischer Träger, der eine Fre­ quenz fC1 hat, moduliert, um ein unteres Modulationsseiten­ band bei einer optischen Frequenz fL und ein oberes Modula­ tionsseitenband bei einer Frequenz fU1 zu erzeugen. Die Mo­ dulationsfrequenz ist auf eine minimale Frequenz fMIN einge­ stellt, die die niedrigste Modulationsfrequenz fMOD ist, die noch ausreichend hoch ist, um sicherzustellen, daß eine festgelegte Zeitauflösung bei der Gruppenlaufzeitcharakteri­ sierung und der Charakterisierung der chromatischen Disper­ sion erreicht wird. Bei einer typischen Modulationsphasen­ verschiebungsmessung, die bei einer optischen Frequenz von 194.000 GHz durchgeführt wird, und die eine Phasenauflösung von 0,1 Grad aufweist, erzielt eine Modulationsfrequenz von 1,0 GHz eine Zeitauflösung von ungefähr 1/3.600 Nanosekunden oder 0,3 Picosekunden, wohingegen eine Modulationsfrequenz von 100 MHz eine Zeitauflösung von nur 3,0 Picosekunden er­ reicht. Bei diesem Beispiel ist fMIN gleich 1,0 GHz. Die Mo­ dulationsfrequenz fMOD und die optische Trägerfrequenz fC1 sind derart ausgewählt, daß das obere Modulationsseitenband bei einer Frequenz fU1 mit einem ersten Endpunkt 1 des Fre­ quenzsegments S übereinstimmt, über das die effektiven Bre­ chungsindizes abgeleitet werden.
Eine Modulationsphasenverschiebungsmessung wird bei dem modulierten optischen Träger mit einer Frequenz fC1 des optischen Trägers durchgeführt. Die Modulationsphasenver­ schiebungsmessung resultiert in einer Messung M1, die eine Funktion der Phasenindizes nL und nU1 bei jeweiligen opti­ schen Frequenzen fL und fU1 ist. Es gilt: M1 = (nU12πfU1-nL2πfL) z/2c = ϕU1-ϕREF.
Ein zweiter optischer Träger bei einer optischen Frequenz fC2 ist moduliert, um ein unteres Modulationsseitenband bei einer Frequenz fL zu erzeugen. Um die Frequenz der unteren Modulationsseitenbänder bei der Frequenz fL beizubehalten, gleicht die Frequenzsteigerung Δf2 in der Modulationsfre­ quenz fMOD der Frequenzsteigerung oder der Schrittgröße Δf2 in der Frequenz des optischen Trägers, der dem Schritt in der optischen Trägerfrequenz von fC1 zu der Frequenz fC2 des optischen Trägers entspricht. Eine Modulationsphasenver­ schiebungsmessung wird bei dem modulierten optischen Träger durchgeführt, der eine Frequenz fC2 des optischen Trägers aufweist. Die Modulationsphasenverschiebungsmessung resul­ tiert in einer Messung M2, die eine Funktion der Phasenin­ dizes nL und nU2 bei jeweils den Frequenzen fL und fU2 ist. Es gilt: M2 = (nU22πfU2-nL2πfL) z/2c = ϕU2-ϕREF.
Ein dritter optischer Träger, der eine Frequenz fC3 auf­ weist, wird moduliert, um ein unteres Modulationsseitenband bei einer Frequenz fL zu erzeugen. Um die Frequenz der unte­ ren Modulationsseitenbänder bei einer Frequenz fL beizube­ halten, werden die Frequenz des optischen Trägers und die Modulationsfrequenz jeweils durch eine Frequenzsteigerung Δf3 eingestellt. Eine Modulationsphasenverschiebungsmessung wird bei dem modulierten optischen Träger durchgeführt, der eine optische Trägerfrequenz fC3 aufweist. Die Modulations­ phasenverschiebungsmessung resultiert in einer Messung M3, die eine Funktion der Phasenindizes nL und nU3 jeweils bei den Frequenzen fL und fU3 ist. Es gilt: M3 = (nU32πfU3-nL2πfL) z/2c ϕU3-ϕREF.
Die Sequenz des schrittartigen Veränderns (stepping) der Frequenz fCX des optischen Trägers und der Modulationsfre­ quenz fMOD, während ein unteres Modulationsseitenband bei einer Frequenz fL beibehalten wird, wird fortgesetzt, bis eine maximale Modulationsfrequenz fMAX erreicht ist, was in einem modulierten optischen Träger resultiert, der eine op­ tische Trägerfrequenz fCN aufweist. Die maximale Modula­ tionsfrequenz wird durch Phasenauflösungsbegrenzungen des Modulationsphasenverschiebungsmeßsystems, Rauschverhalten oder andere Systemparameter bestimmt oder ist andernfalls festgelegt. Bei diesem Beispiel ist fMAX ausgewählt, um 2,7 GHz zu sein. Eine Modulationsphasenverschiebungsmessung wird bei dem modulierten optischen Träger durchgeführt, der eine Frequenz fCN des optischen Trägers aufweist. Die Modula­ tionsphasenverschiebungsmessung resultiert in einer Messung MN, die eine Funktion der Phasenindizes nL und nUN jeweils bei den Frequenzen fL und fUN ist. Es gilt: MN = (nUN2πfUN-nL2πfL) z/2c = ϕUN-ϕREF.
Jede der Modulationsphasenverschiebungsmessungen M1 bis MN, die den modulierten optischen Trägern entsprechen, die Fre­ quenzen fC1-fCN der optischen Träger aufweisen, können als Terme eines unbekannten Phasenterms ϕUX und eines Bezugspha­ senterms ϕREF ausgedrückt werden. Bei jeder Messung wird der Bezugsphasenterm ϕREF, der gleich nL2πfL z/2c ist, durch das untere Modulationsseitenband bei der Frequenz fL bestimmt. Der Wert dieses Bezugsphasenterms ϕREF bei diesem Beispiel ist auf einen festgelegten Wert eingestellt, der auf einer Schätzung der physischen Länge z und einer Schätzung des Phasenbrechungsindex nL basiert. Die resultierenden unbe­ kannten Phasenterme ϕUX bei jeder Modulationsphasenverschie­ bungsmessung zeigen Änderungen der Gruppenlaufzeit bei jeder der diskreten optischen Frequenzen fUX an. Der unbekannte Phasenterm ϕUX ist ferner eine Funktion des Phasenbrechungs­ index nUX bei der oberen Seitenbandfrequenz, der von den entsprechenden Modulationsphasenverschiebungsmessungen und dem festgelegten Wert des Bezugsphasenterms ϕREF abgeleitet werden kann. Jeder der abgeleiteten Phasenindizes nU1-nUN stellt entsprechende Phasenbrechungsindizes dar, soweit der Phasenindex nL und die Ausbreitungslänge z präzise bestimmt sind. Da der Phasenindex nL und die physische Ausbreitungs­ länge z bei diesem Beispiel bestimmt wurden, weichen die ab­ geleiteten Phasenbrechungsindizes nU1 bis nUN jeweils von den tatsächlichen Phasenbrechungsindizes durch eine Konstan­ te ab. Jedoch ist diese Abweichung bei Berechnungen der re­ lativen Gruppenlaufzeit, bei der ein willkürlicher Versatz angewendet werden kann, um die Abweichung zu absorbieren, oder bei Berechnungen der chromatischen Dispersion, die sich auf zweite Ableitungen der Phasenbrechungsindizes bezüglich der Frequenz verlassen, unwesentlich.
Die abgeleiteten Phasenbrechungsindizes nU1-nUN bei den diskreten optischen Frequenzen fU1-fUN werden verwendet, um die relative Gruppenlaufzeit der optischen Komponente als eine Funktion der optischen Frequenz f zu berechnen. Die relative Gruppenlaufzeit bei einer gegebenen optischen Fre­ quenz f wird gemäß Gleichung 2 berechnet.
G(f) = (nf + fdnf/df) z/c + Konstante (2)
Bei diesem Beispiel wird die Herleitung dnf/df numerisch berechnet, basierend auf nahe gelegenen Phasenindizes oder durch ein Heranziehen der Ableitung einer Funktion, die an die Phasenindizes bei diskreten optischen Frequenzen kurven­ angepaßt ist.
Die chromatische Dispersion D bei einer gegebenen optischen Frequenz f wird gemäß der Gleichung 3 berechnet.
D(f) = f3/c2 d2nf/df2 (3)
Die relative Gruppenlaufzeit G(f) und die chromatische Dis­ persion D(f) der optischen Komponente innerhalb dem Fre­ quenzsegment S werden basierend auf den Phasenindizes nU1-nUN bei den Frequenzen fU1-fUN berechnet. Bei dieser Serie der modulierten optischen Träger ist das Frequenzsegment 5 durch die minimale Modulationsfrequenz fMIN und die maximale Modulationsfrequenz fMAX definiert.
In Fig. 2b wird das Bezugsmodulationsseitenband bei der Fre­ quenz fU durch ein oberes Modulationsseitenband jeder der modulierten optischen Träger bei optischen Trägerfrequenzen fC1-fCN bestimmt. Obwohl bei dem ersten bevorzugten Aus­ führungsbeispiel die Modulationsphasenverschiebungsmessungen an lediglich zwei modulierten optischen Trägern durchgeführt werden können, werden die Messungen typischerweise bei einer Serie modulierter optischer Träger, wie gezeigt, durchge­ führt. Die Serie modulierter optischer Träger, die in Fig. 2b gezeigt ist, und die entsprechenden Modulationsphasen­ verschiebungsmessungen werden in einer ähnlichen Art durch­ geführt, wie diejenigen aus Fig. 2a, außer, daß in Fig. 2b die oberen Modulationsseitenbänder der modulierten optischen Träger das Bezugsmodulationsseitenband bestimmen. Bei jedem Fall in Fig. 2b umfaßt der modulierte optische Träger ein optisches Signal bei der Frequenz fCX des optischen Trägers, eih oberes Modulationsseitenband bei der Frequenz fU und ein unteres Modulationsseitenband bei der Frequenz fLX, obwohl andere Modulationsseitenbänder vorliegen können. Die Fre­ quenz fU des oberen Modulationsseitenbands und die Frequenz fLX des unteren Modulationsseitenbands sind jeweils von der Frequenz fCX des optischen Trägers um die einstellbare Modu­ lationsfrequenz fMOD des modulierten optischen Trägers ver­ setzt. Jede Modulationsphasenverschiebungsmessung, die bei jedem modulierten optischen Träger durchgeführt wird, ver­ gleicht die Phase des entsprechenden modulierten optischen Trägers mit einem Phasenbezugssignal, das eine Frequenz auf­ weist, die gleich der Modulationsfrequenz fMOD ist. Bei je­ dem Fall resultiert der Phasenvergleich in einer Messung MX, die eine Funktion der Phasenindizes nLX und nU ist, wobei der Phasenindex nU dem Phasenbrechungsindex bei der Frequenz fU des oberen Modulationsseitenbands entspricht und der Phasenindex nLX der Phasenbrechungsindex bei der Frequenz fLX des unteren Modulationsseitenbands ist. Sobald die Pha­ senunterschiede zwischen den optischen Trägern berücksich­ tigt sind, ergibt sich die Beziehung zwischen jeder Messung MX und den Phasenindizes bei den Frequenzen der modulierten Seitenbänder wie es in Gleichung 4 dargestellt ist.
MX = (nU2πfU-nLX2πfLX) z/2c = ϕREF-ϕLX (4)
wobei fLX die Frequenz des optischen Trägers fCX minus der Modulationsfrequenz fMOD ist, fU die Frequenz des optischen Trägers fCX plus die Modulationsfrequenz fMOD ist, c die Va­ kuumlichtgeschwindigkeit und z die physische Ausbreitungs­ länge der optischen Komponente durch die sich die modulier­ ten optischen Träger ausbreiten. Jede Messung MX ist alter­ nativ als ein Unterschied zwischen einem unbekannten Phasen­ term ϕLX und einem Bezugsterm ϕREF ausgedrückt.
In Fig. 2b ist ein erster optischer Träger, der eine Fre­ quenz fC1 aufweist, moduliert, um ein unteres Modulations­ seitenband bei einer optischen Frequenz fLX und ein oberes Modulationsseitenband bei einer Frequenz fU zu erzeugen. Die Modulationsfrequenz ist auf eine minimale Frequenz fMIN ein­ gestellt, die bei diesem Beispiel gleich 1,0 GHz ist. Die Modulationsfrequenz fMOD und die optische Trägerfrequenz fC1 sind derart ausgewählt, daß das untere Modulationsseitenband bei einer Frequenz fL1 mit einem ersten Endpunkt 1 des Fre­ quenzsegments S. über das die effektiven Brechungsindizes abgeleitet werden, übereinstimmt.
Eine Modulationsphasenverschiebungsmessung wird bei dem modulierten optischen Träger, der eine Frequenz fC1 des optischen Trägers aufweist, durchgeführt. Die Modulations­ phasenverschiebungsmessung resultiert in einer Messung M1, die eine Funktion der Phasenindizes nL1 und nU bei dem opti­ schen Frequenzen fL1 bzw. fU ist. Es gilt: M1 = (nU2πfU-nL12πfL1) z/2c = ϕREF-ϕL1.
Ein zweiter optischer Träger bei einer optischen Frequenz fC2 ist moduliert, um ein oberes Modulationsseitenband bei einer Frequenz fU zu erzeugen. Um die Frequenz der oberen modulierten Seitenbänder bei einer Frequenz fU beizubehal­ ten, gleicht die Frequenzsteigerung oder Schrittgröße Δf2 der Modulationsfrequenz fMOD der Frequenzsteigerung Δf2 der Frequenz des optischen Trägers, was dem Schritt in der Frequenz des optischen Trägers zwischen der Frequenz fC1 und der Frequenz fC2 entspricht. Eine Modulationsphasenverschie­ bungsmessung wird bei dem modulierten optischen Träger durchgeführt, der eine Frequenz fC2 des opischen Trägers aufweist. Die Modulationsphasenverschiebungsmessung resul­ tiert in einer Messung M2, die eine Funktion der Phasenindi­ zes nL2 und nU bei den Frequenzen fL2 bzw. fU ist. Es gilt:
M2 = (nU2πfU-nL22πfL2) z/2c ϕREF-ϕL2.
Ein dritter optischer Träger, der eine Frequenz fC3 auf­ weist, ist moduliert, um ein oberes Modulationsseitenband bei einer Frequenz fU zu erzeugen. Um die Frequenz der obe­ ren Modulationsseitenbänder bei einer Frequenz fU beizube­ halten, werden die Frequenz des optischen Trägers und die Modulationsfrequenz jeweils durch eine Frequenzschrittgröße Δf3 geändert. Eine Modulationsphasenverschiebungsmessung wird bei dem modulierten optischen Träger durchgeführt, der eine Frequenz fC3 des optischen Trägers aufweist. Die Modu­ lationsphasenverschiebungsmessung resultiert in einer Mes­ sung M3, die eine Funktion der Phasenindizes nL3 und nU bei den Frequenzen fL3 bzw. tU ist. Es gilt: M3 = (nU2πfU-nL32πfL3) z/2c ϕREF-ϕL3.
Die Sequenz der Veränderung der schrittartigen Veränderung der Frequenz fCX des optischen Trägers und der Modulations­ freguenz fMOD, während ein oberes Modulationsseitenband bei einer Frequenz fU beibehalten wird, wird fortgesetzt, bis eine maximale Modulationsfrequenz fMAX erreicht ist, was in einem modulierten optischen Träger resultiert, der eine Frequenz fCN des optischen Trägers aufweist. Die maximale Modulationsfrequenz ist ausgewählt, um 2,7 GHz zu sein. Eine Modulationsphasenverschiebungsmessung ist bei dem modulier­ ten optischen Träger durchgeführt, der eine optische Träger­ frequenz fCN aufweist. Die Modulationsphasenverschiebungs­ messung resultiert in einer Messung MN, die eine Funktion der Phasenindizes nLN und nU bei den Frequenzen fLN bzw. ist. Es gilt: MN = (nU2πfU-nLN2πfLN) z/2c ϕREF-ϕLN.
Jede der Modulationsphasenverschiebungsmessungen M1-MN ist in Termen eines unbekannten Phasenterms ϕLX und eines Be­ zugsphasenterms ϕREF ausgedrückt. Bei jeder Messung wird der Bezugsphasenterm ϕREF, der gleich nU2πfU z/2c ist, durch das obere Modulationsseitenband bei der Frequenz fU ermittelt. Der Wert dieses Bezugsphasenterms ϕREF ist bei diesem Bei­ spiel auf einen festgelegten Wert eingestellt, der auf einer Schätzung der physischen Länge z und einer Schätzung des Phasenbrechungsindex nU basiert. Die resultierenden unbe­ kannten Phasenterme ϕUX bei jeder Modulationsphasenverschie­ bungsmessung zeigen Änderungen der Gruppenlaufzeit bei jeder der diskreten optischen Frequenzen fUX an. Der unbekannte Phasenterm ϕLX bei jeder Modulationsphasenverschiebungsmes­ sung ist ferner eine Funktion des Phasenbrechungsindex bei der unteren Seitenbandfrequenz, die von den entsprechenden Modulationsphasenverschiebungsmessungen und dem festgelegten Wert des Bezugsphasenterms ϕREF hergeleitet werden kann. Je­ der der abgeleiteten Phasenindizes nL1-nLN stellt tatsäch­ liche Phasenbrechungsindizes dar, soweit der Phasenindex nU und die Ausbreitungslänge z präzise bestimmt sind. Andern­ falls unterscheiden sich die abgeleiteten Phasenindizes von den tatsächlichen Phasenindizes durch einen konstanten Term, der bei den Berechnungen der relativen Gruppenlaufzeit GD(f) und der chromatischen Dispersion D(f) unwesentlich wird.
Die abgeleiteten Phasenbrechungsindizes nL1-nLN bei den diskreten optischen Frequenzen fL1-fLN werden in Gleichung 2 verwendet, um die relative Gruppenlaufzeit GD(f) der opti­ schen Komponente als eine Funktion der optischen Frequenz zu berechnen. Die abgeleiteten Phasenbrechungsindizes nL1 bis nLN bei den diskreten optischen Frequenzen fL1-fLN werden in Gleichung 3 verwendet, um die chromatische Dispersion D(f) der optischen Komponente als eine Funktion der opti­ schen Frequenz zu berechnen.
In Fig. 2c wird das Bezugsmodulationsseitenband durch ein oberes Modulationsseitenband eines ersten modulierten opti­ schen Trägers und ein unteres Modulationsseitenband eines zweiten modulierten optischen Trägers ermittelt. Der erste modulierte optische Träger umfaßt ein optisches Signal bei einer Frequenz fC1 des optischen Trägers, ein oberes Modu­ lationsseitenband bei einer Frequenz fR und ein unteres Modulationsseitenband bei einer Frequenz fL1, obwohl andere Modulationsseitenbänder vorliegen können. Die Frequenz fR des oberen Modulationsseitenbands und die Frequenz fL1 des unteren Modulationsseitenbands sind jeweils von der Frequenz fC1 des optischen Trägers um die einstellbare Modulations­ frequenz fMOD versetzt. Der zweite modulierte optische Träger umfaßt ein optisches Signal bei einer Frequenz fC2 des optischen Trägers, ein oberes Modulationsseitenband bei einer Frequenz fU2 und ein unteres Modulationsseitenband bei einer Frequenz fR, obwohl andere Modulationsseitenbänder vorliegen können. Die Frequenz fC2 des optischen Trägers und die Modulationsfrequenz des zweiten modulierten optischen Trägers sind derart eingestellt, daß das untere Modulations­ seitenband mit der Frequenz fR des oberen Modulationsseiten­ bands des ersten modulierten optischen Trägers übereinstimmt (zuammenfällt). In jedem Fall ist die Modulationsfrequenz fMOD zwischen fMIN und fMAX. Modulationsphasenverschiebungs­ messungen werden bei jedem der modulierten optischen Träger durchgeführt. Eine erste Modulationsphasenverschiebungs­ messung M1, die bei diesem ersten modulierten optischen Träger durchgeführt wird, ist eine Funktion der Phasen­ indizes nR und nL1, wobei der Phasenindex nR dem Phasen­ brechungsindex bei der Frequenz fR des Bezugsseitenbandes entspricht und der Phasenindex nL1 der Phasenbrechungsindex bei der Frequenz fL1 ist. Es gilt: M1 = (nR2πfR-nL12πfL1) z/2c = ϕREF- ϕL1. Eine zweite Modulationsphasenverschie­ bungsmessung M2, die bei dem zweiten modulierten optischen Träger durchgeführt wird, ist eine Funktion der Phasenindi­ zes nR und nU1, wobei der Phasenindex nR der Phasenbre­ chungsindex der Frequenz fR des Bezugsseitenbands ist und der Phasenindex nU2 der Phasenbrechungsindex bei der Fre­ quenz fU2 ist. Es gilt: M2 = (nU22πfU2-nR2πfR) z/2c = ϕU2-ϕREF.
Die Modulationsphasenverschiebungsmessungen M1, M2 werden in Termen unbekannter Phasenterme ϕL1, ϕU2 und einem Bezugspha­ sentem ϕREF, der gleich nR2πfR z/2c ist, ausgedrückt, was durch ein oberes und unteres Modulationsseitenband bei einer Frequenz fR ermittelt wird. Der Wert dieses Bezugsphasen­ terms ϕREF wird auf einen festgelegten Wert eingestellt, der auf einer Schätzung der physischen Länge z und einer Schät­ zung des Phasenbrechungsindex nU basiert, oder alternativ auf vorherigen Festlegungen oder Messungen des Phasenindex nU und der physischen Länge z basiert. Die resultierenden unbekannten Phasenterme ϕL1, ϕU2 in der ersten Modulations­ phasenverschiebungsmessung und der zweiten Modulationspha­ senverschiebungsmessung zeigen Änderungen der Gruppenlauf­ zeit zwischen den optischen Frequenzen fL1 und fU2 an. Der unbekannte Phasenterm ϕL1 in der ersten Modulationsphasen­ verschiebungsmessung ist eine Funktion des Phasenbrechungs­ index nL1 bei der unteren Modulationsseitenbandfrequenz fL1, die aus den ersten Modulationsphasenverschiebungsmessungen und dem festgelegten Wert des Bezugsphasenterms ϕREF abge­ leitet werden kann. Jeder der abgeleiteten Phasenindizes nL1, nU2 stellt tatsächliche Phasenbrechungsindizes dar, so­ weit der Phasenindex nR und die Ausbreitungslänge z präzise bestimmt sind. Andernfalls unterscheiden sich die abgeleite­ ten Phasenindizes von den tatsächlichen Phasenindizes durch einen konstanten Term, der in den Berechnungen der relativen Gruppenlaufzeit GD(f) und der chromatischen Dispersion D(f) gemäß den Gleichungen 2 bzw. 3 unwesentlich wird.
Obwohl zwei modulierte optische Träger in Fig. 2c gezeigt sind, können Modulationsphasenverschiebungsmessungen bei ei­ ner Serie von modulierten optischen Trägern durchgeführt werden, wobei jeder modulierte optische Träger in der Serie ein Modulationsseitenband aufweist, das mit der Frequenz des Modulationsseitenbands eines weiteren modulierten optischen Trägers übereinstimmt. Jede Modulationsphasenverschiebungs­ messung vergleicht die Phase des entsprechenden modulierten optischen Trägers mit einem Phasenbezugssignal, das eine Frequenz gleich der Modulationsfrequenz fMOD aufweist, die zwischen einer minimalen Modulationsfrequenz fMIN und einer maximalen Modulationsfrequenz fMAX eingestellt ist. Die ab­ geleiteten Phasenbrechungsindizes bei diskreten optischen Frequenzen innerhalb eines Frequenzsegments S, das durch die minimale und maximale Modulationsfrequenz definiert ist, werden in Gleichung 2 verwendet, um die relative Gruppen­ laufzeit GD(f) der optischen Komponente als eine Funktion der optischen Frequenz zu berechnen und werden in Gleichung 3 verwendet, um die chromatische Dispersion D(f) der opti­ schen Komponente als eine Funktion der optischen Frequenz zu berechnen. Alternativ werden die Phasenterme, die aus den Modulationsphasenverschiebungsmessungen resultieren, verwen­ det, um Änderungen der Gruppenlaufzeit bei den Frequenzen der nicht übereinstimmenden Modulationsseitenbänder anzuzei­ gen.
Die Fig. 2a-2c zeigen alternative Serien modulierter optischer Träger, bei denen Modulationsphasenverschiebungs­ messungen durchgeführt werden, um die Phasenbrechungsindizes bei diskreten optischen Frequenzen innerhalb eines Frequenz­ segments, das durch eine minimale und maximale Modulations­ frequenz definiert ist, abzuleiten bzw. herzuleiten. Da die modulierten optischen Träger, die bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in den Fig. 2a bis 2c gezeigt ist, enthalten sind, sequentielle Schritte in der Frequenz der optischen Träger und der Modu­ lationsfrequenz der modulierten optischen Träger einbezie­ hen, um das Frequenzsegment S abzudecken, können die modu­ lierten optischen Träger und die entsprechenden Modulations­ phasenverschiebungsmessungen unabhängig von einer speziellen Sequenz erreicht werden. Zum Beispiel können die Modula­ tionsfrequenzen und Frequenzen der optischen Träger in einer abgetasteten oder schrittweisen Art und Weise und in einer Reihenfolge derart eingestellt werden, die auf Zweckmäßig­ keit oder einem Messungswirkungsgrad basiert.
Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung sind modulierte optische Träger angeord­ net, um zu ermöglichen, daß Phasenbrechungsindizes bei dis­ kreten optischen Frequenzen über eine Frequenzspanne, die mehrere Frequenzsegmente umfaßt, abgeleitet werden. Fig. 3 zeigt eine Anordnung der modulierten optischen Träger, bei denen entsprechende Modulationsphasenverschiebungsmessungen durchgeführt werden, um die Phasenbrechungsindizes abzulei­ ten. Bei diesem Beispiel werden die Phasenindizes über die Frequenzspanne von 194.002,0 GHz bis 194.020,0 GHz in Fre­ quenzschritten von 200 MHz abgeleitet, obwohl andere Fre­ quenzspannen und Schrittgrößen durch eine Einstellung der Frequenzen der optischen Träger und Modulationsfrequenzen festgelegt werden können.
In Fig. 3 ist eine Frequenz des optischen Trägers auf 194.001,0 GHz eingestellt und die Modulationsfrequenz ist auf einen minimalen Wert von 1 GHz eingestellt. Dann werden die Frequenz des optischen Trägers und die Modulationsfre­ quenz jeweils um 100 MHz erhöht, bis die maximale Modula­ tionsfrequenz von 2,7 GHz erreicht ist. Bei jedem Schritt von 100 MHz wird ein unteres Modulationsseitenband bei 194.000,0 GHz beibehalten und eine Modulationsphasenver­ schiebungsmessung durchgeführt. Jede Modulationsphasenver­ schiebungsmessung ist durch Gleichung 1 bestimmt und er­ möglicht, daß Phasenterme und Phasenbrechungsindizes bei jeder der Frequenzen des oberen Modulationsseitenbands abge­ leitet werden. Die abgeleiteten Phasenterme und Phasenindi­ zes sind innerhalb des Segments S1, das die Frequenzspanne von 194.002,0 bis 194.005,4 GHz abdeckt, und sind jeweils um 200 MHz beabstandet. Die relative Gruppenlaufzeit GD(f) und chromatische Dispersion D(f) werden von den Phasenindizes gemäß den Gleichungen 2 bzw. 3 berechnet.
Der optische Träger wird dann auf 194.004,6 GHz eingestellt und die Modulationsfrequenz wird zwischen einer minimalen Modulationsfrequenz von 1,0 GHz und einer maximalen Modula­ tionsfrequenz von 2,6 GHz in Steigerungen von 200 MHz schrittweise geändert. Die unteren Modulationsseitenbänder dieses modulierten optischen Trägers fallen in das Frequenz­ segment S1 und überlappen sich, oder stimmen mit den Fre­ quenzen der oberen Modulationsseitenbänder der vorher ge­ messenen modulierten optischen Träger überein, die den mo­ dulierten optischen Trägern, die in Fig. 2c gezeigt sind, entsprechen. Abgeleitete Phasenbrechungsindizes innerhalb des Segments S1 liefern Bezugsphasenterme für Modulations­ phasenverschiebungsmessungen, die bei dem modulierten opti­ schen Träger bei einer Frequenz von 194.004,6 GHz durch­ geführt werden, während die Modulationsfrequenz zwischen 1,0 GHz und 2,6 GHz schrittweise verändert wird. Jede Modula­ tionsphasenverschiebungsmessung und der entsprechende Be­ zugsphasenterm ermöglichen, daß Phasenbrechungsindizes in einem Frequenzsegment S2, das den Bereich zwischen 194.005,6 GHz und 194.007,2 GHz abdeckt, der mit Frequenzsteigerungen von 200 MHz beabstandet ist, abgeleitet werden.
Der optische Träger wird dann auf 194.006,4 GHz eingestellt und die Modulationsfrequenz wird zwischen einer minimalen Modulationsfrequenz von 1,0 GHz und einer maximalen Frequenz von 2,6 GHz in Steigerungen von 200 MHz schrittweise geän­ dert. Die unteren Modulationsseitenbänder dieses modulierten optischen Trägers, die in dem Frequenzsegment S1 sind, über­ lappen sich oder stimmen mit der Frequenz der oberen Modula­ tionsseitenbänder der vorher gemessenen modulierten opti­ schen Träger innerhalb des Frequenzsegments S1 überein, die ferner den modulierten optischen Trägern, wie in Fig. 2c ge­ zeigt ist, entsprechen. Abgeleitete Phasenbrechungsindizes innerhalb des Segments S1 liefern ferner Bezugsphasenterme für Modulationsphasenverschiebungsmessungen, die bei dem modulierten optischen Träger bei einer Frequenz des opti­ schen Trägers von 194.006,4 GHz durchgeführt werden, während die Modulationsfrequenz zwischen 1,0 GHz und 2,6 GHz schrittweise verändert wird. Sowohl die Modulationsphasen­ verschiebungsmessung als auch der entsprechende Bezugspha­ senterm ermöglichen, daß Phasenbrechungsindizes in einem Frequenzsegment 53, das den Bereich zwischen 194.007,4 GHz und 194.009,0 GHz abdeckt, der mit Frequenzsteigerungen von 200 MHz beabstandet ist, abgeleitet werden.
Der optische Träger wird dann auf 194.008,2 GHz eingestellt und die Modulationsfrequenz wird zwischen einem Minimum von 1,0 GHz und 2,6 GHz in Steigerungen von 200 MHz schrittweise geändert. Die unteren Modulationsseitenbänder des modulier­ ten optischen Trägers bei 194.008,2 GHz überlappen sich oder stimmen mit dem oberen Seitenband der vorherigen Modula­ tionsphasenverschiebungsmessungen überein, wobei der modu­ lierte optische Träger auf 194.006,4 GHz eingestellt wurde. Die vorher abgeleiteten Phasenindizes in dem Frequenzsegment S2 liefern Bezugsphasenterme für die derzeitigen Messungen, was ermöglicht, daß Phasenbrechungsindizes in einem Fre­ quenzsegment 54 abgeleitet werden, das den Bereich zwischen 194.009,2 GHz und 194.010,8 GHz abdeckt, der mit Frequenz­ steigerungen von 200 MHz beabstandet ist.
In einer ähnlichen Art werden die optischen Träger schritt­ weise verändert und die Modulationsfrequenz eingestellt, um zusätzliche Frequenzsegmente S5-S9 abzudecken. Entspre­ chende Modulationsphasenmessungen werden bei jedem der modu­ lierten optischen Träger durchgeführt. Bei jeder der Modula­ tionsphasenverschiebungsmessungen überlappt das untere Modu­ lationsseitenband des modulierten optischen Trägers oder stimmt überein mit einer Frequenz eines Modulationsseiten­ bands, bei der der Phasenindex abgeleitet wurde. Die abge­ leiteten Phasenindizes liefern Bezugsphasenterme für jede der späteren Modulationsphasenverschiebungsmessungen, was ermöglicht, daß Phasenbrechungsindizes, relative Gruppen­ laufzeit und chromatische Dispersion in den zusätzlichen Frequenzsegmenten bestimmt werden.
Fig. 3 stellt eine Anordnung der modulierten optischen Trä­ ger dar, bei denen eine Sequenz von Modulationsphasenver­ schiebungsmessungen durchgeführt werden, um Phasenbrechungs­ indizes abzuleiten und eine relative Gruppenlaufzeit und eine chromatische Dispersion über die Frequenzspanne von 194.002,0 GHz bis 194.020,0 GHz in Frequenzschritten von 200 MHz zu berechnen. Andere Kombinationen und Sequenzen von Modulationsfrequenzen und Frequenzen des optischen Trägers, die jeweils auf ein Bezugsmodulationsseitenband angewiesen sind, um einen entsprechenden Bezugsphasenterm zu ermitteln, werden alternativ verwendet, um eine festgelegte Frequenz­ spanne mit einer festgelegten Frequenzschrittgröße abzu­ decken. Die optische Frequenzauflösung der resultierenden Modulationsphasenverschiebungsmessungen ist durch die Fre­ quenzschrittgröße zwischen den modulierten optischen Trägern bestimmt.
Bei jeder Modulationsphasenverschiebungsmessung innerhalb der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung ergeben sich unbekannte Phasenterme. Phasenindizes innerhalb der Phasenterme werden für Berechnungen der rela­ tiven Gruppenlaufzeit und chromatischen Dispersion einer op­ tischen Komponente abgeleitet. Die Phasenterme zeigen Ände­ rungen der Gruppenlaufzeitlieferung an und liefern ferner ein Maß für die dispersiven Kennzeichen der optischen Kom­ ponente.
Obwohl schrittweise Änderungen der Frequenz des optischen Trägers und der Modulationsfrequenz bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gezeigt wurden, werden Phasenterme und Phasenbrechungsindizes alternativ von einer Serie modulierter optischer Träger, die aus abgetasteten Modulationsphasenverschiebungsmessungen re­ sultieren, abgeleitet. Bei einem Beispiel werden Daten von Modulationsphasenverschiebungsmessungen erhalten, wenn die Modulationsfrequenz fMOD zwischen der minimalen Modulations­ frequenz fMIN und der maximalen Modulationsfrequenz fMAX schrittweise verändert wird, während die Frequenz des opti­ schen Trägers über eine festgelegte Spanne bei jedem der Mo­ dulationsfrequenzschritte verändert (swept) wird. Von den Meßdaten, die aus den veränderten optischen Trägern resul­ tieren, werden Bezugsmodulationsseitenbänder festgelegt, um Bezugsphasenterme zu ermitteln. Phasenterme und Phasenbre­ chungsindizes werden dann von den Daten von Modulationspha­ senverschiebungsmessungen und den Bezugsphasentermen abge­ leitet. Bei einem weiteren Beispiel werden Daten von Modu­ lationsphasenverschiebungsmessungen erhalten, wenn die Fre­ quenz des optischen Trägers über eine festgelegte Frequenz­ spanne schrittweise geändert wird, während die Modulations­ frequenz des modulierten optischen Trägers zwischen der mi­ nimalen und maximalen Modulationsfrequenz verändert (swept) wird. Von den Meßdaten, die aus den veränderten Modulations­ frequenzen resultieren, werden Bezugsmodulationsseitenbänder festgelegt, um relative Bezugsphasenterme zu ermitteln. Pha­ senterme und Phasenbrechungsindizes werden dann von den Da­ ten von Modulationsphasenverschiebungsmessungen und den Be­ zugsphasentermen abgeleitet.

Claims (19)

1. Meßverfahren zum Isolieren dispersiver Kennzeichen einer optischen Komponente bei mindestens zwei dis­ kreten optischen Frequenzen, mit folgenden Schritten:
Modulieren eines ersten optischen Trägers bei einer ersten Modulationsfrequenz (fC1), um ein erstes unteres Modulationsseitenband und ein erstes oberes Modulationsseitenband zu erzeugen;
Durchführen einer ersten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung des modulierten ersten optischen Trä­ gers;
Modulieren eines zweiten optischen Trägers bei einer zweiten Modulationsfrequenz (fC2), um ein zweites unteres Modulationsseitenband und ein zweites oberes Modulationsseitenband zu erzeugen, wobei die Fre­ quenz entweder des zweiten unteren Modulationssei­ tenbands oder des zweiten oberen Modulationsseiten­ bands mit der Frequenz entweder des ersten unteren Modulationsseitenbands oder des ersten oberen Modu­ lationsseitenbands übereinstimmt;
Durchführen einer zweiten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung des modulierten zweiten optischen Trä­ gers, wobei dasjenige des zweiten unteren Modula­ tionsseitenbands oder des zweiten oberen Modula­ tionsseitenbands, das bezüglich der Frequenz mit entweder dem ersten unteren Modulationsseitenband oder dem ersten oberen Modulationsseitenband über­ einstimmt, einen Bezugsphasenterm (ϕREF) für die er­ ste Modulationsphasenverschiebungsmessung und die zweite Modulationsphasenverschiebungsmessung lie­ fert; und
Ableiten eines ersten Phasenterms von dem Bezugspha­ senterm (ϕREF) und der ersten Modulationsphasenver­ schiebungsmessung und eines zweiten Phasenterms von dem Bezugsphasenterm (ϕREF) und der zweiten Modula­ tionsphasenverschiebungsmessung, wobei der erste Phasenterm bei der Frequenz des ersten unteren Modu­ lationsseitenbands (fL1) und der zweite Phasenterm bei der Frequenz des zweiten oberen Modulationssei­ tenbands (fU2) ist, wenn die Frequenz des ersten oberen Modulationsseitenbands mit der Frequenz des zweiten unteren Modulationsseitenbands (fL2) über­ einstimmt, wobei der erste Phasenterm bei der Fre­ quenz des ersten unteren Modulationsseitenbands (fL1) und der zweite Phasenterm bei der Frequenz des zweiten unteren Modulationsseitenbands (fL2) ist, wenn die Frequenz des ersten oberen Modulationssei­ tenbands (fU1) mit der Frequenz des zweiten oberen Modulationsseitenbands (fU2) übereinstimmt, wobei der erste Phasenterm bei der Frequenz des ersten oberen Modulationsseitenbands (fU1) und der zweite Phasenterm bei der Frequenz des zweiten oberen Modu­ lationsseitenbands (fU2) ist, wenn die Frequenz des ersten unteren Modulationsseitenbands (fL1) mit der Frequenz des zweiten unteren Modulationsseitenbands (fL2) übereinstimmt.
2. Meßverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Bezugspha­ senterm (ϕREF) gemäß einem Phasenbrechungsindex bei der Frequenz entweder des zweiten unteren Modulations­ seitenbands oder des zweiten oberen Modulationsseiten­ bands, die mit der Frequenz entweder des ersten unte­ ren Modulationsseitenbands oder des ersten oberen Mo­ dulationsseitenbands übereinstimmt, und gemäß einer physikalischen Ausbreitungslänge (z) der optischen Komponente ermittelt wird.
3. Meßverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Durchführens einer ersten Modulations­ phasenverschiebungsmessung ein Phasenvergleichen des modulierten ersten optischen Trägers mit einem ersten Phasenbezugssignal, das eine Frequenz aufweist, die gleich der ersten Modulationsfrequenz ist, umfaßt und bei dem der Schritt des Durchführens einer zweiten Mo­ dulationsphasenverschiebungsmessung ein Phasenverglei­ chen des modulierten zweiten optischen Trägers mit ei­ nem zweiten Phasenbezugssignal, das eine Frequenz auf­ weist, die gleich der zweiten Modulationsfrequenz ist, umfaßt.
4. Meßverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner den Schritt des Modulierens mindestens eines zusätzlichen optischen Trägers aufweist, um mindestens ein Modulationsseitenband bei einer Frequenz zu erzeu­ gen, die mit der Frequenz entweder des ersten unteren Modulationsseitenbands, des ersten oberen Modula­ tionsseitenbands, des zweiten unteren Modulationssei­ tenbands oder des zweiten oberen Modulationsseiten­ bands übereinstimmt, und um mindestens ein Modula­ tionsseitenband bei einer Frequenz zu erzeugen, die nicht mit der Frequenz des ersten unteren Modulations­ seitenbands, des ersten oberen Modulationsseitenbands, des zweiten unteren Modulationsseitenbands und des zweiten oberen Modulationsseitenband übereinstimmt, den Schritt des Durchführens einer entsprechenden Modulationsphasenverschiebungsmessung des mindestens einen zusätzlichen modulierten optischen Trägers auf­ weist, und den Schritt des Ableitens der entsprechen­ den Phasenterme bei der Frequenz des mindestens einen Modulationsseitenbands bei der Frequenz, die nicht mit der Frequenz des ersten unteren Modulationsseiten­ bands, des ersten oberen Modulationsseitenbands, des zweiten unteren Modulationsseitenbands und des zweiten oberen Modulationsseitenbands übereinstimmt, aufweist.
5. Meßverfahren gemäß Anspruche 4, das ferner den Schritt des Berechnens einer relativen Gruppenlaufzeit (GD) aus einem ersten Phasenbrechungsindex innerhalb des ersten Phasenterms, einem zweiten Phasenbrechungsindex innerhalb des zweiten Phasenterms und entsprechender Phasenbrechungsindizes innerhalb der entsprechenden Phasenterme aufweist.
6. Meßverfahren gemäß Anspruch 4, das ferner den Schritt des Berechnens einer chromatischen Dispersion (D) aus einem ersten Phasenbrechungsindex innerhalb des ersten Phasenterms, einem zweiten Phasenbrechungsindex inner­ halb des zweiten Phasenterms und entsprechenden Pha­ senbrechungsindizes innerhalb der entsprechenden Pha­ senterme aufweist.
7. Meßverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der erste optische Träger und der zweite optische Träger um den Unterschied zwischen der ersten Modula­ tionsfrequenz und der zweiten Modulationsfrequenz fre­ quenzversetzt sind.
8. Meßverfahren zum Isolieren dispersiver Kennzeichen einer optischen Komponente bei vordefinierten Frequen­ zen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzsegments (S), mit folgenden Schritten:
Modulieren eines ersten optischen Trägers, der eine erste Frequenz (fC1) aufweist, bei einer ersten Mo­ dulationsfrequenz, um ein Modulationsseitenband bei einer Bezugsfrequenz (fR) und ein Modulationsseiten­ band, das mit einem ersten Endpunkt (1) des vorbe­ stimmten Frequenzsegments (S) übereinstimmt, zu er­ zeugen;
Durchführen einer ersten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung des modulierten ersten optischen Trä­ gers;
Modulieren eines zweiten optischen Trägers, der eine zweite Frequenz (fC2) aufweist, bei einer zweiten Modulationsfrequenz, um ein Modulationsseitenband bei der Bezugsfrequenz (fR) und ein Modulationssei­ tenband, das mit einem zweiten Endpunkt (2) des vorbestimmten Frequenzsegments (S) übereinstimmt, zu erzeugen;
Durchführen einer zweiten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung des modulierten zweiten optischen Trä­ gers;
Durchführen einer Sequenz von Modulationsphasenver­ schiebungsmessungen einer Serie von modulierten optischen Trägern, wobei jeder modulierte optische Träger in der Serie ein erstes Modulationsseitenband bei der Bezugsfrequenz und ein zweites Modulations­ seitenband, das mit einer einzigen der vordefinier­ ten Frequenzen innerhalb des vorbestimmten Frequenz­ segments übereinstimmt, aufweist, wobei die Sequenz der Modulationsphasenverschiebungsmessungen eine Mo­ dulationsphasenverschiebungsmessung jedes der modu­ lierten optischen Träger in der Serie umfaßt, wobei die ersten Modulationsseitenbänder bei der Bezugs­ frequenz einen Bezugsphasenterm (ϕREF) sowohl in­ nerhalb der ersten Modulationsphasenverschiebungs­ messung, der zweiten Modulationsphasenverschiebungs­ messung als auch der Sequenz der Modulationsphasen­ verschiebungsmessungen liefern;
Ableiten eines ersten Phasenterms bei dem ersten Endpunkt von der ersten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung und dem Bezugsphasenterm (ϕREF);
Ableiten eines zweiten Phasenterms bei dem zweiten Endpunkt von der zweiten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung und dem Bezugsphasenterm (ϕREF); und
Ableiten einer Serie von Phasentermen, die jeweils den vordefinierten Frequenzen innerhalb des vorbe­ stimmten Frequenzsegment entsprechen, von der Se­ quenz der Modulationsphasenverschiebungsmessungen und dem Bezugsphasenterm (ϕREF).
9. Meßverfahren gemäß Anspruch 8, bei dem der Schritt des Durchführens einer ersten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung ein Phasenvergleichen des modulierten ersten optischen Trägers mit einem ersten Phasenbe­ zugssignal, das eine Frequenz aufweist, die gleich der ersten Modulationsfrequenz ist, und der Schritt des Durchführens einer zweiten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung ein Phasenvergleichen des modulierten zweiten optischen Trägers mit einem zweiten Phasenbe­ zugssignal, das eine Frequenz aufweist, die gleich der zweiten Modulationsfrequenz ist, umfaßt, und der Schritt des Durchführens einer Sequenz von Modula­ tionsphasenverschiebungsmessungen ein Phasenverglei­ chen jedes modulierten optischen Trägers in der Serie der modulierten optischen Träger mit einem entspre­ chenden Phasenbezugssignal umfaßt.
10. Meßverfahren gemäß Anspruch 15, bei dem der Bezugspha­ senterm (ϕREF) gemäß einem Phasenbrechungsindex bei der Bezugsfrequenz (fR) und einer physischen Ausbrei­ tungslänge (z) der optischen Komponente ermittelt wird.
11. Meßverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner den Schritt des Berechnens einer relativen Gruppenlaufzeit (GD) aus einem ersten Phasenbrechungs­ index innerhalb des ersten Phasenterms, einem zweiten Phasenbrechungsindex innerhalb des zweiten Phasenterms und einer Serie von Phasenbrechungsindizes innerhalb der Serie von Phasentermen aufweist.
12. Meßverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner den Schritt des Berechnens einer chromatischen Dispersion (D) aus einem ersten Phasenbrechungsindex innerhalb des ersten Phasenterms, einem zweiten Pha­ senbrechungsindex innerhalb des zweiten Phasenterms und einer Serie von Phasenbrechungsindizes innerhalb der Serie von Phasentermen aufweist.
13. Meßverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die vordefinierten Frequenzen innerhalb des vorbe­ stimmten Frequenzsegments eine einheitliche Frequenz­ beabstandung aufweisen, die gleich zweimal der Fre­ quenzbeabstandung zwischen den modulierten optischen Trägern in der Serie der modulierten optischen Träger ist.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die Serie der modulierten optischen Träger und die ersten Modu­ lationsseitenbänder bei der Bezugsfrequenz (fR) und die zweiten Modulationsseitenbänder durch ein schritt­ artiges Verändern der Frequenz der modulierten opti­ schen Träger von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz und durch ein schrittartiges Verändern der Modulationsfrequenz der modulierten optischen Träger von der ersten Modulationsfrequenz zu der zweiten Mo­ dulationsfrequenz durch gleiche Frequenzschritte ge­ bildet werden.
15. Meßverfahren zum Isolieren dispersiver Kennzeichen einer optischen Komponente bei diskreten optischen Frequenzen, mit folgenden Schritten:
Modulieren eines ersten optischen Trägers, der eine erste Frequenz (fC1) aufweist, bei einer ersten Mo­ dulationsfrequenz, um ein Modulationsseitenband bei einer Bezugsfrequenz (fR) und ein Modulationsseiten­ band, das mit einem ersten Endpunkt eines ersten Frequenzsegments (S1) übereinstimmt, zu erzeugen; Durchführen einer ersten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung des modulierten ersten optischen Trä­ ger, wobei das Modulationsseitenband bei der Bezugs­ frequenz (fR) einen Bezugsphasenterm (ϕREF) liefert;
Modulieren eines zweiten optischen Trägers, der eine zweite Frequenz (fC2) aufweist, bei einer zweiten Modulationsfrequenz, um ein Modulationsseitenband bei der Bezugsfrequenz (fR) und ein Modulationssei­ tenband, das mit einem zweiten Endpunkt des ersten Frequenzsegments (S1) übereinstimmt, zu erzeugen;
Durchführen einer zweiten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung des modulierten zweiten optischen Trä­ gers;
Modulieren einer ersten Serie von optischen Trägern, wobei jeder eine Frequenz aufweist, die zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz liegt und jeder ein erstes Modulationsseitenband bei der Be­ zugsfrequenz (fR) und ein zweites Modulationsseiten­ band, das mit einer einzigen der vordefinierten Fre­ quenzen innerhalb des ersten Frequenzsegments (S1) übereinstimmt, aufweist;
Durchführen einer ersten Serie von Modulations­ phasenverschiebungsmessungen bei der modulierten ersten Serie der optischen Träger, wobei jede Modu­ lationsphasenverschiebungsmessung in der ersten Se­ rie der Modulationsphasenverschiebungsmessungen bei einem entsprechenden modulierten optischen Träger in der ersten Serie der modulierten optischen Träger durchgeführt wird;
Modulieren eines dritten optischen Trägers bei einer Serie von Modulationsfrequenzen, wobei jede Modula­ tionsfrequenz zwischen der ersten Modulationsfre­ quenz und der zweiten Modulationsfrequenz liegt, um eine Serie von ersten Modulationsseitenbändern, die jeweils mit einer einzigen der vordefinierten Fre­ quenzen innerhalb des ersten Frequenzsegments über­ einstimmen, und eine Serie von zweiten Modulations­ seitenbändern innerhalb eines zweiten Frequenzseg­ ments (S2) zu erzeugen;
Durchführen einer zweiten Serie von Modulations­ phasenverschiebungsmessungen des modulierten dritten optischen Trägers, wobei jede Modulationsphasenver­ schiebungsmessung in der zweiten Serie der Modula­ tionsphasenverschiebungsmessungen bei dem dritten optischen Träger bei einer entsprechenden der Serie der Modulationsfrequenzen durchgeführt wird;
Ableiten eines ersten Phasenterms bei dem ersten Endpunkt von der ersten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung und dem Bezugsphasenterm (ϕREF);
Ableiten eines zweiten Phasenterms bei dem zweiten Endpunkt von der zweiten Modulationsphasenverschie­ bungsmessung und dem Bezugsphasenterm (ϕREF);
Ableiten einer ersten Serie von Phasentermen, die jeweils den vordefinierten Frequenzen innerhalb des ersten Frequenzsegments (S1) entsprechen, von der Sequenz der Modulationsphasenverschiebungsmessungen; und
Ableiten einer zweiten Serie von Phasentermen bei einer Serie von Frequenzen, die den Frequenzen der Serie der zweiten Modulationsseitenbänder innerhalb des zweiten Frequenzsegments (S2) entsprechen, von der zweiten Serie der Modulationsphasenverschie­ bungsmessungen.
16. Meßverfahren gemäß Anspruch 15, bei dem der Bezugspha­ senterm (ϕREF) gemäß einem Phasenbrechungsindex bei der Bezugsfrequenz (fR) und einer physischen Ausbrei­ tungslänge (z) der optischen Komponente ermittelt wird.
17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem die erste Serie der modulierten optischen Träger und die ersten Modulationsseitenbänder bei der Bezugsfrequenz (fR) und die zweiten Modulationsseitenbänder durch ein schrittartiges Verändern der Frequenz der modulierten optischen Träger von der ersten Frequenz zu der zwei­ ten Frequenz und durch ein schrittartiges Verändern der Modulationsfrequenz der modulierten optischen Trä­ ger von der ersten Modulationsfrequenz zu der zweiten Modulationsfrequenz durch gleiche Frequenzschritte ge­ bildet werden.
18. Meßverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das ferner den Schritt des Berechnens einer relativen Gruppenlaufzeit (GD) von einem ersten Phasenbrechungs­ index innerhalb des abgeleiteten ersten Phasenterms, einem zweiten Phasenbrechungsindex innerhalb des abge­ leiteten zweiten Phasenterms, einer ersten Serie von Phasenbrechungsindizes innerhalb der abgeleiteten er­ sten Serie von Phasentermen und einer zweiten Serie von Phasenbrechungsindizes innerhalb der abgeleiteten zweiten Serie von Phasentermen aufweist.
19. Meßverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das ferner den Schritt des Berechnens einer chromatischen Dispersion (D) von einem ersten Phasenbrechungsindex innerhalb des abgeleiteten ersten Phasenterms, einem zweiten Phasenbrechungsindex innerhalb des abgelei­ teten zweiten Phasenterms, einer ersten Serie von Pha­ senbrechungsindizes innerhalb der abgeleiteten ersten Serie von Phasentermen und einer zweiten Serie von Phasenbrechungsindizes innerhalb der abgeleiteten zweiten Serie von Phasentermen aufweist.
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