DE602004005390T2

DE602004005390T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des spektralen Inhaltes eines optischen Signals

Info

Publication number: DE602004005390T2
Application number: DE602004005390T
Authority: DE
Inventors: Mohan Gurunathan; William Ian Mcalexander; Tun S. Tan
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: US20050068533A1; DE602004005390D1; EP1519171B1; JP2005099025A; US7265849B2; EP1519171A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Systeme und Verfahren zum Ermitteln des spektralen Inhalts eines optischen Signals.
HINTERGRUND
Heterodyne Detektion bezeichnet Detektion, bei der ein empfangenes Signal mit einem lokalen Oszillatorsignal gemischt wird, um eine Zwischenfrequenz (IF) zur weiteren Verarbeitung zu erzeugen. Ein Beispiel von heterodyner optischer Spektralanalyse wird von Baney et al. in IEEE Photonics Technology Letters 14(3) (März 2002) behandelt. Die 1 stellt einen kohärenten optischen Spektralanalysator 100 nach dem beschriebenen Design dar. Ein optisches Signal (mit E_s(t) bezeichnet), das analysiert werden soll, kann einer Eingangsfaser des optischen 2 × 2-Kopplers 101 zur Verfügung gestellt werden. Ein lokaler Oszillator 102 kann ein lokaler Oszillator-Signal (mit E_LO(t) bezeichnet) der anderen Eingangsfaser des optischen Kopplers 101 zur Verfügung stellen. Der optische Koppler 101 überlagert die optischen Signale (E_s(t) und E_LO(t)). Die Ausgangssignale des optischen Kopplers 101 (mit E_A(t) bzw. E_B(t) bezeichnet) werden verwendet, um Photodetektoren 103a bzw. 103b (z. B. Photodioden) zu beleuchten. Eine Verstärkung wird durch Transimpedanzverstärker 104a und 104b ausgeführt. Der Ausgang eines der Transimpedanzverstärker 104 wird von dem anderen Transimpedanzverstärker 104 durch einen Kombinator 105 subtrahiert.
Das heterodyne Signal ist durch A(t)cos(2πΔft + ΔΦ(t)) gegeben, wobei A die heterodyne Amplitude, Δf die heterodyne Schwebungsfrequenz und ΔΦ die heterodyne Phase ist. Die heterodyne Amplitude (A) hängt von der Leistung des lokalen Oszillators und der Leistung des optischen Signals ab. Die heterodyne Schwebungsfrequenz (Δf) wird durch die momentane Frequenzdifferenz zwischen der Frequenz des optischen Signals und der Frequenz des lokalen Oszillators gegeben. Ebenso wird die heterodyne Phase (ΔΦ) durch die momentane Phasendifferenz zwischen der Phase des optischen Signals und der Phase des lokalen Oszillators gegeben.
US-A-5,146,359 offenbart ein System zur Ermittlung eines spektralen Inhalts eines optischen Signals, umfassend ein optisches Hybrid zum Kombinieren des optischen Signals und ein optisches LO-Signal, um phasendiverse Komponenten zu erzeugen; mehrere Photodetektoren; mehrere Verstärker zum Verstärken der Signale von den Photodetektoren; mehrere Mischer zum Mischen der verstärkten Signale mit einem elektrischen LO-Signal und einen heterodynen Demodulator, der ein Basisbandsignal bereitstellen kann.
Die vorliegende Erfindung gibt ein System und Verfahren an zum Ermitteln eines spektralen Inhalts eines optischen Signals nach den Ansprüchen 1 bzw. 6.
ABRISS
Ausführungen nach der Erfindung führen optische Spektralanalyse mittels heterodyner Umwandlung eines optischen Signals durch. Nach der Erfindung kann die heterodyne Umwandlung vorteilhaft in zwei Schritten durchgeführt werden. Im ersten Schritt findet eine phasendiverse heterodyne Umwandlung statt, um ein empfangenes optisches Signal in phasendiverse IF-Signale höherer Frequenzen umzuwandeln. Die höhere Frequenz wird gewählt, um mit einem Bereich des empfangenen Signals mit niedrigem Intensitätsrauschen übereinzustimmen. Im zweiten Schritt findet eine elektrische heterodyne Umwandlung statt, um die IF-Signale höherer Frequenzen in phasendiverse IF-Signale niederer Frequenzen umzuwandeln. Die niedrigere Frequenz wird gewählt, um mit der Bandbreite der elektrischen Verarbeitungsschaltkreise übereinzustimmen, die mit der nachfolgenden Verarbeitungsstruktur verbunden sind. Die Spektralanalyse wird dann mittels der IF-Signale niederer Frequenz durchgeführt. Durch die Verarbeitung der phasendiversen heterodynen Signale kann eine Quadraturwiedergabe des spektralen Inhalts des optischen Signals erhalten werden. Das negative Bild und das positive Bild, die mit der üblichen Bandpaßfilterung verbunden sind, können mit der Quadraturwiedergabe gefiltert werden, wobei die Auflösung der Spektralanalyse verbessert wird. Darüber hinaus werden, da die Ausgangs-Mischfrequenz in der Spektralanalyse bei höheren Frequenzen auftritt, bei denen das Intensitätsrauschen niedriger ist, die Anforderungen an den Abgleich innerhalb des optischen Empfängers merklich gesenkt.
Vorstehend wurden sehr allgemein die Merkmale und technischen Vorteile von Ausführungen nach der vorliegenden Erfindung dargelegt, damit die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden kann. Zusätzliche Merkmale und Vorteile, welche den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden, werden im folgenden beschrieben. Der Fachmann sollte anerkennen, daß die offenbarten Konzepte und speziellen Ausführungen leicht als eine Grundlage verwendet werden können, um andere Strukturen zu modifizieren oder zu entwerfen, um den gleichen Zweck auszuführen. Die Merkmale, welche für Ausführungen nach der Erfindung als charakteristisch angesehen werden, sowohl bezüglich ihrer Organisation als auch ihrer Betriebsweise, zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen können besser durch die folgende Beschreibung, betrachtet im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, verstanden werden. Man sollte jedoch ausdrücklich anerkennen, daß jede der Figuren nur zum Zweck der Erläuterung und Beschreibung angegeben ist und nicht als eine Definition der Beschränkungen von Ausführungen nach der Erfindung beabsichtigt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der Ausführungen nach der Erfindung wird nun auf die folgenden Beschreibungen Bezug genommen, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, bei denen:
1 einen kohärenten optischen Spektralanalysator nach bekannten Designs darstellt;
2 ein System zum Durchführen von optischer Spektralanalyse darstellt, welches heterodyne Umwandlung eines optischen Signals in Ausführungen nach der Erfindung verwendet;
3A einen optischen 3 × 3-Koppler darstellt, um die Erläuterung der Leistung von Spektralanalyse durch Ausführungen nach der Erfindung zu erleichtern;
3B eine Verbindungsstruktur zur Erzeugung eines Quadratursignals mit dem optischen 3 × 3-Koppler, der in 3A gezeigt ist, zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Spektralanalyse durch Ausführungen nach der Erfindung darstellt.
4 stellt eine Darstellung eines heterodynen Signals in der komplexen Ebene dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die 2 stellt ein System 200 zur Durchführung von optischer Spektralanalyse mittels heterodyner Umwandlung eines optischen Signals dar. Das System 200 führt heterodyne Umwandlung vorteilhaft in zwei Stufen durch. In der ersten Stufe findet eine phasendiverse heterodyne Umwandlung statt, um das empfangene optische Signal in phasendiverse IF-Signale höherer Frequenzen umzuwandeln. Die höhere IF wird gewählt, um mit dem minimalen Beitrag von Intensitätsrauschen übereinzustimmen. Insbesondere wird die höhere IF so gewählt, daß die höhere IF oberhalb der Schwebung jeder der beiden Komponenten in dem analysierten Signal liegt. Durch die Auswahl der höheren IF in dieser Weise kann das relative Intensitätsrauschen (RIN) eliminiert werden. In der zweiten Stufe findet eine elektrische heterodyne Umwandlung statt, um die IF-Signale höherer Frequenzen in phasendiverse IF-Signale niederer Frequenzen umzuwandeln. Die niedrigere IF erlaubt es, das elektrische Signal auf einen Frequenzbereich abwärts zu wandeln, der mit der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Signalverarbeitungsblocks 205 übereinstimmt. Die Spektralanalyse wird mittels der phasendiversen IF-Signale niederer Frequenzen durchgeführt.
Wie in 2 gezeigt ist, wird das empfangene optische Signal an einen optischen N × N-Koppler 201 übergeben, wobei N > 2. Vor dem Übergeben an den optischen Koppler 201 kann ein optisches Signal an einen optischen Bandpaßfilter 202 übergeben werden. Der optische Bandpaßfilter 202 kann ein einstellbarer Schmalband-Vorselektionsfilter sein. Der optische Bandpaßfilter 202 arbeitet, um unnötige Anteile des empfangenen optischen Signals zu entfernen, die zum RIN beitragen könnten. Der optische Bandpaßfilter 202 kann für bestimmte Anwendungen weggelassen werden, wenn dies erwünscht ist. Ein lokaler Oszillator 102 (z. B. ein geeigneter einstellbarer Laser) sieht ein einstellbares lokaler Oszillator-Signal an einem anderen Eingang des optischen N × N-Kopplers 201 vor. Der optische N × N-Koppler 201 überlagert die optischen Felder und sieht entsprechende N Ausgänge vor. Obwohl der optische N × N-Koppler 201 so in 2 gezeigt ist, daß N > 2, können andere geeignete Strukturen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Netzwerk von optischen 2 × 2-Kopplern verwendet werden, um das lokale Oszillator-Signal mit dem zu analysierenden Signal zu verbinden. Alternativ können andere optische Hybride verwendet werden, um die angestrebte Phasendiversität zu erzeugen, einschließlich optischer Freiraumelemente (z. B. Strahlteiler).
Jeder der Ausgänge des N × N-Kopplers 201 wird verwendet, um einen entsprechenden Photodetektor (gezeigt als 103a–103c) zu beleuchten. Die Photodetektoren 103a–103c können als Photodioden implementiert werden. Jeder der Photodetektoren 103 wandelt sein jeweiliges einfallendes optisches Signal in ein zugehöriges elektrisches Signal um. Darüber hinaus sind in einer Ausführung die Photodetektoren 103a–103c seriell angeordnet. Die Serienanordnung der Photodetektoren 103a–103c bildet dazwischen liegende Knoten 206 und 207 aus. Radiofrequenz(RF)-Filter/Verstärker 208a und 208b führen Bandpaßfilterung bei einer genügend hohen Frequenz durch, um RIN-Rauschen zu eliminieren. Das RIN-Rauschen entsteht aus den heterodynen Schwebungen von verschiedenen spektralen Komponenten innerhalb des Signalspektrums selbst. RIN höherer Frequenzen kann auf Schwebungen zwischen Komponenten des Signals mit größerem Frequenzabstand zurückgeführt werden. Der RIN-Frequenzbereich ist letztlich durch die spektrale Breite des Signals begrenzt. Die gefil terten Signale, die von den RF-Filtern/Verstärkern 208a und 208b erzeugt werden, stimmen mit dem Bereich mit minimalem Intensitätsrauschen überein, der mit dem zu analysierenden Signal verbunden ist. Daraus folgt, daß die eigentliche Mittenfrequenz der Filterung größer sein sollte als die effektive spektrale Breite des unbekannten Signals. Die RF-Filter/Verstärker 208a und 208b verstärken auch die Spannungen, die an den Knoten 206 und 207 anliegen. Die Signale von den RF-Filtern/Verstärkern 208a und 208b sind IF-Signale höherer Frequenzen.
Die Signale aus den RF-Filtern/Verstärkern 208a und 208b werden mit einem elektrischen LO-Signal von einem elektrischen LO 204 gemischt. In Ausführungen nach der Erfindung können die RF-Mischer 203a und 203b als Spiegelfrequenz-Mischer implementiert werden. Die Mischer 203a und 203b führen eine elektrische heterodyne Umwandlung durch, bei der die IF-Signale höherer Frequenzen in IF-Signale relativ niederer Frequenzen abwärtsgewandelt werden. Dies ist vorteilhaft, weil die Komponenten höherer Frequenzen bei der Umwandlung in der ersten Stufe nicht unter dem Intensitätsrauschen leiden, welches erfahren würde, wenn Komponenten niedrigerer Frequenzen verwendet würden. Mit anderen Worten erlaubt die heterodyne Umwandlung der zweiten Stufe, daß heterodyne Komponenten ohne Intensitätsrauschen in Signale niedrigerer Frequenzen abgebildet werden, die mit dem Signalverarbeitungsblock 205 kompatibel sind. Daher werden die Anforderungen an die Subtraktion (Abgleich) von Intensitätsrauschen, die mit den Photodetektoren 103 verbunden sind, wesentlich gelockert.
Ein Signalverarbeitungsblock 205 kann die Spektralanalyse durchführen. Der Signalverarbeitungsblock 205 kann mittels geeigneter analoger Schaltungen implementiert werden. Alternativ kann der Signalverarbeitungsblock 205 mittels Analog-Digital-Wandlungsstrukturen, einem digitalen Signalprozessor und/oder geeigneten ausführbaren Befehlen implementiert werden. Der Signalverarbeitungsblock 205 kann spektrale Hüllkurvendemodulation ausführen, weil die heterodyne Amplitude und die heterodyne Phase aus den phasendiversen IF-Signalen niedrigerer Frequenzen ermittelt werden können. Des weiteren kann der Signalverarbeitungsblock 205 das negative Bild von dem positiven Bild trennen, die von den Filtern stammen, die in den RF-Filtern/Verstärkern 208 vorhanden sind. Durch das Isolieren der Bilder während des Durchlaufs durch das geeignete Spektrum kann die Auflösung der Spektralanalyse erhöht werden.
Der Stand der Technik (1) verwendet eine skalare Messung des heterodynen Signals. Wie oben behandelt wurde, ist eine heterodynes Signal gegeben durch: A(t)cos(2πΔft + ΔΦ(t)). Eine einzelne skalare Messung des heterodynen Signals kann die hete rodyne Amplitude (A(t)) nicht auflösen, weil es zwei Unbekannte gibt (d. h. die heterodyne Amplitude A(t) und die heterodyne Phase ΔΦ(t)). Selbst wenn bekannt ist oder angenommen wird, daß A(t) über die Zeit konstant ist, kann die heterodyne Phase (ΔΦ(t)) nicht mit völliger Sicherheit ermittelt werden, weil die Arkuskosinus-Funktion nicht einwertig ist. Daher ist es aus einer einzigen Messung des heterodynen Signals weder möglich, die relative Phase (ΔΦ(t)) mit Sicherheit zu kennen, noch zu wissen, ob die Frequenzdifferenz (Δf) positiv oder negativ ist. Darüber hinaus machen Schwankungen der Amplitude des heterodynen Signals die Ermittlung des Phasenarguments problematisch.
Ausführungen nach der Erfindung überwinden diese Schwierigkeiten, indem sie zwei unabhängige und gleichzeitige Messungen des heterodynen Signals erlauben, um die beiden Unbekannten (die heterodyne Amplitude A(t) und die heterodyne Phase ΔΦ(t)) zu erhalten. Insbesondere stellen Ausführungen nach der Erfindung das heterodyne Signal als eine Vektorgröße von folgender Form dar: A(t)e^{i(2πΔft + ΔΦ(t))} Das Phasenargument (2πΔft + ΔΦ(t)) des heterodynen Signals kann eindeutig berechnet werden durch: arctan{Im{H(t)}/Re{H(t)}, wobei H(t) das heterodyne Vektorsignal darstellt. Die reelle und die imaginäre Komponente des heterodynen Signals machen also die Komponenten aus, die simultan gemessen werden sollen. Die eindeutige Natur dieser Phasenberechnung kann erkannt werden, indem man H(t) als einen Vektor in der komplexen Ebene zeichnet, wie in 4 gezeigt ist. Die In-Phase-Komponente (die „I"-Komponente) und die Quadraturkomponente (die „Q"-Komponente) spannen die reelle und die imaginäre Achse des Vektorraumes 400 nicht-trivial auf.
Es gibt drei wesentliche Vorteile der Vektordarstellung des heterodynen Signals gegenüber der skalaren Darstellung. Zum ersten wird deutlich, ob die heterodyne Frequenz (Δf) positiv oder negativ ist. Zum zweiten kann die relative Phase (ΔΦ(t)) ohne Zweideutigkeit ermittelt werden. Schließlich ist die Phasenmessung nun völlig von den Schwankungen der heterodynen Amplitude (A(t)) abgekoppelt, und analog sind die Messungen der heterodynen Amplitude (A(t)) unabhängig von Schwankungen in der relativen Phase (ΔΦ(t)). Daher wird jedes System oder Verfahren, welches ein heterodynes Signal mittels mehrerer Signalkomponenten, welche die reelle und imaginäre Achse nicht-trivial aufspannen, erzeugt oder anderweitig verarbeitet, so beschrieben, daß es phasendiverse Signalkomponenten erzeugt oder verarbeitet.
Die 3A stellt einen optischen 3 × 3-Koppler 300 dar, um die Erörterung der Konstruktion einer Quadraturwiedergabe des heterodynen Signals zu erleichtern. Spezifisch kann ein komplexes Signal S dargestellt werden als: I + iQ, wobei I die In-Phase-Komponente und Q die Quadraturkomponente ist. Das Quadratursignal (S) ist mit dem hete rodynen Signal verknüpft wie folgt: S = (Amplitude)e^{i(2πΔft + ΔΦ)} %(P_LOP_unknown)^½e^{i(2πΔft + ΔΦ)}, wobei P_LO die Leistung des lokalen Oszillators und P_unknown die Leistung des analysierten Signals ist. Das komplexe Signal S weist, per Konstruktion, eine festgelegte Amplitude und Phase auf. Die Amplitude steht mit der unbekannten Signalleistung (P_unknown) in Zusammenhang, was es erlaubt, daß die unbekannte Signalleistung unabhängig von dem Wert der Phase des Quadratursignals präzise gemessen wird.
Um das Quadratursignal zu konstruieren umfaßt ein optische Koppler 300, wie er in 3A gezeigt ist, drei Ausgänge (mit 301–303 bezeichnet). Ein Eingang 301 empfangt das zu analysierende optische Signal. Ein Eingang 303 empfingt das lokaler Oszillator-Signal. Signale E₁ bis E₃ von den Ausgängen 304–306 des optischen 3 × 3-Kopplers 300 werden verwendet, um entsprechende Photodetektoren 103a–103c zu beleuchten. Die resultierenden Photoströme sind mit P₁ bis P₃ bezeichnet. Angenommen, der optische 3 × 3-Koppler 300 ist ein idealer Koppler, so werden die Signale E₁ bis E₃ und P₁ bis P₃ durch die Gleichungen (1) und (2) gegeben:
wobei R die Ansprechcharakteristik des Photodetektors 103 ist.
Durch das Vorsehen von Phasendiversität (das Umfassen von mehreren Signalkomponenten, welche nicht-trivial die reelle und imaginäre Achse aufspannen) und durch die Verwendung von P₂ als Gemeinsame-Mode-Kanals können die drei heterodynen Signale P₁ bis P₃ in eine Quadraturwiedergabe transformiert werden. Der Kombinationsblock 350 von 3B beispielsweise kann den I-Kanal aus (P₁ – P₃) und den Q-Kanal aus (1/√3)(P₁ – 2P₂ + P₃) erzeugen. Das resultierende Quadratursignal (S = I + iQ) ist ein komplexes Signal, welches sowohl Amplituden- wie Phaseninformation umfaßt. Diese Konstruktion des Quadratursignals ist angepaßt gemäß der Signalverarbeitung mittels eines optischen 3 × 3-Kopplers, die in den 3A und 3B gezeigt ist. Die Quadraturwiedergabe kann durch ähnliche Techniken für andere phasendiverse Konfigurationen durch den Fachmann erzeugt werden.
Durch die Konstruktion der Quadraturwiedergabe des heterodynen Signals ist es klar, ob die heterodyne Frequenz (Δf) positiv oder negativ ist. Zum zweiten kann die relative Phase (ΔΦ(t)) ohne Zweideutigkeit ermittelt werden. Schließlich ist die Phasenmessung nun völlig von Schwankungen der heterodynen Amplitude (A(t)) abgekoppelt, und analog sind die Messungen der heterodynen Amplitude (A(t)) unabhängig von Schwankungen in der relativen Phase (ΔΦ(t)). Da die Messung der Amplitude unabhängig ist, weisen Ausführungen nach der Erfindung eine größere Amplitudenreproduzierbarkeit auf. Speziell beeinflussen Schwankungen der relativen Phase von Analyse zu Analyse nicht die resultierenden Amplitudenmessungen. Darüber hinaus kann das Quadratursignal, nachdem die Quadraturwiedergabe erhalten ist, einer komplexen Filterung unterworfen werden, um das negative Bild von dem positiven Bild zu trennen. Zum Beispiel kann der Verarbeitungsblock 205 einen geeigneten komplexen Filter umfassen, um das negative Bild von dem positiven Bild zu trennen. Speziell kann der komplexe Filter konstruiert werden, indem eine komplexe Impulsantwort mit geeignetem Fenster verwendet wird, die auf e^–2ΠΔft oder e^+2ΠΔft basiert, um entweder das negative Bild oder das positive Bild zu isolieren.
Die Anordnung in 3B ist zu dem Zweck geringfügig abweichend von der Anordnung, die in 2 gezeigt ist, um die Erläuterung zur Bequemlichkeit des Lesers zu vereinfachen. Speziell wird in 3B gezeigt, daß jedes Signal der Signale P₁ bis P₃ einzeln verarbeitet wird. In 2 wird jedoch eine „Kopf-bis-Fuß"-Anordnung gezeigt, in der die IF-Signale höherer Frequenzen der ersten Stufe der heterodynen Umwandlung von Knoten zwischen den Photodetektoren 103 ausgehen. Die in 2 gezeigte Anordnung ist vorteilhaft, weil sie nur zwei Signalwege von der ersten Stufe der heterodynen Umwandlung umfaßt. Die abgebildete Kopf-bis-Fuß-Anordnung von 2 implementiert die Subtraktion des Intensitätsrauschens. Das Ausbilden des Quadratursignals aus den abwärtsgewandelten repräsentativen Signalen kann beispielsweise durch geeignete digitale Signalverarbeitung in Verbindung mit dem Verarbeitungsblock 205 durchgeführt werden. Durch das Isolieren der Bilder kann die spektrale Auflösung der Spektralanalyse verbessert werden.
Ausführungen nach der Erfindung erlauben es, die Amplitude und relative Phase des heterodynen Signals zu ermitteln. Als ein Ergebnis wird die Amplituden-Reproduzierbarkeit der Spektralanalyse deutlich verbessert, weil die Amplitudenmessung nicht von der relativen Phase des gemessenen Signals und von dem optischen lokaler Oszillator-Signal abhängig ist. Weiter kann das optische Frequenzbild, das aus der Bandpaßfilterung resultiert, wegen der Phasendiversitätscharakteristik zurückgewiesen werden. Darüber hinaus ermöglichen Ausführungen nach der Erfindung den Betrieb bei Frequenzen, bei denen das Intensitätsrauschen wesentlich niedriger ist. Daher werden die Anforderungen an die Subtraktion des Intensitätsrauschens wesentlich gelockert. Dabei wird der Abgleich des Frequenzgangs auf die Photodetektoren abgeschwächt.
Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll nicht auf die speziellen Ausführungen nach der Erfindung, die in der Patentschrift beschrieben sind, beschränkt sein. Wie ein Fachmann aus der Offenbarung sofort erkennen wird, können Vorgänge, Geräte, Herstellungsweisen, materielle Zusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, sowohl solche, die gegenwärtig existieren, wie auch solche, die später entwickelt werden, verwendet werden, die im wesentlichen dieselbe Funktion ausführen oder im wesentlichen dieselben Ergebnisse erzielen wie die entsprechenden Ausführungen, die hier beschrieben sind. Daher sollen die angefügten Ansprüche innerhalb ihres Schutzumfangs solche Vorgänge, Geräte, Herstellungsweisen, materielle Zusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte umfassen.

Claims

System zum Ermitteln des spektralen Inhalts eines optischen Signals, mit folgenden Merkmalen: ein optischer Hybrid (201) zum Kombinieren des optischen Signals und eines optischen lokaler Oszillator (LO)-Signals zum Erzeugen von phasengemischten Komponenten; mehrere Photodetektoren (103), wobei jeder Photodetektor von jeweils einer der phasengemischten Komponenten beleuchtet wird, wodurch das optische Signal und das optische lokaler Oszillator-Signal gemischt werden; mehrere Bandpaßfilter (208) zur Bandpaßfilterung von Signalen der mehreren Photodetektoren, wobei die Bandpaßfilter gefilterte Signale derart erzeugen, daß sie mit einem Bereich geringer Intensität des optischen Signals übereinstimmen; mehrere Mischer (203) zum Mischen der gefilterten Signale von den mehreren Bandpaßfiltern mit einem elektrischen lokaler Oszillator (LO)-Signal; und ein Signalverarbeitungsmodul (205), welches den spektralen Inhalt unter Verwendung von Signalen von den mehreren Mischern ermittelt.
System nach Anspruch 1, wobei das Signalverarbeitungsmodul (205) negative Bilder von positiven Bildern trennt und den spektralen Inhalt der negativen Bilder und/oder der positiven Bilder ermittelt.
System nach Anspruch 1 oder 2, mit dem weiteren Merkmal: eine Laserquelle zum Erzeugen des optischen lokaler Oszillator (LO)-Signals.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit dem weiteren Merkmal: mehrere Verstärker (208) zum Verstärken der Signale von den mehreren Photodetektoren (103), bevor die mehreren Mischer (203) in Betrieb gehen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Photodetektoren (103) in einer Serienanordnung verbunden sind und jeder der mehreren Bandpaßfilter (208) mit einem entsprechenden Knoten zwischen zwei entsprechenden Photodetektoren der mehreren Photodetektoren (103) verbunden ist.
Verfahren zum Ermitteln des spektralen Inhalts eines optischen Signals, mit folgenden Verfahrensschritten: Vorsehen des optischen Signals und eines optischen lokaler Oszillator (LO)-Signals an Eingängen eines optischen Hybrids zum Erzeugen von phasengemischten Komponenten; Photodetektieren der phasengemischten Komponenten mit Hilfe mehrerer Photodetektoren (103), von denen jeder von einer entsprechenden Komponente der phasengemischten Komponenten beleuchtet wird, wodurch das optische Signal mit dem lokaler Oszillator (LO)-Signal gemischt wird; Bandpaßfiltern von Signalen aufgrund der Photodetektion zum Erzeugen gefilterter Signale, welche einem Rauschbereich geringer Intensität des optischen Signals entsprechen; Mischen der gefilterten Signale mit einem elektrischen lokaler Oszillator (LO)-Signal; und Ermitteln des spektralen Inhalts des optischen Signals unter Verwendung von Signalen, die sich bei dem Mischen ergeben.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Ermittelns umfaßt: Erzeugen einer Quadratursignalwidergabe aufgrund der Signale, die sich bei dem Mischen ergeben; und Trennen eines negativen Bildes und eines positiven Bildes aus der Quadratursignalwidergabe.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, mit dem weiteren Verfahrensschritt: Verstärken von Signalen aufgrund der Photodetektion vor dem Durchführen des Mischens.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die Photodetektion von mehreren Photodioden (103) durchgeführt wird, welche in einer Serienanordnung verbunden sind, und die Bandpaßfilterung Signale filtert, die jeweils an Knoten zwischen zwei entsprechenden Photodioden der mehreren Photodioden (103) empfangen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der optische Hybrid ein optischer N × N-Koppler ist, wobei N > 2.