DE68915553T2

DE68915553T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung optischer Signale mit Verwendung einer gategesteuerten Modulationsquelle und eines optischen Verzögerungskreises zum Erhalt eines Selbsthomodyn-Empfängers.

Info

Publication number: DE68915553T2
Application number: DE68915553T
Authority: DE
Inventors: Douglas Baney; Wayne V Sorin
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2009-01-21
Also published as: JPH01308971A; JP2842882B2; EP0325480A2; US4859843A; EP0325480B1; DE68915553D1; EP0325480A3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Analyse eines optischen Spektrums und insbesondere auf die Messung des Spektrums eines inodulierten optischen Signals. Die Erfindung richtet sich speziell auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Spektrums eines modulierten optischen Signals unter Verwendung einer Tor-gesteuerten Modulationsquelle und eines autohomodynen Erfassungsverfahrens, das auf der Verwendung einer optischen Verzögerungsschaltung basiert, um das Spektrum eines optischen Feldes eines modulierten optischen Signals wiederzugewinnen.
Das Leistungsspektrum einer optischen Quelle bestimmt das Verhalten jeglichen optischen Geräts, wie z.B. eines optischen Glasfasersystems oder zugeordneten Komponenten, die mit dieser Quelle arbeiten. Wenn z.B. ein Lasersender ein optisches Glasfasersystem für eine Verbindung mit einem optischen Empfänger an einem anderen Ort in dem optischen Glasfasersystem speist, bestimmt das Leistungsspektrum des Lasers den Betrag der Impulsverzerrung aufgrund der Dispersion in der optischen Glasfaser und folglich die Effektivität der Nachrichtenverbindung.
Verschiedene Techniken zur Messung dieses Leistungsspektrums sind bekannt. Unglücklicherweise haben sie alle Beschränkungen und/oder Nachteile bei der Durchführung von Leistungsspektrumsmessungen.
Eine bekannte Technik schließt die Verwendung eines Gitterspektrometers ein. In der Praxis übersteigen jedoch die Auflösungsanforderungen oft die, die mit einem Gitterspektrometer möglich sind.
Andere bekannte Techniken verwenden Fabry Perot-, Mach Zehnder- oder Michelson-Diskriminatoren. Das Vorhandensein einer Amplitudenmodulation (AM) stört jedoch die Messungen, die mit diesen Diskriminatoren durchgeführt werden.
Eine weitere bekannte Technik verwendet ein Abtast-Fabry- Perot-Spektrometer. Dieses Spektrometer hat jedoch einen begrenzten dynamischen Frequenzbereich, wenn es über einem breiten spektralen Band betrieben wird.
Abschließend wird eine Technik für eine synthetische, heterodyne Interferometrie für die spektrale Analyse eines Halbleiterlasers bei Abitbol, C., Gallion, P., Nakajima, H., und Chabran, C.: "Analyse de la Largeur Spectrale d'un Laser Semiconductor par Interferometrie Heterodyne Synthetique", J. Optics (Paris), 1984, Vol. 15, Nr. 6, Seiten 411 - 418 offenbart. Der Laser ist durch Überlagerung eines Rechteck- Wellensignals mit kleiner Amplitude auf einen Vorspannungsinjektionsstrom Frequenz-abgetastet. Das optische Feld wird durch ein unsymmetrisches Mach Zehnder Einzel-Mode Glasfaserinterferometer analysiert, das eine optische Verzögerungsschaltung einschließt. Ein Detektor an dem Ausgang des Interferometers agiert als ein optischer Produktdetektor. Unglücklicherweise ist die Modulation auf eine Rechteckwelle beschränkt, und die Modulationsrate hängt mit der Verzögerung der optischen Schaltung derart zusammen, daß die Rechteck-Welle eine Periodendauer mit der doppelten Länge der Verzögerung hat.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum direkten Analysieren des Spektrum eines optischen Feldes eines optischen Signals geschaffen, das auf einem Lokaloszillatoransatz zum Hinuntermischen des tatsächlichen Spektrums des optischen Feldes in das Basisband basiert, das folgende Schritte einschließt:
Bereitstellen einer optischen Quelle,
Bereitstellen einer Modulationsquelle zur Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird,
Führen des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, an eine optische Schaltung zum Schaffen von verzögerten und unverzögerten Zuständen des optischen Signals,
Wiedervereinigen der Zustände des optischen Signals, die gleichzeitig zusammen durch die optische Quelle erzeugt werden, nachdem sie durch die optische Schaltung geführt wurden, und
Mischen der wiedervereinigten Zustände des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Bereitstellens einer Modulationsquelle zur Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, das Bereitstellen einer Modulationsquelle zur selektiven Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, derart umfaßt, daß das optische Signal, das durch die optische Quelle erzeugt wird, zwischen a) einem unmodulierten Zustand und b) einem modulierten Zustand, der das interessierende Spektrum des optischen Feldes trägt, wechselt;
daß der unmodulierte Zustand des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, als Lokaloszillatorsignal dient;
wodurch eine autohomodyne Mischung als Reaktion auf den unmodulierten und den modulierten Zustand des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, geschaffen wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Analysesystem für ein optisches Spektrum geschaffen, das folgende Merkmale aufweist:
eine optische Quelle zur Erzeugung eines optischen Signals,
eine Modulationsquelle, die mit der optischen Quelle verbunden ist, zum Modulieren des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird,
einen ersten optischen Leistungsteiler, der mit der optischen Quelle verbunden ist, und das optische Signal, das durch die optische Quelle erzeugt wird, zu teilen,
eine optische Leitung, die einen Eingang und einen Ausgang hat, wobei der Eingang der optischen Leitung mit dem ersten optischen Leistungsteiler verbunden ist,
eine optische Verzögerungsleitung mit einem Eingang und einem Ausgang und einer vorbestimmten Zeitverzögerung, wobei der Eingang der optischen Verzögerungsleitung ebenfalls mit dem ersten optischen Leistungsteiler verbunden ist,
einen zweiten optischen Leistungsteiler zum Wiedervereinigen des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, wobei der Ausgang der optischen Leitung und der Ausgang der optischen Verzögerungsleitung mit dem zweiten optischen Leitungsteiler verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Modulationsquelle eine Torfunktion erzeugt, die als Triggersignal verwendet wird, um eine Torsteuerung eines Modulationssignals, das an das optische Signal, das durch die optische Quelle erzeugt wird, angelegt ist, durchzuführen, wodurch ein Tor-gesteuertes Modulationssignal zur Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, derart erzeugt wird, daß das optische Signal, das durch die optische Quelle erzeugt wird, zwischen a) einem unmodulierten Zustand und b) einem modulierten Zustand, der ein interessierendes Spektrum eines optischen Feldes trägt, wechselt;
wobei das unmodulierte optische Signal, das durch die optische Quelle erzeugt wird, als Lokaloszillatorsignal für eine autohomodyne Mischung mit dem modulierten optischen Signal dient.
Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung sind im wesentlichen Wellenlängen-unabhängig (beschränkt lediglich durch Detektoren und Glasfaserkomponenten > 300nm). Zusätzlich ist kein Nachführen eines zusätzlichen Lokaloszillators erforderlich. Weiterhin wird, anders als bei bekannten Analysesystemen für ein optisches Spektrum, einschl. des einen, das in dem oben erwähnten Artikel von Abitol, u. a. offenbart wurde, eine Hochfrequenzmodulation angelegt, wenn die Modulationsquelle durch eine Tor-Funktion Tor-gesteuert ist, um eine Tor-gesteuerte Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, zu schaffen, d.h., es gibt eine Modulation unter der Tor-Funktion. Diese Modulation kann bei jeglicher Frequenz größer als die Tor-Frequenz sein, und die Modulationsrate hängt nicht von der Verzögerung der optischen Verzögerungsleitung ab.
Die obigen und weitere Merkmale der Erfindung und der begleitenden Vorteile werden durch Fachleute, an die sich die Erfindung in Anbetracht der folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gegeben wird, richtet, besser verstanden. In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Analysesystems für ein optisches Spektrum in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 stellt ein Signal dar, das durch eine Tor-gesteuerte Modulationsquelle, die in dem Analysesystem für das optische Spektrum, das in Fig. 1 gezeigt ist, eingeschlossen ist, erzeugt wird;
Fig. 3, die die Fig. 3A und 3B umfaßt, zeigt Frequenzspektren für ein unmoduliertes optisches Signal (Fig. 3A) und ein entsprechendes moduliertes optisches Signal (Fig. 3B);
Fig. 4, die die Fig. 4A und 4B einschließt, stellt ein optisches Signal dar, das durch eine optische Quelle, die in dem Analysesystem für das optische Spektrum, das in Fig. 1 gezeigt ist, eingeschlossen ist, erzeugt wird, wenn es zwischen zwei Zuständen wechselt, nämlich einem unmodulierten Zustand (Fig. 4A), der als Lokaloszillatorsignal dient und einem modulierten Zustand (Fig. 4B), der das interessierende Spektrum des optischen Feldes trägt;
Fig. 5, die die Fig. 5A und 5B einschließt, zeigt eine Ausgabe eines Mikrowellenspektrumanalysators für eine sinusförmige Modulation, fm = 100 MHz, m = 83% (Fig. 5A), und NRZ (non-return-to-zero) pseudozufällige Bitfolge (PRBS), fc = 350 MHz, m = 20 %, Länge = 2&sup7; - 1 (Fig. 5B), bei Tests mit einem DFB- Laser (DFB = distributed feedback = verteilte Rückkopplung); und
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem maximalen Frequenz-Chirp (bei 1,32 um) und der Modulationstiefe für eine sinusförmige (fm = 300 MHz) und eine PRBS- (fc = 365 MHz) Modulation bei Tests mit einem DFB- Laser.
Die Erfindung läßt eine direkte Messung des Spektrums eines optischen Feldes eines optischen Signals zu. Eine einzelne optische Quelle, wie z.B ein Laser, wird verwendet, um das optische Leistungsspektrum in die Bandbreite eines Analysators, wie z.B einem Mikrowellenspektrum-Analysator, frequenzzuwandeln. Dies wird durch Wechseln, oder Umschalten, des optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, zwischen zwei Zuständen, nämlich einem unmodulierten Zustand, der anstelle eines Lokaloszillatorsignals verwendet wird, und einem modulierten Zustand, der das interessierende Spektrum des optischen Feldes trägt, und durch Mischen dieser Zustände in einem autohomodynen Empfänger, der eine optische Verzögerungsschaltung einschließt, erreicht.
Genauer betrachtet, ist Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Analysesystems für ein optisches Spektrum in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das Analysesystem für das optische Spektrum 10 umfaßt eine optische Quelle 12 zum Erzeugen eines optischen Signals. Die optische Quelle 12 kann z.B. ein Laser, wie z.B ein DFB-Laser, sein.
In Übereinstimmung mit der Erfindung umfaßt das Analysesystem für das optische Spektrum ferner eine Modulationsquelle 14, die mit der optischen Quelle 12 verbunden ist. Die Modulationsquelle 14 ist bevorzugterweise ein Tor-gesteuerter Modulator, der Modulationsstöße erzeugt. Entsprechend, wie in Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt die Modulationsquelle 14 eine Torfunktion 16, die als Triggersignal verwendet wird, um ein Modulationssignal 18 torzusteuern, wodurch ein torgesteuertes Modulationssignal 20 erzeugt wird. Das Modulationssignal 18, dem die Torfunktion 16 überlagert wird, kann eine fortlaufende Welle, ein Impuls, eine pseudozufällige Bitfolge (PRBS) oder andere Arten der Modulation sein. Das torgesteuerte Modulationssignal 20 hat bevorzugterweise einen 50 %igen Arbeitszyklus und eine Periode von 2T, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Beziehung zwischen der Frequenz der Modulation und der Torfrequenz ist:
fm > fTor
Das torgesteuerte Modulationssignal 20, das durch die Madulationsquelle 14 erzeugt wird, moduliert das optische Signal, das durch die optische Quelle 12 erzeugt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, wechselt das optische Signal, das durch die optische Quelle 12 erzeugt wird, zwischen zwei Zuständen, nämlich einem unmodulierten Zustand, wie in Fig. 3A gezeigt, und einem modulierten Zustand, der das interessierende Spektrum des optischen Feldes trägt, wie in Fig. 3B gezeigt, erzeugt.
Wiederum bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt das Analysesystem für das optische Spektrum 10 ferner einen ersten optischen Leistungsteiler 22, der mit der optischen Quelle 12 verbunden ist. Das Analysesystem 10 für das optische Spektrum 10 umfaßt ebenfalls eine optische Leitung 24, deren Eingang mit dem ersten optischen Leistungsteiler 22 verbunden ist, und eine optische Verzögerungsleitung 26, deren Eingang ebenfalls mit dem ersten optischen Leistungsteiler verbunden ist. Die optische Leitung 24 kann ein optisches Glasfaserkabel oder alternativ die Atmosphäre, d.h. freier Raum, sein. Bevorzugterweise umfaßt die optische Verzögerungsleitung 26 eine vorbestimmte Länge eines optischen Glasfaserkabels. Die Beziehung zwischen der Torfrequenz und der vorbestimmten Zeitverzögerung der optischen Verzögerungsleitung 26 ist:
fTor T = n + 1/2, wobei n = 0, 1, 2...
Der Ausgang der optischen Leitung 24 und der Ausgang der optischen Verzögerungsleitung 26 sind mit einem zweiten optischen Leistungsteiler 28, der ebenfalls in dem Analysesystem für das optische Spektrum 10 eingeschlossen ist, verbunden. Die optische Leitung 24 und die optische Verzögerungsleitung 26 sind deshalb in einer optischen Parallelschaltung verbunden.
Das Analysesystem für das optische Spektrum 10 umfaßt ferner einen Photodetektor 30. Der Photodetektor 30 kann z.B eine Photodiode sein. Bevorzugterweise ist die Bandbreite des Photodetektors 30 breiter als die Amplitudenmodulations- und Frequenzmodulations-Bandbreiten. Schließlich umfaßt das Analysesystem für das optische Spektrum 10 bevorzugterweise einen Analysator 32, wie z.B. einen Mikrowellenspektrum-Analysator oder einen HF-Spektrum-Analysator.
Die Verbindung des ersten optischen Leistungsteilers 22, der optischen Leitung 24, der optischen Verzögerungsleitung, des zweiten optischen Leistungsteilers 28 und des Photodetektors 30 bildet einen autohomodynen Empfänger als Reaktion auf das sich abwechselnde unmodulierte und modulierte optische Signal, das durch die optische Quelle 12 erzeugt wird, das in Fig. 3 gezeigt ist, das nun beschrieben werden wird. Das unmodulierte optische Signal, das durch die optische Quelle 12 erzeugt wird, wird anstelle eines Lokaloszillatorsignals verwendet.
Es sei EA(t) das optische Signal, das durch die optische Leitung 24 läuft und EB(t) sei das optische Signal, das durch die optische Verzögerungsleitung 26 läuft. Eine Darstellung von EA(t) erscheint in Fig. 4A und von EB(t) erscheint in Fig. 4B. EA(t) und EB(t) dienen abwechselnd als das Lokaloszillatorsignal und das modulierte optische Signal.
Als ein Ergebnis der Teilung und Wiedervereinigung des wechselweise unmodulierten und modulierten optischen Signals, das durch die optische Quelle 12 erzeugt wird, in dem ersten und dem zweiten optischen Leistungsteiler 22 und 28, ist das Feld EO aus zwei Teilen zusammengesetzt, einer aufgrund des modulierten optischen Signals, das durch die optische Quelle erzeugt wird, und der andere aufgrund des unmodulierten optischen Signals. Deshalb ist der Signalstrom ID in dem Photodetektor 30 proportional zu:
EA(t)² + EB(t)² + 2[E(t) EB(t)]
Die ersten zwei Terme stellen eine optische Intensitätsmodulation dar. Der letzte Term enthält die interessierenden Spektralinformationen.
Wenn beispielsweise für eine Zeit T, wie in Fig. 4 gezeigt, EA(t) das unmodulierte optische Signal, das durch die optische Quelle 12 erzeugt wird, ist, das derzeit als das Lokaloszillatorsignal dient, und EB(t) ist das modulierte optische Signal, das sowohl die AM als auch die FM beinhaltet, dann stellt der dritte Term, der proportional zu EA(t) EB(t) ist, in dem obigen Ausdruck effektiv die Mischung zwischen dem Äquivalent eines Lokaloszillatorsignals und dem unbekannten Signal dar. Dies führt zu einer Messung, deren Auflösung eine Funktion der unmodulierten Linienbreite der optischen Quelle 12, wie z.B. eines Lasers, und der Interferometer-Übertragungsfunktion des der optischen Leitung 24 und der optischen Verzögerungsleitung 26 ist.
Das Analysesystem 10 für das optische Spektrum kann den Chirp, den ein Laser während der IM-Modulation durchläuft, direkt messen. Die Laser-Modulation ist bevorzugterweise durch eine Rechteck-Welle mit einer Periode, die das doppelte der differentiellen Verzögerung der optischen Schaltung ist, torgesteuert. Wenn die Torfunktion 16 an ist, ist es dem modulierten Signal gestattet, an den Laser zu gehen. Folglich ist das Ergebnis, das zwei optische Strahlen (einer unmoduliert und der andere moduliert) gemischt werden, wodurch ein Term hervorgebracht wird, der dem Laser-Chirp direkt zugeordnet ist.
Wenn z.B. ein DFB-Halbleiterlaser in optischen Kommunikationssystemen alltäglicher wird, existiert ein ansteigender Bedarffür deren genaue Charakterisierung. Messungen der Linienbreite und von kleinen Frequenzabweichungen wurden durch Ausnutzung des Vorteils der langen Verzögerungen, die durch Verwendung von Glasfaseroptikschaltungen erreichbar sind, demonstriert. Siehe Okoshi, T., Kikuchi, K., und Nakayama, A.: "Novel Method for High Resolution Measurement of Laser Output Spectrum", Electron. Lett., 1980, Vol. 16, Seiten 630 - 631 und Ryu, S., und Yamamoto, S.: "Measurement of Direct Frequency Modulation Characteristics of DFB-LD by Delayed Self-Homodyne Technique", Electron. Lett., 1986, Vol. 22, Seiten 1052 - 1054.
Eine weitere wichtige Messung, die bei der Feststellung der Dispersion in einer Glasfaserverbindung wichtig ist, ist die des Spektrums des optischen Feldes eines Strom-modulierten DFB-Lasers. Das Verfahren und die Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet die optische Verzögerungsleitung 26 zusammen mit einer torgesteuerten Modulation, um die homodynen Leistungsspektren sowohl des optischen Feldes als auch der Intensität eines DFB-Lasers unter normalen Betriebsbedingungen zu messen.
In Übereinstimmung mit dem Verfahren und der Vorrichtung der Erfindung wird die Mischung eines modulierten DFB-Lasers mit einem Dauerstrichlokaloszillator mit einem einzigen Laser durch Verwenden einer torgesteuerten Modulation, die mit einer geeigneten optischen Verzögerung kombiniert ist, erreicht, um Frequenz-Chirp-Messungen bis zu +/- 22 GHz durchzuführen. Die Erfassung des gemischten optischen Signals mit einem Analysator mit einer breiten Bandbreite 32 (d.h. optischer Detektor, Vorverstärker und Mikrowellenspektrum-Analysator) gestattet die direkte Beobachtung von Frequenz- Chirps.
Genauer betrachtet schafft ein DFB-Laser die optische Quelle 12 und wird zwischen zwei Betriebszuständen umgeschaltet, wobei jeder Zustand eine Zeit T andauert. In einem Zustand arbeitet der Laser als ein Dauerstrichlokaloszillator. In dem anderen Zustand kann jegliche erwünschte Wechselstromgekoppelte Modulation an den Laser angelegt werden. Die Zeit T wird als viel länger als die Periode der Modulation angenommen.
Das Lasersignal wird dann dem ersten optischen Leistungsteiler 22 zugeführt und daher der optischen Parallelschaltung, die die optische Leitung 24 und die optische Verzögerungsleitung 26 umfaßt, deren differentielle Zeitverzögerung T zu der kontinuierlichen Addition des modulierten und unmodulierten Laserzustandes in dem zweiten Leistungsteiler 28 führt. Diese Schaltung agiert zusammen mit dem Photodetektor 30 wirksam als ein optischer Homodyn-Empfänger, wobei ein moduliertes Lasersignal mit einem Dauerstrichlokaloszillatorsignal gemischt ist, aber ohne die Beschränkung des Erfordernisses von zwei getrennten Lasern.
Das resultierende Leistungsspektrum des ausgegebenen Photostroms ist aus zwei Komponenten zusammengesetzt. Die erste ist ein direkter Durchsatzterm, der der torgesteuerten Intensitätsmodulation des Lasers zugeordnet ist. Der zweite Term ist das Ergebnis der optischen Mischung zwischen dem unmodulierten und dem modulierten Laserzustand. Dieser zweite Term ermöglicht die direkte Beobachtung der Frequenz ablenkungen des optischen Signals, das durch den Laser produziert wird. In der Praxis sind diese zwei Terme leicht unterscheidbar, nachdem die Intensitätsmodulationsterme spektral eng sind, während die Terme, die dem optischen FM-Spektrum zugeordnet sind, aufgrund der Laserlinienbreite aufgeweitet sind.
Tatsächliche Messungen eines DFB-Lasers wurden unter Verwendung des Analysesystems für das optische Spektrum 10, das in Fig. 1 gezeigt ist, durchgeführt. Das Ausgangssignal eines Toshiba DFB-Lasers (Modell TOLD 300s, Schwellenstrom = 14,4 mA) der bei 1,32 um arbeitet, wurde durch zwei Isolatoren (nicht gezeigt) geschickt, bevor es in den ersten Leistungsteiler 22 eingekoppelt wurde. Die Verzögerungsdifferenz (> 3 usek) war viel länger als die Kohärenz zeit des DFB-Lasers (Linienbreite > 20 MHz).
Das Signal, das durch den Photodetektor 30 erzeugt wurde, wurde dem Analysator 32, z.B. einem kalibrierten 100 kHz bis 22 GHz Mikrowellenspektrumanalysator, wie z.B. dem Modell HP 71400 A Lichtwellensignalanalysator, der von der Hewlett Packard Company, Signal Analysis Division, Rohnert Park, Kalifornien erhältlich ist, der einen schnellen InGaAs-Detektor, einen Mikrowellenvorverstärker und einen Mikrowellenspektrumanalysator umfaßt, zugeführt. Die Bandbreite des elektrischen Erfassungssystems war 22 GHz (+/- 0,12 nm bei 1,3 um), was auf typische Frequenzablenkungen, die mit DFB- Lasern erreichbar sind, gut angepaßt ist.
Der DFB-Laser wurde sowohl mit sinusförmiger als auch mit PRBS-Modulation gemessen. Um termisch hervorgerufene Frequenz-Chirps zu verhindern, war die Modulationsquelle 14 derart wechselstromgekoppelt, daß der durchschnittliche Strom an den Laser während beider Hälften der Torperiode konstant blieb.
Fig. 5 zeigt das Leistungsspektrum des Photostroms in dem Photodetektor 30 für den Fall einer sinusförmigen und einer PRBS-Modulation. Für den sinusförmigen Fall (Fig. 5A) war die Frequenzmodulation 100 MHz, der Gleichstromvorspannungsstrom war 36 mA und der Modulationsindex war ungefähr 83 %. Der resultierende Frequenz-Chirp des Lasers war etwa +/- 13 GHz, was einem FM-Modulationsindex von etwa 130 entspricht. Die diskreten Spektralkomponenten unterhalb von 3 GHz werden durch den direkten Durchsatz der Intensitätsmodulation bei der Fundamentalen (100 MHz) und ihren verschiedenen Harmonischen hervorgerufen, die durch Nichtlinearitäten des Lasers erzeugt werden. Für den PRBS-Fall (Fig. 5B), war die Taktfrequenz 350 MHz, der Vorspannungsstrom war 50 mA, die Modulationstiefe war etwa 20 % und die Codefolge war NRZ (Länge = 2&sup7; - 1). Die gestaffeltere Dämpfung des FM-Frequenz- Chirps, verglichen mit der sinusförmigen Modulation, wird angenommen an dem breiteren Frequenzspektrum der PRBS-Modulation zu liegen. Die untere Spur in Fig. 5B ist der Rauschboden des Analysators 32, wenn das optische Signal blockiert ist.
Fig. 6 zeigt Zeichnungen des maximalen Frequenz-Chirps gegenüber dem Modulationsindex des DFB-Lasers. Die Modulationsraten für beide Kurven waren ähnlich (d.h. sinusförmig = 300 MHz, PRBS = 365 MHz).
Entsprechend dem Verfahren und der Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung kann das homodyne Leistungsspektrum des optischen Feldes eines modulierten DFB-Lasers direkt gemessen werden. Verschiedene andere Verwendungen sind für Fachleute ebenfalls offensichtlich.

Claims

1. Ein Verfahren zum direkten Analysieren des Spektrums eines optischen Feldes eines optischen Signals, basierend auf einem Lokaloszillatoransatz zum Hinuntermischen des tatsächlichen Spektrums des optischen Feldes in das Basisband, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer optischen Quelle (12), Bereitstellen einer Modulationsquelle (14) zur Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, Führen des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, an eine optische Schaltung (24, 26) zum Schaffen verzögerter und unverzögerter Zustände des optischen Signals, Wiedervereinigen der Zustände des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) gemeinsam zusammen erzeugt wird, nachdem sie durch die optische Schaltung (24, 26) geführt wurden, und Mischen der wiedervereinigten Zustände des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schritt des Bereitstellens einer Modulationsquelle (14) zur Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, den Schritt des Bereitstellens einer Modulationsquelle (14) zur Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, derart umfaßt, daß das optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, zwischen a) einem unmodulierten Zustand und b) einem modulierten Zustand, der das interessierende Spektrum des optischen Feldes trägt, wechselt;

daß der unmodulierte Zustand des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, als ein Lokaloszillatorsignal dient;

wodurch eine autohomodyne Mischung des unmodulierten und modulierten Zustandes des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, geschaffen wird.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die optische Schaltung (24, 26) eine differentielle Verzögerung zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Zustand des optischen Signals hat, und die Zeitdauer jedes der unmodulierten und modulierten Zustände gleich der differentiellen Verzögerung der optischen Schaltung (24, 26) ist.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die optische Schaltung (24, 26) eine differentielle Verzögerung zwischen den verzögerten und unverzögerten Zuständen des optischen Signals hat, und die Zeitdauer jedes der unmodulierten und modulierten Zustände einem ganzzahligen Bruchteil der differentiellen Verzögerung der optischen Schaltung (24, 26) entspricht.

4. Das Verfahren nach jeglichem vorangegangenen Anspruch, bei dem eine Hochfrequenzmodulation durch die Modulationsquelle (14) an das optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, angelegt wird, wenn die Modulationsquelle (14) durch eine Torfunktion torgesteuert ist, um eine torgesteuerte Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, zu schaffen.

5. Das Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die optische Schaltung (24, 26) eine differentielle Verzögerung zwischen dem verzögerten und dem unverzögerten Zustand des optischen Signals hat, und die Modulation bei jeglicher Frequenz, größer als die Torfrequenz, erfolgt.

6. Das Verfahren nach jeglichem vorangegangenen Anspruch, bei dem der Schritt des Mischens der wiedervereinigten Zustände des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, das Mischen des wiedervereinigten Zustands des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, in einem Photodetektor (30) umfaßt, wodurch eine Mischung als Reaktion auf den unmodulierten und den modulierten Zustand des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, geschaffen wird.

7. Das Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Mischen des unmodulierten und des modulierten Zustands des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, das optische Leistungsspektrum innerhalb der Bandbreite eines Analysators (32) frequenzwandelt.

8. Ein Analysesystem für ein optisches Spektrum, das folgende Merkmale aufweist: eine optische Quelle (12) zum Erzeugen eines optischen Signals, eine Modulationsquelle (14), die mit der optischen Quelle (12) verbunden ist, um das optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, zu modulieren, einen ersten optischen Leistungsteiler (22), der mit der optischen Quelle (12) verbunden ist, um das optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, zu teilen, eine optische Leitung (24) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang der optischen Leitung (24) mit dem ersten optischen Leistungsteiler (22) verbunden ist, eine optische Verzögerungsleitung (26) mit einem Eingang und einem Ausgang und einer vorbestimmten Zeitverzögerung, wobei der Eingang der optischen Verzögerungsleitung (26) ebenfalls mit dem ersten optischen Leistungsteiler (22) verbunden ist, einen zweiten optischen Leistungsteiler (28) zum Wiedervereinigen des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, wobei der Ausgang der optischen Leitung (24) und der Ausgang der Optischen Verzögerungsleitung (26) mit dem zweiten optischen Leistungsteiler (28) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Modulationsquelle (14) eine Torfunktion erzeugt, die als Triggersignal verwendet wird, um eine Torsteuerung des Modulationssignals, das an das optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, angelegt ist, durchzuführen, wodurch ein torgesteuertes Modulationssignal zur Modulation des optischen Signals, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, derart erzeugt wird, daß das optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, zwischen a) einem unmodulierten Zustand und b) einem modulierten Zustand, der ein interessierendes Spektrum des optischen Feldes trägt, wechselt;

daß der erste optische Leistungsteiler (22) das wechselnde unmodulierte und modulierte optische Signal, das durch die Optische Quelle (12) erzeugt wird, teilt; und

daß der zweite optische Leistungsteiler (28) das wechselnde unmodulierte und modulierte optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, wiedervereinigt;

wodurch das unmodulierte optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, anstelle eines Lokaloszillatorsignals verwendet wird.

9. Das System nach Anspruch 8, bei dem die Modulationsquelle ein torgesteuerter Modulator ist, der Modulationsstöße erzeugt.

10. Das Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das Modulationssignal, dem die Torfunktion überlagert wird, aus einer kontinuierlichen Wellen-, Impuls- und pseudozufälligen Bitfolge-Modulation ausgewählt wird.

11. Das System nach jeglichem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die optische Schaltung (24, 26) eine differentielle Verzögerung zwischen dem Ausgang der optischen Schaltung von der optischen Schaltung (24) und dem optischen Ausgangssignal von der optischen Verzögerungsleitung (26) hat, und die Modulationsquelle (14) ein torgesteuertes Modulationssignal mit einem 50-%igen Arbeitszyklus und einer Periode, die zweimal der differentiellen Verzögerung der optischen Schaltung (24, 26) entspricht, erzeugt.

12. Das System nach jeglichem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Beziehung zwischen der Frequenz der Modulation, die durch die Modulationsquelle (14) angelegt wird, und der Torfrequenz fm > fTor ist.

13. Das System nach jeglichem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die optische Leitung aus einem optischen Glasfaserkabel und der Atmosphäre ausgewählt wird.

14. Das System nach jeglichem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem die optische Verzögerungsleitung ein optisches Glasfaserkabel mit einer vorbestimmten Länge umfaßt.

15. Das System nach jeglichem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem die Beziehung zwischen der Torfrequenz und der vorbestimmten Zeitverzögerung der optischen Verzögerungsleitung fTor T = n + 1/2, wobei n = 0, 1, 2... ist.

16. Das System nach jeglichem der Ansprüche 8 bis 15, ferner mit einem Photodetektor (30), wobei die Kombination des ersten optischen Leistungsteilers (22), der optischen Leitung (24), der optischen Verzögerungsleitung (26), des zweiten optischen Leitungsteilers (28) und des Photodetektors (30), als Reaktion auf das sich abwechselnde unmodulierte und modulierte optische Signal, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, einen Empfänger bildet.

17. Das System nach Anspruch 16, bei dem die Erfassungsbandbreite des Photodetektors größer als die AM- und FM- Bandbreite ist, mit der das optische Signal moduliert ist.

13. Das System nach Anspruch 16 oder 17, bei dem für eine Zeit T EA(t) das unmodulierte optische Signal ist, das durch die optische Quelle (12) erzeugt wird, das derzeitig als Lokaloszillatorsignal dient, und EB(t) das modulierte optische Signal ist, das sowohl AM als auch FM beinhaltet, der Photodetektor (30) einen Signalstrom ID erzeugt, der proportional zu EA(t)² + EB(t)² + [EA(t) EB(t)] ist, wobei der Term EA(t) EB(t) wirksam die Mischung zwischen dem Äquivalent des Lokaloszillatorssignals und dem unbekannten Signals darstellt und die interessierenden Spektralinformationen abgibt.

19. Das System nach jeglichem der Ansprüche 16 bis 18, ferner mit einem Analysator (32) zum Anzeigen des Leistungsspektrums des optischen Signals.