DE69023917T2

DE69023917T2 - Oszillator.

Info

Publication number: DE69023917T2
Application number: DE69023917T
Authority: DE
Inventors: Meirion Lewis; David Wight
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: Qinetiq Ltd
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2010-10-06
Also published as: US5210763A; ES2080162T3; DE69023917D1; EP0494979B1; WO1991005403A1; GB8922681D0; EP0494979A1; JPH05501037A

Description

Die Erfindung betrifft einen monofrequenten Oszillator, insbesondere, aber nicht ausschließlich, einen Oszillator, der bei hohen Frequenzen arbeiten kann.
Ein Oszillator ist eine elektrische Schaltung, die so eingerichtet ist, daß elektrische Oszillationen von selbst auftreten, entweder bei einer festen Frequenz oder einer über ein Frequenzband abstimmbaren Frequenz. Oszillatoren unterschiedlicher Arten sind bekannt. Dazu gehören z.B. Oszillatoren mit abgestimmten elektrischen Schaltungen, Quarzkristallen sowie SAW-Bauelementen, die bei relativ niedrigen Frequenzen arbeiten. Gunndioden, Klystrons und Magnetrons sind für die Anwendung bei Mikrowellenfrequenzen und Laser für die Anwendung bei optischen Frequenzen bekannt.
Unter jenen Oszillatoren, die bei Mikrowellenfrequenzen arbeiten, sind Klystrons und Magnetrons körperlich groß, und sie arbeiten bei hohen Spannungen und/oder Leistungen; Gunndioden sind klein, arbeiten bei geringen Leistungen, sind aber relativ instabil. Außerdem ist es schwierig, Rückkopplungselemente für den Gebrauch in diesen Vorrichtungen mit Gütefaktoren Q über 10&sup4; herzustellen. Ein weiteres Problem ist, daß bei einem elektrischen Hochfrequenzoszillator jedes elektrische Bauteil bei Hochfrequenz arbeiten muß, was zumindest kostspielig ist. Es besteht daher ein Bedarf für körperlich kleine, elektrisch stabile und vorzugsweise preiswerte Oszillatoren hoher Güte, die bei hohen Frequenzen arbeiten.
Oszillatoren, die mehrere Frequenzen erzeugen&sub1; sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher Oszillator ist in US-A-4 297 656 offenbart. Dieser verwendet eine Schaltung, die zum Teil elektrisch und zum Teil optisch ist, wobei letzterer Teil einen faseroptischen Verzögerungsstreckenfilter enthält. Er ist für monofrequenten Betrieb ungeeignet.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Oszillator zum Erzeugen einer Arbeitsfrequenz geschaffen, der eine Lichtquelle, ein Modulatormittel zum Modulieren des von der Lichtquelle ausgegebenen Lichts mit der Arbeitsfrequenz und eine Rückkopplungsschleife umfaßt, die auf die Lichtmodulation reagiert und eingerichtet ist, um eine positive Rückkopplung an das Modulatormittel zu liefern, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rückkoppelschleife umfaßt:
a) ein optisches Verzögerungsstreckenfiltermittel mit einer Mehrzahl von optischen Fasern mit unterschiedlichen Längen, die eingerichtet sind, um eine Grundfrequenz und zugehörige harmonische Frequenzen zu definieren, und
b) ein Sekundärfiltermittel, das eingerichtet ist, um aus Grundfrequenz und harmonischen Frequenzen eine Frequenz als Arbeitsfrequenz des Oszillators auszuwählen.
Die Erfindung hat eine relativ kleine Anzahl von elektrischen Bauteilen, die bei hoher Frequenz arbeiten müssen, da sie wenigstens teilweise aus optischen Komponenten besteht. Außerdem ist sie potentiell zu hoher Stabilität und zum Betrieb in einem breiten Frequenzbereich mit geeigneten Komponenten fähig. Der Frequenzbereich kann bis in den Mikrowellenbereich reichen. Das Verzögerungsstreckenfiltermittel kann eingerichtet sein, um einen Gütefaktor Q im Bereich von 10&sup6; zu liefern.
Das Verzögerungsstreckenfiltermittel kann ein einzelner faseroptischer Filter sein, oder es kann aus ersten und zweiten faseroptischen Filtern in Reihe bestehen. In letzterem Fall wird vom ersten Filter ausgegebenes Licht in den zweiten Filter eingekoppelt, so daß Licht aus jeder Faser des ersten Filters jede Faser des zweiten Filters beleuchtet. Die Wirkung der zwei Filter ist daher multiplikativ.
Das von der Lichtquelle abgegebene Licht kann mittels positiver Rückkopplung an eine elektrische Stromversorgung der Lichtquelle moduliert werden. Alternativ kann die Lichtquelle moduliert werden durch einen zwischen der Lichtquelle und dem Verzögerungsstreckenfiltermittel angeordneten elektrooptischen Modulator. In diesem Fall empfängt der Modulator positive Rückkopplung von der Rückkoppelschleife.
Die Lichtquelle kann eine Laserdiode sein.
Die Rückkoppelschleife kann eine Photodiode enthalten, die auf die Lichtmodulation reagiert.
Der Oszillator kann optische Mittel zum Lenken eines mit der Arbeitsfrequenz modulierten Ausgangslichtstrahls auf ein entferntes Empfangsmittel enthalten.
Zum Zwecke eines vollständigeren Verständnisses der Erfindung werden nun Ausgestaltungen von ihr mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Oszillators;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der optischen Kopplung zwischen einer Laserdiode und einem Bündel von optischen Fasern, die im Oszillator aus Fig. 1 verwendet werden;
Fig. 3 ist ein Graph der Ausgangssignalintensität in Abhängigkeit von der Signalfrequenz, der Kurven für drei verschiedene Komponenten von erfindungsgemäßen Oszillatoren zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Ausgabemittels für den Oszillator aus Fig. 1; und
Fig. 5 zeigt eine altvernative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Oszillators.
Mit Bezug auf Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer optischer Mikrowellenoszillator 10 schematisch dargestellt. Der Oszillator hat die Form eines geschlossenen Regelkreises 10. Ein Teil des Kreises 10 ist optisch, ein Teil ist elektrisch. Er umfaßt eine Laserdiode 12 und einen Induktor 14, die zwischen einer negativen Spannungsversorgung 15 und einem Erdungspunkt 16 in Reihe geschlossen sind. Die Laserdiode ist in Durchgangsrichtung gepolt.
Von der Laserdiode 12 abgegebenes Licht 18 fällt auf eine Linse 20. Der Abstand d&sub1; zwischen Linse und Diode ist größer als die Brennweite der Linse. Ein Bild 21 der Laserdiode 12 wird in einem Abstand d&sub2; von der Linse 20 gebildet, wobei d&sub2; größer als die Brennweite der Linse ist. Licht geht von der Linse 20 auf ein Bündel von optischen Fasern 22 über, dessen Eingangs- und Ausgangsenden 22a bzw. 22b durch gepunktete Linien dargestellt sind. Das Bündel 22 ist so positioniert, daß das Eingangsende 22a vollständig beleuchtet wird und die Fasern des Bündels 22 ähnliche (idealerweise gleiche) Lichtstärken empfangen.
Das Faserbündel 22 besteht aus sieben Multimode-Fasern mit unterschiedlichen Längen, aber konstantem Längenzuwachs. Die Länge Lm der m-ten Faser ist gegeben durch
Lm = L&sub1; + (m-1)L (1),
wobei L&sub1; die Länge der kürzesten Faser (m=1) ist und L der Längenzuwachs ist. Das Bündel 22 wirkt als Verzögerungsstreckenfilter, dessen Arbeitsweise später beschrieben wird.
Licht durchläuft die Fasern des Bündels 22 zum Ausgangsende 22b, wo die Enden aller Fasern in derselben Ebene liegen. Anschließend tritt Licht aus den Fasern aus und trifft auf eine zweite Linse 24. Die Linse 24 bildet das vom Bündel 22 abgegebene Licht auf eine Photodiode 26 ab. Die Photodiode 26 ist an eine negative Spannungsversorgung 27 in Sperrichtung angeschlossen und ist mit einem Verstärker 28 und einem Tiefpaßfilter 29 in Reihe geschlossen. Der Verstärker 28 ist über einen Kopplungskondensator 30 an einen Oszillatorausgang 32 und über einen Rückkoppelkondensator 34 an einen gemeinsamen Punkt 36 des Induktors 14 und der Laserdiode 12 angeschlossen.
Der elektrische Teil des Kreises 10 umfaßt die Photodiode 26 bis hin zur Laserdiode 12 einschließlich. Bauelemente im elektrischen Teil des Kreises 10 sind miteinander durch leitende Drähte verbunden. Der optische Teil des Kreises reicht von der Laserdiode 12 zur Photodiode 26. Der Teil des geschlossenen Regelkreises 10 vom Laserdiodenausgangssignal 18 bis hin zum Punkt 36 wird als Rückkoppelschleife bezeichnet.
Das optische Faserbündel 22 wirkt als Verzögerungsstreckenfilter auf folgende Weise. Bei normalem Betrieb des Oszillators 10 trägt das von der Laserdiode 12 ausgegebene Licht ein Signal in Form einer Hochfrequenzmodulation. Von der Laserdiode 12 abgegebenes Licht 18 tritt in die Fasern des Bündels 22 über die Linse 20 ein. Das vom Licht 18 getragene Hochfrequenzsignal tritt in die Fasern im wesentlichen gleichphasig ein. Wie oben erwähnt, haben die Fasern unterschiedliche Längen Lm. Die Verzögerung der m-ten Faser tm ist mit der Länge der Faser über Lm = ctm verknüpft, wobei c die Lichtgeschwindigkeit in der Faser ist. Diese Geschwindigkeit ist aufgrund des effektiven Brechungsindex der Faser von typischerweise n = 1,5 geringer als die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum. Die Verzögerungen tm sind gegeben durch
tm = t&sub1; + (m-1)t (2),
wobei t&sub1; die Verzögerung entlang der kürzesten Faser des Bündels 22 und t der Verzögerungszuwachs ist. Die von den einzelnen Fasern des Bündels 22 ausgegebenen Lichtintensitäten werden von der Photodiode 26 inkohärent aufsummiert.
Wie in Gleichung (2) angegeben, unterscheiden sich die Verzögerungen der Fasern um Vielfache von t. Infolgedessen sind die von den verschiedenen Fasern ausgegebenen Lichtmodulationssignale bei jenen Hochfrequenzen fi in Phase, bei denen t einer ganzen Zahl von Hochfrequenzzyklen entspricht, d.h., für die f = i/t gilt, wobei i eine ganze Zahl einschließlich Null ist. Bei anderen Hochfrequenzen unterscheiden sich die von der Photodiode 26 empfangenen Modulationsphasen, und die entsprechenden Amplituden sind klein oder Null.
In Fig. 3 zeigen drei Kurven 38, 40, 42 graphisch die Filterkennlinien des optischen Filters 22, des Tiefpaßfilters 29 bzw. eines Bandpaßfilters. Die Eingangssignale der Fasern des Bündels 22 und damit auch die Ausgangssignale sind von im wesentlichen gleicher Intensität, und die Gesamtamplitudenänderung in Abhängigkeit von der Frequenz ist im wesentlichen eine wiederholte Reihe von Sinc-Funktionen (sin²x/x²). Die durchgezogene Kurve 38 zeigt einen Teil der frequenzabhängigen Intensitätsänderung des optischen Faserbündels 22. Die Kurve 38 besteht aus einer Reihe von Hauptkeulen wie etwa 38a mit Maxima bei Frequenzen f&sub0;, fl, f&sub2;, f&sub3; ... . Die Frequenzen fi (i = 0, 1 , 2 ...) sind die Resonanz- oder Synchronfrequenzen des Bündels 22. f&sub0; ist die konstante Komponente, f&sub1; ist die Grundfrequenz, und höhere Resonanzfrequenzen sind Harmonische. Die Resonanzfrequenzen folgen der Beziehung fi = if&sub1;. Zwischen jedem Paar von Resonanzfrequenzen fi und fi+1 gibt es (M-2) Submaxima oder Nebenkeulen wie etwa 38b, wobei M die Gesamtzahl der Fasern im Bündel 22 ist. Zwischen jeder Hauptkeule 38a und Nebenkeule 38b liegt ein Nullpunkt, wie etwa 38c. Der Abstand zwischen benachbarten Nullpunkten ist (1/Mt), mit Ausnahme der Nullpunkte beiderseits der Hauptkeulen, die einen Abstand von (2/Mt) haben.
Optische Fasern haben im allgemeinen sehr geringe Dämpfungs- und Dispersionseigenschaften, infolgedessen gibt es wesentlich mehr Resonanzfrequenzen fi als in Fig. 3 gezeigt. Das Bündel 22 läßt also ein konstantes Signal und eine Reihe von Frequenzen durch, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz f&sub1; sind, mit schwachen Komponenten bei anderen Frequenzen.
Der Oszillator 10 arbeitet folgendermaßen. Wenn eine Spannung in Durchlaßrichtung zuerst an die Laserdiode 12 angelegt wird, gibt es kein Rückkopplungs-HF-Signal und daher keine Modulation der Diodenemission. Folglich besteht die Lichtmodulation nur aus Rauschen. Das Licht 18 läuft über die Linse 20, das Bündel 22 und die zweite Linse 24 zur Photodiode 26. Die Photodiode 26 summiert die Intensitäten der Ausgangssignale der sieben Fasern inkohärent auf, was zu einer vektoriellen Addition der vom Licht 25 getragenen Signale führt. Der Ausgangsstrom der Photodiode 26 variiert linear mit der einfallenden Lichtleistung im Arbeitsbereich, wodurch das Lichtmodulationssignal in ein elektrisches Signal gleicher Frequenz mit einem Gleichspannungsoffset umgewandelt wird.
Das elektrische Signal läuft weiter zum Verstärker 28 und dem Tiefpaßfilter 29. Der Tiefpaßfilter 29 ist so eingerichtet, daß seine Frequenzantwort oberhalb von f&sub1; aber unterhalb von f&sub2; abfällt. Die gestrichelte Kurve 40 aus Fig. 3 zeigt dieses Verhalten. Das vom Filter 29 weitergegebene Signal enthält daher verstärkte konstante und f&sub1;-Komponenten, mit vernachlässigbaren höherfrequenten Komponenten. Das Signal läuft weiter zu den Kondensatoren 30 und 34, die die konstante Komponente des Signals nicht durchlassen. Das Signal am Oszillatorausgang 32 liegt daher im wesentlichen bei der gewünschten Frequenz f in der Nähe von oder gleich f&sub1; mit wesentlich schwächeren Komponenten bei anderen Frequenzen.
Das vom Kondensator 34 durchgelassene Signal wird mit der konstanten Vorspannung am gemeinsamen Punkt 36 kombiniert. Das Signal wird von der Gleichspannungsversorgung 15 durch die Drosselspule 14 getrennt. Das Signal wird an die Laserdiode 12 als Rückkoppelsignal angelegt. Die Ausgangsleistung der Laserdiode 12 variiert im Arbeitsbereich linear mit dem Eingangsstrom, so daß das Rückkopplungssignal zu einer Intensitätsmodulation der Laserdiodenemission führt. Dieses Signal umläuft den Kreis 10 immer wieder und wird bei jedem Umlauf verstärkt und weiter gefiltert. Auf diese Weise wird eine starke stabile Oszillation bei der gewünschten Frequenz f aus Rauschen aufgebaut.
Eine Schaltung wie der Oszillator 10 unterstützt stabile Oszillation bei der benötigten Frequenz f&sub1;, sofern zwei Bedingungen eingehalten sind. Erstens sollte der Oszillator 10 eine Leerlaufverstärkung von mehr als 1 haben, und zweitens sollten die umlaufenden Wellen alle in Phase sein, d.h. die Phasenverschiebung des Kreises sollte ein ganzzahliges Vielfaches von 2π rad sein. Ein anderes Merkmal, das nötig ist, um eine solche Vorrichtung zuverlässig zu machen, ist, daß sie nicht in der Lage sein darf, Schwingungen bei anderen Frequenzen zu unterstützen. Diese Aspekte werden nun genauer erörtert.
Erstens muß, damit die oben beschriebene Oszillation anwächst, anstatt zu zerfallen, die Leerlaufverstärkung größer als 1 sein. Sobald starke Oszillationen eingesetzt haben, treten Sättigungseffekte ein, und die Umlaufverstärkung des geschlossenen Regelkreises 10 fällt im stationären Zustand der Oszillation im wesentlichen auf 1 ab. Die Frequenzen mit der höchten Leerlaufverstärkung sind die mit den höchsten Filterantworten fi, so daß die benötigte Oszillationsfrequenz f in der Nähe eines Wertes von fi gewählt werden sollte. Ein Verstärker ist geeignet, der eine Leerlaufverstärkung von 3 bis 6 dB bei der Frequenz f liefert.
Damit eine derartige Schaltung bei einer Frequenz f (an oder in der Nähe eines Maximums fi der Filterantwort) oszillieren kann, muß die Gesamtphasenverschiebung φtotal gleich einem ganzzahligen Vielfachen von 2π rad bei dieser Frequenz sein, d.h. φtotal = 2pπ, wobei p ganzzahlig ist. φtotal kann geschrieben werden in der Form
φtotal = 2πfτ + φaux (3),
wobei τ die im wesentlichen frequenzunabhängige Gruppen-Umlaufverzögerung des Kreises 10 und φaux die im wesentlichen frequenzunabhängige Phasenverschiebung im Kreis 10 ist; φaux könnte z.B. eine Phasenverschiebung von π rad enthalten, wenn der Verstärker 28 oder die Photodiode 26 invertierend ist. Eine notwendige Bedingung für eine andauernde Oszillation ist also
φtotal = 2πfτ + φaux = 2pπ (4).
Der aufgebaute Regelkreis 10 muß die Bedingung von Gleichung (4) erfüllen, damit die Rückkopplung der Laserdiode 12 in Phase ist. Dies kann z.B. erreicht werden, indem durch Ändern der Länge von Verbindungsdrähten im Kreis 10 τ genau angepaßt wird, oder indem eine Phasenverschiebungseinrichtung in den Kreis 10 eingesetzt wird.
Damit der Oszillator 10 bei der gewünschten Frequenz f und nicht bei zusätzlichen Frequenzen oszilliert, die Gleichung (3) mit anderen Werten von p erfüllen, genügt es, sicherzustellen, daß solche Frequenzen keine Leerlaufverstärkung von 1 oder mehr haben. In der Praxis ist es wünschenswert, daß ihre Leerlaufverstärkung wenigstens einige dB unter der der gewünschten Frequenz f liegt, vorzugsweise sollten sie um 10 dB oder mehr unterdrückt sein. Diese Betrachtung schränkt den zulässigen Wert von τ ein, da die zusätzlichen Frequenzen, die Gleichung (4) genügen, von der gewünschten Frequenz f durch ganzzahlige Vielfache von 1/τ beabstandet sind. Die wichtigsten zusätzlichen Frequenzen sind jene bei f ± 1/τ, und diese sollten abseits der Spitze f&sub1; der Hauptkeule 38a liegen, idealerweise an den Nebenkeulen, z.B. 38b oder den Nullpunkten, z.B. 38c, der Frequenzantwort 38.
Die Gruppenverzögerung τ ist gegeben durch
τ = te + (t&sub1; + tM)/2 (5),
wobei te die Verzögerung zwischen der Photodiode 26 und der Laserdiode 12, t&sub1; die Verzögerung in der kürzesten Faser des Bündels 22 und tM die Verzögerung in der längsten oder M-ten Faser ist. Die Frequenzen f', die Gleichung (4) genügen, sind von der gewünschten Frequenz durch ganzzahlige Vielfache von (1/τ) beabstandet, und die Nullpunkte (z.B. 38c) sind von den Maxima bei den Frequenzen fi durch ganzzahlige Vielfache von (1/Mt) beabstandet. Es läßt sich zeigen, daß τ geeignet ist, wenn folgende Beziehung erfüllt ist
te + t&sub1; = [(M+1)t]/2 (6).
Das heißt, wenn Gleichung (6) erfüllt ist, fallen die zusätzlichen Frequenzen f' = f ≤ 1/τ mit den der Hauptkeule 38a benachbarten Nullpunkten zusammen. Andere zusätzliche Frequenzen f' liegen jenseits der Hauptkeulen, z.B. 38a, der Antwortkurve 38 und sind daher um mindestens 13 dB gegen die Antwort bei den Maxima fi unterdrückt.
In der Praxis braucht Gleichung (6) nicht genau erfüllt zu werden. Für die meisten Anwendungen kann ein ausreichender Grad von Unterdrückung der zusätzlichen Frequenzen f' erreicht werden, wenn (te + t&sub1;) zwischen Null und etwa (M + 1)t liegt.
Wenn größtmögliche spektrale Reinheit von einem Oszillator verlangt wird, sollten alle Gleichung (4) erfüllenden zusätzlichen Frequenzen f' idealerweise an einem Nullpunkt wie etwa 38c der Filterantwort 38 liegen. Dies kann auf zwei Wegen erreicht werden. Ein Weg ist, einen sehr kleinen Wert von (t&sub1; + te), nämlich t/2 zu verwenden. Unter diesen Bedingungen läßt sich zeigen, daß alle zusätzlichen Frequenzen f' auf Nullpunkte wie etwa 38c fallen. Ein zweiter Weg ist, das optische Faserbündel 22 durch eine Reihenanordnung eines ersten und eines zweiten optischen Faserbündels von gleichem Aufbau zu ersetzen. Aus dem ersten Bündel austretendes Licht wird gemischt und dann auf das zweite Bündel so fokussiert, wie oben für das erste beschrieben. So empfängt jede Faser im zweiten Bündel einen Beitrag aus jeder Faser des ersten Bündels. Die Wirkung der zwei Bündel hintereinander ist multiplikativ. Dadurch können alle Zusatzfrequenzen f' auf Nullpunkte wie etwa 38c gelegt werden.
Mit Bezug auf Fig. 4, in der oben beschriebene Teile mit gleichen Bezugszeichen belegt sind, ist eine optische Auskopplung vom Oszillator 10 dargestellt. Zusätzlich zu ihrer Ankopplung an das optische Faserbündel 22 ist die Laserdiode 12 über eine Linse 50 an einen Strahl 52 oder eine Übertragungsstrecke (nicht gezeigt) optisch gekoppelt. Durch Pfeile 53 dargestelles HF-moduliertes Licht wird von der Diode 12 zu einem entfernten Empfänger übertragen. Das Ausgangssignal des HF-Oszillators kann von einem optischen Träger 53 aufgenommen werden und durch Ausbreitung im freien Raum oder durch eine Faser optisch an eine entfernte Stelle übertragen werden.
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung 60 der Erfindung, wobei mit anderen Figuren gemeinsame Teile gleich bezeichnet sind. Die Vorrichtung 60 ähnelt in Aufbau und Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung 10, so daß die folgende Beschreibung sich auf die Unterschiede konzentriert. Das HF-Rückkopplungssignal vom Filter 29 ist nicht an die Laserdiode 12, sondern an einen zwischen der Laserdiode 12 und der ersten Linse 20 angeordneten elektrooptischen Modulator 61 angeschlossen. Die negative Spannungsversorgung 15 ist direkt an die Diode 12 angeschlossen. Die Laserdiode 12 wird kontinuierlich betrieben, das von ihr ausgegebene Licht 62 ist unmoduliert. Das Licht 62 trifft auf den Modulator 61, an den das Rückkopplungssignal angelegt ist. Der Modulator 61 kann eine integriert optische Mach-Zehnder-Interferometerstruktur sein. Der Modulator 61 erzeugt einen Ausgangslichtstrahl 63, der mit der Rückkopplungsfrequenz moduliert wird. Der Strahl 63 läuft weiter zur Linse 20 und dem Bündel 22, wie in Fig. 1.
Der Modulator 61 kann mit weniger HF-Eingangsleistung auskommen, als zum Modulieren des Ausgangssignals der Laserdiode 12 erforderlich ist, wenn diese eine hohe Leistung hat. Der Verstärker 28 kann daher fortgelassen werden, sofern der übrigbleibende Kreis eine Gesamtverstärkung von 1 aufweist. Für bei hohen Frequenzen arbeitende Ausgestaltungen kann dies besonders vorteilhaft sein, da Hochfrequenzverstärker sehr kostspielig sind. Außerdem begrenzt bei bei hohen Frequenzen arbeitenden Ausgestaltungen häufig der Verstärker 28 das Leistungsvermögen.
Die Oszillatoren 10 und 60 können einen faseroptischen Filter mit höherer Güte Q enthalten. Dies wird erreicht durch Erhöhen der Anzahl von Fasern im Bündel 22, wodurch der von den Hauptkeulen abgedeckte Frequenzbereich verringert wird. Alternativ können zwei oder mehr optische Faserbündel in Reihe verwendet werden, wie von M.F. Lewis und C.L. West in Electronics Letters, 11. September 1986, Bd. 22, Nr. 19, S. 1016-1017 beschrieben. Bei faseroptischen Filtern höherer Güte Q wäre die Verwendung von Monomode-Fasern zu bevorzugen.
Eine alternative Form eines faseroptischen Filters, der zur Verwendung anstelle des Filters 22 geeignet ist, ist ein rezirkulierender Filter. Solche Vorrichtungen sind bekannt und wurden von J.E. Bowers et al., Electronics Letters, 4. Februar 1982, Bd. 18, Nr. 3, S. 110-111 beschrieben.
Alternative Ausgestaltungen der Oszillatoren 10 und 60 können anstelle des Tiefpaßfilters 29 einen (nicht gezeigten) Bandpaßfilter enthalten. In Fig. 3 zeigt eine gepunktete Kurve 42 die Form der Frequenzantwort eines geeigneten Bandpaßfilters. Der Filter bevorzugt eine Harmonische, in diesem Beispiel f&sub3;, gegenüber der Grundfrequenz f&sub1;. Folglich arbeitet der Oszillator bei f&sub3;. Es ist zu beachten, daß solche Filter nur eine geringe Güte erfordern, da für für in Reihe verwendete Filter der Effekt multiplikativ ist und das Element hoher Güte dominiert.
Andere alternative Ausgestaltungen der Oszillatoren 10 und 60 können einen (nicht gezeigten) Varactor-abgestimmten Filter anstelle des Tiefpaßfilters 29 enthalten. Die Varactor-Kapazität und damit die Durchgangsbandfrequenz des Filters variiert mit der Varactor-Vorspannung. Dadurch kann die für den Betrieb des Oszillators ausgewählte Resonanzfrequenz f&sub1; variiert werden.
Die Stabilität der Oszillatoren 10 und 60 wird dominiert durch das Filterelement 22 hoher Güte. Filter mit höherer Güte führen zu besserer Kurzzeitstabilität. Die Temperaturstabilität hängt ab von den Temperaturkoeffizienten der Ausdehnung und des Brechungsindex der zur Herstellung der optischen Elemente verwendeten Materialien. Bei typischen optischen Fasern liegt der Gesamt-Temperaturkoeffizient der Verzögerung im Bereich von 10 ppm/ºC.
Die obigen Beispiele der Erfindung arbeiten bei 53 MHz unter Verwendung von leicht verfügbaren elektronischen Bauelementen. Bei dieser Frequenz liefern die Fasern des Bündels 22 Verzögerungen, die sich um Vielfache von 19 ns unterscheiden. Die Erfindung erfaßt natürlich auch höhere Frequenzen, vorausgesetzt die verwendeten elektronischen Bauelemente und Fasern sind für diese Frequenzen geeignet und die Längen der Fasern im Bündel 22 sind geeignet.

Claims

1. Oszillator (10) zum Erzeugen einer Arbeitsfrequenz, mit einer Lichtquelle (12), einem Modulatormittel zum Modulieren des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts mit der Arbeitsfrequenz und einer Rückkoppelschleife, die auf die Lichtmodulation reagiert und eingerichtet ist, um eine positive Rückkopplung an das Modulatormittel zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppelschleife umfaßt:

a) ein optisches Verzögerungsstreckenfiltermittel (22) mit einer Mehrzahl von optischen Fasern mit unterschiedlichen Längen, die eingerichtet sind, um eine Grundfrequenz und zugehörige harmonische Frequenzen zu definieren;

b) ein Sekundärfiltermittel (29) das eingerichtet ist, um aus Grundfrequenz und harmonischen Frequenzen eine Frequenz als Arbeitsfrequenz des Oszillators auszuwählen.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsstreckenfiltermittel (22) zwei in Reihe angeordnete faseroptische Verzögerungsstreckenfilter enthält.

3. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulatormittel zum Modulieren des ausgegebenen Lichts (18) Mittel zum Variieren der der Lichtquelle (12) zugeführten Leistung umfaßt.

4. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulatormittel zum Modulieren des ausgegebenen Lichts einen elektrooptischen Modulator (61) umfaßt, an den die Rückkoppelschleife angeschlossen ist.

5. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Laserdiode (12) ist.

6. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkoppelschleife eine Photodiode (26) umfaßt, die eingerichtet ist, um Licht vom optischen Verzögerungsstreckenfiltermittel (22) zu empfangen.

7. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (52) zum Richten von moduliertem Licht (53) auf ein entferntes Empfangsmittel.