DE69120369T2

DE69120369T2 - Vorrichtung zur Steuerung und Messung der optischen Frequenztastung von Laserlicht

Info

Publication number: DE69120369T2
Application number: DE69120369T
Authority: DE
Inventors: Hideyuki Miyata; Hiroshi Onaka
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2011-09-21
Also published as: EP0481242B1; EP0481242A2; CA2060943C; US5200967A; EP0481242A3; CA2060943A1; DE69120369D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht, welche auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik und Meßtechnik unter Verwendung der Modulation von Laserlicht verwendet wird, und den Halbleiterlaser im Hinblick auf den optischen Frequenzmodulationshub von Laserlicht steuert, das einer Frequenzmodulation mit einem Eingangsmodulationssignal unterzogen ist.

Beschreibung des technischen Hintergrundes

Seit kurzem wird direkte optische Frequenzmodulation von Halbleiterlaserlicht für Kommunikation und Messung verwendet. Beispielsweise werden auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik optische Kommunikationssysteme realisiert, in welchen optische Daten zur Übertragung auf einer Übertragungsleitung durch direkte Frequenzmodulation von Laserlicht erzeugt werden. Eines der Systeme ist ein kohärentes optisches Kommunikationssystem basierend auf Frequenzumtastung (FSK) unter Verwendung von kohärentem Licht. In dem FSK-System wird eine Datenmodulation (FSK-Modulation) durchgeführt, so daß die optische Ausgangsfrequenz eines Halbleiterlasers auf eine erste optische Frequenz f1 oder eine zweite optische Frequenz f2 durch zwei logische Werte 1 und 0 von zu übertragenden Daten verschoben wird. Um in diesem Fall eine hohe Empfangsempfindlichkeit zu erhalten, ist es erforderlich, die optische Frequenzabweichung, d.h. den optischen Frequenzmodulationshub, konstant zu halten.
Der FM-Modulationswirkungsgrad (die Variation der optischen Frequenz pro Stromeinheit eines Halbleiterlasers) variiert mit der Zeit und mit der Änderung eines Vorstroms eines Halbleiterlasers selbst, oder durch zeitbedingte Verschlechterung eines optischen Moduls, welches den Laser enthält. Insbesondere im Fall optischer Frequenzmultiplexübertragung (FDM), bei welcher die Vorspannung eines Halbleiterlasers auf der Senderseite für automatische Frequenzsteuerung (AFC) gesteuert wird, variiert der FM-Modulationswirkungsgrad stark als Ergebnis einer Änderung der Vorspannung bzw. des Vorstroms. Somit weicht der Modulationsindex, d.h. die Abweichung von den ersten und zweiten optischen Frequenzen f1 und f2 von der optischen Mittenfrequenz f0, von seinem ursprünglich eingestellten Wert ab, selbst wenn der Halbleiterlaser mit einem gleichen Treiberstrom moduliert wird. Die Abweichung des Modulationsindex verschlechtert die Empfangsempfindlichkeit auf der Empfängerseite in dem optischen Kommunikationssystem erheblich.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht, welche eine derartige Abweichung nicht bewirkt. Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf ein optisches Meßsystem unter Verwendung von kohärentem Licht.
Die Technik zum Durchführen von direkter optischer Frequenzmodulation an einem Halbleiterlaser gibt es seit relativ kurzem. Deshalb ist ein Konzept des Messens und der Steuerung des optischen Frequenzmodulationshubs eines Halbleiterlasers nicht vorhanden. Bisher ist kein Stand der Technik dazu bekannt geworden.
Aus Patent Abstracts of Japan Band 13, Nr. 437 (E-826) entsprechend JP-A-1164135 ist ein Oszillationsfrequenz- Stabilisierungsverfahren eines Halbleiterlasers in einem optischen Frequenzmultiplexübertragungssystem bekannt. Frequenzstabilisierung wird mittels feiner Frequenzmodulation des Halbleiterlasers erzielt, und die Änderung des empfangenen Lichtpegels wird mittels synchroner Erfassung unter Verwendung des Modulationssignals als Referenzsignal erfaßt. Die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers wird so gesteuert, daß die Änderung des empfangenen Lichtpegels minimal wird, und die Oszillationsfrequenz mit einer Frequenz zusammenfällt, welche einen Maximalwert oder Minimalwert einer übertragenen Lichtintensität eines Interferometers 2 ergibt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Frequenzmodulationshubmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht bereitzustellen, welche einfach konstruiert ist, klein und preiswert ist, welche eine automatische Frequenzsteuerung (AFC) und eine automatische Ausgabesteuerung (APC) gleichzeitig auf einer Senderseite erlaubt und ebenfalls erlaubt, daß senderseitig mehr als ein Laser gesteuert wird. Die Vorrichtung hängt nicht von dem Zeichenfaktor (mark factor) ab, benötigt keinen Hochgeschwindigkeitsschaltkreis und ist insbesondere für FDM- Übertragung nützlich.
Diese Aufgabe wird gelöst, wie in den Patentansprüchen 1, 2, 18 und 29 definiert ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine optische Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht: ein Interferometer, welches auf Ausgangslicht eines Halbleiterlasers anspricht, um Interferenzlicht abhängig von seinen optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika auszugeben;
einen optischen Empfänger, welcher auf die Anlegung des Interferenzlichtes anspricht, um es in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
Arbeitspunkteinstelleinrichtungen, die auf die Anlegung des elektrischen Signals ansprechen, um den Arbeitspunkt des Interferometers einzustellen, einer optischen Frequenz entsprechend einem Maximalwert oder einem Minimalwert seiner optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika zu ensprechen; und
Abweichungserfassungseinrichtungen, welche auf die Anlegung des elektrischen Signals von dem optischen Empfänger ansprechen, um den Durchschnittswert der Lichtintensität zu erfassen, und eine Komponente, welche die Differenz zwischen dem Durchschnittswert und einer konstanten optischen Frequenzabweichung an einen Datenmodulator rückkoppelt
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine optische Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht: ein Interferometer, welches auf die Anlegung von Ausgangslicht von dem Halbleiterlaser anspricht, um Interferenzucht abhängig von seiner optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik auszugeben;
Arbeitspunkteinstelleinrichtungen, die auf die Anlegung eines elektrischen Signals ansprechen, um den Arbeitspunkt des Interferometers einzustellen, einer optischen Frequenz entsprechend dem Median seiner optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik zu entsprechen;
und optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtungen zum Extrahieren einer Niederfrequenzsignalkomponente der durchschnittlichen Lichtausgangsintensität des Interferenzlichtes, welches zuvor niederfrequenzmoduliert worden ist, unter dem Arbeitspunkt, von dem elektrischen Signal mittels synchroner Erfassung, um eine optische Frequenzabweichung zu erfassen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine optische Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht:
Ein Interferometer, welches auf die Anlegung von Ausgangslicht von dem Halbleiterlaser anspricht, um Interferenzlicht abhängig von seiner optischen Interferenzcharakteristik auszugeben;
einen optischen Empfänger, der auf die Anlegung des Interferenzlichtes anspricht, um seine Lichtintensität in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
Arbeitspunkteinstelleinrichtungen zum Extrahieren einer Niederfrequenzkomponente des Interferenzlichtes, welches niederfrequenzmoduliert worden ist, von dein elektrischen Signal mittels synchroner Erfassung, um den Arbeitspunkt des Interferometers zu erfassen und den Arbeitspunkt einzustellen, einer optischen Frequenz entsprechend einem Maximalwert oder einem Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik zu entsprechen;
und optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtungen zum Extrahieren der Niederfrequenzsignalkomponente, die unter dem Arbeitspunkt erzeugt wird, von dem elektrischen Signal mittels synchroner Erfassung, um eine optische Frequenzabweichung zu erfassen.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine optische Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht:
eine Lichtinterferenzeinheit, die auf Laserlicht anspricht, das einer Frequenz- oder Phasenmodulation unterworfen ist, basierend auf Eingangsdaten, und eingefügt mit einem ersten Polarisator zum Ausgeben von Interferenzlicht abhängig von der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik;
eine erste λ/4-Platte und einen zweiten Polarisator, die beide auf reflektiertes Licht von der Interferenzeinheit ansprechen und hintereinander angeordnet sind;
erste und zweite optische Empfänger, die jeweils auf zwei Arten von Licht ansprechen, die von dem zweiten Polarisator ausgesendet werden, um eine Lichtintensität in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
eine Rückkopplungseinheit zum Erlauben, daß die Oszillationsfrequenz der interferierenden Charakteristik der Lichtinterferenzeinheit rückgekoppelt wird, so daß der Arbeitspunkt des Laserlichts der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik gemäß der Information der Differenz in elektrischen Signalen zwischen den ersten und zweiten optischen Empfängern entspricht; einen dritten optischen Empfänger, der auf übertragenes Licht von der Lichtinterferenzeinheit anspricht, um die Lichtintensität in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
und unter der stabilisierenden Steuerung des Arbeitspunktes des Laserlichtes mittels Rückkopplungseinheit, eine optische Frequenzabweichungsmessung zum Erfassen der Abweichung einer optischen Frequenz von einem Durchschnittswert der Lichtintensität des übertragenen Lichtes, erhalten basierend auf dem elektrischen Signal, das von dem dritten optischen Empfänger bereitgestellt wird; und
einen optischen Frequenzabweichungsstabilisator zum Berechnen der Differenz zwischen dem Durchschnittswert und einem vorbestimmten Wert, und Rückkoppeln des Ergebnisses auf den Modulationsfaktor des Laserlichtes.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Modulation einer optischen Frequenzabweichungsmeß- und Steuereinheit für Laserlicht:
eine Lichtinterferenzeinheit, welche auf Laserlicht anspricht, das einer Frequenz- oder Phasenmodulation unterzogen ist, basierend auf Eingangsdaten und eingefügt mit einer sekundären λ/4-Platte zum Ausgeben von Interferenzlicht abhängig von der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik;
eine erste λ/4-Platte und einen zweiten Polarisator, die beide auf reflektiertes Licht von der Lichtinterferenzeinheit ansprechen und hintereinander angeordnet sind;
erste und zweite optische Empfänger, die jeweils auf zwei Arten von Licht ansprechen, die von dem zweiten Polarisator ausgesendet werden, um eine Lichtintensität in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
eine Rückkopplungseinheit zum Erlauben, daß die Oszillationsfrequenz der interferierenden Charakteristik der Lichtinterferenzeinheit rückgekoppelt wird, so daß der Arbeitspunkt des Laserlichts der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik entspricht, gemäß der Information der Differenz in elektrischen Signalen zwischen den ersten und zweiten optischen Empfängen;
einen dritten optischen Empfänger, der auf übertragenes Licht von der Lichtinterferenzeinheit anspricht;
einen dritten optischen Empfänger, der auf wenigstens eine Art von Licht von dem dritten Polarisator anspricht, um die Lichtintensität des Lichtes in ein elektrisches Signal umzuwandeln;
und unter der stabilisierenden Steuerung des Arbeitspunktes des Laserlichtes mit der Rückkopplungseinheit, eine optische Frequenzabweichungsmessung zum Erfassen der Abweichung einer optischen Frequenz von einem Durchschnittswert der Lichtintensität des übertragenen Lichtes, erhalten basierend auf dem elektrischen Signal, das von dem dritten optischen Empfänger bereitgestellt wird; und
einen optischen Frequenzabweichungsstabilisator zum Berechnen der Differenz zwischen dem Durchschnittswert und einem vorbestimmten Wert, und Rückkoppeln des Ergebenisses auf dem Modulationsfaktor des Laserlichtes.
Gemäß diesen vorangehenden Aspekten der vorliegenden Erfindung besteht keine Notwendigkeit für einen optischen Breitbandempfänger und breitbandige elektronische Schaltkreise. Somit kann die optische Frequenzabweichungsmeßund Steuervorrichtung für Laserlicht klein, einfach und preiswert gemacht werden.
Zusätzlich kann als Ergebnis der Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Lasers und die Stabilisierung des Arbeitspunktes, gleichzeitig senderseitig APC und AFC durchgeführt werden, und es können senderseitig zwei oder mehr Halbleiterlaser gesteuert werden. Außerdem wird die Abhängigkeit von der Zeichenrate und die Notwendigkeit von Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen eliminiert. Ferner erlaubt die Verwendung eines Signals mit einem steilen Gradient eine beträchtliche Messung des S/N- Verhältnisses in der optischen Erequenzabweichungssteuerung.
In den vierten und fünften Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die Stabilisierung des Arbeitspunktes des Laserlichtes gesteuert werden, ohne einen anderen Steuervorgang, wie etwa synchrone Erfassung usw.
Die oben beschriebenen Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf ein optisches Kommunikationssystem in einem FDM- Verfahren anwendbar. In diesem Fall kann jeder Arbeitspunkt eines jeden Laserlichtes (optische Mittenfrequenz) als ein Maximal- oder Minimalwert einer Vielzahl von Punkten in optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika zugeordnet werden. Als Ergebnis kann ein Arbeitspunkt von Laserlicht in einem FDM-Übertragungssystem an genauen und gleichen Intervallen auf der optischen Frequenzachse positioniert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Graph von optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika des optischen Interferometers der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einem Durchschnittswert einer Lichtintensität und einer optischen Frequenzabweichung darstellt;
Fig. 4 stellt experimentelle Daten zum Substantiieren, daß der Graph der Fig. 3 erhalten werden kann, dar;
Fig. 5 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 erläutert optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika des Mach-Zehnder-Interferometers, spezieller erläutert A optische Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika von zwei Interferenzlichtwellen und B ist ein Graph, welcher das Ergebnis der Subtraktion der zwei Interferenzlichtwellen darstellt;
Fig. 7 illustriert optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika des Mach-Zehnder-Interferometers, spezieller stellt A die Charakteristik dar, wenn der Arbeitspunkt am Mittelwert stabilisiert wird, B zeigt die Charakteristika, wenn der Arbeitspunkt nach rechts verschoben wird, und C zeigt die Charakteristika, wenn der Arbeitspunkt nach links verschoben wird;
Fig. 8 zeigt Variationen der durchschnittlichen Lichtausgabe, wenn der Arbeitspunkt verschoben wird, A entspricht dem Fall, in welchem Δf < FSR/2, B entspricht dem Fall, in welchem Δf FSR/2 und C entspricht dem Fall, in welchem Δf > FSR/2;
Fig. 9 ist ein Graph, welcher eine optische Frequenzabweichung über einem synchronen Detektorausgangssignal darstellt;
Fig. 10 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 zeigt optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika des Interferometers, spezieller zeigt A optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika von zwei Interferenzlichtwellen, und B ist ein Graph, welcher das Ergebnis einer Subtraktion der zwei Interferenzlichtwellen zeigt;
Fig. 12 zeigt Spektra von Lichtausgaben von dem Interferometer, wenn der Arbeitspunkt bewegt wird, unter den Bedingungen, daß A < B < C in der Größe von Δf;
Fig. 13 ist ein Graph, welcher eine optische Frequenzabweichung über einer synchronen Detektorausgabe für ein Niederfrequenzsignal S22 zeigt;
Fig. 14 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 zeigt spezifische Anordnungen des Arbeitspunktdetektors und der Arbeitspunktsteuerung der Fig. 16;
Fig. 18 ist ein Wellenformendiagramm zur Verwendung im Betrieb eines Niederfrequenzoszillators;
Fig. 19A ist ein Synchronsignal-Wellenformendiagramm, wenn ein Mach-Zehnder-Interferometer verwendet wird;
Fig. 19B ist ein Synchronsignal-Wellenformendiagramm, wenn ein Fabri-Perot-Interferometer verwendet wird;
Fig. 20A zeigt das Mach-Zehnder-Interferometer zum Ausgeben von zwei komplementären Interferenzlichtwellen;
Fig. 20B zeigt die optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika der zwei Interferenzlichtwellen in Fig. 20A;
Fig. 21A zeigt das Fabri-Perot-Interferometer zum Ausgeben von zwei komplementären Interferenzlichtwellen;
Fig. 21B zeigt die optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika der zwei Interferenzlichtwellen in Fig. 21A;
Fig. 22 zeigt eine andere Einrichtung zum Erhalten von zwei komplementären Interferenzlichtwellen;
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welches ebenfalls eine automatische Lichtausgabesteuerung durchführt;
Fig. 24 zeigt eine Modifikation der Differenzsignalerzeugungseinrichtung der Fig. 23;
Fig. 25 ist ein Blickdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 26 ist ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 29 ist ein Blockdiagramm eines siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 30 ist ein Blockdiagramm eines achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 31 ist eine Ansicht zum Erläutern der Achsenrichtung einer λ/4-Platte und eines Polarisators in dem achten Ausführungsbeispiel;
Fig. 32 ist eine Ansicht zum Erläutern der Charakteristika einer optischen Frequenz in dem achten Ausführungsbeispiel;
Fig. 33 ist ein Blockdiagramm eines neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 34 ist eine Ansicht zum Erläutern der Achsenrichtung einer λ/4-Platte und eines Polarisators in dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 35 ist eine Ansicht zum Erläutern der Charakteristika einer optischen Frequenz in dem neunten Ausführungsbeispiel;
Fig. 36 ist ein Blockdiagramm eines zehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
und
Fig. 37 ist ein Blockdiagramm eines elften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Erläuterung der Prinzipien

Fig. 1 ist ein grundlegendes Blockdiagramm einer optischen Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 wird das Vorwärtslicht eines Halbleiterlasers 10 auf eine Übertragungsleitung L als Lichtdaten Dh übertragen. Ein Steuersignal kann von dem Vorwärtslicht extrahiert werden. Die Lichtdaten Dh werden einer optischen Frequenzmodulation (f1, f2) in Übereinstimmung mit Logikpegeln 1 und 0 von zu übertragenden Daten Din unterzogen. Die Modulation mit Daten Din wird von einem Datenmodulator 11 durchgeführt. Ein wohl bekannter Vorspannungs- bzw. Vorstromschaltkreis 12 ist vorgesehen, um die Modulation unter den optimalen Treiberbedingungen durchzuführen.
Elemente 20, 30, 40 und 50 außer den Elementen 10, 11 und 12 bilden die Meß und Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die Meß und Steuervorrichtung arbeitet als Reaktion auf dem Empfang von Ausgangslicht Ho des Halbleiterlasers 10, beispielsweise seines Rückwärtslichtes. Wie dargestellt, umfaßt die Meß- und Steuervorrichtung ein Interferometer 20, einen optischen Empfänger 30, eine Arbeitspunkteinstelleinrichtung 40 und einen Frequenzabweichungsdetektor 50.
Das Interferometer 20 empfängt das Ausgangslicht Ho des Halbleiterlasers 10 und gibt Interferenzlicht Hi in Übereinstimmung mit seinen optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika aus.
Der optische Empfänger 30 empfängt das Interferenzlicht Hi und wandelt seine Intensität in ein elektrisches Signal EL um.
Die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 40 empfängt das elektrische Signal EL und stellt den Arbeitspunkt des Interferometers 20 in solcher Weise ein, daß der Arbeitspunkt immer dem Maximalwert oder dem Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entspricht.
Der Abweichungsdetektor 50 empfängt das elektrische Signal EL, was von dem optischen Empfänger 30 ausgegeben wird, unter dem stabilisierten Arbeitspunkt und erfaßt den Durchschnittswert der Lichtintensität. Eine Differenz zwischen dem Durchschnittswert und einem eingestellten Wert entsprechend der festen optischen Frequenzabweichung wird auf den Datenmodulator 11 rückgekoppelt.
Das Arbeitsprinzip der optischen Frequenzabweichungs- und Steuerungsvorrichtung für Laserlicht gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf den folgenden zwei Punkten:
(1) Stabilisieren des Arbeitspunktes des Interferometers, um der maximalen optischen Frequenz oder der minimalen optischen Frequenz der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika des Interferometers zu entsprechen; und
(2) unter dem stabilisierten Arbeitspunkt, Erfassen des Durchschnittswertes der Lichtintensität des Interferenzlichtes Hi und Rückkoppeln des Durchschnittswertes zurück an den Datenmodulator 11, um zu erlauben, daß der Durchschnittswert auf einen eingestellten Wert der Lichtintensität konvergiert, wenn eine vorbestimmte optische Frequenzabweichung erzeugt wird.
Die Vorgänge (1) und (2) werden hauptsächlich durch die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 40 bzw. den Abweichungsdetektor 50 durchgeführt.
Fig. 2 ist ein Graph der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik des Interferometers. In dem Graph zeigt die Abszisse die optische Frequenz, d.h. die Betriebsfrequenz des Interferometers 20, und die Ordinate zeigt die Intensität P des Interferenzlichtes Hi von dem Interferometer 20. Als Interferometer 20 ist irgendein Fabry-Perot-Interferometer, Michelson-Interferometer und Mach-Zehnder-Interferometer, usw., die alle wohl bekannt sind. Der Graph zeigt die Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik, die mit dem Mach- Zehnder-Interferometer beobachtet wird.
Im allgemeinen zeigt die optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik eine sinusförmige Änderung der Lichtintensität mit der Variation der optischen Frequenz. Der Graph in Fig. 2 zeigt einen Teil der Charakteristik. Wie dargestellt, nimmt die Lichtintensität den Maximalwert MAX und den Minimalwert MIN an. Die optischen Frequenzen, welche erlauben, daß die Lichtintensität den Maximalwert MAX und den Minimalwert MIN annimmt, sind fmax bzw. fmin. In der vorliegenden Erfindung wird der Arbeitspunkt (die optische Mittenfrequenz f0 zwischen den ersten und zweiten optischen Frequenzen f1 und f2) so eingestellt, immer entweder die Maximal- oder die Minimalwerte der Lichtintensität einzuhalten. Das heißt, die Arbeitsfrequenz des Interferometers 20 wird auf fmax oder fmin eingestellt. Nun werden die optische Frequenzabweichung Δf der ersten und zweiten optischen Frequenzen f1 und f2 von der optischen Mittenfrequenz f0 mit der Arbeitsfrequenz als fmax betrachtet. Wenn Δf, wie Δf' in Fig. 2, kleiner ist als die vorbestimmte Abweichung Δf, ist die Lichtintensität P' des von Δf' resultierenden Interferenzlichtes Hi größer als eine vorbestimmte Lichtintensität P, die von Δf resultiert.
Wenn umgekehrt Δf, wie Δf" in Fig. 2, größer ist als Δf, ist die Lichtintensität P", die von Δf" resultiert, kleiner als die vorbestimmte Lichtintensität P von Δf.
In diesem Fall entsprechen beide Enden von Δf, Δf' und Δf" den ersten und zweiten Frequenzen f1 und f2. Jeder der Übergänge von f1 nach f2 und f2 nach f1 findet entlang der Kurve des Graphen der Fig. 2 statt. Somit wird es möglich, die optische Frequenzabweichung in Form des Durchschnittswertes Pav der Lichtintensität P zu überwachen.
Fig. 3 ist ein Graph, welcher einen Durchschnittswert der Lichtintensität über einer optischen Frequenzabweichung darstellt. In dem Graphen zeigt eine durchgezogene Linie die Beziehung, wenn der Arbeitspunkt auf den Maximalwert MAX wie in dem obigen Beispiel eingestellt wird, während die gestrichelte Linie die Beziehung zeigt, wenn der Arbeitspunkt als der Minimalwert MIN eingestellt wird. Im Fall, daß der Arbeitspunkt auf den Maximalwert MAX eingestellt wird, wie in dem obigen Beispiel in Fig. 2, wird, während die optische Frequenzabweichung Δf kleiner wird (Δf') oder größer (Δf"), der Durchschnittswert Pav der Lichtintensität größer (Pav") oder kleiner (Pav').
Fig. 4 zeigt experimentelle Daten zum Substantiieren, daß der Graph der Fig. 3 erhalten werden kann. In dem Graph zeigt die Abszisse die Ausgangsspannung eines Impulsmustergenerators, was den Modulationsstrom einer Laserdiode zum Simulieren der optischen Frequenzabweichung entspricht, während die Ordinate den Strom zeigt, der durch eine PIN-Diode fließt, um den Durchschnittswert der Lichtintensität zu simulieren. In diesem Graphen entspricht die mit weißen Punkten gezeichnete Kurve der Charakteristik, die durch die durchgezogene Linie in Fig. 3 dargestellt ist, während die mit schwarzen Punkten gezeigte Kurve der Charakteristik entspricht, die durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 gezeigt wird.
In der Vorrichtung der Fig. 1 ist die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 40 vorgesehen unter Berücksichtigung des Graphen der Fig. 2, während der Abweichungsdetektor 50 vorgesehen ist unter Berücksichtigung des Graphen der Fig. 3. Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, die Lichtintensität des Interferenzlichtes Hi als Steuervariable zu verwenden und nur niederfrequente Komponenten der Lichtintensität zu behandeln. Somit kann die Meß- und Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung sein, welche einfach konstruiert ist und mit sehr niedriger Frequenz arbeitet.
Fig. 5 ist ein grundlegendes Blockdiagramm einer optischen Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In der Figur gibt ein Halbleiterlaser 110 Ausgangslicht H10 aus, dessen optische Frequenz auf eine erste optische Frequenz f1 und eine zweite optische Frequenz f2 in Übereinstimmung mit Logikpegeln 1 und 0 eines Modulationssignals mit hoher Rate verschoben ist. Das heißt, das Ausgangslicht des Halbleiterlasers ist einer Frequenzumtastung unterworfen.
Die optische Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeitet als Reaktion auf den Empfang von FSK- moduliertem Ausgangslicht H10 von dem Halbleiterlaser 110 und umfaßt, wie gezeigt, ein Interferometer 120, einen optischen Empfänger 130, eine Arbeitspunkteinstelleinrichtung 140 und einen optischen Frequenzabweichungsdetektor 150.
Das Interferometer 120 spricht auf das Ausgangslicht H10 des Halbleiterlasers 110 an, um Ausgangsinterferenzlicht H1i abhängig von seinen optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika auszugeben.
Der optische Empfänger 130 emfängt das Interferenzlicht H1i und wandelt seine Lichtintensität in ein elektrisches Signal EL10 um.
Die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 140 empfängt das elektrische Signal EL10 und stellt den Arbeitspunkt des Interferometers 120 so ein, daß er der optischen Frequenz entsprechend dem Wert entspricht, welcher in der Mitte zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik liegt.
Der optische Frequenzabweichungsdetektor 150 extrahiert eine Niederfrequenzsignalkomponente der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität des Interferenzlichtes H1i, welche zuvor mit einer niedrigen Frequenz moduliert worden ist, unter dem Arbeitspunkt, von dem elektrischen Signal EL10 mittels synchroner Erfassung und erfaßt eine optische Frequenzabweichung.
Das Arbeitsprinzip der optischen Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf den folgenden zwei Punkten:
(1) Stabilisieren des Arbeitspunktes des Interferometers 120 an der optischen Frequenz entsprechend dem Wert, der der Median-Wert zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert seiner optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik ist; und
(2) unter dem stabilisierten Arbeitspunkt, Extrahieren einer Niederfrequenzsignalkomponente der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität des Interferenzlichtes H1i, welches von dem Interferometer zuvor moduliert mit einer Niederfrequenz ausgegeben wird, mittels synchroner Erfassung des elektrischen Signals EL10 von dem optischen Empfänger 130 mit einem Niederfrequenzsignal, und Erfassen einer optischen Frequenzabweichung von dem synchron erfaßten Ausgangssignal.
Die Vorgänge (1) und (2) werden hauptsächlich von der Arbeitspunkteinstelleinrichtung (140) bzw. dem optischen Frequenzabweichungsdetektor 150 durchgeführt, wie im folgenden detaillierter beschrieben wird.
Als erstes wird der Arbeitspunkt beschrieben.
Fig. 6A ist ein Graph, welcher die optische Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik des Interferometers 120 zeigt. In dem Graphen zeigt die Abszisse die Arbeitsfrequenz des Interferometers, und die Ordinate zeigt die Lichtintensität P des Interferenzlichtes H1i von dem Interferometer 120. Das Interferenzlicht H1i enthält zwei Komponenten H1ia und H1ib, die zueinander komplentär sind. In Fig. 6A zeigt die durchgezogene Linie die optische Erequenzdiskriminierungscharakteristik der Interferenzlichtkomponente H1ia, und die gestrichelte Linie zeigt dieselbe Charakteristik der Interferenzlichtkomponente H1ib. Als Interferometer 120 in der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann irgendein Fabry-Perot-Interferometer, Michelson-Interferometer, Mach-Zehnder-Interferometer, usw. verwendet werden, die allesamt wohl bekannt sind. Der Graph der Fig. 6A zeigt die optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik des Mach-Zehnder-Interferometers.
Wie gezeigt, nimmt die Lichtintensität den Maximalwert MAX und den Minimalwert MIN an. Die optische Frequenz, welche den Maximalwert MAX erzeugt, ist fmax, während die optische Frequenz, welche den Minimalwert MIN erzeugt, fmin ist. In der vorliegenden Erfindung wird der Arbeitspunkt (die optische Mittenfrequenz f0 zwischen den ersten und zweiten optischen Frequenzen f1 und f2) eingestellt, dem Median-Wert (MED) (Frequenz fmed) der Maximal- und Minimalwerte zu jeder Zeit zu entsprechen.
Die Hinzufügung der zwei Interferenzlichtkomponenten H1ia und Hlib, die zueinander komplementär sind, erzeugt eine flache Ausgabe, wie in Fig. 6A durch eine gepunktete Linie angedeutet ist. Die flache Ausgabe ist proportional der Lichtausgabe des Halbleiterlasers 110. Andererseits verdoppelt die Subtraktion der zwei komplementären Komponenten H1ia und H1ib die Amplitude, wie in Fig. 6B gezeigt ist, und die resultierende Ausgabe kreuzt den Nullpunkt am Median-Wert MED, d.h. dem Arbeitspunkt. Somit wird durch Steuern der Vorspannung bzw. des Vorstroms oder der Temperatur des Halbleiterlasers 110 oder des Interferometers 120, so daß das von der Substraktion der komplementären Interferenzlichtkomponenten H1ia und H1ib resultierende Signal zu jeder Zeit Null wird, ermöglicht, daß der Arbeitspunkt auf dem Median-Wert MED der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik bleibt.
Als nächstes wird die Erfassung der optischen Frequenzabweichung beschrieben.
Hier sei zum Zwecke einer vereinfachten Beschreibung angenommen, daß das Ausgangslicht H10 des Halbleiterlasers 110 einer idealen FSK-Modulation mit einer Zeichenrate von 1/2 unterzogen worden ist. Die Zeichenrate bezieht sich auf das Verhältnis zwischen Zahl 1'en und Zahl 0'en in einem Modulationssignal. Wenn eine 1 und eine 0 jeweils mit gleicher Wahrscheinlichkeit auftritt, ist die Zeichenrate 1/2. Wenn das Verhältnis zwischen 1'en und 0'en 1 zu 3 ist, ist die Zeichenrate 1/4. Ideale FSK-Modulation heißt, daß die Übergangszeit zwischen der ersten optischen Frequenz f1 und der zweiten optischen Frequenz f2 infinitesimal ist.
Der Arbeitspunkt wird an den Medianwert MED der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik stabilisiert, wie oben beschrieben wurde. Dieser Zustand ist in Fig. 7A gezeigt. Der Einfachheit halber ist die optische Frequenzabweichung Δf eingestellt auf Δf = FSR/2. Hier bezieht sich FSR auf die optische Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Maximal(Minimal)-Werten der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik in einem freien Spektralbereich. Die Lichtausgabe variiert mit einem Niederfrequenzsignal, wobei der Arbeitspunkt an dem Median- Wert MED stabilisiert ist. Wenn, wie in Fig.78 gezeigt, sich der Arbeitspunkt nach rechts verschiebt, verschieben sich ebenfalls die optischen Frequenzen f1 und f2 nach rechts. Demzufolge steigt die Lichtausgabe P1 an der optischen Frequenz f1 an, während die optische Ausgabe P2 an der optischen Frequenz f2 abnimmt. Wenn, wie in Fig. 7C gezeigt, sich der Arbeitspunkt nach links verschiebt, verschieben sich ebenfalls die optischen Frequenzen f1 und f2 nach links. Demzufolge steigt die Lichtausgabe P1 an der optischen Frequenz f1 an, während die optische Ausgabe P2 an der optischen Frequenz f2 abnimmt. Die Veränderungen in den optischen Ausgaben P1 und P2 werden als Variationen in der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität von dem Interferometer 120 beobachtet. Hier tritt eine Variation in der Phase und Amplitude der variierenden durchschnittlichen Lichtausgabeintensität von dem Interferometer 120 auf, abhängig von der Größe der optischen Frequenzabweichung Δf (= f1 - f2), was im folgenden beschrieben wird.
Fig. 8A zeigt den Fall, in welchem Δf kleiner ist als FSR/2. Wenn in der Figur der Arbeitspunkt durch ein niederfrequentes Signal S1 nach rechts verschoben wird, verschieben sich die optischen Frequenzen f1 und f2 nach rechts, so daß die Lichtausgaben bei f1 und f2 größer werden. Wenn der Arbeitspunkt nach links verschoben wird, verschieben sich die optischen Frequenzen f1 und f2 nach links, so daß die Lichtausgaben abnehmen. Somit variiert die durchschnittliche Lichtausgabeintensität, wie rechts in der Figur gezeigt ist.
Fig. 8B zeigt den Fall, daß Δf = FSR/2. Weil in diesem Fall f1 und f2 sich auf einer komplementären Grundlage verschieben, wie ebenfalls in Fig. 7B gezeigt ist, sind die Zunahme und die Abnahme der Lichtausgabe einander gleich. Somit ist, obwohl der Arbeitspunkt mit einem niederfrequenten Signal S1 verschoben wird, keine Variation in der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität vorhanden, wie rechts in Fig. 8B gezeigt ist.
Fig. 8C zeigt den Fall, in welchem Δf > FSR/2. Wenn in der Figur der Arbeitspunkt von einem niederfrequenten Signal S1 nach rechts verschoben wird, verschieben sich die optischen Frequenzen f1 und f2 nach rechts, so daß die Lichtausgaben bei f1 und f2 abnehmen. Wenn der Arbeitspunkt nach links verschoben wird, verschieben sich andererseits die optischen Frequenzen f1 und f2 nach links, so daß die Lichtausgaben bei f1 und f2 anwachsen. Somit variiert die durchschnittliche Lichtausgabeintensität, wie rechts in der Figur gezeigt ist. Die Reaktion der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität in Fig. 8C, in welcher Δf > FSR/2, ist in ihrer Phase entgegengesetzt der in Fig. 8A, in welcher Δf < FSR/2.
Wie oben beschrieben, variieren die Amplitude und Phase der Variation in der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität gemäß der Größe der optischen Frequenzabweichung Δf. Deshalb erlaubt die Umwandlung der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität von dem Interferometer 120 in ein elektrisches Signal in dem optischen Empfänger 130, und die synchrone Erfassung des elektrischen Signals mit dem Niederfrequenzsignal S1, daß die Größe der optischen Frequenzabweichung Δf erhalten wird.
Fig. 9 zeigt eine optische Frequenzabweichung Δf über einem synchronen Erfassungsausgangssignal der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität. Entweder das mit einer durchgezogenen Linie angezeigte Signal oder das mit einer gepunkteten Linie angezeigte Ausgangssignal wird ausgegeben, abhängig von der Phase eines Referenzsignals für synchrone Erfassung, welches anzeigt, auf welcher der positiven und negativen Flanken der Kurve der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik der Arbeitspunkt eingestellt ist. Hier stellt die Abweichung des synchronen Erfassungs-Ausgangssignals von Null die Abweichung der optischen Frequenzabweichung Δf von FSR/2 dar.
Wenn Δf = FSR/2, ist das synchrone Erfassungssignal Null. Wenn das synchrone Erfassungsausgangssignal gemessen wird, wird dadurch der Wert der optischen Frequenzabweichung Δf gemessen. Somit ist ersichtlich, daß es möglich ist, die optische Frequenzabweichung zu messen und zu steuern.
In der Vorrichtung der Fig. 5 ist die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 140 unter Berücksichtigung des Graphen der Fig. 6 vorgesehen, und der optische Frequenzabweichungsdetektor 150 ist vorgesehen unter Berücksichtigung des Graphen der Fig. 9. Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, die Lichtintensität des Interferenzlichtes H1i als Steuervariable zu benutzen und nur eine Niederfrequenzkomponente der Lichtintensität zu verarbeiten. Deshalb kann die Meß und Steuervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung sein, welche einfach ist und mit sehr niedriger Frequenz arbeitet.
Fig. 10 ist ein grundlegendes Blockdiagramm einer optischen Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In der Figur gibt ein Halbleiterlaser 210 Ausgangslicht H20 aus, dessen optische Frequenz auf eine erste optische Frequenz f1 und eine zweite optische Frequenz f2 gemäß Logikpegel 1 und 0 eines Hochgeschwindigkeits- Modulationssignals verschoben wird.
Die Meß und Steuervorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeitet als Reaktion auf das FSK- modulierte Ausgangslicht H20 von dem Halbleiterlaser 210, und umfaßt, wie gezeigt, ein Interferometer 220, einen optischen Empfänger 230, eine Arbeitspunkteinstelleinrichtung 240 und einen optischen Frequenzabweichungsdetektor 250.
Das Interferometer 220 spricht auf das Ausgangslicht H20 des Halbleiterlasers 210 an, um Interferenzlicht H2i abhängig von seinen optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika auszugeben.
Der optische Empfänger 230 empfängt das Interferenzlicht H2i und wandelt seine Lichtintensität in ein elektrisches Signal EL20 um.
Die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 240 erfaßt den Arbeitspunkt des Interferometers 220 mittels Extrahierens eines Niederfrequenzsignals des Interferenzsignals H2i von dem elektrischen Signal EL20, welches niederfrequenzmoduliert worden ist, mittels synchroner Erfassung und stellt den Arbeitspunkt des Interferometers 220 so ein, daß er der optischen Frequenz entsprechend dem Maximalwert oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik entspricht.
Der optische Frequenzabweichungsdetektor 250 extrahiert eine Niederfrequenzsignalkomponente, die unter dem Arbeitspunkt erzeugt wird, von dem elektrischen Signal EL20 mittels synchroner Erfassung und erfaßt eine optische Frequenzabweichung.
Das Arbeitsprinzip der optischen Frequenzabweichungs- und Steuervorrichtung für Laserlicht gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf den folgenden zwei Punkten:
(1) Stabilisieren des Arbeitspunktes des Interferometers 220 an der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik des Interferometers 220; und
(2) unter dem stabilisierten Arbeitspunkt, Extrahieren einer niederfrequenten Signalkomponente S22, welche das doppelte eines niederfrequenten Signals S21 der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität des Interferenzlichtes H2i ist, welches von dem Interferometer 220, zuvor mit einer Niederfrequenz moduliert, ausgegeben wird, mittels synchroner Erfassung des elektrischen Signals EL20 von dem optischen Empfänger 230 und Erfassen einer optischen Frequenzabweichung von dem synchron erfaßten Ausgangssignal.
Die Vorgänge (1) und (2) werden hauptsächlich von der Arbeitspunkteinstelleinrichtung 240 bzw. dem optischen Frequenzabweichungsdetektor 250 durchgeführt, wie im folgenden detaillierter beschrieben wird.
Zuerst wird die Einstellung des Arbeitspunktes beschrieben.
Fig. 11A ist ein Graph, welcher die optische Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik des Interferometers 220 zeigt. In dem Graphen zeigt die Abszisse die optische Frequenzeingabe an das Interferometer 220 an, und die Ordinate zeigt die Lichtintensität P des Interferenzlichtes H2i von dem Interferometer 220 an. Das Interferenzlicht H2i enthält zwei komplementäre Komponenten H2ia und H2ib. In Fig. 11A zeigt die durchgezogene Linie die optische Frequenzdis kriminierungs-Charakteristik der Interferenzlichtkomponente H2ia, und die gepunktete Linie zeigt die gleiche Charakteristik der Interferenzlichtkomponente H2ib. Als Interferometer 220 kann irgendein Fabry-Perot-Interferometer, Michelson- Interferometer, Mach-Zehnder-Interferometer, usw. verwendet werden, die allesamt wohl bekannt sind. Der Graph der Fig. 11A zeigt die optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik des Mach-Zehnder-Interferometers.
Wie gezeigt, nimmt die Lichtintensität den Maximalwert MAX und den Minimalwert MIN an. Die optische Frequenz, welche den Maximalwert MAX erzeugt, ist fmax, während die optische Frequenz, die den Minimalwert MIN erzeugt, fmin ist. In der vorliegenden Erfindung wird der Arbeitspunkt (die optische Frequenz f0, die der Median-Wert zwischen den ersten und zweiten optischen Frequenzen f1 und f2 ist), eingestellt, entweder dem Maximalwert oder dem Minimalwert zu entsprechen.
Die Hinzufügung der zwei Interferenzlichtkomponenten H2ia und H2ib, die zueinander komplementär sind, erzeugt eine flache Ausgabe, wie durch eine gepunktete Linie in Fig. 11A angezeigt ist. Die flache Ausgabe ist proportional der Lichtausgabe des Halbleiterlasers 210. Andererseits verdoppelt die Subtrahierung der zwei komplementären Interferenzkomponenten H2ia und H2ib die Amplitude, wie durch eine durchgezogene Linie in Fig. 11B gezeigt ist. Ein Signal, das von synchroner Erfassung des Subtraktionssignals mit dem Niederfrequenzsignal S21 resultiert, das dem Vorstrom bzw. der Vorspannung des Halbleiterlasers 210 oder dem Interferometer 220 überlagert worden ist, ist einer Wellenform äquivalent, die durch Differenzieren des Subtraktionssignals erhalten wird, oder einer Wellenform, die durch eine durchgezogene Linie in Fig. 11B angezeigt ist. Somit wird das synchrone Erfassungssignal am Maximalwert MAX und am Minimalwert MIN Null. Deshalb kann durch Steuern des synchronen Erfassungssignals, dem Nullpunkt zu jeder Zeit zu folgen, der Arbeitspunkt eingestellt werden, dem Maximalwert MAX oder dem Minimalwert MIN der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik zu entsprechen.
Als nächstes wird die Erfassung der optischen Frequenzabweichung beschrieben.
Die Fig. 12A, B, C zeigen Spektren von Lichtausgaben des Interferometers 220, wenn ein FSK-moduliertes Lichtsignal empfangen wird, und der Arbeitspunkt hin- und herbewegt wird. In diesem Fall wird das Mach-Zehnder-Interferometer verwendet. Wenn die optische Frequenzabweichung &$f (Modulationsindex) größer wird, wird das Spektrum des modulierten Lichtsignals breiter. Somit wird die Kohärenz des Lichtes schlechter, und das Spektrum des von dem Interferometer 220 ausgegebenen Lichtes wird breiter, wie in Fig. 12 gezeigt ist. In Fig. 12 wird die Größe der optischen Frequenzabweichung Δf in der Reihenfolge A, B und C größer, und die spektralen Wellenformen der Durchschnittslichtausgaben werden demgemäß weicher.
Die synchrone Erfassung der Lichtausgabe durch das Niederfrequenzsignal S21 erlaubt, daß der Arbeitspunkt an den Maximalwert MAX oder den Minimalwert MIN des Spektrums zu jeder Zeit stabilisiert wird. Wenn der Arbeitspunkt an den Maximalwert MAX stabilisiert wird, wird die durchschnittliche Lichtausgabe von dem Interferometer 220 als deformierte Wellenforin des Niederfrequenzsignals S21 beobachtet, wie in der Mitte der Fig. 12A, B, C gezeigt ist. Wenn der Arbeitspunkt an dem Maximalwert MAX vorhanden ist, wird die Niederfrequenzsignalkomponente S21 minimal. Anstelle dessen wird die Niederfrequenzsignalkomponente S22, deren Frequenz das Doppelte der Niederfrequenzkomponente S21 ist, am stärksten erzeugt. Die Amplitude der Niederfrequenzsignalkomponente S22 repräsentiert den Gradienten der Schulter des Spektrums. Weil der Gradient mit der Größe von Δf variiert, wie in den Fig. 12A, B, C gezeigt ist, entspricht die Amplitude des Niederfrequenzsignals S22 Δf.
Fig. 13 zeigt eine Beziehung zwischen einem Signal nach synchroner Erfassung durch das Niederfrequenzsignal S22, welches das Doppelte des Niederfrequenzsignals S21 bezüglich der Frequenz ist, und der optischen Frequenzabweichung Δf. Ein Wert von Δf wird auf der Grundlage des Graphen gemessen. Das heißt, durch Erfassen der Niederfrequenzsignalkomponente S22, welche Variationen in der durchschnittlichen Lichtausgangsintensität des Interferenzlichtes H2i anzeigt, welches unter dem stabilisierten Arbeitspunkt erzeugt wird, mit dem Niederfrequenzsignal S22, und Durchführen eines Vergleichs zwischen dem erfaßten Signal und einem eingestellten Wert des synchronen Erfassungsausgangssignals, welches eine vorbestimmte optische Frequenzabweichung Δf erzeugt, kann Δf erfaßt werden. Die Rückkopplung auf den Datenmodulator, so daß der eingestellte Wert des Erfassungssignals erreicht wird, ermöglicht eine Stabilisierung der optischen Frequenzabweichung (Modulationsindex).
In der Vorrichtung der Fig. 10 ist die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 240 unter Berücksichtigung des Graphen der Fig. 11 vorgesehen, und der optische Frequenzabweichungsdetektor 250 ist unter Berücksichtigung des Graphen der Fig. 13 vorgesehen. Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, die Lichtintensität des Interferenzlichtes H21 als Steuervariable zu verwenden und nur eine niederfrequente Komponente der Lichtintensität zu benutzen. Deshalb kann die Vorrichtung zum Messen und Steuern der optischen Frequenzabweichung des Halbleiterlasers gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung sein, die einfach konstruiert ist und bei einer sehr niedrigen Frequenz arbeitet.
In den oben beschriebenen ersten bis dritten Aspekten wird die Stabilisierung eines Arbeitspunktes von Laserlicht durch synchrone Erfassung, usw., durch einen synchronen Erfassungsschaltkreis gesteuert. Andererseits ist in den vierten und fünften Aspekten ein Steuervorgang, wie etwa synchrone Erfassung, für die Stabilisierungssteuerung eines Arbeitspunktes nicht erforderlich.
Fig. 14 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 14 ist Laserlicht H30 ein rückwärts von einem Halbleiterlaser 319 ausgegebenes Licht. Von dem Halbleiterlaser 319 ausgegebenes Vorwärtslicht wird als optische Daten auf die Übertragungsleitung (in Fig. 14 nicht gezeigt) gegeben. Dann wird die optische Frequenz des Laserlichtes H30 einer Frequenz oder Phasenmodulation in entweder eine erste oder eine zweite optische Frequenz mit der vorbestimmten optischen Mittenfrequenz (Arbeitspunkt), basierend auf dem Treiberstrom, unterworfen, der von einem Datenmodulator 320 gemäß den zwei logischen Werten 0 und 1 bereitgestellt wird.
Eine auf das Laserlicht H30 ansprechende Lichtinterferenzeinheit 304 sendet Interferenzlicht abhängig von den optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika aus. Die Lichtinterferenzeinheit 304 umfaßt einen ersten Polarisator 303, der dazwischen eingefügt ist.
Dann werden eine erste λ/4-Platte 306 und ein zweiter Polarisator 307 zum Aufnehmen von Licht HB1, das von der Lichtinterferenzeinheit 304 durch einen Halbspiegel 321 reflektiert wird, hintereinander positioniert.
Ein erster optischer Empfänger 312 und ein zweiter optischer Empfänger 313 empfangen zwei Arten von Licht HB3 bzw. HB3 und wandeln die Lichtintensität von jeder Art von Licht in ein elektrisches Signal EL31 bzw. EL32 um.
Dann koppelt eine Rückkopplungseinheit 314 die Oszillationsfrequenz des Laserlichtes H30 oder die Interferenzcharakteristika der Lichtinterferenz 304 gemäß der Information, welche die Phasendifferenz zwischen zwei orthogonalen direktionalen Komponenten des Laserlichtes H30 anzeigt, die von den Differenzkomponenten zwischen den elektrischen Signalen EL31 und EL32 von den ersten und zweiten optischen Empfängern 312 und 313 erhalten werden, zurück, so daß der Arbeitspunkt des Laserlichtes H30 der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entspricht. Das heißt, die Rückkopplungseinheit 314 koppelt gemäß dem Signal, das durch Subtrahieren des elektrischen Signales EL32 von dem elektrischen Signal EL31 erhalten wird, die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Halbleiterlasers 319 oder der Lichtinterferenzeinheit 304 zurück, die das Laserlicht H30 ausgibt.
Andererseits empfängt ein dritter optischer Empfänger 317 übertragenes Licht H31 von der Lichtinterferenzeinheit 304 und wandelt seine Lichtintensität in ein elektrisches Signal EL33 um.
Unter der Stabilisierungssteuerung auf dem Arbeitspunkt des Laserlichtes H30 durch die Rückkopplungseinheit 314 berechnet ein optischer Frequenzabweichungsstabilisator 318 die Differenz zwischen dem Durchschnittswert der Lichtintensität des übertragenen Lichtes H31, die von dem elektrischen Signal EL33 von dem dritten optischen Empfänger 317 und dem vorbestimmten Wert erhalten wird, und koppelt dann die Differenz auf den Modulationsfaktor des Laserlichtes H30 zurück. Beispielsweise wird die Differenz auf einen Datenmodulator 320 zum Durchführen einer Modulation gemäß Eingangsdaten Din rückgekoppelt
Fig. 15 ist ein grundlegendes Blockdiagramm eines fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung.
Der in Fig. 15 gezeigte, fünfte Aspekt unterscheidet sich von dem in Fig. 14 gezeigten, vierten Aspekt darin, daß nicht ein Polarisator, sondern eine zweite λ/4-Platte 404 in eine Lichtinterferenzeinheit 402 eingefügt ist, und ein dritter Polarisator 403 zwischen die Lichtinterferenzeinheit 402 und den dritten optischen Empfänger 317 eingefügt ist.
Die vierten und fünften, jeweils in den Fig. 14 und 15 gezeigten Aspekte können, wie andere Aspekte der vorliegenden Erfindung, auf das FDM-Übertragungssystem anwendbar sein. In diesem Fall arbeitet jede der Lichtinterferenzeinheiten 304 und 402, Polarisatoren 303, 307 und 403 und λ/4-Platten 306 und 401 mit einer Vielzahl von Laserlicht H30, die jeweils einen verschiedenen Arbeitspunkt haben. Die entsprechende Anzahl von optischen Empfängern 312, 313 und 317 zur Anzahl von Laserlichtern H30 sind parallel positioniert, um HB3, HB3' bzw. H31 (H32) zu empfangen. Die in den Fig. 14 und 15 gezeigte Rückkopplungseinheit 314 und der optische Frequenzabweichungsstabilisator 318 führen jeweils einen parallelen oder Zeitmultiplexbetrieb für jedes Laserlicht H30 durch. Speziell in diesem Fall bewirkt die Rückkopplungseinheit 314, daß ein Arbeitspunkt eines jeden Laserlichtes H30 irgendeiner optischen Frequenz entsprechend einer Vielzahl von Maximal- oder Minimalwerten einer optischen Frequenzdiskriminierungscharakteristik der Lichtinterferenzeinheit 304 entspricht. Dann kann die Frequenz eines jeden Laserlichtes H30 automatisch durch Rückkoppeln des Vorstroms bzw. der Vorspannung oder Temperatur in jedem Laser 319, der das jeweilige Laserlicht H30 ausgibt, gesteuert werden.
In den jeweils in den Fig. 14 und 15 gezeigten vierten und fünften Aspekten kann eine automatische Lichtausgabesteuerung vorgesehen sein, um die Oszillationsausgabe des Laserlichtes H30 gemäß dem elektrischen Signal EL33 von einem Teil des Laserlichtes H30 oder dem optischen Empfänger 317 rückzukoppeln, so daß die Oszillationsausgabe des Laserlichtes H30 auf einen vorbestimmten Wert stabilisiert werden kann.
Das Arbeitsprinzip der vierten und fünften Aspekte der wie oben konfigurierten Meß und Steuervorrichtung für Laserlicht ist allgemein identisch mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und wird wie folgt zusammengefaßt:
1) Ein Arbeitspunkt von Laserlicht muß auf die optische Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungscharakteristika in der Lichtinterferenzeinheit stabilisiert werden.
2) Unter dem stabilisierten Arbeitspunkt muß ein Durchschnittswert der Interferenzlichtintensität erfaßt und gemessen werden, und der Modulationsfaktor des Laserlichtes muß rückgekoppelt werden, so daß der Duchschnittswert auf den eingestellten Wert für die Lichtintensität konvergieren kann, wenn eine vorbestimmte Abweichung der optischen Frequenz erzeugt wird.
Das heißt, die vorliegende Erfindung verwendet das Prinzip, daß ein Durchschnittswert einer Lichtintensität und die optische Frequenzabweichung eine spezifische Funktionsbeziehung zueinander haben, wenn ein Arbeitspunkt von Laserlicht (optische Mittenfrequenz) der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungscharakteristika der Lichtinterferenzeinheit entspricht.
Wie oben beschrieben, kann in den vierten und fünften Aspekten, die jeweils in den Fig. 14 und 15 gezeigt sind, eine Stabilisierungssteuerung auf einem Arbeitspunkt von Laserlicht als Vorprozeß zum Stabilisieren der optischen Frequenzabweichung von Laserlicht durchgeführt werden, ohne zusätzlichen Steuerungsvorgang, wie etwa synchrone Erfassung, usw., wie in den ersten bis dritten Aspekten der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde.
Das heißt, wie in den Fig. 14 und 15 gezeigt, werden die erste λ/4-Platte 306 und der zweite Polarisator 307 verwendet, wobei die jeweilige Hauptachse mit vorbestimmten Graden geneigt ist. Dann kann die Information, die die Phasendifferenz zwischen zwei orthogonalen Polarisationskomponenten des Laserlichtes HB1 anzeigt, in einem Format erhalten werden, welches einen Gegenstand "sin φ" (φ zeigt eine Phasendifferenz an) als ein Differenzsignal zwischen dem elektrischen Signal EL31 des ersten optischen Empfängers 312 und dem elektrischen Signal EL32 des zweiten optischen Empfängers 313 erhalten werden. Unter Verwendung solcher Information einer Phasendifferenz kann der Maximal- oder Minimalpunkt in den optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika dem Nullpunkt (welcher anzeigt, daß die Amplitude Null ist) des oben beschriebenen Differenzsignals entsprechen.
Basierend auf der obigen Tatsache kann ein Arbeitspunkt so gesteuert werden, daß ein Arbeitspunkt in dem Laserlicht H30 konstant der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- und Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika der Lichtinterferenzeinheit 304 entspricht, unter Verwendung der Rückkopplungseinheit 314 zum Rückkoppeln der Vorspannung bzw. des Vorstromes oder der Temperatur des Lasers 309 oder der Lichtinterferenzeinheit 304 gemäß dem oben beschriebenen Differenzsignal, usw.
Die Differenz zwischen den vierten und fünften Aspekten, die jeweils in den Fig. 14 und 15 gezeigt sind, liegt darin, daß der Einrastbereich eines Arbeitspunktes des Laserlichtes H30 in dem fünften Aspekt größer sein kann als in dem vierten Aspekt.
Die vierten und fünften Aspekte der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurde, können auf die optischen Kommunikationssysteme in dem optischen Frequenzmultiplex- Übertragungsverfahren (FDM) verwendet werden. Speziell in diesem Fall wird, wenn die Rückkopplungssteueroperation in der Arbeitspunktstabilisierungssteuerung an der Oszillationsfrequenz des Laserlichtes durchgeführt wird, jeder Arbeitspunkt eines jeden Laserlichtes (optische Mittenfrequenz) auf einer Vielzahl von Maximal- oder Minimalwerten jeweils in einer der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika einer Lichtinterferenzeinheit eingestellt. Somit kann eine automatische Frequenzsteuerung (AFC) eines jeden Laserlichtes gleichzeitig durchgeführt werden. Das Intervall der optischen Frequenz zwischen den benachbarten Maximal- und Minimalwerten von einer der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika ist ein fester Wert. Deshalb können als Ergebnis der gleichzeitigen Ausführung der oben beschriebene, automatischen Frequenzsteuerung Arbeitspunkte jeweiliger Laserlichter in dem FDM-Übertragungssystem an gleichen Intervallen auf der optischen Frequenzachse angeordnet werden.
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Im folgenden werden gleiche Teile in allen Ansichten der Zeichnungen mit entsprechenden Bezugszeichen gezeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt eine spezielle Form eines jeden der Arbeitseinstellpunkte 40 (Fig. 1) und der Abweichungs- Erfassungseinrichtung 50 (Fig. 1). Als erstes umfaßt die Arbeitseinstelleinrichtung 40 einen Arbeitspunktdetektor 41 und eine Arbeitspunktsteuerung 42.
Um eine Oszillationsfrequenz an dem Arbeitspunkt in der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik zu variieren, steuert der Arbeitspunktdetektor 41 die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 10 oder die Interferenzcharakteristik des Interferometers 20 mittels einer Steuerleitung L1. Die Arbeitspunktsteuerung 42 empfängt ein elektrisches Signal EL, welches von dem optischen Empfänger 30 mit variierendern Arbeitspunkt variiert und die Arbeitsfrequenz gemäß dem Ergebnis des Empfangs verschiebt, so daß die Arbeitsfrequenz gegen den Maximalwert MAX oder den Minimalwert MIN konvergiert. Um den Arbeitspunkt zu verschieben, wird die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 10 oder die Interferenzcharakteristik des Interferometers 21 durch eine Steuerleitung L2 gesteuert.
Die Abweichungserfassungseinrichtung 50 umfaßt einen Komparator 51. Der Komparator empfängt eine Gleichstromkomponente des elektrischen Signals an seinem ersten Eingangsanschluß und eine vorbestimmte, eingestellte Spannung V1 an seinem zweiten Eingangsanschluß Der Ausgang des Komparators wird an den Datenmodulator 11 geführt. Die eingestellte Spannung V1 entspricht V1 in dem Graphen der Fig. 3. Die optische Frequenzabweichung Δf entsprechend V1 ist konstant zu halten.
Fig. 17 zeigt eine spezifische Anordnung des Arbeitspunktdetektors und der Arbeitspunktsteuerung der Fig. 16. Der Arbeitspunktdetektor 41 (Fig. 16) besteht bloß aus einem Niederfrequenzoszillator 43, welcher die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 10 oder die Interferenzcharakteristik des Interferometers 20 mit niedriger Frequenz variiert. Niedrige Frequenz bedeutet, daß sie im Vergleich mit der Frequenz einer Datenübertragungsgeschwindigkeit niedrig ist, und beträgt beispielsweise 100 Hz.
Andererseits besteht die Arbeitspunktsteuerung 42 (Fig. 16) lediglich aus einem synchronen Detektor 44. Der synchrone Detektor reagiert auf das elektrische Signal EL von dem optischen Empfänger 44 und die Oszillatorausgabe von dem Niederfrequenzoszillator 43, um eine synchrone Erfassung an dem elektrischen Signal durchzuführen, und eine Signalkomponente zu extrahieren, die mit der Oszillatorausgabe synchronisiert ist. Ferner steuert der synchrone Detektor die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Lasers 10 oder das Interferometer 20 über die Steuerleitung L2 unter Verwendung der daran angelegten, extrahierten Signal komponente.
Es ist einfach, die Interferenzcharakteristik des Interferometers mit niedriger Frequenz und die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Interferometers zu variieren. Grundsätzlich braucht nur die Länge des Resonators des Interferometers und die Verzögerungszeitdifferenz variiert zu werden. Speziell sind die folgenden drei Verfahren bekannt, welche verwenden:
(1) den photoelastischen Effekt;
(2) den elektrooptischen Effekt;
(3) mechanische externe Kraft; und
(4) den thermooptischen Effekt.
Die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 10 kann durch Steuern seines Treiberstroms variiert werden. Die Vorspannung bzw. der Vorstrom des Halbleiterlasers kann durch Steuern des Vorstromschaltkreises 12 variiert werden.
Nun wird der Betrieb des Niederfrequenzoszillators 43 und des synchronen Detektors 44 erläutert.
Fig. 18 ist ein Wellenformendiagramm zur Verwendung bei der Erläuterung des Betriebs des Niederfrequenzoszillators. Die Figur zeigt insbesondere ein Beispiel, in welchem die Ausgabe des Niederfrequenzoszillators dem Treiberstrom des Halbleiterlasers überlagert ist. Der Treiberstrom wird durch Ip angezeigt. Durch Variieren des Treiberstromes Ip, zwei Werte zu haben, wird die Frequenz des Ausgangslichtes Ho des Halbleiterlasers 10 zur ersten optischen Frequenz f1 und zur zweiten optischen Frequenz f2 verschoben, wobei die Frequenz f0 in der Mitte ist. Wenn in diesem Zustand die Ausgabe des Niederfrequenzoszillators 43 überlagert wird, verläuft der Treiberstrom mit der Oszillatorfrequenz f1 wie eine Welle, wie gezeigt. Das die Niederfrequenzkomponente enthaltende, elektrische Signal EL wird in dem synchronen Detektor 44, der auf die Ausgabe des Oszillators 43 anspricht, einer synchronen Erfassung unterzogen.
Fig. 19A ist ein Wellenformendiagramm eines synchronen Erfassungssignals, wenn das Mach-Zehnder-Interferometer verwendet wird, während Fig. 19N ein ähnliches Wellenformendiagramm ist, wenn das Fabry-Perot-Interferometer verwendet wird. Zum Zweck des besseren Verständnisses ist die entsprechende optische Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik oben in jedem der synchronen Erfassungssignal- Wellenformendiagramine gezeigt. Diese optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entsprechen dem Graph der Fig. 2.
Das von der synchronen Erfassung resultierende Signal ist einer Wellenform äquivalent, die durch Differenzieren der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik erhalten wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 11B beschrieben worden ist. Somit wird das synchrone Erfassungssignal an dem Maximalwert MAX und dem Minimalwert MIN in der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik Null. Aus diesem Grund wird, falls dem Nullpunkt des synchronen Erfassungssignals immer gefolgt wird, der Arbeitspunkt fortwährend an dem Maximalwert MAX oder dem Minimalwert MIN eingestellt.
Die vorangehende Beschreibung betraf eine Steuerung zum Konstanthalten der optischen Frequenzabweichung. Die automatische Frequenzsteuerung (AFC) kann gleichzeitig durchgeführt werden. Dieses wird durch Rückkoppeln der Ausgabe des synchronen Detektors 44 zurück nur zum Halbleiterlaser 10 in Fig. 17, so daß die optische Mittenfrequenz f0 auf einem gewünschten, konstanten Wert gehalten wird.
Ferner kann die automatische Lichtausgabesteuerung (APC) gleichzeitig durchgeführt werden. Um APC zu realisieren, ist jedoch ein Interferometer erforderlich, welches das Ausgangslicht H0 des Halbleiterlasers 10 in zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten (Hia, Hib) aufsplittet. In diesem Fall sind zwei optische Empfänger (31, 32) erforderlich, um die beiden komplementären Interferenzlichtkomponenten zu empfangen. Die beiden optischen Empfänger werden später beschrieben.
Fig. 20A zeigt das Mach-Zehnder-Interferometer, welches zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten ausgibt, und Fig. 20B zeigt die optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika der zwei Interferenzlichtkomponenten. In Fig. 20A bezeichnet M Halbspiegel, und M' bezeichnet Spiegel. Es wird eine vorbestimmte Längendifferenz zwischen zwei Lichtpfaden erzeugt, um dadurch zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten Hia und Hib zu erzeugen. Die zwei komplementären Interferenzlichtkomponenten Hia und Hib haben optische Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika, wie sie in Fig. 20B gezeigt sind.
Dieselbe Analyse kann auf das Fabry-Perot-Interferometer angewendet werden.
Fig. 21A zeigt das Fabry-Perot-Interferometer, welches zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten ausgibt, und Fig. 21B zeigt die optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika der zwei Interferenzlichtkomponenten. In Fig. 21A ist das Interferenzucht Hia übertragenes Licht, während das Interferenzucht Hib reflektiertes Licht ist. Um das reflektierte Licht Hib nicht zu dem Halbleiterlaser 10 zurückkehren zu lassen, ist das Fabry-Perot-Interferometer FP bezüglich der optischen Achse des Ausgangslichtes Ho geneigt. Es gibt jedoch andere Mittel zum Erhalten zweier komplementärer Interferenzlichtkomponenten.
Fig. 22 zeigt eine andere Einrichtung zum Erhalten zweier komplementärer Interferenzlichtkomponenten. Gemäß dieser Einrichtung sind ein erster Polarisator PL1 und ein zweiter Polarisator PL0 an den Eingangs- und Ausgangsseiten eines Doppelbrechungskristalls CR jeweils vorgesehen, und es werden zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten Hia und Hib von dem Ausgangslicht Ho erhalten.
Im folgenden wird eine optische Frequenzabweichungsmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht unter Verwendung der zwei komplementären Interferenzlichtkomponenten Hia und Hib beschrieben, die in der oben beschriebenen Weise erhalten werden.
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm einer Meß und Steuervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche ein Interferometer 21 (siehe Fig. 20A, 21A und 22) eingliedert, welches zwei komplentäre Interferenzlichtkomponenten Hia und Hib ausgibt, sowie zwei optische Empfänger 31 und 32 zum Empfangen der zwei Interferenzlichtkomponenten. Elektrische Signale EL1 und EL2, die von den optischen Empfängern 31 und 32 ausgegeben werden, werden in einem Addierer 47 addiert, um ihr Summensignal zu erzeugen. Das Summensignal wird in den Halbleiterlaser 10 rückgekoppelt, so daß die Lichtausgabe des Halbleiterlasers 10 zu jeder Zeit konstant gehalten werden kann. In der Praxis werden Spannungssignale entsprechend den elektrischen Signalen EL1 und EL2 zusammenaddiert. Für die Addition von Spannungen sind Spannungserfassungswiderstände 45' und 46' und Meßverstärker 45 und 46 vorgesehen.
Der Grund, warum mit der Ausgabe des Addierers 47 APC durchgeführt werden kann, ergibt sich aus der Bezugnahme auf Fig. 20B. Die Addition der zwei Interferenzlichtkomponenten Hia und Hib, die zueinander komplementär sind, erzeugt eine flache Ausgabe, wie in Fig. 20B durch eine gepunktete Linie angedeutet ist. Das heißt, die Addition der elektrischen Signale EL1 und EL2 in dem Addierer 47 erzeugt ein flaches Ausgangssignal. Wenn so auf den Halbleiterlaser 10 rückgekoppelt wird, daß der Pegel des flachen Ausgangssignals zu jeder Zeit konstant bleibt, wird APC realisiert. In Fig. 23 erefaßt ein APC-Steuerschaltkreis 48 eine Abweichung in der Ausgabe des Addierers 47 von einem voreingestellten Wert V2 für die Rückkopplung auf den Halbleiterlaser 10.
In diesem Fall wird als die Eingabe an den synchronen Detektor 44 die Ausgabe des Meßverstärkers 45 oder 46 verwendet.
In der Anordnung der Fig. 23 wird ein Differenzsignal der elektrischen Signale EL1 und EL2 als die Eingabe an die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 50 verwendet. Das Differenzsignal der elektrischen Signale EL1 und EL2 ist äquivalent einer Addition der durchbrochenen Kurve zur durchgezogenen Kurve, wobei die erstere in Fig. 3 in ihrer Polarität umgekehrt ist. Somit wird solch ein Signal mit einer größeren Variationsrate erhalten, wie in Fig. 3 mit einer strichpunktierten Linie gezeigt ist. Mit anderen Worten wird es möglich, die optische Frequenzabweichung mit einem Signal mit einem steilen Gradienten zu steuern. Dieses vergrößert das S/N-Verhältnis in der Steuerung der optischen Frequenzabweichung.
Wenn in Fig. 3 ein Abgleich so vorgenommen wird, daß die optische Frequenzabweichung an dem Schnittpunkt X der durchgezogenen Kurve (entsprechend Hia) und der durchbrochenen Kurve (entsprechend Hib) eine gewünschte optische Frequenzabweichung wird, wird sie erhalten, wenn das Differenzsignal der elektrischen Signale EL1 und EL2 Null wird. Das heißt, die Abweichungserfassungseinrichtung 50 muß lediglich eine Rückkopplung auf den Datenmodulator 11 bereitstellen, so daß das Differenzsignal von EL1 und EL2 immer gegen Null konvergiert.
Es ist einfach, das Laserlicht geeignet abzugleichen, so daß die gewünschte optische Frequenzabweichung erhalten werden kann. Der Angleich wird einfach realisiert durch Ändern des freien Spektralbereiches (FSR), Ändern der Feinheit des Interferometers 21 und Ändern des relativen Verstärkungsfaktors der optischen Empfänger 31 und 32, der optischen Kopplungsrate, der Quanteneffizienz, usw. Die Anordnung der Fig. 23 kann, wie in Fig. 24 gezeigt, modifiziert werden. In diesem Fall kann der obige Abgleich ebenfalls dadurch vorgenommen werden, daß der relative Verstärkungsfaktor der Meßverstärker 45 und 46 geändert wird.
Fig. 24 zeigt eine Modifikation einer Einrichtung zum Erfassen des Differenzsignals in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 23. In dieser Modifikation wird das Differenzsignal von EL1 und EL2 von einem Subtrahierer 52 erhalten.
Fig. 25 ist ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Das Ausführungsbeispiel ist auf ein optisches Frequenzmultiplex (FDM) -Übertragungssystem anwendbarf d.h. ein optisches Kommunikationssystem zum Verarbeiten einer zentralen optischen Frequenz gleichzeitig in einer einzelnen optischen Faser, um Information von einer Vielzahl von Leitungen zu multiplexen und zu übertragen.
Ein Halbleiterlaser 15, ein Datenmodulator 16, eine Vorspannungseinheit 17, ein Interferometer 22 und ein optischer Empfänger 33, die in Fig. 25 gezeigt sind, entsprechen 10, 11, 12, 20 und 30 des ersten, in den Fig. 16 und 17 gezeigten Ausführungsbeispiels Ein in Fig. 25 gezeigter Arbeitspunktstabilisator 59 entspricht dem Niederfrequenzoszillator 43 und einem synchronen Erfassungsschaltkreis 44, gezeigt in Fig. 17, während ein optischer Frequenzabweichungsstabilisator 54, der in Fig. 25 gezeigt ist, dem in Fig. 16 gezeigten Komparator 51 entspricht.
Das dritte, in Fig. 25 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 16 und 17 gezeigt ist, in dem Punkt, daß das FDM- Übertragungssystem eine Vielzahl von optischen Mittenfrequenzen erfordert, während jeder des Lasers 15, Datenmodulators 16, Vorspannungseinheit 17, optische Empfänger 33, Arbeitspunktstabilisator 49, und der optische Frequenzabweichungsstabilisator 54 eine Vielzahl #1 - #n von Einheiten umfaßt, wodurch eine gemultiplexte Übertragung von Übertragungsdaten Din einer Vielzahl #1 - #n von Leitungen realisiert wird. Die Lichtinterferenzeinrichtung 22 umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel ein Fabry-Perot-Interferometer. Das jeweilige Rückwärtslicht Ho von #1 - #n, das von jedem der #1 - 4n Halbleiterlaser bereitgestellt wird, wird von n optischen Fasern räumlich geteilt und von einer Einheit eines Fabry-Perot-Interferometers 22 geführt, während das jeweilige Interferenzucht Hi durch n optische Fasern geteilt wird und von n optischen Empfängern 33 geleitet wird.
Der Stabilisierungsbetrieb eines Arbeitspunktes und einer optischen Frequenzabweichung durch einen Halbleiterlaser 15 in jedem von n Teilen in den Sätzen #1 - #n, die in Fig. 25 gezeigt sind, sind im wesentlichen dieselben wie das erste, in den Fig. 16 und 17 gezeigte Ausführungsbeispiel
Jedoch wird in diesem Ausführungsbeispiel die Ausgabe von jedem des Arbeitspunktstabilisators 49 (entspricht dem Niederfrequenzoszillator 43 und dem synchronen Erfassungsschaltkreis 44 des ersten, in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiels) dem Vorstrom in jeder Vorstromeinheit 17 oder der Steuerungseingabe des Temperatursteuerelementes eines jeden Halbleiterlasers 15 überlagert und negativ rückgekoppelt Somit wird jeder Arbeitspunkt eines jeden Laserlichtes (optische Mittenfrequenz) eines jeden Halbleiterlasers 15 auf n Punkte gesetzt, die den Maximalwert MAX (Fig. 19B) der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika des Interferometers 22 anzeigen. Dann wird dem Intervall der optischen Frequenz zwischen benachbarten Maximalwertpunkten in einer optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik ein fester Wert zugewiesen. Deshalb können als Ergebnis einer gleichzeitigen Realisierung einer jeden automatischen Frequenzsteuerung (AFC) an jedem Laserlicht eines jeden Halbleiterlasers 15, wie oben beschrieben, n Arbeitspunkte von #1 - #n Halbleiterlaser 15 in dem FDM-Übertragungssystem genau an gleichen Intervallen auf einer optischen Frequenzachse positioniert werden.
Die optische Frequenzabweichung kann auf jeden vorbestimmten Wert für jedes Laserlicht eines jeden Halbleiterlasers 15 unter der oben beschriebenen, automatischen Frequenzsteuerung (AFC) stabilisiert werden.
Ferner ermöglicht eine Vielzahl von Laserlicht, die auf einen einzelnen Spitzenwert von entweder dem Maximal- oder dem Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika angewendet werden, eine Übertragung auf einer gemeinsamen Frequenz durch verschiedene Übertragungsleitungen.
Fig. 26 ist ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In Fig. 26 haben jeweils alle Teile, denen dieselben Ziffern zugewiesen sind, wie die dem dritten Ausführungsbeispiel zugewiesenen, jeweils dieselben Funktionen.
Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel in dem Punkt, daß ein Arbeitspunktstabilisator und ein optischer Frequenzabweichungsstabilisator 61 und 62 sind, wobei jeder eine einzelne Einheit umfaßt, und jede Einheit zeitmultiplexmäßig betrieben wird.
Die von jedem von #1 - #n optischen Empfängern 33 bereitgestellte Ausgabe wird an den Arbeitspunktstabilisator 49 und den optischen Frequenzabweichungsstabilisator 54 durch Schalter 63 und 64 angelegt. Jedes der Steuerergebnisse wird in Datenspeichern 67 und 68 durch Schalter 65 und 66 gespeichert. Jeder der Datenspeicher 67 und 68 koppelt die letzten Steuerdaten #1 - #n an jedem Steuerpunkt gleichzeitig auf jede Vorspannungseinheit 17 (oder einen Temperatursteueranschluß eines jeden Halbleiterlasers 15) und jeden Datenmodulator 16 negativ zurück, wodurch die Schaltkreisabmessungen in der oben beschriebenen Konfiguration reduziert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Modulationsausgabe für synchrone Erfassung, die von dem Arbeitspunktstabilisator 49 bereitgestellt wird (entsprechend der Oszillationsausgabe des Niederfrequenzoszillators 43 in dem ersten, in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel) dem Interferometer 22 überlagert, wodurch die Notwendigkeit einer Niederfrequenzmodulation der optischen Frequenz eines jeden Laserlichtes von jedem Halbleiterlaser 15 eliminiert wird. Deshalb kann der Einfluß einer Niederfrequenz- Modulationskomponente auf die Modulationskomponente entsprechend einem wesentlichen Kommunikationssignal eines jeden Laserlichtes vollständig eliminiert werden.
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In der Figur wird Vorwärtslicht eines Halbleiterlasers 110 als optische Daten Dh auf eine nicht gezeigte Übertragungsleitung übertragen. Ein Steuersignal kann von dem Vorwärtslicht genommen werden. Die optischen Daten Dh wurden gemäß logischen Pegeln 1 und 0 von zu übertragenden Daten Din einer optischen Frequenzmodulation oder Phasenmodulation unterzogen. Die Modulation mit den zu übertragenden Daten Din wird von einem Modulationsschaltkreis 111 durchgeführt. Obwohl nicht gezeigt, ist ein wohl bekannter Vorspannungsschaltkreis mit dem Halbleiterlaser 110 verbunden, um die optische Modulation unter optimalen Treiberbedingungen durchzuführen.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung arbeitet als Reaktion auf den Empfang von FSK-moduliertem Ausgangslicht H10 von dem Halbleiterlaser 110, welches aus Rückwärtslicht besteht. Das Interferometer 120 empfängt das Ausgangslicht H10 von dem Halbleiterlaser, um zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten H1ia und H1ib gemäß ihren optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika zu erzeugen.
Beispiele eines Interferometers, das angepaßt ist, zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten zu erzeugen, sind in den Fig. 20A, 21A und 22 dargestellt. Die optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika der zwei komplementären Interferenzlichtkomponenten H1ia und H1ib sind in Fig. 6A dargestellt.
Unter Rückbezug auf Fig. 27 sind zwei optische Empfänger 131 und 136 vorgesehen, um die zwei Interferenzlichtkomponenten H1ia und H1ib zu empfangen. Jeder der optischen Empfänger kann eine Fotodiode umfassen. Die Interferenzlichtkomponenten H1ia und H1ib werden jeweils in elektrische Signale EL11 und EL12 umgewandelt, welche ihre Lichtintensität anzeigen. In einem Subtrahierer 141 und einem Addierer 143 werden Spannungssignale entsprechend den elektrischen Signalen EL11 und EL12 einer Substraktion und Addition unterzogen. Dazu sind Spannungserfassungswiderstände 132 und 137 und Meßverstärker 133 und 138 vorgesehen.
Der Subtrahierer 141 gibt die Differenz zwischen den elektrischen Signalen EL11 und EL12 von den optischen Empfängern 131 und 136 aus.
Der Addierer 143 gibt die Summe der elektrischen Signale EL11 und EL12 aus.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt die Arbeitspunkteinstelleinrichtung 140 einen Arbeitspunkt- Steuerschaltkreis 142 und einen APC-Steuerschaltkreis 144.
Der Arbeitspunkt-Steuerschaltkreis 142 verwendet das Differenzsignal der elektrischen Signale EL11 und EL12 von dem Subtrahierer 141 als ein Arbeitspunkt-Erfassungssignal und sorgt dafür, daß der Arbeitspunkt dem Median MED zwischen dem MAX und dem MIN der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik zu jeder Zeit entspricht. Die Verfahren zum Verschieben des Arbeitspunktes schließen ein Verfahren zum Bereitstellen einer Rückkopplung an die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Halbleiterlasers 110 über eine Steuerleitung L11 ein, um die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 10 zu steuern, sowie ein Verfahren des Vorsehens einer Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Interferometers 120 über die Steuerleitung L11, um die Interferenzcharakteristik des Interferometers 120 zu steuern. Beide Verfahren können in Kombination verwendet werden. Im Fall der Rückkopplung auf die Temperatur wird ein bekanntes Peltier-Element verwendet. Weil die beiden Interferenzlichtkomponenten H1ia und H1ib zueinander komplementär sind, kreuzt die Differenz dazwischen den Nullpunkt an dem Median MED, wie in Fig. 6B gezeigt ist. Die Verwendung des Differenzsignals der elektrischen Signale EL11 und EL12, welches den Nullpunkt an dem Median MED kreuzt, als das Arbeitspunkterfassungssignal, und die Bereitstellung einer Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Halbleiterlasers oder die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Interferometers erlaubt nämlich, daß der Arbeitspunkt auf der optischen Frequenz stabilisiert wird, an weicher das Differenzsignal Null wird. Im Fall der Rückkopplung auf die Verspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Halbleiterlasers erlaubt die Steuerung der Arbeitspunktfrequenz ebenfalls, daß die Osziliationsfrequenz des Ausgangslichtes H10 des Halbleiterlasers gesteuert wird. Somit kann die Stabilisierung des Arbeitspunktes und die automatische Frequenzsteuerung (AFC) des Halbleiterlasers gleichzeitig durchgeführt werden.
Der APC-Steuerschaltkreis 144 verwendet die Summe der elektrischen Signale EL11 und EL12 von dem Addierer 143 als ein optisches Ausgangserfassungssignal und umfaßt einen Komparator, weicher an seinem ersten Eingang das optische Ausgangserfassungssignal empfängt, und an seinem zweiten Eingang eine vorbestimmt eingestellte Spannung V11. Der Steuerschaltkreis erfaßt eine Differenz zwischen der eingestellten Spannung V11 und dem optischen Ausgangserfassungssignal und sorgt für eine Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Halbleiterlasers 110 über die Steuerleitung L12, so daß die Differenz zu jeder Zeit Null werden kann. Weil die beiden Interferenzlichtkomponenten H1ia und H1ib relativ zueinander sind, erzeugt die Addition von diesen eine flache Ausgabe, wie in Fig. 6A mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Die flache Ausgabe ist proportional der Lichtausgabe des Halbleiterlasers 110. Es wird nämlich die automatische Lichtausgabesteuerung (APC) durch Einstellen der Spannung V11, einem flachen Signal zu entsprechen, realisiert, das durch Addition der elektrischen Signale EL11 und EL12 erhalten wird, und Bereitstellen einer Rückkopplung auf den Halbleiterlaser 110, so daß der Pegel des flachen Signals konstant werden kann.
Die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 150 umfaßt einen Niederfrequenzoszillator 151, einen synchronen Detektor 152, einen optischen Frequenzabweichungs- Stabilisierungsschaltkreis 153 und einen Verstärker 154.
Der Niederfrequenzoszillator 151 variiert die Osziliationsfrequenz des Halbleiterlasers 110 oder die Interferenzcharakteristik des Interferometers 120 durch eine Steuerleitung L13 bei niedriger Frequenz, um die Oszillationsfrequenz an dem Arbeitspunkt in der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik zu variieren. Niederfrequenz wird im folgenden mit der Bedeutung verwendet, daß sie niedrig ist im Vergleich mit der Frequenz einer Datenübertragungsrate, und beispielsweise 100 Hz beträgt. Der Arbeitspunkt wird durch ein Niederfrequenzsignal variiert, dessen Geschwindigkeit höher ist als die Reaktionsgeschwindigkeit der Arbeitspunkteinstelleinrichtung 140. Das Niederfrequenzsignal S1 wird als synchrones Erfassungssignal in dem synchronen Detektor 152 verwendet.
Durch Überlagern des Niederfrequenzsignals S1 auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Halbleiterlasers, oder auf die Vorspannung oder den Vorstrom oder die Temperatur des Interferometers 120, wird die Oszillationsfrequenz an dem Arbeitspunkt variiert.
Obwohl der Betrieb des Niederfrequenzosziliators 151, wie der Betrieb des Niederfrequenzosziliators 43, der in Fig. 17 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf das Wellenformendiagramm der Fig. 18 erläutert werden kann, wird dieses hier ausgelassen. Die elektrischen Signale EL11 und EL12, die eine Niederfrequenzkomponente enthalten, werden von dem synchronen Detektor 152 unter Verwendung der Niederfrequenzoszillatorausgabe erfaßt.
Es ist leicht, die Vorspannung des Interferometers 120 zu variieren, wie im Fall des zuvor beschriebenen Interferometers 20. Die Erläuterung davon wird hier ausgelassen.
Unter Rückbezug auf Fig. 27 erfaßt der synchrone Detektor 152 die Differenzsignal komponente der elektrischen Signale EL11 und EL12 von dem Subtrahierer 141 unter Verwendung des Niederfrequenzsignals S1, welches das synchrone Erfassungssignal von dem Niederfrequenzoszillator 151 ist, und extrahiert eine Signal komponente, die mit dem synchronen Erfassungssignalsynchronisiert ist. Die durch die synchrone Erfassung extrahierte Signalkomponente ist das optische Frequenzabweichungs-Erfassungssignal, weiches verwendet wird, eine optische Frequenzabweichung zu messen. Im folgenden wird die Messung der optischen Frequenzabweichung Δf in dem synchronen Detektor 152 beschrieben.
Wenn der Arbeitspunkt des FSK-modulierten optischen Signals an dem Median MED zwischen dem MAX und MIN der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik des Interferometers 120 stabilisiert ist, und der Arbeitspunkt durch das Niederfrequenzsignal S1 des synchronen Erfassungssignals verschoben wird, variieren die Phase und Amplitude von Variationen der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität gemäß der Größe der optischen Frequenzabweichung Δf, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Somit kann die Größe einer optischen Frequenzabweichung Δf erhalten werden durch Umwandeln der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität von dem Interferometer 120 in ein elektrisches Signal, und Erfassen des elektrischen Signals unter Verwendung des Niederfrequenzsignals S1.
Eine Beziehung zwischen der optischen Frequenzabweichung Δf und dem synchronen Erfassungsausgangssignal für die durchschnittliche Lichtausgabeintensität ist in Fig. 9 dargestellt. In der Figur stellt eine Abweichung des synchronen Erfassungsausgangssignals von Null eine Abweichung der optischen Frequenzabweichung Δf von FSR/2 dar. Wenn Δf = FSR/2, wird das synchrone Erfassungsausgangssignal Null. Das heißt, die Messung des synchronen Erfassungsausgangssignals ist äquivalent der Messung von Δf.
Der optische Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreis 153 kann einen Komparator umfassen, weicher an seinem ersten Eingang ein Abweichungserfassungssignal empfängt, das von dem synchronen Detektor 152 erhalten wird, und an seinem zweiten Eingang eine voreingestellte Spannung V12, und für eine Rückkopplung auf dem Modulationsschaltkreis 111 sorgt, so daß die Differenz dazwischen Null werden kann. Dadurch wird die optische Frequenzabweichung Δf (Modulationsindex) konstant gehalten.
Als Eingabe an den synchronen Detektor 152 wird das Differenzsignal der elektrischen Signale EL11 und EL12 verwendet. Das Differenzsignal ist äquivalent einer Addition einer durchbrochenen Kurve zu einer durchgezogenen Kurve in Fig. 9, wobei die erstere in ihrer Polarität umgekehrt ist. Mit anderen Worten kann die optische Frequenzabweichung gesteuert werden unter Verwendung eines Signals mit einem steilen Gradienten. Dieses erlaubt eine beträchtliche Vergrößerung des S/N-Verhältnisses in der optischen Frequenzabweichungs steuerung.
Der Verstärker 154 ist vorgesehen im Überlagern des synchronen Erfassungssignals von dem Niederfrequenzoszillator 151 auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Halbleiterlasers 110 über die Steuerleitung L13, um das optische Frequenzabweichungserfassungssignal von dem optischen Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreis 153 zurück auf die Modulationsamplitude des Niederfrequenzsignals S1 rückzukoppeln, welches das synchrone Erfassungsmodulationssignal ist, so daß die optische Frequenzabweichung der optischen Frequenzinodulation durch das Modulationssignal konstant gemacht werden kann und die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 150 durch den Modulationswirkungsgrad der Lichtquelle des Halbleiterlasers 110 nicht beeinflußt zu werden braucht.
Das heißt, wenn der FM-Modulationswirkungsgrad (optische Frequenzvariation pro Einheit des Vorstroms) aufgrund einer Alterungsveränderung des Vorstromes des Halbleiterlasers selbst klein wird, wird das Niederfrequenzsignal S1 im schlechtesten Fall nicht überlagert. Somit variiert der Arbeitspunkt nicht, wie eingestellt, und die synchrone Erfassung kann unmöglich werden. Um dieses zu vermeiden, wird der Verstärker 154 verwendet, um die Amplitude des Modulationssignals für synchrone Erfassung groß zu machen, wenn der FM-Wirkungsgrad klein wird, und um die Amplitude des Modulationssignals klein zu machen, wenn der FM-Wirkungsgrad zu groß wird. Das heißt, das Niederfrequenzsignal S1 wird gesteuert, im wesentlichen dieselbe Amplitude zu haben. Die Größe des FM-Modulationswirkungsgrades wird auf der Grundlage der Größe der optischen Frequenzabweichung Δf bestimmt.
Eine Zeichenratenüberwachungseinrichtung 160 kann einen Integrator in dem Modulationsschaltkreis 111 umfassen. Die Überwachungseinrichtung steuert den Betriebszustand der optischen Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 150 durch Berechnen der Wahrscheinlichkeit, daß Logikpegel 1 und 0 in der Datenmodulaton auftreten, in welcher die Frequenz des Ausgangslichtes H10 des Halbleiterlasers 110 zu den ersten und zweiten Frequenzen f1 und f2 gemäß Logikpegeln 1 und 0 von zu übertragenden Daten verschoben werden.
Fig. 7A ist ein Graph, wenn die Zeichenrate 1/2 ist. Wenn die Zeichenrate 1/4 ist, d.h. 1'en und 0'en in dem Verhältnis von 1 zu 3 auftreten, bewegt sich die durchschnittliche Lichtausgabeintensität in Fig. 7A nach oben rechts. Aus diesem Grund variiert der Graph der Fig. 9 mit dem Ergebnis, daß der Wert von Δf, wenn das synchrone Erfassungsausgangssignal Null wird, gemäß der Größe der Zeichenrate variiert. Somit ist es erforderlich, die eingestellte Spannung V12 des optischen Frequenzabweichungs- Stabilisierungsschaltkreises 153 gemäß der Zeichenrate zu ändern. Der Zeichenratenmonitor 160 berechnet die Zeichenrate des Modulationssignals des Modulationsschaltkreises 111 und ändert die eingestellte Spannung V12 gemäß der berechneten Zeichenrate, um dadurch den Betriebszustand der optischen Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 150 zu steuern. Das heißt, ein Zeichenratenüberwachungssignal eines Eingangsmodulationssignals wird an den optischen Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreis 153 rückgekoppelt, mit dem Ergebnis, daß der Schaltkreis von einer Variation in der Zeichenrate nicht beeinflußt wird.
Fig. 28 ist ein Biockdiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In der Figur wird Vorwärtslicht eines Halbleiterlasers 210 zu einer nicht gezeigten Übertragungsleitung als optische Daten Dh übertragen. Ein Steuersignal kann von dem Vorwärtslicht abgenommen werden. Die optischen Daten Dh wurden gemäß Logikpegeln 1 oder 0 von zu übertragenden Daten Din einer optischen Frequenzmodulation oder Phasenmodulation unterzogen. Die Modulation mit den zu übertragenden Daten Din wird von einem Modulationsschaltkreis 211 durchgeführt. Obwohl nicht gezeigt, ist ein wohl bekannter Vorspannungsschaltkreis mit dem Halbleiterlaser 210 verbunden, um die optische Modulation unter optimalen Treiberbedingungen durchzuführen.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung arbeitet als Reaktion auf den Empfang von FSK-moduliertem Ausgangslicht H20 von dem Halbleiterlaser 210, welcher aus Rückwärtslicht besteht. Ein Interferometer 220 empfängt das Ausgangslicht H20 von dem Halbleiterlaser, um zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten H2ia und H2ib gemäß ihren optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika zu erzeugen.
Beispiele eines Interferometers, das angepaßt ist, zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten zu erzeugen, sind in den Fig. 20A, 21A und 22 dargestellt. Die optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika der zwei komplementären Interferenzlichtkomponenten H2ia und H2ib sind in Fig. 11A dargestellt.
Unter Rückbezug auf Fig. 28 sind zwei optische optische Empfänger 231 und 232 vorgesehen, um die zwei Interferenzlichtkomponenten H2ia und H2ib jeweils zu empfangen. Jeder der optischen Empfänger kann eine Fotodiode umfassen. Die Interferenzlichtkomponenten H2ia und H2ib werden jeweils in elektrische Signale EL21 und EL22 umgewandelt, welche ihre Lichtintensität anzeigen. In einem Subtrahierer 237 und einem Addierer 238 werden Spannungssignale entsprechend den elektrischen Signalen EL21 und EL22 einer Substraktion und Addition unterzogen. Dazu sind Spannungserfassungswiderstände 233 und 234 und Instrumentenverstärker 235 und 236 vorgesehen.
Der Subtrahierer 237 gibt die Differenz zwischen den elektrischen Signalen EL21 und EL22 von den optischen Empfängern 231 und 232 aus.
Der Addierer 238 gibt die Summe der elektrischen Signale EL21 und EL22 aus.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt die Arbeitspunkteinsteileinrichtung 240 einen Niederfrequenzoszillator 241, einen synchronen Erfassungsschaltkreis 242, einen Arbeitspunkt- Stabilisierungsschaltkreis 243, zwei Addierer 244 und 245 und einen Verstärker oder Abschwächer 246.
Der Niederfrequenzoszillator 241 erzeugt ein Niederfrequenzsignal S21 und variiert die Frequenz an dem Arbeitspunkt in der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik mit niedriger Frequenz. Die Verfahren zum Verschieben des Arbeitspunktes schließen ein Verfahren des Bereitstellens einer Überlagerung auf den Vorstrom bzw. die Vorspannung oder die Temperatur des Halbleiterlasers 210 über eine Steuerleitung L21 ein, um die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers 210 zu steuern, sowie ein Verfahren zum Vorsehen einer Überlagerung auf den Vorstrom bzw. die Vorspannung oder Temperatur des Interferometers 220 über die Steuerleitung L21, um die Interferenzcharakteristik des Interferometers 220 zu steuern. Beide Verfahren können in Kombination verwendet werden. Im Fall der Rückkopplung auf die Temperatur wird ein bekanntes Peltier-Element verwendet. Niederfrequenz bedeutet hier, daß sie im Vergleich mit der Frequenz einer Datenübertragungsrate niedrig ist, und beispielsweise 100 Hz beträgt.
Der synchrone Detektor 242 empfängt die Differenzsignalkomponente der elektrischen Signale EL21 und EL22 von dem Subtrahierer 237, weiches als ein Arbeitspunkterfassungssignal verwendet wird, und das Niederfrequenzsignal S21 von dem Niederfrequenzoszillator 241 und extrahiert eine Signalkomponente, die mit dem Niederfrequenzsignal S21 synchronisiert ist. Das Signal nach der synchronen Erfassung ist äquivalent einer Wellenform, die durch Differenzieren der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik erhalten wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 11B beschrieben wurde. Somit wird das synchrone Erfassungssignal an dem Maximalwert MAX und dem Minimalwert MIN in der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik Null. Somit kann dafür gesorgt werden, daß der Arbeitspunkt dem Maximalwert MAX oder dem Minimalwert MIN entspricht, dadurch, daß bewirkt wird, daß der Arbeitspunkt- Stabilisierungsschaltkreis 243 gegen Null konvergiert. Das heißt, wenn eine Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Halbleiterlasers 210 oder die Vorspannung oder den Vorstrom oder die Temperatur des Interferometers 220 vorgesehen wird, so daß das synchrone Erfassungssignal etwa Null werden kann, wird der Arbeitspunkt bei der optischen Frequenz stabilisiert, an welcher das synchrone Erfassungssignal Null wird. Im Fall einer Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Halbleiterlasers 210 erlaubt die Steuerung der Arbeitspunktfrequenz ebenfalls, daß die Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers gesteuert wird. Somit können die Stabilisierung des Arbeitspunktes und automatische Frequenzsteuerung (AFC) des Halbleiterlasers 210 gleichzeitig durchgeführt werden.
Der APC-Steuerschaltkreis 247 verwendet die Summe der elektrischen Signale EL21 und EL22 von dem Addierer 238 als ein optisches Ausgangserfassungssignal und kann einen Komparator umfassen, der an seinem einen Eingang das optische Ausgangserfassungssignal empfängt, und an seinem zweiten Eingang eine vorbestimmt eingestellte Spannung V21. Der APC- Steuerschaltkreis 247 erfaßt eine Differenz zwischen der eingestellten Spannung V21 und dem optischen Ausgangserfassungssignal und stellt eine Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Halbleiterlasers 210 über die Steuerleitung L22 bereit, so daß die Differenz zu jeder Zeit Null werden kann. Weil die beiden Interferenzllichtkomponenten H2ia und H2ib zueinander komplementär sind, erzeugt die Addition von diesen eine flache Ausgabe, wie durch eine gepunktete Linie in Fig. 11A angedeutet ist. Die flache Ausgabe ist proportional der Lichtausgabe des Halbleiterlasers 210. Die automatische Lichtausgangssteuerung (APC) wird nämlich durch Einstellen der Spannung V21 realisiert, dem flachen Signal zu entsprechen, das durch Addition der elektrischen Signale EL21 und EL22 erhalten wird, und Bereitstellen einer Rückkopplung auf den Halbleiterlaser 210, so daß der Pegel des flachen Signales konstant werden kann.
Die Überlagerung auf und die Rückkopplung auf die Temperatur des Halbleiterlasers 210 von dem Niederfrequenzoszillator 241 und dem Arbeitspunkt-Stabilisierungsschaltkreis 243 und die Überlagerung auf und die Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Interferometers 220 werden in einem Addierer 244 kombiniert. Ebenfalls werden die Überlagerung auf und Rückkopplung auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Halbleiterlasers 210 von dem Niederfrequenzoszillator 241 und der Arbeitspunkt- Stabilisierungsschaltkreis 243 in einem Addierer 245 kombiniert. Obwohl der Betrieb des Niederfrequenzoszillators 241 wie der Betrieb des in Fig. 17 gezeigten Niederfrequenzoszillators 43 unter Bezugnahme auf das Wellenformendiagramm der Fig. 18 erläutert werden kann, wird dieses hier ausgelassen. Die eine Niederfrequenzkomponente enthaltenden elektrischen Signale EL21 und EL22 werden von dem synchronen Detektor 242 unter Verwendung der Niederfrequenzoszillatorausgabe erfaßt.
Es ist einfach, die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Interferometers 220 wie in dem Fall des zuvor beschriebenen Interferometers 20 zu variieren. Die Erläuterung davon wird hier ausgelassen.
Die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 250 umfaßt einen zweiten Niederfrequenzosziliator 251, einen zweiten synchronen Erfassungsschaltkreis 252 und einen optischen Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreis 253. Der zweite Niederfrequenzoszillator ist ein Multiplizierer, welcher ein Niederfrequenzsignal S21 von dem ersten Niederfrequenzoszillator 241 empfängt und ein Niederfrequenzsignal S22 erzeugt, dessen Frequenz das Doppelte der des Signals S21 ist.
Der zweite synchrone Erfassungsschaltkreis 252 empfängt das Differenzsignal der elektrischen Signale EL21 und EL22 von dem Subtrahierer 237 als ein optisches Frequenzabweichungs- Erfassungssignal unter der Bedingung, daß der Arbeitspunkt des Interferometers 220 an dem Maximalwert MAX oder dem Minimalwert MIN der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik durch die Arbeitspunkteinsteileinrichtung 240 stabilisiert ist. Er empfängt ebenfalls das Niederfrequenzsignal S22 von dem zweiten Niederfrequenzoszillator 251 als ein Referenzsignal für synchrone Erfassung und führt eine synchrone Erfassung an dem Differenzsignal durch, um das Niederfrequenzsignal S22 zu extrahieren, wodurch eine optische Frequenzabweichung erfaßt wird.
Nachdem im Zusammenhang mit Fig. 12 beschrieben wurde, wenn das Niederfrequenzsignal S21 von dem Niederfrequenzoszillator 241 der Vorspannung bzw. dem Vorstrom oder der Temperatur des Halbleiterlasers 210 oder des Interferometers 220 überlagert worden ist, um den Arbeitspunkt zu verschieben, tritt die Niederfrequenzsignalkomponente S22, deren Frequenz das Doppelte der des Niederfrequenzsignals S21 ist, am stärksten in Variationen in der durchschnittlichen Lichtintensität des Interferometers 220 auf. Die Amplitude des Signals S22 entspricht der Größe von Δf. Dieses basiert auf der Tatsache, daß das erfaßte Signal nach der synchronen Erfassung eines elektrischen Signals entsprechend der Lichtintensität mit dem Niederfrequenzsignal S22 und der optischen Frequenzabweichung Δf eine Beziehung aufweisen, wie in Fig. 13 gezeigt ist.
Wenn das Niederfrequenzsignal S22, dessen Frequenz das Doppelte der des Niederfrequenzsignals S21 ist, der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität des Interferenzlichtes H2i, welches mit dem Niederfrequenzsignal S21 zuvor moduliert worden ist, durch synchrone Erfassung unter Verwendung des Niederfrequenzsignals S22 extrahiert wird, dann wird ein optisches Frequenzabweichungs- Erfassungssignal erhalten. In diesem Fall wird als das optische Frequenzabweichungs-Erfassungssignal an den zweiten synchronen Erfassungsschaltkreis 252 die Differenzkomponente der elektrischen Signale EL21 und EL22 von dem Subtrahierer 237 verwendet. Das Differenzsignal hat eine doppelte Amplitude, wie in Fig. 11B gezeigt ist. Die optische Frequenzabweichung Δf kann unter Verwendung eines Signals mit einem steilen Gradienten erfaßt werden. Dieses vergrößert das S/N-Verhältnis in der optischen Frequenzabweichungssteuerung.
Der optische Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreis 253 kann einen Komparator umfassen, welcher an seinem ersten Eingang ein Abweichungserfassungssignal empfängt, das von dem zweiten synchronen Detektor 252 erhalten wird, und an seinem zweiten Eingang eine voreingestellte Spannung V22, und sorgt für eine Rückkopplung auf dem Modulationschaltkreis 211, so daß die Differenz dazwischen gegen Null konvergieren kann. Die eingestellte Spannung V22 entspricht der Spannung V22 entsprechend einer voreingestellten optischen Frequenzabweichung Δf in dem Graphen der Fig. 13. Die eingestellte Spannung V22 entspricht der optischen Frequenzabweichung Δf, die konstant zu halten ist. Die Steuerung der Stabilisierung der optischen Frequenzabweichung (Modulationsindex) wird ebenfalls möglich.
Der Verstärker oder Abschwächer 246 ist vorgesehen im Überlagern des Niederfrequenzsignals S21, welches ein Modulationssignal für ein synchrones Erfassungssignal von dem Niederfrequenzosziliator 241 ist, auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom des Halbleiterlasers 210 über die Steuerleitung L21, um das optische Frequenzabweichungs-Erfassungssignal von dem optischen Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreis 253 auf die Modulationsamplitude des Modulationssignals S21 für synchrone Erfassung rückzukoppeln, so daß die optische Frequenzabweichung der optischen Frequenzmodulation durch das Modulationssignal konstant gehalten werden kann, und die Arbeitspunkt-Einstelleinrichtung 240 und die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 250 nicht von dem Modulationswirkungsgrad der Lichtquelle des Halbleiterlasers 210 beeinflußt wird.
Das heißt, wenn der FM-Modulationswirkungsgrad (optische Frequenzvariation pro Einheit Vorstrom) aufgrund einer Alterungsveränderung des Vorstroms des Halbleiterlasers 210 selbst klein wird, wird im schlechtesten Fall das Niederfrequenzsignal 821 nicht überlagert. Somit kann der Arbeitspunkt nicht, wie eingestellt, variieren, und die synchrone Erfassung kann unmöglich werden. Um dieses zu vermeiden, wird der Verstärker oder Abschwächer 246 verwendet, um die Amplitude des Modulationssignals für synchrone Erfassung groß zu machen, wenn der FM-Wirkungsgrad klein wird, und die Amplitude des Modulationssignals klein zu machen, wenn der FM-Wirkungsgrad zu groß wird. Das heißt, es wird dafür gesorgt, daß das Niederfrequenzsignal S21 im wesentlichen dieselbe Amplitude hat. Die Größe des FM- Modulationswirkungsgrades wird auf der Grundlage der Größe der optischen Frequenzabweichung Δf bestimmt.
Eine Zeichenraten-Überwachungseinrichtung 260 kann einen Integrator in dem Modulationsschaltkreis 211 umfassen. Die Überwachungseinrichtung steuert den Betriebszustand der Arbeitspunkt-Einstelleinrichtung 240 und der optischen Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 250 durch Berechnen der Wahrscheinlichkeit, daß Logikpegel 1 und 0 in der Datenmodulation auftreten, in welcher die Frequenz des Ausgangslichtes H20 des Halbleiterlasers 210 zu den ersten und zweiten Frequenzen f1 und f2 verschoben wird, in Übereinstimmung mit Logikpegeln 1 und 0 von zu übertragenden Daten, für eine Rückkopplung auf den Arbeitspunkt- Stabilisierungsschaltkreis 243 und die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 253.
Die Lichtausgabeintensität am Arbeitspunkt in Fig. 11 variiert zwischen dem Fall, daß die Zeichenrate 1/2 ist, in welchem nämlich die Wahrscheinlichkeit, daß eine 1 auftritt und die Wahrscheinlichkeit, daß eine 0 auftritt, im Verhältnis eins zu eins stehen, und dem Fall, daß die Zeichenrate 1/4 ist, in welchem nämlich die Wahrscheinlichkeit, daß eine 1 auftritt, und die Wahrscheinlichkeit, daß eine 0 auftritt, im Verhältnis eins zu drei stehen. Aus diesem Grund variiert der Graph der Fig. 13 mit dem Ergebnis, daß der Wert von Δf, wenn das synchrone Erfassungsausgangssignal ein voreingestellter Wert wird, gemäß der Größe der Zeichenrate variiert. Somit ist es erforderlich, die eingestellte Spannung V22 des optischen Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreises 253 gemäß der Zeichenrate zu verändern. Der Zeichenratenmonitor 260 berechnet die Zeichenrate des Modulationssignals des Modulationsschaltkreises 211 und ändert die eingestellte Spannung V22 gemäß der berechneten Zeichenrate, so daß die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 250 nicht von einer Variation der Zeichenrate beeinflußt wird. Die Arbeitspunkt-Einstelleinrichtung 240 führt eine Steuerung so durch, daß die Ausgabe des synchronen Erfassungsschaltkreises 242 Null werden kann. Eine Offset-Spannung kann der Ausgabe des synchronen Erfassungsschaltkreises 242 gemäß einer Variation in der Zeichenrate hinzuaddiert werden, um den Arbeitspunkt von dem Maximalwert oder dem Minimalwert zu verschieben.
Fig. 29 ist ein Blockdiagramm eines siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ist auf eine Meß- und Steuervorrichtung zur Verwendung mit FDM(Frequenzmultiplex)-Übertragung gerichtet.
Wie dargestellt, sind zwei oder mehr Halbleiterlaser 210 (#1, #2, ...#n) vorhanden, weil separate optische Frequenzen bei der FDM-Übertragung erforderlich sind. Ebenfalls sind zwei oder mehr Modulationsschaltkreise 211 (#1, #2, ... #n) zum optischen Frequenzinodulieren von Lichtausgaben der Halbleiterlaser mit Daten Din (#1, #2, . . .#n), die zu übertragen sind, vorgesehen. FSK-modulierte Ausgaben der Halbleiterlaser werden in einen optischen Koppier 212 eingegeben und dann an ein Interferometer 220 ausgegeben. Die optischen Ausgaben werden an einen optischen Empfänger 230 als Interferenzucht H2i, basierend auf optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika, übertragen.
Das Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß ein einzelnes Interferometer vorgesehen ist. Im allgemeinen sind die Maximalwerte (Minimalwerte) in der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik von Interferometem mit gleichen Intervallen beabstandet, wie in den Fig. 11A und 11B gezeigt ist. Im Fall einer FDM-Übertragung, in welcher mehr als zwei Frequenzen erforderlich sind, und die verwendeten Frequenzen mit Genauigkeit beabstandet sein müssen, insbesondere in dem Fall, daß, wie bei der vorliegenden Erfindung, eine optische Frequenzabweichung gemessen und gesteuert wird, wobei der Arbeitspunkt an dem Maximalwert oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik stabilisiert wird, ist es einfach und praktisch, weil die Frequenzabstände einfach durch Einstellen des Arbeitspunktes eines jeden Halbleiterlasers an einem entsprechenden jeweiligen Maximalwert in einer optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristik bestimmt werden.
Das Interferometer 220, der optische Empfänger 230, die Arbeitspunt-Einsteileinrichtung 240, welche den Niederfrequenzoszillator 241 umfaßt, den synchronen Erfassungsschaltkreis 242 und den Addierer 245, und die optische Frequenzabweichungs-Erfassungseinrichtung 250, weiche den zweiten Niederfrequenzoszillator 251, den zweiten synchronen Erfassungsschaltkreis 252 und den optischen Frequenzabweichungs-Stabilisierungsschaltkreis 253 umfaßt, sind jeweils in Anordnung und Funktion dieselben wie ein entsprechende in dem sechsten Ausführungsbeispiel, und somit wird ihre Beschreibung ausgelassen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist mit einem Schalterschaltkreis 270 ausgestattet, welcher auf die Anlegung eines Schaltsignals von einem nicht gezeigten Steuerschaltkreis anspricht, um einen Halbleiterlaser 210(#i) auszuwählen, weicher eine Stabilisierungssteuerung einer optischen Frequenz und optischer Frequenzabweichung benötigt. Dieses wird im folgenden beschrieben.
Das Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung wird zusammengefaßt durch Stabilisieren des Arbeitspunktes des Interferometers 220 auf den Maximalwert oder den Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik, und Erfassen und Steuern der optischen Frequenzabweichung Δf nach Extraktion der Niederfrequenzsignalkomponente S22, die unter dem stabilisierten Arbeitspunkt erzeugt wird, von dem elektrischen Signal mittels synchroner Erfassung. Es ist deshalb erforderlich, das Niederfrequenzsignal S21 für synchrone Erfassung von dem Niederfrequenzosziliator 241 der Vorspannung bzw. dem Vorstrom oder der Temperatur des Halbleiterlasers 210 zu überlagern. (Wenn das siebte Ausführungsbeispiel auf ein FDM-System angewendet wird, wird, um die optische Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik festzuhalten, das Niederfrequenzsignal S21 nicht auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur des Interferometers 220 überlagert. Anstelle dessen wird das Interferometer einer verschiedenen Temperatursteuerung unterzogen.) Das heißt, es wird eine Auswahl getroffen, um ein Modulationssignal für synchrone Erfassung einem Halbleiterlaser 210 (#i) zu überlagern und ein Arbeitspunkt- Stabilisierungssignal und ein optisches Frequenzabweichungs- Stabilisierungssignal auf diesen rückzukoppeln, welcher eine Stabilisierungssteuerung der optischen Frequenz und seiner Abweichung erfordert.
Spezifisch werden n-Halbleiterlaser 210 (#1, #2, ... #n) sequentiell auf einer Zeitmultiplexgrundlage von dem Schalter 270 ausgewählt, und es wird ein Modulationssignal für synchrone Erfassung der Vorspannung bzw. dem Vorstrom oder der Temperatur eines ausgewählten Halbleiterlasers 210 (#i) überlagert. An diesem Punkt arbeiten andere Halbleiterlaser, um Vorwärts- und Rückwärtslicht zu erzeugen. Der Schalterschaltkreis 270 ist mit einem Register zum Speichern von Daten ausgestattet. Der Halbleiterlaser 210 (#i-1), der ausgewählt wurde, unmittelbar bevor der Laser 210 (#i) ausgewählt wird, fährt damit fort, an eine Übertragungsleitung das Licht mit einer optischen Frequenzabweichung von Δf zu dem Zeitpunkt auszugeben, als er einer Stabilisierungssteuerung als Reaktion auf ein Steuersignal unterzogen wurde, das in dem Register gespeichert ist, als es ausgewählt wurde. Nach dem Verstreichen einer festen Zeitdauer wird der Laser 210 (#i-1) wiederum ausgewählt und einer Stabilisierungssteuerung der optischen Frequenz und seiner Abweichung mittels Überlagerung eines Modulationssignals für synchrone Erfassung auf seinen Vorstrom bzw. seine Vorspannung oder seine Temperatur unterzogen.
Obwohl nicht gezeigt, kann das siebte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wie folgt modifiziert werden.
Anstelle des Bereitsteliens des Schalterschaltkreises 270 können zwei oder mehr Niederfrequenzoszillatoren und synchrone Detektoren vorgesehen sein, um ein Synchronerfassungs- Niederfrequenzsignal S21 (#1, #2, ...#n) einer verschiedenen Frequenz auf die Vorspannung bzw. den Vorstrom oder die Temperatur eines jeden der Halbleiterlaser 210 (#1, #2, ...#n) zu überlagern. In diesem Fall brauchen die Halbleiterlaser nicht auf einer Zeitmultiplexgrundlage ausgewählt zu werden. Ausgangslichter H20 (#1, #2, ...#n) werden von den Halbleiterlasern an die optischen Koppler 212 gleichzeitig ausgegeben, und das Interferometer 220 empfängt die Ausgangslichter gleichzeitig. Zu dieser Zeit werden die Stabilisierungssteuerung der optischen Frequenz und die optische Frequenzabweichung für die Halbleiterlaser gleichzeitig durchgeführt. Um in diesem Fall zu vermeiden, daß der Schaltkreis groß wird, kann die Seite des synchronen Detektors ein Zeitmultiplexsystem verwenden. Um zwei oder mehr verschiedene Oszillationsfrequenzen zu erhalten, kann mehr als ein Frequenzinultiplizierer für einen einzelnen Oszillator verwendet werden.
Obwohl nicht gezeigt, kann das siebte Ausführungsbeispiel wie folgt weiter modifiziert werden.
Die Arbeitspunkt-Einstelleinrichtung 240 mit dem Niederfrequenzosziliator 241 und der synchrone Detektor 242 können die sequentielle Überlagerung eines Modulationssignals auf die Halbleiterlaser und die simultane Überlagerung von Modulationssignalen mit verschiedenen Frequenzen auf die Laser selektiv durchführen. Ebenfalls können die obigen zwei Verfahren der Überlagerung individuell, abwechselnd, der Reihe nach, in der Reihenfolge und Zusammensetzung verwendet werden. Das sequentielle Überlagerungssystem, das in dem siebten Ausführungsbeispiel verwendet wird, oder das Mehrfrequenzüberlagerungssystem, das in dem modizifizierten Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann nämlich je nach Bedarf verwendet werden.
Wie oben beschrieben, kann in dem siebten und seinen modifizierten Ausführungsbeispielen eine Stabilisierungssteuerung einer optischen Frequenz und einer optischen Frequenzabweichung von Halbleiterlasern wirksam insbesondere im Fall optischer Frequenzmultiplexübertragung durchgeführt werden.
Fig. 30 ist ein Biockdiagramm eines achten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Merkmal dieses Ausführungsbeispiels liegt darin, daß Stabilisierungssteuerung eines Arbeitspunktes eines Halbleiterlasers als Vorprozeß zum Stabilisieren der optischen Frequenzabweichung in dem Halbleiterlaser durchgeführt wird, jedoch nicht durch den Niederfrequenzmodulationsvorgang unter Verwendung eines Niederfrequenzoszillators und den synchronen Erfassungsvorgang unter Verwendung eines synchronen Erfassungsschaltkreises durchgeführt wird, sondern durch den Steuervorgang unter Verwendung des reflektierten Lichtes von dem Interferometer durchgeführt wird.
In Fig. 30 hat der Halbleiterlaser 401, der Datenmodulator 402, die Vorstromeinheit 403 und ein Komparator 413 jeweils dieselbe Funktion wie die von 10, 11, 12 und 51, die in den Fig. 16 und 17 gezeigt sind. Das einfallende Licht H30 als linear polarisiertes Rückwärtslicht von dem Halbleiterlaser 401 wird auf den Halbspiegel 404 gegeben. Nach dem Durchlaufen des Halbspiegels 404 wird das Laserlicht in ein Fabry-Perot-Interferometer 405 eingegeben, welches intern mit dem Polarisator 418 und mit einer Spiegelbeschichtung 416 und 417 auf seinen beiden rechten und linken Seiten versehen ist. Der Polarisator 418 ist so angeordnet, daß seine Hauptachse (in der Polarisationsrichtung des resonierenden Laserlichtes) einen Winkel von θ1 (0 < θ1 < 90º) Grad mit der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 bildet, wie in Fig. 31A gezeigt ist.
Reflektiertes Licht B1, das in der Richtung des Halbspiegels 404 von dem Fabry-Perot-Interferometer 405 reflektiert wird, wird an dem Halbspiegel 404 reflektiert und läuft dann durch eine λ/4-Platte 406 und einen Polarisator 407, wobei die Hauptachse bei λ/4 Grad zueinander angeordnet ist, wie in Fig. 31C gezeigt ist.
Dann wird das jeweilige Laserlicht in der Richtung von X3 und Y3 von dem Polarisator 407 jeweils von optischen Empfängern 408 und 409 empfangen.
Ein Subtrahierer 410 subtrahiert ein Ausgangssignal EL32 von dem optischen Empfänger 409 von einem Ausgangssignal EL31 des optischen Empfängers 408.
Eine negative Rückkopplungseinheit 411 wendet negative Rückkopplung auf die Vorstromeinheit 403 gemäß einer subtrahierenden Ausgabe EL33 von dem Subtrahierer 410 an, womit der Steuervorgang realisiert wird, so daß ein Arbeitspunkt in dem Halbleiterlaser 401 konstant der optischen Frequenz entsprechend dem Maximalwert in den optischen Frequenzdiskriminierungscharakteristika des Fabry- Perot-Interferometers 405 entsprechen kann.
Andererseits wird das Interferenzucht nach dem Durchlaufen durch das Fabry-Perot-Interferometer 405 von dem optischen Empfänger 412 empfangen, und die Gleichstromkomponente in einem Ausgangssignal EL34 wird auf den Komparator 413 gegeben.
Der Komparator 413, wie der Komparator 51 in dem ersten, in den Fig. 16 und 17 gezeigten Ausführungsbeispiel, berechnet die Differenz zwischen der Gleichspannungskomponente von dem optischen Empfänger 412 und der vorbestimmten Spannung V31. Dann wird der Datenmodulator 402 mit negativer Rückkopplung durch die Differenz versehen, wodurch die optische Frequenzabweichung des Laserlichtes des Halbleiterlasers 401 stabilisiert wird.
In dem einfallenden Licht H30 von dem Halbleiterlaser 401 wird das an dem Halbspiegel 404 reflektierte Laserlicht, ohne durch diesen durchzulaufen, von einem optischen Empfänger 414 empfangen. Eine APC-Steuerung 415 wendet eine negative Rückkopplung auf den Vorstrom der Vorstromeinheit 403 gemäß dem Überwachungslicht an, das von dem optischen Empfänger 414 empfangen wird, wodurch eine automatische Lichtausgabesteuerung realisiert wird, so daß die Ausgabe des Laserlichtes des Halbleiterlasers 401 auf einem vorbestimmten Niveau gehalten werden kann.
Das Merkmal des sechsten Ausführungsbeispiels in der oben beschriebenen Konfiguration ist, daß es die Stabilisierungssteuerung an einem Arbeitspunkt des Halbleiterlasers 401 durch einen Steuervorgang unter Verwendung des reflektierten Lichtes B1 von dem Fabry-Perot- Interferometer 405 realisiert. Die Beschreibung der Stabilisierungssteuerung an einem Arbeitspunkt wird im folgenden gegeben.
Zuerst wird der Polarisator 418 in dem Fabry-Perot- Interferometer 405 so positioniert, daß seine Hauptachse einen Winkel von 1(0 1 90º) Grad mit der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 bildet, wie in Fig. 31A gezeigt ist. Deshalb resoniert in dem Interferometer 405 nur die Komponente in Y1-Richtung 1 Grad geneigt zum einfallenden Licht H30. Die Komponente in der X1- Richtung rechtwinklig zu Y1 verläßt das Interferometer 405, was den Wert 0 anzeigt. Andererseits wird an der spiegelbeschichteten Seite 416 das einfallende Licht H30 ohne Rücksicht auf den internen Polarisator 418 reflektiert.
Zusammenfassend kann das reflektierte Licht B1 (welches X1- und Y1-Komponenten enthält), das von dem Fabry-Perot 405 zu dem Halbspiegel 404 reflektiert wird, wie folgt erhalten werden:
worin A'.exp(iωt) übertragenes Licht ist, das durch den Halbspiegel 404 hindurchtritt, wenn A.exp(iωt) das einfallende Licht H30 ist,
R die Reflektanz an dem Halbleiterspiegel 404 ist,
n der Brechungsindex des Polarisators 418 ist,
L die Länge des Resonators des Fabry-Perot-Interferometers 405 ist,
λ die Wellenlänge des einfallenden Lichtes H30 ist.
Wenn als nächstes die Richtung des einfallenden Lichtes des reflektierten Lichts B1 angeordnet ist, mit der Hauptachse der λ/4-Platte 406 einen Winkel von θ2 Grad zu bilden, wie in Fig. 31B gezeigt ist, kann das Ausgangslicht von der λ/4- Platte 406 (welches X2- und Y2-Komponenten enthält), wie folgt erhalten werden.
worin:
X1' und Y1' Signale sind, die mit exp(iωt) in X1 und Y1 in dem Ausdruck (1) dargestellt sind, substituiert durch exp{i(ωt+π/2)}.
Wenn ferner die Hauptachsen der λ/4-Platte 406 und des Polarisators 407 angeordnet sind, einen Winkel von λ/4 Grad zu bilden, wie in Fig. 31C gezeigt ist, wird das Ausgangslicht B3 (welches X3- und Y3-Komponenten enthält) von dem Polarisator 407 an die optischen Empfänger 408 und 409 wie folgt erhalten:
Deshalb wird die Ausgabe EL31 des optischen Empfängers 408 und die Ausgabe EL32 des optischen Empfängers 409 wie folgt erhalten:
Ferner kann die Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410 wie folgt erhalten werden:
E 3 = (X3)(X3&spplus;) - (Y3) (Y3&spplus;) .....(5)
Wenn andererseits das in dem Fabry-Perto-Interferometer 405 resonierende Interferenzucht, welches nur Y1-Komponenten enthält, wie in Fig. 31A in der Richtung des Fabry-Perot- Interferometers 405 an den optischen Empfänger 412 ausgegeben wird, kann die Ausgabe EL34 wie folgt erhalten werden:
Gemäß den obigen Ausdrücken (1) bis (6) zeigt die im Ausdruck (5) gezeigte Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410 den Maximalwert θ1 = π/4, was somit in θ1 = 0, π/2 resultiert, was den Wert von 0 anzeigt. Andererseits zeigt die in dem Ausdruck (6) erhaltene Ausgabe EL4 des optischen Empfängers 412 den Maximalwert, wenn θ1 = 0, was somit in θ1 = π/2 resultiert, was den Wert von 0 anzeigt. Die obigen EL33 und EL34 hängen nicht von θ2 ab. Wie in Fig. 31C gezeigt ist, kann durch Anordnen der Hauptachsen der λ/4-Platte 406 und des Polarisators 407, einen Winkel von π/4 Grad zu bilden, die Information der Phasendifferenz zwischen den X1- und Y2- Komponenten des Lichtes B1, das in der Richtung des Fabry- Perto-Interferometers 405 zu dem Halbspiegel 404 reflektiert wird, als die Ausgabe EL33 des Substrahierers 410 extrahiert werden, gezeigt in Ausdruck (5). Das heißt, unter der Annahme, daß die Phasendifferenz zwischen den X1- und Y1- Komponenten φ ist:
E3=B sin φ .....(7)
wobei B eine Konstante ist.
Die Phasendifferenz φ ist 0 an dem Maximalwert der Ausgabe EL34 des optischen Empfängers 412, und π am Minimalwert.
Deshalb entsprechen die Maximal- und Minimalpunkte an der Ausgabe EL34 dem Nullpunkt der Ausgabe EL33.
Die oben beschriebenen Charakteristika werden wie folgt dargestellt. In dem Ausdruck (1) können unter der Annahme, daß der Brechungsindex n = 1,5; der freie Spektralbereich des Fabry-Perot-Interferometers 505 (entsprechend dem optischen Frequenzintervall zwischen Maximalpunkten in den optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika) c/2nL = 15GHz (c ist die Lichtgeschwindigkeit) ; die Reflektanz R = 0,9 (90%) an dem Halbspiegel 404 und θ1 = π/8, um jede optische Frequenz unter Verwendung der Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410 zu berechnen, die in dem Ausdruck (5) erhalten wird, und die Ausgabe EL34 des optischen Empfängers 412, die in dem Ausdruck (6) erhalten wird, die optischen Frequenzcharakteristika, wie in den Fig. 32A und 32B gezeigt, erhalten werden.
Die optischen Frequenzcharakteristika der Ausgabe EL34 des in Fig. 32B gezeigten optischen Empfängers 412 sind die optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika des in Fig. 30 gezeigten Fabry-Perot-Interferometers 405. Deshalb entspricht, wie in Fig. 32A und 32B gezeigt, der Maximalpunkt der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika des Fabry-Perot-Interferometers 405 dem Nullpunkt der optischen Frequenzcharakteristika der Ausgabe EL33 des Substrahierers 410.
Gemäß der oben abgeleiteten Tatsache wendet die negative Rückkopplungseinheit 411 negative Rückkopplung auf die Vorstromeinheit 403 gemäß der Ausgabe EL33 des Substrahierers 410 an, um den Steuervorgang zu realisieren, so daß ein Arbeitspunkt in dem Halbleiterlaser 401 konstant der optischen Frequenz entsprechend dem Maximalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika in dem Fabry-Perot- Interferometer 405 entspricht.
In diesem Fall wendet die negative Rückkopplungseinheit 411, wie durch die in Fig. 32 gezeigten optischen Frequenzcharakteristika angedeutet, eine negative Rückkopplung an die Vorstromeinheit 403 an, um die optische Mittenfrequenz des Laserlichtes in dem Halbleiterlaser 401 zu reduzieren, wenn die Ausgabe EL33 des Substrahierers 410 eine gerade Polarität zeigt, d.h. um den Vorstrom in der Vorstromeinheit 403 zu reduzieren. Wenn andererseits EL33 negative Polarität zeigt, wendet sie negative Rückkopplung an, um die optische Mittenfrequenz zu vergrößern. Somit kann der Steuervorgang so realisiert werden, daß ein Arbeitspunkt in dem Halbleiterlaser 401 der optischen Frequenz entsprechend dem Maximalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika in dem Fabry-Perto- Interfertometer 405 entspricht.
Fig. 33 ist ein Blockdiagramm eines neunten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In Fig. 33 bezeichnen die identischen Ziffern wie die in dem achten Ausführungsbeispiel, gezeigt in Fig. 30, zugewiesenen, dieselben Funktionen.
In dem neunten Ausführungsbeispiel wie in dem achten Ausführungsbeispiel wird die Stabilisierungssteuerung an einem Arbeitspunkt des Halbleiterlasers 401 durch den Steuervorgang unter Verwendung des reflektierten Lichtes B1 von einem Fabry-Perot-Interferometer 505 durchgeführt. Der Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen in Fig. 30 und Fig. 33 ist, daß das Fabry-Perot-Interfertometer 505 in dem neunten Ausführungsbeispiel intern mit einer λ/4-Platte 518, nicht mit einem Polarisator, versehen ist, und ein Polarisator 519 zwischen dem Fabry-Perot-Interfertometer 505 und dem optischen Empfänger 412 verwendet wird.
Die oben beschriebenen λ/4-Platte 518 ist so angeordnet, daß ihre Hauptachse einen Winkel π/4 Grad mit der Poiarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 bildet, wie in Fig. 34A gezeigt ist. Demgemäß ändert sich jedesmal, wenn Laserlicht das Interferometer 505 durchläuft, die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichtes abwechselnd zwischen den zu der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 rechtwinkligen und horizontalen Richtungen.
Der Polarisator 519 ist so angeordnet, daß seine Hauptachse einen Winkel von 22º mit der Hauptachse der λ/4-Platte 518 bildet, wie in Fig. 34D gezeigt ist.
Die Stabilisierungssteuerung an einem Arbeitspunkt des Halbleiterlasers 401 in dem neunten Ausführungsbeispiel in der obigen Konfiguration wird wie folgt erläutert.
Zuerst enthält das reflektierte Licht B1, das in der Richtung des Halbspiegels 404 von dem Fabry-Perot-Interferometer 505 reflektiert wird, unter Verwendung der λ/4-Platte 518, die so angeordnet ist, daß ihre Hauptachse einen Winkel von π/4 Grad mit der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 in dem Fabry-Perot-Interferometer 505 bildet, eine X0-Komponente in der gleichen Richtung der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 und eine Y0-Komponente in der rechtwinkligen Richtung zur Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30.
Das reflektierte Licht B1 kann wie folgt erhalten werden:
wobei:
A'.exp(iωt) übertragenes Licht ist, das durch den Halbspiegel 404 läuft, wenn A.exp(iωt) das einfallende Licht H30 ist,
R die Reflektanz an dem Halbleiterspiegel 404 ist,
n der Brechungsindex der λ/4-Platte 518,
L die Länge des Resonators des Fabry-Perot-Interferometers 505 ist,
λ die Wellenlänge des einfallenden Lichtes H30 ist.
Wenn als nächstes die Polarisationsrichtung des reflektierten Lichtes Bi einen Winkel von Z1 Grad mit der Hauptachse der λ/4-Platte 406 bildet, wie in Fig. 34B gezeigt ist, kann das Ausgangslicht (welches X2- und Y2-Komponenten enthält) von der λ/4-Platte 406 wie folgt erhalten werden:
wobei X0' und Y0' Signale sind, die mit exp(iωt) in X0 und Y0 in Ausdruck (8) dargestellt werden, ersetzt durch exp{i(ωt+π/2)}.
Wenn ferner die Hauptachse der λ/4-Platte 406 und des Polarisators 407 einen Winkel von π/4 zueinander bilden, wie in Fig. 34C gezeigt ist, kann das jeweilige Ausgangslicht B3 (welches X3- und Y3-Komponenten enthält) von dem Polarisator 407 an die optischen Empfänger 408 und 409 durch den Ausdruck (3) erhalten werden, der in der Erläuterung des achten Ausführungsbeispiels wie folgt beschrieben ist:
Somit kann die Ausgabe EL31 des optischen Empfängers 408, die Ausgabe EL32 des optischen Empfängers 409 und die Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410 durch die Ausdrücke (4) und (5) erhalten werden, die in der Erläuterung des achten Ausführungsbeispiels wie folgt beschrieben sind:
Andererseits werden in der Richtung des Polarisators 519 von dem Fabry-Perot-Interferometer 505 Interferenzucht B5-1, welches in dem Interferometer 505 resoniert, welches eine Polarisation im Uhrzeigersinn zur Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 enthält und durch den folgenden Ausdruck (10) erhalten wird, und Interferenzucht B5-2, welches eine Polarisation im Gegenuhrzeigersinn enthält und durch den folgenden Ausdruck (11) erhalten wird, ausgegeben.
Deshalb kann das auf den Polarisator 519, der in Fig. 33 gezeigt ist, gegebene Interferenzucht durch Addieren des Interferenzuchtes B5-1, das durch Gleichung (10) erhalten wird, und des Interferenzuchtes B5-2, das durch den Ausdruck (11) erhalten wird, separat für die X1-Komponente und die Y1- Komponente erhalten werden. Unter der Annahme, daß die Komponenten des resultierenden Lichtes X1 bzw. Y1 sind, kann Licht B6 (welches X4- und Y4-Komponenten enthält), das durch den Polarisator 519 läuft, wie folgt erhalten werden:
Wenn angenommen wird, daß die Komponente Y4 von dem optischen Empfänger 412 in zwei Komponenten X4 und Y4 des Ausgangslichtes B6 von dem Polarisator 519 erhalten wird, kann die Ausgabe EL34 des optischen Empfängers 412 wie folgt erhalten werden:
EL34= (Y4)(Y4&spplus;) ..... (f3)
Gemäß den obigen Ausdrücken (3), (4), (5), (8), (9) und (13) zeigt die Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410, der in Fig. 33 gezeigt und in Ausdruck (5) dargestellt ist, den Maximalwert, wenn die Hauptachse der λ/4-Platte 518 einen Winkel von π/4 Grad mit der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes H30 bildet, wie in Fig. 34A gezeigt ist. Weder EL33 noch EL34 existiert für den Winkel von Z1. Die Information der Phasendifferenz zwischen den X0- und Y0-Komponenten in dem reflektierten Licht B1, das in dem Halbspiegel 404 von dem Fabry-Perot-Interferometer 505 reflektiert wird, dargestellt in Ausdruck (8), kann als die Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410 extrahiert werden, dargestellt in Ausdruck (5) durch Anordnen der λ/4-Platte 406 und des Polarisators 407 so, daß ihre Hauptachsen einen Winkel von π/4 Grad zueinander bilden, wie in Fig. 34C gezeigt ist.
Das heißt, unter der Annahme, daß die Phasendifferenz zwischen den X0- und Y0-Komponenten 4) ist, existiert der folgende Ausdruck:
EL33=B sin φ ..... (7)
wobei B eine Konstante ist. Die Phasendifferenz zeigt 0 an dem Maximalpunkt und π an dem Minimalpunkt der Ausgabe EL34 des optischen Empfängers 412 in Ausdruck (8), wie in dem achten Ausführungsbeispiel Deshalb entspricht der Maximal- oder Minimalpunkt der Ausgabe EL34 dem Nullpunkt der Ausgabe EL33.
Unter der Annahme, daß der Brechungsindex n = 1,5; der freie Spektralbereich des Fabry-Perot-Interferometers 505 c/2nL = 15GHz (C ist die Lichtgeschwindigkeit); die Reflektranz R 0,9 (90%) des Halbspiegels 404 und Z2 = 0, um die jeweilige optische Frequenz unter Verwendung der Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410, erhalten in Ausdruck (5), und der Ausgabe EL34 des optischen Empfängers 412, erhalten in Ausdruck (13), zu berechnen, können die optischen Frequenzcharakteristika, wie in den Fig. 35A und 35B gezeigt, erhalten werden.
Als Ergebnis, wie in Fig. 32 in bezug auf das achte Ausführungsbeispiel gezeigt, entspricht der Maximalpunkt der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika des Fabry- Perot-Interferometers 505 dem Nullpunkt der optischen Frequenzcharakteristika der Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410. Deshalb wendet wie in dem achten Ausführungsbeispiel die negative Rückkopplungseinheit 411 negative Rückkopplung auf die Vorstromeinheit 403 gemäß der Ausgabe E3 des Subtrahierers 410 an, wodurch die Stabilisierungssteuerung an einem Arbeitspunkt des Halbleiterlasers 401 realisiert wird.
In diesem Fall wendet die negative Rückkopplungseinheit 411, wie durch die in den Fig. 35A angezeigten optischen Frequenzcharakteristika, wie in dem achten Ausführungsbeispiel, negative Rückkopplung auf die Vorstromeinheit 403 an, um die optische Mittenfrequenz des Laserlichtes in dem Halbleiterlaser 401 zu reduzieren, wenn die Ausgabe EL33 des Subtrahierers 410 gerade Polarität zeigt, d.h. um den Vorstrom in der Vorstromeinheit 403 zu reduzieren. Wenn andererseits EL33 negative Polarität zeigt, wendet sie negative Rückkopplung an, um die optische Mittenfrequenz zu vergrößern.
Wie in Fig. 32A gezeigt, wenn in dem oben beschriebenen, achten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 32A gezeigt, die negative Rückkopplungseinheit 411 negative Rückkopplung auf die Vorstromeinheit 403 gemäß der Ausgabe EL32 anwendet, nähert sich der Wert der Ausgabe EL33 Null an, wenn ein Arbeitspunkt des Halbleiterlasers 401 sich dem Mittelpunkt der optischen Frequenz zwischen den benachbarten Maximalpunkten so nahe wie möglich annähert. Deshalb wird es schwieriger, stabil gegen den Zielmaximalpunkt des oben beschriebenen Arbeitspunktes zu konvergieren, wenn sich der Arbeitspunkt dem oben beschriebenen Mittelpunkt weiter annähert, und es besteht eine Möglichkeit, daß der Arbeitspunkt gegen den benachbarten Maximalpunkt konvergiert. Umgekehrt zeigt in dem neunten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 35A gezeigt, der Wert der Ausgabe EL33 eine relativ große Ziffer mit umgekehrter Polarität von dem zentralen Frequenzpunkt zu beiden Enden hin. Deshalb kann der Arbeitspunkt gegen den Zielmaximalpunkt stabil konvergieren, obwohl der Arbeitspunkt sich dem oben beschriebenen Mittelpunkt annähert.
Somit kann das neunte Ausführungsbeispiel einen größeren Einrastbereich eines Arbeitspunktes des Halbleiterlasers 401 als das achte Ausführungsbeispiel reservieren.
Wie oben beschrieben, kann der Steuerungsvorgang in dem neunten Ausführungsbeispiel so realisiert werden, daß ein Arbeitspunkt des Halbleiterlasers 401 der optischen Frequenz entsprechend dem Maximalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika in dem Fabry-Perot- Interferometer 505 entspricht.
Als nächstes ist Fig. 36 ein Blockdiagramm eines zehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel hat eine erweiterte Konfiguration der achten, in Fig. 30 gezeigten Konfiguration, um ein FDM- Übertragungssystem oder eine Vielzahl von Übertragungsvorgängen bei derselben optischen Frequenz zu ermöglichen.
In Fig. 36 entsprechen ein Halbleiterlaser 601 und optische Empfänger 606, 607, 608 und 609 jeweils 401, 408, 409, 412 und 414, die in dem achten in Fig. 30 gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigt sind.
Das in Fig. 36 gezeigte, zehnte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem achten, in Fig. 30 gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Punkt, daß es eine Vielzahl #1 - #n von Halbleiterlasern 601 und optischen Empfängern 606, 607, 608 und 609 umfaßt, weil eine Vielzahl von optischen Mittenfrequenzen in dem FDM-Übertragungssystem erforderlich sind. In dieser Konfiguration werden eine Vielzahl #1 - #n von Leitungen von Übertragungsdaten gemultiplext und übertragen.
Andererseits sind wie in dem Fall des in Fig. 30 gezeigten, achten Ausführungsbeispiels jeweils ein Halbspiegel 602, ein Fabry-Perot-Interferometer 603, das intern mit einem Polarisator 612 und einer Spiegelbeschichtung 610 und 611 auf beiden Seiten versehen ist, eine λ/4-Platte 604 und ein Polarisator 605 vorgesehen. Das jeweilige Rückwärtslicht von dem jeweiligen Halbleiterlaser 601 (#1 - #n) wird räumlich durch n Stränge von optischen Fasern unterteilt, wodurch eine optische Behandlung für das jeweilige Rückwärtslicht unter Verwendung eines Satzes des oben beschriebenen, optischen Systems durchgeführt wird, wie in dem Fall des achten Ausführungsbeispiels.
Obwohl in Fig. 36 ausgelassen, sind n Einheiten jeweils von Vorrichtungen entsprechend dem Datenmodulator 402, der Vorstromeinheit 403, dem Subtrahierer 410, der negativen Rückkopplungseinheit 411, dem Komparator 413 und der APC- Steuerung 415 des achten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 30 gezeigt ist, vorgesehen.
In der obigen Konfiguration kann ohne den Niederfrequenz- Modulationsvorgang unter Verwendung eines Niederfrequenzoszillators oder den synchronen Erfassungsvorgang unter Verwendung eines synchronen Erfassungsschaltkreises jeder Arbeitspunkt eines jeden Laserlichtes (optische Mittenfrequenz) eines jeden Halbleiterlasers 601 an n Punkten von Maximalwerten an gleichen Intervallen in einer optischen Frequenzcharakteristik unter Verwendung einer Einheit des Fabry-Perot-Interferometers 603 eingestellt werden, oder der gesamte Laserlichtbetrieb kann auf einen Maximalwert synchronisiert werden. Diese Technologie kann auf den Betrieb des Interferometers in dem neunten Ausführungsbeispiel anwendbar sein.
Die oben beschriebene, automatische Frequenzsteuerung (AFC) ermöglicht die Stabilisierung der optischen Frequenzabweichung auf einen vorbestimmten Wert für jedes Laserlicht eines jeden Halbleiterlasers 601.
Schließlich zeigt Fig. 37 ein Diagramm eines elften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In Fig. 37 haben alle Teile, denen dieselben Ziffern wie im zehnten Ausführungsbeispiel zugewiesen sind, das in Fig. 36 gezeigt ist, jeweils dieselben Funktionen.
Dieses Ausführungsbeispiel hat eine erweiterte Konfiguration des in Fig. 33 gezeigten, neunten Ausführungsbeispiels zur Verwendung in dem FDM-Übertragungssystem oder in einer Vielzahl von Übertragungsvorgängen bei derselben optischen Frequenz.
Das elfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zehnten Ausführungsbeispiel in dem Punkt, daß der Polarisator 612 mit der λ/4-Platte 712 in dem Fabry-Perot-Interferometer 703 ersetzt ist, und daß eine Vielzahl #1 - #n von Polarisatoren 713 zwischen dem Fabry-Perot-Interferometer 703 vorgesehen sind, und eine Vielzahl #1 - #n von optischen Empfängern 608. In dem elften Ausführungsbeispiel, wie in dem zehnten Ausführungsbeispiel, werden Übertragungsdaten von einer Vielzahl #1 - #n von Übertragungsleitungen gemultiplext und übertragen.

Claims

1. Optische Frequenzmodulationshubmeß- und Steuervorrichtung für Laserlicht (H30), zum Messen des Frequenzmodulationshubs (Δf) einer Laserlichtquelle (10, 210, 319), welche Licht aussendet, welches einer Frequenzmodulation gemäß einem eingegebenen Modulationssignal (Din) unterworfen ist, wobei der Frequenzmodulationshub die Abweichung von ersten (f&sub1;) und zweiten (f&sub2;) optischen Frequenzen von einer optischen Mittenfrequenz (f&sub0;) zwischen den ersten und zweiten optischen Frequenzen gemäß zu übertragenden Daten (Din) ist, und die Vorrichtung umfaßt:

- eine Lichtinterferenzeinrichtung (20, 220, 304), welche auf das frequenzmodulierte Laserlicht anspricht, um Interferenzucht (Hi) abhängig von optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika auszugeben;

- eine optische Empfangseinrichtung (30, 230), welche auf das Interferenzucht (Hi) anspricht, um Lichtintensität in ein elektrisches Signal (EL) umzuwandeln;

- eine Arbeitspunktstabilisierungseinrichtung (40), welche auf das elektrische Signal (EL) anspricht, um zu bewirken, daß eine Mittenfrequenz (f&sub0;) des Laserlichts der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entspricht;

- Einrichtungen (50, 250) zum Erfassen des Frequenzmodulationshubs (Δf) von einem Durchschnittswert (Pav) der Lichtintensität (P) des Interferenzuchtes, erhalten von dem elektrischen Signal (EL) von den optischen Empfangseinrichtungen (30, 230).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine optische Frequenzmodulationshub (Δf- Stabilisierungseinrichtung (318) zum Berechnen eines Fehlerwertes zwischen dem Durchschnittswert und einem vorbestimmten Wert, und Rückkoppeln des Fehlerwertes auf den Modulationsfaktor des Laserlichtes.

3. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung von Laserlicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunktstabilisierungseinrichtung (40) umfaßt:

- eine Arbeitspunkterfassungseinrichtung (41) zum Erfassen der Differenz zwischen dem Maximal- oder Minimalwert von Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika und einem Arbeitspunkt des Laserlichtes basierend auf dem elektrischen Signal, das von der optischen Empfangseinrichtung (30) bereitgestellt wird, und

- eine Arbeitspunktsteuereinrichtung (42) zum Anwenden einer Rückkopplung auf die Osziliationsfrequenz des Laserlichtes oder die Interferenzcharakteristika der Lichtinterferenzeinrichtung, so daß der Arbeitspunkt des Laserlichts der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entspricht, basierend auf der Ausgabe der Arbeitspunkterfassungseinrichtung (41).

4. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkterfassungseinrichtung umfaßt:

- eine Niederfrequenzoszillationseinrichtung (43) zum Modifizieren der Oszillationsfrequenz des Laserlichtes oder der Interferenzcharakteristika der Lichtinterferenzeinrichtung mit einer niedrigen Frequenz; und

- eine synchrone Erfassungseinrichtung (44) zum Durchführen einer synchronen Erfassung, basierend auf der Oszillationsausgabe von der Niederfrequenzoszillationseinrichtung und dem elektrischen Signal von der optischen Empfangseinrichtung.

5. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Arbeitspunktsteuereinrichtung (42) eine Vorspannung oder Temperatur eines Lasers (10) modifiziert, der das Laserlicht erzeugt, um die Oszillationsfrequenz des Laserlichtes zu variieren; oder eine Vorspannung oder Temperatur der Lichtinterferenzeinrichtung (20) modifiziert, um die optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika zu variieren, so daß der Arbeitspunkt des Laserlichtes der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika entspricht, basierend auf einem synchronen Erfassungssignal von der Arbeitspunkterfassungseinrichtung (41).

6. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Arbeitspunktsteuereinrichtung (42) automatische Frequenzsteuerung an dem Laserlicht durchführt, durch Anwenden einer Vorspannungs- oder Temperaturrückkopplung auf den Laser (10), der das Laserlicht erzeugt.

7. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Laserlicht eine Vielzahl von Laserlichtern (15) umfaßt;

- die Lichtinterferenzeinrichtung (22) Interferenzucht als Reaktion auf jedes der Laserlichter ausgibt;

- die optische Empfangseinrichtung (33), die auf jedes der Interferenzuchter anspricht, die jeweilige Lichtintensität in ein elektrisches Signal umwandelt;

-die Arbeitspunkterfassungseinrichtung (49) die Oszillationsfrequenz eines jeden Laserlichts durch Variieren der Vorspannung oder Temperatur eines jeden Lasers modifiziert, der das jeweilige Laserlicht erzeugt, und synchrone Erfassung eines elektrischen Signals entsprechend dem jeweiligen Laserlicht durchführt;

- die Arbeitspunktsteuereinrichtung die Vorspannung oder Temperatur eines jeden Lasers, der das jeweilige Laserlicht erzeugt, so steuert, daß der jeweilige Arbeitspunkt des jeweiligen Laserlichts verschiedenen Maximal- oder Minimalwerten der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entspricht, basierend auf den Erfassungsergebnissen der Arbeitspunkterfassungseinrichtung; und

- die optische Frequenzmodulationshub-Meßeinrichtung, die Abweichung der optischen Frequenz eines jeden Laserlichts von einem Durchschnittswert von Lichtintensitäten eines jeden Interferenzuchtes mißt, erhalten von dem jeweiligen elektrischen Signal, das von der optischen Empfangseinrichtung (33) bereitgestellt wird;

-die optische Frequenzmodulationshub- Stabilisierungseinrichtung (54) jeden Fehlerwert zwischen dem Durchschnittswert und einem vorbestimmten Wert berechnet und jeden Fehlerwert auf den Modulationsfaktor des jeweiligen Laserlichtes rückkoppelt

8. Optische Frequenzmodulations-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Laserlicht eine Vielzahl von Laserlichtern (15) umfaßt;

- die Lichtinterferenzeinrichtung Interferenzucht als Reaktion auf das jeweilige Laserlicht ausgibt;

- die optische Empfangseinrichtung (33), die auf das jeweilige Interferenzucht anspricht, die jeweilige Lichtintensität in ein elektrisches Signal umwandelt;

- die Arbeitspunkterfassungseinrichtung die Interferenzcharakteristika der Lichtinterferenzeinrichtung durch Variieren der Vorspannung oder Temperatur der Lichtinterferenzeinrichtung modifiziert, und eine synchrone Erfassung des elektrischen Signals entsprechend dem jeweiligen Laserlicht durchführt;

- die Arbeitspunktsteuereinrichtung (49) eine Vorspannung oder Temperatur eines jeden Lasers steuert, der das jeweilige Laserlicht erzeugt, so daß jeder Arbeitspunkt des jeweiligen Laserlichtes verschiedenen Maximal- oder Minimalwerten der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entspricht, basierend auf den Erfassungsergebnissen der Arbeitspunkterfassungseinrichtung; und

- die optische Frequenzmodulationshub-Meßeinrichtung die Abweichung der optischen Frequenz eines jeden Laserlichts von einem Durchschnittswert von Lichtintensitäten von dem jeweiligen Interferenzucht mißt, erhalten von einem elektrischen Signal, das von der optischen Empfangseinrichtung bereitgestellt wird;

- die optische Frequenzmodulationshub- Stabilisierungseinrichtung (54) jeden Fehlerwert zwischen dem Durchschnittswert und einem vorbestimmten Wert berechnet und den jeweiligen Fehlerwert auf den Modulationsfaktor des jeweiligen Laserlichtes rückkoppelt

9. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

-die Lichtinterferenzeinrichtung (120, 220) zwei Arten von Interferenzucht (H1ia, H1ib, H2ia, H2ib) ausgibt, jeweils mit komplementären optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika;

-die optische Empfangseinrichtung Einheiten (131, 136, 231, 232) von optischen Empfangseinrichtungen umfaßt, die auf das jeweilige Interferenzucht ansprechen, um die jeweilige Lichtintensität in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und

- die Arbeitspunktstabilisierungseinrichtung (140, 240) und die optische Frequenzabweichungs- Meßvorrichtung (150, 250) oder die optische Frequenzabweichungs-Stabilisierungseinrichtung (153, 253) von einem Differenzsignal von jedem elektrischen Signal, das von der jeweiligen optischen Empfangseinrichtung bereitgestellt wird, gesteuert werden.

10. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

-die Lichtinterferenzeinrichtung zwei Arten von Interferenzucht ausgibt, jeweils mit komplementären optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika;

-die optische Empfangseinrichtung zwei Einheiten von optischen Empfangseinrichtungen umfaßt, die auf das jeweilige Interferenzucht ansprechen, um die jeweilige Lichtintensität in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und

-eine automatische Lichtausgabesteuereinrichtung (48, 47) zum Rückkoppein der Oszillationsausgabe des Laserlichtes vorgesehen ist, so daß die Oszillationsausgabe des Laserlichtes gemessen oder auf einen vorbestimmten Wert stabilisiert wird, gemäß einem Summensignal eines elektrischen Signals von elektrischen Signalen, die von den jeweiligen optischen Empfangseinrichtungen (45', 46', 231, 232) bereitgestellt werden.

11. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuereinrichtung für Laserlicht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Zeichenratenüberwachungseinrichtung (160, 260) eine Zeichenrate der eingegebenen Daten mißt; und

- eine von der Zeichenratenüberwachungseinrichtung (160, 260) erhaltene Zeichenrate zur Arbeitspunktstabilisierungseinrichtung und zur optischen Frequenzabweichungs-Meßeinrichtung oder der optischen Frequenzabweichungs- Stabilisierungseinrichtung rückgekoppelt wird.

12. Optische Frequenzmodulationshub-Erfassungs- und Steuervorrichtung für Laserlicht, welche einen optischen Frequenzmodulationshub (Δf) eines Halbleiterlasers (110) erfaßt, der Licht (H10) erzeugt, welches mit einer Modulationseingangssignal frequenz moduliert ist, wobei der Frequenzmodulationshub die Abweichung von ersten (f&sub1;) und zweiten (f&sub2;) optischen Frequenzen gemäß zu übertragenden Daten (Din) von einer optischen Mittenfrequenz (f&sub0;) zwischen den ersten und zweiten optischen Frequenzen ist, und die Vorrichtung umfaßt:

- Interferometereinrichtungen (120), welche auf die Anlegung von Ausgangslicht (H10) von dem Halbleiterlaser (110) ansprechen, um Interferenzlicht (H1i) abhängig von ihren optischen Frequenzdiskriminierungscharacteristika aus zugeben;

- optische Empfängereinrichtungen (130), welche auf die Anlegung des Interferenzuchtes (H1i) ansprechen, um seine Lichtintensität in ein elektrisches Signal (EL10) umzuwandeln;

- Arbeitspunkteinstelleinrichtungen (140), welche auf die Aniegung des elektrischen Signals (EL10) ansprechen, um einen Arbeitspunkt des Interferometers einzustellen, einem Wert (fmed) einer optischen Frequenz entsprechend einem Wert (Po) in der Mitte zwischen einem Maximalwert (Pmax) und einem Minimalwert (Pmin) der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika zu entsprechen; und

- optische Frequenzmodulationshub- Erfassungseinrichtungen (150) zum Extrahieren einer Niederfrequenzkomponente der durchschnittlichen Lichtausgabeintensität des Interferenzuchtes, welches zuvor an dem Arbeitspunkt jeder Frequenz moduliert wurde, mittels synchroner Erfassung, und Erfassen eines optischen Frequenzmodulationshubs (Δf), wobei die Niederfrequenzkomponente von der Verschiebung des Arbeitspunktes durch ein Niederfrequenzsignal (S1) resultiert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkteinsteileinrichtung (140) zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten (H1ia, H1ib) empfängt, die von dem Interferometer (120) ausgegeben werden, unter Verwendung von zwei optischen Empfängern, und eine Differenzkomponente von Ausgangssignalen der optischen Empfänger als ein Arbeitspunkterfassungssignal verwendet, und eine Summenkomponente des Ausgangssignals der optischen Empfänger als ein Lichtausgabeerfassungssignal zum Erfassen einer Lichtausgabe des Halbleiterlasers.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkteinstelleinrichtung (140) eine Summenkomponente von Ausgangssignalen der optischen Empfänger als ein Lichtausgabeerfassungssignal des Halbleiterlasers verwendet, und ein Differenzsignal zwischen dem Lichtausgabeerfassungssignal und einem eingestellten Wert auf eine Vorspannung oder Temperatur des Halbleiterlasers rückgekoppelt wird, um dadurch eine Stabilisierung einer Lichtausgabe des Halbleiterlasers durchzuführen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Frequenzmodulationshub- Erfassungseinrichtung (150) ein Modulationssignal für synchrone Erfassung auf eine Vorspannung oder Temperatur des Interferometers (120) rückkoppelt

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Frequenzmodulationshub- Erfassungseinrichtung (150) ein Modulationssignal für synchrone Erfassung auf eine Vorspannung oder Temperatur des Halbleiterlasers rückkoppelt

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Zeichenratenüberwachungseinrichtung (160) zum Rückkoppein eines Zeichenratenüberwachungssignals zurück zur optischen Frequenzmodulationshub- Erfassungseinrichtung (150), so daß sie von einer Variation der Zeichenrate in einem Eingangsmodulationssignal nicht beeinflußt wird.

18. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung für Laserlicht, welche einen optischen Frequenzmodulationshub (Δf) eines Halbleiterlasers (210) mißt oder steuert, der Licht erzeugt, welches mit einem Eingangsmodulationssignal frequenzmoduliert ist, wobei der Frequenzmodulationshub die Abweichung von ersten (f&sub1;) und zweiten (f&sub2;) optischen Frequenzen von einer Medianfrequenz (f&sub0;) zwischen den ersten und zweiten optischen Frequenzen gemäß dem Eingangsmodulationssignal ist, und die Vorrichtung umfaßt:

- Interferometereinrichtungen (220), die auf die Anlegung eines Ausgangslichts von dem Halbleiterlaser ansprechen, um Interferenzucht (H2i) abhängig von seinen optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika auszugeben;

- optische Empfängereinrichtungen (230), die auf die Anlegung des Interferenzuchtes ansprechen, um seine Lichtintensität in ein elektrisches Signal umzuwandeln;

- Arbeitspunkteinstelleinrichtungen (240) zum Erfassen des Arbeitspunktes des Interferometers (220) durch Extrahieren eines Interfrequenzsignals (S21) des Interferenzuchtes (H2i, welches von einer Vorspannung des Halbleiterlasers (210) frequenzmoduliert ist, von einem elektrischen Signal (EL20) mittels synchroner Erfassung, und Einstellen des Arbeitspunktes, einer optischen Frequenz entsprechend einem Maximalwert (MAX) oder einem Minimalwert (MIN) der optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristik zu entsprechen; und

- optische Frequenzmodulationshub- Erfassungseinrichtungen (250) zum Extrahieren einer Niederfrequenzsignal komponente (S22), die an dem Arbeitspunkt erzeugt wird, mittels synchroner Erfassung, und Erfassen eines optischen Frequenzmodulationshubs (Δf).

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten (H2ia, H2ib), die von der Interferometereinrichtung (220) ausgegeben werden, von optischen Empfängern empfangen werden, und ein Arbeitspunkterfassungssignal und ein optisches Frequenzhubmodulations- Erfassungssignal von einer Differenzkomponente von Ausgangssignalen der Empfänger extrahiert werden.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwei komplementäre Interferenzlichtkomponenten (H2ia, H2ib), die von der Interferometereinrichtung (220) ausgegeben werden, von optischen Empfängern empfangen werden, und eine Summenkomponente von Ausgangssignalen der Empfänger als Lichtausgabeerfassungssignal des Halbleiterlasers (220) verwendet wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Summenkomponente von Ausgangssignalen der Empfänger als ein Lichtausgabeerfassungssignal des Halbleiterlasers (210) verwendet wird, und ein Lichtausgabeerfassungssignal auf eine Vorspannung des Halbleiterlasers rückgekoppelt wird, um dadurch eine Stabilisierung von Licht durchzuführen, das von dem Halbleiterlaser (210) ausgegeben wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenzkomponente von Ausgangssignalen von den Empfängern als ein Arbeitspunkterfassungssignal verwendet wird, und das Arbeitspunkterfassungssignal auf eine Vorspannung oder Temperatur des Halbleiterlasers (210) rückgekoppelt wird, um dadurch eine Stabilisierung des Arbeitspunktes und der Oszillationsfrequenz des Halbleiterlasers durchzuführen.

23. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkteinsteileinrichtung (240) ein Modulationssignal für synchrone Erfassung einer Vorspannung oder Temperatur des Halbleiterlasers (210) überlagert.

24. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkteinstelleinrichtung (240) Modulationssignale für synchrone Erfassung auf zwei oder mehr Halbleiterlaser überlagert, um dadurch eine Stabilisierungssteuerung einer optischen Frequenz und eines optischen Frequenzmodulationshubs (Δf) an den Halbleiterlasern in einer optischen Frequenzmultiplexübertragung durchzuführen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkteinstelleinrichtung (240) ein Modulationssignal für synchrone Erfassung einer Vorspannung des Halbleiterlasers (210) überlagert und ein optisches Frequenzmodulationshub-Erfassungssignal auf die Modulationsamplitude des Modulationssignals rückkoppelt, wodurch ein optischer Frequenzmodulationshub (Δf) einer optischen FM- Modulation durch das Modulationssignal konstant gehalten wird, und die Arbeitspunkteinstelleinrichtung (240) und die optische Frequenzmodulationshub- Erfassungseinrichtung (250) nicht von dem Modulationswirkungsgrad des Halbleiterlasers beeinflußt wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitspunkteinstelleinrichtung (240) ein Modulationssignal für synchrone Erfassung einer Vorspannung oder Temperatur des Interferometers (220) überlagert.

27. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Zeichenratenüberwachungseinrichtungen zum Rückkoppeln eines Zeichenratenüberwachungssignals zurück zur Arbeitspunkteinstelleinrichtung (240) und zur optischen Frequenzmodulationshub-Erfassungseinrichtung (250), so daß sie von einer Variation der Zeichenrate in einem zu übertragenden Signal nicht beeinflußt werden.

28. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Frequenzmodulationshub- Erfassungseinrichtung (250) ein Signal extrahiert, dessen Frequenz das doppelte der des Niederfrequenzsignals des Interferenzlichtes ist, welches zuvor niederfrequenzmoduliert wurde, mittels synchroner Erfassung, und eine optische Frequenzabweichung erfaßt.

29. Optische Frequenzmodulationshub-Meß- und Steuervorrichtung von Laserlicht (H30) zum Messen und Steuern des Frequenzmodulationshubs einer optischen Frequenz einer Laserlichtquelle (319), welche Licht aussendet, das einer Frequenzmodulation unterworfen ist, wobei der Frequenzmodulationshub Δf) die Abweichung von ersten (f&sub1;) und zweiten (f&sub2;) Frequenzen von einer optischen Mittenfrequenz (f&sub0;) zwischen den ersten und zweiten optischen Frequenzen ist, gemäß einem eingegebenen Modulationssignal (Din), wobei die Vorrichtung umfaßt:

- eine optische Interferenzeinrichtung (304), welche auf das einer Frequenzmodulation gemäß Eingangsdaten (Din) unterzogene Laserlicht anspricht und intern mit einem ersten Polarisator (303) zum Ausgeben von Interferenzucht abhängig von optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika versehen ist;

- eine erste λ/4-Platte (306) und einen zweiten Polarisator (307), die hintereinander angeordnet sind, um auf reflektiertes Licht (HB1) von der Interferenzeinrichtung (304) anzusprechen;

- erste (312) und zweite (313) optische Empfangseinrichtungen, die auf zwei Arten von Licht (HB3, HB3') von dem zweiten Polarisator ansprechen, um die jeweilige Lichtintensität in ein elektrisches Signal (EL31, EL32) umzuwandeln;

- eine Rückkopplungseinrichtung (314) zum Anlegen einer Rückkopplung gemäß der von der Differenz zwischen elektrischen Signalen (EL31, EL32) der ersten und zweiten optischen Empfangseinrichtungen (312, 313) erhaltenen Information an die Osziliationsfrequenz des Laserlichtes (H30) oder die Interferenzcharakteristika der optischen Interferenzeinrichtung (304), so daß ein Arbeitspunkt des Laserlichts der optischen Frequenz entsprechend dem Maximal- oder Minimalwert der optischen Frequenzcharakteristika entspricht;

-eine dritte optische Empfangseinrichtung (317), die auf übertragenes Licht von der Interferenzeinrichtung (304) anspricht, um die Lichtintensität in ein elektrisches Signal (EL33) umzuwandeln;

-eine optische Frequenzmodulationshub (Δf)- Meßeinrichtung zum Erfassen des Modulationshubs einer optischen Frequenz von einem Durchschnittswert einer Lichtintensität des übertragenen Lichtes, erhalten gemäß einem elektrischen Signal (E33), das von der dritten optischen Empfangseinrichtung (317) bereitgestellt wird, während der Stabilisierungssteuerung eines Arbeitspunktes des Laserlichtes mittels der Rückkopplungseinrichtung (314); und

- eine optische Frequenzmodulationshub (Δf)- Stabilisierungseinrichtung (318) zum Berechnen der Differenz zwischen dem Durchschnittswert und einem vorbestimmten Wert, um die Differenz auf den Modulationsfaktor des Laserlichtes rückzukoppeln

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,

- das Laserlicht eine Vielzahl von Laserlichtern ist;

- die optische Interferenzeinrichtung (304) Interferenzucht als Reaktion auf das jeweilige Laserlicht ausgibt;

- die erste λ/4-Platte (306) und der zweite Polarisator (307) das jeweilige reflektierte Licht entsprechend dem jeweiligen Laserlicht von der optischen Interferenzeinrichtung (304) empfängt;

- die ersten (312) und zweiten (313) optischen Empfangseinrichtungen jeweils Licht entsprechend jeder der beiden Arten von Laserlicht von dem zweiten Polarisator (307) empfangen und die jeweilige Lichtintensität in ein elektrisches Signal (EL32) umwandeln;

- die Rückkopplungseinrichtung (314) eine automatische Frequenzsteuerung eines jeden der Laserlichter durch Steuern der Vorspannung eines jeden Lasers, der das jeweilige Laserlicht erzeugt, oder der Temperatur, durchführt, gemäß der Information, die von der Differenz zwischen elektrischen Signalen erhalten wird, die durch die erste (312) und zweite (313) optische Empfangseinrichtung bereitgestellt werden, so daß ein Arbeitspunkt eines jeden der Laserlichter dem Maximal- oder Minimalwert von optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika entspricht;

-die dritte optische Empfangseinrichtung (317) übertragenes Licht entsprechend dem jeweiligen Laserlicht von der optischen Interferenzeinrichtung (304) empfängt und jede Lichtintensität in ein elektrisches Signal umwandelt;

-die optische Frequenzmodulationshub-Meßeinrichtung den Modulationshub (Δf) der optischen Frequenz von einem Durchschnittswert einer Lichtintensität von jedem des übertragenen Lichtes mißt, erhalten gemäß den jeweiligen elektrischen Signalen, die von der dritten optischen Empfangseinrichtung (317) bereitgestellt werden; und

-die optische Frequenzmodulationshub (Δf)- Stabilisierungseinrichtung (218) die jeweiligen Differenzen zwischen dem Durchschnittswert und dem vorbestimmten Wert berechnet und die jeweiligen Differenzen auf den Modulationsfaktor des jeweiligen Laserlichtes rückkoppelt

31. Optische Frequenzmodulationshub (Δf)-Meß- und Steurvorrichtung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch

- eine zweite λ/4-Platte zum Ausgeben von Interferenzlicht, abhängig von optischen Frequenzdiskriminierungs-Charakteristika;

- einen dritten Polarisator (403), der auf übertragenes Licht von der Lichtinterferenzeinrichtung anspricht;

- wobei die dritten optischen Empfangseinrichtungen vorgesehen sind, um eine Lichtintensität in ein elektrisches Signal als Reaktion auf wenigstens eine Art von Licht von dem dritten Polarisator (403) umzuwandeln.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,

- Laserlicht eine Vielzahl von Laserlicht ist;

- die Lichtinterferenzeinrichtung (304) Interferenzucht als Reaktion auf das jeweilige Laserlicht ausgibt;

- die erste λ/4-Platte (306) und der zweite Polarisator (307) das jeweilige reflektierte Licht entsprechend dem jeweiligen Laserlicht von der Laserinterferenzeinrichtung (304) empfangen;

- die ersten (312) und zweiten (313) optischen Empfangseinrichtungen Licht entsprechend zwei Arten von jeweiligem Laserlicht von dem zweiten Polarisator (307) empfangen und jede Lichtintensität in ein elektrisches Signal umwandeln;

-die Rückkopplungseinrichtung (314) eine automatische Frequenzsteuerung eines jeden Laserlichtes durch Steuern der Vorspannung von jedem Laser, der das jeweilige Laserlicht erzeugt, oder der Temperatur durchführt, gemäß der Information, die von der Differenz zwischen elektrischen Signalen erhalten wird, die von den ersten und zweiten optischen Empfangseinrichtungen bereitgestellt werden, so daß ein Arbeitspunkt eines jeweiligen Laserlichts dem Maximal- oder Minimalwert von optischen Frequenzdiskriminierungs- Charakteristika entspricht;

- der dritte Polarisator (403) das jeweilige übertragene Licht entsprechend dem jeweiligen Laserlicht von der Lichtinterferenzeinrichtung empfängt;

-die dritte optische Empfangseinrichtung (317) Licht entsprechend wenigstens einer Art von jeweiligem Laserlicht von dem dritten Polarisator (403) empfängt und jede Lichtintensität in ein elektrisches Signal umwandelt;

-die optische Frequenzmodulationshub-Meßeinrichtung den Modulationshub (Δf) der optischen Frequenz von einem Durchschnittswert einer Lichtintensität des jeweiligen übertragenen Lichtes mißt, erhalten gemäß den jeweiligen elektrischen Signalen, die von den dritten optischen Empfangseinrichtungen (317) bereitgestellt werden; und

- die optische Frequenzstabilisierungseinrichtung (318) die jeweiligen Differenzen zwischen dem Durchschnittswert und einem vorbestimmten Wert berechnet und die jeweiligen Differenzen auf den Modulationsfaktor des jeweiligen Laserlichtes rückkoppelt.