DE69228490T2

DE69228490T2 - Vorspannungssteuerung und -verfahren fuer elektro-optische modulatoren

Info

Publication number: DE69228490T2
Application number: DE69228490T
Authority: DE
Inventors: Xin Los Angeles Ca 90045 Cheng; Phat Anaheim Ca 92805 Le
Original assignee: Scientific Atlanta LLC
Current assignee: Scientific Atlanta LLC
Priority date: 1991-11-15
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPH07505233A; EP0694182A1; US5343324A; WO1993010476A1; EP0694182B1; DE69228490D1

Description

Bereich der Technik

Die Erfindung betrifft den allgemeinen Gegenstand der optischen Kommunikation und insbesondere optische Modulatoren und deren Steuerung.

Hintergrund der Erfindung

Eines der wichtigsten Verfahren zur Erzielung eines intensitätsmodulierten Lichtsignals stellt die externe Modulation dar. Mehrere Typen von externen Modulatoren können zu diesem Zweck verwendet werden. Die derzeit höchst entwickelten externen Modulatoren sind integrierte elektro-optische Modulatoren, die einen Lithiumniobat- (LiNbO&sub3;) Kristall verwenden (z. B. ein Mach-Zehnder- Modulator). Mit diesen Modulatoren kann eine wirkungsvolle Lichtintensitätsmodulation durch eine angelegte Spannung erzielt werden.
Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung zur Messung des optischen Ansprechverhaltens (d. h. der Übertragungskurve) eines solchen elektro-optischen Modulators als Funktion der angelegten Spannung. Eine Dauerstrichlaserlichtquelle (d. h. ein Trägerlichtstrahl) mit kontrollierter Polarisation ist mittels einer polarisationsbeibehaltenden (PM) optischen Faser an einen Modulator gekoppelt. Während des Ablenkens der angelegten Vorspannung wird das optische Ansprechverhalten mit einem optischen Leistungsmeßgerät gemessen. Ein typischer Ausdruck der Modulatorübertragungskurve oder Funktion zeigt ein optisches Ansprechverhalten im Vergleich zur angelegten Spannungscharakteristik, welche sinusförmig ist und einen kurzen linearen Abschnitt zwischen ihren Enden aufweist (Fig. 2A, 2B und 2C). Bei den meisten linearen, analogen Anwendungen wird das Eingangssignal in diesem linearen Bereich angelegt. Um dies zu erzielen, wird eine Gleichstrom-Vorspannung an den Modulator angelegt, so daß das optische Gleichstrom- Ansprechverhalten etwa in der Mitte zwischen dem Tiefstpunkt und dem Höchstpunkt der Kurve liegt. Wie im linken Abschnitt von Fig. 2A gezeigt, würde unter idealen Bedingungen, wenn ein Eingangssignal (z. B. ein hohes Datenratensignal, ein Datenstrom aus Bits, ein Hochfrequenz- (HF) Signal oder ein elektrisches Feldsignal, das von einem elektrischen Feldsensor stammt) an einen Modulator angelegt würde, der am normalen Betriebspunkt oder am Vorspannungspunkt vorgespannt ist, ein Ausgangssignal mit geringster harmonischer Verzerrung und Zwischenmodulation erzeugt werden.
Eine Abweichung oder Schwankung des Vorspannungspunktes bei LiNbO&sub3;-Modulationsgeräten stellt ein schwerwiegendes Problem dar, welches einen stabilen Betrieb verhindert, Die drei wichtigsten Arten von Vorspannungsabweichungen sind: Vorspannungsschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen und des pyro-elektrischen Effekts; langsame Abweichung aufgrund von Schwankungen in der Gleichstromspannung, die an den eingestelltetz Vorspannungspunkt angelegt wird; und optische Schäden aufgrund der photo-lichtbrechenden Wirkung, die Änderungen am Vorspannungspunkt verursachen. Um den Modulator an seinem besten Betriebspunkt zu halten, müssen diese Schwankungen des Vorspannungspunktes durch Veränderung der angelegten Vorspannung ausgeglichen werden.
Fig. 2A, 2B und 2C zeigen drei unterschiedliche Vorspannungsbedingungen. In Fig. 2A befindet sich die Vorspannung B1 am normalen Mittelpunkt entlang der Übertragungskurve. Bei dieser normalen Vorspannung führt ein sinusförmiges Modulationssignal, das über die Vorspannung gelegt wird, zu einem modulierten optischen Ausgangssignal mit geringstmöglicher Verzerrung. Fig. 2B zeigt die Bedingungen, unter denen die Vorspannung B2 zu einem höheren Wert hin verschoben wird, und die Ausgangswellenform wird am oberen Ende stark verzerrt. Auf ähnliche Weise zeigt Fig. 2C die Bedingungen, bei denen die Vorspannung B3 zu einem niedrigeren Wert hin verschoben wird und dies zu einer Verzerrung des optischen Signals am unteren Ende führt. Es ist wünschenswert, den Modulator am normalen Vorspannungspunkt zu betreiben, um die Wiedergabetreue des Signals beizubehalten.
Wie in Fig. 2B dargestellt, wird, wenn ein gepulstes HF- Signal an den Modulator angelegt wird, dessen Vorspannungspunkt B2 sich in einem nichtlinearen Bereich oder Abschnitt der Übertragungskurve befindet, eine verzerrte Version des gepulsten HF-Lichtsignals erhalten. Aufgrund der Abschneidewirkung an der oberen Seite ist die Ausgabewellenform im Hinblick auf die Gleichstromlinie unsymmetrisch. Dies könnte experimentell mit Hilfe eines schnellen Detektors beobachtet werden, der im Frequenzbereich des HF-Trägers arbeiten kann.
Es wurden mehrere Verfahren und Steuerungssysteme verwendet, um die Vorspannung eines optischen Modulators zu stabilisieren (siehe z. B. die US-Patente 3.780.296 an Waksberg et al.; 3.988.704 an Rice et al.; 4.071.751 an Waksberg; 4.306.142 an Watanabe; 4.253.734 an Komurasaki et al.; und 4.977.565 an Shimosaka, sowie das Dokument von R. H. Buckley, "A rugged twenty kilometer optic link for 2 to 18 gigahertz communications (Eine zwanzig Kilometer lange, robuste optische Verbindung für Kommunikationen zwischen 2 und 18 Gigahertz)", SPIE EO/Fiber-90, San Jose, Kalifornien).
Ein relativ junges, einfaches Verfahren besteht darin, einen kontinuierlichen Niederfrequenz-Pilotton durch den Modulator zu schicken (siehe US-Patent 5.003.624 an Terbrock et al.). Die Amplitude dieses Tons wird daraufhin von einer Photodiode an einer Faserabzweigung am Modulatorausgang erkannt. Aufgabe dieses Verfahrens und der Vorrichtung ist es, das konstant erkannte Signal durch entsprechende Änderung der Vorspannung beizubehalten. Aufgrund seiner Einfachheit weist dieses Verfahren mehrere Nachteile auf: das hineingeschickte Signal muß stark sein, um ausreichend erkannt werden zu können; die Empfindlichkeit für die Vorspannungsabweichung ist bei niedrigen Signalpegeln schwach; und die Informationen über den Anstieg der Übertragungskurve am Vorspannungspunkt sind schwierig zu erhalten.
Ein weiteres Verfahren verwendet eine bipolare Niederfrequenz-Rechteckswelle, die elektrisch auf den Modulator aufgeschaltet wird. (Siehe M. G. Lee et al., "New robust bias control method for optical communications (Neues robustes Vorspannungssteuerungsverfahren für die optische Kommunikation)", SPIE Proceedings, Optical and Digital GaAs Technologies for Signal-Processing Applications, Ausgabe 1291, Seiten 55-65, April 1990). An einer Faserabzweigung am Modulatorausgang werden ein positivgerichteter Impuls und ein negativgerichteter Impuls erkannt. Ein Steuerkreis entwickelt danach eine Vorspannungsänderung als Reaktion auf die Amplitudenunterschiede zwischen diesen zwei Impulsen. Wenngleich dieses Verfahren mehr bevorzugt wird als das vorige, kann die hohe Amplitude der Niederfrequenzimpulse die vom Modulator gesandten Signale stören. Das Anlegen eines solchen Pilottons führt zu einem Betrieb, der in sich vom idealen Vorspannungspunkt abweicht, weil während der Zeit, in der der Impuls eingeschaltet ist, die Vorspannung tatsächlich um die Größe der Impulsamplitude verschoben wird. Daher muß der Pegel des Pilottons auf einem niedrigen Pegel gehalten werden, um den Vorspannungspunkt so wenig wie möglich zu stören.
Somit besteht ein Bedarf an einem Vorspannungssteuerungsmittel, das eine Vorspannung für einen optischen Modulator entwickeln kann und welches die Nachteile des Standes der Technik beseitigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorspannungssteuerungsschaltung zur Erzeugung eines Vorspannungssignals für einen optischen Modulator zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur Umwandlung des impulsmodulierten optischen HF- Ausgangs eines optischen Modulators in ein Vorspannungssignal zu schaffen, welches eine Funktion der Symmetrie des HF-Impulses ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Modulierung eines einlangenden Lichtstrahls als Reaktion auf den Betrieb eines optischen Detektors zu schaffen, der ein langsames Zeitverhalten besitzt.
Eine bestimmte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Abweichungen des Betriebspunktes in einem optischen Modulator aufgrund des pyro-elektrischen Effekts und des photo-lichtbrechenden Effekts zu schaffen.
Das Anlegen eines HF-Signals mit gepulsten Hüllkurven, die an den optischen Modulator gekoppelt sind, und das Extrahieren eines Vorspannungssteuersignals vom modulierten optischen Signal wurde in V. I. Grigorevskiis Papier mit dem Titel "Automatic Adjustment of the position of the operating point of an electro-optical Modulator (Automatische Einstellung der Position des Betriebspunktes eines elektro-optischen Modulators", Institute of Radio Engineering & Electronics 1982, beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Modulation eines einlangenden Lichtstrahls für einen optischen Modulator geschaffen, das als Reaktion auf einen Hochfrequenzsignaleingang und einen Gleichstrom- Vorspannungssignaleingang einen impulsmodulierten optischen Ausgang erzeugt, der eine Reihe von gepulsten Hüllkurven besitzt, umfassend die folgenden Schritte:
das Umwandeln des impulsmodulierten optischen Ausgangs von einem optischen Modulator in ein elektrisches Signal, welches den impulsmodulierten optischen Ausgang repräsentiert;
das Tiefpaßfiltern des elektrischen Signals mit einer Zeitkonstante, die relativ zur Trägerfrequenz des gepulsten Hochfrequenz-Eingangssignals niedrig ist;
das Umwandeln des tiefpaßgefilterten Signals in ein Gleichstrom-Vorspannungssignal, das eine Funktion der Amplitude und Polarität der Reihe gepulster Hüllkurven ist, wobei der Schritt des Umwandelns die folgenden Schritte umfaßt:
(i) das periodische Abtasten der Größe des gefilterten tiefpaßgefilterten Signals; und
(ii) das periodische Integrieren der abgetasteten Signalgröße zwischen die Abtastungen;
das Kombinieren der integrierten Größen und eines gepulsten HF-Schwingungssignals, das dieselbe Impulsfrequenz besitzt wie die Frequenz der Abtastungen; und
das Ankoppeln des Gleichstrom-Vorspannungssignals an den optischen Modulator.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektro-optisches Modulationssystem geschaffen, umfassend:
Mittel zum Modulieren eines Lichtstrahls als Reaktion auf ein gepulstes Hochfrequenz-Eingangssignal und ein Gleichstrom-Vorspannungssignal, um ein impulsmoduliertes optisches Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Vielzahl an Impulshüllkurven aufweist;
Mittel zum Erkennen des impulsmodulierten Ausgangssignals, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches repräsentativ für den Ausgang von dem Mittel zum Modulieren ist;
Mittel zum Erzeugen von Impulshüllkurvensignalen vom elektrischen Signal, welche repräsentativ für die Impulshüllkurven sind, indem die elektrischen Signale über die Dauer der Impulshüllkurven gemittelt werden; und
Mittel zum Ändern des Gleichstrom-Vorspannungssignals als Reaktion auf Schwankungen in den Impulshüllkurvensignalen;
und dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Ändern des Vorspannungssignals umfaßt:
ein Mittel zur Verfolgung des Fehlers des impulsmodulierten Ausgangssignals durch Erzeugung eines Gleichstrom-Fehlersignals mit einer Größe, die eine Funktion der Amplitude der Impulshüllkurvensignale über die Zeitdauer der einzelnen Impulshüllkurven hinweg ist;
ein Mittel zur Erzeugung eines HF-Schwingungssignals über die Zeitdauer der einzelnen Impulshüllkurven hinweg;
ein Mittel zur Erzeugung eines konstanten Gleichstromsignals; und
ein Mittel zur Summierung des Gleichstrom-Fehlersignals, des HF-Schwingungssignals und des konstanten Gleichstromsignals.
Der von der Erfindung zur Lösung des Problems der Vorspannungssteuerung in einem elektro-optischen Modulationssystem verwendete Ansatz ist einfach und wirkungsvoll; er bietet auch die Flexibilität, eine konstante Vorspannung entlang eines jeden Punktes an der Umwandlungskurve für andere Anwendungen beizubehalten. Wenn zum Beispiel der Modulator als Frequenzverdoppler verwendet wird, kann dies auf einfache Weise dadurch geschehen, daß der erkannte Impuls an einer bestimmten Amplitude und in einer bestimmten Richtung beibehalten wird.
Zahlreiche andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, den darin beschriebenen Ausführungsformen, den Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Mittels, durch welches die Umwandlungskurve eines optischen Modulators erhalten wird;
Fig. 2A, 2B und 2C zeigen die Auswirkungen der Änderungen im Vorspannungspunkt, an welchem der optische Modulator betrieben wird, und das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Vorspannungssteuersystems, welches der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines optischen Modulators mit zweifachem Eingang.

Detaillierte Beschreibung

Wenngleich diese Erfindung in vielerlei unterschiedlichen Arten ausgeführt werden kann, ist in den Zeichnungen eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die auch im folgenden im Detail beschrieben wird. Es sollte jedoch anerkannt werden, daß die vorliegende Offenbarung als beispielhafte Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung zu verstehen ist und nicht die Erfindung auf diese dargestellte Ausführungsform beschränken soll.

Allgemeines Konzept

Bevor die Bauteile der Erfindung beschrieben werden, wird das allgemeine Konzept erklärt, auf welchem die Erfindung beruht. Wie in Fig. 2A, 2B und 2C dargestellt ist, wird eine Kette symmetrischer HF-Impulse über die Vorspannung gelegt, um die Ausgangssignale für drei unterschiedliche Vorspannungsbedingungen zu erzeugen. Es ist zu beobachten, daß das optische Ausgangssignal eine Kette symmetrischer HF-Impulse 5 enthält, wenn sich die Vorspannung am normalen Betriebspunkt B1 befindet, wie dies in Fig. 2A dargestellt ist. Wenn dieses Ausgangssignal von einem Photodetektor 6 erkannt und durch einen Tiefpaßfilter gefiltert wird, der die HF- Komponente herausfiltert und die Impulskomponente hindurchläßt, wird eine Wellenform 7 der Nullimpulsamplitude erhalten, wie dies auf der rechten Seite der Figur dargestellt ist. Der Tiefpaßfilter bewirkt, daß der "Durchschnittswert" des Hochfrequenzsignals 5 erzeugt wird. In Fig. 2A wird die Nullimpulsamplitude erhalten, weil der Durchschnittswert während des Ein-Zyklusses 5a des Impulses gleich ist wie der Durchschnittswert während des Aus-Zyklusses 5b des Impulses.
Wenn sich jedoch die Vorspannung (z. B. aufgrund von Abweichungen usw.) zu einem höheren Wert B2 hin ändert, wie dies in Fig. 2B dargestellt ist, würde das optische Ausgangssignal eine Kette asymmetrischer HF-Impulse (während das Eingangssignal symmetrisch bleibt mit einem Glätter-Ansprechverhalten an seinem oberen Ende 5a' enthalten. Bei der von dieser Kette asymmetrischer HF- Impulse abgeleiteten gemittelten Wellenform 7 handelt es sich um negativ-gerichtete Impulse, wie dies auf der rechten Seite der Figur dargestellt ist. Ein negativgerichteter Impuls wird erhalten, weil der Durchschnittswert während des Ein-Zyklusses 5a' des Impulses niedriger ist als der Durchschnittswert während des Aus-Zyklusses 5b' des Impulses.
Auf ähnliche Weise zeigt Fig. 2C den Zustand, der sich aus einer Kette von positiv-gerichteten Impulsen 7" für die gemittelte Wellenform ergibt. Somit kann die gemittelte Impulswellenform als Rückmeldesignal verwendet werden, um Informationen über den Vorspannungspunkt zu liefern. Insbesondere zeigt die Stärke oder Größe der Amplitude den Grad der Abweichung von der normalen Vorspannung an, und die Richtung des Impulses zeigt die Steigung der Umwandlungskurve an.

Vorrichtung und Verfahren

In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Modulationssystems 10 dargestellt, in welchem die vorliegende Erfindung ausgeführt ist. Die grundlegenden Bauteile sind: eine Laserlichtquelle 12, ein optischer Modulator 14, ein optischer Signalkoppler oder eine Abzweigung 16 am Ausgang des Modulators, ein Mittelungsdetektor 18, und eine Vorspannungssteuerung 20. Die Ausgabe der Laserquelle 12 wird mittels eines Lichtleitkabels 13 zum Modulator 14 geführt. Ein Abschnitt der modulierten optischen Ausgabe des Modulators 14 wird vom optischen Signalkoppler 16 zum Mittelungsdetektor 18 gesandt.
In einer bestimmten Ausführungsform handelte es sich bei dem Modulator 14 um einen optischen Mach-Zehnder Modulator, der von Crystal Technology in Kalifornien hergestellt wird, und als Laserquelle 12 wurde ein diodengepumpter Nd:YAG-Laser der Firma Amoco Laser verwendet.
Die Laserlichtquelle 12 umfaßt beispielsweise ein neodymiumlegiertes YAG (Nd:YAG) Lasermaterial in Kombination mit einem optischen Pumpmittel mit einer Wellenlänge von etwa 808 nm. Wenn Nd:YAG mit Licht dieser Wellenlänge gepumpt wird, strahlt es Licht mit einer Wellenlänge von etwa 1064 nm oder etwa 1319 nm aus. Zu geeigneten optischen Pumpmitteln gehören unter anderem Laserdioden, lichtaussendende Dioden (einschließlich superleuchtende Dioden und superleuchtende Diodenreihen) und Laserdiodenreihen, zusammen mit beliebigen Hilfspaketen oder Strukturen. Zu diesem Zweck umfaßt der Begriff "optisches Pumpmittel" jeden Kühlkörper, thermoelektrischen Kühler oder jede Packung, die mit den Laserdioden, den lichtaussendenden Dioden und den Laserdiodenreihen in Verbindung stehen.
Der Mittelungsdetektor 18 umfaßt einen Photodetektor 17, einen wechselstromgekoppelten Verstärker 17a und einen Tiefpaßfilter 19. Der Photodetektor 17 (z. B. einer, der von Epitaxx in New Jersey hergestellt wird) wandelt einen Abschnitt des optischen Signals aus dem Modulator 14 in ein elektrisches Signal 17 um. Bevor es in den Tiefpaßfilter 19 eingegeben wird, wird dieses Signal vom wechselstromgekoppelten Verstärker 17a verstärkt, der die Gleichstromkomponente herausfiltert, so daß der Gleichstrompegel am Ausgang auf Null umgewandelt wird.
Das elektrische Signal vom Photodetektor 17 wird durch den Tiefpaßfilter 19 mit einer Obereckenfrequenz von einigen wenigen KHz gefiltert, damit die Impulskomponente hindurchgelassen werden kann. Diese "gefilterte" Wellenform stellt einen Eingang zur Vorspannungssteuerung 20 dar.
Der Mittelungsdetektor 18 muß nur in der Lage sein, die Rate des angelegten optischen Impulses zu erkennen. Da, wie zuvor erklärt, der Mittelungsdetektor 18 nicht auf die Frequenz des HF-Trägers anspricht, wird der HF-Träger im Ausgangslichtsignal "herausgemittelt" (d. h. äquivalent der Integration). In der Folge bewahrt der Ausgang vom Mittelungsdetektor 18 nur die Impulshüllenwellenform 7, 7' oder 7 " (dargestellt auf der rechten Seite von Fig. 2A, 2B und 2C) des impulsmodulierten HF- Ausgangslichtsignals. Diese Impulshüllenwellenform könnte entweder positiv-gerichtet 7 " (d. h. siehe Fig. 2C) oder negativ-gerichtet 7' (d. h. siehe Fig. 2B) sein, was von dem tatsächlichen Vorspannungspunkt B&sub2; oder B&sub3; im Hinblick auf den Mittelpunkt oder den normalen Vorspannungspunlqt B&sub1; abhängt. Wenn der Modulator 14 am Mittelpunkt oder normalen Vorspannungspunkt B&sub1; vorgespannt ist, würde eine flache Wellenform 7 (siehe Fig. 2A) ohne eine unterschiedliche Impulshüllkurve zu beobachten sein; dies deshalb, weil das modulierte Lichtsignal symmetrisch mit einem Durchschnitt gleich der Gleichstromlinienspannung ist.
Der Schlüsselpunkt ist der "Mittelungseffekt" des Mittelungsdetektors 18 als Mittel zur Anzeige der aktuellen Position des Vorspannungspunktes an der Umwandlungskurve.
Die Vorspannungssteuerung 20 analysiert die Amplitude und Richtung der gefilterten Wellenform 19' vom Mittelungsdetektor 18 und gibt eine entsprechende Gleichstromkompensation und ein Vorspannungssignal 41 für den Modulator 14 aus. In dieser bestimmten Ausführungsform umfaßt die Vorspannungssteuerung eine Fehlerverfolgungsschaltung 21, einen Prüfkopfsignalgenerator 22, eine unveränderliche Gleichstrom-Vorspannungsversorgung 23 und einen summierenden Verstärker 24.
Die Fehlerverfolgungsschaltung 21 umfaßt ein Abtast- Halte-Gerät 21a, dessen Funktion es ist, die Impulsamplitude der gefilterten Wellenform 19' vom Tiefpaßfilter 19 zu erfassen und zu speichern. Der Wert der Impulsamplitude der Wellenform 19' wird während ihres Ein-Zyklusses gemessen und während ihres Aus-Zyklusses konstant gehalten. Ein Taktgeber 22a stellt ein Signal zur Verfügung, das dazu verwendet wird, um das Abtast- Halte-Gerät 21a zu seinem Ein-Zyklus und seinem Aus- Zyklus anzusteuern. Die gemessene Impulsamplitude wird als Indikator für einen Vorspannungsfehler verwendet. Wie zuvor erklärt, ist der Vorspannungsfehler proportional zur Höhe der Impulsamplitude. Das Vorzeichen (positiv und negativ) der Impulsamplitude zeigt die Steigung der Umwandlungskurve an, wo sich der Vorspannungspunkt befindet. Während des Aus-Zyklusses integriert der Integrator 21b das Fehlersignal über eine Zeitdauer hinweg, die dem Aus-Zyklus entspricht, und stellt als Ausgabe ein Vorspannungskompensationssignal für den summierenden Verstärker 24 zur Verfügung.
Der Prüfkopfsignalgenerator 22 umfaßt einen Taktgeber 22a, einen Schalter 22c und einen HF-Oszillator 22b. Der Taktgeber 22a erzeugt eine Impulswellenform 22a', die verwendet wird, um sowohl den Schalter 22c als auch das Abtast-Halte-Gerät 21a anzusteuern. Wenn der Impuls 22a' hoch ist (d. h. Ein-Zyklus), wird der Schalter "eingeschaltet", wodurch das kontinuierliche HF-Signal 22b vom Oszillator 22b durch den summierenden Verstärker 24 hindurchtreten kann. Wenn der Impuls 22a niedrig ist (d. h. Aus-Zyklus), wird der Schalter 22c "ausgeschaltet". Somit erscheint eine gepulste HF-Wellenform 22c' am Ausgang des Schalters 22c. Diese Wellenform, die aus einer Kette symmetrischer HF-Impulse besteht, dient als "Prüfkopfsignal", das in den Modulator 14 geschickt wird, um den Vorspannungspunkt und das sich davon ableitende Fehlersignal zu finden. Da das Muster und die Zeitsteuerung des Prüfkopfsignals durch das Zeitgebersignal mit der Fehlerverfolgungsschaltung synchronisiert werden, kann das Ansprechverhalten des Modulators entsprechend dem Prüfkopfsignal separat erkannt und von der Fehlerverfolgungsschaltung unabhängig von der Anwesenheit des Eingangssignals des Anwenders auf Vorspannungsfehler hin analysiert werden (z. B. kann es sich bei dem Eingangssignal des Anwenders um ein im Hinblick auf das Fehlerverfolgungsgerät unbekanntes, nicht kontinuierliches HF-Zufallssignal handeln).
Weil das Prüfkopfsignal einen impulsmodulierten HF-Träger verwendet, bei dem es sich um einen der Signalkanäle in einem Zwischenträgermodulations- (SCM) System handelt, wird der Vorspannungspunkt nicht, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, gestört, wenn der Impuls zur Suche des Vorspannungspunktes angelegt wird. Fachleute dieses Bereiches werden anerkennen, daß es sich hiebei um ein sehr wünschenswertes Merkmal handelt. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Amplitude des HF-Signals klein sein kann, so daß Störbeeinflussungen auf ein Mindestmaß begrenzt werden können. Auch kann die Frequenz des gepulsten HF-Signals willkürlich innerhalb der Bandbreite des Systems gewählt werden, um eine Zwischenmodulation mit Signalen des Anwenders auf ein Mindestmaß zu begrenzen. In einem Prototyp der Erfindung kann das System einen Bereichs-HF- Träger von einigen wenigen hundert KHz bis zu einigen wenigen GHz aufnehmen. Bei der in diesem System für das Prüfkopfsignal ausgewählten Frequenz handelte es sich um 600 KHz.
Der summierende Verstärker 24 kombiniert eine Gleichstrom-Vorspannung von der Gleichstrom- Vorspannungsversorgung 23, das Prüfkopfsignal vom Prüfkopfsignalgenerator 22 und das Vorspannungskompensationssignal von der Fehlerverfolgungsschaltung 21. Das kombinierte Signal wird zum optischen Modulator 14 geführt. Es ist klar, daß die Vorspannung zum optischen Modulator 14 entsprechend dem Vorspannungskompensationssignal eingestellt wird. Wenn das Vorspannungskompensationssignal positiv ist, wird dieses Signal durch den summierenden Verstärker 24 der Gleichstrom-Vorspannung von der Gleichstrom- Vorspannungsversorgung 23 hinzugefügt. Auf ähnliche Weise wird es, wenn das Kompensationssignal negativ ist, subtrahiert. Wenn daher ein Fehlersignal erkannt wird, stellt die Vorspannungssteuerung 20 automatisch die Vorspannung entsprechend ein.
Aus dem zuvor Gesagten kann ersehen werden, daß zahlreiche Variationen, Alternativen und Modifizierungen für Fachleute dieses Bereiches offensichtlich sein werden. Dementsprechend ist diese Beschreibung nur als Beispiel zu betrachten, das dazu dient, Fachleuten dieses Bereiches die Art und Weise der Ausführung der Erfindung zu lehren. Es können verschiedene Änderungen gemacht, Materialien ersetzt und Merkmale der Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel wird die Wechselstromkoppelung des Signals 17' zur Umwandlung des Gleichstrompegels auf Null nicht benötigt, wenn eine kompliziertere Fehlerverfolgungsschaltung implementiert wird, die in der Lage ist, sowohl die Impulshöhe als auch den Gleichstrompegel zu messen. Wenngleich Fig. 3 die Erfindung mit der Verwendung eines optischen Modulators 14 mit dreifachem Eingang darstellt, kann auf ähnliche Weise die Vorspannungssteuerung 20 auch mit einem optischen Modulator 14' mit zweifachem Eingang verwendet werden, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Das Gleichstrom-Vorspannungssignal 41 und der HF-Ausgang des Kombinierers werden mit Hilfe eines Vorspannungs-T 50 miteinander vermischt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Modulation eines eintretenden Lichtstrahls für einen optischen Modulator, das einen impulsmodulierten optischen Ausgang mit einer Reihe von Impulshüllkurven als Reaktion auf ein eingegebenes Hochfrequenzsignal und ein eingegebenes Gleichstrom-Vorspannungssignal erzeugt, umfassend die folgenden Schritte:

das Umwandeln des impulsmodulierten optischen Ausgangs von einem optischen Modulator in ein elektrisches Signal, das den impulsmodulierten optischen Ausgang repräsentiert;

das Tiefpaßfiltern des elektrischen Signals mit einer Zeitkonstante, die relativ zur Trägerfrequenz des gepulsten Hochfrequenz-Eingangssignals langsam ist;

das Umwandeln des tiefpaßgefilterten Signals in ein Gleichstrom-Vorspannungssignal, welches eine Funktion der Amplitude und Polarität der Reihe von Impulshüllkurven ist, wobei der Schritt des Umwandelns folgende Schritte umfaßt:

(i) das periodische Abtasten der Größe des gefilterten tiefpaßgefilterten Signals; und

(ii) das periodische Integrieren der abgetasteten Signalgröße zwischen die Abtastungen;

das Kombinieren der integrierten Größen und eines gepulsten HF-Schwingungssignals, das dieselbe das Ankoppeln des Gleichstrom-Vorspannungssignals an den optischen Modulator.

2. Elektro-optisches Modulationssystem, umfassend:

ein Mittel (14) zum Modulieren eines Lichtstrahls (13) als Reaktion auf ein gepulstes Hochfrequenz- Eingangssignal und ein Gleichstrom- Vorspannungssignal (20), um ein impulsmoduliertes optisches Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Vielzahl an Impulshüllkurven besitzt;

ein Mittel (17) zur Erkennung des impulsmodulierten Ausgangssignals, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches die Ausgabe vom Mittel (14) zum Modulieren repräsentiert;

ein Mittel (22) zur Erzeugung von Impulshüllkurvensignalen aus dem elektrischen Signal, welche die Impulshüllkurven repräsentieren, durch Mittelung des elektrischen Signals über die Zeitdauer der Impulshüllkurven hinweg und ein Mittel (20) zum Ändern des Gleichstrom- Vorspannungssignals als Reaktion auf Schwankungen in den Impulshüllkurvensignalen;

dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (20) zum Ändern des Vorspannungssignals umfaßt:

ein Mittel (21) zur Verfolgung des Fehlers des impulsmodulierten Ausgangssignals durch das Erzeugen eines Gleichstrom-Fehlersignals mit einer Größe, die eine Funktion der Amplitude des Impulshüllkurvensignals über die Zeitdauer einer jeden einzelnen Impulshüllkurve hinweg ist;

ein Mittel (22) zur Erzeugung eines HF- Schwingungssignals über die Zeitdauer einer jeden der Impulshüllkurven hinweg;

ein Mittel (23) zur Erzeugung eines konstanten Gleichstromsignals; und

ein Mittel (24) zur Summierung des Gleichstrom- Fehlersignals, des HF-Schwingungssignals und des konstanten Gleichstromsignals.

3. System nach Anspruch 2, wobei das Mittel (21) zur Fehlerverfolgung umfaßt:

ein Mittel (21a) zur periodischen Abtastung der Größe des Impulshüllkurvensignals; und

ein Mittel (21b) zur periodischen Integration der abgetasteten Signalgrößen zwischen den Abtastungen.