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Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Übertragungssystem mit
einem optischen Sender, der über eine Glasfaser mit wenigstens einem optischen
Empfänger gekoppelt ist, wobei der optische Sender einen elektrooptischen Wandler und
Linearisierungsmittel aufweist zur Linearisierung der Beziehung zwischen einem
elektrischen Eingangssignal des elektrooptischen Wandlers und einem Parameter eines
optischen Ausgangssignals des elektrooptischen Wandlers. Die Erfindung bezieht sich
ebenfalls auf einen optischen Sender zum Einsatz in einem derartigen
Übertragungssystem.
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Ein Übertragungssystem der eingangs beschriebenen Art ist aus dem
Artikel: "Comparison of direct and external modulation for CATV Lightwave
transmission Aufzeichnungsträger 1,5 um wavelength" in "Electronics Letters 24"
September 1992, Heft 28, Nr. 20 Seiten 1875-1876 bekannt.
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Bei dem bekannten Übertragungssystem wird einem elektrooptischen
Wandler ein Eingangssignal zugeführt, wobei dieser Wandler das Eingangssignal
umwandelt in Änderungen eines Parameters des von dem elektrooptischen Wandler
ausgestrahlten Lichtes. Dieser Parameter kann beispielsweise die Intensität (Leistung), die
Frequenz, die Phase oder eine Kombination dieser Parameter sein. Der elektrooptische
Wandler kann beispielsweise einen Laser oder eine LED aufweisen, die von dem
Eingangssignal unmittelbar angesteuert wird. Auf alternative Weise ist es denkbar, der
elektrooptische Wandler einen Laser oder eine LED aufweist, der bzw. die ständig ein
Lichtsignal erzeugt, das von einem von dem Eingangssignal gesteuerten externen
Modulator moduliert wird.
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Ein Beispiel eines Eingangssignals ist eine Kombination einer Vielzahl
von Fernsehkanälen, übertragen in einer Frequenzmultiplexbetriebsart, was bei
Kabelfernsehsystemen üblich ist. Wenn solche Signale übertragen werden, werden an die
Linearität der Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem entsprechenden
Parameter des optischen Ausgangssignal des elektrooptischen Wandlers hohe
Anforderungen gestellt. Dies ist wesentlich, weil als Ergebnis von Nicht-Linearität
Intermodulation in dem Übertragungssystem auftreten kann, so dass ein (unerwünschtes)
Mischprodukt zweier Fernsehkanäle verursachen kann, dass in einem dritten Fernsehkanal
ein Interferenzsignal auftritt.
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Bei dem bekannten Übertragungssystem werden Linearisierungsmittel
verwendet zur Verbesserung dieser Linearität, was zu einer Vorverzerrung des
Eingangssignal führt, welche die Umgekehrte der Verzerrung ist, die in dem
elektrooptischen Wandler auftritt. Dadurch wird eine mehr lineare Beziehung zwischen dem
Eingangssignal und dem entsprechenden Parameter des optischen Ausgangssignals des
elektrooptischen Wandlers erhalten. Die Linearisierungsmittel des bekannten
Übertragungssystems sind ziemlich aufwendig durch das Vorhandensein eines
Leistungsteilers, einer Vorverzerrungsschaltung, einer steuerbaren Verzerrung und einer
Leistungskombinierschaltung.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Übertragungssystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, wobei die Komplexität der
Linearisierungsmittel wesentlich verringert ist. Dazu weist die Erfindung das
Kennzeichen auf, dass der elektrooptische Wandler mit den Linearisierungsmitteln in Reihe
geschaltet ist und dass die Linearisierungsmittel eine Parallelschaltung einer ersten
Schaltungsanordnung, mit einer Diode, und einer zweiten Schaltungsanordnung, mit
einem Impedanzelement aufweisen.
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Die Kombination des Impedanzelementes und der Diode erzeugt ein
Vorverzerrungssignal, das bei einer richtigen Wahl des Wertes des Impedanzelementes
eine gleiche Größe und eine entgegengesetzte Phase zu der durch den elektrooptischen
Wandler eingeführten Verzerrung aufweist, so dass die Kombination eine verbesserte
Linearität ergibt. Da die Linearisierungsmittel nur einige Elemente in der
Steuerschaltung des elektrooptischen Wandlers enthalten, wird eine gedrängte und einfache
Verwirklichung des Übertragungssystems erreicht. Die Gedrängtheit bietet den
hinzu
kommenden Vorteil, dass das Übertragungssystem sich für relativ hohe Frequenzen
eignet.
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Aus US 4.952.820 ist ein optischer Sender bekannt, der eine
Reihenschaltung aus einer Diode und einem elektrooptischen Wandler aufweist. Diese
Kombination weist aber kein Impedanzelement auf, wie dies in der vorliegenden Erfindung
vorgesehen ist, zum Einstellen der Vorverzerrung auf einen gewünschten Wert, so dass
die Vorverzerrung nicht den richtigen Wert hat. In WO 91/16746 wird ein ähnliches
System beschrieben wie in dem oben erwähnten US-Patent, wobei zum Ausgleichen
der Nicht-Linearität einer Laserdiode eine Diode verwendet wird. Auch hier gibt es
kein Impedanzelement zum Einstellen des Wertes des Vorverzerrungssignals.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist das Kennzeichen
auf, dass die Diode eine Schottky-Diode aufweist.
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Da Schottky-Dioden ein außergewöhnliches HF-Verhalten aufweisen,
führt der Einsatz einer Schottky-Diode bei dieser Erfindung zu einem sehr guten HF-
Verhalten des Übertragungssystems. Es ist aber denkbar, andere Arten von Dioden mit
guten HF-Eigenschaften bei der Erfindung zu verwenden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Übertragungssystem, bei dem die Erfindung abgewandt wird,
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Fig. 2 eine erste Ausführungsform des optischen Senders 1 nach Fig. 1,
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Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des optischen Senders 1 nach Fig.
1,
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Fig. 4 eine dritte Ausführungsform des optischen Senders nach Fig. 1,
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Fig. 5a gemessene Werte von Intermodulation in einem
Übertragungssystem ohne Linearisierungsmittel,
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Fig. 5b gemessene Werte von Intermodulation in einem
Übertragungssystem nach der Erfindung.
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Bei dem Übertragungssystem nach Fig. 1 werden einem ersten Eingang
von Modulatoren 2 bis N entsprechende zu versendende Signale S&sub2; bis SN zugeführt.
Einem zweiten Eingang jedes der Modulatoren 2 bis N wird ein Signal mit einer
Frequenz f&sub2; bis fN zugeführt. Die Ausgänge der Modulatoren 2 bis N sind mit Eingängen
einer Addierschaltung 6 verbunden. Der Ausgang der Addierschaltung 6 ist mit einem
Eingang eines optischen Senders 8 verbunden. Das Signal VS ist das Eingangssignal
des optischen Senders 8. Der optische Sender 8 ist über ein Glasfasernetzwerk 10 mit
einer Anzahl Unterstationen 12 bis 18 verbunden.
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Bei den Signalen S&sub2; bis SN kann es sich beispielsweise um
Videosignale, wie bei Kabelfernsehen, oder um Datensignale handeln. Von den Modulatoren 2 bis
N wird jedes der Signale S&sub2; bis SN einem eigenen Träger aufmoduliert. Dieses
Modulieren kann mit Hilfe bekannter Modulationstechniken, wie verschiedenen Formen von
Amplitudenmodulation (beispielsweise FM, PM, FSK, F'SK) erfolgen. Durch
Addierung der Ausgangssignale der Modulatoren 2 bis N wird ein frequenzgestapeltes
Signal V5 erhalten. Dieses Signal wird von dem optischen Sender 8 in einen Lichtstrahl
umgewandelt, von dem ein Parameter beispielsweise Wellenlänge oder Intensität in
Abhängigkeit von dem Signal VS moduliert wird.
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Dieser Lichtstrahl wird über die Glasfaser 10 den Unterstationen 12 bis
18 zugeführt. In jeder der Unterstationen 12 bis 18 befindet sich ein optischer
Empfänger, der das empfangene Lichtsignal in eine Replik das frequenzgestapelten Signals VS
umwandelt. Diese Replik kann mit bekannten Mitteln zu einem, für ein Endgerät, wie
beispielsweise ein Fernsehgerät, ein Fernsprechgerät oder einem PC geeigneten Signal
weiter verarbeitet werden.
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Wenn der optische Sender ein nicht-lineares Verhalten zwischen dem
Eingangssignal und dem modulierten Parameter des erzeugten Lichtsignals zeigt, kann
Intermodulation entstehen. Werden beispielsweise zwei zu sendende Signale auf
Trägern mit der Frequenz f&sub2; und f&sub3; moduliert, so werden bei einem optischen Sender 8,
der Verzerrung zweiten Grades in dem modulierten Parameter des Lichtstrahls
aufweist, nebst Anteilen mit Frequenzen f&sub2; und f&sub3; auch Intermodulationsanteile mit
Frequenzen f&sub2; + f&sub3; und f&sub2; - f&sub3; in dem Ausgangssignal der optischen Empfänger auftreten.
Wenn eines der anderen zu sendenden Signale einer der Frequenzen f&sub2; + f&sub3; oder f&sub2; -
f&sub3; aufmoduliert ist, wird der Empfang dieser zu übertragenden Signale durch die
Intermodulationssignale gestört. Damit diese Störung innerhalb zulässiger Grenzen
gehalten wird, müssen hohe Anforderungen an die Linearität des optischen Senders
gestellt werden.
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In dem optischen Sender 8 nach Fig. 2 wird das Eingangssignal einem
ersten Anschlusspunkt eines Widerstandes 20 zugeführt. Ein zweiter Anschlusspunkt
des Widerstandes 20 ist mit einem ersten Anschlusspunkt eines Kondensators 22
verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des Kondensators 22 ist mit einem ersten
Anschlusspunkt der Linearitätsmittel 25 verbunden.
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In den Linearitätsmitteln ist der Eingang derselben mit einem ersten
Anschlusspunkt des Impedanzelementes nach dem Erfindungsgedanken, hier des
Widerstandes 26, verbunden. Der Eingang der Linearitätsmittel 25 ist ebenfalls mit der
Kathode einer Schottky-Diode 30 und mit einem ersten Anschlusspunkt eines
Widerstandes 24 verbunden. Die Schottky-Diode 30 bildet hier die Diode nach dem
Erfindungsgedanken. Ein zweiter Anschlusspunkt des Widerstandes 26 ist mit einem ersten
Anschlusspunkt eines Kondensators 28 verbunden. Die Anode der Schottky-Diode 30
ist mit einem ersten Anschlusspunkt des Widerstandes 34 und mit einem ersten
Anschlusspunkt eines Widerstandes 32 verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des
Widerstandes 34 ist mit einem positiven Anschlusspunkt einer Gleichspannungsquelle 36
verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des Widerstandes 24 und ein negativer
Anschlusspunkt der Gleichspannungsquelle 36 sind mit einem Punkt auf Bezugspotential,
weiterhin als Erde bezeichnet, verbunden. Ein zweite Anschlusspunkt des
Kondensators 28 und ein zweiter Anschlusspunkt des Widerstandes 32 sind mit dem Ausgang
der Linearitätsmittel 25 verbunden, der erste Parallelzweig enthält hier die
Reihenschaltung aus der Diode 30 und dem Widerstand 32, während der zweite Parallelzweig
die Reihenschaltung aus dem Widerstand 26 und dem Kondensator 28 aufweist.
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Der Ausgang der Linearitätsmittel ist mit einem ersten Anschlusspunkt
eines Kondensators 38 verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des Kondensators 38
ist mit einem ersten Anschlusspunkt eines Widerstandes 40 und mit einem ersten
Anschlusspunkt einer Gleichstromquelle 44 verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des
Widerstandes 40 ist mit einem ersten Anschlusspunkt des elektrooptischen Wandlers,
in diesem Fall eines Feststofflasers 42, verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des
Feststofflasers 42 und ein zweiter Anschlusspunkt der Stromquelle 44 sind nach Erde
verbunden.
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Die Diode 30 wird mittels der Spannungsquelle 36 und der Widerstände
34 und 24 auf einen Ruhestrom eingestellt. Dieser Ruhestrom ist derart gewählt
worden, dass der Zusammenhang zwischen der Spannung und dem Strom der Diode 30
hauptsächlich quadratisch ist. Die Kondensatoren 22, 28 und 38 gibt es um zu
vermeiden, dass der Gleichstrom durch die Diode über eine andere Strecke als über die
Spannungsquelle 36 und die Widerstände 24 und 34 fließt. Die Stromquelle ist vorgesehen
um den Feststofflaser 42 mit einem Ruhestrom zu versehen. Der Kondensator 38 ist
vorgesehen zur Begrenzung des Stromes durch den Feststofflaser 42, während der
Widerstand 20 vorgesehen ist um die Eingangsimpedanz des optischen Senders 8 der.
Ausgangsimpedanz der Signalspannungsquelle entsprechend zu machen. Mit Hilfe des
Widerstandes 32 kann die Größe der Vorverzerrung eingestellt werden.
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Zur Erläuterung des linearisierenden Effektes der Erfindung wird davon
ausgegangen, dass die Eingangsspannung des optischen Senders 8 zunimmt. Durch
diese Zunahme wird die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten
Anschlusspunkt der Linearisierungsmittel 25 auch zunehmen. Weil die Diode 30 in einer
Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Änderung der Spannung an den
Linearisierungsmitteln vorgespannt ist, wird die Spannung an der Diode 30 abnehmen.
Dadurch wird die Impedanz der Diode 30 zunehmen, so dass die Gesamtimpedanz der
Linearisierungsmittel 25 ebenfalls zunehmen wird. Die Folge ist, dass die Spannung an
den Linearisierungsmittel mehr als proportional zunimmt und folglich die Spannung
an den Linearisierungsmitteln weniger als proportional zunimmt. Ein derartiger
Ausgleich eignet sich zum Ausgleichen der Nicht-Linearität eines sog. superlinearen
Fest
stofflasers 42, wobei der betreffende Parameter des ausgestrahlten Lichtes mehr als
Proportional zu dem diesem Laser zugeführten Signal zunimmt.
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Zum Ausgleich eines sublinearen Feststofflasers, wobei der betreffende
Parameter des ausgestrahlten Lichtes weniger als proportional zu dem diesem Laser
zugeführten Signal zunimmt, sollen die Anschlussstifte der Diode 30 vertauscht
werden und soll außerdem die Polarität der Gleichspannungsquelle 36 das Vorzeichen
ändern. Diese Maßnahmen führen dazu, dass bei einer zunehmenden
Eingangsspannung des optischen Senders 8 durch die zunehmende Spannung an den
Linearisierungsmitteln 25 die Impedanz der Diode 30 abnimmt, wodurch die Spannung an den
Linearisierungsmitteln 25 weniger als proportional zunimmt. Dadurch nimmt die
Spannung an der Kombination des Feststofflasers 42 und des Widerstandes 40 weniger
als proportional zu, so dass tatsächlich eine sublineare Übertragung des Feststofflasers
42 ausgeglichen werden kann.
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In dem optischen Sender 8 nach Fig. 3 ist ein positiver Anschlusspunkt
d einer Gleichspannungsquelle 46 nach Erde verbunden. Ein negativer Anschlusspunkt
der Spannungsquelle 46 ist mit einem ersten festen Anschlusspunkt eines einstellbaren
Spannungsteilers 48 und mit einem ersten Anschlusspunkt eines Widerstandes 66
verbunden. Ein zweiter fester Anschlusspunkt des einstellbaren Spannungsteilers 48 ist
über eine Induktivität 47 mit einem ersten Anschlusspunkt eines Widerstandes 54,
einem ersten Anschlusspunkt eines Kondensators 50 und mit einem ersten
Anschlusspunkt eines Kondensators 52 verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des
Kondensators 50 bildet den Eingang des optischen Senders, dem das Signal Vs zugeführt
wird.
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Ein zweiter Anschlusspunkt des Kondensators 52 ist mit einem ersten
Anschlusspunkt eines Widerstandes 55 verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des
Widerstandes 55 ist mit einem zweiten Anschlusspunkt des Widerstandes 54, mit
einem ersten Anschlusspunkt eines Kondensators 57 und mit einem ersten
Anschlusspunkt der Linearisierungsmittel 51 verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt der
Linearisierungsmittel ist nach Erde verbunden. Die Linearisierungsmittel 51 bestehen hier
aus einer Reihenschaltung einer Schottky-Diode 60 und einem Impedanzelement, hier
einem Widerstand 56. Das erste Reihenelement umfasst hier die Schottky-Diode 60,
während das zweite Reihenelement den Widerstand 56 umfasst.
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Ein zweiter Anschlusspunkt des Kondensators 57 ist mit einem ersten
Anschlusspunkt eines Widerstandes 58 verbunden. Ein zweiter Anschlusspunkt des
Widerstandes 58 ist mit einem ersten Anschlusspunkt des elektrooptischen Wandlers,
hier der Kathode eines Feststofflasers 62, verbunden. Der zweite Anschlusspunkt des
Widerstandes 58 ist außerdem mit einem ersten Anschlusspunkt einer Induktivität 64
verbunden, von der ein zweiter Anschlusspunkt mit einem zweiten Anschlusspunkt
des Widerstandes 66 verbunden ist. Die Anode des Feststofflasers 62 ist nach Erde
verbunden.
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Die Gleichspannungsquelle 46 gibt es zum Liefern eines Ruhestroms
für den Feststofflaser 62 und für die Schottky-Diode 60. Der Ruhestrom für den
Feststofflaser 62 wird über den Widerstand 66 und die Induktivität 64 geliefert, während
der Ruhestrom für die Schottky-Diode über den einstellbaren Spannungsteiler 48 und
die Widerstände 54 und 56 geliefert wird. Die Kondensatoren 50 und 52 sorgen dafür,
dass der Ruhestrom der Schottky-Diode 60 nicht über die Spannungsquelle Vs (nicht
dargestellt) oder den Widerstand 55 fließen kann. Die Induktivität 64 sorgt dafür, dass
der von der Spannungsquelle VS herrührende Signalstrom nicht über den Widerstand
66 und die Spannungsquelle 46 fließen kann. Die Induktivität 47 sorgt dafür, dass die
Signalquelle V5 nicht über den einstellbaren Spannungsteiler 48 kurzgeschlossen wird.
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Der Widerstand 55 sorgt, ggf. zusammen mit der Ausgangsimpedanz
der Spannungsquelle VS für die Lieferung eines Stromes; zu der Parallelschaltung der
Linearisierungsmittel 51 und der Kombination aus dem Feststofflaser 62 und dem
Widerstand 58. Mit Hilfe des Widerstandes 56 kann die Größe der Vorverzerrung
eingestellt werden
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Wenn der Strom I durch den Widerstand 55 zunimmt, wird der Strom
durch den Feststofflaser 62 und durch die Linearisierungsmittel zunehmen. Durch den
zunehmenden Strom wird die Impedanz der Linearisierungsmittel niedriger werden, so
dass der Strom durch die Linearisierungsmittel mehr als proportional zunimmt. Dies
führt dazu, dass der Strom durch den Feststofflaser 62 weniger als proportional
zunimmt, so dass ein superlineares Verhalten des Feststofflasers 62 ausgeglichen werden
kann. Das Ausmaß des Ausgleichs kann mittels des einstellbaren Spannungsteilers und
mittels des Widerstandes 56 eingestellt werden.
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Der optische Sender nach Fig. 4 ist von dem optischen Sender nach Fig.
3 dadurch hergeleitet, dass die Linearisierungsmittel 51 durch einen Widerstand 64
ersetzt werden und dass die Linearisierungsmittel 51 zwischen dem Knotenpunkt des
Widerstandes 55 und des Kondensators 57 und dem ersten Anschlusspunkt des
Widerstandes 54 vorgesehen werden. Außerdem gibt es einen Kondensator 67 zwischen dem
ersten Anschlusspunkt des Widerstandes 54 und Erde. Die Folge dieser Änderungen
ist, dass die Linearisierungsmittel für Signalspannungen noch immer zu der
Kombination aus dem Feststofflaser 62 und dem Widerstand 58 parallelgeschaltet sind, dass
aber die Polarität des Ruhestroms das Vorzeichen geändert hat.
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Wenn nun der Strom I durch den Widerstand 55 zunimmt, wird der
Strom durch die Schottky-Diode 60 abnehmen, wodurch die Impedanz der
Linearisierungsmittel zunimmt. Durch die Zunahme der Impedanz der Linearisierungsmittel, die
zu der Kombination aus dem Feststofflaser 62 und dem Widerstand 58
parallelgeschaltet ist, wird ein relativ größerer Teil des Stromes I durch den Feststofflaser 62
fließen, wodurch dieser Strom mehr als proportional zunehmen wird. Dadurch ist die
Schaltungsanordnung nach Fig. 4 für die Linearisierung eines Feststofflasers 62 mit
einem sublinearen Verhalten geeignet.
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In Fig. 5a sind gemessene Werte von Intermodulationsprodukten ersten
und zweiten Grades für einen Laser ohne Linearisierungsmittel gemessen. Die
Messung wurde dadurch durchgeführt, dass dem Laser die Summe zweier Träger mit einer
konstanten Frequenzdifferenz von 46 MHz zugeführt wurde, und dass die beiden
amplitudenmoduliert wurden mit einer Modulationstiefe von 35%. In Fig. 5a sind die
relativen Amplituden der Intermodulationsprodukte ersten und zweiten Grades gegen
die Frequenz eines der beiden Träger aufgetragen. Aus Fig. 5a ist ersichtlich, dass die
Verzerrung zweiten Grades dominant ist.
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In Fig. 5b ist das Ergebnis derselben Messung aufgetragen, wobei der
Strom durch die Linearisierungsmittel derart groß gewählt worden ist, dass keine
nennenswerte Intermodulation dritten Grades durch die Linealisierungsmittel verursacht
wurde, sondern dass die Intermodulation zweiten Grades des Feststofflasers 62
ausgeglichen wurde. Aus Fig. 5b ist ersichtlich, dass die Intermodulation zweiten Grades um
etwa 10 dB abgenommen hat.