DE102024201192A1 - Device and method for generating a bias voltage for an electro-optical modulator - Google Patents
Device and method for generating a bias voltage for an electro-optical modulatorInfo
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Abstract
Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung [z.B. Schaltung, wie z.B. Steuerschaltung] zur Erzeugung einer [z.B. zeitvariablen] Vorspannung VDC für einen elektro-optischen Modulator, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um ein von einer optischen Ausgangsleistung des elektro-optischen Modulators abhängiges Ausgangsleistungssignal P̂out zu erhalten, wobei die Vorrichtung ausgebildet, um die Vorspannung VDC in Abhängigkeit von einem Amplitudenverhältnis zwischen Grundwelle und erster Oberwelle des Ausgangsleistungssignals P̂out und in Abhängigkeit von einem Phasenwinkel eines an dem elektro-optischen Modulator anliegenden Pilotsignals zu erzeugen. Embodiments provide a device [e.g. circuit, such as control circuit] for generating a [e.g. time-variable] bias voltage V DC for an electro-optical modulator, wherein the device is configured to obtain an output power signal P̂ out dependent on an optical output power of the electro-optical modulator, wherein the device is designed to generate the bias voltage V DC as a function of an amplitude ratio between the fundamental wave and the first harmonic of the output power signal P̂ out and as a function of a phase angle of a pilot signal applied to the electro-optical modulator.
Description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer Vorspannung für einen elektro-optischen Modulator. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Vorspannung für die positionsgenaue Verriegelung der Minimum-Betriebspunkte bei Mach-Zehnder-Modulatoren.Embodiments of the present invention relate to an apparatus and method for generating a bias voltage for an electro-optical modulator. Some embodiments relate to an apparatus and method for controlling the bias voltage for the precise locking of the minimum operating points in Mach-Zehnder modulators.
In der Quanteninformatik ist Licht eines der wichtigsten Instrumente, um sowohl die Position als auch den Quantenzustand der Atome zu kontrollieren, die für die Datenverarbeitung verwendet werden. In praktischen Systemen wird Laserlicht eingesetzt, um die Quantenzustände von Qubits auf die gewünschte Weise zu manipulieren. Neben physikalischen Effekten wie Dekohärenz und Quantenrauschen hat die Präzision der Qubit-Manipulation erhebliche Auswirkungen auf die erreichbare Fehlerrate beim Quantencomputing. Daher werden an die Übertragungskette des Lasers strenge Anforderungen in Bezug auf Frequenzgenauigkeit, spektrale Bandbreite, Stabilität der Ausgangsleistung usw. gestellt.In quantum computing, light is one of the most important tools for controlling both the position and quantum state of atoms used for data processing. In practical systems, laser light is used to manipulate the quantum states of qubits in the desired manner. In addition to physical effects such as decoherence and quantum noise, the precision of qubit manipulation has a significant impact on the achievable error rate in quantum computing. Therefore, the laser transmission chain is subject to strict requirements regarding frequency accuracy, spectral bandwidth, output power stability, and so on.
Eine der Schlüsselkomponenten neben dem Laser ist der optische Modulator, der ein Laserlicht konstanter Leistung modulieren oder schalten muss, um Lichtpulse oder Pulsfolgen mit einer gewünschten Form zu erzeugen. Dabei werden bevorzugt elektro-optische (EOM) Modulatoren und hier insbesondere der Mach-Zehnder-Modulator (MZM) eingesetzt. Es gibt jedoch weder eine einfache lineare Beziehung zwischen dem Steuersignal des Modulators und dem Ausgang des Modulators, noch kann davon ausgegangen werden, dass sie zeitlich unveränderliche Eigenschaften haben.One of the key components, alongside the laser, is the optical modulator, which must modulate or switch a constant-power laser light to generate light pulses or pulse trains with a desired shape. Electro-optical (EOM) modulators, and in particular the Mach-Zehnder modulator (MZM), are preferred for this purpose. However, there is neither a simple linear relationship between the modulator's control signal and the modulator's output, nor can they be assumed to have time-invariant properties.
Eines der schwierigsten technischen Probleme bei der Verwendung von EOMs ist die Regelung der Kontrollspannung. EOMs driften im Allgemeinen wegen Brechungsindexänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen, Alterung oder anderer pyroelektrischer, photorefraktiver bzw. photoleitender Effekte. Dadurch verschiebt sich die Übertragungsfunktion und das Modulationssignal wird auf einen veränderten Arbeitspunkt gelegt, was die Qualität der Modulation signifikant beeinträchtigt.One of the most challenging technical problems when using EOMs is controlling the control voltage. EOMs generally drift due to refractive index changes caused by temperature fluctuations, aging, or other pyroelectric, photorefractive, or photoconductive effects. This shifts the transfer function and places the modulation signal at a different operating point, significantly impairing the modulation quality.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, welches es ermöglicht, eine Driftverschiebung des Arbeitspunkts maximaler Dämpfung eines elektro-optischen Modulators zu reduzieren oder sogar zu kompensieren.The present invention is therefore based on the object of creating a concept which makes it possible to reduce or even compensate for a drift shift of the operating point of maximum attenuation of an electro-optical modulator.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.This problem is solved by the independent patent claims.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.Advantageous further developments can be found in the dependent patent claims.
Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung [z.B. Schaltung, wie z.B. Steuerschaltung] zur Erzeugung einer [z.B. zeitvariablen] Vorspannung VDC für einen elektro-optischen Modulator, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um ein von einer optischen Ausgangsleistung des elektro-optischen Modulators abhängiges Ausgangsleistungssignal P̂out zu erhalten, wobei die Vorrichtung ausgebildet, um die Vorspannung VDC in Abhängigkeit von einem Amplitudenverhältnis zwischen Grundwelle und erster Oberwelle des Ausgangsleistungssignals P̂out und in Abhängigkeit von einem Phasenwinkel eines an dem elektro-optischen Modulator anliegenden Pilotsignals zu erzeugen.Embodiments provide a device [e.g. circuit, such as control circuit] for generating a [e.g. time-variable] bias voltage V DC for an electro-optical modulator, wherein the device is configured to obtain an output power signal P̂ out dependent on an optical output power of the electro-optical modulator, wherein the device is designed to generate the bias voltage V DC as a function of an amplitude ratio between the fundamental wave and the first harmonic of the output power signal P̂ out and as a function of a phase angle of a pilot signal applied to the electro-optical modulator.
Ausführungsbeispiele ermögliche es das Driftphänomen zu kompensieren durch Erzeugung einer geeigneten DC-Vorspannung, z. B. die die Driftverschiebung mittels einer Rückkopplung (z. B. mit Hilfe einer Rückkopplung (z. B. rückgekoppelten Bias-Control-Regelschleife) und unter Zuhilfenahme eines Pilotsignals (z. B. Pilot-Tons) reduziert oder sogar kompensiert und damit den driftenden Modulator-Bias-Punkt kontrolliert.Embodiments make it possible to compensate for the drift phenomenon by generating a suitable DC bias voltage, e.g., which reduces or even compensates for the drift shift by means of feedback (e.g., with the aid of a feedback (e.g., feedback bias control loop) and with the aid of a pilot signal (e.g., pilot tone), thus controlling the drifting modulator bias point.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um das Pilotsignal Vpilot für den elektro-optischen Modulator zu erzeugen.In embodiments, the device is configured to generate the pilot signal V pilot for the electro-optical modulator.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Vorspannung VDC und/oder das Pilotsignal Vpilot an zumindest einen Steuereingang des elektro-optischen Modulators anzulegen.In embodiments, the device is configured to apply the bias voltage V DC and/or the pilot signal V pilot to at least one control input of the electro-optical modulator.
Beispielsweise kann die Vorrichtung konfiguriert sein, um eine Kombination/Überlagerung aus Vorspannung VDC und Pilotsignal Vpilot an einem Steuereingang des elektro-optischen Modulators anzulegen. Alternativ kann die Vorrichtung auch konfiguriert sein, um die Vorspannung VDC an einem ersten Steuereingang und das Pilotsignal Vpilot an einem zweiten Steuereingang des elektro-optischen Modulators anzulegen.For example, the device can be configured to apply a combination/superposition of bias voltage V DC and pilot signal V pilot to a control input of the electro-optical modulator. Alternatively, the device can also be configured to apply the bias voltage V DC to a first control input and the pilot signal V pilot to a second control input of the electro-optical modulator.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Vorspannung VDC mit dem Pilotsignal Vpilot zu überlagern oder zu kombinieren, um eine Kontrollspannung VC für den elektro-optischen Modulator zu erhalten.In embodiments, the device is configured to superimpose or combine the bias voltage V DC with the pilot signal V pilot to obtain a control voltage V C for the electro-optical modulator.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um Kontrollspannung VC an einem Steuereingang des elektro-optischen Modulators anzulegen.In embodiments, the device is configured to apply control voltage V C to a control input of the electro-optical modulator.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Vorspannung VDC an einem ersten Steuereingang des elektro-optischen Modulators anzulegen und das Pilotsignal Vpilot an einem zweiten Steuereingang des elektro-optischen Modulators anzulegen.In embodiments, the device is configured to apply the bias voltage V DC to a first control input of the electro-optical modulator and to apply the pilot signal V pilot to a second control input of the electro-optical modulator.
Bei Ausführungsbeispielen beschreibt das Ausgangsleistungssignal P̂out eine geschätzte optische Ausgangsleistung des elektro-optischen Modulators.In embodiments, the output power signal P̂ out describes an estimated optical output power of the electro-optical modulator.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Pilotsignal Vpilot ein zeitlich begrenztes, sinusförmiges Signal.In embodiments, the pilot signal V pilot is a time-limited, sinusoidal signal.
Bei Ausführungsbeispielen ist der elektro-optische Modulator ein Mach-Zehnder-Modulator.In embodiments, the electro-optical modulator is a Mach-Zehnder modulator.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung einen Photodetektor auf, der ausgebildet ist, um zumindest einen Teil einer optischen Ausgangsleistung P̂out des elektro-optischen Modulators zu detektieren, um das Ausgangsleistungssignal zu erhalten.In embodiments, the device comprises a photodetector configured to detect at least a portion of an optical output power P̂ out of the electro-optical modulator to obtain the output power signal.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um in Abhängigkeit von dem Amplitudenverhältnis zwischen Grundwelle und erster Oberwelle des Ausgangsleistungssignals P̂out und in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel des an dem elektro-optischen Modulator anliegenden Pilotsignals eine Differenzspannung ΔV zu schätzen, wobei die Differenzspannung ΔV eine Differenz zwischen der aktuellen Vorspannung VDC = V̂min und einer Soll-Vorspannung Vmin beschreibt, bei der die optische Ausgangsleistung P̂out des elektro-optischen Modulator einen Minimumwert aufweist.In embodiments, the device is configured to estimate a differential voltage ΔV as a function of the amplitude ratio between the fundamental wave and the first harmonic of the output power signal P̂ out and as a function of the phase angle of the pilot signal applied to the electro-optical modulator, wherein the differential voltage ΔV describes a difference between the current bias voltage V DC = V̂ min and a target bias voltage V min at which the optical output power P̂ out of the electro-optical modulator has a minimum value.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Vorspannung VDC in Abhängigkeit der geschätzten Differenzspannung ΔV nachzuführen [z.B. zu korrigieren] hin in Richtung auf die Soll-Vorspannung Vmin.In embodiments, the device is configured to track [e.g., correct] the bias voltage V DC as a function of the estimated difference voltage ΔV toward the desired bias voltage V min .
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert ist, um die Differenzspannung ΔV basierend auf der folgenden Gleichung zu ermitteln:
wobei Vd eine Amplitude des Pilotsignals ist, und
wobei φd der Phasenwinkel des Pilotsignals ist.In embodiments, the device is configured to determine the differential voltage ΔV based on the following equation:
where V d is an amplitude of the pilot signal, and
where φ d is the phase angle of the pilot signal.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Ausgangsleistungssignal P̂out diskret abgetastet, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist, um die Differenzspannung ΔV basierend auf der folgenden Gleichung zu schätzen:
wobei DFT{P̂out}[z1ω
wobei DFT{P̂out}[z2ω
wobei Vd eine Amplitude des Pilotsignals ist, und
wobei φd der Phasenwinkel des Pilotsignals ist.In embodiments, the output power signal P̂ out is discretely sampled, wherein the device is configured to estimate the differential voltage ΔV based on the following equation:
where DFT{P̂ out }[z 1ω
where DFT{P̂ out }[z 2ω
where V d is an amplitude of the pilot signal, and
where φ d is the phase angle of the pilot signal.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um den Phasenwinkel in Abhängigkeit von einer Signallaufzeitdifferenz zwischen dem Ausgangsleistungssignal und dem Pilotsignal zu schätzen.In embodiments, the device is configured to estimate the phase angle depending on a signal propagation time difference between the output power signal and the pilot signal.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Pilotsignal Vpilot sinusförmig, wobei das Ausgangsleistungssignal ein abgetastetes Ausgangsleistungssignal P̂out[k] mit K Abtastwerten ist, wobei K ein ganzzahliges Vielfaches N an Perioden des Pilotsignals Vpilot aufweist.In embodiments, the pilot signal V pilot is sinusoidal, wherein the output power signal is a sampled output power signal P̂ out [k] with K samples, where K is an integer multiple N of periods of the pilot signal V pilot .
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um das Ausgangsleistungssignal oder eine abgetastete Version des Ausgangsleistungssignals um eine Laufzeitverzögerung Δτ des Pilotsignals [z.B. Laufzeitverzögerung des Pilotsignals zwischen einem Steuereingang des elektro-optischen Modulators an dem Pilotsignal anliegt und dem von der optischen Ausgangsleistung des elektro-optischen Modulators abhängigen Ausgangsleistungssignal] zu verschieben [z.B. in negativer Zeitrichtung], um eine laufzeitbedingte Phasendifferenz Δφ des Phasenwinkels φd zu kompensieren.In embodiments, the device is configured to shift the output power signal or a sampled version of the output power signal by a propagation delay Δτ of the pilot signal [e.g. propagation delay of the pilot signal between a control input of the electro-optical modulator to which the pilot signal is applied and the output power signal dependent on the optical output power of the electro-optical modulator] [e.g. in the negative time direction] in order to compensate for a propagation-related phase difference Δφ of the phase angle φ d .
Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung konfiguriert, um die Differenzspannung ΔV basierend auf der folgenden Gleichung zu ermitteln:
wobei imagDFT{P̂out}[z1ω
wobei imagDFT{P̂out}[z2ω
wobei Vd eine Amplitude des Pilotsignals ist.In embodiments, the device is configured to determine the differential voltage ΔV based on the following equation:
where imagDFT{P̂ out }[z 1ω
where imagDFT{P̂ out }[z 2ω
where V d is an amplitude of the pilot signal.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine optische Anordnung mit einem elektro-optischen Modulator und einer Vorrichtung zur Erzeugung einer [z.B. zeitvariablen] Vorspannung VDC für den elektro-optischen Modulator.Further embodiments provide an optical arrangement comprising an electro-optical modulator and a device for generating a [e.g. time-variable] bias voltage V DC for the electro-optical modulator.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild eines Mach-Zehnder-Modulators, -
2 in einem Diagramm eine schematische Ansicht einer Übertragungsfunktion eines idealen Mach-Zehnder-Modulators aufgetragen über die Kontrollspannung, -
3 in einem Diagramm eine schematische Ansicht einer driftbedingten Verschiebung einer Übertragungsfunktion eines nicht-idealen (Ungleichheit-Faktor fib ≠ 1/2) Mach-Zehnder-Modulators aufgetragen über die Kontrollspannung, -
4 in einem Diagramm einen Verlauf des Verhältnisses zwischen Schwingungen erster und zweiter Grundfrequenz in Abhängigkeit aufgetragen über einen Bias-Phasendriftwinkel, -
5 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Vorspannung für einen elektro-optischen Modulator, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, -
6 eine schematische Ansicht einer optischen Anordnung mit einer Lichtquelle, einem elektro-optischen Modulator, einem optischen Strahlteiler, einer Messvorrichtung für optische Leistung und einer Abtastvorrichtung, -
7 in einem Diagramm eine schematische Ansicht vom Zusammenhang zwischen gesuchter Vorspannung, bekannter Vorspannung und geschätzter Differenzspannung in der Übertragungsfunktion, -
8 in Diagrammen einen zeitlichen Zusammenhang zwischen Pilotsignal und geschätzter Ausgangsleistung, und -
9 in Diagrammen einen zeitlichen Zusammenhang zwischen Pilotsignal und geschätzter Ausgangsleistung nach Ausgleich der Laufzeitverzögerung.
-
1 a schematic block diagram of a Mach-Zehnder modulator, -
2 in a diagram a schematic view of a transfer function of an ideal Mach-Zehnder modulator plotted against the control voltage, -
3 in a diagram a schematic view of a drift-induced shift of a transfer function of a non-ideal (inequality factor f ib ≠ 1/2) Mach-Zehnder modulator plotted against the control voltage, -
4 in a diagram a curve of the relationship between oscillations of the first and second fundamental frequency plotted against a bias phase drift angle, -
5 a schematic block diagram of a device for generating a bias voltage for an electro-optical modulator, according to an embodiment of the present invention, -
6 a schematic view of an optical arrangement with a light source, an electro-optical modulator, an optical beam splitter, an optical power measuring device and a scanning device, -
7 in a diagram a schematic view of the relationship between the desired bias voltage, the known bias voltage and the estimated differential voltage in the transfer function, -
8 in diagrams a temporal relationship between pilot signal and estimated output power, and -
9 in diagrams a temporal relationship between the pilot signal and the estimated output power after compensation of the propagation delay.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.In the following description of the embodiments of the present invention, identical or equivalent elements in the figures are provided with the same reference numerals so that their description is interchangeable.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele werden mehrere Einzelheiten dargelegt, um eine ausführlichere Erläuterung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für einen Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch ohne diese spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden können. In anderen Fällen werden wohlbekannte Strukturen und Geräte in Blockdiagrammform und nicht im Detail gezeigt, um Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht unverständlich zu machen. Darüber hinaus können Merkmale der im Folgenden beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.In the following description of the embodiments, several details are set forth to provide a more complete explanation of embodiments of the present invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that embodiments of the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form rather than in detail in order not to obscure embodiments of the present invention. Furthermore, features of the various embodiments described below may be combined with one another unless expressly stated otherwise.
Bevor Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Erzeugung einer Vorspannung für einen elektro-optischen Modulator anhand der
Einer der bekanntesten elektro-optischen Modulatoren, der Mach-Zehnder-Modulator (MZM), ist ein optisches Bauteil, um Laserlicht in seiner Intensität zu modulieren. Dabei wird eine Phasenverschiebung zweier optischer Pfade durch Interferenz in eine Amplitudenänderung umgewandelt.One of the best-known electro-optical modulators, the Mach-Zehnder modulator (MZM), is an optical component used to modulate the intensity of laser light. A phase shift between two optical paths is converted into an amplitude change through interference.
Wie in
Die grundlegende EOM-Übertragungsfunktion zwischen der anliegenden Steuerspannung Vc(t) und der optischen Ausgangsleistung Pout, einschließlich der durch den Ungleichheit-Faktor fib dargestellten möglichen optischen fehlerhaften Balance bei der Aufteilung in die beiden Arme, ist gegeben durch:
Der Wert
Die aus Gl. (1) resultierende Übertragungsfunktion T = Pouc/Pin ist in
Eines der schwierigsten technischen Probleme bei der Verwendung von EOMs ist die Aufrechterhaltung der richtigen Kontrollspannung Vc. EOMs driften einerseits wegen Brechungsindexänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen, Alterung oder anderer pyroelektrischer, photorefraktiver bzw. photoleitender Effekte. Zudem ergibt sich durch Anlegen einer Kontrollspannung eine signifikante Ladungsträgerverschiebung auf den Elektroden. Dadurch verschiebt sich, wie
Die durgezogene Kurve (Kurve 1) zeigt das Verhalten der Übertragungsfunktion vor der Driftverschiebung, wohingegen die gestrichelte Kurve (Kurve 2) das Verhalten der Übertragungsfunktion unter dem Einfluss einer Driftverschiebung von V0 um Vdrift zeigt. Um dieses Driftphänomen zu kompensieren und damit die Langzeitstabilität der Übertragungskette zu gewährleisten, werden zwei elektrische Spannungen an den in
Es gibt unterschiedliche Ansätze, das Driftproblem entweder durch ein besseres Modulator-Design zu beseitigen oder es durch die Verwendung von Hilfsschaltungen, die den Bias-Punkt fixieren, zu umgehen. Da es bis heute jedoch noch nicht gelungen ist, eine kommerziell tragfähige Lösung unter Verwendung des erstgenannten Ansatzes zu entwickeln [1,2], ist die Verwendung von rückgekoppelten Bias-Regelschleifen zu einer Methode gemäß dem Stand der Technik geworden. Hier lassen sich 2 verschiedene Kategorien unterscheiden: Techniken, die einen Pilotton verwenden sowie Pilotton-freie Verfahren [3,4]. Letztere verwenden die optische Eingangs-/Ausgangsleistung oder deren Verhältnis als zu überwachendes Rückkopplungssignal. Der Aufbau des Bias-Controllers ist verhältnismäßig unkompliziert [3,4]. Das Rückkopplungssignal hängt jedoch stark von der optischen Leistungsschwankung des MZ-Modulatoreingangs ab, was die praktische Anwendung von Pilotton-freien Techniken einschränkt. Speziell bei Multilevel-Modulationsverfahren wie QAM, (D)QPSK oder OFDM und der Verwendung mehrere parallel geschalteter MZM kommen Pilotton-freie Techniken zum Einsatz [3,4]. Bei vielen anderen EOM-Anwendungen überwiegen aber die Pilotton-basierten Verfahren.There are different approaches to eliminate the drift problem, either through a better modulator design or by using auxiliary circuits that fix the bias point. However, since a commercially viable solution using the former approach has not yet been developed [1, 2], the use of feedback bias control loops has become a state-of-the-art method. Two different categories can be distinguished here: techniques that use a pilot tone and pilot-tone-free methods [3, 4]. The latter use the optical input/output power or their ratio as the feedback signal to be monitored. The design of the bias controller is relatively straightforward [3, 4]. However, the feedback signal depends strongly on the optical power fluctuation of the MZ modulator input, which limits the practical application of pilot-tone-free techniques. Pilot-tone-free techniques are used especially for multilevel modulation schemes such as QAM, (D)QPSK, or OFDM and the use of multiple MZMs connected in parallel [3,4]. However, pilot-tone-based schemes predominate in many other EOM applications.
Die ersten Pilotton-Techniken zur Bias-Stabilitätskontrolle der elektrischen Modulator-Vorspannung wurden schon in den frühen 80er Jahren entwickelt In den Anfängen wurde der Modulator dabei zumeist als linearer Intensitätsmodulator bei den Halbleistungspunkten Quad± betrieben. Bei dem in 1991 eingereichten Patent „Automatic bias controller for electro-optic modulator“ [5] wird ein aus verschiedenen bipolaren Einzelrechtecksignalen zusammengesetztes kleines, niederfrequentes und mittelwertfreies rechteckförmiges Pilotsignal an den elektrischen Modulationssignaleingang des MZM angelegt. Ein solches Pilotsignal wird oft auch als Dither-Signal bezeichnet, da es den Arbeitspunkt durch vergleichsweise kleine Schwankungen auslenkt. Das optische Ausgangssignal des Modulators wird anschließend erfasst, und die Größen der positiven und negativen Auslenkungsamplituden des Ausgangssignals werden mit den entsprechenden Auslenkungen des ursprünglich eingangsseitig angelegten Pilotsignals verglichen. Wenn der Modulator wie gewünscht linear vorgespannt ist, sind die Auslenkungen in beiden Richtungen symmetrisch. Wenn der MZM hingegen von den Halbleistungspunkten Quad± abgewichen ist, ist eine Auslenkung in einer Richtung relativ zur anderen größer als im Dither-Signal, was folgerichtig auch die Richtung der Driftverschiebung Vdrift angibt. Die DC-Vorspannung VDC wird mit dieser Information automatisch dem nächstliegenden linearen Vorspannungspunkt Quad± angepasst. Wenn der Vorspannungsbereich mehrere Vorspannungspunkte innerhalb seines Arbeitsbereiches umfasst, wird die Vorspannung ebenfalls automatisch durch einen Bias-Reset auf den kleinsten linearen Punkt mit V0=±Vπ/2 zurückgesetzt.The first pilot tone techniques for bias stability control of the electrical modulator bias voltage were developed in the early 1980s. In the beginning, the modulator was mostly operated as a linear intensity modulator at the half-power points Quad±. In the patent "Automatic bias controller for electro-optic modulator" [5] filed in 1991, a small, low-frequency and mean-free rectangular pilot signal composed of various bipolar individual square-wave signals is applied to the electrical modulation signal input of the MZM. Such a pilot signal is often referred to as a dither signal because it deflects the operating point through comparatively small fluctuations. The optical output signal of the modulator is then acquired, and the sizes of the positive and negative deflection amplitudes of the output signal are compared with the corresponding deflections of the pilot signal originally applied at the input. If the modulator is linearly biased as desired, the deflections are symmetrical in both directions. However, if the MZM has deviated from the half-power points Quad±, a deflection in one direction relative to the other is larger than in the dithered signal, which consequently also indicates the direction of the drift shift V drift . Using this information, the DC bias V DC is automatically adjusted to the nearest linear bias point Quad±. If the bias range includes multiple bias points within its operating range, the bias is also automatically reset to the smallest linear point with V 0 =±V π /2 by a bias reset.
Während in [5] noch ein rechteckförmiges Pilotsignal zum Einsatz kam, werden in [6,7] sinusförmige Wellenformen
Die zweite harmonische Oberwelle bei 2fd, die als Maß der Auslenkung aus dem Halbleistungspunkt anzusehen ist, wird aus dem optischen Ausgang extrahiert, gefolgt von einer synchronen Demodulation, die ein Fehlersignal erzeugt, das die DC-Vorspannung VDC so anpasst, dass die Leistung der zweiten harmonischen Oberwelle gegen null (0) konvergieren lässt. Da die Leistung der zweiten harmonischen Oberwelle deutlich niedriger ist als die des ursprünglichen Pilotsignals bei fd, ergibt sich ein deutlich geringeres SNR im Vergleich zur Detektion des Pilotsignals. Damit dieses SNR erreicht werden kann, wird üblicherweise ein analoges Tief- oder Bandpassfilter verwendet, welches die zweite harmonische Oberwelle entsprechend rauschreduziert extrahiert. Das SNR kann auch durch die Verwendung von zwei phasensynchronen Pilotfrequenzen fd1 und fd2 verbessert werden, bei denen dann die Differenzkomponente |fd1 - fd2| der beiden Pilottöne extrahiert und minimiert wird. Dies wird in [8] näher beschrieben.The second harmonic at 2f d , which can be regarded as a measure of the excursion from the half-power point, is extracted from the optical output, followed by synchronous demodulation that generates an error signal that adjusts the DC bias voltage V DC so that the power of the second harmonic converges to zero (0). Since the power of the second harmonic is significantly lower than that of the original pilot signal at f d , the SNR results in a significantly lower one compared to detecting the pilot signal. To achieve this SNR, an analog low-pass or band-pass filter is usually used, which extracts the second harmonic with appropriate noise reduction. The SNR can also be improved by using two phase-synchronous pilot frequencies f d1 and f d2 , at which the difference component |f d1 - f d2 | of the two pilot tones is then extracted and minimized. This is described in more detail in [8].
In analoger Art und Weise können im „Schalterbetrieb“ an den anderen Arbeitspunkten der Übertragungsfunktionskurve des Modulators, d. h. an den Maximum- und Minimumpunkten, Verzerrungs-produkte ungerader Ordnung (1fd, 3fd, ...) des Dither-Signals minimiert werden. In an analogous manner, in “switch mode” at the other operating points of the transfer function curve of the modulator, ie at the maximum and minimum points, odd order distortion products (1f d , 3f d , ...) of the dither signal can be minimized.
Die Übertragungsfunktion weist in diesen Bias-Betriebspunkten ein achsensymmetrisches Kurvenverhalten auf und eine Taylor-Polynomreihenentwicklung der trigonometrischen Funktion aus Gl. (1) würde an diesen Entwicklungspunkten nur gerade Exponenten aufweisen, so wie es in [9] erläutert wird. Da der Anwendung in der Regel bekannt ist, auf welchem der vier üblichen und daher praktisch relevanten Bias-Betriebspunkten der Übertragungsfunktion sie aktuell zu arbeiten hat, ist mit der Minimierung der Signalamplitude bei der Grundfrequenz 1fd oder der Oberwelle bei 2fd auch eine entsprechende Fallunterscheidung, wie in [10] gezeigt, möglich.The transfer function exhibits an axisymmetric curve behavior at these bias operating points, and a Taylor polynomial series expansion of the trigonometric function from Equation (1) would exhibit only even exponents at these points, as explained in [9]. Since the application usually knows at which of the four common and therefore practically relevant bias operating points of the transfer function it currently has to operate, a corresponding case distinction is also possible by minimizing the signal amplitude at the fundamental frequency 1f d or the harmonic at 2f d , as shown in [10].
Alle bisher betrachteten Techniken zur Bias-Stabilitätskontrolle [5-10] sind überwiegend analoger Natur und das Pilotsignal liegt neben dem zeitveränderlichen elektrischen HF-Signals permanent in Überlagerung an. Das Fehlersignal wird durch eine Filterung gemittelt und die Driftverschiebung Vdrift wird mit unterschiedlichen Methoden auf die DC-Vorspannung VDC abgebildet. Diese Methoden können Tabellenverfahren sein oder Regelalgorithmen wie beispielsweise ein PID-Regler nach [11].All bias stability control techniques considered so far [5-10] are predominantly analog in nature, with the pilot signal permanently superimposed on the time-varying electrical RF signal. The error signal is averaged by filtering, and the drift shift V drift is mapped to the DC bias voltage V DC using various methods. These methods can be spreadsheet methods or control algorithms such as a PID controller according to [11].
Für einige Anwendungen in der digitalen Kommunikation oder Mikrowellen-Photonik sind beliebige Bias-Punkte entlang der Übertragungsfunktionskurve des MZ-Modulators anstelle der sonst oft üblichen 4 Betriebs-Bias-Punkten (positiv (Quad+) oder negativ (Quad-) geneigten Quadraturpunkte, die Minima (auch Nullen genannt) und die Maxima (auch Spitzen genannt)) erforderlich, um die Systemleistung zu optimieren [12,13]. Dies erfolgt in [14,15,16,17], wobei hier auch erstmalig ein vollständiger analytischer Lösungsansatz verfolgt wurde. Durch Einsetzen des Dither-Signals aus Gl. (2) in Gl. (1), einigen trigonometrischen Umformungen und einer anschließenden Taylor-Reihenentwicklung 4-ter Ordnung ergibt sich eine Beziehung R1 zwischen den Schwingungen erster und zweiter Grundfrequenz, entsprechend
Die Berechnung von Grund- und Oberschwingung erfolgt in [14,16] noch mittels zweier Bandpassfilter, wohingegen in [15] diese dann mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) berechnet werden. Durch einen Vergleich der daraus erhaltenen harmonischen Verhältnisse mit dem in einer Datenbank (Lookup-Tabelle) gespeicherten Werten kann die vorzeichenlose Abweichung der DC-Steuerspannung VDC von ihrem idealen Wert berechnet werden und daraufhin eine entsprechende Nachjustierung erfolgen.In [14,16], the fundamental and harmonic components are calculated using two bandpass filters, whereas in [15] they are calculated using a fast Fourier transform (FFT). By comparing the resulting harmonic ratios with the values stored in a database (lookup table), the unsigned deviation of the DC control voltage V DC from its ideal value can be calculated, allowing for appropriate adjustment.
Wie in
Würde diese Zusatzinformation vorliegen, dann würde sich eine (z. B. wesentlich) bessere Konvergenz bei der Minimum-Nachführung ergeben, u.a. auch für den Fall, dass das Rückkoppelungssignal (siehe z. B.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele berücksichtigen daher die Phaseninformation (z. B. Phasenwinkel) des Pilotsignals bei der Bereitstellung der Vorspannung für den elektro-optischen Modulator.The embodiments described below therefore take into account the phase information (e.g. phase angle) of the pilot signal when providing the bias voltage for the electro-optical modulator.
Beispielsweise kann hierdurch die Minimum-Nachführung verbessert werden.For example, this can improve minimum tracking.
Zum Beispiel kann die Konvergenz der Rückkopplung (z. B. rückgekoppelte Bias-Control-Regelschleife) unter Berücksichtigung der Phaseninformation φd des Pilotsignals (z. B. Dither-Pilottons aus Gl. (2)) verbessert werden.For example, the convergence of the feedback (e.g., feedback bias control loop) can be improved by taking into account the phase information φ d of the pilot signal (e.g., dither pilot tone from Eq. (2)).
Bei Ausführungsbeispielen wird bei der Bereitstellung der Vorspannung VDC für den elektro-optischen Modulator (EOM) 102 also nicht nur das Amplitudenverhältnis zwischen Grundwelle und erster Oberwelle des Ausgangsleistungssignals P̂out berücksichtigt, sondern auch der Phasenwinkel des an dem elektro-optischen Modulator (EOM) 102 anliegenden Pilotsignals Vpilot.In embodiments, when providing the bias voltage V DC for the electro-optical modulator (EOM) 102, not only the amplitude ratio between the fundamental wave and the first harmonic of the output power signal P̂ out is taken into account, but also the phase angle of the pilot signal V pilot applied to the electro-optical modulator (EOM) 102.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Pilotsignal Vpilot für den elektro-optischen Modulator (EOM) 102 von der Vorrichtung erzeugt werden, z. B. mittels einer Pilotsignalerzeugungseinrichtung der Vorrichtung 100, oder aber auch von einer anderen (z. B. externen) Pilotsignalerzeugungseinrichtung, wobei die Vorrichtung 100 dann das Pilotsignal Vpilot und/oder den Phasenwinkel bzw. eine Information über den Phasenwinkel des Pilotsignals Vpilot von der anderen Pilotsignalerzeugungseinrichtung erhält.In embodiments, the pilot signal V pilot for the electro-optical modulator (EOM) 102 can be generated by the device, e.g., by means of a pilot signal generating device of the device 100, or else by another (e.g., external) pilot signal generating device, wherein the device 100 then receives the pilot signal V pilot and/or the phase angle or information about the phase angle of the pilot signal V pilot from the other pilot signal generating device.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 konfiguriert ist, um die Vorspannung VDC und/oder das Pilotsignal Vpilot an zumindest einen Steuereingang des elektro-optischen Modulators anzulegen.In embodiments, the device 100 may be configured to apply the bias voltage V DC and/or the pilot signal V pilot to at least one control input of the electro-optical modulator.
Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 konfiguriert sein, um eine Kombination bzw. Überlagerung aus Vorspannung VDC und Pilotsignal Vpilot an einem Steuereingang des elektro-optischen Modulators (EOM) 102 anzulegen. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 100 konfiguriert sein, um die Vorspannung VDC mit dem Pilotsignal Vpilot zu überlagern oder zu kombinieren, um eine Kontrollspannung VC für den elektro-optischen Modulator (EOM) 102 zu erhalten. Die Kontrollspannung VC kann z. B. an einem Steuereingang des elektro-optischen Modulators (EOM) 102 angelegt werden.For example, the device 100 may be configured to apply a combination or superposition of bias voltage V DC and pilot signal V pilot to a control input of the electro-optic modulator (EOM) 102. For example, the device 100 may be configured to superimpose or combine the bias voltage V DC with the pilot signal V pilot to obtain a control voltage V C for the electro-optic modulator (EOM) 102. The control voltage V C may, for example, be applied to a control input of the electro-optic modulator (EOM) 102.
Alternativ kann die Vorrichtung 100 auch konfiguriert sein, um die Vorspannung VDC an einem ersten Steuereingang und das Pilotsignal Vpilot an einem zweiten Steuereingang des elektro-optischen Modulators (EOM) 102 anzulegen.Alternatively, the device 100 may also be configured to apply the bias voltage V DC to a first control input and the pilot signal V pilot to a second control input of the electro-optic modulator (EOM) 102.
Bei Ausführungsbeispielen kann das Ausgangsleistungssignal P̂out eine geschätzte optische Ausgangsleistung des elektro-optischen Modulators (EOM) 102 beschreiben. In embodiments, the output power signal P̂ out may describe an estimated optical output power of the electro-optic modulator (EOM) 102.
Beispielsweise kann die Ausgangsleistungssignal P̂out über einen Strahlungsteiler 104 und einer Messvorrichtung 106 für optische Leistung ermittelt/geschätzt werden. Zum Beispiel kann der Strahlungsteiler 104 einen Teil der optischen Ausgangsleistung P̂out des elektro-optischen Modulators (EOM) 102 auf die Messvorrichtung 106 für optische Leistung lenken, wobei die Messvorrichtung 106 für optische Leistung dann die Ausgangsleistung P̂out des elektro-optischen Modulators (EOM) 102 basierend auf dem über den Strahlungsteiler 104 erhaltenen Teil der optischen Ausgangsleistung P̂out des elektro-optischen Modulators (EOM) 102 schätzt.For example, the output power signal P̂ out can be determined/estimated via a beam splitter 104 and an optical power measuring device 106. For example, the beam splitter 104 can direct a portion of the optical output power P̂ out of the electro-optic modulator (EOM) 102 to the optical power measuring device 106, wherein the optical power measuring device 106 then estimates the output power P̂ out of the electro-optic modulator (EOM) 102 based on the portion of the optical output power P̂ out of the electro-optic modulator (EOM) 102 obtained via the beam splitter 104.
Der Strahlungsteiler 104 und/oder die Messvorrichtung 106 für optische Leistung können intern oder extern zu der Vorrichtung 100 ausgeführt werden.The beam splitter 104 and/or the optical power measuring device 106 may be implemented internally or externally to the device 100.
Die Messvorrichtung 106 für optische Leistung kann beispielsweise ein Photodetektor sein.The optical power measuring device 106 may be, for example, a photodetector.
Wie dies in
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele näher beschrieben.Further embodiments are described in more detail below.
Die im Folgenenden beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichen bei einem elektro-optischen Modulator (EOM) auf Basis eines definierten Pilotsignals mit gegebener Phaseninformation φd die Schätzung der Vorspannung, die nötig ist, um die geringstmögliche optische Ausgangsleistung, d. h. die maximal mögliche Dämpfung der eingehenden optischen Leistung, zu erzielen. Diese Spannung wird im Folgenden auch als „Schwarzwert-Spannung“ bezeichnet.The embodiments described below enable the estimation of the bias voltage required to achieve the lowest possible optical output power, i.e., the maximum possible attenuation of the incoming optical power, for an electro-optical modulator (EOM) based on a defined pilot signal with given phase information φ d . This voltage is also referred to below as the "black level voltage."
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen wird angenommen, dass
- • die Übertragungsfunktion des EOM zumindest in grober Näherung durch Gl. (1) beschreibbar ist,
- • der EOM sich während des anliegenden Pilotsignals bereits zumindest näherungsweise in einem Arbeitspunkt maximaler Dämpfung der optischen Übertragung befindet,
- • die optische Ausgangsleistung des EOM in ihrem zeitlichen Verlauf während des anliegenden Pilotsignals durch eine geeignete Messvorrichtung in Form eines Rückkopplungssignales geschätzt wird,
- • die Phasenbeziehung zwischen dem Pilotsignal und dem Rückkopplungssignal bekannt ist, z. B. durch Kenntnis der Laufzeitverzögerung des Rückkopplungssignals relativ zum Pilotsignal,
- • die optische Eingangsleistung des EOM in dem für die Auswertung des Rückkopplungssignals herangezogenen Zeitabschnitt näherungsweise konstant ist.
- • the transfer function of the EOM can be described at least roughly by Eq. (1),
- • the EOM is already at least approximately at an operating point of maximum attenuation of the optical transmission during the pilot signal,
- • the optical output power of the EOM is estimated in its temporal course during the applied pilot signal by a suitable measuring device in the form of a feedback signal,
- • the phase relationship between the pilot signal and the feedback signal is known, e.g. by knowing the propagation delay of the feedback signal relative to the pilot signal,
- • the optical input power of the EOM is approximately constant in the time period used for the evaluation of the feedback signal.
Ein möglicher beispielhafter Anwendungsfall ist der Betrieb eines EOM als optischer Schalter, wie er z. B. bei Quantencomputern eingesetzt wird, um aus einer Lichtquelle mit näherungsweiser konstanter optischer Leistung (z. B. Laser) Lichtimpulse mit definiertem Verlauf (z. B. hinsichtlich Form, Dauer, Amplitude, Energie) zu erzeugen unter der Maßgabe, im Schaltzustand „Aus“ möglichst wenig Lichtleistung passieren zu lassen.A possible example application is the operation of an EOM as an optical switch, as used, for example, in quantum computers, to generate light pulses with a defined course (e.g. with regard to shape, duration, amplitude, energy) from a light source with approximately constant optical power (e.g. laser), under the condition that as little light power as possible is allowed to pass through in the "off" switching state.
Da bei Ausführungsbeispielen die Phaseninformation φd des Dither-Pilottons berücksichtigt wird, liegt eine instantane gedächtnislose Information zur relativen Position (rechts oder links) der Abweichung vom minimalen Betriebspunkt vor. Dadurch wird eine wesentlich bessere Konvergenz bei der Minimum-Nachführung erreicht, insbesondere für den Fall, dass das Rückkoppelungssignal stark verrauscht ist.Since the phase information φ d of the dither pilot tone is taken into account in exemplary embodiments, instantaneous, memoryless information is available regarding the relative position (right or left) of the deviation from the minimum operating point. This results in significantly better convergence during minimum tracking, especially in the case of a highly noisy feedback signal.
Ausführungsbeispiele ermöglichen bei einem elektro-optischen Modulator (EOM) die Schätzung der Vorspannung Vmin, die nötig ist, um die minimal mögliche optische Leistung Pout,min = min(Pout) am optischen Ausgang zu erzielen. Bei Ausführungsbeispielen erfolgt diese Schätzung mittels eines Pilotsignals in Form einer vergleichsweise kleinen sinusförmigen Spannung, welche am Steuereingang des EOM angelegt wird.Embodiments allow for the estimation of the bias voltage V min required to achieve the minimum possible optical power P out,min = min(P out ) at the optical output of an electro-optical modulator (EOM). In embodiments, this estimation is performed using a pilot signal in the form of a comparatively small sinusoidal voltage applied to the control input of the EOM.
Im Folgenden werden die mathematischen Grundlagen und die Herleitung des Verfahrens beschrieben.The mathematical principles and the derivation of the method are described below.
1. Getroffene Annahmen1. Assumptions made
Es wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die Leistung Pin am optischen EOM-Eingang konstant ist und ein Schätzwert P̂out für die Lichtleistung P̂out am optischen EOM-Ausgang mittels einer geeigneten Messvorrichtung in ihrem zeitlichen Verlauf zur Verfügung steht. Die Messvorrichtung kann beispielsweise über eine Teilauskopplung des ausgehenden Lichts (Strahlteiler) in einen Photodetektor und Auswertung dessen elektrischen Ausgangssignals realisiert werden. Die betrachtete Anordnung ist in
Im Detail zeigt
Bei Ausführungsbeispielen wird angenommen, dass am EOM zum Zeitpunkt der Schätzung bereits eine bekannte Vorspannung VDC = V̂min anliegt, die in etwa der idealen Vorspannung Vmin entspricht, welche zur minimal realisierbaren optischen Ausgangsleistung Pout,min führt (siehe auch
Während der Schätzung sei außer dem sinusförmigen Pilotsignal und der konstanten Vorspannung keine weitere Spannung am Kontrolleingang des EOM angelegt.During the estimation, no further voltage is applied to the control input of the EOM except the sinusoidal pilot signal and the constant bias voltage.
2. Approximation der Übertragungsfunktion in der Umgebung ihres Minimums2. Approximation of the transfer function in the vicinity of its minimum
Ausgehend von dem aktuellen, bekannten Arbeitspunkt des EOM mit der Vorspannung VDC = V̂min wird die Spannung Vmin gesucht, die gemäß Gl. (1) zur minimal möglichen optischen Ausgangsleistung des EOM führt. Der bisherige Schätzwert V̂min weicht dabei um die zu schätzende Differenzspannung ΔV vom exakten Wert Vmin ab, gemäß der Beziehung
Die Kenntnis der Differenzspannung ΔV erlaubt somit die Berechnung der gesuchten Spannung Vmin. Im Folgenden wird das Verfahren zur Schätzung von ΔV hergeleitet, wodurch unmittelbar eine Schätzung von Vmin einhergeht.Knowing the differential voltage ΔV thus allows the calculation of the desired voltage V min . The following describes the method for estimating ΔV, which directly leads to an estimate of V min .
Die idealisierte Übertragungsfunktion nach Gl. (1) ist periodisch und weist somit dem Modell nach unendlich viele Minima auf. Zur Vereinfachung der folgenden Darstellung wird ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit auf das Minimum bei Vmin = V0 - Vπ referenziert, siehe
Im Detail zeigt
Befindet sich der EOM wie oben vorausgesetzt im Arbeitspunkt VDC = V̂min und überlagert diesem die sinusförmige Pilotsignal-Spannung VRF(t) = Vpilot(t) = -Vd · sin(ωdt + φd) mit der Kreisfrequenz ωd = 2πfg und der Anfangsphase φd, so ergibt sich für die gesamte Kontrollspannung
Die Anfangsphase φd beschreibt dabei die Phasenlage des sinusförmigen Pilotsignals relativ zu einem definierbaren Zeitpunkt t = 0. Sie setzt sich zusammen aus einer frei wählbaren Phase φ0 und einer laufzeitbedingten Phasendifferenz Δφ, auf die weiter unten noch genauer eingegangen werden wird:
Wird Vc(t) aus Gl. (5) in Gl. (1) eingesetzt, dann ergibt sich für die optische Leistung Pout:
In der Nähe ihres Minimums bei π, d. h. bei ihrer Entwicklungsstelle x ≈ π und dementsprechend für |ΔV|/Vπ << 1 und Vd/Vπ << 1, kann die trigonometrische Funktion cos(x) mit hoher Genauigkeit durch die quadratische Taylorreihe gemäß
Durch Anwendung der binomischen Formel auf den quadratischen Term (ΔV + Vd · sin(ωdt + φd))2 ergibt sich nach Umformungen:
3. Frequenzkomponenten der optischen Ausgangsleistung mit Phaseninformation3. Frequency components of the optical output power with phase information
Werden die spektralen Komponenten des Ausgangssignals Pout,T2 aus Gl. (9) und (10) betrachtet, so ergeben sich drei Anteile: Pout,T2(ω = 0), Pout,T2(ω = ωd) und Pout,T2(ω = 2ωd). Die reellwertigen Skalierungsfaktoren S*,T2, die die Größen der drei Spektralkomponenten darstellen, sowie die zugehörigen Phasen φ*.T2 sind:
Sowohl die DC als auch die 1fd-Grundwellen-Komponente (SDC,T2, S1fd,T2) hängen von der gesuchten und zu schätzenden Variable ΔV ab, während die 2fd-Oberwellen-Komponente S2f
Damit gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten, das gesuchte ΔV zu schätzen. Um möglichst unabhängig von physikalisch determinierten Größen wie Pin, fib zu werden, wird bei Ausführungbeispielen zur Ermittlung von ΔV die 1fd- und 2fd-Komponenten unter Berücksichtigung von Amplituden- und Phaseninformation sowie des Phasenwinkels φd zueinander ins Verhältnis gesetzt. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird bei Ausführungsbeispielen auch die Phaseninformation berücksichtigt.Thus, there are, in principle, several ways to estimate the desired ΔV. To be as independent as possible from physically determined quantities such as P in , f ib , the 1f d and 2f d components are related to each other in the exemplary embodiments for determining ΔV, taking into account amplitude and phase information as well as the phase angle φ d . In contrast to conventional methods, the phase information is also taken into account in the exemplary embodiments.
4. Schätzung der Fehlerabweichung ΔV unter Berücksichtigung von Grund- und erster Oberwelle:4. Estimation of the error deviation ΔV taking into account the fundamental and first harmonic:
Es wird die Fouriertransformierte
Für die Fouriertransformierte der 1fd- und 2fd-Komponenten von Pout,T2 ergibt sich für positive Werte von ω:
Werden die Werte der obigen Fouriertransformierten bei ω = ωd und ω = 2ωd zueinander ins Verhältnis gesetzt, so ergibt sich nach entsprechenden Kürzungen:
Nach Umformung ergibt sich für ΔV:
Es zeigt sich, dass sich der Wert von ΔV bei bekannter Phasenlage des Pilotsignales φd sowie dessen Amplitude Vd aus dem Quotienten der Fouriertransformierten der Ausgangleistung P̂out ≈ Pout,T2 bei ω = ωd und ω = 2ωd bestimmen lässt. Während herkömmliche Verfahren lediglich die Schätzung des Betrags von ΔV nach Gl. (4) ermöglichen, enthielten sie im Gegensatz zu Ausführungsbeispielen keine Information über das Vorzeichen.It turns out that the value of ΔV, given a known phase position of the pilot signal φ d and its amplitude V d, can be determined from the quotient of the Fourier transform of the output power P̂ out ≈ P out,T2 at ω = ω d and ω = 2ω d . While conventional methods only allow the estimation of the magnitude of ΔV according to Equation (4), they do not contain any information about the sign, unlike the exemplary embodiments.
Gewinnung der Schätzwerte von ΔV bei zeitdiskreter Darstellung der Ausgangsleistung Pout Obtaining the estimated values of ΔV with a time-discrete representation of the output power P out
Die obige Gl. (13) basiert auf der Auswertung der zeitkontinuierlichen Fouriertransformierten der approximierten Ausgangsleistung Pout,T2 ≈ Pout. In realen Systemen liegen Signale i. d. R. in Form von zeitdiskreten Abtastwerten in Vielfachen des Abtastintervalls Ts vor, die auf einer Messung basieren. Dadurch ergibt sich sowohl eine Diskretisierung der Zeitachse als auch eine additive Störung n(t). Die zeitdiskrete Folge P̂out
Im Idealfall würde sich für ΔV̂c ein rein reeller Wert ergeben, da es sich um die Schätzung einer reellwertigen, physikalischen Größe (Spannung) handelt. Durch das oben erwähnte additive Rauschen n[k] in P̂out entstehen bei der Bestimmung von ΔV̂c über die DFT auch parasitäre imaginäre Anteile. Eine Abbildung des im Allgemeinen komplexen Schätzwerts ΔV̂c auf eine reelle Größe bei gleichzeitiger Reduktion der Rauschanteile lässt sich erzielen, indem als finaler Schritt der Realteil von ΔV̂c gebildet wird, d.h.
Wie in Gl. (4) definiert, lässt sich mit dem Schätzwert ΔV̂ ausgehend von einem bekannten Arbeitspunkt VDC = V̂min die gesuchte Größe Vmin schätzen, d. h. Vmin ≃ V̂min + ΔV̂.As defined in Eq. (4), the desired value V min can be estimated using the estimated value ΔV̂ starting from a known operating point V DC = V̂ min , ie V min ≃ V̂ min + ΔV̂.
Bestimmung von φd Determination of φ d
Wie aus Gl. (15) ersichtlich, erfordert die Schätzung von ΔV̂ nach Betrag und Vorzeichen die Kenntnis des Phasenwinkels φd = φ0 + Δφ, siehe Gl. (6). Dieser beschreibt die effektive Phasenverschiebung der sinusförmigen Pilotspannung Vpilot(t) relativ zum Zeitpunkt t = 0. Dieser zeitliche Nullpunkt kann prinzipiell beliebig gewählt werden, gilt dann aber gemeinsam für das Pilotsignal Vpilot und für die geschätzte Ausgangsleistung P̂out sowohl in ihrer zeitkontinuierlichen Darstellung P̂out(t) als auch in der zeitdiskreten Darstellung als Folge P̂out[k].As can be seen from Eq. (15), the estimation of ΔV̂ in terms of magnitude and sign requires knowledge of the phase angle φ d = φ 0 + Δφ, see Eq. (6). This describes the effective phase shift of the sinusoidal pilot voltage V pilot (t) relative to time t = 0. This temporal zero point can, in principle, be chosen arbitrarily, but then applies jointly to the pilot signal V pilot and to the estimated output power P̂ out , both in its continuous-time representation P̂ out (t) and in the discrete-time representation as the sequence P̂ out [k].
Dies ist in
Im Detail zeigt
In realen kausalen Systemen ergibt sich u. a. durch Signallaufzeiten z. B. in Messvorrichtungen, Verstärkern etc. stets eine unvermeidliche zeitliche Verzögerung Δτ > 0 von P̂out(t) relativ zu Vpilot(t), siehe
Ausgleich der Laufzeitverzögerung ΔτCompensation of the propagation delay Δτ
Alternativ zur expliziten Bestimmung von φd kann die Laufzeitverzögerung Δτ berücksichtigt werden, indem das Signal P̂out(t) bzw. nach Abtastung dessen zeitdiskrete Folge P̂out[k] um Δτ in negativer Zeitrichtung (nach „links“) verschoben werden. Durch diese Verschiebung um -Δτ sind P̂out und Vpilot(t) zeitlich aufeinander justiert, wodurch sich Δφ = 0 ergibt. Die Signale nach zeitlicher Verschiebung von P̂out um -Δτ sind in
Im Detail zeigt
Damit ist die Laufzeit Δτ kompensiert und es gilt φd = φ0. Wird φ0 = 0 gewählt, so ergibt sich φd = 0. Für diesen Fall vereinfacht sich Gl. (11) zu
Die spektrale Komponente bei ω = ωd ist somit rein imaginär, die Komponente bei ω = 2ω
Es zeigt sich, dass auf diese Weise Rauschstörungen im Signal P̂out wirksam reduziert werden, da diese in der Regel spektral jeweils sowohl einen Real- als auch Imaginärteil aufweisen. Im Zähler und Nenner von Gl. (20) werden daher entsprechende Rauschstörungen bei ωd sowie 2ωd durch die getrennte Realteil- bzw. Imaginärteilbildung nochmals halbiert.It turns out that this approach effectively reduces noise interference in the signal P̂ out , since these typically have both a real and an imaginary spectral component. In the numerator and denominator of Eq. (20), corresponding noise interference at ω d and 2ω d is therefore halved again by the separate formation of the real and imaginary parts.
Praktische AspektePractical aspects
In praktisch realisierbaren Systemen ist die Folge P̂out[k] von begrenzter Länge K. Um bei der Diskreten Fouriertransformierten eines rein sinusförmigen Signals möglichst viel Energie in den der entsprechenden (pos. und neg.) Frequenz zugehörigen Elementen zu konzentrieren, soll die zu transformierende Folge (in diesem Fall P̂out[k]) ein ganzzahliges Vielfaches an Signalperioden enthalten.In practically realizable systems, the sequence P̂ out [k] is of limited length K. In order to concentrate as much energy as possible in the elements belonging to the corresponding (pos. and neg.) frequency in the discrete Fourier transform of a purely sinusoidal signal, the sequence to be transformed (in this case P̂ out [k]) should contain an integer multiple of signal periods.
Im Fall der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, dass die Folge P̂out[k] mit K Elementen ein ganzzahliges Vielfaches N an Pilotsignal-Perioden der Länge Td = 1/fd enthält, d. h.
5. Zusammenfassung / weitere Ausführungsbeispiele5. Summary / further examples
Bei Ausführungsbeispielen erfolgt die Gewinnung des Schätzwertes ΔV̂ der zu schätzenden Differenzspannung ΔV = Vmin - V̂min nicht wie bisher aus dem reinen Amplitudenverhältnis von Grundwelle und erster Oberwelle der geschätzten optischen Ausgangsleistung Pout, sondern auch der effektive Phasenwinkel φd des Dither-Pilotsignals wird bei Ausführungbeispielen in die Berechnung mit einbezogen. Durch die Berücksichtigung von Betrag und Phase in der Herleitung ist eine vorzeichenbehaftete Schätzung der Differenzspannung möglich. Dadurch wird eine wesentlich bessere Konvergenz bei der Minimum-Nachführung erreicht, gedächtnisbehaftete Regelschleifen sind obsolet, insbesondere für den Fall, dass die geschätzte Ausgangsleistung P̂out(t) stark verrauscht ist.In exemplary embodiments, the estimated value ΔV̂ of the differential voltage to be estimated ΔV = V min - V̂ min is not obtained from the pure amplitude ratio of the fundamental wave and the first harmonic of the estimated optical output power P out , as was previously the case, but the effective phase angle φ d of the dither pilot signal is also included in the calculation in exemplary embodiments. By taking the magnitude and phase into account in the derivation, a signed estimate of the differential voltage is possible. This achieves significantly better convergence during minimum tracking; memory-based control loops are obsolete, especially in the case where the estimated output power P̂ out (t) is very noisy.
Die Schätzung von ΔV̂ nach Betrag und Vorzeichen erfordert die Kenntnis des Phasenwinkels φd des Dither-Pilotsignals. Bei Ausführungsbeispielen lässt sich zusammen mit der Kenntnis der unvermeidlichen zeitlichen Verzögerung Δτ > 0, also der Signallaufzeitdifferenz von P̂out(t) relativ zu Vpilot(t), die vorab in einem Initialisierungsschritt vermessen wird, und der Berücksichtigung von ganzzahligen Vielfachen an Pilotsignal-Perioden, der initiale Phasenwinkels φd kontrollieren.Estimating ΔV̂ by magnitude and sign requires knowledge of the phase angle φ d of the dither pilot signal. In exemplary embodiments, the initial phase angle φ d can be controlled by knowing the unavoidable time delay Δτ > 0, i.e., the signal propagation time difference of P̂ out ( t ) relative to V pilot (t), which is measured in advance in an initialization step, and by considering integer multiples of pilot signal periods.
Für den Sonderfall, dass für den Phasenwinkels des Dither-Pilotsignals φd = 0 gilt und dass ganzzahlige Vielfache an Pilotsignal-Perioden im DFT-Fenster berücksichtigt werden, lässt sich bei Ausführungsbeispielen die Schätzung von ΔV̂ entsprechend Gl. (20) besonders einfach realisieren, da dort insgesamt nur zwei reellwertige Spektralkomponenten benötigt werden. Durch das Weglassen der anderen Anteile, die lediglich Rauschanteile enthalten, werden die Rauschstörungen bei ωd sowie 2ωd durch die getrennte Realteil- bzw. Imaginärteilbildung nochmals halbiert.For the special case where the phase angle of the dithered pilot signal is φ d = 0 and where integer multiples of pilot signal periods are considered in the DFT window, the estimation of ΔV̂ according to Equation (20) can be implemented particularly easily in exemplary embodiments, since only two real-valued spectral components are required. By omitting the other components, which contain only noise components, the noise interference at ω d and 2ω d is halved again by the separate formation of the real and imaginary parts, respectively.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.Although some aspects have been described in the context of a device, it should be understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or component of a device can also be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects described in the context of or as a method step also represent a description of a corresponding block, detail, or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by (or using) a hardware apparatus, such as a microprocessor, a programmable computer, or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the key method steps may be performed by such an apparatus.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.Depending on specific implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM, or a FLASH memory, a hard disk, or other magnetic or optical storage device storing electronically readable control signals that can interact or cooperate with a programmable computer system to perform the respective method. Therefore, the digital storage medium may be computer-readable.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Some embodiments according to the invention thus comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system such that one of the methods described herein is carried out.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is effective to perform one of the methods when the computer program product is run on a computer.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.The program code can, for example, also be stored on a machine-readable medium.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.Other embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable carrier.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.In other words, an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for carrying out one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.A further embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for performing one of the methods described herein is recorded. The data carrier, the digital storage medium, or the computer-readable medium is typically physical and/or non-perishable or non-transient.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.A further embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals that represents the computer program for carrying out one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example, via the Internet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.A further embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic device, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.A further embodiment comprises a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.A further embodiment according to the invention comprises a device or system designed to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a recipient. The transmission can be electronic or optical, for example. The recipient can be, for example, a computer, a mobile device, a storage device, or a similar device. The device or system can, for example, comprise a file server for transmitting the computer program to the recipient.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.In some embodiments, a programmable logic device (e.g., a field-programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionalities of the methods described herein. In some embodiments, a field-programmable gate array may interact with a microprocessor to perform any of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This may be general-purpose hardware such as a computer processor (CPU) or method-specific hardware such as an ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.The devices described herein may be implemented, for example, using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.The devices described herein, or any components of the devices described herein, may be implemented at least partially in hardware and/or in software (computer program).
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.The methods described herein may be implemented, for example, using a hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of a hardware apparatus and a computer.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.The methods described herein, or any components of the methods described herein, may be implemented at least partially by hardware and/or by software.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The above-described embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
AbkürzungsverzeichnisList of abbreviations
- EOMEOM
- elektro-optischer Modulatorelectro-optical modulator
- DFTDFT
- Diskrete FouriertransformierteDiscrete Fourier transform
- MZMMZM
- Mach-Zehnder-ModulatorMach-Zehnder modulator
- SNRSNR
- signal to noise ratio (dt. Signal-zu-Rausch Verhältnis)signal-to-noise ratio
BezeichnungenDesignations
- ΔV = Vmin - V̂min:ΔV = Vmin - V̂min:
- zu schätzende Differenzspannungdifferential voltage to be estimated
- Δτ:Δτ:
- zeitliche Laufzeitverzögerungtemporal runtime delay
- fd:fd:
- Frequenz eines sinusförmigen Pilot- oder Dither-SignalsFrequency of a sinusoidal pilot or dither signal
- fib:fib:
- Imbalance-Faktor zur Modellierung eines nichtidealen MZMImbalance factor for modeling a non-ideal MZM
- Fouriertransformierte, diskrete FouriertransformierteFourier transformed, discrete Fourier transformed
- S*,T2, φ*,T2:S*,T2, φ*,T2:
- reellwertige Skalierungsfaktoren der verschiedenen Spektralkomponenten mit zugehörigen Phasenreal-valued scaling factors of the various spectral components with associated phases
- T = Pout/Pin:T = Pout/Pin:
- Übertragungsfunktion von Steuerspannung zu optischer Ausgangsleistung (auf optische Eingangsleistung normiert)Transfer function from control voltage to optical output power (normalized to optical input power)
- Td = 1/fd:Td = 1/fd:
- Zeitdauer einer Pilotsignal-PeriodeDuration of a pilot signal period
- inhärente Phasendifferenz zwischen den beiden Modulator-Zweigen, die ohne Anliegen eines elektrischen Feldes die Position des ersten Maximums der Übertragungsfunktion kennzeichnetinherent phase difference between the two modulator branches, which characterizes the position of the first maximum of the transfer function without the application of an electric field
- Vπ:Vπ:
- an die HF-Elektrode anzulegende konstanter Wert einer Halbwellenspannung, um die optische Leistung vom Maximalwert auf den Mindestwert (oder umgekehrt) zu bringenconstant value of a half-wave voltage to be applied to the RF electrode to bring the optical power from the maximum value to the minimum value (or vice versa)
- Vdrift:Vdrift:
- durch Brechungsindexänderungen verursachte Driftverschiebungdrift shift caused by refractive index changes
- Vdither, Vpilot:Vdither, Vpilot:
- Pilotton-SignalPilot tone signal
- Vc = VRF + VDC:Vc = VRF + VDC:
- an den Elektroden anliegende elektrische Kontrollspannungelectrical control voltage applied to the electrodes
- VDC:VDC:
- an Vorspannungselektrode anliegende DC-VorspannungDC bias voltage applied to bias electrode
- VRF:VRF:
- an RF-Elektrode anliegendes Hochfrequenz-Modulationssignalhigh-frequency modulation signal applied to the RF electrode
- Vmin = V0 - Vπ:Vmin = V0 - Vπ:
- Vorspannung, welche zur minimal realisierbaren optischen Ausgangsleistung Pout,min führtBias voltage leading to the minimum achievable optical output power P out,min
- V̂min, ΔV̂, ΔV̂c, P̂out:V̂min, ΔV̂, ΔV̂c, P̂out:
- zu schätzende Messwertemeasured values to be estimated
- Vd:Vd:
- Aussteuerspannung des Pilot- oder DithersignalsControl voltage of the pilot or dither signal
- ωd = 2πfd :ωd = 2πfd :
- Kreisfrequenz des Pilot- oder DithersignalsAngular frequency of the pilot or dither signal
- φd = φ0 + Δφ:φd = φ0 + Δφ:
- PhasenwinkelPhase angle
- φ0:φ0:
- AnfangsphaseInitial phase
- Δφ:Δφ:
- laufzeitbedingte Phasendifferenzruntime-related phase difference
LiteraturverzeichnisBibliography
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| WO2025168680A1 (en) | 2025-08-14 |
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