DE60001353T2

DE60001353T2 - Polarisationsdispersionsmessverfahren für optische Geräte und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE60001353T2
Application number: DE60001353T
Authority: DE
Inventors: Harald Rosenfeldt
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: EP1113250A1; US20020113972A1; EP1113250B1; DE60001353D1; US6606158B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung von Eigenschaften einer zu testenden optischen Vorrichtung, z. B. die Bestimmung von Elementen der sogenannten Jones Matrix einer optischen Vorrichtung.
Die Jones Matrix enthält Informationen über die Polarisationsdispersion (PMD) einer zu testenden optischen Vorrichtung, welche eine Faser sein kann oder eine optische Komponente. PMD ist eine grundlegende Eigenschaft einer optischen Single-Mode Faser und Komponenten, in welchen Signalenergie zu einer gegebenen Wellenlänge aufgelöst wird in zwei orthogonale Polarisations- Modi von leicht unterschiedlicher Übertragungsgeschwindigkeit. Der resultierende Unterschied in der Übertragungszeit zwischen den Polarisations- Modi wird Differentialgruppenverzögerung (DGD) genannt. Die Bezeichnung PMD wird verwendet, um das physikalische Phänomen im allgemeinen zu bezeichnen und den Haupt-, oder erwarteten, DGD-Wert im besonderen. Die Attribute, welche PMD definieren sind DGD sowie die Hauptpolarisationsstati (PSP). Beide sind generell Wellenlängenfunktionen in Single-Mode Fasersystemen. In Fasern, welche Random-Koppeln darstellen, skaliert PMD mit der Quadratwurzel der Faserlänge. Fasern gemäß Stand der Technik können jedoch limitiert sein auf wenige Zehntel von Picosekunden von DGD pro Kilometer. Zusätzlich können Komponenten nach Stand der Technik für solche Faserkommunikationssysteme nur Zehntel von Picosekunden von DGD darstellen.
PMD verursacht eine Reihe schwerwiegender Kapazitätsbeeinträchtigungen, inklusive Imputsverbreiterungen. In diesem Zusammenhang ähneln die Auswirkungen denen der chromatischen Dispersion, es gibt aber einen wichtigen Unterschied. Chromatische Dispersion resultiert aus einer Varation in der Übertragungsverzögerung mit Wellenlängen, verursacht durch das Zusammenspiel von Fasermaterial und Dimensionen, und ist ein relativ stabiles Phänomen. Die gesamte chromatische Dispersion eines Kommunikationssystem kann berechnet werden mit der Summe der Teile und Ort und Wert der Dispersionskompensation kann im voraus geplant werden. Im Gegensatz dazu ist die PMD einer optischen Singe-Mode Faser zu keinem gegebenen Wellenlängensignal stabil, was Kommunikationssystemdesigner dazu zwingt, die Auswirkungen von PMD statistisch vorherzusagen, und passive Kompensation unmöglich macht. Darüber hinaus wird PMD ein limitierender Faktor, nachdem die chromatische Dispersion genügend reduziert wurde. Dies kommt daher, dass die zunehmende Bitrate der Faserkommunikationssysteme nach Stand der Technik, deren Bitraten bis zu 40 Gbit/s pro Kanal erreichen, PMD, d. h. den Hauptwert von DGD der Faser über Wellenlänge und Zeit, auch erwarteter Wert genannt, und dessen Wert 20 ps erreichen kann, in den Bereich von Bitauflösungen eines solchen 40 Gbit/s Kommunikationssystem bringt.
Zusätzlich sind in den Kommunikationssystemen nach Stand der Technik Komponenten oft in Kaskaden eingeführt, z. B. durch Einführen einer Kaskade von einer großen Anzahl von Bragg-Gittern in den Fasern. Auch wenn die einzelne Komponente einer solchen Kaskade nur Zehntel von Picosekunden von DGD darstellen kann, kann die gesamte Kaskade DGDs darstellen, welche die Auflösung der Übertragungsrate erreichen. Daher wird es immer notwendiger, in der Lage zu sein, exakte Information über die PMD jeder einzelnen Komponente zu erhalten.
Das zuvor genannte Problem hat die Entwicklung von vielen Messverfahren zum Messen der PMD angeregt. Im folgenden sollen einige Verfahren der genannten Verfahren diskutiert werden.
In dem PMD-Messverfahren mit festem Analysator wird die PMD statistisch bestimmt von einer Anzahl von Spitzenwerten und Abnahmen in der optischen Energieübertragung durch einen Polarisator, wenn die Wellenlänge gescannt wird. Ein Polarisator plaziert direkt vor einem Detektor gilt als Analysator, daher der Name des Verfahrens. Die Antwort des festen Analysators kann Fourier transformiert werden, um ein Spektrum hervorzubringen, welches Einsicht gibt in den Grad von Mode Koppeln und das Berechnen von PMD erlaubt mit einem Gaußschen Fit oder einem Zweiten-Moment-Algorithmus. Der Nachteil des Verfahrens mit festem Analysator besteht darin, dass es nicht möglich ist, die PMD von Komponenten zu messen, welche Bandbreiten aufweisen, die kleiner sind als die Variation in der optischen Energieübertragung über die Wellenlänge.
Ein anderes Verfahren ist das interferometrische Verfahren, welches die PMD bestimmt von einer Auto-Korrelationsfunktion eines elektrischen Feldes unter Verwendung einer Breitbandquelle. Der PMD-Wert wird berechnet mit einem Algorithmus basierend auf dem zweiten Moment. Der Nachteil bei diesem Verfahren ist, dass es lediglich exakte Werte der PMD generiert, wenn die PMD verursacht wird durch reine Doppelbrechung. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, brauchbare PMD-Werte zu liefern, wenn die PMD wellenlängenabhängig ist.
Ein weiteres Verfahren ist der sogenannte Poincaré Bogen oder SOP (State of Polarization - Polarisationsstatus) Verfahren. Diese Methode verwendet einen Polarimeter zum Ermitteln des Bogens, der auf der Poincare Sphäre durch die Output Polarisation der Testvorrichtung über eine Reihe von Wellenlängenanstiegen gezeichnet wird. Wenn das polarisierte Licht jedoch durch Zufall gekoppelt wird an den Hauptstatus der Polarisation der Testvorrichtung, kann die PMD nicht gemessen werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass ein hochauflösender Polarimeter benötigt wird, und solche Polarimeter sind normalerweise sehr teuer. Darüber hinaus kann mit diesem Verfahren die chromatische Dispersion nicht gemessen werden.
Ein weiteres Verfahren ist das sogenannte Jones-Matrix Eigen-Analyse oder JME Verfahren. Dieses Verfahren bestimmt DGD und PSP als Wellenlängenfunktionen von Messungen der Transmissionsmatrix bei einer Reihe von Wellenlängen. Auch dieses Verfahren verwendet einen teuren Polarimeter und gibt keine Information über die chromatische Dispersion.
Schließlich sind Verfahren bekannt, welche PMD mehr oder weniger auf einem direkten Weg messen. Diese Verfahren, z. B. das Modulationsphasenverfahren und das Impuls-Verzögerungsverfahren bestimmen PMD mit Messungen des Wechsels der Modulationsphase und des Wechels der Impulsankunftzeit zwischen den Hauptpolarisationszuständen. Der Nachteil dieser Verfahren ist die Impulsformabhängigkeit der Ergebnisse.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Bestimmung der Eigenschaften einer zu testenden optischen Vorrichtung zu liefern, und vorzugsweise Startwerte zu liefern zum Berechnen von PMD, was erlaubt, zumindest einige der zuvor genannten Probleme zu vermeiden. Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, transmittive Eigenschaften abzuleiten, z. B. die PMD der zu testenden Vorrichtung (DUT) nur durch Bestimmen der Elemente der Jones Matrix der DUT ohne Notwendigkeit der Verwendung eines teuren Polarimeters, sowie die Möglichkeit, gleichzeitig die chromatische Dispersion der DUT zu messen. Darüber hinaus ist es möglich, zusätzliche Informationen von der abgeleiteten Jones Matrix der DUT abzuleiten, da die Jones Matrix auch Informationen enthält über die hauptsächlichen Polarisationsstati (PSP) und den polarisationsabhängigen Verlust (PDL) der DUT. Damit können also alle zuvor genannten Probleme des Stands der Technik durch die vorliegende Erfindung vermieden werden.
Der Begriff "kohärent" in dieser Anwendung bedeutet, dass die Kohärenzlänge des Lichtstrahls größer ist als die Differenz der Länge der Pfade des ersten und zweiten beziehungsweise des fünften und sechsten Lichtstrahls.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, weist die Vorrichtung einen ersten Mach-Zehnder Interferometer auf, wobei ein Polarisations-Setting-Tool im Messarm plaziert wird, so dass das Laserlicht koppelt an die DUT mit einer definierten Polarisation. Diese Polarisationsrichtung wird dann definiert als x- Achse des Koordinatensystems der Jones-Matrix-Rechnung. Dementsprechend können die ersten beiden Elemente der Jones Matrix einfach abgeleitet werden. In einem zweiten Lauf des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die beiden anderen Elemente der Jones Matrix abgeleitet mit demselben Interferometer durch Wechseln der Polarisationsrichtung des Lichtstrahls verbunden mit der DUT. Zur einfachen Evaluierung der Ergebnisse wird die Polarisation vorzugsweise in eine orthogonale - bezogen auf die vorhergehende - Polarisation abgeändert. In diesem Zusammenhang ist die initiale Polarisation zusätzlich vorzugsweise eine lineare und die geänderte Polariation wird um 90º - bezogen auf die initiale Polarisation - geändert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein zweiter Mach-Zehnder Interferometer parallel zum ersten. In diesem zweiten Interferometer wird derselbe kohärente Laserstrahl der Laserquelle gekoppelt durch einen Strahlteiler vor diesen beiden Interferometern. Mit Hilfe des zweiten Interferometers, welcher ein Referenzinterferometer ohne eine optische Vorrichtung in seinem Messarm ist, können jegliche Nichtlinearitäten in den delektierten Energien der resultierenden Strahlen des ersten Interferometers, verursacht durch eine Nicht-Linearität in der Scanning-Geschwindigkeit beim Scannen der Frequenz der Laserfrequenz, eliminiert werden.
Andere vorteilhafte Ausführungen werden in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Es ist klar, dass die Erfindung unterstützt werden kann durch eines oder mehrere passende Softwareprogramme, welche gespeichert werden können oder anderweitig zur Verfügung gestellt durch jede Art von Datenträger und welche ausgeführt werden können in oder durch jede passende Datenverarbeitungseinheit.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aufgaben und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden gewürdigt und besser verständlich durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise skaliert, der Schwerpunkt liegt auf einer deutlichen Darstellung der Grundzüge der vorliegenden Erfindung. Züge, die im wesentlichen oder funktional gleich oder ähnlich sind werden durch dieselben Referenzzeichen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung der Vorrichtung der Erfindung;
Fig. 2 zeigt zwei Graphen, die PSP Gruppenverzögerung mit DGD vergleichen, und
Fig. 3 zeigt zwei Graphen, die PSP Gruppenverzögerung mit DGD vergleichen ohne zu testende optische Vorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Zeichnungen sollen nun im Detail erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführung einer Vorrichtung 1 zur interferometrischen Bestimmung der frequenzabhängigen Jones-Matrix einer zu testenden optischen Übertragungsvorrichtung (DUT) 2 mit zwei Ausgängen (Ports) gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 und das entsprechende Verfahren wie im folgenden beschrieben werden vom Erfinder als das beste Verfahren erachtet zum Ausführen der Erfindung. Durch die Vorrichtung 1 gezeigt in Fig. 1, wird die DUT 2, welche eine optische Komponente ist und Faser sein kann, ein Bragg-Gitter oder jede andere optische Komponente oder sogar Luft, charakterisiert durch ihre chromatische Dispersion oder ihre PMD.
Die Vorrichtung 1 weist als Signalquelle einen durchstimmbaren Laser 4 auf, welcher kontinuierlich durchgestimmt werden kann im Hinblick auf die Frequenz. Der Laser 4 emittiert einen kohärenten Laserstrahl 6. Der Laserstrahl 6 wird gekoppelt an einen ersten Strahlteiler 8, der den kohärenten Laserstrahl 6 teilt in einen ersten Strahl 10 und einen zweiten Strahl 12. Der erste Strahl 10 wird gekoppelt an einen zweiten Strahlteiler 14. Der zweite Strahl 12 wird gekoppelt an einen dritten Strahlteiler 16. Der zweite Strahlteiler 14 teilt den ersten Laserstrahl 10 in einen dritten Laserstrahl 18 und einen vierten Laserstrahl 20. Der dritte Strahlteiler 16 teilt den zweiten Laserstrahl 12 in einen fünften Laserstrahl 22 und einen sechsten Laserstrahl 24.
Der dritte Laserstrahl 18 wird gekopplet an einen Polarisationscontroller 26 (der ein Hewlett-Packard HP8169A) mit drei Untereinheiten 26a, 26b und 26c. Nach Durchlaufen des Polarisationscontrollers 26, wird der Laserstrahl (nun mit 19 bezeichnet) polarisiert und gekoppelt an die DUT 2. Nach Durchlaufen der DUT 2, wird der polarisierte Laserstrahl 19 wieder mit dem vierten Laserstrahl 20 zusammengeführt. Der vierte Laserstrahl 20 hat vom zweiten Strahlteiler 14 bis zum vierten Strahlteiler 28 eine andere optische Distanz durchlaufen (z. B. mehrere Meter) im Vergleich zum dritten Laserstrahl 18 und dem polarisierten Laserstrahl 19.
Beim vierten Strahlteiler 28 werden der polarisierte Laserstrahl 19 und der vierte Laserstrahl 20 überlagert zum Erzeugen von Interferenz zwischen dem polarisierten Laserstrahl 19 und dem vierten Laserstrahl 20 resultierend in dem ersten überlagerten Laserstrahl 30. Der erste überlagerte Strahl 30 wird dann gekoppelt an einen Polarisationsstrahlteiler 32, welcher den Strahl 30 in einen siebten Strahl 34 und einen achten Strahl 36 aufteilt. Strahl 34 wird dann gekoppelt an eine erste Photodiode 38. Der Strahl 36 wird gekoppelt an eine zweite Photodiode 40. Der Polarisationsstrahlteiler 32, die erste Photodiode 38 und die zweite Photodiode 40 stellen einen Polarisationsdiversitätsempfänger. Die erste Photodiode 38 und die zweite Photodiode 40 übermitteln ihre Outputs an einen analog/digital Konverter (ADC) 42 (welcher ein Nationalinstrument AT-MIO-16DE-10 sein kann) verbunden mit einer Evaluierungseinheit (nicht gezeigt) zum Evaluieren der delektierten Daten.
Der Strahlteiler 14, der dritte Laserstrahl 18 und der polarisierte Laserstrahl 19, der vierte Laserstrahl 20 und vierte Strahlteiler 28 stellen einen Mach-Zehnder Interferometer 44. Der dritte Laserstrahl 18 und der polarisierte Laserstrahl 19 stellen einen Messarm des Mach-Zehnder Interferometers 44. Der vierte Laserstrahl 20 stellt einen Referenzarm des Mach-Zehnder Interferometers 44. Die DUT 2 ist angeordnet im Messarm des Mach-Zehnder Interferometers 44.
Der fünfte Laserstrahl 22 und der sechste Laserstrahl 24 durchlaufen eine unterschiedliche optische Distanz bevor sie überlagert werden mit einem fünften Strahlteiler 46. Den fünften Strahlteiler 46 verläßt ein zweiter überlagerter Strahl 48, welcher detektiert wird durch eine dritte Photodiode 50. Die dritte Photodiode 50 gibt ein entsprechendes Signal an den analog/digital Konverter (ADC) 42. Der dritte Strahlteiler 16, der fünfte Laserstrahl 22, der sechste Laserstrahl 24 und der fünfte Strahlteiler 46 stellen einen Referenzinterferometer 52 zum Messinterferometer 44. Dieser Referenzinterferometer 52 hilft als Teil der Vorrichtung 1, mögliche Nichtlinearität zu eliminieren in der Zeit des Tuninggradienten des Durchstimmens der Frequenz des Lasers 4. Zu diesem Zweck ist der Output der Photodiode 50 ein Input des ADC 42.
Der ADC 42 erhält damit Informationen über das zeitliche Vorkommen jeglicher Nichtlinearität der Scangeschwindigkeit des Lasers 4. Basierend auf dieser Information kann diese Nichtlinearität von der Evaluierungseinheit subtrahiert werden von den Ergebnissen der Messungen des Messinterferometers 44.
Der durchstimmbare Laser 4 hat einen Trigger-Output 5, welcher Input ist für den ADC 42 zum Auslösen des ADC 42.
Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung funktioniert wie folgt. Durch den Polarisationscontroller 26 erhält der dritte Laserstrahl 18 eine definierte Polarisierung, resultierend in dem polarisierten Laserstrahl 19. Mit dieser definierten Polarisierung wird der polarisierte Laserstrahl 19 gekoppelt an die DDT 2. Nach Durchlaufen der DDT 2 wird der polarisierte Laserstrahl 19 überlagert mit dem vierten Laserstrahl 20, d. h. dem Referenzarm des Mach-Zehnder Interferometers 44. Der resultierende erste überlagerte Strahl 30 wird dann gekoppelt an den Polarisationsstrahlteiler 32 und resultiert im siebten Laserstrahl 34 und dem achten Laserstrahl 36, welche hinsichtlich Magnitude und Phase zwei orthogonale Output-Polarisationen haben.
Diese orthogonalen polarisierten Strahlen 34 und 36 werden delektiert durch die Photodioden 38 und 40, und die jeweiligen Output-Signale der Photodioden 38 und 40 werden empfangen durch den ADC 42. Mit den Signalen empfangen durch den ADC 42 ist die Evaluierungseinheit in der Lage, mit der nachfolgend beschriebenen Rechenmethode die Transmissionsfunktion der DDT 2 zu bestimmen für zwei hinsichtlich Magnitude und Phase orthogonaler Output- Polarisationen. Das ergibt zwei Elemente der Jones-Matrix der DUT 2 durch Folgen der nachfolgend beschriebenen Rechenmethode.
Die fehlenden beiden Elemente der Jones Matrix der DUT 2 erhält man durch Ändern der Polarisation des polarisierten Laserstrahls 19 mit dem Polarisationscontroller 26 und Durchführen der genannten Schritte des Verfahrens gemäß der Erfindung in einem zweiten Durchführen des Verfahrens. Die geänderte Polarisierung des dann resultierenden polarisierten Laserstrahls (nicht dargestellt) ist vorzugsweise orthogonal zur Polarisation des ersten polarisierten Laserstrahls 19 im ersten Durchlauf. Dabei ist es möglich, die beiden fehlenden Elemente der Jones Matrix der DUT 2 zu berechnen. Hat man die gesamte Jones Matrix, ist es sehr einfach DGD, PMD PSP, PDL oder die chromatische Dispersion der DUT 2 abzuleiten.
Um die Bestimmung der Differentialgruppenverzögerung (DGD) durch die Jones Matrix zu erklären, zeigen die folgenden Erklärungen die verwendete Rechenmethode zum Durchführen dieser Bestimmung.
Die Jones Matrix U stellt die Beziehung zwischen den Jones Vektoren beim Input a und dem Output b der DUT 2 dar:
= U(ω)·
Generell beschreibt die Jones Matrix ein doppelbrechendes Element, welches bei einer optischen Frequenz ω zwei Hauptachsen hat mit denen zwei Differentialgruppenverzögerungen τ± assoziiert werden können. Die assoziierten Input und Output Polarisationsstati werden auch als Haupt- oder grundlegende Polarisationsstati (PSP) bezeichnet. Wenn nun U(ω) verwendet wird ist die Differentialgruppenverzögerung (DGD) zwischen den Hauptachsen zu bestimmen. Wenn a± und b± (noch unbekannte) grundlegende Stati bei Input und Output der DUT 2 sind, ist es möglich, folgende Beziehung aufzustellen:
b± = e&spplus;jτ±ω·U· a±
a± und b± sind so zu standardisieren, dass ihre Hauptphase verschwindet: Im {Ex·E } = 0. Die grundlegenden Stati sind in einer ersten Annäherung frequenzunabhängig. Daher findet folgendes Anwendung:
Konversion gibt ein generelles Eigen-Wert Problem:
Der Eigen-Wert ergibt:
λ± = j·ejτ±ω·τ±
Nimmt man die Magnitude der Eigen-Werte, ist es möglich, die Differentialgrupenverzögerung der beiden grundlegenden Stati zu berechnen und damit die DGD.
τ± = λ± , DGD = τ&sbplus; - τ&submin;
Um die Jones Matrix U bestimmen zu können, ist es erforderlich (siehe oben) zwei Teilmessungen durchzuführen mit jeweils orthogonalen Input- Polarisationen a1 und a2 des polarisierten Laserstrahls 19. Wenn diese beiden Input-Polarisationen verwendet werden als Basisverktoren für die Jones-Darstellung, dann würde dies den folgenden Input-Vektoren entsprechen:
Die entsprechenden Output-Vektoren sind wie folgt:
Die Symbole umn bezeichnen in diesem Fall die vier Elemente der Jones Matrix. Das Licht 20 aus dem Referenzarm kann durch den folgenden Jones Vektor beschrieben werden:
In diesem Fall bezeichnet τr , die Gruppenverzögerung des Referenzarms 20. Der Einfachheit halber wird nachfolgend angenommen, dass die Energie einförmig verteilt wird durch die beiden Basisstationen und dass es keine relative Phasendifferenz zwischen ihnen gibt (linear polarisiertes Licht fällt mit 45º auf den Polarisationsbeamsplitter 32):
Der Lichteinfall auf die Detektoren erreicht dann durch Überlagerung mit dem Messsignal:
mit
umn = Umnejφmn
Folgendes findet Anwendung im Hinblick auf die delektierten Energien:
Unter der Annahme, dass sich die Magnitude Umn merklich weniger langsam ändert mit Frequenz als cos(φmn + τrω) ist es möglich, sowohl Umn(ω) als auch φmn(ω) zu bestimmen mit dem Interferenzsignal der Detektoren 38,40. Es ist möglich, die Ableitung U(ω) numerisch zu berechnen von der Matrix U(ω) und davon wie oben beschrieben die DGD abzuleiten.
Im Falle realer Messungen treten Fehler auf insbesondere beim Bestimmen der absoluten Phasen von U(ω). In diesem Hinblick kann es vorkommen, dass das Licht des Referenzarms des Polarisationsstrahlteiler 32 nicht linear trifft sondern elliptisch (φ ≠ 0). Zudem ist es problematisch, dass die Messung aus zwei Wellenllängen-Scans der Laserquelle 4 besteht. Aufgrund dieser Unsicherheit ist ein Phasenfehler φa in der ersten Spalte der Jones Matrix U und φb in der zweiten Spalte. Anstelle der Matrix u wird die Matrix gemessen:
Da dies äquivalent ist zu einem upstream-verbundenen oder downstream- verbundenen Polarisationscontroller 26 ändert dies nichts im Hinblick auf die daraus abgeleitete DGD. Die resultierenden grundlegenden Stati sind jedoch unterschiedlich. Daher sind keine weiteren Korrekturen erforderlich zum Bestimmen der DGD.
Als ein erster Versuch, wurde das oben beschriebene Verfahren wie oben beschrieben durch den Erfinder durchgeführt mit der Vorrichtung der Fig. 1 zum Messen als DDT 2 eine Highly-Birefringent Faser (HiBi-Faser) Die Ergebnisse sind in Fig. 2 zu sehen.
In Fig. 2 zeigt die obere Darstellung die Gruppenverzögerung der beiden Hauptachsen. Die Abszisse zeigt die Wellenlänge in nm und die Ordinate die Gruppenverzögerung in ps. Die untere Darstellung zeigt die Differenz zwischen den Gruppenverzögerungen, die DGD in ps über die Wellenlänge in nm. Daraus ist ersichtlich, dass die DGD sehr gut ist bei 10 ps während die absoluten Werte über die Wellenlänge große Fluktuation zeigen. Ein Grund dafür könnte Fabry-Perot Interferenz sein in dem strahlfreien optischen Polarisationscontroller 26, welcher im Messarm zusätzlich zur DUT vorhanden war 8 (siehe Fig. 1). Es ist möglich, unter einigen Umständen, den Polarisationscontroller flussaufwärts vom zweiten Strahlteiler 14 aus zu plazieren, so dass Gruppenverzögerungsfluktuationen keine Rolle mehr spielen. Dies hat jedoch auch Auswirkungen auf die Polarisation im Referenzarm 20, welche dann möglicherweise zu korrigieren ist.
Fig. 3 zeigt eine Messung mit dem oben beschriebenen Verfahren ohne DUT 2 in der Vorrichtung der Fig. 1:
In Fig. 3 zeigt die obere Darstellung die Gruppenverzögerung der beiden Hauptachsen. Die Abszisse zeigt die Wellenlänge in nm und die Ordinate zeigt die Gruppenverzögerung in ps. Die untere Darstellung zeigt die Differenz zwischen den beiden Gruppenverzögerungen, die DGD in ps über die Wellenlänge in nm. Wie erwartet ist die DGB näher bei Null. Es sind jedoch deutliche Abweichungen vom Idealwert zu sehen, was eine Beurteilung der Messgenauigkeit der Vorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung auf wenige Piko-Sekunden genau erlaubt.

Claims

1. Ein Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer zu testenden optischen Vorrichtung (2), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Generieren eines kohärenten Lichtstrahls (6)

- Teilen des Lichtstrahls (6) in einen ersten Lichtstrahl (18, 19) und einen zweiten Lichtstrahl (20),

- Koppeln des ersten Lichtstrahls (18, 19) mit einer gegebenen initialen Polarisierung in die zu testende optische Vorrichtung (2),

- den zweiten Lichtstrahl (20) einen anderen Pfad durchlaufen zu lassen als den ersten Lichtstrahl (18, 19), wobei die Kohärenzlänge des Lichtstrahls (6) größer ist als die Differenz der Pfadlängen des ersten (18, 19) und des zweiten Lichtstrahls,

- Überlagern des ersten (18, 19) und des zweiten Lichtstrahls (20), um Interferenz zwischen dem ersten Lichtstrahl (18, 19) und dem zweiten Lichtstrahl (20) in einem daraus resultierenden überlagerten Lichtstrahl (30) zu erzeugen,

- Teilen des überlagerten Lichtstrahls (30) polarisierungsabhängig in einen dritten Lichtstrahl (34) und einen vierten Lichtstrahl (36),

- kontinuierliches Delektieren der Energie des dritten Lichtstrahls (34) und des vierten Lichtstrahls (36) als eine Frequenzfunktion, wenn die Frequenz des kohärenten Lichtstrahls (6) durchgestimmt wird von einem Minimum zu einem Maximum eines vorgegebenen Frequenzbereichs, und

- Ableiten transmittiver Eigenschaften der zu testenden optischen Vorrichtung von der Frequenzabhängigkeit der delektierten Energien.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1 mit zusätzlich folgendem Schritt:

- Ableiten von Elementen der Jones Matrix für die zu testende optische Vorrichtung von der Frequenzabhängigkeit der delektierten Energien.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit zusätzlich folgenden Schritten:

- Ändern der initialen Polarisierung des ersten Lichtstrahls (18, 19) im Hinblick auf die gegebene initiale Polarisierung in eine geänderte Polarisierung,

- Durchführen der Schritte nach Anspruch 1 ein zweites Mal mit der geänderten Polarisierung.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der oben genannten Ansprüche mit zusätzlich folgendem Schritt:

- Polarisieren des ersten Lichtstrahls (18, 19) nach Teilung des kohärenten Lichtstrahls (6).

5. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2-3, mit zusätzlich folgendem Schritt:

- Polarisieren des kohärenten Lichtstrahls (6) vor dessen Teilung.

6. Das Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4-5, mit zusätzlich folgendem Schritt:

- Ändern der initialen Polarisierung des ersten Lichtstrahls (18, 19) in eine orthogonale Polarisierung.

7. Das Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4-6, mit zusätzlich folgendem Schritt:

- aus der gegebenen initialen Polarisierung eine lineare Polarisierung zu machen.

8. Das Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4-7 mit zusätzlich folgenden Schritten:

- Teilen des kohärenten Lichtstrahls (6) in einen ersten initialen Lichtstrahl (10) und einen zweiten initialen Lichtstrahl (12),

- Durchführen der Schritte nach Anspruch 1 mit dem ersten initialen Lichtstrahl (10),

- Teilen des zweiten initialen Lichtstrahls (12) in einen fünften Lichtstrahl (22) und einen sechsten Lichtstrahl (24),

- Überlagern des fünften (22) und des sechsten Lichtstrahls (24), nachdem jeder Lichtstrahl (22, 24) einen anderen Pfad durchlaufen hat, um Interferenz zu erzeugen zwischen dem fünften (22) und dem sechsten (24) Lichtstrahl in einem resultierenden überlagerten Lichtstrahl (48), wobei die Kohärenzlänge des Lichtstrahls (6) größer ist als die Längendifferenz der Pfade des fünften (22) und des sechsten (24) Lichtstrahls,

- kontinuierliches Delektieren der Energie des resultierenden überlagerten Lichtstrahls (48) als eine Frequenzfunktion, wenn die Frequenz des kohärenten Lichtstrahls (6) von einem Minimum zu einem Maximum eines vorgegebenen Frequenzbereichs durchgestimmt wird,

- Delektieren einer Nicht-Linearität in einer Tuning-Gradienten-Frequenz, wenn die Frequenz des kohärenten Lichtstrahls (6) vom Minimum zum Maximum eines vorgegebenen Frequenzbereichs durchgestimmt wird;

- bei Delektieren einer Nicht-Linearität, Verwenden dieser Nicht- Linearitäts-Information zum Kompensieren von Auswirkungen auf die delektierten Energien des dritten (34) und des vierten (36) Lichtstrahls, verursacht durch die Nicht-Linearität.

9. Das Verfahren nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4-8, mit zusätzlich mindestens einem der folgenden Schritte:

- Ableiten des Polarisierungs-Dispersions-Modus (PMD) der zu testenden Vorrichtung (2) von den abgeleiteten Jones Matrix Elementen der zu testenden Vorrichtung (2),

- Ableiten der chromatischen Dispersion der zu testenden Vorrichtung (2) von den abgeleiteten Jones Matrix Elementen der zu testenden Vorrichtung (2),

- Ableiten der hauptsächlichen Polarisierungszustände (PSP) der zu testenden Vorrichtung (2) von den abgeleiteten Jones Matrix Elementen der zu testenden Vorrichtung (2),

- Ableiten des polarisierungsabhängigen Verlustes (PDL) der zu testenden Vorrichtung (2) von den abgeleiteten Jones Matrix Elementen der zu testenden Vorrichtung (2).

10. Eine Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften einer zu testenden optischen Vorrichtung (2), aufweisend:

einen ersten Strahl-Teiler (14) geeignet zum Teilen eines kohärenten Lichtstrahls (6) in einen ersten Lichtstrahl (18, 19) durchlaufend einen ersten Pfad und einen zweiten Lichtstrahl (20) durchlaufend einen zweiten Pfad, wobei die zu testende optische Vorrichtung (2) in diesem ersten Pfad angeordnet ist, zum Koppeln in den ersten Lichtstrahl (18, 19) mit einer gegebenen initialen Polarisierung, und die Kohärenzlänge des Lichtstrahls(6) größer ist als die Differenz der Pfadlängen des ersten (18, 19) und des zweiten (20) Lichtstrahls,

einen zweiten Strahl-Teiler (28) in dem ersten und dem zweiten Pfad zum Überlagen des ersten (18, 19) und des zweiten Lichtstrahls (20), nachdem der zweite Lichtstrahl (20) einen anderen Pfad durchlaufen hat als der erste Lichtstrahl (18, 19), um Interferenz zu erzeugen zwischen dem ersten Lichtstrahl (18, 19) und dem zweiten Lichtstrahl (20) in einem resultierenden überlagerten Lichtstrahl (30), der einen resultierenden Pfad durchläuft,

einen Polarisierungs-Strahl-Teiler (PBS) (32) im resultierenden Pfad zum Teilen des überlagerten Lichtstrahls (30) polarisierungsabhängig in einen dritten Lichtstrahl (34) durchlaufend einen dritten Pfad und einen vierten Lichtstrahl (36) durchlaufend einen vierten Pfad,

einen ersten Energie-Detektor (38) im dritten Pfad zum kontinuierlichen Delektieren der Energie des dritten Lichtstrahls 34 als eine Frequenzfunktion, wenn die Frequenz des kohärenten Lichtstrahls (6) durchgestimmt wird von einem Minimum zu einem Maximum eines gegebenen Frequenzbereichs,

einen zweiten Energie-Detektor (38) im vierten Pfad zum kontinuierlichen Delektieren der Energie des vierten Lichtstrahls (36) als eine Frequenzfunktion, wenn die Frequenz des kohärenten Lichtstrahls (6) durchgestimmt wird von einem Minimum zu einem Maximum eines gegebenen Frequenzbereichs,

eine Evaluierungseinheit zum Ableiten transmittiver Eigenschaften der zu testenden optischen Vorrichtung (2) von der Frequenzabhängigkeit der delektierten Energien.

11. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, aufweisend eine Evaluierungseinheit zum Ableiten von Elementen der Jones Matrix der zu testenden optischen Vorrichtung (2) von der Frequenzabhängigkeit der delektierten und konvertierten Energien.

12. Die Vorrichtung nach Anspruch 10 Oder 11, wobei der erste Strahlteiler (14) und der zweite Strahlteiler (28), die Polarisierungs-Strahl-Teiler (PBS) (32), der erste Energie-Detektor (38) und der zweite Energie-Detektor (38) einen ersten Mach-Zehnder Interferometer (44) liefern.

13. Die Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11-12 mit zusätzlich einem Polarisierungs-Festlegungs-Mittel (26), positioniert im ersten Pfad zum Polarisieren des ersten Lichtstrahls (18, 19) in der gegebenen initialen Polarisierung.

14. Die Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Polarisierungs-Festlegungs-Mittel (26) positioniert ist im Pfad des kohärenten Lichtstrahls (6) vor dem ersten Strahl-Teiler (14).

15. Die Vorrichtung nach Anspruch 12 oder einem der Ansprüche 13-14, wobei das Polarisierungs-Festlegungs-Mittel (26) den entsprechenden Strahl (6, 18) linear polarisiert.

16. Die Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11-15, mit zusätzlich:

- einem dritten Strahl-Teiler (8) im Pfad des kohärenten Lichtstrahls (6) zum Teilen des kohärenten Lichtstrahls (6) in einen ersten initialen Lichtstrahl (10) durchlaufend einen ersten initialen Pfad und einen zweiten initialen Lichtstrahl (12) durchlaufen einen zweiten initialen Pfad,

- einem vierten Strahlteiler (16) im zweiten initialen Pfad zum Teilen des zweiten initialen Lichtstrahls (12) in einen fünften Lichtstrahl (22) durchlaufend einen fünften Pfad und einen sechsten Lichtstrahl (24) durchlaufend einen sechsten Pfad, wobei die Kohärenzlänge des Lichtstrahls (6) größer ist als die Längendifferenz der Pfade des fünften (22) und sechsten (24) Lichtstrahls,

- einem fünften Strahl-Teiler (46) im fünften und sechsten Lichtstrahl zum Überlagern des fünften (22) und des sechsten Lichtstrahls (24), nachdem jeder Lichtstrahl (22, 24) einen anderen Pfad durchlaufen hat, um Interferenz zu erzeugen zwischen dem fünften (22) und sechsten (24) Lichtstrahl in einem resultierenden überlagerten Lichtstrahl (28), der einen zweiten resultierenden Pfad durchläuft,

- einem dritten Energie-Detektor (50) im resultierenden zweiten Pfad zum kontinuierlichen Detektieren der Energie des resultierenden Lichtstrahls (48) als Frequenz-Funktion, wenn die Frequenz des kohärenten Lichtstrahls (6) durchgestimmt wird von einem Minimum zu einem Maximum eines gegebenen Frequenzbereichs, ein Ausgang des Energie- Detektors (50) ist verbunden durch analog/digital Konverter (42) mit der Evaluierungs-Einheit zum Detektieren jeder Nicht-Linearität in einer Tuning-Gradienten-Frequenz, wenn die Frequenz des kohärenten Lichtstrahls (6) durchgestimmt wird von einem Minimum zu einem Maximum eines gegebenen Frequenzbereichs, und wenn die Evaluierungseinheit eine Nicht-Lineariät detektiert, die Evaluierungseinheit diese detektierte Nicht-Linearitäts-Information verwendet zum Kompensieren von Auswirkungen auf die delektierten Energien des dritten (34) und des vierten (36) Lichtstrahls verursacht durch diese Nicht-Linearität.

17. Die Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11-12 mit zusätzlich:

einer einstellbaren Lichtquelle (4) zum Generieren des kohärenten Lichtstrahls (6).

18. Die Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem der Ansprüche 11-12 mit zusätzlich:

einem analog/digital-Konverter (ADC) (42) verbunden mit einem Ausgang der ersten Detektors (38) und verbunden mit einem Ausgang des zweiten Detektors (40) zum Konvertieren der empfangenen analogen Daten in digitale Daten,

wobei die Evaluierungseinheit die transmittiven Eigenschaften der zu testenden optischen Vorrichtung (2) ableitet von der Frequenzabhängigkeit der delektierten und konvertierten Energien.