DE69800492T2

DE69800492T2 - Prüfvorrichtung für optische Komponenten

Info

Publication number: DE69800492T2
Application number: DE69800492T
Authority: DE
Inventors: Edgar Leckel; Helmut Sennewald; Carsten Suess
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: JP2000035376A; EP0905490B1; US6538778B1; EP0905490A1; DE69800492D1

Description

DER ERFINDUNG ZUGRUNDE LIEGENDER ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften eines optischen Bauelements.
Bei der Messung von optischen Bauelementen müssen verschiedene Anforderungen erfüllt werden, die im Allgemeinen von der Art des Bauelements und seiner spektralen Bandbreite abhängen. Ein Pumpkoppler am Eingang eines optischen Verstärkers beispielsweise kann eine spektrale Bandbreite von 50 nm oder mehr haben, wohingegen ein Demultiplexer für das Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM) eine spektrale Bandbreite von nur 0,2 nm für jeden seiner Kanäle haben kann. Insbesondere moderne optische Bauelemente wie zum Beispiel WDM-Bauelemente oder Bauelemente für dichtes Wellenlängenmultiplexen (DWDM) können einen Eingang und mehrere Ausgänge bereitstellen, wobei jeder Ausgang andere Eigenschaften in Bezug auf die durchgelassene Wellenlänge hat. Zur Messung eines solchen Bauelements sind häufig mehrere tausend Messpunkte je Ausgang notwendig, die mit jeweils einem Leistungsmesser gemessen werden, damit die erforderliche Eigenschaft erreicht wird, wobei die Leistungsmesser die Messpunkte synchron erfassen müssen.
Bekannte Messplätze (vgl. beispielsweise "Fiber optic test and measurement" von Dennis Derickson, ISBN 0-13-534330-5, Seiten 358 bis 382) zur Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften von optischen Bauelementen basieren normalerweise auf einer abstimmbaren Laserquelle in Verbindung mit einem Wellenlängenmesser, einem Nachlauffilter und einem optischen Leistungsmesser (siehe Seite 360 des angeführten Buches), und ihr Anschluss erfolgt über Standardschnittstellen (z. B. HPIB). Anstelle einer abstimmbaren Laserquelle kann eine Breitbandlichtquelle zusammen mit einem optischen Spektrumanalysator (siehe Seite 368f des angeführten Buches) verwendet werden, im Gegensatz zu der abstimmbaren Laserquelle (ungefähr 10&supmin;&sup6; nm) jedoch mit einer begrenzten Auflösungsbandbreite (ungefähr 0,1 ... 0,05 nm).
Die Europäische Patentanmeldung EP-A-453 176 legt ein optisches Fehlersuchgerät offen, das die Impulsbreite des Testsignals optimiert, welches durch einen Lichtwellenleiter übertragen wird. Das Fehlersuchgerät ist ein Rückstreumessgerät (OTDR), das über eine Laserquelle zur Bereitstellung eines Stimulussignals und eine Antworteinheit zum Empfang einer Antwort auf das Stimulussignal verfügt. Sowohl die Laserquelle als auch die Antworteinheit können von einem Mikroprozessor gesteuert werden.
Die Europäische Patentanmeldung EP-A-548 935 legt eine Vorrichtung zur Messung des tatsächlichen Brechungsindex in Lichtwellenleitern offen. Die Vorrichtung umfasst eine abstimmbare Laserquelle, um dem optischen Bauelement ein Stimulussignal zuzuführen, und einen Empfänger, um von dem optischen Bauelement eine Antwort auf das Stimulussignal zu empfangen. Eine Steuereinheit ist mit der abstimmbaren Laserquelle und dem Empfänger verbunden, um deren Arbeitsweise zu steuern.
Die US-Patentschrift US-A-5 644 417 legt ein automatisches System offen, das dazu dient, den von den Sendedaten abhängigen Jitter von elektrooptischen Modulen zu messen. Das System umfasst eine Laserquelle, einen Empfänger, um Antworten auf die Lasersignale zu empfangen, und einen PC, um das System zu steuern.
Die US-Patentschrift US-A-4 664 522 legt einen Lichtwellenleiter Spektrumanalysator offen, der von einer externen Quelle Licht empfängt, das sich an einem Gitter zu einem Paar Detektoren gebeugt wird. Die Daten von den Detektoren werden von einem Rechner verarbeitet und ausgewertet.
Bei sowohl dem einen als auch dem anderen Messplatz ist von Nachteil, dass bei diesen oft sehr komplexen und kostenintensiven Messplätzen im Allgemeinen entweder die Messgeschwindigkeit oder die Messgenauigkeit oder gar beides beschränkt ist und sie somit zur Ermittlung der Eigenschaften von modernen optischen Bauelementen nicht angewendet werden können oder dafür nicht ausreichend sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Messplatz zur Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften von optischen Bauelementen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird von einer Prüfvorrichtung für optische Bauelemente und einem entsprechenden Verfahren zur Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften eines optischen Bauelements nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung ermöglicht die Trennung von Operationen in der Prüfvorrichtung in zeitkritische und zeitunkritische Operationen und verbessert auf diese Weise die Verarbeitungsgeschwindigkeit und das Zeitverhalten. Erreicht wird dies mit Hilfe von einem Mikrocontroller, der an einen speziellen Signalprozessor angeschlossen ist, welcher für die Verarbeitung aller zeitkritischen Operationen in der Prüfvorrichtung verantwortlich ist.
Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung für optische Bauelemente stellt im Vergleich zu den Messplätzen, die dieselbe oder eine ähnliche Messgeschwindigkeit und/oder Messgenauigkeit bieten, einen weniger komplexen und kostengünstigeren Messplatz bereit. Außerdem lässt sich mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung für optische Bauelemente eine höhere Leistungsfähigkeit erzielen, da sie aufgrund einer verbesserten Abstimmung der Funktionseinheiten und der zentralen Steuerung durch die Zentraleinheit eine höhere Messgeschwindigkeit und/oder Messgenauigkeit zur Ermittlung der Eigenschaften von modernen optischen Bauelementen bietet. Sowohl die Konfiguration und Änderungen an der Prüfvorrichtung als auch die Verarbeitung und das Aussenden von Triggersignalen können von der Steuereinheit zentral durchgeführt werden.
Die Erfindung macht es außerdem möglich, die Prüfvorrichtung für optische Bauelemente als schlüsselfertige Lösung in einer Betriebsart bereitzustellen, in der die Prüfvorrichtung unmittelbar nach dem Einschalten betriebsbereit ist, so dass eine kostspielige Einstellung einzelner Komponenten nicht notwendig ist. Die Firmware und die Benutzerschnittstelle können an die jeweiligen Anwendungsbedürfnisse (Verwendungszwecke) angepasst werden. Darüber hinaus kann die Prüfvorrichtung für optische Bauelemente als Systemeinheit ausgeführt werden und stellt damit in Bezug auf den Platzbedarf und die Kosten eine wirtschaftliche Lösung dar.
Die Triggerung der Funktionseinheiten in der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente und/oder der externen Einheiten kann über eine flexible Triggereinheit erfolgen, die vorzugsweise softwaregesteuert ist.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Prüfvorrichtung für optische Bauelemente einen Wellenlängenmesser und/oder einen Abschwächer als Funktionseinheiten. Indem ein Ausgang der abstimmbaren Laserquelle direkt mit einem Eingang des Wellenlängenmessers und/oder einem Eingang des Abschwächers verbunden wird, stellt ein Ausgang des Abschwächers einen verbesserten externen Ausgang bereit, um das Stimulussignal an das optische Bauelement anzulegen. Im Hinblick auf einen Messplatz, der einzelne in der Technik bekannte Komponenten umfasst, lassen sich auf diese Weise eine höhere optische Leistung am Ausgang und in den meisten Fällen eine höhere Leistungsfähigkeit der Laserquelle aufgrund eines höheren Amplitudengangs über der Wellenlänge erzielen.
Die abstimmbare Laserquelle ist vorzugsweise als rauscharme abstimmbare Laserquelle ausgeführt, wie sie von demselben Anmelder in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 97121649.4 offen gelegt wurde. Außerdem ist der Wellenlängenmesser vorzugsweise so ausgeführt, wie er von demselben Anmelder in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 97107247.5 (veröffentlicht als EP-A-0875743) offen gelegt wurde, der schnelle Messungen nach dem Ansteuer- und Antwortverfahren mit einer Wellenlängenauflösung von < 0,05 nm in Verbindung mit einer hohen Dynamik erlaubt.
Weitere Verbesserungen können erzielt werden, indem die (Vorab-)Kalibrierdaten und/oder die Konfigurationsdaten in die Steuereinheit geladen werden, wodurch langwierige Kalibrierungen der Funktionseinheiten vermieden werden, wobei die Daten vorzugsweise bei Bedarf gespeichert und abgerufen werden.
Ein Stimulus und/oder ein Durchlauf der Ansprech-Wellenlänge wird vorzugsweise entweder in einer Betriebsart mit linearen Wellenlängen durch Verwendung des Wellenlängenmessers durchgeführt, um die Abstimmung der linearen Wellenlängen der abstimmbaren Laserquelle sicherzustellen, oder in einer Betriebsart mit gleichbleibender Geschwindigkeit, indem die abstimmbare Laserquelle von einer ersten Wellenlänge auf eine zweite Wellenlänge umgeschaltet wird, wobei der Wellenlängenmesser die Wellenlänge an jedem Messpunkt misst. Letztere Betriebsart ist schneller, da zwischen der abstimmbaren Laserquelle und dem Wellenlängenmesser keine Wellenlängen- Korrekturschleife notwendig ist.
Es ist klar, dass (als Beispiel außerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche) die abstimmbare Laserquelle unabhängig von den Antworteinheiten auch nur als Quelle verwendet werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und viele der mit ihr verbundenen Vorteile lassen sich durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstehen und ohne weiteres als vorteilhaft erkennen, wenn man diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet, in denen:
Fig. 1 ein Hauptblockschaltbild einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung für optische Bauelemente ist und
Fig. 2 eine Ausführungsform der Triggereinheit 200 zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 ist ein Hauptblockschaltbild einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10. Die Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10 umfasst eine abstimmbare Laserquelle 20, einen Wellenlängenmesser 30 und einen Abschwächer 40, die alle entweder über einen gewöhnlichen Bus (nicht gezeigt) oder über getrennte Datenbusse 50A, 50B und 50C mit einer Steuereinheit 60 verbunden sind. Die Steuereinheit 60 ist entweder über den gewöhnlichen Bus (nicht gezeigt) oder über einen getrennten Bus 70 mit einer oder mehr Antworteinheiten 80A ... 80Z verbunden. Der Begriff "Bus" in der hier verwendeten Weise kann eine beliebige Art einer geeigneten, in der Technik bekannten Verbindung darstellen.
Die Steuereinheit 60 steuert die Arbeitsweise der Funktionseinheiten wie der abstimmbaren Laserquelle 20, des Wellenlängenmessers 30, des Abschwächers 40 und der Antworteinheiten 80A ... 80Z in der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10. Darüber hinaus unterstützt die Steuereinheit 60 die Kommunikation zwischen den Funktionseinheiten und stellt Informationen für die Interaktion der Funktionseinheiten wie zum Beispiel Konfigurations- oder Triggerinformationen bereit.
Die Architektur der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10, bei der jede Funktionseinheit über einen Bus mit der Steuereinheit 60 verbunden ist, gestattet es, alle Funktionseinheiten als (räumlich) austauschbare Module zu realisieren, d. h., die einzelnen Funktionseinheiten haben keinen festen Standort. Wenn die Funktionseinheiten dieselben Außenabmessungen haben, können der Standort von beispielsweise der abstimmbaren Laserquelle 20 und der Standort des Wellenlängenmessers 30 ausgetauscht werden. Falls mehr als eine Laserquelle benötigt wird, zum Beispiel, um das bekannte Zeitbereichlösch-(TDE-)Verfahren anzuwenden, um einen erbiumdotierten Lichtwellenleiter-Verstärker (EDFA) zu testen, können außerdem eine oder mehrere von den Antworteinheiten 80A ... 80Z gegen weitere Laserquellen ausgetauscht werden. Dementsprechend können andere zusätzliche Funktionseinheiten aufgenommen werden.
Es sollte sich von selbst verstehen, dass der Wellenlängenmesser 30 und der Abschwächer 40 für den Zweck der Erfindung nicht unbedingt notwendig sind, aber für bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung entweder allein oder gemeinsam optionale Funktionen bereitstellen. Der Vollständigkeit halber wird die Erfindung im Folgenden einschließlich des Wellenlängenmessers 30 und des Abschwächers 40 beschrieben. Falls jedoch entweder der Wellenlängenmesser 30 oder der Abschwächer 40 oder beide weggelassen werden, muss ein entsprechend verringerter Funktionsumfang der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10 in Kauf genommen werden, z. B. können keine linearen Wellenlängenoperationen (die später erklärt werden) durchgeführt werden, oder der Leistungsbereich kann vom Abschwächer 40 nicht beeinflusst werden.
Um eine optische Eigenschaft eines Testobjekts 100 zu ermitteln, wird im Betrieb ein Ausgang 20A der abstimmbaren Laserquelle 20 mit einem Eingang 30A des Wellenlängenmessers 30 und einem Eingang 40A des Abschwächers 40 verbunden. Ein Ausgang 40B des Abschwächers 40 wird mit einem Eingang 110 des Testobjekts 100 verbunden, um es mit einem Stimulussignal zu beaufschlagen. Das Testobjekt 100 kann einen oder mehr Ausgänge 100A ... 100Z bereitstellen, von denen jeder mit einem entsprechenden Eingang 120A ... 120Z von einer der Antworteinheiten 80A ... 80Z verbunden werden kann. Andere Anwendungen erfordern gegebenenfalls jedoch andere Verbindungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ausgang 20A der abstimmbaren Laserquelle 20 direkt mit dem Eingang 30A des Wellenlängenmessers 30 und dem Eingang 40A des Abschwächers 40 verbunden, so dass der Ausgang 40B des Abschwächers 40 den einzigen (externen) Ausgang der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10 bereitstellt, um das Stimulussignal an das Testobjekt 100 anzulegen.
Wenn weder der Wellenlängenmesser 30 noch der Abschwächer 40 verwendet werden, wird der Ausgang zum Anlegen des Stimulussignals an das Testobjekt 100 durch den Ausgang 20A der abstimmbaren Laserquelle 20 bereitgestellt. Wird nur der Wellenlängenmesser 30 verwendet, stellt dieser einen zusätzlichen Ausgang (nicht gezeigt) bereit, um das Stimulussignal an das Testobjekt 100 anzulegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine rauscharme abstimmbare Laserquelle, wie sie in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 97121649.4 von demselben Anmelder offen gelegt wurde, als abstimmbare Laserquelle 20 verwendet. Die abstimmbare Laserquelle stellt einen optischen Resonator mit einem Halbleiter- und/oder Lichtwellenleiter-Verstärker bereit, um einen Laserstrahl auszusenden. Ein wellenlängenabhängiger Spiegel empfängt den Laserstrahl und wirft einen Laserstrahl mit getrennten Wellenlängen zurück. Ein Strahlteiler teilt den Laserstrahl mit getrennten Wellenlängen in einen auf den Verstärker gerichteten Rückkopplungsstrahl und einen aus dem optischen Resonator der abstimmbaren Laserquelle auszukoppelnden Ausgangsstrahl. Dieser Ausgangsstrahl ("rauscharmer Ausgang") weist insbesondere in Bezug auf einen Ausgangsstrahl ("Ausgang hoher Leistung"), der aus dem Rückkopplungsstrahl ausgekoppelt werden kann, nachdem er nochmals den Verstärker durchlaufen hat, einen verbesserten Signalrauschabstand auf. Der "Ausgang hoher Leistung" gibt jedoch eine wesentlich höhere Leistung als der "rauscharme Ausgang" ab. Die abstimmbare Laserquelle 20 kann auch den "rauscharmen Ausgang" als den "Ausgang hoher Leistung" bereitstellen. Aufgrund des niedrigeren Leistungspegels wird der "rauscharme Ausgang" daher vorzugsweise als ein externer Ausgang 20B bereitgestellt, der direkt mit dem Testobjekt 100 zu verbinden ist. Die Abstimmung der abstimmbaren Laserquelle 20 kann dann über den Ausgang hoher Leistung 20A erfolgen, so dass der rauscharme Ausgang 20B dieselbe Wellenlängenspezifikation wie der Ausgang hoher Leistung 20A aufweist, jedoch mit einer hohen Signalreinheit (Signal-Gesamtrausch-Abstand).
Es sollte sich von selbst verstehen, dass die abstimmbare Laserquelle 20 im Allgemeinen mehr als einen Laserausgang bereitstellen und somit mehr als einen internen Ausgang (zum Wellenlängenmesser 30) oder externen Ausgang (zum Testobjekt 100) haben kann.
Der Wellenlängenmesser 30 ist vorzugsweise so ausgeführt, wie er in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0875743 von demselben Anmelder offen gelegt wurde. Dieser Wellenlängenmesser umfasst ein optisches Bauelement, das einen optischen Strahl mit einer Wellenlänge erzeugt, die von der optischen Leistung des einfallenden Strahls abhängt, die gemessen werden soll. Ein zweiter Messkanal wird bereitgestellt, in dem die optischen Signale in Bezug auf die Signale im ersten Messkanal um n/2 verzögert werden. Um die gewünschte Verzögerung zu erhalten, haben entweder der erste und der zweite Messkanal jeweils ein anderes Messnormal oder der Wellenlängenmesser umfasst eine einzige Verzögerungsplatte. Nach der Kalibrierung des Wellenlängenmessers wird die optische Leistung des von dem optischen Bauelement erzeugten Strahls gemessen. Der Messwert der optischen Leistung wird mit den Leistungswerten der Kalibrierdaten verglichen, und die Wellenlängen der Kalibrierdaten, die dem Messwert der optischen Leistung entsprechen, werden ermittelt. Eine Steuereinheit wie zum Beispiel ein PC vergleicht die gemessene Wellenlänge mit der gewünschten Wellenlänge und passt die Wellenlängen der von der Laserquelle erzeugten Signale automatisch an.
Der bevorzugte Wellenlängenmesser 30 (gemäß der Europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0875743) zur Messung einer Wellenlänge eines ersten optischen Strahls umfasst ein erstes optisches Bauelement, das in dem ersten optischen Strahl oder in einem Teil davon angeordnet ist und mit einer ersten optischen Leistung einen zweiten optischen Strahl erzeugt, wobei die erste optische Leistung des zweiten optischen Strahls von der Wellenlänge des ersten optischen Strahls abhängt. Ein erster Leistungsdetektor erkennt die optische Leistung des zweiten optischen Strahls, und eine erste Zuordnungseinheit ordnet der erkannten ersten optischen Leistung eine Wellenlänge zu, wobei die Zuordnung auf der Abhängigkeit der optischen Leistung des zweiten optischen Strahls, der von dem ersten optischen Bauelement erzeugt wird, von der Wellenlänge des ersten optischen Strahls, die gemessen werden soll, beruht. Ein zweites optisches Bauelement ist in dem ersten optischen Strahl oder in einem Teil davon angeordnet und erzeugt mit einer zweiten optischen Leistung einen dritten optischen Strahl, wobei die zweite optische Leistung des dritten optischen Strahls von der Wellenlänge des dritten optischen Strahls abhängt. Ein zweiter Leistungsdetektor erkennt die zweite optische Leistung des dritten optischen Strahls, und eine zweite Zuordnungseinheit ordnet der erkannten zweiten optischen Leistung eine Wellenlänge zu, wobei die Zuordnung auf der Abhängigkeit der zweiten optischen Leistung des dritten optischen Strahls, der von dem zweiten optischen Bauelement erzeugt wird, von der Wellenlänge des ersten optischen Strahls, die gemessen werden soll, beruht. Die optische Leistung, die von dem ersten und dem zweiten optischen Bauelement erzeugt wird, oszilliert mit zunehmender Wellenlänge in regelmäßigen Abständen, und der dritte optische Strahl wird in Bezug auf den zweiten optischen Strahl verzögert.
Um die Verarbeitungsgeschwindigkeit und das Zeitverhalten zu verbessern, kann die Steuereinheit 60 einen Mikrocontroller 150 umfassen, der über einen Bus 160 mit einem Signalprozessor 170 verbunden ist, wobei der Signalprozessor 170 über die Busse 50A, 50B und 50C mit der abstimmbaren Laserquelle 20, dem Wellenlängenmesser 30 und dem Abschwächer 40 verbunden ist. Der Mikrocontroller 150 ist hauptsächlich dafür verantwortlich, die Konfiguration für die Messungen, z. B. die Konfiguration der abstimmbaren Laserquelle 20 oder der Triggereinheit, zu liefern, die Messergebnisse zu verarbeiten und eine Kommunikation mit externen Einheiten zu ermöglichen. Im Gegensatz dazu ist der Signalprozessor 170 hauptsächlich für die Verarbeitung aller zeitkritischen Operationen wie die präzise Abstimmung der abstimmbaren Laserquelle 20 oder das präzise zeitkritische Aussenden von Triggersignalen beispielsweise für die abstimmbare Laserquelle 20, den Wellenlängenmesser 30, den Abschwächer 40 und die Antworteinheiten 80A ... 80Z verantwortlich.
In einem Beispiel startet die Mikrosteuereinheit 150 zuerst eine Grundkonfiguration für eine bestimmte Messung, beispielsweise indem sie Daten über eine bestimmte Einstellung und/oder Kalibrierung der abstimmbaren Laserquelle 20 in Verbindung mit dem Wellenlängenmesser 30 und dem Abschwächer 40 bereitstellt, so dass ein bestimmtes erwartetes Lasersignal an das Testobjekt 100 ausgesendet werden kann. Falls das tatsächlich ausgesandte Lasersignal von dem angeforderten Lasersignal abweicht, ergreift der Signalprozessor 170 alle Maßnahmen beziehungsweise leitet den entsprechenden Schritt ein, um eine präzise Abstimmung der abstimmbaren Laserquelle 20 zu erreichen. Außerdem ist der Signalprozessor 170 für das präzise zeitkritische Aussenden von Triggersignalen zuständig, so dass jedes Lasersignal zu einem bestimmten (angeforderten) Zeitpunkt ausgesendet wird und jedes Messergebnis der Antworteinheiten 80A ... 80Z eindeutig einem bestimmten Lasereingangssignal für das Testobjekt 100 mit einer bestimmten Wellenlänge, die vom Wellenlängenmesser 30 ermittelt wird, zugeordnet werden kann.
Wenn ein Wellenlängenmesser verwendet wird, wie er in der Europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0875743 offen gelegt wurde, liefert der Mikrocontroller 150 dem Wellenlängenmesser 30 auch Daten über die erwartete Wellenlänge, die als Anfangswert gemessen werden soll.
Die Steuereinheit 60 ist vorzugsweise mit einem Speicher 130 verbunden, der gespeicherte (Vorab-)Kalibrierdaten und/oder Konfigurationsdaten beispielsweise für die Steuereinheit 60, den Signalprozessor 170, die Triggereinheit 200, die Antworteinheiten 80A ... 80Z und/oder für die ganze Konfiguration der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10 enthält. In einem Beispiel enthält der Speicher 130 Daten über die Leistungsabhängigkeit der abstimmbaren Laserquelle 20 über der Wellenlänge und über das Dämpfungsverhalten des Wellenlängenmessers 30 und/oder des Abschwächers 40 über der Wellenlänge. Mit diesen Daten kann die Steuereinheit 60 eine Vorab- Kalibrierung der abstimmbaren Laserquelle 20 und des Wellenlängenmessers 30 festlegen, um ein Lasersignal mit einer bestimmten Wellenlänge und Amplitude auszusenden. Eine langwierige Kalibrierung der Funktionseinheiten kann auf diese Weise verkürzt oder sogar vermieden werden.
Um eine schnelle Abstimmung und Steuerung der Wellenlänge zu ermöglichen, können die (Vorab-)Kalibrierdaten für den Signalprozessor 170 in einen (nicht gezeigten optionalen) Speicher des Signalprozessors 170 geladen werden, was eine schnellere Antwort ermöglicht, beispielsweise, um die Wellenlänge während der Abstimmung der abstimmbaren Laserquelle 20 einzustellen und zu korrigieren.
Die Steuereinheit 60 kann darüber hinaus eine Triggereinheit 200 zum Aussenden von Triggersignalen umfassen, um entsprechende Funktionen der Funktionseinheiten wie zum Beispiel der abstimmbaren Laserquelle 20, des Wellenlängenmessers 30, des Abschwächers 40 und der Antworteinheiten 80A ... 80Z zu aktivieren und einzuleiten. Die Triggereinheit 200 ist deshalb über einen Bus 205 mit dem Mikrocontroller 150 und somit über den Bus 160 mit dem Signalprozessor 170 und über den Bus 70 mit den Antworteinheiten 80A ... 80Z verbunden. Die Triggereinheit 200 kann vorzugsweise interne und/oder externe Module miteinander verbinden und ist vorzugsweise pegel- oder flankengesteuert.
Die Triggereinheit 200 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass praktisch alle Funktionen der Hardwarekomponenten über Software konfiguriert und geändert werden können, so dass die Triggereinheit 200 den tatsächlichen Erfordernissen entsprechend programmiert werden kann. Dies lässt sich beispielsweise durch die Verwendung von kundenprogrammierbaren Universalschaltkreisen (FPGAs) realisieren, die sich durch niedrige Kosten und geringen Platzbedarf auszeichnen.
Um die Zeitsteuerung der Triggersignale zu verbessern, ist die Triggereinheit 200 vorzugsweise über eine Leitung 210 direkt mit dem Signalprozessor 170 verbunden, um von ihm ein Steuereingangssignal zu empfangen, und über eine Leitung 220, um ein Steuerausgangssignal an ihn zu senden. Darüber hinaus ist die Triggereinheit 200 vorzugsweise über eine entsprechende Signaleingangsleitung 230A ... 230Z mit einer jeden der Antworteinheiten 80A ... 80Z direkt verbunden, um ein Triggersignal an sie zu senden, und über die entsprechende der Signalausgangsleitungen 240A ... 240Z, um ein entsprechendes "Bereit"-Signal von ihnen zu empfangen. Außerdem kann die Triggereinheit 200 einen externen Triggereingang 250 und einen externen Triggerausgang 260 haben, um externe Funktionseinheiten wie Quellen, Empfänger, Stromquellen, Signalgeneratoren oder dergleichen durch einen Triggerimpuls anzusteuern.
Es ist klar, dass die Triggereinheit 200 bei Bedarf auch direkt an die abstimmbare Laserquelle 20, den Wellenlängenmesser 30 und den Abschwächer 40 angeschlossen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Triggereinheit 200 für eine schnelle Triggerung der Hardware optimiert, die beispielsweise beim TDE-Verfahren zum Testen von EDFAs zur Anwendung kommen kann. Die Triggereinheit 200 kann mehrere Quellen durch einen Triggerimpuls so ansteuern, dass sie gleichzeitig ein- und ausschalten, beispielsweise, um das TDE-Verfahren zu unterstützen, indem gewährleistet wird, dass die Verzögerungszeiten zwischen den Laserquellen im Bereich von Mikrosekunden oder darunter liegen.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform der Triggereinheit 200. Das Steuereingangssignal 210, das der Signalprozessor 170 für die Triggereinheit 200 bereitstellt, wird direkt an jede der Signaleingangsleitungen 85A ... 85Z angeschlossen. Die Signalausgangsleitungen 90A ... 90Z von jeder der Antworteinheiten 80A ... 80Z werden mit einem entsprechenden Eingang eines Logikgatters 250 verbunden, und ein Ausgang des Logikgatters wird als Steuerausgangssignal an die Leitung 220 angeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gatter 250 ein UND-Gatter.
Im Betrieb wird eine lineare Wellenlängenoperation der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10 erreicht, indem zwischen der abstimmbaren Laserquelle 20 und dem Wellenlängenmesser 30 ein Regelkreis aufgebaut wird, wobei der Ausgang 20A der abstimmbaren Laserquelle 20 mit dem Eingang 30A des Wellenlängenmessers 30 verbunden wird. Wenn die Steuereinheit 60 die abstimmbare Laserquelle 20 auffordert, eine bestimmte Wellenlänge auszusenden, misst der Wellenlängenmesser 30 die tatsächlich ausgesendete Wellenlänge und die Signale, die an die Steuereinheit 60 gesendet werden. Die Steuereinheit 60 wiederum stellt die abstimmbare Laserquelle 20 so lange ein, bis die tatsächlich ausgesendete Wellenlänge der angeforderten Wellenlänge entspricht. Um die Einstellung der angeforderten Wellenlänge zu beschleunigen, kann die Steuereinheit 60 zuvor gespeicherte Einstellwerte der abstimmbaren Laserquelle 20 und des Wellenlängenmessers 30 aus dem Speicher 130 abrufen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abstimmung der Laserquelle 20 durch eine grobe Wellenlängenbewegung, die von einem Wellenlängenmotor durchgeführt wird, und eine Wellenlängenfeinabstimmung, die vorgenommen wird, indem die Länge des Hohlraums beispielsweise durch eine piezoelektrische Abstimmung verändert wird.
Ein schneller Stimulus und/oder ein schneller Durchlauf der Ansprech-Wellenlänge kann mit der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente 10 in einer Betriebsart mit linearen Wellenlängen oder in einer Betriebsart mit gleichbleibender Geschwindigkeit durchgeführt werden. In der Betriebsart mit linearen Wellenlängen wird der Wellenlängenmesser 30 verwendet, um die Abstimmung der linearen Wellenlängen der abstimmbaren Laserquelle 20, d. h. eine lineare Verschiebung von einer ersten zu einer zweiten Wellenlänge innerhalb eines bestimmten Schwankungsbereichs, vorzugsweise über eine Vielzahl von abstandsgleichen (z. B. über die Zeit und/oder die Wellenlänge) Wellenlängenwerten, sicherzustellen.
In der Betriebsart mit gleichbleibender Geschwindigkeit wird die abstimmbare Laserquelle 20 von einer ersten auf eine zweite Wellenlänge umgeschaltet, vorzugsweise über eine Vielzahl von Wellenlängenwerten, wobei der Wellenlängenmesser 30 dazu dient, die Wellenlänge an jedem Messpunkt zu messen. Im Gegensatz zu der Betriebsart mit linearen Wellenlängen erfordert die Betriebsart mit gleichbleibender Geschwindigkeit normalerweise eine anschließende Nachverarbeitung, da die Messdaten von den Antworteinheiten 80A ... 80Z mit einem entsprechenden Wellenlängenwert verknüpft werden, der von dem Wellenlängenmesser 30 für jeden Messpunkt ermittelt wird.
Sowohl in der Betriebsart mit linearen Wellenlängen als auch in der Betriebsart mit gleichbleibender Geschwindigkeit kann die Messgeschwindigkeit deutlich verbessert werden, indem (Vorab-)Kalibrierdaten der Wellenlänge verwendet werden, beispielsweise um die Motor- oder Piezoposition während der Bewegung zu korrigieren, welche vorzugsweise als im Speicher 130 oder im optionalen Speicher des Signalprozessors 170 abgelegte Daten abgerufen werden können.
Um eine schnelle Messung oder einen schnellen Durchlauf der Wellenlänge zu ermöglichen, sollte die abstimmbare Laserquelle 20 einen abstimmbaren Laser ohne Umspringen der Wellenart und mit Feineinstellung der Wellenlänge umfassen, und der Wellenlängenmesser 30 sollte einen schnellen Wellenlängenmesser als Sensorelement umfassen.
Jede der Antworteinheiten 80A ... 80Z kann einen Leistungsmesser und/oder einen wellenlängenselektiven Leistungsmesser wie zum Beispiel einen optischen Spektrumanalysator umfassen, der von Software und Hardware-Triggersignalen gesteuert werden kann.

Claims

1. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) zur Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften eines optischen Bauelements (100), die Folgendes umfasst:

als Funktionseinheiten (20 bis 40, 80):

eine abstimmbare Laserquelle (20), um dem optischen Bauelement (100) ein Stimulussignal bereitzustellen, und

eine oder mehr Antworteinheiten (80A ... 80Z), um von dem optischen Bauelement (100) eine Antwort auf das Stimulussignal zu empfangen; und

eine Steuereinheit (60), die mit den Funktionseinheiten (20 bis 40, 80) verbunden ist, um deren Arbeitsweise zu steuern,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Steuereinheit (60) einen Mikrocontroller (150) umfasst, der mit einem Signalprozessor (170) verbunden ist, wobei der Signalprozessor (170) mit den Funktionseinheiten (20 bis 40, 80) verbunden und so angeordnet ist, dass er alle zeitkritischen Operationen in der Prüfvorrichtung (10) verarbeitet.

2. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (60) des Weiteren die Kommunikation zwischen den Funktionseinheiten (20 bis 40, 80) ermöglicht und Informationen für die Interaktion zwischen den Funktionseinheiten (20 bis 40, 80) bereitstellt.

3. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Steuereinheit (60) eine Triggereinheit (200) umfasst, um Triggersignale zur Aktivierung der Funktionseinheiten (20 bis 40, 80) auszusenden.

4. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach Anspruch 3, wobei die Triggereinheit (200) mit dem Signalprozessor (170) und/oder den Funktionseinheiten (20 bis 40, 80) verbunden ist, um von ihm/ihnen ein Steuereingangssignal zu empfangen und ein Steuerausgangssignal an ihn/sie auszusenden.

5. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren einen Wellenlängenmesser (30) und/oder einen Abschwächer (40) als Funktionseinheiten (20 bis 40, 80) umfasst.

6. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach Anspruch 5, wobei ein Ausgang (20A) der abstimmbaren Laserquelle (20) direkt mit einem Eingang (30A) des Wellenlängenmessers (30) und/oder einem Eingang (40A) des Abschwächers (40) verbunden ist, und wobei ein Ausgang (40B) des Abschwächers (40) einen externen Ausgang der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) bereitstellt, um das Stimulussignal an das optische Bauelement (100) anzulegen.

7. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die abstimmbare Laserquelle (20) einen optischen Resonator mit einem Halbleiter- und/oder einem Lichtwellenleiter-Verstärker zum Aussenden eines Laserstrahls, einen wellenlängenabhängigen Spiegel, um den Laserstrahl zu empfangen und um einen Laserstrahl mit getrennten Wellenlängen zurückzuwerfen, und einen Strahlteiler umfasst, um den Laserstrahl mit getrennten Wellenlängen in einen auf den Verstärker gerichteten Rückkopplungsstrahl (20A) und einen aus dem optischen Resonator der abstimmbaren Laserquelle (20) auszukoppelnden ersten Ausgangsstrahl (20B) zu teilen.

8. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Wellenlängenmesser (30) zur Messung einer Wellenlänge eines ersten optischen Strahls Folgendes umfasst:

ein erstes optisches Bauelement, das in dem ersten optischen Strahl oder in einem Teil davon angeordnet ist und mit einer ersten optischen Leistung einen zweiten optischen Strahl erzeugt, wobei die erste optische Leistung des zweiten optischen Strahls von der Wellenlänge des ersten optischen Strahls abhängt,

einen ersten Leistungsdetektor, der die optische Leistung des zweiten optischen Strahls erkennt,

eine erste Zuordnungseinheit, die der erkannten ersten optischen Leistung eine Wellenlänge zuordnet, wobei die Zuordnung auf der Abhängigkeit der optischen Leistung des zweiten optischen Strahls, der von dem ersten optischen Bauelement erzeugt wird, von der Wellenlänge des ersten optischen Strahls, die gemessen werden soll, beruht,

ein zweites optisches Bauelement, das in dem ersten optischen Strahl oder in einem Teil davon angeordnet ist und mit einer zweiten optischen Leistung einen dritten optischen Strahl erzeugt, wobei die zweite optische Leistung des dritten optischen Strahls von der Wellenlänge des dritten optischen Strahls abhängt,

einen zweiten Leistungsdetektor, der die zweite optische Leistung des dritten optischen Strahls erkennt, und

eine zweite Zuordnungseinheit, die der erkannten zweiten optischen Leistung eine Wellenlänge zuordnet, wobei die Zuordnung auf der Abhängigkeit der zweiten optischen Leistung des dritten optischen Strahls, der von dem zweiten optischen Bauelement erzeugt wird, von der Wellenlänge des ersten optischen Strahls, die gemessen werden soll, beruht,

wobei die optische Leistung, die von dem ersten und dem zweiten optischen Bauelement erzeugt wird, mit zunehmender Wellenlänge in regelmäßigen Abständen oszilliert, und wobei der dritte optische Strahl in Bezug auf den zweiten optischen Strahl verzögert wird.

9. Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinheit (60) mit einem Speicher (130) verbunden ist, der gespeicherte Kalibrierdaten, die Daten vor der Kalibrierung und/oder Konfigurationsdaten umfasst.

10. Verfahren zur Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften eines optischen Bauelements (100) mit einer Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

dem optischen Bauelement (100) wird ein Stimulussignal bereitgestellt,

von dem optischen Bauelement (100) wird eine Antwort auf das Stimulussignal empfangen, und

die Bereitstellung des Stimulussignals und der Empfang der Antwort auf das Stimulussignal werden gesteuert, indem die Operationen in der Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) in zeitkritische und zeitunkritische Operationen aufgeteilt werden.

11. Verfahren zur Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften eines optischen Bauelements (100) nach Anspruch 10, die mit Hilfe einer Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) durchgeführt wird, wobei die Kalibrierdaten und/oder die Daten vor der Kalibrierung für den Signalprozessor (170) in eine Speichereinheit des Signalprozessors (170) geladen werden.

12. Verfahren zur Ermittlung der wellenlängenabhängigen Eigenschaften eines optischen Bauelements (100) mit Hilfe einer Prüfvorrichtung für optische Bauelemente (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei ein Stimulus und/oder ein Durchlauf der Ansprech-Wellenlänge durchgeführt wird:

in einer Betriebsart mit linearen Wellenlängen durch Verwendung des Wellenlängenmessers (30), um die Abstimmung der linearen Wellenlängen der abstimmbaren Laserquelle (20) sicherzustellen, oder

in einer Betriebsart mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch Umschalten der abstimmbaren Laserquelle (20) von einer ersten Wellenlänge auf eine zweite Wellenlänge, wobei der Wellenlängenmesser (30) die Wellenlänge an jedem Messpunkt misst.