Der vorherige Artikel beschrieb die Grundlagen des Chirps, sowohl bei Lasern als auch bei externen Modulatoren. Im folgenden Abschnitt werden einige der wichtigsten Messverfahren zur Charakterisierung des Chirps optischer Sender sowie Beispiele für Laborinstrumente vorgestellt.

Chirp-Messverfahren.
Zur Charakterisierung des Chirps optischer Sender im Labor existieren verschiedene Methoden. Für Messungen im Zeitbereich muss der Laser mit demselben Datenmuster moduliert werden, das auch im realen System verwendet wird. Zusätzlich ist ein Synchronisations- oder Triggersignal erforderlich. Die verfügbaren Messverfahren werden im Folgenden beschrieben.

Leistungsdiskriminatorverfahren.
Wie in Abbildung 1 dargestellt, nutzt dieses Verfahren ein Mach-Zehnder-Interferometer als Frequenzdiskriminator. Dieses Gerät bewirkt eine FM-IM-Wandlung, wodurch die Frequenzmodulation (Chirp) mithilfe eines digitalen Oszilloskops gemessen werden kann. Die Laufzeitdifferenz zwischen den beiden Signalwegen führt zu einer sinusförmigen Amplitudenantwort auf Frequenzänderungen. Die Periodendauer dieser Antwort wird als FSR (freier Spektralbereich) bezeichnet. Die variable Laufzeitverzögerung muss so eingestellt werden, dass die Nennfrequenz des Lasers innerhalb der Anstiegs- und Abfallintervalle der Sinusfunktion liegt. Aus der Summe (FM) und der Differenz (IM) am Interferometerausgang lässt sich der Chirp wie folgt berechnen:

Alternativ kann das Mach-Zehnder-Interferometer durch ein auf doppelbrechenden Fasern basierendes System ersetzt werden, um eine differentielle Verzögerung zwischen den Hauptpolarisationszuständen zu erreichen.

Optisches Gate-Verfahren.
Das Prinzip dieser Messtechnik ist einfach, ihre praktische Umsetzung jedoch komplex. Der Laboraufbau ist in Abbildung 2 dargestellt. Ein optisches Gate erfasst ein bestimmtes Zeitintervall, während gleichzeitig ein Frequenzdurchlauf an einem optischen Spektrumanalysator (OSA) durchgeführt wird. Aus den Leistungsdaten als Funktion von Frequenz und Zeit lässt sich dann der Chirp des Eingangssignals mithilfe der folgenden Formel schätzen:

Das optische Gate wird zeitlich leicht verschoben, und der Vorgang wird wiederholt, bis alle Daten in Tabelle I erfasst sind. Die zeitliche Auflösung der Messung hängt von der Breite des Steuerimpulses des optischen Gates sowie von dessen zeitlicher Positioniergenauigkeit ab. Die Wiederholbarkeit des Frequenzdurchlaufs des optischen Spektrumanalysators (OSA) und dessen Amplitudengenauigkeit bestimmen hingegen die Frequenz- bzw. Leistungsauflösung. Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode ist der typischerweise hohe Rechenaufwand, da für jede Zeitabtastung ein OSA-Durchlauf erforderlich ist. Um Messungen über große Zeitintervalle mit guter Auflösung durchzuführen, sind zudem Extinktionsverhältnisse des optischen Gates von über 50 dB notwendig.

Monochromator-Methode.
Eine weitere gängige Technik zur Chirp-Messung ist in Abbildung 3 dargestellt. Sie verwendet ein optisches Sensorarray (OSA) (mit faseroptischem Ausgang) und ein Oszilloskop. Hierbei erfolgt die Frequenzverarbeitung vor der Zeitverarbeitung, obwohl das Funktionsprinzip dem der vorherigen Technik sehr ähnlich ist. Das OSA lokalisiert das zu messende Signal und ermittelt die Wellenlängenliste mittels eines Sweeps. Anschließend wird der OSA-Filter nacheinander über jede dieser Wellenlängen gescannt, wobei das Oszilloskop den zeitlichen Verlauf aufzeichnet. Abschließend werden die erfassten Daten korrigiert, um die mögliche Dispersion des optischen Filters zu kompensieren, und in Tabelle I eingetragen. Abbildung 4 zeigt schematisch einen möglichen Messaufbau.
Die wichtigsten Vorteile dieser Messtechnik sind nachfolgend zusammengefasst: Erstens ist sie wenig abhängig von der Polarisation des Eingangssignals, was eine hohe Wiederholgenauigkeit gewährleistet. Zweitens ermöglicht sie die Messung von WDM-Signalen. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz eines EDFA am OSA-Eingang die Messung von Signalen bei Pegeln bis hinunter zu -35 dBm, da die Monochromatorfilter einen Großteil des ASE-Rauschens eliminieren.

Laborinstrumente.
Tatsächlich ist die Anzahl kommerziell erhältlicher Chirp-Messgeräte eher begrenzt. Dies liegt möglicherweise daran, dass sie für sehr spezifische Zwecke entwickelt wurden und alternative Methoden mit universell einsetzbaren Instrumenten existieren, wie bereits erwähnt (Abbildung 4). Dennoch sind einige Optionen verfügbar.
Eine davon ist der AP2440A von APEX Technologies (Abbildung 5), der sich durch seine Fähigkeit auszeichnet, Chirp-Messungen bis zu 640 Gbit/s durchzuführen. Es handelt sich um einen komplexen Spektrumanalysator, der die optische Phase direkt messen kann. Die Analyse basiert auf der Abtastung des Feldspektrums und der Erfassung von Phasen- und Amplitudeninformationen des Chirp-Signals.

Ein weiteres Beispiel für ein solches Gerät ist schließlich der Advantest Q7607, der in Abbildung 6 dargestellt ist.

Weitere Informationen oder ein Angebot

Francisco Ramos Pascual. Doktor der Telekommunikationstechnik.
Ordentlicher Professor an der Polytechnischen Universität Valencia.