Beschreibung

Verfahren und Anordnung zum Abtasten optischer Signale und zum Bilden entsprechender Abtastwerte

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtasten optischer Signale und zum Bilden entsprechender Abtastwerte.

Es gibt eine Vielzahl an Veröffentlichungen zum optischen Ab- tasten (sampling) , die, obwohl sie teilweise nur eine sehr kurze Messzeit benötigen und quasi in „Echtzeit" arbeiten, keine Messung einzelner optischer Pulse, also keine „Einzel- schussmessung" ermöglichen. Erwähnt seien in diesem Zusammenhang die Veröffentlichungen "Recent progress toward real-time measurement of ultrashort laser pulses" (Kane, D. J.; IEEE

Journal of Quantum Electronics, 1999, 35(4), Seiten 421-431), "Highly sensitive differential tomographic technique for real-time ultrashort puls characterization" (I. Kang und C. Dorrer; Optics Letters, 2005, 30(12), Seiten 1545-1547), "Real-time implementation of linear spectrograms for the characterization of high bit-rate optical pulse trains" (C. Dorres und I. Kang; IEEE Photonics Technology Letters, 2004, 16(3), Seiten 858-860), "160-Gb/s optical sampling by gain- transparent four-wave mixing in a semiconductor optical am- plifier" (S. Diez, R. Ludwig, C. Schmidt, U. Feiste, H. G. Weber; IEEE Photonics Technology Leiters, 1999, 11(11), Seiten 1402-1404) und "Sampling pulses with semiconductor optical amplifiers" (L.A. Jiang, E. P. Ippen, U. Feiste, S. Diez, E. Hillinger, C. Schmidt, H. G. Weber; IEEE Journal of Quantum Electronics, 2001, 37(1), Seiten 118-126).

Bei all diesen Verfahren wird über eine Vielzahl an Pulsen gemittelt, um eine Mittelwertbildung durchzuführen. Eine zuverlässige und genaue Messung einzelner optischer Pulse ohne zeitliche Mittelung ist bisher nicht bekannt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abtasten eines optischen Signals anzugeben, das auch das Abtasten einzelner optischer Pulse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Abtasten eines einzelnen optischen Pulses und zum Bilden von Abtastwerten, die den Pulsverlauf des abzutastenden optischen Pulses kennzeichnen, vorgesehen, bei dem eine Abfolge zeitlich aufeinander folgender optischer Abtastpulse gebildet wird, die unter- schiedliche optische Wellenlängen aufweisen, mit den Abtastpulsen der abzutastende Puls unter Bildung modulierter Abtastpulse abgetastet wird und die modulierten Abtastpulse wellenlängenindividuell unter Bildung der Abtastwerte gemessen werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass sich mit diesem auch einzelne optische Pulse mit einer Breite von nur wenigen Pikosekunden vermessen lassen. Die Schwierigkeit bei einer derartigen Messung liegt in der notwendigen Zeitauflösung. Bei einem abzutastenden optischen Puls mit einer Breite von nur wenigen Pikosekunden ist eine mindestens um den Faktor 10 höhere Zeitauflösung, also eine Auflösung im Femtosekundenbereich, notwendig. Die entsprechende zeitliche Auflösung wird bei dem erfindungsge- mäßen Verfahren dadurch erreicht, dass für jeden optischen Abtastpuls eine andere optische Wellenlänge verwendet wird. Aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen ist es nach einem Abtasten möglich, die im Rahmen der Abtastung gebildeten modulierten Abtastpulse wellenlängenindividuell auszuwerten. Dadurch, dass die Abtastpulse wellenlängenindividuell behandelt werden, lassen sich diese problemlos einzeln detektie- ren, obwohl sie nur sehr geringe bzw. geringste zeitliche Ab-

stände voneinander aufweisen und zeitlich somit kaum voneinander zu trennen sind. Mit anderen Worten besteht der erfinderische Gedanke also darin, zeitlich dicht aufeinander folgende modulierte Abtastpulse getrennt voneinander zu messen, indem diese wellenlängenindividuell verarbeitet werden; dies ermöglicht beispielsweise auch eine zeitgleiche Messung und parallele Auswertung der modulierten Abtastpulse.

Besonders einfach und damit vorteilhaft ist eine wellenlän- genindividuelle Verarbeitung möglich, wenn die modulierten Abtastpulse voneinander wellenlängenabhängig räumlich getrennt werden und die räumlich getrennten Abtastpulse individuell bzw. separat unter Bildung der Abtastwerte gemessen werden. Dadurch, dass die modulierten Abtastpulse voneinander getrennt werden, lassen sich diese problemlos getrennt voneinander und einzeln detektieren, obwohl sie zeitlich kaum voneinander zu trennen wären. Eine wellenlängenindividuelle Verarbeitung erfolgt vorzugsweise also dadurch, dass die modulierten Abtastpulse zunächst voneinander örtlich separiert werden; ein Auftrennen bzw. Separieren der Abtastpulse kann durch ein einfaches wellenlängenseparierendes Element, wie z B. ein optisches Gitter, erfolgen.

Besonders einfach und damit vorteilhaft lassen sich die Ab- tastpulse modulieren, indem die Polarisation eines jeden Abtastpulses in Abhängigkeit von der Amplitude des abzutastenden Pulses, die dieser zum Zeitpunkt des Auftretens des jeweiligen Abtastpulses aufweist, verändert wird, wodurch pola- risationsmodulierte Abtastpulse gebildet werden und die PoIa- risationslagen der polarisationsmodulierten Abtastpulse unter Bildung der Abtastwerte gemessen werden.

Alternativ oder zusätzlich können die Abtastpulse amplitudenmoduliert werden, indem die Amplitude eines jeden Abtastpul- ses in Abhängigkeit von der Amplitude des abzutastenden Pulses, die dieser zum Zeitpunkt des Auftretens des jeweiligen Abtastpulses aufweist, moduliert wird, wodurch amplitudenmo-

dulierte Abtastpulse gebildet werden, und die Amplituden der amplitudenmodulierten Abtastpulse unter Bildung der Abtast- werte gemessen werden.

Im Hinblick auf eine möglichst große Messgenauigkeit wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die zeitliche Abtastpulslänge der zeitlich aufeinander folgenden optischen Abtastpulse kleiner als die Pulslänge des abzutastenden Pulses ist.

Die Abtastpulse und der abzutastende Puls können beispielsweise in einen Polarisationsdreher eingespeist werden, der die Polarisation eines jeden Abtastpulses in Abhängigkeit von der Amplitude des abzutastenden Pulses, die dieser zum Zeitpunkt des Auftretens des jeweiligen Abtastpulses aufweist, dreht. Eine solche Polarisationsdrehung wird vorzugsweise mit einem Polarisationsfilter in eine Amplitudenmodulation umgewandelt.

Die Polarisationsdrehung kann besonders einfach und damit vorteilhaft mit einer nichtlinearen Lichtleitfaser durchgeführt werden .

Das Ausmessen der Amplituden der amplitudenmodulierten Abtastpulse wird vorzugsweise mit Hilfe eines Spektrometers durchgeführt.

Besonders bevorzugt werden die Amplituden der amplitudenmodulierten Abtastpulse mit Hilfe eines Mehrkanal-Spektrometers gemessen, das für jede Wellenlänge der Abtastpulse einen in- dividuellen Messkanal aufweist; jeder Abtastpuls wird in diesem Falle vorzugsweise mit seinem individuellen Messkanal ausgemessen.

Ein Ausmessen der Amplituden der amplitudenmodulierten Ab- tastpulse kann beispielsweise auch mit Hilfe einer CCD-Kamera erfolgen.

Im Hinblick auf eine hohe Messgeschwindigkeit wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Amplituden der amplitudenmodulierten Abtastpulse gleichzeitig gemessen werden.

Die Abfolge der zeitlich aufeinander folgenden Abtastpulse lässt sich besonders einfach und damit vorteilhaft einstellen, indem mit einem Hilfslaser ein optischer Hilfspuls mit einem kammförmigen Wellenlängenspektrum gebildet wird, der Hilfspuls in einen Wellenlängenteiler eingespeist wird, mit dem eine Vielzahl an Injektionspulsen mit jeweils einer unterschiedlichen Zentralwellenlänge erzeugt wird, jeder Injektionspuls jeweils in einen individuell zugeordneten Hauptlaser eingespeist wird, wodurch dieser zur Erzeugung eines Hauptpulses mit der Wellenlänge des eingespeisten Injektions- pulses angeregt wird, und die Hauptpulse der Hauptlaser als Abtastpulse weiter verwendet werden.

Die Hauptpulse können beispielsweise in den Wellenlängenteiler - mittelbar oder unmittelbar - zurückgespeist und von diesem - mittelbar oder unmittelbar - zur Abtasteinrichtung geleitet werden.

Die zeitliche Reihenfolge der Hauptpulse wird vorzugsweise eingestellt, indem die optische Weglänge zwischen dem Hilfs- laser und den Hauptlasern unterschiedlich bemessen wird.

Auch kann die zeitliche Reihenfolge der Hauptpulse eingestellt werden, indem die optische Weglänge zwischen den Hauptlasern und der Abtasteinrichtung unterschiedlich bemes- sen wird.

Die Ansteuerung der Hauptlaser erfolgt bevorzugt jeweils mit einem individuellen elektrischen Steuersignal, wobei die optischen Injektionspulse für jeden Hauptlaser jeweils derart erzeugt werden, dass jeder Injektionspuls in seinem zugeordneten Hauptlaser zu einem Zeitpunkt eintrifft, zu dem die Ladungsträgerdichte aufgrund des Steuersignals in dem jeweili-

gen Hauptlaser die Schwellladungsträgerdichte gerade erreicht hat oder gerade überschreitet.

Der optische Hilfspuls wird vorzugsweise durch Anlegen eines elektrischen Hilfssteuersignals am Hilfslaser generiert, wobei das Hilfssteuersignal am Hilfslaser zeitlich vor dem Steuersignal am jeweiligen Hauptlaser angelegt wird und wobei die Zeitdifferenz zwischen dem Anlegen des Steuersignals am jeweiligen Hauptlaser und dem Anlegen des Hilfssteuersignals am Hilfslaser der Zeitspanne entspricht, die der optische Injektionspuls vom Hilfslaser zum jeweiligen Hauptlaser benötigt.

Der zeitliche Versatz zwischen elektrischem Steuer- und Hilfssteuersignal wird beispielsweise bewirkt, indem die e- lektrische Laufzeit des Steuersignals zum jeweiligen Hauptlaser und die des Hilfssteuersignals zum Hilfslaser geeignet gewählt werden.

Beispielsweise werden die elektrischen Steuersignale für die Hauptlaser und das Hilfssteuersignal für den Hilfslaser mit demselben Signalgenerator erzeugt, wobei der Signalgenerator jeweils über eine HauptSteuerleitung mit den Hauptlasern und über eine Hilfsteuerleitung mit dem Hilfslaser verbunden wird.

Alternativ kann das Steuersignal für jeden Hauptlaser und das Hilfssteuersignal für den Hilfslaser mit zwei oder mehr synchronisierten Signalgeneratoren erzeugt werden, wobei der ei- ne Signalgenerator über eine Hilfssteuerleitung mit dem

Hilfslaser und der oder die weiteren Signalgeneratoren über individuelle Hauptsteuerleitungen mit den Hauptlasern verbunden werden.

Vorzugsweise wird für jeden Hauptlaser die Länge der

Hauptsteuerleitung jeweils so gewählt, dass die Laufzeit des Steuersignals zum Hauptlaser so groß ist wie die Laufzeitsum-

me, die sich durch Addition aus der Laufzeit, die das Hilfs- steuersignal über die Hilfsteuerleitung zum Hilfslaser benötigt, und der Zeit, die nach dem Erzeugen des Hilfspulses bis zum Eintreffen des optischen Injektionspulses in dem jeweili- gen Hauptlaser vergeht, ergibt.

Als Hilfslaser und/oder Hauptlaser können beispielsweise kostengünstige Fabry-Perot-Laser verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zum Abtasten eines optischen Signals und zum Bilden von Abtastwerten, die den Pulsverlauf des abzutastenden optischen Signals kennzeichnen.

Erfindungsgemäß vorgesehen ist diesbezüglich eine Vorrichtung zum Abtasten eines einzelnen optischen Pulses und Bilden von Abtastwerten, die den Pulsverlauf des abzutastenden optischen Pulses kennzeichnen, mit einer Pulseinrichtung zum Erzeugen einer Abfolge zeitlich aufeinander folgender optischer Ab- tastpulse, die unterschiedliche optische Wellenlängen aufweisen, einer der Pulseinrichtung nachgeordneten Abtasteinrich- tung, die die Abtastpulse der Pulseinrichtung in Abhängigkeit von der Amplitude des abzutastenden Pulses, die dieser zum Zeitpunkt des Auftretens des jeweiligen Abtastpulses auf- weist, moduliert und in dieser Weise modulierte Abtastpulse bildet, und einer der Abtasteinrichtung nachgeordneten Messeinrichtung, die die modulierten Abtastpulse wellenlängenindividuell unter Bildung der Abtastwerte misst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in Unteransprüchen angegeben. Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.

Als selbständige Erfindung angesehen wird außerdem eine Pulseinrichtung zum Bilden einer Abfolge zeitlich aufeinander

folgender optischer Abtastpulse, die unterschiedliche optische Wellenlängen aufweisen. Erfindungsgemäß umfasst die Pulseinrichtung :

- einen Hilfslaser zum Bilden eines optischen Hilfspulses mit einem kammförmigen Wellenlängenspektrum,

- einen dem Hilfslaser ausgangsseitig nachgeordneten Wellenlängenteiler, der bei Anliegen des kammförmigen Wellenlängenspektrums eine Vielzahl an Injektionspulsen mit jeweils einer unterschiedlichen Zentralwellenlänge erzeugt, und - einer Mehrzahl an Hauptlasern, die dem Wellenlängenteiler nachgeordnet sind und ausgangseitig die Abtastpulse bilden, sobald deren Emission durch einen eingespeisten Injektionspuls angeregt wird.

Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Pulseinrichtung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abtasten eines einzelnen optischen Pulses und Bilden von Abtastwerten verwiesen. Entsprechendes gilt für vorteilhafte Ausgestaltungen der erfin- dungsgemäßen Pulseinrichtung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zum Abtasten eines einzelnen optischen Pulses,

Figur 2 beispielhaft den zeitlichen Verlauf der bei der Anordnung gemäß Figur 1 eingesetzten optischen Ab- tastpulse,

Figur 3 beispielhaft den zeitlichen Verlauf eines einzelnen abzutastenden optischen Pulses,

Figur 4 beispielhaft die sich durch eine Abtastung ergebenden amplitudenmodulierten Abtastpulse im zeitlichen Verlauf,

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Pulseinrichtung, die bei der Anordnung gemäß Figur 1 einsetzbar ist,

Figur 6 beispielhaft ein kammartiges Ausgangsspektrum eines Hilfslasers der Pulseinrichtung gemäß Figur 5,

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für eine Abtasteinrichtung, die in der Anordnung gemäß Figur 1 eingesetzt wer- den kann,

Figur 8 ein Ausführungsbeispiel für eine Messeinrichtung, die in der Anordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann, und

Figur 9 ein Ausführungsbeispiel für den internen Aufbau von Hauptlasern für die Pulseinrichtung gemäß Figur 5.

In den Figuren 1 bis 9 werden der übersichtlichkeit halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.

In der Figur 1 erkennt man eine Vorrichtung 10 zum Abtasten eines einzelnen optischen Pulses LP und zum Bilden von Abtastwerten AW1-AW5, die den zeitlichen Pulsverlauf des abzutastenden optischen Pulses LP kennzeichnen.

Die Vorrichtung 10 weist eine Pulseinrichtung 20 auf, die ausgangsseitig optische Abtastpulse APl - AP5 bildet. Die Abtastpulse APl - AP5 folgen zeitlich aufeinander und weisen unterschiedliche Wellenlängen auf.

In der Figur 2 ist der zeitliche Verlauf der Amplitude (bzw. der Leistung) der optischen Abtastpulse APl - AP5 beispiel- haft näher dargestellt. Man erkennt, dass die Abtastpulse nacheinander auftreten und dass jeder optische Abtastpuls jeweils eine individuelle Wellenlange aufweist: Die Wellenlange

des optischen Abtastpulses APl beträgt λl, die des optischen Abtastpulses AP2 beträgt λ2 usw. Beispielsweise gilt:

λl < λ2 < λ3 < λ4 < λ5

Der Pulseinrichtung 20 nachgeordnet ist eine Abtasteinrichtung 30, die eingangsseitig mit den optischen Abtastpulsen AP1-AP5 sowie mit dem abzutastenden optischen Einzelpuls LP beaufschlagt ist. Der zeitliche Verlauf der Amplitude A(t) bzw. der Leistung des abzutastenden optischen Pulses LP ist in der Figur 3 beispielhaft gezeigt.

Die Abtasteinrichtung bildet mit den optischen Abtastpulsen AP1-AP5 sowie mit dem abzutastenden optischen Einzelpuls LP ausgangseitig amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' .

Der Abtasteinrichtung 30 nachgeordnet ist eine Messeinrichtung 40, die aus den von der Abtasteinrichtung 30 gelieferten amplitudenmodulierten Abtastpulsen APl' - AP5' die Abtastwer- te AWl - AW5 bildet und diese ausgangsseitig abgibt.

Die Anordnung gemäß Figur 1 wird beispielsweise wie folgt betrieben:

In der Pulseinrichtung 20 werden die in der Figur 2 gezeigten optischen Abtastpulse gebildet, die zeitlich aufeinander folgen und unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Diese gelangen zu der Abtasteinrichtung 30 und dienen zum Abtasten des abzutastenden optischen Pulses LP. Die Abtasteinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie die Amplitude eines jeden Abtastpulses APl bis AP5 der Pulseinrichtung 20 in Abhängigkeit von der Amplitude A(t) des abzutastenden Pulses LP, die dieser zum Zeitpunkt t des Auftretens des jeweiligen Abtastpulses APl - AP5 aufweist, moduliert und in dieser Weise die amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' bildet.

Die amplitudenmodulierten optischen Abtastpulse APl' - AP5' sind beispielhaft in der Figur 4 dargestellt. Aus Gründen der übersichtlichkeit sind nur die Kurvenverläufe der Abtastpulse APl', AP3' und AP4' gezeigt; von den amplitudenmodulierten Abtastpulsen AP2' und AP5' sind nur die Amplitudenwerte A2 und A5 eingezeichnet.

Man erkennt, dass die Amplituden A1-A5 der amplitudenmodulierten Abtastpulse AP1-AP5 umso größer sind, je größer die jeweilige Amplitude A(t) des abzutastenden optischen Pulses

LP zu dem jeweiligen Abtastzeitpunkt t ist. Demgemäß ist also die Amplitude A2 des amplitudenmodulierten Abtastpulses AP2' am größten, da dieser zu einem Zeitpunkt t2 in der Abtasteinrichtung 30 eintrifft, in der der abzutastende optische Puls LP seine größte Amplitude A(t2) aufweist. In entsprechender Weise weist der dritte amplitudenmodulierte Abtastwert AP3' die zweitgrößte Amplitude A3 auf, da dieser zu einem Zeitpunkt t3 in der Abtasteinrichtung 30 eintritt, zu dem der abzutastende optische Puls LP entsprechend groß ist. Die übri- gen Amplituden Al, A4 und A5 der amplitudenmodulierten Abtastpulse ergeben sich in entsprechender Weise.

Die amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' gelangen zu der Messeinrichtung 40, die diese wellenlängenindividuell ausmisst und die entsprechenden Abtastwerte AWl - AW5 bildet. Die Messeinrichtung 40 ist hierfür derart ausgestaltet, dass sie die nacheinander eintreffenden amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' — AP5' zunächst wellenlängenmäßig separiert und die wellenlängenseparierten Signale einzeln ausmisst.

Bei der Messeinrichtung 40 kann es sich beispielsweise um ein Mehrkanalspektrometer handeln. Die Messeinrichtung kann beispielsweise ein wellenlängensplittendes optisches Gitter mit einer nachgeschalteten CCD-Zeile, zum Beispiel einer CCD- Kamera, aufweisen. Die Messeinrichtung 40 ist somit in der Lage, die zeitlich kurz nacheinander eintreffenden amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' zeitlich gleichzeitig

zu messen, da sie zuvor eine örtliche Auftrennung der Abtastpulse in Abhängigkeit von deren Wellenlänge durchgeführt hat. Die Messeinrichtung 40 muss also die eintreffenden Abtastpulse nicht zeitaufgelöst beispielsweise im Femtosekundenbereich messen/ vielmehr ist lediglich eine zeitunkritische Messung der Amplitude der Abtastpulse APl' - AP5' in Abhängigkeit von der jeweiligen Wellenlänge erforderlich.

In der Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die Pulsein- richtung 20 gemäß Figur 1 gezeigt. Man erkennt, dass die Pulseinrichtung 20 einen elektrischen Signalgenerator 100 aufweist, dem ausgangsseitig ein Hilfslaser 110 sowie fünf Hauptlaser 120, 125, 130, 135 und 140 nachgeordnet sind. Die Laser können beispielsweise durch gewinngeschaltete Fabry- Perot-Laser gebildet sein.

Die Verbindungsleitungen zwischen dem elektrischen Signalgenerator 100 und dem Hilfslaser einerseits sowie den Hauptlasern andererseits umfassen u. a. eine elektrische Hilfssteu- erleitung HL zum Anschluss an den Hilfslaser 110 sowie elektrische Hauptsteuerleitungen STl - ST5 zum Anschluss der fünf Hauptlaser.

Der Hilfslaser 110 ist optisch mittels eines optischen Licht- Wellenleiters 150 an einen Anschluss eines optischen Zirkula- tors 150 angeschlossen. Der optische Zirkulator 160 weist einen weiteren Anschluss auf, der mit einem Eingang A170 eines optischen Wellenlängenteilers 170 verbunden ist. Ein dritter Anschluss des optischen Zirkulators 160 bildet einen Ausgang A20 der Pulseinrichtung 20.

Der optische Wellenlängenteiler 170 weist insgesamt fünf optische Ausgänge auf, von denen jeweils einer mit einem der Hauptlaser 120, 125, 130, 135 und 140 verbunden ist.

Die Anordnung gemäß Figur 5 wird wie folgt betrieben:

Mit dem elektrischen Signalgenerator 100 wird ein Steuersignal beispielsweise in Form eines Steuerpulses EP erzeugt, der über die elektrische Hilfssteuerleitung HL als Hilfssteuer- signal SH zum Hilfslaser 110 gelangt. Der Hilfslaser 110 er- zeugt daraufhin einen optischen Hilfspuls OHP mit einem kamm- förmigen Spektrum. Das Spektrum A(λ) des Hilfspulses OHP ist in der Figur 6 beispielhaft gezeigt. Man erkennt, dass das kammförmige Spektrum des Hilfspulses OHP fünf Sendewellenlängen aufweist, die mit dem Bezugszeichen λl - λ5 gekennzeich- net sind.

Der optische Hilfspuls OHP des Hilfslasers 110 gelangt über den Lichtwellenleiter 150 und den optischen Zirkulator 160 zu dem optischen Wellenlängenteiler 170, der das kammförmige Spektrum des optischen Hilfspulses aufspaltet und ausgangs- seitig eine Vielzahl an optischen Injektionspulsen IP1-IP5 mit jeweils einer unterschiedlichen Zentralwellenlänge erzeugt. Konkret erzeugt der optische Wellenlängenteiler 170 einen Injektionspuls IPl mit einer optischen Wellenlänge λl für den Hauptlaser 120. Ein Injektionspuls IP2 mit der optischen Wellenlänge λ2 gelangt zum zweiten Hauptlaser 125; in entsprechender Weise werden die übrigen Hauptlaser mit Injektionspulsen IP3, IP4 und IP5 mit jeweils einer individuellen Wellenlänge λ3, λ4 und λ5 versorgt.

Jeder der Hauptlaser wird über den Steuerpuls EP außerdem e- lektrisch derart angesteuert, dass er seine Besetzungsinversion gerade dann erreicht, wenn der jeweilige optische Injektionspuls IP1-IP5 vom optischen Wellenlängenteiler 170 ein- trifft. In dieser Weise wird erreicht, dass die Hauptlaser jeweils zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt Strahlung emittieren, nämlich genau dann, wenn der jeweilige Injektionspuls eintrifft. Die Zeitpunkte, zu denen die Injektionspulse IPl- IP5 in ihrem jeweiligen Hauptlaser eintreffen, sind zeitlich versetzt, um ein zeitlich aufeinander folgendes Emittieren der optischen Abtastpulse AP1-AP5, wie dies in der Figur 2 gezeigt ist, zu erreichen.

Bezüglich des zeitlichen Triggerns optischer Pulse mit Hilfe von Injektionspulsen sei auf die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 45 717 verwiesen, in der die entsprechende Ansteuerung eines Hauptlasers mit einem Hilfslaser im Detail beschrieben ist. Durch das zeitlich versetzte elektrische und optische Ansteuern der Hauptlaser - relativ zueinander - wird also sichergestellt, dass diese zu ganz bestimmten Zeitpunkten, und zwar nacheinander die optischen Abtastpulse APl - AP5 bilden.

Zur Verdeutlichung der Funktionsweise wird das Erzeugen des optischen Abtastpulses APl anhand des Hauptlasers 120 näher erläutert: Trifft der Injektionspuls IPl mit der Wellenlänge λl vom Wellenlängenteiler 170 in dem Hauptlaser 120 ein, so befindet sich dieser - wie bereits erläutert - aufgrund des zeitlich abgestimmten Eintreffens des elektrischen Ansteuerpulses STl in seiner Besetzungsinversion, so dass dieser unmittelbar seinen optischen Abtastpuls APl bilden und aus- gangsseitig abgeben kann. Der optische Abtastpuls APl gelangt über den Wellenlängenteiler 170 zum optischen Zirkulator 160, der diesen am Ausgang A20 der Pulseinrichtung 20 abgibt. Da der Injektionspuls IPl die Wellenlänge λl aufweist, wird der optische Abtastpuls APl ebenfalls mit der Wellenlänge λl erzeugt, da es sich um eine induzierte Emission handelt. Die Hauptlaser sind entsprechend derart auszuwählen, dass sie auf der jeweiligen Sollwellenlänge λl-λ5 emissionsfähig sind; ggf. kann eine optische Nachjustage der Laser durch eine Temperatursteuerung erfolgen.

In entsprechender Weise arbeiten die anderen Hauptlaser: Sobald in den Hauptlasern die Injektionspulse IP2-IP5 mit den jeweiligen Wellenlängen λ2-λ5 eintreffen, so erzeugen diese ausgangsseitig die entsprechenden optischen Abtastpulse AP2 - AP5 mit den entsprechenden Wellenlängen λ2-λ5.

Um nun zu erreichen, dass die optischen Abtastpulse zeitlich nacheinander erzeugt werden, wie dies in der Figur 2 bereits

gezeigt und erläutert wurde, ist die optische Weglänge zwischen dem Hilfslaser 110 und jedem der Hauptlaser beispielsweise individuell abgestimmt: Da der optische Abtastpuls APl als erster erzeugt werden soll, ist die optische Weglänge zwischen dem Hilfslaser 110 und dem Hauptlaser 120 entsprechend kürzer als die entsprechenden Weglängen zu den anderen Hauptlasern. Die optische Weglänge zwischen dem Hilfslaser 110 und dem fünften Hauptlaser 140, mit dem der fünfte Abtastpuls AP5 gebildet wird, ist demgemäß am längsten. Die un- terschiedlichen optischen Weglängen ermöglichen es somit, die einzelnen optischen Abtastpulse APl - AP5 zeitlich nacheinander zu erzeugen und zeitlich aufeinander folgend am Ausgang A20 der Pulseinrichtung abzugeben.

Um zu erreichen, dass die Hauptlaser jeweils dann ihre Besetzungsinversion erreichen, wenn die Injektionspulse eintreffen, sollte die elektrische Ansteuerung durch die Hauptsteuersignale STl - ST5 entsprechend zeitlich koordiniert werden. Eine solche zeitliche Koordination kann beispielsweise da- durch erfolgen, dass die elektrischen Hauptsteuerleitungen SLl - SL5 entsprechend unterschiedlich lang dimensioniert werden, damit der Steuerpuls EP zu unterschiedlichen Zeitpunkten in dem jeweiligen Hauptlaser eintrifft. Alternativ können auch Verzögerungsleitungen innerhalb der Hauptlaser vorgesehen sein, mit denen sich die individuelle Verzögerung einstellen lässt.

In der Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel für die Abtasteinrichtung 30 gemäß Figur 1 gezeigt. Man erkennt, dass die Ab- tasteinrichtung 30 eingangsseitig einen 3dB-Teiler 200 aufweist, dem eine hoch-nichtlineare Glasfaser 210 (schematisch dargestellt in einem aufgerollten Zustand) nachgeordnet ist. Ausgangsseitig steht die Glasfaser 210 mit einem Polarisationsfilter 220 in Verbindung, das einen Ausgang der Abtastein- richtung 30 bildet. Die hoch-nichtlineare Glasfaser 210 und das Polarisationsfilter 220 können beispielsweise einen Kerr- Switch bilden.

Die Abtasteinrichtung 30 gemäß Figur 7 arbeitet wie folgt:

Die an den beiden Eingängen des 3dB-Teilers 200 anliegenden optischen Abtastpulse APl - AP5 sowie der abzutastende optische Puls LP werden gemeinsam in die hoch-nichtlinare Glasfaser 210 eingekoppelt. Aufgrund der Nichtlinearität der Glasfaser 210 kommt es zu einer Polarisationsdrehung der optischen Abtastpulse APl - AP5 in Abhängigkeit von der jeweili- gen Amplitude des abzutastenden Pulses LP. Konkret wird die Polarisation der optischen Abtastpulse APl - AP5 umso mehr gedreht, je größer die Amplitude des abzutastenden Pulses LP ist (vgl. Kerr-Schalter, z. B. beschrieben in der Dissertation „Interferometric Gates for All-Optical Signal Proces- sing", Diplom-Physiker CoIja Schubert aus Berlin von der Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften der Technischen Universität Berlin) . Am Ausgang der Glasfaser 210 werden somit die optischen Abtastpulse APl - AP5 unterschiedliche Polarisationslagen aufweisen. Die hervorgerufene Polari- sationsdrehung wird in dem Polarisationsfilter 220 in eine

Amplitudenmodulation umgewandelt, so dass am Ausgang des Polarisationsfilters 220 und damit am Ausgang der Abtasteinrichtung 30 die amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' gemäß Figur 1 gebildet werden.

In der Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel für die Messeinrichtung 40 dargestellt. Man erkennt einen Wellenlängensplitter 300, dem eine CCD-Kamera 310 mit einer CCD-Zeile 320 nachgeordnet ist.

Die Aufgabe des Wellenlängensplitters 300 besteht darin, die zeitlich unmittelbar nacheinander eintreffenden amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' nach der Wellenlänge örtlich zu separieren und zu unterschiedlichen Messstellen 320a- 32Oe der CCD-Zeile 320 zu leiten. Durch die räumliche Auf- splittung der amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' auf die unterschiedlichen Messstellen 320a-320e lässt sich

erreichen, dass diese mit der CCD-Kamera nicht zeitlich aufgelöst gemessen werden müssen, sondern stattdessen zeitlich parallel gemessen werden können. Die CCD-Kamera 310 kann somit die eintreffenden amplitudenmodulierten Abtastpulse APl' - AP5' gleichzeitig messen und gleichzeitig an ihrem Ausgang als Abtastwerte AWl -AW5 ausgeben. Eine zeitliche Auflösung bzw. ein zeitliches Nacheinandermessen ist nicht erforderlich.

Die Figur 9 zeigt beispielhaft den inneren Aufbau der Hauptlaser am Beispiel des Hauptlasers 120. Man erkennt am Eingang E120 einen Vorverstärker 400 zum Verstärken des Steuersignals STl. Dem Vorverstärker 400 nachgeschaltet ist eine vorzugsweise einstellbare Verzögerungsleitung 410, mit der sich eine zeitliche Abstimmung derart vornehmen lässt, dass der Hauptlaser - wie eingangs erläutert - möglichst genau dann seine Besetzungsinversion erreicht, wenn der Injektionspuls IPl im Laser eintrifft, damit der Emissionszeitpunkt möglichst exakt eingehalten und spontane Emission vermieden wird.

Der Verzögerungsleitung 410 nachgeschaltet ist ein Signalgenerator 420, der ausgangsseitig beispielsweise ein Sägezahnsignal erzeugt. Das Signal des Signalgenerators 420 wird in eine Fabry-Perot-Laserdiode 430, an der außerdem eine Gleich- Spannung Ub anliegt, eingespeist.

Bezugszeichenliste

10 Vorrichtung zum Abtasten eines optischen Signals 20 Pulseinrichtung

30 Abtasteinrichtung

40 Messeinrichtung

100 Signalgenerator

110 Hilfslaser 120,125 Hauptlaser

130,135 Hauptlaser

140 Hauptlaser

150 Lichtwellenleiter

160 Zirkulator 170 Wellenlängenteiler

200 3dB-Teiler

210 Glasfaser

220 Polarisationsfilter

300 Wellenlängensplitter 310 CCD-Kamera

320 CCD-Zeile

320a-e Messstellen

A20 Ausgang

A170 Anschluss E120 Eingang

AP1-AP5 Abtastpuls

AP1'-AP5' amplitudenmodulierter Abtastpuls

AW1-AW5 Abtastwert

EP Steuerpuls LP abzutastender optischer Puls

SL1-SL5 Hauptsteuerleitung

HL Hilfssteuerleitung

ST1-ST5 Hauptsteuersignal

SH Hilfssteuersignal