Um dem steigenden Informationsbedarf gerecht zu werden, erhöht sich die Übertragungsrate von Glasfaserkommunikationssystemen kontinuierlich. Zukünftige optische Kommunikationsnetze werden sich hin zu Netzen mit extrem hoher Geschwindigkeit, extrem hoher Kapazität, extrem großer Reichweite und extrem hoher Spektrumeffizienz entwickeln. Ein Sender ist dabei von entscheidender Bedeutung. Der optische Hochgeschwindigkeitssignalsender besteht im Wesentlichen aus einem Laser zur Erzeugung eines optischen Trägers, einem Modulator und einem Hochgeschwindigkeits-elektrooptischen Modulator zur Modulation des optischen Trägers. Im Vergleich zu anderen externen Modulatoren bieten Lithiumniobat-elektrooptische Modulatoren Vorteile wie einen breiten Betriebsfrequenzbereich, hohe Stabilität, hohes Extinktionsverhältnis, stabiles Betriebsverhalten, hohe Modulationsrate, geringen Chirp, einfache Kopplung und ausgereifte Fertigungstechnologie. Sie finden breite Anwendung in optischen Hochgeschwindigkeits-, Kapazitäts- und Langstreckenübertragungssystemen.
Die Halbwellenspannung ist ein entscheidender physikalischer Parameter des elektrooptischen Modulators. Sie beschreibt die Änderung der Vorspannung, die der Änderung der Ausgangslichtintensität des Modulators vom Minimum zum Maximum entspricht. Sie bestimmt maßgeblich die Eigenschaften des Modulators. Die genaue und schnelle Messung der Halbwellenspannung ist daher von großer Bedeutung für die Optimierung der Geräteperformance und die Steigerung des Wirkungsgrades. Die Halbwellenspannung des elektrooptischen Modulators umfasst die Gleichspannung (Halbwellenspannung).
Spannung und Hochfrequenz) Halbwellenspannung. Die Übertragungsfunktion des elektrooptischen Modulators lautet wie folgt:
Dazu gehört die optische Ausgangsleistung des elektrooptischen Modulators;
Ist die optische Eingangsleistung des Modulators?
Ist die Einfügungsdämpfung des elektrooptischen Modulators?
Zu den bestehenden Methoden zur Messung der Halbwellenspannung gehören die Extremwerterzeugung und die Frequenzverdopplungsmethode, mit denen die Gleichstrom-Halbwellenspannung (DC) bzw. die Hochfrequenz-Halbwellenspannung (RF) des Modulators gemessen werden kann.
Tabelle 1 Vergleich zweier Halbwellenspannungsprüfmethoden
| Extremwertmethode | Frequenzverdopplungsmethode | |
| Laborausrüstung | Laser-Stromversorgung Intensitätsmodulator im Test Einstellbares Gleichstromnetzteil ±15V Optischer Leistungsmesser | Laserlichtquelle Intensitätsmodulator im Test Einstellbares Gleichstromnetzteil Oszilloskop Signalquelle (DC-Voreingenommenheit) |
| Testzeit | 20 Minuten | 5 Minuten |
| Experimentelle Vorteile | leicht zu erreichen | Relativ genauer Test Kann gleichzeitig Gleich-Halbwellenspannung und Hochfrequenz-Halbwellenspannung erhalten |
| Experimentelle Nachteile | Aufgrund der Dauer und anderer Faktoren ist der Test nicht genau. Direkte Fahrgastprüfung Gleichspannung Halbwellenspannung | relativ lange Zeit Aufgrund von Faktoren wie beispielsweise großen Verzerrungen der Wellenform, Beurteilungsfehlern usw. ist der Test nicht genau. |
Es funktioniert folgendermaßen:
(1) Extremwertmethode
Die Methode der Extremwerte dient zur Messung der Gleichspannung (Halbwellenspannung) des elektrooptischen Modulators. Zunächst wird ohne Modulationssignal die Übertragungsfunktion des Modulators ermittelt, indem die Gleichvorspannung und die Änderung der Ausgangslichtintensität gemessen werden. Aus dieser Übertragungsfunktion werden der Maximal- und der Minimalwert bestimmt, woraus sich die entsprechenden Gleichspannungswerte Vmax und Vmin ergeben. Die Differenz dieser beiden Spannungswerte ist schließlich die Halbwellenspannung Vπ = Vmax - Vmin des elektrooptischen Modulators.
(2) Frequenzverdopplungsmethode
Zur Messung der HF-Halbwellenspannung des elektrooptischen Modulators wurde die Frequenzverdopplungsmethode verwendet. Gleichzeitig wurden dem elektrooptischen Modulator ein DC-Vorspannungssignal und ein AC-Modulationssignal zugeführt, um die DC-Spannung bei Änderung der Ausgangslichtintensität auf einen Maximal- oder Minimalwert anzupassen. Dabei zeigte das modulierte Ausgangssignal auf dem Zweikanal-Oszilloskop eine Frequenzverdopplungsverzerrung. Die einzige Differenz der DC-Spannungen zweier benachbarter Frequenzverdopplungen entspricht der HF-Halbwellenspannung des elektrooptischen Modulators.
Zusammenfassung: Sowohl die Extremwertmethode als auch die Frequenzverdopplungsmethode können theoretisch die Halbwellenspannung des elektrooptischen Modulators messen. Im Vergleich dazu benötigt die Extremwertmethode jedoch eine längere Messzeit, da die optische Ausgangsleistung des Lasers schwankt und dadurch Messfehler verursacht. Um einen genaueren Wert für die Gleichspannung zu erhalten, muss die Gleichspannungsvorspannung in kleinen Schritten variiert und gleichzeitig die optische Ausgangsleistung des Modulators aufgezeichnet werden.
Die Frequenzverdopplungsmethode dient der Bestimmung der Halbwellenspannung durch Beobachtung des Frequenzverdopplungssignals. Erreicht die angelegte Vorspannung einen bestimmten Wert, tritt eine Frequenzvervielfachung auf, deren Verzerrung jedoch kaum wahrnehmbar ist. Sie ist mit bloßem Auge nicht erkennbar und führt daher zwangsläufig zu größeren Messfehlern. Gemessen wird die HF-Halbwellenspannung des elektrooptischen Modulators.