DE69200654T2

DE69200654T2 - Abstimmbarer Laseroszillator.

Info

Publication number: DE69200654T2
Application number: DE69200654T
Authority: DE
Inventors: Pieter Werner Hooijmans; Petrus Paulus Gerardus Mols; Markus Theodorus Tomesen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2012-08-26
Also published as: JPH05335674A; EP0529732A1; US5359613A; DE69200654D1; EP0529732B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen abstimmbaren Laseroszillator, der einen Laser zur Erzeugung eines Ausgangssignals umfaßt sowie eine Steuereinheit zur Zuführung eines ersten Abstimmsignals zu einem Eingang des Lasers, um den Laser auf eine gewünschte Frequenz abzustimmen.
Ein Laseroszillator dieses Typs ist aus der US-Patentschrift 4.914.666 bekannt.
Derartige Laseroszillatoren werden beispielsweise in Sendern oder Empfängern für optische Übertragungssysteme verwendet.
Zur Übertragung eines Basisbandsignals über Glasfaser in kohärenten optischen Übertragungssystemen kann das aus einem Sendelaser kommende Lichtsignal mit einem Basisbandsignal amplituden-, phasen- oder frequenzmoduliert werden, bevor es in die Glasfaser eingespeist wird.
Zur Demodulation der Lichtsignale im Empfänger mit Hilfe üblicher elektronischer Komponenten ist es notwendig, das Lichtsignal, das eine sehr hohe Frequenz hat (beispielsweise 10¹&sup4; Hz), in eine sehr viel niedrige Zwischenfrequenz von beispielsweise 10&sup9; Hz umzusetzen. Dazu wird das empfangene Lichtsignal im Empfänger mit einem lokalen, durch einen Laser erzeugten Lichtsignal mit Hilfe einer Photodiode kombiniert. Diese Kombination verschafft ein Zwischenfrequenzsignal, dessen Frequenz gleich der Differenzfrequenz zwischen der Frequenz des empfangenen Lichtsignals und der des lokal erzeugten Lichtsignals ist.
Um gleichzeitig mehr als ein einzelnes Signal über eine Glasfaser zu übertragen, werden sowohl im Sender als auch im Empfänger Laser eingesetzt, die über einen sehr breiten Frequenzbereich (beispielsweise 500 GHz) hinweg abgestimmt werden können. Dadurch können mehrere Sender und Empfänger über die gleiche Glasfaser kommunizieren, ohne daß sie sich gegenseitig stören.
Die Frequenz des von einem abstimmbaren Laser erzeugten Lichtsignals hängt beispielsweise von dem Wert eines oder mehrerer elektrischer Signale ab, die den Steuereingängen des Lasers zugeführt werden.
In dem Stand der Technik entsprechenden Laseroszillatoren wird ein Laser mit zwei Steuereingängen verwendet. Diesen Steuereingängen wird das gleiche, von der Steuereinheit erzeugte Abstimmsignal über zwei Widerstände zugeführt. Die Beziehung zwischen einer gewünschten Frequenz und des dazugehörigen Abstimmsignals wird in der Steuereinheit bestimmt. Diese Beziehung kann mittels einer einzigen Messung der Frequenz des durch den Laser erzeugten Lichts als eine Funktion des Abstimmsignals bestimmt werden. Das Steuersignal kann beispielsweise ein durch einen aktiven Teil des Lasers fließender Strom sein, aber auch ein Steuersignal, das beispielsweise die Temperatur oder eine andere Umgebungsbedingung des Lasers festlegt.
Ein Problem ist, daß sich die Frequenz des vom Laser erzeugten Lichtsignals bei dem bekannten Laser während des Abstimmvorgangs in sprunghafter Weise verändern kann, wobei dieser Frequenzsprung außerdem Hysterese aufweist. Das heißt, daß bei langsamer Erhöhung des Abstimmsignals der Frequenzsprung bei einem anderen Wert des Abstimmsignals auftritt, als bei Erniedrigung des Wertes des Abstimmsignals. Dies ist unerwünscht, da die Beziehung zwischen dem Abstimmsignal und der Wellenlänge des vom Laser erzeugten Lichtes nicht mehr eindeutig festliegt, da zu einem einzelnen Wert des Abstimmsignals zwei verschiedene Frequenzen gehören können.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen abstimmbaren Laseroszillator der eingangs genannten Art zu verschaffen, bei dem das Auftreten von Frequenzsprüngen beim Laser während des Abstimmvorgangs vermieden wird.
Dazu ist die Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht-proportionale Beziehung zwischen den Abstimmsignalen besteht, die in der Steuereinheit gespeichert wird, so daß der Laser während des Abstimmvorgangs nicht in eine andere Schwingungsmode wechselt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Frequenzsprünge dadurch verursacht werden, daß der Laser in eine andere Schwingungsmode wechselt, wenn das Abstimmsignal spezifische Werte hat. Es hat sich gezeigt, daß eine bestimmte disproportionale Beziehung zwischen den zwei Frequenzsteuersignalen bestehen muß, um diese Frequenzsprünge zu vermeiden.
Es ist denkbar, daß bei anderen Typen von Laseroszillatoren eine disproportionale Beziehung zwischen zwei oder mehr Steuerelektroden aus anderen Gründen (beispielsweise zur Minimierung der Spektrallinienbreite) notwendig ist. Dieses Problem kann dann ebenfalls durch Implementierung der dem Erfindungsgedanken entsprechenden Maßnähmen gelöst werden.
Wenn die Zwischenfrequenz eines Empfängers beispielsweise 1 GHz beträgt, muß die Abstimmgenauigkeit sowohl des Lasers im Sender als auch des Lasers im Empfänger bei einem Abstimmbereich von 500 GHz besser als 0, 1 % sein. Um diese Genauigkeit des Laserozillators zu gewährleisten, erzeugen Frequenzvergleichsmittel in dem bekannten Laseroszillator ein Signal, das ein Maß für den Frequenzunterschied zwischen dem vom Laser erzeugten Lichtsignal und einer Bezugsfrequenz ist. Um die Frequenzdifferenz zu reduzieren, wird bei dem bekannten Laseroszillator einfach das Differenzsignal zum Abstimmsignal addiert. Dadurch bleibt es möglich, daß Grenzen zwischen Bereichen, die verschiedene Schwingungsmoden abdecken, überschritten werden. Um dies zu vermeiden, ist eine Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß der Laseroszillator Frequenzvergleichsmittel umfaßt, um an die Steuereinheit ein Frequenzdifferenzsignal zu liefern, das ein Maß für eine Differenz zwischen der Frequenz des Laserausgangssignals und einer Bezugsfrequenz ist, wobei die Steuereinheit Anpassungsmittel zur Anpassung wenigstens eines der Abstimmsignale umfaßt, um die Frequenzdifferenz zu reduzieren.
Durch Anpassung eines oder mehrerer Abstimmsignale im Falle einer Frequenzdifferenz zwischen dem vom Laser erzeugten Lichtsignal und einer Bezugsfrequenz wird gewährleistet, daß bei Anpassung des Abstimmsignals die obengenannte disproportionale Beziehung zwischen den Abstimmsignalen beibehalten wird, so daß Grenzen zwischen Bereichen, die eine unterschiedliche Schwingungsmode angeben, nicht überschritten werden.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsmittel ein Kombinationselement umfassen zur Kombination des Frequenzdifferenzsignals mit einem im Speicher gespeicherten Wert des betreffenden Abstimmsignals zu einem Abstimmsignal.
Durch Realisierung der Anpassung des Abstimmsignals mittels Kombination des Differenzsignals mit voreingestellten in der Steuereinheit gespeicherten Werten wird eine Regelschleife erhalten, die die Frequenzdifferenz auf nahezu null reduziert, während gleichzeitig vermieden wird, daß das Abstimmsignal Bereiche überschreitet, die unterschiedliche Schwingungsmoden angeben.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsmittel Korrekturmittel umfassen zur Korrektur eines im Speicher gespeicherten voreingestellten Wertes wenigstens eines Abstimmsignals anhand eines Frequenzdifferenzsignals.
Dies macht es möglich, die anfängliche Frequenzdifferenz bei Abstimmung auf eine gewünschte Frequenz bei eventueller Alterung des Lasers doch klein zu halten. Dadurch wird, wenn mehr als eine Bezugsfrequenz geliefert wird, die Gefahr vermindert, daß auf eine falsche Bezugsfrequenz abgestimmt wird. Die Art und Weise, wie dieser voreingestellte Wert angepaßt werden kann, soll im folgenden beschrieben werden.
Unter der Annahme, daß der Laser von N Abstimmsignalen gesteuert wird, laßt sich die Frequenz des vom Laser erzeugten Lichts schreiben als:
f=f(I&sub1;,I&sub2;,...,In-1,IN) (1)
Die gewünschte disproportionale Beziehung zwischen den verschiedenen Abstimmsignalen, im folgenden mit Abstimmkurve bezeichnet, kann auf der Basis von N-1 Funktionen eines der Abstimmsignale definiert werden:
Wenn die Regelschleife für einen bestimmten voreingestellten Wert j der Signale I&sub1; bis IN Korrektursignale ΔI&sub1;m(j) erzeugt, erfüllt der neue voreingestellte Wert I ,I , ..., 1 -1, I ;
(3) bildet das System von N Vergleichen mit N Unbekannten, so daß die neuen voreingestellten Werte aus (3) abgeleitet werden können. Da die Funktionen f und g im allgemeinen nicht linear sein werden, muß die Lösung für (3) für gewöhnlich numerisch bestimmt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für eine endliche Anzahl gewünschter Laseroszillator-Abstimmfrequenzen dazugehörige voreingestellte Werte des Abstimmsignals sowie eine zu jedem voreingestellten Wert gehörige Proportionalitätskonstante, die zur Bestimmung des Korrekturwertes benutzt wird, im Speicher gespeichert werden.
Anpassung des voreingestellten Wertes des Abstimmsignals mit Hilfe von Proportionalitätskonstanten, die für jeden voreingestellten Wert unterschiedlich sein können, verschafft auf einfache Weise voreingestellte Werte. Die Proportionalitätskonstanten können dann so gewählt werden, daß über den gesamten Abstimmbereich hinweg Grenzen, die eine unterschiedliche Schwingungsmode angeben, nicht überschritten werden. Im folgenden soll abgeleitet werden, welche Werte für die verschiedenen Konstanten gewählt werden müssen. Für die durch die Regelschleife herbeigeführte Frequenzkorrektur, laßt sich in linearer Näherung schreiben:
wobei (∂f/∂Ix)j die lokale Ableitung der Frequenz des vom Laser erzeugten Lichts zum Strom Lx für einen gegebenen voreingestellten Wert j der Signale I&sub1; bis IN.
Eine gleiche Frequenzveränderung kann auch durch Anpassung der voreingestellten Werte unter Beibehaltung der Beziehung entsprechend (2) verwirklicht werden. Dann laßt sich schreiben:
Dabei ist i einer der optionalen voreingestellten Werte der Signale I&sub1; bis IN. Gleichsetzung von (4) und (5) ergibt für die Anpassung des voreingestellten Wertes ΔI&sub1;:
Dabei gilt für df/dI&sub1;:
Für die Korrekturwerte der anderen Abstimmsignale I&sub2; bis IN kann auf einfache abgeleitet werden:
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Distributed-Bragg-Laser,
Figur 2 eine grafische Darstellung, in der die Grenzen verschiedener Schwingungsmoden als Funktion zweier Abstimmsignale aufgetragen sind und in der eine dem Stand der Technik entsprechende und eine erfindungsgemäße Abstimmungskurve gezeigt sind,
Figur 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen abstimmbaren Laseroszillators,
Figur 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Frequenzdiskriminators 6 zur Verwendung im abstimmbaren Laseroszillator nach Figur 3,
Figur 5 ein Blockschaltbild der Steuereinheit 8 zur Verwendung im abstimmbaren Laseroszillator nach Figur 3,
Figur 6 eine Abstimmkurve eines DBR-Lasers, in der die Anpassung des voreingestellten Wertes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist,
Figur 7 eine Abstimmkurve eines DBR-Lasers, in der die Anpassung des voreingestellten Wertes entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist, und
Figur 8 eine Abstimmkurve wie in Figur 7, in der die Korrektur des voreingestellten Wertes gezeigt ist, wenn das der zweiten Ausführungsform der Erfindung entsprechende Anpassungsverfahren wiederholt ausgeführt wird.
In abstimmbaren Laseroszillatoren können beispielsweise Distributed- Bragg-Reflector-Laser (DBR-Laser) wie in Figur 1 gezeigt verwendet werden. ein derartiger Laser umfaßt einen Verstärkerteil L, einen Übertragungsleitungsteil P und einen (reflektierenden) Bragg-Teil B.
Dem Verstärkerteil L wird ein Strom La zugeführt, der oberhalb einer bestimmten Schwelle liegen muß, um optische Verstärkung zu ermöglichen. Dem Übertragungsleitungsteil P und dem Bragg-Teil B werden Ströme Ip beziehungsweise IB zugeführt. Der Strom Ip im Übertragungsleitungsteil bestimmt dessen Brechzahl und somit die Phasendrehung des Übertragungsleitungsteils. Der Strom IB im Bragg-Teil beeinflußt dessen Brechzahl und bestimmt somit die Phase des vom Bragg-Teil reflektierten Lichtes.
Für Schwingung des Laser mit einer gewünschten Frequenz muß die Summe der Phasendrehungen im Bragg-Teil und im Übertragungsleitungsteil P gleich K 2 π (K N) sein, wobei die Nebenbedingung erfüllt werden muß, daß die Phasendrehung im Bragg-Teil sich so dicht wie möglich π/2 nähert. Bei großen Abweichungen von dieser Nebenbedingung können die obengenannten Frequenzsprünge während der Laserabstimmung auftreten. Diese Frequenzsprünge sind eine Folge der plötzlichen Veränderung von K auf einen Wert, für den die Phasendrehung im Bragg-Teil dichter bei π/2 liegt.
Indem den Strömen IB und Ip geeignet gewählte Werte zugewiesen werden, können beide Bedingungen erfüllt werden, so daß die unerwünschten Frequenzsprünge nicht auftreten. Im allgemeinen ist die gewünschte Beziehung zwischen IB und Ip jedoch nicht proportional, so daß bei einer proportionalen Beziehung zwischen IB und wie es bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Laser der Fall ist, trotzdem unerwünschte Frequenzsprünge auftreten können. Es ist denkbar, daß die Frequenz eines solchen Lasers zusätzlich zur Einstellung mittels der obengenannten Ströme durch die Temperatur eingestellt wird. Dazu ist eine Temperatursteuerungsschaltung vorhanden, die durch ein Temperatursteuersignal gesteuert wird. Es leuchtet ein, daß ein solches Temperatursteuersignal als ein Frequenzsteuersignal betrachtet werden kann.
In Figur 2 ist ein Charakteristikum eines DBR-Lasers dargestellt, wobei die Grenzen der unterschiedlichen Schwingungsmoden als Funktion der Abstimmsignale an den beiden Steuereingängen aufgetragen sind. Diese Grenzen sind mit dem Buchstaben B bezeichnet. Innerhalb der schraffierten Fläche ist die Schwingungsmode zwar nicht eindeutig bestimmt, sie ist aber mit der Schwingungsmode bei überschreitung der Grenze B identisch. Auch die Abstimmkurve, die die Beziehung zwischen den zwei Abstimmsignalen darstellt, ist so gezeigt, wie sie von einem dem Stand der Technik entsprechenden Laseroszillator erzeugt wird (Kurve 1). Es ist leicht ersichtlich, daß die Abstimmkurve während des Abstimmvorgangs mehrere Male (Punkt X und Punkt Y) die Grenze zwischen verschiedenen Schwingungsmoden überschreitet, so daß ein Frequenzsprung auftreten wird. Wenn die Beziehung zwischen den beiden Abstimmsignalen dem Erfindungsgedanken entsprechend disproportional gemacht wird, ist es möglich, ein Überschreiten der Grenze zwischen verschiedenen Schwingungsmoden zu verhindern. Eine solche disproportionale Beziehung ist in Kurve 2 gezeigt.
Bei dem in Figur 3 gezeigten Laseroszillator sind zwei Ausgänge der Steuereinheit 8, an denen zwei Frequenzsignale als Ströme Ip und IB anliegen, mit zwei Steuereingängen des Lasers 2 verbunden. Zusätzlich ist ein Ausgang der Steuereinheit 8, an dem das Steuersignal La anliegt, mit dem Leistungssteuerungeingang des Lasers 2 verbunden. Der Ausgang des Lasers 2 ist mit dem Ausgang des Laseroszillators mittels eines Kopplungselements 4 verbunden. Ein zweiter Eingang des Kopplungselements 4 ist mit einem Eingang eines Frequenzdiskriminators 6 verbunden. In spezifischen Ausführungsformen des Frequenzdiskriminators 6 wird ein weiteres Lichtsignal in einen zweiten Eingang des Frequenzdiskriminators 6 eingespeist. Der Ausgang des Frequenzdiskriminators 6 ist mit dem Eingang eines Integrierers 7 verbunden. Der Ausgang des Integrierers 7 ist mit einem Eingang der Steuereinheit 8 verbunden. Der Frequenzdiskriminator 6 und der Integrierer 7 bilden zusammen die Frequenzvergleichsmittel.
Um den Laser 2 in Betrieb zu setzen, führt die Steuereinheit 8 dem Verstärkerteil des Lasers ein Signal zu, in diesem Fall einen Strom Ia. Die vom Laser abgegebene Leistung kann mit Hilfe des Stroms Ia eingestellt werden.
Die Frequenz des vom Laser erzeugten Lichts hängt stark von der Temperatur des Lasers ab. Um zu verhindern, daß die Frequenz des vom Laser erzeugten Lichts infolge von Temperaturschwankungen stark von einem gewünschten Wert abweicht, befindet sich der Laser auf einem Peltier-Kühlelement, dessen Temperatur genau konstant gehalten werden kann.
Figur 4 zeigt einen Frequenzdiskriminator 6. Das vom Kopplungselement 4 aus Figur 1 kommende Licht wird zusammen mit einem weiteren optischen Signal einer Photodiode 10 zugeführt. Das weitere optische Signal kann beispielsweise ein Lichtsignal sein, das von einem Sender über eine Glasfaser empfangen wird. Infolge von Interferenz zwischen den beiden Lichtstrahlen, ist im Ausgangssignal der Photodiode 10 ein elektrisches Signal mit einer Frequenz vorhanden, die gleich der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Lichtsignalen ist. Das Ausgangssignal der Photodiode wird einem Verstärker zugeführt, der das elektrische Signal auf einen gewünschten Wert verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstarkers wird dem Eingang eines Frequenzdiskriminators 14 zugeführt, der auf der Basis seines Eingangssignals ein Frequenzdifferenzsignal bestimmt*, das ein Maß für die Frequenzdifferenz zwischen den zwei Lichtstrahlen ist.
Der Frequenzdiskriminator 6 wird häufig einen Teil eines optisch heterodynen Empfängers bilden, der dem weiteren optischen Signal aufmodulierte Informationen empfängt und demoduliert. Wenn diesem weiteren optischen Signal Informationen über die Frequenz des weiteren optischen Signals aufmoduliert sind (beispielsweise eine Kanalnummer), können diese Informationen zur Überprüfung des Laseroszillators auf korrekte Abstimmung verwendet werden. Wenn das weitere optische Signal eine Vielzahl optischer Träger mit unterschiedlichen Frequenzen umfaßt, kann die Steuereinheit die vom Benutzer eingestellte Kanalnummer mit der Kanalnummer des momentan empfangenen Trägers vergleichen und im Falle eines Unterschiedes zwischen beiden beginnen, nach dem gewünschten Kanal mit Hilfe eines Suchverfahrens zu suchen.
Der Frequenzdiskriminator kann wie der Frequenzdiskriminator aus dem obengenannten US-Patent auch einen Fabry-Perot-Resonator umfassen.
In der in Figur 5 gezeigten Steuereinheit 8 wird das Frequenzdifferenzsignal einem Eingang eines Analog/Digital-Umsetzers 15 zugeführt, der Kombinationsmittel umfaßt, die in diesem Fall von einem Addierer 11 und einem Addierer 12 gebildet werden. Der Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers 15 ist mit dem Eingang eines Mikroprozessors 10 verbunden.
Ein erster Ausgang des Mikroprozessors 10 ist mit einem Eingang eines Digital/Analog-Umsetzers 16 verbunden. Der Ausgang des Digtial/Analog-Umsetzers 16 bildet einen Ausgang der Steuereinheit 8, an der Ausgangssignal Ia anliegt.
Ein zweiter Ausgang des Mikroprozessors 10 ist mit einem Eingang eines Digital/Analog-Umsetzers 13 verbunden. Der Ausgang des Digital/Aanalog-Umsetzers 13 ist mit einem weiteren Eingang des Addierers 11 verbunden. Der Ausgang des Addierers 11 bildet einen Ausgang der Steuereinheit 8, an der Ausgangssignal Lp anliegt.
Ein dritter Ausgang des Mikroprozessors 10 ist mit einem Eingang eines Digital/Analog-Umsetzers 14 verbunden. Der Ausgang des Digital/Analog-Umsetzers 14 ist mit einem weiteren Eingang des Addierers 12 verbunden. Der Ausgang des Addierers 12 bildet einen Ausgang der Steuereinheit 8, an der Ausgangssignal IB anliegt.
In der Steuereinheit 8 werden die Abstimmsignale Ip und IB erhalten, indem das Ausgangssignal eines Integrierers 7 zu jedem der voreingestellten Werte des Abstimmsignals addiert werden. Anhand der Voreinstellung wird grob auf eine gewünschte Frequenz abgestimmt, während das Ausgangssignal die Frequenz des Lasers so anpaßt, daß das Frequenzdifferenzsignal null wird. Die Kombination der Addierer 11 und 12, der Laser 2 (Figur 3) und der Integrierer 7 bilden eine Schleife zur automatischen Frequenzsteuerung. Die voreingestellten Werte des Abstimmsignals werden im Speicher des Mikroprozessors 10 gespeichert, um eine Abstimmung des Laseroszillators auf verschiedene Frequenzen zu ermöglichen.
In vielen Fallen hat die Frequenzdifferenz, die durch den Frequenzdiskriminator bestimmt werden kann, einen Maximalwert. Das heißt, daß der Laser nur dann korrekt anhand der Bezugsfrequenz abgestimmt werden kann, wenn die Frequenzdifferenz kleiner ist als dieser Maximalwert. So ist es infolge des Alterungsprozesses des Lasers beispielsweise möglich, daß die anfängliche Frequenzdifferenz langsam zunimmt, wenn der Laseroszillator auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt wird. Um zu verhindern, daß diese anfängliche Frequenzdifferenz zu einem bestimmten Zeitpunkt sogar die maximale Frequenzdifferenz überschreitet, wird der voreingestellte Wert regelmaßig anhand des Ausgangssignals des Integrierers nachgestellt, so daß die anfängliche Frequenzdifferenz bei Abstimmung des Laseroszillators klein bleibt. Dieses Nachstellen kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie im folgenden erklärt werden soll.
Figur 6 zeigt eine gewünschte Beziehung 20 zwischen Ip und IB. Figur 6 zeigt außerdem einige Kurven (22, 23), bei denen die Frequenz des vom Laser erzeugten Lichts konstant bleibt. Es wird nun davon ausgegangen, daß einer der im Speicher des Mikroprozessors 10 gespeicherten voreingestellten Werten der Abstimmströme durch einen Punkt A dargestellt wird. Zu diesem voreingestellten Wert gehört eine Frequenz f&sub0;. Wenn die Bezugsfrequenz gleich f&sub1; ist, wird die obengenannte Frequenzsteuerungsschleife dafür sorgen, daß die Frequenz des Lasers gleich f&sub1; wird. Dies geschieht durch Addition der Werte ΔIp und ΔIB zu den voreingestellten Werten Ip beziehungsweise IB Figur 6 zeigt, daß die Abstimmsignale die durch Punkt B angegebenen Werte annimmt.
Wenn sowohl für die Abstimmkurve 20 als auch für die konstante Frequenz 23 ein analytischer Ausdruck verfügbar ist, kann der voreingestellte Wert bestimmt werden, indem der Schnittpunkt C&sub2; der Kurven 20 und 23 ermittelt wird. Derartige numerische Verfahren werden beispielsweise in dem Buch mit dem Titel "Einführung in die Numerische Mathematik I" von Josef Stoer, Springer Verlag, ISBN 0-387-05750-1, Kapitel 5 beschrieben.
Die Berechnung der korrekten Werte kann vereinfacht werden, wenn die Kurve 23 von einer Kurve mit einer Steigung, die gleich der lokalen Ableitung (∂Ip/∂Ib)A der Kurve 22 in Punkt A ist, approximiert wird. Diese Ableitung kann beispielsweise durch eine anfängliche Kalibrationsmessung des Lasers bestimmt werden. Der auf diese Weise gefundene voreingestellte Wert für die Abstimmsignale wird in Figur 6 mit C&sub1; bezeichnet. Außerdem zeigt Figur 6, daß nach der Korrektur des voreingestellten Wertes, das noch stets eine Frequenzdifferenz besteht, aber diese sehr viel kleiner ist als die ursprüngliche Frequenzdifferenz. C&sub1; liegt daher sehr viel näher an dem korrekten Wert C&sub2; für den Punkt A.
Anhand der nach der Vorangegangen Korrektur gemessenen Werte ΔIP und ΔIB können fortwährend ähnliche Korrekturen ausgeführt werden, so daß der Wert C&sub1; eine beliebig nahe Approximation an den korrekten Wert C&sub2; darstellen kann.
Zwecks weiterer Vereinfachung der Korrektur des voreingestellten Wertes kann die Kurve 20 mittels einer Vielzahl Voreinstellungspunkte und ihrer Ableitungen (∂Ip/∂Ib) approximiert werden. Die Korrektur des voreingestellten Wertes erfolgt dann auf die folgende Art und Weise entsprechend der zuvor abgeleiteten Beziehungen (5) und (6):
Figur 7 zeigt eine grafische Darstellung dieses Korrekturverfährens. Der neue voreingestellte Wert C&sub1; wird nun durch den Schnittpunkt der Kurven 21 und 24 bestimmt. Bei diesem Verfahren liegt der voreingestellte Wert immer auf der Kurve 24. Auch wenn diese Kurve geringfügig von Kurve 21 abweicht, zeigt sich, daß diese Abweichung in der Praxis keine Probleme verursacht.
Alternativ ist es möglich, alle im Speicher des Mikroprozessors 10 gespeicherten voreingestellten Werte anhand der gemessenen Ströme ΔIp und ΔIB zu korrigieren. Entsprechend (5) und (6) gilt für diese Korrektur folgendes:
Die Koeffizienten K(i,j) können wie folgt bestimmt werden. Der Laser wird entlang der Abstimmkurve auf die Frequenzen fi abgestimmt. Für jede Einstellung
werden die Ableitungen ∂fj/∂Ib und ∂fi/∂Ip bestimmt. Außerdem wird die Ableitung dIp/dIb der Abstimmkurve für jede Frequenz fi bestimmt. Die Konstanten K(i,j) können dann mit Hilfe von (5) und (6) aus diesen Daten bestimmt werden.
Figur 8 zeigte eine grafische Darstellung der wiederholten Korrektur des voreingestellten Wertes. Die Figur zeigt, daß sich der voreingestellte Wert bei der ersten Korrektur von Punkt A nach Punkt C verschiebt. Bei der zweiten Korrektur verschiebt sich der voreingestellte Wert von Punkt C nach Punkt E, während er sich bei der dritten Korrektur von Punkt E nach Punkt G verschiebt. Dies zeigt deutlich, daß dieser voreingestellte Wert bei wiederholter Korrektur schließlich einen Wert erreicht, bei dem die Frequenzdifferenz null wird.

Claims

1. Laseroszillator mit einem Halbleiterlaser (2) zur Erzeugung eines Ausgangssignals und mit einer Steuereinheit (8) zur Zuführung eines ersten Abstimmsignals zu einem ersten Steuereingang des Lasers (2) zur Abstimmung des Lasers (2) auf eine gewünschte Frequenz, wobei die Steuereinheit (8) zur Zuführung wenigstens eines weiteren Abstimmsignals zu einem weiteren Steuereingang des Lasers (2) zur Abstimmung des Lasers (2) auf die gewünschte Frequenz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht-proportionale Beziehung (2, Figur 2) zwischen den Abstimmsignalen besteht, die in der Steuereinheit (8) gespeichert wird, so daß der Laser während des Abstimmvorgangs nicht in eine andere Schwingungsmode wechselt.

2. Laseroszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laseroszillator Frequenzvergleichsmittel (6, 7) umfaßt, um an die Steuereinheit ein Frequenzdifferenzsignal zu liefern, das ein Maß für eine Differenz zwischen der Frequenz des Laserausgangssignals und einer Bezugsfrequenz ist, wobei die Steuereinheit (8) Anpassungsmittel zur Anpassung wenigstens eines der Abstimmsignale umfaßt, um die Frequenzdifferenz zu reduzieren.

3. Laseroszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsmittel ein Kombinationselement umfassen zur Kombination des Frequenzdifferenzsignals mit einem im Speicher gespeicherten Wert des betreffenden Abstimmsignals zu einem Abstimmsignal.

4. Laseroszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsmittel Korrekturmittel umfassen zur Korrektur eines im Speicher gespeicherten voreingestellten Wertes wenigstens eines Abstimmsignals anhand eines Frequenzdifferenzsignals.

5. Laseroszillator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmittel Additionsmittel umfassen zur Addition eines zum Frequenzdifferenzsignal proportionalen Korrekturwertes zu einem im Speicher gespeicherten voreingestellten Wert.

6. Laseroszillator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine endliche Anzahl gewünschter Laseroszillator-Abstimmfrequenzen dazugehörige voreingestellte Werte des Abstimmsignals sowie eine zu jedem voreingestellten Wert gehörige Proportionalitätskonstante, die zur Bestimmung des Korrekturwertes benutzt wird, im Speicher gespeichert werden.

7. Abstimmbarer Laseroszillator nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmittel außerdem Mittel umfassen zur Korrektur voreingestellter Werte, die zu anderen Abstimmfrequenzen als der momentan gewünschten Abstimmfrequenz gehören.

8. Laseroszillator nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvergleichsmittel außerdem zum Empfang eines weiteren optischen Signals angeordnet sind, wobei die Frequenz des weiteren optischen Signals die Bezugsfrequenz ist.

9. Laseroszillator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laseroszillator Mittel umfaßt zum Empfang von dem weiteren Lichtsignal aufmodulierten Informationen über die Wellenlänge des weiteren Lichtsignals.