DE3818865A1 - Opto-elektronischer a/d-wandler mit einer mehrzahl parallel geschalteter lichtwellenleiter-interferometer - Google Patents
Opto-elektronischer a/d-wandler mit einer mehrzahl parallel geschalteter lichtwellenleiter-interferometerInfo
- Publication number
- DE3818865A1 DE3818865A1 DE3818865A DE3818865A DE3818865A1 DE 3818865 A1 DE3818865 A1 DE 3818865A1 DE 3818865 A DE3818865 A DE 3818865A DE 3818865 A DE3818865 A DE 3818865A DE 3818865 A1 DE3818865 A1 DE 3818865A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- interferometer
- opto
- electronic
- indicates
- multistable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F7/00—Optical analogue/digital converters
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen opto-elektronischen
A/D-Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein bekannter opto-elektronischer 4-Bit-A/D-Wandler der gattungs
gemäßen Art ist aus vier integriert optischen Mach-Zehnder-Inter
ferometern mit elektro-optischen Phasenmodulatoren aufgebaut. Die
Interferometer haben einen gemeinsamen Eingang, auf den eine
Laser-Lichtquelle geschaltet ist. In dieser Anordnung ist jedem
Bit des zu digitalisierenden Signals ein Interferometer zugeord
net. Das analoge Eingangssignal liegt als elektrische Spannung an
den Phasenmodulatoren, die vom niedrigsten Bit (LSB) zum höchsten
Bit (MSB) abnehmende Elektroden- oder Kontaktlänge haben. Die
Länge ist jeweils so bemessen, daß die vier von den Photodioden an
den Interferometerausgängen registrierten Interferenzsignale
(Hell/dunkel-Zustände der Lichtintensität) die analoge Eingangs
spannung im Gray-Code repräsentieren (Z-Electronic Letters,
9. Dezember 1982, Vol. VL.18. NO.25, S. 1099-1100).
Es ist weiter ein elektro-optisch multistabiles Element bekannt,
bei dem es sich um einen konventionellen Fabry-Perot-Resonator mit
einem elektro-optischen Kristall als Phasenmodulator zwischen den
Spiegeln handelt. Die optische Resonatorlänge wird durch eine an
den Modulator angelegte Spannung über den elektro-optischen Effekt
gesteuert. Durch Rückkopplung des transmittierten Signals auf den
Modulator wird diese Anordnung multistabil, d. h. eine kontinuier
lich veränderte, in den Resonator eingestrahlte Eingangslicht
leistung erzeugt ein sich stufenweise änderndes diskretes trans
mittiertes Ausgangssignal. In der zitierten Arbeit wurden 14
stabile Stufen erzeugt (Z-Optical Engineering 19 (4) (1980), S.
456).
Es sind weiter Untersuchungen über das bistabile Verhalten und
Multivibratoreigenschaften eines integriert optischen Mach-Zehnder-
Interferometer mit Rückkopplung auf elektro-optische Phasenmodula
toren bekannt (Z-IEEE J. Quantum Electron. QE 18 (12) (1982), S.
2009).
Zur on-line-Verarbeitung von Meßwerten mit elektronischen Rechen
maschinen werden Analog-zu-Digital-Wandler (ADC′s) benötigt. Diese
konvertieren ein analoges, zeitabhängiges Meßsignal in festen
Zeitintervallen in ein diskretisiertes Ausgangssignal, wobei den
einzelnen Meßwerten binär kodierte Worte von typischerweise 8 bis
16 Bit Länge zugeordnet werden. Zur Minimierung des bei der Digi
talisierung eintretenden Informationsverlustes sollte die Takt
frequenz möglichst hoch und die Bitlänge der Worte für die einzel
nen Meßwerte möglichst groß sein.
Für die Konvertierung optischer Signale, wie sie von den seit
einigen Jahren entwickelten Lichtwellenleiter-(Glasfaser-)sensoren
geliefert werden, wäre es von Vorteil, wenn auch die Analog-
Digital-Wandlung optisch oder elektro-optisch durchgeführt werden
könnte.
Im Gegensatz zur konventionellen binären Kodierung mit bistabilen
elektronischen Flip-Flops eröffnet die (elektro-)optische Multi
stabilität die Möglichkeit einer mehrwertigen Kodierung, eine Per
spektive, die auch im Hinblick auf eine z. Zt. diskutierte mehr
wertige Logik in optischen Rechnern von Interesse ist. Eine mehr
wertige Kodierung führt zur Reduzierung der Anzahl der für die
Wandlung erforderlichen Bausteine des ADC′s. Die Verwendung inte
griert elektro-optischer Modulatoren mit Frequenzbandbreiten im
GHz-Bereich läßt außerdem sehr hohe Abtastfrequenzen möglich er
scheinen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, mit dem bei
einem opto-elektronischen A/D-Wandler der gattungsgemäßen Art
direkt eine binäre, oder durch Ausnutzung der Multistabilität z.B.
auch hexadezimale oder dezimale Kodierung des angelegten Analog
wertes möglich ist, wobei der Analogwert eine Lichtintensität oder
aber eine Spannung sein kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Kenn
zeichen des Patentanspruches 1 herausgestellten Merkmale.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht
und im Nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrie
ben.
Fig. 1 zeigt schematisch als Basiselement eines optischen ADC ein
faseroptisches Michelson-Interferometer mit seiner Beschaltung.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm einer typischen Hysteresekurve mit den
stationären Werten der Ausgangsintensitäten als Funktion des Pro
portionalitätsfaktors.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Element eines A/D-Wandlers, der mit
einer variablen Lichtintensität beaufschlagt wird.
Fig. 4 zeigt in gleicher Darstellung wie in Fig. 3 ein Element
eines A/D-Wandlers, der mit einer variablen Eingangsspannung be
aufschlagt wird.
Fig. 5 zeigt eine Prinzip-Darstellung eines A/D-Wandlers mit drei
parallelen multistabilen Interferometern und dezimaler Kodierung.
Der im folgenden beschriebene ADC besteht aus einem System mitein
ander verkoppelter multistabiler Interferometer als ADC-Grundbau
steinen, wobei für den Aufbau Lichtwellenleiter in Form von Mono
mode-Glasfasern oder auf der Basis integrierter Optik Verwendung
finden.
Das Basiselement des optischen ADC ist ein Michelson- oder Mach-
Zehnder-Interferometer mit Rückkopplung des Ausgangssignals auf
einen Phasenmodulator, der die optische Weglänge eines der beiden
Interferometerarme beeinflußt (z. B. durch mechanische Dehnung der
Glasfaser). Bild 1 zeigt dies am Beispiel eines aus Monomode-Glas
fasern aufgebauten Michelson-Interferometers mit einem piezoelek
trischen Phasenmodulator 26, der einen Abschnitt der Faser 14
mechanisch dehnen kann. Das Lichtbündel aus einem Laser 2 (He-Ne-
oder Halbleiterlaserdiode) wird mittels einer Fokusierungsoptik 6
(z. B. Mikroskopobjektiv) in den Eingangsarm 8 des Interferometers
eingekoppelt. Der optische Isolator 4 unterdrückt Rückreflexe in
den Laser, die zu Instabilitäten führen können. Die Eingangslicht
welle wird im faseroptischen Strahlteiler 10 (3 dB-Koppler) zu je
50% in den Referenzarm 12 und Signalarm 14 eingekoppelt, wo die
Teilwellen von den verspiegelten Endflächen 16 und 18 zum Strahl
teiler 10 zurückreflektiert werden. Die Überlagerung im Strahl
teiler ergibt ein Interferenzsignal in Form einer Ausgangslicht
leistung P ±, die von der optischen Wegdifferenz zwischen beiden
Interferometerarmen abhängt. Das Interferenzsignal P + wird am
Ausgangstor 20 des Interferometers von einer Photodiode 22 mit
Konversionsfaktor k in eine proportionale Spannung umgewandelt,
und liegt mit einer Zeitkonstanten τ nach einer Verzögerungszeit T
um einen Faktor g verstärkt (Verstärker 24) als Steuerspannung U
am (in diesem Beispiel piezoelektrischen) Phasenmodulator 26. Die
Spannung U (proportional zu P +) ist gleichzeitig das Ausgangssignal
dieses ADC-Bausteins. P - wird durch den optischen Isolator 4 von
der Laserdiode abgeblockt.
Das stationäre Verhalten der Anordnung erhält man aus der Glei
chung für die Ausgangsleistung eines Zweiarminterferometers:
wobei der Transmissionsfaktor T und der Modulationsindex µ (Inter
ferenzkontrast) durch die Doppelbrechung der Lichtwellenleiter,
das Teilungsverhältnis (Reflektivität) des Kopplers (Strahltei
lers) und die Polarisation der ein- bzw. ausgekoppelten Licht
wellen bestimmt werden. Φ b ist ein konstanter Phasenterm, der durch
eine Biasspannung U b an Klemme 28 am Phasenmodulator eingestellt
werden kann. Das ± Vorzeichen entspricht der Phasenverschiebung
von π zwischen den beiden Ausgangssignalen des Interferometers. In
Fig. 1 wird P + als Ausgangssignal genommen. Δ Φ=π U(t)/U π ist die
durch den Modulator gesteuerte Phasendifferenz zwischen den beiden
Interferometerarmen, und damit eine Funktion der Modulatorspannung
U(t), Δ Φ=π für U=U π .
Aufgrund der Rückkopplung kann die Modulatorspannung zur Zeit t
als Funktion der Lichtleistung geschrieben werden:
Der zweite Term auf der rechten Seite berücksichtigt die endliche
Zeitkonstante τ des rückgekoppelten Systems, die bei integriert
optischen Modulatoren in die Größenordnung von τ ≈ 1ns kommt. Bei
Verwendung piezoelektrischer Modulatoren müssen wegen der mecha
nischen Resonanzeigenschaften dieser Elemente noch höhere Ablei
tungen in U berücksichtigt werden.
Durch Einsetzen von (2) in (1) erhält man eine Differenzen-Diffe
rentialgleichung, die das dynamische Verhalten eines Mach-Zehnder-
oder Michelson-Interferometers mit elektro-optischer Rückkopplung
beschreibt:
wobei T die Rückkoppelverzögerungszeit ist (nicht zu verwechseln
mit dem Transmissionsfaktor T), G=kgP o T/U π und u(t)=U(t)/U π , u b =U π /U
als dimensionslose Spannungen eingeführt wurden. Glg. (3) wurde in
DFVLR-Mitt. 87/21 im Hinblick auf Multistabilität untersucht. Hier
interessiert in erster Linie das stationäre Verhalten. Dies wird
durch die Funktionsgleichung
beschrieben. Fig. 2 zeigt die stationären Fixpunkte u* als
Funktion des Proportionalitätsfaktors G (proportional zur Ein
gangsleistung P o und zur Verstärkung g). Das Charakteristikum
dieser Kurve ist das Hystereseverhalten der stationären Aus
gangssignale u* des Systems in Abhängigkeit von G. Bei konti
nuierlicher Erhöhung von P o wird das Ausgangssignal nur wenig
anwachsen, bis es bei bestimmten Werten von P o auf ein höheres
Niveau springt, wo sich der Vorgang wiederholt. Die Intervalle
zwischen den Plateaus der dimensionslosen Ausgangsspannung
betragen etwa Δ u* ≈ 2. Eine Abschätzung für die digitale Auflösung
des einzelnen multistabilen Elements erhält man über die
relativen Maxima von G(u*), indem man den cosinus-Term in Glg. (4)
mit -1 annähert:
Die Auflösung in G (Steigung des "Aufwärts"-zweiges der Hysterese
kurve in Fig. 2) wird also durch den Modulationsindex µ (Inter
ferenzkontrast) bestimmt.
Die stationären Lösungen von Glg. (3), wie sie in Fig. 2 gezeigt
sind, sind nur unter bestimmten Bedingungen auch stabil (DFVLR-
Mitt. 87/21, S. 243). Die Nichtlinearität des rückgekoppelten
Systems führt ab gewissen G-Werten, sogenannten Bifurkations
punkten, zunächst zu periodischem und schließlich zu chaotischem
Verhalten des Ausgangssignals. Die stabilen Bereiche der statio
nären Lösungen sind durch das Verhältnis der Rückkoppel-Verzöge
rungszeit T zur Modulatorzeitkonstanten τ gegeben: Je kleiner T/τ,
desto größer ist der G-Bereich für stabile Lösungen u*, und ent
sprechend mehr Sprünge in u* sind möglich (z. B. µ=0,5; T/τ=10 :
46 Sprünge im Bereich G=0...200). Für Multistabilität muß allge
mein T/τ «1 sein.
Faseroptische multistabile Interferometer mit Rückkopplung über
einen piezoelektrischen Phasenmodulator erlauben bei geeigneter
Wahl von τ (einstellbar z. B. durch eine zum PZT 26 parallelge
schaltete Kapazität 30: z. B. τ ≈ 10-3s bei T≈ 10 µs) und bei genügend
kleinem Modulationsindex µ grundsätzlich sehr viele diskrete
Stufen im Ausgangssignal.
Im Hinblick auf die Miniaturisierbarkeit werden für den ADC be
vorzugt integriert optische Interferometer mit elektro-optischen
Phasenmodulatoren verwendet. Solche Komponenten auf der Basis von
LiNB-Kristallen mit Ti-diffundierten Wellenleitern sind bekannt.
Ein weiterer Vorteil eines solchen integriert optischen Chips ist
die über den linearen elektro-optischen Effekt ermöglichte hohe
Modulationsfrequenz bis in den GHz-Bereich.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines aus zwei hintereinander
geschalteten Mach-Zehnder-Interferometern 310, 330 bestehenden
Basiselementes eines opto-elektronischen ADC. Das zweite Inter
ferometer 330 mit Eingangstor 32 und Ausgangstor 34 ist das multi
stabile Element, während das erste Interferometer 310 als elektro-
optischer Phasenmodulator dient. Beide Interferometer 310, 330
sind über Elektroden 311, 312, 313 bzw. 331, 332, 333 steuerbar.
Die Elektroden 311, 312 bzw. 331, 332 sind parallel geschaltet und
mit Eingangsklemmen 70 bzw. 46 verbunden. Die Elektrode 313 liegt
an einer positiven Vorspannung (+), während die Elektrode 333 an
Masse liegt. Mit Spannungsimpulsen an der Klemme 70 wird die in
Tor 72 eingekoppelte Eingangslichtleistung P o als zu digitalisie
rendes analoges Signal, das am Tor 32 anliegt, periodisch ausge
schaltet, um dadurch das multistabile Interferometer 330 für jede
neue Digitalisierung auf 0 zu setzen. Im einzelnen wird hierauf
weiter unten unter Bezug auf Fig. 5 eingegangen. Dadurch werden
die Sprünge im "Aufwärts"-Zweig der in Fig. 2 dargestellten G-u*-
Charakteristik für die Digitalisierung benutzt.
Die Übertragungscharakteristik des multistabilen Mach-Zehnder-
Interferometers wird wie die des Michelson-Interferometers durch
Glg. (1) bis (3) beschrieben, wobei hier P + zu einer Photodiode 36
gelangt, während P - vom Substrat absorbiert wird. Das Verzwei
gungsverhältnis für die eingekoppelte Lichtleistung im Eingangs-
Richtkoppler des zweiten, multistabilen Interferometers 330 und
damit der Interferenzkontrast µ wird durch Unsymmetrie der Inter
ferometerarme 38, 40, hervorgerufen durch ungleiche Durchmesser
oder Verzweigungswinkel, bestimmt. Integration von Photodiode 36
und Verstärker 42 auf demselben Chip wie die Interferometer 310,
330 ist denkbar, aber nicht notwendig. Der Ausgang der Photodiode
36 ist einem Verstärker 42 aufgeschaltet, dessen Ausgangssignal an
den beiden Elektroden 331, 332 des Interferometers 330 anliegt. An
der Klemme 44 liegt die Offsetspannung U b an. An einer Klemme 46
wird das digitalisierte Ausgangsignal U abgenommen. Falls die
Rückkoppel-Verzögerungszeit in dieser Anordnung aufgrund der Ver
zögerungen im Verstärker größer als die Zeitkonstante τ ist, muß
letztere durch geeignete Maßnahmen vergrößert werden, um durch
hinreichend kleines T/τ die gewünschte Zahl von stabilen Zuständen
des Interferometers zu erhalten.
Bei den Ausführungen nach Fig. 4 wird zur Digitalisierung eines
elektrischen Analogsignals Licht konstanter Intensität aus einer
Laserdiode 68 in das Eingangstor 72 des ersten Interferometers 310
eingekoppelt. An der Klemme 70 liegt ein elektrisches Analogsignal
U IN an. Der Ausgang des zweiten, multistabilen Interferometers 330
kann in diesem Fall z. B. durch periodisches Ausschalten der
Laserdiode 68 vor jedem Meßzyklus auf 0 gesetzt werden. Für das
erste Interferometer 310, das als elektro-optischer Schalter oder
Modulator wirkt, ist µ = T = 1. Die Mittelelektrode 313 wird auf
konstanter positiver Vorspannung (+) gehalten, so daß Φ B =π/2 und
der Arbeitspunkt somit im steilen Teil der Kennlinie liegt. Kleine
Spannungsänderungen am Kontakt 70 erzeugen dann über Δ Φ(U s ) pro
portionale Ausgangsleistungsänderungen des Interferometers 310 und
damit Änderungen der Eingangsleistung des multistabilen Interfero
meters 330.
Ein einzelnes multistabiles Interferometer, wie es vorstehend
unter Bezug auf Fig. 3 und 4 beschrieben ist, kann ein sich
kontinuierlich änderndes Eingangssignal in diskrete Ausgangs
zustände (Lichtintensitäten oder elektrische Spannungen) um
wandeln, wobei die maximale Anzahl theoretisch durch den Inter
ferenzkontrast µ und die charakteristischen Zeiten des Systems
bestimmt wird. In der Praxis wird die Maximalzahl stabiler Zu
stände außerdem durch die maximale mit dem Modulator erreichbare
Phasenverschiebung begrenzt. Jeder Sprung zu einem nächsthöheren
Zustand erfordert eine Phasenverschiebung von Δ Φ=2π rad.
Während mit piezoelektrischen Modulatoren in Glasfaserinterfero
metern über mechanische Faserdehnung hundert und mehr diskrete
Zustände eingenommen werden können, erlauben elektro-optische
Modulatoren nur um eine Größenordnung kleinere Maximalzahl von
Sprüngen, abhängig u. a. von der Elektrodenlänge des elektro-
optischen Phasenmodulators. Unter diesem Gesichtspunkt ist die
Verwendung von multistabilen Michelson-Interferometern anstelle
von Mach-Zehnder-Anordnungen von Vorteil, weil die Phasenver
schiebung der Lichtwellen bei gleicher Modulatorspannung im ersten
Fall doppelt so hoch ist.
Weil T/τ mit wachsender Zahl stabiler Zustände kleiner werden muß,
reduziert sich damit zwangsläufig auch die Geschwindigkeit der
Anordnung. Die schnellste Wandlung kann bei binärer Kodierung mit
zwei stabilen Zuständen erreicht werden, wobei dann die Zahl
aufgelöster Bits gleich der Zahl der Interferometer im ADC ist. In
der Praxis wird man einen Kompromiß zwischen einer möglichst hoch
wertigen Kodierung und hoher Wandlungsgeschwindigkeit eingehen.
Aus den genannten Gründen erfordert der Aufbau z. B. eines 10-Bit-
ADC′s auch bei mehrwertiger Kodierung eine Verkopplung mehrerer
multistabiler Interferometer zu einer Kaskade. Bild 5 zeigt den
Aufbau eines ADC′s am Beispiel von drei verkoppelten Elementen.
Einem Bauelement 148 mit den kaskadierten multistabilen Elementen
248, 249, 250 vorgeschaltet ist ein Bauelement 50 mit einem
elektro-optischen Schalter 151 und ein Bauelement 152 mit einem
glasfaseroptischen oder integriert optischen 1×3-Koppler 153,
der die an seinem Eingang 154 anliegende zu digitalisierende Ein
gangslichtintensität gleichmäßig auf die drei Interferometer 248,
249, 250 verteilt. Alle Komponenten dieser drei Bauelemente können
auf einem einzigen integriert optischen Chip untergebracht werden.
Die drei Interferometer 248, 249, 250 unterscheiden sich durch die
Rückkopplungsverstärkung g und den Interferenzkontrast µ. Dadurch
digitalisieren die Interferometer das analoge optische Eingangs
signal P IN, das am Eingangstor 60 anliegt, jeweils mit unter
schiedlicher Auflösung. Die Verhältnisse µ a /µ b /µ c und g a /g b /g c
können z. B. so gewählt sein, daß der Analogwert im Dezimalsystem
kodiert an den Ausgängen 270, 271, 272 erscheint. Dazu sind z. B.
die Werte nach folgender Tabelle der möglichen Wertekombinationen
für Rückkoppelverstärkung g und Modulationsindex µ eines dezimal
kodierten ADC einzustellen.
Bei diesen Werten springt Interferometer 249 bei einer zehnfach
und Interferometer 248 bei einer hundertfach höheren Lichtleistung
als Interferometer 250 auf den nächsthöheren stabilen Zustand.
Die drei Interferometer sind elektrisch so verschaltet, daß beim
Sprung eines höherwertigen Interferometers (z. B. 249) der ent
sprechende Spannungswert, der von der Photodiode 267 abgegeben
wird, im Rückkoppelkreis 268 als Offsetspannung von der aktuellen
Modulatorspannung, die über den Verstärker 262 des niedrigerwer
tigen Interferometers 250 an dessen parallel geschalteten Elektro
den 265 anliegt, subtrahiert wird. Durch diese Verschaltung wird
die Modulatorspannung der Interferometer 250 und 249 bei konti
nuierlicher Erhöhung der Eingangslichtintensität P o jeweils beim
zehnten Sprung auf den Anfangswert zurückgesetzt. Ein analoges
Eingangssignal kann mit dieser Anordnung in maximal 999 Inkremente
bei dezimaler Kodierung zerlegt werden. Die an den Elektroden an
liegende Spannung wird bei jedem der drei Interferometer heraus
geführt und digital angezeigt. Die dezimale Anzeige umfaßt damit
den Bereich von 000 bis 999.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführung muß das zu digitali
sierende Analogsignal aufgrund der erwähnten Hysterese-Charak
teristik der multistabilen Elemente vor jedem neuen Digitalisie
rungsvorgang auf 0 rückgesetzt werden. Die Digitalisierung wird
damit jeweils im "Aufwärts"-Hysteresezweig der Spannungs-Ver
stärkungs-Charakteristik (Fig. 2) durchgeführt. Das Rücksetzen
kann erfolgen über eine Rücksetz-(Reset-)Spannung, die über eine
Reset-Anschlußklemme 51 an den Elektroden 52 des Schalters 151
periodisch getaktet angelegt wird. Es ist auch ein Rücksetzen
dadurch möglich, daß die beiden parallel geschalteten Elektroden
263, 264, 265 der Interferometer 248, 249, 250 auf das Potential
der jeweiligen dritten Elektrode 273, 274, 275 gelegt werden, die
vorzugsweise Massepotential hat. Dadurch wird der Durchgang durch
den Schalter 151 gesperrt bzw. es werden die Interferometer 248,
249 und 250 jeweils auf 0 gesetzt.
Mit einer veränderten Anordnung läßt sich auch der "Abwärts"-
Hysteresezweig für die Digitalisierung ausnutzen. Dies hat den
Vorteil, daß bei ansonsten gleichen Parametern ein Vielfaches an
stabilen Zuständen gegenüber dem Arbeiten im "Aufwärts"-Hyste
resezweig erreichbar ist. Dazu können die multistabilen Inter
ferometer 248, 249 und 250 vor jedem Digitalisierungstakt statt
auf 0 über den Schalter 151 auf maximale Eingangsintensität
geschaltet werden. Zu diesem Zweck wird in den elektro-optischen
Schalter 151 anstelle eines zu digitalisierenden optischen Signals
eine konstante ausreichend hohe Lichtleistung (z. B. aus einer
Laserdiode 278) eingekoppelt, die vor jedem Digitalisierungsvor
gang ausgeschaltet wird, so daß danach nur noch der (niedrigere)
Signalpegel eines analogen Eingangssignals in die multistabilen
Interferometer 248, 249, 250 eintritt. Dieses analoge Eingangs
signal (P′ IN) kann hinter dem Schalter 151 in ein zusätzliches
Eingangstor 61 für den anschließenden 2×3-Koppler 153 einge
koppelt werden. Eine weitere Möglichkeit für das Rücksetzen beim
Arbeiten im "Abwärts"-Hysteresezweig besteht darin, die Elektroden
263, 264, 265 der Interferometer 248, 249, 250 periodisch getaktet
an einen Spannungspegel anzulegen, der höher liegt als der höchste
zu erwartende Signalpegel.
Da die Steigung des "Abwärts"-Hysteresezweiges der u*-G-Kennlinie
(Fig. 2) eines multistabilen Interferometers (d. h. seine
digitale Auflösung nach Glg. (5)) im Gegensatz zur Steigung des
"Aufwärts"-Zweiges nicht vom Interferenzkontrast µ abhängt, muß
die unterschiedliche digitale Auflösung der verschiedenen
Interferometer des ADC in diesem Fall auf andere Art eingestellt
werden. Zu diesem Zweck können die einzelnen Interferometer 248,
249, 250 mit unterschiedlich langen Elektroden 263, 264, 265 an
den elektro-optischen Modulatoren versehen werden. Das Interfero
meter mit der höchsten Auflösung enthält dabei die längsten
Elektroden. Dadurch wird in Glg. (3) U π kleiner. Anstelle der
Wertepaare (g, µ) werden bei der Verwendung des "Abwärts"-Hyste
resezweiges dann für die gewünschte Kodierung (binär, hexadezimal,
dezimal) die Paare (g, U π für die einzelnen Interferometer des ADC
entsprechend eingestellt.
Die Schaltung nach Fig. 5 kann prinzipiell auch für die Auflösung
und Anzeige analoger elektrischer Signale verwendet werden, wie
sie im Prinzip unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben ist. Das Signal
liegt hierbei an der Eingangsklemme 51 der Elektrode 52 des Schal
ters 51 an, während über das Eingangstor 60 des Schalters 151 ein
periodisch getaktetes optisches Signal dem Schalter anliegt. Auch
eins der übrigen vorbeschriebenen Reset-Verfahren kann verwendet
werden.
Claims (13)
1. Opto-elektronischer A/D-Wandler mit einer Mehrzahl parallel
geschalteter multistabiler Lichtwellenleiter-Interferometer,
die von einer einzelnen Eingangslichtquelle beaufschlagt
sind, bei dem die optischen Weglängen der Interferometerarme
durch steuerbare elektrische Felder zwischen parallel zu den
Interferometerarmen angeordneten Elektroden bestimmt sind,
und bei dem jedem der multistabilen Interferometer eine
Photodiode nachgeschaltet ist, mit der jeweils das Ausgangs
signal der Interferometer in eine elektrische Spannung um
gewandelt wird, die zur Anzeige gebracht wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Photodioden je
weils auf die Elektroden geschaltet wird, daß die Ausgangs
signalspannung eines höherwertigen Interferometers dem Ver
stärker des niedrigwertigeren Interferometers als Offset-
Spannung aufgeschaltet ist, daß die Ausgangsspannung der
Verstärker jeweils als Digitalsignal abgenommen wird, und daß
Mittel zur Erzeugung eines periodisch getakteten Reset-
Signals vorgesehen sind.
2. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß dem Eingang der parallelen multistabilen
Interferometer ein über seine Elektroden steuerbares Ein
gangs-Interferometer vorgeschaltet ist.
3. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Eingangsinterferometer von einer Licht
quelle konstanter Intensität beaufschlagt ist und daß an
seinen Elektroden eine analoge Spannung anliegt.
4. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Interferometer als Unterbrecher steuer
bar ist.
5. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das durch Elektroden erzeugte Feld der
multistabilen Interferometer periodisch auf einen Ausgangs
wert setzbar ist.
6. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß für das Reset-Signal Mittel vorgesehen
sind, mit denen das Potential der steuerbaren Elektroden der
multistabilen Interferometer auf das Potential der Masseelek
trode schaltbar sind.
7. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß für das Reset-Signal Mittel vorgesehen
sind, mit denen das Potential der steuerbaren Elektroden der
multistabilen Interferometer auf einen Pegel anhebbar ist,
der größer ist als der maximale Signalpegel.
8. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Reset eine periodisch auf den gemein
samen Eingang der multistabilen Interferometer schaltbare
Konstantlichtquelle vorgesehen ist.
9. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Elektroden der multistabilen Interfero
meter periodisch auf ein Reset-Potential schaltbar sind.
10. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Lichtquelle periodisch getaktet ist.
11. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Reset-Potential einen Pegel größer als
der maximale Signalpegel hat.
12. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Reset-Pegel dem Massepegel entspricht.
13. Opto-elektronischer A/D-Wandler nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß parallel zu dem Interferometer ein von
einer Nutzlichtlichtquelle beaufschlagter Lichtwellenleiter
auf den gemeinsamen Eingang der multistabilen Interferometer
geführt ist.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3818865A DE3818865A1 (de) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | Opto-elektronischer a/d-wandler mit einer mehrzahl parallel geschalteter lichtwellenleiter-interferometer |
EP89109802A EP0344739B1 (de) | 1988-06-03 | 1989-05-31 | Opto-elektronischer A/D-Wandler mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Lichtwellenleiter-Interferometer |
DE89109802T DE58905422D1 (de) | 1988-06-03 | 1989-05-31 | Opto-elektronischer A/D-Wandler mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Lichtwellenleiter-Interferometer. |
JP1139386A JPH0719006B2 (ja) | 1988-06-03 | 1989-06-02 | 光電式ad変換器 |
US07/361,378 US4928007A (en) | 1988-06-03 | 1989-06-05 | Opto-electric A/D converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3818865A DE3818865A1 (de) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | Opto-elektronischer a/d-wandler mit einer mehrzahl parallel geschalteter lichtwellenleiter-interferometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3818865A1 true DE3818865A1 (de) | 1989-12-07 |
Family
ID=6355753
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3818865A Withdrawn DE3818865A1 (de) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | Opto-elektronischer a/d-wandler mit einer mehrzahl parallel geschalteter lichtwellenleiter-interferometer |
DE89109802T Expired - Fee Related DE58905422D1 (de) | 1988-06-03 | 1989-05-31 | Opto-elektronischer A/D-Wandler mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Lichtwellenleiter-Interferometer. |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE89109802T Expired - Fee Related DE58905422D1 (de) | 1988-06-03 | 1989-05-31 | Opto-elektronischer A/D-Wandler mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Lichtwellenleiter-Interferometer. |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4928007A (de) |
EP (1) | EP0344739B1 (de) |
JP (1) | JPH0719006B2 (de) |
DE (2) | DE3818865A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4021293A1 (de) * | 1990-07-04 | 1992-01-16 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Bistabiler optischer schalter |
DE10047593C1 (de) * | 2000-09-26 | 2002-03-21 | Siemens Ag | Verfahren zur Ansteuerung eines differentiell ansteuerbaren Mach-Zehnder-Modulators |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5119679A (en) * | 1991-04-05 | 1992-06-09 | The Boeing Company | Optically powered and linked pressure transducer |
US5347377A (en) * | 1992-06-17 | 1994-09-13 | Eastman Kodak Company | Planar waveguide liquid crystal variable retarder |
US5373389A (en) * | 1992-10-27 | 1994-12-13 | General Instrument Corporation | Method for linearizing an unbalanced Mach Zehnder optical frequency discriminator |
KR100217714B1 (ko) * | 1993-12-31 | 1999-09-01 | 윤종용 | 레이저 다이오드가 결합된 간섭형 광온도 센싱 시스템 |
FR2723277B1 (fr) * | 1994-07-29 | 1996-09-13 | Thomson Csf | Convertisseur analogique-numerique et systeme de conversion analogique-numerique mettant en oeuvre ledit convertisseur |
US5994891A (en) * | 1994-09-26 | 1999-11-30 | The Boeing Company | Electrically small, wideband, high dynamic range antenna having a serial array of optical modulators |
US5999284A (en) * | 1997-06-05 | 1999-12-07 | Northern Telecom Limited | Optical detection and logic devices with latching function |
US6100831A (en) * | 1998-06-30 | 2000-08-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optoelectronic analog-to-digital converter using wavelength division multiplexing |
GB9912687D0 (en) * | 1999-06-02 | 1999-08-04 | Secr Defence | High speed optical analogue to digital converter and digital optical wavemeter |
US6160504A (en) * | 1999-06-30 | 2000-12-12 | Trw Inc. | Repetitive absorptive thresholding optical quantizer |
AU7123600A (en) * | 1999-09-10 | 2001-04-10 | Nanovation Technologies, Inc. | Mach-zehnder interferometer with a ring resonator |
US6738144B1 (en) | 1999-12-17 | 2004-05-18 | University Of Central Florida | Non-invasive method and low-coherence apparatus system analysis and process control |
US6700517B1 (en) * | 2002-12-24 | 2004-03-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Photonic analog-to-digital converter |
US7564387B1 (en) | 2008-02-29 | 2009-07-21 | Sandia Corporation | Optical analog-to-digital converter |
CN102088347B (zh) * | 2009-12-03 | 2012-12-12 | 北京邮电大学 | 全光混沌序列发生器及全光混沌序列发生方法 |
US8618966B2 (en) * | 2011-02-22 | 2013-12-31 | Nucript LLC | Photonic assisted analog-to-digital conversion using phase detection |
US9197471B1 (en) | 2011-08-05 | 2015-11-24 | Rockwell Collins, Inc. | Optically interleaved photonic analog to digital converters |
US10069619B1 (en) | 2011-08-05 | 2018-09-04 | Rockwell Collins, Inc. | Optical sample and hold system and method |
US8837956B1 (en) | 2012-06-28 | 2014-09-16 | Rockwell Collins, Inc. | Pipelined receiver system and method |
US8548331B1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-10-01 | Rockwell Collins, Inc. | Optically interleaved electronic analog to digital converters |
US8725004B1 (en) | 2012-01-26 | 2014-05-13 | Sandia Corporation | Optical domain analog to digital conversion methods and apparatus |
FR3002654A1 (fr) | 2013-02-26 | 2014-08-29 | St Microelectronics Sa | Modulateur optique avec correction de polarisation automatique |
US9356704B1 (en) | 2013-08-09 | 2016-05-31 | Rockwell Collins, Inc. | Optical conversion system and method with multiple phase processing |
US9118423B1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-08-25 | Rockwell Collins.com | Optical conversion system and method with multiple amplitude processing |
US9176361B2 (en) * | 2014-03-11 | 2015-11-03 | Sony Corporation | Optical analog to digital converter and method |
US10156476B2 (en) * | 2014-11-13 | 2018-12-18 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Solid state wideband fourier transform infrared spectrometer |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2745847A1 (de) * | 1976-10-15 | 1978-05-18 | Western Electric Co | Nichtlineares interferometer |
DE3025073A1 (de) * | 1980-07-02 | 1982-01-21 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schneller elektrooptischer analog/digital- bzw. digital/analog-wandler |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4763973A (en) * | 1985-02-27 | 1988-08-16 | Omron Tateisi Electronics Co. | Waveguide-type optical sensor |
SE447601B (sv) * | 1985-04-04 | 1986-11-24 | Ericsson Telefon Ab L M | Fiberoptisk interferometer |
US4755668A (en) * | 1986-10-03 | 1988-07-05 | Optical Technologies, Inc. | Fiber optic interferometric thermometer with serially positioned fiber optic sensors |
-
1988
- 1988-06-03 DE DE3818865A patent/DE3818865A1/de not_active Withdrawn
-
1989
- 1989-05-31 DE DE89109802T patent/DE58905422D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-31 EP EP89109802A patent/EP0344739B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-02 JP JP1139386A patent/JPH0719006B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-05 US US07/361,378 patent/US4928007A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2745847A1 (de) * | 1976-10-15 | 1978-05-18 | Western Electric Co | Nichtlineares interferometer |
DE3025073A1 (de) * | 1980-07-02 | 1982-01-21 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schneller elektrooptischer analog/digital- bzw. digital/analog-wandler |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
US-Z.: Electronics Letters, Bd. 18, H. 25, 9.12.82, S. 1099-1100 * |
US-Z.: Optical Engineering, Bd. 19, H. 4, 1980, S. 456-462 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4021293A1 (de) * | 1990-07-04 | 1992-01-16 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Bistabiler optischer schalter |
US5117471A (en) * | 1990-07-04 | 1992-05-26 | Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. | Bistable optical switching arrangement |
DE10047593C1 (de) * | 2000-09-26 | 2002-03-21 | Siemens Ag | Verfahren zur Ansteuerung eines differentiell ansteuerbaren Mach-Zehnder-Modulators |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4928007A (en) | 1990-05-22 |
EP0344739B1 (de) | 1993-09-01 |
JPH02118525A (ja) | 1990-05-02 |
EP0344739A2 (de) | 1989-12-06 |
DE58905422D1 (de) | 1993-10-07 |
EP0344739A3 (en) | 1990-05-23 |
JPH0719006B2 (ja) | 1995-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0344739B1 (de) | Opto-elektronischer A/D-Wandler mit einer Mehrzahl parallel geschalteter Lichtwellenleiter-Interferometer | |
DE3138073C2 (de) | ||
Coppinger et al. | Photonic time stretch and its application to analog-to-digital conversion | |
DE69912969T2 (de) | Optischer phasendetektor | |
DE60115412T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur generation von pulsen | |
DE102011017622B3 (de) | Vorrichtung zur Messung von Zustandsgrößen mit einem faseroptischen Sensor und deren Verwendung | |
DE602005001664T2 (de) | Optischer Entfernungsmesser | |
DE1940718C3 (de) | Elektro-optische Abtastvorrichtung | |
US4325603A (en) | Electro-optic analog-to-digital converter | |
EP0042999B1 (de) | Schneller elektrooptischer Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandler | |
EP0323871A2 (de) | Spannungs-Frequenz-Umsetzer und seiner Verwendung in einer Lichtwellenleiter-Uebertragungsanordnung | |
DE4016657A1 (de) | System fuer elektrische signalabtastung mit ultrakurzen optischen impulsen | |
WO2013171155A1 (de) | ZEITLINSENAUFBAU MIT VARIABLER VERGRÖßERUNG | |
US6246350B1 (en) | Optoelectronic analog-to-digital converter | |
CH679612A5 (de) | ||
DE3833635A1 (de) | Laserwarnempfaenger | |
DE60201200T2 (de) | Quelle für optische Pulse für optische Fernübertragunssysteme | |
DE102013204731B4 (de) | Analog-Digital-Konverter und Verfahren zum Erzeugen eines digitalen Datenstromes | |
EP0302275A2 (de) | Vorrichtung zum Detektieren intensitätsmodulierter Lichtsignale | |
DE4034664A1 (de) | Faseroptisches sagnac-interferometer zur drehratenmessung | |
DE60031420T2 (de) | A/d-wandlerverfahren und -gerät | |
DE3127379A1 (de) | Optisches netz zur uebertragung von sensordaten | |
CN211959218U (zh) | 一种基于光注入半导体激光器的光电量化装置 | |
DE602005006369T2 (de) | Hochgeschwindigkeitsabtastgerät | |
DE19919300A1 (de) | Anordnungen zur Überwachung der Performance von D-WDM Mehrwellenlängensystemen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FUER LUFT- UND RAUMFAHR |
|
8130 | Withdrawal |