Detektion von Veränderungen eines Zeitabstandes von Signalen

 

Eine femtosekundengenaue Vermessung der zeitlichen Beziehung zweier optischer Signale sowie eines optischen und eines Mikrowellen-Signals bietet eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten. Beispiele sind die hochpräzise Synchronisation diverser optischer und elektrischer Signale sowie hochauflösende Anwendungen in der Messtechnik.

Anwendungsgebiete

  • Telekommunikation
  • Navigationssysteme
  • Datenübertragung
  • Vermessungstechnik

Problemstellung

Hauptproblem bisher verwendeter Methoden zur Vermessung der zeitlichen Beziehung zweier gepulster optischer Signale bzw. eines gepulsten optischen Signals und eines Mikrowellen-Signals ist entweder die geringe Langzeitstabilität oder ein sehr aufwendiger Messaufbau.
Zur Vermessung der zeitlichen Beziehung zweier gepulster optischer Signale werden zurzeit typischerweise die optischen Signale mit je einem Fotodetektor detektiert, mit einem Bandpassfilter wird aus dem Frequenzspektrum eine hohe Harmonische der Lasergrundfrequenz selektiert, anschliessend wird mit einem Phasendetektor die zeitliche Beziehung beider Signale bestimt. Eine Temperaturänderung jeder der drei ver-wendeten Komponenten (Fotodetektor, Filter, Phasendetektor) sowie eine Änderung der optischen Leistung auf dem Fotodetektor verfälscht die Messung des zeitlichen Versatzes.
Bei der Vermessung des zeitlichen Versatzes eines optischen sowie eines Mikrowellen-Signals wird ein Photodetektor und ein Filter durch den Mikrowellenoszillator ersetzt, so dass die Problematik dieselbe ist.

Innovation

Die entwickelten Verfahren reduzieren die Abhängigkeit des Messergebnisses von der Temperatur sowie der optischen Leistung erheblich. Das Verfahren verwendet zur Vermessung der zeitlichen Beziehung zweier optischer Signale einen anstelle von zwei Fotodetektoren, so dass Änderungen des Detektorverhaltens für beide Signale gleich sind. Anstelle einer temperatursensitiven Phasenmessung wird die Leistung einer oder mehrerer Laserharmonischen vermessen, die sich in dem entwickelten Verfahren mit dem zeitlichen Versatz beider optischen Signale ändert. Leistungsänderungen der optischen Signale können von Änderungen des zeitlichen Versatzes unterschieden werden.
Bei der Vermessung des zeitlichen Versatzes eines optischen sowie eines Mikrowellen-Signals verwendet das entwickelte Verfahren einen elektro-optischen Amplitudenmodulator um Änderungen des zeitlichen Versatzes in eine Änderung des Frequenzspektrums zu konvertieren. Der zeitliche Versatz der Signale ergibt sich aus einer Leistungsmessung des modulierten Laserspektrums.
Die zeitliche Messauflösung ist besser als 10 fs.