DE1261908B - Optisches Zeitmultiplex-Nachrichtenuebertragungssystem - Google Patents

Optisches Zeitmultiplex-Nachrichtenuebertragungssystem

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DE1261908B
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Dr Rer Nat Dieter Ro Dipl-Phys
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00Optical multiplex systems
    • H04J14/08Time-division multiplex systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

  • Optisches Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem, bei dem die in einem Pulsrahmen zusammengefaßten Signalkanäle in Gestalt einer Lichtimpulsfolge übertragen werden.
  • Im Lichtgebiet stehen für die Übertragung von Signalen sehr große Bandbreiten zur Verfügung. Nachdem es mit Hilfe optischer Molekularverstärker gelungen ist, kohärente Lichtstrahlen hoher Energie mit beugungsbegrenzten Eigenschaften zu erzeugen, kann nunmehr auch daran gedacht werden, derartige Lichtstrahlen zur zeitmultiplexen Übertragung einer Vielzahl von Kanälen anzuwenden. Die sich hier anbietende Möglichkeit könnte darin bestehen, die Strahlung eines Lichtoszillators, vorzugsweise eines Lasers, mit dem Summensignal der zu einem Pulsrahmen vereinigten einzelnen Signalkanäle zu modulieren. Die sendeseitige Vereinigung der einzelnen Signalkanäle zu dem den Lichtoszillator modulierenden Summensignal und die empfangsseitige Verteilung des in einem Lichtdemodulator zurückgewonnenen Summensignals auf die einzelnen Signalkanäle könnte dabei in üblicher Weise auf elektrischem Wege vorgenommen werden. Das Zusammenarbeiten zwischen optischen und elektrischen Einheiten innerhalb eines Nachrichtenübertragungssystems hätte jedoch, abgesehen von dem relativ großen Aufwand, der die Anpassung der verschiedenen Systemeinheiten mit sich bringt, den Nachteil, daß die Vorteile der im optischen Gebiet erreichbaren wesentlich kürzeren Schaltzeiten bei einem gemischten System der genannten Art nicht voll ausgenutzt werden können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem der einleitend beschriebenen Art eine einfache Lösung anzugeben, die es gestattet, auch die sendeseitige Vereinigung der Signalkanäle zum Summensignal und die emfangsseitige Verteilung der im Summensignal übertragenen Signale auf die einzelnen Signalkanäle auf rein optischem Wege durchzuführen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die signalmodulierte polarisierte Lichtstrahlen darstellenden Kanäle mittels steuerbaren, die Funktion von Kanalschaltern ausübenden Kanalreflektoren im Rhythmus der Kanalfolgefrequenz des Pulsrahmens in der vorgesehenen Ordnung nacheinander sendeseitig abgetastet und empfangsseitig in die einzelnen Kanäle wiederum aufgeteilt sind, daß hierzu die Kanalreflektoren sende- und empfangsseitig in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge hintereinander in einer Reihe angeordnet sind und daß die signalmodulierten Lichtstrahlen bei wirksamer Reflexion der steuerbaren Kanalreflektoren mit der Fortpflanzungsrichtung den Strahlumlenkwinkel von vorzugsweise 90° einschließen.
  • Das erfindungsgemäße optische Zeitmultiplex-Nächrichtenübertragungssystem hat den großen Vorteil, daß der Strahlquerschnitt und seine Öffnung an allen Stellen des Systems gleich groß ist und daß jeder Signalkanal den ganzen Strahlquerschnitt ausfüllt. Dadurch sind nämlich die unvermeidlichen Beugungsverluste auf ein Minimum begrenzt.
  • Mit Rücksicht auf die Verluste in den Kanalreflektoren und zur Vermeidung von Laufzeitdifferenzen zwischen den einzelnen Kanälen ist es sinnvoll, die Reihenfolge und den gegenseitigen Abstand der den einzelnen Kanälen zugeordneten Kanalreflektoren in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge auf der Sende- und der Empfangsseite gleich zu bemessen.
  • Auf der Sendeseite können die steuerbaren Kanalreflektoren zweckmäßig eine Polarisationsweiche aufweisen, der im Strahlengang des zugeordneten signalmodulierten Lichtstrahles ein erster Polarisationsschalter vorgeschaltet und in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge ein zweiter, vorzugsweise gleicher Polarisationsschalter nachgeschaltet ist.
  • In ähnlicher Weise können auf der Empfangsseite die steuerbaren Kanalreflektoren eine Polarisationsweiche aufweisen, der in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge ein Polarisationsschalter vorgeschaltet ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung können die sendeseitigen steuerbaren Kanalreflektoren ebenfalls mit nur einem Polarisationsschalter auskommen, wenn sie jeweils zwei Polarisationsweichen aufweisen, die in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge einschließlich eines zwischen ihnen angeordneten Polarisationsschalters hintereinandergeschaltet sind. Die Verwendung von zwei Polarisationsweichen für einen Kanalreflektor bedeutet hierbei jedoch keinen zusätzlichen Aufwand an Polarisationsweichen gegenüber der oben angegebenen Lösung, weil, abgesehen vom ersten und vom letzten steuerbaren Kanalreflektor der Reihe, die beiden Polarisationsweichen eines Kanalreflektors jeweils zwei aufeinanderfolgenden Kanalreflektoren gemeinsam sein können und die erste Polarisationsweiche des ersten Kanalreflektors der Reihe durch einen Spiegel ersetzt werden kann.
  • Die Steuerimpulsfolgen für die Polarisationsschalter werden am einfachsten von einem Taktimpuls unter Zuhilfenahme eines Mehrfach-Phasenschiebers gewonnen, beispielsweise einer Laufzeitkette mit einer derAnzahl der Kanalreflektoren entsprechenden Zahl von Abgriffen.
  • Als Polarisationsschalter können beispielsweise Kerrzellen oder Pockelzellen zur Anwendung gelangen. Sie bestehen aus Kristallen bzw. lichtdurchlässigen Flüssigkeiten, die in Abhängigkeit eines an sie angelegten elektrischen Gleichfeldes die Polarisationsebene eines in ihnen fortschreitenden Lichtstrahls drehen. Bei geeigneter Bemessung der Zellen einerseits und der Größe der an sie angelegten Gleichspannung andererseits kann der Drehwinkel der Polarisationsebene des durch sie hindurchtretenden Lichtstrahls in bestimmten Grenzen eingestellt werden. Entsprechendes gilt für Polarisationsschalter, bei denen der sogenannte Faraday-Effekt kristalliner, aber auch glasförmiger optisch durchlässiger Stoffe zur Drehhung der Polarisationsebene des sie durchsetzenden Lichtstrahls ausgenutzt wird. Die Drehung der Polarisationsebene des Lichtstrahls erfolgt hier in Abhängigkeit eines parallel zur Strahlrichtung ausgerichteten magnetischen Gleichfeldes, das durch eine den betreffenden Stoff umgebende stromdurchflossene Spule erzeugt werden kann.
  • Als Polarisationsweichen können beispielsweise Nicolsche, Wollastonsche oder Glan-Thompsonsche Prismen zur Anwendung gelangen. Im vorliegenden Fall sind sie zweckmäßig so zu bemessen, daß Licht einer Polarisationsrichtung ohne Reflexion hindurchgeht, während senkrecht dazu polarisiertes Licht unter 90° reflektiert wird. Demnach ist es zur Erzielung optimaler Schalteigenschaften der steuerbaren, sich aus Polarisationsschaltern und Polarisationsweichen aufbauenden Kanalreflektoren erforderlich, einerseits die Drehung der Polarisationsebene des einen Polarisationsschalter der genannten Art durchsetzenden Lichtstrahls bei vorhandener Schaltspannung bzw. vorhandenem Schaltstrom für einen Winkel von 90° zu bemessen und andererseits die Polarisationsebene der die einzelnen Kanäle darstellenden signalmodulierten Lichtstrahlen für die Vorzugsrichtung der Polarisationsweichen oder senkrecht dazu auszurichten.
  • Bei Verwendung von Zellen darstellenden Polarisationsschaltern mit auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordneten Steuerelektroden, beispielsweise Kerrzellen oder Pockelzellen, ist es sehr vorteilhaft, die Polarisationsschalter einschließlich der Polarisationsweichen der Reihe von steuerbaren Kanalreflektoren auf der Sende- bzw. auf der Empfangsseite auf einer metallischen Grundplatte anzuordnen, die gleichzeitig die eine Steuerelektrode für alle Polarisationsschalter abgibt. In diesem Fall können nämlich die durch die Steuerelektroden der Polarisationsschalter gegebenen Kapazitäten dadurch in den eine Laufzeitkette darstellenden Vielfach-Phasenschieber mit einbezogen werden, daß die anderen Steuerelektroden der Polarisationsschalter, und zwar die jeweils anderen Steuerelektroden einander benachbarter Polarisationsschalter, im Sinne einer Kettenschaltung durch Induktivitäten geeigneter Größe miteinander verbunden werden.
  • Das optische Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem nach der Erfindung weist zweckmäßig im übertragungsweg der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge sendeseitig hinter den Kanalreflektoren und empfangsseitig vor den Kanalreflektoren einen Lichtverstärker und gegebenenfalls hinter den Lichtverstärkern einen optischen Modulationswandler, beispielsweise einen Analog-Digital-Wandler bzw: einen Digital-Analog-Wandler auf.
  • Als Lichtverstärker eignet sich in besonders vorteilhafter Weise ein optisch steuerbarer Laser, der von der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge angeregt und für die Emission eines beugungsbegrenzten Strahls bemessen ist.
  • An Stelle einer Amplitudenmodulation der die einzelnen Kanäle darstellenden Lichtstrahlen können diese in vorteilhafter Weise auch puIsphasenmoduliert oder pulscodemoduliert sein.
  • Die Lichtquellen für die Lichtstrahlen, die von den Signalen der ihnen jeweils zugeordneten Kanäle moduliert sind, sind sinnvollerweise Laser, vorzugsweise Halbleiter-Laser.
  • An Stelle von Lasern als Lichtquellen können in vorteilhafter Weise auch lumineszierende Halbleiter zur Anwendung gelangen. Die Polarisation der die Signalkanäle darstellenden Lichtstrahlen, die für das einwandfreie Arbeiten der Kanalreflektoren Voraussetzung ist, ist zumindest bei lumineszierenden Halbleitern nicht ohne weiteres gegeben. In diesem Fall kann dann die gewünschte Polarisation durch den Lichtquellen nachgeschaltete Polarisationsfilter herbeigeführt werden.
  • Um Strahlverluste möglichst klein zu halten, ist es angebracht, die einander unmittelbar benachbarten Polarisationsschalter und Polarisationsweichen miteinander zu verkitten und dabei als Kitt ein lichtdurchlässiges Material zu verwenden, dessen Brechungsindex wenigstens annähernd mit dem des Materials der Polarisationsschalter bzw. der Polarisationsweichen übereinstimmt.
  • An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet F i g. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystems nach der Erfindung, F i g. 2 Zeitdiagramme der beim System nach der F i g. 1 auftretenden optischen Funktionen, F i g. 3 einen optischen Kanalvereiniger nach der Erfindung, F i g. 4 einen optischen Kanalverteiler nach der Erfindung, F i g. 5 ein Aufbauschema für die Reihenschaltung von steuerbaren Kanalreflektoren auf der Sende- bzw. der Empfangsseite nach der Erfindung, F i g. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen optischen Kanalvereiniger nach der Erfindung. Der Vorteil eines optischen Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystems nach der Erfindung beruht, wie einleitend bereits darauf hingewiesen wurde, auf der großen Bandbreite, d. h. einer entsprechend großen Anzahl einzelner Signalkanäle für die Obertragung über eine Lichtstrecke. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist bei der schematischen Darstellung des erfindungsgemäßen optischen Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystems nach der F i g. 1 die Zahl der dargestellten Signalkanäle auf drei, nämlich die Kanäle K1, K2 und K3, beschränkt. In Wirklichkeit wird ein solches System 100 und mehr Kanäle umfassen. Aus den gleichen Gründen sind auch die weiterhin dargestellten Ausführungsbeispiele in den F i g. 3 bis 6 lediglich für drei Kanäle angegeben. Die auf der Sendeseite ankommenden Signalkanäle K1, K2 und K3 in Form elektrischer Signale stehen mit dem Modulationseingang einer modulierbaren Lichtquelle L I., L 2 und L 3 in Verbindung. Diese Lichtquellen senden einen vom eingangsseitigen elektrischen Signal modulierten Lichtstrahl x 1, x 2 und x3 aus. Diese Lichtstrahlen stellen die optischen Signalkanäle dar und sind zueinander parallel ausgerichtet. Außerdem haben sie den gleichen gegenseitigen Abstand. Im Strahlengang der modulierten Lichtstrahlen x1 bis x3 ist jeweils ein steuerbarer Kanalreflektor R 1, R 2 und R 3 angeordnet, die ihrerseits parallel zu den Lichtquellen L 1 bis L 3 in einer Reihe ausgerichtet sind und ebenfalls einen gleichen gegenseitigen Abstand haben, der dabei dem der modulierten Lichtstrahlenxl bis x3 entspricht. Die steuerbaren Kanalreflektoren R 1 bis R 3 stellen optische Schalter dar, die in der einen Schaltstellung von den modulierten Lichtstrahlen (x1, x2) ohne Richtungsänderung durchsetzt werden und in der anderen Schaltstellung in einem Winkel von 90° reflektiert werden. Diese Schaltstellung ist beim Kanalreflektor R 3 für den Lichtstrahl x 3 dargestellt. Die unterschiedliche Schaltstellung der Kanalreflektoren R 1 bis R 3 kommt in der Zeichnung auch noch dadurch zum Ausdruck, daß bei durchlässig geschalteten Reflektoren die eine der beiden sie darstellenden parallelen Linien, und zwar die auf Seiten des Lichtstrahls verläuft, unterbrochen gezeichnet ist. In der zweiten Schaltstellung der Kanalreflektoren, in denen ihre Reflexionseigenschaften wirksam sind, verläuft die unterbrochen gezeichnete Linie auf der hinsichtlich der modulierten Lichtstrahlen (x 3) rückwärtigen Seite der Kanalreflektoren (R3). Im Ruhezustand sind die steuerbaren Kanalreflektoren R 1 bis R 3 für die modulierten Lichtstrahlen x 1 bis x3 durchlässig, und zwar gleichgültig, ob die Lichtstrahlen die Kanalreflektoren in der in der F i g. 1 dargestellten Richtung durchdringen oder senkrecht hierzu. Die Vereinigung der Signalkanäle zu einer einen Pulsrahmen darstellenden Lichtimpulsfolge X, die über die übertragungsstrecke üs zur Empfangsseite hin übertragen wird, kommt somit also dadurch zustande, daß die Kanalreflektoren R 1 bis R 3 nacheinander in der Ordnung ihrer Reihenfolge kurzzeitig in den Arbeitszustand, in dem ihre reflektierenden Eigenschaften für die Lichtstrahlen x1 bis x3 wirksam sind, umgeschaltet werden.
  • Auf der Empfangsseite ist im Strahlengang der Lichtimpulsfolge X eine der sendeseitigen Reihe von Kanalreflektoren entsprechende Reihe von Kanalreflektoren R 1' bis R 3' angeordnet, denen wiederum hierzu parallel in gleicher Höhe jeweils ein den einzelnen Kanälen zugeordneter Lichtdemodulator E 1 bis E3 zugeordnet ist. Die Ausgänge dieser Lichtdemodulatoren bilden wiederum die Kanalausgänge für die elektrischen Kanäle K1 bis K3. Die empfangsseitige Aufteilung der im Pulsrahmen der Lichtimpulsfolge X ankommenden Kanäle geschieht in einfacher Weise dadurch, daß im Synchronismus mit der Sendeseite die empfangsseitigen Kanalreflektoren für die einzelnen Kanäle kurzzeitig in den Arbeitszustand umgeschaltet werden und dabei der gerade ankommende, dem betreffenden Kanal zugehörige Lichtimpuls durch eine 90°-Umlenkung des Lichtstrahls dem Lichteingang des zugehörigen Lichtdemodulators zugeführt wird. Bei der F i g. 1 ist dieser Arbeitszustand entsprechend der Sendeseite auf der Empfangsseite für den Kanalreflektor R 3' dargestellt, der damit den sendeseitig in den Übertragungskanal eingeblendeten Lichtstrahl x3 dem empfangsseitigen Lichtdemodulator E3 für diesen Kanal zur Demodulation zuführt.
  • Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Systems nach der F i g. 1. sind in der F i g. 2 für die Sendeseite die wesentlichen Funktionen über der Zeit aufgetragen. Das oberste Diagramm zeigt den Verlauf des modulierten Lichtstrahls x3 und ist entsprechend mit x3 bezeichnet. In entsprechender Weise sind die weiteren drei, die Steuerfunktionen der einzelnen Kanalreflektoren R 1 bis R 3 darstellenden Zeitdiagramme und das letzte, die Lichtimpulsfolge X darstellende Diagramm bezeichnet. Wie die Diagramme R 3, R 1 und R 2 erkennen lassen, haben die Steuerfunktionen für die drei Kanalreflektoren die gleiche Folgefrequenz, sind jedoch gegeneinander in der Phase um 120° versetzt. Die Folgefrequenz dieser Steuerfunktion ist zur Gewährleistung des Abtasttheorems wenigstens doppelt so hoch gewählt wie die zweifache Bandbreite der die Lichtstrahlen x1 bis x3 modulierenden elektrischen Signale. Während der Dauer der Arbeitszustände der Kanalreflektoren, die in den Diagrammen der zugehörigen Steuerfunktionen durch positive Impulse zum Ausdruck gebracht sind, wird jeweils aus dem auf den betreifenden Kanalreflektor auftreffenden kontinuierlichen Lichtstrahl eine Probe entnommen und der zur Empfangsseite hin übertragenen Lichtimpulsfolge X eingefügt. Die Übertragung erfolgt also hier mit anderen Worten in Form einer Impulsamplitudenmodulation. Im Diagramm X sind lediglich die den Lichtstrahl x3 im Rhythmus der Folgefrequenz der Steuerfunktion R3 entnommenen Lichtproben dargestellt. Die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Proben des Lichtstrahls x 3 angegebenen unterbrochenen Linien sollen andeuten, daß in diesen Zwischenräumen jeweils weitere Abtastproben der Lichtstrahlen x1 und x2 auftreten, deren gegenseitiger Abstand entsprechend der gegenseitigen Phasenverschiebung der Steuerfunktion für die einzelnen Kanalreflektoren gleich groß ist. Die empfangsseitige Aufteilung der ankommenden Lichtimpulse auf die zugehörigen Lichtdemodulatoren erfolgt, wie bereits ausgeführt worden ist, synchron zur Sendeseite und braucht wohl nicht näher ausgeführt zu werden.
  • Wie die F i g. 1 erkennen läßt, sind die Kanalreflektoren R 1' bis R 3' auf der Empfangsseite, bezogen auf die Übertragungsrichtung der Lichtimpulsfolge X, in der gleichen Reihenfolge und im gleichen gegenseitigen Abstand hintereinander angeordnet wie die sendeseitigen Kanalreflektoren R 1 bis R3. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß einerseits die durch die Kanalreflektoren bedingten Verluste für alle Lichtkanäle gleich groß sind und daß auch andererseits zwischen den einzelnen Lichtkanälen keine Laufzeitdifferenzen auftreten können.
  • Selbstverständlich ist der Erfindungsgegenstand nicht auf die übertragung der Signalkanäle in impulsamplitudenmodulierter Form beschränkt. Die Lichtimpulsfolge X auf der Sendeseite kann auch vor ihrer übertragung zur Empfangsseite einem Lichtmodulationswandler zugeführt werden, der die impulsamplitudenmodulierte Form des Summensignals in eine pulsphasenmodulierte bzw. digitale Form überführt. Eine entsprechende, die Rückumwandlung vornehmende Anordnung wäre in diesem Fall auf der Empfangsseite vor den Kanalreflektoren anzuordnen. Eine Pulsphasen- bzw. digitale Form der Signale könnte auch bereits am Ausgang der modulierten Lichtquellen L I bis L 3 vorhanden sein.
  • Am Prinzip der Steuerung der Kanalreflektoren würde sich dabei nichts ändern. Es müßte lediglich dafür gesorgt werden, daß die Zeitdauer, während deren die Kanalreflektoren in ihrer Arbeitsstellung verharren, wenigstens gleich dem einen phasenmodulierten Lichtimpuls bzw. einem aus Lichtimpulsen gebildeten Codegruppe zugeordneten Zeitintervall bemessen wird. In jedem Fall dürfte es jedoch erforderlich sein, sendeseitig am Ausgang und empfangsseitig am Eingang einen geeigneten Lichtverstärker vorzusehen, der, wie bereits ausgeführt worden ist, in vorteilhafter Weise ein optisch steuerbarer Laser sein kann, dessen Lichtimpulse von der Lichtimpulsfolge angeregt werden. Der emittierte Lichtstrahl sollte in diesem Fall für einen beugungsbegrenzten Strahl bemessen sein, um die vermeidbaren Beugungsverluste bei der Übertragung möglichst klein zu halten.
  • Eine nähere Einzelheiten darstellende Anordnung für die Sendeseite des erfindungsgemäßen optischen Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystems zeigt die F i g. 3. Die Kanalreflektoren sind dabei durch aus Polarisationsweichen und Polarisationsschaltern bestehenden optischen Schaltern verwirklicht. Zu diesem Zweck müssen die von den Signalen modulierten Lichtstrahlen x I bis x 3 der Lichtquellen L I bis L 3 polarisiert sein. Bei Verwendung von Lasern, insbesondere von Halbleiter-Lasern als Lichtmodulatoren ist diese Voraussetzung im allgemeinen gegeben. Bei Verwendung lumineszierender Halbleiter als Lichtmodulatoren kann es dagegen notwendig werden, den Lichtquellen ein Polarisationsfilter nachzuschalten. Von der Darstellung einer solchen Anordnung ist in der F i g. 3 wie auch in den folgenden Figuren abgesehen. Jeder der drei Kanalreflektoren besteht aus einer Polarisationsweiche NI bis N3, denen im Strahlengang der Lichtstrahlen x1 bis x3 ein erster Polarisationsschalter PI bis P3 vorgeschaltet ist. Ein zweiter Polarisationsschalter PI' bis P3' ist den einzelnen Polarisationsweichen NI bis N3 in Fortpflanzungsrichtung der Lichtimpulsfolge X nachgeschaltet. Die Polarisationsschalter P I/P I', P2/P2' und P31 P 3' weisen auf einander gegenüberliegenden Seiten Steuerelektroden auf, die mit den Ausgängen eines Vielfach-Phasenschiebers LA in Verbindung stehen. Der Vielfach-Phasenschieber LA wird von einem Steuertakt T gespeist, der an den Steuerelektroden der genannten Polarisationsschalterpaare der einzelnen Kanalreflektoren mit der gewünschten Phasenverschiebung wirksam wird. Solange an den Steuerelektroden der Polarisationsschalterpaare kein Schaltimpuls vorhanden ist, durchlaufen die von den Lichtquellen L I bis L 3 ausgehenden Lichtstrahlen x1 bis x3 die Polarisationsschalter PI bis P3 und die Polarisationsweichen NI bis N3 ungestört. Dies ist dadurch ermöglicht, daß die Polarisationsebene der signalmodulierten Lichtstrahlen der Vorzugsrichtung der Polarisationsweiche entspricht. Wird, wie das beispielsweise in der F i g. 3 dargestellt ist, an den Steuerelektroden des Polarisationsschalterpaares P3/ P3' ein Schaltimpuls wirksam, so wird die Polarisationsebene des betreffenden Lichtstrahls x3 beim Durchlaufen durch den PolarisationsschalterP3 um 90° gedreht. Als Folge davon wird der Lichtstrahl in der Polarisationsweiche N3 um 90° umgelenkt. Um nun dafür zu sorgen, daß der umgelenkte Lichtstrahl wiederum in der ursprünglichen Polarisationsebene weitergesendet wird, sorgt der in der neuen Richtung des Strahls der Polarisationsweiche N3 nachgeschaltete Polarisationsschalter P 3' für eine weitere Drehung seiner Polarisationsebene um 90°. Die Bedeutung dieses zweiten Polarisationsschalters beruht vor allem darauf, daß die im allgemeinen in Fortpflanzungsrichtung der Lichtimpulsfolge X vorhandene nächste Polarisationsweiche den Lichtstrahl in unerwünschter Weise um 90° ablenken würde, wenn er nicht, wie beschrieben, wieder rechtzeitig in seine ursprüngliche Polarisationsebene zurückgedreht würde. Außerdem kann durch das Zusammenwirken der beiden einander zugeordneten Schalter eine vorgegebene Form der durchgelassenen Impulse erreicht werden.
  • Ein der F i g. 3 entsprechendes Ausführungsbeispiel für die Empfangsseite zeigt die F i g. 4. Hier kommt jeder Kanalreflektor mit einer Polarisationsweiche NI' bis N3' aus, der jeweils in Fortpflanzungsrichtung der Lichtimpulsfolge X ein Polarisationsschalter PI" bis P3" vorgeschaltet ist. Beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4 erhält wiederum gerade der Polarisationsschalter P 3" einen Schaltimpuls, durch den die Polarisationsebene des ihn durchsetzenden Lichtstrahls um 90° gedreht wird und als Folge hiervon der Lichtstrahl (x3) in der Polarisationsweiche N3' um 90° gegen den Eingang des dem betreffenden Kanal zugehörigen Lichtdemodulators E 3 abgelenkt wird.
  • Bei der in der F i g. 5 dargestellten Bauform für die sende- bzw. empfangsseitigen Kanalreflektoren entsprechend den F i g. 3 und 4 kann der für die Ableitung der Steuerimpulsfolgen vom Steuertakt T erforderliche Mehrfach-Phasenschieber in die Polarisationsschalteranordnung mit einbezogen werden. Zu diesem Zweck sind die aufeinanderfolgenden Polarisationsschalter PI", P2" und P3" und Polarisationsweichen N l', N 2' und N 3' nach der F i g. 4 auf einer metallischen Grundplatte M hintereinander angeordnet. Diese Grundplatte M bildet dabei die eine Steuerelektrode sämtlicher PolarisationsschalterPl" bis P3". Die Kapazitäten, die die jeweils andere der beiden Steuerelektroden der Polarisationsschalter gegen die auf Bezugspotential liegende GrundplatteM haben, können nun in einfacher Weise dadurch zu einer Laufzeitkette im Sinne eines Mehrfach-Phasenschiebers für den Steuertakt T ergänzt werden, daß zwischen diesen anderen Steuerelektroden in Fortpflanzungsrichtung der Lichtimpulsfolge aufeinanderfolgender Polarisationsschalter eine Induktivität L 0 eingefügt wird. Wie die F i g. 5 ferner erkennen läßt, sind die Polarisationsschalter und die Polarisationsweichen unmittelbar aneinandergefügt. Diese Bauweise ergibt räumlich sehr kleine Abmessungen und darüber hinaus die Möglichkeit, die einzelnen Bauelemente miteinander zu verkitten. Als Kitt kommt dabei ein optisch durchlässiges Material in Frage, dessen Brechungsindex wenigstens annähernd mit dem des Materials der Polarisationsschalter bzw. Polarisationsweichen übereinstimmt. Auf diese Weise wird die Dämpfung des Lichtstrahls beim Durchgang durch die Kette wesentlich verbessert.
  • Für beugungsbegrenzte Lichtstrahlen, wie sie Laser erzeugen, würde eine Aperatur von 1 mm Durchmesser bei einer Länge von 100 cm der in der F i g. 5 dargestellten Reihe von Polarisationsschaltern und Polarisationsweichen ausreichen, d. h., am Ausgang der Anordnung von 100 cm Länge würde noch eine für Verstärkungszwecke ausreichende Lichtenergie ankommen. Die einzelnen Bauelemente könnten somit die Abmessungen 1 X 1X 1 mm haben. Dies bedeutet, daß auf die Länge von 100 cm 100 Kanäle vereinigt bzw. wieder verteilt werden können. Der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen haben ergeben, daß pro Bauelement mit einer Dämpfung von etwa 0,1 1/o gerechnet werden kann. Vorteilhaft wird man eine solche längere Anordnung durch Reflektoren in mehrere kürzere Teile zerlegen, die beispielsweise mäanderförmig angeordnet sind.
  • Eine Variante zu der in der F i g. 3 dargestellten Sendeseite zeigt die F i g. 6. Bei dieser Anordnung kommt jeder Kanalreflektor mit lediglich einem PolarisationsschalterPl"' bis P3"' dadurch aus, daß jeder der Kanalreflektoren mit zwei in Fortschreitungsrichtung der Lichtimpulsfolge X aufeinanderfolgenden PolarisationsweichenNl" bis N4" arbeitet. Die Lichtstrahlen x 1 bis x 3 sind nunmehr so polarisiert, daß sie im Ruhezustand der Kanalreflektoren in den ihnen zugeordneten Polarisationsweichen N1" bis N3" um 90° in Richtung der Lichtimpulsfolge X umgelenkt werden. Dies hat zur Folge, daß bei fehlendem Schaltimpuls an den Steuerelektroden der Polarisationsschalter P 1"' bis P3"' die umgelenkten Lichtstrahlen in der in Fortpflanzungsrichtung der Lichtimpulsfolge X unmittelbar folgenden Polarisationsweiche wiederum um 90° in ihre ursprüngliche Richtung umgelenkt werden. Beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 6 ist dies für die Lichtstrahlen x1 und x2 dargestellt. Der Polarisationsschalter P3"' erhält dagegen wiederum gerade einen Schaltimpuls und dreht damit die Polarisationsebene des ihn durchsetzenden Strahls x3 um 90°, so daß dieser Strahl die folgende Polarisationsweiche N4" störungsfrei durchlaufen kann. Wie die F i g. 6 ohne weiteres erkennen läßt, kann die Polarisationsweiche N1" auch durch einen den Lichtstrahl x1 um 90° umlenkenden ebenen Spiegel ersetzt werden, so daß bei dieser Anordnung praktisch mit der gleichen Zahl von Polarisationsweichen ausgekommen wird wie beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 bei gleichzeitiger Einsparung von drei Polarisationsschaltern.

Claims (14)

  1. Patentansprüche: 1. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem, bei dem die in einem Pulsrahmen zusammengefaßten Signalkanäle in Gestalt einer Lichtimpulafolge übertragen sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die signalmodulierte polarisierte Lichtstrahlen (x1, x2, x3) darstellenden Kanäle (K1, K2, K3) mittels steuerbaren, die Funktion von Kanalschaltern ausübenden Kanalreflektoren (R1, R2, R3; R l', R2', R Y) im Rhythmus der Kanalfolgefrequenz des Pulsrahmens in der vorgesehenen Ordnung nacheinander sendeseitig abgetastet und empfangsseitig in die einzelnen Kanäle wiederum aufgeteilt sind, daß hierzu die Kanalreflektoren sende- und empfangsseitig in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge (X) hintereinander in einer Reihe angeordnet sind und daß die signalmodulierten Lichtstrahlen (x1, x2, x3) bei wirksamer Reflexion der steuerbaren Kanalreflektoren mit der Fortpflanzungsrichtung den Strahlumlenkwinkel von vorzugsweise 90° einschließen.
  2. 2. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge und der gegenseitige Abstand der den einzelnen Kanälen zugeordneten Kanalreflektoren (R 1, R 2, R 3; R 1', R 2', R 3') in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge (X) auf der Sende- und der Empfangsseite gleich sind.
  3. 3. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Kanalreflektoren auf der Sendeseite eine Polarisationsweiche (N1, N2, N3) aufweisen, der im Strahlengang des zugeordneten signalmodulierten polarisierten Lichtstrahls (x1, x2, x3) ein erster Polarisationsschalter (P1, P2, P3) vorgeschaltet und in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge (X) ein zweiter, vorzugsweise gleicher Polarisationsschalter (P1', P2', P3') nachgeschaltet ist.
  4. 4. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Kanalreflektoren auf der Empfangsseite eine Polarisationsweiche (N1', N2', N3') aufweisen, der in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge (X) ein Polarisationsschalter (P 1", P2", P Y') vorgeschaltet ist.
  5. 5. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Kanalreflektoren auf der Sendeseite zwei Polarisationsweichen (N1" bis N4") aufweisen, die in Fortpflanzungsrichtung der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge (X) einschließlich eines zwischen ihnen angeordneten Polarisationsschalters (P1"', P 2"', P 3"') hintereinandergeschaltet sind, und daß wenigstens eine der beiden Polarisationsweichen (N2", N3") eines Kanalreflektors zwei aufeinanderfolgenden Kanalreflektoren gemeinsam ist.
  6. 6. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulsfolgen für die Polarisationsschalter von einem Taktimpuls (T) unter Zuhilfenahme eines Mehrfach-Phasenschiebers (LA), beispielsweise einer Laufzeitkette mit einer der Anzahl der Kanalreflektoren (R1, R2, R3; R l', R2, R X) entsprechenden Zahl von Abgriffen gewonnen sind.
  7. 7. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 6, bei der die Polarisations- Schalter Zellen mit aufeinander gegenüberliegenden Seiten angeordnete Steuerelektroden sind, beispielsweise Kerrzellen oder Pockelzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsschalter (P1", P2", P3") einschließlich der Polarisationsweichen (N1', N2', N3') der Reihe der steuerbaren Kanalreflektoren auf der Sende- bzw. der Empfangsseite auf einer metallischen Grundplatte (M) angeordnet sind, die gleichzeitig die eine Steuerelektrode für alle Polarisationsschalter abgibt, und daß die durch die Steuerelektroden der Polarisationsschalter gegebenen Kapazitäten dadurch in den eine Laufzeitkette darstellenden Vielfach-Phasenschieber (LA) mit einbezogen sind, daß die anderen Steuerelektroden der Polarisationsschalter, und zwar jeweils die anderen Steuerelektroden einander benachbarter Polarisationsschalter, im Sinne einer Kettenschaltung durch Induktivitäten (L 0) geeigneter Größe miteinander verbunden sind. B.
  8. Zeitmultiplex - Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Übertragungsweg der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge (X) sendeseitig hinter den Kanalreflektoren und empfangsseitig vor den Kanalreftektoren ein Lichtverstärker und gegebenenfalls hinter den Lichtverstärkern ein optischer Modulationswandler, beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler bzw. ein Digital-Analog-Wandler, angeordnet ist.
  9. 9. Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtverstärker ein optisch steuerbarer Laser ist, der von der den Pulsrahmen bildenden Lichtimpulsfolge angeregt und für die Emission eines beugungsbegrenzten Strahles bemessen ist.
  10. 10. Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Kanäle darstellenden Lichtstrahlen pulsphasen-oder pulscodemoduliert sind.
  11. 11. Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (L 1, L 2, L 3) für die Lichtstrahlen (x 1, x 2, x 3), die von den Signalen der ihnen jeweils zugeordneten Kanäle (K1, K2, K3) moduliert sind, Laser, vorzugsweise Halbleiter-Laser sind.
  12. 12. Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (L 1, L2, L3) für die Lichtstrahlen (x 1, x2, x3), die von den Signalen der ihnen jeweils zugeordneten Kanäle (K1, K2, K3) moduliert sind, lumineszierende Halbleiter sind.
  13. 13. Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Lichtquellen (L1, L2, L3) ein Polarisationsfilter nachgeschaltet ist.
  14. 14. Zeitmultiplex-Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander unmittelbar benachbarten Polarisationsschalter und Polarisationsweichen miteinander verkittet sind und als Kitt ein lichtdurchlässiges Material verwendet ist, dessen Brechungsindex wenigstens annähernd mit dem des Materials der Polarisationsschalter bzw. der Polarisationsweichen übereinstimmt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2012447A1 (de) * 1968-07-06 1970-03-20 Nippon Selfoc Co Ltd
DE2256785A1 (de) * 1972-11-20 1974-06-06 Telefonbau & Normalzeit Gmbh Einrichtung zum wahlweisen verbinden einer von mehreren nachrichtenquellen mit einer von mehreren nachrichtensenken mittels optischer verknuepfungsglieder
US4809256A (en) * 1985-03-07 1989-02-28 British Telecommunications Public Limited Company Optical demultiplexer

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