DE1288114B

DE1288114B - Umsetzer für digitale Daten von der Parallel- in die Serienform oder umgekehrt sowie Übertragungsanordnung hierfür

Info

Publication number: DE1288114B
Application number: DENDAT1288114D
Authority: DE
Inventors: Thomas Jerome; Shah Bankim Ramanlal; Poughkeepsie N.Y. Harris (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-06-30
Publication date: 1969-01-30
Also published as: US3354451A; GB1070569A

Description

Die Erfindung betrifft einen Umsetzer für digitale Daten von der Parallel- in die Serienform oder umgekehrt unter Verwendung einer Kerr-Zelle.

Im Zusammenhang mit Rechenanlagen und der damit verbundenen Datenverarbeitung ergibt sich das Problem der schubweisen Übertragung großer Datenblöcke von einer ersten Stelle an eine zweite. Diese Übertragung kann durch eine Reihe parallel verlaufender Kabelleitungen stattfinden, wobei jedem Datenbit eine eigene Leitung zugeordnet ist. Mit dieser Methode kann die Übertragung bitparallel mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Nachteilig ist allerdings die große Zahl von parallelen Leitungen, die dabei benötigt werden.

Eine andere Methode der Datenübertragung besteht darin, daß die zu übertragenden Datenblöcke in der Sendestation seriell abgetastet werden, in dieser Form über eine Doppelleitung übertragen und dann in der Empfangsstation wieder in die ursprüngliche Blockform umgesetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren eine endliche Geschwindigkeitsgrenze nicht überschreiten kann.

Es ist ferner ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die digitale Datenübertragung mit Hilfe eines einzigen Lichtstrahls durchgeführt wird. Dieses Verfahren hat gegenüber drahtgebundenen Systemen den Vorteil, daß mit seiner Hilfe schlecht- oder unzugängliche Geländeabschnitte überbrückt werden können. Dieses Verfahren erfordert sehr schnelle Umsetzer, welche die Daten von der ursprünglichen parallelen Form in die serielle und am Empfangsort wieder in umgekehrter Richtung umsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Lichtstrahldatenübertragung einen sehr schnell arbeitenden Umsetzer und einen entsprechenden Umsetzer für die Rückumsetzung einfacher Bauweise anzugeben, welche die rein elektrischen Umsetzern gezogenen Arbeitsgeschwindigkeitsgrenzen überschreiten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine mit lichtdurchlässigen Elektroden versehene und von zwei gekreuzten Polarisatoren eingeschlossene Kerr-Zelle auf einer Seite von parallel zur Einfallebene angeordneten elektrooptischen Wandlern begrenzt ist, die mit den Zellen eines Registers verbunden sind, und daß die den zweiten Polarisator durchsetzenden Lichtstrahlen auf der Ausgangsseite der Kerr-Zelle auf einen optischelektrischen Wandler fokussiert sind.

Die Rückumsetzung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine mit lichtdurchlässigen Elektroden versehene und von zwei gekreuzten Polarisatoren eingeschlossene Kerr-Zelle auf einer Seite von parallel zur Ausfallebene angeordneten optisch-elektrischen Wandlern begrenzt ist, die mit den Zellen eines Registers verbunden sind, und daß die den ersten Polarisator durchsetzenden Lichtstrahlen auf der Eingangsseite der Kerr-Zelle durch einen elektrooptischen Wandler gewonnen werden.

Besondere Ausgestaltungen der benutzten Kerr-Zellen sowie die Verwendung solcher Umsetzer für die Lichtdatenübertragung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel einer elektrooptischen Ubertragungsanordnung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Umsetzer ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Übertragungsanordnung,

F i g. 2 ein Diagramm der vom Sender an den Empfänger gemäß Fig. 1 übertragenen Signale,
F i g. 3 einen Schnitt durch eine die Lichtpolarisationsebene drehende Kerr-Zelle mit aufgebrachten Elektroden,

F i g. 4 ein besonderes Ausführungsbeispiel einer Kerr-Zelle mit mäanderförmigen Elektroden und

ίο F i g. 5 eine Kerr-Zellenanordnung aus einzelnen elektrisch miteinander verbundenen Teilzellen.

In F i g. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 einen Sender, der mit einem erfindungsgemäßen Parallel-Serien-Umsetzer ausgebildet ist und die serialisierten

X5 Daten über einen drahtlosen, mit Lichtfrequenz arbeitenden Übertragungskanal 120 aussendet. Am anderen Ende dieses Übertragungskanals befindet sich ein Empfänger 218, der mit einem entsprechenden Rückumsetzer aus der Serien- in die Parallelform ausgestattet ist.

Ein zu übertragendes Wort wird im sendeseitigen Register 12 mit den Zellen 14 bis 32 gespeichert. Als Beispiel soll es sich bei diesem Wort um die binäre Zahl 1011001110 handeln. An die Zellen 14 bis 32 des Registers 12 sind ebenso viele elektrooptische Wandler 34 bis 52 angeschlossen. Bei diesen Wandlern kann es sich um Laser- oder Lichtemissionsdioden vom Gallium-Arsenid-Typ handeln, die zum bekannten Stand der Technik gehören. Das von diesen Wandlern ausgestrahlte Licht wird durch einen Polarisator 54 einer Kerr-Zelle 56 zugeführt. Diese kann bei an ihren Elektroden anliegender elektrischer Spannung die Polarisationsebene des durchdringenden Lichtes drehen. Die Kerr-Zelle 56 besteht in ihrer einfachsten Form aus einem einzigen Kristall, der nur zum Zwecke der Erläuterung in zehn Abschnitte 64 bis 82 unterteilt dargestellt ist. Bei den Elektroden 58 und 60 der Kerr-Zelle 56 handelt es sich um eine ausreichend lichtdurchlässige, elektrisch leitende Ausführung.

Durch über einen Verbindungspunkt 216 zugeführte Taktimpulse wird ein Impulsgenerator 106 angestoßen. Seine Ausgangsimpulse werden den Elektroden 58 und 60 zugeführt. Am anderen Ende der Kerr-Zelle 56 sind die beiden Elektroden mit einem Widerstand 62 abgeschlossen, der gleich dem Wellenwiderstand der beiden Elektroden ist. Ein zweiter Polarisator, der Analysator 84, dessen Schwingungsrichtung senkrecht zu der des Polarisators 54 liegt, ist so angeordnet, daß er das die Kerr-Zelle 56 durchdringende Licht der elektrooptischen Wandler 34 bis 52 aufnimmt. Durch eine Anordnung von Sammellinsen 86 bis 104 wird das die Kerr-Zelle 56 durchdringende Licht auf einen optisch-elektrischen Wandler 112, ein lichtempfindliches Element, fokussiert. Die elektrischen Ausgangssignale des optischelektrischen Wandlers 112 werden über einen Verstärker 114 und ein Widerstandsanpassungsnetzwerk 116 wiederum einem elektrisch-optischen Wandler 118, einer Laserdiode, zugeführt.

Durch die über den Verbindungspunkt 216 zugeführten Taktimpulse wird ebenfalls ein zweiter Impulsgenerator 108 angestoßen, der seinerseits Impulse an einen elektrooptischen Wandler 110 sendet. Beide elektrooptischen Wandler 110 und 118 können z. B. Laser des Gallium-Arsenid-Typs sein.

Der elektrooptische Wandler 118 überträgt die ihm zugeführten elektrischen Informationen über einen

optischen Obertragungskanal 120 zu einem Empfänger 218. Parallel dazu überträgt der elektrischoptische Wandler 110 über einen zweiten optischen Übertragungskanal 192 Taktsignale, ebenfalls an den Empfänger 218.

Im Empfänger 218 werden die Informationslichtsignale von einem optisch-elektrischen Wandler 122, einem lichtempfindlichen Element, aufgenommen und elektrisch über ein Widerstandsanpassungsnetzwerk 124 und einen Verstärker 126 wiederum einem elektrooptischen Wandler 128 zugeleitet. Bei den optisch-elektrischen Wandlern der Gesamtanordnung kann es sich um Halbleiterphotodioden für hohe Frequenzen handeln.

Das vom elektrooptischen Wandler 128 entsprechend den serialisierten übertragenen Informationen abgegebene Licht wird durch eine Linse 130 fokussiert und im Beispiel durch optische Fasern 132, einen Polarisator 154 und eine Kerr-Zelle 156 hindurch einem zweiten Polarisator, dem Analysator 184, zugeführt. Die Schwingungsrichtung des Analysators 184 liegt wiederum senkrecht zu der des Polarisators 154 und kann daher nur dann Licht hindurchlassen, wenn die Polarisationsebene durch die zwischenliegende Kerr-Zelle 156 gedreht wird.

Die Kerr-Zelle 156 im Empfänger 218 besteht wiederum in ihrer einfachsten Form aus einem einzigen durchgehenden Kristall, ist aber aus Erläuterungsgründen in Abschnitte 164 bis 182 unterteilt dargestellt. Die Kerr-Zelle 156 ist ebenfalls mit ausreichend lichtdurchlässigen Elektroden 158 und 160 ausgebildet. Den Abschluß dieser Elektroden 158 und 160 bildet wiederum ein Widerstand 162, der dem Wellenwiderstand der Elektroden entspricht.

Die vom senderseitigen elektrooptischen Wandler 110 am Ausgang zum zweiten Übertragungskanal übermittelten Taktimpulse werden im Empfänger von einem optisch-elektrischen Wandler 186 aufgenommen. An diesen ist ein Verzögerer 188 angeschlossen, der seinerseits mit einem empfangsseitigen Impulsgenerator 190 verbunden ist. Die Ausgangsimpulse dieses Impulsgenerators 190 werden den Elektroden 158 und 160 zugeführt.

Eine Reihe von optisch-elektrischen Wandlern 134 bis 152, bei denen es sich ebenfalls um mit hoher Frequenz arbeitende Halbleiterphotodioden handelt, sind so angeordnet, daß sie das die Abschnitte der empfangsseitigen Kerr-Zelle 156 durchsetzende Licht empfangen. Ein nachgeschaltetes Register 214 besteht aus den Zellen 194 bis 212, die jeweils an die einzelnen optisch-elektrischen Wandler 134 bis 152 angeschaltet sind.

Gemäß Fig. 1 wird ein vom Sender 10 an den Empfänger 218 zu übertragender Informationsblock im Register 12 gespeichert. Bei der zu übertragenden Information handelt es sich, wie als Beispiel angegeben, um das binäre Wort 1011001110. Die Zellen 14, 18, 20, 26, 28 und 30 enthalten also binäre 1-Werte. Jede Zelle, die eine binäre Eins enthält, erregt den angeschlossenen elektrisch-optischen Wandler, so daß dieser Lichtenergie abgibt. Die Wandler 34, 38, 40, 46, 48 und 50 werden angeregt, Licht an den Polarisator 54 abzugeben. Das den Polarisator 54 durchsetzende Licht wird in einer Richtung polarisiert. Es ist unbedeutend, in welcher Richtung die Polarisationsebene des Lichtes liegt; wichtig ist lediglich, daß die Schwingungsrichtung des Polarisators 54 senkrecht zu der des Analysators 84 liegt. Das den Polarisator 54 durchlaufende Licht wird somit normalerweise vom Analysator 84 blokkiert, wenn nicht zwischendurch die Polarisationsebene gedreht wird. Wenn der Kerr-Zelle 56 kein Impuls vom Impulsgenerator 106 zugeführt wird, dringt das Licht vom Polarisator 44 unbeeinflußt durch die Kerr-Zelle 56 hindurch und wird vom Analysator 84 blockiert.

Wenn ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 58 und 60 der Kerr-Zelle 56 erzeugt wird, so wird die Polarisationsebene des hindurchtretenden Lichtes gedreht. Um der Kerr-Zelle 56 ein elektrisches Feld aufzuprägen, gibt der Impulsgenerator 106 einen kurzen Hochspannungsimpuls auf die beiden Elektroden 58 und 60. Dieser Impuls benötigt eine bestimmte endliche Zeit, um über die ganze Länge der Kerr-Zelle bis zum abschließenden Widerstand 62 zu laufen. Der Widerstand 62 ist gleich dem Wellenwiderstand gewählt, damit Reflexionen ver-

ao mieden werden. Bei der Impulswanderung vom Generator 106 über die Kerr-Zelle 56 hinweg wird zunächst der Abschnitt 82 aktiviert, d. h., das elektrische Feld ist vorerst nur im Abschnitt 82 wirksam. Da die Zelle 32 des Registers 12 eine binäre Null enthält, ist der elektrooptische Wandler 52 nicht erregt. Daher gelangt kein Licht in den Abschnitt 82 der Kerr-Zelle 56. Bei der Weiterwanderung des Impulses entlang der Kerr-Zelle wird als nächster der Abschnitt 80 aktiv. Der Abschnitt 82 ist dann bereits wieder inaktiv. Da die Zelle 30 des Registers 12 eine binäre Eins enthält, sendet der elektrooptische Wandler 50 Licht durch den Polarisator 54 und weiter durch den Abschnitt 80 der Kerr-Zelle 56 zum Analysator 84. Da der Abschnitt 80 jetzt aktiv ist, wird die Polarisationsebene des ihn durchdringenden Lichtes gedreht. Damit kann das Licht an dieser Stelle durch den Analysator 84 hindurchdringen und durch die Linse 102 auf den optisch-elektrischen Wandler 112 fokussiert werden. Dieser Wandler nimmt den Lichtimpuls auf und gibt ihn in Form eines elektrischen Impulses weiter, der durch den Verstärker 114 verstärkt und durch das Widerstandsanpassungsnetzwerk 116 geschickt wird, um den elektrooptischen Wandler 118 anzuregen.

Als nächster Abschnitt der Kerr-Zelle 56 wird der Abschnitt 78 bei der Weiterwanderung des Impulses aktiv und dafür der Abschnitt 80 wieder inaktiv. Die Zelle 28 des Registers 12 enthält ebenfalls eine binäre Eins, läßt somit Licht vom Wandler 48 durch den Polarisator 54 und den Abschnitt 78 der Kerr-Zelle 56 zum Analysator 84 gelangen. Da der Abschnitt 78 aktiviert ist, dreht er die Polarisationsebene des ihn durchdringenden Lichtes, so daß dieses Licht auch den Analysator 84 und die Linse 100 zum optischelektrischen Wandler 112 durchdringen kann. Dieser Wandler 112 erzeugt einen zweiten elektrischen Impuls und sendet diesen Impuls über den Verstärker 114 und das Widerstandsanpassungsnetzwerk 116 zum elektrooptischen Wandler am Eingang des Übertragungskanals 120.

Wie man sieht, wird also jedes Mal, wenn ein Abschnitt der Kerr-Zelle 56 aktiv wird, die Polarisationsebene des ihn durchdringenden Lichtes gedreht. Ein Lichtimpuls wird auf den optisch-elektrischen Wandler 112 gegeben, falls die dem betreffenden aktiven Abschnitt der Kerr-Zelle 56 zugeordnete Zelle des Registers 12 eine binäre Eins enthält. Der optischelektrische Wandler 112 empfängt keinen Licht-

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impuls, wenn die durch den wandernden Polari- dem Sender 10 und dem Empfänger 218 erfolgt über sationsdrehungsimpuls gerade abgetastete Zelle des den zweiten Ubertragungskanal 192. Parallel zum Registers 12 eine binäre Null enthält. Bei den durch Impulsgenerator 106 für die Kerr-Zelle 56 wird der den angeschlossenen elektrooptischen Wandler 118 in Impulsgeber 108 getaktet. Dieser gibt elektrische den Ubertragungskanal eingegebenen Informationen 5 Synchronisationsimpulse zum elektrooptischen Wandhandelt es sich also um eine Folge von Impulsen und ler 110, der diese in Lichttaktimpulse umwandelt und Leerstellen, die dem im Register 12 gespeicherten über den zweiten Ubertragungskanal 192 zum empbinären Wort entsprechen. Eine solche Folge ist in fangenden optisch-elektrischen Wandler 186 über-F i g. 2 dargestellt. trägt. Von dort gelangen über den Verzögerer 188

Die vom elektrooptischen Wandler 118 über den io entsprechende elektrische Taktimpulse zum Impuls-Übertragungskanal 120 übermittelten Informationen generator 190, der seinerseits Hochspannungstaktwerden auf der Empfangsseite durch den optisch- impulse für die empfangsseitige Kerr-Zelle 156 erelektrischen Wandler 122 aufgenommen und in elek- zeugt. Der Verzögerer 188 hat die Aufgabe, die durch irische Impulse umgeformt. Diese gelangen über das die Verstärker 114 und 126, die Widerstandsanpas-Widerstandsanpassungsnetzwerk 124 und den Ver- 15 sungsnetzwerke 116 und 124 und gegebenenfalls die stärker 126 zum elektrooptischen Wandler 128. Die durch die weiteren Bauelemente gegebenen Verzögevon diesem ausgehenden Lichtimpulse werden durch rangen zu kompensieren, so daß die einzelnen Abdie Linse 130 fokussiert und durch optische Fasern schnitte der sendeseitigen Kerr-Zelle 56 im Synchro- 132 auf den Polarisator 154 verteilt. Das Licht wird nismus mit den entsprechenden Abschnitten der empdurch den Polarisator 154 wieder in einer Ebene 20 fangsseitigen Kerr-Zelle 156 aktiviert werden,
polarisiert und leuchtet die gesamte Fläche der Kerr- Der optisch-elektrische Wandler 122, das Wider-Zelle 156 aus; durch diese gelangt es hindurch und Standsanpassungsnetzwerk 124, der Verstärker 126 wird vom Analysator 184 blockiert, wenn nicht durch und der elektrooptische Wandler 128 auf der Empaktivierte Abschnitte der Kerr-Zelle 156 die Polari- fangsseite könnten entfallen, ohne die Funktionssationsebene wiederum gedreht wird. 25 fähigkeit der gemäß F i g. 1 gezeigten Ubertragungs-

Der Impulsgenerator 190 auf der Empfangsseite anordnung wesentlich zu verändern. Bei Wegfall der ist mit dem sendeseitigen Impulsgenerator 106 durch genannten vier Elemente würde das Licht aus dem die nachstehend erläuterte Einrichtung synchronisiert elektrooptischen Wandler 118 auf der Sendeseite di- und gibt jeweils einen kurzen Hochspannungsimpuls rekt gebündelt auf die empfangsseitige Linse 130 geauf die beiden Elektroden 158 und 160 der Kerr- 30 strahlt und von dort auf den Polarisator 154 verteilt. Zelle 156. Die erste Ziffemstelle der übertragenen Der Vorteil unter Verwendung der vier soeben geseriellen Information enthält eine binäre Null. Für nannten Elemente ist jedoch dadurch gegeben, daß diese gibt der elektrooptische Wandler 128 kein Licht sowohl der elektrooptische Wandler 118 auf der ab. Somit gelangt kein Licht durch den Polarisator Sendeseite als auch der optisch-elektrische Wandler 154, die Kerr-Zelle 156 und den Analysator 184 zum 35 ⁱ²² auf der Sendeseite auf einem hohen Geländeoptisch-elektrischen Wandler 152. Als nächster wird y punkt angebracht werden können, währenddem die durch den weiterwandernden Impuls vom Impuls- fm übrigen Elemente der gesamten Ubertragungsanordgenerator 190 der Abschnitt 180 der Kerr-Zelle 156 ||| nung unabhängig in anderen Räumen untergebracht aktiv. Die zweite Ziffemstelle im zu übertragenden [<-| werden können.

Wort in der Registerstelle 30 auf der Sendeseite ent- 40 F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die Kerr-Zelle 56.

hält eine binäre Eins. Der Wandler 50 wird erregt Die empfangsseitige Kerr-Zelle 156 gleicht dieser,

und sendet einen Lichtimpuls durch den Polarisator Jeweils oben und unten sind die Elektroden 58 und

54 und den Abschnitt 80 der Kerr-Zelle 56. Weiter 60 zu erkennen. Die Elektrode 58 hat die Breite W

gelangt das mit seiner Polarisationsebene gedrehte und die Kerr-Zelle 56 die Dicke A. An Hand der

Licht über den Analysator 84 und die Linse 102 zum 45 F i g. 3 kann die Geschwindigkeit erläutert werden,

optisch-elektrischen Wandler 112. Von dort gelangt mit der die Parallel-Serien- oder Serien-Parallel-

ein elektrischer Impuls auf den elektrooptischen Umsetzung stattfindet.

Wandler 118 und als Lichtimpuls weiter über den Ein durch die Kerr-Zelle 56 übertragener Impuls

Übertragungskanal 120 auf den optisch-elektrischen hat die Geschwindigkeit

Wandler 122. Von diesem geht ein elektrischer Im- 50 _c

puls zum elektrooptischen Wandler 128 aus. Das vom ^v — ~- ·

elektrooptischen Wandler 128 ausgestrahlte Licht ge- ^r

langt über den Polarisator 154 und den, wie bereits Dabei ist ν die Impulsgeschwindigkeit, c die Lichterwähnt, aktiven Abschnitt 180 der Kerr-Zelle 156 geschwindigkeit und e_r die relative Dielektrizitätskongedreht durch den Analysator 184 zum optisch-elek- 55 stante der Kerr-Zelle 56. Wenn eine relative Dielektrischen Wandler 150. Von dort geht ein elektrischer trizitätskonstante von ε_Γ = 90 angenommen wird, ist Impuls aus und schaltet die Zelle 210 im empfangs- die Geschwindigkeit des Impulses durch die Kerrseitigen Register 214 ein. Somit wäre die Information Zelle 3,16 cm/nsec.

Eins aus der Senderegisterzelle 30 zur Empfangs- Wenn die Kerr-Zelle eine Länge von 31,6 cm hat,

registerzelle 210 übertragen. 60 so hat der Hochspannungsimpuls eine Laufzeit von

Für die dritte Ziffemstelle wird aus der Sende- 10 nsec. Damit wäre für das in Fig. 1 gezeigte 10-Bit-

registerzelle 28 ebenfalls in gleicher Weise eine Eins Wort die Umwandlungsgeschwindigkeit = 1 nsec/Bit.

in die Empfangsregisterzelle 208 übertragen. So wer- Die Breite W und die Dicke h sind wichtig für die

den sämtliche im sendeseitigen Register 12 eingege- Bestimmung des Wellenwiderstandes der Kerr-Zelle,

benen Binärwerte serialisiert zum empfangsseitigen 65 Der Wellenwiderstand Z₀ wird definiert durch die

Register 214 übertragen und stehen dort in paralleler Gleichung

Form zur weiteren Verarbeitung bereit. Z₀ = ■·-■---— —.

Die bereits angedeutete Synchronisation zwischen W ^£r

Wenn angenommen wird, daß ein Wellenwiderstand von 50 Ohm erwünscht ist, so ist

Z₀ = 50 Ohm =

oder

377 h
9,5 W

-- = 1,26.
W

Bei einer Dicke h = 2 mm ist
W

1,26

= 1,59 mm.

Die Breite der geerdeten Elektrode 60 ist unkritisch. Sie braucht nur so breit zu sein, daß sie die durch die Elektrode 58 verursachten Randfelder überdeckt. Gemäß F i g. 3 kann die Elektrode 60 die ganze Räche des Wandlers 56 bedecken.

Wie schon erwähnt, hätte bei einer Länge von 31,6 cm der Kerr-Zelle und bei Verwendung eines zehnteiligen Wortes gemäß F i g. 1 jeder Abschnitt der Kerr-Zelle eine Länge von 3,16 cm. Wenn der vom Impulsgenerator 106 erzeugte Hochspannungsimpuls eine Dauer von 0,5 nsec hat und die Geschwindigkeit wie oben beschrieben 3,16 cm/nsec beträgt, erregt der Impuls in jedem Augenblick 1,58 cm der Kerr-Zelle. Die Strecke von 1,58 cm ist gleich der halben Länge eines Abschnittes der Kerr-Zelle. 1,58 cm breite Bereiche zwischen den einzelnen Abschnitten der Kerr-Zelle könnten abgedeckt werden, damit die Ausgangsimpulse eine saubere zeitliche Trennung von 0,5 nsec erhalten.

F i g. 2 zeigt das Ergebnis des Umsetzungsprozesses mit dem als Beispiel angegebenen Binärwort. t₀ stellt die Zeit dar, zu der der Impulsgenerator 106 angestoßen wird. Die Zahlen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 stellen den Zeitmaßstab in Nanosekunden dar. Der serielle Impulsausgang wäre dann ein serielles binäres Wort 0111001101. Dies ist die umgekehrte Serienform des als Beispiel gewählten Binärwortes. Die Reihenfolge ist unerheblich, da auf der Empfangsseite eine gleichsinnige Rückumkehrung erfolgt.

F i g. 4 stellt eine andere Form einer Kerr-Zelle zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Umsetzern dar. Die Kerr-Zelle 304 besteht aus dem gleichen Material wie die Kerr-Zellen 56 und 156 gemäß Fig. 1. Auf die Oberfläche der Kerr-Zelle ist hier eine Elektrode 302 aufgesetzt. Die nicht dargestellte Gegenelektrode befindet sich auf der Rückseite. Ein Impulsgenerator 300 ist an die Elektrode 302 und die nicht zu sehende Gegenelektrode angeschlossen. Der Abschluß erfolgt wiederum durch den Wellenwiderstand 306. Die Kerr-Zelle hat die Dicke h und die Elektrode 302 die Breite W. Jeder Abschnitt a bis k ist als einzelner Wortsektor zu betrachten. Zusammengenommen haben diese zehn Wortsektoren die Wirkung von je zehn in Serie geschalteten Kerr-Zellen gemäß Fig. 1. Jeder einzelne Sektor ο bis k ist so imstande, je zehn Bits umzuwandeln. Somit ist die gemäß F i g. 2 gezeigte Kerr-Zelle imstande, insgesamt 100 Datenbits aus der parallelen in die Serienform umzuwandeln. Zu beachten ist dabei, daß der Abstand 5 zwischen den einzelnen Sektoren so groß sein muß, daß ein Übersprechen mit Sicherheit verhindert wird.

Wie in F i g. 5 gezeigt ist, brauchen die benutzten Kerr-Zellen nicht aus jeweils einem Kristall zu bestehen. Es können verschiedene elektrisch hintereinander geschaltete einzelne Kerr-Zellen 400, 402, 404, usw. sein, die durch Kabelleitungen 410 elektrisch miteinander verbunden sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Umsetzer für die Verwendung als Parallel-Serien-Umsetzer sowie auch als Serien-Parallelumsetzer unter Ausnützung der bekannt trägheitslosen Arbeitsweise von Kerr-Zellen

ίο angegeben werden. Weitere Vorteile sind, daß unter Verwendung solcher Umsetzer eine sehr schnelle Lichtdatenübertragung möglich ist, mit deren Hilfe schlecht- oder unzugängliche Geländeabschnitte mit Leichtigkeit überwunden werden können, welche sich dabei aber die ausgezeichnete Richtcharakteristik des Lichtstrahls zunutze macht. Somit ist eine Datenübertragung möglich, die gegenüber drahtgebundenen und Funkübertragungen wesentliche Vorteile aufweist.

Claims

Patentansprüche:

1. Umsetzer für digitale Daten von der Parallelin die Serienform (von der Serien- in die Parallelform), dadurch gekennzeichnet, daß eine mit lichtdurchlässigen Elektroden (58, 60; 158, 160) versehene und von zwei gekreuzten Polarisatoren (Polarisator 54,154; Analysator 84,

184) eingeschlossene Kerr-Zelle (56, 156) auf einer Seite von parallel zur Einfallebene (Ausfallebene) angeordneten elektrooptischen Wandlern (34, 36, 38 ... 52) (optisch-elektrischen Wandlern (134, 136, 138 . . . 152) begrenzt ist, die mit den Zellen (14, 16, 18 ... 32, 194, 196, 198 ... 212) eines Registers (12, 214) verbunden sind, und daß die den Polarisator (84, 154) durchsetzenden Lichtstrahlen auf der Ausgangsseite (Eingangsseite) der Kerr-Zelle (56, 156) auf einen optisch- elektrischen Wandler (112) fokussiert sind (durch einen elektrooptischen Wandler (128) gewonnen werden).

2. Umsetzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kerr-Zelle (304), auf deren Einfall- und/oder Ausfallebene eine mäanderförmige Elektrode (302) angeordnet ist.

3. Umsetzer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerr-Zelle in mehrere Teilzellen (400 bis 406) unterteilt ist, die elektrisch hintereinander geschaltet sind.

4. Umsetzer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (58, 60; 158, 160; 302; 408) je einer Kerr-Zelle (56, 156; 304; 400, 402, 404, 406) mit ihrem einen Ende an einen Impulsgenerator (106, 190; 300) angeschlossen und mit dem anderen Ende mit ihrem Wellenwiderstand (62, 162; 306) abgeschlossen sind.

5. Verwendung eines Parallel-Serien-Umsetzers und eines Serien-Parallel-Umsetzers nach einem der vorgenannten Ansprüche für eine Übertragungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender (10) der Parallel-Serien-Umsetzer vorgesehen ist, dessen Ausgang mit einem weiteren elektrooptischen Wandler (118) verbunden ist, welcher den Eingang eines optischen Ubertragungskanals (120) bildet, und daß der Ausgang

909 505/1181

des Übertragungskanals (120) im Empfänger (218) durch den Eingang des Serien-Parallel-Umsetzers gebildet wird.

6. Übertragungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Ubertragungskanals (120) empfangsseitig ein weiterer optisch-elektrischer Wandler (122) eingefügt ist, dessen Ausgang mit dem elektrooptischen Wandler (128) verbunden ist, der die Lichtstrahlen für den Polarisator (154) auf der Eingangsseite der Kerr-Zelle (156) des Serien-Parallel-Umsetzers erzeugt.

7. Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der empfangsseitige Serien-Parallel-Umsetzer über

einen zweiten, mit Lichtfrequenz betriebenen Ubertragungskanal (192) mit dem sendeseitigen Parallel-Serien-Umsetzer synchronisiert ist.

8. Übertragungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum sendeseitigen Impulsgenerator (106) ein zusätzlicher elektrooptischer Wandler (110) zur Übermittlung von Lichttaktimpulsen über den zweiten Übertragungskanal (192) vorgesehen ist und daß diese Lichttaktimpulse empfangsseitig durch einen zusätzlichen optisch-elektrischen Wandler (186) aufgenommen, umgewandelt und über einen nachgeschalteten Verzögerer (188) dem Steuereingang des empfangsseitigen Impulsgebers (190) zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen