DE1295740B

DE1295740B - Modulationsanordnung fuer einen optischen Sender mit innerer Modulation des stimulierbaren Kristallmediums

Info

Publication number: DE1295740B
Application number: DEI25059A
Authority: DE
Inventors: Hunter Lloyd Philip
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1962-12-31
Filing date: 1963-12-31
Publication date: 1969-05-22
Also published as: US3339073A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Modulationsanordnung Heterodyn-Empfang soll dabei dieser auf die kohäfür einen optischen Sender mit innerer Modulation rente Strahlung im sichtbaren oder infraroten Bereich des stimulierbaren Kristallmediums innerhalb eines des elektromagnetischen Wellenspektrums ansprechen von drei parallelen Planspiegeln begrenzten optischen können.

Resonators, von denen zwei durch die Stirnflächen 5 Für einen optischen Gas-Maser ist auch eine aus des stimulierbaren Kristallmediums gebildet werden drei Spiegeln zusammengestellte Anordnung bekannt- und zwei teildurchlässig ausgebildet sind. Die der Er- geworden (vgl. H. Kogelnik, C. K. N. P at el, findung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun »Mode suppression and single frequency operation in darin, eine solche Modulationsanordnung derart aus- gaseous optical masers« in den Proceedings of the zuführen, daß sie bei zuverlässiger Betriebsweise für io IRE, 1962, Novemberheft, S. 2365 und 2366). Bei eine Fabrikation unter Verwendung von im Handel diesem Gas-Maser findet ein Gemisch aus Helium verfügbarer Bauelemente besonders geeignet und vor- und Neon als Arbeitssubstanz Anwendung. Die Neonteilhaft ist. Atome sind hier die eigentlichen wirksamen Systeme, Es ist bereits ein optischer Sender bekanntgewor- während die Helium-Atome für den Aktivierungsden (vergleiche z. B. H. Happ, »Optischer Maser— 15 prozeß eine Rolle spielen. Die verwendeten Spiegel Monochromatische Strahlungsquellen hoher Intensi- sind Konkavspiegel.

tat«, Umschau, 1962, H. 5, S. 133 bis 136), bei dem Die bekannte Drei-Spiegel-Anordnung besteht aus

ein mit Chrom dotierter Rubinstab, dessen End- einem primären Resonator, gebildet durch einen flächen parallelgeschliffen und so weit verspiegelt Außenspiegel und einen Innenspiegel, zwischen denen sind, daß sie nur einige Prozent Strahlungsdurch- ao die Arbeitssubstanz angeordnet ist, und einem sekunlässigkeit besitzen, in der Achse einer wendelförmi- dären Resonator, gebildet durch den Innenspiegel gen Xenon-Blitz-Entladungsröhre angeordnet ist. Die und den anderen Außenspiegel, der zu dem erstgein dieser Gasentladungsröhre gezündete Entladung nannten Außenspiegel in einer Entfernung von 2 m liefert eine Strahlung für die Anregung des Rubin- und zu dem erwähnten Innenspiegel in einer Entkristalls. Ist die Strahlung so intensiv, daß aus- 35 fernung von 20 cm aufgestellt ist. reichend viele Chromionen im Rubinkristall angeregt Die Lichtausstrahlung zu einem Photomultiplier

werden, so entsteht eine stimulierte Emission, und aus befindet sich am erstgenannten Außenspiegel, der mit der Stirnfläche des Rubinkristalls tritt eine kräftige dem Innenspiegel das Gasentladungsgefäß unmittel-Strahlung mit einer sehr monochromatischen Spek- bar einschließt. Der 20-cm-Abstand des Außenspietrallinie aus. 30 gels zu dem unmittelbar benachbarten Innenspiegel,

Die bekannte Anordnung ist dabei so getroffen, d. h. die Länge des sekundären Resonators, ist bei daß immer nur ein Teil der durch stimulierte Emis- dem bekannten optischen Gas-Maser dadurch justiersion entstandenen Strahlung den Rubinkristall ver- bar, und zwar auf Bruchteile einer Wellenlänge lassen kann. Das Zusammenhalten dieses Strahlungs- justierbar eingerichtet, daß der Außenspiegel des feldes geschieht beim bekannten optischen Sender da- 35 sekundären Resonators mit einem Differentialschraudurch, daß man die Arbeitssubstanz, das ist bei der bensystem oder einer magnetostriktiven Vorrichtung bekannten Anordnung der mit Chrom dotierte Rubin- im Sinne einer Lagen-Feinverstellung verbunden ist. kristall, zwischen zwei ebenen Spiegeln einfügt, Der Gebrauch dieser Feinjustierung dient bei der

zwischen denen die Strahlung hin und her reflektiert bekannten Drei-Spiegel-Anordnung letzten Endes wird, und die andererseits noch eine geringe Durch- 40 dazu, den Maser auf eine Ein-Frequenz-Ausgangslässigkeit besitzen, damit auch nutzbare Strahlung strahlung abzustimmen und andere Eigenschwingunnach außen treten kann. Diese Anordnung zweier gen zu unterdrücken. Die Justierung des Außenplanparalleler, nur geringfügig durchlässiger Spiegel spiegeis im sekundären Resonator dient bei dieser bestellt einen optischen Resonator dar. Sie ist unter dem kannten Vorrichtung nicht der Modulation der Strah-Namen Fabry-Perot bekannt. 45 lung des optischen Senders.

Zwischen den spiegelnden Platten der bekannten Die Modulation eines optischen Senders ist bereits

Anordnung kann sich nur dann ein Strahlungsfeld bekannt, vgl. die Veröffentlichung von Frank S. aufschaukeln und stationär halten, wenn deren Ab- Barnes, »On the Modulation of Optical Masers« in stand im bestimmten Verhältnis zur Wellenlänge der der Zeitschrift Proc. of the IRE, Juli 1962, S. 1686 Strahlung steht. Damit der notwendige Abstand über 50 und 1687. Dieses bekannte Modulationssystem bedie ganze Ausdehnung der beiden Spiegel gewähr- steht darin, daß die Dielektrizitätskonstante einer leistet ist, müssen diese extrem eben und genau par- Kerr-Zelle oder eines ADP-Kristalls entsprechend allel zueinander aufgestellt sein. der Modulation verändert wird, wenn die Kerr-Zelle

Da jeweils ebene Wellenfronten aus dem bekann- oder der ADP-Kristall zwischen der Arbeitssubstanz ten optischen Sender austreten, ist der Senderstrahl 55 des optischen Masers, das ist beim Bekannten das räumlich kohärent, was durch Beugungsaufnahmen stimulierbare Kristallmedium, und einem Spiegel einexperimentell bestätigt wurde. Da die einzelnen Emis- gefügt ist. Man erreicht dabei durch Wirkung einer sionsvorgänge der Atome so ineinandergreifen, daß »ungleichförmigen Übertragungsleitung« sowohl eine die einzelnen Wellenzüge phasengerecht miteinander Frequenzmodulation als auch eine Amplitudenmodugekoppelt werden, ist die Senderlichtweite zeitlich 60 lation. Diese ungleichförmige Übertragungsleitung bei streng periodisch, also zeitlich kohärent. einer inneren Modulation des stimulierbaren Kristall-

Für den bekannten, vorstehend beschriebenen op- mediums zu vermeiden, ist die der Erfindung zutischen Sender finden sich reichhaltige Anwendungen gründe liegende Aufgabe.

in der Technik. Bei der Nachrichtenübermittlung steht Für eine Modulationsanordnung für einen optischen

man allerdings vor der Schwierigkeit, daß der Modu- 65 Sender mit innerer Modulation des stimulierbaren lation bisher engste Grenzen gesetzt sind. Mit dieser Kristallmediums innerhalb eines von drei parallelen Modulation befaßt sich die Erfindung. Planspiegeln begrenzten optischen Resonators, von

Im Falle des frequenzmodulierten Detektors beim denen zwei durch die Stirnflächen des stimulierbaren

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Kristallmediums gebildet werden und zwei teildurch- richtung nur als Lichtsender verwendet wird, ist die lässig ausgebildet sind, besteht danach die Erfindung reflektierende Oberfläche 16 völlig undurchlässig, darin, daß eine Stirnfläche des stimulierbaren Kristall- Der Resonator 20 kann aus einem Kristall, z. B.

mediums völlig verspiegelt ist, die andere teildurch- Rubin, gebildet sein. Eine besonders günstige Form lässig ist und die dritte, der teildurchlässigen Stirn- 5 ist in der Zeitschrift »IBM Journal of Research and fläche benachbarte, ebenfalls teildurchlässige Spiegel- Development«, Bd. 5, S. 56, 1961, in der Arbeit fläche, die durch den Modulator gebildet wird, mecha- »Solid-State Optical Maser Using Divalent Samarium nische Schwingungen in der optischen Achse aus- in Calcium Fluoride« beschrieben. Diese Veröffentführt, so daß sich der Abstand zwischen den beiden lichung bezieht sich auf Festkörperlaser, d. h. auf opteildurchlässigen Planspiegeln rhythmisch ändert, was io tische Sender, welche als stimulierbares Medium einen infolge der damit verbundenen Resonanzänderung Kristall aufweisen, der ein entsprechendes dotierendieses Teilstücks des optischen Resonators eine Fre- des Material enthält und in welchem elektromagnequenzmodulation der kohärenten Ausgangsstrahlung tische Schwingungen gebildet werden, bewirkt. Der frühest bekannte Festkörperlaser ist der soge-

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfin- 15 nannte Rubinlaser, bei dem das stimulierbare Medung kann der Modulator piezoelektrisch oder ma- dium aus mit Chrom dotiertem Aluminiumoxyd begnetostriktiv die dritte Spiegelfläche im Rhythmus steht. Dieser optische Sender liefert eine Ausgangseines amplitudenmodulierten Signals schwingen las- strahlung im roten Gebiet des sichtbaren Teiles des sen. Die Trägerfrequenz des amplitudenmodulierten elektromagnetischen Wellenspektrums. Es sei auch Signals ist vorteilhaft gleich der Resonanzfrequenz ao bemerkt, daß Lichtsender-Resonatoren mit tubusartides piezoelektrischen oder magnetostriktiven Kristalls gen dampfgefüllten Behälter ebenfalls den Lasereffekt gewählt. zeigen.

Die frequenzmodulierte Strahlung kann in einem Die Erfindung kann sowohl bei Vier-Niveau- als

Photodetektor demoduliert werden, wenn ein Heter- auch bei Drei-Niveau-Systemen eines Festkörperodyn-Signal über einen zweiten Resonator gebildet as masers Anwendung finden. In der vorliegenden Be- und dem Detektor zugeführt wird. Der Unterschied Schreibung wird jedoch der Einfachheit halber das zwischen der Heterodyn-Oszillatorfrequenz und dem Drei-Niveau-System zugrunde gelegt. Signal des optischen Senders wirkt sich auf den Photo- Der bekannte Rubinmaser liefert Ausgangsstrahlen

detektor aus. mit einer Wellenlänge von etwa 6940 Ängström-

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeich- 30 einheiten.

nungen für beispielsweise Ausführungsformen näher In den Zeichnungen ist mit α der Grundzustand,

erläutert. mit / die Frequenz und mit 24 der Schwellenwert der

F i g. 1 zeigt einen optischen Sender mit Rubin- Oszillation bezeichnet.

kristall; Es sei angenommen, daß ein optischer Rubin-

Fig. IA zeigt das Energie-Frequenz-Diagramm 35 sender mit einer Frequenz / von etwa 4 · 10¹⁴ Hz arder Eigenschwingungen Z₁ bis f_g bei einem optischen beitet und daß die Dielektrizitätskonstante μ den Sender nach Fig. 1; Wert 1,77 hat.. Es sei fernerhin angenommen, daß

F i g. 2 zeigt schematisch einen optischen Sender, die praktische Länge d des Rubinkristalls 2 cm bewelcher ausgangsseitig eine ausgewählte Eigenschwin- trägt. Dann ergibt sich, wenn η die Anzahl der stehengung liefert; 40 den Halbwellen im Kristall ist, die Beziehung:

Fig. 2A zeigt das Energie-Frequenz-Diagramm n-1 — 1 ■ d (D

ausgewählter Eigenschwingungen im Ausgang des in ^μ ' ^ '

Fig. 2 gezeigten optischen Senders; wobei λ die Wellenlänge ist und gleich elf ist. Die

F i g. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform für Frequenz ist mit /, und die Lichtgeschwindigkeit einen internfrequenzmodulierten optischen Sender mit 45 mit c bezeichnet. Damit wird N — 0,94 · 10⁵. ausgewählter Eigenschwingung; Dies zeigt an, daß auf eine Spektrallinienbreite von

Fig. 3A zeigt das Energie-Frequenz-Diagramm 3 Ä im Kristall etwa 38 Eigenschwingungen von etwa für den in F i g. 3 gezeigten optischen Sender und läßt 0,08 A fallen. Nicht alle diese Oszillationen überdie mit der Modulation verknüpfte Frequenzverschie- schreiten jedoch den Schwellenwert für die Bildung bung erkennen; 50 monochromatischen Lichtes.

F i g. 4 zeigt schematisch eine Anordnung eines De- I_n Fig. IA ist das Frequenz-Energie-Diagramm

tektors für die Übertragung des frequenzmodulierten der Ausstrahlung für den Rubinkristall dargestellt. Ausgangswertes bei einer Anordnung nach F i g. 3 in l_m Falle des dargestellten Beispiels hat die natürliche ein entsprechendes frequenzmoduliertes elektrisches Linienbreite (nur zum Zweck der vereinfachten Dar-Signal. 55 stellung angenommen) einen Wert in der Größen-

In den Zeichnungen ist generell mit 20 der optische Ordnung von 1 A, so daß nur neun Eigenschwingun-Sender-Resonator bezeichnet. Diesem wird das An- gen den vorher beschriebenen Oszillationsschwellenregungslicht, welches durch Pfeile 12 dargestellt ist, wert überschreiten, was in der Zeichnung durch die zugeführt, so daß sich ein Ausgangslicht bildet, das gestrichelte Linie 24 dargestellt ist. Der Zwischendurch die Pfeile 14 angedeutet ist. Dieses Ausgangs- 60 raum zwischen den Frequenzen ist besonders hervorlicht 14 ist sowohl kohärent als auch monochroma- gehoben, um die individuellen Frequenzen anzuzeitisch. gen. Einige Frequenzen haben höhere Amplituden als

Der Resonator 20 hat Zylinderform und ist an den andere, was den Kristallparametern und der dem gegenüberliegenden Enden mit spiegelnden Ober- Kristall aufgeprägten Anregungsfrequenz zuzuschreiflächen 16 und 18 versehen. Jede dieser Oberflächen 65 ben ist. Das kohärente Lichtspektrum ist daher durch reflektiert etwa 98,5% des auffallenden Lichts. Die die Frequenzdifferenz zwischen den Punkten/1.../9 Flächen sind so eingerichtet, daß etwa 1,5 °/o des auf- gegeben, wobei eine Umhüllende 22 den Oszillationsfallenden Lichts durchgelassen wird. Wenn die Vor- Schwellenwert 24 erreicht.

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In F i g. 2 ist ein teilweise durchlässiger Spiegel 26 Es sei auch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf

neben dem teilweise versilberten Kristallende 18 an- diesen Fall für Ll, L2 beschränkt ist. Es können

geordnet. Der Spiegel 26 kann auch eine Apertur 28 auch andere Abstände mit entsprechenden Änderun-

enthalten, um den Durchgang des übertragenen Si- gen in den Ausgangsfrequenzen verwendet werden,

gnals auf einen entfernten Punkt für die Demodula- 5 Es ist möglich, eine Einzelausgangsfrequenz durch

tion zu ermöglichen. Die Ausstrahlung des Kristalls entsprechende Auswahl der Resonatorparameter zu

20 wird reflektiert und dem Kristall 20 zugeführt, wo realisieren. Die vorliegenden Resonatorabstände sind

das zurückgeführte Signal mit den internen Frequen- allein aus Gründen der besseren Erklärung ausge-

zen gemischt wird. wählt.

Die Ausführungsform nach F i g. 2 kann als ein op- ίο Nachdem beim optischen Sender eine wesentliche tischer Sender mit zwei Resonatoren an Stelle eines Einzelfrequenz ausgangsseitig erzielt ist, besteht der einzigen Resonators angesehen werden, so daß die nächste Schritt in der Überlagerung einer Nachricht beiden Platten 18 und 18' entstehen. Das im Kristall auf die zentrale Ausgangsfrequenz oder Trägervorhandene verstärkende Medium besteht daher so- frequenz und in der Aufdeckung und Reproduktion wohl zwischen den Teilen 16 und 18 als auch 15 der Originaleingangsinformation, zwischen den Teilen 18 und 18'. Die Frequenz, bei In F i g. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung welcher jetzt eine Phasenkohärenz aufrechterhalten gezeigt für die Anpassung einer selektiven Art des wird, ist von der Reflexion an den beiden ebenen optischen Senders an die Aufnahme von Informa-Spiegeln 18 und 18' abhängig. Die Trennung des ex- tionssignalen für die Übertragung zu einer entfernten ternen Spiegels ist geringer als jene des optischen ao Station. Fig. 3 stimmt im wesentlichen mit Fig. 2 Senderkristalls selbst. Der Effekt des äußeren Spie- überein, jedoch mit der Ausnahme, daß sich der gels besteht in der Vorhebung einiger Frequenzen Spiegel 26 auf der Oberfläche eines elektromecha- und in der Abschwächung anderer Frequenzen. Die nischen Übertragers, z. B. eines magnetostriktiven gesamte Anzahl der Eigenschwingungen in den bei- Elements oder eines piezoelektrischen Kristalls 30, den Kristallresonatoren ist jedoch größer als jene 25 befindet. Eine Oszillatorquelle oder Signalquelle ist eines einzelnen Kristallresonators. Unter der An- mit dem Kristall in an sich bekannter Weise verbunnahme einer Luftlücke L 2 von 2,25 mm bis zum ex- den. Oszillator oder Signalquelle speisen den Kristall ternen Spiegel, werden 6000 Halbwellen mehr hinzu- im Sinne einer Zusammenziehung und der Ausdehgefügt, so daß sich eine Gesamtzahl von 10⁵ Halb- nung. Mit der Zusammenziehung und der Ausdehwellen ergibt, die zu jenen vorher angegebenen zwei 30 nung des Kristalls 30 ändert sich die Länge des ReEigenschwingungen mehr aufweisen. Die Anzahl der sonators zwischen den reflektierenden Flächen 18 Eigenschwingungen, welche die Oszillationsschwelle und 18'. Die Änderung der Resonatorlänge führt zur überschreiten, ist jedoch reduziert. Eine ausführliche Änderung der Frequenz, die sich im Resonator aus- und theoretische Erklärung für das Hervorheben und bildet. Der Effekt der Weglängenänderung auf 'die Abschwächen in einem optischen Sender mit drei Re- 35 Resonator-Frequenz ergibt sich durch folgende Sektoren ist in einer Veröffentlichung »Discrimination Formeln:
Against Unwanted Orders in the Fabry-Perot Reso- η · λ = 2μά nator«, von A. Kleinman und P. P. Kisliuk in

der Zeitschrift »Bell System Technical Journal«, März χ __ JL n\

1962, Bd. 41, H. 2, S. 453 bis 462, gegeben. 40 / '

Bei Annahme einer äußeren Weglänge L 2, der

etwa gleich der Hälfte des Kristallpfades Ll (vgl. In den Formeln ist / die Resonatorfrequenz und c F i g. 2) ist, ergibt sich, daß jede andere Eigenschwin- die Lichtgeschwindigkeit. Hieraus ergibt sich: gung des Zweiresonatorsystems nach F i g. 2 ausgelöscht wird, wenn der Spiegel folgenden Abstand 45 /— ⁿ'^c n) hat: · 2μά

' L2\

I \n = p. durch Differentiation der Frequenz nach dem Ab-

\L1) stand ergibt sich:

In dieser Formel ist η die Anzahl der Wellenlängen * — zi^L _m c$\

im Kristall und ρ die Wellenlängenzahl zwischen / d

Spiegel und Kristall für die zentrale Frequenz. Das

modifizierte Energiefrequenzdiagramm für eine An- Die Beziehung (4) zeigt an, daß eine Änderung der

Ordnung nach Fig. 2 liefert die Fig. 2A. Die zen- 55 Länge d des Kristalls eine entsprechende Änderung trale Frequenz bleibt ungeschwächt, aber alle an- in der Eigenschwingung liefert. Die Spiegeländerung deren Frequenzen sind geschwächt worden. An Stelle ist notwendig, um eine Frequenzbandbreite von von neun Frequenzarten überschreitet jetzt nur eine 1000 MHz zu erhalten, wie sich aus Formel (4) ergibt, einzelne zentrale Frequenz mit zwei Seitenbändern Unter der Annahme, daß ein Rubinkristall eine Anden Oszillationsschwellenpegel. Die zentrale Frequenz 60 regungsfrequenz von 4 · 10¹⁴ Hz aufnimmt und der und die Seitenbänder enthalten alle den kohärenten Resonator eine Länge von 22,5 mm hat, kann durch Energieausgang am Kristall mit der Folge, daß sie Änderung der Spiegellage um ein Achtel der Wellenüber einen längeren Bereich übertragen werden kön- länge eine Ausgangsbreite von 1000 MHz erreicht nen, als dies sonst möglich ist. Es sei bemerkt, daß in werden. Die Gesamtverschiebung von ein Achtel der den Resonator durch hinzugefügte Weglängen zusatz- 65 Wellenlänge entspricht einer Änderung der Spiegelliche Eigenschwingungen eingeführt worden sind. Da lage von ±4,7 ■ 10~⁶ cm aus einer zentralen Lage, diese aber den Schwellenpegel nicht überschreiten, ist Eine Signalquelle kann solch eine Änderung in den es nicht notwendig, sie in Betracht zu ziehen. Abmessungen des piezoelektrischen Kristalls erzeu-

gen. Die Signalquelle bildet eine Nichtresonanzschwingung, wenn eine direkte Verbindung mit einem 1 mm ADP-Kristall, dem 1000 Volt zugeführt werden, oder zu einem Rochelle-Salz-Kristall, dem 150 Volt zugeführt werden, besteht.

Die Frequenzänderung für die Zustände des optischen Senders und die oben angegebenen Abmessungen sind in Fig. 3 A durch gestrichelte Linien 40, 40' und 40" wiedergegeben. Es sei bemerkt, daß bei einer Verschiebung der Zentralfrequenz in die äußerste Lage die Amplitude der Originalfrequenz Null wird. Daher gibt es keine unechten Signale, um das Trägersignal, dem die Information zu überlagern ist, zu stören.

Die Information kann dem unteren Träger in einfächer Weise durch die Anwendung der Amplitudenmodulation überlagert werden. Zu diesem Zweck ist der Signalausgang der Signalquelle direkt mit dem piezoelektrischen Kristall verbunden, welcher in einer nichtresonanten Eigenschwingung betrieben wird, ao Wenn das amplitudenmodulierte Signal dem piezoelektrischen Kristall aufgeprägt wird, dann ist die Spiegellage proportional steuerbar. Dies führt dazu, daß die Maximalverschiebung des schwingenden Spiegels in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal variiert. Das Maximum der Frequenzverschiebung der Trägerfrequenz wird dann entsprechend proportional zum amplitudenmodulierten Eingangssignal. Die Umwandlung des amplitudenmodulierten Signals in ein frequenzmoduliertes Signal liefert den Vorteil, daß sich keine Interferenzen von unechten Signalen oder Eigenschwingungen bilden können, die im Resonator entstanden sind, wie dies beim externen amplitudenmodulierten optischen Sender der Fall ist.

Eine zweite Ausführungsform für die Ausbildung einer Senderausstrahlung mit einer Trägerfrequenz von geeigneter Frequenzbandbreite ist durch die mechanische Resonanz eines piezoelektrischen Kristalls gegeben. Die mechanische Resonanz kann durch geeignete Oszillatoreinspeisung entwickelt werden. Im Falle der mechanischen Resonanz wird die Amplitude der mechanischen Oszillation auf eine Trägerfrequenz des optischen Senders übertragen. Die Amplitudenmodulation des Oszillatorsignals mit einem Informationssignal moduliert die mechanische Resonanz des Spiegels gemäß dem Informationssignal. Demgemäß werden Variationen im Informationssignal eine entsprechende Frequenzmodulation im Ausgang des optischen Senders bilden. Berechnungen zeigen an, daß eine Bandbreite von 1000 MHz im Ausgang des optischen Senders eine Spiegelversetzung in der Größenordnung von 3 · 10~⁵ cm erfordert. Der prinzipielle Vorteil des Resonanzsystems ist der, daß der Resonanzeffekt des piezoelektrischen Kristalls eine geringere Treiberspannung ermöglicht, um die Bandbreite von 1000 MHz zu bilden, wenn der piezoelektrische Kristall mit einer nichtresonanten Eigenschwingung betrieben wird.

Eine andere Ausführungsform für die Modulation eines Informationssignals ist die Festhaltung des externen Spiegels in einer festen Positition und das Oszillieren des Senderkristalls, um eine Trägerfrequenz zu bilden. Das Informationssignal wird dem externen Spiegel oder dem piezoelektrischen Kristall in elektrischer Form zugeführt, um den Resonatorabstand zu modulieren und eine Bandbreite zu schaffen, die jener ähnlich ist, welche oben für das mechanische Resonanzsystem beschrieben wurde .

Nachdem ein geeignetes Senderausgangssignal gebildet ist, das eine interne Frequenzmodulation erfahren hat, besteht der nächste Schritt in der Gleichrichtung des dem Träger aufgeprägten Informationssignals. Hierfür ist eine Anordnung nach F i g. 4 vorgesehen. Diese enthält einen Spiegel 60 für den Empfang des intern modulierten Frequenzausganges 58 des optischen Senders und einen Photodetektor 62 für die Umwandlung des modulierten optischen Signals in ein entsprechendes elektrisches Signal. Das von dem in F i g. 4 nicht besonders dargestellten optischen Sender empfangene Signal 58, wird direkt über den Spiegel 60 auf den Photodetektor 62 gegeben. Dem Spiegel 60 wird auch ein optisches Signal 64 mit einer Frequenz /₀ zugeführt, welches in einem herkömmlichen optischen Sender 66 gebildet ist. Der optische Sender 66 wird als ein Heterodyn-Oszillator für die Herstellung einer Bezugsfrequenz zum Betriebe des Photodetektors benutzt. Der Photodetektor 62 empfängt sowohl das optische Heterodyn-Signal als auch das optische frequenzmodulierte Signal und liefert einen elektrischen Ausgangswert, welcher dem frequenzmodulierten Signal ohne Heterodyn-Signal entspricht. Das elektrisch frequenzmodulierte Signal wird danach einem konventionellen frequenzmodulierten Empfänger 65 zugeführt. Die Wirkungsweise des Photodetektors ist von B. Oliver in der Zeitschrift Proceedings of the IRE, Dezember 1961, S. 1960, beschrieben.

Claims

Patentansprüche:

1. Modulationsanordnung für einen optischen Sender mit innerer Modulation des stimulierbaren Kristallmediums innerhalb eines von drei parallelen Planspiegeln begrenzten optischen Resonators, von denen zwei durch die Stirnflächen des stimulierbaren Kristallmediums gebildet werden und zwei teildurchlässig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnfläche (16) des stimulierbaren Kristallmediums (20) völlig verspiegelt ist, die andere (18) teildurchlässig ist und die dritte, der teildurchlässigen Stirnfläche (18) benachbarte, ebenfalls teildurchlässige Spiegelfläche (26), die durch den Modulator (30) gebildet wird, mechanische Schwingungen in der optischen Achse ausführt, so daß sich der Abstand zwischen den beiden teildurchlässigen Planspiegeln (18, 26) rhythmisch ändert, was infolge der damit verbundenen Resonanzänderung dieses Teilstücks (18, 26) des optischen Resonators (16, 18, 26) eine Frequenzmodulation der kohärenten Ausgangsstrahlung (14) bewirkt.

2. Modulationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (30) piezoelektrisch oder magnetostriktiv die dritte Spiegelfläche (26) im Rhythmus eines amplitudenmodulierten Signals schwingen läßt.

3. Modulationsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz des amplitudenmodulierten Signals gleich der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Kristalls gewählt ist.

4. Modulationsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Spiegelfläche (26) von der inneren Austrittsfläche (18) des optischen Resonators einen Abstand von 2,25 mm hat.

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5. Modulationsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der dritten Spiegelfläche (26) von der inneren Austrittsfläche (18) des optischen Resonators etwa gleich der Hälfte der inneren Resonatorlänge ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen