DE1564682B2 - Anordnung zur verzerrgungsarmen uebertragung einer information mittels innerer modulation kohaerenter optischer strahlung als traeger sowie einrichtung hierfuer - Google Patents

Anordnung zur verzerrgungsarmen uebertragung einer information mittels innerer modulation kohaerenter optischer strahlung als traeger sowie einrichtung hierfuer

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DE1564682B2
DE1564682B2 DE1966S0105138 DES0105138A DE1564682B2 DE 1564682 B2 DE1564682 B2 DE 1564682B2 DE 1966S0105138 DE1966S0105138 DE 1966S0105138 DE S0105138 A DES0105138 A DE S0105138A DE 1564682 B2 DE1564682 B2 DE 1564682B2
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Description

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steuerbarer linearer elektrischer Doppelbrechung, koppelmodulation sowie auch der Gegentaktmodu-
hierunter vorzugsweise Kupfer-I-Chlorid oder KDP- lation durch ein Auskoppelglicd aus dem Laserreso-
Einkristalle oder entsprechende Gläser, sowie auch nator ausgekoppelt und ausgesandt. Wegen der linea-
StofTe mit steuerbarem Faradayeflekt mit großer ren Abhängigkeit der Amplitude A von dem Modu-
Verdetscher Konstante in Frage. 5 lationssignal, d. h. der Linearität des elektrooptischen
Die Auswahl betriiTt die Verwendung von Medien, Effekts im angegebenen Steuerglied, ist dieser umgedie im feldfreien Zustand keine Auskopplung von wandelte und zur Auskopplung vorgesehene Anteil
Strahlung hervorrufen, z. B. solche ohne natürliche
Doppelbrechung. Die Justierung betrifft die entsprechende Ausrichtung von sonstigen in Frage kommen- io J = J sin'- (\<n —K cos ω t) (I)
den steuerbaren Medien, die auch im fcldfreien Zu- ο ν ο
stand eine Auskopplung hervorrufen können, z. B.
natürlich doppelbrechende Materialien sind.
Für das Demodulieren der empfangenen modulier- Der spezielle Anteil der ausgekoppelten Strahlung,
ten Laserstrahlung kommen die optischen Empfänger 15 der auf .!<·/-„ zurückgeht, wird in der allgemeinen
wie Photodioden, Multiplier und andere die Energie Praxis gerade zur Verringerung von Verzerrungen im
der empfangenen Strahlung anzeigende Mittel in Modulationssignal gegenüber dem übrigen Anteil in
Frage. der Klammer möglichst groß gemacht. Hierbei ist von
Die Frequenzdemodulation, unter der im Sinne der speziellen Einzelfällen abgesehen worden, z. B. von Erfindung allgemein die Demodulation des bei der 20 dem in AEU, Bd. 18, Nr. 6, Juni 1964, S. 389 bis 392, Demodulation der Laserstrahlung gewonnenen, neuen beschriebenen Verfahren, bei dem die Amplitude Zwischensignals in die ursprüngliche Information zu dieses Anteils, der auf Λψη zurückgeht, zwar in der verstehen ist, wird mit den dafür aus dem Stande der ausgekoppelten Strahlung noch klein gehalten wird, Technik bekannten Mitteln durchgeführt. Es sei ins- dann aber doch noch im Empfänger vor der Demobesondere in diesem Zusammenhang erwähnt, daß 25 dulation der empfangenen Strahlung auf die Moduaus den möglichen Frequenzlagen für das sende- lationsamplitude bezogen, groß gemacht werden muß. seitige, in der Frequenz modulierte Zwischcnsignal, Es sei ergänzend erwähnt, daß ein derartigei spezield. h. für dessen Träger, die durch die Bedingungen ler Anteil aus ,.l<pof 0 auch durch Doppelbrechung zur Durchführbarkeit der Auskoppel- bzw. Gegen- im Steuerglied verursacht sein kann, die infolge metaktmodulation in den bekannten Grenzen festgelegt 3° chanischer und'oder thermischer Spannungen auftritt, sind, sinnvollerweise eine solche ausgewählt wird, in Die Erfindung beruht nun unter anderem auf dem der sowohl die Erzeugung des sendeseitigen als auch Gedanken, den Anteil, der von Λ <p„ herrührt, entdie Demodulation des empfangsseitigen, in der Fre- gegen der allgemein gebräuchlichen Verfahrensweise, quenz modulierten, neuen Zwischensignals einfach ihn groß zu machen, gerade zum Verschwinden zu und vorteilhaft ist. 35 bringen.
Es sei zur Klarstellung darauf hingewiesen, daß In der Gleichung (1) kann dann, da das verblei-
es für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- bende Argument bei den bei Laser in Frage kom-
fahrens nicht nötig ist, daß bei der empfangsseitigen mcnden Modulations- bzw. Auskoppelgraden der
Rückgewinnung der ursprünglichen Information das Auskoppelmodulation klein gegen π/2 ist, der Sinus
Zwischensignal stets unmittelbar in Erscheinung tritt. 40 durch das Argument selbst ersetzt werden, ohne daß
Die erfindungsgemäße Modulations- bzw. Signal- Verzerrungen größer als ein äußerst geringer Rest,
übertragung kann, gegebenenfalls bis auf einen der sich aus dieser Vereinfachung ergibt, entstehen,
äußerst geringen Rest, von Verzerrungen dadurch Es folgt:
sogar völlig frei gemacht werden, daß sendeseitig der
spezielle, auf einer Phasenverschiebung des modu- 45 j _ ^ _ c ·> , /γ\
lierten Signals zum modulierenden Zwischensignal
beruhende Anteil der ausgekoppelten Strahlung streng
gleich Null gemacht wird. Dies kann durch Verwendung eines zwar elektrisch steuerbar, aber natür- In Weiterbildung der Erfindung ist der zusätzliche lieh nicht doppelbrechenden Materials für das Steuer- 50 Gedankenschritt entscheidend, daß die der Laserglied, z. B. eines Cu'CI-Kristalls, oder auch durch strahlung aufzumodulierende Information nicht wie Justieren, d. h. durch exakte Parallelausrichtung von üblich in den Größen K und ω der Modulierschwinoptischer Achse und Wellcnnormale der Strahlung gung liegt, sondern allein in die Winkelgeschwindigim Resonator bei auch natürlich doppclbrechendem, keit ω gelegt wird, d. h., daß das im Steuerglied aufclektrisch steuerbarem Material, z. B. bei KDP, er- 55 zumodulierende Signal dort als möglichst amplitudenrcicht werden. konstantes, in der Frequenz moduliertes, als Zwi-
Die vorliegende Erfindung geht von folgenden Ge- schensignal bezeichnetes Signal vorliegt. Dieses erfin-
danken aus: Bei einem Steuerglied mit einem Medium dungsgemäß vorzusehende Zwischensignal wird durch
mit wie oben angegebener Modulationscharakteristik, entsprechende Modulation eines hochfrequenten Trä-
z. B. mit linearer elektrischer Doppelbrechung, etwa 6° gers, z. B. im GHz-Bereich, mit der ursprünglichen
mit einem KDP-Kristall, wird nach dem obengenann- Information als Modulierschwingung erzeugt. Durch
ten Modulationsprinzip von der Schwingungsenergie diese Besonderheit wird erreicht, daß sich die Inten-
/,, mit der Amplitude Aa im Resonator ein Steuer- sität des ausgekoppelten modulierten Strahlungsanteils
barer Anteil J mit der Amplitude A in diesem in nach der Gleichung (2) aus einem konstanten Faktor
Strahlung mit einer Polarisationsrichtung senkrecht 65 und dem von der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit
zur ursprünglichen Schwingungsrichtung umgcwan- abhängigen, dem Signal entsprechenden Anteil zu-
dclt. sammcnsctzt.
Dieser Anteil J wird nach dem Prinzip der Aus- Es ist aber wegen cos2aW = J (I + cos2coi) der
5 6
mit dem Zwischensignal modulierte und ausgekop- lungscnergie ausüben kann, z. B. den Resonator zu
pelte Intensitätsanteil linear in in. Ein Modulations- stark und/oder zu stark schwankend, insbesondere
signal mit den Frequenzen /0 + /(/), das in dem mit Frequenzen im Übertragungsbereich, bedämpft.
Steuerglied des Laserresonators wirksam gemacht, Bei der obengenannten Auskoppelmodulation das z. B. an Elektroden des Steuergliedes angelegt wird, 5 erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden, ist beson-
wird als eine tragcrfrequente, zweiscitcnband-ampli- ders vorteilhaft, weil bei diesem auf Grund des kon-
tudenmodulierte Laserstrahlung mit den Seitenband- stant gehaltenen Faktors K der laufend ausgekoppelte
frequenzen 2 · [/n -I- }(t)], bezogen auf die Frequenz Strahlungsanteil, d. h. die Dämpfung des Resonators,
der Laserstrahlung ausgekoppelt. Es tritt im träger- über die Periode des entsprechend hochfrequent gefrequenten Lasersignal lediglich die Verdoppelung io wählten Zwischensignals gemittelt, konstant gehalten
aller die Information repräsentierender Frequenz- werden kann. Hierdurch lassen sich störende, mit der
werte des die Information enthaltenden sendeseitigen, Periodendauer der Relaxationsschwingungen der La-
frequenzmodulierten Zwischensignals auf. Diese Ver- serstrahlung im Resonator zeitlich vergleichbar und
doppelung ist aber im Sinne der Erfindung nicht als oder niederfrequentere Dänipfungssclivvankungen des
Verzerrung zu werten, da sie linear ist, d. h. keine 15 Resonators, die z. B. auf Dynamikschwankungen der
nichtlincare Verzerrung darstellt und bei der Demo- Information zurückgehen, vermeiden. Es treten also
dulation ohne weiteres wieder eliminiert werden kann. durch die Auskopplung eines gemäß der Erfindung
Es ist selbstverständlich vorausgesetzt, daß die modulierten Signals keine Änderungen der Betriebs-Erzeugung und später auch die Demodulation der bedingungen des Lasers auf, d. h. die Emission bleibt frequenzmodulierten Zwischcnsignale ohne wescnt- 20 konstant,
liehe Verzerrung der Information erfolgt. Weitere Erläuterungen und Einzelheiten der Er-
Entsprechcnd ist auf der Empfängerseite die De- findung gehen aus der Figur und der Beschreibung
modulation der empfangenen, mit einem der Infor- des Schemas eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
mation entsprechenden Signal zweiseitenband-ampli- einer Anordnung zur Durchführung des crfindungs-
tudenmodulierten, trägerfrequenten Laserstrahlung 25 gemäßen Verfahrens hervor,
vorgesehen. Ein stimulierbares Medium 1, z. B. ein Rubinkri-
Für diese Demodulation kommen die an sich be- stall, ist in einem von den optischen Spiegeln 2 und 3
kannten Mittel wie Photodioden oder Multiplier in begrenzten Resonator angeordnet. Die im stimulier-
Frage. Sie geben ein der empfangenen Intensität pro- baren Medium 1 erzeugte und im Resonator verlau-
portionales Signal ab. 30 fende Strahlung ist mit 4 angedeutet. 5 bezeichnet
Zur Rückgewinnung der ursprünglichen Informa- das entsprechend der Auskoppelmodulation im Retion wird weiter eine Frequenzmodulation des durch sonator vorgesehene Steuerglied mit den elektrischen obige Demodulation der Laserstrahlung erhaltenen Zuleitungen 6. Im allgemeinen ist das Steuerglied 5 neuen Zwischensignals vorgenommen. Sie erfolgt mit wegen der hohen Frequenzen des Zwischensignals in hierfür an sich bekannten Mitteln, wobei jedoch die 35 einer Hohlleiteranordnung eingebaut. Eine Einrichbei der Auskoppelmodulation eingetretene Frequenz- tung 7 hat die Aufgabe, die zu übertragende, in 12 Verdoppelung mit rückgängig gemacht wird. eingegebene Information in Form eines frequenz-
Die Erfindung ermöglicht es, mit Laserstrahlung modulierten Zwischensignals an das Steuerglied 5
eine Information von einem Sendeort zu einem Emp- weiterzugeben. Eine ursprünglich z. B. als nieder-
fangsort weitgehend unverzerrt zu übertragen. 40 frequentcs amplitudenmoduliertes Signal vorliegende
Der Mehraufwand an absoluter Frequenzband- Information wird in der Einrichtung 7 in ein in der
breite durch die Einschaltung der Frequenzmodu- Frequenz moduliertes Zwischensignal umgesetzt, des-
lation und/oder für die eintretende Frcqucnzvcrdopp- sen entsprechend ausgewählte hohe und begrenzte
lung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren tccli- Frcqucnzlagc einerseits dem Nachrichtenumfang und
nisch unerheblich, da wegen der äußerst hohen Fre- 45 andererseits der Durchführbarkeit der Auskoppel-
quenzen des Trägers stets eine ausreichend große, modulation angepaßt sein muß.
absolute Bandbreite bei sehr geringer relativer Band- Der durch die Steuerwirkung des Zwischensignals breite verfügbar gemacht werden kann. Bei dem er- in 5 umgewandelte Anteil der im Resonator verfindungsgcmäßen Verfahren bleiben alle Vorteile laufenden Strahlung 4 wird durch ein Auskoppelerhaltcn, die sich aus der trägerfrequenten Signal- 50 glied 8, hier z. B. durch eine Brcwstcrplatte, als ausÜbertragung mit relativ schmalen Bändern ergibt. zusendende Strahlung 9 und zu einem Bruchteil 10
Zu dem Anteil /Ivn ist noch folgendes zu bemcr- aus dem Laserresonator ausgekoppelt. Die Strah-
ken: Eine diesem Anteil entsprechende Auskopplung lung 9 ist eine erfindungsgcmäß erzeugte, mit der
von Laserstrahlung aus dem Resonator ist, was die Information vcrzcrrungsarm zwciscitenband-amplitu-
Modulation angeht, dann für das erfindungsgemäße 55 denmoduliertc Laserstrahlung.
Verfahren schädlich und erfindungsgcmäß auszu- 21 deutet den Teil eines Empfängers am Empfangs-
schließcn, wenn dieser Strahlungsanteil mit dem gc- ort an, der eine Einrichtung zur Demodulation von
wünschten modulierten Anteil der ausgekoppelten Laserstrahlung, z. B. eine Photodiode oder einen
Laserstrahlung, der der Information entspricht, vcr- Multiplier enthält.
bundcn ist. Prinzipiell spielt es keine Rolle, wenn 60 22 deutet eine Einrichtung des Empfängers an, in
zusätzlich zu der gewünschten Strahlung ein weiterer, der das aus der Demodulation der Laserstrahlung in
z. B. konstanter Anteil, der z. B. in den Gleichungen 21 gewonnene Zwischensignal in die ursprüngliche
mit Αψη zu berücksichtigen wäre, unabhängig und Information durch Frequenzdemodulation umgesetzt
getrennt von dem gewünschten, mit der Information wird.
modulierten Anteil aus dem Lascrrcsonator ausge- 65 Die schematisch in der Figur als Beispiel angege-
koppclt wird. Dies gilt allerdings mit der Einschrän- bcne Anordnung zur Durchführung des crfindungs-
kung, daß der zusätzliche Anteil keinen störenden gemäßen Verfahrens hat die Eigenschaft, eine am
Einfluß auf die im Laserresonator gespeicherte Strah- Empfangsort in die Anschlußklemmen 12 als clektri-
.lies Signal eingegebene Information durch Lascrirahlung über entsprechende Entfernungen zu überragen und als elektrisches Signal an den Ausgangslemnicn 23 am Empfangsort ohne bzw. mit nur sehr wringen Verzerrungen dort wiederzugeben.
Wie schon erwähnt, ist es für das erfindungsgemäße
Verfahren weitgehend unwesentlich, ob noch ein weiterer Anteil 15 der im Resonator verlaufenden Strahlung 4, z. B. durch eine der Reflexionsanordnungen hindurch ausgekoppelt wird, sofern die Betriebsbedingungen des Lasers nicht unzulässig beeinträchtigt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 508/155

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur verzerrungsarmen Übertragung einer Information mittels innerer Modulation kohärenter optischer Strahlung als Träger, bei dem die auszusendende modulierte Strahlung nach dem Prinzip der Auskoppel- bzw. Gegentaktmodulation erzeugt wird, indem unter Verwendung eines linearen elektrooptischen Steuergliedes im Modulator ein steuerbarer Anteil der im optischen Resonator erzeugten Strahlung durch Modulations- und Auskoppelmittel von der im optischen Resonator verlaufenden Strahlung abgetrennt und aus dem optischen Resonator ausgekoppelt wird, nach Hauptpatent 12 85 073, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die zu übertragende im Eingang (12) eingegebene Information in einer Einrichtung (7) des Modulators in ein frequenzmoduliertes Zwischensignal umgewandelt wird, das seinerseits das elektrische Feld im Steuerglied (5) des Modulators derart steuert, daß eine mit dem FM-Zwischensignal zweiseitenband-amplitudenmodulierte Strahlung (9) aus dem optischen Resonator (2, 3) des optischen Senders (Laser) praktisch ohne (Zwischen-) Tiägeranteil ausgekoppelt wird und daß empfangsseitig die Information in zwei Schritten durch Demodiilieren der empfangenen modulierten Laserstrahlung und durch Demodulieren des dabei entstehenden neuen empfangsseitigen Zwischensignals durch Frequenzmodulation zurückgewonnen wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig der spezielle auf einer Phasenverschiebung des modulierten Signals zum modulierenden Zwischensignal beruhende Anteil der ausgekoppelten Strahlung zum völligen Verschwinden gebracht wird.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig für den Träger des Zwischcnsignals Frequenzen im GHz-Bereich gewählt werden.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig für das Steuerglied (5) des Modulators ein linear doppelbrechender Kristall vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der linear doppelbrechendc Kristall (5) natürlich nicht doppelbrechend, sondern allein elektrisch doppelbrechend ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall als Cu'Cl-Einkristall vorliegt.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gezeichnet, daß der linear doppelbrechende Kristall (5) sowohl elektrisch als auch natürlich doppelbrechend ist und zum Ausschalten der natürlichen Doppelbrechung in Richtung seiner optischen Kristallachse von der zu modulierenden Laserstrahlung durchlaufen wird.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall als KDP-Einkristall vorliegt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur verzerrungsarmen Übertragung einer Information mittels innerer Modulation kohärenter optischer Strahlung als Träger sowie Einrichtung hierfür.
Durch die Literaturstelle »Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 17, Nr. 1, 1964, S. 16 bis 20, ist es bereits bekannt, die auszusendende modulierte Strahlung nach dem Prinzip der Auskoppel- bzw. Gegentaktmodulation dadurch zu erzeugen, daß
ίο unter Verwendung eines linearen elektrooptischen Steuergliedes im Modulator ein steuerbarer Anteil der im optischen Resonator erzeugten Strahlung durch Modulations- und Auskoppelmittel von der im optischen Resonator verlaufenden Strahlung abgetrennt und aus dem optischen Resonator ausgekoppelt wird. Auch ist derartiges bereits im Hauptpatent 12 85 073 vorgeschlagen worden.
Für die Erzeugung kohärenter optischer Strahlung, die für die Übertragung von Nachrichten eine ausreichende Energie aufweisen, kommen praktisch nur Laser in Frage. Es wird daher im folgenden für derartige Strahlerzeuger der Ausdruck Laser und für die Strahlung selbst das Wort Laserstrahlung verwendet. Bei der Auskoppel- bzw. Gegentaktmodulation, bei der das die Information darstellende Signal als Modulationssignal am Steuereingang des Steuergliedes wirksam ist, beispielsweise als elektrisches Wechselspannungssignal, bereitet es Schwierigkeiten, nichtlineare Verzerrungen in der modulierten Laserstrah- lung, d. h. bei der Modulation und bei der Demodulation zur Rückgewinnung der Information, zu vermeiden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Anordnung zur verzerrungsarmen Modulation von Laserstrahlung mit einer Information, insbesondere zur Übertragung der Information mit Laserstrahlung anzugeben.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verzerrungsarme Modulation von Laserstrahlung mit einer Information, insbesondere zur Übertragung der Information mit Laserstrahlung mit möglichst geringem Gesamtaufwand an Laserstrahlungsenergie zu erreichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verzerrungsarme Modulation von Laserstrahlung mit einer Information, insbesondere zur Übertragung der Information mit Laserstrahlung anzugeben, die nur geringe Anforderungen an die Demodulation bzw. deren Einrichtungen stellt.
Diese Aufgaben lassen sich, ausgehend von einer Anordnung der einleitend geschilderten Art, gemäß der Erfindung dadurch lösen, daß sendeseitig die zu übertragende, im Eingang eingegebene Information in einer Einrichtung des Modulators in ein frequenzmoduliertes Zwischensignal umgewandelt wird, das seinerseits das elektrische Feld im Steuerglied des Modulators derart steuert, daß eine mit dem FM-Zwischensignal zweiseitenband-amplitudenmodulierte Strahlung aus dem optischen Resonator des optischen Senders (Laser) praktisch ohne (Zwischen-)Trägeranteil ausgekoppelt wird und daß empfangsseitig die Information in zwei Schritten durch Demodulieren der empfangenen modulierten Laserstrahlung und durch Demodulieren des dabei entstehenden neuen empfangsseitigen Zwischensignals durch Frequenzdemodulation zurückgewonnen wird.
Als Medien mit den geforderten Eigenschaften für das Steuerglied kommer vorteilhafterweise solche mit
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