DE1616220C - Optisches Multiplexverfahren - Google Patents

Description

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dung zahlreicher optisch-elektrischer Elemente nicht räumlichen Aufteilung der in einem einzigen Strahl i

voll ausgenutzt werden kann. Bei allen oben beschrie- übertragenen Kanäle, die in umgekehrter Reihenfolge ί

benen Vorrichtungen kann darüber hinaus die Band- wie die erste Anordnung aus Stufen mit Elementen ;

breite des Lichtees bei weitem nicht ausgenutzt werden. zur wellenlängenabhängigen Drehung der Polari- i

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, 5 sationsrichtungen in zwei jeweils senkrecht zueinander j

ein optisches Frequenzmultiplexverfahren anzugeben, · polarisierte Gruppen und aus Stufen mit Elementen j

bei dem eine große Anzahl von übersprechfreien Ka- zur polarisationsabhängigen Ablenkung jeder Gruppe nälen mit einfachen,.rein optischen, passiven Elemen- in jeweils zwei getrennte Strahlengruppen usw.. beten erzeugt, zu einem einzigen Strahl vereinigt und steht. _: -.,. . _;; i nach der Übertragung wieder durch rein optische, io Eine andere besonders vorteilhafte Vorrichtung zur passive Elemente getrennt werden können. - r· : , Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Multiplex- dadurch gekennzeichnet, daß die in aufeinanderverfahren mit unterschiedliche Wellenlängen auf- folgenden Stufen hegenden Elemente zur wellenlängenweisenden Trägern gelöst, das dadurch gekennzeichnet abhängigen Drehung der Polarisationsebene bei. der ist, daß erfindungsgemäß jeweils mehrere in unter- 15 Zusammenfassung der Kanäle jeweils die doppelte schiedlichen Richtungen polarisierte Träger durch Länge der Elemente der vorhergehenden Stufe und bei polarisationsäbhängig ablenkende Elemente zu einem der Aufteilung der Kanäle jeweils die halbe Wellenoder mehreren Strahlen zusammengefaßt werden, die länge der vorhergehenden Stufe haben, aus in unterschiedlichen Richtungen polarisierten und _e Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich im unterschiedhche Wellenlängen enthaltenden Kompo- ao Zusammenhang mit der Beschreibung der Ausfühnenten bestehen, daß die Polarisationsrichtungen der rungsbeispiele aus den Unteransprüchen. . .

Komponenten jedes Strahles durch Wellenlängen- Die Erfindung wird anschließend an Hand der Fi-

abhängig drehende Elemente in eine gemeinsame guren näher erläutert. Es zeigt . . . ' ' fi

Richtung gedreht werden, daß die nunmehr jeweils in F i g. 1 die schematische Darstellung einer pyra-

einer Richtung polarisierten Strahlen durch polari- as midenförmigen optischen Anordnung zur Aufspaltung j

sationsabhängig ablenkende Elemente vereint und daß eines einzigen, die Strahlung mehrerer Wellenlängen j

nach der Übertragung die Träger durch ein in umge- enthaltenden Lichtstrahls in eine Vielzahl von räum- j

kehrter Richtung verlaufendes Verfahren schrittweise lieh getrennten, jeweils eine einzige Wellenlänge auf- !

voneinander getrennt werden. ._;. weisenden Strahlen,

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des 30 F i g. 2 bis 7 schematische Darstellungen der Lagen erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenn- der Polarisationsebenen der die Kristalle Q₂ bis Q₇ zeichnet, daß die einzelnen zu übertragenden modu- verlassenden Strahlen, -

lierten Träger jeweils paarweise senkrecht zueinander F i g. 8 die schematische Darstellung einer aus zwei

linear polarisiert sind, durch polarisationsabhängig pyramidenförmigen Elementgruppen bestehenden Anablenkende Elemente zu einem oder mehreren Strahlen 35 Ordnung zur optischen Übertragung, zusammengefaßt werden, die jeweils aus den zwei F i g. 9 die schematische Darstellung einer abgeän-

senkrecht zueinander polarisierten und zwei unter- derten Ausführungsform der Erfindung, schiedliche Wellenlängen enthaltenden Komponenten Fig. 10 eine Seitenansicht der in Fig. 9 darbestehen, daß die beiden Polarisationsrichtungen eines gestellten Anordnung, ·

Strahls durch wellenlängenabhängig drehende EIe- 40 Fig. 11. die schematische Darstellung einer opmente in eine gemeinsame Richtung gedreht werden, tischen, aus den in den F i g. 9 und 10 dargestellten daß die nunmehr in einer Richtung polarisierten Elementen bestehenden Anordnung zur zweiseitigen Strahlen paarweise durch polarisationsabhängig ab- Nachrichtenübertragung,

lenkende Elemente räumlich vereint werden und daß F i g. 12 die schematische Darstellung einer anderen

nach der Übertragung die Träger durch ein in um- 45 Ausführungsform der pyramidenförmigen Anordnung gekehrter Richtung verlaufendes Verfahren schritt- zur zweiseitigen Informationsübertragung, weise voneinander getrennt werden. In F i g. 1 ist eine pyramidenförmige optische An-

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ordnung zur Parallelübertragung mehrerer Infor-Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist ge- mationen über einen einzigen Lichtstrahl dargestellt, kennzeichnet durch eine erste Anordnung zur Ver- 50 Das von der vorzugsweise als in mehreren Welleneinigung von paarweise zueinander senkrecht polari- längen sendender Laser ausgebildeten Lichtquelle 14 sierten, je eine bestimmte Wellenlänge aufweisenden ausgehende Licht ist kollimiert, linear polarisiert und Kanälen, bestehend aus einer ersten, polarisations- enthält alle in der Tabelle! aufgeführten Wellenabhängige Lichtablenker zur Vereinigung von jeweils längen A₁ bis A₈. Es sei darauf hingewiesen, daß nach zwei senkrecht zueinander polarisierten Strahlen ent- 55 Verlassen des Kristalls Q₁ die den Wellenlängen A₁, haltenden Stufe, einer zweiten, Elemente zur wellen- A₃, ^₅ und X₇ zugeordneten Polarisationsebenen längenabhängigen Drehung der Polarisationsrichtung parallel zueinander liegen. Das gleiche gilt für die den enthaltenden Stufe, die die Polarisationsrichtung des Wellenlängen X₂, A₄, A₈ und X₆ zugeordneten Polariin der vorhergehenden Stufe vereinigten Strahlen- sationsrichtungen. Die Polarisationsrichtungen der paares zur Deckung bringen, eine dritte, aus polari- 60 erstgenannten Gruppe sind senkrepht zu den Polarisationsabhängigen Lichtablenkern bestehende Stufe sationsrichtungen der zweitgenannten Gruppe. Anzur Vereinigung von jeweils zwei senkrecht zueinander schließend gelangt der Strahl zum doppelbrechenden polarisierten, jeweils zwei Wellenlängen enthaltenden Prisma P₁, in dem der Strahl aufgespalten wird. Die Strahlen und gegebenenfalls weiteren gleichen ab- Wellenlängen X₁, X₃, A₅ und X₇ durchsetzen das Prisma wechselnd die Polarisationsrichtung als Funktion der 65 unabgelenkt und gelangen zum Quarzkristall Q₂. Die Wellenlängen drehenden und jeweils paarweise senk- . Wellenlängen X₂, A₄ A₈ und A₈ werden in bezug auf die recht zueinander polarisierte Strahlen vereinigende Richtung des einfallenden Strahles rechtwinklig seit-Stufen, eine zweite empfängerseitige Anordnung zur lieh abgelenkt und mit Hilfe des Prismas 16 parallel

zu dem die Wellenlängen A₁, A₃, A₅ und A₇ enthaltenden Strahl gerichtet.

Die beiden Strahlen treten in die Quarzkristalle Q₂ und Q₃ ein, die halb so lang wie der Quarzkristall Q₁ sind. Aus der Tabelle II sind die den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Polarisationsrichtungen der die Kristalle Q₂ und Q₃ verlassenden Strahlen ersichtlich. Aus F i g. 2 sind die Relativlagen der den Wellenlängen A₂, A₃ A₅ und A₇ zugeordneten Pplarisationsrichtungen des den Kristall Q₂ verlassenden Strahles ersichtlich. In F i g. 3 werden die den Wellenlängen A₂, A₄, A₆ und A₈ zugeordneten Polarisationsrichtungen des den Kristall Q₃ verlassenden Strahles dargestellt. Der Strahl mit den Wellenlängen A₁, A₃, A₅ und A₇ tritt in das doppellbrechende Prisma P₂ ein, in dem er in zwei Strahlen aufgespalten wird. Der Strahl mit den Wellenlängen A₁ und A₅ durchsetzt das Prisma unabgelenkt, während der Strahl mit den Wellenlängen A₃ und A₇ seitlich abgelenkt und mit Hilfe des Prismas 18 wieder parallel zu der Fortpflanzungsrichtung der anderen Strahlen gerichtet wird. Der Strahl mit den Wellenlängen A₂; A₄, A₆ und Ag durchsetzt das doppeltbrechende Prisma P₃ und wird dort ebenfalls in zwei Strahlen aufgeteilt, von denen der eine mit den Wellenlängen A₂ und A₈ nicht abgelenkt wird, während der andere mit den Wellenlängen A₄ und A₈ seitlich abgelenkt und mit Hilfe des Prismas 20 wieder parallel zu 'der Richtung der einfallenden Strahlen gerichtet wird. Das Prisma P₃ muß dabei in bezug auf das Prisma P₂ um 45° gedreht werden. Diese Winkelversetzung ist jedoch aus der Darstellung der F i g. 1 nicht ersichtlich. An Stelle dieser Drehung kann vor dem Kristall Q₃ eine für Wellenlängen zwischen 4030 und 5999 Ä ausgelegte A/2 Platte angeordnet werden, die die Polarisationsrichtung der vier Wellenlängen um angenähert 45° dreht.

\ Die vier Strahlen treten anschließend in die Kri- -' stalle Qi bis Q₇ ein, die wieder nur halb so lang wie die

ίο Kristalle Q₂ und Q₃ sind. In den F i g. 4 bis 7 sind die Polarisationsrichtungen der die Kristalle O₄ bis Q₇ verlassenden Strahlen dargestellt. Diese Strahlen treten in die als doppeltbrechende Prismen ausgebildeten Strahlenteiler P₄ bis P₇ ein. Die Prismen P₆, P₆ und P₇ müssen in bezug auf das Prisma P₄ gedreht werden, oder es müssen vor den Kristallen Q^Q₆ und Q₇ in geeigneter Weise orientierte !Halbwellenplatten angeordnet werden. Dieser Sachverhalt ist ebenfalls nicht aus der Darstellung nach F i g. 1 zu entnehmen.

ao Ferner sind die reflektierenden Prismen 22, 24, 26 und 28 vorgesehen, die jeweils den doppeltbrechenden Prismen P₄ bis P₇ zugeordnet sind, und die eine Parallelrichtung der durch die zuletzt genannten Prismen seitlich abgelenkten Strahlen bewirken, so daß schließlich acht zueinander parallel und räumlich voneinander getrennte Strahlen vorliegen. In der Tabelle III sind die den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Lagen der Polarisationsrichtungen der die Kristalle Q₁ bis Q₇ verlassenden Strahlen angeben.

Tabelle I

	Wellen länge A	Drehung Grad/mm	Länge des Quarz-Kristalls mm	Polansationsnchtung nach Austritt aus dem Kristall
1	6670	18,0	ßi = 20	360° = 0°
2	5990	22,5	20	450°= 90°
3	5460	27,0 ..	20	540° = 180°
4	4950	31,5	20	- 630° = 270°
5	4730	36,0	20	-- 720°= 0°
6	4460	40,5	- 20	- 810°= 90°
7	4230	45,0	20	( 900° = 180°
8	4030	49,5	20 .	. 990° = 270°

Tabelle II

	Wellen länge Ä	Drehung Grad/mm	Länge des Quarz-Kristalls mm	Polarisationsrichtung nach Austritt aus dem - - Kristall
1	6670	*■ 18,0	10	._„ 180°- _
3	5460	27,0	ß8 = 10	270°
5	4730	36,0	10	. 360°
' 7	4230	45,0	10	450°= 90°
2	5990	22,5	10	225°
4	4950	31,5	10	315° -
61	4460	40,5	Os=IO	405°= 45°
8	4030	49,5	10	495° = 135°

209652/210

	Wellen länge Ä	Drehung Grad/mm	Tabelle IΠ	Polarisationsrichtung nach Austritt aus dem Kristall
	6670	18,0	Länge des Quarz-Kristalls mm	90°
1	4730	36,0	5	180°
5	5460	27,0	5	135°
3	4230	45,0	5	225°
"7	5990	22,5	5	112,5° ■ ·" "
2	4460	40,5	5	202,5° -
6	4950	31,5	5	157,5°
4	4030	49,5	■ · · · ■ -5	247,5°·
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■ In F i g. 8 wird eine vollständige Anlage zur Parallelübertragung von Nachrichten über einen einzigen Lichtstrahl dargestellt. Das durch die Bogenlampen 30 erzeugte Licht wird durch die Linsen 32 kollmiiert und mit Hilfe der Filter 34 auf die gewünschten Wellenlängen beschränkt. Jede Wellenlänge kann für sich allein mit Hilfe eines elektrooptischen Modulators 36 moduliert werden. Die jeweils eine Wellenlänge enthaltenden Strahlen werden mit Hilfe der der in F i g. 1 dargestellten Anordnung ähnlichen pyramidenförmigen Anordnung Or₁ zu einem einzigen, der Informationsübertragung dienenden Strahl zusammengefeßt. In dem an der rechten Seite der Fig. 8 dargestellten Empfänger wird der Strahl mit Hilfe der pyramidenförmigen Anordnung OT₂ in eine Reihe jeweils nur eine Wellenlänge aufweisender, räumlich getrennter Strahlen aufgespalten und die in den einzelnen Strahlen enthaltene Information mit Hilfe der Photodetektoren 38 in elektrische Signale umgewandelt, die im Register 40 gespeichert werden können.

Es ist selbstverständlich auch möglich, an Stelle der Bogenlampen 30 und Filter 34 die jeweils eine besondere Wellenlänge aufweisenden Strahlen mit Hilfe der in F i g. 1 dargestellten Anordnung zu erzeugen. In diesem Fall würde die vor dem Quarzkristall Q₁ liegende Lichtquelle aus einem in den entsprechenden Wellenbereichen sendenden Laser, beispielsweise einem Argon- oder einem Krypton-Laser, bestehen. Die in F i g. 8 dargestellte Anordnung kann selbstverständlich für mehr als acht verschiedene Wellenlängen ausgebaut werden. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, die gleiche Anordnung für 32 oder mehr Wellenlängen auszubauen. Da mit Ausnahme der elektrooptischen Modulatoren und' der Lichtdetektoren alle in F i g. 8 dargestellten Elemente passive Elemente sind, ist die Geschwindigkeit der Informationsübertragung nur durch die Grenzfrequenzen der Modulatoren und der Lichtdetektoren bestimmt.

- Durch Verwendung von zwei der in F i g. 8 dargestellten Anordnung ähnlichen Anordnungen ist es ohne weiteres möglich, ein Zweiwege-Übertragungssystem aufzubauen. Es ist aber klar, daß eine derartige Anlage wegen der großen Anzahl von Einzelelementen sehr umfangreich und kostspielig würde. In den F i g. 9 bis 11 wird daher eine etwas abgeänderte Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, mit der man unter Verwendung von nur zwei pyramidenförmigen optischen Anordnungen und eines mehrfarbigen Lichtstrahls eine gleichzeitige Zweiwege-Übertragung durchführen kann. Jede der pyramidenförmigen Anordnungen kann sowohl als Empfangsais auch als Sendestation verwendet werden, wodurch eine beträchtliche Vereinfachung des technischen Aufwandes erreicht wird.

Eine Anordnung, bei der eine pyramidenförmige Gruppe von Elementen gleichzeitig zum Senden und zum Empfangen von Informationen verwendet wird, ist in den F i g. 9 und 10 dargestellt. Zunächst soll die Verwendung der in Fig. 9 dargestellten.Anordnung als Sender beschrieben werden. Die Bogenlampe 42 erzeugt einen breitbandigen Lichtstrahl, der durch die Linse 44 kollimiert und durch den Strahlenteiler BS 3 teilweise (beispielsweise zu 50%) in die pyramidenförmige Anordnung OT3 reflektiert wird. Die pyramidenförmige Anordnung ΟΓ3 kann beispielsweise gleich der in F i g. 1 dargestellten Anordnung sein. Die Kristalle dieser Anordnung trennen den ihnen zugeführten Strahl in vier, jeweils eine der Wellenlängen X₁. bis A₄ aufweisenden Strahlen räumlich auf. Im Verlauf dieser vier Strahlen werden jeweils eine bestimmte Wellenlänge durchlassende Filter 46 angeordnet, um die anderen in den Teilstrählen enthaltenen Wellenlängen auszusondern. Diese jeweils eine andere Farbe aufweisenden, räumlich getrennten Strahlen werden durch die Strahlenteiler 48 teilweise durchgelassen und teilweise reflektiert. Die hindurchtretenden Strahlen durchsetzen doppeltbrechende Platten 50, A/4-Platten 52 und elektrooptisch steuerbare Kristalle 54, um schließlich an einem Spiegel 56 reflektiert zu werden.

Die am Spiegel 56 reflektierten Strahlen durchsetzen die A/4-Platten 52 ein zweites Mal, so daß sich eine Gesamtphasenverschiebung von A/2 ergibt, was eine Drehung der Polarisationsebene um 90° zur Folge hat.. Ein diese Richtung der Polarisationsebene aufweisender Strahl wird durch die doppeltbrechenden Platten aus dem Bereich der Anordnung geleitet. Das hat zur Folge, daß bei fehlender Erregung der elektrooptischen Kristalle 54 keine Strahlung aus der Anordnung OT3 austritt.

Die elektrooptischen Kristalle werden mit der Frequenz /₂ erregt. Das Ausmaß der Erregung ist nicht kritisch. Bewirken die höchsten Modulationssignale, daß die elektrooptischen Kristalle 54 als A/4-Platten wirken, so wird das Licht während der Modulationsspitzen die doppeltbrechenden Kristalle vollständig durchsetzen. Die modulierten Strahlen werden daher teilweise durch.die Strahlenteiler48 in Richtung auf die Anordnung OT3 durchgelassen. Der am Ausgang der Anordnung OT3 auftretende Lichtstrahl wird teilweise durch den Strahlenteiler BS3 hindurch zu einer Empfängereinheit durchgelassen.

F i g. 10 ist eine Seitenansicht der in F i g. 9 dargestellten Anordnung, wobei die von der Bogenlampe

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kommenden und am Strahlenteiler 48 reflektierten gestellten Anordnungen können acht Farben (A, bis Strahlen auf Lichtdetektoren 58 fallen. Für jede A₈) übertragen werden. Das von der Lichtquelle 76 Wellenlänge ist ein besonderer Lichtdetektor vor- ausgehende Licht wird mit Hilfe der Linse 78 kollimiert gesehen. Der Ausgang der Lichtdetektoren ist mit den und durch den Polarisator 80 parallel zur Zeichnungsauf die Frequenz 2/₂ abgestimmten Filtern 60 ver- 5 ebene polarisiert. Das polarisierte Licht wird durch den bunden.. Da die eben beschriebenen Strahlen nicht doppeltbrechenderi Strahlenteiler BS4 reflektiert. Das moduliert sind, gelangen keine Signale zum Register62. von der jGegenstatipn empfangene Licht durchsetzt

Wird die in den F i g. 9 und 10 dargestellte Anord- den Strahlenteiler BS4 und ist senkrecht zur Zeichnung als Empfänger betrieben, so gelängt der von nungsebene polarisiert. Daher liegen die Polarisationseiner ähnlichen Einheit von unten eintreffende Strahl io ebenen des'empfangenen· und des von dereigenen teilweise durch, den Strahlenteiler ÄS3 in die Anord- Lichtquelle ausgehenden Lichtes hinter dem Strahlen-, nung OT3. In dieser Anordnung werden die ver- teiler BS4 senkrecht zueinander: Beide Strahlen treten schiedenen Farben in Form von räumlich getrennten in den Faraday-Rotator 82 ein, in dem beide Polari-Strahlen aufgetrennt und über die Strahlenteiler 48 sationsebenen um 45° gedreht werden. Die Relativlage den Lichtdetektpren 58 zugeleitet (Fig. 10). Da diese 15 der beiden Pqlarisationsebenen, die weiterhin senkrecht Signale mit einer Frequenz/_a moduliert sind und zueinander liegen; bleibt davon unberührt. Die Poladaher auch eine Komponente 2/₂ enthalten, gelangen risationsrichtung^jeder einzelnen Farbe wird beim sie durch die an den Ausgängen der Lichtdetektoren 58 Durchgang des; Strahles durch den Quarzkristall 84 angeordneten Filter 60 zu dem Register 62. Der durch gedreht. Strahlenkomponenten mit den Wellenlängen die Strahlenteiler 48 durchtretende Teil des Strahles 20 A₁, A₃, A₅ und A₇ des von der Lichtquelle 76 ausgehenden j durchsetzt die doppeltbrechenden Platten 50, die Lichtes werden von der doppeltbrechenden Platte BS5 A/4-Platten 52 und die elektrooptischen Kristalle 54, durchgelassen, während Komponenten mit den Wellenum am Spiegel 56 reflektiert zu werden. Liegen keine längen A₂, A₄, A₆ und A₈ des von der Lichtquelle 76 aus-Modulationssignale an den elektrooptischen Kri- gehenden Strahles reflektiert werden. Die hinter dem stallen 54, so wird der am Spiegel 56 reflektierte Strahl 25 Quarzkristall 84 liegenden Strahlenteiler und Kristalle vollständig durch die doppeltbrechenden Platten 50 sind um 45° aus der Zeichnungsebene gedreht,
aus der Anordnung geleitet. Der durch den Strahlen- Die Wellenlängen des empfangenen Strahls, das ist , teiler 48 durchgelassene Teil des Strahles durchsetzt ein von einer ähnlichen Einheit kommender Strahl, die doppeltbrechenden Platten 50, die Viertelwellen- sind senkrecht zu den Strahlenkomponenten mit den platten 52 und die elektrooptischen Kristalle 54, um 30 entsprechenden Wellenlängen des von der Lichtquelle am Spiegel 56 reflektiert zu werden. Liegen keine Mo- 76 kommenden Strahles polarisiert. Daher werden die duiationssignale an den elektrooptischen Kristallen 54, Wellenlängen A₂, A_itX_t und A₈ des empfangenen Strahso werden die an dem Spiegel 56 reflektierten Strahlen les durch die doppeltbrechende Platte BSS durchdurch die doppeltbrechenden Platten 50 zur Gänze gelassenJwährend die Wellenlängen A₁, A₃, A₅ und A₇ aus der Anordnung entfernt. Wird eine der in den 35 reflektiert werden. Der durchgelassene Strahl durch-Fig. 9 und 10 beschriebenen Anordnungen ähnliche setzt anschließend den Quarzkristall85, während der Anordnung gleichzeitig als Sender und Empfänger be- reflektierte Strahl den Quarzkristall 86 durchsetzt, trieben, so kann es vorkommen, daß ein Teil des von Nach dem Durchtritt durch die Quarzkristalle 85 und der anderen Einheit empfangenen Lichtes zu dieser 86 fallen die Strahlen auf die doppeltbrechenden zurückreflektiert wird. Daher müssen die Frequenzen Z₁ 40 Platten BS _a und BS₇. Die von der Lichtquelle aus- und /₂ so gewählt werden, daß die durch Intermodu- gehende Strahlung mit der Wellenlänge A₁ und A₅ werlation erzeugten Komponenten keine störenden Fre- den ebenso wie die von der Gegenstation empfangene quenzen enthalten. Strahlung mit den Wellenlängen A₄ und A₈ von der

In F i g. 11 sind die Einheiten 64 und 66 der in den doppeltbrechenden Platte BS6 zum Quarzkristall 88 Fig. 9 und 10 dargestellten Einheit ähnlich. Diese 45 durchgelassen. Die von der Lichtquelle stammende beiden Einheiten ergeben eine Anlage, die zum gleich- Strahlung mit der Wellenlänge A₃ und A₇ sowie die von zeitigen Senden und Empfangen in beiden Richtungen der Gegenstation stammende Strahlung mit den geeignet ist Das Empfangsregister 68 nimmt die von Wellenlängen A₂ und A₈ fallen auf den Quarzkristall 87. der Einhei 66 gesendeten Informationen auf, während Die von der Lichtquelle stammende Strahlung mit den das Empfangsregister 70 die von der Einheit 64 in 50 Wellenlängen A₂ und A₄ Und die von der Gegenstation Form von modulierten, jeweils eine besondere Wellen- empfangene Strahlung mit den "Wellenlängen A₁ und länge aufweisende Strahlen gesendeten Informationen A₅, die die doppeltbrechende ί Platte BSI durchsetzt aufnimmt. Das Senderegister 72 steuert die Erregung haben, fallen auf den Quarzkristall 89. Die von der der elektrooptischen Kristalle zur Modulation der zur Lichtquelle stammenden reflektierten Strahlen mit den Einheit 66 zu übertragenden Strahlen. Das Sende- 55 Wellenlängen A₄ und A₈ und die von der Gegenstation register 74 liefert die Signale zur Erregung der elektro- empfangenen reflektierten Strahlen yon der Wellenoptischen Kristalle zur Modulation der zur Einheit 64 länget und A₇ geIangen^m;^Quan±ristall 90.
zu übertragenden Strahlen. Die doppeltbrechende PlaitejB58._;trennt den Strahl

In der in F i g. 12 dargestellten Anordnung werden in einen von der Lichtquelle stemmenden Anteil mit die empfangenen und die gesendeten Signale dadurch 60 der Wellenlänge A₃ und einemarqn:deri:(Gegenstation voneinander getrennt, daß ihre Polarisationsebenen empfangenen Anteil mit der\Vellenlänge A₄, die beide senkrecht zueinander liegen. Durch dieses Verfahren zum Quarzkristall 91 reflektiert;werfeni Die von der werden die Strahlenteiler und die durch sie bedingten Lichtquelle stammende Strahlung mit der Wellen-Verluste vermieden. Außerdem entfällt die Notwendig- länge A₇ und. die von der Gegenstation^empfangene keit, zwei verschiedene Modulationsfrequenzen für 65 Strahlung mit der Wellenlänge V^verden von der den gesendeten und den empfangenen Strahl zu ver- doppeltbrechenden Platte BSS zum Quarzkristall 92 wenden, wie das bei den in den F i g. 9 bis 11 dar- durchgelassen. Nach einer Drehung durch die Krigestellten Anordnungen der Fall ist. Mit den dar- stalle 91 und 92 werden die von der Lichtquelle

stammenden Wellenlängen und die von der Gegenstation empfangenen Wellenlängen durch die doppeltbrechenden Platten 99 und 100 voneinander getrennt. Der die Wellenlänge X₂ enthaltene Anteil des empfangenen Strahles wird durch die Platte 99 durchgelassen und durch den Filter 103 dem Photodetektor 101 zugeleitet. Ein auftretendes Signal wird im entsprechenden Speicherplatz des Registers 102 gespeichert. Die an der Platte 99 reflektierte Strahlung von der Wellenlänge X₃ durchsetzt den Filter 104, -einen Analysator 105, eine λ/4-Platte 106 und einen elektrooptischen Kristall 107, um am Spiegel 108 reflektiert zu werden. Liegt am elektrooptischen Kristall 107 kein Efregungssignal an, so durchsetzt das am Spiegel 108 reflektierte Licht die λ/4-Platte 106 ein zweites Mal und kann daher den Analysator nicht durchsetzen. Liegt ein Modulationssignal am elektrooptischen Kristall 107 an, so wird eine dem anliegenden Signal proportionale Licht-

menge den Analysator 105 durchsetzen. Dieses Licht kehrt durch die pyramidenförmige Anordnung und den Faraday-Rotator 82, in dem die Richtung der Polarisationsebene zusätzlich um 45° gedreht wird, zum Strahlenteiler BS4 zurück. Da dieses Licht die richtige Polarisationsrichtung aufweist, durchsetzt es den Strahlenteiler, um zu der Gegenstation zu gelangen. Aus der Beschreibung der Lichtwege des von der Lichtquelle. stammenden Strahls mit der Wellenlänge X₃ und des empfangenen Strahls mit der Lichtlänge X₂ geht die Funktion der übrigen Elemente und der Verlauf der übrigen, nicht einzeln aufgeführten und beschriebenen Lichtwege einwandfrei hervor. Die in Fig. 12 dargestellte Anordnung ist in der Lage, .

mit acht Farben enthaltenden Lichtstrahlen gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Selbstverständlich kann die Anzahl der Farben bzw. der unterscheidbaren Wellenlängen wesentlich größer gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Optisches Multiplexverfahren mit unterschiedliche Wellenlängen aufweisenden Trägern, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere in unterschiedlichen Richtungen polarisierte Träger durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente zu einem oder mehreren Strahlen zusammengefaßt werden, die aus in unterschiedlichen Richtungen polarisierten und unterschiedliche Wellenlängen enthaltenden Komponenten bestehen, daß die Polarisationsrichtungen der Komponenten jedes Strahles durch wellenlängenabhängig drehende Elemente in eine gemeinsame Richtung gedreht werden, daß die nunmehr jeweils in einer Richtung polarisierten Strahlen durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente vereint werden und daß nach der Übertragung die Träger durch ein in umgekehrter Richtung verlaufendes Verfahren schrittweise voneinander getrennt werden.

2. Optisches Multiplexverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen zu übertragenden modulierten Träger jeweils paarweise senkrecht zueinander linear polarisiert sind, durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente zu einem oder mehreren Strahlen zusammengefaßt, werden, die jeweils aus den zwei senkrecht zueinander polarisierten und zwei unterschiedliche Wellenlängen enthaltenden Komponenten bestehen, daß die beiden Polarisationsrichtungen eines Strahls durch wellenlängenabhängig drehende Elemente in eine gemeinsame Richtung gedreht werden, daß die nunmehr in einer Richtung polarisierten Strahlen paarweise durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente räumlich vereint werden und daß nach der Übertragung die Träger durch ein in umgekehrter Richtung verlaufendes Verfahren schrittweise voneinander getrennt werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine erste Anordnung (OTi) zur Vereinigung von paarweise zueinander senkrecht polarisierten, je eine bestimmte Wellenlänge aufweisenden Kanälen, bestehend aus einer ersten, polarisationsabhängige Lichtablenker zur Vereinigung von jeweils zwei senkrecht zueinander polarisierten Strahlen enthaltenden Stufe, einer zweiten, Elemente zur wellenlängenabhängigen Drehung der Polarisationsrichtung enthaltenden Stufe, die die Polarisationsrichtungen des in der vorhergehenden Stufe vereinigten Strahlenpaares zur Deckung bringen, eine dritte, aus polarisationsabhängigen Lichtablenkern bestehende Stufe zur Vereinigung von jeweils zwei senkrecht zueinander polarisierten, jeweils zwei Wellenlängen enthaltenden Strahlen und gegebenenfalls weitere gleiche, abwechselnd die Polarisationsrichtung als Funktion der Wellenlängen drehende und jeweils paarweise senkrecht zueinander polarisierte Strah- !en vereinigende Stufen, eine zweite empfangsseitige Anordnung (OTl) zur räumlichen Aufteilung der in einem einzigen Strahl übertragenen Kanäle, die in umgekehrter Reihenfolge wie die erste Anordnung aus Stufen mit Elementen (QX bis Ql) zur wellenlängenabhängigen Drehung der Polarisationsrichtungen in zwei jeweils senkrecht ^einander polarisierte Gruppen und aus Stufen mit Elementen (P₁, P₂ bis P₁) zur polarisationsabhängigen Ablenkung jeder Gruppe in jeweils zwei getrennte Strahlengruppen usw. besteht. -

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in aufeinanderfolgenden Stufen liegenden Elemente zur 'wellenlängenabhängigen Drehung der Polarisationsebene bei der Zusammenfassung der Kanäle jeweils die doppelte Länge der Elemente der vorhergehenden Stufe und bei der Aufteilung der Kanäle jeweils die halbe Wellenlänge der vorhergehenden Stufe haben.

5. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine senderseitig und "eine empfängerseitig angeordnete Gruppe von Elementen zur Aufteilung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden, linear polarisierten, dieser über einen Strahlenteiler zugeleiteten Strahls in eine der Anzahl der Wellenlängen gleiche Anzahl von räumlich getrennten, linear polarisierten Strahlen,- durch im Verlauf jeder dieser Strahlen angeordnete Modulationselemente-Gruppen, die jeweils einen Strahlenteiler (48), einen in einer bestimmten Richtung polarisierten Strahl innerhalb der Anordnung belassenden und einen in einer senkrecht dazu polarisierten Richtung polarisierten Strahl aus der Anordnung ablenkenden doppeltbrechenden Kristall (50), eine ^/4-Platte (52), einen elektrooptischen, eine steuerbare Phasenverzögerung bewirkenden Kristall (54) und ein reflektierendes Element (56) enthalten, und durch im Bereich jedes Strahlenteilers (48) angeordnete, nur für modulierte Strahlung empfindliche Lichtdetektoren (58), denen die den erstgenannten Strahlenteiler (553) durchsetzende, von der Gegenstation kommende Strahlung zuleitbar ist.

6. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenzen zweier jeweils als Sender und Empfänger betriebenen Stationen keine gemeinsamen Harmonischen haben.

7. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmigen Anordnungen zur räumlichen Trennung eines mehrere verschiedene Wellenlängen enthaltenden Strahles und zur Zusammenfügung mehrerer, jeweils eine besondere Wellenlänge aufweisender Strahlen zu einem einzigen Strahl pyramidenförmig aufgebaut sind.

8. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung weißen Lichtes im Wege jedes räumlich getrennten Strahls ein Filter angeordnet ist.

9. Anordnung zur optischen übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine wellenlängenabhängige Drehung der Polarisationsrichtung bewirkenden Elemente (Q₁ bis Q₇) in aufeinanderfolgenden Stufen jeweils die halbe Länge der Elemente der vorhergehenden Stufe aufweisen und daß die diesen Elementen nachgeschalteten Elemente zur von der Lage der Polarisationsrichtung abhängigen Reflexion der Strahlen zwecks Berücksichtigung der in den erstgenannten Elementen erfolgten Drehungen der Polarisationsrichtung um von der jeweiligen Wellenlänge abhängigen Winkel so winkelversetzt angeordnet sind, daß ein in einer seiner beiden für

die Trennung in der betreffenden Stufe charakte- gefaßt, das den optischen Träger moduliert und nach ristischen Lagen polarisierter Strahl durchgelassen der Übertragung über die gewünschte Entfernung und ein senkrecht dazu polarisierter Strahl ab- durch Demodulation des optischen Trägers wiedergelenkt wird. ■ gewonnen wird. Der Umweg über ein elektrisches

10. Anordnung zur optischen Übertragung nach 5 Modulationssignal für den optischen Träger erlaubt den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, es nicht, die Bandbreite des Lichtes, die in der Größendaß die pyramidenförmige Anordnung (OT) in Ordnung von 10¹⁴Hz liegt; auch nur annähernd ausihrer letzten Stufe für jeden Übertragungskanal . zunutzen. ;^vi

..jeweils zwei für einander senkrechte Polarisations- ' -In der deutschen Patentschrift 1254 513 wird eine -'" richtungen bestimmte getrennte Strahlenwege auf- i'o weitere elektronisch-optische Vorrichtung zur Multiweist, von denen der erste Modulationsmittel und plexübertragung beschrieben, bei der eine Vielzahl der andere-lichtempfindliche Mittel aufweist, von elektronischen Kanälen zur Erzeugung eines derart, daß eine gegenseitige Beeinflussung der der "elektrischen Signals zur Modulation eines Lasers mit- ^nordnung mit senkrecht zueinander liegenden einander kombiniert werden. Das modulierte Licht Polarisationsrichtungen zügeführten Strahlen der 15 einer Vielzahl derartiger JLaser -yvitd über ein Glas-Gegenstation und der stationseigenen Lichtquelle faserbündel übertragen, wobei das Licht jedes einzelnen ' vermieden ist. ' Lasers jeweils über eine bestimmte Glasfaser oder eine :

. - ; Gruppe solcher Glasfasern überträgeri^wird.Beson-

- Λ- \ dere Maßnahmen zur empfängerseitigen Trennung der ί

" ~ . 20 durch die einzelnen Läser senderseitig erzeugten Lichtstrahlen sind nicht erforderlichj da zu keinem Zeitpunkt eine Mischung dieser optischen Kanäle erfolgt.

Die Erfindung betrifft ein optisches Multiplex- Bei diesem Verfahren müssen die einzelnen opverfahren mit unterschiedliche Wellenlängen auf- tischen Übertragungswege -sehr sorgfältig gegenweisenden Trägern. . 25 einander abgeschirmt sein, was kostspielige und viel Die Informationsübertragung durch Licht ist seit Raum erfordernde Faserbündel öder Lichtleiterkabel ,langem bekannt. In ihrer modernen Form hat die In- erforderlich macht. Da die über die einzelnen Lichtfdrmationsübertragung mittels scharf gebündelter leiter übertragenen Kanäle elektronisch gemischt Lichtstrahlen eine Reihe von Vorteilen, die mit der werden, kann auch bei dieser'Vorrichtung die größe elektrischen Übertragung nicht erreicht werden kön- 3° Bandbreite des Lichts bei weitem nicht ausgenutzt nen. Zu diesen Vorteilen gehören beispielsweise die werden. ' , -'--'-W ; ': r ^;-: -' Breitbandigkeit des Lichtes, die geringe Störung In der USA.-Patentschrift 2100 348 wird eine anderer Übertragungswege sowie die Billigkeit der- optische Vorrichtung zur Zeit- oder Frequehzmültiartiger Anordnungen. Aus der Fernsprechtechnik ist plexübertragung beschrieben.:Bei der.Frequenzmultiferner die gleichzeitige Übertragung mehrerer Ge- 35 plexübertragung werden:die Kanäle durch 'optische spräche über einen einzigen Kanal durch das so- Filter definiert, wodurch einerseits der Wirkungsgrad genannte Frequenz-Multiplexverfahren bekannt. Der der Anlage verschlechtert und andererseits die Anzahl technische Aufwand ist aber bei derartigen Anlagen so der Kanäle herabgesetzt wird.^ ^: · * ; -'-.';-^T;5;^r hoch, daß nur Übertragungen über relativ große Ent- In der USA.-?Patentschrift j 2 651 715 wird eine fernungen wirtschaftlich sind. ' 40 weitere optische Vorrichtung^r zur Multiplexübertra-In letzter Zeit hat die Übertragung von Informa- gung beschrieben, bei der die einzelnen Kanäle durch tionen zwischen zwei Computern oder zwischen Teilen die Wellenlänge des sie übertragenden Lichts definiert solcher Computer über relativ kurze Entfernungen sind. Die aus Prismen-und Linsenanordnungen bebesondere Probleme aufgeworfen, da dabei große stehenden Hilfsmittel zur senderseitigen Vereinigung Mengen von in binärer Form vorliegenden Infor- 45 und zur empfängerseitigen Trennung der Kanäle sind mationen mit sehr großer Geschwindigkeit übertragen , kompliziert und erfordern viel Raum. Darüber hinaus werden müssen. Wegen der sehr, hohen Arbeite- ist die'Anzahl der optischen Kanäle relativ klein, da geschwindigkeit moderner Computer und der dadurch . einerseits die Trennschärfe ^ydsr!fMisch- und Trennbedingten hohen Übertragungsgeschwindigkeit über elemente gering ist und der Wirkungsgrad der senderdie genannten Verbindungen sind auch für Parallel- 50 seitigen Elemente mit steigender Kanalzahl schnell Übertragungen sehr breitbandige Spezialkabel erfor- schlechter wird. · derlich, so daß selbst bei Übertragungen über kurze In der USÄ.-Patentschrift 3 256 443 wird eine Entfernungen neben den Laufzeitproblemen auch die andere optische Vorrichtung zur Multiplexübertragung hohen Kosten und der große Raumbedarf dieser Über- angegeben, bei der die von einem Laser erzeugte tragungsleitungen sehr-nachteilig empfunden werden. 55 Strahlung mit verschiedenen Frequenzen moduliert Seit der Erfindung der Laser rückte das Interesse an wird, die dann durch Prismen "öder Interferometerder optischen Übertragung von Informationen wieder anordnungen räumlich getrennt," jeweils mit bestimmin den Vordergrund, eine befriedigende Lösung für ten Informationen moduliert, wiedervereinigt/ überdie Parallelübertragung mit" hoher Geschwindigkeit tragen, getrennt und schließlich durch die Modulation von in einer Vielzahl von Kanälen auftretenden Infor^ 60 in elektrische Signale zurückverwandelt werden. Auch mationen wurde aber bisher nicht gefunden. diese Anordnung ist kompliziert, störanfällig, erfordert In der Literaturstelle »VDI-Z., 107 (1965), Nr. 29, viel Raum und läßt nur eine begrenzte Anzahl von Oktober(II), S₁1395 bis 1397«, wird eine Multiplex- Kanälen zu. ^; Übertragung unter Ausnutzung der großen Bandbreite Die zuletzt genannten Vorrichtungen haben neben des Lichtes beschrieben. Dabei werden mehrere Nach- 65 ihrer Kompliziertheit und durch sorgfältig zu justierichtenkanäle in bekannter Weise, beispielsweise mit rende Elemente bedingten Störanfälligkeit die Eigenelektronischen Hilfsmitteln, zu einem Modulations- schaft, daß die theoretische Ubertragungsgeschwindigsignal mit einer Frequenz von einigen GHz zusammen- keit optischer Multiplexverfahren durch die Verwen-