DE1804841B2

DE1804841B2 - Anordnung zur informationsuebertragung mit kohaerentem licht nach dem ueberlagerungsprinzip

Info

Publication number: DE1804841B2
Application number: DE19681804841
Authority: DE
Inventors: Frank E. Malibu; Trimble Floyd C Newberry Park; Calif. Goodwin (V.StA.)
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1967-11-01
Filing date: 1968-10-24
Publication date: 1972-05-10
Also published as: GB1234997A; SE351095B; NL149967B; NL6815656A; US3573463A; DE1804841A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung r Informationsübertragung mit kohärentem Licht :h dem Überlagerungsprinzip mit mindestens einer lpfangsanordnung, die einen optischen Oszillator r Erzeugung eines, Überlagerungs-Lichtstrahles, eine optische Einrichtung zum Mischen eines empfangenen Lichtstrahles mit dem Überlagerungs-Lichtstrahl und eine weitere Einrichtung zum Umwandeln des gemischten Lichtstrahles in ein moduliertes elektrisches Signal und zum Demodulieren des elektrischen Signals umfaßt.

Bekannte Techniken der optischen Nachrichtenübertragung haben im allgemeinen von einem nichtkohärenten oder quantenmäßigen Empfangsprinzip Gebrauch gemacht. Nach solchen Prinzipien arbeitende Systeme umfaßten beispielsweise amplitudenmodulierte, nichtkohärente Lichtquellen wie Bogenlampen od. dgl., die in Verbindung mit üblichen Infrarot-Dünnschichtdetektoren arbeiteten, amplitudenmodulierte optische Sender, die im sichtbaren Bereich in Verbindung mit Photovervielfachern und im Infrarotbereich in Verbindung mit Photoleitern oder Photodioden arbeiteten, impulscode- oder trägermodulierte optische Sendet, die in Verbindung mit üblichen Detektoren arbeiteten und bessere Ergebnisse hinsichtlich des durch atmosphärische Turbulenzen bedingten Rauschens lieferten, und amplituden- oder phasenmodulierte optische GaI-liumarsenid-Sender, die ebenfalls in Verbindung mit üblichen Detektoren arbeiteten.

Ein quantenmäßiger Empfang durch Photoemission, wie er mit Photovervielfachern möglich ist, wurde im sichtbaren Teil des Spektrums für die optische Informationsübertragung mit Erfolg angewendet, weil die mit einem Photovervielfacher erzielte Verstärkung im wesentlichen die Probleme des Empfängerrauschens eliminiert, die gewöhnlich mit dem Empfang sehr schwacher Signale verbunden sind. Im Infrarotbereich sind jedoch die eine Photoemission liefernden Flächen nicht mehr sehr empfindlich. Die Empfangsempfindlichkeit nimmt als Funktion der Frequenz schnell ab, so daß die Verwendung auf Photoemission beruhender Empfänger im Infrarotbereich nicht mehr zweckmäßig ist. Im Infrarotbereich wird ein quantenmäßiger Empfang, d. h. die Detektion von Photonen, besser mit Halbleiter- oder Supraleiter-Photodioden vorgenommen. Trotz der hohen Quaritenempfindlichkeit von Halbleiter- und Supraleiter-Detektoren wird wegen des Fehlens einer inneren Verstärkung in solchen Anordnungen der Rauschfaktor in dem notwendigerweise nachgeschalteten Signalverstärker zu einem dominierenden Faktor im endgültigen Ausgangssignal des Empfängers eines solchen Systems zur Nachrichtenübertragung.

Ein optischer Überlagerungsempfang im Ipfrarotbereich führt zu einer ausreichenden inneren Verstärkung, nämlich der Mischverstäikung, um die schädliche Wirkung des Empfängerrauschens auf das empfangene Signal zu vermindern. Weil die verminderten Wirkui.gen des Empfängerrauschens die Realisierung eines wirksamen und praktisch anwendbaren Ubertragungssystems ermöglicht, leistet in dieser Hinsicht der optische Überlagerungsempfang für den Infrarotbereich, was der Photovervielfacher für df.ri sichtbaren Bereich des Spektrums geleistet hat. Darüber hinaus ermöglicht der optische Übedagerungsempfang das Senden und das Empfangen sowohl von amplitudenmodulierten als auch von frequenzmodulierten Signalen.

Die Anwendung einer optischen Frequenzmodulation führt zu einem deutlichen Vorteil bei der Nachrichtenübertragung durch ungünstige Gebiete Unter anderem eliminiert sie das Problem einer Rausch-

Amplitudenmodulation, die das Signal beim Durchlaufen der Atmosphäre erleidet. Darüber hinaus ermöglicht ein Überlagerungsempfang unter Anwendung der Frequenzmodulation nicht nur einen größeren Arbeitsbereich mit jeringerer Sendeleistung, sondern erleichtert auch durch die Anwendung elektrooptischer Modulatoren und Detektoren in Form von Photodioden mit Spitzenkontakt einen Breitband* betrieb. Wenn die Nachrichtenübertragung durch ein im wesentlichen nicht ungünstiges Gebiet stattfindet, beispielsweise durch den freien Raum, kann auch eine Amplitudenmodulation mit Erfolg verwendet werden. Weiter wird eine größere Sicherheit gegen einen unerwünschten Empfang erzielt, weil ein Übertragungssystem mit Überlagerungsempfang im fernen Infrarotbereich betrieben werden kann, also in einem Teil des Spektrums, in dem von der Photoemission Gebrauch machende Geräte nicht befriedigend arbeiten.

In der Praxis war die Technik des optischen Über- »0 lagerungsempfangs bisher auf Systeme beschränkt, bei denen sowohl das modulierte Signal als auch das örtliche Überlagerungssignal durch die Verwendung eines Einseitenbandmodulators von einem Primäroszillator abgeleitet wurden. Bei diesem Prinzip »5 mußten jedoch Spiegel aufweisende Strahlteileranordnungen verwendet werden, die zu einem großen Leistungsverlust führten. Darüber hinaus konnten solche Systeme nicht für die praktische Nachrichtenübertragung eingesetzt werden, weil sie im wesentlichen auf eine Sende- und eine Empfangsstation beschränkt waren, die eine Umkehr des Informationsflusses nicht zuließen. Weiterhin waren solche bekannten optischen Überlagerungssysteme nicht dazu geeignet, Signale über große Entfernungen zu senden, so daß sie nicht für die Zwecke einer Nachrichtenübertragung über große Strecken benutzt werden konnten.

Die gleichen Eigenschaften weist auch eine aus der deutschen Auslegeschrift 1 237 470 bekannte Anordnung auf. Auch hier werden das modulierte Signal und das Überlagerungssignal von dem gleichen optischen Oszillator abgeleitet, indem der optische Oszillator bewußt in mehreren Moden betrieben wird, so daß die ausgesandte Strahlung nicht monochromatisch ist. Es werden dann im Empfänger die Frequenz- unterschiede zwischen den Komponenten des Laser-Lichtstrahles überlagert und zur Ableitung einer modulierten Zwischenfrequenz benutzt. Bei diesem bekannten Verfahren müssen ebenfalls die überiragungsstrecken jeweils eine besondere Sende- und eine besondere Empfangsstation aufweisen, die eine Umkehr des Informationsflusse? nicht zulassen. Eine besondere Schwierigkeit besteht jedoch darin, daß auf mehreren Frequenzen schwingende optische Oszillatoren nur mit unzureichender Stabilität arbeiten. weil Modensprünge auftreten und nicht vorhergesagt werden kann, wie die Energie auf die einzelnen Frequenzkomponenten verteilt ist. Außerdem ist die Modulationsfrequenz auf den halben Abstand der Frequenzkomponenten beschränkt, so daß sehr breitbandige Signale auf diese Weise nicht übertragen werden können.

Weiterhin ist eine Informationsübertragungseinrichtung mit Licht aus der USA.-Patentschrift 2 494 645 bekannt, die zwei gleiche Sende-Empfangs-Geräte enthält. Bei dieser Einrichtung wird jedoch nicht vom Prinzip des Uberlagerungsempfangs Gebrauch gemacht, vielmehr liegt gewissermaßen ein »Geradeausempfang« vor. Bei der bekannten Ein richtung dienen nämlich Lampen zur Lichterzeugung Die Strahlung einer Lampe ist niemals kohärent. Eil Überlagerungsempfang mit Lichtstrahlen ist aber nu dann zu verwirklichen, wenn kohärente Lichtstrahler zur Verfügung stehen und angewendet werden; du bekannte Einrichtung ist daher für die Anwendung des Uberlagerungsprinzips grundsätzlich ungeeignet

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß ein ein fächer und zweckmäßiger Weg, auf dem ein wirk sames und brauchbares Nachrichtenübertragung? system mit optischen Sendern für große Entfernunger mit einem optischen Überlagerungsempfang verseher werden könnte, für die einschlägige Technik vor großem Wert ist. Der Erfindung liegt demnach di< Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Informations übertragung mit kohärentem Licht nach dem Über lagerungsprinzip zu schaffen, die sich durch einer einfachen Aufbau sowie eine einwandfreie Informa tionsübertragung auszeichnet und eine Umkehr de« Informationsflusses ermöglicht. Sie soll sowohl mi frequenzmodulierten als auch mit amplitudenmodu lierten kohärenten Lichtstrahlen arbeiten können unc ein Miniß.-.«m an Leistungsverlust verursachen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Anordnung nach der Erfindung zwei gleiche Sende-Empfangs-Geräte aufweist, deren jedes nur einer einzigen modulierbaren optischen Oszillator aufweist der im Sendebetrieb einen die Information tragender modulierten Lichtstrahl und im Empfangsbetriet einen uiimodulierten Lichtstrahl erzeugt, daß irr Wege des Lichtstrahles des optischen Oszillators eir Strahlleiter angeordnet ist, der einen Teil des Lichte! des optischen Oszillators in Richtung auf das andere Sende-Empfangs-Gerät und den restlichen Teil au1 die zweite Einrichtung lenkt, daß auch der vorr anderen Sende-Empfangs-Gerät empfangene Lichtstrahl durch den Strahlteiler hindurch zur zweiter Einrichtung geleitet wird und die zusammenwirkenden Lichtstrahlen der beiden Sende-Empfangs-Geräte eine um die gewünschte Zwischenfrequenz gegeneinander versetzte Frequenz aufweisen.

Ein Paar solcher Sender-Empfänger-Anordnunger kann dazu verwendet werden, ein Nachrichtenübertragungssystem für große Entfernungen zu schaffen in dem die Vorteile des Überlagerungsempfanges verwirklicht sind.

Weitere Einzelheiten. Ausgestaltunsen und Vorteile der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiek näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigi

F i g. 1 das schematische Funktionsdiagramm einei optischen Sender-Empfänger-Anordnung nach dei Erfindung.

Fig. la das Funktionsdiagramm eines abgewandelten optischen Oszillators für die Anordnung nach Fig. 1.

Fig. Ib das Funktionsdiagramm eines weiterer abgewandelten Oszillators für die Anordnung nach F i g. 1 und

Fig. Ic und 2 bis 5 die Funktionsdiagramme weiterer Ausführungsformen von Sender-Erupfänger-Anordnungen nach der Erfindung.

Die Sender-Empfänger-Anordniing nach F i g. 1 weist einen optischen Oszillator 10 üblicher Bauart auf. Es kann sich dabei um eine rauscharme Bauart handeln, beispielsweise um einen Helium-Neon-Oszillator mit Kaltkathode, der kohärentes Licht mit eiiKi' Wellenlänge von 3,39 μπι erzeugt, um einen Kohlendioxyd-Oszillator mit einer Wellenlänge von 10,6 (im usw.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, umfaßt der optische Oszillator 10 ein stimulierbares Medium 11, das mittels einer nicht näher dargestellten Anregungsquelle in einen Zustand stimulierter Emission gebracht werden kann und zwischen Endreflektoren 12 und 13 angeordnet ist, die in der Lage sind, das in dem Medium 11 erzeugte kohärente Licht auf einen Rückkopplungspfad durch das Medium 11 zu reflektieren. Für die weitere Diskussion wird das Gebilde aus den beiden Reflektoren 12 und 13 und dem sich zwischen den Reflektoren befindenden Raum als optischer Resonator 22 bezeichnet. Innerhalb des optischen Resonators befindet sich zwischen dem Medium 11 end dem einen Endreflektor 13 im Weg des erzeugten kohärenten Lichtes ein Strahlteiler 14 mit geringem Reflexionsvermögen, der von einem optischen Plättchen gebildet werden kann. Für einen Helium-Neon-Oszillator mit einer Wellenlänge von 3.39 ;im hat der Str^hlteiler 14 vorzugsweise ein Reflexionsvermögen von etwa 5·/β.

Die Modulation des auszusendenden Lichtstrahles ist ein wesentlicher Bestandteil der Wirkungsweise des Nachrichten-Übertragungssystems. Ein direktes Verfahren zur Modulation der Frequenz des Oszillators 10 besteht in der Variation der elektrischen Lance des Resonators 22. d. h.. in der Änderung der Anzahl der Wellenlängen des optischen Strahles zwischen den Endreflektoren 12 und 13. Zur Änderung der Frequenz des Lichtstrahles in Abhängigkeit von einem elektrischen ModuJations-Eingangssignal kann ein elektrooptischer Modulator 30 dienen, wie beispielsweise ein elektrooptischer Kristall, der innerhalb des optischen Resonators 22 zwischen den Endreflektoren 12 und 13 im Weg des Lichtstrahles derart angeordnet ist, daß eine Hauptachse parallel zur Polarisationsrichtung des Kristalls verläuft. Die Anwendung eines solchen elektrooptischen Modulators ist für eine Breitbandmodulation vorteilhaft, obwohl auch die Anwendung anderer Modulationsanordnungen möglich ist.

Die Fig. la und Ib veranschaulichen Abwandlungen der Sender-Empfänger-Anordnung nach Fig. 1. bei denen der Endreflektor 12 mit Hilfe eines piezoelektrischen Kristalls oder eines elektroakustischen Wandlers, beispielsweise eines Kondensatormikrophons, der als Modulator 30 dient, mechanisch bewegt wird, um den tatsächlichen Abstand zu ändern, den der Lichtstrahl innerhalb des optischen Resonators 22 durchläuft, d. h.. den Abstand zwischen den beiden Endreflektoren 12 und 13. Beispielsweise kann ein Kondensatormikrophon verwendet werden, dessen Mikrophonmembran von einem vergoldeten Quarzplättchen gebildet wird, das als beweglicher Endreflektor 12 oder 13 dient. Hiermit wird eine gute Modulationstreue erzielt. Bei der Verwendung eines Kondensatormikrophons als Modulator genügt eine Audio-Eingangsspannung von 100 mV, um eine Frequenzänderung des Lichtsignals von 50 kHz zu erzielen. Die vorstehend angegebenen Techniken zur Modulation des Lichtstrahles dienen nur der Erläuterung der Erfindung und haben keinerlei beschränkender Charakter.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ermöglicht es eii Fernrohr 32, beim Sendebetrieb einen vom Strahl S teiler 14 partiell reflektierten kohärenten Lichtstrah in der zur Übertragung zu einer entfernten Sender Empfänger-Anordnung gewünschten Weise zu fokus sieren, während das Fernrohr 32 im Empfangsfall di< empfangene Energie auf den Strahl teiler 14 fokussiert

ίο Der optische Strahl 18, der von dem Strahlteiler 1* ausgeht, ist ein gemischter Lichtstrahl, der aus einen modulierten und einem anderen kohärenten Strahl besteht. Der gemischte Lichtstrahl 18 weist eine Über lagerungs-Mischfrequenz in einen¹ Zwischenfrequenz oereich auf. Der Lichtstrahl 18 wird mittels einei Linse 34 auf einen optischelektrischen Wandler K fokussiert, bei dem es sich beispielsweise um ein« Indiumarsenid-Diode oder einen anderen Halbleiter detektor oder auch um eine Supraleiter-Spitzenkon-

»o takt-Diode handeln kann. Der Wandler 16 bildet au: dem modulierten Mischfrequenz-Strahl 18 ein elektrisches Signal, das ebenfalls frequenzmoduliert isi und dessen augenblickliche Phase im wesentlicher derjenigen des gemischten Lichtstrahles 18 gleich ist

«5 Das von dem optischelektrischen Wandler 16 gelieferte frequenzmodulierte elektrische Signal wird von einem linearen ZF-Verstärker 20 verstärkt, dessen Ausgangssignal einem Begrenzer-Diskriminatoi 24 für die Frequenzmodulation zugeführt wird Die Funktion des Begrenzer-Diskriminators 24 bestehl zunächst darin, das frequenzmodulierte Signal von übermäßigen Amplitudenschwankungen zu befreien, die im wesentlichen durch atmosphärische Störungen bedingt sind, und weiterhin die Frequenzabweichungen von der Trägerfrequenz in entsprechende Amplitudenvariationen umzuwandeln. Das resultiererde Signal veränderlicher Amplitude kann einem geeigneten Detektor zugeführt und entweder in ein Audio- oder ein Video-Signal oder in ein Audio- und Videoanteile umfassendes Multiplexsignal umgewandelt werden.

Ein Tiefpaßfilter 26 überträgt die Signale veränderlicher Amplitude des Begrenzer-Diskriminators 24. die unterhalb einer bestimmten Frequenz liegen, zu einem Verstärker 28. wogegen alle oberhalb dieser Frequenz liegenden Signale im wesentlichen gedämpft werden. Bei den übertragenen Signalen handelt es sich tatsächlich um sich langsam ändernde Gleichspannungen, weil die meisten Ampiitudenänderungen höherer Frequenz von dem Signal änderlicher Amplitude durch das Tiefpaßfilter 26 entf.rnt worden sind. Das Ausgangssignal des Verstärkers 28 wird zur automatischen Frequenznachstimmung CAFC) benutzt und einer Vorrichtung 3Ϊ zur Regulierung der Oszillatorfrequenz zugeführt, das mit einem der beiden Endreflektoren 12 oder 13 mechanisch gekoppelt sein kann. Bei der Vorrichtung 31 zur Frequenzregulierung kann es sich um einen elektrostatischen Wandler oder einer, piezoelektrischen Kristall oder auch um einen elektrooptischen Kristall handeln. Die Vorrichtung 31 zur Frequenzregulieruns ändert die Frequenz des erzeugten kohärenten Lichtstrahles entsprechend der sich relativ langsam ändernden AFC-Spannung in der gleichen Wer« wie der Lichtstrahl moduliert wird. Wie in Fi g. Ib an-

gedeutet, kann auch der Modulator 30 zur Nachstimmung der Frequenz des optischen Resonators benutzt werden, indem das AFC-Signal dem Modulator 30 zugeführt wird. Die Rückkopplungsschleife hat die

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Wirkung, daß die Ausgangsfrequenz des optischen Oszillators 10 auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Bei einem System zur Nachrichten- oder Informationsübertragung mit kohärentem Licht nach der Erfindung müssen zumindest zwei Sender-Empfänger-Anordnungen verwendet werden, um die gewünschte Verbindung zu erhalten. Der Abstand zwischen den Endreflektoren 12 und 13 der als Sender arbeitenden Anordnung wird von derjenigen bei der zugeordneten Empfangsanordnung leicht abweichend eingestellt. Da die Ausgangsfrequenz des optischen Oszillators 10 eine Funktion des Abstandes zwischen seinem Endreflektoren ist, ergibt sich eine Differenzfrequenz oder eine Überlagerungs-Mischfrequenz

IZF ⁼ /F.mp(Rnit*r "~ '!»emler

«wischen den Sende- und Empfangsanordnungen. Die Arbeitsfrequenz des ZF-Empfängers 20 wird so gewählt, daß er bei dieser Differenzfrequenz oder Über- ao lagerungs-Mischfrequenz f_ZF arbeitet. Die Bandbreite des Verstärkers 20 muß groß genug sein, um alle Frequenzabweichungen von der Differenzfrequenz f_ZF aufzunehmen. Bei einer Anordnung, die von einem Helium-Neon-Oszillator 10 Gebrauch macht, kann as die Differenzfrequenz f_ZF beispielsweise in der Größenordnung von 10 MHz liegen, obwohl sie auch viel höher und beispielsweise im Bereich von 1 GHz liegen könnte.

Wenn die Sender-Empfänger-Anordnung nach Fig. ί im Sendebetrieb arbeitet, wird ein von dem optischen Oszillator 10 erzeugter kohärenter Lichtstrahl mit der Trägerfrequenz /, mit Hilfe des Modulators 30 gemäß einem zu übertragenden Informationssignal frequenzmoduliert. Die Trägerfrequenz/, wird so gewählt, daß sie über der höchsten, zu erwartenden Frequenz möglicher atmosphärischer Störungen oder anderer Störungen der Umgebung liegt. Bei dem obenerwähnten Reflexionsvermögen des Strahlteilers werden etwa 5°/» der Energie des modulierten Lichtstrahles von dem Strahlteiler reflektiert und aus dem optischen Oszillator 10 hinaus durch das Fernrohr 32 zu einer entfernten, als Empfänger arbeitenden Sender-Empfänger-Anordnung gelenkt. Es kann nur ein relativ geringer Anteil des gesamten, vom Oszillator 10 erzeugten Lichtstrahles zum Senden außerhalb des Oszillatorsystems verwendet werden, weil der Rest des erzeugten Lichtstrahles dazu benötigt wird, das stimulierbare Medium 11 zu regenerieren, damit der Oszillator 10 in Tätigkeit bleibt.

Der Anteil des erzeugten Lichtstrahles, der nicht aus dem optischen Oszillator 10 hinaus und durch das Femrohr 32 gelenkt wird, passiert den Strahlteiler 14 und wird vom Endreflektor 13 reflektiert. Der Strahlteiler 14 reflektiert etwa 5°o der von dem Refiektor 13 zurückgeworfenen Energie des Lichtstrahles durch die Linse 34 zum Wandler 16. Ein empfangener unmodulierter Strahl kohärenten Lichtes mitder Frequenz/,, der von dem optischen Oszillator in der entfernten Sender-Empfänger-Anordnunp. die den durch das Fernrohr 32 ausgesandten modulierten Lichtstrahl empfängt, erzeugt wird, passiert mit Aufnahme der etwa 5⁰O. die von dem Strahlteiler 14 durch das Medium 11 reflektiert werden, den Strahlteiler 14 und wird mit den 5 ⁰Zo der Energie des Licht-Strahles gemischt, die von dem Strahlteiler 14 in Richtung auf den Wandler 16 reflektiert wird. Die Frequenzdifferenz zwischen /_v und f., ist gleich der obe "!erwähnten Differenzfrequenz f_7r , die im Zwischenfrequenzbereich liegt. Der gemischte Strahl 18 wird vom Strahlteiler 14 über die Linse 34 auf den optischelektrischen Wandler 16 gerichtet. Der Wandler 16 bildet aus dem Strahl ein elektrisches Signal, von dem die obenerwähnte AFC-Rückkopplungsspannung für den optischen Oszillator K) abgeleitet wird. Beim Dauerstrichbetrieb der Sender-Empfänger-Anordnung wird die eine Hälfte der verfügbaren Ausgangsleistung des optischen Senders von dem Stfahlteiler 14 dem Wandler 16 und die andere Hälfte dem Fernrohr 32 zugeführt.

Wenn die Sendep-Empfänger-Anordnung nach Fig. 1 als Empfänger arbeitet, passieren 9"5¹Vo oder, je nach dem Reflexionsvermögen des StrahUeilers 14, ein anderer Prozentsatz eines eintreffenden Licht' Strahles, der gemäß einem Informationssignal um eine mittlere Trägerfrequenz /, frequenzmoduliert und von einer entfernten Sender-Empfänger-Anordnung ausgesandt worden ist, unmittelbar den Strahlteiler 14 und gelangt zum Wandler 16. Die anderen 5°/o des eintreffenden Lichtstrahles werden vom Strahlteiler 14 reflektiert und in das stimulierbare Medium 11 gerichtet, in dem es verstärkt wird. Dieser eintreffende Lichtstrahl wird mit dem Lichtstrahl dss örtlichen Oszillators mit der Frequenz /, gemischt. Da der Anteil des eintreffenden Lichtstrahles, der von dem Strahlteiler 14 reflektiert wird und etwa 5°/o beträgt, das Medium 11 vorwärts und rückwärts durchläuft, bevor er in Richtung auf den Wandler 16 in Phase mit dem ursprünglich empfangenen Strahl reflektiert wird, erfährt der eintreffende Strahl eine deutliche Verstärkung.

Auch hier wird im Dauerstrichbetrieb eine Hälfte der verfügbaren Ausgangsleistung des optischen Oszillators 10 vom Strahlteiler 14 in Richtung auf den Wandler 16 und die andere Hälfte in Richtung auf das Fernrohr 32 reflektiert, üiese letztgenannte Hälfte der Ausgangsleistung mit der Frequenz /, wird in der entfernten, als Sender dienenden Sender-Empfänger-Anordnung, die den obenerwähnten eintreffenden modulierten Lichtstrahl aussendet mit dem dort erzeugten modulierten Lichtstrahl mit der Trägerfrequenz/,, gemischt, um eine resultierende Überlagerungs-Mischfrequenz f_ZF zu Hlden, d\p schließlich eine AFC-Spannung für den optischen Sender in der entfernten Anordnung erzeugt. Die erstgenannte Hälfte der Ausgangsleistung mit dei Frequenz/, wird mit dem eintreffenden Strahl mit der Frequenz/_ä gemischt. Der resultierende gemischte Strahl 18 wird über die Linse 34 dem optischelektrischen Wandler 16 zugeführt. Die über lagerungs-Zwischenfrequenz f_Zh ist die Differenz zwischen der Frequenz /., des eintreffenden Lichtstrahle' und der Frequenz /, des Strahles des örtlichen optischen Senders. Diese Anordnung hat zur Wirkung daß ein Minimum der optischen Leistung an die Umgebung außerhalb des Systems verlorengeht.

Der Wandler 16 überführt den gemischten Licht strahl in ein elektrisches Signal, das von dem ZF Verstärker 20 verstärkt wird. Das Aussanassisna des ZF-Verstärkers 20 wird einem ZF^Bearenzer Diskriminator 24 zugeführt, der ein Ausaangssiana variabler Amplitude erzeugt, das für das Tnforma tionssignal des eintreffenden Lichtstrahles charakte ristisch ist. Das Ausgangssignal variabler Amplitud des Begrenzer-Dip.kriminators 24 wird über eine Tiefpaß 26 einen. Verstärker 28 zugeführt. Das re

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sultierende, sich relativ langsam ändernde. Gleich- mente der Ausführungsform nach Fig. 1, sind mit

Spannungssignal bildet die AFC-Steuerspannung für Bezugsziffern versehen, die sich von den Bezugszif-

den als Überlagerungsoszillator dienenden optischen fern der Elemente in. F i g. 1 nur dadurch urtterschei-

Oszillator 10. den, daß ihnen eine »2« vorangestellt ist. Bei der

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß ein Sy- 5 Ausführungsform nach F i g. 2 sind jedoch die Endstem zur Nachrichtenübertragung mit Hilfe kohären- reflektoren 212 und 213 nicht optisch parallel, wie ten Lichtes von zwei Sender-Empfänger-Anordnun- bei der Ausführungsform nach Fig. 1, sondern ungen nach der Erfindung Gebrauch macht, die gleich- ter einem Winkel angeordnet, der bei der Ausfiihartige Betriebseigenschaften haben. Die gleiche An- rungsform nach F i g. 2 90^G beträgt. Außerdem hat Ordnung kann sowohl zum Senden wie zum Empfan- io def Strahlteiler 214 ein höheres Reflexionsvermögen, gen verwendet werden. Ein Hauptvorteil der oben beispielsweise 95ⁿ/n.

beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß Im Sendebetrieb werden beispielsweise etwa 5°/o

ein Minimum an optischer Leistung innerhalb des des von dem optischen Oszillator 210 erzeugten

Systems zur Nachrichtenübertragung verlorengeht. Strahles kohärenten Lichtes duiGh das Fernrohr 232

Daher wird hierdurch ein ideales System zur Infor- 15 zu einer entfernten, als Empfänger arbeitenden Sen-

mationsübertragung mittels kohärentem Licht ge- der-Empfänger-Anordnung übertragen. Weitere 5 ⁰Zo

schaffen, bei dem ein quantenbegrenzter Empfang des erzeugten Lichtstrahles wenden mit einem un-

ermögJ^;«ht wird und def Leistungsverlust im opti- modulierten Lichtstrahl gemischt, der von der ent-

schen System auf ein Minimum beschränkt ist. feroten Empfängeranordnung «mpfangen ist und

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsge- 20 dessen Frequenz von der Frequenz des hier erzeugmäßen Anordnung ist in F i g. 1 c dargestellt. Die ten Lichtstrahles wesentlich abweicht. Der resultie-Ausführungsform nach F i g. 1 c ist im wesentlichen rende gemischte Strahl wird in ein elektrisches Sider AusfUhrungsform nach Fig. 1 gleich und nur gnal umgewandelt, das durch eine AFC-Schleife zum Senden und Empfangen araplitudenmodulierter rückgekoppelt wird.

kohärenter Lichtstrahlen abgewandelt. Zu diesem »5 Beim Empfang werden beispielsweise 9O°/o des Zweck ist der Modulator 30 für den Lichtstrahl, bei eintreffenden Lichtsignals, das von einer entfernten, dem es sich, wie oben angegeben, um eine elektro- als Sender arbeitenden Sender-Empfänger-Anordoptische Zelle handeln kann, außerhalb des opti- nung ausgesandt worden ist, von dem Strahlteiler sehen Oszillators 10 angeordnet und auf den erzeug- 214 auf einen optischelektrischen Wandler 216 reten Lichtstrahl ausgerichtet. Dort wirkt die elektro- 30 flektiert. Der andere Anteil, beispielsweise 5°/o, des optische Zelle als elektrisch betätigtes Filter, das die eintreffenden Signal-Lichtstrahles durchläuft den Intensität des kohärenten Lichtstrahles in Abhängig- optischen Resonator 222 und wird verstärkt. Der keit von einem Informationssignal vermindert oder Strahlteiler 214 dient zum Mischen des modulierten erhöht, wenn dieser Strahl die Zelle passiert. Weiter- eintreffenden und des örtlich erzeugten Lichtstrahles, hin ist der gemischte Strahl 18 nicht wie bei der 35 Ein Teil des örtlich erzeugten Lichtstrahles tritt Ausführungsform nach F i g. 1 ein frequenzmodu- durch den StrahMeiler 214 aus dem optischen Resolierter Strahl, sondern nun ein gemischter, amplitu- nator 222 aus und wird über das Fernrohr 232 zu denmodulierter Strahl. Infolgedessen wandelt der der entfernten Sendeanordnung übertragen, wo er optischelektrische Wandler 16 das gemischte, ampli- dazu dient, mit einem Teil des modulierten, dort ertudenmodulierte Lichtsignal in ein entsprechendes, *o zeugten Lichtstrahles, von dem ein Teil den eintrefamplitudenmoduliertes elektrisches Signal um, das fenden Strahl an der Empfangsanoidnung bildet, in von dem linearen ZF-Verstärker 20 verstärkt wird. der entfernten Anordnung gemischt zu werden, da-Das verstärkte amplitudenmodulierte Ausgangssignal mit er letztlich eine AFC-Spannung für den optischen des ZF-Verstärkers 20 wird einem Amplitudendetek- Oszillator der entfernten Sendeanordnung bildet. Im tor 23 zugeführt, der ein elektrisches Ausgangssignal 45 übrigen ist die Wirkungsweise der Ausführungsform erzeugt, dessen Amplitude entsprechend der Umhül- nach Fi g. 2 im wesentlichen die gleiche wie ^Ηνϊ Wirlenden des vom ZF-Verstärker 20 zugeföhrten Si- kungsweise der Ausführungsform nach Fig. 1. Auch gnals variiert. Das Ausgangssignal, das für das In- bei der Ausführungsform nach F i g. 2 geht durch das formationssignal des eintreffenden, amplitudenmodu- optische System nur ein Minimum an Leistung vertierten Lichtstrahles charakteristisch ist, wenn die 50 loren. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß auch Anordnung als Empfänger arbeitet, wird einem die Ausführungsform nach F i g. 2 wahlweise die in Tiefpaß 26 und anschließend einem Verstärker 28 den F i g. 1 a und 1 b dargestellten Vorrichtungen zugeführt, um die oben behandelte AFC-Rückkopp- zur Frequenznachstimmung und/oder die in Fig. 1 c lungsschleife zu vervollständigen. dargestellte Modifikation für Amplitudenmodulation

Es sei erwähnt, daß die in F i g. 1 c dargestellte 55 aufweisen kann.

Modifikation für Amplitudenmodulation der Ausfüh- Bei dem weiteren, in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform nach F i g. 1 hinzugeführt werden kann. rungsbeispiel der Erfindung sind wieder die EIeso daß die Sender-Empfänger-Anordnung sowohl mente. die der Ausführungsform nach Fi g. 1 enlamplitudenmodulierte als auch frequenzmodulierte sprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen verSignale aussenden und empfangen kann. Die Anord- 60 sehen, de.ien eine »3« vorangestellt ist. Bei der Ausnung nach Fig. Ic kann aber auch so verwendet führungsform nach Fig. 3 befindet sich der Strahlwerden, wie sie dargestellt ist, so daß die Sender- teiler 314 außerhalb des optischen Resonators 322. Empfänger-Anordnung nur amplitudenmodulierte Das Reflexionsvermögen des Strahlteilers 314 kann kohärente Lichtstrahlen empfangen und iussenden bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise 50° 0 kann. ⁶5 betragen. Weiterhin ist das Reflexionsvermögen des

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist Endreflektors 313 geringer als bei den Ausführunss-

in F i g. 2 veranschaulicht. Die Elemente dieser Aus- beispielen nach den F i g. 1 und 2, so daß ein nicht

führungsform. die die gleichen sind, wie die EIe- unwesentlicher Teil des kohärenten Lichtes, das von

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dem optischen Oszillator 310 erzeugt wird, den Spiegel passieren kann. Das Reflexionsvermögen des Endreflektors 313 xann beispielsweise 90% betragen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden zwei optische Pfade benutzt, und zwar einer für den eintreffenden Lichtstrahl und einer für den ausgesendeten Lichtstrahl.

Beim Senden wird ein kohärenter Lichtstrahl 43 von dem optischen Oszillator 310 erzeugt und mit Hilfe des Modulators 330 moduliert. !Etwa die Hälfte odsr, je nach dem Reflexionsvermögen des benutzten Stranlteilers 314, ein anderer Bruchteil des Lichtstrahles 43 wird von dem Strahlteiler 314 zu einem Spiegel 36 reflektiert, der seinerseits diese Hälfte des Strahles 43 ablenkt. Der resultierende, abgelenkte Ausgangs-Lichtstrahl 45 wird dann durch ein Fernrohr 38 übertragen, von dem er auf eine entfernte Sender-Empfänger-Anordnung gerichtet wird. Die andere Hälfte 318 des Lichtstrahles 43 wird von dem Strahlteiler 314 durchgelassen, wonach er mit einem empfangenen Lichtstrahl gemischt wird, der von der entfernten Empfangsanordnung ausgesendet wird und eine von derjenigen des Strahles 43 abweichende Frequenz hat. Der gemischte Lichtstrahl wird über ein^ Linse 334 einem optischelektrischen Wandler 316 zugeführt. Der Wandler 316 erzeugt das elektrische Signal für die AFC-Rückkopplungsschleife.

Beim Empfang wird der eintreffende Lichtstrahl 44, der von einer entfernten Sender-Empfänger-Anordnung ausgesandt worden ist, mit einem Fernrohr 40 empfangen und dann von einem Spiegel 42 abgelenkt, so daß der Strahl den Strahltciler 314 im wesentlichen an der gleichen Stelle tritlt wie der Strahl 43. Der Spiegel 42 dient im wesentlichen dazu, den eintreffenden modulierten Strahl 44 und den erzeugten Strahl 43 im wesentlichen in einer Ebene so auszurichten, daß die beiden Strahlen am Strahlteiler 314 gemischt werden. Die 50° ο des eintreffenden Strahles 44, die von dem Strahlteiler 314 reflektiert werden, und die 50°, ο des Strahles 43, die den Strahlteiler 314 durchdringen, werden zum Strahl 318 gemischt, der durch die Linse 334 hindurch in den Wandler 316 gelangt. Die 50° ο des empfangenen Strahles, die den Strahlteiler 314 durchdringen, und die 50° ο des vom Strahlteiler 314 reflektierten Strahles werden auf dem Ausgangssignalpfad zu der entfernten Anordnung gesandt, die den eintreffenden Strahl aussendet. Die 50° <i des Strahles 43. die in Richtung auf die entfernte Anordnung ausgesandt werden, werden im folgenden mit einem Teil des in der entfernten Sendcanordnung erzeugten Strahles gemischt, um daraus die AFC-Spannung für den optischen Oszillator der entfernten Anordnung zu bilden. Die 50° ο des empfangenen Strahles 44. die wieder ausgesandt werden, gehen dem System im wesentlichen verloren. Im übrigen ist die Wirkungsweise der Atisführungsform nach F i g. 3 im wesentlichen d'e gleiche wie die der Ausfiihrungsform nnch Fig. 1. Bei der Ausfühmngsform nach Fig. 3 gehen jedoch im Vergleich zur Ausführungsform nach F i g. 1 etwa 3 db optischer Leistung durch den Strahlteiler 314 verloren. Weiterhin versieht es sich. daß auch die Ausführungsform nach F i g. 3 von den Mitteln zur Frequenznachstellung nach den Fig. la und 1 b sowie zur Erzeugung und zum Empfang amplitudenmodulierter Signale nach Fig. 1c Gebrauch machen kann.

Auch bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind die Elemente, die denen der Ausführungsform nach F i e. 1 gleichen, mit entsprechender; Bezugszeichen versehen, die eine vorangestellte »4« aufweisen. Das Reflexionsvermögen des Endreflektors 413 ist geringer als dasjenige des Endreflektors in Fig. 1 und kann etwa 90°/o betragen, so daß ein nicht unwesentlicher Teil des von dem optischen Oszillator 10 erzeugten Lichtstrahles den Reflektor passieren kann. Bei dieser Ausführungsform werden drei Strahl teiler

ίο 414a, 414 b und 414 c benutzt. Weiterhin dient ein Spiegel 48 dazu, den eintreffenden Strahl und den Strahl des örtlichen optischen Oszillators aufeinander auszurichten. Jeder der Strahlteiler 414 a, 414 b und 414c kann beispielsweise ein Reflexionsvermösen von etwa 50°. ο aufweisen.

Wenn die Sender-Empfänger-Anordnung nach Fig. 4 im Sendebttrieb arbeitet, passiert eine Hälfte des frequenzmodulierten kohärenten Lichtstrahles 50, der von dem optischen Oszillator 410 erzeugt wird, den Strahlteiler 414« und bildet einen Strahl 52. der auf den Strahlteiler 414 b einfällt. Eine Hälfte des Strahles 52 passiert seinerseits den Strahlteiler 414 b, wogegen die andere Hälfte, die gleich einem Viertel der vom optischen Oszillator

410 erzeugten Gesamtenergie ist, von dem Strahlteiler 414b" aus dem System hinausreflektiert wird und infolgedessen von dem System nicht verwendet werden kann. Die Hälfte 54 des Strahles 52. die den Strahlteiler 414 b passiert, pflanzt sich nach Fokussierung in einem Fernrohr 432 zu einer entfernt "., als Empfänger dienenden Sender-Empfänger-Anordnung fort. Der 50° ο umfassende Anteil 60 de?, vom Strahlteiler 414 j icf^ktierten Strahles 50 wird auf den Strahlteiler 414c gerichtet, von dem eine Hälfte des Strahles 60 reflektiert wird, wogegen die andere Hälfte den Strahlteiler 414 c passiert und für das System verlorengeht. Der Teil des Strahles 60. der vom Strahlteiler 414 c reflektiert wird, wird Teil eines gemischten Strahles 418. Dieser gemischte Strahl 418

ist das Ergebnis einer Kombination des Teiles des Strahles 60. der von dem Strahlteiler 414c reflektiert wird, und eines Teiles eines empfangenen kohärenten Lichtstrahles 58, der von der entfernten Sender-Empfänger-Anordnung gefangen wird und eine von der Frequenz des Strahles 60 abweichende Frequenz hat. Der gemischte Strahl 418 wird durch eine Linse 434 dem Wandler 416 zugeführt.

Wenn die Sender-Empfängcr-Anordnune nach Fig. 4 als Empfänger arbeitet. durchcYingt ein cintreffender Strahl 54 das Fernrohr 432. 50% des Strahles 54 werden vom Strahlleilcr 414 b reflektiert und bilden einen Strahl 56. der scinerseiis von einem Spiegel 48 reflektiert wird. Der resultierende reflektierte Strahl 58 wird vom Spiegel 48 auf den Strahlteiler 414c- gerichtet. Die 50⁹Zo des Strahles 58. die den Strahlteiler 414c passieren, werden mit den 50⁰O des hier erzeugten Strahles 60 gemischt, der von dem Strahlteiler 414 c reflektiert wird. Der resultierende gemischte Strahl 418, der 50 Vo des Strahles 60 und 50" η des. Strahles 58 umfaßt, durchdringt die Linse 434 und gelangt zum Wandler 416, indem der gemischte Strahl in ein elektrisches Signal verwandelt wird, wie es oben an Hand der Ausfühmngsform nach Fig. 1 erläutert worden ist. Ein mit 54 bczeichneter Teil des Strahles 50 wird zu einer entfernten, als Sender arbeitenden Sender-Empfängcr-Anordnung übertragen, wo er mit einem Teil des in der entfernten Anordnung erzeugten Strahles ge-

ΊΟ

I 804 841

15 16

.tuscht wltd. damit er zu einer AFC-Spaimuiiii Sir FLt 5 im Seadebecneb arbeiMC passieren betspiels-

ien optischen Oszillator der enrienitÄi AaiDcdnua* weis --O' ι des Str.iMes t>8. der im »essn.EU.ciwa die

verarbeitet wird. Es sei jedoch, bemerkt, daß bei. der Frequenz τ aufweist, den Modulator ei und »erden.

Ausfuhtuugsiorm nach F i 4.4· etwa L2 ob Leisranss- zum Strahl 7Hl der noch immer im weseataetK die

verlust beim Betrieb der Siader-Enrotiinaer-Aaocd- 5 Frequenz r, hat- Der Strahl 70 füll auf dea St-uhi-

nung durch die StrahUeüec4l4j, 414 σ sind 414 c teiler 514 j ein. von dem eine Häiite des Strahles 7»

entstehen. Auch bei der Ausfuhr uagsfonn. nach ro. einer entfernten^ ab Empfänger arbeitenden Sea-

Fis.. -4 können die alternativen. Rudtiocclanss- der-Fjiipfiiiier-Anordnung durciisilassea. wird. *üfc-

anordttur.geii zur Frequenznachstellung aich «kit reed die ander; Hälfte des Strahle? 70 nach. auJJea

Fig.. la und Ib sowie die Mofinkanott naen χα abgelenkt wird und infoliedessen. für das S>stica

FIi. Ic zum Senden und Empfangen amplituden- vsrlocscaeht. EXe restlkl*ee. 10' j de·» Strahles 6S

modulierter Signale Anwendung ixaiea.. Ini ü'r-"_.ri werden mit Hilfe des Modulators fei um dea Betrag

Ls: die Wirkungsweise der Austüamo^sforrn. nach >> irequenz\er§choeeii und durch Brechung aus der

Fig.-t im wesentlichen die gleiche wie dieiecise der Richtung, des StraLIes 70 abgelenkt. Der resuine-

Ausiührungstorm nach Fig. L _t? rende gebrochene Strahl 72. der im wesentlichen die

Nochmals eine anders AusführuEäsfonn der Er- Frequenz \ = ·. -- r.-,- aufweist, wird »ocrt SpLesel

rirtdung ist in Fig. 5 \eranschaulicht. Auch hier 64 derart reäekticrt. dai er aui den StrahlTeüer >14?

tragen die Fltnu-tue dieser Ausföhnmgst'orm. die einfällt. Arx dem Srahlteüer 514r werdec ecwa 50' j

die gleichen sind wie diejenigen der Ausfürirunss- des Strahles 72 redekncr^ Ein ν cc der entfernten.

form nach Fig. 1. die gleichen Be-idgsziHeni mit 10 als Emrfiriier arbeitenden Sender-Empfänger-An-

einer \orungestel!vn -»5*. Ein besonderer V'or.eil Ordnung eniriaaseaer Strahl wird ^'orr·. Strahheiler

der Ausführungst'orm nach F i g. 5 besteht darin, daß 514 j tei'-fterie reöektien. CKer resuJf.erende Strahl

die im Sendebetrieb arbeitende Sender-Emptänser- 74 wird vorn Spissel 66 derart rerlektiert. ddo er

Anordnung und die ais Empfinger arbeitende Art- auf den ScrahlieVier 5146 im '.-,esentlichen in dem

Ordnung im wesentlichen mit der ;^:eichen Frequenz »5 gleichen Hächenbereich auftrittt wie der S'.ra'n" 72.

betneben werden Können. Die Freauenzdinerem. Der Teil des Strahles 74. de: den S:rahl:eiler Sl-Jr

d^:e für die Überlagerung benötigt wrd. kann von passien. wird mit demjenigen Teil des Strahles 72

einem lltrasehall-Moduhuor 62 geliefert werden. gemischt, der \on dem Strahlteik: 514r reflektiert

bei dem es sich um einen akustischen Debye-Sears- wird. Der resultierende semischte Strahl 518 wird

Eini.-itenbandmvxlulator handeln kann, der den ko- 30 über eine Lins; 534 auf den optischelektnschen

hiirenten Lichtstrahl im Infrarotbereich durch Ultra- W andler 516 äenchiet.

schallwellen in einem flüssigen Medium bricht. Bei- Wenn die Sender-Empfänger-Anordnung nach spielsweise sind CCl, und CXl, geeignete nüssige Fig. 5 im Empiangsbetneb arbeitet, durchlauft ein Medien für die Fortpflanzung von Ultraschallwellen. eintreffender Strahl, der im wesentlichen die Fredte bei Wellenlängen ν on 3.."' mn benutze werden 35 quenz r. hat. das Fernrohr 532. 5u' ) dieses empkönnen. Ein Ultraschallgeber 63. der durch seine fangene'n Strahles werden \om Strahlteile·· 514.: und Schwingungen in einem eingeschlossenen flüssigen anscnließend vom Spiegel 66 derart reflektiert, daß Medium Ultra>chalhveUen erregt, kann dazu benutzt sie auf den Strahlteiler 514 b fallen. Von dem Strahl werden, die brechenden Wellen <ru erzeusen. Bei 68 des optischen Resonators 510 werden beispielsdem Ultraschallgeber 63 kann es sich um einen +c weise etwa 10 ^f ■> von dem Modulator 62 gebrochen X-geschnittenen 5.5-MHz-Quarz handeln, der in >ei- und um die Frequenz t_:y frequenzverschoben. Der ner fünften Harmonischen betrieben wird. Mit einer resultierende Strahl72 mit der Frequenz '., ■-■ \ '.--optimalen Eingangsleisumg von 50 mW für den wird von dem Spiegel 6-5 reflektiert und trifft .r.i; Ultraschallgeber 63 ist es möglich, beispielsweise den Strahlteiler 514p im wesentlichen im gleichen eine Frequenzverschiebung \on 2" MH/ einem An- 45 Flächenbereich wie der Strahl 74. Der resultierende teil von I" » des infraroten kohärenten Lichtstrahles gemischte Strahl ? 18 wird ÜK. die Linse 534 au! zu erteilen, wenn CCl, als flüssiges Medium verwen- den optischelektrischen Wandler 516 gerichtet. Die det wird. Wird dagegen beispielsweise CCl, als fiüs- restlichen etwa 90" # des Strahles 68. die von dem MSes Mediim verwendet, wird die Freq.ienzverschie- Modulator 62 nicht durch Brechung abgelenkt werbung einem Anteil von 10" ..1 des Stiahles erteilt. Der 3° den. werden über den Strahlteiler 514ii und das kohärente Lichtstrahl 68. der von dem optischen Fernrohr 532 zu der entfernten, als Sender arbeiten-Oszilhuor 510 erzeugt wird, durchläuft den Vitra- den Sen-'er-Emp'änger-Anordnung übertragen, wo ••ehallmoduiator 62. indem ein Primärstrahl 70 und dieser Strahl mit einem Teil des dort erzeugten Strah- :.-in gsbroch-."ier Strahl 72 erzeugt werden. Der Win- les gemischt wird, um letztlich eine AFC-Spanmm« k;l zwischen den Strahlen 70 und 72 kann beispiels- 55 fur den optischen Oszillator der entfernten Anord· weise 6^: betragen. nung zu erzeugen. Beim Betrieb der Seniier-Fmpfän Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden ger-Anordnung nach Fig. 5 tritt ein LcisUingsver· zwti Strahlteiler 514(J und 5l4r> sowie zwei Spiegel UiM von annähernd 12 db auf, der durch die Strahl 64 und 66 verwendet. Jeder der beiden Strahlteiler teiler 514« und 5l4i> bedingt ist. Im übrigen ist di< 514fl und 5146 kann beispielsweise ein Reflexions- 60 Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. vermögen von 50° * haben. Das Reflexionsvermögen im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Aus des Endreflektors 513 ist geringer als diejenige des führungsform nach Fig. 1. Darüber hinaus ist «^ entsprechenden Endreflektors bei der Ausfühnings- möglich, daß die Ausfiihrungsform nach Fig. ί form nach Fig. 1 und kann beispielsweise 90»Ό be- auch von den Vorrichtungen zur Freuuenznachstitn tragen, so daß ein nicht 'inwesentlicher Anteil des 65 mung nach den Fig. la und Ib sowie zum Sende von dem optischen Oszillator 10 erzeugten kohären- und Empfangsbetrieb mit Amplitudcnmodulntioi ten Lichtstrahles den Reflektor 513 passieren kann. nach Fig. Ic Gebrauch machen kann.

Wenn die Sender-Empfäneer-Anordnung nach In den Fällen, in denen eine hohe LeisUmgsaus·

nutzung erforderlich ist oder ein kompakter Aufbau der Geräte benötigt wird, kann das System zur Nachrichten- oder Informationsübertragung nach der Erfindung mit gToßem ErCoIg verwendet werden. Das erfindungsgemäße System ist besonders geeignet für Nachrichtenverbindungen im Weltraum, für die sowohl eine hohe Leistung als auch ein quantenmäßig begrenzter Überlagerungsempfang benotigt werden. Weiterhin ist es möglich, mit Hilfe der erhnJungsgemäßen Anordnungen eine Nachrichtenübertragung übe- große Entfernungen mit erhöhter Sicherheit herzustellen, weil Infrarotstrahlen mit auf Photomission beruhenden Bildgeräten, wie beispielsweise einem Metaskope, nicht leicht feststellbar smd.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Informationsübertragung mit kohärentem Licht nach dem Überlagerungsprinzip mit mindestens einer Empfangsanordnung, die einen optischen Oszillator zur Erzeugung eines Überlagerungs-Lichtstrahles, eine erste optische Einrichtung zum Mischen eines empfangenen Lichtstrahles mit dem Überlagerungs-Lichtstrahl und eine zweite Einrichtung zum Umwandeln des gemischten Lichtstrahles in ein moduliertes elektrisches Signal und zum Demodulieren des elektrischen Signals umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Artord- nung zwei gleiche Sende-Empfangsgeräte aufweist, deren jedes nur einen einzigen modulierbaren optischen Oszillator (10; 210, 310; 410; SlO) aufweist, der im Sendebetrieb einen die Information tragenden modulierten Lichtstrahl und ao im Empfangsbetrieb einen unmodulierten Lichtstrahl erzeugt, daß im Weg.: des Lichtstrahles des optischen Oszillators (10; 210; 310; 410; 510) ein Strahlteiler (14; 214; 314; 414a, 414ft. 414 c; 514 a, 514 ft) angeordnet ist, der einen »5 Teil des L'chtes des optischen Oszillators (10; 210; 310; 410; 510) in Richtung auf das andere Sende-Empfaivgs-Ge at und den restlichen Teil aaf die zweüe Einrichtung (16; 216; 316; 416; 516) lenkt, daß auch der vom anderen Sende-Empfangs-Gerät empfangene Lichtstrahl durch den Strahlteiler (14; 214; 314; 414a, 414fo, 414 c; 514a, 514 ft) hindurch zur zweiten Einrichtung (16; 216; 316; 416; 516) geleitet wird und die zusammenwirkenden Lichtstrahlen der beiden Sende-Empfangs-Geräte eine um die gewünschte Zwischenfrequenz gegeneinander versetzte Frequenz aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (14: 214) zwi-.■.dien einem der Reflektoren (13: 213) und dem stimulierbaren Medium (11; 211) des optischen Oszillators (10; 210) angeordnet und für die optische Energie teilweise reflektierend und teilweise durchlässig ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (314) außerhalb des optischen Oszillators (310) im Weg des von diesem optischen Oszillator erzeugten Lichtstrahles (43) angeordnet ist, daß ein erster Reflektor (42) den von dem zweiten Sende-Empfangs-Gerät kommenden Lichtstrahl (44) derart auf den Strahlteiler (314) richtet, daß ein Teil dieses Lichtstrahles (44) und ein Teil des erstgenannten Lichtstrahles (43) miteinander gemischt werden, und daß ein zweiter Reflektor (36) des Teils (45) des vom optischen Oszillator (310) erzeugten Lichtstrahles (43), der von dem Strahlteiler (314) reflektiert wird, auf das zweite, entfernte Sende-Empfangs-Gerät richtet.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Strahlteiler (414a, 414 ft und 414 c) vorgesehen sind, von denen der erste Strahlteiler (414 a) im Weg des vom optischen Oszillator (410) erzeugten Lichtstrahles, der zweite Strahlteiler (4146) im Weg desjenigen Anteils dieses Lichtstrahles, der den ersten Strahlteiler (414a) durchdringt und der dritte Strahlteiler (414c) im Weg desjenigen Anteils dieses Lichtstrahles, der von dem ersten Sirahlteiler (414 a) reflektiert wird, angeordnet sind, daß der den zweiten Strahlteiler (414ft) durchdringende Anteil (54) dieses Lichtstrahles auf das andere Sende-Empfangs-Gerät gerichtet wird und daß von dem zweiten Strahlteiler (414 b) ein Teil (56) des von dem anderen Sende-Empfangs-Gerät empfangenen Lichtstrahles reflektiert and von einem Spiegel (58) auf den dritten Strahlteiler (414 c) gerichtet wird, so daß dieser Teil (56) des vom anderen Sende-Empfangs-Gerät empfangenen Lichtstrahles und der Teil des vom optischen Oszillator (410) erzeugten Lichtstrahles (60) der von dem dritten Strahlteiler (414 c) reflektiert wird, gemischt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sende-Empfangs-Gerät eine Vorrichtung (62, 63) zur Frequenzverschiebung und Strahlbrechung aufweist, die aus dem vom optischen Oszillator (510) erzeugten Lichtstrahl (68) einen Primärstrahi (70) mit einer ersten Frequenz und einem gebrochenen Strahl (72) mit einer zweiten Frequenz erzeugt, und daß eine Vorrichtung (532) vorhanden ist, die wenigstens einen Teil des Primärstrahles (70) auf das zweite Sende-Empfangs-Gerät und den gebrochenen Strahl auf die weitere Einrichtung (516) richtet.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strahlteiler (514a und 514 b) vorgesehen sind, die je einen Teil eines kohärenten Lichtstrahles passieren lassen und einen anderen Teil reflektieren, daß der erste Strahlteiler (514a) im Weg des Primärstrahles (70) angeordnet ist und dtr den ersten Strahlteiler (514a) durchdringende Anteil des Primärstrahles (70) auf das andere Sende-Empfangs-Gerät gerichtet wird, daß der zweite Strahlteiler (514 ft) im Weg des gebrochenen Strahles (72) angeordnet ist und daß ein Spiegel (66) den Anteil (74) eines vom anderen Sende-Empfangs-Gerät kommenden Lichtstrahles, der von dem ersten Strahlteiler (514 ä) reflektiert wird, derart auf den zweiten Strahlteiler (514 ft) richtet, daß dieser Anteil (74) des eintreffenden Lichtstrahles mit einem Anteil des gebrochenen Lichtstrahles (72) gemischt wird.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sende-Empfangs-Gerät eine elektrooptische Vorrichtung (30; 230; 330; 430: 530) zur Frequenzmodulation des vom optischen Oszillator (10) erzeugten Lichtstrahles aufweist, die im Weg des Lichtstrahles zwischen dem stimulierbaren Medium (11; 211; 311; 411; 511) und einer der Endreflektoren (12; 212; 312; 412; 512) angeordnet ist, die optische Länge dec Weges des Lichtstrahles zwischen den Endreflektoren (12 und 13; 212 und 213; 312 und 313; 412 und 413; 512 und 513) ändert und durch ein elektrisches Modulationssignal aktivierbar ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sende-Empfangs-Gerät eine Vorrichtung (30) zur Frequenzmodulation des vom optischen Oszillator (10) erzeugten Lichtstrahles aufweist, die von einem mit einem der Reflektoren (12) mechanisch

verbundenen piezoelektrischen Kristall gebildet wird, der durch ein Modulationssignal aktivierbar ist und eine Änderung des Abstandes der beiden Endreflektoren (12 und 13) voneinander bewirkt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sende-Empfangs-Gerät eine Vorrichtung (30) zur Frequenzmodulation des vom optischen Oszillator (10) erzeugten Lichtstrahles aufweist, die von einem Kondensatormikrophon gebildet wird, das mit einer reflektierenden Membran versehen ist, die als einer der Reflektoren dient, und das durch ein Modulationssignal aktivierbar ist und eine Änderung des Abstandes zwischen der refiektierenden Membran und dem zweiten Reflektor bewirkt.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sende-Empfangs-Gerät eine Vorrichtung (31; 231; 331; 431; 531) zur Amplitudenmodulation des vom optischen Oszillator (10; 210; 310: 410; 510) erzeugten Lichtstrahles aufweist, die von einer elektrooptischen Vorrichtung gebildet wird, die außerhalb des optischen Oszillators (10; 210; 310; 410; 510) im Weg des vom Oszillator erzeugten Lichtstrahles angeordnet ist und die Amplitude des Lichtstrahles beeinflußt und die durch ein Modulationssignal aktivierbar ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zum Demodulieren des elektrischen Signals bei Frequenzmodulation einen Begrenzer (24; 224; 324; 424; 524), der das elektrische Signal von Amplitudenabweichungen befreit, die über ein bestimmtes Maß hinausgehen, jinen Diskriminator, der das von dem Begrenzer gelieferte frequenzmodulierte Signal in ein Signal mit entsprechenden Amplitudenvariationen umwandelt, und eine Rückkopplungsanordnung (26. 28: 226, 228; 326. 328; 426. 428; 526, 528) umfaßt, mit der ein Ausgangssignal des Diskriminators dem optischen Oszillator (10; 210; 310; 410; 510) zur Stabilisierung der Frequenz eines Lichtstrahles zugeführt wird.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zum Demodulieren eines elektrischen Signals bei Amplitudenmodulation einen Amplitudendetektor (23) zur Umwandlung des ampli- 5-tudenmodulicrten elektrischen Signals in ein Signal, das Arnplitudenvariationen entsprechend der Umhüllenden des amplitudenmodulierten elektrischen Signals aufweist, und eine Rückkopplungsanordnung (26, 28) aufweist, mit der ein Ausgangssignal des Amplitudendetcktors (23) dem optischen Oszillator (10) zur Stabilisierung der Frequenz eines Lichtstrahles zugeführt wird.