DE1962941A1

DE1962941A1 - Elektrooptische Vorrichtung zum spektralen Multiplexieren

Info

Publication number: DE1962941A1
Application number: DE19691962941
Authority: DE
Inventors: Georges Broussaud; Serge Lowenthal
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1969-12-16
Publication date: 1970-07-09
Also published as: DE1962941C3; US3703640A; DE1962941B2; FR1603792A; JPS4826641B1; NL6918960A; GB1299088A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz

_a Dr.JSertrud Hauser «ooo Manchen 6o, **

DlplT-fng. Gottfried Leiter Em<b.rgerstr_a»ei9

Patentanwalt· T«Ugromm*, Labyrinth MOndim

Taltfont 83 15 10 FMhdwdckoota. MOndiwi 11707S

Unser Zeichen: T

THOMSON-CSF 101, Boulevard Murat, Paris l6e/Frankreich

Elektro-optische Vorrichtung zum spektralen MuIt iplexieren

Die Erfindung bezieht sich auf das MuItiplexieren und auf Vorrichtungen zur übertragung einer Mehrzahl von elektrischen Signalen mittels eines Übertragungskanals,

Bu/ku welcher

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welcher ursprünglich für die Übertragung eines einzigen dieser Signale vorgesehen war. Grob gesprochen verringert das Multiplexieren die Qualität einer Informationsübertragung, da mehrere Signale sich in das Frequenzband teilen müssen, welches der gesamten Übertragung des Spektrums eines derselben zugeteilt ist.

Trotzdem gestattet eine zweckmäßige Auswahl der für die Erhaltung des Sinns der Information wesentlichen spektralen Bestandteile, die Redundanz eines Signals derart auszunützen, daß es sich nuainehr auf mehrere Abschnitte des Frequenzbandes erstreckt. Es ist daher ohne weiteres einleuchtend, durch spektrales Multiplexieren die Verschachtelung mehrerer elektrischer Signale zu bewirken, um dadurch die übertragungskapa-r zität eines Telefonkanals oder eines Fernsehkanals auf das Zweifache oder darüber zu vervielfachen. Die Unterteilung des Frequenzspektrums eines elektrischen Signals in Abschnitte wird gewöhnlich mit elektrischen Filtern durchgeführt. Diese Filter müssen sehr zahlreich sein, wenn das Verhältnis der äußersten Frequenzen des Signals groß ist. Außerdem sind sie sehr schwierig herzustellen. Da es sich um die Zerteilung mehrerer Spektren in mehrere Abschnitte handelt, welche sich genau aneinanderfügen, stellt das Verfahren des spektralen Multiplexlerens ein praktisch unlösbares Problem dar. Dies erklärt den gegenwärtig mangelnden Erfolg dieses Verfahrens, obwohl man seine Vorteile im Verhältnis zu anderen MultiplexBystemen genau kennt.

die

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektro-optische Vorrichtung zum verschachtelten spektralen MuI-tiplexieren von N (wobei H eine ganze Zahl größer als Eine ist) elektrischen Signalen im Inneren eines Frequenzbandes, dessen Breite im wesentlichen dem Bereich der in diesen Signalen enthaltenen Frequenzen entspricht, gekennzeichnet durch eine monochromatische Lichtquelle zum Aussenden von N Lichtbündeln, N elektro-optische Modulatoren, welche so angeordnet sind, daß sie jeweils diese N Lichtbündel modulieren, wobei diese Modulatoren jeweils zum Empfang dieser N Signale bestimmte Steuereingänge aufweisen, N stigmatische Beugungseinrichtungen, welche so angeordnet sind, daß sie Jeweils die aus den N Modulatoren austretenden Lichtbündel empfangen, eine sogenannte "optische Verschachtelungseinrlchtung", welche das Nebeneinander setzen der jeweils von den N stigmatischen Beugungseinrichtungen gebeugten Strahlenbündel in einem sogenannten verschachtelten Bündel ermöglicht, eine zusätzliche stigmatische Beugungseinrichtung, welche derart angeordnet ist, daß sie das verschachtelte Lichtbündel empfängt, sowie eine photoelektrische Einrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie die aus der zusätzlichen stigmatischen Einrichtung austretenden Strahlen empfängt.

Welter schafft die Erfindung eine elektro-optische Vorrichtung zum spektralen Demultlplexieren, das heißt für den dem verschachtelten spektralen Multlplexleren von N elektrischen Signalen entgegengesetzten Vorgang, gekennzeichnet durch eine monochromatische Lichtquelle

zum

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-H-

zum Aussenden eines Lichtbündels, einen elektro-optischen Modulator, welcher derart angeordnet ist, daß er das Lichtbündel moduliert, wobei dieser Modulator einen zum Empfang des zusammengesetzten, aus dem verschachtelten spektralen Multiplexieren der N Signale sich ergebenden Signals bestimmten Steuereingang aufweist, eine erste stigmatische Beugungseinrichtung, welche derart angeordnet ist, daß sie das aus dem Modulator austretende Lichtbündel empfängt, eine sogefc nannte "optische Trennungseinrichtung", welche die Wiedervereinigung der Teile der von der stigmatischen Beugungseinrichtung gebeugten Strahlung in einem sogenannten filtrierten Bündel ermöglicht, eine zweite stigmatische Beugungseinrichtung, welche so angeordnet 1st, daß sie das filtrierte Bündel empfängt, und eine photoelektrische Einrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie die aus der zweiten stigmatischen Beugungseinrichtung austretenden Strahlen empfängt.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

ψ Figuren 1 und 2 der Erläuterung dienende Darstellungen,

Figur 3 eine schematische Schrägansicht einer Vorrichtung zum spektralen Multiplexieren gemäß der Erfindung,

Figur H eine schematische Schrägansicht einer Vorrichtung zum Demultiplexieren gemäß der Erfindung,

Figur 5 eine andere Ausführungsform der in Figur 3 dargestellten Vorrichtung,

Figur 6-

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Figur 6 eine optische Verschachtelungseinrichtung, welche das spektrale Multiplexieren von vier Signalen gestattet,

Figur 7 schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Multiplexieren gemäß der Erfindung, und

Figur 8 schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zum Demultiplexieren gemäß der Erfindung.

Aus Figur 1 ist bei (a) das Frequenzsprektrum I = f(F) eines elektrischen Signals S₁ ersichtlich. Dieses Spektrum überdeckt ein Frequenzband AF, welches in mehrere nebeneinanderliegende Abschnitte unterteilt ist. Figur l(b) zeigt das Frequenzspektrum I = f (F) eines zweiten elektrischen Signals Sp. Es ist ebenfalls in Abschnitte unterteilt. In Figur 1 (c) ist das Frequenzspektrum I = f (F) eines elektrischen Signals S, dargestellt, welches durch Verschachtelung der schraffierten Abschnitte der Figuren l(a) und l(b) zusammengesetzt ist. Das Signal S, überdeckt das gleiche Frequenzband ^P wie die Signale S. und S₂, aus welchen es entstanden ist. Wenn man aus dem Signal S, die auf das Signal S„ bezügliche Information herausziehen will, genügt es, in seinem Spektrum die geraden Abschnitte auszuwählen, welche zum Aufbau desselben gedient haben. Dies ist in Figur l(d) geschehen, wo das Spektrum I = f (F) des Signals S₂, vermindert um seine ungeraden Abschnitte, dargestellt ist.

Wie

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Wie in Figur 1 gezeigt, erfordert das spektrale MuI-tiplexieren von zwei Signalen S^ und Sp eine genaue Unterteilung ihrer jeweiligen Spektren, da man die abwechselnd zu dem einen und zum anderen Signal gehörigen spektralen Abschnitte nebeneinandersetzen muß. Der umgekehrte Vorgang des MuItiplexierens erfordert ebenfalls eine genaue Unterteilung des zusammengesetzten Spektrums des Signals S,, da man die zu S, und Sp gehörigen spektralen Abschnitte voneinander trennen muß. Die Verwendung von bekannten elektrischen Filtern kann nicht vorgesehen werden, da man eine grosse Anzahl von spektralen Abschnitten vorsehen muß, um die in jedem der Signale enthaltene Information richtig wiederzugeben. Außerdem erfordert die Wiederherstellung der Information aufgrund von filtrierten spektralen Elementen, daß die durch die Filterschaltungen hervorgerufenen Phasenverschiebungen genau kontrolliert werden.

Diese Schwierigkeiten können überwunden werden, wenn man eine optische Filtrierung mit monochromatischem Licht anwendet. Das Prinzip dieses Verfahrens ist in Figur 2 dargestellt, welche eine monochromatische Lichtquelle 1 zeigt, die auf einer optischen Achse Z angeordnet ist. In den Punkten 0, F und B sind jeweils Ebenen (χ , y ), (ρ,Ό ) und (x., y.) dargestellt. Eine erste, nahe der Gegenstandsebene (x , y ) angeordnete Linse 2 erzeugt im Punkt F das Bild der Lichtquelle Eine zweite, nahe der Filterebene (μ, V ) angeordnete Linse 3 erzeugt im Punkt B das Bild des Punktes 0. Die in Figur 2 dargestellte Anordnung ist ein optisches

System

System mit doppelter Beugung, welches die folgenden Eigenschaften besitzt:

1) Eine Verteilung von Lichtamplituden, welche in der Ebene χ, y durch die komplexe Funktion 0 (x , y ) darstellbar 1st, erzeugt in der Ebene (μ,it ) eine Verteilung von Lichtamplituden, welche durch die folgende Beziehung wiedergegeben wird:

rr ⁺

⁼ JJ .

Die Verteilung O (ji, Ό) stellt daher das Spektrum der

spektralen Frequenzen eines optischen Signals O (χ , y )

2) Da die Verteilung von Lichtamplituden 1 (X₁, y_±)_t welche in der Ebene X₁, y, erhalten wird, durch eine Beziehung der gleichen Art mit der in der Ebene (μ,Ί?) erhaltenen Verteilung zusammenhängt, so sieht man, daß der übertragene Teil des Spektrums des Signals O (χ , y ) in der Ebene (x-, y.) ein Signal i (x^, y^) entstehen

läßt, welches das filtrierte Signal O ist.

Nan kann daher das in Figur 2 dargestellte optische System mit doppelter Beugung zur Unterteilung des Frequenzspektrums eines beliebigen elektrischen Signals in Abschnitte verwenden. Zu diesem Zweck muß das elektrische Signal S₁ = f (t) in ein optisches Modulationssignal um

gewandelt

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gewandelt werden, welches das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Lichtbündel in der Ebene χ , y modulieren kann. Diese Umwandlung erfordert einen Wechsel der Veränderlichen, da das Signal S₁ = f(t) die Form S. = fix.) annehmen muß.

In Figur 2 ist außerhalb des optischen Systems 1, 2, 3 ein Block 4 dargestellt, welcher aus lichtbrechendem Material geschnitten und auf einer seiner Oberflächen mit einem elektromechanischen V/andler 5 versehen ist, der zur Erregung einer Verformungswelle geeignet ist, welche sich in-Richtung χ mit der konstanten Geschwindigkeit C fortpflanzt. Das Signal S₁ = f(t) erregt den Wandler 5, welcher in dem Block k eine durch die Funktion S₁ = f(x - Ct) dargestellte Welle erzeugt. Der Brechungsindex des Blocks k wird durch diese Welle moduliert und man kann diese räumlich-zeitliche Änderung des Brechungsindex zur Modulierung des optischen Weges der von der Lichtquelle 1 ausgehenden Strahlen verwenden. Da der Block 4 durchsichtig ist, ist die Modulation des Lichtbündels eine Phasenmodulation, welche in eine Amplitudenmodulation umgewandelt werden muß. Diese Um-Wandlung kann mittels der Anordnung mit doppelter Beugung gemäß Figur 2 durchgeführt werden, indem in ihrer Ebene (x_oj y_Q) der Ilodulationsblock k, 5 angeordnet und in ihrer Ebene (μ,Ό) ein durchsichtiges Filter 6 angebracht wird, welches Phasenkontrastfilter genannt wird. Das Filter 6 empfängt die von der Linse 2 gebeugte Strahlung und überträgt die zu den beiden Seiten der Achse Ό gelegenen Anteile dieser Strahlung mit gegenseitiger Phasenverschiebung. Die aus der Linse 3 aus

tretenden

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tretenden Strahlen bilden in der Ebene (x., y.) die gewünschte Amplitudenverteilung, welche sodann auf ein anderes optisches System mit doppelter Beugung übertragen wird, wie weiter unten gezeigt. Es ist zu bemerken, daß man auch eine Verteilung von Lichtamplituden gemäß der Form des Signals S. = f(t) erzeugen kann, indem man mit polarisiertem Licht arbeitet, das heißt indem man den Block 4 zwischen einem Polarisator und einem Analysator anordnet. In diesem Fall ist das optische Phasenkontxastsystem überflüssig.

Aus Figur 3 ist eine erste elektro-optische .Anordnung ersichtlich, welche die Durchführung des spektralen Multiplexierens eines elektrischen Signals S₁Ct) und eines weiteren elektrischen Signals S₂Ct) gestattet. Sie besteht aus einer monochromatischen Lichtquelle 7» deren Verdoppelung nicht dargestellte optische Einrichtungen in Form einer zweiten, mit der ersten synchronen Lichtquelle 8 ermöglichen. Die Lichtquellen 7 und 8 sind jeweils auf den optischen Achsen O₁ F₁ und O₂ Fp zentriert. Die ersten Linsen 9 und 10 sammeln die von den Lichtquellen 7 und 8 ausgehenden Lichtbündel jeweils bei F₁ bzw. F₂. Diese Lichtbündel werden jeweils nahe den Linsen 9 und 10 mittels akustischer Übertragungsleitungen 11 und 13 moduliert, welche jeweils Phasenkontrasteinrichtungen 15 und 16 zugeordnet sind. Die Leitungen 11 und 13 werden jeweils durch die elektrischen Signale S₁ und S₂ erregt, welche auf die elektromechanischen Wandler 12 und 14 gegeben werden. In den Punkten O₁ und O₂ sind jeweils Gegenstandsebenen

⁽V

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(x_Q, y_Q) dargestellt, in denen sich Verteilungen von Lichtamplituden ausbilden, welche aus Gittern von zu y parallelen Bändern bestehen. In jedem Zeltpunkt stimmt die Änderungsfunktion der Helligkeit dieser Bänder mit der zeltliehen Xnderungsfunktlon der Amplitude der Signale S. und S₂ überein. Die Verteilungen der Bänder pflanzen sich längs χ mit der Geschwindigkeit C der von den Wandlern 12 und 14 in den Leitungen 11 und P 13 erzeugten Verformungswellen fort. In den Funkten F₁ und Fp sind Jeweils Filterebenen (ji, 17 ) dargestellt, in welchen sich durch optische Beugung die Frequenzspektren der von den Gegenstandsebenen (x_o, yJ ausgehenden Lichtamplitudenverteilungen ausbilden. Diese Spektren bestehen aus feststehenden Streifen, welche Teilen der in den Leitungen 11 und 13 vorhandenen Signale S. und S₂ entsprechen.

Es ist zu bemerken, daß die aus den Ebenen (x. y ) hervorgehenden Verteilungen einer gleichförmigen Translationsbewegung unterworfen sind. Diese gleichförmige . Translation-bringt keinerlei Verschiebung der Spektren ' in den Ebenen (μ,Ό) mit sich, da sie nur die Phase der spektralen Streifen beeinflußt. Das spektrale HuI-tiplexieren wird durchgeführt, indem in den Ebenen (u,V) komplementäre optische Filter 17 und 18 angeordnet werden. Diese Filter 17 und 18 unterteilen die Frequenzspektren der Signale S₁ und Sp in spektrale Abschnitte, welche mittels des halbdurchlässigen Spiegels 19 optisch nebeneinandergesetzt werden. Zwischen dem Spiegel 19 und den Filtern 17 und 18 sind Linsen 20 und 21 angeordnet, welche im Funkt B die Bilder der

Funkte

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Punkte O₁ und O₃ erzeugen können. Infolge dieser Anordnung der Teile spielt die Ebene (Xj, jO die Rolle der Bildebene, deren Beleuchtung der Fourier-Transformation des mit Hilfe der Filter 17 und 18 und des Spiegels 19 erzeugten Verschachtelten Spektrums entspricht. Das leuchtende Bild, welches sich in der Ebene (x., y.) ausbildet, entspricht der spektralen Verschachtelung der in den Ebenen (χ , y_Q) vorhandenen Lichtsignale. Dieses Bild wandert parallel zur Achse x. und zur Zerlegung desselben ist eine mit einem Spalt 25 versehene Blende 22 vorgesehen. Eine Linse 23 empfängt das vom Spalt 25 durchgelassene Licht und leitet dasselbe auf einen photoelektrischen Wandler 2¹I, welcher das multiplexierte elektrische Signal abgibt. Die von den Filtern 17 und 18 und vom Spiegel 19 gebildete Anordnung ist eine optische Verschachtelungselnrlchtung, welche so ausgebildet werden kann, daß sie die Frequenzspektren von N zu multiplexierenden Signalen empfängt. Die Erzeugung dieser N Spektren erfordert N elektro-optische Modulatoren 11, 15, 13 und 16, welche ersten Beugungseinrichtungen 9 und 10 zugeordnet sind. Das aus der Verschachtelungseinrichtung austretende verschachtelte Spektrum wird durch zweite Beugungseinrichtungen 20 und 21 verarbeitet und durch eine elektro-optische Detektoranordnung 22, 23, 2k untersucht, so daß man schließlich das N Eingangssignalen S₁, S₂ ··· S„ entsprechende, multiplexierte elektrische Signal erhält.

In Figur M ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexieren des von der in Figur 3 dargestellten Anlage abgegebenen elektrischen Signals gezeigt.

Das

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Das zu demultiplexierende elektrische Signal wird auf einen elektro-optischen Modulator gegeben, welcher einen elektromechanischen Wandler 26, der mit einem durchsichtigen Block 27 gekoppelt ist, und' eine optischen Phasenkontrasteinrichtung 28 aufweist. Eine monochromatische Lichtquelle 30 sendet ein Lichtbündel aus, welches den elektro-optischen Wandler 27, 28 durchsetzt. Eine Linse 29, welche die Rolle der ersten Beugungseinrichtung spielt, sammelt das von der Lichtquelle 30 ausgehende Lichtbündel im Punkt P. Im Punkt 0 ist eine Gegenstandsebene (χ , y ) dargestellt, in welcher sich eine Verteilung von Lichtamplituden ausbildet, die dem elektrischen Signal S₁₊₂ entspricht. Im Punkt F erzeugt diese Verteilung ein Frequenzspektrum, welches sich in der Filterebene (|i,l? )erstreckt. Dieses Spektrum ist verschachtelt und man kann in diesem Spektrum die spektralen Bänder eines Signals S. isolieren, indem man in der Ebene (u,i7)ein mit geeigneten öffnungen versehenes Filter 31 anordnet. Die vom Filter 31 durchgelassene Strahlung wird von einer Linse 32 empfangen, welche die zweite Beugungseinrichtung darstellt. Die Linse 32 erzeugt im Punkt B das Bild des Punktes 0 und wandelt die Teile des aus dem Filter 31 austretenden Spektrums in ein Bild des Signals S₁ um, welches in die durch den Punkt B gehende Ebene (x., y.) projiziert wird. Eine mit einem Spalt Jik versehene Blende 33 zergliedert das in die Ebene (X₁, y.) projizierte Bild. Der Spalt 34 beleuchtet einen photoelektrischen Wandler 36 über eine Sammellinse 35, so daß diese das elektrische Signal S. abgibt.

Die

Die in den Vorrichtungen gemäß den Figuren 3 und 4 verwendeten optischen Filter 17> 18 und 31 besitzen durchsichtige und undurchsichtige Zonen, welche in Form von parallelen Spalten und Stäben ausgebildet sind. Wenn man das spektrale Multiplexieren von zwei Signalen durchführt, kann man eine konstante Breite der Spalte und Stäbe annehmen, was ermöglicht, daß die geraden oder ungeraden spektralen Bänder des Frequenzspektrums durch einfache Verschiebung ausgewählt werden können. Trotzdem bilden die Spalte und Stäbe Beugungsgitter, welche zur Erzeugung eines mittleren Bildes und sekundärer Bilder in der Bildebene (X₁, y_±) geeignet sind.

Um zu vermeiden, daß das Photodetektorelement mehrmals die Information liest, müssen die sekundären Bilder außerhalb des Feldes des mittleren Bildes erzeugt werden. Die Aufgabe dieser Bedingung auf ein Filtergitter mit gleichförmiger Teilung führt dazu, daß man eine Anzahl von Spalten gleich der größten Anzahl von Lichthalbperioden wählt, welche die längs der Achse χ verteilten optischen Signale enthalten können. Diese Anzahl von Spalten stellt eine obere Grenze bezüglich der Filtrierung dar, da dieser Vorgang nur durchführbar ist, wenn die Linien des Spektrums eine geringere Breite besitzen als die Stäbe des Filtergitters.

Um ein mittleres Bild zu erhalten, welches nicht durch die sekundären Beugungsbilder des Filtergitters gestört ist, und um eine wirksame Filtrierung zu erzielen,

wird

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wird erfindungsgemäß die Verwendung von Filtergittern vorgesehen, deren Teilung sich nach einer pseudoaleatorischen oder nach einer logarithmischen Punktion ändert. Ein.solches Gitter kann aus Stäben und Spalten bestehen, deren Breite proportional zu dem Abstand 1st, der sie von der Mitte des Gitters trennt.

Die in den Figuren 2 bis 4 schematisch dargestellten elektro-optischen Modulatoren sind zum Multiplexieren von Fernsehsignalen geeignet, da diese aus einer Folge von mit kurzer Periode übertragenen Videozeilen zusammengesetzt sind. Eine akustische Leitung von einigen zehn Zentimetern Länge ermöglicht es, während einer Zeit, die gleich ihrer Dauer ist, eine Zeile des Fernsehsignals darzustellen. Wenn man das Multiplexieren von Fernsehsignalen Zeile für Zeile vornimmt, kann man die bei bestimmten Bildern auftretende Moire*-Wirkung vermeiden, indem man am Eingang der Multiplexiervorrichtung und am Ausgang der DemuMplexiervorrichtung durch die Synchronisiersignale der Fernsehanlage gesteuerte Umschalter anordnet.

Die synchrone Umschaltung der Fernsehkariäle kann nach der übertragung jedes Fernseh-Halbbildes stefctfinden. Dadurch ist infolge der Verschachtelung der geraden und ungeraden Zeilen das Moire nicht mehr wahrnehmbar.

Es fällt ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß man das verschachtelte spektrale Multiplexieren mittels optischer Filter durchführt, welche reflektierende Beläge aufweisen.

Figur 5

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Figur 5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Multiplexieren, bei welcher ein optisches Reflexionsfilter verwendet wird. Diese Vorrichtung ist der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung ähnlich. Um die Zeichnung übersichtlich zu gestalten, sind die Lichtquelle und die Modulatoren nicht dargestellt, jedoch sind die Spuren O₁X und O₃X der Gegegenstandsebenen eingezeichnet, von denen die modulierten Lichtbündel ausgehen. Die Linsen 37 und 38 sind die ersten optischen Beugungssysteme. Die von den Ebenen χ ausgehenden Lichtbündel werden durch diese Linsen im Funkt F₁ in der Filterebene mit der Spur F₁ 11 gesammelt. Die Linse 37 liefert ein erstes Spektrum auf der linken Fläche der Ebene u und die dem halbreflektierenden Spiegel Ί0 zugeordnete Linse 38 liefert ein zweites Spektrum auf der rechten Fläche der gleichen Ebene fi. Die Spektren werden mittels eines Gitters ¹Jl filtriert und verschachtelt, wobei dieses Gitter in der Ebene u angeordnete reflektierende Stäbe aufweise. Der durchgehende Teil des ersten Spektrums und der reflektierte Teil des zweiten durchsetzen den Spiegel 40 und werden von der Linse 39 empfangen. Die Linse 39 erzeugt im Funkt B das Bild der Punkte O₁ und O₂, so daß die in der Ebene X₁ erhaltene Beleuchtung die Fourier-Transformation der verschachtelten Spektren i3t. Die Blende Ί2 besitzt einen Spalt 1*3, welcher mit einem Photodetektor 44 gekoppelt 1st.

Bei den in den folgenden Figuren gezeigten schematischen Darstellungen werden optische Verschachtelungseinrichtungen zum Nebeneinandersetzen von zwei Frequenzspektren

verwendet,

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verwendet. Aus Fi&ur 6 ist eine optische Verschachtelungseinrichtung zum Verschachteln der jeweils zu vier Signalen S₁, S„, S, und S gehörigen spektralen

Χ tL $ Jj

bonder ersichtlich. Die die Spektren dieser vier Sip;-nale proj!zierenden optischen Einrichtungen sind jeweils symbolisch durch die Rechtecke 45, 46, 47 und 48 dargestellt. Die das verschachtelte Spektrum empfangende optische Einrichtung ist durch das Rechteck 49 symbolisiert. Die Verschachtelung wird mittels zweier halbreflektierender Spiegel 50 und 51 durchgeführt. Die Filtrierung der spektralen Bänder wird mittels eines optischen Filters 52 bewirkt, dessen Spalte dreimal so schmal sind wie die Stäbe. Die Stäbe sind auf einem Drittel ihrer Breite reflektierend und auf den beiden übrigen Dritteln mit absorbierenden Schichten 53 überzogen. Die Lichtstrahlen verlaufen folgendermaßen: Die aus der Einrichtung 45 (Signal S.) austretenden Strahlen werden durch das Filter 52 durchgelassen und sodann nacheinander an den Spiegeln 50 und 51 reflektiert. Die aus der Einrichtung 46 (Signal Sp) austretenden Strahlen werden durch das Filter 52 sowie durch den Spiegel 51 durchgelassen. Die aus der Einrichtung 47 (Signal S,) austretenden Strahlen durchsetzen den Spiegel 50 und werden sodann nacheinander am Filter 52 und an den Spiegeln 50 und 51 reflektiert. Die aus der Einrichtung 48 (Signal S^) austretenden Strahlen werden nacheinander vom Spiegel 51 und vom Filter 52 reflektiert und sodann vom Spiegel 51 durchgelassen.

Die Modulation eines Lichtbündels mittels Leitungen,, welche das modulierende Signal in Form einer Verfor-

mungswelle

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mungswelle leiten, ist undurchführbar, wenn die Dauer der oipnalabschnitte, mit welchen man arbeitet, groß ist, üa dann der Platzbedarf der Leitung unzulässig groß wird.

In der Telefonie ergibt üich das Problem, einen optischen Modulator herzustellen, v/elcher Abschnitte eines elektrischen Signals mit einer Dauer von mehreren Millisekunden umsetzen kann. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine auf der Verwendung von photochromatischen Stoffen beruhende Anlage ai verwenden« Es sind photochromatische Stoffe belmnt, wie die Salicylderivate von Salicylidenanilin (derives salicyliques de l'aniline salieylidenique), welche bei Einlagerung In einen durchsichtigen Träger diesem Träger die Eigenschaft erteilen, daß er unter der Einwirkung einer ultravioletten Strahlung mehr oder weniger undurchsichtig wird und unter der Wirkung einer infraroten Strahlung seine ursprüngliche Durchsichtigkeit wieder annimmt.

Aus Figur 7 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, welche das spektrale Multiplexieren von zwei elektrischen Signalen S. und Sp gestattet, die in Abschnitte von 10 Millisekunden zerlegt sind. Die Vorrichtung besteht aus einem photochromatischen Band 54 in Schleifenform, welches um Rollen 55 läuft. Diese Schleife wird einer Ablaufbewegung mit konstanter Geschwindigkeit mittels eines Antriebsmechanismus 56 unterworfen.

Die Schleife 54 wird durch ein flaches Bündel von ultraviolettem Licht beleuchtet, welches aus einem an sich

bekannten

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bekannten elektro-optischen Modulator 58 austritt, der ein von einer Lichtquelle 57 erzeugtes ultraviolettes Lichtbündel mit dem elektrischen Signal S. moduliert. Nach dein Modulator 58 weist die Schleife eine veränderliche Durchlässigkeit auf, welche zur optischen Modulation des von einer monochronatischen Lichtquelle 59 ausgesandten Lichtbündels dient, iiach Durchgang durch das Gesichtsfeld der Linse 60 wird die Schleife einer infraroten Strahlung einer Löschungsquelle 6l ausgesetzt. Eine zweite Kodulatoranlage ist zur Einführung des Signals S„ vorgesehen. Sie weist eine ultraviolette Lichtquelle 62, einen elektro-optischen Modulator 63, eine monochromatische Lichtquelle 64, die durch Abzweigung eines Teils der Strahlung der Lichtquelle 59 erhalten wird, eine Linse 65 und eine infrarote Löschungsquelle 66 auf. Die in Figur 7 dargestellte Anlage v/eist außerüer, erste stigmatische Systeme 60 und 65, eine der in Figur 5 dargestellten gleiche, aus dem Filter 67 bestehende spektrale Verschachtelungseinrichtung und den halbdurchlässigen Spiegel 68 auf. Die zweite Beugung des von den Elementen 67 und 68 gelieferten, verschachtelten Spektrums wird durch die Linse 69 durchgeführt. Eine mit einem Spalt 71 versehene Blende 70 zerlegt die von der Linse 69 ausgesandte Strahlung und ein Wandler 72 wandelt die vom Spalt 71 empfangene Lichtenergie in das multiplexierte elektrische Signal S^₊₂ um. Die in Figur 7 gezeigte Vorrichtung arbeitet in analoger Weise wie die in Figur 5 gezeigte Vorrichtung, was das eigentliche HuItiplexieren anbelangt. Das Ersetzen der in den obigen Vorrichtungen verwendeten übertragungs leitungen 11 uc^n

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13 durch ein kontinuierlich ablaufendes Band 5*1 ändert nicht die Art der Verteilungen der Lichtamplituden, die in den Gegenstandsebenen χ erzeugt werden. In Figur 7 werden die Gegenstandsebenen durch die Oberfläche des Bandes 5** in der Umgebung der Punkte O. und Op gebildet, die Filterebene ti fällt mit der Ebene des Filters 67 zusammen und die Bildebene x* fällt mit der Ebene der Blende 70 zusammen.

Aus Figur 8 ist eine Vorrichtung zum Demultiplexieren ersichtlich, bei welcher eine photochromatische Schleife verwendet wird. Sie weJs> eine Schleife 73 aus photochromatischem Material auf, welche über Rollen 7¹J gespannt 1st und mittels eines Antriebsmechanismus 75 mit konstanter Geschwindigkeit verschoben wird. Ein flaches ultraviolettes Lichtbündel beschreibt das Band, wobei das Lichtbündel von einer Lichtquelle 76 ausgesandt und durch das auf den elektro-optischen Modulator 77 gegebene elektrische Signal S₁₄₂ moduliert wird. Der beschriebene Bereich des Bandes 73 durchwandert das von einer monochromatischen Lichtquelle 78 kommende Lichtbündel. Das Bündel wird im Punkt F in einer Filterebene gesammelt, welche aus Spalten und reflektierenden Stäben besteht. Nach Durchgang durch das von der Linse 79 fokuss_ierte Bündel wird das Band 73 einer von einer Luschungseinrlchtung 80 erzeugten Infrarotstrahlung unterworfen. In der Ebene des Filters 83 erzeugt die Linse 79 das verschachtelte Spektrum der zwei Signale S. und Sp. Der durchgelassene Teil dieses Spektrums wird von einer Linse 8Ί empfangen, welche so angeordnet ist, daß sie im Punkt B₁ das Bild des Mittelpunkts

der

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der das multiplexierte Signal S₁₊₂ kennzeichnenden Verteilung von Lichtamplituden erzeugt. Der reflektierte Teil dieses Spektrums wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 81 nochmals reflektiert und von einer Linse 82 empfangen, welche im Punkt B₂ des Bild des Mittelpunkts 0 erzeugt. Jeweils mit Spalten 86 bzw. 87 versehene Blenden 85 bzw. 88 empfangen in den Punkten B. bzw. B„ die aus den Linsen 82 bzw. 84 austretenden Strahlen. Diese Strahlen werden von den photo-eläfcrischen Wandlern 89 bzw. 90 aufgenommen, welche Jeweils die elektrischen Signale S₂ bzw. S. abgeben. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann man statt der Linsen irgendeine andere optische Anordnung verwenden, welche eine Fourier-Transformation ermöglicht.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

l.y Elektro-optische Vorrichtung zum spektralen Multiplexieren, Vielehe ein multiplexiertes Signal abgeben kann, dessen Frequenzspektrum verschachtelte spektrale Abschnitte enthält, welche jeweils zu den Prequenzspektren von IJ elektrischen Signalen gehören, wobei i! eine ganze Zahl und wenigstens gleich Zwei ist, gekennzeichnet durch eine monochromatische Lichtquelle, Vielehe w verschiedene Lichtbündel aussendet, il elektrooptische MoGulatoren, welche so angeordnet sind, daß sie jeweils Jie i, Lichtbündel modulieren, wobei diese i-u'-uulat^ren jeweils Steuereingänge aufweisen, auf welche aie 1< elektrischen Signale gegeben werden, Ii erste Beugun^ssysteriie, welche jeweils im Weg der Ii Lichtbündel anreoranet sind, eine optische Verschachtelungseinrichturip;, welcne so angeordnet ist, daß sie die durch aie χ'» ersten üeugungssysteme gebeugte !,ichtenejgLe et:;pfangen, wobei aie Verschachtelungseinrichtung ein verschachteltes Lichtbündel abgibt, welches die jeweils von den IJ ersten L'eugungssystemen gebeugten verschachtelten Lichtbündel enthält, ein zweites Beugungssystem, welches so angeordnet ist, daß es das verschachtelte bündel empfängt, und eine photoelektrische Einrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie die aus dem zweiten beugungssystem hervergehende gebeugte Liehtenergie empfängt.

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Elektro-optische Vorrichtung zum spektralen Demultiplexieren, welche zum Demultiplexieren eines von der Vorrichtung nach Anspruch 1 abgegebenen Signals geeignet ist j gekennzeichnet durch eine monochromatische Lichtquelle, welche ein Lichtbündel aussendet, einen elektro-optischen Modulator, welcher so angeordnet ist, daß er das Lichtbündel moduliert, wobei dieser Modulator einen Steuereingang zur Aufnahme des multiplexierten Signals aufweist, das sich aus dem verschachtelten spektralen Multiplexieren der N elektrischen Signale ergibt, ein erstes Beugungssystem, welches im Weg des Lichtbündels angeordnet ist, eine optische Trenneinrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie die von dem Beugungssystem gebeugte Lichtenergie empfängt, wobei die Trenneinrichtung ein gefiltertes Bündel abgibt, welches ausgewählte Teile der aus dem ersten Beugungssystem austretenden Lichtenergie enthält, ein zweites Beugungssystem, welches so angeordnet ist, daß es das filtrierte Lichtbündel empfängt, und eine photoelektrische Einrichtung, welche so angeordnet ist, daß sie die aus dem zweiten Beugungssystem austretenden Lichtstrahlen empfängt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der N elektro-optischen Modulatoren eine durchsichtige dünne Platte, einen mit der Platte gekoppelten elektromechanischen Wandler zur Erregung einer Verformungswelle in demselben, welche einem der genannten elektrischen Signale entspricht, und eine optische Phasenkontrasteinrichtung aufweist, welche zur Umwandlung der Änderungen des Brechungsindex, die

von

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von der Welle erzeugt werden, in entsprechende Änderungen der aus dem Modulator hervorgehenden Lichtamplitude verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der N elektro-optischen Modulatoren ein einen photochromatischen Stoff tragendes, durchsichtiges
Band, eine Einrichtung zum Antreiben dieses Bandes mit einer konstanten Geschwindigkeit, eine Schreiblichtquelle zur Änderung des Absorptionsvermögens des photochromatischen Stoffes, eine Löschungsquelle, welche so angeordnet ist, daß sie den Stoff farblos macht,
und eine elektro-optische Modulationszelle zum Modulieren eines aus der Schreiblichtquelle austretenden und auf das Band einfallenden Lichtbündels aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreiblichtquelle eine ultraviolette Strahlungsquelle ist und daß die Löschungsquelle eine infrarote Strahlungsquelle ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die N ersten Beugungssysteme Sammellinsen sind, welche so angeordnet sind, daß sie die N Lichtbündel fokussieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Beugungssystem eine Linse zur Erzeugung eines Bildes der Austrittsfläche der Modulatoren auf der Eintrittsfläche der photoelektrischen Einrichtung aufweist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Einrichtung eine mit einem Spalt versehene Blende und einen hinter' dem Spalt angeordneten photoelektrischen V/andler aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verschachtelungseinrichtung einen
halbdurchlässigen Spiegel und zwei optische Filter
mit einer Mehrzahl von parallelen Spalten aufweist,

) wobei die Filter bezüglich des Spiegels derart ange

ordnet sind,- daß das Bild der Spalte eines der Filter mit den Spalten des anderen Filters verschachtelt wird

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalten eine konstante Breite und gleiche Abstände besitzen.

11. Vorrichtung nach Anspruch $, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalten verschiedene Breiten besitzen und gemäß einer pseudoaleatorichen Funktion verteilt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, " daß die Spalten verschiedene Breite besitzen und daß

der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spalten proportional zum Abstand dieser Spalte vom mittleren Spalt der Anordnung ist.

13· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verschachtelungseinrichtung ein Filter mit einer Mehrzahl von parallelen Spalten, welche zwischen reflektierenden Stäben angeordnet sind, und

einen

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einen halbdurchlässigen Spiegel aufweist, welcher schräg zu den Stäben angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Stäbe teilweise mit einer nicht reflektierenden Schicht überzogen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-optische Modulator eine durchsichtige, dünne Platte, einen mit der Platte gekoppelten elektromechanischen Wandler zur Erregung einer Verformungswelle in demselben, welche von dem multiplexierten Signal abhängt, und eine optische Phasenkontrasteinrichtung aufweist, welche mit der Platte zur Umwandlung der von der V/eile hervorgerufenen Änderungen des Brechungsindex in entsprechende Änderungen der aus dem Modulator hervorgehenden Lichtamplituden verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-optische Modulator ein durchsichtiges Band, welches einen photochaomatischen Stoff trägt, eine Einrichtung zum Antreiben des Bandes mit einer konstanten Verschiebungsgeschwindigkeit, eine Schreiblichtquelle zur Änderung des optischen Absorptionskoeffizienten des photochromatischen Stoffes, eine Löschungslichtquelle zum Ausbleichen des Stoffes und eine elektrooptische Modulationszelle zum Modulieren eines aus der Schreiblichtquelle austretenden und auf das Band einfallenden Lichtbündels aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß

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daß die Schreiblichtquelle eine ultraviolette Lichtquelle ist und daß die Löschungslichtquelle eine infrarote Strahlungsquelle ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beugungssystem eine Sammellinse zum Fokussieren des Lichtbündels ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ™ daß das zweite Beugungssystem eine Linse zum Erzeugen eines Bildes der Austrittsfläche des Modulators auf. der Eintrittsfläche der photoelektrischen Einrichtung aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Einrichtung eine mit einem Spalt versehene Blende und einen hinter dem Spalt angeordneten photoelektrischen Wandler aufweist.

21. Vorrichtung nach-Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Trenneinrichtung wenigstens ein FiI-

t ter mit einer Mehrzahl von parallelen Spalten aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Trenneinrichtung einen halbdurchlässigen Spiegel aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte eine konstante Breite und gleiche Abstände aufweisen.

24. Vorrichtung nach Anspcurh 21, dadurch gekennzeichnet,

daß 009828/iiufi

daß die Spalte verschiedene Breite besitzen und ihr gegenseitiger Abstand einer pseudoaleatorischen Punktion folgt.

25· Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte verschiedene Breite besitzen und der Abstand von zwei aufeinanderfolgenden Spalten porportional zu dem diese Spalte von dem mittleren Spalt der Anordnung trennenden Abstand ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine Kehrzahl von mit den Spalten verschachtelten, reflektierenden Stäben aufweist.

27· Anlage zum Aussenden und Empfangen von spektral verschachtelten, elektrischen Signalen, gekennzeichnet durch eine elektro-optische Multiplexiereinrichtung zum Empfangen der elektrischen Signale und zum Erzeugen eines multiplexierten Signals mit einem verschachtelten Spektrum und durch eine elektro-optische Demultiplexiereinrichtung zum Empfangen des multiplexierten Signals und zur Wiederherstellung wenigstens eines der elektrischen Signale.

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L e e r s e i t e