DE1962941B2

DE1962941B2 - Uebertragungssystem zur gleichzeitigen uebertragung von mehreren elektrischen signalen ueber einen uebertragungskanal

Info

Publication number: DE1962941B2
Application number: DE19691962941
Authority: DE
Inventors: Georges Lowenthal Serge Paris Broussaud
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1969-12-16
Publication date: 1977-08-11
Also published as: NL6918960A; US3703640A; JPS4826641B1; FR1603792A; DE1962941A1; GB1299088A; DE1962941C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Übertragungssysteme dieser Art arbeiten mit einer doppelten Fourier-Transformation, die es ermöglicht, die Multiplexierung nicht in der Zeitebene, sondern in der Frequenzebene vorzunehmen. Bei einem den Gegenstand des älteren Patents 17 62 789 bildenden Übertragungssystem dieser Art, bei dem die doppelte Fourier-Transformation bereits auf optischem Wege mit Hilfe eines Doppelbeugungssystems durchgeführt wird, sind die zu übertragenden elektrischen Signale mit Hilfe von Trägerfrequenzen in verschiedene Frequenzbereiche gebracht, so daß sie in der Frequenzebene nebeneinander liegen. Das multiplexierte Signal nimmt somit nach der zweiten Fourier-Transformation in der Zeitebene ein Frequenzband ein, das gleich der Summe der Modulationsseitenbänder aller zu übertragenden Signale ist. Der für die Übertragung verwendete Übertragungskanal muß daher eine Bandbreite haben, die gleich der Summe der für die Übertragung der einzelnen Signale erforderlichen Bandbreiten ist. Dies entspricht den üblichen Bedingungen dei Frequenzmultiplexverfahren, die insbesondere bei Trägerfrequenzsystemen angewendet werden.

Bei einem aus der US-PS 32 64 611 bekannten Frequenzmultiplexsystem zur Übertragung von binären Daten werden sendeseitig die Zeitfi'nktionen der räumlich getrennten Datensignalkanäle auf optischem Wege Trägern unterschiedlicher Frequenz aufmoduliert und anschließend die räumlich getrennten modulierten Träger räumlich zum Summensignal zusammengefaßt. Auf der Empfangsseite werden die modulierten Träger auf optischem Wege wieder räumlich voneinander getrennt und auf diese Weise die einzelnen Datensignalkanäle zurückgewonnen. Dies entspricht der üblichen Verfahrensweise bei Frequenzmultiplexsystemen mit dem Unterschied, daß die Modulation und Demodulation sowie die Zusammenfassung und Filterung nicht elektrisch, sondern optisch erfolgt. Alle Vorgänge laufen in der Zeitebene ab; von dem Prinzip der doppelten Fourier-Transformation, insbesondere durch optische Doppelbeugungssysteme, wird kein Gebrauch gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines mit Spektralmultiplexierung arbeitenden Übertragungssystems der eingangs erörterten Art, das die Übertragung mehrerer Signale über einen Übertragungskanal ermöglicht, der ursprünglich nur für

die Übertragung eines einzigen dieser Signale ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
Das beim erfindungsgemäßen Übertragungssystem

ίο angewendete Prinzip der spektralen Verschachtelung nutzt die Redundanz elektrischer Signale aus, die es erlaubt, von jedem Signal nur ausgewählte spektrale Abschnitte zu übertragen, ohne daß die Information verlorengeht. Es bestehen daher Lücken in dem

is übertragenen Frequenzspektrum, die mit geeignet gewählten spektralen Abschnitten anderer Signale gefüllt werden können, bis schließlich das ganze verfügbare Frequenzband vollständig belegt ist. Das schließlich übertragene multiplexierte Signal besteht somit aus verschachtelten Spektralabschnitten verschiedener Signale. Empfangsseitig wird das übertragene Signal wieder in die einzelnen Spektralabschnitte zerlegt, und die zu den einzelnen Signalen gehörenden Spektralabschnitte werden aussortiert und zusammengefügt Es ist dadurch möglich, über einen Übertragungskanal gleichzeitig mehrere elektrische Signale zu übertragen, von denen jedes eine Bandbreite hat, die der Bandbreite des Übertragungskanals entspricht. Zwar sind die empfangenen Signale nicht mehr identisch mit den gesendeten Signalen, doch wird bei ausreichender Redundanz (wie sie beispielsweise bei Fernsprechsignalen besteht) die in den Signalen enthaltene Information gut übermittelt, weil von jedem Signal hohe, mittlere und niedrige Frequenzen übertragen werden. Dadurch kann die Übertragungskapazität vorhandener Kanäle verdoppelt oder vervielfacht werden.

Während dieses Prinzip auf elektrischem Wege wegen des erforderlichen Filteraufwands praktisch nicht realisierbar wäre, ergibt die Erfindung eine Lösung mit sehr geringem Aufwand, weil die Ausblendung und Verschachtelung bzw. Trennung der Spektrallabschnitte optisch in der Frequenzebene erfolgt, die bei doppelter Fourier-Transformation mittels optischer Doppelbeugungssysteme als Zwischenebene erhalten wird. Die hierfür erforderlichen optischen Anordnungen lassen sich aus an sich bekannten und jederzeit erhältlichen Bestandteilen (Linsen, elektrooptischen Modulatoren, Blenden usw.) verhältnismäßig einfach aufbauen, und sie ermöglichen die spektrale Zerlegung und die Verschachtelung der dadurch erhaltenen spektralen Abschnitte mit sehr großer Präzision.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 Diagramme von Signalspektren zur Erläuterung der Erfindung,

Fig.2 das Prinzipschema eines bei der Erfindung verwendeten Doppelbeugungssystems,
F i g. 3 eine schematische räumliche Darstellung einer ersten Ausführungsform der Spektralmulitiplexieranordnung nach der Erfindung,

F i g. 4 eine schematische räumliche Darstellung einer ersten Ausführungsform der Spektraldemultiplexieranordnung nach der Erfindung,

Fig.5 eine zweite Ausführungsform der Spektralmultiplexieranordnung nach der Erfindung,

F i g. 6 eine optische Verschachtelungsanordnung für das spektrale Multiplexieren von vier Signalen,

F i g. 7 eine dritte Ausführungsform der Spektralmultiplexieranordnung nach der Erfindung und

F i g. 8 eine dritte Ausführungsform der Spektraldemultiplexieranordnung nach der Erfindung.

Aus Fig. 1 ist bei (a) das Frequenzspektrum I=[(F) eines elektrischen Signals Si ersichtlich. Dieses Spektrum überdeckt ein Frequenzband UF, welches in mehrere nebeneinanderliegende Abschnitte unterteilt ist. Fig. l(b) zeigt das Frequenzspektrum l=f(F) eines zweiten elektrischen Signals S₂. Es ist ebenfalls in Abschnitte unterteilt In F i g. l(c) ist das FrequenzspektrutiY I=HF) eines elektrischen Signals 53 dargestellt, welches durch Verschachtelung der schraffierten Abschnitte der Fig. l(a) und l(b) zusammengesetzt ist. Das Signal 53 überdeckt das gleiche Frequenzband AF wie die Signale Si und 52, aus welchen es entstanden ist. Wenn man aus dem Signal 53 die auf das Signal S₂ bezügliche Information herausziehen will, genügt es, in seinem Spektrum die geradzahligen Abschnitte auszuwählen, welche zum Aufbau desselben gedient haben. Dies ist in F i g. l(d) geschehen, wo das Spektrum I=f(F) des Signals 5z, vermindert um seine ungeradzahligen Abschnitte, dargestellt ist.

Wie in F i g. 1 gezeigt, erfordert das spektrale Multiplexieren von zwei Signalen S\ und 52 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 Demultiplexierens erfordert ebenfalls eine genaue Unterteilung des zusammengesetzten Spektrums des Signals S₃, da man die zu Si und S2 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 Prionzip dieses Verfahrens ist in F i g. 2 dargestellt, welche eine monochromatische Lichtquelle 1 zeigt, die auf einer optischen Achse Z angeordnet ist. In den Punkten O, Fund B sind jeweils Ebenen (χ,* y„), (μ, ν) und (χι, yj dargestellt. Eine erste, nahe Gegenstandsebene (xo, yo) angeordnete Linse 2 erzeugt im Punkt F das Bild der Lichtquelle 1. Eine zweite, nahe der Filterebene (μ, ^angeordnete Linse 3 erzeugt im Punkt B das Bild des Punktes O. Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung 1st ein optisches Doppelbeugungssystem, welches die folgenden Eigenschaften besitzt:

1) Eine Verteilung von Lichtamplituden, welche In der Ebene xo, J* durch die komplexe Funktion 0 fa yo) darstellbar ist, erzeugt in der Ebene (μ, ν) eine Verteilung von Lichtamplituden, welche durch die folgende Beziehung wiedergegeben wird:

00», ν) =

-JiIIX +

Die Verteilung 0 (μ, ν) stellt daher das Frequenzspektrum eines optischen Signals 0 (xo, yo) dar.

2) Da die Verteilung von Lichtamplituden / (χι, yi), welche in der Ebene Xk yi erhalten wird, durch eine Beziehung der gleichen Art mit der in der Ebene (μ, ν) erhaltenen Verteilung zusammenhängt, sieht man, daß der übertragene Teil des Spektrums des Signals 0 (xo, yo) in der Ebene (xj, y,) ein Signal / (xi, yi) entstehen läßt,

S welches das filtrierte Signal 0 ist.

Man kann daher das in F i g. 2 dargestellte optische Doppelbeugungssystem zur Unterteilung des Frequenzspektrums eines beliebigen elektrischen Signals in Abschnitte verwenden. Zu diesem Zweck muß das elektrische Signal Si = f(t) in ein optisches Modulationssignal umgewandelt werden, welches das von der Lichtquelle 1 ausgesandte Lichtbündel in der Ebene Xo. yo modulieren kann. Diese Umwandlung erfordert einen Wechsel der Veränderlichen, da das Signal Si = f(t) die

Form Si = f(xo) annehmen muß.

In F i g. 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 Wandler 5 versehen ist, der zur Erregung einer Verformungswelle geeignet ist, welche sich in Richtung x₀ mit der konstanten Geschwindigkeit C fortpflanzt. Das Signal S\ = f(t) erregt den Wandler 5, welcher in dem Block 4 eine durch die Funktion Si = f(x₀ -Ct) dargestellte Welle erzeugt. Der Brechungsindex des Blocks 4 wird durch diese Welle moduliert und man kann diese räumlichzeitliche Änderung des Brechungsindex zur Modulation 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 Umwandlung kann mittels des Doppelbeugungssystems von Fig.2 durchgeführt werden, indem in ihrer Ebene (x₀, yo) der Modulationsblock 4,5 angeordnet und in ihrer Ebene (μ, ν) ein durchsichtiges Filter 6 angebracht wird, welches Pliasenkontrastfilter genannt wird. Das Filter 6 empfängt die von der Linse 2 gebeugte Strahlung und überträgt die zu den beiden Seiten der Achse ν gelegenen Anteile dieser Strahlung mit gegenseitiger Phasenverschiebung. Die aus der Linse 3 austretenden Strahlen bilden in der Ebene (x» yj die gewünschte Amplitudenverteilung, welche sodann zu einem anderen optischen Doppelbeugungssystem übertragen wird, wie weiter unten gezeigt. Es ist zu bemerken, daß man eine Verteilung von Lichtnmplituden gemäß der Form des Signals Si - f(t) auch dadurch erhalten kann, daß man mit polarisiertem Licht arbeitet, das heißt, daß man den Block 4 zwischen einem Polarisator und einem Analysator anordnet. In diesem Fall ist das optische Phasenkontrastsystem überflüssig.

Aus F i g. 3 ist eine erste elektro-optische Anordnung ersichtlich, welche die Durchführung des spektralen Multiplexings eines elektrischen Signals S^und eines

weiteren elektrischen Signals Saft) gestattet. Sie bestehl aus einer monochromatischen Lichtquelle 7, die mil Hilfe von nicht dargestellten optischen Einrichtunger zur Bildung einer zweiten, mit der ersten synchroner Lichtquelle 8 verdoppelt werden kann. Die Lichtqueller

7 und 8 liegen jeweils zentrisch scu einer optischen Achse 0i Fi bzw. ChFi. Die ersten Linsen 9 und 10 sammeln die von den Lichtquellen 7 und 8 ausgehenden Lichtbünde

·— jeweils bei Fi hw.l·'* Diese Lichtbündel werden jewelli nahe den Linsen 9 und 10 mittels akustlschei

Übertragungsleitungen H und 13 moduliert, welche jeweils einer Phasenkontrasteilnrlchtung 13 bzw. U zugeordnet sind. Die Leitungen 11 und 13 werden durch ein elektrisches Signal S\ bzw. S₂ erregt, das auf einer

elektromechanischen Wandler 12 bzw. 14 gegeben wird. In den Punkten Oi und O2 sind jeweils Gegenstandsebenen (xo, y₀) dargestellt, in denen sich Verteilungen von Lichtamplituden ausbilden, welche aus Gittern von zur Achse yo parallelen Streifen bestehen. In jedem Zeitpunkt stimmt die Änderungsfunktion der Helligkeit dieser Streifen mit der zeitlichen Änderungsfunktion der Amplitude der Signale Si und S2 überein. Die Streifenmuster pflanzen sich längs der Achse xo mit der Geschwindigkeit Cder von den Wandlern 12 und 14 in den Leitungen 11 und 13 erzeugten Verformungswellen fort. In den Punkten Fi und F₂ sind jeweils Filterebenen (μ, ν) dargestellt, in welchen sich durch optische Beugung die Frequenzspektren der von den Gegenstandsebenen (xo, yo) ausgehenden Lichtamplitudenverteilungcn ausbilden. Diese Spektren bestehen aus feststehenden Linien, welche Teilen der in den Leitungen 11 und 13 vorhandenen Signale S\ und S? entsprechen.

Es ist zu bemerken, daß die aus den Ebenen (χ_Λ y„) hervorgehenden Verteilungen einer gleichförmigen Translationsbewegung unterworfen sind. Diese gleichförmige Translation bringt keinerlei Verschiebung der Spektren in den Ebenen (μ, ν) mit sich, da sie nur die Phase der Spektrallinien beeinflußt. Das spektrale Multiplexieren erfolgt dadurch, daß in den Ebenen (μ, ν) zueinander komplementäre optische Filter 17 und 18 angeordnet werden. Diese Filter 17 und 18 unterteilen die Frequenzspektren der Signale Si und S2 in spektrale Abschnitte, welche mittels des halbdurchlässigen Spiegels 19 optisch nebcneinandergesetzl werden. Zwischen dem Spiegel 19 und den Filtern 17 und 18 sind Linsen 20 und 21 angeordnet, welche im Punkt B die Bilder der Punkte O\ und O₂ erzeugen können. Infolge dieser Anordnung der Teile spielt die Ebene (χι, y,) 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„ yi) ausbildet, entspricht der spektralen Vorschachtelung der in den Ebenen (x,* y„) vorhandenen Lichtsignalc. Dieses Bild wandert parallel zur Achse A^-, und zur Zerlegung desselben ist eine mit einem Spalt 25 versehene Blende 22 vorgesehen. Eine Linse 23 empfllngt das vom Spalt 25 durchgelussene Licht und leitet dasselbe auf einen photoelcktrischen Wandler 24, welcher das mulliplcxicrte elektrische Signal abgibt. Die von ilen Filtern 17 und 18 und vom Spiegel 19 gebildete Anordnung ist eine optische Versehnehlcliingsoinrich· lung, welche so ausgebildet wurden kuim, «.lall sie die Frcquenzspektren von N zu multiplcxicrendcn Signalen empfllngt. DIo Erzeugung dieser N Spektren erfordert N elektro-optische Modululoren nach Art der Modulatorcn 11, 15 bzw. 13. 16, denen jeweils eine erste UcugungseinrichUing 9 bzw. IO zugeordnet ist. Das ims der Versehüchtelungseinrichtung austretende verschachtelte Spektrum wird durch zweite Beugungscinrichtungen 20, 21 verarbeitet und eine durch eine olokliOoptlschc Dctcktoranordnung 22, 23, 24 untersucht, so daß man schließlich das N Eingangssignal Si, Si ,,. Sn entsprechende, multlplexlertc elektrische -Stgnul urMlt.

In F i g, 4 Ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultlplcxlcren des von der In F I g. 3 dargestellten Anlage abgegebenen elektrischen Signals gezeigt,

Dtts zu demultlplexlcrende elektrische Signal wird auf einen elektrooptischen Modulator gegeben, welcher einen elektromechanischen Wandler 26, der tnii einem

durchsichtigen Block 27 gekoppelt ist, und eine optische Phasenkontrasteinrichtung 28 aufweist. Eine monochromatische Lichtquelle 30 sendet ein Lichtbündel aus, welches den elektrooptischen Wandler 27, 28 durchsetzt. Eine Linse 29, welche die Rolle der ersten Beugungseinrichtung spielt, sammelt das von der Lichtquelle 30 ausgehende Lichtbündel im Punkt F. Im Punkt O ist eine Gegenstandsebene (X₀, y_o) dargestellt, in welcher sich eine Verteilung von Lichtamplituden ausbildet, die dem elektrischen Signal Si+2 entspricht. Im Punkt Ferzeugt diese Verteilung ein Frequenzspektrum, welches sich in der Filterebene (μ, ν) erstreckt. Dieses Spektrum ist verschachtelt, und man kann in diesem Spektrum die spektralen Bänder eines Signals Si isolieren, indem man in der Ebene (μ, ν) ein mit geeigneten öffnungen versehenes Filter 31 anordnet. Die vom Filter 31 durchgelassene Strahlung w^:rd von einer Linse 32 empfangen, welche die zweite Beugungseinrichtung darstellt. Die Linse 32 erzeugt im Punkt B das Bild des Punktes O und wandelt die Teile des aus dem Filter 31 austretenden Spektrums in ein Bild des Signals Si um, welches in die durch den Punkt B gehende Ebene (χ» y,) projiziert wird. Eine mit einem Spalt 34 versehene Blende 33 zergliedert das in die Ebene fx„ yj projizierte Bild. Der Spalt 34 beleuchtet einen photoelektrischen Wandler 36 über eine Sammellinse 35, so daß diese das elektrische Signal Si abgibt.

Die in den Vorrichtungen gemäß den Fig.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 geradzahligen oder ungcradzahligcn 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 (χι, .^geeignet sind.

Um zu vermeiden, daß das Pholodetektorclenieni mehrmals die Information liest, müssen die sekundärer Bilder außerhalb des Feldes des mittleren Bildes erzeugt werden. Wenn diese Bedingung bei einem Filtergitiei mit gleichförmiger Teilung gestellt wird, ist ο erforderlich, eine Anzahl von Spalten zu wühlen, die gleich der größten Anzahl von Lichthalbperioden ist welche die längs der Achse x„ verteilten optischci Signale enthalten können. Diese Anzahl von Spaltet stellt eine obere Grenze bezüglich der nitrierung dm da dieser Vorgang nur durchführbar ist, wenn die Liniei des Spektrums eine geringere Breite besitzen uls dii Stäbe des Filtergitters.

Um ein mittleres Bild zu erhalten, welches nicht cliircl die sekundären Beugungsblldor des Fllterglttcrs gcstör ist, und um eine wirksame Filtrierung zu crzlcler werden Filtcrglttcr verwendet, deren Teilung sich nucl einer quusl-zufulllgcn oder nach einer lognrithmlschci Funktion lindert. Ein solches Gitter kann uus Stttben um Spulten bestehen, deren Breite proportional ihren Abstand von der Mitte des Gitters ist, ... Die In den J; l.g, 2. ,.bis 4 scjhppiölisch...tkiiyiGMtciltjDi elcktro-optlschen Modulutoren sind zum Militiplcxicre von Fernsehsignalcn geeignet, du diese uus einer Folg von mit kurzer Periode übertragenen Vldco/cile zusammengesetzt sind. lilne akustische Leitung vo einigen zehn Zentimetern Lunge ermöglicht es, ein /eile des Fernsehsignal wllhrend einer Zeit durzuste

ίο

len, die gleich der Zeilendauer ist. Wenn man das Multiplexieren von Fernsehsignalen Zeile für Zeile vornimmt, kann man die bei bestimmten Bildern auftretende Moire-Wirkung dadurch vermeiden, daß man am Eingang der Multiplexiervorrichtung und am Ausgang der Demultiplexiervorrichtung durch die Synchronisiersignale der Fernsehanlage gesteuerte Umschalter anordnet.

Die synchrone Umschaltung der Fernsehkanäle kann nach der Übertragung jedes Fernseh-Halbbildes stattfinden. Dadurch ist infolge der Verschachtelung der geradzahligen und der ungeradzahligen Zeilen das Moire nicht mehr wahrnehmbar.

Das verschachtelte spektrale Multiplexieren kann auch mittels optischer Filter, welche reflektierende Beläge aufweisen, durchgeführt werden.

Fig.5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Multiplexieren, bei welcher ein optisches Reflexionsfilter verwendet wird. Diese Vorrichtung ist der in F i g. 3 gezeigten Vorrichtung ähnlich. Um die Zeichnung übersichtlich zu gestalten, sind die Lichtquelle und die Modulatoren nicht dargestellt, jedoch sind die Spuren O\x_o und ChXo der Gegenstandsebenen eingezeichnet, von denen die modulierten Lichtbündel ausgehen. Die Linsen 37 und 38 sind die ersten optischen Beugungssystemc. Die von den Ebenen x„ ausgehenden Lichtbündel werden durch diese Linsen im Punkt Fi in der Filterebene mit der Spur Fi μ gesammelt. Die Linse 37 liefert ein erstes Spektrum auf der linken Fläche der Ebene μ und die dem halbreflektierenden Spiegel 40 zugeordnete Linse 38 liefert ein zweites Spektrum auf der rechten Fläche der gleichen Ebene μ. Die Spektren werden mittels eines Gitters 41 filtriert und verschachtelt, wobei dieses Gitter in der Ebene μ angeordnete reflektierende Stäbe .is aufweist. 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 Punkt ßdas Bild der Punkte Oi und Oj, so daß die in der Ebene .v, erhaltene Beleuchtung die Fourier-Transformation der verschachtelten Spektren ist. Die Blende 42 besitzt einen Spalt 43, welcher mit einem Photodetcktor 44 gekoppelt ist.

Bei den in den folgenden Figuren gezeigten schematischen Darstellungen werden optische Vor· -is schachtclungseinrichtungcn zum Ncbcncinandcrsctzen von zwei Frcqucnzspcktrcn verwendet. Aus Fig,6 ist eine optische Verschachtelungseinriehiung zum Verschachtcln der jeweils zu vier Signalen Si, Sj, Sj und & gehörigen spektralen BUnder ersichtlich. Die die s» Spektren dieser vier Signale projezierenden optischen Einrichtungen sind Jeweils symbolisch durch die Rechtecke 45, 46, 47 und 48 dargestellt. Die das verschachtelte Spektrum empfangende optische Ginrichtung 1st durch dns Rechteck 49 symbolisiert. Die ss Verschnchtelung wird mittels zweier halbreflektierender Spiegel 50 und 51 durchgeführt. Die Filtrierung der spektralen Blinder wird mittels eines optischen Filters 92 bewirkt, dessen Spalte dreimal so schmal sind wie die Sttlbe, Die Stube sind auf einem Drittel Ihrer Breite <m reflektierend und auf den beiden übrigen Dritteln mit

ubsorbiemiüöii Schichten 33 Übeuugcnr-Die Lleiit*

strahlen verlaufen folgendermaßen: Die aus der Einrichtung 45 (Slgnul Si) austretenden Strahlen werden durch das Filter 32 durchgelassen und sodann ⁽⁾5 nacheinander un den Spiegeln 30 und 31 reflektiert. Die aus der Einrichtung 46 (Signal Sj) austretenden Sirahlen werden durch das Filter 32 sowie durch den Spiegel SI durchgelassen. Die aus der Einrichtung 47 (Signal S3) 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 Verformungswelle leiten, ist undurchführbar, wenn die Dauer der Signalabschnitte, mit welchen man arbeitet, groß ist, da dann der Platzbedarf der Leitung unzulässig groß wird.

In der Telefonie ergibt sich das Problem, einen optischen Modulator herzustellen, welcher Abschnitte eines elektrischen Signals mit einer Dauer von mehreren Millisekunden umsetzen kann. Zu diesem Zweck wird eine auf der Verwendung von photochromatischen Stoffen beruhende Anlage verwendet. Es sind photochromatische Stoffe bekannt, wie die Salicylderivate von Salicylsäureanilid, welche bei Einlagerung in einen durchsichtigen Träger diesem Träger die Eigenschaft erteilten, daß er unter Einwirkung einer ultravioletten Strahlung mehr oder weniger undurchsichtig wird und unter der Wirkung einer infraroten Strahlung seine ursprüngliche Durchsichtigkeit wieder annimmt.

Aus F i g. 7 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, welche das spektrale Multiplexieren von zwei elektrischen Signalen Si und S2 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 un sich bekannten clektro-optischcn Modulator 58 austritt, der ein von einer Lichtquelle 57 erzeugtes ultraviolettes Lichtbündel mit dem elektrischen Signal Si moduliert. Nach dem Modulator 58 weist die Schleife eine veränderliche Durchlässigkeit auf, welche zur optischen Modulation des von einer monochromatischen Lichtquelle 59 ausgesandten Lichtbündcls dient. Nach Durchgang durch das Gesichtsfeld der Linse 60 wird die Schleife einer infraroten Strahlung einer Löschungsquelle 61 ausgesetzt. Eine zweite Modulatoranlage ist zur Einführung des Signals Sj vorgesehen. Sie weist eine ultraviolette Lichtquelle 62, einen clcktro-optischen Modulator 63, eine monuuhromuiisuhc Lichtquelle 64, die durch Abzweigung eines Teils der Strahlung der Lichtquelle 39 erhalten wird, eine Linse 65 und eine infrarote Löschungsquelle 66 auf. Die in FIg.7 dargestellte Anlage weist außerdem erste stigmatische Systeme 60 und 65, eine der in FIg.3 dargestellten gleiche, aus dem Filter 67 bestehende spektrale Verschachielungseinrlchtung und den halbdurchlHssigen Spiegel 68 uuf. 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 vier Linst· firiffisifcsandte Strahlung unef ein Wanäler η wandelt die vom Spult 71 empfangene Lichtenergie In das multiplexlerte elektrische Signal Si₄-I um. Die In F i g. 7 gezeigte Vorrichtung arbeitet in analoger Welse wie die in FIg.5 gezeigte Vorrichtung, was das eigentliche Multiplexieren anbelangt. Das Ersetzen der in den obigen Vorrichtungen verwendeten Übertraf

gungsleitungen 11 und 13 durch ein kontinuierlich ablaufendes Band 54 ändert nicht die Art der Verteilungen der Lichtamplituden, die in den Gegenstandsebenen x„ erzeugt werden. In Fig. 7 werden die Gegenstandsebenen durch die Oberfläche des Bandes 54 in der Umgebung der Punkte O\ und Ch gebildet, die Filterebene μ fällt mit der Ebene des Filters 67 zusammen, und die Bildebene x, fällt mit der Ebene der Blende 70 zusammen.

Aus Fig.8 ist eine Vorrichtung zum Demultiplexieren ersichtlich, bei welcher eine photochromatische Schleife verwendet wird. Sie weist eine Schleife 73 aus photochromatischem Material auf, welche über Rollen

74 gespannt ist 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-optischcn Modulator 77 gegebene elektrische Signal Si₊₂ moduliert wird. Der beschriebene Bereich des Bandes 73 durchwandert das von einer monochromatischen Lichtquelle 78 kommende Lichtbündel. Das Bündel wird im Punkt Fin einer Filterebenc gesammelt, welche aus Spalten und reflektierenden Stäben besteht. Nach Durchgang durch das von der Linse 79 fokussierte Bündel wird das Band 73 einer von einer Löschungseinrichtung 80 erzeugten Infrarotstrahlung unterworfen. In der Ebene des Filters 83 erzeugt die Linse 79 das verschachtelte Spektrum der zwei Signale S\ und S₂. Der durchgc'.asscne Teil dieses Spektrums wird von einer Linse 84 empfangen, welche so angeordnet ist, daß sie im Punkt B\ das Bild des Mittelpunkts O der das multiplexierendc Signal S\ , > 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 das Bild des Mittelpunktes O erzeugt. Jeweils mit Spalten 86 bzw. 87 versehene Blenden 85 bzw. 88 empfangen in den Punkten ßi bzw B2 die aus den Linsen 82 bzw. 84 austretenden Strahlen Diese Strahlen werden von den photoelektrischer Wandlern 89 bzw. 90 aufgenommen, welche jeweils die elektrischen Signale S₂ bzw. Si abgeben. Man kann stall der Linsen auch irgendeine andere optische Anordnung verwenden, welche eine Fourier-Transformation er möglicht.

Hierzu 7 Blatt Zeidinuiiüi'ii

Claims

PaterUansprüche:

1. Übertragungssystem zur gleichzeitigen Übertragung von mehreren elektrischen Signalen über s einen Übertragungskanal, mit einer Spektralmultiplexieranordnung, die zu dem Übertragungskanal ein multiplexiertes elektrisches Signal liefert, und mit einer Spektraldemultiplexieranordnung, welche das über den Übertragungskanal m übertragene multiplexierte elektrische Signal demultiplexiert, wobei die Spektralmultiplexieranordnung enthält:

- eine monochromatische Lichtquelle zur Aussendung von getrennten Lichtbündeln, deren Anzahl der Anzahl der zu übertragenden elektrischen Signale entspricht;

- elektrooptische Modulatoren, die so angeordnet sind, daß sie jeweils eines der Lichtbündel unter Steuerung durch die zu übertragenden elektrisehen Signale modulieren;

- erste Beugungssysteme, die jeweils im Lichtweg eines der Lichtbündel liegen;

- ein zweites Beugungssystem, das so angeordnet ist, daß es die aus den ersten Beugungssystemen austretende Lichtenergie empfängt;

- photoelektrische Einrichtungen zum Empfang der aus dem zweiten Beugungssystem austretenden Lichtenergie;

und wobei die Spektraldemultiplexieranordnung enthält:

- eine ein monochromatisches Lichtbündel aussendende Lichtquelle;

- einen elektrooptischen Modulator, der so angeordnet ist, daß er das Lichtbündel unter Steuerung durch das multiplexierte elektrische Signal moduliert;

- ein erstes Beugungssystem, das im Weg des Lichtbündels liegt;

- ein zweites Beugungssystem, das so angeordnet ist, daß es die aus dem ersten Beugungssystem austretende Lichtenergie empfängt;

dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Ubertragungskanals, der ursprünglich für die Übertragung eines einzigen der elektrischen Signale ausgelegt war, zur Bildung eines multiplexierten elektrischen Signals, dessen Frequenzspektrum verschachtelte spektrale Abschnitte enthält, die zu den Frequenzspektren der verschiedenen elektrischen Signale (S\, S2) gehören, die Spektralmultiplexieranordnung (F i g. 3; F i g. 7) eine optische Verschachtelungsanordnung (17, 18, 19; 67, 68) enthält, die so angeordnet ist, daß sie die von den ersten Beugungssystemen (9, 10; 60, 65) gebeugten Lichtbündel empfängt und zu dem zweiten Beugungssystem (20, 21; 69) ein verschachteltes Lichtbündel liefert, und daß die Spektraldemultiplexieranordnung (F i g. 4; F i g. 8) eine optische Trennvorrichtung (31; 81,83) enthält, die so angeordnet ist, daß sie das von dem ersten Beugungssystem (29; 79) gebeugte Lichtbündel empfängt und zu dem zweiten Beugungssystem (32; 82, 84) ein oder mehrere gefilterte Lichtbündel liefert, von denen jedes ausgewählte Teile der aus dem ersten Beugungssystem austretenden Lichtenergie enthält.

2. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elektrooptische Modulator enthält:

- eine lichtdurchlässige Platte (11,13; 27);

- elektromechanische Wandlereinrichtungen (12, 14; 26), die mit der Platte so gekoppelt sind, daß sie darin eine Verformungswelle erregen, die einem der elektrischen Signale entspricht;

- optische Phasenkontrasteinrichtungen (15,16; 28), die der Platte so zugeordnet sind, daß sie die von der Verformungsweüe erzeugten Brechungsindexänderungen in entsprechende Änderungen der aus dem Modulator austretenden Lichtamplitude umwandeln.

3. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elektrooptische Modulator enthält:

- ein durchsichtiges Band (54; 73), das eine photochrorr.atische Substanz enthält;

- Einrichtungen (56; 74) zum Antreiben des Bandes mit konstanter Geschwindigkeit;

- eine Schreiblichtquelle (57,62; 76), die in der Lage ist, das Absorptionsvermögen der photochromatischen Substanz zu verändern;

- eine zum Ausbleichen der Substanz angeordnete Löschquelle (61,66; 80);

- eine elektrooptische Modulatorzelle (58, 63; 77), die so angeordnet ist, daß sie das aus der Schreiblichtquelle austretende und auf das Band fallende Lichtbündel moduliert.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreiblichtquelle (57, 62; 76) eine Ultraviolettstrahlungsquelle ist, und daß die Löschquelle (61,66; 80) eine Infrarotstrahlungsquel-Ie ist.

5. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes erste Beugungssystem eine Sammellinse (9,10; 29; 60,65; 79) ist, die so angeordnet ist, daß sie eines der der elektrooptischen Modulation unterworfenen Lichtbündel fokussiert.

6. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zweite Beugungssystem eine Linse (20, 21; 32; 69; 82, 84) zur Bildung eines Bildes der Austrittsfläche der elektrooptischen Modulatoren auf der Eintrittsfläche (22; 33; 70; 85, 88) der photoelektrischen Einrichtungen enthält.

7. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede photoelektrische Einrichtung eine mit einem Spalt (25; 34; 71; 86; 87) versehene Maske (22; 33; 70; 85; 88) und einen hinter dem Spalt angeordneten photoelektrischen Wandler (24; 36; 72; 89; 90) enthält.

8. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verschachtelungsanordnung einen halbdurchlässigen Spiegel (19) und zwei optische Filter (17,18) mit mehreren parallelen Spalten enthält, und daß die Filter in bezug auf den halbdurchlässigen Spiegel so angeordnet sind, daß die Bilder der Spalte eines der Filter mit den Bildern der Spalte des anderen Filters verschachtelt sind.

9. Übertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte eine konstante Breite haben und in gleichmäßigen Abständen liegen.

10. Übertragungssystem nach Anspruch 8, da-

durch gekennzeichnet, daß die Spalte verschiedene Breiten haben und nach einem quasi-zufälligen Gesetz verteilt sind.

11. Übertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte verschiedene Breiten haben, und daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spalten dem Abstand der Spalte von dem mittleren Spalt dor Reihe proportional ist.

12. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verschachtelungseinrichtung ein Filter (41) mit mehreren zwischen reflektierenden Stäben angeordneten parallelen Spalten und einen schräg zur Ebene (μ) des Filter angeordneten halbdurchlässigen Spiegel (40) enthält.

13. Übertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Stäbe (52) teilweise mit einer nichtreflektierenden Schicht (53) bedeckt sind.