DE2206098C3

DE2206098C3 - Koppelfeld für ein Vermittlungssystem von Nachrichtenkanälen, vorzugsweise im optischen Frequenzbereich

Info

Publication number: DE2206098C3
Application number: DE2206098A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 2000 Hamburg Hill
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1972-02-09
Filing date: 1972-02-09
Publication date: 1980-03-13
Also published as: JPS549843B2; DE2206098A1; DE2206098B2; GB1422864A; FR2171241A1; FR2171241B1; JPS4890112A; US3831035A

Description

Die Erfindung betrifft ein Koppelfeld für ein Vermittlungssystem mit Eingangs- und Ausgangskanälen von Trägern, deren Modulation oder Demodulationiprodukt vorzugsweise im optischen Bereich liegt, mit einer zwischen den optischen Ausgängen der Eingangskanäle und den optischen Eingängen der Ausgangskanäle liegenden, steuerbaren Lichtablenkung.

Der wachsende Bedarf an privatem und kommerziel-

jo lern Informationsaustausch stellt ständig größer werdende Forderungen an die Bandbreite und Vielfalt von Datenvermittlungs- und Datenübertragungssystemen.

Durch die Fortschritte auf dem Gebiet der optischen Lichtfaserleitungen und der Halbleiterlaser kündigt sich

J5 auf dem Gebiet der Datenübertragungstechnik bereits eine völlig neue Technologie an, mit der möglicherweise einmal die Übertragung von Nachrichten mit 50 oder gar 100GHz Bandbreite über ein einziges Kabel aus Lichtfasern realisiert werden kann.

Die bei diesem Anwachsen der Bandbreiten auftretenden Probleme der Nachrichteilvermittlung versucht man zur Zeit durch die Entwicklung von rein elektronisch arbeitenden Vermittlungsstationen zu lösen.

Für eine Vermittlungsstelle für 10 000 Videotelefone müßte, um eine einwandfreie Übertragung zu gewährleisten, pro Kanal eine Bandbreite van mehreren MHz vorgesehen werden. Wenn zudem eine hohe Belegungsdichte angestrebt würde, müßte ein solches System eine Bandbreite von über 10 GHz verarbeiten.

Andererseits sind auf optischer Grundlage arbeitende Massenspeicher bekannt. Bei bestimmten optischen Komponenten, z. B. digitale Laserstrahlablenker und löschbare Speicherhologramme, die für solche Massenspeicher entwickelt werden, können auch für Lösungen des Nachrichtenvermittlungsproblems eingesetzt werden.

Vermittlungssysteme mit digitalen Lichtablenkern in Verbindung mit Zeitmultiplexsystemen sind bekannt

bo (NTZ, Jahrgang 23,1970, Heft 11, Seiten 549-552). Die Gesamtbandbreite für eine parallele Signalvermittlung ist bei solchen Systemen mit ein oder zwei Lichtablenkern durch die schnelle Impulsfolge begrenzt, die elektronische Komponenten übertragen können. Diese ) elektrooptischen Multiplexsysteme sind daher für eine große Zahl von Kanälen mit relativ kleiner Bandbreite geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vielzahl von

Informationskanälen wählbar zwei oder mehrere Kanäle großer Bandbreite paarweise oder in Gruppen miteinander zu verbinden. Eine solche Aufgabe liegt z. B. bei Koppelfeldern für die Vermittlung von Ein- und Ausgangskanälen bei Multiplex-Computer-Systemen oder großen Datenbanken und bei der Vermittlung von Fernsehtelephonbildern vor.

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß als Lichtablenker ein Hologramnslichtatienker verwendet ist, der in Abhängigkeit vom Einfallswinkel eines Objektstrahls bei der Aufnahme einen oder mehrere Ausgänge mit einem oder mehreren der entsprechend angeordneten Eingänge kontaktfrei verbindet

Der Begriff »optisch« ist hierbei nicht auf den sichtbaren Wellenlängenbereich beschränkt, sondern umfaßt auch die ihm benachbarten Bereiche des Ultrarots und des Ultravioletts.

Als Lichtablenker können vorzugsweiie Speicherhologramme verwendet werden, z. B. Anordnungen, in denen ein optisches Interferenzmuster löschbar festgehalten werden kann. Das gespeicherte Interferenzmuster kann dann zur Richtungsmodulation einfallenden Lichtes durch Beugung benutzt werden.

Verglichen mit konventionellen Vermittlungstechniken fällt bei dem System nach der Erfindung eine Gruppierung der angeschlossenen Nachrichtenkanäle fort. Alle Kanäle sind gleichberechtigt und können in einer Schaltebene wahlfrei untereinander verbunden werden. Darüber hinaus können alle Informationseingangskanäle gleichzeitig mit je einem Ausgangskanal verknüpft werden, d.h. es ist eine 100%ige Belegung aller Kanäle möglich.

Die Bandbreite der Übertragung jedes Einzelkanals ist theoretisch durch die Frequenzabhängigkeit der Beugung am Hologramm begrenzt. Eine nicht monochromatische Lichtwelle erzeugt verbreiterte Beugungsordnungen, die jedoch erst dann störend werden, wenn durch sie die gewünschte Auflösung benachbarter Beugungswinkel zu sehr verringert wird. Unterhalb einer Bandbreite von einem Prozent der Lichtfrequenz wird in der Praxis die Begrenzung der Bandbreite jedes Kanals durch andere Systemkomponenten, wie z. B. Photodetektoren und Lichtmodulatoren, gesetzt. Lichtmodulations- und Demodulationssysteme für Bandbreiten von mehr als einem GHz sind bereits praktisch realisiert worden. Für eine größere Matrix von Lichtmodulatoren kann bei dem gegenwärtigen Stand der Technologie eine Bandbreite von 10 MHz ohne weiteres verwirklicht werden. In Verbindung mit einer Speichermatrix von nur 10 000 Hologrammen ergibt sich damit bereits eine Gesamtbandbreite von 100 GHz, die das System verarbeiten könnte.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigen

F i g. 1 a und I b Prinzipskizzen des Koppelfeldes,

Fig.2 eine Skizze zur Erläuterung des optischen Prinzips,

F i g. 3 das Prinzip der optischen Vermittlung bzw. Kopplung durch Lichtablenkung,

F i g. 4 ein Prinzip der v'erniittlungskopplung über ein Speicherhologramm,

F i g. 5 eine schematische Vermittlungskopplung zwischen verschiedenen Eingangskanälen und Ausgangskanälen,

Fig.6 eine Anordnung zur wahlfreien selektiven Beleuchtung eines Hologramms in einer Matrix von Hologrammen,

F i g. 7 ein optisches Vermittlungskopplungssystem mil digitalem Lichtablenker und Speicherhologrammen. F i g. 8a und 8b ein Schema einer Eingabematrix von elektrooptischen Wandlern,

Fig.9 eine Maske mit elektronisch steuerbarer Transparenz.

Zur Erläuterung des Grundgedanken:, der optischen Vermittlungskopplung wird von Fig. la und Ib ausgegangen. Alle Nachrichtenkanäle, die an das

iü Vermittlungssystem angeschlossen sind, sind nach Eingangskanälen A ... D, die eine Information anliefern, und nach Ausgangskanälen A' ... D'. die eine Information abführen, geordnet Die erstgenannte Gruppe von Kanälen wird an einer Matrix MA I von Eingangseinheiten angeschlossen. Für den Fall, daß von einer elektronischen Einkopplung der Information ausgegangen wird, bestehen die Eingangseinheiten aus elektrooptischen Wandlern a...d Jede Eingangseinheil erzeugt dann einen im Takte der eingehenden Nachricht modulierten Lichtstrahl. Hinter dieser Mairi.x von Eingangseinheiten ist eine Matrix MA 2 von Lichtablenkern LA 1 ... LA 4 angeordnet. Durch diese kann jeder der eingehenden Lichtstrahlen in eine beliebig wählbare Richtung abgelenkt werden. Die so abgelenkten Lichtstrahlen werden dann in einer Ausgangsmairix MA 3 von Phoioempfängern a'... ^'aufgegriffen. Diese fungieren als optoelektronische Wandler und leiten die empfangenen Nachrichten an die Gruppe der Ausgangskanäle A'... D'ab.

M Bei einem rein optischen Betrieb (Fig. Ib) wird die Eingangsmatrix MA Ί ζ. B. aus dem Ende eines optischen Kabels mit vielen Lichtleitern LL gebildet, deren Licnt in das System eingekoppelt wird. Die Auskopplung erfolgt auch wieder optisch in ein zweites Lichtleiterkabel LL' für die abgehenden Informationen (Matrix MA'3).

Die Zahl der Lichtablenker in der Kopplungsmatrix entspricht der Zahl der an das System angeschlossenen Eingangskanäle. Für z.B. 10 000 Eingangskanäle werden also auch 10 000 Lichtablenker benötigt. Es müssen daher möglichst einfache und billige Lichtablenkverfahren benutzt werden, z. B. akustisch steueibare Digitallichtablenker, deren Lichtstrahlversetzung oder -winkelveränderung digital erfolgt oder Reflexionsspiegelmatrizen, bei deren einzelnen Spiegeln eine Bewegung der Reflexionsebene stufenartig steuerbar ist.

Speicherhologramme, wie sie die Grundlage für optische Massenspeicher bilden, bieten sich als sehr einfache Lösung an.

Solche Speicherhologramme besitzen Abmessungen in der Größenordnung von 1 mm 0, d.h. eine Matrix von 10 000 solcher Hologramme erhält mit ausreichendem Sicherheitsabstand zwischen den Hologrammen nur eine Größe von etwa 15χ 15cm², d.h. auf sehr kleinem Raum kann eine Vermittlungsmatrix für 10 000 Teilnehmer realisiert werden. Nachfolgend wird sich eingehender mit der Wirkungsweise der Lichtablenkung über Hologramme beschäftigt.
Bei der Überlagerung von zwei ebenen kohärenten Lichtwellen R und A W(Fig.2) in einer Fläche i-V entsteht ein streifenförmiges Interferenzmuster / mit sinusförmiger Intensitätsverteilung. Die Ortsfrequenz Fq dieses Interferenzmusters hängt vom Winkel γ zwischen den beiden ebenen Wellen ab und beträgt

F₀ =

sin γ

wobei λ die Lichtwellenlänge bedeutet. Die Aufnahme

der entstandenen Interferenzmuster in einem optischen Speichermaterial, z. B. als Schwärzungsverteilung, nennt man ein Hologramm der Zweistrahlinterferenz. Die Schwarzungsverteilung stellt ein optisches Beugungsgitter dar. Wird daher das Hologramm erneut mit der ebenen Lichtwelle R beleuchtet, dann wird Licht in eine nullte und plus bzw. minus erste Beugungsordnung gebeugt.

Ein solcher Vorgang einer Aufnahme- und Rekonstruktionsanordnung von Lichtwellen ist in F i g. 3 und 4 skizziert. Die Fig.3 enthält eine Anzahl von kohärenten Lichtwcllen Li ... Ls, ein Speicherhologramm H. eine Anzahl von Photodetektoren E\ ... £5 und einen Lichimodulator LM. Mit Hilfe der skizzierten Anordnung soll das Signal Sam Eingang des Lichtmodulators LM wählbar zu einem der Empfänger £1... £5 vermittelt werden. Soll zum Beispiel der Empfänger £2 angesteuert werden, dann wird zunächst mit Hilfe eines Referenzlichtstrahles R\ ein Hologramm der kohärenten Lichtquelle L₂, welche dem Empfänger spiegelbildlich zugeordnet ist, aufgenommen. Die Technik einer solchen Hologrammaufnahme ist bekannt.

Das Hologramm H enthält dann ein gitterförmiges Interferenzmusler. Nach der Aufnahme des Hologramms werden der Referenzstrahl R₁ ' und die Lichtquelle L₂ abgeschaltet und ein zweiter Referenzstrahl R₂ eingeschaltet. Dieser wird am Interferenzmuster des Hologramms H so beeinflußt, daß ein Teil seines Lichtes zum Empfänger £2 abgebeugt wird. Daneben entstehen in bekannter Weise weitere jo Beugungsordnungen, die aber nicht auf die Detektoranordnung fallen. Moduliert man nun den Referenzstrahl R₂ mit dem Signal S. dann wird dieses Signal über das Hologramm optisch zum Empfänger £2 übertragen. Eine nachfolgende Änderung des Übertragungsweges, zum Beispiel zum Empfänger £4, kann so vorgenommen werden, daß das Hologramm H der Lichtquelle L₂ wieder gelöscht und statt dessen ein Hologramm der Lichtquelle La aufgenommen wird usw.

Hologramme, in die eine Information eingeschrieben und wieder gelöscht werden kann, sind im Prinzip bekannt. Die Techniken hierzu werden zur Zeit für die Anwendung in holographischen Massenspeichern entwickelt. Als Speichermaterial dienen dabei dünne magnetische Schichten (z. B. Manganwismut), photochrome Materialien, thermoplastische Werkstoffe, elektrooptische Kristalle, die den Effekt des »Optical Damage« aufweisen, oder Elastomere. Die zur Aufnahme eines Hologramms benötigten Zeiten liegen in der Größenordnung vor. Nar.osekunden bei Manganwismut ;o als Speichermaterial und mehreren Sekunden bei Thermoplasten. Der Beugungswirkungsgrad bei letzterem Material kann z. B. bis zu 10% betragen.

Die Technik der Lichtmodulation und der Detektion von modulierten Lichtstrahlen ist bekannt Übertragungsbandbreiten von 100 MHz entsprechen dem Stand der Technik.

Der Referenzstrahl A₂ kann auch ein inkohärenter Lichtstrahl sein. Die Strahlen Ri und die Lichtquellen L\ ... Ls müssen dagegen kohärent sein.

Nach Fig.4 sind zwei kohärente Punktlichtquellen Ai und R\ bei der Aufnahme in der eingangsseitigen Brennebene einer Linse Li\ angeordnet Durch die Linse werden die entstehenden Kugelwellen in ebene Wellen überführt, die sich rechts der Linse Li\ im Hologramm H überlagern.

Bei der Rekonstruktion wird nur die Punktlichtquelle Rl eingeschaltet Hinter dem Hologramm entstehen dann die drei Beugungsordnungen, von denen die erste Beugungsordnung durch die Linse Li₂ hindurch zu einem Lichtfleck A\ in der Brennebene 2 — 2' fokussiert wird. Dieser rekonstruierte Lichtpunkt stellt das aus dem Hologramm ausgelesene »Bild« des Objektpunktes A\ bei der Aufnahme dar.

Bezogen auf die nachrichtentechnische Anwendung stellt das so hergestellte Hologramm einen Lichtablenker dar, der das Licht der Welle R\ in den Punkt A\ ablenkt, wobei der Lichtmodulator LM einen Laserstrahl mit dem Signal Smoduliert.

Wird bei der Aufnahme des Hologramms die Position des Punktes A1 nach A₂ verschoben, dann verschiebt sich entsprechend punktsymmetrisch die Lage des rekonstruierten Bildpunktes A\ nach /V₂, oder anders ausgedrückt: Es verändert sich der Ablenkwinkel bei der Rekonstruktion durch eine Veränderung der Ortsfrequenz des Streifenmusters im Hologramm.

Die beschriebene Hologrammanordnung kann in einfacher Weise zu einem elektrooptischen Koppelfeld eines Vermittlungssystems ausgebaut werden. Dazu werden an den rekonstruierten Bildpunkten A\ und A 2 Photoempfänger PE\, PE₂ angeordnet und die einfallende Lichtwelle R\ mit Hilfe des Lichtmodulators LM moduliert. Entsprechend der Wahl einer Lichtquelle A\ oder A₂ bei der Hologrammaufnahme wird dann das elektronisch in den Lichtmodulator eingekoppelte Signal S wahlweise zum Empfänger D\ oder D; übertragen.

Werden in der Hologrammebene nicht nur eines sondern mehrere Hologramme angeordnet, dann können gleichzeitig mehrere Referenzstrahlen über die Hologramme abgelenkt werden, d. h. es können simultan mehrere Signale vermittelt werden.

Eine Modifizierung der Anordnung nach F i g. 4 ist in F i g. 5 skizziert. Die Figur enthält wiederum kohärente Lichtquellen L\ ... L·, und Empfangsdetektoren zu Ausgangskanälen E\ ... £5. Daneben findet man drei Lichtmodulatoren für drei Eingangskanäle mit den Signalen Si ... S3. Anstelle eines Hologramms sind drei Hologramme Wi, H₂, Hi eingezeichnet. Als abgeändertes Beispiel sind die Hologramme hier zwischen Linsen Li\, LV₂ angeordnet, deren Brennweiten so gewählt sind daß für jedes der Hologramme derselbe Referenzstrahl zur Aufnahme und Wiedergabe verwendet werden kann. Dieser Hoiogrammtyp is", unter dem Namen Fouriertransformationshologramm bekannt.

Der Aufbau einer Verbindung zum Beispiel zwischen dem Eingangskanal Si und dem Ausgangskanal £ erfolgt ähnlich wie bei Anordnung nach F i g. 3. nur wire zur Aufnahme des Hologramms und zur Signalübertragung derselbe Referenzstrahl verwendet Nach diesen" Verbindungsaufbau können die weiteren Eingangskanäle ebenfalls mit noch nicht benutzten Ausgangskanäler verbunden werden, d. h. mit der Anordnung nach F i g. i ist eine wählbare und simultane Übertragung zwischer mehreren Ein- und Ausgangskanälen möglich.

In der Praxis können die Hologramme Abmessunger in der Größenordnung von 0,5 ... 1 mm² erhalten. Eine große Zahl von solchen Hologrammen (z.B. 10OOO; kann auf relativ kleiner Fläche (z.B. 15χ 15cm²; untergebracht werden. Es eröffnet sich damit die Möglichkeit, die Information von Tausenden vor Eingangskanälen über eine relativ kleine Hologrammmatrix zu vermitteln.

Die Anordnung nach F i g. 5 enthält allerdings noch einen Nachteil. Eine eingeschaltete Lichtquelle Li... L beleuchtet nämlich alle Hologramme gleichzeitig

Dagegen sollte zu einem bestimmten Zeitpunkt einer Hologrammaufnahme eigentlich nur dieses eine Hologramm beleuchtet werden. Dadurch können bei einer Hologrammaufnahme Störungen der bereits im Betrieb befindlichen Übertragungsslrecken entstehen. Dieser j Nachteil wird mit dem in Fig. 6 skizzierten System vermieden.

Das System ist aus einem Laser, einem digitalen Lichtablenker DLA, einer Fliegenaugenlinse FIA'. einer elektronisch schaltbaren Maske MS'. der Matrix MA '2 ι ο Hologrammen Hi ... H^ und aus speziellen Linsensystemen Lii... L/saufgebaut.

Der Laserstrahl LS wird zunächst durch einen digitalen Lichtablenker DLA auf eine beliebige Einzellinse FIE der Fliegenaugenlinse FIA' abgelenkt. r> Durch diese Einzellinse, ζ. B. FIE2, kurzer Brennweite spaltet sich der Strahl räumlich auf und beleuchtet dadurch in seinem weiteren Verlauf die gesamte Fläche der Schaltmaske MS'. Die Linse LN2 dient dabei dazu, das Zentrum des aufgespreizten Strahles auf die Mitte der Schaltmaske zu lenken. Die Linsen LNi und LN₁ besitzen die Funktion von Kollimatoren. Dadurch tritt der vor der Linse LN₁ divergente Lichtstrahl als ebene Welle in die Schaltmaskc MS' ein, welche nur an einer bestimmten Stelle Ai für das Licht transparent ist. 2> Dieses beleuchtete Loch repräsentiert die für die Hologrammaufnahme erforderliche Lichtquelle, und das hindurchtretende Licht wird dann über die Linse LNt auf die Fläche eines Hologramms fokussiert.

Bei der Veränderung der Lage des Loches A, in der jii Schaltmaske MS' wird nach wie vor dasselbe Hologramm Ht beleuchtet, nur trifft die beleuchtende Welle unter einem anderen Winkel auf das Hologramm auf. Entsprechend einer Zahl von N² gewünschten Aufnahmepositionen wird daher die Schaltmaske in Nx N Teilgebiete gegliedert, deren Transparenz sich elektronisch beliebig wählbar von undurchsichtig auf durchsichtig oder umgekehrt schalten läßt.

Die beiden Linsen LN₁ und LM bilden ein optisches Abbildungssystem zwischen der Ebene der Fliegenaugenmatrix FIA' und der Hologrammebene, d.h. jede beliebig beleuchtete Einzellinse FIE der Linsenmatrix FIA' wird auf eines der Hologramme Wi ... W5 abgebildet. Die Zahl und Anordnung der Hologramme entspricht exakt der Zahl und Anordnung der 4> Einzellinsen der Fliegenaugenmatrix FIA'. Wird daher durch Umschalten des Lichtablenkers DLA eine andere Teillinse beleuchtet, dann wird entsprechend ein anderes Hologramm angesteuert.

Neben den Eingangskanälen ASi... ASt mit zugeord- 5(1 neten Lichtmodulatoren LM. die in Matrixform angeordnet sind, den Ausgangskanälen AE) ...AEt mit ihrer Photodetektormatrix MA 1 und der Hologrammmatrix AiA 2 enthält das System nach F i g. 7 einen digitalen Lichtablenker DL, einen passiven Strahlenteiler Ti, eine Maske MS mit elektronisch schaltbarer Transparenz und eine Fliegenaugenlinse FLA (Linsenmatrix). Zur Erklärung des Systems werde zunächst die bereits aus den F i g. 3 und 5 bekannte Übertragung der Signale S zu den Empfängern E erläutert, wobei to angenommen sei, daß sich die Hologramme Wi ... W₄ schon in einer der gewünschten Vermittlung entsprechenden Schaltstellung befinden.

Ein Lichtstrom LS wird durch einen passiven Strahlvervielfacher V in N Teilstrahlen aufgespalten. Dabei bedeutet N (N=4 in Fig.7) die Anzahl der Eingangskanäle. Passive Strahlteiler aus doppelbrechenden Prismen oder aus Multiplex-Phasenhologrammen sind bekannt. Das aufgespaltene Strahlenbündel wird über einen Strahlteiler T^ und eine Projektionsoptik P\ auf die Matrix von Lichimodulalorcn LM projiziert. Die optischen Komponenten sind so abgestimmt, daß die Teilstrahlen parallel in die Lichlmodulatoren eintreten.

Als Beispiel sind in Fig. 7 elcktrooptischc Lichtmodulaloren mit einseitig verpiegelter Endfläche skizziert. Die eintretenden Lichtstrahlen verlassen die Modulatoren daher in umgekehrter Richtung. Die modulierten Strahlenteile werden über Polarisationsteiler seitwärts ausgekoppelt und über einen Spiegel 5p 1 auf die Matrix MA 2 von Hologrammen projiziert. Von dort wird jeweils ein Teil der Strahlen zu den jeweils zugeordneten Empfangskanälen AE1 ... AE4 abgebeugl. Simultan können maximal N Eingangskanäle ihre Nachricht an zugeordnete Ausgangskanäle übertragen. Die Zahl Λ/kann dabei z. B. 10 000 betragen.

Anstelle der elektrooptischen Lichtmodulation können natürlich auch sinngemäß andere denkbare Lichtmodulationsverfahren verwendet werden.

Die über den Strahlteiler Kzugeführten Lichtstrahlen dienen nur der Signalübertragung. Ihre Lichtleistung ist entsprechend gering, damit sie keine Veränderung der fixierten Hologramme herbeiführen.

Zum Löschen eines Hologramms oder zur erneuten Hologrammaufnahme wird ein zweiler Lichtstrahl mit wesentlich höherer Lichtleistung über einen digitalen Lichtablenker DL, vorzugsweise ein Laser-Lichtablenker LA. und einen Strahlteiler Γι in den Strahlengang der Signalübertragung eingespiegelt. Der Lichtablenker kann dabei so gesteuert werden (C). daß der zusätzliche Lichtstrahl nach Durchlaufen der Modulationsanordnung auf ein beliebiges der Hologramme auftrifft. Diese Steuerung erfolgt elektronisch. Digitale Lichtablenker für bis zu 10^b Schaltstellungen sind bereits technisch realisiert.

Zur Aufnahme z. B. des Hologramms H₁ in F i g. 7 ist für eine gewünschte Ablenkung des Signallichtes z. B. zum Empfänger E₁ eine weitere Lichtquelle Lj erforderlich. Diese wird dadurch erzeugt, daß ein Teil des aus dem Lichtablenker DL austretenden Strahles durch den Teilerspiegel Tu über eine Projektionsoptik Pi, einen Spiegel Spi und durch eine Linsenmatrix FlA eine Maske MS beleuchtet, die für das Lieh; an der Stelle i.2 ein transparentes Loch enthält.

Der Lichtstrahl tritt dabei durch die Linsenmatrix FIA an einer Stelle FI3 hindurch, die dem aufzunehmenden Hologramm spiegelbildlich zugeordnet ist. Durch die beiderseits der Maske MS angeordneten Linsen L/3, L/4 wird das durch die Fliegenaugenlinse an der Stelle Fh hindurchtretende Licht gerade auf das Hologramm H3 fokussiert. Die Linsen beiderseits der Maske stellen also ein Abbildungssystem zwischen der Ebene der Linsenmatrix FIA und der Hologrammebene dar. Wird der Lichtablenker D 4 auf eine andere Position gesteuert, dann wird eine andere Linse der Linsenmatrix FlA beleuchtet. Damit wird das Licht auf ein anderes Hologramm fokussiert. Synchron damit bewegt sich der über die Lichtmodulationsmatrix LM eingespiegelte Referenzstrahl zu einem anderen Hologramm H\... H*.

Die Stellung der Lichtquelle L₂ ist wie bei der Anordnung nach F i g. 2 spiegelbildlich der Empfangsdiode £3 zugeordnet Soll nach der Aufnahme eine andere Empfangsdiode angesteuert werden, dann mu3 die Maske entsprechend an anderer Stelle ein transparentes Loch erhalten. Wegen dieser Undefinierten Stelle des Loches in der Maske muß diese in ihrer

ganzen Fläche mit Licht beleuchtet werden. Dazu dient die Linsenmalrix FIA, die mit ihren Einzellinsen FIX ... FlA die einfallenden Lichtstrahlen entsprechend aufweitet.

Zur Ergänzung der optischen Abbildung des Systems ist die Linsenmatrix FIA beiderseits von Kollimatorlinsen L/5, L/6 umgeben, die im Abstand ihrer Brennweiten Avon der Maske entfernt sind.

Zur Aufnahme eines Hologramms für eine gewünschte Signalrichtung eines bestimmten Eingangskanals muß also der Lichtablenker DL in eine Stellung geschaltet werden, durch die ein bestimmtes Hologramm angesteuert wird. Außerdem muß die Maske MS zur Adressierung des entsprechenden Empfängers an bestimmter Stelle ein lichttransparentes Loch erhallen. Die Stellung der transparenten Stelle in der Maske sollte dabei möglichst elektronisch steuerbar sein.

Eine Möglichkeit zur praktischen Realisierung einer Eingabematrix von elektrooptischen Wandlern ist in Fig.8a und 8b skizziert. Bei diesem System wird das bekannte Prinzip der elektrooptischen Lichtamplitudenmodulation benutzt. Eine Platte PLO besteht aus einem Material mit einem longitudinalen elektrooptischen Effekt. Werkstoffe mit einem solchen Effekt stehen in Form von elektrooptischen Kristallen oder /erroelektrischer Keramik zur Verfügung. Durch die Einwirkung einer elektrischen Feldstärke auf ein solches Material ändert der Werkstoff seine optische Doppelbrechung, so daß der Polarisationszustand eines einfallenden Lichtstrahls steuerbar durch die elektrische Feldstärke moduliert werden kann. Auf der einen Seite der Platte PLO ist daher eine transparente leitende Schicht Sch als Masse-Elektrode aufgedampft. Die zweite Fläche der Platte ist, entsprechend einer Zahl von Mx M Eingangskanälen ES'mit Mx MMetallelektroden ME belegt. Über jede dieser Elektroden kann durch Anlegen einer Spannung der Zustand der Doppelbrechung lokal moduliert werden. Es wird angenommen, daß eine linear polarisierte Lichtwelle mit einem Poiarisationsvektor in der Zeichenebene in die elektrooptische Platte durch eine Maske MS" mit MxM Löchern hindurch eintritt. Das Licht durchläuft die Platte und wird an den gegenüberliegenden Metallelektroden ME gespiegelt, so daß Mx M Teilstrahlen in umgekehrter Richtung zurücklaufen und wieder aus der Platte austreten.

Vor der Platte ist ein doppelbrechendes Prisma PR 1 angeordnet, das gleichzeitig die Funktion eines Polarisators und eines Analysators ausübt. Die optische Achse OA. des Prismas wird senkrecht zur Zeicheneber.e angeordnet. Das einlaufende Licht EW mit der Polarisationsrichtung OA 1 in der Zeichenebene tritt unter einem bestimmten, durch den ordentlichen Brechungsindex gegebenen Winkel durch das Prisma PR1 hindurch. Ebenso laufen umgekehrt alle Anteile der Lichtwelle EW, deren Polarisation ungeändert bleiben, nach Durchlauf durch die elektrooptische Platte PLO unter gleicher Richtung durch das Prisma PR 1 zurück. Alle Anteile des aus der elektrooptischen Platte austretenden Lichtes AW mit zur Zeichenebene eo senkrechter Polarisationsrichtung OP2 werden jedoch unter einem anderen Winkel gebrochen und kommen daher unter einem anderen Winkel als das eintretende Licht aus der Anordnung wieder heraus, da für sie im Prisma der außerordentliche Brechungsindex wirkt. Überall dort also, wo durch die Einwirkung einer Steuerfeldstärke der Polarisationszustand des Lichtes in der elektrooptischen Platte moduliert wird, treten unter einem neuen Winkel Signalstrahlen aus der Modulationsanordnung aus.

Diese Anordnung von Mx Mparallelen Lichtmodulatoren läßt sich als sehr kompakte Komponente herstellen. Durch den doppelten Durchlauf des Lichtes durch die elektrooptische Platte wird nur die halbe Spannung für eine 100%ige Modulation benötigt, verglichen mit einfachem Durchlauf des Lichtes durch einen elektrooptischen Modulator.

Die für die Hologrammaufnahmeanordnung benötigte Schaltmaske kann ähnlich wie die Modulationsmatrix aus elektrooptischen! Material hergestellt werden. Da zu einem Zeitpunkt immer nur ein Teilbezirk in der Maske geschaltet werden muß, genügt es hier, eine elektrooptische Platte PLO' mit longitudinalem Effekt beiderseits mit streifenförmigen Elektroden ME' und ME" zu versehen, die auch gekreuzt gegenüberliegen (siehe Fig. 9). Wird an jeweils eine der Elektroden auf jeder Seite der Platte eine Spannung U angelegt, dann entsteht nur an dem Kreuzungspunkt der beiden Elektroden eine elektrische Steuerfeldstärke im Material. An dieser Stelle wird das elektrooptische Material daher doppelbrechend, wenn angenommen wird, daß keine natürliche Doppelbrechung vorhanden ist, so daß eine Lichtwelle EW, die senkrecht in die Platte eintritt, an dieser Stelle moduliert wird. Wird diese elektrooptische Modulationsmatrix zwischen gekreuzten Polarisatoren PD,, PD₂ angeordnet, also zwischen einem Polarisator und einem Analysator, dann kann nur an der Stelle der modulierten Doppelbrechung Licht A W aus dem Analysator PD₂ austreten. POi und PO₁ bezeichnen die Polarisationsrichtungen.

Bei der Verwendung eines binären Impulscodes für die Signalübertragung kann ein relativ hohes Übersprechen zugelassen werden. Dann kann die Dichte in den einzelnen Matrizen sehr hoch gewählt werden, z. B. kann auf einer Fläche von nur 40 χ 40 cm² die Zahl der Hologramme bis auf 10⁵ gesteigert werden, wenn ein Übersprechen von maximal 10% zugelassen wird. Der besondere Vorteil der optischen Nachrichtenvermittlungssysteme, ihre große Bandbreite und die Möglichkeit zum Aufbau von sehr kompakten Einheiten mit kleinen Abmaßen trotz vieler tausend von Verb'mdungsmöglichkeiten, könnte daher besonders im Zusammenhang mit einer codemodulierten Signalübertragung zum Tragen kommen.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß im Sinne der Erfindung in einer abgewandelten Anordnung statt des digitalen Lichtablenkers auch eine Matrix von Laserdioden verwendet werden kann. Das gleiche gilt für die Lichtmodulationsmatrix der Eingangskanäle, die auch im Sinne der Erfindung durch eine Matrix von gesteuerten Laserdioden ersetzt werden kann.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Pateniansprüche:

1. Koppelfeld für ein Vermittlungssystem mit Eingangs- und Ausgangskanälen von Trägern, deren Modulation oder Demodulationsprodukt vorzugsweise im optischen Bereich liegt, mit einer zwischen den optischen Ausgängen der Eingangskanäle und den optischen Eingängen der Ausgangskanäle liegenden, steuerbaren Lichtablenkung, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtablenker ein Hologrammüchtablenker verwendet ist, der in Abhängigkeit vom Einfallswinkel eines Objektstrahls bei der Aufnahme einen oder mehrere Ausgänge mit einem oder mehreren der entsprechend angeordneten Eingänge kontaktfrei verbindet.

2. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hologrammlichtablenker Speicherhologramme verwendet sind, deren Interferenzmuster löschbar sind.

3. Koppelfeld nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß optische Signalumwandler für die elektronischen Signale der Kanäle vorgesehen sind.

4. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Matrizen von Lichtleitern eine Matrix von Hologrammlichtablenkern angeordnet ist.

5. Koppelfeld nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzstrahl und eine Anzahl von kohärenten Lichtquellen zur Aufnahme des Hologramms und ein signalmodulierter Referenzstrahl zur Rekonstruktion vorgesehen ist, der in Interferenz mit einer der wählbaren kohärenten Lichtquellen auf den gewünschten Ausgangskanal abgelenkt wird.

6. Koppelfeld nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere signalmodulierte Referenzstrahlen und mehrere Hologramme vorgesehen sind.

7. Koppelfeld nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur selektiven Beleuchtung eines Hologramms ein digitaler Lichtablenker und eine Fliegenaugenlinsenmatrix vorgesehen sind und zwischen der Fliegenaugenmatrix und der Hologrammatrix eine elektronisch gesteuerte Schaltmaske angebracht ist.

8. Koppelfeld nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmodulation der Ausgangsstufen der Eingangskanäle über einen Spiegel auf die Hologrammatrix lenkbar ist und für den unmodulierten Referenzstrahl ein steuerbarer digitaler Lichtablenker vorgesehen ist, dessen Strahl auf die Fliegenaugenlinsenmatrix gelenkt ist.

9. Koppelfeld nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablenkung der optischen Signale auf die Hologrammatrix ein Prisma und ein Spiegel vorgesehen sind.

10. Koppelfeld nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmaske eine Platte aus elektrooptischem Material mit z. B. longitudinalem Effekt ist, auf deren Seiten kreuzweise Elektrodenstreifen angebracht und mit an den Elektrodenstreifen anlegbaren Spannungen Kreuzungspunkte auswählbar sind.

11. Koppelfeld nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtmodulator aus einer Platte aus elektrooptischem

Material mit z. B. longitudinalem elektrooptischem Effekt besteht, auf deren eine Seite eine Matrix von die elektronischen Eingangssignale aufnehmenden Metallelektroden und auf deren andere Seite eine transparente Elektrode angebracht sind.

12. Koppelfeld nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Lichtmodulator ein doppelbrechendes Prisma angeordnet ist, einlaufende ebene Lichtquellen aufnimmt und modulierte Lichtstrahlen austreten läßt, deren Polarisation zur Polarisation der ebenen Welle senkrecht gerichtet ist

13. Koppelfeld nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliegenaugenlinsenmatrix, die Schaltmaske und die Hologrammatrix zwischen zwei Linsen liegen, deren Brennweiten einander gleich sind.