DE2208663A1 - Verfahren zur optischen Zeitmultiplex übertragung impulscodierter Nachrichten und Anordnung zur Durchfuhrung des Verfah rens - Google Patents

Description

Böblingen, 22. Februar 1972 pr-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Ärmonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket WA 970 001

Verfahren zur optischen Zeitmultiplexübertragung impulscodierter Nachrichten und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Zeitmultiplexübertragung impulscodierter Nachrichten bei dem senderseitig eine von einer Impulsquelle ausgehende Folge von äquidistanten Impulsen gleichzeitig in eine Vielzahl räumlich getrennter und unabhängig voneinander modulierbarer Kanäle eingegeben wird, die anschließend über derart bemessene optische Wege zu einem einzigen Übertragungskanal vereinigt werden, daß eine Folge von ineinander verschachtelten Impulsen entsteht, und bei dem empfängerseitig der Übertragungskanal durch eine zur senderseitigen Anordnung komplementäre Anordnung in eine der Anzahl der senderseitigen Kanäle gleiche Anzahl räumlich getrennter Kanäle aufgespalten wird, die jeweils die gesamte Information des Übertragungskanals enthalten und in die gleichzeitig eine der von der senderseitigen Impulsquelle erzeugten Impulsfolge phasengleiche, ' empfängerseitig erzeugte Referenzimpulsfolge eingegeben wird, wobei die Auswahl der den einzelnen empfängerseitigen Kanälen zugeordneten Information durch die Koinzidenz der übertragenen Impulse mit den empfängerseitig erzeugten Referenzimpulsen erfolgt.

Das ständige starke Anwachsen des Umfanges der über Fernübertragung swege zu übermittelnden Informationen hat besonders in letzter Zeit dazu geführt, daß die Bandbreiten und somit die

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Kapazitäten der zur Verfügung stehenden elektrischen Übertragungswege zur Erfüllung der an sie gestellten Forderungen immer weniger ausreichten. In letzter Zeit wurden eine Reihe von Vorschlägen gemacht/ die durch ihre große Bandbreite bedingte große Kapazität optischer Übertragungswege zur Lösung der obengenannten Aufgaben auszunützen. Da die Bandbreiten der zur Lösung dieser Aufgabe erforderlichen elektro-optischen und optisch-elektrischen Wandler jedoch drei bis vier Zehnerpotenzen unter der Bandbreite eines optischen Übertragungsweges liegen, haben diese Versuche zu keinem Erfolg geführt. In der US-Patentschrift 3 521 068 wird ein optisches Zeitmulitplex-übertragungssystem beschrieben, in dem die ultrakurzen Impulse einer von einem modenverriegelten Laser ausgestrahlten Impulsfolge gleichzeitig auf eine Vielzahl von einzeln modulierbaren Kanälen verteilt wurden. Die Ausgänge dieser Kanäle werden über derartig bemessene optische Wege mit einem Übertragungskanal verbunden, daß jeder einzelne Impuls des Lasers in eine der Anzahl der Kanäle gleiche Anzahl von ineinander verschachtelten Impulsen im Übertragungskanal verwandelt wird. Durch die voneinander unabhängige Modulation der einzelnen Kanäle durch eine gleiche Anzahl von Datenquellen wird im Übertragungskanal eine Vielzahl von Informationen im Zeitmultiplexverfahren übertragen. Am Orte des Empfängers werden die übertragenen Informationen durch eine zur senderseitigen Anordnung komplementäre Anordnung in eine der Anzahl der senderseitigen Kanäle gleiche Anzahl räumlich getrennter Kanäle aufgespalten, die jeweils die gesamte Information des Übertragungskanals enthalten. Gleichzeitig wird in diese Kanäle eine der von der senderseitigen Impulsquelle erzeugten Impulsfolge phasengleiche, empfangerseitig erzeugte Referenzimpulsfolge eingegeben, wobei die Auswahl der den einzelnen empfängerseitigen Kanälen zugeordneten Information durch die Koinzidenz der übertragenen Impulse mit den empfängerseitig erzeugten Referenzimpulsen erfolgt. Die Anforderungen an den Gleichlauf der senderseitigen und der empfängerseitigen Impulsquellen sind außerordentlich hoch, da die Impulsfolgefrequenzen dieser Impulsquellen im Nanosekundenbereich und die im Übertragungskanal übertragenen und empfängerseitig zu decodie-

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renden Impulsfolgen im Pikosekundenbereich liegen. Diese Anforderungen konnten mit den bekannten zur Verfügung stehenden Vorrichtungen nicht voll erfüllt werden, so daß das Übersprechen zwischen den einzelnen Kanälen für den praktischen Einsatz dieser Vorrichtungen zu groß war.

In der Literaturstelle "Wide-Band Optical Communications Systems: Part I - Time Division Multiplexing¹¹, von T.S. Kinsel, Proc. IEEE, Vol. 58, No. 10, Oktober 1970, Seiten 1666-75 wird eine ähnliche Anordnung beschrieben, bei der zur Aufspaltung der übertragenen Information auf die einzelnen Kanäle zusätzlich Mittel zur steuerbaren Änderung des Polarisationszustandes bestimmter Impulse oder Impulsgruppen verwendet werden. Abgesehen davon, daß auch bei dieser Anordnung ein starkes übersprechen zwischen den einzelnen Kanälen nicht auszuschließen war, wird bei dieser Anordnung ein elektro-optischer Modulator benötigt, dessen obere Grenzfrequenz gleich der Impulsfolgefrequenz der übertragenen Impulse sein muß. Durch die zuletzt genannte Anforderung wird die Bandbreite und somit die Übertragungskapazität dieser Anordnung in unzulässiger Weise begrenzt. Auch in diesem Fall konnten die hohen Anforderungen an den Gleichlauf der senderseitigen und empfängerseitigen Impulsquellen nicht befriedigend erfüllt werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, die Bandbreiten und die Übertragungskapazitäten von Multiplexverfahren der oben genannten Art durch Verfahren und Anordnungen zur Verbesserung des Gleichlaufes voll auszunutzen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur optischen Zeitmultiplexübertragung impulscodierter Nachrichten gelöst, bei dem senderseitig eine von einer Impulsquelle ausgehende Folge von äquidistanten Impulsen gleichzeitig in eine Vielzahl räumlich getrennter und unabhängig voneinander modulierbarer Kanäle eingegeben wird, die anschließend über derart bemessene optische Wege zu einem einzigen Übertragungskanal vereinigt wer-

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den, daß eine Folge von ineinander verschachtelten Impulsen entsteht, und bei den empfängerseitig der Übertragungskanal durch eine zur senderseitigen Anordnung komplementäre Anordnung in eine der Anzahl der senderseitigen Kanäle gleiche Anzahl räumlich getrennter Kanäle aufgespalten wird, die jeweils die gesamte Information des Übertragungskanals enthalten, und in die gleichzeitig eine der von der senderseitigen Impulsquelle erzeugten Impulsfolge phasengleiche, empfängerseitig erzeugte Referenzimpulsfolge eingegeben wird, wobei die Auswahl der den einzelnen empfängerseitigen Kanälen zugeordneten Information durch die Koinzidenz der übertragenen Impulse mit den empfängerseitig erzeugten Referenzimpulsen erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig durch eine Mehrzahl von zusätzlichen nicht modulierbaren Synchronisierkanälen, die über optische Wege unterschiedlicher Länge mit dem Übertragungskanal verbunden sind, in diesem eine Impulsfolge erzeugt wird, die bei phasenrichtiger überlagerung mit einer gleichen empfängerseitig erzeugten Impulsfolge ein Maximum an Koinzidenzen und bei phasenverschobener überlagerung ein Minimum an Koinzidenzen erzeugt, und daß durch das Vorliegen eines Maximums oder Minimums empfängerseitig Steuersignale erzeugt werden, die die Phasenlage der empfängerseitig erzeugten Impulsfolge der Phasenlage der senderseitig erzeugten Impulsfolgen angleichen.

Die oben angegebene der Synchronisierung dienende Impulsfolge, im folgenden Synchronisierimpulsfolge genannt, wird durch eine entsprechende Bemessung der die Synchronisierkanäle mit dem Übertragungskanal verbindenden optischen Wege erzeugt, und besteht aus einer Folge von unterschiedliche Abstände voneinander aufweisenden Impulsen, die ein aus bestimmten Binärwerten aufgebautes Wort bilden. Derartige Worte werden als "vollkommen inkohärente Worte" bezeichnet und bilden eine Folge, die Autokorrelationseigenschaften aufweist und durch folgenden Ausdruck definiert ist:

L-l-k * N wenn k * O

(1) C(k) * Σ ^b _n ^bn+k

n*o =1 oder O wenn k j* O

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Derartige Worte haben die Eigenschaft, daß zwei gleiche gegenseitig um eine oder mehrere Bitperioden verschobene Impulsfolgen höchstens eine Koinzidenz aufweisen. Beispielsweise ist die Folge 1100101 ein vollkommen inkohärentes Wort. Andere vollkommen inkohärente Worte sind 1010010001 und 1010010001000001. In der Literaturstelle "Modern Radar", von Berkowitz, Ch. 4, Wiley Publishers, 1965 werden empirische Verfahren zur Erzeugung derartige Worte beschrieben.

Der Vorteil dieser vollkommen inkohärenten Worte besteht darin, daß sie, bedingt durch ihre Autokorrelationseigenschaften bei phasenrichtiger Oberlagerung mit einem gleichen Wort ein Maximum an Koinzidenzen von binäre Einsen darstellenden Impulsen erzeugen, während sie bei einer beliebigen Phasenverschiebung höchstens eine einzige Koinzidenz entstehen lassen.

Weitere Kennzeichen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Senders zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Empfängers

zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah-' rens,

Fig. 3 die vergrößerte Darstellung eines einzelnen

Empfängerkanals,

Fig. 4 die graphische Darstellung der am Ausgang

eines maximal angepaßten Photovervielfacher-Filter>-auftretenden Ströme beim Empfang von

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genau synchronisierten und beim Empfang von nicht genau synchronisierten Impulsen,

Flg. 5 die graphische Darstellung von in sogenannten

Einfangkanälen auftretenden Fehlersignalen, bei genau synchronisierten und bei nicht genau synchronisierten Impulsen.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Senders gemäß der Erfindung besteht aus einer Impulsquelle 1, die beispielsweise als phasenverriegelter oder modenverriegelten Laser ausgebildet sein kann, dessen Impulse einen Abstand T_. und eine im Vergleich zu diesem Abstand sehr kleine Impulsbreite T haben. Derartige modenverriegelte Laser werden beispielsweise in der US-Patentschrift 3 521 068 oder im Aufsatz "Method for Pulse Width Measurement of...Pulses Generated by Phase-Locked Lasers..." von Weber, J. A. P., VoI 38, Nr. 5, Seiten 2231-34, April 1967 beschrieben .

Die von der Impulsquelle 1 ausgehenden Strahlen durchsetzen einen Polarisator 2, in den die Impulse linear polarisiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Polarisationsebene dieser Impulse senkrecht zur Zeichnungsebene, was im allgemeinen mit · bezeichnet wird. Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit wird diese Lage der Polarisationsebene mit ^Ho" (ordentlicher Strahl) oder mit: // oder f. bezeichnet wird. Entsprechend werden senkrecht zur obengenannten Lage der Polarisationsebene polarisierte Impulse mit "e" oder \\ bzw. f bezeichnet.

Die linear polarisierten Impulse durchsetzen anschließend eine aus einer Linse 5 und einer Linse 6 bestehende Anordnung zur Verbreiterung des Strahlquerschnittes, die die Strahlung kollimiert und mit vergrößtertem Querschnitt verläßt. Die die Linse 6 verlassenden Impulse werden in einer aus Linsenanordnungen 3 und 4 bestehenden Anordnung 7 in eine Reihe von parallel zueinander verlaufenden Impulszügen aufgeteilt. Die Linsen der Linsen-

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anordnungen 3 und 4 sind jeweils konfokal zueinander angeordnet, und bilden aus den sie durchsetzenden Impulsen Datenübertragungskanäle A, B, C,...N, N+l, Synchronisierkanäle α, ß, γ, 6 und Einfangkanäle X und Y, wobei jeder Kanal Impulse verringerter Intensität hat, die von den ursprünglichen phasenverriegelten Impulsen abgeleitet werden.

Die Brennweite der Linsen der Linsenanordnung 4 ist kleiner als die Brennweite der Linsen der Anordnung 3, so daß ein übersprechen zwischen den einzelnen Kanälen ausgeschlossen wird.

Im Verlauf der Datenkanäle ist ferner eine Anordnung 9 vorgesehen, die für jeden Kanal einen Modulator enthält, der die Impulsfolge in eine Folge von binären "1" und "O" mit einer Modulationsgeschwindigkeit umwandelt, die der Impulsfolgefrequenz (1/T_D) der vom modenverriegelten Laser ausgehenden Impulse gleich ist. Ein derartiger Modulator oder Verschluß kann beispielsweise aus einer Kerr-Zelle oder einer Pockels-Zelle bestehen, bei der beispielsweise der quadratische oder der longitudinale elektro-optische Effekt ausgenützt wird. Jeder Modulator ist in an sich bekannter Weise mit einer nicht dargestellten schaltbaren Spannungsquelle verbunden, so daß die Polarisationsebene des den Modulator durchsetzenden Impulses steuerbar gedreht oder nicht gedreht werden kann, so daß beispielsweise im Zusammenwirken mit einem nachgeschalteten Polarisator der Impuls übertragen bzw. nicht übertragen wird. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Sender bedeutet fl einen "o"-Impuls, der den Modulator durchsetzt und den binären Wert "1" darstellt, während /die Abwesenheit eines Impulses und das Vorliegen einer binären "O" anzeigt.

Im Verlauf der Synchronisierkanäle α bis δ ist eine aus doppelbrechenden Kristallen bestehende Anordnung 10 vorgesehen. Jeder Kristall dieser Anordnung hat die Wirkung einer "λ/2-Ρlatte", durch die Polarisationsebene der sie durchsetzenden Impulse senkrecht in bezug auf die Polarisationsebene der die Datenkanäle und die Einfangkanäle durchsetzenden Impulse gedreht wird. Die

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Wirkung dieser λ/2-Platte besteht in einer Drehung der Polarisationsebene der "o"-Impulse um jeweils 90°, so daß diese Impulse in "e"-Impulse umgewandelt werden, die mit f bezeichnet werden.

Diese Kristalle verzögern darüber hinaus die Synchronisierimpulse um d . n_Q, wobei d die Dicke des Kristalls und n_Q dessen Brechungsindex ist. Diese Verzögerung wird, wie noch genauer beschrieben, im Empfänger kompensiert.

Die in den Daten-, Synchronisier- und Einfangkanälen auftretenden parallelen und voneinander Abstände aufweisenden Impulsen werden mit Hilfe der Strahlenteiler 12A, 12B,...12N, 12N+1; 12a, 12ß, 12γ und 126; und 12X und 12Y in einen aus ineinander verschachtelten Impulsen bestehenden optischen Multiplexübertragungskanal umgewandelt. Die Strahlenteiler bestehen aus in bezug auf die Fortpflanzungsrichtung der Impulse unter 45 angeordneten halbversilberten Spiegeln, die die einzelnen Kanäle zu einem einzigen Strahl zusammenfassen, der über einen Spiegel 14 einem Übertragungskanal zugeleitet wird. Die aus den Strahlenteilern bestehende Anordnung erzeugt somit für jeden Kanal eine charakteristische optische Weglänge, die von den optischen Weglängen der anderen Kanäle verschieden ist, und stellt außerdem eine Multiplexanordnung dar.

Die Abstände der den Datenkanälen zugeordneten Strahlenteiler weisen vorzugsweise gleiche Abstände voneinander auf, so daß die einzelnen Datenimpulse eine Verzögerung von T in bezug auf

die jeweils vorhergehenden Impulse erfahren. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die Folge der Datenimpulse die binäre Sequenz 101...11 dar.

Die Synchronisierimpulse liegen nicht äquidistant, sondern weisen derartige Verzögerungen auf, daß eine besondere Pseudo-Zufailsfolge entsteht, die die Eigenschaften eines sogenannten vollkommen inkohärenten Wortes aufweist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die Abstände zwischen den Strahlenteilern 12a,

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_ Q —

Ι2β, 12γ, und 126 so bemessen, daß Verzögerungen von T , 3T und 2T?_e entstehen. Auf diese Weise entsteht die Folge 1100101, in der das Vorliegen oder das Fehlen eines "e"-Impulses bzw. eines Strahlenteilers eine 1 bzw. eine 0 bedeutet.

Die Abstände der* im Bereich der Einfangkanäle X und Y gelegenen Strahlenteiler 12X und 12Y sind so bemessen, daß eine Verzögerung von T entsteht.

Es kann zweckmäßig sein, die einzelnen Strahlenteiler mit unterschiedlichen Ref-lektivitäten und Durchlässigkeiten auszubilden, so daß die im Übertragungskanal auftretenden Impulse im wesentlichen die gleichen Intensitäten aufweisen. Beispielsweise kann der Strahlenteiler 12A eine Durchlässigkeit von 85 % und eine Reflektivität von 15 %, der Strahlenteiler 12B eine Durchlässigkeit von 80 und eine Reflektivität von 20 usw. und der Strahlenteiler 12Y eine "Reflektivität von 100 % aufweisen. Es ist leicht einzusehen, daß das Maximum der unterzubringenden Kanäle, einschließlich der Synchronisierkanäle, gleich T_D/T ist. Es ist

anzustreben, T möglichst gleich T , der Dauer eines einzelnen e c

modenverriegelten Impulses, zu machen. In der Praxis wird T vorzugsweise den zweifachen Wert von T_c haben.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Empfängers wird der die Multipleximpulse enthaltende optische Strahl zunächst "zeitsortiert¹¹. Der Ausdruck "zeitsortiert" bedeutet, daß im Empfänger die im Sender eingeführten zeitlichen Verzögerungen kompensiert werden, so daß die gesamte Weglänge jedes Kanals gleich gemacht und die ursprüngliche parallele Lage und die gleiche Reihenfolge der Impulse wieder hergestellt wird. Die in Fig. 2A dargestellte Anordnung zur Zeitsortierung der eingegebenen Multipleximpulse besteht aus einer Strahlenteileranordnung 42, die in bezug auf die in Fig. 1 dargestellte Anordnung 12 komplementär ausgebildet ist. Das heißt, daß der aus ineinander verschachtelten Impulsen bestehende optische Strahl zunächst auf einen Strahlenteiler 42Y und zum Schluß auf einen

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Strahlenteiler 42A fällt, wobei der empfängerseitige Strahlenteiler 42Y dem senderseitigen Strahlenteiler 12Y, der empfängerseitige Strahlenteiler 42A dem senderseitigen Strahlenteiler 12A usw. entspricht.

Jeder Strahlenteiler reflektiert den eingegebenen, vom Sender empfangenen Multiplexstrahl in den ihm zugeordneten Kanal. Wie aus Fig. 2A ersichtlich, werden die Strahlen "zeitsortiert", da die Abstände der Strahlenteiler in der Anordnung 42 umgekehrt proportional den Abständen der Strahlenteiler in der Anordnung 12 sind. Dadurch werden die in der Anordnung 12 erzeugten zeitlichen Verzögerungen kompensiert, so daß in jedem beliebigen Zeitpunkt eine Impulsfolge in den Empfängerkanälen kanalweise der Impulsfolge in den Senderkanälen entspricht, bevor diese durch die Strahlenteiler der Anordnung 12 abgelenkt werden.

Zwischen den Strahlenteilern 42a, 42ß, 42Y und 42δ und den Nicol-Prismen einer Anordnung 46 zur Strahlenrekombination sind in den Synchronisierkanälen λ/2-Platten 43 vorgesehen, die die Polarisationsebene der Daten-Synchronisier- und Einfangimpulse drehen.

Die besagten Platten wandeln den Polarisationszustand der Synchronisierimpulse von "e" (f) in "o" (^) um. Darüber hinaus wird der Polarisationszustand der Daten- und Einfangimpulse, die an den Strahlenteilern 42a bis 426 in die Synchronisierkanäle reflektiert werden, von "o" (/) in "e" Cf) umgewandelt.

Zusätzlich wird durch die λ/2-Platten 43 eine Verzögerung im optischen Weg der Synchronisierkanäle erzeugt, die gleich ist mit der im Zusammenhang mit den senderseitig besprochenen λ/2-Platten 10 erzeugten Verzögerung. Zur Kompensation der durch die senderseitigen λ/2-Platten 10 und empfängerseitigen λ/2-Platten 43 erzeugten Verzögerungen der Synchronisierimpulse sind dielektrische Scheiben 44 zwischen jedem der Strahlenteiler 42A, 42B... 42N, 42N+1, 42X und 42Y und den ihnen zugeordneten Nicolprismen

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46 der empfängerseitigen Daten- und Einfangkanäle angeordnet. Diese Scheiben haben eine optische Dicke der Brechungsindex und d ihre Dicke ist.

Diese Scheiben haben eine optische Dicke von 2n d, wobei η

Die zu den Nicolprisraen der Anordnung 46 gelangenden Daten-, Synchronisier- und Einfangimpulse des empfangenen Strahls sind somit räumlich genau ausgerichtet. Darüber hinaus sind diese Impulse "zeitsortiert", d.h. eine Reihe von Impulsen im Empfänger entspricht den ursprünglichen Impulsen im Sender, wenn man von den Übertragungsverlusten und den Verlusten an den Strahlenteilern der Anordnungen 12 und 42 absieht.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Impulsreihe abzufühlen und jede andere im Bereich des einen Empfängerkanal zugeordneten Detektors auftretende Impulsreihe unberücksichtigt zu lassen. Um die empfangenen Impulse zu überwachen und zu ermitteln, ist im Empfänger ein zweiter phasenverriegelter Laser 31 vorgesehen, der die empfagenen Impulse in den Empfängerkanälen stroboskopiert.

Die Strahlung des Lasers 31 hat die gleiche Wellenlänge und die gleiche Impulswiederholungsfrequenz T_Q wie die Strahlung des Lasers 1. Die Impulsdauern T müssen ebenfalls im wesentlichen gleich sein. Die vom Laser 31 ausgehenden Impulse durchsetzen einen Polarisator 32, der sie in der durch "e" bezeichneten Richtung polarisiert. Diese, im folgenden als Referenzimpulse bezeichneten Impulse liegen somit senkrecht zu dem vom Polarisator 2 in Fig. 1 durchgelassenen "o"-Impulsen.

Die Polarisatoren 2 und 32 können aus aus Tourmalin hergestellten dichroitischen Kristallen bestehen, die senkrecht zueinander orientiert sind.

Jeder den Polarisator 32 verlassende Referenzimpuls durchsetzt zunächst eine Anordnung 70 zur steuerbaren Weglängenveränderung, so daß diese Impulse beim Eintritt in die Nicolprismen der Anordnung 46 mit den zeitsortierten empfangenen Impulsen syn-

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chronisiert werden können.

Die Anordnung 70 besteht aus einem piezoelektrischen Wandler 72, einem mit diesem Wandler verbundenen Hebelarm 74, einem Auflagepunkt 75 zur Vergrößerung der durch den Wandler 72 bewirkten Auslenkung und einem Dachkantablenker 73, der aus den an dem Hebel 74 befestigten Reflektoren 76 und 77 besteht. Ein Reflektor 78 ist an einem Halter 80 beweglich befestigt, während ein weiterer Reflektor 79 im Strahlengang fest angeordnet ist.

Hit Hilfe des Halters 80 kann eine Grobeinstellung der optischen Weglänge eines Impulses und mit Hilfe der den Wandler 72 enthaltenen Anordnung eine Feineinstellung der optischen Weglänge und somit der Synchronisierung mit den empfangenen Impulsen erfolgen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können mit der Feineinstellung Verzögerungen bis zu 25 Pikosekunden bewirkt werden.

Nach der Reflexion an weiteren Spiegeln 33 und 34 durchsetzen die Impulse eine symmetrisch konkave Linse 35 und eine symmetrisch konvexe Linse 36, wodurch der Strahl kollimiert und sein Querschnitt vergrößert wird» Der die Linse 36 verlassende kollimierte Strahl wird in eine Anzahl von einzelnen, zueinander parallelen "e"-Impulsen (f) mit Hilfe einer Anordnung 37 aufgespalten, die aus zwei Reihen 38 und 39 von konfokal zueinander angeordneten Linsen besteht. Jedem Linsenpaar der Anordnung 37 ist ein Nicolprisma der Anordnung 46 so zugeordnet, daß es den betreffenden Referenzimpuls aufnimmt.

Die Linsen 35, 36 und die Linsen der Anordnung 37 sollten so genau wie möglich mit den entsprechenden Linsen des Senders übereinstimmen.

Im folgenden werden die aus der Anordnung 37 austretenden Impulse als Referenz-Impulse oder Referenzwellenformen bezeichnet, während die an der Strahlenteileranordnung 42 reflektierten

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empfangenen Impulse als "Raum"-Wellenform oder "Raum"-Impulse bezeichnet werden« Es wird darauf hingewiesen, daß im allgemeinen die Intensität der von den Linsen der Anordnung 37 ausgehenden Impulse größer sein wird als die Intensität der empfangenen und an der Strahlenteileranordnung 42 reflektierten Impulse. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel parametrische Detektoren verwendet werden, ist diese Tatsache nicht schädlich.

Vor ihrem Auftreten auf die Nicolprismen der Rekombinieranordnung 46 durchsetzen die den empfangerseitigen Daten- und Synchronisierkanälen A bis N+l und α bis δ zugeordneten Referenzwellenformen eine Anordnung 40 zur Einführung einer festen Verzögerung At. Die dem Einfangkanal X zugeordnete Referenzwellenform durchsetzt eine Verzögerungsleitung 41 mit einer Verzögerung von 2At. Durch die auf diese Weise eingeführten Verzögerungen werden die Impulse im Einfangkanal X symmetrisch um 2At in bezug auf die Impulse des Einfangkanals Y versetzt. Die zeitliche Verzögerung At wird so weit wie möglich gleich T , der Dauer eines einzelnen Impulses gemacht. Dann ist ein Referenzimpuls im Kanal X in bezug auf einen Raum-Impuls im Kanal X um T verzögert, während ein Referenzimpuls im Kanal Y in bezug auf einen Raum-Impuls im Kanal Y um T vorverlegt ist.

In der Darstellung nach Fig. 2B wird davon ausgegangen, daß die Referenz- und Raum-Wellenformen genau synchronisiert sind. Demzufolge werden am Rand der Fig. 2B die Referenz-Daten- und -Synchronisierimpulse (t) genau mit den ihnen zugeordneten Raumimpulsen (/) zu kombinierten Parallelimpulsen (^*) kombiniert, während die Referenzimpulse in den Einfangkanälen 42X und 42Y. in bezug auf die ihnen entsprechenden Rauraimpulse um T_c = l/2T_e verzögert bzw. vorverlegt werden.

Die Nicolprismen der Anordnung 46 vereinigen einerseits die Impulse der Referenzwellenformen mit den Impulsen der Raumwellenformen und entfernen andererseits alle Datenimpulse des aus verschachtelten Impulsen bestehenden optischen Strahls aus den

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Synchronisierkanälen α, β, γ und δ. Wie schon oben angegeben, sind die Abstände der Nlcolprlsmen gleich den Abständen der Linsen in der Anordnung 37. Jeder Strahlenteiler 42 ist einem bestimmten Nicolprisma der Anordnung 46 zugeordnet. Eine genaue Synchronisierung vorausgesetzt, werden die kombinierten Raum- und Referenz-Wellenformen, die mit ty in den Figuren dargestellt sind, durch die sammelnden Linsen einer Anordnung 48 zu einer Detektoranordnung 50 übertragen, deren Detektoren jeweils in den Brennpunkten der Linsen der Anordnung 48 liegen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten die Mittel zur Feststellung der kombinierten Impulse eine Koinzidenzdetektoranordnung 50, die für jeden Kanal des Empfängers einen Detektor enthält. Die Detektoren sind vorzugsweise optische parametrische Umformer, die die ihnen zugeführte Strahlung in eine Strahlung kürzerer Wellenlänge umformen. Bekanntlich bestehen derartige Koinzidenzdetektoren aus einem nichtlinearen Kristall, in dem die zweite Harmonische erzeugt wird, wenn zwei kohärente, senkrecht zueinander polarisierte Strahlen der gleichen Wellenlänge gleichzeitig einfallen. Die Orientierung der optischen Achse eines derartigen nichtlinearen Kristalls in Bezug zur Normalen der optischen Eingabestrahlen wird bestimmt durch die Phasenanpassungsbedingung, die erfordert, daß die Summe der Fortpflanzungsvektoren der beiden Grundwellen und der zweiten harmonischen Welle gleich 0 ist. Diese Forderung wird erfüllt, wenn die beiden einfallenden Grundwellen in den Kristall als ordentliche bzw. außerordentliche Strahlen eintreten, wobei die Richtung der Polarisationsebene der austretenden zweiten Harmonischen gleich der Richtung der Polarisationsebene des außerordentlichen Strahls ist.

Die Ausgangsimpulse in den Datenkanälen A, B...N+1 werden durch die Photovervielfacher 54 und die Empfänger 55 ermittelt, wobei für jeden Empfängerkanal ein derartiger Photovervielfacher und Empfänger vorgesehen ist.

Die Ausgangsimpulse der Koinzidenzdetektoren in den Synchroni-Docket WA 970 001 2 0 9 8 3 6/0909

sierkanälen α, β, γ und δ werden mittels einer sammelnden Linse 56 auf einem Photovervielfacher 57 fokussiert. Die Linse 56, der Photovervielfacher 57, ein Verstärker 61 und ein Detektor 62 bilden ein maximal angepaßtes Filter, das ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die kombinierten Impulse der Synchronisierkanäle praktisch gleichzeitig von den Koinzidenzdetektoren empfangen werden. Ist im Bereich der Koinzidenzdetektoren jeder Referenzimpuls genau mit jedem Raumimpuls ausgerichtet, so stellt der Photovervielfacher 57 einen Lichtimpuls mit einer Intensität N fest, die im vorliegenden Falle viermal so groß ist wie das Ausgangssignal eines Koinzidenzdetektors. Dieser optische Impuls wird in einen elektrischen Impuls umgewandelt, im Verstärker 61 verstärkt und durch den Empfänger 62 angezeigt. Sind dagegen die Referenz-Synchronisieriinpulse nicht genau auf die Raum-Synchronisierimpulse ausgerichtet, dann kann höchstens ein kombinierter Referenz- und Raumimpuls gleichzeitig von den Koinzidenzdetektoren empfangen werden. Diese Tatsache ist auf die oben beschriebenen Eigenschaften des vollkommen inkohärenten Wortes 1101001 zurückzuführen. Diese Tatsache kann durch eine Abtastung jeder Spalte von Synchronisierimpulsen in den Kanälen α, β, γ und δ in den Fign. 2A und 2B überprüft werden. Es zeigt sich, daß bis auf eine Spalte keine weiteren Spalten mehr als einen Impuls aufweisen, während die besagte Spalte vier Impulse enthält.

Obwohl die maximal angepaßten Filter für sich allein die Synchronisierung zwischen den Referenzwellenformen und den Raumwellenformen anzeigen, werden sie keine automatische Zusammenführung der beiden Wellenformen bewirken, wenn diese auseinanderlaufen. Zu diesem Zweck ist eine optische Einfangschleife vorgesehen, die Fehlersignale erzeugt, durch die angezeigt wird, ob die Referenzwellenform in bezug auf die Raumwellenform vorverlegt oder verzögert ist. Diese Fehlersignale werden zur automatischen Korrektur der Zeitverzögerung zwischen den beiden Wellenformen verwendet.

Die von den Koinzidenzdetektoren in den Einfangkanälen X und Y

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erzeugten Fehlerimpulse werden nacheinander von den Photovervielfachern 58X und 58Y, den Verstärkern 59X und 59Y und den Empfängern 64X und 64Y festgestellt. Die Ausgangsimpulse der Empfänger 64X und 64Y werden einem Differentialverstärker 66 zugeführt. Die Differenzspannung des Ausganges des Gleichstromverstärkers 66 betätigt über eine Leitung 67 den piezoelektrischen Wandler 72 der optischen Verzögerungsanordnung 70.

Die Einfangkanäle X und Y werden zur Synchronisierung der Referenz- und Raumwellenformen verwendet, wenn diese innerhalb einer Impulsperiode, d.h. innerhalb von T , liegen. Sind die Wellenformen der Daten- und Synchronisier-Kanäle genau synchronisiert, so sind die Wellenformen der Einfangkanäle wegen der durch die Elemente 40 und 41 eingeführten Verzögerungen nicht synchronisiert.

In diesem Fall tritt an den Photovervielfachern 58X und 58Y kein Ausgangssignal auf. Sind dagegen die Daten- und Synchronisier-Wellenformen um weniger als eine Impulsperiode T desynchronisiert, so wird an einem der Ausgänge der Photovervielfacher 58X oder 58Y ein Ausgangssignal auftreten, wodurch über den Differentialverstärker 66 die Verzögerungsanordnung 70 betätigt wird. Um zu vermeiden, daß der Differentialverstärker betätigt wird, wenn die Wellenformen um mehr als T desynchronisiert sind, ist der Ausgang des Verstärkers 61 der maximal angepaßten Filteranordnung mit den Eingängen der Verstärker 59X und 59Y über eine Leitung 63 so verbunden, daß diese bis zum Leitendwerden des maximal angepaßten Filters nicht wirksam werden.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines einzigen Synchronisierkanals des beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Im beispielsweise gewählten Kanal γ werden die außerordentlichen und ordentlichen Strahlen "e" und "o" abweichend von der Darstellung in den Fign. 1 und 2 in konventioneller Weise dargestellt. Dabei wird für einen parallel zur Zeichnungsebene polarisierten Strahl die Bezeichnung E*:f und für einen senk-

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recht zur Zeichnungsebene polarisierten Strahl die Bezeichnung E^ :· verwendet, wobei w die Frequenz der Lichtstrahlen ist. Der aus der Linse 36 austretende "e"-Impuls durchsetzt die Linsen 38γ und 39γ der Anordnung 37, die die Brennweiten f und f,

a D

haben. Diese Linsen sind in Richtung des optischen Weges des Strahls konfokal angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist f. kleiner als f so daß der Querschnitt eines in die Linse 38γ eintretenden Impulses beim Austreten aus der Linse 39γ verkleinert ist. Das Verhältnis f /f, kann in relativ weiten Grenzen verändert

a D

werden. Beispielsweise wird ein Verhältnis 2/1 als günstig angesehen.

Der verkleinerte mit E bezeichnete Referenzstrahl durchsetzt den dem Kanal γ zugeordneten Bereich des Verzögerungselements 40 und gelangt zum Nicolprisma 46 γ der Anordnung 46. Der vom Sender übertragene verschachtelte optische Strahl wird am Strahlenteiler 42γ teilreflektiert und durchsetzt dann die λ/2-Platte 43Y. Wie schon gesagt, sind die Daten- und Einfangimpulse senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert ("o"), während die Synchronisierimpulse parallel zur Zeichnungsebene synchronisiert sind ("e"). Die λ/2-Platte 43γ dreht die Polarisationsrichtung der Impulse, wobei die Synchronisierimpulse zu senkrecht zur Zeichnungsebene polarisierte Strahlen E und die Daten=· und Einfang-Impulse in parallel zur Zeichnungsebene polarisierte Strahlen E^w beim Verlassen der Platte 43γ umgewandelt werden. Wegen der Orientierung des Nicolprismas 46γ wird dieses nur von den mit E^w bezeichneten Synchronisierimpulsen des verschachtelten Strah-' les durchsetzt, so daß nur diese in die Synchronisierkanäle gelangen können. Das Prisma reflektiert die parallel zur Zeichnungsebene polarisierten Daten- und Einfangimpulse aus dem Kanal.

Sind die Referenz- und Raum-Impulse genau synchronisiert, so werden die im Prisma 46γ kombinierten Impulse E^ und E^ mittels der Linse 48Y auf den Koinzidenzdetektor 5Ογ fokussiert, an dessen Ausgang ein optischer Impuls mit der Wellenlänge der zweiten Harmonischen auftritt und durch die Linse 42γ einen optimal an-

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- 18 gepaßten Filter zugeführt wird.

Die Entfernung der Datenimpulse aus den Synchronisierkanälen ist deshalb wichtig, da die durch die Autokorrelation erzielte Verbesserung nur in bezug auf die Synchronisierirapulse auftritt. Enthält der Synchronisierkanal daher eine Spalte von Datenimpulsen, so können diese am Ausgang des angepaßten Filters einen Impuls erzeugen. Durch die Entfernung der Datenimpulse aus dem Synchronisierkanal wird diese Möglichkeit ausgeschlossen.

Die Funktion der Daten- und Einfangkanäle ist nicht wesentlich von der Funktion der Synchronisierkanäle verschieden. Die Daten- und Einfangimpulse sind senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert ("ο") und werden nach ihrem Durchtritt durch das zugeordnete Verzögerungselement 44 im zugeordneten Nicolprisma der Anodnung 46 mit einem Referenzimpuls kombiniert. Die parallel zur Zeichnungsebene polarisierten Synchronisierimpulse ("e"), die in die Daten- und Einfangkanäle des Empfängers eintreten, werden durch die Nicolprismen aus der Anordnung entfernt.

Beim Einschalten des in der Vorrichtung nach Fig. 1 enthaltenen modenverriegelten Lasars 1 entsteht eine Reihe von Impulsen der Länge T , die beispielsweise 25 Pikosekunden beträgt. Der Abstand zwischen den Impulsen T beträgt beispielsweise 8 Nanosekunden. Desgleichen wird der in der Anordnung nach Fig. 2A enthaltene modenverriegelte Laser 31 eingeschaltet und erzeugt eine Folge von Impulsen, deren Abstand oder Periode ebenfalls T_ ist.

Nach seinem Durchtritt durch den Polarisator 2 wird der Querschnitt jedes modenverriegelten Impulses durch die aus den Linsen 5 und 6 bestehende Anordnung verbreitert und durchsetzt eine eine Aufteilung auf eine Vielzahl von Kanälen bewirkende Anordnung Diese Anordnung teilt jeden modenverriegelten Impuls in eine Reihe von parallelen, in ihrer Intensität verminderten Impulsen auf, die in den Kanälen A bis K+l, α bis δ und X und Y verlaufen. Die Zwischenräume zwischen den Linsen können selbstverständlich

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durch die undurchsichtigen Bereiche einer Blende ausgefüllt werden, so daß Rauschen und übersprechen vermieden werden.

Während jeder Impulswiederholungsperiode des Lasers 1 werden bestimmte Modulatoren 9 gleichzeitig betätigt* Soll beispielsweise eine "1" über den Kanal A übertragen werden, so wird dem diesem Kanal zugeordneten Modulator der Anordnung 9 eine Spannung zugeführt, die bewirkt, daß ein Laserimpuls zum Spiegel 12A übertragen wird. Soll eine "O" (kein Impuls) übertragen werden, so wird keine Spannung an den diesem Kanal zugeordneten Modulator gelegt.

Jeder der durch die Synchronisierkanäle α, (3, γ und 6 sich fortpflanzende Impuls durchsetzt eine doppelbrechende λ/2-Platte der Anordnung 10. Diese λ/2-Flatten drehen die Polarisationsebenen der in den Kanälen α bis δ verlaufenden Impulse um 90° in bezug auf die Polarisationsebenen der Datenimpulse. Das hat zur Folge, daß die Daten- und Einfang-Impulse senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert sind ("e"-Strahlen). Die Synchronisierirapulse werden empfängerseitig durch Elemente 43 in bezug auf die Daten- und Einfangimpulse um den Betrag η d verzögert, wobei n_Q der Brechungsindex des Elements und d seine Dicke ist.

Die in den Kanälen X und Y verlaufenden Einfangimpulse werden nicht beeinflußt. Die Daten-, Synchronisier- und Einfangimpulse werden an den Strahlenteilern 12A bis 12N+1, 12a bis 126 und 12X und 12Y reflektiert, so daß die im wesentlichen parallelen Impulse in eine serielle Folge von ineinander verschachtelten Impulsen umgewandelt werden, die am Reflektor 14 als Einzelstrahl in eine tfbertragungsstrecke reflektiert werden.

Die verschachtelten Synchronisierimpulse der verschlüsselten Impulsfolge bilden ein sogenanntes vollkommen Inkohärentes Wort. Es kann jede pseudozufällige Folge verwendet werden, die die durch die folgende Beziehung wiedergegebene Autokorrelationseigenschaft hat»;

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L-l-k « N wenn k * O (2) C(k) - Σ *>*>+,,

n=o * β 1 oder O wenn k j* O

wobei C(k) die Autokorrelationsfunktion, L die Gesamtanzahl der Bits im Wort, t»_n =
Wert 1 im Wort ist.

Bits im Wort, t»_n = 1 oder O und N die Anzahl der Bits mit dem

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden die "I¹ durch optische Impulse und ¹¹O" durch das Fehlen von Impulsen dargestellt. Das in dieser Vorrichtung entstehende Wort ist 1100101.

Bei der in Fig. 2A wiedergegebenen Vorrichtung wird der über die Übertragungsstrecke übertragene Strahl am Reflektor 15 zu den Strahlenteilern 42Y...42A des Empfängers reflektiert. Bei einer anderen Lage des Empfängers ist es selbstverständlich möglich, den Reflektor 15 fortzulassen. Wie schon gesagt, wird der vom Sender übertragene Strahl durch die Strahlenteiler 42 "zeitsortiert". Der ganze, aus verschachtelten Impulsen bestehende Strahl wird in jeden der Kanäle A bis Y des Empfängers eingegeben. Da die Strahlenteiler komplementär in bezug auf die Strahlenteiler des Senders angeordnet sind, werden die ursprünglich senderseitig parallel übertragenen Impulsfolgen in den empfängerseitigen Kanälen parallel rekonstruiert. Die rekonstruierte Folge von wiederverteilten Impulsen wird als "Raumwellenform" bezeichnet.

Die an den Strahlenteilern der Daten- und Einfangkanäle reflektierten Strahlen durchsetzen die Verzogerungselemente 44, in denen sie um den Faktor 2n .d verzögert werden. In den Platten 43 wird die Polarisationsebene jedes Impulses um 90° gedreht. Auf diese Weise werden die senkrecht zur Zeichnungsebene polarisierten Einfangimpulse ("ο") zu parallel zur Zeichnungsebene polarisierten Impulsen (V), während die parallel zur Zeichnungsebene polarisierten Synchronisierimpulse zu senkrecht zur Zeichnungsebene polarisierten Impulsen (V) werden. In den Platten 43 werden die Impulse auch, wie weiter oben im Zusammenhang mit

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den λ/2-Platten 10 beschrieben, um den Faktor η .d verzögert. Somit sind die Daten-, Synchronisier- und Einfangimpulse vor ihrem Eintritt in die Elemente der Strahlrekombinieranordnung räumlich genau ausgerichtet, d.h. "zeitsortiert" in den ihnen entsprechenden Kanälen. Diese Impulse werden in den Nicolprismen der Anordnung 46 mit den Referenzimpulsen kombiniert.

Jedes einzelne Nicolprisma ist so angeordnet, daß es parallel zur Zeichnungsebene polarisierte Referenzimpulse und senkrecht zur Zeichnungsebene polarisierte Raumimpulse in die Empfängerkanäle überträgt. Es werden jedoch parallel zur Zeichnungsebene polarisierte Raumimpulse aus dem Kanal entfernt. Auf diese Weise werden die durch die λ/2-Platten 43 parallel zur Zeichnungsebene polarisierten Daten- und Einfang-Raumimpulse durch die Nicolprismen aus den Synchronisierkanälen entfernt. Dadurch wird sichergestellt, daß die Daten- und Einfangimpulse nicht mit den die Autokorrelation bewirkenden Synchronisierimpulsen interferieren.

Die durch den Laser 31 erzeugten Referenzimpulse durchsetzen den Polarisator 32, so daß sie parallel zur Zeichnungsebene polarisiert sind. Anschließend durchsetzen sie die Anordnung zur einstellbaren Veränderung des optischen Weges, die aus Mitteln zur Feineinstellung und zur Grobeinstellung besteht. Nach dem Durchtritt der Impulse durch die Anordnung 70 werden diese an den Spiegel 33 und 34 reflektiert und in der aus den Linsen 35 und 36 bestehenden Anordnung verbreitert. Der aus der 'Linse 36 austretende verbreiterte kollimierte Strahl wird in eine Anzahl einzelner, paralleler, und in ihrer Intensität geschwächter Referenzimpulse (f) mit Hilfe der Anordnung 37 aufgespalten. Jeder dieser Impulse durchsetzt ein Nicolprisma der Anordnung 46, nachdem er im Falle der Daten- und Synchronisier-Referenzimpulse durch das Verzögerungselement 40 und im Falle der Einfang-Referenzimpulse im Kanal X durch ein Verzögerungselement 41 hindurchgetreten ist.

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Im Falle einer genauen Synchronisierung werden die in der Zeichnung durch fr dargestellten kombinierten Raum- und Referenzimpulse durch· eine Linsenanordnung 48 zu den Koinzidenzdetektoren der Anordnung 50 (Fig. 2B) übertragen.

Die am Ausgang der Koinzidenzdetektoren der Kanäle A, B...N+1 auftretenden Impulse werden durch die Photovervielfacher der Anordnung 54 und die Empfänger der Anordnung 55 festgestellt.

Die Ausgangssignale der Koinzidenzdetektoren in den Synchronisierkanälen α, β, γ und δ werden in das maximal angepaßte Filter fokussiert, das ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die kombinierten Impulse in den Synchronisierkanälen im wesentlichen gleichzeitig von den Koinzidenzdetektoren empfangen werden. Ist im Bereich der Koinzidenzdetektoren jeder Referenzimpuls genau mit jedem Raumimpuls ausgerichtet, so wird dem Photovervielfacher eine Lichtintensität "N" zugeführt, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles viermal so groß ist wie das Ausgangssignal eines Koinzidenzdetektors. Dieser optische Impuls wird in einen elektrischen Impuls umgewandelt, der durch den Verstärker 61 verstärkt und vom Empfänger 62 festgestellt wird.

Sind die Referenz-Synchronisierimpulse dagegen nicht genau mit den Raumsynchronisierimpulsen ausgerichtet, dann kann höchstens ein kombinierter Referenz- und Raumimpuls gleichzeitig von den Koinzidenzdetektoren empfangen werden. Wie schon früher ausgeführt, wird diese Tatsache auf die im Ausdruck 2 definierten Korrelationseigenschaften zurückgeführt. Jede Spalte von Impulsen in den Synchronisierkanälen kann als eine zeitlich verschobene Folge in jeder anderen Spalte aufgefaßt werden. Die Autokorrelationseigenschaft eines vollkommen inkohärenten Wortes stellt sicher, daß jeweils nur in einer Spalte mehr als ein Impuls auftritt. In der zuletzt genannten Spalte treten alle N Impulse auf. Es kann gezeigt werden, daß nur in der Spalte, die die ausgerichtete rekonstruierte Raumwellenform enthält mehr als ein räumlicher Synchronisierimpuls (/*) auftreten kann. In dieser Spalte treten vier Synchronisierimpulse auf. Auf diese Weise

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zeigt der Ausgang des optimal angepaßten Filters eindeutig an, wenn die Wellenforraen synchronisiert sind. Sind die Wellenformen um nicht mehr als einen Impulsabstand T desynchronisiert, so liefert das maximal angepaßte Filter praktisch kein Ausgangssignal, so daß die Ausgangssignale der Empfänger der Anordnung 55 ohne Wirkung bleiben. Es ist selbstverständlich möglich, Mittel vorzusehen, durch die Empfänger der Anordnung 55 oder die Detektoren der Anordnung 54 so lange ausgeschaltet sind, bis das maximal angepaßte Filter ein Signal erzeugt.

Obwohl das optimal angepaßte optische Filter für sich allein den Synchronismus zwischen den Referenzwellen und den Raumwellen anzeigt, ist es nicht in der Lage die Wellenformen automatisch wieder zusammenzuführen, wenn sie anfangen auseinanderzulaufen. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des optimal angepaßten Filters unter ein Maximum absinken und ein doppeldeutiges Signal erzeugen, wenn die Referenz- und Raumwellenformen innerhalb einer Impulsperiode T liegen. Dieser Zustand wird in Fig. 4 dargestellt, die die normalisierte Autokorrelationseigenschaft der Synchronisierimpulse am Ausgang des Photovervielfachers 57 des optimal angepaßten Filters wiedergibt. Es wird angenommen, daß die Ausgangssignale der Koinzidenzdetektoren rechteckige Impulse mit einer Dauer von T sind. Die begrenzte Bandbreite des Photovervielfachers erzeugt eine asymmetrische Autokorrelationsfunktion dessen maximale Amplitude bei At = O jedoch klar erkennbar ist.

Ist At = O, so sind die Referenz- und Raumsynchronisierimpulse vollkommen synchronisiert und das Ausgangssignal des Photovervielfachers hat eine relative Höhe von N. Sind die Raumimpulse in bezug auf die Referenzimpulse um einen Betrag At = O,4T_C oder -O,4T vorverlegt oder verzögert, so ist die Amplitude des Ausgangssignals ungefähr N/2.

Zur Beurteilung und Auswertung der Autokorrelationsfunktion müssen die elektro-optischen Umwandlungsprozesse in Betracht gezogen werden. Im Photovervielfacher 57 liegt die Ansprechzeit

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der Photokathode, d.h. die Zeit für die Photoauslösung von Elek-

—12
tronen in der Größenordnung von 10 Sekunden. Die Ansprechzeit des Vervielfachungsprozesses wird durch die Dispersion der Einschwingzeiten begrenzt, die durch die Unterschiede in der Austrittsgeschwindigkeit der Elektronengeschwindigkeiten bedingt ist. Diese Begrenzung liegt bei 10 Sekunden. In der Kathode des Photovervielfachers 57 wird die Energie der Synchronisationsimpulse in photoerregte Elektronen umgewandelt.

Der Photostrom ist proportional dem durchschnittlichen Anteil an erregten Elektronen, der seinerseits proportional der optischen Energie ist. Wegen der linearen Beziehung zwischen optischer Energie und Photostrom und wegen des schnellen Ansprechens der Photokathode werden Stromimpulse erzeugt, deren Form ähnlich der Form der phasenverriegelten optischen Impulse ist.

Die Amplitude der Stromimpulse an der Kathode des Photovervielfachers des optimal angepaßten optischen Filters ist:

Befinden sich die Referenzwellenform und die Raumwellenform nicht in Synchronismus, können die Stromimpulse an der Kathode des Photovervielfachers 57 des optimal angepaßten optischen Filters von den kleinen Spitzen der Korrelationsfunktion nicht größer sein als der durch die Gleichung (3) berechnete Wert für N=I, wobei η der Wirkungsgrad der Photokathode zur Umwandlung eines Photons hv in ein Elektron mit der Ladung q und p_2fcj die Energie der zweiten harmonischen Welle an einem Koinzidenzdetektor in den Synchronisierkanälen α bis δ und N die Zahl der Synchronisierimpulse ist. Im vorliegenden AusfUhrungsbeispiel ist N = 4.

Ist die Referenzwellenform und die Raumwellenform in zeitlicher Übereinstimmung, so ist die Breite der Stromimpulse an der Photokathode die gleiche wie die Breite T„ der phasenverriegelten optischen Impulse.

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Das Ergebnis der Dispersion der Einschwingzeiten in den Vervielfältigungsstufen des Photovervielfachers kann durch ein Tiefpaßfilter mit einer Zeitkonstante von T = 10 Sekunden wieder-

gegeben werden. Zur Veranschaulichung des Effektes der Einschwingzeitdispersion sind die Stromimpulse am Ausgang des Photovervielfachers in Fig. 4 für die Werte T = 0,25 χ 10~¹⁰ Sekunden und

-10
T_Q = IO Sekunden wiedergegeben. Wie ersichtlich, werden die Stromimpulse beim Durchgang durch die Vervielfacherstufen des Photovervielfachers in ihrer Amplitude verkleinert, wesentlich verbreitert und verzerrt.

Wie weiter oben beschrieben, bewirken die Einfangkanäle X und Y eine Synchronisierung der Referenz- und Raumwellenformen, wenn sie innerhalb einer Impulsdauer T liegen. Sind die Wellenformen in den Daten- und Synchronisierkanälen genau miteinander synchronisiert, so überlappen sich die Wellenformen in den Einfangkanälen wegen den durch die Verzögerungselemente 40 und 41 eingeführten Verzögerungen nicht. In diesem Fall entsteht an dem Ausgang der Photovervielfacher 58X und 58Y kein Ausgangssignal. Sind jedoch die Daten- und Synchronisierwellenformen um mehr als eine Impulsdauer T desynchronisiert, so leiten die Photovervielfaeher 58X und 58Y. Das erzeugte Fehlersignal wird in den Verstärkern 59X und 59Y verstärkt und in den Empfängern 64X oder 64Y ermittelt. Die Ausgangssignale der Empfänger werden den Eingängen des Differentialverstärkers 66 zugeführt, der so angeordnet und ausgebildet ist, daß er je nachdem, ob die Einheit 58X oder 58Y leitend sind, ein positives oder ein negatives Spannungssignal erzeugt. Die am Ausgang des Differential-Gleichstromverstärkers 66 auftretende Spannung betätigt den piezoelektrischen Wandler 72 zur Betätigung der Anordnung 70 zur einstellbaren Änderung der optischen Weglänge. In Abhängigkeit von dem Vorzeichen und der Amplitude der über die Leitung 67 übertragenen Spannung bewegt sich der Umformer nach oben oder nach unten-und überträgt die gleiche Bewegung dem Hebelarm 74. Auf diese Weise wird in der schon beschriebenen Art die optische Weglänge der Referenzwellenformen verändert, um sie mit den folgenden Raumwellenfor-

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men zu synchronisieren.

Um zu vermeiden, daß der Differentialverstärker betätigt wird, wenn die Wellenformen um mehr als T , der Impulsperiode, dessynchronisiert sind, werden die Verstärker 59X und 59Y durch den Verstärker 61 so lange außer Funktion gehalten, bis das optimal angepaßte Filter zu leiten beginnt.

Der funktionale Zusammenhang zwischen dem Ausgangsstrom der zwei Photovervielfacher 58X und 58Y der Einfangkanäle und der Zeitverzögerung At zwischen den Synchronisier- und Datenimpulsen der Raum- und Referenzwellenformen wird in Fig. 5 dargestellt. Die von den Koinzidenzdetektoren der Einfangkanäle erzeugten Impulse werden als rechteckig angenommen. Keine Fehlersignale werden erzeugt, wenn Referenz- und Raumwellenformen in Synchronismus sind. Erfolgt jedoch eine Verschiebung der Referenzwellenformen in Bezug auf die Raumwellenformen, so wächst das Fehlersignal des Photovervielfachers und erreicht seinen höchsten Wert, wenn die Zeitverzögerung At zwischen den Referenz- und Raumwellenformen gleich der Dauer τ der optischen Impulse wird (At » -T). Wird dagegen die Referenzwellenform in bezug auf die Raumwellenform verzögert, so weist das am Photovervielfacher 58Y auftretende Fehlersignal eine ähnliche Charakteristik auf.

Wird beispielsweise angenommen, daß die Wellenform der Daten- und Synchronisierkanäle um O,6T in bezug auf die Raumwellenformen vorverlegt wird (At = -0,6T), so wird der normalerweise um T in bezug auf die Raumimpulse verzögerte Impuls im Kanal X um T - O,6T„ = 0,4T in bezug auf die Raumimpulse verzögert. Der Referenzimpuls im Kanal Y, der normalerweise um At = T in bezug auf den Raumimpuls vorverlegt ist, wird nun um T_c + 0,6T_c= 1,6T_C verzögert. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal des Photovervielfachers 58X für At = -0,6T_c eine relative Maximalamplitude in der Umgebung von ^k hat. Der Photovervielfacher 58Y ist in diesem Fall nicht leitend. Der Ausgang des Photovervielfachers 58X wird wie schon weiter oben beschrieben,

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zur Betätigung der einstellbaren Verzögerungsanordnung 70 verwendet, so daß der nächste Referenzimpuls um O,6T verzögert wird, wodurch die Referenzimpulse mit den Raumimpulsen synchronisiert werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein optisches Multiplexübertragungssystem mit einer besonders guten Synchronisation zwischen Sender und Empfänger. Eines der wichtigsten Merkmale der Erfindung besteht in der Verwendung einer optisch codierten Impulsfolge, die als vollkommen inkohärentes Wort bezeichnet wird und gleichzeitig mit der im Multiplexverfahren übertragenen Datenimpulsfolge übertragen wird. Im Empfänger werden die Daten und die besagte inkohärente Impulsfolge wieder auf separate Kanäle aufgeteilt und einer Reihe von Detektoren zugeführt. Die als vollkommen inkohärentes Wort bezeichnete Impulsfolge wird ermittelt und einem optimal angepaßten Filter zugeführt, das eine Wellenform mit großer Amplitude erzeugt. Dadurch wird sichergestellt, daß die durch die Datendetektoren ermittelten Impulse echte Datenimpulse sind. Jedes zeitlich versetzte vollkommen inkohärentes Wort erzeugt im Vergleich zu einem nicht verschobenen vollkommen inkohärenten Wort eine so kleine Amplitude des Ausgangssignals, daß dieses praktisch vernachlässigt werden kann. Auf diese Weise können alle in den.Datenkanälen des Empfängers im nicht synchronisierten Zustand festgestellten Impulse unwirksam gemacht werden.

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Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur optischen Zeitmultiplexübertragung impulscodierter Nachrichten bei dem senderseitig eine von einer Impulsquelle ausgehende Folge von equidistanten Impulsen gleichzeitig in eine Vielzahl räumlich getrennter und unabhängig voneinander modulierbarer Kanäle eingegeben wird, die anschließend über derart bemessene optische Wege zu einem einzigen Übertragungskanal vereinigt werden, daß eine Folge von ineinander verschachtelten Impulsen entsteht, und bei dem empfängerseitig der Übertragungskanal durch eine zur senderseitigen Anordnung komplementäre Anordnung in eine der Anzahl der senderseitigen Kanäle gleiche Anzahl räumlich getrennter Kanäle aufgespalten wird, die jeweils die Information des Übertragungskanals enthalten, und in die gleichzeitig eine der von der senderseitigen Impulsquelle erzeugten Impulsfolge phasengleiche, empfängerseitig erzeugte Referenzimpulsfolge eingegeben wird, wobei die Auswahl der den einzelnen empfängerseitigen Kanälen zugeordneten Information durch die Koinzidenz der übertragenen Impulse mit den empfängerseitig erzeugten Referenzimpulsen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig durch eine Mehrzahl von zusätzlichen, nicht modulierbaren Synchronsierkanälen, die über optische Wege unterschiedlicher Länge mit dem Übertragungskanal verbunden sind, in diesem eine Impulsfolge erzeugt wird, die bei phasenrichtiger Überlagerung mit einer gleichen empfängerseitig erzeugten Impulsfolge ein Maximum an Koinzidenzen und bei phasenverschobener Überlagerung ein Minimum an Koinzidenzen erzeugt und daß durch das Vorliegen eines Maximums oder Minimums empfängerseitig Steuersignale erzeugt werden, die die Phasenlage der empfängerseitig erzeugten Impulsfolgen der Phasenlage der senderseitig erzeugten Impulsfolgen angleichen.

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2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über den tibertragungskanal übertragenen Synchronisierimpulsfolgen empfängerseitig gleichzeitig in eine der Anzahl der senderseitigen Synchronisierkanäle gleiche Anzahl von Synchronisierkanälen eingegeben und dort den empfängerseitig erzeugten Synchronisierimpulsen überlagert werden, daß das Koinzidieren oder Nicht-Koinzidieren einzelner oder mehrerer Impulse der in den empfängerseitigen Synchronisierkanälen verlaufenden, vom Sender übertragenen Synchronisierimpulsfolgen mit den in diesen Kanälen auftretenden empfängerseitig erzeugten Impulsfolgen festgestellt wird, daß die eine Koinzidenz anzeigenden optischen Impulse einem optisch-elektrischen Wandler zugeführt werden und daß die an dessen Ausgang auftretenden, ein Minimum oder ein Maximum an Koinzidenzen anzeigenden Signale die Phasenlage der empfängerseitig erzeugten Impulse steuert.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig durch zwei über verschieden lange optische Wege mit dem Übertragungskanal verbundene Einfangkanäle jeweils aus zwei gegeneinander versetzten Impulsen bestehende Impulspaare erzeugt werden, die empfängerseitig auf den beiden entsprechenden Einzelkanälen als phasengleich verlaufende Einzelimpulse auftreten und dort zwei empfängerseitig erzeugte, gegeneinander phasenversetzt auf den beiden Kanälen verlaufenden Einzelimpulsen überlagert, werden, wobei je nach der Phasenlage der senderseitig und empfängerseitig erzeugten Impulse auf einem der beiden Kanäle Koinzidenzen stattfinden, die in elektrische Signale umgewandelt werden, daß die durch eine Koinzidenz entstehenden elektrischen Signale mit den die Koinzidenzen der Synchronisierimpulse anzeigenden Signale verknüpft und ein die Phasengleichheit der senderseitig und empfängerseitig erzeugten Impulse bewirkendes elektrisches Signal ergeben.

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4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die empfängerseitig erzeugten Referenzimpulse in bezug auf die senderseitig erzeugten Impulse senkrecht polarisiert sind.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Übertragungsstrecke verlaufenden Synchronisierimpulse in bezug auf die Daten- und Einfangimpulse senkrecht polarisiert sind.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine beispielsweise als modenverriegelten Impulslaser ausgebildete Strahlungsquelle 1, einen im Strahlengang dieser Impulsquelle angeordneten Polarisator 2, einer aus Linsen 5 und 6 bestehenden Anordnung zur Vergrößerung des Strahlquerschnittes, einer aus Linsengruppen (3 und 4) bestehenden Anordnung (7) zur Aufteilung des Strahls auf eine Vielzahl von Kanälen (A, B...N, N+l; α, β, γ, δ; X, Y), eine im Strahlengang der Datenübertragungskanäle (A, B...N+l) liegende Gruppe (9) von einzeln ansteuerbaren Verschlüssen zur Modulation der in diesen Kanälen verlaufenden Impulsfolgen, eine im Strahlengang der Synchronisierimpulse liegende Gruppe (10) von Elementen zur Drehung der Polarisationsebene um 90 der in diesen Kanälen verlaufenden Impulse, sowie durch einen Spiegel (12Y) und Strahlenteiler (12X bis 12A) zur Zusammenfassung aller Kanäle zu einem einzigen Übertragungskanal.
7. 7. Vorrichtung zum Empfang der in der Sendevorrichtung nach Anspruch 6 erzeugten Impulsfolgen, gekennzeichnet durch eine Impulsquelle 31, zur Erzeugung einer der durch die senderseitige Impulsquelle erzeugten Impulsfolge gleichen Impulsfolge, einen im Strahlengang dieser Impulsquelle liegenden Polarisator (32), eine aus spiegelnden Flächen (76, 77, 78, 79) sowie aus einem piezoelektrischen Element (72)

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   und einem um einen Hebepunkt (75) schwenkbaren Hebel (74) bestehende Anordnung (70) zur Veränderung der optischen Weglänge der von der Lichtquelle (31) erzeugten Strahlung, Umlenkspiegel (33, 34), durch eine aus Linsen (35, 36) bestehende Anordnung zur Vergrößerung des Strahlquerschnittes, durch eine aus zwei konfokal angeordneten Linsengruppen (38, 39) bestehende Anordnung (37) zur Aufteilung der Strahlung in eine Vielzahl von Kanälen (Y, X; δ, γ, β, α; Ν+1, N...A), durch ein im Strahlengang der Daten- und Synchronisierkanäle angeordnetes Verzögerungselement (40), durch eine Gruppe (46) von im Verlauf dieser Kanäle angeordneten Elemente zur Einspiegelung der über jedem Kanal zugeordnete Spiegel (42Y, 42X, 426, 42γ, 42β, 42α; 42Ν+1, 42N...42A) zugeführten übertragenen Impulse, durch eine Gruppe 48 von im Verlauf der die senderseitig und empfängerseitig erzeugten Impulse übertragenden Kanäle angeordneten fokussierenden Linsen, durch eine Gruppe (50) von die aus den einzelnen Linsen austretende Strahlung aufnehmenden Koinzidenzdetektoren, durch eine Gruppe (52) von die aus den Koinzidendetektoren austretende Strahlung fokussierenden Linsen, sowie durch eine Gruppe (54) von im Bereich der einzelnen fokussierten Strahlungen angeordneten optischelektrischen Wandlern, eine die Koinzidenz der in den Synchronisierkanälen verlaufenden Impulsfolgen anzeigenden Strahlen fokussierende Linse (56) , einen diese fokussierten Strahlen empfangenden optisch-elektrischen Wandler (57), dessen Ausgang mit jeweils dem einen von zwei Eingängen zweier UND-Schaltungen (59X, 59Y) verbunden ist, deren zweite Eingänge mit den Ausgängen zweier optisch-elektrischer Wandler (58X, 58Y) verbunden sind, die die Koinzidenz der in den Einfangkanälen (X, Y) verlaufenden Impulsen anzeigen, und durch einen mit den Ausgängen der beiden UND-Schaltungen (59X, 59Y) verbundenen Differentialverstärker (66), dessen Ausgang über eine Leitung (67) mit dem die richtige Phasenlage der durch die Impulsequelle (31) erzeugten Impulse bewirkenden piezoelektrischen Element (72) verbunden ist.

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