DE2506019B2 - Verfahren und Anlage zur Übertragung zweidimensionaler Information - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Übertragung zweidimensionaler InformationInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Optoelektronik und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Übertragung
zweidimensionaler Information sowie eine Anlage zur Übertragung zweidimensionaler Information auf optischen
Frequenzen, die zur Durchführung dieses Verfahrens dient, und in der Fernsehtechnik, für
Bildfernsprecher-Nachrichlenverbindungen sowie in Nachrichtensystemen zur Übertragung einer beliebigen
zweidimensionalen Information benutzt wird.
Weitgehend ist ein Verfahren zur Übertragung zweidimensionaler Information bekannt, bei dem ein
Bild in Elemente zerlegt wird, danach ein kohärenter
Lichtstrom entsprechend den zerlegten und be: der Bildabtastung nacheinander folgenden Bildementen
über der Zeit in der Amplitude oder in der Phase
moduliert wird, dieser in der Zeit modulierte Lichtstrom
über eine optische Übertragungsstrecke übertragen, beim Empfang demoduliert und in ein sichtbares Bild
umgewandelt wird.
Ein Mangel dieses Verfahrens besteht darin, daß die zweidimensionale Information durch Bildzerlegung in
Elemente übertragen wird, wobei die Übermittlung eines vollständigen zweidimensionalen Bildes eine
längere Zeit in Anspruch nimmt
Dieses Verfahren wird durch eine bekannte Anlage zur Übertragung der zweidimensionalen Information
durchgeführt, die sich aus folgenden, im Strahlengang
des kohärenten Lichtstromes hintereinander angeordneten Baugruppen zusammensetzt: einer kohärenten
Lichtquelle, einem Amplituden- oder Phasenmodulator, der den Lichtstrom nach einem in einer Einrichtung zur
Zerlegung des zweidimensionalen Bildes in Elemente erzeugten Nutzsignal in der Zeit moduliert, einer
Nachrichtenüber'.ragungsstrecke, die einen freien Raum darstellt, und einer Empfangseinrichtung, in der die
empfangenen Signale demoduliert und mittels einer Ablenkeinrichtung in ein sichtbares Bild umgewandelt
werd'.-.
Nachteilig bei dieser Anlage ist die lange Zeit, die für
die Übertragung eines zweidimensionalen Bildes erforderlich ist, wegen der Unmenge von Zerleg,ingsclcmenten.
deren Übertragung mehr Zeit erfordert als die Übertragung größerer Bildabschnitte. Außerdem werden
in der Empfangs-Anlage die Verzerrungen nicht kompensiert, die durch nichtstationäre Inhomogenität
des Mediums hervorgerufen werden, in dem sich der Lichtstrom mn der aufgeprägten Information fortpflanzt.
— große Signaldämpfung bei Übertragung auf große
Entfernungen;
— komplizierte Anpassung von Lichtleitunger, am Eingang und Ausgang der Nachrichtenübertragungsstrecke;
— keine Möglichkeit räumlicher Phasenmodulation des Lichtstromes;
— Schwierigkeiten bei der Herstellung von Nachrichtenverbindungen
zwischen vielen Teilnehmern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der erwähnten Mangel ein Verfahren zur
Übertragung zweidimensionaler Information (z. B. Bild oder Hologramm) zu entwickeln, das mit Hilfe von
Lichtsignalen simultane Übertragung von zweidimensionalen Bildern über große Entfernungen (mehrere
zehn und hundert Kilometer) bei zufällig auftretenden
Verfahrens dienende Anlage bekannt, in der als Forlpflanzungsmedium für die in tier Zeit modulierten
Lichtsignale ein Faserlichtleiter benutzt wird (vgl. z. B. »Elektronik-Anzeiger«. !972.13/IX, Nr.9.S. 177-179).
Diese Anlage weist dieselben Nachteile wie die Anlage auf, in der als Fortpflanzungsmedium freier
Raum benutzt wird. Außerdem haben die in dieser Anlage angewandten Lichtleiter eine große Signaldämpfung.
Das heißt, auch bei Glasfaserleitungen können nichtstationäre Inhomogenitäten auftreten, und zwar
aufgn ad von Temperaturschwankungen, insbesondere
in Strängen aus derartigen Glasfaserleitungen, wobei sich die Amplituden- und Phasen-Koeffizienten der
Übertragung durch die Faser ändern, was zu instationären Verzerrungen der über diese Glasfaserleitungen zu
übertragenden Information führt.
Für die Übertragung der zweidimensionalen Information nach dem erwähnten Verfahren wurde auch eine
Anlage entwickelt, in der als Fortpflanzungsmedium für die in der Zeit modulierten Lichtsignale ein Lichtleitrohr
mit einer Reihe von Korrekturlinsen und Spiegeln benutzt wird (vgl. z. B. »Radiotechnika i Elektronika«.
Moskau, 1973, XVIII. 2, S. 391).
Die Anlage ist mit den gleichen Mangeln behaftet wie die Anlage, in der als Fortpflanzungsmedium freier
Raum benutzt wird.
Außerdem ist auf hohe Kosten der erwähnten Anlagen bei der Informationsübertragung über große
Entfernungen hinzuweisen.
Es ist auch ein Verfahren zur simultanen Übertragung von zweidimensionalen Bildern auf kurze Entfernungen
von einigen Metern bekannt, bei dem ein amplitudenmodulierter Lichtstrom mit Hilfe eines Lichtleiterbündels
fibertragen wird, wobei jeder Lichtleiter ein Lichtsignal überträgt, das einem einzelnen Zerlegungselement des zu übertragenden Bildes entspricht.
Die dieses Verfahren durchführende bekannte Anlage zur simultanen Übertragung von zweidimensionalen
Bildern enthält im Lichtstromweg hintereinander eine Lichtquelle, ein Objekt, das das Lichtsignal moduliert,
ein Lichtleiterbündel, bei dem die Anzahl der einzelnen Lichtleiter der Anzahl von Bildzerlegungselementen
entsprechen soll, und einen Empfänger, der die visuelle
Beobachtung oder eine Registrierung des übertragenen Bildes ermöglicht (vgl. z. B. »Die Technik«, 1973, VII, Nr.
7, S. 423-425; Nr. 8, S. 490-493).
Das erwähnte Verfahren und die zu seiner Durchführung dienende Anlage weisen aber folgende Nachteile
auf:
ermöglicht, und für die Durchführung dieses Verfahrens
in eine Anlage zur Übertragung der zweidimensionalen
Information auf optischen Frequenzen zu schaffen, dessen Aufbau ermöglicht, die zweidimensionale Information
zwischen vielen Teilnehmern simultan im Multiplexbetrieb zu übertragen, geringe Verluste bei
2\ der Fortplanzung von optischen Signalen durch die
Nachrichtenübertragungsstrecke zu gewährleisten, im Übertragungskanal entstehende Verzerrungen zu kompensieren
und eine große Übertragungskapazität zu erreichen.
in Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt
durch die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 bzw. 7.
Bei Nachrichtenübertragungsstrecken, welche Verzerrungen
ähnlich denen von »Milch- oder Trübglas«
j-, verursachen, ist die Lehre des Patentanspruchs 2
zweckmäßig.
Zur Übertragung der zweidimensionalrn Information über große Entfernungen und, falls eine Approximation
der Nachrichtenübertragungsstrecke durch die Übertragungsfunktion von »Milch- bzw. Trübglas« unberechtigt
ist, empfiehlt sich die Lehre des Patentanspruchs 3.
Um eine Beeinflussung der Wiedergabequalität der übertragenen Information durch regelmäßige Inhomogenitäten
der Nachrichtenübertragungsstrecke zu eliminieren, den erforderlichen Dynamikbereich der holografischen
Aufzeichnungsmittel zu pressen und die Bildauskopplung von jedem beliebigen Aperturteil der
Nachrichtenübertragungsstrecke zu ermöglichen, eignet sich besonders die Lehre nach dem Patentanspruch
Für die Übertragung eines zweidimensionalen Farbbildes wird zweckmäßigerweise die Lehre nach dem
Patentanspruch 5 verwendet
Für die Übertragung einer räumlichen Objektabbildung empfiehlt sich die Lehre nach dem Patentanspruch
6.
Zur Kompensation von Verzerrungen, die durch die
Nachrichtenübertragungsstrecke bedingt sind, und zur Rekonstruktion der übertragenen zweidimensionalen
Information ist zweckmäßig die Lehre nach dem Patentanspruch 8.
Für eine Verstärkung des empfangenen zweidimensionalen Nutz- und des zweidimensionalen Referenzsignals
empfiehlt sich die Lehre nach dem Patentanspruch 9.
In der zur Übertragung zweidimensionaler Information über große Entfernungen bestimmten Anlage,
wenn die Approximation der Nachrichtenübertragungs-
strecke durch die »Milch- oder Trübglas«-Übcrtragungsfiir'-,
ιυπ unberechtigt ist, ist zweckmäßig die Lo^'v nachdem Patentanspruch 10.
Um die Übertragung zweidimensionaler Information zwischen zwei (oder vielen) Teilnehmerstellen zu
ermöglichen, dient die Lehre nach dem Patentanspruch II.
Wenn Geheimhaltung der zu übertragenden Information
erwünscht ist oder in manchen Fällen eine zusätzliche Ausfilterung der erforderlichen Information
aus der ganzen dem betreffenden Empfänger zugeführten Informationsmenge gefordert wird, ist zweckmäßig
die Lehre nach dem Patentanspruch 12.
Um Verluste des zweidimensionalen Referenz- und
des zweidimensionalen Nutzsignals bei deren Fortpflanzung durch die Nachrichtenübertragungsstrecke zu
verringern, eignet sich die Lehre nach dem Patentanspruch 13.
Zur Verminderung des binliusses verschiedener zu
StabilitätsstöruRgen führender Faktoren (Parameter
des Fortpflanzungsmediums.Vibrationen) ist zweckmäßig die Lehre nach dem Patentanspruch 14.
Um eine gleichmäßigere Verteilung der Lichtenergie und der Information im Querschnitt der Lichtleitung zu
erzielen und somit weniger strenge Forderungen an den Dynamikbereich der Mittel zur Aufzeichnung der
Hologramme stellen zu können, empfiehlt sich die Lehre nach dem Patentanspruch 15.
Den Einfluß des unerwünschten Lichtuntergrundes, der beim Signalempfang durch Lichtströme erzeugt
wird, welche an den Wänden der Lichtleitung unter größeren Winkeln als die berechneten Divergenzwinkel
des mit der Nutzinformation des gewählten kleinsten Bildzerlegungselements räumlich modulierten kohärenten
Lichts reflektiert werden, kann man zweckmäßigerweise abschwächen, durch die Lehre nach dem
Patentanspruch 16.
Um Signalverluste in der Lichtleitung besonders beim Multiplexbetrieb zwischen mehreren Teilnehmern herabzusetzen,
ist zweckmäßig die Lehre nach dem Patentanspruch 17.
Zur Nachrichtenübermittlung bei einer großen Anzahl von Teilnehmern und gleichzeitig zur Senkung
von Signalverlusten, die in der Nachrichtenübertragungsstrecke infolge der Energieentnahme durch die
Ein- und Auskopplungseinrichtungen während der Ruhepausen im Zeitkanal eines Teilnehmers entstehen,
ist zweckmäßig die Lehre nach dem Patentanspruch 18.
Die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebaute Anlage zur Übertragung zweidimensionaler
Information ermöglicht es, verschiedenartige Information über große Entfernungen (mehrere
zehn und hundert Kilometer weit) wirtschaftlich und mit technisch vertretbaren Mitteln sowie mit einer überaus
hohen Übertragungskapazität zu übertragen, die 10· bis
10l2mal höher als die Übertragungskapazität der
bekannten und geplanten Nachrichtenübertragungssysteme
liegt.
Demgegenüber ist es bisher lediglich noch bekanntgeworden
(vgl.
H. Kiemle und D. Röss. Einführung in die Technik
der Holographie, Akad. Verlagsgesellschaft. Frankfurtam Main. 1969,S. 18-23.276-278,
The Bell System Technical Journal, Febr. 1966 (Briefs), S. 335-339,
Journal of the SMPTE, Vol. 74, October 1965
(Nummer 10), S. 893-896,
Proceedings -f the IKFiE, 54. 1466, S. 196b.
Kino-Technik 1967, Nr. 7, S. 155-158).
Kino-Technik 1967, Nr. 7, S. 155-158).
— zur AufnahrifC von Hologrammen eines Objekts eine
von letzterem ausgehende Objektwelle mit einer Referenzwelle zu überlagern und später zur
Rekonstruktion aus dem fertigen Hologramm dieses nur mit einer Keferen/ λ die zu bestrahlen;
— in diesem Zusammenhang auch die zeitsequentielle
Übertragung der I\lemenle eines Hologramms
'" vorzusehen, und
— als Übertragungsstrecke Glasfaserleitungcn zu nehmen.
Von diesem bekannten Sund der Technik unterschei- >
det sich der Erfindungsgegenstancl grundsätzlich bereits dadurch.
daß bei ihm die Übertragung der zweidimensionalpn Information vnn einem Ohjrlcl (RiItI ndcr
Hologramm) im ganzen, d. h. ohne Aufteilung in Elemente vorgesehen ist. also eine zeitsequentielle
Übertragung gerade vermieden wird;
ferner von diesem zweidimensionalen Nutzsignal gesondert, nämlich in zeitlichem Abstand, ein eigenes zweidimensionales Referenzsignal über die gleiche Nachrichtenübertragungsstrecke übertragen wird, wobei dieses zweidimensional Referenzsignal nur dem Zweck dient. Instabilitäten der Nachrichtenübertragungsstrecke zu erfassen, da Abweichungen von seiner vorgegebenen Struktur
ferner von diesem zweidimensionalen Nutzsignal gesondert, nämlich in zeitlichem Abstand, ein eigenes zweidimensionales Referenzsignal über die gleiche Nachrichtenübertragungsstrecke übertragen wird, wobei dieses zweidimensional Referenzsignal nur dem Zweck dient. Instabilitäten der Nachrichtenübertragungsstrecke zu erfassen, da Abweichungen von seiner vorgegebenen Struktur
ohne weiteres empfangsseitig erkennbar sind, so daß durch gemeinsame Verarbeitung des empfangenen
zweidimensionalen Nutzsignals und des etwas später empfangenen zweidimensionalen
Referenzsignals die durch die Nachrichtenübertra-
!> gungsstrecke bedingten Verzerrungen des zweidimensionalen
Nutzsignals kompensiert werden können.
Dieses Problem der Entzerrung eines über eine Nachrichtenübertragungsstrecke gelaufenen zweidimensionalen
Nutzsignais mittels etwas zeitl:_h versetzter Übertragung eines ebenfalls zweidimensionalen
Referenzsignals über die gleiche Übertragungsstrecke und anschließender gemeinsamer Verarbeitung ist im
4> vorbekannten Stand der Technik nicht im geringsten
angesprochen; insbesondere dient bei der Rekonstruktion aus einem fertigen Hologramm die Referenzwelle
dazu, überhaupt ein Objekt-Bild zu erzeugen, während beim Erfindungsgegenstand das Referenzsignal dann
Vi wegfallen könnte, wenn auf der Übertragungsstrecke
keine Verzerrungen des zweidimensionalen Nutzsignals (das insbesondere ein Hologramm darstellt) auftreten
wurden.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung
näher erläutert. Hierbei zeigen
F i g. 1 das Blockschaltbild einer für die Durchführung bo des erfindungsgemäßen Verfahrens erfindungsgemäß
aufgebauten Anlage zur Übertragung zweidimensionaler Information;
F i g. 2 das Blockschaltbild eines in der erfindungsgemäßen Anlage eingebauten Mittels zur Verarbeitung
des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen
Nutzsignals,
Fig.3 das Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels
des Mittels zur Verarbeitung des
zweidimensionalcn Referenz- und des zweidimension.i len Nutzsipnals.
F i g. 4 das Blockschaltbild der Anlage nach F i g. I mil
einem Codierer und einem Decodierer,
Fig. 5 das Blockschaltbild einer ebenfalls für die
> Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfindungsgemäß aufgebauten Anlage mit zwei Teilnehmerstellen
zur Übertragung zweidimensionaler Information,
Fig.6 eine Multimode-Lichtleitung der Anlage m
gemäß der Erfindung (teilweise im Schnitt),
F i g. 7 einen Querschnitt VlI-VII der Lichtleitung von F ig. 6.
Fig. 8 ein anderes Ausführungsbeispicl der Lichtleitung
(im Querschnitt), I)
Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Lichtleitung
(im Querschnitt),
Fig. 10 eine in der Lichtleitung eingebaute Einrichtung
zur Ein- imd Auskopplung des zweidimensionalcn Referenz- und des zweidimcnsionalen Nutzyignals in die _'n
bzw. aus der Lichtleitung (teilweise aufgeschnitten);
Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel der Multimode Lichtleitung mit hermetisch abgeschlossenen gleichachsigen
Rohr-Abschnitten (Außenansicht);
Fig. 12 das Blockschaltbild des Mittels zurSignalver- 2">
arbeitung nach F i g. 2, das aber zur Rekonstruktion eines Bilds eines dreidimensionalen Objekts von einem
übertragenen zweidimensionalen Hologramm bestimmt ist,
Fig. 13 das Blockschaltbild des Mittels zur Signalver- in
arbeitung nach Fig. 3, das aber zur Rekonstruktion eines Bilds eines dreidimensionalen Objekts von einem
übertragenen zweidimensionalen Hologramm bestimmt ist,
Fig. 14 das Blockschaltbild der Anlage nach Fig. 1, i>
die aber für die Übertragung zweidimensionaler Farbinformation bestimmt ist,
Fig. 15 die Optik der Anlage nach Fig. 1 mit Anwendung des Mittels zur Verarbeitung des zweidimensionalen
Referenz- und des zweidimensionalen ίο Nutzsignals nach F i g. 2, des Codierers und des
Decodieren mit vorgegebener Phasenverteilung des Transmissionsgracles und der Lichtleitung nach F i g. 6,
Fig. 16 die Optik des Codierers und des Decodiereis,
die in der Anlage nach Fig. 15 eingebaut sind und eine
vorgegebene Phasenverteilung des Refle:.io'.isgradcs
haben,
Fig. 17 die Optik Jes Mittels zur Verarbeitung des
/weidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen
Nutzsignuls nach F i g. 3.
Am Ausgang der Nachrichtenübertragungsslrecke wird die erwähnte gemeinsame Verarbeitung der
Signale nach dem ersten Ausführungsbeispicl (vgl. das
/weite einige Absiit/e weiter unten) des erfiiidungsgc
Miaßen Verfahrens im folgenden durch Aufzeichnung
eines Hologramms des zweidimensionalen Nutzsignals bezüglich des zweidimensionalen Referenzsignals bei
zeitlicher und räumlicher Vereinigung dieser Signale durchgeführt. Von diesem Hologramm erhält man durch
übliche Rekonstruktion (mittels Bestrahlung durch eine Referenzwellc) die übertragene zweidimensionale Information
ohne Verzerrungen. Das zweidimensionale Nutz- und das zweidimensionale Referenzsignal seien
dementsprechend nach Durchlaufen der Nachrichtenübertragungsstreckc
durch folgende Gleichungen beschrieben:
<;(.v.v) = </(.x..v)e
.4(.X1V) = /4(.v.v)e
.4(.X1V) = /4(.v.v)e
mit
• (i(.x.y). Aix.y) = Amplituden des zweidimensionalen
Nutz- bzw. des zweidimensional«! Referenzsignals,
• ν (v, _v). '/'(v. y) = Phasenverteilung des zweidimensionalcn
Nutz- bzw. des zweidimensionalen Referenzsignals, • c' lvvl = Ubertragungsfaktor der als verzerrendes
Medium auftretenden Nachrieh tenübertragun«sslrecke.
Dann läßt sich die Intensitätsverteilung auf dem Hologramm wie folgt ausdrucken:
-= a{x,y)e J
a(x,y)Ä*[x.y) + a*(x.y)A(x,y).
Somit wird die Wirkung des Verzerrungsmediums bei der Hologrammaufzeichnung eliminiert.
Von dem aufgezeichneten Hologramm erhält man bei der Rekonstruktion die unverzerrte zweidimensionale
Information.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die erwähnte gemeinsame Verarbeitung der Signale durch Aufzeichnung des
Fourier-Hologramms vom zweidimensionalen Nutzsignal und des inversen Fourier-Hologramms vom
zweidimensionalen Referenzsignal, bezogen auf ein zusätzliches zweidimensionales Referenzsignal, durch
nachfolgende Modulation des zusätzlichen kohärenten Lichtstromes mit den erwähnten Fourier-Hologrammen
sowie durch nachfolgende Fourier-Rücktransformation des genannten modulierten Lichtstromes durchgeführt,
der die Rekonstruktion der übertragenen zweidimensionalen
Information ohne Verzerrungen ermöglicht
Das zweite BeispieJ des Verfahrens beruht auf der Approximation der Übertragungsfunktion der Nachrichtenübertragungsstrecke
durch einen Integralausdruck von der Art:
55
U (*,>,) =jju(x,y)L(x,y,S,,i)dxdy.
Darin bedeuten
U(t,>i) = Antwort der Nachrichtenübertragungsstrecke
auf das Eingangssignal
(;,//) und (x,y) = Koordinaten in der Ausgangs- bzw.
Eingangsebene, L{x,y,t,ii) = Funktion, die die Eigenschaften einer
konkreten Nachrichtenübertra-
&5 gungsstrecke angibt (»Operator der
Nachrichtenübertragungsstrecke«) vgl. dazu weiter unten die Einrichtung
10.
Die Integration wird über die Eingangsapertur Ω
vorgenommen.
Ohne Verlust an allgemeiner Aussage kann man die Maßstäbe der Achsen x,y, ξ, η gleichsetzen sowie die
Eingangs- und Airgangsapertur der Nachrichtenübertragungsstrecke
als gleich voraussetzen (d.h. die Querschnitte der Aperturen bei den Einrichtungen zur
Ein- und Auskopplung von Signalen in den Teilnehmeranlagen gleichsetzen).
Die Möglichkeit der Kompensation von Verzerrun- in
gen der Signale bei ihrer Fortpflanzung durch die Nachrichtenübertragungsstrecke wird in entscheidendem
Maße durch die Art der Funktion L(x, y, ξ, η) beeinflußt
Am Beispiel einer Nachrichtenübertragungsstrecke, is
die als Lichtleitung mit quadratischem Querschnitt ausgeführt ist, kann leicht gezeigt werden, daß der
»Operator der Lichtleitung« L als Funktion von linearen Variablenkombinationen von der Art (f+xjt (V+y)
dargestellt werden kann.
In der Tat ergeben die mehrfachen Reflexionen an den Innenwänden einer Lichtleitung mit quadratischem
Querschnitt in ihrem Ausgangsquerschnitt eine Aufhellung, die einer Beleuchtung dieses Querschnittes durch
eine Gruppe von in der Eingangsebene der Lichtleitung angeordneten Lichtquellen gleichwertig ist, wobei die
Anordnung und die Phasenlage dieser Lichtquellen durch die Anzahl und Art der Lichtwellenreflexion an
den Wänden der Lichtleitung (ähnlich der mehrfachen Ljchtreflexion im Kaleidoskop) bestimmt werden.
Dieses Verständnis von Lichtleitungen ist in der Theorie der Höchstfrequenz-Wellenleiter gut bekannt, in der die
sich im Wellenleiter fortpflanzende Welle als Summe von Wellen einer Reihe diskreter Quellen dargestellt
wird (vgL z.B. Feimann, »Feimannsche Vorlesungen über Physik«, Band 6, Verlag »Mir«, Moskau, 1966).
Man kann sich unschwer überzeugen, daß der Ausdruck (4) für eine Lichtleitung mit quadratischem
Querschnitt in folgender Form dargestellt werden kann:
. U((,,l)=JJu(x,y)A(S-x,tl-y)dxdy+jJu(x,y)B(S-x,i,+y)dxdy+jJu(x,y)C{S+x,,,+y)dxdy
a
+ [fu(x,y)D(S + x,,, - y)dxdy.
(5)
Hierbei sind A, B. C, D, die Komponenten des
LJrhtleitungsoperators, die einer Querschnittsform der
Lichtleitung entsprechen (4 Komponenten für eine Lichtleitung mit quadratischem Querschnitt).
Wenn als Referenzsignal I/o, das durch die Lichtlei*
tting übertragen wird, ein Punktlichtquellensignal
U0=O (x,y)-ö(x=0, y=0),
d.h. F (Ly=I, angenommen wird, so ergibt das
entsprechende Ausgangssignal (d.h. seine Fourier-Transformation) die gewünschte Information Ober
Parameter der Lichtleitung zwischen den betreffenden Teilnehmerstellen:
(7)
Für die Vereinfachung der Rekonstruktion des Nutzsignals kann es zweckmäßig sein, dieses Signal in
einer gegenüber der Reflexionsiransformation (den Wechsel der Achsenrichtungen x, y) invarianten Form
zu übertragen. Für eine rechteckige Lichtleitung bedeutet dies, daß nicht ein Bild, sondern 4 Bilder
Übertragen werden, die nebeneinander in vier Quadranten liegen und eine in Bezug auf die Achsen χ und y
symmetrische F/igur Ua bilden. Dabei ist
-FM**,* y)}-Fl 11). (8)
Wie aus den Gleichungen (4) bis (8) folgt, ist es für die Rekonstruktion des empfangenen Bildes erforderlich,
nach der Fourier-Transformation des empfangenen zweidimensionalen Nutz- und des empfangenen zweidimensionalcn
Referenzsignals die Fouricr-Antwort auf das Nutzsignal durch die Fourier-Antwort auf das
Referenzsignal zu dividieren und dann für den Quotient
dieser Division die Fourier-Riicktransformation vorzunehmen.
Zur Übertragung einer Farbinformation wird das zweidimensionale Referenz- und das zweidimensionalc
Nutzsignal zusätzlich auf zwei weiteren Hilfstragerfre-Bei
der Fourier-Transformation der ausgangsseitigen
Beleuchtungsfunktion t/g, η) erhält man. wenn man
berücksichtigt, daß die Summanden in der Gleichung (5)
jo gefaltete Funktionen darstellen:
(6)
quenzen erzeugt Die Anzahl der Hilfsträgerfrequenzen
JS kann vergrößert werden, je nachdem, welche Farbenskala, man zu erhalten wünscht.
Bei den beschriebenen Beispielen des erfindungsgemaßen Verfahrens zur Übertragung zweidimensionaler
Information können als Objekte zweidimensionale
Transparentbilder, Photographien und Filmbilder, zweidimensionale optische Modulatoren benutzt werden,
mit denen das zu fibertragende Bild aufgezeichnet wird, das man durch Beleuchtung von realen Objekten
(Gegenstanden, Szenen) erhalt
Es ist ein Beispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens
möglich, bei dem als Objekt ein zweidimensionales Hologramm eines dreidimensionalen Objekts benutzt
wird, wobei nach der Rekonstruktion ein dreidimensionales Bild erhahefl werden kann. Zu diesem Zweck
» erfolgt vor der Erzeugung des zweidimensionalen
Nutzsignals die vorlaufige Aufzeichnung eines zweidimensionalen Hologramms vom dreidimensionalen Objekt, und das erhaltene zweidimensionale Hologramm
wird für die zweidimensionale räumliche Modulation
des kohärenten Lichtstromes benutzt, wobei man bei
der gemeinsamen Verarbeitung des empfangenen zweidimensionalen Referenz- und des empfangenen
zweidimensionalen Nutzsignals vom erhaltenen Hologramm eine zusatzliche Rekonstruktion des räumlichen
μ Objektbildes durchführt
Um den Einfluß von regelmäßigen Inhomogenitäten der Nachrichtenübertragungsstrecke zu verringern und
die Bildauskopplung von jedem beliebigen Aperturteil der NachrichtenUbertragungsstreckc zu ermöglichen,
(,', werden das zweidimensionale Referenz- und da.s
zweidimensionale Nulzsignal in der Nachrichtenüber· tragungsstrecke periodisch räumlich ungeordnet verteilt.
Zu bemerken ist, daß beim Verfahren gemäß der
Erfindung die Reihenfolge der Übertragung des Referenz- und des Nutzsignals unwesentlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens dienenden Anlage zur
Übertragung zweidimensionaler Information auf optischen Frequenzen ist in F i g.! gezeigt
Die erfindungsgemäß ausgeführte Anlage enthält eine Teilnehmerstelle I1 in welcher ein in der
kohärenten Lichtquelle 2 erzeugter kohärenter Lichtstrom nacheinander einem Sender 3, einer Nachrichtenübertragungsstrecke
4 und einem Empfänger 5 zugeführt wird.
Der Sender 3 enthält im Strahlengang des kohärenten Lichtstromes einen Umschalter 6, der aus dem
kohärenten Lichtstrom zeitlich nacheinanderfolgende kohärente zweidimensionale Impulssignale entsprechend
dem (vgl. weiter unten) zweidimensionalen Referenzsignal und dem zweidimensionalen, die ausgesandte Information tragenden Nutzsignal erzeugt,
wobei die Summendauer dieser Impulssignale kleiner als das Intervall der zeitlichen Instabilität der Nachrichtenübertragungsstrecke 4 ist (weiter unten folgt die
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit der Angabe aller erforderlichen Parameter). Weiterhin
gehört zum Sender 3 eine Einrichtung 7 zur räumlichen Signalaufteilung, die diese Impulssignale auf (in) zwei
verschiedene Wege(kanäle) leitet. In dem einen Kanal (bezeichnet als Kanal des zweidimensionalen Referenzsignals) befindet sich eine Einrichtung 8 zur Erzeugung
eines zweidimensionalen Referenzsignals. In dem anderen Kanal (Kanal des zweidimensionalen Nutzsignals) r«gt ein Modulator 9 sowie eine mit dem Signal
vom Modulator 9 angesteuerte Einrichtung 10 zur optimalen Anpassung des räumlichen Spektrums (d. h.
der Fourier-Transformierten (erhältlich an der Austrittsfläche einer sphärischen Linse, wenn an deren
Eintrittsfläche ein Transparent mit aufgezeichnetem zweidimensionalen Nutzsignal angeordnet wird)), des
zweidimensionalen Nutzsignals an den zweidimensionalen Operator L (x, y, f, ^/der Übertragungsfunktion der
Nachrichtenübertragungsstrecke 4.
Das heißt, der Kommutator 6 nimmt eine zeitliche
Modulation der Strahlung von der Lichtquelle 2 entsprechend den Synchronisationsimpulsen von der
Baueinheit 38 vor (vgl. F i g. 1).
Die Aufteilung des Lichtstroms im Umschalter 6 kann mit for sich bekannten Mitteln erfolgen (z. B. mittels
Spiegeln und elektronisch gesteuerter Lichtmodulatoren). Dagegen ist es nicht Aufgabe des Umschalters 6,
das zweidimensionale Nutzsignal und das zweidimensionale Referenzsignal zu erzeugen, sondern nur zwei
Lichthnpuls-Folgen, die int weiteren von der Einrichtung 10 als Nutzsignal und von der Einrichtung 8 als
Referenzsignal moduliert werden.
Der Sender 3 enthalt außerdem noch folgende im Strahlengang des kohärenten Lichtstromes hintereinander liegende Einrichtungen: eine Einrichtung 11 zur
räumlichen Vereinigung des zweidimensionalen Referenz' und des zweidimensionalen Nutzsigrmli, der da*
zweidimensionale Referenz- und das zweidimensionale Nutzsignal von dem Referenzsignal- bzw. Nutzsignalkanal
zugeführt werden, und eine gesteuerte Einrichtung 12 zur Einkopplung des von der Einrichtung Il zur
räumlichen Signalvercinigung /ugefiilirten /wcidimensionalen
Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals in die Nachriehumihertragungsstreckc^.
Der Empfänger 5 enthält im Strahlengang dos kohärenten Lichtstromes hintereinander eine gesteuerte
Einrichtung 13 zur Auskopplung des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals
aus der Nachrichtenübertragungsstrecke 4, einen Umschalter 14, der das zweidimensionale Referenz- und
das zweidimensionale Nutzsignal zeitlich herauslöst, und ein Mittel 15 zur Verarbeitung dieser Signale,
welches die in der übertragenen Information durch die Nachrichtenübertragungsstrecke 4 hervorgerufenen
ίο Verzerrungen kompensiert, diese Information aufzeichnet
und wiedergibt
Bei einer Nachrichtenübertragungsstrecke, deren Übertragungsfunktion in Bezug auf die durch diese
Strecke hervorgerufenen unregelmäßigen Verzerrun-
gen als Übertragungsfunktion eines »Milch- oder Trübglases« dargestellt werden kann, enthält das Mittel
15 zur Verarbeitung des zweidimensionalen Rt.'jrenz-
und des zweidimensionalen Nutzsignals (Fig.2) im
Strahlengang des kohärenten Lichtstromes eine nach dem Umschalter 14 angeordnete Einrichtung 16 zur
räumlichen Aufteilung dieser Signale auf die Kanäle des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals im Kanal des zweidimensionalen
Referenzsignals ist eine als Verzögerungsleitung ausge führte Verzögerungseinrichtung 17 vorgesehen, die zur
zeitlichen Zusammenführung des zweidimensionalen
bestimmt ist
im Kanal des zweidimensionalen Nutzsignals angewandt werden, wenn das Nutzsignal über die Nachrichtenübertragungsstrecke vor dem Referenzsignal übertragen wird.
Zum Signalverarbeitungsmittel 15 gehören auch
folgende im Strahlengang des kohärenten Lichtstromes
nach den Kanälen des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals hintereinander
angeordnete Einrichtungen: eine Einrichtung 18, welche
das von diesen Kanälen gelieferte zweidimensionale
Referenz- und das zweidimensionale Nutzsignal unter
einem vorgegebenen Winkel räumlich vereinigt, ein Lichtstromverstärker 19, der in dieser Anlage nichtkohärent ist, da er für die Verstärkung eines Interferenzbildes (Amplitudenbildes) der Lichtverteilung bestimmt ist.
eine Einrichtung 20 zur Aufzeichnung des sich bei der Interferenz des zweidimensionalen Nutz· und des
zweidimensionalen Referenzsignals ergebenden Hologramms und eine Einrichtung 21 zur Wiedergabe der
abertragenen zweidimensionalen lnfoi.nation vom
Hologramm unter Benutzung einer zusätzlichen, kohärentes Licht erzeugenden Lichtquelle 22. deren kohärenter Lichtstrom zur Aufzeichnungseinrichtung 20
gelangt.
Bei Nachrichtenverbindungen Ober große Erttfernun-
gen, wenn die Übertragungsfunktion der Nachrichtenverbindungsstrecke in Bezug auf die durch diese Strecke
bedingten Verzerrungen der Übertragungsfunktion eines »Milch- oder Trübglases« nicht gleichwertig ist.
kann das Mittel 15 (Fig,3) zur Verarbeitung des
m> zweidimensionalen Referenz· und de» zweidrmensiona·
len Nutzsignals folgende im Strahlengang des kohärenten
Lichtstromes hintereinander angeordnete Einrichtungen enthalten: eine Einrichtung 23 zur räumlichen
Fourier-Transformation dieser Signale, eine Einrichtung
h"> 24 zur räumlichen Aufteilung dieser Signale auf die
Kanäle des zweidimensionalen Referenz- bzw. des zweidimensionalen Nuf/signals, eine Einrichtung 25 zur
Aufzeichnung des itncrscn Fouricr-Hologramms des
zweidimensionalen Referenzsignals, zu der das zweidimensional Referenzsignal von der Einrichtung 24 zur
räumlichen Signalaufteilung gelangt, und eine Einrichtung 26 zur Aufzeichnung des Fourier-Hologramms des
zweidimensionalen Nutzsignals, auf die das zweidimensionale Nutzsignal von derselben Einrichtung 24
gegeben wird. Die Aufzeichnung des Fourier-Hologramms des zweidimensionalen Nutzsignals in der
Einrichtung 26 und des inversen Fourier-Hologramms des zweidimensionalen Referenzsignals in der Einrich- in
tung 25 erfolgt in Bezug auf ein zusätzliches Referenzsignal, das von einer zusätzlichen, kohärentes
Licht erzeugenden Lichtquelle 27 geliefert wird, deren kohärenter Lichtstrom die beiden Aufzeichnungseinrichtungen 26 und 25 nacheinander durchläuft, in denen
er mit dem direkten und dem inversen Fourier-Hologramm des zweidimensionalen Nutz- bzw. des zweidimensionalen Referenzsignals nacheinander moduliert
wird, und weiterhin zur Einrichtung 28 zur Fourier-Rücktransforat.ition des durch die Einrichtungen 26 und
25 modulierten LichtstroiTses and zur Einrichtung 29 zur
Wiedergabe der übertragenen zweidimensionalen Information vom Fourier-Kologramm geleitet wird
Wenn Geheimhaltung der zu übertragenden Information gewährleistet werden muß, enthält der Sender 3
(Fig.4) im Kanal des zweidimensionalen Nutzsignals zusätzlich einen Codierer 30, der eine Platte mit
vorgegebener Phasenverteilung des Transmissionsoder des Reflexionsgrades darstellt und im Strahlengang des kohärenten Lichtstromes hinter der Einrich-
tung 10 zur c.ximalen Anpassung des räumlichen Spektrums des zweidimensionalen Nutzsignals an den
zweidimensionalen Operator der übertragungsfunktion der Nachrichtenübertraguiigistrecke 4 und vor der
Einrichtung 11 zur räumlichen Vereinigung des n zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals eingeführt ist, und der Empfänger 5
enthält im Kanal des zweidimensionalen Nutzsignals zusätzlich einen Decodierer 31, der eine Platte mit einer
zur Übertragungsfunktion des Codierers 30 konjugiert komplexen Phasenverteilung des Transmissions- oder
Reflexionsgrades darstellt.
Um die Übertragung zweidimensionaler Information zwischen vielen Teilnehmern zu gewährleisten, wird
zeitliche Kanaltrennung benutzt, bei der jedem Teilneh- ■»'>
mer ein bestimmtes Zeitintervall für die Übertragung zugewiesen wird. Wenn die zweidimensional Information im Einzelfall zwischen zwei Teilnehmeranlagen
ausgetauscht werden soll, wird die Anlage nach F i g. 4 durch eine andere Teilnehmerstelle 32 (F i g. 5) zu einer v>
Anlage erweitert, die eine für die Teilnehmerstellen I und 32 gemeinsame Baueinheit 33 zur zeitlichen
Synchronisation enthalten muß, welche Synchronisationssignale für die Teilnehmerstellen 1 und 32 erzeugt.
Diese Synchronisationssignale werden über die Nach- μ richtenübertragungsstrecke 34 auf einer besonderen
Lichtträgerfrequenz und mit Hilfe einer Einrichtung 35 zur Synchronisationssignal-Einkopplung in die Nachrichtenübertragungsstrecke 34 übertragen.
Der Unterschied der Lichtträgerfrequenz, auf der die w)
Synchronisalionssignale übertragen werden, von der Lichtträgerfrequenz des Nutz- und Referenzsignals
ermöglicht die Ausfilterung der Synchronisationssignalc beim Kmpfang. Die Synchronisationssignalc stellen eine
periodische Folge von Lichtimpulsen dar. welche h">
Codekombinationen von Kanalnummern bilden und clic sich periodisch wiederholenden Taktimpulse einschließen.
Wenn die Dauer der Übertragung des zweidimensionalen Nutz- und des zweidimensionalen Referenzsignals
2τ beträgt, kann das Zeitintervall zwischen den benachbarten Synchronisationssignalen (30
100) χ 2 r dauern. In den Grenzen dieses Zeitintervalls
erfolgt im Empfänger 5 die Einsteliung der erforderlichen Dauer der Informationsauftastung, nachdem in
Übereinstimmung mit der festgelegten Nummer des codierten Synchronisationssignals die Bindung an den
Taktimpuls erreicht wird.
Die Einrichtung zum Abtrennen des Synchronisationssignals enthalten in jedem Empfänger 5 der
Teilnehmerstellen 1 und 32 einen Selektor 36, zu dem die Synchronisationssignale aus der Nachrichtenüber-
:ragungsstrecke 34 mit Hilfe einer Einrichtung 37 zur
Auskopplung von Synchronisationssignalen gelangen. Der Selektor 36 decodiert die codierten Synchronisationssignalfolgen und erzeugt Steuersignale für die
Einrichtung 7 zur räumlichen Aufteilung des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals, für die Einrichtung 8 zur Referenzsignalerzeugung,
für die Einschaltung der Einrichtungen 12 und 13 zur Ein- bzw. Auskopplung des Nutz- und des Referenzsignals, sowie für die Umschalter 14 und 6 des Empfängers
5 bzw. des Senders 3 und gewährleistet somit den Zeitmultiplexbetrieb der entsprechenden Teilnehmerstellen 1 uns 32 Cür die Arbeit des Mittels 15 zur
Signalverarbeitung.
Um den Austausch der zweidimensionalen Information zwischen vielen Teilnehmern zu ermöglichen, wird
die Anlage aus einer erforderlichen Anzahl von Teilnehmerstellen (entsprechend der Teilnehmerzahl)
aufgebaut. Dabei muß die Baueinheit zur zeitlichen Synchronisation Synchronisationssignale für alle Teilnehmerstellen erzeugen.
In der Anlage nach F i g. 1 werden die Synchronisationssignale für den Sender 3 in der Baueinheit 38
erzeugt und gelangen zum Umschalter 6 zur Erzeugung des impulsförmigen Nutz- und /-es impulsförmigen
Referenzsignals, zur Einrichtung 7 für die Signalaufteilung auf die Kanäle des zweidimensionalen Referenz-
und des zweiaimensionalen Nutzsignals und zur Einrichtung 12 für die Einkopplung der Signale in die
Nachrichtenübertragungsstrecke 4. Die Synchronisationssienale für den Empfänger 5 wenden vom
Synchronisationssignalgenerator 39 erzeugt and dem Mittel 15 zur Signalverarbeitung sowie der Einrichtung
13 zur Signalauskopplung aus der Nachrichtenübertragungsstrecke 4 zugeführt.
In dem nach Fig.2 ausgeführten Signalverarbeitungsmittel 15 gelangen die Synchronisationssignale
vom Generator 39 (und dem Selektor 36) zur zusätzlichen kohärenten Lichtquelle 22, zur Einrichtung
20 für die Hologrammaufzeichnung sowie zur Einrichtung 16 für die räumliche Signalaufteilung auf die
Kanäle des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals.
Als Nachrichtenübertragungsstrecke 4 und 34 für die Anlagen nach Fig. 1, 4. 5 kann entweder freier Raum
einschließlich der turbulenten Atmosphäre oder eine Lichtleitung mit einer Reihe von Korrekturlinsen
benutzt werden.
In dem nach F i g. 3 ausgeführten Signalverarbeitungsmittel 15 gelangen die Synchronisationssignale
vom Generator 39 (und vom Selektor 36) /\\x
zusatzlichen Lichtquelle 27. zu den Einrichtungen 25, 26
für die Aufzeichnung der lOurierhologrammen und zur
Einrichtung 24 für die räumliche Signalaiifteilung auf die
Kanäle des zweidimensionalen Referenz- und des
zweidimensionalen Nutzsignals.
Wenn aber die Übertragung der zweidimensionqlen
Information über große Entfernungen erforderlich wird, wobei größere Energieverluste unzulässig sind, ist für
die erfindungsgemäße Anlage eine Nachrichtenübertragungsstrecke 40 (Fig.6) am besten geeignet, die als
Multimode-Lichtleitung mit spiegelnden Innenwänden ausgeführt wirH und die Fortpflanzung des zweidimensionalen
Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals durch mehrfache Reflexionen an den Wänden der
Lichtleitung 40 gewährleistet
Der Querschnitt der Lichtleitung 40 ist wesentlich größer als die Apertur des in diese Lichtleitung 40
eingeführten zweidimensionalen Nutzsignais. Die Lichtleitung 40 (F i g. 7) hat einen quadratischen Querschnitt.
Die Lichtleitungen 41 (Fig.8) und 42 (Fig.9) können
aber runden bzw. dreieckigen Querschnitt haben. Die Benutzung des einen oder des anderen Lichtleitungsquerschnitts
bedingt eine Änderung von Parametern der Errichtung 10 (Fig.1, 4, 5), die zur optimalen
Anpassung des räumlichen Spektrums des 7-=veidimensionalen
Nutzsignals an den zweidimensionalen Operator der Übertragungsfunktion der Lichtleitung 40 dient
Die Lichtleitung 40 (Fig.6) hat eine komplizierte
äußere Form mit Krümmungen unter verschiedenen Winkeln. In den Krümmungen der Lichtleitung 40 sind
Spiegel 43, 44 eingebaut, um geringe Winkel der Reflexionen des zweidimensionalen Referenz- und des
zweidimensionalen Nutzsignals an den Wänden der Lichtleitung 40 beizubehalten.
Den Einfluß von störenden Lichtstrahlen, die an den Innenwänden der Lichtleitung 40 unter größeren
Winkeln als der vorgegebene Divergenzwinkel reflektiert werden, beseitigt man, indem man auf der
Innenfläche der Lichtleitung 40 periodisch angeordnete optisch schwarze Bereiche 45 vorsieht, deren Querschnitt
nicht kleiner als der der Lichtleitung 40 ist und deren Länge dem Durchmesser der Lichtleitung 40,
dividiert dui di den Sinus des Strahlendivergenzwinkels,
entspricht
Jede der in der Anlage nach Fig.5 eingebauten
Einrichtungen zur Ein- und Auskopplung des zweidimensionalen Nutz- und des zweidimensionalen Referenzsignals
in die bzw. aus der Lichtleitung 40 ist ais teildurchlässiger Spiegel ausgeführt, der das Nutz- und
das Referenzsignal in eine oder in beide Richtungen der Lichtleitung 40 leitet Um die gegenseitige Beeinflussung
der Teilnehmerstellen möglichst klein zu halten, wählt man den Querschott des Spiegels viel kleiner als
der Lichtleitungsquerschnitt Auf die vom Selektor 36 gelieferten. Signale, der mit einer für sich gut bekannter!
Vorrichtung 46 zur Verschiebung dieses Spiegels elektrisch verbunden ist, verschiebt diese Vorrichtung
46 den Spiegel aus seiner Betriebsstellung so, daß während der Betriebspausen der Teilnehmerstellen 1
(Fig.5) oder 32 keine Verluste der sich in der Lichtleitung 40 fortpflanzenden Signale hervorgerufen
werden, oder in seine Betriebsstellung während des Betriebs der entsprechenden Teilnehmerstelle 1 oder 32.
Bei dem anderen Äusführungsbeispiel ist jede der
gesteuerten Einrichtungen 12 (Fig. 10) und 13 zur Einbzw.
Auskopplung der Signale als Lichtablenkcr ausgeführt, der mit den Signalen des mil diesem
Lichtablenker 47 elektrisch verbundenen Selcklors 36 so gesteuert wird, daß während des Betriebs der
entsprechenden Teilneh:,.'erstelle I (F i g. 5) oder 32 der
Lichtablenker 47 das /.weidimensionale Rcferen/.- und
das zweidimensional Nutzsignal zum Eingang des Umschalters 14 im Empfänger 5 derselben Teilnehmerstelle
reflektiert (in Fig. 10 ist diese Lichtablenkerstellung
mit gestrichelten Pfeilen markiert).
Zwischen den Einrichtungen 12 und 13 sind in der Lichtleitung 40 (F i g. 6) Platten 48 und 49 eingebaut, bei denen sich das Phasenmaß der Durchlässigkeit oder Reflexion pseudozufällig in der Plattenapertur ändert und die dazu bestimmt sind, den Einfluß von
Zwischen den Einrichtungen 12 und 13 sind in der Lichtleitung 40 (F i g. 6) Platten 48 und 49 eingebaut, bei denen sich das Phasenmaß der Durchlässigkeit oder Reflexion pseudozufällig in der Plattenapertur ändert und die dazu bestimmt sind, den Einfluß von
ίο regelmäßigen Inhomogenitäten der Lichtleitung 40 zu
mindern und die Auskopplung der übertragenen zweidimensionalen Information aus jedem Aperturteil
der Lichtleitung 40 zu ermöglichen. Die Anzahl von Platten wird je nach der Ausführung einer konkreten
Lichtleitung gewählt.
Die Platten 48 und 49 können den Lichtstrom entweder durchlassen, — in diesem Falle werden sie wie
die Platte 48 in dem beschriebenen Ausführungsbeispie! optisch durchlässig hergestellt, — oder reflektieren,
wobei sie wie die Platte 49 als Spiegel ausgeführt werden.
Wenn die reflektierende Platte 49 in einen geradlinigen Abschnitt der Lichtleitung 40 eingebaut werden soll,
wird in der letzteren ein Kniestück 50 für den Einbau der Platte 49 vorgesehen. Aus der Lichtleitung 40 wird der
Lichtstrom in das Kniestück 50 mit Hilfe eines Spiegelsystems 51 gerichtet
Um die Beeinflussung der Übertragungsqualität durch Einwirkung des umgebenden Mediums zu
JO vermindern, die auch zu wärmebedingten und mechanischen
Verformungen führen kann, wird die Lichtleitung 52 (Fig. 11) aus hermetisch abgeschlossenen und
aneinander ohne mechanischen Kontakt stoßenden, gleichachsigen Rohrabschnitten mit optisch durchlässi-
»5 gen Flanschen 54 aufgebaut, die mit einem Edelgas (z. B.
Argon) gefüllt sind. Alle beschriebenen konstruktiven Merkmale der Lichtleitung 40 können mit Erfolg auch
für die Lichtleitung 52 benutzt werden.
Zur Übertragung von Bildern eines dreidimensiona-
•»o len Objekts mit Hilfe eines zweidimensionalen HoIograams
über die Nachrichtenübertragungsstrecke 4 (F i g. 1), 34 (F i g. 5), 40 (F i g. 6) enthält das Signalverarbeitungsmittel
15 nach Fig.2 zusätzlich eine Einrichtung 55 (Fig. 12) zur Aufzeichnung von zweidimensionalen
Hologrammen des dreidimensionalen Objekts, bezogen auf ein zusätzliches Referenzsignal, das von der
Lichtquelle 22 erzeugt wird. Außerdem werden der Einrichtung 55 Synchronisationssignale vom Generator
39 und der modulierte kohärente Lichtstrom von der Aufzeichnungseinrichtung 20 zugeführt. Die Rekonstruktion
des übertragenen Bildes erfolgt in der Einrichtung 21, auf die das Signal von der Einrichtung 55
gegeben wird.
Zu demselben Zweck enthält das Signalverarbeitungsmittel 15 nach F i g. 3 zusätzlich eine Einrichiung 56 (Fig. 13) zur Aufzeichnung von zweidimensionalen Hologrammen von einem dreidimensionalen Objekt, bezogen auf ein zusätzliches Referenzsignal, das von der Lichtquelle 27 geliiiert wird. Der Einrichtung 56 werden
Zu demselben Zweck enthält das Signalverarbeitungsmittel 15 nach F i g. 3 zusätzlich eine Einrichiung 56 (Fig. 13) zur Aufzeichnung von zweidimensionalen Hologrammen von einem dreidimensionalen Objekt, bezogen auf ein zusätzliches Referenzsignal, das von der Lichtquelle 27 geliiiert wird. Der Einrichtung 56 werden
w auch Synchronisationssignale vom Generator 39 und der modulierte kohärente Lichtstrom von der Einrichtung
28 zugeführt. Die Rekonstruktion des übertragenen Bildes erfolgt in der Einrichtung 29. auf die das
Signal von der Einrichtung 56 gegeben wird.
*' Für die Übertragung von zweidimensional Farbbildern
wird die Anlage nach F i g. 4 zusätzlich mit zwei kohärenten Lichtquellen 57, 58 (Fig. 14) ausgestattet,
deren auf anderen Farbhilfsträuern übertratienr Licht-
ströme den Umschaltern 59 bzw. 60 zugeführt werden.
Das auf drei Hilfsträgerfrequen/.en erzeugte /weidi·
mensionale Nutz.- und das z.weidimensionale Referenzsignal gelangen z.ur Einrichtung 61 für ihre Vereinigung
in einem optischen Kanal und weiter, dem Strahlengang des Lichtstromes folgend, zur Einrichtung 7 für die
räumliche Aufteilung des Referenz- und des Nuizsignals
auf die Kanäle des zweidimensionalen Referenz- bzw. des zweidimensionalen Nutzsignals.
Das Mittel 15 zur Signalverarbeitung enthält in diesem Falle zusätzlich Einrichtungen 62, 63 zur
Aufteilung des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals auf drei Kanäle (jeder
Kanal für einen Farbhilfsiräger). Im Zusammenhang
damit enthält das Mittel 15 zusätzlich Einrichtungen 64, 65 zur räumlichen Vereinigung des zweidimensionalen
Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals, nicht kohärente Verstärker 66, 67 (Fig. 14) zur Verstärkung
des erhaltenen Interferenzbildes, Einrichtungen 68, 69 zur Aufzeichnung von Hologrammen der Nutzsignale in
Bezug auf die Referenzsignale, zusätzliche Lichtquellen 70,71 zur Erzeugung des kohärenten Lichts mit anderen
Farbhilfsträgern, die den Hilfsträgern der kohärenten Lichtquellen 57 bzw. 58 entsprechen, und eine
Einrichtung 72 zur Vereinigung der auf drei Farbhilfsträgern übertragenen und rekonstruierten Bilder.
Nachstehend wird noch ein Ausführungsbeispiel der zur Durchführung des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen
Verfahrens bestimmten Anlage nach F i g. 4 beschrieben, für die eine als Lichtleitung 40 nach F i g. 6
ausgeführte Nachrichteniibertragungsstreckc benutzt wird. Die Optik dieser Anlage ist in F i g. 15 dargestellt.
In diesem Schaltbild stellt die kohärente Lichtquelle 2
einen durch Synchronisationssignale gesteuerten Impulslaser mit einer teleskopischen Vorrichtung dar. die
ein Lichtbündel mit erforderlichem Querschnitt erzeugt. Diese Quelle kann auch als Laser mit Dauerstrichbetrieb,
z. B. als Helium-Neon-Laser, ausgeführt werden.
Der Umschalter 6, der die zeitliche Modulation der Laserstrahlung für die Erzeugung von Impulssendungen
des Referenz- und des Nutzsignals in Übereinstimmung mit den Synchronimpulsen bewirkt, stellt eine Kerrzelle
dar, kann aber auch als elektro-optischer Modulator ausgeführt werden, der auf dem Pockels-Effekt beruht
und auf der Basis von KDP-. ADP-Kristallen oder
anderen elektrooptischen Stoffen aufgebaut wird, die ausreichend schnell anspricht.
Die Einrichtung 7, die die Referenzsignal- und Nutzsignal-Impulssendungen in physikalisch unterschiedliche
Kanäle aufteilt, ist als elektro-optischer Lichtablenker mit einem Eingang und zwei Ausgängen
ausgeführt, bei dem für die Ablenkung des Lichtbündels bekannte elektro-optische Kristalle benutzt werden.
Der Lichtablenker kann auch auf der Basis einer Ultraschall-Zelle aufgebaut sein, dabei vermindert sich
aber die Ansprechgeschwindigkeit der Einrichtung.
Der Modulator 9, der aus dem Impulssignal das Nutzsignal erzeugt, ist als eine Einrichtung zur
Durchleuchtung von Kinofilmen oder Dias ausgeführt, kann aber auch eine Matrix aus elektro-optischen
Modulatoren, ein elektrisch gesteuertes Transparentbild, einen Ultraschall-Lichtmodulator mit mehreren
Kanälen oder einen Modulator auf der Basis der bekannten »Eidophorw-Einrichtungen mit einem Ölfilm
oder einem metallisierter. Kunststoffilm darstellen,
durch dessen Verformung der Lichtstrom moduliert wird.
Die Einrichtung 10 wird als Spiegel- oder Prismensy-
-item ausgeführt, wenn die Nachrichtcnübertragungsstrecke
beispielsweise ein rechteckiges Rohr darstellt, welches das zu übertragende Bild vervierfacht, um es in
einer Art mit symmetrischem (geradzahligem) Spektrum umzuwandeln. Bei einer runden l.ichtrohrlcitung
kann die Einrichtung 10 aus konischen Spiegelflächen oder aus Linsen mit kegelförmigem Profil bestehen.
Wie oben erwähnt wurde, stellt der Codierer 30 eine Platte aus transparentem Stoff mit einer im Querschnitt
veränderlichen optischen (und physikalischen) Dicke dar, die sich in beiden Koordinatenrichtungen nach
einem pseudozufälligen Gesetz, ändert, wobei der kleinste Schritt ιΙι-Τ Dickenänderung gleich der Abmessung
eines Aufiösuugselements des übertragenen Bildes (in dem den Codierer .30 passierenden l.ichtbündclqucrschnitt)
oder größer als dieses Element ist.
Im Kanal des zweidimensionalen Referenzsignals ist die Einrichtung 8 ähnlich der im Kanal des zwciclimensionalen
Nuiz.signals liegenden Einrichtung 10 ausgeführt,
kann aber auch als Transparentbild mit vorgegebener Verteilung des Amplituden- und Phascn-Durchlassigkeitsgrades,
z. B. als sphärische Linse mit einer in ihrem Brennpunkt im Strahlengang des kohärenten
Lichtstrtimes eingebauten Blende zur Erzeugung des zweidimensionalen Referenzsignals mit sphärischer
Phasenfront hergestellt sein.
Die Einrichtung 11 zur Signalvercinigung stellt ein Spiegelsystem dar, das das zweidimensionale Nutz- und
das zweidimensionale Referenzsignal in einen optischen Kanal zusammenführt. Anstelle von Spiegeln können
Prismen benutzt werden.
Als gesteuerte Einrichtung 12 zur Einkopplung der Signale in die Nachrichtenübertragungsstrecke 40 (in
diesem Beispiel in die Lichtleitung) wird, wie oben beschrieben, ein mechanisch gesteuerter (schwenkbarer)
teildurchlässiger Spiegel benutzt, in dessen Arbeitsstellung, die mit Hilfe einer (nicht gezeigten)
Verschiebungsvorrichtung eingestellt wird, die Lichtimpulse zur Einrichtung 13 des Empfängers längs der
Achse der Lichtleitung 40 gerichtet werden. Im Betriebsruhezustand wird die Fläche des Spiegels
parallel zur Achse der Lichtleitung 40 orientiert Die gesteuerte Einkopplungseinrichtung kann auch als
optischer Ablenker ausgeführt werden.
Die Nachrichtenübertragungsstrecke 40 stellt eine Multimode-Lichtleitung (ein Rohr mit geschliffenen
Innenwänden) dar. Als Nachrichtenübertragungsstrekke kann auch ein freier Raum oder eine Lichtleitung mit
Korrekturlinsen sowie eine Lichtleitung mit Korrekturspiegeln benutzt werden.
Für die ungeordnete Verteilung der Signale weist die Lichtleitung 40 eine Platte 48 aus transparentem Stoff
mit einer Dicke auf, die sich im Plattenquerschnitt nach einem pseudozufälligen Gesetz ähnlich wie beim
beschriebenen Codierer 30 ändert.
Die Auskopplungseinrichtung 13 weist im Prinzip gegenüber der beschriebenen Einkopplungseinrichtung
12 keine Unterschiede auf und kann aus den erwähnten Elementen (elektromechanisch gesteuerten teildurchlässigen
Spiegeln oder optischen Lichtablenkern) aufgebaut werden.
Der Umschalter 14, der die Auftastung des für den jeweiligen Teilnehmer bestimmten Nutz- und Referenzsignalpaares
bewirkt, ist identisch mit dem Umschalter 6 des Senders ausgeführt, kann aber mit Berücksichtigung
der Tatsache etwas abgeändert werden, daß das empfangene Signal eine wesentlich geringere Leistung
aufweist und infolgedessen die technischen Forderun-
gen an die Bauelemente (elektro-optische Kristalle)
herabgesetzt werden können.
Im der betreffenden Optik ist das Mittel 15 zur
Signalverarbeitung nach F i g. 2 ausgeführt.
Die Einrichtung 16 zur räumlichen Aufteilung der Signale stellt einen gesteuerten l.ichtablenker dar und
kann identisch der beschriebenen Einrichtung 7 ausgeh im werden.
Der Decodierer 31 unterscheidet sich von dem Codierer 30 nur dadurch, daß seine optische Querschnittsdicke
sich nach einem zur Änderung der optischen Dicke des Codierers 30 konjugiert komplexen
Ciesetz ändert, d. h. einer Vergrößerung der Dicke im
Codierer JO eine Verkleinerung der optischen Dicke im
Decodieter 31 entspricht.
Die Verzögerungseinrichtung (Verzögerungsleitung)
17 stellt eine flruppe \on Spiegeln 73 dar. die das Lichtbündel vom Eingang bis zum Ausgang in einer der
Das Relief der das Licht reflektierenden Plattenoberfläche
ist gemäß einem Pseudozufallsgesetz und den Forderungen an die resultierende Breite des räumlichen
.Signalspektrums nach dem Durchgang durch den Codierer 30 geformt.
In dem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 17) enthält
das Mittel 15 zur Signalverarbeitung eine als Objektiv ausgeführte Einrichtung 23 zur zweidimensionalen
Fourier-Transformation der durchlaufenden Signale, eine Einrichtung zur räumlichen Aufteilung der Signale,
die den bereits beschriebenen gesteuerten Lirhtablenker darstellt. Einrichtungen 25 und 26 zur Aufzeichnung
von Fourier-Hologrammen, die ähnlich der beschriebenen Einrichtung zur Hologrammaufzeichnung mit nur
einem Unterschied aufgebaut sind, daß in einer dieser Einrichtungen ein Aufzeichnungsbetrieb eingestellt
wird, bei dem die inverse Aufzeichnung des Signalspektrums erfolgt, eine zusätzliche, kohärentes Licht
fernung (optischen Weglänge) mehrfach reflektieren. Zur Verzögerungsleitung gehören mich zur Korrektur
der Phasenfront dienende sphärische Linsen 74. deren Brennweite mit der optischen Weglänge dos Signals in
der Verzögerungsleitung in Übereinstimmung gebracht ist. damit die Lichtverteilung im Eingangs- und
Ausgangsquerschnitt der Verzögerungsleitung identisch ist. Anstelle der Spiegel können für die Verzögerungsleitung
Prismen mit innerer Totalreflexion benutzt werden.
Die Einrichtung 18 zur raumlichen Signalvereinigung
ist ähnlich der Einrichtung 11 als Spiegel- oder Prismensystem ausgeführt. Zum Unterschied von der
Einrichtung 11 erfolgt die Einstellung der optischen Elemente in der Einrichtung 18 so, daß die Referenz-
und Nutzsignale zum Ausgangsquerschnitt dieser Einrichtung aus verschiedenen Richtungen gelangen,
wie dies bei der Aufzeichnung von Hologrammen mit einer Referenzwelle erforderlich ist.
Der nichtkohärente Lichtverstärker 19 ist als elektronenoptischer Wandler aufgebaut, dessen Fotokathode
in der Ausgangsebene der Einrichtung 18 zur räumlichen Signalvereinigung liegt.
Die Aufzeichnungseinrichtung 20 stellt eine an sich bekannte Einrichtung mit einer durch Lichtstrahlung
beeinflußten Fotowiderstandsschicht und einem daran anliegenden Seignettedielektrikum dar, bei dem sich der
Streufakior des auf seine Oberfläche einfallenden Lichts je nach der Verteilung der elektrischen Spannung
ändert. Die Aufzeichnungseinrichtung kann auch auf der Basis der bekannten fotochromatischen Stoffe aufgebaut
werden, bei denen das Absorbtionsspektrum durch Bestrahlung geändert wird, oder auf der Basis von
Elastomer-Stoffen, bei denen Deformationen infolge der Einwirkung eines elektrischen Feldes entstehen,
oder auf der Grundlage von Flüssigkristallen.
Die zusätzliche kohärente Lichtquelle 22 stellt einen Impulslaser mit einer teleskopischen Vorrichtung zur
Erzeugung des erforderlichen Lichtbündelquerschnitts dar und kann auch wie die Lichtquelle 2 als Laser mit
Dauerstrichbetrieb ausgeführt werden.
Die Wiedergabeeinrichtung 21 ist für die fotografische Registrierung bestimmt und als Fotoapparat oder
Filmkamera aufgebaut, kann aber auch einen Schirm mit einer Optik zur visuellen Betrachtung darstellen.
In dem in Fi g. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel sind
der Codierer 30 und der Decodierer 31 als metallische oder metallisierte Spiegelplatten ausgeführt auf die der
Lichtstrom mit Hilfsspiegel 75 bzw. 76 gerichtet wird.
nen Lichtquelle ausgeführt ist. eine der Einrichtung 23 ähnliche Einrichtung zur Rückinformation, sowie
mehrere Spiegel 77 (oder Prismen), die für die erforderliche Fortpflanzung der Lichtbiindel zwischen
den Einrichtungen sorgen. Die in 1 ig. 17 gezeigte
Einrichtung 29 ist ähnlich der beschriebenen Einrichtung 21 aufgebaut.
Die für die Übertragung von räumlichen und farbigen Hildern zusammengestellte Optik ist eine Wiederholung
der beschriebenen Optik mit der Ausnahme von selbstverständlichen Ergänzungen in Übereinstimmung
mit Fig. 12. 13und 14.
Alle oben erläuterten optischen Elemente sind weitgehend bekannt und wurden in der Fachliteratur
beschrieben.
Die Wirkungsweise des zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Anlage zur
Übertragung zweidimensionaler Information auf optischen Frequenzen besteht in folgendem.
Ein von der Lichtquelle 2 (Fig. 1) erzeugter kohärenter Lichtstrom gelangt zum Umschalter 6 des
Senders, in dem mit einer vorgegebenen Taktfrequenz zwei zweidimensionale Impulssignale (in jedem Arbeitstakt)
erzeugt werden, die dem zweidimensionalen Referenz- und dem zweidimensionalen Nutzsignal
entsprechen. Die Erzeugung dieser Impulssignale erfolgt durch Amplitudenmodulation des von der Quelle
2 erzeugten Lichts, wobei die Dauer jedes Impulssignals üblicherweise dem Intervall der zeitlichen Signaldispersion
bei Signaldurchgang durch die jeweilige Nachrichtenübertragungsstrecke 4 gleich oder größer als dieses
Intervall ist und der zeitliche Abstand der Impulssignale voneinander nicht größer als die charakteristische
Instabilitätszeit von Parametern der Nachrichtenübertragungsstrecke sein soll (vgl. das nachstehende
Rechenbeispiel). Die Lichtsendung des Referenzsignals kann mehrere zeitlich nacheinander folgende Impulse
enthalten. Die erzeugten Lichtsignale, die in der Amplitude modulierte zweidimensionale Lichtimpulse
darstellen (d. h. Lichtimpulse mit vorgegebener Amplituden- und Phasenverteilung im Querschnitt des
Lichtstromes), gelangen bei der Lichtfortpflanzung an die Einrichtung 7 zur räumlichen Signalaufteilung, in der
diese Impulssignale in Übereinstimmung mit den für den jeweiligen Sender 3 gemeinsamen Steuersignalen
(Synchronisationssignalen) in zwei im Raum physikalisch unterschiedliche Kanäle des zweidimensionalen Referenz- bzw. des zweidimensionalen Nutzsignals aufgeteilt
werden. In der Einrichtung 7 ist auch eine gleichzeitige
Erzeugung <U ; vorgegebenen Querschnitte der lichtsignale
möglich.
Der sich im Kanal des zweidimensionalcn Referenzsignals fortpflanzende zweidimensionale I.ichtinipuls
(Impulssignal) wird in der Amplitude und der Phase in der Einrichtung 8 räumlich moduliert, damit im
Querschnitt de' Lichtstromes die erforderliche zweidimensionale
(z. K. sphärische) Phasenverteilung entsteht. Falls das Referenzsignal aus einer Reihe von Impulsen
besteht, kann in jedem Impuls unterschiedliche Amplituden-
und Phasenverteilung eingestellt werden.
Der sich im Kanal des /weidimensionalen Nutzsignals fortpflanzende zweidimensionale Lichtimpuls (Impulssignal)
durchläuft nacheinander den Modulator 9, in dem die Amplitude und die Phase im Lichtstromquerschnitt
mit dem laufenden Nutzsignal moduliert werden, und dann die Einrichtung 10 zur optimalen Anpassung des
Nutzsignals an den Operator der Nachrichtenübertragungsstrecke
4, in der die zusätzliche räumliche Amplituden- und Phasen-Einstellmodulation des zweidimensionalen
Impulssignals (?.. B. die Umwandlung des Nutzsignals in eine Signalart mit symmetrischen
räumlichem Spektrum) erfolgt.
Nach Durchlaufen der Kanäle des zweidimensionalen Referenz- bzw. des zweidimensionalen Nutzsignals
gelangen die zweidimensionalen Lichtimpulse zu den einzelnen Eingängen der Einiichtung 11 zur räumlichen
Signalvereinigung, in welcher sie in einen einheitlichen optischen Kanal zusammengeführt werden, in dem sich
diese Impulse nacheinander hintereinander fortpflanzen.
Vom Ausgang der Einrichtung 11 werden das
zweidimensionale Nutz- und das zweidimensionale Referenzsignal der gesteuerten Einrichtung 12 zur
Einkopplung der Signale in die Nachrichtenübertragungsstrecke 4 geführt. Die Einkopplungseinrichtung 12
wird durch Synchronisationssignale gesteuert, welche die vorzeitige Überführung der gesteuerten Elemente
dieser Einrichtung in die Arbeitslage und die Einstellung eines Betriebszustands gewährleisten, bei dem das am
Eingang der Einrichtung 12 eintreffende zweidimensionale Nutz- und das zweidimensionale Referenzsignal
längs der Achse der Nachrichtenübertragungsstrecke 4 zum Empfänger 5 des Teilnehmers gerichtet werden.
Nach erfolgter Übertragung (d. h. nach dem Durchgang dieser Signale durch die Einkopplungseinrichtung 12)
werden die Elemente dieser Einrichtung in den Betriebsruhezustand umgestellt, bei dem minimale
Störungen der Signalfortleitung in der Nachrichtenübertragungsstrecke
4 entstehen.
Somit umfaßt der Einheitszyklus der Informationsübertragung
die Dauer der Lichtfortpflanzung in den Einrichtungen des Senders und gewöhnlich eine
wesentlich größere Zeit für die Einstellung der gesteuerten Elemente der Einkopplungseinrichtung 12
in die Arbeitslage sowie für ihre Umstellung in den Betriebsruhezustand.
Die in die Nachrichtenübertragungsstrecke eingeführten Referenz- und Nutzsignale pflanzen sich darin in
Richtung der Teilnehmeranlage fort und erfahren dabei verschiedene, für die jeweilige Art der Übertragungsstrecke und ihre Ausführungsqualität charakteristische
Transformation (Dämpfung, Verzerrung der räumlichen Modulation, Verzerrungen des räumlichen Spektrums,
zeitliche Dispersion).
Für den Empfang der Signale erfolgt im Eir.pfänger 5
des Teilnehmers mit Hilfe der Synchronisationssignale die vorhergehende Einstellung der gesteuerten Elemente
der Aiiskopp!.'ngscinrichtung 13 in die Betriebslage,
um bei der Ankunft der l.ichtimpulse des Referenz- und
des Nutzsignals die Abzweigung eines Teils des Lichtstromes aus der Nachrichtenübertragungsstrecke
4 in den Empfänger 5 zu ermöglichen.
Die aus der Nachrichtenüberiragungsstreeke 4 durch
die Auskopplungsvorrichtung 13 abgeführten Impulse der Referenz- und Nut/signale gelangen zum Umschalter
14, der die zeitliche '-dektion (Auftastung) des für
den Empfänger 5 ties betreffenden Teilnehmers bestimmten Referenz- und des Nutzsignals eines
Teilnehmersenders 3 \'<rnimmt. Die herausgelösten
zweidimensionalen Lichts,;'rule werden /um Mittel Ii
zur Verarbeitung dieser Signale geleite!, in clem durch
gemeinsame Verarbeitung des /weidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals die durui
die Nachrichtenübertragungsstrecke 4 hervorgerufener.
Verzerrungen kompensiert werden.
In der zum üignaiverarbeiuingsmittei IS nach F i g. 2
(15) gehörenden Einrichtung 16 zur räumlichen Aufteilung der Signale wird das empfangene zweidimensionale
Referenz- und das empfangene zweidimensional Nutzsignal auf räumlich getrennte Kanäle
aufgeteilt, worauf eines dieser Signale (je nach ihrer Reihenfolge) dem Eingang der Verzögerungseinrichtung
17 zugeführt wird, bei deren Durchgang die für die Berücksichtigung des zusätzlichen Lichtsignalweges in
der Einrichtung 17 erforderliche Phasenkorrektur der Wellenfront erfolgt.
Die zeitlich zusammengeführten zweidimensionalen Referenz- und Nutzsignale gelangen zu den Eingängen
der Einrichtung 18 zur Signalvereinigung, in der die beiden Lichtbündel, die dem Nutz- und dem Referenzsignal
entsprechen, in einem Raumgebiet zusammengeführt werden, damit sich in einer bestimmten Ebene —
am Ausgang der Einrichtung 18 — ein Interferenzbild,
d. h. ein Hologramm des empfangenen zweidimensiona len Nutzsignals. bezogen auf das empfangene zwcidimensiotiale
Referenzsignal, bildet. Dieses Interferenzbild (Amplitudenverteilung), das man an dem mit dem
Ausgang der Einrichtung 18 zusamnic.igeführten Eingang des nichtkohärenten Lichtverstärkers 19 erhält,
wird nach einer Verstärkung in der Einrichtung 20 zur Hologrammaufzeichnung aufgezeichnet. Das in der
Einrichtung 20 aufgezeichnete Hologramm wird in den für die Wiedergabe der empfangenen Information
erforderlichen Zeitpunkten von der zusätzlichen kohärenten Lichtquelle 22 beleuchtet, und das vom
Hologramm rekonstruierte Bild wird in der Wiedergabeeinrichtung 21 registriert. Die Einrichtungen 22, 20,
19, 16 werden entsprechend den ihnen zugeführten Synchronisationssignalen gesteuert.
In dem in Fig.3 (17) dargestellten Mittel 15 zur
Signalverarbeitung gelangen die empfangenen und von anderen Impulssignalen getrennten zweidimensionalen
Nutz- und Referenzsignale zur Einrichtung 23, in der die räumliche Fourier-Transformation der diese Einrichtung
passierenden Lichtsignale erfolgt. Die Fourie··- transformierten Nutz- und Referenzsignale werden vom
Ausgang der Einrichtung 23 der Einrichtung 24 zugeführt, die in Übereinstimmung mit den eintreffenden
Steuersignalen (Synchronisationssignalen) die impulsförmigen Fourier-transformierten Referenz- und
Nutzsignale in zwei physikalisch unterschiedliche fäumüche Kanäle aufteilt
Die Spektren der getrennten zweidimensionalen Referenz und Nutzsignale werden in den Einrichtungen
25 und 26 auf gesonderten Arbeits-informationsträgern
aufgezeichnet, wobei die Aufzeichnung des /weidimi-nsionalen
Referenzsignals mit Inversion erfolgt, um die Division des Nutzsignalspektrums durch das Spektrum
des zweidimcnsionalen Referenzsignals zu ermöglichen.
Die Aufzeichnung erfolgt zu den Zeitpunkten, in denen
das Referenz- und das Nutzsignal ankommen, wobei für die Aufzeichnung ein Teil des von der zusätzlichen
Lichtquelle 27 erzeugten kohärenten Lichlstmmes benutzt wird.
Die aufgezeichneten Fourier-Hologrammc des im jeweiligen Arbeitszyklus (Zeitintervall) empfangenen
Referenz- und Ntitzsignals werden mit dem von der zusätzlichen Lichtquelle 27 gelieferten kohärenten
Lichtstron. di'rchstrahlt und der sich dabei ergebende
Lichtstrom wird der Einrichtung 28 zur Fouricr-Rücktransformation zugeführt, worauf er in die Einrichtung
29 zur Wiedergabe des empfangenen Signals gelangt Das Auslesen der Information von den aufgezeichneten
Fourier- Hologrammen kann im Zeitintervall vom
Schluß der Hologrammfixierung an bis zum Beginn der Vorbereitung der Einrichtungen 25 und 26 zum
Empfang der in den nächsten Arbeitszyklen folgenden Nutzsignale durchgeführt werden.
Die in (ig. 4 (15, 16) dargestellte erfindungsgemäß
ausgeführte Anlage, die zur Geheimhaltung der Übertragung den Codierer 30 und den Decodierer 31
enthält, weist in ihrer Arbeitsweise folgende Unterschiede auf. Bei der Übertragung wird der Lichtstrom,
der sich nach der Modulation de., Impulssignals mit dem
Nutzsignal ergibt, durch den Codierer 30 und weiter durch die vorher erwähnten Einrichtungen gemäß ihrer
Arbeitsfolge durchgelassen. Beim Empfang, nachdem das Referenzsignal und das Nutzsignal in physikalisch
unterschiedliche räumliche Kanäle getrennt werden, wird das herausgelöste Nutzsignal zusätzlich durch den
Decodierer 31 durchgelassen, worauf dieses Signal die oben aufgezählten Einrichtungen gemäß ihrer oben
beschriebenen Arbeitsfolge passiert.
Beim Multiplex-Nachrichtenverkehr zwischen zwei oder mehreren Teilnehmern nach Fig. 5 unterscheidet
sich der Betrieb der eigentlichen Einrichtungen 3 und 5 nicht von der beschriebenen Arbeitsweise. Die Teilnehmerstellen,
die in diesem Falle die Auskopplungseinrichtung 37 und den Selektor 36 enthalten, werden in
Übereinstimmung mit den codierten Taktimpulssendungen von der Baueinheit 33 zur zeitlichen Synchronisation
gesteuert. Dabei erfolgt der Betrieb in de·-
nachstehenden Reihenfolge. Die in der Baueinheit 33 erzeugten Synchronisationssignale modulieren in dieser
Baueinheit die Lichtträgerfrequenz und werden über die Einrichtung 35 zur Synchronisationssignal-Einkopplung
kontinuierlich in die Nachrichtenübertragungsstrecke 34 eingespeist. Die zur Auskopplung der Synchronisationssignale
aus der Nachrichtenübertragungsstrecke 34 vorgesehene Einrichtung 37 entnimmt der Übertragungsstrecke
34 einen Teil der Energie der durch die Übertragungsstrecke auf einer bestimmten Frequenz
übermittelten Synchronisationssignale. Der Selektor 36 decodiert die von der Einrichtung 35 gelieferten Signale
und erzeugt die Steuersignale, die für den Betrieb (für zeitrichtige Ein- und Ausschaltung) aller elektrisch
gesteuerten Einrichtungen des Senders 3 und des Empfängers 5 der Teilnehmerstelle 32 erforderlich sind.
Die Auswahl des erforderlichen Zeitkanals für den Nachrichtenverkehr und die Bestimmung der Empfangs-
sowie Übertragungsrichtung erfolgen durch Einstellung entsprechender Codekombination in der
Decodiererschaltung des Selektors 36.
Wenn die Multimodc-Lichtlcitung 40 (Fig. 6) als
Nachrichtenüberiragungsstrecke benutzt wird, wird das
zweidimensionalt: Nutz- und das zweidimensional
Referenzsignal in die Lichtleitung parallel zu ihrer optischen Achse eingeführt. Die Einkopplingser.iricht'jng
12 und ihr als Arbeitselement dienender teildurchlässiger
Spiegel werden rechtzeitig, vor der Zuführung der Referenz- und der Nutzsignale. mit Hilfe der
Verschiebungsvorrichtung 46 in die Arbeitsstellung gebracht (in Fig. 6 ist in Strichlinie die Arbeitsstellung
des Spiegels beim Wechsel der Übcrtragiings- oder [jupfangsrichtiing angegeben). Ähnlich wird der Spiegel
der Auskoppliingscinrichüing 13 frühzeitig, vor der
.Signalankunft beim Teilnehmer, in die Arbeitsstellung
eingestellt.
Bei der Fortpflanzung der Nutz- und der Referenzsignale
in Richtung der Achs; der Lichtleitung 40 werden diese Signale an den spiegelnden Innenwänden dieser
Lichtleitung mehrfach reflektiert. Wenn die Bedingung erfüllt wird, daß das minimale Auflösungselement in den
übertragenen Signalen in seinem Querschnitt 30 bis 100 Lichtwellenlängen entspricht, fallen die Wellen auf die
Wände der Lichtleitung 40 streifend unter Winkeln vo.i einigen Grad. Dabei ergeben sich bekanntlich sehr
geringe Reflexionsverluste an Lichtstrahlen, wenn auch die Innenwände der Lichtleitung keine speziellen
Überzüge aufweisen.
Bei der Lichtfortpflanzung in einer langen Lichtleitung können die mehrfachen Reflexionen, wenn man
nicht eine ideale Ausführung der Lichtleitung in Betracht zieht, zur unerwünschten Konzentration des
Lichtstromes an einer Lichtleitungswand einer Strekkenstclle
führen. Unter Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeit dieser Erscheinung sind in der Lichtleitung
40 Platten 48 mit pseudozufälliger Phasenverteilung des Durchlässigkeitsgrades und Platten 49 mit
ähnlichem Reflexionsgrad eingebaut. Beim Durchgang dieser Platten erweitert sich der Lichtstrom wieder auf
den ganzen Querschnitt de. Lichtleitung 40. Signale, die aus irgendwelchen Gründen ihre Fortpflanzung unter
größeren Winkeln (als mehrere Grad) begonnen haben, erleiden in der Zeit eine starke Dispersion und können
beim Empfang von Signalen einen unerwivschten Hintergrund bilden. Diese Strahlen werden beim
Lichtdurchgang durch optisch schwarze Bereiche 45 der Lichtleitung 40 beseitigt. In Bereichen, wo die
Lichtleitung 40 ihre Richtung plötzlich ändert, wird das Licht von den Spiegeln 43, 44 und 51 reflektiert, die
somit die Einhaltung der Bedingung gewährleisten, daß der Lichtstrom sich längs der Achse der Lichtleitung 40
bewegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Lichtleitung 52 (F i g. 11), die aus einzelnen hermetisch abgeschlossenen
Rohrabschnitten 53 mit Flanschen 54 besteht, weist die Lichtfortpflanzung durch die Lichtleitung keine Unterschiede
von dem beschriebenen Vorgang auf. Das Vorhandensein von Spielräumen an den Stoßstellen
einzelner Rohrabschnitte 53 vergrößert etwas die Energiedämpfung.
Die Benutzung der Lichtleitungen 40 (F i g. 7), 41 (F ä g. 8), 42 (F i g. 9) mit verschiedenen Querschnittsformen
bringt keine Änderungen des Vorganges der Lichtimpulsfortpflanzung in der Lichtleitung und der
Wirkung der einzelnen oben beschriebenen Lichtleitungselemente mit sich.
Wenn als Ein- und Auskopplungseinrichtungen 12 bzw. 13 optische Lichtablenker nach Fig. 10 benutzt
werden, überführen die Selektoren 36 frühzeitig vor der
Ankunft der Nutz- und Referenzsignale das optische
Medium dieser Deflektoren in den Zustand, bei dem die
Ablenkung des auf die Eingangsapertur dieser Lichtablenker einfallenden Lichtstromes unter einem Winkel
erfolgt, der für die Ein- oder Auskopplung der Signale in
die bzw. aus di_T Lichtleitung 40 ausreicht. Bei
Betriebspause läßt ein im Inneren der Lichtleitung 40 liegender Lichtablenkerteil den sich in der Lichtleitung
40 fortpflanzenden Lichtstrom mit geringen Verlusten und Verzerrungen der Phasenfront an der jeweiligen
Teünehnierstelle vorbei.
Bei der Übertragung von räumlichen Bildern dient als
Übertragungsobjekt ein zweidimensionales Hologramm eines zu übertragenden dreidimensionalen
Objekts. Bei der Rekonstruktion der Abbildung dieses
Objekts beim Empfang wird dabei das erhaltene (rekonstruierte) Hologramm in einer Aufzeichnungseinrichtung 55 bzw. 56 (F i g. 12,13) aufgezeichnet und nach
der Fixierung mit dem kohärenten Lichtstrom der zusätzlichen Lichtquelle 22 bzw. 27 für die Betrachtung
des räumlichen Bildes beleuchtet.
Die Wiedergabe des Raumbildes kann während des Zeitintervalls vom Zeitpunkt der Hologrammfb-.Jerung
an bis zum Beginn der Vorbereitung der entsprechenden Aufzeichnungseinrichtung zum neuen Arbeitszyklus
erfolgen.
Wenn die Nachrichtenübertragungsstrecke 4 (Fig. 14) für die Übertragung von Farbbildern benutzt
werden soll, funktioniert die Teilnehmerstelle 1 wie
folgt
Auf jedem der drei von den Lichtquellen 2, 57, 58 erzeugten Farbträger werden in den Umschaltern 6
bzw. 59 bzw. 60 zweidimensional Impulssendungen der Nutz- und Referenzsignale erzeugt, wobei die Paare von
Impulssignalen jeder Farbe an einem Impulspaar einer anderen Farbe liegen und dabei sich 3 χ 2=6 nacheinander erzeugte Impulse ergeben, die in der Einrichtung 61
physikalisch in einem optischen Kanal vereinigt werden. Darauf erfolgt in der Einrichtung 7 die Aufteilung der
drei Nutzsignale und der drei Referenzsignale auf physikalisch unterschiedliche Kanäle. Im Kanal des
zweidimensionalen Nutzsignals werden die Farbimpulssignale im Modulator 9 mit Nutzsignalen moduliert
(Jedes Farbimpulssignal mit dem Signal von derselben Farbe). Im Kanal des zweidimensionalen Referenzsignals bewirkt die Einrichtung 8 die erforderliche
räumliche Modulation der drei diese Einrichtung durchlaufenden Referenzsignale.
In der Einrichtung 11 erfolgt die Vereinigung der fertigen Nutz- und Referenzsignale zu einem optischen
Kanal Die weitere Fortpflanzung der Signale durch die Nachrichtenübertragungsstrecke 4 weist keine Unterschiede von dem beschriebenen Signaldurchgang auf.
Die empfangenen Signale werden in der Einrichtung 16 in eine Gruppe von drei Referenzsignalen und eine
Gruppe von drei Nutzsignalen getrennt. Nachdem eine der Signalgruppen die Verzögerungseinrichtung 17
durchlaufen hat, erfolgt in den Einrichtungen 62 und 63 die Aufteilung der Farbträger in drei physikalisch
unterschiedliche Kanäle (getrennt für die Nutz· und die Referenzsignale). Das Referenzsignal und das Nüfzsignal
gleicher Farbe werden mil Hilfe der Einrichtungen 18,64, 65 räumlich vereinigt. Das erzeugte Interferenzbild
(Hologramm) wird verstärkt und in den Einrichtungen 20,68,69 aufgezeichnet.
Die auf drei Farbträgern schwingenden zusätzlichen
kohärenten Lichtquellen 22, 70, 71 beleuchten die aufgezeichneten Hologramme (jede dieser Lichtquellen
beleuchtet das Hologramm der entsprechenden Farbe), und die unverzerrt wiedergegebenen Nutzsignale
werden durch die Einrichtung 72 räumlich vereinigt Das erzeugte Farbbild wird von der Einrichtung 21
-, registriert
Ein Ausführungsbeispiel der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Anlage mit
Benutzung einer als Multimode-Lichtleitung ausgeführten Nachrichtenübertragungsstrecke wrd nachstehend
ίο beschrieben.
Wenn die Abmessungen des zu übertragenden Bildes z. B. 24 χ 36 rrm2 betragen, kann die als Rohr mit gut
reflektierenden Innenwänden ausgeführte Lichtleitung 40 (F i g. 15) beispielsweise mit einem Durchmesser von
300 mm gewählt werden.
Die Abmessung eines Auflösungselements des zu
übertragenden Bildes möge 2,4 χ 10~3 cm betragen. Die
Divergenz des ebenso wie das Auflösungselement breiten Lichtbündels führt dazu, daß ein Teil von
und ein anderer Teil sich durch Reflexionen an den
diese keine Krümmungen aufweist
angenommen (was für den Fall des geneigten Lichteinfalls auch ohne besondere Wandüberzüge durchaus real
ist), so erfolgt die e-fache Dämpfung ungefähr nach 1000 Reflexionen.
Die Länge des Strahlungsweges 1 bis zur ersten
IdD
(9)
d = Abmessung des Auflösungselements,
D = Durchmesser der Lichtleitung 40 und
Λ = Wellenlänge des Trägerlichts.
erhält man /=24 m. Somit erfolgt die e-fache Signaldämpfung in der Entfernung von etwa 24 km -1O3Z
Die minimale Dauer der zu übertragenden Signale hängt von der Übertragungsentfernung, dem Durchmesser der Lichtleitung 40 und von der Zahl der
Signalreflexionen in der Lichtleitung 40 ab (einschließlich der Reflexionen, die infolge der Lichtleitungskrümmungen und nichtidealer Ausführung der Lichtleitungsinnenfläche auftreten). Der ausgesandte Lichtimpuls
erhält mit der Übertragungszeit verschwommene
Formen, da die Strahlen, die verschiedene Zahlen von
Reflexionen an den Wänden aufweisen, verschieden lange Wege durchlaufen. Die maximale Vergrößerung
des Fortpflanzungsweges (AL) eines von den Winden reflektierten Strahles gegenüber einem geradlinig
verlaufenden Strahl kann aus der Formel
Lk1
(10)
ermittelt werden, in der L die Länge der Lichtleitung 40
bedeutet
FOr /.=24 im,X=0.6 · ΙΟ-«cm und rf= 2,4 · 10-'cm
beträgt die maximale Verlängerung des Fortpflanzungsweges ungefähr 2 m. Diese Wegeverlängerung bestimmt
die minimale Dauer der betreffenden Signale, die
»ti gegebenenfalls etwa 0,66 ■ 10 " s beträgt (wenn man
von der Zeit 0,33 -IO *s für den l.ichtdiirchgang der
Tnt'ernung von I m ausgeht). Wenn man düs Zeitintervall
zwischen den zweidimensionalen Referenz und
Nutzsignalen gleich 10-8s nimmt, erhält man für die
Summendauer der Informationsübertragung (einschließlich des Referenz- und des Nutzsignals) etwa
t=2^· ΙΟ-» s.
Falls das Intervall zwischen dem Referenz- und dem Nutzsignal gleich :iO-8s angenommen wird, läßt die
Nachrichtenübertragungsstrecke mit einer Länge von 24 km und aus einem Werkstoff, dessen Temperaturkoeffizient 5 · 10-« belTägt, eint Temperaturänderungsgeschwindigkeit von Ober 1 Grad/s zu, wobei das zulässige
Phasenauflaufen 36" beträgt Dieser Wert liegt viel höher als die realen Änderungen der Umgebungstemperatur.
Beim vorausgesetzten Durchmesser eines Auflösungselements von 2,4 · 10-3Cm, der beim Bildformat
von 24 χ 36 mm2 einer Bildschärfe von 1000 Zeilen entspricht, beträgt die Übertragungskapazität der
Nachrichtenübertragungsstrecke ungefähr 4 · 107 Bilder pro Sekunde. Dies gibt die Möglichkeit, bei einer
Bildfrequenz von 25 Hz durch eine Lichtleitung etwa 16 ■ !O5 Schyarz-WetB-Ferasehprogramme und ungefähr 5 · 10s Farbfernsehprogramme mit einer Bildschärfe für jede Farbe von 1000 Zeilen zu übertragen.
Wenn man das zu übertragende Frequenzspektrum von
df ^- =108Hz
in Betracht zieht, ergibt sich die Möglichkeit, außer dem
Zeitmultiplex- auch das Frequenzmultiplexverfahren für die Trennung der ÜbertragungskaniUe zu benutzen.
Dabei erreicht die Übertragungskapazität der Nachrichtenübertragungsstrecke für den sichtbaren Bereich
s der elektromagnetischen Strahlung einen Wert von 102Ws und mehr.
Bei der Übertragung von räumlichen (holographischen) Bildern ergibt die Benutzung von drei diskreten
Farbträgern im betrachteten Ausführungsbeispiel eine
to Übertragungskapazität von etwa 600 Kanälen bei einer Bildschärfe von 1000 Zeilen in allen drei Koordinatenrichtungen.
Auf der Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens und der für die Durchführung dieses Verfahrens bestimmten
Anlage kann ein System zur Nachrichtenübertragung auf optischen Frequenzen geschaffen werdea, das neue,
bisher unbekannte Möglichkeiten erschließt, zweidimensionale Information über große Entfernungen mit
einer überaus hohen Übertragungskapazität zu übertra
gen, die bei den bekannten und in der Entwicklung
befjjidlJchers Systemen nseht erreicht wird.
Die Schaffung solcher Nachrichtenübertragungssysteme gibt zum erstenmal die reale Möglichkeit, bereits
beim gegenwartigen Stand der Technik z.B. Bildtele
fonverbindungen für große Teilnehmerzahlen zu reali
sieren, räumliche (holographische) Bilder im Fernsehrundfunk zu übertragen und vollständige Geheimhaltung der Informationsübertragung zu gewährleisten.
Claims (18)
1. Verfahren,
bei dem zweidimensionale Information von einem Objekt
— ein zweidimensionales Nutzsignal — im ganzen, ohne Zerlegung in Elemente,
mit Hilfe eines kohärenten Lichtstromes von einem Sender über eine Nachrichtenübertragungsstrecke zu einem Empfänger übertragen
wird,
dadurch gekennzeichnet,
— daß das zweidimensionale Nutzsignal durch zweidimensionale räumliche Modulation des
kohärenten Lichtstromes erzeugt wird,
— daß durch die Nachrichtenübertragungsstrecke zeitlich nachfolgend ein zweidimensionales Referenzsignal übertragen wird, das von dem
zweidimensionaien Nutzsignai in einem Zeitabstand liegt, der nicht größer als die Dauer der
zeitlichen Instabilität der Nachrichtenübertragungsstrecke ist, und
— daß am Ausgang der Nachrichtenübertragungsstrecke das empfangene Referenz- und das
empfangene Nulzsignal so gemeinsam verarbeitet werden, daß
durch die Nachrichtenübertragungsstrecke hervorgerufene Vsrzerrungen des zweidimensiona-
len Referenzsignals und des zweidimensionaien Nutzsignals kompensiert v?rden.
2. Verfahren nach Ansprach L
dadurch gekennzeichnet,
— daß die gemeinsame Verarbeitung des zweidimensionaien Referenz- und des zweidimensionaien Nutzsignals
durch zeitliche und räumliche Vereinigung des empfangenen zweidimensionaien Nutz- und des
empfangenen zweidimensionaien Referenzsignals und durch Aufzeichnung eines Hologramms des zweidimensionaien Nutzsignals,
bezogen auf das empfangene zweidimensionale Referenzsignal, durchgeführt wird,
worauf von diesem Hologramm durch Rekonstruktion die übertragene zweidimensionale
Information ohne Verzerrungen erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1.
dadurch gekennzeichnet, Λ
— daß die gemeinsame Verarbeitung des zweidimensionaien Referenz- und des zweidimensionaien Nutzsignals
durch Aufzeichnung eines Fourier-Hologramms «
des zweidimensionaien Nutzsignals und eines inversen Fourier-Hologramms des zweidimensionaien Referenzsignals, bezogen auf ein zusätzliches zweidimensionales Referenzsignal, sowie
durch nachfolgende Modulation eines zusätzli- w
chen kohärenten Lichtstromes mit den Fourier-Hologrammen und durch Fourier-Rücklransfor
mation des modulierten Lichtstromes erfolgt,
so daß die übertragene zweidimensionale Information unverzerrt rekonstruiert wird. ·,■-,
4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
35
— daß das zweidimensionale Referenz- und das zweidimensionale Nutzsignai in der Nachrichtenübertragungsstrecke periodisch räumlich ungeordnet verteilt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
— daß das zweidimensionale Referenz- und das zweidimensionale Nutzsignal zusätzlich wenigstens auf zwei Hilfsträgerfrequenzen erzeugt
wird, um dadurch zweidimensionale Farbinformation zu übertragen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
— daß vor der Erzeugung des zweidimensionaien Nutzsignals ein zweidimensionales Hologramm
eines dreidimensionalen Objekts aufgezeichnet wird, um das erhaltene zweidimensionale Hologramm zur zweidimensionaien räumlichen Modulation des kohärenten Lichtstromes zu benutzen, und
— daß bei gemeinsamer Verarbeitung des empfangenen zweidimensionaien Referenz- und des
empfangenen zweidimensionaien Nutzsignals eine zusätzliche Rekonstruktion des räumlichen
Objektbildes aus dem erhaltenen Hologramm vorgenommen wird
7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
zur Übertragung zweidimensionaler Information im ganzen, ohne Zerlegung in Elemente,
auf optischen Frequenzen, bei dem in einer Teilnehmerstelle ein von einer kohärenten Lichtquelle erzeugter kohärenter Lichtstrom nacheinander in einen Sender, in eine Nachrichtenübertragungsstrecke und weiter in einen Empfänger geleitet
wird,
dadurch gekennzeichnet,
— — daü der Sender (3) (vgl. Anspruch 12) im
Strahlengang des kohärenten Lichtstromes hintereinander angeordnet enthält:
— einen Umschalter (6), der aus dem kohärenten Lichistrom zeitlich aufeinanderfolgende,
kohärtiite zweidimensionale ImpuHignale
entsprechend (vgl. später) dem zweiditnensionalen Referenzsignal und dem die ausgesandte Information tragenden zweidimensionaien
Nulzsignal erzeugt, wobei die Summendauer dieser Impulssignale kleiner als das Intervall
der zeitlichen Instabilität der Nachrichtenübertragungsstrecke (4) ist;
— eine Einrichtung (7) zur räumlichen Signalaufteilung, die diese Impulssignale in den Kanal
des zweidimensionaien Referenzsignals bzw. in den Kanal des zweidimensionaien Nutzsignals richtet;
— eine im Kanal des zweidimensionaien Referenzsignals liegende Einrichtung (8) zur
Referenzsignalerzeugung, zu der von der Einrichtung (7) zur räumlichen Signalaufteilung ein Impulssignal geleitet wird, das dem
zweidimensionaien Referenzsignal ent- «pricht;
— einen im Kanal des zweidimensionaien Nut/.signals liegenden Modulator (9), dem
von der Einrichtung (7) zur räumlichen
Signalaufteilung ein dem zweidimensionalen Nutzsignal entsprechendes Impulssignal zugeführt wird und der dieses Impulssignal mit
dem zweidimensionalen Nutzsignal moduliert; und ι
— eine mit dem Signal vom Modulator (9) angesteuerte Einrichtung (10) zur optimalen
Anpassung des räumlichen Spektrums der Four-sr-Transfonniertwn des zweidimensionalen Nutzsignals an den zweidimensionalen κι
Operator der Nachrichtenübertragungsstrekke(4),
— eine Einrichtung (11) zur räumlichen Vereinigung des zweidimensionalen Referenz- und
des zweidimensionalen Nutzsignals, der das r> zweidimensionale Referenz- und das zweidimensionale Nutzsignal aus dem Referenzsignal- bzw. Nutzsignalkanal zugeführt werden,
und
— eine gesteuerte Einrichtung (12) zur Einkopplung des zweidimensionalen Referenz- und
des zweidimensionalen Nutzsignals (vgl. Ansprüche 17, 18) von der Einrichtung (11)
zur- räumlichen Signalvereinigung in die Nachrichtenübertragungsstrecke (4); und
— — daß der Em ρ fange r (5)(vgL Anspruch 12)
im Strahlengang des kohärenten Lichtstromes hintereinander angeordnet enthält:
— eine gesteuerte Einrichtung (13) zur Auskopplung des zweidimensionalen Referenz- jo
und des zweidimensionalen Nutzsignals (vgl. Ansprüche 17, 18) aus der Nachrichtenübertragungsstrecke (4),
— einen Umschalter (14X der das zweidimensionale Referenz- und das zweidimensionale is
Nutzsignal zeitlich abtrennt, und
— ein Mittel (15) zur Verarbeitung dieser Signale (vgL Ansprüche 8,9,10), das die in der
übertragenen Information durch die Nachrichtenübertragungsstrecke (4) hervorgerufe-
nen Verzerrungen kompensiert, diese Information aufzeichnet und wiedergibt (F i g. 1).
8. Anlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, 4r
— — daß das Mittel (15) zur Verarbeitung des
zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals im Strahlengang
des kohärenten Lichtstromes hintereinander angeordnet enthält:
— eine Einrichtung (16) zur räumlichen Aufteilung dieser Signale auf die Kanäle des
zweidimensionalen Referenz- bzw. des zweidimensicnalen Nutzsignals,
— eine Einrichtung (18) zur räumlichen Vereinigung der zweidimensionalen Referenz- und
der zweidimensionalen Nutzsignale, der die zweidimensionalen Referenz- und die zweidimensionalen Nutzsignale aus diesen Kanälen
zugeführt werden, m>
— in einem der Kanäle eine zur zeitlichen Vereinigung der zweidimensionalen Referenz- und der zweidimensionalen Nutzsignale
bestimmte Verzögerungseinrichtung (17),
— eine Einrichtung (20) zur Aufzeichnung des h>
sich bei der Interferenz des zweidimensionalen Nutz- und des zweidimensionalen Referenzsignals ergebenden Hologramms und
— eine Einrichtung (21) zur Rekonstruktion der übertragenen zweidimensionalen Information aus dem Hologramm mit einer zusätzlichen, kohärentes Licht erzeugenden Lichtquelle (22), deren kohärenter Lichtstrom der
Aufzeichnungseinrichtung (20) zugeführt wird (F ig. 2).
9. Anlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
— daß das Mittel (15) zur Signalverarbeitung zusätzlich einen nichtkohärenten Lichtstromverstärker (19) enthält, der im Strahlengang des
kohärenten Lichtstromes unmittelbar nach der Einrichtung (18) zur räumlichen Vereinigung des
zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals liegt (F i g. 2).
10. Anlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
— — daß das Mittel (15) zur Ve ,'arbeitung des
zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals im Strahlengang
des kohärenten Lichtstromes hintereinander angeordnet enthält:
— eine Einrichtung (23) zur räumlichen Fourier-Transformation dieser Signale,
— eine Einrichtung (24) zur räumlichen Aufteilung dieser Signale auf die Kanäle des
zweidimensionalen Referenz- bzw. des zweidimensionalen Nutzsignals,
— eine Einrichtung (25) zur Aufzeichnung eines inversen Fourier-Hologramms des zweidimensionalen Referenzsignals, zu der das
zweidimensionale Referenzsignal von der Einrichtung (24) zur räumlichen Signalaufteilung gelangt,
— eine Einrichtung (26) zur Aufzeichnung eines Fourier-Hologramms des zweidimensionalen
Nutzsignals, auf die das Nutzsignal von der Einrichtung (24) zum räumlichen Signalaufteilung gegeben wird, sowie
— eine zusätzliche, kohärentes Licht erzeugende Lichtquelle (27), deren kohärenter Lichtstrom die beiden Aufzeichnungseinrichtungen (26,25) nacheinander durchläuft, in denen
er aufeinanderfolgend mit den Fourier-Hologrammen des zweidimensionalen Nutz- und
des zweidimensionalen Referenzsignals moduliert wird, und weiter
— zu einer Einrichtung (28) zur Fourier-Rücl'-transformatio.i des modulierten Lichtstromes
und zu einer Wiedergabeeinrichtung (29) gelangt, welche die übertragene zweidimensionale Information von den Fou/icr-Hologrammen wiedergibt (F i g. 3).
11. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
gekennzeichnet
— durch wenigstens noch eine Teilnehmerstelle (32)
sowie eine für alle Teilnehmerstrllen gemeinsame Einheit (33) zur zeitlichen Synchronisation,
deren Synchronisationssignalc über die Nachrichtenübertrü^ungsstrecke (34) an die Teilnehmerstellen (I, 32) auf einer besonderen Licht
trägerfrequenz übertragen werden, und
— durch einen in jedem Empfänger (5) vorgesehenen Selektor (36), der aus der Nachrichtenüber-
tragungsstrecke (J4) die Synchronisationssignale empfängt und einen Umschalter (14) so ansteuert,
daß ein Zeitmultiplexbetrieb der entsprechenden Teilnehmerstellen gewährleistet wird
(F ig. 5).
12. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11.
dadurch gekennzeichnet.
dadurch gekennzeichnet.
— daß der Sender (3) im Senderkanal für das
zweidimensionale Nutzsignal einen Codierer (30) κ> enthält, der eine Platte mit vorgegebener
Phasenverteilung des Transmissions- oder Reflexionsgrades darstellt und im Strahlengang des
kohärenten Lichtstronies hinter der Einrichtung (10) zur optimalen Anpassung des raumlichen
Spektrums des zweidimensionalen Nut/.signals
an den zweidimcnsionalen Operator der ÜbertracrnncrcfiinlZtion ripr Warhrirhtpnühprtriiüiina«:-
strecke (4) und vor der Hinrichtung (11) zur räumlichen Vereinigung des zweidimcnsionalen _>n
Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals angeordnet ist. und
-- daß der Empfänger (5) im Kanal des zweidimensionalen Nutzsignals zusätzlich einen
Decodierer (31) enthält, der eine Platte mit einer r>
zur Übertragungsfunktion des Codierers (30) komplex konjugierten Phasenverteilung des
Transmissions- oder Reflexionsgradcs darstellt (F ig. 4).
13. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12.
dadurch gekennzeichnet.
dadurch gekennzeichnet.
— daß die Nachrichtenübertragungsstrecke eine Lichtleitung (40, 41, 42) mit spiegelnden Innenwänden
ist, )i die die Fortpflanzung des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals
durch deren mehrfache Reflexion an den Wänden der Lichtleitung (40) bewirkt und einen
Querschnitt aufweist, der wesentlich größer als die Apertur des in die Lichtleitung (40, 41, 42)
eingeführten zweidimensionalen Nutzsignals ist (Fig. 7-9).
14. Anlage nach Anspruch 13.
dadurch gekennzeichnet.
dadurch gekennzeichnet.
— daß die Lichtleitung (52) aus einzelnen hermetisch abgeschlossenen, aneinander stoßenden,
gleichachsigen und mit einem Edelgas gefüllten Rohrabschnitten (53) mit optisch transparenten so
Flanschen (54) aufgebaut ist (F i g. 11).
15. Anlagenach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
— daß in der Lichtleitung (40) im Fortpflanzungsweg des zweidimensionalen Referenz- und des
zweidimensionalen Nutzsignals wenigstens eine Platte (48, 49) eingesetzt ist, bei der sich das
Phasenmaß der Durchlässigkeit oder Reflexion pseudozufällig in der Plattenapertur ändert und
die dazu bestimmt ist. den Einfluß von regelmäßigen Inhomogenitäten der Lichtleitung (40) zu
verringern und die Auskopplung der übertragenen Information aus jedem beliebigen Teil der
Lichtieitungsapertur zu gewährleisten (F i g. 6).
16. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet.
dadurch gekennzeichnet.
— daß auf der Innenfläche der Lichtleitung (40)
periodisch liegende optische schwarze Bereiche (45) vorgesehen sind (Fig. 6).
17. Anlage nach einem der Ansprüche Il bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
— daß jede gesteuerte Einrichtung (12, 13) zur Ein
bzw. Auskopplung des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimensionalen Nutzsignals in
die bzw. aus der Nachrichtenübertragungsstrekke (40) als tcildurchlässiger Spiegel ausgeführt
ist,
der mit einer Vorrichtung (46) zu seiner Verschiebung ausgestattet ist, die mit dem
Selektor (36) so elektrisch verbunden ist. daß während der Betriebszeit der betreffenden
Tcilnehmerstelle (I, 32) der Spiegel sich in
RrtriphtOplliirur hrfinrlrl Π i ρ AV
18. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis I b.
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
— daß jede gesteuerte Einrichtung (12, 13) zur Kin-
bzw. Auskopplung des zweidimensionalen Referenz- und des zweidimcnsionalen Nut/.signals in
die bzw. aus der Nachrichtenübertragungsstrekke(40)cin Lichtablenkcr(47)ist,
drV mit dem Selektor (36) so elektrisch
verbunden ist, daß er während der Betriebsperiode der entsprechenden Teilnehmcrstellc (1, 32)
das zweidimensionale Referenz- und das zweidimensionale Nutzsignal zum Eingang des Empfänger-Umschalters
(14) derselben Teilnehmersteile richtet (F ig. 10).
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