-
Akusto-optischer Modulator zur Modulation der Licht-
-
intensität Die Erfindung betrifft einen akusto-optischen Modulator
zur Modulation der Lichtintensität.
-
3ie Entwicklung niedrigdämpfender Lichtleitfasern ermöglicht es, Nachrichten
optisch zu übertragen. Die Eigenschaften der verwendeten Lichtwellenleiter machen
diese besonders geeignet zur Verwendung in höheren Netzebenen von Fernsprechsystemen,
in denen gleichzeitig eine grössere Anzahl von Sprachsignalen in Zeitmultiplex-oder
Frequenzmultiplextechnik übertragen werden. Werden die Ubertragungsleitungen in
höheren Netzebenen aus Lichtwellenleitern aufgebaut, so gewinnt aber auch schon
aus Gründen der Anwendung einer einheitlichen Übertragungstechnik die Verwendung
von Lichtwellenleitern in den unteren Netzebenen bis zu den einzelnen Teilnehmerstationen
an Interesse. Dies gilt besonders dann, wenn auch für die Teilnehme-le aur.Õen ein
bedürfnis nach höherer
Frequenzbandbreite besteht, als die üblichen
elektrischen Fernsprechteilnehmerleitungen zur Verfügung stellen können.
-
Es ist demnach erstrebenswert, Nachrichtenendgeräte, insbesondere
Fernsprechstationen, zu realisieren, bei denen alle Funktionen ausschließlich auf
optischem Wege-, also unter Ausschluß elektrischer Vorgänge auszuführen sind.
-
Ein wesentliches Problem besteht dabei darin, akustische Signale in
optische Signale umzusetzen, so daß vom betreffenden- Fernsprechteilnehmer erzeugte
Schallschwingungen zur Modulation des von einer zentralen Speisestelle, vorzugsweise
einer Vermittlungsstelle, zur Teilnehmerstation übertragenen Lichtes benutzt werden
können.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die' Aufgabe zugrunde, einen akusto-optischen
Modulator anzugeben, der die direkte Umsetzung eines akustischen Signals in ein
optisches Signal gestattet.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß einer der Eathetenflächen
eines rechtwinklig-gleichschenkligen Glasprisma zugeführtes Licht im Regelfall totiteflektiert
wird, so daß es praktisch verlustfrei aus der anderen Kathetenfläche des Glasprisma
ajusgekoppelt werden kann und daß bei-Näherung einer lichtdurchlässigen oder lichtabsorbierenden
Körperfläche an die Rypotenusenfläche des Glasprisma Lichtleistung über die Lücke
zwischen der Hypotenusenfläche des Glasprisma und der genäherten Körperfläche auf
Grund des bekannten Tunneleffektes auge: koppelt werden kann. Die so ausgekoppelte
Lichtleistung nimmt dabei mit abnehmenden Abstand zu. Bei 3'berührung der beiden
Flächen tritt im Idealfall die -gesamte in die erste Kathetenfläche eingekoppelte
Lichtleistung durch die Eypotenusenfläche aus. Demnach ist es also möglich, mit
sich
änderndem Abstand der beiden Flächen die durchgelassene bzw.
totalreflektierte Strahlungsleistung zu steuern.
-
Die genannte Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen akusto-optischen
Modulator zur Modulation der Lichtintensität gelöst, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß en in Bezug auf ein stabiles Gehäuseteil des akusto-optischen Wandlers
ortsfest angeordnetes, rechtwinklig-gleichschenkliges Glasprisma vorgesehen ist,
daß eine Eingangs-Glasfaser-Lichtleitung vorgesehen ist, über die Licht in die eine
Kathetenfläche des Glasprisma einkoppelbar ist, daß eine Ausgangs-Glasfaser-Lichtleitung
vorgesehen ist, über die Licht aus der anderen Kathetenfläche des Glasprisma auskoppelbar
ist, daß eine durch Schallwellen in Biegeschwingungen versetzbare, im Gehäuseteil
gelagerte Membran flächenparallel zur Hypotenusenfläche des Glasprisma mit einem
im Ruhezustand der Membran bestimmten Abstand, der gleich oder kleiner als die Wellenlänge
des zu modulierenden Lichtes ist, zur Hypotenusenfläche des Glasprisma angeordnet
ist und daß die dem Glasprisma zugewandte Oberfläche der Membran zumindest im Bereich
der Bypoterusenfläche des Glasprisma lichtdurchlässig oder lichtabsorbierend ist.
-
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß akustische Signale.
-
unmittelbar, d.h. ohne Zuhilfenahme elektrischer Vorgänge, in optische
Signale umwandelbar sind, so daß ein BTachrichtenendgerät, insbesondere eine Fernsprechstation,
realisierbar ist, das zumindest für eine Übertragung abgenender akustischer Signale
auf rein optischem Wege geeignet ist.
-
weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen
angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
-
Im folgenden wird die Erfindung an Hand mehrerer, verschiedene Ausführungsbeispiele
für die Erfindung betreffender -Figuren erläutert.
-
Figur 1 zeigt ein rechtwinklig-gleichschenkliges Glasprisma, in dessen
eine Kathetenfläche ein Lichtstrahl eingekoppelt wird, der an der nypotenusenfläche
totalreflekzitiert wird, so da3 der Lichtstrahl praktisch verlustfrei aus der anderen
Kathetenfläche des Glasprisma austritt.
-
Figur 2 zeigt zusätzlich zu dem in Figur 1 gezeigten Glasprisma ein
weiteres rechtwinklig-gleichschenkliges Glasprisma, dessen Hypotenusenfläche der
Hypotenusenfläche des zuerst genannten Glasprisma in der gezeigten Art angenähert
ist. Dadurch wird ein Teil der eingekoppelten Lichtleistung durch den sog. Tunneleffekt
in das weitereGlasprima eingekoppelt und die restliche Lichtlestung aus der anderen
Kathetenfläche des zuerst genannten Glasprisma ausgekoppelt.
-
Figur 3 zeigt den Idealfall einer 100%igen Auskoppelung der Lichtleistung
über das berührende weitere Glasprisma in der gezeigten Weise.
-
Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
akusto-optischen Modulator, bei dem ein Glasprisma 3 vorgesehen ist, dessen einer
Kathetenfläche Licht zugeführt und dessen anderer Kathetenfläche Licht entnommen
wird und dessen Rypotenusenfläche die Hypotenusenfläche eines weiteren Glasprisma
2 gegenübersteht, das mit einer Prismenhalterung 6 an einer Membran 1 beestigt ist.
-
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung,
bei dem das weitere Glasprisma entfallen kann und die Membran 1 direkt zur Auskoppelung
bzw. Absorption von Lichtleistung benutzt werden kann.
-
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Erfindung,
bei dem zur Erhöhung des Wirkungsgrades das Einkoppeln bzw. Auskoppeln von Lichtleistung
über sog.
-
Gradientenlinsen 9, 10 vorgesehen ist.
-
Figur 7 zeigt in Form mehrerer Diagramme den zeitlichen Verlauf der
aus dem Glasprisma austretenden Lichtleistng in Abhängigkeit vom jeweiligen Hub
der Membran unter verschiedenen erundbedingungen I50, IO, I100 und dazu im Vergleich
das Stromverhalten eines herkömmlichen Kohlemikrophons.
-
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist, wie bereits erläutert,
ein rechtwinklig-gleichschenkliges Glasprisma 3 ortsfest in einer Halterung eines
Gehäuseteils 7 des akustooptischen Wandlers angeordnet. Das weitere Glasprisma 2
ist mit Hilfe einer Prismenhalterung 6 so an der Membran 1 befestigt, daß sich die
Hypotenusenflächen der bei den Giasprismen 2, 3 flächenparallel mit einem im Ruhezustand
der Membran 1 bestimmten Abstand, der gleich oder kleiner als die Wellenlänge des
zu modulierenden Lichtes ist, gegenüberliegen. ber eine Eingangs- Glasfaser-Lichtleitung
4 wird das zu modulierende Licht in die eine der Kathetenflächen des Glasprisma
3 eingekoppelt. Über eine Ausgangs-Glasfaser-tichtleitung 5 wird das modulierte
Licht ausgekopperlt. Die Membran 1, die durch Schallwellen in Biegeschwingungen
versetzbar ist, überträgt diese Biegeschwingungen auf das weitere Glasprisma 2,
wodurch der Abstand zwischen den Hypotenusenflächen der beiden Glasprismen2, 3 den
Schallschwingungen folgend verändert wird. Dabei wird
entsprechend
dem jeweiligen Abstand der beiden Hypotenusenflächen ein Teil der eingekoppelten
Lichtleistung über die Ausgangs-Glasfaser-Lichtleitung 5 ausgekoppelt und der jeweilige
Rest der eingekoppelten Lichtleistung durch das weitere Glasprisma 2 abgeführt.
Die Membran 1 ist vorzugsweise in einem in dem Gehäuseteil 7 befestigten elastischeh
Slikonring 11 gelagert. Außerdem ist die Membran 1 durch eine Schutzkappe 8 gegen
störende Einflüsse gesichert.
-
Wie bereits erläutert, zeigt Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel
für die Erfindung, bei dem das weitere Glasprisma 2 eingespart ist. Zur Erzielung
des Modulatoref-fektes ist die dem Glasprisma 3 zugewandte Oberfläche der'Membran
1 zumindest im Bereich der Hypotenusenfläche des Glasprisma 3 lichtdrclassig oder
lichtabsorbierend.
-
Figur 6 zeigt, wie bereits erläutert, ein weiteres Ausführungsbeispiel
für die Erfindung, bei dem die Eingangs-Glasfaser-Lichtleitung 4 und die Ausgangs-Glasfaser-Lichtleitung
5 nicht unmittelbar an die jeweils zugeordnete Kathetenfläche des Glasprisma 3,
sondern vielmehr jeweils über eine sog. Gradientenlinse 9, 10 zur Erhöhung des Wirkungsgrades
der Lichteinkoppelung bzw.-auskoppelung angeschlossen sind.
-
Figur 7 zeigt, wie bereits erläutert, den jeweiligen zeitlichen Verlauf
der ausgekoppelten Lichtleistung in Abahängigkeit vom jeweils bestehenden Eut der
Membran unter verschiedenen Bedingungen I50, IO, I100 und im Vergleich dazu den
Stromveriauf J eines herkömmlichen Eohlemikrophons. Dabei ist der zeitliche Verlauf
der ausgekoppelten Lichtleistung bei einer im Ruhezustand der Membran eingestellten
Totalreflexion von 50%, siehe 150, der zeit-
liche Verlauf der
auagekoppelten Lichtleistung bei einer im Ruhezustand der Membran eingestellten
Totalreflexion von 0%, siehe IO und der zeitliche Verlauf der ausgekoppelten Lichtleistung
bei einer im Ruhezustand der Membran eingestellten Totalreflexion von 100% gezeigt.
Wie ersichtlich ist eine nahezu verzerrungsfreie Umsetzung lediglich bei einer eingestellten
Totalreflexion von 50% gegeben. Eine diesem Umstand entsprechende Justierung des
Abstandes der Membran in ihrem Ruhezustand zur Hypotenusenfläche ist demnach ideal.
-
7 Patentansprüche 7 Figuren