DE3101021A1

DE3101021A1 - "nachrichtenuebertragungsstrecke"

Info

Publication number: DE3101021A1
Application number: DE19813101021
Authority: DE
Inventors: Wilfred Dr. 8012 Ottobrunn Krause
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-01-15
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1982-07-29
Also published as: DE3101021C2

Description

Nachrichtenübertragungsstrecke

1 Die Erfindung betrifft eine Nachr ichtenübertragungsfstrecke

I zwischen einer ersten Station, die einen einen gebündelten

% Lichtstrahl aussendenden Lasersender sowie einen Empfänger für

1 Laserlicht aufweist und einer zweiten Station, die den durch

' eine Eintrittsöffnung empfangenen Lichtstrahl mittels eines

ι modulierenden Reflektors zurücksendet.

% Eine derartige Nachrichtenübertragungsstrecke mit einem moduli lierenden Retroreflektor ist beispielsweise aus dem Bericht

,"•4 4- W

t über die "7 DOD CONFERENCE ON LASER TECHNOLOGY" vom 09-06.76

;· 'in der US-Military Academy Westpoint, New York, bekannt.

- Derartige Systeme besitzen gegenüber herkömmlichen Lasernach-

|! richtenübertragungsstrecken den Vorteil, daß sie auch für eine

I Zweiwegübertragung zwischen zwei Stationen nur einen Laser be-

I nötigen. Eine Station - im Falle einer Einwegübertragunp die

I Sendestation - benötigt dabei nur einen modulierenden Retro-

■S reflektor, wohingegen auf der anderen Station - im Falle einer

I Einwegübertragung die Empfängerseite - der größte Teil der Ge-

I rate und der Energieversorgung, im wesentlichen also der Laser-

I sender konzentriert ist. - -

I Da bei Nachrichtenübertragungsstrecken mit modulierenden Retroll reflektoren der Laserstrahl die Übertragungsstrecke zweimal

ij durchlaufen muß, tritt eine höhere Dämpfung als bei Systemen

J mit jeweils zwei Lasern und zwei Empfängern auf. Außerdem

macht sich bei relativ zueinander bewegten Stationen eine Ge-

i schwind iftkei tsaberr.ition bemerkbar, die r.ieh d erbost π 11- äußr-rt-,

; daß der Empfänger um den Winkelbetrag ZvIo nun der Richtung de;!

I Laserstrahls herausläuft; dabei bedeutet ν die Komponente der

i Relativgeschwindigkeit der Stationen, welche senkrecht auf der

|. Verbindungslinie zwischen den Stationen steht und c die Lichtgeschwindigkeit.

BAD ORIGINAL

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem der mit der Geschwindigkeitsabberration verbundenen zusätzlichen Signaldämpf unp; no zu lösen, daß ein Optimum zwischen der verfügbaren Laaei'iiendpleistung und der rnaximaJen Reichweite bzw. der Übertragungskapazität erzielt werden kann.

Diese Aufgabe löst eine nach den Patentansprüchen ausgebildete Nachrichtenübertragungsstrecke.

Die Erfindung geht von folgender Erkenntnis aus: Wird, um der Geschwindigkeitsaberration entgegenzuwirken, eine kleine effektive Reflektorapertur verwendet, die einen breit aufgespreizten, beugungsbegrenzten reflektierten Sendestrahl hervorruft, so geht ein großer Teil der Leistung dieses Strahls nutzlos im Raum verloren. Wird umgekehrt eine große Apertur vt'i'wondot., dann kann der reflektierte Sendeatrahl unter UmntftncU'n ο ine dprart kleine räumliche Divergenz aufweinen, daß er beinahe vollständig am Empfänger vorbeiläuft. Mit der Erfindungsgemäß vorgesehenen variablen Blende vor dem Retroreflektor kann folglich eine Optimaleinstellung des Aperturdurchmessers und damit der Strahldivergenz erreicht werden.

Eine kontinuierliche Aufrechterhaltung dieser Optimaleinstellung kann durch die in den Unteransprüchen vorgesehenen Weiterbildungen der Erfindung erzielt werden.

In der nachfolgend beschriebenen Figur ist in schematischer Weise ein Auaführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Einwegnachrichtenübertragungsstrecke dargestellt. Auf der Empfängeraeite E der Strecke ist ein Lasergerät 1, z.B. ein Co₂-Laser installiert, dessen Lichtstrahl nacheinander einen Modulator 2, eine Lichtaufweitungsoptik 3, einen Strahler teiler 4 und anschließend die zu überbrückende Übertragungsstrecke, welche für raumfahrttypische Anwendungsfälle einige 100 km betragen kann, zum Sender durchläuft. Die Eintrittsöffnung des Senders S wird

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• ··· OO

ν - 5 -

Ι durch eine variable Blende 5 gebildet, hinter der ein Strahlen-

teiler'6, ein Modulator 7 und ein Retroref1ektor 8 angeordnet

?, sind. Der Modulator 2 kann beispielsweise ein akustooptischer

ti Modulator oder ein anderer optischer Modulator sein^ der ledig-

» lieh für relativ geringe Strahlquerschnitte geeignet sein muß.

.ί Der Modulator 7 muß jedoch eine vielfach größere Apertur auf-

■f weisen, ί·.ο daß hierfür beispielsweise ein r.og. iitfirk-Hffekt.-

I - Modulator geeignet ist, bei dem ein zwischen zwei ebenen Flächen

J befindliches Gas einem modulierenden elektrischen Feld ausge-

^;| setztwird. Das Gas ist so gewählt, daß bei der verwendeten

•»Ι Wellenlänge des Lasers ein besonders ausgeprägter Stark-Effekt

i auftritt. Ein elektrooptischer Modulator mit großer Apertur ist

■4 beispielsweise aus J. Appl . Phys. 5_0, 6691 (1979) bekannt.

i Tier Retroreflektor 8 kann beispielsweise ein kubischer 'VJinkel-

i| spiegel sein oder ein sog. Katzenaugen-Reflektor, der prin-

j zipiell aus einer Sammeloptik und einem Spiegel besteht, an

% denen der Laserstrahl in einem vergleichsweise großen Winkel-

) bereich jeweils um 180 zurückgeworfen wird.

Der Abstand zwischen dem Modulator 7 und dem Retroref1ektor 8 ist der Wellenlänge der Laserstrahlung und der Übertragungsfrequenz so angepaßt, daß Störungen durch die bei dieser Anord-

"] nung auftretende doppelte Modulation der Laserstrahlung vermie-

^:| den werden.

< Der in der Figur durch den gestrichelt gezeichneten Pfeil 9

» dargestellte Informationsfluß wird dem Laserstrahl mittels des

; ■ Modulators 7 aufgeprägt. Dieser Informationsfluß wird empfangs-

<j seitig mit Hilfe des Strahlenteilers 4 sowie einer Optik 11, die

-'ι den reflektierten Laserstrahl auf einen Strahlungsdetektor \?

\ fokussiert, an der Stelle 10 in an aich bekannter Weiüc zurück-

4 gewonnen.
I ' /6

Eine Optimaleinstellung der Empfangsintensität wird durch Anwendung eines geschlossenen analogen oder digitalen Extremalwertregelkreises (peak-holding control loop) erreicht.

DaK Stellglied dieses Regelkreises ist die Divergenz des reflektierten Laserstrahles festlegende Blende 5, deren Aperturdurchmesser D mittels einer Stelleinrichtung 18 sowie eines Sinusgebers 13 periodisch mit kleiner Amplitude d_ um den Mittelwert D verändert wird. Der jeweilige von der Geschwindigkeitsaberration abhängige mittlere Aperturdurchmesser D wird durch einen Optimalwertregler 14 eingestellt, der als Eingangsfunktionen die empfängerseitig gemessene Intensität I sowie den Differentialquozienten der Intensität I bezüglich des momentanen absoluten Blendendurchmessers D benötigt. Dazu wird empfängerseitig dem auf den Retroreflektor gerichteten Laserstrahl mittels des Modulators 2 ein Signal aufmoduliert, das die empfangsseitig über den Strahlungsdetektor 12 gemessene Intensität I angibt. Um diese Meßgröße senderseitig, also am Retroreflektor zurückzugewinnen, wird ein Teil der Laserstrahlung mittels eines Strahlenteilers 6 ausgekoppelt und mittels einer Optik 16 auf einen Strahlungsdetektor 17 fokussiert. Die so über den Strahlungsdetektor 17 zurückgemeldete Empfangsintensität I wird dem Eingang eines Optimalwertreglers 14 zugeführt.

Der oben erwähnte Differentialquotient -r=- wird in einem Diffe-

o renzierglied 15 gebildet, welches mit dem Strahlungsdetektor und den zusammengeführten Ausgängen des Sinusgebers 13 und des Optimalwertreglers 14 verbunden ist.

Sofern der .sender seit ige Modulator 7 Intensitätsmodulationen erzeugt, bedeutet I einen zweckmäßig definierten zeitlichen Mittelwert der Empfangaintensität.

Der oben beschriebene Regelkreis ermittelt aus den periodischen Intensitätsschwankungen automatisch den optimalen mittleren Blendenjdurchmesser D, um den die Blende 5 periodisch, mit geringer Amplitude schwankt, d.h. der Regelkreis pendelt im Betrieb um *) die _/7

den Maximalwert der Ernp fangsintenoi tat. T.

Da die oben beschriebene Einrichtung sowohl am Ort de;; Sonder als auch am Ort des Empfängers Modulations- und Empfangseinrichtungen aufweist, läßt sich durch entsprechende Ergänzung der Einrichtung die Nachrichtenübertragungsstrecke für einen Zweiwegbetrieb vervollständigen.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. / Nachrichtenübertragungsstrecke zwischen einer ersten

Station, die einen einen gebündelten Lichtstrahl nusücndenden Laser sowie einen Empfänger für Laserlicht aufweist, und einer zweiten Station, die den durch eine Kintrittsöffnung empfangenen Lichtstrahl mittels eines modulierenden Reflektors zurücksendet, dadurch gekennzeichnet , daß die Eintritsöffnung der zweiten
Station (S) eine variable Blende (5) aufweist.

2. Nachrichtenübertragungsstrecke nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß die variable Blende (5) über eine Stelleinrichtung (18) und einen damit verbundenen Regler (1*0 auf einen von der Geschwindigkeitsaberration des von der ersten Station (E) empfangenen Lichtstrahles abhängigen optimalen Durchmesser (D) einstellbar ist.

-Z-

3· Nachrichtenübertragungsstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Station (E) eine Einrichtung (2) zur Modulation von Laserlicht aufweist, die dem ausgesendeten Lichtstrahl ein von der Intensität des empfangenen Lichtstrahls abhängiges Signal (I) .•ι uf ρ rügt und, daß die zweite Station (S) einen Empfänger (17) zur Auswertung des Signals aufweist, welches dem Regler (1¹I) zugeführt wird.

H. Nachrichtenüberträgungsstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Station (S) zur Auswertung des intensitätsabhängigen Signals (I) und Einstellung des Blendendurchmessers (D) einen Strahlendetektor (17), einen Optimalwertregler (14) und einen, ein periodisches Stellsignal (d„) liefernden Geber (13), welche jeweils mit dem Strahlendetektor (17) verbunden sind, sowie ein Differenzierglied (15) zur Bildung eines Differentialquotienten aus dem intensitätsabhängigen Signal (I) und einem dem momentanen Blendendurchmesser entsprechenden Signal (D ) dazu aufweist.