DE3729390A1

DE3729390A1 - Wellenlaengenunabhaengiger optischer digital-analog-wandler

Info

Publication number: DE3729390A1
Application number: DE19873729390
Authority: DE
Inventors: Peter Deimel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1989-03-16
Also published as: DE3729390C2

Description

Die Erfindung betrifft einen wellenlängenunabhängigen optischen Digital- Analog-Wandler (D/A-Wandler) mit einer Lichtleitfaser, welche optische Ein- und Auskoppelstellen aufweist, an welchen elektrische Lichtquellen bzw. -empfänger angeordnet sind.

Eine Vorrichtung zur optischen Digital-Analog-Umsetzung ist aus DE-PS 32 48 539 bekannt, bei der mittels akustischer Oberflächenwellen in einer optischen Wellenleiterschicht eine Gruppe paralleler Lichtbündel bei ihrem Auftreffen auf die akustische Oberflächenwelle abgelenkt werden. Die durch die akustische Oberflächenwelle abgelenkte oder nichtabgelenkte Lichtmenge wird gemessen und die Lichtmengen der einzelnen Lichtbündel integriert, woraus ein analoges Signal erstellt wird.

Aus der EP 01 06 505 ist eine Einrichtung bekannt, bei der an den Windungen einer Lichtleitfaserspule piezoelektrische Stellglieder auf jeweils eine Stelle einer Windung der Lichtleitfaser einwirken und dadurch jeweils einen sogen. Microbending-Effekt auslösen. Aufgrund dieses Microbending-Effektes tritt Licht aus der Lichtleitfaser aus, wobei eine Optik das Licht aus sämtlichen derartigen Auskoppelstellen empfängt und in einer weiteren Lichtleitfaser sammelt. Je nach Ansteuerung der piezoelektrischen Stellglieder kann somit auf optische Weise ein digitales Wort erzeugt werden. Diese Einrichtung eignet sich jedoch zur Umwandlung von digitalen in analoge Signale.

Aus der DE-OS 29 03 288 ist schließlich ein optischer Multiplexer und Demultiplexer bekannt, der mit optischen Filtern versehene Ein- bzw. Auskoppelstellen aufweist, jedoch auf Licht mit verschiedenen vorbestimmten Wellenlängen angewiesen ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen wellenlängenunabhängigen optischen Digital-Analog-Wandler auf der Basis einer Lichtleitfaser zu schaffen, bei dem die Umwandlung der Signale ohne gesteuerte mechanische oder sonstige Beeinflussung der Faser bewirkt wird. Diese Aufgabe erfüllt ein nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeter Digital-Analog-Wandler.

Die Erfindung sowie deren Vorteile werden im folgenden anhand eines in der Figur teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben:

Das Ausführungsbeispiel zeigt einen D/A-Wandler zur Umwandlung von binären digitalen Worten mit vier Bit-Stellen.

Entlang einer Lichtleitfaser 1 sind in gleichen Abständen elektrische Lichtquellen 2.1 bis 2.4 angeordnet, welche ihr emittiertes Licht möglichst unidirektional in die Lichtleitfaser 1 über spezielle Einkoppelstellen 1.1 bis 1.4 eingeben. Hierzu wird, wie ausschnittsweise gezeigt ist, die Mantelschicht der Lichtleitfaser an einer Stelle entfernt und das von einer Leuchtdiode emittierte Licht unter einem möglichst kleinen Winkel in den Faserkern eingekoppelt. Die Einkoppelstellen sind in gleichmäßigen Abständen d längs der Lichtleitfaser angeordnet, wobei diese Abstände der Formel

genügen. Dabei ist n die Basis des digitalen Systems des zu übertragenden digitalen Wortes; also z. B. bei einem binären System ist n = 2. α ist der Absorptionskoeffizient der Lichtleitfaser, der verglichen mit üblichen, z. B. zur Nachrichtenübertragung verwendeten Lichtleitfasern relativ hoch sein soll, damit die Abstände zwischen den Einkoppelstellen möglichst klein werden; ein typischer Wert für den Absorptionskoeffizienten wäre z. B. α = 10 dB/m. Die Lichtleitfaser 1 endet hinter der ersten Einkoppelstelle 1.1 mit einem freien Stück der Länge d, so daß dort das jeweils eingekoppelte Licht aus der Stirnfläche austreten kann. Dieses Licht wird von einem optoelektrischen Detektor 3 empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Jeder Lichtquelle 2.1 bis 2.4 wird in n = 2 Energieniveaus von je einer zugeordneten elektrischen Schaltstelle 4.1 bis 4.4 einer Elektronik 4 angesteuert. Hierbei entspricht jeder Schaltstelle 4.1 bis 4.4 eine Bit-Stelle eines der Elektronik 4 eingegebenen binären digitalen Wortes D, z. B. D = 0101 entsprechend dem analogen Wert 5, wobei der Wert 0 einer Bit-Stelle auch einer Lichtintensität 0 entspricht und der Wert 1 einer eingekoppelten Lichtintensität P₀. Die Ansteuerung der Lichtquellen 2.1 bis 2.4 erfolgt in Form von Impulsen, die entweder zeitverzögert von rechts nach links also von den Stellen 1.4 bis 1.1 eingekoppelt werden oder eine derartige Länge aufweisen, daß bei gleichzeitiger Einkoppelung sich die Impulse zumindest zeitweise überlagern und ein Intensitätsmaximum bilden, welches vom Detektor 3 empfangen wird. Beim Durchlauf durch die Lichtleitfaser verliert ein Lichtimpuls aufgrund der Dämpfung ständig an Intensität gemäß der Formel P _d = P₀ · e^-α ^d. Dementsprechend gelangen zum Ausgang der Lichtleitfaser von den einzelnen Lichtquellen 2.1 bis 2.4 bzw. Einkoppelstellen 1.1 bis 1.4 folgende Intensitäten P₁ bis P₄:

Wird, wie dargestellt, der ersten Bit-Stelle, also dem sogen. most significant bit auch die erste, dem Ausgang der Lichtleitfaser am nächsten gelegene Einkoppelstelle 1.1 zugeordnet usw., so addieren sich die Intensitäten der eingekoppelten Lichtimpulse entsprechend dem eingegebenen digitalen Wort zu einem Intensitätsmaximum am Ausgang gemäß folgender Tabelle

0001 = P₀ · 1/16
0010 = P₀ · 2/16
0011 = P₀ · 3/16
0100 = P₀ · 4/16
0101 = P₀ · 5/16
0110 = P₀ · 6/16
0111 = P₀ · 7/16
1000 = P₀ · 8/16

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird also das dem analogen Wert 5 entsprechende digitale Wort D = 0101 in ein dem Intensitätsmaximum entsprechenden analogen Wert A _max = 5 · P₀/16 umgewandelt.

Der dargestellte Digital-Analog-Wandler läßt sich für jedes andere digitale System verwenden, wenn die Abstände d der Einkoppelstellen entsprechen der o. g. Bedingung gewählt sind und die Lichtquellen mit der Zahl n entsprechenden Intensitätsniveaus, die ebenfalls eine möglichst gleichmäßige Abstufung aufweisen, betrieben werden.

Claims

1. Wellenlängenunabhängiger optischer Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) mit einer Lichtleitfaser, welche optische Ein- und Auskoppelstellen aufweist, an welchen elektrische Lichtquellen bzw. -empfänger angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1) einen über ihre Länge konstanten, relativ hohen Absorbtionskoeffizienten α aufweist, daß die Lichtleitfaser (1) eine der maximalen Bit-Zahl eines zu übertragenden digitalen Wortes (D) entsprechende Anzahl von optischen Einkoppelstellen (1.1 bis 1.4) aufweist, die entlang der Lichtleitfaser (1) mit gleichmäßigen Abständen verteilt sind, wobei n die Basis des digitalen Systems ist (z. B. binäres System: n = 2), daß die an den Einkoppelstellen (1.1 bis 1.4) angeordneten elektrischen Lichtquellen (2.1 bis 2.4) n veränderbare Intensitätsniveaus P₀ einschließlich dem Intensitätsniveau P₀ = 0 aufweisen, wobei jede Lichtquelle (2.1 bis 2.4) einer Bit-Stelle des digitalen Wortes (D) zugeordnet ist, daß die elektrischen Lichtquellen mit n verschiedenen Signalen zur Erzeugung von optischen Impulsen ansteuerbar sind (4.1 bis 4.4) und, daß an einem Ende (1.5) der Lichtleitfaser im Abstand d von der der ersten Bit-Stelle (most significant bit) entsprechenden Einkoppelstelle (1.1) ein optoelektrischer Detektor (3) zur Erfassung des Intensitätsmaximums aller sich zumindest zeitweise überlagernden optischen Impulse und Bildung eines dem Intensitätsmaximum entsprechenden analogen elektrischen Signalen (A _max) angeordnet ist.

2. D/A-Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelung der optischen Impulse unidirektional in Richtung auf die Auskoppelstelle (1.5) erfolgt.