DE3888150T2 - Optische Vermittlung. - Google Patents

Optische Vermittlung.

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DE3888150T2
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0003—Details

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

    Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Koppelnetzbausteine und insbesondere optische Koppelnetzbausteine zum Koppeln von optischen Signalen im freien Raum.
    • Stand der Technik
  • Zum Koppeln von optischen Signalen mit geleiteter Welle werden optische Zwei-mal-Zwei-Richtkoppler benutzt. Bei diesen Leitwellen-Richtkopplern ist ein Problem der mit der Einkopplung in diese bzw. Auskopplung aus diesen verbundene Leistungsverlust. Als Ergebnis ist die Größe eines diese Richtkoppler enthaltenden Koppelnetzes begrenzt. Ein solcher Richtkoppler ist der Kreuzschienenkoppler aus Lithiumniobat, der einen länglichen physischen Aufbau besitzt. Infolgedessen müßte jedes größere, diesen Kreuzschienenkoppler enthaltende Koppelnetz physikalisch gefaltet sein, wodurch zusätzliche Leistungsverluste eintreten würden.
  • Optische Kreuzschienen-Koppelnetzbausteine zum Koppeln eines nichtgeleiteten optischen Signals im freien Raum von einer beliebigen Lage in einer einzigen Spalte zu einer gezielten Lage in einer einzigen Zeile sind ebenfalls bekannt. Typisch wird zur Realisierung dieses optischen Kreuzschienen-Koppelnetzbausteins ein zweidimensionales Feld von Auswahlvorrichtungen/Dekodierern zwischen zwei Linsen positioniert. Diese optischen Koppelnetzbausteine sind jedoch auf das Koppeln von optischen Signalen in nur einer Dimension, das heißt einer einzigen Spalte zu einer einzigen Zeile oder umgekehrt beschränkt.
  • Mit einer Einzelstufe dieser optischen Kreuzschienen-Koppelnetzbausteine des Standes der Technik kann optisches Zeitgetrenntlagekoppeln wie die Umordnung von auf einer optischen Faser empfangenen seriellen Bit durchgeführt werden. Mit einer Einzelstufe dieser optischen Koppelnetzbausteine kann auch Raumgetrenntlagekoppeln durchgeführt werden, wobei ein serieller Bitstrom aus einer Eingangsfaser in eine ausgewählte Ausgangsfaser eingekoppelt wird. Weiterhin können mehrere Stufen dieser optischen Koppelnetzbausteine miteinander verbunden werden, um Raum- und Zeitgetrenntlagekoppeln durchzuführen. Das Problem ist dabei jedoch, daß diese optischen Kreuz schienen-Koppelnetzbausteine nicht miteinander kombiniert werden können, um sowohl optische Raum- als auch Zeitgetrenntlagekopplung mit nur einer einzigen Koppelstufe durchzuführen. Wie schon angedeutet, sind diese optischen Kreuzschienen-Koppelnetzbausteine auch auf das Koppeln von optischen Signalen in einer Dimension beschränkt.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die obigen Aufgaben lassen sich von einem erfindungsgemäßen Koppelnetzbaustein wie beansprucht lösen.
  • Der im einzelnen zu beschreibende beispielhafte Koppelnetzbaustein enthält ein Eingangssystem zum Umwandeln eines zeitlich getrennten seriellen Bitstroms optischer Informationssignale in räumlich getrennte parallele Informationsbit, die im Eingangsfeld gespeichert werden. Als Ergebnis wird ein bedeutsamer Fortschritt in der Technik erreicht, indem dieser optische Koppelnetzbaustein sowohl Raum- als auch Zeitgetrenntlagekopplung von optischen Signalen mit einer einzigen Koppelstufe durchführt. Weiterhin werden mit diesem optischen Koppelnetzbaustein vorteilhaft optische Signale in zwei Dimensionen wie beispielsweise von einer Zeile eines Feldes optischer Quellen gekoppelt. Durch den Verteiler dieses neuen optischen Koppelnetzbausteines wird ein elektrisches Feldmuster, das sich beispielsweise aus einem optischen Signal von einer beliebigen Stelle einer Mehrzahl von Eingangsstellen ergibt, räumlich in ein elektrisches Ausgangsfeldmuster verteilt, um alle einer Mehrzahl von Ausgangsstellen so zu beleuchten, daß die Höhe des elektrischen Ausgangsfeldmusters eine Fourier-Transformierte des elektrischen Eingangsfeldmusters darstellt. Mit dem Verteiler wird vorteilhaft ein optisches Signal von beispielsweise einer Einzelspalte einer ausgewählten Zeile eines Feldes von Eingangs stellen um seine optische Achse und die Mitte einer entsprechenden Einzelspalte des Ausgangsfeldes zentriert und ausgebreitet, um jede Stelle in der entsprechenden Einzelausgangsspalte zu beleuchten. Dieselben Ergebnisse werden ungeachtet der senkrechten Lage des optischen Signals in der Eingangsspalte erreicht. Gleichartige Ergebnisse werden für jedes von jeder beliebigen anderen Spalte in der ausgewählten Eingangsfeldzeile ausgegebene optische Signal erhalten.
  • Weiterhin enthält der optische Koppelnetzbaustein einen an den Eingangs stellen liegenden Kodierer zum gezielten Abgeben eines optischen Eingangssignals von einer ausgewählten Eingangsstelle. Der Kodierer steuert die Reihenfolge oder Ordnung, mit der ausgewählte optische Signale durch den Verteiler gegeben werden. In dem Ausführungsbeispiel, in dem die Eingangsstellen in Zeilen und Spalten ausgerichtet sind, wird vom Kodierer gezielt jeweils eine Zeile räumlich getrennter optischer Signale zum Verteiler abgegeben.
  • Das Eingangssystem des Koppelnetzbausteines enthält ein Feld mit Zeilen optischer Eingangsschieberegister zum Umwandeln eines zeitlich getrennten seriellen Bitstromes optischer Informationssignale von beispielsweise jeder einer Mehrzahl optischer Eingangsfasern in räumlich getrennte Informationsbitmuster und ein Eingangsspeicherfeld mit Zeilen zum Speichern der räumlich getrennten Informationsbitmuster von jeder Schieberegisterzeile. Als Beispiel werden die seriellen zeitlich getrennten Informationen von einer optischen Faser gleichzeitig an ein Ende einer Gruppe von Schieberegisterzeilen angelegt. Während jedes Zeitschlitzes oder jeder Zeitperiode wird nur eine Schieberegisterzeile in der Gruppe freigegeben, um die seitlich getrennten Informationssignale zu empfangen und die räumlich getrennten Informationen über die gesamte Länge der Zeile zu verschieben. Während jedes nachfolgenden Zeitschlitzes wird eine weitere Schieberegistereinzelzeile zum Empfangen und Verschieben der Informationen in diesem Zeitschlitz freigegeben. Nachdem alle Schieberegisterzeilen in der Gruppe eingeladen worden sind, werden die räumlich getrennten Informationsbitmuster in allen Zeilen zusammen parallel zum Eingangsspeicherfeld übertragen.
  • Zusätzlich zur Umwandlung von zeitlich getrennten Informationen in räumlich getrennte Informationen besteht ein weiterer Vorteil dieses Eingangssystems darin, daß vom gefüllten Eingangsspeicherfeld das gesamte Feld räumlich getrennter Informationen von beispielsweise einem Zeitrahmen an das Kodiererfeld für das gezielte Anlegen an den Verteiler angelegt wird, während in das Schieberegisterfeld ein nachfolgender Zeitrahmen zeitlich getrennter Informationen von den optischen Eingangsfasern eingeladen wird.
  • Ein bedeutendes Ergebnis dieser Umwandlung von zeitlich auf räumlich ist, daß nur das Schieberegisterfeld mit der Datenrate der zeitlich getrennten Informationen arbeiten muß. Eingangsspeicherfeld, Kodierer und Verteiler arbeiten vorteilhaft mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die Datenrate der zeitlichen Informationen.
  • Zur Verbesserung des Rauschabstandes des verteilten optischen Signals an den Ausgangs stellen besitzt das Kodiererfeld periodisch ausgerichtete optische Vorrichtungen, die beispielsweise in Zeilen und Spalten des Eingangsfeldes positioniert sind, um ein optisches Signal von einer ausgewählten Vorrichtung oder Zeile von Vorrichtungen abzugeben. Der Rauschabstand eines verteilten optischen Ausgangssignals in einer Spalte des Ausgangsfeldes wird gegenüber Koppelnetzbausteinen des Standes der Technik bedeutend verbessert, indem der Abstand zwischen den Kodierervorrichtungen in einer Spalte des Eingangsfeldes verringert und die Form der Abgabefläche der Kodierervorrichtungen gesteuert wird. Dies ist ein besonderer Vorteil dieses optischen Koppelnetzbausteines, da das Kontrastverhältnis von beispielsweise bistabilen Kodierervorrichtungselementen so niedrig wie 1,5 zu 2,0 sein kann. Ohne ein Kontrastverhältnis von unendlich zwischen den bistabilen leitenden und nichtleitenden Zuständen eines optischen Elementes ist ein optisches Rauschsignal von jedem Element in einer Eingangsspalte räumlich mit dem ausgewählten optischen Informationssignal auf das Ausgangsfeld verteilt. Vom Kodierer wird der Beitrag jedes optischen Rauschsignals zum elektrischen Eingangsfeldmuster vorteilhaft so gesteuert, daß dessen Fourier-Transformierte ein über die gesamte Höhe jeder Ausgangsfeldspalte verteiltes vorbestimmtes elektrisches Ausgangsfeldmuster ergibt. Wenn die Beitragshöhe jedes optischen Eingangsrauschsignals im wesentlichen gleich ist, wird der Rauschabstand an vorbestimmten Stellen in der Ausgangsspalte, wo die Dekodiererelemente vorteilhaft positioniert sind, bedeutend verbessert.
  • Um den Rauschabstand an vorbestimmten Stellen in einer Ausgangsspalte weiter zu verbessern, umfaßt der optische Koppelnetzbaustein weiterhin Mittel zum Anlegen eines Lichtleistungssignals mit vorbestimmter Höhe beispielsweise einer Gaußschen Verteilung über die gesamte Höhe der Spalten des Kodiererfeldes und einer gleichförmigen Verteilung über die Gesamtlänge der Kodiererfeldzeilen an das Kodiererfeld. Die Fourier- Transformierte der sich ergebenden optischen Rauschsignale und eines optischen Informationssignals weist eine weitere Verbesserung des Rauschabstandes an ausgewählten Stellen entlang der Höhe der Ausgangsspalte auf.
  • Zur Vervollständigung der Koppelfunktion werden von einem Dekodiererfeld mit einer Mehrzahl optischer Speicherelemente an den Ausgangs stellen des Koppelnetzbausteines die den Verteiler durchlaufenden räumlich verteilten optischen Signale gezielt gespeichert. So kann ein optisches Signal von einer beliebigen Eingangsfeldstelle zu einer beliebigen oder mehreren Ausgangsfeldstellen gekoppelt werden. Im beispielhaften Koppelnetzbaustein sind die Dekodiererspeichervorrichtungen auch in Spalten und Zeilen zu derselben Anzahl von Spalten wie im Kodiererfeld ausgerichtet, um aus mit der Fourier-Transformation periodisch ausgerichteter optischer Quellen verbundenen Verbesserungen des Rauschabstandes Nutzen zu ziehen. Die in einer oder mehreren der ausgewählten Ausgangsfeldzeilen gespeicherten Informationen werden dann zum optischen Ausgangssystem für nachfolgende Umwandlung räumlich zu zeitlich und Verteilung zu einer Mehrzahl von Ausgangsfasern weitergegeben. Durch das Anordnen der Dekodiererspeichervorrichtungen in Zeilen und Spalten wird vorteilhaft eine Rundgabefähigkeit bereitgestellt, wenn eine oder mehrere Zeilen des Feldes mit einem einzelnen Kommunikationskanal verbunden sind.
  • Im beispielhaften optischen Koppelnetzbaustein enthält der Verteiler Mittel mit einer optischen Achse zum Zentrieren des sich von einer beliebigen Stelle der Eingangsstellen fortpflanzenden optischen Signals um die Achse. Als Beispiel schließt dies eine zylindrische Sammellinse zum Erzeugen einer Fourier-Transformierten in der Fokalebene der Linse ein.
  • Um alle Ausgangs stellen mit enger zueinander liegenden Eingangs- und Ausgangsfeldern zu beleuchten, enthält der Verteiler auch Vergrößerungsmittel wie eine zylindrische Zerstreuungslinse zum Vergrößern der diese durchlaufenden optischen Signale in beispielsweise senkrechter Richtung.
  • Der Verteiler dieses optischen Koppelnetzbausteines enthält weiterhin Abbildungsmittel wie beispielsweise eine zylindrische Sammellinse zum Begrenzen des Ausbreitens des optischen Signals beispielsweise in Horizontalrichtung. Damit wird die Einführung von Störungen in benachbarten Spalten vorteilhaft verhindert, und Lichtleistungsverluste werden reduziert.
  • Ein weiterer Vorteil dieses optischen Koppelnetzbausteines ist das Einschließen eines optischen Ausgangssystems zum Speichern und Umwandeln der räumlich getrennten Informationen in zeitlich getrennte serielle Bitströme optischer Informationssignale, die auf einer Mehrzahl von Ausgangsfasern übertragen werden. Das Ausgangssystem umfaßt gleich dem optischen Eingangssystem ein Ausgangsspeicherfeld mit Zeilen zum Speichern von ausgewählten Zeilen von vom Dekodiererfeld empfangenen Informationen und eine Mehrzahl von Ausgangsschieberegisterzeilen zum Verschieben der in einer Ausgangsspeicherfeldzeile gespeicherten Informationen auf eine optische Ausgangsfaser als zeitlich getrennter serieller Bitstrom optischer Informationssignale.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen anhand der folgenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
  • Fig. 1 einen beispielhaften erfindungsgemäßen optischen Koppelnetzbaustein;
  • Fig. 2 eine detaillierte Zeichnung des Eingangssystems des optischen Koppelnetzbausteines der Fig. 1;
  • Fig. 3 eine detaillierte Darstellung der Höhe eines optischen Polarisationsstrahls mit einer Gaußschen Verteilung, der von einem Strahlformungssystem des optischen Koppelnetzbausteines der Fig. 1 gebildet wird;
  • Fig. 4 ein Schaltschema der im Kodiererfeld des optischen Koppelnetzbausteines der Fig. 1 verwendeten elektrooptischen Eigenwirkungsvorrichtung;
  • Fig. 5 eine detaillierte Darstellung des Verteilers des in Fig. 1 gezeigten optischen Koppelnetzbausteines;
  • Fig. 6 eine Seitenansicht des Verteilers der Fig. 6;
  • Fig. 7 eine Draufsicht des Verteilers der Fig. 5;
  • Fig. 8 beispielhafte Wellenformen eines elektrischen Eingangsfeldes eines Kodierereinzelelementes und die am Dekodiererfeld des optischen Koppelnetzbausteines der Fig. 1 anliegende resultierende Fourier-Transformierte;
  • Fig. 9 beispielhafte Wellenformen der optischen Elemente einer Spalte des Dekodiererfeldes und die am Dekodiererfeld im optischen Koppelnetzbaustein der Fig. 1 anliegende resultierende Fourier-Transformierte;
  • Fig. 10 beispielhafte Wellenformen einer Kombination beispielhafter Rauschwellenformen und ein einzelnes optisches Informationssignal von einer Spalte des Kodiererfeldes und die resultierende Fourier-Transformierte am Dekodiererfeld und dem optischen Koppelnetzbaustein der Fig. 1;
  • Fig. 11 eine detaillierte Zeichnung des Ausgangssystems des optischen Koppelnetzbausteines der Fig. 1;
  • Fig. 12 eine detaillierte Zeichnung eines Teiles des Eingangssystems der Fig. 2; und
  • Fig. 13-15 Impulsdiagramme verschiedener beispielhafter optischer Informationssignale und optischer und elektrischer Taktsteuersignale, die an das Eingangssystem 101, den Verteiler 103 und das Ausgangssystem 105 des optischen Koppelnetzbausteines der Fig. 1 angelegt werden.
    • Ausführliche Beschreibung
  • In der Fig. 1 wird ein beispielhafter optischer Koppelnetzbaustein 100 für die Durchführung von sowohl Zeit- als auch Raumgetrenntlagekopplung im nichtgeleiteten optischen Freiraumbereich mit einer einzigen Koppelstufe dargestellt. Grundlegend umfaßt der Koppelnetzbaustein Eingangssystem 101, Kodiererfeld 102, Verteiler 103, Dekodiererfeld 104 und Ausgangssystem 105 unter Steuerung der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110. Eingangssystem 101 enthält eine Eingangsschieberegistereinheit 131 mit Zeilen von Schieberegistern und einem Feld von Speicherelementen 132, die den Schieberegisterzeilen gegenüberliegen und hinsichtlich der Schieberegisterzeilen entsprechend positioniert sind. Vom Eingangssystem werden zeitlich getrennte Informationen, die durch ein Paar, von jedem Paar optischer Eingangsfaserpaare 150(1)-150(N) aufgenommene serielle Bitströme komplementärer optischer Informationssignale dargestellt werden, in ein räumlich getrenntes Format umgewandelt und die räumlich getrennten Informationen während einer gegebenen Zeitdauer in die Zeilen von Schieberegistern eingespeichert. Diese Zeitdauer wird gewöhnlich mit Zeitrahmen bezeichnet und enthält eine Mehrzahl von Zeitschlitzen. Jeder Zeitschlitz von Informationen oder Daten enthält typisch einen Datenabtastwert von einem Kommunikationskanal. Jedes Bitpaar komplementärer optischer Informationssignale stellt ein Einzelbit binärer Informationen dar. Die Informationen werden so in der Schieberegistereinheit gespeichert, daß jeder Datenzeitschlitz in eine einzelne Schieberegisterzeile eingespeichert wird. Am Ende jedes Zeitrahmens werden alle räumlich getrennten Informationen in den Schieberegisterzeilen zur Kodiererauswahl während des nächsten nachfolgenden Zeitrahmens, während ein weiterer Zeitrahmen von Informationen in die Schieberegistereinheit eingeladen wird, in die entsprechenden Zeilen des Eingangsspeicherfeldes übertragen und eingespeichert.
  • Unter Steuerung der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 werden vom Kodiererfeld 102 die im Eingangsspeicherfeld gespeicherten Informationen darstellende optische Signale auf zeilenweiser Grundlage ausgewählt, so daß sich nur eine Zeile räumlich getrennter optischer Informationssignale zu einer gegebenen Zeit durch den Verteiler hindurch fortpflanzt. Vom Verteiler 103 wird jedes Paar optischer Signale, die von einer Spalte der ausgewählten Kodiererzeile abgegeben werden, räumlich über die gesamte Höhe der entsprechenden Einzelspalte des Dekodiererfeldes 104 verteilt. Als Ergebnis hat jede Zeile des Dekodiererfeldes Zugriff auf die in jeder vom Kodiererfeld ausgewählten Zeile des Eingangsspeicherfeldes gespeicherten Informationen. Das Dekodiererfeld besitzt dieselbe Spaltenzahl wie das Eingangskodiererfeld, die beide der Steuerung der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 unterworfen sind. Vom Dekodiererfeld wird eine oder werden mehrere seiner Zeilen für die Übertragung von Informationen zum Ausgangssystem zur Speicherung in derselben ausgewählt. Wenn das Dekodiererfeld mindestens dieselbe Zeilenzahl wie das Kodiererfeld besitzt, kann der Koppelnetzbaustein als total blockierungsfreier Koppelnetzbaustein betrieben werden.
  • Ähnlich dem Eingangssystem 101 enthält das Ausgangssystem 102 ein Feld von Speicherelementen 133 und Ausgangsschieberegistereinheit 129 mit Zeilen von Schieberegistern. Während eines gegebenen Zeitrahmens werden die Informationen in jeder vom Kodiererfeld ausgewählten Zeile des Eingangsspeicherfeldes räumlich zu einer vom Dekodiererfeld ausgewählten Zeile des Ausgangsspeicherfeldes gekoppelt. So können die Informationen in jeder Zeile des Eingangsspeicherfeldes gezielt zu einer beliebigen oder mehreren der Zeilen im Ausgangsspeicherfeld übertragen werden. Am Ende des Zeitrahmens werden alle räumlich getrennten Informationen im Ausgangsspeicherfeld zur Umwandlung in ein zeitlich getrenntes Format in die Ausgangsschieberegistereinheit übertragen und darin eingespeichert. Die Informationen in einem zeitlich getrennten Format werden wieder durch ein Paar serieller Bitströme komplementärer optischer Informationssignale dargestellt, die in ein Paar einer Mehrzahl von optischen Ausgangsfaserpaaren 160(1)-160(N) eingeschoben werden. Als Ergebnis wird vom optischen Koppelnetzbaustein 100 Raumgetrenntlagekopplung durchgeführt, indem er die Informationen von einem beliebigen Eingangsfaserpaar zu einem beliebigen Ausgangsfaserpaar koppelt, und zusätzlich Zeitgetrenntlagekopplung durchgeführt, indem er die zeitlich getrennten seriellen Informationen wie beispielsweise einen Datenzeitschlitz auf einem beliebigen Eingangsfaserpaar in einen beliebigen anderen Zeitschlitz des Zeitrahmens einkoppelt. Weiterhin wird vom optischen Koppelnetzbaustein gleichzeitig sowohl Zeitals auch Raumgetrenntlagekopplung durchgeführt, indem er Informationen in einem beliebigen der Zeitschlitze eines gegebenen Zeitrahmens von einem Eingangsfaserpaar in einen beliebigen der Zeitschlitze im selben Zeitrahmen auf einer beliebigen oder mehreren der Ausgangsfaserpaare einkoppelt.
  • Fig. 2 zeigt ein detailliertes Schaltschema des Eingangssystems 101. Das Eingangssystem umfaßt die optische Eingangsschnittstelleneinheit 106, die optische Eingangsschieberegistereinheit 131 mit Schieberegisterzeilen 131R1-131RP, die Zwischenschnittstelleneinheit 135 und das Eingangsspeicherelementfeld 132. Die Eingangsschieberegistereinheit 131 empfängt zeitlich getrennte Informationen, die durch die seriellen Bitpaare von komplementären optischen Informationssignalen dargestellt werden, die von jedem Paar der optischen Eingangsfaserpaare 150(1)-150(N) über die optische Eingangsschnittstelleneinheit 106 empfangen werden.
  • Wie in Fig. 2 und ausführlicher in Fig. 12 dargestellt, umfaßt die Eingangsschieberegistereinheit 131 ein Feld optischer Speicherelemente 144, die in Zeilen 144R1-144RP und Spalten 144C1-144C8 ausgerichtet sind, ein entsprechendes Feld an Hologrammen 139 und ein dazwischen positioniertes Abbildungssystem 138 zum Bilden der Eingangsschieberegisterzeilen 131R1-131RP. Analog zu einem elektronischen Schieberegister mit einer Haupt- und einer Nebenspeichervorrichtung für jede Bitstelle enthält jede optische Schieberegisterzeile 131R1-131RP ein optisches Haupt- und Nebenspeicherelement für jede Bitstelle. Angenommen, es werden in jeder Schieberegisterzeile 8 Informationsbit gespeichert und verschoben, so enthält jede Schieberegisterzeile 16 optische Speicherelemente, die durch 16 entsprechend positionierte Hologramme in einer Zeile des Hologrammfeldes 139 optisch miteinander verbunden sind.
  • Wie in Fig. 12 dargestellt, umfaßt die Schieberegisterzeile 134R1 optische Haupt- und Nebenspeicherelementpaare 144(R1,C1)M,S-144(R1,C8)M,S. Die Hologrammfeldzeile 139R1 umfaßt eine gleiche Mehrzahl von Reflektionshologrammpaaren 139(R1,C1)M,S-139(R1,C8)M,S mit Beugungswirkungsgraden von weniger als 100%, die den jeweiligen optischen Speicherelementen 144(R1,C1)M,S- 144(R1,C8)M,S gegenüber positioniert sind. Die Eingangsspeicherfeldzeile 132R1 umfaßt optische Speicherelemente 132(R1,C1)-132(R1,C8), die den jeweiligen Haupthologrammelementen 139(R1,C1)M-139(R,C8)M gegenüber positioniert sind.
  • Wie in Fig. 2 dargestellt, ist jedes optische Eingangsfaserpaar eindeutig mit einer Mehrzahl von Eingangsschieberegisterzeilen verbunden. Eingangsfaserpaar 150(1) ist beispielsweise mit Eingangsschieberegisterzeilen 131R1-131R3 verbunden. Dieser Aufbau ermöglicht die Speicherung einzelner Zeitschlitze von Daten, die durch einen auf einem gegebenen Eingangsfaserpaar empfangenen Zeitschlitz seriell übertragener komplementärer optischer Informationsbitsignalpaare dargestellt werden, in einer einzelnen Schieberegisterzeile der mit diesem Eingangsfaserpaar verbundenen Mehrzahl. Die Anzahl von mit einem einzelnen Eingangsfaserpaar verbundenen Zeilen ist von der Datenrate der empfangenen optischen Signale abhängig und davon, wie oft jede Zeile des Eingangsspeicherfeldes 132 über den Rest des Koppelnetzbausteines verteilt werden muß.
  • Die optische Eingangsschnittstelleneinheit 106 umfaßt optisch transparentes Abstandshaltematerial 107, eine Mehrzahl von Transmissionshologrammen 108 zum Leiten der von den Eingangsfaserpaaren empfangenen optischen Informationssignalpaare zu den Speicherelementen und Strahlenteiler 109 zum Anlegen von Lichtleistungssignalen wie getakteten optischen Taktsteuersignalen 163-165 an jedes der Speicherelemente der Eingangsschieberegistereinheit 131. Ein bekannter Licht-Raum-Modulator 140 wie der Sight-Mod-Modulator von Semetex gibt unter Steuerung der Koppelnetz-Steuerschaltung 110 getaktete optische Taktsteuersignale 163-165 als Reaktion auf den optischen Polarisationsstrahl 151 von einer (nicht gezeigten) optischen Quelle ab. Bei Empfang der Steuersignale von der Koppelnetz-Steuerschaltung 110 über den Bus 170 gibt der Modulator, wie in Fig. 13 dargestellt, Taktsignale 163-165 zum Laden, Verschieben und Übertragen von Informationen von einer gegebenen Lichtleitfaser zu einer ausgewählten Eingangsschieberegisterzeile ab.
  • Hologramm-Interferenzmusterpaare 108(1)-108(N) vom Transmissionshologramm 108 spalten und leiten die seriellen optischen Informationssignalpaare von jedem der entsprechenden Eingangsfaserpaare 150(1)-150(N) zu jeder der eindeutig mit dieser Eingangsfaser verbundenen Zeilen um. Da jede der mit einer bestimmten Eingangsfaser verbundenen Zeilen zur gleichen Zeit ein optisches Informationssignalpaar empfängt, wird nur eine der mit der Faser verbundenen Eingangsschieberegisterzeilen während eines gegebenen Zeitschlitzes freigegeben, um die durch das optische Informationssignalpaar dargestellten Informationen aufzunehmen und zu speichern. Die Hologrammpaare werden auf bekannte Weise gebildet, um die optischen Informationssignalpaare von einem gegebenen Eingangsfaserpaar zu spalten und zu einem optischen Speicherelement in der Spalte 144C1 am Ende jeder Speicherelementzeile umzuleiten. Jede der Eingangsfasern ist auf bekannte Weise am Abstandshaltematerial 107 angebracht. Die Stärke des Abstandshaltematerials 107 ist so ausgewählt, daß die optischen Informationssignale von einem Eingangsfaserpaar genügend zerstreut werden, um das Interferenzmusterpaar des mit dem Eingangsfaserpaar verbundenen Hologramms vollständig zu beleuchten. Wie in Fig. 1 dargestellt, liefert die optische Eingangsträgereinrichtung 180, von der die Eingangsfaserpaare 150(1)- 150(N) eingeschlossen sind, bekannte Takt- und Synchronisationssignale zur Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 über den Bus 166.
  • Der Strahlenteiler 109 ist von einer bekannten Polarisationsart, die den optischen Informationssignalen ermöglicht, ihn von den Eingangsfaserpaaren 150(1)-150(N) mit geringem Leistungsverlust zu den Schieberegisterspeicherelementen in Spalte 144C1 zu durchlaufen. Vom Strahlenteiler werden auch optische Signale wie getaktete optische Taktsignale 163-165 zu jedem der Speicherelemente in der Eingangsregistereinheit 131 umgeleitet. Je nach Art der für das Speicherelement bei 144 benutzten optischen Vorrichtung bestehen die optischen Taktsteuersignale 163-165 entweder aus kohärentem oder nichtkohärentem Licht mit an jedes der Elemente im Feld 131 angelegter gleichförmiger elektrischer Feldverteilung.
  • Jedes der optischen Speicherelemente in der Schieberegistereinheit 131 besteht zum Speichern eines Bits binärer Informationen, die durch auf einer der Eingangsfaserpaare 150(1)-150(N) empfangene komplementäre optische Informationssignalpaare dargestellt werden. Eine zu Verwendung als optisches Speicherelement mit einem einzelnen optischen Eingangs- und einzelnen optischen Ausgangssignal geeignete optische Vorrichtung ist die in US-Patent Nr. 4,546,244 beschriebene elektrooptische Eigenwirkungsvorrichtung. Diese Vorrichtungen können optisch zusammengeschaltet werden, um ein Schieberegister zum Einladen seriell empfangener optischer Informationsbit in eine Zeile des Speicherfeldes zu bilden. Die elektrooptischen Eigenwirkungsvorrichtungen (SEED - self electro-optic effect devices) können, wie in WO-A-860 3849 und in WO-A-860 3848 beschrieben, zusammengeschaltet und optisch gesteuert werden. In diesen Schriften wird beschrieben, wie die elektrooptische Eigenwirkungsvorrichtung optisch zusammengeschaltet werden kann, um ein optisches Schieberegister zur Verwendung in der Eingangsschieberegistereinheit 131 zu bilden.
  • In US-Patenten Nummer 4,751,378 (veröffentlicht am 14. Juni 1988) und 4,754,132 (veröffentlicht am 28. Juni 1988) von H.S. Hinton, A.L. Lentine und D.A.B. Miller ist eine zur Verwendung in der Eingangsschieberegistereinheit 131 geeignete bevorzugte Vorrichtung beschrieben. Diese Schriften beschreiben eine elektrooptische Eigenwirkungsvorrichtung, bei der durch zwei komplementäre und symmetrische optische Signale dargestellte Informationen in diesen Vorrichtungen gespeichert werden, wenn das Verhältnis zweier auf sie auftreffenden optischen Signale einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Die darin eingespeicherten Informationen werden aus ihr ausgelesen, indem Lichtleistungssignale gleichzeitig an die zwei Quantenmulden der Vorrichtung angelegt werden. Es werden dann von der Vorrichtung zwei komplementäre und symmetrische optische Ausgangssignale abgegeben, die die darin gespeicherten Informationen darstellen. Zur Speicherung von durch binäre optische Signale dargestellten Informationen können auch andere bekannte optische Vorrichtungen benutzt werden.
  • Während eines gegebenen Zeitschlitzes werden von jedem der Eingangshologrammpaare 108(1)-108(N) komplementäre Paare von seriellen optischen Informationssignalen von jedem entsprechenden Paar Eingangsfasern an die Spalte 131C1 der Schieberegistereinheit angelegt, die dann jeweils bitweise in eine ausgewählte Schieberegisterzeile eingeschoben werden, sowie jedes Bit binärer Informationen für den Zeitschlitz empfangen wird. Danach wird eine weitere mit dem Faserpaar verbundene Schieberegisterzeile ausgewählt und mit dem nächsten Datenzeitschlitz beschrieben. In jede der mit jedem Faserpaar verbundenen Zeilen wird ein Datenzeitschlitz eingespeichert, bis alle Zeilen mit zeitlich getrennten, mit einem gegebenen Zeitrahmen verbundenen Informationszeitschlitzen beschrieben sind. Die Anzahl zugehöriger Zeilen für jedes Eingangsfaserpaar ist von der Anzahl von Informationszeitschlitzen pro Zeitrahmen abhängig.
  • In Fig. 13 ist ein Impulsdiagramm dargestellt, in dem in bezug auf die Zeit t ein Paar idealisierter komplementärer optischer Informationssignale 1301 auf dem Eingangsfaserpaar 150(N) und idealisierter optischer Taktsteuersignale 162-165 dargestellt werden, die alle an das optische Eingangssystem 101 angelegt werden. Es wird nur der letzte, auch mit Daten- oder Informationswort bezeichnete Datenzeitschlitz 1302 des Zeitrahmens F und ein Teil des ersten Datenwortes 1303 des Zeitrahmens (F+1) gezeigt. Jedes Datenwort des optischen Informationssignalpaares 1301 enthält acht Bit B1-B8 Informationen.
  • In Fig. 13 sind alle Eingangs-Taktsteuersignale 162-165 auf ein ankommendes Bezugstaktsignal auf dem Taktbus 166 bezogen und mit diesem synchronisiert, welches Signal Informationen hinsichtlich der Grenzen der ankommenden Informationsbit liefert. Auf dieses Bezugstaktsignal reagierend, werden von der Koppelnetzbaustein- Steuerschaltung 110 die Übergänge der optischen Taktsteuersignale auf bekannte Weise gesteuert. Zur Veranschaulichung ist angenommen, daß jeder Zeitrahmen drei Zeitschlitze oder Datenworte enthält. Die Achtbit B1-B8 des Datenwortes 1302, die sequenziell auf der Eingangsfaser 150 (N) ankommen, werden in die letzte Zeile 131 RP der Eingangsschieberegistereinheit 131 eingeschoben und darin eingespeichert.
  • Zum Einschieben des letzten Wortes 1302 des Zeitrahmens F in die letzte Eingangsschieberegisterzeile 131RP gibt der elektronisch gesteuerte Licht-Raum- Modulator 140 optische Taktsteuersignale 163-165 in bezug auf die Zeit t ab, wie in Fig. 13 dargestellt. Der Licht-Raum-Modulator 140 legt optische Taktsteuersignale 163 und 164 wechselweise an die dritte Zeile jeder Mehrzahl von mit einem Eingangsfaserpaar verbundenen Zeilen an. Das optische Taktsignal 165 bleibt an allen Zeilen der Eingangsschieberegistereinheit 131, die während dieses Zeitschlitzintervalls nicht zum Beschreiben ausgewählt worden sind, auf hohem Pegel. Die optischen Taktsignale 163 und 164 pulsieren wechselweise auf hohen (1) und niedrigen (0) Leistungspegeln an der letzten Schieberegisterzeile 131RP. Das optische Taktsignal 163 wird zu den Hauptspeicher-Flip-Flop-Elementen in der Zeile 131RP geleitet, während das optische Taktsignal 164 zu den Nebenspeicher-Flip-Flop-Elementen in der Zeile 131RP geleitet wird.
  • Zur Zeit t0, wenn sich die Vorlaufkante des das erste Bit B1 darstellenden optischen Signals 1301 auf der Eingangsfaser 150(N) stabilisiert und vom Hologramm 108(N) auf jedes der Hauptspeicher-Flip-Flop-Elemente in der Spalte 144C1 der letzten drei Zeilen des Eingangs- Schieberegisterspeicherelementfeldes 144 ausgebreitet wird, geht das auf alle Hauptspeicher-Flip-Flop-Elemente in der Zeile 144RP einfallende Taktsteuersignal 163 von einem hohen Leistungspegel (1) zu einem niedrigen Leistungspegel (0) über, wodurch die Daten im ersten Hauptspeicher-Flip-Flop-Element 144 (RP, C1)M der letzten Schieberegisterzeile 131RP eingespeichert werden können. Gleichermaßen werden vom Licht-Raum-Modulator 140 die Taktsteuersignale 163 und 164 an die ausgewählte, mit jedem der anderen Eingangsfaserpaare verbundene Eingangsschieberegisterzeile angelegt.
  • Zur Zeit t1 nach Einspeicherung des Datenbits B1 im ersten Hauptspeicher-Flip-Flop-Element 144(RP, C1)M geht das auf die Hauptspeicher-Flip-Flop-Elemente einfallende Taktsteuersignal 163 wieder auf einen hohen Leistungspegel (1) über, und das auf die Nebenspeicher- Flip-Flop-Elemente in derselben Zeile einfallende Taktsignal 164 geht von einem hohen (1) zu einem niedrigen (0) Leistungspegel über. Wenn auf die Hauptspeicher-Flip- Flop-Elemente einschließlich des ersten Hauptspeicher- Flip-Flop-Elements ein optisches Signal mit hohem Leistungspegel einfällt, pflanzen sich die in jedem eingespeicherten Daten als ein Paar komplementärer Informationssignale zur Hologrammzeile 139RP fort, die diese Signale zu den benachbarten Nebenspeicher-Flip- Flop-Elementen in der Zeile 124RP zurück umleitet. Da sich das Taktsteuersignal 164 an den Nebenspeicher-Flip- Flop-Elementen in der letzten Zeile 144RP auf einem niedrigen Leistungspegel befindet, wird jedes der durch ein komplementäres optisches Informationssignalpaar von einem Hauptspeicher-Flip-Flop-Element dargestellten Informationsbit in den benachbarten Nebenspeicher-Flip- Flop-Elementen eingespeichert. Der von den Hologrammen in der Zeile 139RP übertragene Teil jedes optischen Informationssignalpaares beeinflußt nicht das Eingangsspeicherfeld 132, da sich das auf das gesamte Eingangsspeicherfeld einfallende Taktspeichersignal 162 während des Verschiebens von Eingangsdaten über eine Eingangsschieberegisterzeile auf einem hohen Leistungspegel (1) befindet. Als Ergebnis wird das Datenbit B1 vom ersten Hauptspeicher-Flip-Flop-Element 144(RP, C1)M zum ersten Nebenspeicher-Flip-Flop-Element 144 (RP, C1)S verschoben.
  • Zur Zeit t2 kehrt das auf die Nebenspeicherelemente einfallende Taktsignal 164 zu einem hohen Leistungspegel zurück, und das komplementäre Informationssignalpaar 1301 nimmt komplementäre Pegel an, die das Datenbit B2 zwischen Zeiten t2 und t3 darstellen.
  • Zur Zeit t3, wenn das ankommende Bit B2 am Eingangsfaserpaar 150(N) in einem stabilen Zustand erscheint, wechseln die Steuersignale 163-165, wie vorher beschrieben, ihren Zustand mit dem Ergebnis, daß die Datenbit B2 und B1 in aufeinanderfolgenden Nebenspeicher- Flip-Flop-Elementen 144(RP, C1) bzw. 144(RP, C2) gespeichert werden. Diese Folge optischer Steuersignale 163 und 164 wiederholt sich, bis Bit B1-B7 in aufeinanderfolgenden Nebenspeicher-Flip-Flop-Elementen der Zeile 144RP gespeichert sind.
  • Zur Zeit t5, wenn sich die Vorlaufkante des das Bit B8 darstellenden Informationssignalpaares 1301 auf dem Eingangsfaserpaar 150(N) stabilisiert und vom Hologramm 108(N) zum Speicherelement 144(RP, C1)M geleitet wird, geht das Taktsteuersignal 163 an allen Hauptspeicher-Flip-Flop-Elementen in der Zeile 144RP wieder auf einen niedrigen Leistungspegel über und ermöglicht damit, daß das Bit B8 im Hauptspeicher-Flip-Flop-Element 144(RP, C1)M gespeichert wird. Zur gleichen Zeit pflanzen sich Informationsbit B1-B7 über optische Informationssignalpaare von den Nebenspeicher-Flip-Flop-Elementen zum nächsten nachfolgenden Hauptspeicher-Flip-Flop-Element fort. Zur Zeit t6 kehrt das Taktsteuersignal 163 auf einen hohen Leistungspegel zurück, wobei Bit B1-B8 in den Hauptspeicher-Flip-Flop-Elementen der Speicherzeile 144RP gespeichert sind. Da dies das letzte Wort oder der letzte Zeitschlitz im Zeitrahmen F war, wird von der in Fig. 1 und 2 gezeigten getakteten Lichtquelle 143 bewirkt, daß das Taktsteuersignal 162 zur Zeit t6 an allen Flip-Flop im Eingangsspeicherelementfeld 132 einen niedrigen Leistungspegel annimmt, während Taktsteuersignale 163-165 auf einem hohen Leistungspegel liegen. Damit können alle Acht-Bit-Datenworte parallel von den Hauptspeicher-Flip- Flop-Elementen im Feld 144 durch das Hologrammfeld 139 hindurch, das jeweils einen Teil des Lichtes reflektiert und den übrigen Teil der optischen Informationssignalpaare durchläßt, zu den Elementen im Eingangsspeicherfeld 132 übertragen werden. Die im Flip-Flop-Speicherelementfeld 144 gespeicherten Daten werden nicht von dem reflektierten Licht beeinflußt, da die Taktsteuersignale 163- 165 während dieser parallelen Datenübertragung auf einem hohen Leistungspegel bleiben. Diese parallele Datenübertragung ist zur Zeit t7 abgeschlossen, wenn das optische Signal 162 auf einen hohen Leistungspegel zurückkehrt. Zur Zeit t8 endet der Zeitrahmen F und beginnt der Zeitrahmen (F+1). Vor der Zeit t6 sind alle P-Datenworte, die vorher während des vorherigen Zeitrahmens (F-1) im Eingangsspeicherelementfeld gespeichert waren, durch das Kodiererfeld 102 und den Verteiler 103 hindurchgeführt und im Dekodiererfeld 104 gespeichert worden.
  • Die Schnittstelleneinheit 135 umfaßt das bekannte optische Abbildungssystem 136 und den Strahlenteiler 137 der bekannten Polarisationsart. Vom Abbildungssystem 136 wird das von jedem Hologramm des Hologrammfeldes 139 abgegebene optische Informationssignalpaar einzeln auf ein entsprechendes Speicherelement im Eingangsspeicherfeld 132 fokussiert. Die optischen Informationssignale pflanzen sich mit minimalem Leistungsverlust durch den Strahlenteiler 137 fort. Vom Strahlenteiler 137 wird weiterhin das getaktete optische Taktsteuersignal 162 von der getakteten Lichtquelle 143 zu den Elementen im Eingangsspeicherfeld 132 weitergeleitet. Die Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 steuert die getaktete Lichtquelle 143 über den Steuerbus 175.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, pflanzen sich optische Informationssignalpaare 192(P, M) vom Eingangsspeicherfeld 132 durch die optische Kodiererschnittstelleneinheit 111 zum Kodiererfeld 102 fort. Die Kodiererschnittstelle 111 umfaßt das optische Abbildungssystem 112 und den Strahlenteiler 113. Gleich dem Abbildungssystem 136 wird vom bekannten Abbildungssystem 112 das optische Signalpaar von jedem der Speicherelementpaare im Eingangsspeicherfeld 132 über den Strahlenteiler 113 auf ein entsprechendes Elementenpaar im Kodiererfeld 102 fokussiert. Vom Polarisations-Strahlenteiler 113 wird auch der getaktete optische Polarisationsstrahl 153 von der getakteten kohärenten Lichtquelle 114 auf bekannte Weise über das anamorphotische Strahlformungssystem 115 an das Kodiererfeld 102 angelegt. Die Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 steuert die getaktete Lichtquelle 114 über den Steuerbus 168. Von der bekannten Lichtquelle 114 wird ein getakteter kohärenter optischer Polarisationsstrahl 152 abgegeben und an das anamorphotische Strahlformungssystem 115 angelegt. Vom Strahlformungssystem wird die gleichförmige Höhe des Polarisationsstrahls 152 in den optischen Polarisationsstrahl 153 geformt, der eine Höhe mit Gaußscher Verteilung in einer Richtung und gleichförmiger Verteilung in einer normalen Richtung dazu besitzt. Vom Strahlenteiler 113 wird der Polarisationsstrahl so umgeleitet, daß die Gaußsche Verteilung entlang der gesamten Höhe jeder Spalte im Kodiererfeld 102 zentriert ist. Die gleichförmige Höhe des Polarisationsstrahls 153 ist über die Zeilen des Kodiererfeldes ausgebreitet.
  • In Fig. 3 wird eine detaillierte Darstellung der Höhe des optischen Polarisationsstrahls 153 mit seiner Gaußschen Verteilung in einer ersten Richtung und ,seiner gleichförmigen Höhe in einer zur ersten Richtung normalen Richtung dargestellt. Das Anlegen des an jede Spalte des Kodiererfeldes 102 angelegten optischen Polarisationsstrahls mit Gaußscher Verteilung verbessert den Rauschabstand (SNR - signal-to-noise ratio) der vom Dekodiererfeld 104 und Ausgangssystem 105 empfangenen optischen Signale. Zum Verändern des Rauschabstandes des räumlich auf das Dekodiererfeld 104 verteilten Lichtes können andere Verteilungen der Polarisationsstrahlhöhe an das Kodiererfeld 102 angelegt werden.
  • Das Kodiererfeld 102 ist ein Licht-Raum-Modulator zum zeilenweisen Modulieren der im Eingangsspeicherfeld 132 gespeicherten Informationen. Von der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 wird der Steuerbus 172 dazu benutzt, die Zeilen des Kodiererfeldes auf bekannte Weise nacheinander anzusteuern, wodurch nur eine Zeile desselben zur Speicherung von Informationen vom Eingangsspeicherfeld 132 während einer gegebenen Zeilenzykluszeitdauer freigegeben wird. Obwohl alle Zeilen des Kodiererfeldes während jeder Zeilenzykluszeitdauer optische Informationssignale 192(P, M) vom Eingangsspeicher 132 empfangen, wird von der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 nur eine Zeile des Kodierers zum Speichern von Informationen und nachfolgenden Abgeben eines kohärenten optischen Informationssignalpaares zum Durchlaufen des Verteilersystems 103 freigegeben.
  • Wie teilweise in Fig. 1 und insbesondere in Fig. 5 dargestellt, umfaßt die bevorzugte Ausführungsform des Kodiererfeldes 102 eine Mehrzahl von optischen Speicherelementen mit drei Zuständen, die in Spalten 102(C1)- 102(C8) und Zeilen 102(R1)-102(RP) ausgerichtet sind. In Fig. 4 ist eine für die Verwendung als optisches Speicherelement mit drei Zuständen im Kodiererfeld geeignete optische Vorrichtung dargestellt, bei der es sich um eine abgeänderte Ausführung der im oben erwähnten US-Patent Nr. 4,754,123 beschriebenen elektrooptischen Eigenwirkungsvorrichtung handelt.
  • In Fig. 4 ist eine symmetrische elektrooptische Eigenwirkungsvorrichtung 400 mit drei Zuständen mit Photodetektoren 401 und 402 mit entsprechenden Halbleiter-Quantenmuldenbereichen 403 und 404 im Eigenleitungsbereich (i) dargestellt. Die Vorrichtung enthält weiterhin einen Schalter 406 mit leitendem und nichtleitendem Zustand wie einen in Reihe mit den Photodetektoren 401 und 402 und der elektrischen Stromquelle 405 geschalteten Transistor. Bei Freigabe wird von dieser Vorrichtung von den Anschlüssen und Q das komplementäre optische Informationssignalpaar 193(PP, M) mit symmetrischen und komplementären hohen und niedrigen Leistungspegeln als Reaktion auf den gleichzeitig auf die entsprechenden Photodetektoren 401 und 402 einfallenden optischen Polarisationsstrahl 153 abgegeben. Vom komplementären optischen Informationssignalpaar 192(P, M) vom entsprechenden symmetrischen optischen Speicherelementpaar im Eingangsspeicherfeld 132 werden die zwei Zustände der Vorrichtung, wie in der Bezugsschrift beschrieben, gesetzt und rückgesetzt, wenn der der Steuerung der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 über den Steuerbus 172 unterstehende elektronische Schalter 406 freigegeben ist und sich in einem leitenden Zustand befindet. Wenn sich der Schalter 406 in einem gesperrten oder nichtleitenden Zustand befindet, wird von jedem Photodetektor ein optisches Ausgangssignalpaar mit niedrigem Leistungspegel abgegeben, wenn der Polarisationsstrahl 153 darauf auftrifft. In der Tabelle A wird eine Wahrheitstabelle der Logikzustände der Vorrichtung 400 bei ihrem Betrieb als optischer S-R-Signalspeicher dargestellt. TABELLE A Ein Aus Gesperrt Freigegeben
  • Während jedes Zeitrahmens liegt das optische Taktsteuersignal 162, wie vorher beschrieben, abgesehen von einem kurzen Zeitraum vor dem Ende des Zeitrahmens auf hohem Leistungspegel. Während sich das Signal 162 auf hohem Leistungspegel befindet, wird vom Eingangsspeicherfeld 132 von jedem Speicherelement ein die darin enthaltenen Informationen darstellendes optisches Ausgangssignal 192(P, M) zum Kodiererfeld 102 abgegeben. Wie vorher beschrieben, wird von der Koppelnetzbaustein- Steuerschaltung 110 nur eine ausgewählte Zeile Speicherelemente im Kodiererfeld 102 zur Speicherung der Informationen von der entsprechenden Zeile Speicherelemente im Eingangsspeicherfeld 132 freigegeben. Eine weitere notwendige Vorbedingung für die Speicherung einer Informationszeile vom Speicherfeld 132 in einer Zeile des Kodiererfeldes 102 ist, daß sich der kohärente Polarisationsstrahl 153 auf niedrigem Leistungspegel befindet, um jedem freigegebenen Kodiererelement zu ermöglichen, auf die optischen Informationssignale vom Speicherfeld 132 zu reagieren. Wenn die Informationen in der freigegebenen Zeile des Kodiererfeldes 102 eingespeichert sind, kehrt der kohärente Polarisationsstrahl 153 auf einen hohen Leistungspegel zurück. Als Ergebnis werden die in jedem Bit der freigegebenen Kodiererzeile gespeicherten Informationen darstellende optische Informationssignalpaare 193(P, M) zusammen mit einem optischen Rauschsignal niedrigen Leistungspegels von jedem der anderen Elemente in jeder Spalte des Kodiererfeldes abgegeben. Summiert nähert sich die Höhe jedes von einer Spalte des Kodierers abgegebenen optischen Rauschsignals einer Gaußschen Verteilung aufgrund der Gaußschen Verteilung des Polarisationsstrahls 153. Die vom Kodiererfeld abgegebenen optischen Rausch- und Informationssignalpaare werden dann insgesamt an den Verteiler 103 angelegt. Während jedes Zeitrahmens wird jede Kodiererzeile von der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 einmal während einer ausgewählten Zeilenzykluszeitdauer freigegeben, damit die Informationssignalpaare den Verteiler 103 durchlaufen können.
  • Vom optischen Signalverteiler 103 wird jedes von einem Speicherelement abgegebene, auch mit Pixel bezeichnete optische Informationssignal in einer ausgewählten Kodiererzeile abgebildet und insbesondere räumlich auf alle optischen Speicherelemente in der entsprechenden Spalte des Dekodiererfeldes 104 verteilt. Insbesondere wird vom Verteiler 103 das elektrische Eingangsfeldmuster des optischen Signals von jedem Element in einer Spalte des Kodiererfeldes so in ein elektrisches Ausgangsfeldmuster mit einer Höhe zum Beleuchten aller Elemente in einer einzelnen entsprechenden Spalte des Dekodiererfeldes verteilt, daß die Höhe des elektrischen Ausgangsfeldmusters eine Fourier-Transformierte des elektrischen Eingangsfeldmusters darstellt. Wie in der Bezugsarbeit von J.W. Goodman mit dem Titel "Introduction to Fourier Optics", 1968, McGraw-Hill, Seite 5, beschrieben, ist die Fourier-Transformierte F einer komplexen Funktion g von zwei unabhängigen Variablen x und y mathematisch durch folgenden Ausdruck definiert:
  • Da der Verteiler 103, wie hienach beschrieben, zylindrische Linsen enthält, braucht die Integrierung nur in der y-Richtung durchgeführt werden. Als Ergebnis kann die Fourier-Transformierte in nur einer Dimension auf
  • zurückgeführt werden, wobei g(y)=g(x,y) gleich dem elektrischen Feldverteilungsmuster, wobei x auf einen gegebenen Wert von x&sub1; festgelegt ist.
  • Bei einem räumlich um die gesamte Höhe einer Dekodiererfeldspalte verteilten optischen Signal gibt das Dekodiererfeld ähnlich dem Kodiererfeld eine oder mehrere ausgewählte Zeilen während jeder Zeilenzykluszeitdauer zur Speicherung der von den räumlich verteilten optischen Signalen dargestellten Informationen frei. Danach gibt das Dekodiererfeld als Reaktion auf den getakteten Polarisationsstrahl 154 ein weiteres, ebenfalls die darin gespeicherten Informationen darstellendes Signalpaar 194(P, M) von jedem Element an eine entsprechende Zeile im Ausgangsspeicherfeld 133 des Ausgangssystems 105 ab. Da zu jeder Zeit nur eines der Speicherelemente in einer Spalte des Kodiererfeldes zum Verteilereingang freigegeben wird, kann der Verteiler eine beliebige Zeile vom Eingangsspeicherfeld zu jeder Zeile des Ausgangsspeicherfeldes rundgeben. Um dies zu erreichen, muß der Verteiler drei Erfordernisse erfüllen:
  • 1. alle Ausgangsstrahlen um die optische Achse derselben und wiederum um den Mittelpunkt einer Dekodiererspalte zentrieren,
  • 2. alle Ausgangsstrahlen über die gesamte Höhe der Dekodiererfeldspalte ausbreiten und
  • 3. die horizontale Ausbreitung der Strahlen so steuern, daß das Nebensprechen zwischen benachbarten Spalten reduziert wird.
  • Den ersten beiden Erfordernissen wird durch die durch die Verteilung durchgeführte Fourier-Transformation entsprochen. Das Signallicht im Verteiler 103 ist einfach das in das System von dem freigegebenen optischen Element im Kodiererfeld 102 eintretende Licht. In einem idealen optischen Koppelnetzbaustein wäre die einzige Lichtquelle ein optisches Informationssignal mit hohem Pegel, das beispielsweise eine von der freigegebenen Zeile des Kodiererfeldes abgegebene logische "1" darstellt. Alle anderen optischen Elemente im Kodiererfeld eines idealen Systems würden lichtundurchlässig sein und kein Licht zum Verteiler beitragen. Als Ergebnis würde ein ideales Kodiererfeld Vorrichtungen mit Kontrastverhältnissen gleich unendlich erfordern. Das Kontrastverhältnis gleicht der Bestrahlungsstärke von von einem freigegebenen optischen Eingangselementbit abgegebenen Licht geteilt durch die Bestrahlungsstärke von von einem gesperrten optischen Eingangselementbit abgegebenen Licht. Leider bieten im Handel erhältliche Vorrichtungen und die meisten experimentellen Vorrichtungen nur Kontrastverhältnisse bis zu 100. Aufgrund dieser relativ niedrigen Kontrastverhältnisse wird eine beträchtliche Menge unerwünschten Lichtes von den gesperrten Zeilen des Kodierers in den Verteiler eintreten. Dieses Licht könnte "Hintergrund-"Licht genannt werden, da es von den die optischen Elemente in der freigegebenen Zeile umgebenden Hintergrund-Feldelementen herstammt. Da das Hintergrundlicht das Informationssignallicht im Verteiler stören kann, insbesondere optische Informationssignalpaare mit niedrigem Leistungspegel, die beispielsweise eine logische "0" von der freigegebenen Zeile des Kodiererfeldes 103 darstellen, und Bitfehler am Dekodiererfeld verursachen kann, kann es auch mit "Hintergrundrauschen" bezeichnet werden. Im optischen Koppelnetzbaustein 100 können zwei Arten Hintergrundrauschen identifiziert werden. "Senkrechtes Hintergrundrauschen" ist das Hintergrundlicht, das von den optischen Elementen innerhalb derselben Spalte wie das Informationssignallicht herrührt. "Horizontales Hintergrundrauschen" ist das Hintergrundlicht, das von optischen Elementen in benachbarten Spalten herrührt und über die Spaltengrenzen streut. Das senkrechte und horizontale Hintergrundrauschen bilden zusammen das gesamte Hintergrundrauschen in diesem optischen Koppelnetzbaustein.
  • Um die drei zuvor beschriebenen Erfordernisse zu erfüllen und Rauschprobleme zu minimalisieren, umfaßt der Verteiler 103 drei Teilsysteme:
  • das Fourier-Transformations-Teilsystem 116, das Horizontalabbildungs-Vergrößerungsteilsystem 117 und das Vertikal-Vergrößerungsteilsystem 118.
  • Fig. 5 zeigt eine detaillierte Darstellung des Verteilers 103 mit Teilsystemen 116, 117 und 118 mit dem Kodiererfeld 102, das auf der Eingangsebene 500 des Verteilersystems 103 positioniert ist und dem Dekodiererfeld 104, das auf der Ausgangsebene 505 des Verteilersystems positioniert ist. Eine Seitenansicht des Verteilers 103 und seiner Teilsysteme zusammen mit Kodiererfeld 102 und Dekodiererfeld 104 der Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt. In Fig. 7 ist eine Draufsicht der Anordnung der Fig. 5 dargestellt. Das Fourier-Transformations-Teilsystem 116 umfaßt eine zylindrische Sammellinse 501, auch mit L1 bezeichnet, die eine eindimensionale Fourier- Transformierte des elektrischen Eingangsfeldmusters 550 auf der Eingangsebene vom optischen Element 102 (R1, C8) des Kodiererfeldes 102 auf seiner rechten Fokalebene 502 erzeugt. Da die Entfernung d&sub0; vom Kodiererfeld 102 zur Sammellinse 501 nicht notwendigerweise gleich der Brennweite der Linse ist, ist das Abbild auf der Fokalebene 502 in Wirklichkeit die mit einigen Phasengliedern multiplizierte Fourier-Transformierte des elektrischen Feldmusters 550 vom Kodiererfeld. Da jedoch die Funktion des Dekodiererfeldes nur auf die Höhe der Lichtbestrahlungsstärke reagiert, können diese Phasenglieder ignoriert werden. Bei Transformation erscheinen die im Abbild des Kodiererfeldes vorhandenen Raumfrequenzen als helle Bereiche oder Punkte auf dieser Fokalebene. Wenn das Eingangsbild auf dem Kodiererfeld eine einzige quadratische Öffnung mit durch P gegebenen Seitenlängen ist, dann ist das elektrische Feldverteilungsmuster in der senkrechten Richtung (d. h. der y-Richtung) durch folgendes gegeben:
  • Wenn die Sammellinse 501 eine Brennweite f&sub1; aufweist, dann ist die in der senkrechten Richtung auf der rechten Fokalebene der Linse abgebildete Fourier- Transformierte 551 ein grob durch
  • beschriebenes elektrisches Feld. Dies ist eine bekannte Funktion sinc(y)=sin(πy) / (πy) in der senkrechten Richtung. Da nur die Bestrahlungsstärke innerhalb dieser Ebene erfaßt wird, ist das erkannte Signal proportional zum Quadrat der Fourier-Transformierten (sinc²), das das Leistungsspektrum des Eingangsbildes ist. Ungeachtet der senkrechten Lage der quadratischen Öffnung im Kodiererfeld ist das Leistungsspektrum (und die Hauptkeule des sinc²-Diagramms) stets auf der optischen Achse der Sammellinse 501 zentriert. So ist das erste der drei Erfordernisse erfüllt. Da der größte Teil der Energie des eingeschalteten optischen Elements in dieser Hauptkeule enthalten ist, ist dies der Teil des Ausgangsbildes 552, der bei der Erkennung auf der Ausgangsebene 505 benutzt wird, wo das Dekodiererfeld 104 positioniert ist. Leider ist die senkrechte Ausbreitung dieser Keule der sinc²- Funktion unter Umständen nicht groß genug, das zweite Verteilererfordernis zu erfüllen, da seine erste senkrechte Nullstelle an einem Punkt liegt, an dem:
  • der durch y = λ f&sub1;/P gegeben ist.
  • Das vertikale Vergrößerungsteilsystem 118 vergrößert die senkrechte Ausbreitung der sinc²-Funktion, um das zweite Verteilererfordernis durch Ausbreiten der Ausgangs strahlen über die gesamte Höhe der Dekodiererfeldspalten zu erfüllen. Zur Vergrößerung der Fourier- Verteilung auf der Ausgangsebene können auch viele bekannte optische Abbildungssysteme benutzt werden. Das vertikale Vergrößerungsteilsystem 118 umfaßt vorzugsweise eine einzige zylindrische Zerstreuungslinse 504, auch mit L3 bezeichnet, die die Fourier-Transformierte auf Fokalebene 502 auf Ausgangsebene 505 abbildet, wo das Dekodiererfeld positioniert ist. Da die Zerstreuungslinse 504 links von der Fourier-Ebene plaziert ist, wird das Abbild der Fourier-Transformierten senkrecht vergrößert und erscheint auf der Ausgangsebene anstelle der Fourier- Ebene. Wenn der Abstand von der Zerstreuungslinse zur Ebene der Fourier-Transformierten durch s&sub0; (eine negative Zahl) gegeben wird und der Abstand von der Zerstreuungslinse zum Abbild auf der Ausgangsebene durch si gegeben wird, dann befindet sich die erste senkrechte Nullstelle der vergrößerten (oder skalierten) sinc-Funktion auf der Ausgangsebene an dem Punkt, an dem:
  • der durch
  • gegeben ist, wobei Fskaliert die auf der Ausgangsebene resultierende vergrößerte Fourier-Transformierte 552 darstellt. Angenommen, daß die paraxiale Annäherung gültig ist, ergeben die bekannte Linsengleichung und die die Linsenvergrößerung beschreibende Gleichung zwei Gleichungen, die für die Systemauslegung äußerst nützlich sind:
  • si=f&sub2; (1-Merfordert), (5)
  • s&sub0;=f&sub2;(1-1/Merfordert), (6)
  • wobei Merfordert die zur Ausbreitung der Hauptkeule der sinc- Funktion über die gesamte Ausgangsebene 505 benötigte Systemvergrößerung und f&sub2; die negative Brennweite der Zerstreuungslinse ist.
  • Um eine ausreichende Vergrößerung bereit zustellen, wird der Abstand si häufig groß sein. Als Ergebnis wird ein das System durchlaufender Strahl horizontale Streuung erfahren, und die Strahlbreite b kann übermäßig groß werden, da die Strahlbreite annähernd gegeben wird durch:
  • wobei z die Systemgesamtlänge ist. Dies kann zu horizontalen Rauschproblemen zwischen benachbarten Spalten im System führen.
  • Diese Probleme des horizontalen Rauschens werden vom horizontalen Abbildungsteilsystem 117 unter Kontrolle gehalten, indem die divergenten Strahlen, wie in Fig. 7 dargestellt, in horizontaler Richtung abgebildet werden. Diese Nachfokussierung des Lichtes bietet viele Nutzen, da Streulicht, das im System Rauschen gewesen wäre, zurück zu nützlichen Punkten auf der Ausgangsebene geleitet werden kann, um die Ausgangssignalpegel zu erhöhen. Das horizontale Abbildungsteilsystem 117 umfaßt Abbildungslinse 506, auch mit L2 bezeichnet, bei der es sich um eine zylindrische Sammellinse handelt, die, wie in Fig. 5-7 gezeigt, um 90 Grad von der horizontalen Orientierung der anderen beiden Linsen gedreht ist. Wenn die Brennweite der Linse 506 f&sub3; ist, ist der Abstand vom Kodiererfeld durch s&sub1;=2(f&sub3;) gegeben, und der Abstand zwischen der Nachfokussierungslinse und dem Dekodiererfeld ist durch s&sub2;=2(f&sub3;) gegeben. Als Ergebnis stellt die Nachfokussierungslinse jeden Eingangsstrahl wieder in seiner ursprünglichen horizontalen Breite her und leitet jeden Eingangsstrahl, wie in Fig. 6 dargestellt, zu seinem Kardinalpunkt in der Ausgangsebene um. Durch sorgfältiges Verändern der Abstände s&sub1; und s&sub2; kann horizontale Vergrößerung und Verkleinerung der sich fortpflanzenden Strahlen gesteuert werden. Als Ergebnis ist auch das dritte Verteilererfordernis erfüllt, da die horizontale Ausbreitung eingegrenzt ist.
  • Vor Betrachtung der Ausgangswellenform, die sich von einer Spalte optischer Elemente im Kodiererfeld 102 ergibt, ist es aufschlußreich, die sich aus einem einzigen optischen Element im Kodiererfeld ergebende Ausgangswellenform zu besprechen. Das Vorhandensein eines einzigen optischen Elementes in der Ausgangsebene bedeutet, daß im Koppelnetzbaustein ein Kodiererfeld mit idealen optischen Vorrichtungen mit einem Kontrastverhältnis von unendlich benutzt wird. Angenommen es ist ein einziges Element (Breite = P) im idealen Kodiererfeld freigegeben, dann ist das sich in der Ausgangsebene ergebende elektrische. Feldwellenformmuster EPixelout annähernd beschrieben durch
  • An der Eingangsebene ist die vom optischen Element erzeugte vertikale elektrische Feldwellenform EPixelin (y), wie in Fig. 8 dargestellt, eine rechteckige Verteilung 801. Aufgrund der Fourier-Transformierlinse 501 ist das elektrische Feldwellenformmuster in senkrechter Richtung der Ausgangsebene eine wie in Fig. 8 dargestellte, durch EPixelout (y) beschriebene sinc-Verteilung 802. Das wirklich in senkrechter Richtung der Ausgabe erkannte Bild ist wieder eine sinc²-Form mit Null-Abständen, wie in Gleichung 4 beschrieben. Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß mit verringerten Abmessungen des optischen Elementes die Hauptkeule der sinc- Verteilung breiter wird. Auch ist bezüglich Gleichung 8 von wesentlicher - Bedeutung, daß der in horizontaler Richtung der Ausgangsebene gelieferte Strahl eng durch eine rechteckige Verteilung der Breite P angenähert werden kann.
  • Wenn alle optischen Elemente in der Eingangsebene gesperrt sind, bilden sie ein elektrisches Feldverteilungsmuster, das bei Betrachtung nach unten entlang jeder Spalte einer Rechteckwelle gleicht. Diese Rechteckwellenverteilung wird wahrscheinlich bei den meisten Kodiererfeldern beobachtet, da die meisten Vorrichtungen in regelmäßigen Feldstrukturen hergestellt werden. Dieses regelmäßige elektrische Eingangsfeldverteilungsmuster 901 entspricht, wie in Fig. 9 dargestellt, der Rauscheingabe Enoisein (y). So kann das elektrische Feldverteilungsmuster 902 in senkrechter Richtung beschrieben werden durch:
  • wobei P die Größe des optischen Elements und G die Spaltgröße zwischen den Elementen ist. Da der Kodierer in Wirklichkeit eine endliche räumliche Ausdehnung besitzt, ist dieses Bild in Wirklichkeit durch eine Fensterfunktion w(y) umgrenzt. So kann gezeigt werden, daß
  • wobei * die Faltungsoperation bezeichnet und comb(y/(P+G)) ein im Abstand P+G gerasteter Zug von Dirac-Deltafunktionen ist. Bei Benutzung eines Schwellwertkodierers, an dem alle Zeilen gesperrt sind, besitzen alle Elemente im Eingangsbild annähernd dieselbe Bestrahlungsstärke. So wird die senkrechte elektrische Wellenform Enoisein (y) an der Eingangsebene vorhanden sein und in der Ausgangsebene sich das senkrechte elektrische Feldwellenformmuster
  • ergeben. In der Ausgangsebene ist die Auswirkung davon, daß anstelle eines einzigen Quellelements mehrere Quellelemente in der Eingangsebene emittieren, ziemlich drastisch:
  • Angenommen, das Eingangsbild wird durch rect(y/W) eingegrenzt, wobei die Fensterlänge W viel größer als die Elementgröße P ist, dann
  • Die Ausgangswellenform ist ein Zug schmaler sinc-Impulse mit Mittenabständen λf&sub1;si/((P+G)s&sub0;), wobei, wie in Fig. 9 dargestellt, P die Elementgröße und G die Spaltgröße zwischen Elementen ist. Bei jedem der sinc-Impulse sind die Nullen um λf&sub1;si/(Ws&sub0;) beabstandet, und der gesamte Impulszug ist mit EPixelout (y) moduliert, einem breiten sinc-Impuls. Mit Vergrößerung der Fensterlänge W (d. h. Vergrößerung des Kodiererfeldes) verringern sich die Hauptkeulen der sinc-Impulse in der Breite. Zusätzlich erhöht sich mit sich verringernden Element-Element- Spalten im Kodiererfeld die Beabstandung zwischen den sinc-Impulsen in der Ausgangsebene, da das Rechteckwellenbild nunmehr höhere Raumfrequenzen besitzt.
  • Wenn alle Elemente im Kodiererfeld außer einem gesperrt sind, dann ist, wie in Fig. 10 dargestellt, das von Esignalin (y) beschriebene elektrische Feldwellenformverteilungsmuster 1001 an der Eingangsebene vorhanden. Es kann gezeigt werden, daß
  • Esignalin (y) =AEPixelin (y) +Enoisein (y). (14)
  • A ist eine von der Gleichung A=1-1 k beschriebene Konstante, wobei k das Kontrastverhältnis der Vorrichtungen im Kodiererfeld ist. Da das senkrechte elektrische Feldverteilungswellenformmuster in der Ausgangsebene durch
  • gegeben ist und die Fourier-Transformierte ein linearer Operator ist, folgt, daß
  • Esignalout (y)=AEPixelout (y)+Enoiseout (y), (16)
  • wie in Fig. 10 dargestellt, wo EPixelout als punktierte Linie 1002 und Enoiseout als durchgezogene Linie 1003 gezeigt ist.
  • In Fig. 10 sind auch die beiden "Ausgangsarbeitsbereiche" dargestellt, wo das Ausgangssignal von Detektoren wie den an der Ausgangsebene positionierten optischen Vorrichtungselementen im Dekodiererfeld 104 abgetastet wird. Diese Bereiche liegen innerhalb der Hauptkeule der sich aus dem Informationssignal ergebenden breiten sinc-Verteilung, sind aber von den Hauptkeulen der sich aus dem Hintergrundrauschen ergebenden schmalen sinc-Verteilung begrenzt. So wird das Hintergrundrauschen vom optischen Detektor vermieden, indem er die hohe Bestrahlungsstärke in der Hauptkeule des Ausgangsinformationssignals abtastet und dabei nur die niedrige Bestrahlungsstärke in den Nebenkeulen des Ausgangsrauschens abtastet. Bei entsprechender Positionierung der Dekodiererelemente sollte die niedrige Bestrahlungsstärke der Rauschsignale im Vergleich mit der hohen Bestrahlungsstärke des Informationssignals vernachlässigbar sein.
  • Zur Beschreibung der Funktion des Verteilers 103 ist es nützlich, den Rauschabstand (SNR - signal-to-noise ratio) für den Koppelnetzbaustein zu definieren. Aufgrund der Veränderungen der elektrischen Feldverteilungswellenformmuster über die Ausgangsebene hinweg sollte es klar sein, daß der Ausgangs-Rauschabstand von der Abtaststelle in der Ausgangsebene abhängig sein wird. Als Ergebnis wird es von Interesse sein, den Rauschabstand als Funktion zur senkrechten Verlagerung von der optischen Achse des Verteilers zu untersuchen. Diese Funktion wird mit SNR (y) bezeichnet.
  • Vor dem Definieren von SNR (y) müssen als erstes die Begriffe "Rauschsignal" und "Informationssignal" in ihrer Anwendung auf die elektrische Feldwellenform definiert werden. Das Hintergrund- "Eingangsrauschen" ist als die elektrische Feldwellenform definiert, die besteht, wenn keines der optischen Elemente im Kodiererfeld 102 freigegeben ist. Dies entspricht der in Fig. 9 dargestellten, durch Enoisein (y) beschriebenen Wellenform 901, und das sich ergebende Ausgangsrauschen ist dann durch die durch Enoiseout (y) beschriebene Wellenform 902 beschrieben. Wie vorher erwähnt, ist dieses Rauschen das unerwünschte Licht, das bei Anlegen des Polarisationsstrahls 153 durch die gesperrten Kodiererelemente in das System eintritt. Die Fourier-Transformiereigenschaften einer Linse werden dazu benutzt, dieses Rauschen in diskrete Bereiche in der Ausgangsebene zu zwingen.
  • Das Eingangs-"Informationssignal" im System ist als die elektrische Feldwellenform definiert, die besteht, wenn im Kodiererfeld ein einziges optisches Element "ein-"geschaltet ist, und relativ zum Leistungspegel der Rauschsignale ein optisches Signal mit hohem Leistungspegel abgibt. Da das Licht von den gesperrten Elementen bei eingeschaltetem freigegebenen Element ebenfalls gegenwärtig ist, muß dieses Licht ebenfalls als Teil des Eingangssignals betrachtet werden. Als Ergebnis stellt die durch Esignalin (y) beschriebene Wellenform 1001, wie in Fig. 10 dargestellt, das Eingangssignal dar, und die durch Esignalout (y) beschriebene Wellenform 1003 stellt das Ausgangssignal dar. Als Ergebnis ist
  • Um die Benutzung von Vorrichtungen mit niedrigem Kontrastverhältnis im Kodiererfeld 102 zu ermöglichen, werden in digitalen Signalverarbeitungsanwendungen eingesetzte Fensterbildungsverfahren benutzt. Die Untersuchung von Fenstern und digitaler Signalverarbeitung ergibt sich aus dem Erfordernis, daß alle Signale vor Anwendung digitaler Signalverarbeitungsverfahren auf irgendeine endliche Dauer verkürzt werden sollen. Einfache Verkürzung eines Signals entspricht dem Multiplizieren des Signals mit einem rechteckigen Fenster, wie schon beschrieben. Im Frequenzbereich ist die sich ergebende Fourier-Transformierte des verkürzten Signals die Fourier-Transformierte des anfänglichen nicht verkürzten Signals gefaltet mit der Fourier-Transformierten des rechteckigen Fensters (siehe Gleichung 12). Da die Fourier-Transformierte des rechteckigen Fensters eine sinc-Funktion ist, führen die Nebenkeulen der sinc-Kurve zum Ausbreiten von Energie um die Spektralverteilung des anfänglichen Signals. Als Ergebnis verbreitert sich die Bandbreite der Fourier-Transformierten des Anfangssignals durch die Benutzung eines rechteckigen Fensters. Diese Erscheinung wird oft mit Linienverlust bezeichnet und ist bei jedem Fenster, das für Verkürzung gewählt wird, und nicht nur bei rechteckigen Fenstern zu beobachten. Die sich in die Nebenkeulen ausbreitende Energiemenge ist eine Funktion des benutzten Fensters. Die Fourier- Transformierte eines rechteckigen Fensters besitzt gewöhnlich schmale Hauptkeulen und hohe Nebenkeulen. Die Fourier-Transformierten anderer Fenster wie dem dreieckigen Fenster, dem Hanning-Fenster, dem Hamming-Fenster und dem Gaußschen Fenster besitzen breitere Hauptkeulen und niedrigere Nebenkeulen. Fenster mit niedrigen Nebenkeulen können zur Verbesserung des Rauschabstandes im optischen Koppelnetzbaustein 100 benutzt werden.
  • Um zu sehen, wie Fensterbildungsverfahren im optischen Koppelnetzbaustein 100 eingesetzt werden können, ist es von Bedeutung festzustellen, daß die Endhöhe des Kodiererfeldes 102 effektiv ein Fenster für die von den Elementen im Kodiererfeld gebildete periodische Verteilung der Lichtbestrahlungsstärke bildet. Man kann sich ein besseres Bild davon machen, indem man sich vorstellt, daß sich das Kodiererfeld 102 in der senkrechten Dimension ins Unendliche erstreckt. Als Ergebnis würde es eine unendliche Anzahl von Zeilen im Koppelnetzbaustein geben. Wenn dies der Fall wäre, dann würde die Fourier-Transformierte der in der Eingangsebene bestehenden unendlichen Rechteckwelle ein Zug von Deltafunktionen veränderlicher Höhe sein. Wenn nun die Maske vor das unendlich lange Kodiererfeld plaziert wird, um alle außer einigen wenigen der Zeilen auszublockieren, dann ist das Eingangssignal offensichtlich mit einem rechteckigen Fenster umgrenzt worden, und die Deltafunktionen in der Fourier-Ebene sind als Ergebnis von Linienverlust ausgebreitet. Dieser Linienverlust kann durch Benutzung eines anderen Fensters als dem rechteckigen Fenster auf ein Minimum reduziert werden. Benutzung von Fourier- Verfahren und Fensterbildungsverfahren im optischen Bereich erfordert, daß das System kohärente Beleuchtung wie von der kohärenten Lichtquelle 114 benutzt. Das Bestrahlungsstärkenprofil der meisten Laser besitzt Gaußsche Form, so daß unter Benutzung eines abgebildeten Laserstrahls als vom anamorphotischen Strahlformungssystem 115 gebildeter Polarisationsstrahl 153 auf dem Kodiererfeld leicht ein Gaußsches Fenster hergestellt werden kann.
  • Die Auswirkungen des Anlegens eines Gaußschen Fensters an den Verteiler 103 sind bedeutsam. Das Gaußsche Fenster liefert drastische Rauschabstandverbesserungen gegenüber dem rechteckigen Fenster in den Ausgangsbereichen zwischen den Rauschspitzen. Diese Verbesserungen des Rauschabstandes sind ein direktes Ergebnis der Tatsache, daß die Nebenkeulen von Rauschsignalen stark unterdrückt werden, wenn das Kodiererfeld mit einem Gaußschen Fenster beleuchtet wird, so wie z. B. das Strahlformungssystem 115 das Kodiererfeld 102 beleuchtet.
  • Leider werden diese verbesserten Rauschabstände nicht ohne Kosten errungen. Kompromisse sind in Betracht zu ziehen. Der erste Kompromiß ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß mit verringerter Gaußscher Strahlbreite die Hauptkeule der Rauschspitzen im Rauschsignal breiter wird. Als Ergebnis verringern sich die Ausgangsarbeitsbereiche mit hohem Rauschabstand in ihrer Größe, und dies führt zu einem geringeren senkrechten Abstand für Ausgangsabtastung im Dekodiererfeld 104.
  • Der zweite Kompromiß ist, daß von den Schwänzen des Gaußschen Strahls beleuchtete Zeilen im Dekodiererfeld 102 nicht genügend Licht zum Schalten der Vorrichtungen in der Ausgangsebene erzeugen werden. Als Ergebnis können diese Eingangszeilen nicht bei den Koppeloperationen benutzt werden. Im Effekt besteht ein Bereich verwendbarer Eingangszeilen in der Nähe des Mittelpunkts des Gaußschen Strahls, der mit "Eingangsarbeitsbereich" bezeichnet wird. Sowie ein optisches Element aus dem Mittelpunkt des Gaußschen Strahls hinaus zum Schwanz hin bewegt wird, fällt der Rauschabstand. Es ist von wesentlicher Bedeutung, darauf hinzuweisen, daß der Eingangsarbeitsbereich eine Funktion sowohl der Gaußschen Strahlbreite als auch des erforderten Rauschabstandes in der Ausgangsebene ist.
  • Wenn alle Elemente im Kodiererfeld gesperrt sind, erlaubt das endliche Kontrastverhältnis k eines praktischen Systems, daß ein Teil des Lichts das Kodiererfeld passiert. Das Kodiererfeld muß auch eine Schwellwertfunktion durchführen, so daß alle "aus-"geschalteten Elemente (sowohl innerhalb der freigegebenen Zeile als auch in anderen Zeilen) in der Eingangsebene der Fourier- Transformierten dieselbe Bestrahlungsstärke oder elektrische Feldstärke besitzen. Ein Problem kann entstehen, wenn ein lineares nicht-schwellwertbildendes Kodiererfeld benutzt wird, da sowohl ein- als auch ausgeschaltete Elemente in Zeilen des Eingangsspeicherfeldes existieren können, die nicht im Kodiererfeld freigegeben sind. Die unterschiedlichen Bestrahlungsstärken von diesen Elementen können sich durch ein lineares Kodiererfeld fortpflanzen, da ein linearer Kodierer einfach die einfallende Größe mit 1/ k multipliziert. Daraus ergeben sich zwei unterschiedliche Bestrahlungsstärken "aus" für Informationsbit in den gesperrten Zeilen. Als Ergebnis wird die Periodizität des Eingangsbildes zerstört und die Rauschabstandvorteile gehen verloren.
  • Dieses mögliche Problem wird durch Benutzung von schwellwertbildenden Gattern im Kodiererfeld 103 beseitigt. Eine andere Lösung ist realisierbar, wenn das Kodiererfeld mit Signalspeichervorrichtungen wie den vorher erwähnten und beschriebenen symmetrischen elektrooptischen Eigenwirkungsvorrichtungen mit drei Zuständen aufgebaut ist. Der Betrieb des optischen Koppelnetzbausteins 100 erfordert nur, daß, wie vorher beschrieben, zu jedem Zeitpunkt nur eine Zeile mit dem Kodiererfeld verriegelt ist.
  • Fig. 14 zeigt drei idealisierte elektronische Kodierer-Taktsteuersignale 1401-1403, die von der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 über Bus 172 zum Kodierer 102 gesandt werden, um drei unterschiedliche Zeitschlitze oder Datenworte, die in den Zeilen des Eingangsspeicherfeldes 132 gespeichert sind, gezielt durch den Verteiler 103 durchzukoppeln. Die ersten zwei Zeilen von durch den Verteiler durchzukoppelnden Informationen sind, wie in Fig. 14 dargestellt, in der vorletzten Speicherfeldzeile 132R(P-1) und der letzten Zeile 132RP gespeichert. Diese Informationen waren vorher in der Nähe des Endes des Zeitrahmens (F-1) im Eingangsspeicherfeld gespeichert. Die Dritte von durch den Verteiler durchzukoppelnden Informationen ist, wie in Fig. 14 dargestellt, in der ersten Speicherfeldzeile 132R1 gespeichert. Diese dritte Informationszeile war während des Zeitrahmens F gespeichert worden. Der Takt im Verteilersystem ist mit einem bekannten internen Takt der Koppelnetzbaustein- Steuerschaltung 110 synchronisiert. Ein Verteilersystem- Takterfordernis ist, daß der zwischen Zeiten t6 und t7 in Fig. 13 dargestellte Impuls des optischen Taktsignals 162 mit niedrigem Leistungspegel nicht mit irgendeinem der Impulse der Kodierersteuersignale 1401-1403 mit hohem Leistungspegel oder irgendeinem der Impulse der Dekodierersteuersignale 1404-1406 mit hohem Leistungspegel, die von der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 über Bus 173 zum Dekodiererfeld 104 gesandt werden, zusammentrifft. So muß das optische Taktsteuersignal 162 während der Durchkopplung durch das Verteilersystem jeder ausgewählten Speicherfeld-Informationszeile auf einem hohen Leistungspegel liegen.
  • Um die Informationen in der vorletzten Eingangsspeicherfeldzeile 132R(P-1) durch den Verteiler durchzukoppeln, bewirkt die Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung, daß das mit der gewählten Zeile verbundene Kodierersteuersignal 1401 zur Zeit t1 auf einen hohen Leistungspegel (1) übergeht, um die Vorrichtungen in der Zeile elektrisch freizugeben. Alle anderen Zeilen im Kodierer 102 bleiben elektrisch gesperrt und ihre Steuersignale auf niedrigem Leistungspegel (0). Während das Kodierersignal 1401 auf einem hohen Leistungspegel liegt, bewirkt die Steuerschaltung 110 über den Bus 168 daß die kohärente Lichtquelle 114 zwischen Zeiten t1 und t2 einen Impuls mit niedrigem Leistungspegel abgibt, so daß der auf alle Flip-Flop-Paare im Kodierer 102 auftreffende Polarisationsstrahl 153 mit niedrigem Pegel pulsiert. Da das auf alle Flip-Flop-Paare im Eingangsspeicherfeld 132 auftreffende Taktsteuersignal 162 bei niedrig pulsierendem Polarisationsstrahl 153 auf einem hohen Leistungspegel liegt, pflanzen sich alle im Eingangsspeicherfeld gespeicherten Daten von diesem über Informationssignalpaare 192(P, M) zum Kodiererfeld 102 fort, aber Informationen werden nur in der freigegebenen Kodiererzeile 102R(P-1) gespeichert. Wenn die Daten in der freigegebenden Kodiererzeile eingespeichert sind, kehrt der Polarisationsstrahl 153 zur Zeit t2 auf einen hohen Leistungspegel zurück, und die in der freigegebenen Zeile des Kodiererfeldes 102 gespeicherten Informationen durchlaufen das Verteilersystem 103 zum Dekodiererfeld 104. Zur Zeit t2 nimmt auch das Dekodierersteuersignal 1404 einen hohen Logikpegel (1) an und gibt die Elemente in der (den) Dekodiererzeile(n) elektrisch frei, um die optischen Informationssignalpaare aufzunehmen. Während des Zeitintervalls t2-t3 pulsiert die von der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 über Bus 169 gesteuerte Lichtquelle 145 den Polarisationsstrahl 154 auf einen niedrigen Leistungspegel, um die Dekodiererfeldelemente für die Aufnahme der den Verteiler durchlaufenden optischen Informationssignalpaare optisch freizugeben. Als Ergebnis werden den Verteiler 103 durchlaufende durch Informationssignalpaare dargestellte Informationen in den Flip-Flop-Paaren der elektrisch und optisch freigegebenen Zeilen im Dekodiererfeld 104 eingespeichert.
  • Nach Speicherung der Daten in den freigegebenen Dekodiererfeldzeilen von 104 wird zur Zeit t3 der Strahl 154 von der Lichtquelle 145 auf einen hohen Leistungspegel pulsiert, so daß die eben im Dekodiererfeld 104 gespeicherten Informations- oder Datenzeilen sich zwischen Zeiten t3 und t4 zu den entsprechenden Zeilen im Ausgangsspeicherfeld 133 des Ausgangssystems 105 fortpflanzen. Da die von der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 über den Bus 176 gesteuerte Lichtquelle 142 den auf das Ausgangsspeicherfeld 133 auftreffenden Polarisationsstrahl 156 auf einem niedrigen Leistungspegel hält, werden die Informationen in der freigegebenen Dekodiererzeile in der entsprechenden Zeile des Ausgangsspeicherfeldes eingespeichert. Die Informationen werden zwischen Zeiten t3 und t4 im Ausgangsspeicherfeld gespeichert, wenn das Steuertaktsignal 154 am Dekodiererfeld 104 auf einen hohen Leistungspegel pulsiert. Alle anderen Zeilen des Dekodiererfeldes sind gesperrt und senden ein Paar optische Signale aus, die beide auf einem niedrigen Pegel liegen. Als Ergebnis beeinflussen diese optischen Signalpaare mit niedrigem Leistungspegel nicht die in den auftreffenden Ausgangsspeicherfeldzeilen gespeicherten Informationen. Zur Zeit t4 kehrt das elektrische Dekodierersteuersignal 1402 zu einem niedrigen Logikpegel (0) zurück, und das optische Steuersignal 154 kehrt zu einem niedrigen Leistungspegel zurück, wodurch gesperrt wird die Dekodiererfeldzeile 104R(P-1) elektrisch und optisch.
  • Zur Zeit t3 wiederholt sich die oben erwähnte Folge, wenn der Kodierer-Polarisationsstrahl 153 auf einen niedrigen Leistungspegel pulsiert und das Kodierersteuersignal 1402 einen hohen Logikpegel annimmt, so daß die letzte Kodiererzeile 102RP elektrisch freigegeben wird. Als Ergebnis werden die in der entsprechenden Eingangsspeicherfeldzeile 132RP gespeicherten Informationen parallel übertragen, um den nächsten Zyklus des Zeilenkoppelverfahrens zu starten. Wenn der Kodierer- Polarisationsstrahl 153 zur Zeit t4 auf einen hohen Leistungspegel zurückkehrt, pflanzt sich eine neue durch Informationssignalpaare dargestellte Informationszeile durch den Verteiler zum Dekodiererfeld fort. Zur selben Zeit wechselt das Dekodierersteuersignal 1405 auf einen hohen Leistungspegel, um eine neue Dekodiererzeile freizugeben, und der Dekodierer-Polarisationsstrahl 154 wechselt auf einen niedrigen Leistungspegel, um das Einspeichern der Informationen von der freigegebenen Kodiererfeldzeile in das Dekodiererfeld zu ermöglichen. Zur Zeit t5 wechselt das Kodierersignal 1402 auf einen niedrigen Logikpegel, um die Kodiererfeldzeile 102RP elektrisch zu sperren, und der Dekodierer-Polarisationsstrahl 154 kehrt auf einen hohen Leistungspegel zurück, um die letzte Datenzeile vom Dekodierer zum Ausgangsspeicherfeld weiterzugeben. Zur Zeit t6 wechselt das Dekodierersignal 1405 und der Polarisationsstrahl 154 auf einen niedrigen Pegel, um das Einspeichern der nächsten Datenzeile vom Verteiler in den Dekodierer zu ermöglichen.
  • Nach Übertragung aller Informationszeilen des Zeitrahmens (F-1) im Eingangsspeicherfeld 132 zum Ausgangsspeicherfeld 133 wiederholt sich der oben erwähnte Vorgang für die erste Informationszeile des Zeitrahmens F im Eingangsspeicherfeld, woran, wie in Fig. 14 dargestellt, das Kodierersteuersignal 1403 und Dekodierersteuersignal 1406 beteiligt sind.
  • Das Dekodiererfeld 104 umfaßt gleich dem Kodiererfeld 102 eine Mehrzahl optischer Speicherelemente wie die symmetrischen SEED mit drei Zuständen, die, wie in Fig. 1 gezeigt in Zeilen 104R1-104RP und Spalten 104C1- 104CM ausgerichtet sind. Von der Koppelnetzbaustein- Steuerschaltung 110 werden über den Bus 173 eine oder mehrere der Dekodiererfeldzeilen freigegeben, um durch die vollständig über jedes entsprechende Spaltenpaar verteilten Informationssignalpaare dargestellte Informationen zu speichern. Nach Speicherung der Informationen in der (den) freigegebenen Zeile(n) des Dekodiererfeldes 104 wird von einem bekannten Polarisations-Strahlenteiler 119, der zwischen das Verteilersystem 103 und das Dekodiererfeld 104 zwischengeschaltet ist, ein getaktetes Lichtleistungssignal wie der Polarisationsstrahl 154 von der getakteten Lichtquelle 145, wie vorher beschrieben, an jede der Vorrichtungen des Dekodiererfeldes angelegt. Die Höhe dieses getakteten Dekodierer-Polarisarionsstrahls ist gleichförmig. Der Polarisationsstrahl wird entweder von einer kohärenten oder nichtkohärenten Lichtquelle, wie vorher beschrieben und in Fig. 14 dargestellt, an das gesamte Dekodiererfeld angelegt. Ein komplementäres optisches Signalpaar mit sowohl einem hohen als auch einem niedrigen Leistungspegel, die die darin enthaltenen Informationen darstellen, wird nur von den Elementen in einer freigegebenen Zeile des Dekodiererfeldes zur Speicherung im Ausgangssystem 105 abgegeben. Von jedem Element in einer gesperrten Elementenzeile wird, wie in Tabelle A gezeigt, ein Paar optische Signale mit niedrigem Leistungspegel abgegeben. Wie in dem bezeichneten US-Patent Nr. 4,754,132 beschrieben, muß ein vorbestimmtes Verhältnis der Leistung der zwei optischen Steuerstrahlen vorliegen, um den Zustand der symmetrischen SEED zu verändern. Da die Leistungspegel des optischen Ausgangssignalpaars von jedem gesperrten Dekodiererelement dieselben sind, wird das optische Ausgangssignalpaar nicht den Zustand der symmetrischen SEED-Speicherelemente im Ausgangssystem 105 verändern. Das Verhältnis der die Informationen in jedem der freigegebenen Dekodiererelemente darstellenden optischen Ausgangssignale mit hohem und niedrigem Leistungspegel reicht jedoch aus, den Zustand der Speicherelemente im Ausgangssystem zu verändern. So werden nur die Informationen von der freigegebenen Dekodiererzeile im Ausgangssystem gespeichert.
  • Fig. 11 zeigt eine detaillierte Darstellung des optischen Ausgangssystems 105 mit dem Ausgangsspeicherfeld 133 zum Speichern von durch das Dekodiererfeld 104 ausgewählten Informationszeilen und der Ausgangsschieberegistereinheit 129 zum Umwandeln der gespeicherten Informationen von einem räumlich getrennten Format in ein zeitlich getrenntes Format für die serielle Übertragung auf einem zugehörigen Paar von Ausgangspaaren 160(1)160(N). Das das Ausgangsspeicherfeld 133 und die Ausgangsschieberegistereinheit 129 umfassende Ausgangssystem ist zwischen die Schnittstelleneinheiten 127 und 128 und das optisch transparente Material 126 zwischengeschaltet.
  • Die Ausgangsspeicherschnittstelleneinheit 127 enthält ein bekanntes Abbildungssystem 120 zum Abbilden der optischen Signalpaare 194(P, M) von den Elementen des Dekodiererfeldes 104 durch den Strahlenteiler 121 hindurch auf die Empfangsfläche jedes entsprechend positionierten optischen Speicherelementes im Ausgangsspeicherfeld 133. Der bekannte Polarisations-Strahlenteiler 121 leitet den getakteten optischen Polarisationsstrahl 156 von der Lichtquelle 142 zu jedem der optischen Speicherelemente im Ausgangsspeicherfeld 133.
  • Das Ausgangsspeicherfeld 133 umfaßt gleich dem Eingangsspeicherfeld 101 eine Mehrzahl von optischen Speicherelementen wie der symmetrischen SEED, die periodisch in Zeilen 133R1-133RP und Spalten 133C1-133C8 ausgerichtet sind. Auf den Polarisationsstrahl 156 reagierend, wird vom Ausgangsspeicherfeld 133 ein Paar die darin enthaltenen Informationen darstellender komplementärer optischer Informationssignale von jedem seiner Speicherelemente zur Speicherung in der Ausgangsschieberegistereinheit 129 abgegeben. Nach Speicherung der Informationen von einer Zeitrahmenperiode in der Ausgangsschieberegistereinheit ist das Ausgangsspeicherfeld bereit, einen weiteren Zeitrahmen gekoppelter Informationen vom Dekodiererfeld 104 zu speichern, während die in der Schieberegistereinheit gespeicherten Informationen seriell zu den Ausgangsfaserpaaren 160(1)-161(N) ausgeschoben werden.
  • Zwischen Ausgangsspeicherfeld 133 und Schieberegistereinheit 129 ist eine optische Schieberegisterschnittstelleneinheit 128 eingeschichtet, um die optischen Signale vom Speicherfeld auf die entsprechenden Hauptspeicherelemente der Ausgangsschieberegistereinheit abzubilden und um optische Taktsteuersignale 157-159 an die Schieberegistereinheitelemente anzulegen. Die Koppelnetzbaustein-Steuereinheit 110 steuert über den Bus 174 den Licht-Raum-Modulator 141, der als Reaktion auf das Lichtleistungssignal 155 von einer nicht gezeigten optischen Quelle optische Taktsteuersignale 157-159 abgibt. Die Schieberegisterschnittstelleneinheit umfaßt das Abbildungssystem 122 zum Abbilden der optischen Signale von jeder Speicherfeldvorrichtung auf die Empfangsflächen jedes entsprechend positionierten Haupt-SEED-Elements der Schieberegistereinheit. Von bekannten Polarisations- Strahlenteiler 123 werden die Taktsignale zu jedem der Speicherelemente der Schieberegistereinheit 129 geleitet.
  • Die Ausgangsschieberegistereinheit 129 umfaßt gleich der Eingangsschieberegistereinheit 131 eine Mehrzahl optischer Schieberegisterzeilen 129R1-129RP zum seriellen Ausschieben der darin enthaltenen Informationen im räumlich getrennten Format zu einem zugehörigen Paar von optischen Ausgangsfaserpaaren 160(1)-160(N) zur Übertragung in zeitlich getrenntem Format. Die Ausgangsschieberegistereinheit 129 enthält ein in Zeilen 134R1134RP und Spalten 134C1-134C8 angeordnetes optisches Speicherelementfeld 134 und ein gleiches in Zeilen 125R1-125RP und Spalten 125C1-125C8 angeordnetes Feld von Hologrammen 125. Zwischen den Speicherelement- und Hologrammfeldern ist ein optisch transparentes Abstandshaltematerial 124 positioniert. Jede Spalte enthält ein Paar mit Haupt- und Nebenelement bezeichnete optische Speicherelemente zum Speichern und Verschieben eines Informationsbits. Das Paar wird von einem entsprechenden dem Speicherelement gegenüberliegenden Paar von Reflexionshologrammen im Feld 125 optisch miteinander verbunden, um einen bekannten Flip-Flop-Haupt-Nebenelementaufbau zu bilden. Auch sind die Speicherelementpaare in jeder Zeile durch das entgegengesetzt gerichtete Hologramm optisch miteinander verbunden, um eine optische Schieberegisterzeile zum Verschieben komplementärer optischer Informationssignale von einem Speicherpaar zum anderen zu bilden. Beispielsweise ist das erste Haupt- Nebenelementpaar der Speicherelemente in der Zeile 134R1 mit 134(R1, C1)M und 134(R1, C1)S bezeichnet, während das letzte Paar in der Zeile mit 134(R1, C8)M und 134(R1, C8)S bezeichnet ist. Die entgegengesetzt gerichteten Hologramme sind, wie gezeigt, ähnlich bezeichnet.
  • Fig. 15 zeigt ein beispielhaftes Impulsdiagramm in bezug auf Zeit t von Darstellungen idealisierter optischer Taktsteuersignale 157-159, des getakteten optischen Polarisationsstrahls 156 und komplementären optischen Informationssignalpaares 1501 auf dem Ausgangsfaserpaar 160(1). Wie gezeigt, stellt das komplementäre optische Informationssignalpaar 1502 den letzten Zeitschlitz oder das letzte Datenwort dar, das acht Informationsbit B1-B8 im Zeitrahmen (F-2) umfaßt. Das Signalpaar 1503 stellt die ersten paar Bit des ersten Zeitschlitzes oder Datenwortes im Zeitrahmen (F-1) dar. Die Informationen vom Zeitrahmen (F-2) wurden vom Ausgangsspeicherfeld 133 in die Ausgangsschieberegistereinheit 129 übertragen, als der Polarisationsstrahl 156 am Ende des vorigen Zeitrahmens (F-3) gleich dem Polarisationsstrahl 156 zwischen Zeiten t3 und t4 auf einen hohen Leistungspegel pulsierte. Da während dieses Intervalls die Taktsteuersignale 157, 158 und 159 vom elektronisch gesteuerten Licht-Raum-Modulator 141 auf einem niedrigen Leistungspegel gehalten werden, pflanzen sich die durch Informationssignalpaare dargestellten Daten vom Ausgangsspeicherfeld 133 zur Ausgangsschieberegistereinheit 129 fort. Als Ergebnis werden die Daten in den Flip-Flop- Paaren der Ausgangsschieberegistereinheit 129 eingespeichert. Wenn die Daten in der Ausgangsschieberegistereinheit gespeichert sind, werden sie beispielsweise in Zeile 129R1-129R3 zeilenweise auf ein einziges Ausgangsfaserpaar 160(1) hinausgeschoben. Für alle Ausgangsschieberegisterzeilen, die nicht Informationen zu einem Ausgangsfaserpaar übertragen, bleibt der Polarisationsstrahl 159 auf einem niedrigen Leistungspegel.
  • Die Ausgangsschieberegistereinheit 129 enthält das in Zeilen 134R1-134RP und Spalten 134C1-134C8 angeordnete optische Speicherelementfeld 134 und ein gleiches in Zeilen 125R1-125RP und Spalten 125C1-125C8 angeordnetes Feld 125 von Hologrammen. Zwischen den Speicherelement- und Hologrammfeldern ist ein optisch transparentes Abstandshaltematerial 124 positioniert u Jede Spalte des Feldes 134 enthält ein Paar mit Haupt- und Nebenelement bezeichneter optischer Speicherelemente zum Speichern und Verschieben eines Informationsbits. Ein dem Speicherelementpaar gegenüberliegendes entsprechendes Paar von Hologrammen im Feld 125 verbindet das Speicherelementpaar optisch miteinander, um einen bekannten Flip- Flop-Haupt-Nebenelementaufbau zu bilden. Die Speicherelementpaare in jeder Zeile sind auch optisch durch die Hologrammpaare miteinander verbunden, um eine optische Schieberegisterzeile zum Verschieben eines Paares komplementärer optischer Informationssignale von einem Speicherelementpaar zum anderen zu bilden. Beispielsweise ist das erste Haupt-Nebenelementpaar von Speicherelementen in der Zeile 134R1 mit 134(R1, C1)M und 134(R1, C1)S bezeichnet, während das letzte Paar in der Zeile mit 134(R1, C8)M und 134(R1, C8)S bezeichnet ist. Die entgegengesetzt gerichteten Hologramme sind, wie gezeigt, ähnlich bezeichnet.
  • Das Verschieben der acht in einer Zeile des Ausgangsschieberegisterfeldes 129 gespeicherten Informationsbit B1-B8 wird auf ähnliche Weise wie die für die Eingangsschieberegistereinheit 131 beschriebene erreicht u Angenommen, das Bit B1 ist im Flip-Flop-Hauptspeicherelement 134(R3, C8)M gespeichert und jedes der anderen Bit B2-B8 ist in einem anderen Flip-Flop-Hauptspeicherelement in der Zeile 134R3 gespeichert, dann erfordert die Verschiebung der Daten, daß das Taktsignal 158 zu allen Flip-Flop- Hauptspeicherelementen in der Zeile geleitet wird und das Taktsignal 157 zu allen Flip-Flop-Nebenspeicherelementen in derselben Zeile geleitet wird. Wie in Fig. 15 dargestellt, pulsiert der Polarisationsstrahl 158 zur Zeit t0 nur in der Zeile, in der komplementäre Informationssignalpaare auf das Ausgangsfaserpaar hinaus verschoben werden, auf einen hohen Leistungspegel. Der Polarisationsstrahl 158 mit hohem Leistungspegel an den Flip-Flop-Hauptspeicherelementen bewirkt, daß von Flip- Flop-Hauptspeicherelementen Informationssignalpaare abgegeben und zu dem entgegengesetzt gerichteten Hologramm im Feld 125 geleitet werden, wo die Signale zurück zu benachbarten Flip-Flop-Nebenspeicherelementen im Paar geleitet werden. Da der Polarisationsstrahl 157 zwischen Zeiten t0 und t1 auf einem niedrigen Leistungspegel liegt, werden die Informationen im Flip-Flop-Hauptspeicherelement zum Flip-Flop-Nebenspeicherelement übertragen. Zusätzlich wird ein Informationssignal vom Flip-Flop-Hauptspeicherelement 134 (R3, C8)M zum Hologramm 125(R3, C8)M geleitet, daß es zum Ausgangsfaserpaar 160(1) umleitet.
  • Nach Abschluß der Informationsübertragung zur Zeit t1 geht das Taktsteuersignal 158 auf einen niedrigen Leistungspegel über. Als Ergebnis wird ein in den Flip- Flop-Nebenspeicherelementen gespeicherte Informationen darstellendes komplementäres Informationssignalpaar zum entgegengesetzt gerichteten Hologramm geleitet, daß das Signal zurück zum benachbarten Flip-Flop-Hauptspeicherelement leitet. Damit werden die Daten vom Flip-Flop- Nebenspeicherelement zum Flip-Flop-Hauptspeicherelement übertragen. Zur Zeit t2 kehrt das Taktsignal 157 auf einen niedrigen Leistungspegel zurück, und das Taktsignal 158 kehrt auf einen hohen Leistungspegel zurück. Die obengenannte Folge wiederholt sich dann, um jedes Informationsbit durch die Schieberegisterzeile hindurch und zum Ausgangsfaserpaar 160(1) zu verschieben. Infolgedessen wird die gewünschte Umwandlung parallel-seriell durchgeführt und die räumlich getrennten Informationen in ein zeitlich getrenntes Format umgewandelt. Wie in Fig. 13 dargestellt, tritt die Zeitrahmengrenze zur Zeit t8 ein. In der Fig. 14 tritt die Zeitrahmengrenze zur Zeit t7 und in Fig. 15 tritt die Zeitrahmengrenze zur Zeit t4 ein. Es sollte offensichtlich sein, daß die nach der Rahmengrenze in der Fig. 15 herausgeschobenen Datenworte dem Zeitrahmen (F-1) entsprechen, da diese Datenworte durch den Verteiler durchgekoppelt wurden, während der Zeitrahmen F, wie beispielshaft in Fig. 13 gezeigt, in die Eingangsschieberegistereinheit 129 eingeladen wurde.
  • Mit jedem Ausgangsfaserpaar wie 160(1) ist eine Gruppe von Ausgangsschieberegisterzeilen wie Zeilen 129R1-129R3 verbunden, die jeweils einen Informationszeitschlitz enthalten. Die Gruppe enthält einen Informationszeitrahmen für die serielle Übertragung zeitlich getrennter Informationen auf dem zugehörigen Ausgangsfaserpaar. Steuertaktsignale 156-159 werden mit der Datenrate des Ausgangsfaserübertragungssystems getaktet, um die Informationssignale von der Endvorrichtung in jeder der freigegebenen Schieberegisterzeilen abzugeben. Die Zeilen in jeder Gruppe werden entweder auf bekannte Weise selbst ständig freigegeben oder unter der Steuerung des Ausgangsfasersystems 190 über den Steuerbus 174. Über den Bus 167 werden von der Steuerschaltung 110 bekannte Takt und Synchronisationssignale zum Ausgangsfasersystem 190 gesandt, um den optischen Koppelnetzbaustein und die optischen Ausgangsträgereinrichtungen 190 zu synchronisieren.
  • Zwischen die Ausgangsschieberegistereinheit 129 und Ausgangsfaserpaare 160(1)-160(N) wird eine Schicht optisch transparenten Abstandshaltematerials 126 gelegt. Das Abstandshaltematerial 126 macht Platz, so daß jedes der Hologrammpaare ein optisches Signalpaar in einem Winkel zur Minimalisierung von Übertragungsverlusten zum zugehörigen Ausgangsfaserpaar leiten kann.
  • Zusammengefaßt kann vom optischen Koppelnetzbaustein 100 optische Kopplung sowohl in Raum- als auch Zeitgetrenntlage vollständig innerhalb einer Koppelstufe und voll im optischen Bereich durchgeführt werden. Dies wird durch Benutzung des Verteilersystems 103 für die räumliche Verteilung der optischen Informationssignalpaare vom Kodiererfeld 102 über alle Zeilen des Dekodiererfeldes 104 erreicht. Seriell empfangene optische Informationen werden in die Zeilen der Eingangsschieberegistereinheit 131 eingeladen. Um die Parallelität dieses Systems auszunutzen, müssen die zu koppelnden Daten den Koppelnetzbaustein in paralleler Form angelegt werden, was dadurch erreicht wird, daß die Eingangsschieberegistereinheit die seriell empfangenen Daten in eine mit einem bestimmten Datenzeitschlitz verbundene Zeile verschiebt. Gleichermaßen wird die umgekehrte Operation in der Ausgangsschieberegistereinheit 129 durchgeführt, in der durch den Verteiler 103 durchgekoppelte Ausgangsinformationen seriell aus den Ausgangsschieberegisterzeilen ausgelesen und seriell auf Ausgangsfaserpaaren 160(1)-160(N) übertragen werden. Mit diesem Ein- und Ausschieben optischer Informationen in den Schieberegistereinheiten kann der Verteiler mit viel niedrigerer Geschwindigkeit als der der ankommenden und abgehenden Daten betrieben werden. Nur die Eingangs- und Ausgangsspeichereinheiten müssen mit der Geschwindigkeit des ankommenden und abgehenden seriellen Bitstroms arbeiten. Vom Eingangssystem 101 wird ein zeitlich getrennter Bitstrom optischer Signale in ein räumlich getrenntes Bitmuster umgewandelt. Die Informationen werden dann unter Benutzung entsprechender Kodierer- und Dekodiererfelder 102 und 104 unter Steuerung der Koppelnetzbaustein-Steuerschaltung 110 parallel durch den Verteiler zum Ausgangssystem 105 durchgekoppelt. So können die Daten in einem beliebigen Zeitschlitz auf einer Eingangsfaser zu jedem beliebigen anderen Zeitschlitz auf jeder Ausgangsfaser gekoppelt werden und damit sowohl Zeit- als auch Raum-Getrenntlagekopplung durchgeführt werden.

Claims (7)

1. Optischer Koppelnetzbaustein mit einem Feld (102) optischer Senderelemente, einem Feld (104) optischer Empfängerelemente, einem optischen Verteiler (103) zum Leiten von Licht von dem Feld von Senderelementen zum Feld von Empfängerelementen, wobei die Felder zweidimensionale Felder sind, die Elemente in sich in einer X-Richtung erstreckenden Zeilen und sich in einer Y-Richtung erstreckenden Spalten angeordnet sind, und einer optischen Quelle (150(1), 151(1)) zum Leiten von Licht von dem Feld von Senderelementen zum Feld von Empfängerelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der Felder gezielt zeilenweise ansteuerbar sind, und daß der Verteiler Fokussiermittel (501, 504, 506) mit unterschiedlichen Fokussiereigenschaften in den X- und Y- Richtungen umfaßt, so daß die Felder in bezug auf die Fokussierung in der X-Richtung in entsprechenden zugeordneten Ebenen des Verteilers liegen, während das Feld von Empfängerelementen in bezug auf die Fokussierung in der Y-Richtung in einer Fokalebene des Verteilers liegt, wodurch als Ergebnis Licht von einem beliebigen der Elemente in einer beliebigen der Spalten des Feldes von Senderelementen über alle Elemente in einer entsprechenden Spalte des Feldes von Empfängerelementen verteilt wird und auf diese Weise die Information von einer beliebigen Zeile von Senderelementen gezielt zu einer oder mehr als einer beliebigen der Zeilen von Empfängerelementen übertragen wird.
2. Koppelnetzbaustein nach Anspruch 1, mit einem optischen Eingabesystem (101) mit einer optischen Schieberegistereinheit (131), die zum Empfang von optischen Signalen von einer Mehrzahl von seriellen optischen Signaleingangskanälen (150) zum räumlichen Trennen der seriellen optischen Signale angeordnet ist, und einem Eingangsspeicherelementfeld (132), das in Zeilen und Spalten entsprechend denen des Feldes von Senderelementen für den Empfang und die Speicherung der räumlich getrennten Signale und zum Anlegen derselben an das besagte Feld von Senderelementen angeordnet ist.
3. Koppelnetzbaustein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Eingangskanäle eindeutig eine oder mehrere Zeilen des Eingangsspeicherelementfeldes zugewiesen ist.
4. Koppelnetzbaustein nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einem oder mehreren der Eingangskanäle eine Mehrzahl von Zeilen des Eingangsspeicherfeldes zugewiesen ist, wobei die besagten Zeilen unterschiedlichen Zeitschlitzen entsprechen.
5. Koppelnetzbaustein nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, mit einem optischen Ausgangssystem (105) mit einem Ausgangsspeicherelementfeld (133), das in Zeilen und Spalten entsprechend denen des Feldes von Empfängerelementen zur Speicherung von Signalen von dem Feld von Empfängerelementen angeordnet ist, und einer Ausgangsschieberegistereinheit (129), die zum seriellen Verschieben von in dem Ausgangsspeicherelementfeld gespeicherten Signalen in eine Mehrzahl von seriellen optischen Signalausgangskanälen (160) angeordnet ist.
6. Koppelnetzbaustein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Ausgangskanäle eindeutig eine oder mehrere Zeilen des Ausgangsspeicherelementfeldes zugewiesen ist.
7. Koppelnetzbaustein nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einem oder mehreren der Ausgangskanäle eine Mehrzahl von Zeilen des Ausgangsspeicherelementfeldes zugewiesen ist, wobei die besagten Zeilen unterschiedlichen Zeitschlitzen entsprechen.
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