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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Demodulator, der in
einem optischen Mehrkanal-Kommunikationssystem verwendet wird.
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Herkömmlicherweise verwendet ein optischer Demodulator für die optische
Kommunikation im allgemeinen eine Lawinen-Photodiode mit einem
Hochgeschwindigkeitsansprechverhalten. Die maximale Betriebsfrequenz der
Lawinen-Photodiode in der Antwort beträgt mehrere zehn GHz.
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US-A-4 856 094 offenbart einen Demodulator-Abwärtsumsetzer zum
Wiederherstellen von Informationen aus einem mikrowellenmodulierten optischen
Trägersignal, der ein optisches Mikrowellensignal durch Umsetzen des Signals
von seiner optischen in die elektrische Form demoduliert und das sich ergebende
demodulierte elektrische Signal zu einer niedrigeren Frequenz verschiebt. Hierzu
wird ein lichtempfindlicher Einzelgate-Feldeffekttransistor (OPFET) mit drei
Elektroden verwendet, der gleichzeitig die Demodulationsfunktion und die
Abwärtsumsetzungsfunktion ausführt. Daher ist dieser Demodulator sehr
wirtschaftlich und effizient. Die Verwendung der drei Anschlußelemente gibt
jedoch Anlaß zu einer großen parasitären Kapazität, so daß Betriebsfrequenzen
von mehreren zehn THz für dieses Verfahren nicht zugänglich sind.
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Da jedoch die optische Kommunikation bei der Demodulation ein Potential bis zu
mehreren zehn THz besitzt, kann, falls die Mehrkanalfähigkeit nicht bis zur
Demodulation von mehreren zehn THz verwendet wird, nicht gesagt werden, daß
die Vorteile der optischen Kommunikation, bei der Licht als Träger verwendet
wird, nicht ausreichend vorliegen.
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In diesem Zusammenhang hat eine herkömmliche Technik die Vorteile der
optischen Kommunikation nicht ausreichend genutzt, so daß die Entwicklung
eines optischen Demodulators erwünscht gewesen ist, der mit einer Frequenz
arbeitet, die mehrere zehn GHz übersteigt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen optischen Demodulator zu schaffen, der
ein optisches Signal demodulieren kann, das durch eine Mikrowelle-
Submillimeterwelle moduliert ist, die eine elektromagnetische Welle ist, deren
Frequenz mehrere zehn GHz übersteigt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Demodulator nach Anspruch 1.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
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So wird ein optischer Demodulator geschaffen, der eine Halbleiterdiode wie etwa
eine GaAs-Schottky-Diode als ein nichtlineares Element enthält, das sowohl auf
Licht- als auch auf Mikrowellen-Submillimeterwellen (Strahlung im fernen
Infrarot) antwortet, wobei ein optisches Signal, das durch eine modulierende
Welle moduliert ist, in der ein Unterträger, der aus der Mikrowelle-
Submillimeterwelle besteht, durch eine Signalwelle moduliert ist, und ein
Hilfsoszillationssignal, das aus einer Mikrowelle-Submillimeterwelle mit der
gleichen Frequenz wie der Unterträger besteht, in die Halbleiterdiode
eingegeben werden, um die Signalwelle durch ein heterodynes System zu holen.
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Das optische Signal wird unter Verwendung einer Lichtleitfaser oder dergleichen
direkt auf die Halbleiterdiode gestrahlt. Das Hilfsoszillationssignal wird in die
Halbleiterdiode über eine Leitung oder dergleichen eingegeben, die ein
Dielektrikum verwendet, etwa ein Wellenleiter, eine Mikrostreifenleitung oder
dergleichen.
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Wenn das optische Signal auf die Halbleiterdiode gestrahlt wird, fließt aufgrund
optischer Leitungseffekte durch die Halbleiterdiode ein elektrischer Strom,
dessen Frequenz gleich derjenigen der modulierten Welle ist. Wenn das
Hilfsosziallationssignal in die Halbleiterdiode eingegeben wird, fließt gleichzeitig
aufgrund der Spannung des Hilfsoszillationssignals durch die Halbleiterdiode ein
elektrischer Strom, dessen Frequenz gleich derjenigen des Unterträgers ist.
Durch die Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie der Halbleiterdiode
fließt durch die Halbleiterdiode ein elektrischer Strom, d. h. eine Signalwelle mit
einer Differenzfrequenz zwischen der modulierten Welle und dem Unterträger.
Dies stellt eine Demodulation oder Erfassung des optischen Signals aufgrund
eines heterodynen Systems dar.
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In der obigen Anordnung der Erfindung ist es möglich, das optische Signal zu
demodulieren, das durch eine elektromagnetische Welle moduliert ist, deren
Frequenz diejenige der Mikrowelle-Submillimeterwelle, d. h. mehrere zehn GHz,
übersteigt.
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Wie oben beschrieben worden ist, ist es in dem optischen Demodulator der
Erfindung möglich, das optische Signal zu demodulieren, das durch die
Mikrowelle-Submillimeterwelle moduliert ist, die eine elektromagnetische Welle
ist, deren Frequenz mehrere zehn GHz übersteigt. Daher ist es möglich, die
Vorteile der optischen Kommunikation, die Licht als Träger verwendet,
ausreichend zu entfalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine erste Ausführung des optischen
Demodulators gemäß der Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die eine Strom-Spannungs-Kennlinie einer
GaAs-Schottky-Diode, die einer der Halbleiterdioden ist, zeigt; und
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Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Ausführung der Erfindung
zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGEN
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Im folgenden werden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung verschiedene
Ausführungen der Erfindung im einzelnen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine erste Ausführung eines optischen
Demodulators gemäß der Erfindung zeigt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine
Wellenleiterschaltung, an der ein Rückseitenkurzschluß (= "back short"), d. h.
eine variable Kurzschlußplatte 2, angebracht ist. Das Bezugszeichen 3
bezeichnet eine Halbleiterdiode, die in der Wellenleiterschaltung 1 enthalten ist
und die einen Energiepegel besitzt, derart, daß bei Einstrahlung eines optischen
Signals eine optisch bewirkte Stromleitung erzeugt wird. Ferner besitzt eine
Strom-Spannungs-Kennlinie der Halbleiterdiode 3 in Kombination ein
Hochgeschwindigkeitsverhalten, das auf eine Mikrowelle-Submillimeterwelle
ansprechen kann. Genauer antwortet die Halbleiterdiode 3 auf die
Mikrowelle-Submillimeterwelle (Strahlung im fernen Infrarot), die Lichtwellen und
elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz sind, die mehrere zehn GHz
übersteigt, wobei ihre Prinzipien voneinander verschieden sind. Das
Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Koaxialleitung.
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Die Ausführung der Erfindung ist wie oben beschrieben konstruiert. Wenn daher
das optische Signal, das durch eine modulierende Welle (Frequenz: fm + f)
moduliert wird, die in der Weise gebildet ist, daß der Unterträger, der aus der
Mikrowelle (Frequenz: fm) besteht, durch eine Signalwelle (Frequenz: f)
moduliert wird, auf die Halbleiterdiode 3 über eine Lichtleitfaser oder dergleichen
gestrahlt wird, fließt aufgrund optischer Leitungseffekte durch die Halbleiterdiode
3 ein Strom iS, dessen Frequenz durch fm + f gegeben ist.
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Wenn andererseits gleichzeitig durch die Wellenleiterschaltung 1 in die
Halbleiterdiode 3 ein Hilfsoszillationssignal, das aus der Mikrowelle besteht,
deren Frequenz durch fm gegeben ist, eingegeben wird, fließt durch die
Halbleiterdiode 3 aufgrund der Spannung des Hilfsoszillationssignals ein Strom
iL, dessen Frequenz durch fm gegeben ist.
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Aufgrund der Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie der Halbleiterdiode
3 fließt durch die Halbleiterdiode 3 ein Strom IF (Zwischenfrequenz) mit einer
Differenzfrequenz f zwischen der modulierten Welle und dem
Hilfsoszillationssignal, d. h. eine Signalwelle. Dies stellt die Demodulation (Erfassung) des
optischen Signals aufgrund des heterodynen Systems dar. Die Signalwelle kann
über die Koaxialleitung 4 und dergleichen durch einen Diodenladeteil der
Wellenleiterschaltung 1 nach außen gezogen oder geholt werden.
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Fig. 2 ist ein Graph, der eine Strom-Spannungs-Kennlinie einer GaAs-Schottky-
Diode zeigt, die eine der Halbleiterdioden 3 bildet. In Fig. 2 gibt "vorhanden" und
"fehlt" das Vorhandensein bzw. Fehlen einer Bestrahlung mit He-Ne-Laserlicht
an. Der in Fig. 2 gezeigte Graph gibt an, daß sich die Kennlinie in Abhängigkeit
vom Vorhandensein oder Fehlen der Laserlichtstrahlung ändert. Daraus wird
deutlich, daß aufgrund der Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie der
GaAs-Schottky-Diode ein IF-Ausgangssignal erzeugt wird.
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Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Ausführung der Erfindung
zeigt. Die Anordnung ist so beschaffen, daß eine Mikrostreifenleitung 6 und eine
Halbleiterdiode 3 sowie eine Mikrostreifenleitung 7 auf einem Halbleitersubstrat 5
gebildet sind, wobei auf die Halbleiterdiode 3 ein optisches Signal gestrahlt wird
und gleichzeitig in die Halbleiterdiode 3 über die Mikrostreifenleitung 6 ein
Hilfsoszillationssignal, das eine Mikrowelle ist, eingegeben wird und aus der
Mikrostreifenleitung 7 ein IF-Signal abgerufen wird.