DE69737206T2

DE69737206T2 - Optisches Sender- und Empfangssystem

Info

Publication number: DE69737206T2
Application number: DE69737206T
Authority: DE
Inventors: Allan Benny Isaacs GREENE
Original assignee: Electro Optic Systems Pty Ltd
Current assignee: Electro Optic Systems Pty Ltd
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2017-11-29
Also published as: EP0950294B1; EP0950294A1; EP0950294A4; WO1998024197A1; US6272274B1; AUPO390196A0; DE69737206D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf ein optisches Sende- und Empfangssystem zur Verwendung bei der bidirektionalen Übertragung in einem gemeinsamen Übertragungsmedium. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich ein gemeinsames Übertragungsmedium auf ein gemeinsames Volumen eines beliebigen geeigneten Mediums, wie beispielsweise Luft, Raum oder eine optische Faser, welches zum gleichzeitigen Übertragen von sich in entgegengesetzten Richtungen bewegenden, optischen Signalen verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Bei vielen optischen Anwendungen ist es wünschenswert, für sich in entgegengesetzten Richtungen bewegende Signale den gleichen optischen Weg zu verwenden. Die aus dieser Auslegung hervorgehenden Vorteile schließen eine Verringerung des Ausmaßes der erforderlichen, optischen Ausrichtung ein und dort, wo der Weg durch ein bestimmtes Medium, wie beispielsweise eine optische Faser, verläuft, eine Verringerung der Menge des benötigten Mediums.
Frühere Versuche zum Erzielen einer bidirektionalen Übertragung von optischen Signalen haben Laserquellen verwendet, die durch teilweise reflektierende Spiegel oder im Fall der Übertragung durch optische Fasern durch Richtungskoppler arbeiten. In beiden Fällen haben die Verluste, die durch die Verwendung der teilweise reflektierenden Spiegel bzw. der Richtungskoppler aufgetreten sind, die Betriebseffizienz gemindert.
Das U.S. Patent Nr. 4,551,829 offenbart ein System zur bidirektionalen Übertragung über eine optische Faser. Das System verwendet einen dichroitischen Koppler und einen optischen Schalter, um Signale von einer optischen Faser zum Übertragen über eine einzelne Faser zu koppeln bzw. um von der einzelnen Faser empfangene Signale zu einer zweiten optischen Faser zu entkoppeln. Die Anordnung des Kopplers und des optischen Schalters ist gekoppelt und kann Verluste nach sich ziehen, welche die Betriebseffizienz mindern.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes optisches Sende- und Empfangssystem und ein verbessertes Verfahren für die bidirektionale Übertragung von optischen Signalen in einem gemeinsamen Übertragungsmedium vorzusehen.
Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung ein optisches Sende- und Empfangssystem für ein bidirektionales Übertragungssystem vor, welches ein gemeinsames Übertragungsmedium verwendet, wobei das Sende- und Empfangssystem eine Quelle für Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge und Intensität einschließt, wobei zwischen der Quelle und dem gemeinsamen Übertragungsmedium selektiv reflektierende Mittel angeordnet sind, um Strahlung der ersten Wellenlänge von der Quelle durchzulassen und Strahlung einer zweiten Wellenlänge, die sich in zur Strahlung von der Quelle entgegengesetzter Richtung bewegt, in Richtung eines Ziels zu reflektieren, dadurch gekennzeichnet, dass das System nichtlineare Mittel einschließt, die zwischen den selektiv reflektierenden Mitteln und dem gemeinsamen Übertragungsmedium angeordnet sind, wobei die nichtlinearen Mittel derart auf Strahlung mit der ersten Wellenlänge und mit oder über einer ersten ausgewählten Intensität ansprechen, dass sie Strahlung der zweiten Wellenlänge emittieren, wobei die nichtlinearen Mittel die einfallende Strahlung der zweiten Wellenlänge mit weniger als einer zweiten ausgewählten Intensität, die von dem gemeinsamen Übertragungsmedium empfangen worden ist, transmittieren.
Vorzugsweise sind die nichtlinearen Mittel ein optischer parametrischer Oszillator (OPO). Das aktive Material eines solchen Oszillators kann derart ausgewählt sein, dass es eine Schwellenwertintensität für eintretende Strahlung aufweist, unter welcher die Umwandlung in die andere Wellenlänge im Wesentlichen nicht vorkommt.
Das optische Sende- und Empfangssystem dieser Erfindung findet insbesondere bei faseroptischen Kommunikationssystemen Verwendung. Die von den nichtlinearen Mitteln bei der zweiten Frequenz erzeugte Strahlung wird in eine optische Faser ausgesendet. Am anderen Ende einer typischen Faser ist das Signal viel schwächer und fällt die Intensität geringer aus als der ausgewählte Betriebsschwellenwert der nichtlinearen Vorrichtung. Das Signal bewegt sich daher durch die nichtlineare Vorrichtung und wird zu der Detektiervorrichtung reflektiert.
Vorzugsweise schließen die selektiv reflektierenden Mittel einen dichroitischen Spiegel ein, der die Strahlung der zweiten Wellenlänge zu einem Ziel in Form einer geeigneten Detektiervorrichtung reflektiert.
Das optische Sende- und Empfangssystem schließt vorzugsweise ferner Mittel ein, um die von den nichtlinearen Mitteln zum Übertragen durch ein Medium zu einem ähnlichen optischen Sende- und Empfangssystem emittierte Strahlung einer zweiten Wellenlänge auszusenden, und Mittel, um ein optisches Signal vom optischen Sende- und Empfangssystem durch die nichtlinearen Mittel zu den reflektierenden Mittel zu lenken.
Das zum Übertragen verwendete Medium kann ein beliebiges geeignetes, wellenleitendes Mittel sein, wie beispielsweise Luft, Raum oder eine optische Faser. Falls erforderlich kann für die von den nichtlinearen Mitteln emittierte Strahlung der zweiten Wellenlänge eine einstellbare Dämpfung vorgesehen sein, um es zu erlauben, dass der Intensitätspegel des optischen Signals, welches das optische Sende- und Empfangssystem erreicht, unter die ausgewählte Intensität verringert werden kann.
Vorzugsweise ist die Laserquelle ein Nd:YAG-Laser, der bei 1,06 μm arbeitet. Die nichtlinearen Mittel wandeln die Laseremission in 1,54 μm um. In dieser Form ermöglicht die Erfindung eine Freiraum-Laserkommunikation bei einer augensicheren Frequenz von 1,54 μm, die im gleichen Raum bidirektional arbeitet. Dies weist den erheblichen Vorteil auf, dass der Bedarf nach Ausrichtung von mehrfachen optischen Öffnungen vermieden wird.
Lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung wird nun eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegende Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines Laserkommunikationssystems, welches das optische Sende- und Empfangssystem gemäß dieser Erfindung einschließt.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Zeichnung umfasst das Laserkommunikationssystem 1 zwei optische Sende- und Empfangssysteme 2, die jeweils Signale zum Übertragen durch ein Medium 3 aussenden. Jedes der Systeme 2 umfasst einen Nd:YAG-Laser 4, der von einer Blitzlampe oder einer Laserdiode auf herkömmliche Weise gepumpt wird, um bei einer Wellenlänge von 1,06 μm eine Laseremission zu erzeugen. Zwischen dem Laser 4 und einer nichtlinearen optischen Vorrichtung 6 in der Form eines OPO ist ein dichroitischer Spiegel 5 angeordnet. Der dichroitische Spiegel 5 lässt Strahlung bei Wellenlängen von ungefähr 1,06 μm hindurch, ist bei Wellenlängen von ungefähr 1,5 μm hingegen hoch reflektierend. Die vom Laser 4 emittierte Laserstrahlung tritt durch den dichroitischen Spiegel 5 zum OPO 6 hindurch. Die Intensität der einfallenden Laserstrahlung liegt über der Schwellenwertintensität des OPO, der die einfallende Strahlung in Strahlung bei einer Wellenlänge von 1,54 μm umwandelt, um sie in das Übertragungsmedium 3 auszusenden. Zum Aussenden des optischen Signals zur Übertragung kann gemäß dem Typ von Medium jede geeignete Form von optischer Faser verwendet werden.
Die von jedem der optischen Sende- und Empfangssysteme 2 durch das Medium übertragenen Signale bewegen sich entlang des gleichen optischen Wegs und werden daher vom jeweils anderen der optischen Sende- und Empfangssysteme empfangen. Falls die Aussendungsintensität des Signals in geeigneter Weise ausgewählt worden ist, verringert die Übertragung des Signals durch das Medium die Strahlungsintensität unter den Betriebsschwellenwert des OPO. In jedem Fall tritt daher das eingehende optische Signal im Wesentlichen unverändert durch den OPO hindurch und wird vom dichroitischen Spiegel 5 zu einer Detektiervorrichtung 7 reflektiert. Es wird deutlich, dass ein praktisches Laserübertragungssystem ein jedem Laser 4 zugeordnetes, geeignetes Moduliergerät und ein jeder Detektiervorrichtung 7 zugeordnetes, geeignetes Demoduliergerät einschließen würde.

Claims

Optisches Sende- und Empfangssystem (2) für ein bidirektionales Übertragungssystem (1), welches ein gemeinsames Übertragungsmedium (3) verwendet, wobei das Sende- und Empfangssystem (2) eine Quelle (4) für Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge einschließt, wobei zwischen der Quelle (4) und dem gemeinsamen Übertragungsmedium (3) selektiv reflektierende Mittel (5) angeordnet sind, um Strahlung der ersten Wellenlänge von der Quelle durchzulassen und Strahlung einer zweiten Wellenlänge, die sich in zur Strahlung von der Quelle (4) entgegengesetzter Richtung bewegt, in Richtung eines Ziels (7) zu reflektieren, dadurch gekennzeichnet, dass das System (2) nichtlineare Mittel (6) einschließt, die zwischen den selektiv reflektierenden Mitteln (5) und dem gemeinsamen Übertragungsmedium (3) angeordnet sind, wobei die nichtlinearen Mittel (6) derart auf Strahlung mit der ersten Wellenlänge und mit oder über einer ersten ausgewählten Intensität ansprechen, dass sie Strahlung der zweiten Wellenlänge emittieren, wobei die nichtlinearen Mittel dazu geeignet sind, einfallende Strahlung der zweiten Wellenlänge mit weniger als einer zweiten ausgewählten Intensität, die von dem gemeinsamen Übertragungsmedium (3) empfangen worden ist, zu transmittieren.
Optisches Sende- und Empfangssystem gemäß Anspruch 1, bei welchem die nichtlinearen Mittel ein optischer parametrischer Oszillator (6) sind.
Optisches Sende- und Empfangssystem gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem die selektiv reflektierenden Mittel ein dichroitischer Spiegel (5) sind.
Optisches Sende- und Empfangssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das gemeinsame Übertragungsmedium eine optische Faser (3) ist.
Optisches Sende- und Empfangssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welches ferner Mittel einschließt, um die von der nichtlinearen Vorrichtung emittierte Strahlung der zweiten Wellenlänge selektiv zu dämpfen.
Optisches Sende- und Empfangssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die zweite Wellenlänge eine augensichere Wellenlänge ist.
Optisches Sende- und Empfangssystem gemäß Anspruch 6, bei welchem die zweite Wellenlänge ungefähr 1,54 μm beträgt.
Optisches Sende- und Empfangssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Quelle ein Nd:YAG-Laser (4) ist, der bei einer Wellenlänge von ungefähr 1,06 μm arbeitet.
Laserkommunikationssystem (1), welches zwei optische Sende- und Empfangssysteme (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 einschließt.
Verfahren zum Senden und Empfangen optischer Signale in einem bidirektionalen Übertragungssystem (1), welches ein gemeinsames Übertragungsmedium (3) verwendet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, gemäß welchen Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge von einer Quelle (4) durch selektiv reflektierende Mittel (5) geleitet wird, die zwischen der Quelle und dem gemeinsamen Übertragungsmedium (3) angeordnet sind, wobei die selektiv reflektierenden Mittel Strahlung der ersten Wellenlänge von der Quelle (4) durchlassen und Strahlung einer zweiten Wellenlänge, die sich in zur Strahlung von der Quelle (4) entgegengesetzter Richtung bewegt, in Richtung eines Ziels (7) reflektieren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den selektiv reflektierenden Mitteln (5) und dem gemeinsamen Übertragungsmedium (3) nichtlineare Mittel (6) angeordnet sind, wobei die nichtlinearen Mittel (6) derart auf Strahlung mit der ersten Wellenlänge und mit oder über einer ersten ausgewählten Intensität ansprechen, dass sie Strahlung einer zweiten Wellenlänge zum Übertragen durch das Medium (3) emittieren, und derart ansprechen, dass sie Strahlung der zweiten Wellenlänge mit weniger als einer zweiten ausgewählten Intensität, die von dem gemeinsamen Übertragungsmedium (3) empfangen worden ist, transmittieren.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei welchem die nichtlinearen Mittel ein optischer parametrischer Oszillator (6) sind.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei welchem die selektiv reflektierenden Mittel ein dichroitischer Spiegel (5) sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem das gemeinsame Übertragungsmedium eine optische Faser (3) ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, welches ferner das selektive Dämpfen der von der nichtlinearen Vorrichtung emittierten Strahlung der zweiten Wellenlänge einschließt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei welchem die zweite Wellenlänge eine augensichere Wellenlänge ist.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei welchem die zweite Wellenlänge ungefähr 1,54 μm beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, bei welchem die Quelle ein Nd:YAG-Laser (4) ist, der bei einer Wellenlänge von ungefähr 1,06 μm arbeitet.