NL8304463A - Optische koppelinrichting met draaiende koppeling. - Google Patents

Description

83A014 CZZJ'

Korte aanduiding: Optische koppelinrichting met draaiende koppeling.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een optische koppelinrichting met draaiende koppeling, die toestaat om optische overdracht te verkrijgen tussen stellen ontvang- en/of zendorganen die resp. zijn be-5 vestigd aan: een vast gestel en aan een gestel dat met een draaiende beweging ten opzichte van een as wordt aangedreven.

Bij wijze van nietbeperkend voorbeeld kan worden verwezen naar de uitwisseling van gegevens tussen een centrale gegevensfcehandelingseenheid en randeenheden die verbonden zijn met een draaiende antenne van bepaalde 10 soorten van radar.

De uitwisselingen kunnen van de één- of tweerichtingssoort zijn en gebeuren, volgens de voorgestelde toepassing, langs een enkel kanaal eventueel door gebruikmaking van multiplex technieken, of daarentegen over verschillende afzonderlijke kanalen.

15 Behalve verbindingen langs optische weg kan een verbindingskanaal eventueel andere soorten van verbindingen verzekeren: b.v. de overdracht van elektrische kanalen via een coaxiaal kabel of een golfgeleider.

Tenslotte is het noodzakelijk om de aan het draaiende gestel bevestigde eenheden met elektrische energie te voeden. Deze voeding gebeurt 20 met behulp van kabels die over het algemeen sterke stromen transporteren die van het verbindingskanaal gebruik maken.

Het is daardoor nodig om collectors met draaiende ringen of soortgelijke inrichtingen aan te brengen voor het verzekeren van de elektrische continuïteit tussen de vaste en de draaiende delen.

25 Behalve andere voordelen die aan optische verbindingen eigen zijn, in het bijzonder het grote overdrachtsdebiet dat zij toestaan, rechtvaardigen de zojuist beschreven inrichtingen en karakteristieken de toevlucht tot dit soort van verbindingen, daar zij bovendien toestaan om grotendeels 83 0 4 4 6 3 ί 1 \ 83Α014 - 2 - te ontsnappen aan de onvermijdelijke parasitaire verschijnselen van elektromagnetische soort, b.v. die welke veroorzaakt worden door het "vonken of spatten" van collectors met draaiende ring.

Meer in het bijzonder vinden deze optische verbindingen plaats met ί 5 behulp van optische vezels die met een draaiende koppeling onderling zijn gekoppeld. Over het algemeen omvat deze soort van inrichting twee doppen die ten opzichte van elkaar, om een as draaien, waarbij elke dop een optische vezel of een bundel optische vezels opsluit die met de einden tegen elkaar zijn geplaatst, welke vezels een voortplantingsas hebben die 10 aan hun te koppelen einden met de rotatieas samenvalt.

Deze inrichting is niet vrij van bezwaren. Het is in feite nodig om de uitrichting van de twee te koppelen vezels of vezelbundels met grote nauwkeurigheid te verzekeren, onafhankelijk van de relatieve standen van de twee doppen om de rotatieas. Het is in feite van overheersend belang om 15 een optische kwaliteitskoppeling te verzekeren teneinde de overdrachts-verliezen maximaal te beperken. Hieruit volgt, dat de graad van nauwkeurigheid in de vervaardigingstoleranties van de mechanische delen in de orde van grootte van de micrometer is, in het bijzonder voor de verbindingen van monomode optische vezels. De moeilijkheid wordt vergroot wanneer het 20 hier draaiende delen betreft, daar de begrippen slijtage en mechanische speling moeten worden ingevoerd om rekening te houden met de ontwikkeling van toleranties na verloop van tijd.

Tenslotte kan het doelmatig zijn om het axiale gebied van het ver-bindingskanaal vrij te laten om juist het totstandkomen van de genoemde 25 andere soorten van verbindingen mogelijk te maken.

De uitvinding stelt zich ten doel om aan deze behoeften te voldoen en verschaft een draaiende, optische koppelinrichting die de verbindingen van optische soort verzekert door middel van een of meer stralenbundels die evenwijdig zijn aan ringvormige secties welke het axiale gebied vrijlaten 30 voor andere gebruiken en een vergroting van de mechanische toleranties toestaan.

De uitvinding betreft daardoor een optische koppelinrichting voorzien van twee doppen die mechanisch zijn gekoppeld door een koppeling welke om een rotatieas draaibaar is, met het kenmerk, dat deze tenminste 35 omvat: - opto-elektronische middelen voor het opwekken van tenminste een overdrachtsbundel met evenwijdige stralen en met ringvormige doorsnede die zich voortplant volgens een as loodrecht op de rotatieas; - een eerste spiegelvlak dat aan een eerste dop is bevestigd en 8304463 < * t 83A014 - 3 - helt met een hoek van^/2 radialen welke in totaal tenminste één over-drachtsbundel opvangt en deze opnieuw uitzendt naar de tweede dop volgens een richting evenwijdig aan de voortplantingsas, zodanig dat de optische koppeling totstand wordt gebracht; 5 - een tweede spiegelvlak dat aan de tweede dop is bevestigd en helt

over een hoek van ^/4 radialen ten opzichte van de rotatieas welke I

deze bundel in zijn totaliteit opvangt en deze opnieuw uitzendt volgens een richting loodrecht op de rotatieas; - en opto-elektronische middelen voor het opvangen en detecteren 10 van deze bundel, en dat de draaiende koppeling een opening omvat die gecentreerd is op de rotatieas waarvan de minimum afmeting groter is dan de grootste buitendiameter van de opgewekte overdrachtsbundels.

Andere eigenschappen en voordelen van de uitvinding zullen duidelijker 15 naar voren treden aan de hand van de onderstaande beschrijving ai de bijgaande figuren, waarin:

Fig.1 schematisch een eerste uitvoeringsvariant toont van een optische koppelinrichting met draaibare koppeling volgens de uitvinding.

Deze inrichting omvat twee doppen 1 en 2, die ten opzichte van 20 elkaar draaibaar zijn om een as Λ .Er zal eenvoudigheidshalve in het onderstaande willekeurig worden verondersteld, dat de dop 1 vast in de ruimte is, b.v. aan het gestel van een installatie is bevestigd.

De dop 2 is dan bevestigd aan een draaiend gestel, b.v. een draaiende antenne wanneer het een radarinstallatie betreft.

25 De twee doppen 1 en 2 zijn mechanisch op gebruikelijke wijze gekop peld met behulp van een draaiende koppeling 3 of een soortgelijk orgaan.

Deze inrichtingen zijn gemeenschappelijk voor het grootste deel van de inrichtingen met draaiende koppeling volgens de bekende stand van de techniek.

30 Een van de hoofdkenmerken van de inrichting volgens de uitvinding is dat de overdracht langs optische weg tussen de twee doppen 1 en 2 gebeurt door middel van een bundel Ffc van evenwijdige stralen met ringvormige doorsnede waarvan de symmetrieas samenvalt met de rotatieas Λ .

De bundel heeft daardoor de vorm van een licht "buis" met een inwendige 35 straal en een uitwendige straal Re-

Ter hoogte van de koppeling 3 is de enige voorwaarde die moet worden aangehouden dat hij is voorzien van een opening 30 welke gecentreerd is op de as A en afmetingen heeft die groter zijn dan de buitenmiddellijn van de ringvormige bundel R

83 0 4.4 6 3

* V

83A014 - 4 -

De inrichting omvat eveneens, volgens een belangrijk kenmerk de vlakke spiegels en die resp. zijn aangebracht in de doppen 1 en 2 en hellen over een hoek gelijk aan TtY4 radialen ten opzichte van de rotatieas Δ , zodanig dat de overdrachtsbundel F wordt gebogen volgens 5 twee assen Λ ^ en Δ 2, die loodrecht staan op de as Δ .

Qnuhet axiale gebied vrij te laten omvatten de spiegels volgens een doelmatige uitvoering van de uitvinding elk een middenopening 10 en 20.

De uitsteeksels aan de middenopeningen 10 en 20 op een vlak loodrecht op de as Δ moeten worden ingeschreven in een cirkel met een straal 10 die hoogstens gelijk is aan de straal R^. (¾) dezelfde wijze warden de afmetingen van de spiegels bepaald voor het opvangen van de totale bundel F^. Op praktische wijze zijn de spiegels bij voorkeur van een ringvormige constructie voorzien.

Voor het voltooien van dit samenstel is het noodzakelijk om ten-15 minste ter hoogte vamde organen voor het uitzenden van lichtenergie, wanneer het één richtingsoverdracht betreft, een optisch element aan te brengen dat de opwekking toestaat van een bundel met evenwijdige stralen en ringvormige doorsnede uitgaande van de door de bron uitgezonden bundel.

Voor de bedoelde toepassingen van overdracht langs optische weg 20 worden over het algemeen laserbronnen toegepast, die hetzij een bundel met evenwijdige stralen van ringvormige doorsnede uit zenden, zoals het geval is van laserbronnen met gas, hetzij een divergerende bundel, zoals het geval is voor een laserbron met halfgeleider of voor het uitgangsvlak van een optische vezel. Deze optische elementen voor de omzetting van de bun-25 del zijn in fig.1 aangegeven met de verwijzingen 11 en 21.

Cm de gedachten vast te leggen wordt verondersteld, dat de optische verbinding van de één-richtingssoort is tussen een zendorgaan 12, dat in het vaste deel 1 van de installatie is aangebracht en een ontvangorgaan 22, in het beweegbare deel 2. Er wordt eveneens verondersteld, dat op 30 praktische wijze de tussenverbindingen met behulp van de optische vezels resp. f^ en f2 zijn uitgevoerd tussen enerzijds de zender 12 en het optische element 11 en, anderzijds de ontvanger 22 en het optische element 21.

Bij het in fig.1 weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn de optische elementen 11 en 21 bestemd voor het omzetten van een bundel evenwijdige 35 stralen met ringvormige doorsnede in een bundel evenwijdige stralen met cirkelvormige doorsnede, of omgekeerd.

Op klassieke wijze is eveneens voorzien in het omzetten van de divergerende bundel aan de uitgang van de optische vezel f^ j_n een cilindrische bundel met behulp van een lens of een lenzenstelsel dat met L.

8 3 0 4 4 δ 3 • * * 83A014 - 5 - wordt aangeduid. Op dezelfde wijze is de cilindrische bundel aan de uitgang van het optische element 11 gefocusseerd op het ingangsvlak van de vezel f^ met behulp van een tweede lens of van een tweede lenzenstelsel dat met wordt aangeduid.

5· Een vereenvoudigde uitvoering van de optische elementen 11 ai 21 zou bestaan uit een enkel diafragma met de straal R^ welke het middengebied afdekt van de cilindrische bundel. In de praktijk kan deze constructie niet warden toegepast, daar hij energieverliezen veroorzaakt die evenredig zijn met de verhouding van de af geschermde oppervlakken van de doorsneden en 10 door de bundel warden overgedragen. Bovendien is het noodzakelijk om een bundelvergroter aan te brengen, zodanig dat de invallende bundels een doorsnede hebben met een bui tendiameter gelijk aan 2 R^.

Een uitvoeringsvoorbeeld van een optisch omzetterelement van de bundel volgens een eerste benadering, welke binnen het kader van de uit-15 vinding geschikt kan zijl, is in fig.2 weergegeven. Het betreft hier een optisch element dat bekend staat onder de aanduiding van "axicon".

Cm de gedachten vast te leggen wordt verondersteld, dat het hier het element betreft van fig.1, waarbij het element 21 identiek kan zijn.

Het axicon 11 omvat een kegel 111 en een spiegel 110 gevormd door 20 een stuk met omwentelingssymmetrie waarvan de binnenwand 1100 weerkaatsend is voor de golflengte van de bundel die door de laserbron 12 wordt uitgezonden.

De kegel 111 en de spiegel 110 vallen met hun omwentelingsassen samen met de as h, 1.

25 De hellingshoeken ten opzichte van de as A- 1 van de weerkaatsende oppervlakken, het binnenoppervlak 1100 van de afgeknot kegel vormige spiegel 110 en het oppervlak 1110 van de kegel 111 tegenover het oppervlak 1100, dienen zodanig te worden gekozen, dat na terugkaatsing en verdeling over het oppervlak 1110 en het opnieuw terugkaatsen op het oppervlak 1100, de 30 uittredende bundel Ft van het axicon 11 zich voortplant volgens een richting die in hoofdzaak evenwijdig is aan de as J\ 1.

De twee hellingshoeken kunnen b.v. gelijk worden gekozen aan 7Γ /4 radialen.

De afstand tussen de twee terugkaatsende oppervlakken bepaalt de 35 straal rekening hordende met de doorsnede van de invallende bundel F^.

De onderlinge samenstelling van de elementen die het axicon vormen kan op elke geschikte wijze worden verkregen.

Fig. 3 tooote een eerste praktische uitvoeringsvariant. De kegel 111 is bevestigd aan de afgeknot kegelvormige spiegel 110 door middel van twee ^ 7: Λ /.

Λ V

83A014 - 6 - i ' stangen 112 en 113 van geringe doorsnede die bij voorkeur diametraal tegenovergesteld zijn aan de top 0 en zijn uitgericht op een as Ar' loodrecht op de as A jl* 08 geringe doorsnede van de stangen 112 en 113 staat toe dat slechts één eveneens zeer geringe fractie wordt opgevangen van de 5 door de bundel F^ getransporteerde energie.

Fig.4 toont in doorsnede een tweede mogelijke variant van de samenstelling van de elementen van het axicon 11. Da afgeknot kegelvormige spiegel 110 omvat, in het verlengde van zijn uitgangsvlak 1101, een ringvormige groef 1102 die bestemd is voor het opnemen van een blad 114 met 10 evenwijdige hoofdvlakken. Dit blad moet doorzichtig zijn voor de golflengte van de bundel die door de laserbron 12 wordt uitgezonden.

Voorts dient het blad ontspiegeld te worden aan deze twee hoofdvlakken.

De kegel 111 wordt dan, zoals b.v. met behulp van schroefmiddelen 15 115, vastgezet in het midden van het blad 114, zodanig dat het punt 0 is uitgericht op de as A ^ koste van een geringe vergroting van de ingewikkeldheid bezit deze samenstelling het voordeel dat een nauwkeuriger bevestiging en centrering wordt toegestaan van de kegel 111, die op een vlakke basis rust en dat geen enkel gedeelte van de bundel wordt opgevan-20 gen, zoals dit het geval is bij de met betrekking tot fig.3 beschreven uitvoering, waarbij een fractie van de ringvormige bundel F wordt opgevangen door de stangen 112 en 113.

Er dient te worden opgemerkt, dat de invloed van het optische element 11 op de overdracht van lichtenergie niet van de overdrachtsrichting 25 afhangt. Wanneer het een één-richtingsoverdracht betreft, zoals in fig.1 is weergegeven, zal het element 21 een reciprook effect hebben en de invallende bundel Ft van een ringvormige doorsnede omzetten tot een cilindrische bundel F2 .

Wanneer het een twee-richtingsoverdracht betreft voert elk element, 30 11 of 21, de twee omzettingen uit.

Er dient eveneens te worden opgemerkt, dat wanneer meiti twee optische omzettingselementen gebruikt, dit dan vier terugkaatsingen van de bundel veroorzaakt, twee in elk element, dit natuurlijk en voorts de terugkaatsingen op de vlakke spiegels en M2.

35 Een typische terugkaatsingscoëfficiënt kan worden gewaardeerd op omstreeks 0,95. Hieruit volgt, dat onder deze omstandigheden de terugkaatsingscoëfficiënt equivalent aan de twee elementen 11 en 21 gelijk is aan 0,8.

Het is door gebruikmaking van andere technieken mogelijk om de 8304463 83A0I4 - 7 - terugkaatsingsverliezen te verminderen. 1

Fig .5 toont in doorsnede een optisch omzettingselement 11' volgens I

een tweede benadering, die toestaat om het energierendement te verbeteren. I

De configuratie blijft die van een axicon, maar dit wordt uitgevoerd in I

5 de vorm van een monohlokprisma met totale terugkaatsingen. tiet betreft een I

blok van materiaal met lichtbrekend vermogen, dat enerzijds is ingeschre- I

ven tussen de twee evenwijdige vlakken die het ingangs en/of uitgangsvlak I

116 en 117 vormen van het optische bundelom zetting selement 111 en ander- I

zijds tussen de twee kegelvormige oppervlakken 1110 1 en afgeknot kegel- I

10 vormige oppervlakken 11001, waarvan de omwentelingsassen sam si vallen met I

de as Deze twee oppervlakken vormen terugkaatsingsoppervlakken voor I

de lichtstralen en spelen de rol van terugkaatsingsoppervlakken 1110 en I

1100 (fig.2 tot 4) met een terugkaatsingscoëfficiëntygelijk aan de eenheid. I

De verliezen ten gevolge van de parasitaire terugkaatsingen tegen de I

15 ingangs en/of uitgangsvlakken 116 en 117 kunnen minimaal worden gehouden I

door een klassieke ontspiegelingsbehandeling uit te voeren. De terugkaat- I

singscoëfficiënt kan veel lager dan 1¾ worden gemaakt. I

De inwendige straal van de ringvormige bundel Ft hangt slechts I

af van de straal van het ingangsvlak 116 wanneer wordt verondersteld, dat I

20 het punt 0 van het kegel vormige oppervlak 1110’ te voorschijn komt in het j oppervlak 116, het ingangsoppervlak van de bundel in het weergegeven j

voorbeeld. Op meer algemene wijze hangt de straal slechts af van de I

bestaande afstand tussen de twee oppervlakken 1100' en 11101. I

De ixii ten straal van de bundel Ft hangt enerzijds af van de I

25 straal van de cilindrische bundel en anderzijds van de afstand I

tussen de twee terugkaatsende oppervlakken. I

Het is nog mogelijk om het ene of het andere van de twee ingangs- I

en/of uitgangsvlakken te verlengen met een geli Jevormige dikte van het I

materiaal met lichtbrekend vermogen. Deze uitvoeringsvariant is weerge- I

30 gevai in fig.5. De kegelvormige vlakken 1110' en 1100' van het monoblok-prisma 11' zijn verlengd door de "bladen" 118 ai 119 van het materiaal met lichtbrekend vermogen. Vanzelfsprekend dienen de nieuwe ingangs- en/of I

uitgangsvlakken 116' ai 117' onderling evenwijdig en loodrecht op de as I

Λ 1 te blijven. (¾) dezelfde wijze blijft het toppunt 0 van het kegel- I

35 vormige oppervlak 1110' gecentreerd op de as A ^.

Op typische wijze kunnen de elementen 12 en 22 (fig.1) voor het uitzenden en/of ontvangen van lichtenergie, voor het uitzenden, laser-dioden of elektroluminiscerende dioden omvatten, en voor het ontvangen _ fotodieden van de "PIN1-soort of fotodioden met lawine. Het is eveneens -T ' l'-·· C ' j

4 V

83A014 - 8 - bekend om een opto-elektronische component te gebruiken die in staat is tot afwisselende werking als zolder en als detector van lichtenergie van dezelfde golflengte. Deze component is bij voorkeur de halfgeleiderdiode beschreven in het octrooischrift FR-B-2 396 419. Dit octrooischrift 5 betreft een halfgeleiderdiode die, in de direkte richting gepolariseerd, licht uitzendt en die, in omgekeerde richting gepolariseerd, in staat is tot het detecteren van licht van dezelfde golflengte.

Een van de hoofdkenmerken van de inrichting volgens de uitvinding is het vrijlaten van het axiale gebied, d.w.z. een cilinder met een straal 10 gelijk aan . Dit kenmerk kan benut worden voor het door dit kanaal transportéren van elektrische signalen.

Fig.7 toont een dergelijke constractie.

In werkelijkheid vormen de delen 1 en 2 van de inrichting die met betreking tot fig.1 zijn beschreven slechts de doppen van een optische 15 koppeling, welke doppen b.v. resp. zijn bevestigd aan een vast gestel 4 en een beweegbaar gestel 5. Het spreekt vanzelf, dat de draaiende koppeling 3 slechts dient voor het verzekeren van de relatieve beweegbaarheid van de twee doppen 1 en 2. Het beweegbare gestel 5., b.v. de antennemast in een radar, wordt op geen enkele wijze ondersteund door de draaiende 20 koppeling 3, maar door elk geschikt middel (niet in fig.7 weergegeven).

Een constructievoorbeeld kan worden overgenomen binnen het raam van * de uitvinding en is beschreven in de Franse octrooiaanvrage FR-A-2 448 728.

De elektrische signalen worden in het weergegeven voorbeeld getransporteerd door een coaxiaal kabel, die in twee delen en C2IS gesplitst 25 en die op de rotatie as Δ. is uitgericht.

De koppeling tussen deze twee delen van de coaxiaalkabel wordt verzekerd door een bijkomende draaiende koppeling 6 die tussen de twee spiegels en is aangebracht, bij voorkeur in de ruimte 30 die is vrijgelaten ter hoogte van de draaiende koppeling 3. De coaxiaalkabel moet 2Q voldoende stijf zijn om elke overmatige buiging te vermijden, die het onderscheppen van de lichtflux van de bundel F zou kunnen veroorzaken, i.h.b. door de draaiende koppeling 6.

Middelen voor het spannen en vasthouden van de kabel 40 en 41 kunnen zijn aangebracht ter hoogte van de doorgangen door de wanden van de doppen 35 1 01 2*

Het uitzenden en het behandelen van elektrische signalen gebeurt buiten de doppen 1 en 2 met gebruikelijke middelen.

Het kan hetzelfde zijn voor optische signalen, zoals in fig.7 is 8304463 * t 83A014 - 9 - weergegeven. In de in deze fig. weergegeven inrichting verlaten de optische vezels en f2 de doppen 1 en 2 om te worden gekoppeld aan niet-weergegeven middelen voor het uitzenden en/of ontvangen van lichtenergie.

De coaxiaalkabel (C^, <Z^) kan door elk ander ver bindings type worden 5 vervangen, zoals b.v. een golfgeleider.

De inrichting volgens de uitvinding die zojuist is beschreven heeft daardoor de volgende voordelen: - de beschikbaarheid van de rotatieas; - de gemakkelijke aanpassing van de afmeting van de holle licht-10 cilinder die in lucht wordt overgedragen door eenvoudige veranderingen van de meetkundige afmetingen van de gebruikte optische elementen: lenzen en L·^, spiegels en en bundelomzetterelementen 11 en 21; - de vergroting van de mechanische toleranties ten opzichte van die welke behoren hij de optische draaiende koppelingen van de bekende 15 stand van de techniek, dit als gevolg van de vergroting van de diameter van de overgedragen optische bundel; - geringe energieverliezen, zelfs in de uitvoering die beschreven werd met betrekking töt fig.7.

Πη feite wordt in deze uitvoering de bundel Ffc met twee herhalingen 20 opgevangen door de delen en van de coaxiaalkabel.

Fig.8 toont een doorsnede loodrecht op de as A ^ van de uitgaande bundel F van het omzetterelement van de bundel 11. Ben gedfeelte van de door de bundel Ft getransporteerde lichtenergie wordt door de kabel over een lengte d onderschept. Dit verschijnsel doet zich voor na terug- 25 kaatsing van de bundel Ft op de spiegel De onderschepte energie hangt af van de diameters van de kabels en C2, die men in het ander staande als gelijk zal veronderstellen, en van de verhouding die bestaat tussen de stralen R. en R .

X o

Bet maximale overdrachtsverlies in db wordt gegeven door de formule 30 11 ^

PM = 10 log i-^-L-J

M ir <R 2 - R2)-2(R -R)d ei e 1 waarin d de gemeenschappelijke diameter is van de coaxiaalkabels en C^.

Wanneer men het schaduwvlak van de geleider en die van de geleider C2 laat samenvallen, vermindert het overdrachtsverlies zich tot: (R 2-Ri2 35 Ρ·„ . 10 log f-2=-*5—-1 „ - M (R 2-R,2)-(R-R.) d q — λ * , . t 1 ei * Λ N * - ï - «ft *' *-· - : » k/ 83A014 - 10 - • %

Bij wijze van voorbeeld zijn typische waarden: d = 2 cm, = 4 cm, R = 8 cm.

e /» '>

Cnder deze omstandigheden is PM"ψΖ 0,49 db en 0,24 db.

De proef resultaten bevestigen deze gegevens. Er is bovendien vast-5 gesteld, dat de zwevingen als gevolg van de draaiing van kleine amplitudes zijn en maar gering de optische overdracht beïnvloeden, vooral wanneer deze plaats vindt door lichtgolven die gecodeerd zijn in numerieke code of in frequentiemodulatie.

Tot nu toe werd impliciet beschouwd dat de inrichting volgens de 10 uitvinding de overdracht mogelijk maakte van een enkel informatiekanaal.

De gebruikelijke technieken echter van het multiplexes in de tijd of in de frequentie door gebruikmaking van verschillende golflengten staan toe om twee of meer in het algemeen verschillende signalen gelijktijdig of achtereenvolgens te transporteren.

15 Het gebruik van verschillend gepolariseerde lichtgolven, b.v. twee golven met onderling loodrechte polarisatierichtingen, staat eveneens toe om een aantal verschillende signalen te transporteren. Twee stellen polarisator-analysator worden hiertoe gebruikt.

De uitvinding staat echter eveneens toe, wat een bijkomend voordeel 20 is, om een aantal physiek verschillende overdrachtskanalen te vormei.

Een eerste voorbeeld van de koppelinrichting met draaiende meer-kanaalskoppeling is schematisch weergegeven in fig.9.

Een eerste stel van twee spiegels en die over7T /4 raddalen ten opzichte van de rotatieas Δ hellen, staan de vorming toe van een 25 eerste optische overdrachtskanaal, door middel van de overdrachtsbundel R^ met stralen evenwijdig aan de ringvormige doorsnede, met de binnenstraal R^ en de buitenstraal R0^. De spiegels Mj^ en buigen de bundel over een hoek van 7Γ /2 radial en. De gebogen bundels planten zich voort volgens de assen A11 en A 21 loodrecht op de as A · Al deze 30 opstellingen zijn identiek aan die welke beschreven werden met betrekking tot de bundel en de spiegels ^ en M^, weergegeven in fig.1.

Een tweede optisch overdrachtskanaal wordt gevormd door gebruik van een tweede stel spiegels en M22 die eveneens over^/4 radialen hellen ten opzichte van de as Λ , zodanig dat een tweede overdrachtsbundel Ft2 35 wordt dubbelgevouwen, met evenwijdige stralen van ringvormige doorsnede, met de binnenstraal Ri2 en de buitenstraal R02. De dubbelgevouwen bundels planten zich voort volgens de assen A ^2 en A 22 loodrecht op de as A .

Twee stellen (niet in fig.9 weergegeven), bundelomzetters onderscheppen 8304453 83A014 - 11 - «* ft de gevouwen bundels op identieke wijze als beschreven met betrekking tot fig. 1. Organen voor het uit zenden en/of ontvangen van lichtenergie zijn eveneens aangebracht en zijn eenvoudigheidshalve niet weergegeven. Deze organen spelen eveneens een identieke rol aan die welke beschreven werd 5 met betrekking tot fig.1.

Opdat de inrichting op de juiste wijze werkt is het noodzakelijk, dat gelijktijdig de volgende voorwaarden worden voldaan: a/ κΛ< K12 b/ dat de afmetingen buiten de spiegels en geprojecteerd op 10 een vlak loodrechte op de as 4 kleiner zijn dan c/ dat de spiegels en enerzijds, en en anderzijds, zodanig langs de as Δ zijn opgesteld, dat slechts de voor hun bestemde overdrachtsbundel of wordt onderschept d/ dat de projecties van de middenopening en van de spiegels op een 15 vlak loodrecht op de as 4 : 101 en 201 voor de spiegels ML^ en M^, 102 en 202 voor de spiegels en M^, kleiner of gelijk moeten zijn aai resp. en R^-

Het aantal afzonderlijke kanalen is van zeifsprekend niet beperkt tot twee. Ih fig.9 is de voortplantingsrichting van de bundels op willekeurige 20 wijze aangegeven. De overdracht kan eveneens in twee richtingen zijn.

Tenslotte kunnen de hierbovengenoemde inrichtingen van bekende soort, het multiplexen in tijd of in frequentie b.v., over een geheel of een gedeelte van de overdrachtskanalen worden toegepast.

De oriëntaties van de spiegels en ^ om de as A en daardoor 25 de relatieve hoekverschuivingen van de assen A H tot A 22 in een vlak loodrecht op de as A zijn op willekeurige wijze weergegeven en kunnen naar wens van de gebruiker worden gekozen.

De constructie van de inrichting die zojuist is beschreven staat een grote ontkoppeling toe van overdrachtskanalen en vermindert tot een mini-30 mum de gevaren van overspraak tussen deze kanalen. Deze constructie vereist echter het gebruik van twee stellen hellende spiegels. Het is mogelijk om aan deze eis te ontsnappen en de constructie toe te passen van fig.10. Dezelfde spiegels en identiek aan die welke zijn weergegeven in fig.1, dienen voor het dubbelvouwen van de verschillende over-35 drachtsbundels, eenvoudigheidshalve verminderd tot twee F^ en F^ bij het in fig.10 weergegeven voorbeeld.

Evenals tevoren is het noodzakelijk, dat aan de voorwaarde Ri2 wordt voldaan, en dat de afmetingen van de middenopeningen 10 en 20 zodanig zijn, dat hun projecties op een vlak loodrecht op de as Λ kleiner of 8304463 \ 83A014 - 12 - gelijk zijn aan de straal F^.

Onder deze omstandigheden zijn twee stel optische bundelomzettings-elementen 111 en 211 enerzijds, 112 en 212 anderzijds, in cascade opgesteld langs de resp. voortplantingsassen A1 en Δ 2 van de bundels en 5 F^ die zijn gevouwen door de spiegels en ML, - Deze assen zijn vanzelfsprekend evenals tevoren, loodrecht op de rotatieas Δ -

De optische elementen 111, 112, 211 en 212 vormen de overdrachts-bundels en F^ van ringvormige doorsneden om in bundels F^, F^, ^l en F22 met cirkel vormige doorsnede of omgekeerd.

10 Deze laatstgenoemden kunnen evenals tevoren worden opgewekt en/of opgevangen met behulp van focusseringslenzen L^, L^,» ^ ^22' samenwerkend met de optische vezels i F^, F^, F2^ en F22 die zijn gekoppeld met (niet weergegeven) zend- en/of detectieorganen van licht energie.

15 Een bijkomende voorwaarde waaraan moet worden voldaan is, dat de totale buitenafmetingen van de bundelomzetterelementen 111 en 211 die samenwerken met de overdrachtsbundel F.. van de kleinste doorsnede kleiner tl zijn dan de binnendiameter (2 R^) van de overdrachtsbundel Ft2 zodat deze niet wordt opgevangen.

20 Onder deze omstandigheden wordt een zeer klein gedeelte van de energie van deze laatstgenoemde bundel, na terugkaatsing op de spiegels en M2 opgevangen, enerzijds door de optische vezels f^ en f2^ wat verwaarloosbaar is, en anderzijds door de bevestigingsmiddelen van de optische bundelomzettingselementen 111 ai 211 aan de doppen 1 en 2 (fig.1 25 en 7). Deze bevestigingsmiddelen 1110 en 2110 kunnen worden gevormd door dunne stangen, die zodanig in de ruimte kunnen zijn aangebracht, dat zij samenvallen met de schaduwvlakken van een eventueel middenver-bindingskanaal (fig.7: - C2). Men kan ook nog bevestigingsmiddelen gebruiken die doorzichtig zijn voor de gebruikte golflengten, welke 30 bevestigingsmiddelen een ontspiegelingsbehandeling hebben verkregen.

De uitvinding is niet beperkt tot de enkele, bij wijze van toelichting hier beschreven uitvoeringsvoorbeelden. Alle varianten die binnen het bereik van de vakman liggen vallen binnen het kader van de uitvinding. Zo kunnen in het bijzender combinaties worden gemaakt van verschillende 35 constructies van de meerkanaalskoppelinrichting.

' i > ll ·< - - — 1.:

Claims (11)

1. Optische koppelinrichting voorzien van twee doppen (1, 2) die mechanisch zijn gekoppeld door een koppeling (3) welke draaibaar is om een rotatieas (Λ) met het kenmerk dat deze tenminste omvat: - opto-elektronische middelen (12, f^, Lp 11) voor het opwekken 5 van tenminste een overdrachtsbundel (Ft) met evenwijdige stralen en met ringvormige doorsnede die zich voortplant volgens een as (Λ ^) loodrecht op de rotatieas (Δ); - een eerste vlakke spiegel (M^) die bevestigd is aan een eerste dop (1) ei helt over een hoek van ‘fr /2 radial en en die in totaal ten- 10 minste een overdrachtsbundel (F^) opvangt en deze opnieuw overdraagt naar de tweede dop (2) volgens een richting evenwijdig aan de voortplantingas (A ), zodanig dat de optische koppeling tot stand wordt gebracht; I - een tweede vlakke spiegel (H^) die bevestigd is aan de tweede dop (2) en helt over een hoek van 7Γ/4 radialen ten opzichte van de 15 rotatieas (A)/ welke deze bundel (F^) totaal opvangt en hem opnieuw overdraagt volgens een richting (^) loodrecht op de rotatieas (Λ ); - opto-elektronische middelen (21, Lp f2, 22) voor het opvangen en detecteren van deze bundel (F^); en dat de draaiende koppeling (3) is voorzien van een opening (30) 20 die op de rotatieas (A) is gecentreerd, van welke opening de minimale afmeting groter is dan de grootste buitendiameter (2 R^) van de opgewekte overdrachtsbundels (Ft).

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hellende spiegels (M^, ) opening en (10, 20) omvatten die gecentreerd zijn op de 25 rotatieas (A), waarvan de maximale afmetingen geprojecteerd op een vlak loodrecht op deze as (A) kleiner of gelijk zijn dan de kleinste binnen- | diameter (2 R^} van de opgewekte overdrachtsbundels (Ffc).

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat deze bovendien is voorzien van een kanaal (C^, C,) voor de overdracht van elektri- 30 sche signalen voorzien van een draaiende koppeling (6) die op de rotatieas (A) is gecentreerd en dat de doorsnede van dit kanaal een maximale afmeting heeft kleiner dan de kleinste binnendiameter (2 R^) van de opgewekte overdrachtsbundels (Ft).

4. Inrichting.’volgens een of meer van de conclusies 1 tot 3, met 35 het kenmerk, dat de opto-elektronische middelen voor het opwekken en opvangen van de overdrachtsbundels (F^) optische bundelomzettingselementen (11, 21) omvatten die op reciproke wijze een bundel (F^, F2) van . 3304463 / ·« 83A014 -ΜΙ evenwijdige stralen met cirkel vormige doorsnede die zich voortplant volgens een as loodrecht op de rotatieas (Δ) omvormen tot een bundel (F^) van evenwijdige stralen met ringvormige doorsnede die zich volgens dezelfde as (λvoortplant.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de optische bundelomzettingselementen (11, 21) elk zijn gevormd door een axicon dat een kegel (111) met terugkaatsende binnenwand (1110) omvatten waarvan de omwentelingsas samenvalt met de bundelvoortplantingsas (Δ ^), en een spiegel (110) een afgeknot kegelvormige holte met terugkaatsende wand 10 (1100) omvat, waarvan de omwentelirigsas samenvalt met de voortplantingsas (Δ]_), eni dat de terugkaatsingsoppervlakken (1100, 1110) met deze as(4 ^) een hoek vormen gelijk aanTf /4 radialen.

6. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de optische bundelomzettingselementen worden gevormd door prisma's met totale terug- 15 kaatsingen, die de vorm hebben van bladen met evenwijdige. vlakken(116,117) uit materiaal met lichtbrekend vermogen, dat een holte met conische wand (1110 1) omvat waarvan de omwentelingsas samenvalt met de bundelvoortplantingsas (^i) en aan de omtrek worden begrensd door een afgeknot kegelvormige wand waarvan de omwentelingsas eveneens samenvalt met de 20 bundelvoortplantingsas (Δ^), en dat de wanden (1100', 1110') oppervlakken met totale terugkaatsing zijn voor de stralen die zich binnen het materiaal met brekend vermogen voortplanten en hellen over een hoek gelijk aan/^/4 radialen ten opzichte van deze as (Δ -^).

7. inrichting volgens een of meer van de conclusies 4 tot 6, met 25 het kenmerk, dat de opto-elektronische middelen voor het opwekken en opvangen van de bundel optische vezels (f 1, f2) omvatten die gekoppeld zijn met de bundels (F^, F2) van evenwijdige stralen met cirkel vormige doorsneden door middel van focusseringslenzen (L^, L^).

8. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1 tot 7, met 30 het kenmerk,dat deze tenminste een eerste (f^, Hl, 211, L^, f^j en een tweede (f^2, L^2, 112, 212, L22, f22) stel opto-elektronische middelen omvat voor het opwekken en opvangen van bundels met evenwijdige stralen met ringvormige doorsnede, zodanig dat de twee doppen (1, 2) worden gekoppeld met behulp van tenminste twee, concentrische overdrachts-35 bundels (F^), Ffc2), en dat de inwendige (R^, R^) en uitwendige (Rg^ Re2) stralen van de ringvormige doorsneden van de overdrachtsbundels zodanig zijn bepaald, dat deze ringvormige doorsneden geen enkel gemeenschappelijk gedeelte hébben. O - Λ : - * I 83A014 - 15 -

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat deze is I voorzien van een enkel stel van twee spiegels (M^, ) die hellen over I een hoek gelijk aan 7Γ/4 radialen, die elk het totaal van de overdrachts- 1 bundels (, F^) opvangen en deze dubbelvouwen volgens de richtingen I 5 (^1'^2} loodrecht op de rotatieas (^ ). I

10. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat deze ver- I schillende stellen van twee spiegels (M^ - 01 I dat elk stel spiegels een overdrachtsbundel (F^, F^) opvangt en deze I dubbelvouwt volgens de richtingen (Δ-^ - &2ΐ'> Ay^ ~ A22 ^ l°°<^recht I 10 zijn op de rotatieas (Λ)- I

11. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1 tot 10, I met het kenmerk, dat de optische koppeling van de tweerichting soort is, waarbij elke dop (1,2) is voorzien van opto-elektronische middelen die de I gelijktijdige functies verzekeren van het opwekken en het opvangen van I 15 tenminste een overdrachtsfcundel (Ffc). I 5304463