DE1616220B1

DE1616220B1 - Optisches Multiplexverfahren

Info

Publication number: DE1616220B1
Application number: DE1968I0035423
Authority: DE
Inventors: Harris Thomas Jerome
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-01-13
Filing date: 1968-01-05
Publication date: 1972-05-31
Also published as: NL164442C; ES349149A1; BE708441A; GB1161860A; CH470803A; US3501640A; JPS5118828B1; FR1549843A; NL164442B; SE332768B; NL6717200A

Description

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4ung zahlreicher optisch-elektrischer Elemente nicht räumlichen Aufteilung der in einem einzigen Strahl voll ausgenutzt werden kann. Bei allen oben beschrie- übertragenen Kanäle, die in umgekehrter Reihenfolge benen Vorrichtungen kann darüber hinaus die Band- wie die erste Anordnung aus Stufen mit Elementen breite des Lichtees bei weitem nicht ausgenutzt werden, zur wellenlängenabhängigen Drehung der Polari-Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, 5 sationsrichtungen in zwei jeweils senkrecht zueinander ein optisches Frequenzmultiplexverfahren anzugeben, polarisierte Gruppen und aus Stufen mit Elementen bei dem eine große Anzahl von übersprechfreien-Ka- zur polarisationsabhängigen Ablenkung jeder Gruppe nälen mit einfachen, rein optischen, passiven Elemen- in jeweils zwei getrennte Strahlengruppen usw. beten erzeugt, zu einem einzigen Strahl vereinigt und steht.

nach der Übertragung Wieder durch rein optische, io Eine andere besonders vorteilhafte Vorrichtung zur passive Elemente getrennt werden können. Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Multiplex- dadurch gekennzeichnet, daß die in, aufeinanderverfahren mit unterschiedliche Wellenlängen auf- folgenden Stufen liegenden Elemente zur wellenlängenweisenden Trägern gelöst, das dadurch gekennzeichnet abhängigen Drehung der Polarisationsebene bei der ist, daß erfindungsgemäß jeweils mehrere in unter- 15 Zusammenfassung der Kanäle jeweils die doppelte schiedlichen Richtungen polarisierte Träger durch Länge der Elemente der vorhergehenden Stufe und bei polarisationsabhängig ablenkende Elemente zu einem der Aufteilung der Kanäle jeweils die halbe Wellenoder mehreren Strahlen zusammengefaßt werden, die länge der vorhergehenden Stufe haben, aus in unterschiedlichen Richtungen polarisierten und Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich im

unterschiedliche Wellenlängen enthaltenden Kompo- 20 Zusammenhang mit der Beschreibung der Ausfühnenten bestehen, daß die Polarisationsrichtungen der rungsbeispiele aus den Ünteransprüchen. Komponenten jedes Strahles durch Wellenlängen- Die Erfindung wird anschließend an Hand der Fi-

abhängig drehende Elemente in eine gemeinsame guren näher erläutert. Es zeigt Richtung gedreht werden, daß die nunmehr jeweils in Fig. 1 die schematische Darstellung einer pyra-

einer Richtung polarisierten Strahlen durch polari- 25 midenförmigen optischen Anordnung zur Aufspaltung sationsabhängig ablenkende Elemente vereint und daß eines einzigen, die Strahlung mehrerer Wellenlängen nach der Übertragung die Träger durch ein in umge- enthaltenden Lichtstrahls in eine Vielzahl von räumkehrter Richtung verlaufendes Verfahren schrittweise lieh getrennten, jeweils eine einzige Wellenlänge aufvoneinander getrennt werden. weisenden Strahlen,

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des 30 F i g. 2 bis 7 schematische Darstellungen der Lagen erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenn- der Polarisationsebenen der die Kristalle Q₂ bis Q₇ zeichnet, daß die einzelnen zu übertragenden modu- verlassenden Strahlen,

Iierten Träger jeweils paarweise senkrecht zueinander F i g. 8 die schematische Darstellung einer aus zwei

linear polarisiert sind, durch polarisationsabhängig pyramidenförmigen Elementgruppen bestehenden Anablenkende Elemente zu einem oder mehreren Strahlen 35 Ordnung zur optischen Übertragung, zusammengefaßt werden, die jeweils aus den zwei F i g. 9 die schematische Darstellung einer abgeän-

senkrecht zueinander polarisierten und zwei unter- derten Ausführungsform der Erfindung, schiedliche Wellenlängen enthaltenden Komponenten Fig. 10 eine Seitenansicht der. in Fig. 9 darbestehen, daß die beiden Polarisationsrichtungen eines gestellten Anordnung, Strahls durch wellenlängenabhängig drehende EIe- 4° F i g. 11 die schematische Darstellung einer opmente in eine gemeinsame Richtung gedreht werden, tischen, aus den in den F i g. 9 und 10 dargestellten daß die nunmehr in einer Richtung polarisierten Elementen bestehenden Anordnung zur zweiseitigen Strahlen, paarweise durch polarisationsabhängig ab- Nachrichtenübertragung,

lenkende Elemente räumlich vereint werden unddaß Fi g. 12 die schematische Darstellung einer anderen

nach der Übertragung die Träger durch ein in um- 45 Ausführungsform der pyramidenförmigen Anordnung gekehrter Richtung verlaufendes Verfahren schritt- zur zweiseitigen Informationsübertragung, •weise voneinander getrennt werden. In F i g. 1 ist eine pyramidenförmige optische An-

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ordnung zur Pärallelübertragung mehrerer Infor-Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist ge- mationen; über einen einzigen Lichtstrahl dargestellt, kennzeichnet durch eine erste Anordnung zur Ver- 50 Das von der vorzugsweise als in mehreren Wellen-' einigung von paarweise zueinander senkrecht polari- längen sendender Laser ausgebildeten Lichtquelle 14 sierten, je eine bestimmte Wellenlänge aufweisenden ausgehende Licht ist koUimiert, linear polarisiert und Kanälen, bestehend aus einer ersten, polarisations- enthält- alle in der Tabelle I aufgeführten Wellenabhängige Liehtablenker zur Vereinigung von jeweils längen A₁ bis A₈. Es sei darauf hingewiesen, daß nach zwei senkrecht zueinander polarisierten Strahlen ent- 55 Verlassen des Kristalls Q_x die den Wellenlängen A₁, haltenden Stufe, einer zweiten, Elemente zur wellen- A₃, A₅ und A₇ zugeordneten Polarisationsebenen längenabhängigen Drehung der Polarisationsrichtung parallel zueinander liegen. Das gleiche gilt für die den enthaltenden Stufe, die die Polarisationsrichtung des Wellenlängen A₂, A₄, A₆ und A₈ zugeordneten Polariin der vorhergehenden Stufe vereinigten Strahlen- sationsrichtungen. Die Polarisationsrichtungen der paares zur Deckung bringen, eine dritte, aus polari- 60 erstgenannten Gruppe sind senkrecht zu den Polarisationsabhängigen Lichtablenkern bestehende Stufe sationsrichtungen der zweitgenannten Gruppe. Anzur Vereinigung von jeweils zwei senkrecht zueinander schließend gelangt der Strähl zum doppelbrechenden polarisierten, jeweils zwei Wellenlängen enthaltenden Prisma P₁, in dem der Strahl aufgespalten wird. Die Strahlen und gegebenenfalls weiteren gleichen ab- Wellenlängen^, A₃, A₅TUIdA₇ durchsetzen das Prisma -wechselnd die Polarisationsrichtung als Funktion der 65 unabgelenkt und gelangen zum Quarzkristall Q₂. Die Wellenlängen drehenden und jeweils paarweise senk- Wellenlängen A₂, A₄ A₆ und A₈ werden in bezug auf die recht zueinander polarisierte Strahlen vereinigende Richtung des einfallenden Strahles rechtwinklig seit-Stufen, eine zweite empfängerseitige Anordnung zur lieh abgelenkt und mit Hilfe des Prismas 16 parallel

zu dem die Wellenlängen A₁, A₃, A₅ und A₇ enthaltenden Strahl gerichtet.

Die beiden Strahlen treten in die Quarzkristalle Q₂ und Q₃ ein, die halb so lang wie der Quarzkristall Q₁ sind. Aus der Tabelle Il sind die den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Polarisationsrichtungen der die Kristalle Q₂ und Q₃ verlassenden Strahlen ersichtlich. Aus F i g. 2 sind die Relativlagen der den Wellenlängen A₂, A₃ A₆ und A₇ zugeordneten Polarisationsrichtungen des den Kristall Q₂ verlassenden Strahles ersichtlich. In F i g. 3 werden die den Wellenlängen A₂, A₄, A₆ und A₈ zugeordneten Polarisationsrichtungen des den Kristall Q₃ verlassenden Strahles dargestellt. Der Strahl mit den Wellenlängen A₁, A₃, A₅ und A₇ tritt in das doppellbrechende Prisma P₂ ein, in dem er in zwei Strahlen aufgespalten wird. Der Strahl mit den Wellenlängen A₁ und A₅ durchsetzt das Prisma unabgelenkt, während der Strahl mit den Wellenlängen A₃ und A₇ seitlich abgelenkt und mit Hilfe des Prismas 18 wieder parallel zu der Fortpflanzungsrichtung der anderen Strahlen gerichtet wird. Der Strahl mit den Wellenlängen A₂, A₄, A₆ und A₈ durchsetzt das doppeltbrechende Prisma P₃ und wird dort ebenfalls in zwei Strahlen aufgeteilt, von denen der eine mit den Wellenlängen A₂ und A₆ nicht abgelenkt wird, während der andere mit den Wellenlängen A₄ und A₈ seitlich abgelenkt und mit HiKe des Prismas 20 wieder parallel zu der Richtung der einfallenden Strahlen gerichtet wird. Das Prisma P₃ muß dabei in bezug auf das Prisma P₂ um 45° gedreht werden. Diese Winkelversetzung ist jedoch aus der Darstellung der F i g. 1 nicht ersichtlich. An Stelle dieser Drehung kann vor dem Kristall Q₃ eine für Wellenlängen zwischen 4030 und 5999 Ä ausgelegte A/2 Platte angeordnet werden, die die Polarisationsrichtung der vier Wellenlängen um angenähert 45° dreht.

Die vier Strahlen treten anschließend in die Kristalle g₄ bis Q₇ ein, die wieder nur halb so lang wie die

ίο Kristalle Q₂ und Q₃ sind. In den F i g. 4 bis 7 sind die Polarisationsrichtungen der die Kristalle Q₄ bis Q₇ verlassenden Strahlen dargestellt. Diese Strahlen treten in die als doppeltbrechende Prismen ausgebildeten Strahlenteiler P₄ bis P₇ ein. Die Prismen P₆, P₆ und P₇ müssen in bezug auf das Prisma P₄ gedreht werden, oder es müssen vor den Kristallen Q₅, Q₆ und Q₇ in geeigneter Weise orientierte Halbwellenplatten angeordnet werden. Dieser Sachverhalt ist ebenfalls nicht aus der Darstellung nach F i g. 1 zu entnehmen.

zo Ferner sind die reflektierenden Prismen 22, 24, 26 und 28 vorgesehen, die jeweils den doppeltbrechenden Prismen P₄ bis P₇ zugeordnet sind, und die eine Parallelrichtung der durch die zuletzt genannten Prismen seitlich abgelenkten Strahlen bewirken, so daß schließlich acht zueinander parallel und räumlich voneinander getrennte Strahlen vorliegen. In der Tabelle III sind die den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Lagen der Polarisationsrichtungen der die Kristalle Q₄ bis Q₇ verlassenden Strahlen angeben.

Tabelle I

	Wellen länge Ä	Drehung Grad/mm	Länge des Quarz-Kristalls mm	Polarisationsrichtung nach Austritt aus dem Kristall
1	6670	18,0	Q₁ = 20	360°= 0°
2	5990	22,5	20	450°= 90°
3	5460	27,0	20	540° = 180°
4	4950	31,5	20	630° = 270°
5	4730	36,0	20	720° = 0°
6	4460	40,5	20	810°= 90°
7	4230	45,0	20	900° = 180°
8	4030	49,5	20	990° = 270°

Tabelle II

	Wellen länge	Drehimg Grad/mm	Länge des Quarz-Kristalls mm	Polarisationsrichtung nach Austritt aus dem Kristall
1	6670	18,0	10	180°
3	5460	27,0	02 = 10	270°
5	4730	36,0	10	360°
7	4230	45,0	10	450°= 90°
2	5990	22,5	10	225°
4	4950	31,5	10	315°
6	4460	40,5	Q₈ = 10	405°= 45°
8	4030	49,5	10	495° = 135°

209523/256

Tabelle IE

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	Wellen länge Ä	Drehung Grad/nun	Länge des Quarz-Kristalls mm	Polarisationsrichtung nach Austritt aus dem Kristall :
1	6670	18,0	5	90°
5	4730	36,0	5	180°
3	5460	27,0	5	135°
7	4230	45;0	5	225°
2	5990	22,5	5	112,5°
6	4460	40,5	5	202,5°
4	4950	31,5	5 ■	157,5°
8	4030	49,5	5	247,5°

In F i g. 8 wird eine vollständige Anlage zur Parallelübertragung von Nachrichten über einen einzigen Lichtstrahl dargestellt. Das durch die Bogenlampen 30 erzeugte Licht wird durch die Linsen 32 kollimiert ao und mit Hilfe der Filter 34 auf die gewünschten Wellenlängen beschränkt. Jede Wellenlänge kann für sich allein mit Hilfe eines elektrooptischen Modulators 36 moduliert werden. Die jeweils eine Wellenlänge enthaltenden Strahlen werden mit Hilfe der der in Fi g. 1 dargestellten Anordnung ähnlichen pyramidenförmigen Anordnung OT₁ zu einem einzigen, der Informationsübertragung dienenden Strahl zusammengefaßt. In dem an der rechten Seite der FI g. 8 dargestellten Empfänger wird der Strahl mit HiKe der

30

pyramidenförmigen Anordnung 0!T₂

Reihe

jeweils nur eine Wellenlänge aufweisender, räumlich getrennter Strahlen aufgespalten und die in den einzelnen Strahlen enthaltene Information mit Hilfe der Photodetektoren-38 in elektrische Signale umgewandelt, die im Register 40 gespeichert werden können.

Es ist selbstverständlich, auch möglich, an Stelle der Bogenlampen 30 und Filter 34 die jeweils eine besondere Wellenlänge aufweisenden Strahlen mit Hilfe der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zu erzeugen. Jil diesem Fall würde die vor dem Quarzkristall Q₁ liegende Lichtquelle aus einem in den entsprechenden Wellenbereichen sendenden Laser, beispielsweise einem Argon- oder einem Krypton-Laser, bestehen. Die in F i g. 8 dargestellte Anordnung kann selbstverständlieh für mehr als acht verschiedene Wellenlängen aus- gebaut werden. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, die gleiche Anordnung für 32 oder mehr Wellenlängen auszubauen. Da mit Ausnahme der elektrooptischen Modulatoren und der Lichtdetektoren alle in F i g. 8 dargestellten Elemente passive Elemente sind, ist die Geschwindigkeit der Informationsübertragung nur durch, die Grenzfrequenzen der Modulatoren und der Lichtdetektoren bestimmt.

Durch Verwendung von zwei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung ähnlichen Anordnungen ist es ohne weiteres möglich, ein Zweiwege-Übertragungssystem aufzubauen. Es ist aber klar, daß eine derartige Anlage wegen der großen Anzahl von Einzelelementen sehr umfangreich und kostspielig würde. In den F i g. 9 bis 11 wird daher eine etwas abgeänderte Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, mit der man unter Verwendung von nur zwei pyramidenförmigen optischen Anordnungen und eines mehrfarbigen Lichtstrahls eine gleichzeitige Zweiwege-Übertragung durchführen kann. Jede der pyramiden- '. -förmigen Anordnungen kann- sowohl als Empfangsais auch als Sendestation verwendet werden, wodurch, eine beträchtliche Vereinfachung des technischen Aufwandes erreicht wird. . Eine Anordnung, bei- der eine pyramidenförmige Gruppe von Elementen gleichzeitig zum Senden und zum Empfangen von Informationen verwendet wird, ist in den F i g. 9 und 10 dargestellt. Zunächst soll die Verwendung der in Fig. 9 dargestellten Anordnung als Sender beschrieben werden. Die Bogenlampe 42 erzeugt einen breitbandigen Lichtstrahl, der durch die Linse 44 kollimiert .und durch den Strahlenteiler BS 3 teilweise (beispielsweise zu 50 °/„) in die pyramidenförmige Anordnung OT3 reflektiert wird. Die pyramidenförmige Anordnung OT3 kann beispielsweise gleich der in F i g. 1 dargestellten Anordnung sein. Die Kristalle dieser Anordnung trennen den ihnen zugeführten Strahl in vier, jeweils eine der Wellenlängen X₁ bis A₄ aufweisenden Strahlen räumlich auf. Im Verlauf dieser vier Strahlen werden jeweils eine bestimmte Wellenlänge durchlassende Filter 46 angeordnet, um die anderen in den Teilstrahlen enthaltenen Wellenlängen auszusondern. Diese jeweils eine andere Farbe aufweisenden, räumlich getrennten Strahlen werden durch .die Strahlenteiler 48 teilweise- durchgelassen und teilweise reflektiert. Die hindurchtretenden Strahlen durchsetzen doppeltbrechende Platten 50, λ/4-Platten 52 und elektrooptisch steuerbare Kristalle 54, um schließlich an einem Spiegel 56 reflektiert zu werden. Die am Spiegel 56 reflektierten Strahlen durchsetzen die λ/4-Platten 52 ein zweites Mal, so daß sich eine Gesamtphasenverschiebung von λ/2 ergibt, was eine Drehung der Polarisationsebene um 90° zur Folge hat. Ein diese Richtung der Polarisationsebene aufweisender Strahl wird durch die doppeltbrechenden Platten aus dem Bereich der Anordnung geleitet. Das hat zur Folge, daß bei fehlender Erregung der elektrooptischen Kristalle 54 keine Strahlung aus der Anordnung OT3 austritt.

Die elektrooptischen Kristalle werden mit der Frequenz/2 erregt. Das Ausmaß der Erregung ist nicht kritisch. Bewirken die höchsten Modulationssignale, daß die elektrooptischen Kristalle 54 als 2/4-Platten wirken, so wird das Licht während der Modulationsspitzen die doppeltbrechenden Kristalle vollständig durchsetzen. Die modulierten Strahlen werden daher teilweise durch die Strahlenteiler 48 in Richtung auf die Anordnung OT3 durchgelassen. Der am Ausgang der Anordnung OT3 auftretende Lichtstrahl wird teilweise durch den Strahlenteiler BS3 hindurch zu einer Empfängereinheit durchgelassen.
■-= Fi g. 10 ist eine Seitenansicht der in F i g. 9 dargestellten Anordnung, wobei die von der Bogenlampe

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kommenden und am Strahlenteiler 48 reflektierten gestellten Anordnungen können acht Farben (A₁ bis Strahlen auf Lichtdetektoren 58 fallen. Für jede A₈) übertragen werden. Das von der Lichtquelle 76 Wellenlänge ist ein besonderer Lichtdetektor vor- ausgehende Licht wird mit Hilfe der Linse 78 kollimiert gesehen. Der Ausgang der Lichtdetektoren ist mit den und durch den Polarisator 80 parallel zur Zeichnungsauf die Frequenz 2/₂ abgestimmten Filtern 60 ver- 5 ebene polarisiert. Das polarisierte Licht wird durch den bunden. Da die eben beschriebenen Strahlen nicht doppeltbrechenden Strahlenteiler BS4 reflektiert. Das moduliert sind, gelangen keine Signale zum Register62. von der Gegenstation empfangene Licht durchsetzt

Wird die in den F i g. 9 und 10 dargestellte Anord- den Strahlenteiler BS4 und ist senkrecht zur Zeichnung als Empfänger betrieben, so gelangt der von nungsebene polarisiert. Daher hegen die Polarisationseiner ähnlichen Einheit von unten eintreffende Strahl io ebenen des empfangenen und des von der eigenen teilweise durch den Strahlenteiler BS3 in die Anord- Lichtquelle ausgehenden Lichtes hinter dem Strahlennung OT3. In dieser Anordnung werden die ver- teiler BS4 senkrecht zueinander. Beide Strahlen treten schiedenen Farben in Form von räumlich getrennten in den Faraday-Rotator 82 ein, in dem beide Polari-Strahlen aufgetrennt und über die Strahlenteiler 48 sationsebenen um 45° gedreht werden. Die Relativlage den Lichtdetektoren 58 zugeleitet (F i g. 10). Da diese 15 der beiden Polarisationsebenen, die weiterhin senkrecht Signale mit einer Frequenz /₂ moduliert sind und zueinander liegen, bleibt davon unberührt. Die Poladaher auch eine Komponente 2/₂ enthalten, gelangen risationsrichtung jeder einzelnen Farbe wird beim sie durch die an den Ausgängen der Lichtdetektoren 58 Durchgang des Strahles durch den Quarzkristall 84 angeordneten Filter 60 zu dem Register 62. Der durch gedreht. Strahlenkomponenten mit den Wellenlängen die Strahlenteiler 48 durchtretende Teil des Strahles ao A₁, A₃, A₅ und A₇ des von der Lichtquelle 76 ausgehenden durchsetzt die doppeltbrechenden Platten 50, die Lichtes werden von der doppeltbrechenden Platte BS5 Λ/4-Platten 52 und die elektrooptischen Kristalle 54, durchgelassen, während Komponenten mit den Wellenum am Spiegel 56 reflektiert zu werden. Liegen keine längen A₂, A₄, A₆ und A₈ des von der Lichtquelle 76 aus-Modulationssignale an den elektrooptischen Kri- gehenden Strahles reflektiert werden. Die hinter dem stallen 54, so wird der am Spiegel 56 reflektierte Strahl 25 Quarzkristall 84 liegenden Strahlenteiler und Kristalle vollständig durch die doppeltbrechenden Platten 50 sind um 45° aus der Zeichnungsebene gedreht,
aus der Anordnung geleitet. Der durch den Strahlen- Die Wellenlängen des empfangenen Strahls, das ist teiler 48 durchgelassene Teil des Strahles durchsetzt ein von einer ähnlichen Einheit kommender Strahl, die doppeltbrechenden Platten 50, die Viertelwellen- sind senkrecht zu den Strahlenkomponenten mit den platten 52 und die elektrooptischen Kristalle 54, um 30 entsprechenden Wellenlängen des von der Lichtquelle am Spiegel 56 reflektiert zu werden. Liegen keine Mo- 76 kommenden Strahles polarisiert. Daher werden die dulationssignale an den elektrooptischen Kristallen 54, Wellenlängen A₂, A₄, A₆ und A₈ des empfangenen Strahso werden die an dem Spiegel 56 reflektierten Strahlen les durch die doppeltbrechende Platte BSS durchdurch die doppeltbrechenden Platten 50 zur Gänze gelassen, während die Wellenlängen A₁, A₃, A₆ und A₇ aus der Anordnung entfernt. Wird eine der in den 35 reflektiert werden. Der durchgelassene Strahl durch-Fig. 9 und 10 beschriebenen Anordnungen ähnliche setzt anschließend den Quarzkristall85, während der Anordnung gleichzeitig als Sender und Empfänger be- reflektierte Strahl den Quarzkristall 86 durchsetzt, trieben, so kann es vorkommen, daß ein Teil des von Nach dem Durchtritt durch die Quarzkristalle 85 und der anderen Einheit empfangenen Lichtes zu dieser 86 fallen die Strahlen auf die doppeltbrechenden zurückreflektiert wird. Daher müssen die Frequenzen/_r 4° Platten BS₆ und BS₇. Die von der Lichtquelle aus- und /_a so gewählt werden, daß die durch Intermodu- gehende Strahlung mit der Wellenlänge A₁ und A₅ werlation erzeugten Komponenten keine störenden Fre- den ebenso wie die von der Gegenstation empfangene quenzen enthalten. Strahlung mit den Wellenlängen A₄ und A₈ von der

In F i g. 11 sind die Einheiten 64 und 66 der in den doppeltbrechenden Platte BS6 zum Quarzkristall 88 F i g. 9 und 10 dargestellten Einheit ähnlich. Diese 45 durchgelassen. Die von der Lichtquelle stammende beiden Einheiten ergeben eine Anlage, die zum gleich- Strahlung mit der Wellenlänge A₃ und A₇ sowie die von zeitigen Senden und Empfangen in beiden Richtungen der Gegenstation stammende Strahlung mit den geeignet ist. Das Empfangsregister 68 nimmt die von Wellenlängen A₂ und A₆ fallen auf den Quarzkristall 87. der Einhei 66 gesendeten Informationen auf, während Die von der Lichtquelle stammende Strahlung mit den das Empfangsregister 70 die von der Einheit 64 in 50 Wellenlängen A₂ und A₆ und die von der Gegenstation Form von modulierten, jeweils eine besondere Wellen- empfangene Strahlung mit den Wellenlängen A₁ und länge aufweisende Strahlen gesendeten Informationen A₅, die die doppeltbrechende Platte BSI durchsetzt aufnimmt. Das Senderegister 72 steuert die Erregung haben, fallen auf den Quarzkristall 89, Die von der der elektrooptischen Kristalle zur Modulation der zur Lichtquelle stammenden reflektierten Strahlen mit den Einheit 66 zu übertragenden Strahlen. Das Sende- 55 Wellenlängen A₄ und A_Ä und die von der Gegenstation register 74 liefert die Signale zur Erregung der elektro- empfangenen reflektierten Strahlen von der Wellenoptischen Kristalle zur Modulation der zur Einheit 64 länge A₃ und A₇ gelangen zum Quarzkristall 90.
zu übertragenden Strahlen. Die doppeltbrechende Platte BSS trennt den Strahl

In der in F i g. 12 dargestellten Anordnung werden in einen von der Lichtquelle stammenden Anteil mit die empfangenen und die gesendeten Signale dadurch 60 der Wellenlänge A₃ und einem von der Gegenstation voneinander getrennt, daß ihre Polarisationsebenen empfangenen Anteil mit der Wellenlänge A₂, die beide senkrecht zueinander Hegen. Durch dieses Verfahren zum Quarzkristall 91 reflektiert werden. Die von der werden die Strahlenteiler und die durch sie bedingten Lichtquelle stammende Strahlung mit der Wellen-Verluste vermieden. Außerdem entfällt die Notwendig- länge A₇ und die von der Gegenstation empfangene keit, zwei verschiedene Modulationsfrequenzen für 65 Strahlung mit der Wellenlänge A₆ werden von der den gesendeten und den empfangenen Strahl zu ver- doppeltbrechenden Platte BS8 zum Quarzkristall 92 wenden, wie das bei den in den F i g. 9 bis 11 dar- durchgelassen. Nach einer Drehung durch die Krigestellten Anordnungen der Fall ist. Mit den dar- stalle 91 und 92 werden die von der Lichtquelle

stammenden Wellenlängen und die von der Gegenstation empfangenen Wellenlängen durch die doppeltbrechenden Platten 99 und 100 voneinander getrennt. Der die Wellenlänge λ₂ enthaltene Anteil des empfangenen Strahles wird durch die Platte 99 durchgelassen und durch den Filter 103 dem Photodetektor 101 zugeleitet. Ein auftretendes Signal wird im entsprechenden Speicherplatz des Registers 102 gespeichert. Die an der Platte 99 reflektierte Strahlung von der Wellenlänge^ durchsetzt den Filter 104, einen Analysator 105, eine λ/4-Platte 106 und einen elektrooptischen Kristall 107, um am Spiegel 108 reflektiert zu werden. Liegt am elektrooptischen Kristall 107 kein Erregungssignal an, so durchsetzt das am Spiegel 108 reflektierte Licht die λ/4-Platte 106 ein zweites Mal und kann daher den Analysator nicht durchsetzen. Liegt ein Modulationssignal am elektrooptischen Kristall 107 an, so wird eine dem anliegenden Signal proportionale Licht-"

menge den Analysator 105 durchsetzen. Dieses Licht kehrt durch die pyramidenförmige Anordnung und den Faraday-Rotator 82, in dem die Richtung der Polarisationsebene zusätzlich um 45° gedreht wird,. zum Strahlenteiler BS 4 zurück. Da dieses Licht die richtige Polarisationsrichtung aufweist, durchsetzt es den Strahlenteiler, um zu der Gegenstation zu gelangen. Aus der Beschreibung der Lichtwege des von der Lichtquelle stammenden Strahls mit der Wellen-ίο länge λ₃ und des empfangenen Strahls mit der Lichtlänge λ₂ geht die Funktion der übrigen Elemente und der Verlauf der übrigen, nicht einzeln aufgeführten und beschriebenen Lichtwege einwandfrei hervor. Die in Fig. 12 dargestellte Anordnung ist in der Lage, mit acht Farben enthaltenden Lichtstrahlen gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Selbstverständlich kann die Anzahl der Farben bzw. der unterscheidbaren-Wellenlängen wesentlich größer gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Multiplexverfahren mit unterschiedliche Wellenlängen aufweisenden Trägern, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere in unterschiedlichen Richtungen polarisierte Träger durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente zu einem oder mehreren Strahlen zusammengefaßt werden, die aus in unterschiedlichen ίο Richtungen polarisierten und unterschiedliche Wellenlängen enthaltenden Komponenten bestehen, daß die Polarisationsrichtungen der Komponenten jedes Strahles durch wellenlängenäbhängig drehende Elemente in eine gemeinsame Richtung gedreht werden, daß die nunmehr jeweils in einer Richtung polarisierten Strahlen durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente vereint werden und daß nach der Übertragung die Träger durch ein in umgekehrter Richtung verlaufendes Verfahrenschrittweisevoneinandergetrenntwerden.

2. Optisches Multiplexverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen zu übertragenden modulierten Träger jeweils paarweise senkrecht zueinander linear polarisiert sind, durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente zu einem oder mehreren Strahlen zusammengefaßt werden, die jeweils aus den zwei senkrecht zueinander polarisierten und zwei unterschiedliehe WeUenlängenenthaltendenKomponentenbestehen, daß die beiden Polarisationsrichtungen eines Strahls durch wellenlängenabhängig drehende Elemente in eine gemeinsame Richtung gedreht werden, daß die nunmehr in einer Richtung polarisierten Strahlen paarweise durch polarisationsabhängig ablenkende Elemente räumlich vereint werden und daß nach der Übertragung die Träger durch ein in umgekehrter Richtung verlaufendes Verfahrenschrittweisevoneinandergetrenntwerden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine erste Anordnung (OT¹I) zur Vereinigung von paarweise zueinander senkrecht , polarisierten, je eine bestimmte Wellenlänge aufweisenden Kanälen, bestehend aus einer ersten, polarisationsabhängige Lichtablenker zur Vereinigung von jeweils zwei senkrecht zueinander polarisierten Strahlen enthaltenden Stufe, einer zweiten, Elemente zur wellenlängenabhängigen Drehung der Polarisationsrichtung enthaltenden Stufe, die die Polarisationsrichtungen des in der vorhergehenden Stufe vereinigten Strahlenpaares zur Deckung bringen, eine dritte, aus polarisationsabhängigen Lichtablenkern bestehende Stufe zur Vereinigung von jeweils zwei senkrecht zueinander polarisierten, jeweils zwei Wellenlängen enthaltenden Strahlen und gegebenenfalls weitere gleiche, abwechselnd die Polarisationsrichtung als Funktion der Wellenlängen drehende und jeweils paarweise senkrecht zueinander polarisierte Strahlen vereinigende Stufen, eine zweite empfangsseitige Anordnung (OT2) zur räumlichen Aufteilung der in einem einzigen Strahl übertragenen Kanäle, die in umgekehrter Reihenfolge wie die erste Anordnung aus Stufen mit Elementen (Ql bis QT) zur wellenlängenabhängigen Drehung der Polarisationsrichtungen in zwei jeweils senkrecht zueinander polarisierte Gruppen und aus Stufen mit Elementen (P₁, P₂. bis P₇) zur polarisations-· abhängigen Ablenkung jeder Gruppe in jeweils zwei getrennte Strahlengruppen usw. besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in aufeinanderfolgenden Stufen hegenden Elemente zur wellenlängenabhängigen Drehung der Polarisationsebene bei der Zusammenfassung der Kanäle jeweils, die doppelte Länge der Elemente der vorhergehenden Stufe und bei der Aufteilung der Kanäle jeweils die halbe Wellenlänge der vorhergehenden Stufe haben.

5. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine senderseitig und eine empfängerseitig angeordnete Gruppe von Elementen zur Aufteilung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden, linear polarisierten, dieser über einen Strahlenteiler zugeleiteten Strahls in eine der Anzahl der Wellenlängen gleiche Anzahl von räumlich getrennten, linear polarisierten Strahlen, durch im Verlauf jeder dieser Strahlen angeordnete Modulationselemente-Gruppen, die jeweils einen Strahlenteiler (48), einen in einer bestimmten Richtung polarisierten Strahl innerhalb der Anordnung belassenden und einen in einer senkrecht dazu polarisierten Richtung polarisierten Strahl aus der Anordnung ablenkenden doppeltbrechenden Kristall (50), eine λ/4-Platte (52), einen elektrooptischen, eine steuerbare Phasenverzögerung bewirkenden Kristall (54) und ein reflektierendes Element (56) enthalten, und durch im Bereich jedes Strahlenteilers (48) angeordnete, nur für modulierte Strahlung empfindliche Lichtdetektoren (58), denen die den erstgenannten Strahlenteiler (BS3) durchsetzende, von der Gegenstation kommende Strahlung zuleitbar ist.

6. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenzen zweier jeweils als Sender und Empfänger betriebenen Stationen keine gemeinsamen Harmonischen haben.

7. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmigen Anordnungen zur räumliehen Trennung eines mehrere verschiedene Wellenlängen enthaltenden Strahles und zur Zusammenfügung mehrerer, jeweils eine besondere Wellenlänge aufweisender Strahlen zu einem einzigen Strahl pyramidenförmig aufgebaut sind.

. 8. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung weißen Lichtes im Wege jedes räumlich getrennten Strahls ein Filter angeordnet ist.

9. Anordnung zur optischen Übertragung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine wellenlängenabhängige Drehung der Polarisationsrichtung bewirkenden Elemente (Q₁ bis ß₇) in aufeinanderfolgenden Stufen jeweils die halbe Länge der- Elemente der vorhergehenden Stufe aufweisen und daß die diesen Elementen nachgeschalteten Elemente zur von der Lage der Polarisationsrichtung abhängigen Reflexion der Strahlen zwecks Berücksichtigung der in den erstgenannten Elementen, erfolgten Drehungen der Polarisationsrichtung um von der jeweiligen Wellenlänge abhängigen Winkel so winkelversetzt angeordnet sind, daß ein in einer seiner beiden für

3 . 4·

die Trennung in der betreffenden Stufe charakte- gefaßt, das den optischen Träger moduliert und nach ristischen Lagen polarisierter Strahl durchgelassen der Übertragung über die gewünschte Entfernung und ein senkrecht dazu polarisierter Strahl ab- durch Demodulation des optischen Trägers wiedergelenkt wird. gewonnen wird. Der Umweg über ein elektrisches

10. Anordnung zur optischen Übertragung nach 5 Modulationssignal für den optischen Träger erlaubt den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, es nicht, die Bandbreite des Lichtes, die in der Größendaß die pyramidenförmige Anordnung (OT) in Ordnung von 10¹* Hz liegt, auch nur annähernd ausihrer letzten Stufe für jeden Übertragungskanal zunutzen.

jeweils zwei für einander senkrechte Polarisations- In der deutschen Patentschrift 1 254 513 wird eine

richtungen bestimmte getrennte Strahlenwege auf- io weitere elektronisch-optische Vorrichtung zur MuM-weist, von denen der erste Modulationsmittel und plexübertragüng beschrieben, bei der eine Vielzahl der andere lichtempfindliche Mittel aufweist, von elektronischen Kanälen zur Erzeugung eines derart, daß eine gegenseitige Beeinflussung der der elektrischen Signals zur Modulation eines Lasers mit-Anordnung mit senkrecht zueinander liegenden einander kombiniert werden. Das modulierte Licht Polarisationsrichtungen zugeführten Strahlen der 15 einer Vielzahl derartiger Laser wird über ein Glas-Gegenstation und der stationseigenen Lichtquelle faserbündel übertragen, wobei das Licht jedes einzeln'en vermieden ist. Lasers jeweils über eine bestimmte Glasfaser oder eine

Gruppe solcher Glasfasern übertragen wird. Besondere Maßnahmen zur empfängerseitigen Trennung der 20 durch die einzelnen Laser senderseitig erzeugten Lichtstrahlen sind nicht erforderlich, da zu keinem Zeitpunkt eine Mischung dieser optischen Kanäle erfolgt.

Die Erfindung betrifft ein optisches Multiplex- Bei diesem Verfahren müssen die einzelnen op-

verfahren mit unterschiedliche Wellenlängen auf- tischen Übertragungswege sehr sorgfältig gegenweisenden Trägern. 25 einander abgeschirmt sein, was kostspielige und viel Die Informationsübertragung durch Licht ist seit Raum erfordernde Faserbündel oder Lichtleiterkabel langem bekannt. In ihrer modernen Form hat die In- erforderlich macht. Da die über die einzelnen Lichtformationsübertragung mittels scharf gebündelter leiter übertragenen Kanäle elektronisch gemischt Lichtstrahlen eine Reihe von Vorteilen, die mit der werden, kann auch bei dieser Vorrichtung die große elektrischen Übertragung nicht erreicht werden kön- 30 Bandbreite des Lichts bei weitem nicht ausgenutzt nen. Zu diesen Vorteilen gehören beispielsweise die werden.

Breitbandigkeit des Lichtes, die geringe Störung In der USA.-Patentschrift 2100 348 wird eine

anderer Übertragungswege sowie die Billigkeit der- optische Vorrichtung zur Zeit- oder Frequenzmultiartiger Anordnungen. Aus der Fernsprechtechnik ist plexübertragüng-beschrieben. Bei der Frequenzmultiferner die gleichzeitige Übertragung mehrerer Ge- 35 plexübertragüng werden die Kanäle durch optische spräche über einen einzigen Kanal durch das so- Filter definiert, wodurch einerseits der Wirkungsgrad genannte Frequenz-Multiplexverfahren bekannt. Der der Anlage verschlechtert und andererseits die Anzahl technische Aufwand ist aber bei derartigen Anlagen so der Kanäle herabgesetzt wird.

hoch, daß nur Übertragungen über relativ große Ent- In der USA.-Patentschrift 2 651 715 wird eine

fernungen wirtschaftlich sind. 40 weitere optische Vorrichtung zur Multiplexübertra-

In letzter Zeit hat die Übertragung von Informa- gung beschrieben, bei der die einzelnen Kanäle durch tionen zwischen zwei Computern oder zwischen Teilen die Wellenlänge des sie übertragenden Lichts definiert solcher Computer über relativ kurze Entfernungen sind. Die aus Prismen- und Linsenanordnungen bebesondere Probleme aufgeworfen, da dabei große stehenden Hilfsmittel zur senderseitigen Vereinigung Mengen von in binärer Form vorliegenden Infor- 45 und zur empf ängerseitigen Trennung der Kanäle sind mationen mit sehr großer Geschwindigkeit übertragen kompliziert und erfordern viel Raum. Darüber hinaus werden müssen. Wegen der sehr hohen Arbeits- ist die Anzahl der optischen Kanäle relativ klein, da geschwindigkeit moderner Computer und der dadurch einerseits die Trennschärfe der Misch- und Trennbedingten hohen Übertragungsgeschwindigkeit über. elemente gering ist und der Wirkungsgrad der sender-' die genannten Verbindungen sind auch für Parallel- 50 seitigen Elemente mit steigender Kanalzahl schnell Übertragungen sehr breitbandige Spezialkabel erfor- schlechter wird.

derlich, so daß selbst bei Übertragungen über kurze In der USA.-Patentschrift 3 256 443 wird eine

Entfernungen neben den Laufzeitproblemen auch die andere optische Vorrichtung zur Multiplexübertragung hohen Kosten und der große Raumbedarf dieser Über- angegeben, bei der die von einem Laser erzeugte tragungsleitungen sehr nachteilig empfunden werden. 55 Strahlung mit verschiedenen Frequenzen moduliert Seit der Erfindung der Laser rückte das Interesse an wird, die dann durch Prismen oder Interferometerder optischen Übertragung von Informationen wieder anordnungen räumlich getrennt, jeweils mit bestimmin den Vordergrund, eine befriedigende Lösung für ten Informationen moduliert, wiedervereinigt, überdie Parallelübertragung mit hoher Geschwindigkeit tragen, getrennt und schließlich durch die Modulation von in einer Vielzahl von Kanälen auftretenden Infor- 60 in elektrische Signale zurückverwandelt werden. Auch mationen wurde aber bisher nicht gefunden. diese Anordnung ist kompliziert, störanfällig, erfordert

In der Literaturstelle »VDI-Z., 107 (1965), Nr. 29, viel Raum und läßt nur eine begrenzte Anzahl von Oktober (II), S. 1395· bis 1397«, wird eine Multiplex- Kanälen zu.

Übertragung unter Ausnutzung der großen Bandbreite Die zuletzt genannten Vorrichtungen haben neben

des Lichtes beschrieben. Dabei werden mehrere Nach- 65 ihrer Kompliziertheit und durch sorgfältig zu justierichtenkanäle in bekannter Weise, beispielsweise mit rende Elemente bedingten Störanfälligkeit die Eigenelektronischen Hilfsmitteln, zu einem Modulations- schaft, daß die theoretische Übertragungsgeschwindigsignal mit einer Frequenz von einigen GHz zusammen- keit optischer Multiplexverfahren durch die Verwen-