DE1962941C3

DE1962941C3 - Übertragungssystem zur gleichzeitigen Übertragung von mehreren elektrischen Signalen über einen Übertragungskanal

Info

Publication number: DE1962941C3
Application number: DE1962941A
Authority: DE
Inventors: Georges Broussaud; Serge Lowenthal
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1969-12-16
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE1962941A1; FR1603792A; NL6918960A; JPS4826641B1; DE1962941B2; US3703640A; GB1299088A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs ).

Übertragungssysteme dieser Art arbeiten mit einer doppelten Fourier-Transformation, die es ermöglicht, die Multiplexierung nicht in der Zeilebene, sondern in der Frequenzebene vorzunehmen. Bei einem den Gegenstand des älteren Patents 17 62 789 bildenden Übertragungssystem dieser Art, bei dem die doppelte Fourier-Transformation bereits auf optischem Wege mit Hilfe eines Doppelbeugungssystems durchgeführt wird, sind die zu übertragenden elektrischen Signale mit Hilfe von Trägerfrequenzen in verschiedene Frequenzbereiche gebracht, so daß sie in der Frcqucnzcbene nebeneinander liegen. Das multiplcxicrtc Signal nimmt somit nach der zweiten Fourier-Transformation in der Zeilebene ein Frequenzband ein, das gleich der Summe der Modulationsseitenbänder aller zu übertragenden Signale ist. Der für die Übertragung verwendete Übertragungskanal muß daher eine Bandbreite haben, die gleich der Summe der für die Übertragung der einzelnen Signale erforderlichen Br.ndbreiten ist. Dies entspricht den üblichen Bedingungen der Frequenzmultiplexverfahren, die insbesondere bei Trägerfrequenzsystemen angewendet werden.

Bei einem aus der US-PS J2 64 61I bekannten Frequenzmultiplexsystem zur Übertragung von binären Daten wfrdcn sendcseitig die Zeitfunktionen der räumlich getrennten Datensignalkanälc auf optischem Wege Trägern unterschiedlicher Frequenz aiifmoduliert und anschließend die räumlich getrennten modulierten Träger räumlich zum Summcnsignal zusammengefaßt. Auf der Empfangsseite werden die modulierten Träger auf optischem Wege wieder räumlich voneinander getrennt und auf diese Weise die einzelnen Datensignalkanälc zurückgewonnen. Dies entspricht der üblichen Verfahrensweise bei Freqiien/miilliplexsystemen mit dem Unterschied, daß die Modulation und Demodulation sowie die Zusammenfassung und Filterung nicht elektrisch, sondern optisch erfolgt. Alle Vorgänge laufen in der Zeitebene ab; von dem Prinzip der doppelten Fourier-Transformation, insbesondere durch optische DoppelbeiigungssyslC!)·«-, wird kein Gebrauch gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines mit Spektralmultiplexierung arbeitenden Übertragungssystems der eingangs erörterten Art, das die Übertragung mehrerer Signale über ein-.'n Übertragungskanal ermöglicht, der ursprünglich nur für die Übertragung eines einzigen dieser Signale ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angeführten Merkmale gelöst.

Das beim erfindungsgemäßen Übertragungssystem angewendete Prinzip der spektralen Verschachtelung nutzt die Redundanz elektrischer Signale aus, die es erlaubt, von jedem Signal nur ausgewählte spektrale Abschnitte zu übertragen, ohne daß die Information verlorengeht. Es bestehen daher Lücken in dem übertragenen Frequenzspektrum, die mit geeignet gewählten spektralen Abschnitten anderer Signale gefüllt werden können, bis schließlich das ganze verfügbare Frequenzband vollständig belegt ist. Das schließlich übertragene multiplcxierte Signal besteht somit aus verschachtelten Spektralabschnitten verschiedener Signale. Empfangsseitig wi. ^ das übertragene Signal wieder in die einzelnen Spcktralabschnitte zerlegt, und die zu den einzelnen Signalen gehörenden Spektralabschnitte werden aussortiert und zusammengefügt. Es ist dadurch möglich, über einen Übcrtragungskanal gleichzeitig mehrere elektrische Signale zu übertragen, von denen jedes eine Bandbreite hat, die der Bandbreite des Übertragungskanals entspricht. Zwar sind die empfangenen Signale nicht mehr identisch mit den gesendeten Signalen, doch wird bei ausreichender Redundanz (wie sie beispielsweise bei Fernsprechsignalcn besteht) die in den Signalen enthaltene Information gut übermittelt, weil von jedem Signal hohe, mittlere und niedrige Frequenzen übertragen werden. Dadurch kann die Übertragungskapazität vorhandener Kanäle verdoppelt oder vervielfacht werden.

Während dieses Prinzip auf elektrischem Wege wegen des erforderlichen Filtcraufwands praktisch nicht realisierbar ware, ergibt die Erfindung eine Lösung mit sehr geringem Aufwand, weil die Ausblendung und Verschachtelung bzw. Trennung der Spektralabschnitie optisch in der Frequenzebene erfolgt, die bei doppelter Fourier-Transformation mittels optischer Doppclbeugungssysteme als Zwischenebene erhalten wird. Die hierfür erforderlichen optischen Anordnungen lassen sich aus an sich bekannten und jederzeit erhältlichen Bestandteilen (Linsen, elektrooptischen Modulatoren, Blenden usw.) verhältnismäßig einfach aufbauen, und sie ermöglichen die spektrale Zerlegung und die Verschachtelung der dadurch erhaltenen spektralen Abschnitte mit sehr großer Präzision.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielc erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. I Diagramme von Signalspektren zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 das Prinzipschema eines bei der Erfindung verwendeten Doppelbeugungssystems,

F' i g. 3 eine schemalische räumliche Darstellung einer ersten Ausführungsform der Spektralmultiplexierannrdnung nach der Erfindung,

F i g. 4 eine schemalisehe räumliche L»arstdlung einer ersten Ausführungsform der Spektraldcmultiplexieranordnung nach der Erfindung,

Fig. 5 eine zwe^;'c Ausführungsform der Spektralmultiplexieranordnung nach der Erfindung,

F i g. 6 eine optische Verschachteiungsanordnung fur das spektrale Multiplexieren von vier Signalen,

I ι g. 7 eine dritte Ausführungsiorm der Spektralmul tiplexicranordnung nach der Erfindung und

f ι g. 8 eine dritte Ausführungsform der Spcktralde multiplexieranordnung nach der Erfindung.

Air. Fig. 1 ist bei (a) das Frequenzspektrum l = f(f) < eines elektrischen Signals .Si ersichtlich. Dieses Spektrum überdeckt ein Frequenzband al·', welches in mehrere nebeneinanderliegende Abschnitte unterteilt ist. Fig. l(b) zeigt das Frequenzspektrum l — f(F) eine /weiten elektrischen Signals .SV Es ist ebenfalls in ,, Abschnitte unterteilt. In F-" i g. 1(c) ist das Frcqucn/.spck trum l = f(F) eines elektrischen Signals ΛΊ dargestellt, welches durch Vcrschachteliing der schraffierten Abschnitte der Γ i g. l(a) und 1(b) /iisammengesct/t ist Das Signal .S'i überdeckt das gleiche Frequenzband AF ,, wie die Signale ΛΊ und .S';. aus welchen es entstanden ist. Wenn man aus dem Signal .S', die auf das Signal .S'.> bezügliche Information herausziehen will, genügt es, in seinem Spektrum die geradzahligen Abschnitte aus/u wählen, welche zum Aufbau desselben gedient haben. ..,, Dies ist in F i g. l(d) geschehen, wo das Spektrum l = f(l) des Signals .S'.>. vermindert um seine ungcradzahligen Abschnitte.dargestellt ist.

Wie in F i g. I gezeigt, erfordert das spektrale Multiplcxieren von zwei Signalen .V₁ und .S'.> eine genaue ^ Unterteilung ihrer jeweiligen Spektren, da 'nan die abwechselnd zu dem einen und zum anderen Signal gehörigen spektralen Abschnitte ncbencinanderset/en muß. Der umgekehrte Vorgang des Demultiplexicrens erfordert ebenfall", eine genaue Unterteilung des ,,. zusammengesetzten Spektrums des Signals .Si. da man die /u Si und .S'. gehörigen spektralen Abschnitte voneinander trennen muli Die Verwendung von bekannten elektrischen Filtern kann nicht vorgesehen werden, da man eine große Anzahl von spektralen ^ Abschnitten vorsehen muß. um die in jedem der Signale enthaltene Information richtig wiederzugeben. Außer dem erfordert die Wiederherstellung c'er Information aufgrund von filtrierten spektralen Elementen, daß die durch die Filterschaltungen hervorgerufenen Phasen- ^ verschiebungen genau kontrolliert werden.

Diese Schwierigkeiten können überwunden werden, wenn man eine optische Filtrierung mi! monochromatischem Licht anwendet. Das Prionzip dieses Verfahrens i-,1 in F i g. 2 dargestellt, welche eine monochromatische ₄<, Lichtquelle 1 zeigt, die auf einer optischen Achse 7. angeordnet ist. In den Punkten O. Fund R sind jeweils Ebenen (x,, y,,), (μ, ν) und (χ., y) dargestellt. F.ine erste. nahe Gegenstandsebene (xn. y„) angeordnete Linse 2 erzeugt im Punkt F das Bild der Lichtquelle 1. F.ine v. zweite, nahe der Fnterebene (μ. ν)angeordnete Linse 3 erzeugt im Punkt ßdas Bild des Punktes O, Die in F i g. 2 dargestellte Anordnung ist ein optisches Doppelbeugungssystem, welches die folgenden Eigenschaften besitzt:

1) Fiine Verteilung von Lichtamplituden, welche in der F.bene *,-,. jo durch die komplexe Funktion 0 (xn, y„) darstellbar ist. erzeugt in der Ebene (μ. ν) eine Verteilung von Lichtamplituden, welche durch die folgende Beziehung wiedergegeben wird: r.

jj '

,. v„)c

'-'cU.d.v,,

Die Verteilung 0 (μ. ν) stellt daher das Frequenzspek- <,_ς trum eines optischen Signals 0 (xr_hyn)dar.

2) Da die Verteilung von Lichtamplituden ; (x_k y,), welche in der Ebene x, y, erhalten wird, durch eine Beziehung der gleichen Art mit der in der Ebene (μ, ν) erhaltenen Verteilung zusammenhängt, sieht man, daß der übertragene Teil des Spektrums des Signals O (x_n, y») in der Ebene (x„ y,) ein Signal /' (x* y,) entstehen läßt, welches das filtrierte Signal O ist.

Man kann daher das in I'i g. 2 dargestellte optische Doppelbeugungssystcm zur Unterteilung des Frequenz spektrums eines beliebigen elektrischen Signals in Abschnitte verwenden. Zu diesem Zweck muß das elektrische Signal ΛΊ = f(t)in ein optisches Modulations signal umgewandelt werden, welches das von der Lichtquelle 1 ausgesandte l.ichtbündcl in der Ebene *.,. y» modulieren kann. Diese Umwandlung erfordert einen Wechsel der Veränderlichen, da das Signal ΛΊ = f(l) die F'orm .S'i = /fan/¹ annehmen muß.

In F-" i g. 2 ist außerhalb des optischen Systems 1, 2, 3 ein Block 4 dargestellt, welcher aus lichlbrcchendem Material geschnitten und auf einer seiner Oberflächen mit einem eickiromecimiitscMeii Wiinuii-i "> vc-i seilen lsi, der zur !Erregung einer Vcrformungswellc geeignet ist, welche sich in Richtung *_P mit der konstanten Geschwindigkeit C fortpflanzt. Das Signal S\~f(i) erregt den Wandler 5, welcher in dem Block 4 eine durch die Funktion .S'i = f(x„- (Ί) dargestellte Welle erzeugt. Der Brechungsindex des Blocks 4 wird durch diese Welle moduliert und man kann diese räumlich zeitliche Änderung des Brechungsindex zur Modulation des opti.thcn Weges der von der Lichtquelle I ausgehenden Strahlen verwenden. Da der Block 4 durchsichtig ist. ist die Modulation des l.ichlbündcls eine Phasenmodulation, welche in eine Amplitudenmodulation umgewandelt werden muß. Diese Umwandlung kann mittels des Doppclbcugungssystcms von F i g. 2 durchgeführt werden, indem in ihrer Ebene (χι,, y_t,) der Modulationsblock 4, 5 angeordnet und in ihrer Ebene (μ. \) ein durchsichtiges Filter 6 angebracht wird, welches Phasenkontrastfilter genannt wird. Das F'iltcr H empfängt die von der Linse 2 gebeugte Strahlung und überträgt die zu den beiden Seiten der Achse r gelegenen Anteile dieser Strahlung mit gegenseitiger Phasenverschiebung. Die aus der Linse 3 austretenden Strahlen bilden in der Ebene (\* y,) die gewünschte Amplitudenverteilung, welche sodann zu einem anderen optischen Doppclbeugungssystem übertragen wird, wie weiter unten gezeigt. Es ist zu bemerken, daß man eine Verteilung von Lichtamplituden gemäß der F'orm des Signals Si =/fij¹ auch dadurch erhalten kann, daß man mit polarisiertem Licht arbeitet, das heißt, daß man den B'ock 4 zwischen einem Polarisator und einem Analysator anordnet. In diesem Fall ist das optische Phasenkontrastsystern überflüssig.

Aus F i g. 3 ist eine erste elektro-optische Anordnung ersichtlich, welche die Durchführung des spektralen Multiplexierens eines elektrischen Signals S(t)und eines weiteren elektrischen Signals S₁(I)gestattet. Sie besteht aus einer monochromatischen Lichtquelle 7, die mit Hilfe von nicht dargestellten optischen Einrichtungen zur Bildung einer zweiten, mit der ersten synchronen Lichtquelle 8 verdoppelt werden kann. Die Lichtquellen 7 und 8 liegen jeweils zentrisch zu einer optischen Achse Oi Fi bzw. ChFi. Die ersten Linsen 9 und 10 sammeln die von den Lichtquellen 7 und 8 ausgehenden Lichtbündel jeweils bei Fi bzw. Fi. Diese Lichtbündel werden jeweils nahe den Linsen 9 und 10 mittels akustischer Übertragungsleitungen 11 und 13 moduliert, welche jeweils einer Phasenkontrasteinrichtung 15 bzw. 16 zugeordnet sind. Die Leitungen 11 und 13 werden durch ein elektrisches Signal S-, bzw. Si erregt, das auf einer

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elektromechanischen Wandler 12b/w. 14 gegeben wird. In den Punkten Oi und ()_m< sind jeweils Gcgenslandsebenen (x». \h) dargestellt, in denen sich Verteilungen von Lichlamplitiiden ausbilden, welche aus Gittern von zur Achse ι» parallelen Streifen bestehen, in jedem Zeitpunkt stimmt die Änderungsfunktion der Helligkeit dieser Streifen mit der /eillichen Änderungsfunktion der Auflüde der Signale .Vi und .V^ überein. Die Streifenmuster pflanzen sich längs der Achse *» mit der Geschwindigkeit C der von den Wandlern 12 und 14 in den Leitungen 11 und Π erzeugten Verformungswcllen fort. In den Punkten I] und /\> sind jeweils Filterebenen (μ. v) dargestellt, in welchen sich durch optische Beugung die Frcquen/spcktren der von den Gcgcnslandsebenen (x«. y_n) ausgehenden l.ichtamplitudcnvcrteiliingcn ausbilden. Diese Spektren bestehen aus fcMsichenden Linien, welche Teilen der in den Leitungen 11 und 13 vorhandenen Signale ΛΊ und S; l.-|li*|'ll CLMCiI.

Ils ist zu bemerken, daß die aus den Ebenen (x,* y„) hervorgehenden Verteilungen einer gleichförmigen Translationsbewcgung unterworfen sind. Diese gleichförmige Translation bringt keinerlei Verschiebung der Spektren in den Ebenen (μ, ν) mit sich, da sie nur die Phase der Spcktrallinien beeinflußt. Das spektrale Miilliplexiercn erfolgt dadurch, daß in den Ebenen (μ, ν) zueinander komplementäre optische Filter 17 und 18 angeordnet werden. Diese I ilter 17 und 18 unterteilen die Irccnicn/speklren der Signale ΛΊ und .V> in spektrale Abschnitte, welche mittels des halbdurchlässigen Spiegels 19 optisch nebeneinandergesetzt werden, /wischen dem Spiegel 19 und den filtern 17 und 18 sind Linsen 20 und 21 angeordnet, welche .m Punkt Ii die Bilder der Punkte O- und O; erzeugen können Infolge dieser Anordnung der Teile spielt die Ebene (\,. V₁) die Rolle der Bildebene, deren Beleuchtung der Eourier-Transformation des mit Hilfe der Filter 17 und 18 und des Spiegels 19 erzeugten verschachtelten Spektrums entspricht. Das leuchtende Bild, welches sich in der Ebene (\,. },) ausbildet, entspricht der spektralen Verschachtclung der in den Ebenen (x,. y,J vorhandenen l.ichtsignalc. Dieses Bild wandert parallel zur Achse ν und zur Zerlegung desselben ist eine mit einem Spalt 25 versehene Blende 22 vorgesehen. Eine Linse 23 empfängt das vom Spall 25 durchgelassenc Licht und leitet dasselbe auf einen photoclektrischen Wandler 24. welcher das multiplexicrtc elektrische Signal abgibt. Die von den Filtern 17 und 18 und vom Spiegel 19 gebildete Anordnung ist eine optische Vcrschachtelungseinrichtung, welche so ausgebildet werden kann, daß sie die Frequenzspektren von /Vzu multiplexiercnden Signalen empfängt. Die Erzeugung dieser Λ/Spektien erfordert N elektro-optische Modulatoren nach Art der Modulatoren 11, 15 bzw. 13, 16. denen jeweils eine erste Beugungseinrichtung 9 bzw. 10 zugeordnet ist. Das aus der Verschachtelungseinrichtung austretende verschachtelte Spektrum wird durch zweite Beugungseinrichtungen 20, 21 verarbeitet und eine durch eine elektrooptische Detektoranordnung 22, 23, 24 untersucht, so daß man schließlich das N Eingangssignalen S₁, S₂ ... 5,v entsprechende, multiplexierte elektrische Signal erhält.

In F i g. 4 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Demultiplexieren des von der in F i g. 3 dargestellten Anlage abgegebenen elektrischen Signals gezeigt.

Das zu demultiplexierende elektrische Signal wird auf einen elektrooptischen Modulator gegeben, welcher einen elektromechanischen Wandler 26. der mit einem

(Ό

durchsichtigen Block 27 gekoppelt ist, und eine optische Phascnkontrastcinrichtung 28 aufweist. Eine monochromatische Lichtquelle 30 sendet ein Lichtbündel aus, welches den elektrooptischen Wandler 27, 28 durchsetzt. Eine Linse 29. welche die Rolle der ersten Beugungseinrichtung spielt, sammelt das von der Lichtquelle 30 ausgehende Lichtbündel im Punkt /·" Im Punkt O ist eine Gegenstandsebenc (x,* ^„/"dargestellt, in welcher sich eine Verteilung von Lichtamplituden ausbildet, die dem elektrischen Signal .Vi₄₂ entspricht. Im Punkt /-"erzeugt diese Verteilung ein Irequen/.spcktrum. welches sich in der Fillercbenc (μ, ν) erstreckt. Dieses Spektrum ist verschachtelt, und man kann in diesem Spektrum die spektralen Bänder eines Signals .Vi isolieren, indem man in der Ebene (μ, ν) ein mit geeigneten öffnungen versehenes Filter 31 anordnet. Die vom Filter 31 durchgclassene Strahlung wird von einer Linse 32 empfangen, welche die zweite Bcugungseiiii iu'uiuiig uaiMciii. Die !,ihm: 32 ci/.cugi im ruriki B das Bild des Punktes O und wandelt die Teile des aus dem Filter 31 austretenden Spektrums in ein Bild des Signals .Vi um, welches in die durch den Punkt Iigehende Ebene (x„ yj projiziert wird. Eine mit einem Spalt 34 versehene Blende 33 zergliedert das in die Ebene (x„ y,) projizierte Bild. Der Spalt 34 beleuchtet einen photoelektrischen Wandler 36 über eine Sammellinse 35. so daß diese das elektrische Signal .Vi abgibt.

Die in den Vorrichtungen gemäß den Fig. 3 und 4 verwendeten optischen Filter 17, 18 und 31 besitzen durchsichtige und undurchsichtige Zonen, welche in Form von parallelen Spalten und Stäben ausgebildet sind. Wenn man das spektrale Multiplcxicrcn von zwei Signalen durchführt, kann man eine konstante Breite der Spalte und Stäbe annehmen, was ermöglicht, daß die geradzahligen oder ungcradzahligen spektralen Bänder des Frequenzspektrums durch einfache Verschiebung ausgewählt werden können. Trotzdem bilden die Spalte und Siäbe Beugungsgitter, welche zur Erzeugung eines mittleren Bildes und sekundärer Bilder in der Bildebene (x* yjgeeignet sind.

Um zu vermeiden, daß das Photodclcktorclcmcnt mehrmals die Information liest, müssen die sekundären Bilder außerhalb des Feldes des mittleren Bildes erzeugt werden. Wenn diese Bedingung bei einem Filtergitter mit gleichförmiger Teilung gestellt wird, ist es erforderlich, eine Anzahl von Spalten zu wählen, die gleich der größten Anzahl von Lichthalbperioden ist, welche die längs der Achse x„ verteilten optischen Signale enthalten können. Diese Anzahl von Spalten stellt eine obere Grenze bezüglich der Filtricrung dar, da dieser Vorgang nur durchführbar ist. wenn die Linien des Spektrums eine geringere Breite besitzen als die Stäbe des Filtergitters.

Um ein mittleres Bild zu erhalten, welches nicht durch die sekundären Beugungsbilder des Filtergitters gestört ist, und um eine wirksame Filtrierung zu erzielen, werden Filtergitter verwendet, deren Teilung sich nach einer quasi-zufälligen oder nach einer logarithmischen Funktion ändert. Ein solches Gitter kann aus Stäben und Spalten bestehen, deren Breite proportional ihrem Abstand von der Mitte des Gitters ist

Die in den Fig.2 bis 4 schematisch dargestellten elektro-optischen Modulatoren sind zum Multiplexieren von Fernsehsignalen geeignet, da diese aus einer Folge von mit kurzer Periode übertragenen Videozeilen zusammengesetzt sind. Eine akustische Leitung von einigen zehn Zentimetern Länge ermöglicht es, eine Zeile des Fernsehsignals während einer Zeit darzustel-

lcn, die gleich der Zeilcndauer ist. Wenn man das Multiplexieren von Fernsehsignalen Zeile für Zeile vornimmt, kann man die bei bestimmten Bildern auftretende Moire-Wirkung dadurch vermeiden, daß man am Eingang der Multiplcxicrvorrichtung und am Ausgang der Demultiplexiervorrichtung durch die Synchronisiersignale der Fernsehnnlage gesteuerte Umschalter anordnet.

Die synchrone Umschaltung der Fernschkanäle kann nach der Übertragung jedes Fernseh-Halbbildes statt finden. Dadurch ist infolge der Verschachtelung der geradzahligen und der ungcradzahligen Zeilen das Moire nicht mehr wahrnehmbar.

Das verschachtelte spektrale Multiplexieren kann auch mittels optischer Filter, welche reflektierende Beläge aufweisen, durchgeführt werden.

F i g. 5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Multiplexieren, bei welcher ,»ir» 'inlicolifX: I) nflftv ioniT ilt*»r w>r%i/«iri'l«W tk/ir/l ΙΛιηιο durchgelassen. Die aus der Einrichtung 47 (Signal .S',) austretenden Strahlen durchsetzen den Spiegel 50 und werden sodann nacheinander am Filter 52 und an den Spiegeln 50 unet 51 reflektiert. Die aus der Einrichtung 48 (Signal S₄) austretenden Strahlen werden nacheinander vom Spiegel 51 und vom Filter 52 reflektiert und sodann vom Spiegel 51 durchgelassen.

Die Modulation eines L.ichtbündels mittels Leitungen, welche das modulierende Signal in Form einer Verformungswclle leiten, ist undurchführbar, wenn die Dauer der Signalabschnitte, mit welchen man arbeitet. groß ist, da dann der Plalzbedarf der Leitung unzulässig groß wird.

In der Tclefonie ergibt sich das Problem, einen optischen Modulator herzustellen, welcher Abschnitte eines elektrischen Signals mit einer Dauer vo' mehreren Millisekunden umsetzen kann. Zu diesem Zweck wird eine auf der Verwendung von photochro-

Vorrichtung ist der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ähnlich. Um die Zeichnung übersichtlich zu gestalten, sind die Lichtquelle und die Modulatoren nicht dargestellt, jedoch sind die Spuren O\x„ und O₁X,, der Gegenstandsebenen eingezeichnet, von denen die modulierten Lichtbündel ausgehen. Die Linsen 37 und 38 sind die ersten optischen Bcugungssysteme. Die von den Ebenen x„ ausgehenden L.ichtbündcl werden durch diese Linsen im Punkt Fi in der Filterebene mit der Spur Fi //. gesammelt. Die Linse 37 liefert ein erstes Spektrum auf der linken Fläche der Ebene μ. und die dem halbreflektierenden Spiegel 40 zugeordnete Linse 38 liefert ein zweites Spektrum auf der rechten Fläche der gleichen Ebene μ. Die Spektren werden mittels eines Gitters 41 filtriert und verschachtelt, wobei dieses Gitter in der Ebene μ angeordnete reflektierende Stäbe aufweist. Der durchgehende Teil des ersten Spektrums und der reflektierte Teil des zweiten durchsetzen den Spiegel 40 und werden von der Linse 39 empfangen. Die Linse 39 erzeugt im Punkt ßdas Bild der Punkte O₁ und Oj, so daß die in der Ebene x, erhaltene Beleuchtung die Fourier-Transformation der verschachtelten Spektren ist. Dit Blende 42 besitz*, einen Spalt 43, welcher mit einem Photodetektor 44 gekoppelt ist.

Bei den in den folgenden Figuren gezeigten schematischen Darstellungen werden optische Verschachtelungseinrichtungen zum Nebeneinandersetzen von zwei Frequenzspektren verwendet. Aus F i g. 6 ist eine optische Verschachtelungseinrichtung zum Verschachteln der jeweils zu vier Signalen Si, Sj, Si und S₄ gehörigen spektralen Bänder ersichtlich. Die die Spektren dieser vier Signale projizierenden optischen Einrichtungen sind jeweils symbolisch durch die Rechtecke 4.5, 46, 47 und 48 dargestellt. Die das verschachtelte Spektrum empfangende optische Einrichtung ist durch das Rechteck 49 symbolisiert. Die Verschachtelung wird mittels zweier halbreflektierender Spiegel 50 und 51 durchgeführt. Die Filtrierung der spektralen Bänder wird mittels eines optischen Filters 52 bewirkt, dessen Spalte dreimal so schmal sind wie die Stäbe. Die Stäbe sind auf einem Drittel ihrer Breite reflektierend und auf den beiden übrigen Dritteln mit absorbierenden Schichten 53 überzogen. Die Lichtstrahlen verlaufen folgendermaßen: Die aus der Einrichtung4:5 (Signal Si) austretenden Strahlen werden durch das Filter 52 durchgelassen und sodann nacheinander an den Spiegeln 50 und 51 reflektiert. Die aus der Einrichtung 46 (Signal Sb) austretenden Strahlen werden durch das Filter 52 sowie durch den Spiegel 51 :o photochromatische Stoffe bekannt, wie die Salieylderivate von Salicylsäureanilid, welche bei Einlagerung in einen durchsichtigen Träger diesem Träger die Eigenschaft erteilten, daß er unter Einwirkung einer ultravioletten Strahlung mehr oder weniger undurch-

js sichtig wird und unter der Wirkung einer infraroten Strahlung seine ursprüngliche Durchsichtigkeit wieder annimmt.

Aus F i g. 7 ist eine Vorrichtung zu entnehmen, welche das spektrale Multiplexieren von zwei elektrischen

to Signalen Si und S.. gestaltet, die in Abschnitte von 10 Millisekunden zerlegt sind. Die Vorrichtung besteht aus einem photochromatischen Band 54 in .Schleifenform, welches um Rollen 55 läuft. Diese Schleife wird einer Ablaufbewegung mit konstanter Geschwindigkeit mit-

is tels eines Antriebsmechanismus 56 unterworfen.

Die Schleife 54 wird durch ein flaches Bündel von ultraviolettem Licht beleuchtet, welches aus einem an sich bekannten elektro-optischen Modulator 58 austritt, der ein von einer Lichtquelle 57 erzeugtes ultraviolettes

ίο Lichtbündel mit dem elektrischen Signal .Si moduliert. Nach dem Modulator 58 weist die Schleife eine veränderliche Durchlässigkeit auf, welche zur optischen Modulation des von einer monochromatischen Lichtquelle 59 ausgesandten l.ichtbündels dient. Nach

■4S Durchgang durch das Gesichtsfeld der Linse 60 wird die Schleife einer infraroten Strahlung einer Löschungsquelle 61 ausgesetzt. Eine zweite Modulatoranlage ist zur Einführung des Signals S> vorgesehen. Sie weist eine ultraviolette Lichtquelle 62. einen elektro-optischen

so Modulator 63, eine monochromatische Lichtquelle 64, die durch Abzweigung eines Teils der Strahlung der Lichtquelle 59 erhalten wird, eine Linse 65 und eine infrarote Löschungsquelle 66 auf. Die in Fig. 7 dargestellte Anlage weist außerdem erste stigmatische Systeme 60 und 65, eine der in Fig. 5 dargestellten gleiche, aus dem Filter 67 bestehende spektrale Verschachtelungseinrichtung und den halbdurchlässigen Spiegel 68 auf. Die zweite Beugung des von den Elementen 67 und 68 gelieferten, verschachtelten

ho Spektrums wird durch die Linse 69 durchgeführt. Eine mit einem Spalt 71 versehene Blende 70 zerlegt die von der Linse 69 ausgesandte Strahlung und ein Wandler 72 wandelt die vom Spalt 71 empfangene Lichtenergie in das multiplexierte elektrische Signal Si₊j um. Die in

f>5 F i g. 7 gezeigte Vorrichtung arbeitet in analoger Weise wie die in F i g. 5 gezeigte Vorrichtung, was das eigentliche Multiplexieren anbelangt. Das Ersetzen der in den obigen Vorrichtungen verwendeten Übertra-

gtingsleitiingen 11 und IJ durch ein kontinuierlich ablaufendes Band 54 ändert nicht die Art der Verteilungen der I.ichtamplitudcn, die in den Gegen standsebenen v,, erzeugt werden. In F-" i g. 7 werden die Gegenstandsebenen durch die Oberfläche dc.-i Bandes 54 in der Umgebung der Punkte O\ und O₂ gebildet, die Filterebene μ fällt mit der fibene des Filters 67 zusammen, und die Bildebene v, fallt mit der Fbene der Blende 70 zusammen.

Aus I i g. 8 ist eine Vorrichtung zum Demultiplcxieren ersichtlich, bei welcher eine photochromaiischc Schleife verwendet wird. Sie weist eine Schleife 73 aus photochromatischem Material auf, welche über Rollen

74 gespannt ist und mittels eines Antriebsmechanismus

75 mit konstanter Geschwindigkeit verschoben wird. F.in flaches ultraviolettes l.ichtbündel beschreibt das Band, wobei das l.ichtbündel von einer Lichtquelle 76 aiisgesandt und durch das auf den elektrooptischen

77 "cebene elektrische Si"!i;;! S,

moduliert wi.d. Der beschriebene Bereich des Bandes 73 durchwandert das von einer monochromatischen Lichtquelle 78 kommende L.ichtbündel. Das Bündel wird im Punkt /-'in einer Filterebene gesammelt, welche aus Spulten und reflektierenden Stuben besieht. Nach Durchgang durch das von der Linse 79 fokussiert^ Bündel wird das liantl 73 einer von einer l.öschungseiririchlung 80 erzeugten Infrarotstrahlung unterworfen. In tier ;;bcne des Filters 83 erzeugt die Linse 79 das verschachtelte Spektrum der zwei Signale .Vi und .SV Der durchgclassene Teil dieses Spektrums wird von einer Linse 84 empfangen, welche so angeordnet ist, da 1.1 sie im Punkt lh das Bild des Mittelpunkts O der da. nuiltiplcxicrcndc Signal S\ , > kennzeichnenden Verteilung von Lichlamplitiideii erzeugt. Der leflekticrtc Teil dieses Spektrums wird durch den halbdurchkissigen Spiegel 81 nochmals reflektiert und von einer Linse 82 empfangen, welche im Punkt B₂ das Bild des Mittelpunk tes O erzeugt. |cweils mit Spalten 86 bzw. 87 versehene Blenden 85 bzw. 88 empfangen in den Punkten /Vi b'w. lh die aus den Linsen 82 bzw. 84 austretenden Strahlen. Diese Strahlen werden von den photoelektrischen Wandler" 89 b/vv 90 ;uif"i.'ri;;;":ViCr: welche "cv.cii'. clic elektrischen Signale S₂ bzw. .S'i abgeben. Man kann statt der Linsen auch irgendeine andere optische Anordnung verwenden, welche eine Fourier-Transformation ermöglicht.

I lici/u 7 HLiIt /cichniiiiücn

Claims

Patentansprüche:

1. Übertragungssystem zur gleichzeitigen Übertragung von mehreren elektrischen Signalen über einen Übertragungskanal, mit einer Spektralmultiplexieranordnung, die zu dem Übertragungskanal ein multiplexiertes elektrisches Signal liefert, und mit einer Spektraldemultiplexieranordnung, welche das über den Überiragungskanal übertragene multiplexierte elektrische Signal demultiplexiert, wobei die Spektralmultiplexieranordnung enthält:

- eine monochromatische Lichtquelle zur Aussendung von getrennten Lichtbündeln, deren Anzahl der Anzahl der zu übertragenden elektrischen Signale entspricht;

- cleklrooptische Modulatoren, die so angeordnet sind, daß sie jeweils eines der Lichtbündel unter Steuerung durch die zu übertragenden elektrischen Signale modulieren;

- erste Beugungssysteme, die jeweils im I.ichtweg eines der Lichtbündel liegen;

- ein zweites Beugungssystem, das so angeordnet ist. daß es die aus den ersten Beugungssystemen austretende Lichtenergie empfängt;

- photoelektrische Einrichtungin /um Empfang der aus dem zweiten Beugungssystem austretenden Lichtenergie;

und wobei die Spektraldemulliplexicranordnung enthält:

- eine ein monochromatisches Liehlbündci aussendende Lichtquelle;

- einen elektrooptischen Modulator, der so ;>ngeordnet ist, daß er das Uchtbündel unter Steuerung durch das multiplexierte elektrische Signal moduliert;

- ein erstes Beugungssystem, das im Weg des l.ichtbündcls liegt;

- ein zweites Beugungssystem, das so angeordnet ist, daß es die aus dem ersten Beugungssystcni austretende Lichtencrgic empfängt;

- photoelektrische Einrichtungen zum Empfang der aus dem zweiten Beugungssystem austretenden Lichtenergie;

dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Übertragungskanals, der ursprünglich für die Übertragung eines einzigen der elektrischen Signale ausgelegt war, zur Bildung eines multiplexierten elektrischen Signals, dessen Frcquenzspcktrum verschachtelte spektrale Abschnitte enthält, die zu den Frequenzspektren der verschiedenen elektrischen Signale (Si, S,·) gehören, die Spcktralmultiplexieranordnung (F i g. 3; F i g. 7) eine optische Verschachtelungsanordnung (17, 18, 19; 67, 68) enthält, die so angeordnet ist, daß sie die von den ersten Betigungssystemen (9, 10; 60, 65) gebeugten Lichtbündel empfängt und zu dem zweiten Beugungssystem (20, 21 j 69) ein verschachteltes Lichtbündel liefert, und daß die Spektraldemulliplexieranordnung (F i g. 4; F i g. 8) eine optische Trennvorrichtung (31; 81,83) enthält, die so angeordnet ist, daß sie das von dem ersten Beugungssystem (29; 79) gebeugte Lichtbündel empfängt und zu clem /weiten Beugungssystem (32; 82, 84) ein oder mehrere gefilterte Lichtbündel liefert, von denen jedes ausgewählte Teile der aus dem ersten Beugungssystem austretenden Lichtencrgic enthält.

2. Übertragungssystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elektrooptische Modulator enthält:

- eine lichtdurchlässige PIaHe(Il, 13;27);

- elektromechanische Wandlereinrichtungen (12, 14; 26), die mit der Platte so gekoppelt sind, daü sie darin eine Verformungswelle erregen, die einem der elektrischen Signale entspricht;

- optische Phasenkonirasteinrichlungen (15 16; 28), die der Platte so zugeordnet sind, daß sie die von der Verformungswelle erzeugten Brechungsindexänderungen in entsprechende Änderungen der aus dem Modulator austretenden Lichtampliludc umwandeln.

3. Übertragungssystem nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß jeder clektroopiischc Modulatorenthält:

- ein durchsichtiges Band (54; 73), das eine photochromatische Substanz enthält;

- Einrichtungen (56; 74) zum Antreiben des Bandes mit konstanter Geschwindigkeit;

- eine Schreiblichtquelic (57, 62; 76), die in der Lage ist, das Absorptionsvermögen der photochromatischen Substanz zu verändern;

- eine zum Ausbleichen der Substanz angeordnete Löschquelle (61,66; 80);

- eine elektrooptische Modulatorztilc (58, 63; 77), die so angeordnet ist. daß sie das aus der Schreiblichtquelle austretende und auf das Band fallende Lichlbündcl moduliert.

4. Übertragungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreiblichtquelle (57, 62; 76) eine Ultraviolcttstrahliingsqucllc ist, und daß die Löschquelle (61, 66; 80) eine Infrarotslrahlungsquel-Ie ist.

5. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes erste Beugungssyslem eine Sammellinse (9, 10; 29; 60,65; 79) ist, uic so angeordnet isi, daß sie eines der der elektrooptischen Modulation unterworfenen Lichlbündcl fokussiert.

6. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zweite Beugungssystem eine Linse (20, 21; 32; 69; 82, 84) zur Bildung eines Bildes der Austrittsfläche der elektrooptischen Modulatoren auf der Eintrittsfläche (22; 33; 70; 85, 88) der phoioelcktrischcn Einrichtungen enthält.

7. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede photoclcktrische Einrichtung eine mit einem Spalt (25; 34; 71; 86; 87) versehene Maske (22; 33; 70; 85; 88) und einen hinter dem Spalt angeordneten pholoclektrischen Wandler (24; 36; 72; 89; 90) enthält.

8. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verschachtelungsanordnung einen halbdurchlässigen Spiegel (19) und zwei optische Filter (17, 18) mit mehreren parallelen Spalten enthält, und daß die Filter in bezug auf den halbdurchlässigen Spiegel so angeordnet sind, daß die Bilder der Spalte eines der Filter mit den Bildern der Spalte des anderen Fillers verschachtelt sind.

9. Übertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte eine konstante Breite haben jnd in gleichmäßigen Abständen liegen.

10. Übertragurgssystem nach Anspruch 8, da-

durch gekennzeichnet, daß die Spulte verschiedene Breiten haben und nach einem quasi-zufälligen Gesetz verteilt sind.

11. Übertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte verschiedene Breiten haben, und daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spalten dem Abstand der Spalte von dem mittleren Spalt der Reihe proportional ist.

12. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verschachtelungseinrichtung ein Filter (41) mit mehreren zwischen reflektierenden Stäben angeordneten parallelen Spalten und einen schräg zur Ebene (μ) des Filter angeordneten halbdurchlässigen Spiegel (40) enthält.

13. Übertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Stäbe (52) teilweise mit einer nichtreflektierenden Schicht (53) bedeckt sind.