DE1204978B - Anlage zur UEbertragung von Signalen mittels modulierter Lichtstrahlung (Lichtsprechgeraet) - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G08f

Deutsche Kl.: 74 d-8/02

Nummer: 1204 978

Aktenzeichen: W 34857IX d/74 d

Anmeldetag: 9. Juli 1963

Auslegetag: 11. November 1965

Die bekannten Lichtsprechgeräte arbeiten meist mit Amplitudenmodulation, d. h. Veränderung der Intensität des ausgesandten Lichtes mit der jeweiligen Signalinformation.

Es ist auch bekannt, Signale durch Frequenzmodulation bzw. Frequenzdemodulation der verwendeten Lichtquellen zu übertragen. Bei einer bekannten Anlage dieser Art wird die Frequenzmodulation bzw. Farbmodulation mittels eines mechanisch verschwenkten Prismas hervorgerufen. Höhere Modulationsfrequenzen können auf diese Weise nur unvollkommen übertragen werden.

Ferner ist es bekannt, zur Frequenzmodulation einen Laser zu verwenden. Hierbei wird ein kräftiges elektrisches Feld an den Rubinlaser angelegt, so daß infolge des Starkeffektes eine Frequenzverschiebung des ausgesandten kohärenten Lichtes eintritt. Moduliert man die Feldstärke im Takt der zu übertragenden Nachricht, so ergibt sich eine entsprechende Frequenzmodulation des ausgesandten Lichtes.

Die Demodulation des frequenzmodulierten Lichtes im Empfänger geschieht bei der bekannten Anlage mittels eines Fabry-Perot-Interferometers, da eine den geringen Wellenlängenverschiebungen angepaßte scharfe Selektion erforderlich ist. Abweichungen von der Grundfrequenz machen sich hinter dem Interferometer durch einen Intensitätsabfall bemerkbar, der mittels einer photoelektrischen Vorrichtung in bekannter Weise in elektrische Signalschwankungen umgewandelt werden kann. Das Fabry-Perot-Interferometer ist allerdings für praktische Zwecke kaum geeignet, da es sehr kostspielig ist und eine äußerst sorgfältige Justierung erfordert. Eine für den Betrieb ausreichende Stabilität unter Verwendung dieses ausgesprochenen Laboratoriumsgerätes erscheint undenkbar.

Ferner ist die bei einem Laser durch ein elektrisches Feld erzielbare Frequenzänderung sehr gering, weil die Emissionsfrequenz durch die Abmessungen des Lasers festgelegt ist. Deshalb lassen sich nur sehr schwache Modulationen erreichen, die an der Grenze des Beobachtbaren liegen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, diesen Nachteilen abzuhelfen.

Die erfindungsgemäße Anlage zur Übertragung von Signalen mittels modulierter Lichtstrahlung (Lichtsprechgerät), bei der Sende- und Empfangsgerät zur Frequenzmodulation bzw. Frequenzdemodulation der verwendeten Lichtwellen eingerichtet sind, wobei die Senderlichtquelle eine Spektrallinie aussendet, die mittels eines an die Lichtquelle angelegten elektrischen oder magnetischen Feldes in mehrere Anlage zur Übertragung von Signalen mittels
modulierter Lichtstrahlung (Lichtsprechgerät)

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Jefferson O. Hamby, Baltimore, Md.;
Roland H. Chase, Carrollton, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika-vom 9. Juli 1962 (208 245)

Komponenten aufgespalten ist (Starkeffekt bzw. Zeemaneffekt) und eine dieser Komponenten mittels eines Zusatzfeldes im Takt der zu übertragenden Nachricht in der Frequenz moduliert ist, während das Empfangsgerät ein Absorptionsfilter aufweist, das die Grundfrequenz der benutzten Emissionslinienkomponente absorbiert, die verschobenen Frequenzen aber mehr oder weniger durchläßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquelle und Absorptionsfilter aus gleichartigen Gasen bestehen und mittels gleichartiger Felder auf die Grundfrequenz abgestimmt sind.

Die erfindungsgemäß im Sender und Empfänger verwendeten Gaszellen sind wesentlich robuster und einfacher als ein Fabry-Perot-Interferometer und haben den großen Vorteil, daß die Abstimmung von Sender und Empfänger ohne Mühe im Gleichlauf verändert werden kann. Die Abstimmung ist außerordentlich einfach, da nur ein Gleichstrom eingestellt werden muß, ohne daß irgendwelche Teile mechanisch oder optisch verändert werden müssen. Auch ist die erzielbare Frequenzverschiebung für gleiche Feldstärken wesentlich größer, und die als Empfänger verwendete Gaszelle ist bei geeigneter Auswahl der Absorptionslinie erheblich empfindlicher als der Fabry-Perot-Resonator.

509 737/123

Ein weiterer erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtsprechgerätes besteht darin, daß die Funktionen von Sender und Empfänger ohne Schwierigkeiten vertauscht werden können, wobei eine gemeinsame Optik verwendbar ist. Hierdurch läßt sich mit geringem zusätzlichem Aufwand ein Wechselsprechverkehr ermöglichen.

Bei der eingangs erwähnten Anlage mit mechanischer Prismenverschwenkung ist eine Gegentaktanordnung zum Ausgleich äußerer Intensitäts-Schwankungen vorgesehen. Hierzu enthält der Empfänger eine optische Konzentrationsvorrichtung, hinter der die aufgenommene Lichtstrahlung in zwei Strahlungskanäle verzweigt wird, die über Absorptionsfilter zu getrennten lichtelektrischen Vorrichtungen führen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ebenfalls eine solche Gegentaktanordnung verwendet, bei der jedoch im zweiten Strahlungskanal kein Absorptionsfilter liegt. Es hat sich gezeigt, daß diese einfachere Anordnung empfindlicher ist und zur Kompensation störender Lichtschwankungen völlig ausreicht.

Die Erfindung wird im einzelnen an Hand der Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine Darstellung eines optischen Frequenzmodulators, der bei der Ausführungsform nach F i g. 1 verwendet ist,

F i g. 3 eine Anzahl von Kurven zur Erläuterung der Arbeitsweise des optischen Frequenzmodulators nach F i g. 2,

Fig. 4 eine Darstellung eines optischen Frequenzdemodulators zur Verwendung in der Anordnung nach F i g. 1,

F i g. 5 eine Anzahl von Kurven zur Erläuterung der Arbeitsweise des optischen Frequenzdemodulators nach F i g. 4,

F i g. 6 ein Diagramm zur weiteren Erläuterung der Arbeitsweise des optischen Frequenzdemodulators,

F i g. 7 eine Darstellung der Gesamtkennlinie der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform dem Frequenzmodulators,

F i g. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Frequenzdemodulators und

F i g. 10 die schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Empfängers der erfindungsgemäßen Anordnung.

Das Problem der optischen Nachrichtenverbindung wird durch die erfindungsgemäße Frequenzmodulation des Spektrums der Strahlungsquelle in neuartiger Weise gelöst. Die Frequenz des ausgesandten Lichtes ist hierbei in bekannter Weise eine Funktion der zu übermittelnden Nachricht. Die Erfindung beruht einerseits auf der spektralen Emission und Absorption von Atomen im Grundzustand und andererseits auf der Beeinflussung dieser Vorgänge durch magnetische und elektrische Felder, die als Zeemaneffekt bzw. Starkeffekt bekannt ist.

Bekanntlich besteht der Zeemaneffekt darin, daß eine Spektrallinie bei Anlegung eines Magnetfeldes an die Lichtquelle in mehrere Komponenten aufgespalten wird. Im einfachsten Falle treten bei Beobachtung in Feldrichtung an Stelle einer bestimmten Spektrallinie zwei Komponenten symmetrisch zur ursprünglichen Spektrallinie auf, die in entgegengesetzten Richtungen kreisförmig polarisiert sind. Bei Beobachtung rechtwinklig zur Feldrichtung erscheinen drei Linien, nämlich eine mittlere Linie am Ort der ursprünglichen Spektrallinie und zwei äußere Linien symmetrisch zur Mittellinie, die parallel zur Feldrichtung polarisiert sind, während die Polarisationsrichtung der Mittellinie senkrecht zur Feldrichtung verläuft. Die Anzahl der Linien, in die eine Spektrallinie aufgespalten wird, hängt von der Atomart ab, aber immer sind sämtliche Linien symmetrisch verteilt und in der angegebenen Weise polarisiert.

Gemäß dem Starkeffekt wird in einem kräftigen elektrischen Feld jede Spektrallinie in ähnlicher Weise symmetrisch aufgespalten. Bei Betrachtung senkrecht zur elektrischen Feldrichtung zeigen gewisse Komponenten eine Polarisationsebene, bei der der elektrische Vektor parallel zur Feldrichtung verläuft, während die anderen Komponenten einen elektrischen Vektor senkrecht zur Feldrichtung aufweisen. Bei Betrachtung parallel zur Feldrichtung beobachtet man nur unpolarisiertes Licht.

Der umgekehrte Zeemaneffekt bzw. Starkeffekt tritt auf, wenn Licht in einem Medium absorbiert wird, das sich in einem magnetischen bzw. elektrischen Feld befindet.

Die Verschiebung der Komponenten gegen die ursprüngliche Spektrallinie hängt von der angelegten Feldstärke ab. Diese Tatsache wird bei der Erfindung angewandt. Beim Erfindungsgegenstand wird also die zu übertragende Nachricht zur Modulation der elektrischen oder magnetischen Feldstärke eines Feldes verwendet, in welchem sich eine Lichtquelle (beispielsweise Quecksilber oder Natrium) befindet. Dadurch werden entsprechende kleine Wellenlängenbzw. Frequenzänderungen des ausgesandten Lichtes erzeugt. Das ausgesandte optische FM-Signal wird von einem optischen Empfänger aufgenommen, der einen Demodulator aufweist. Dieser übersetzt die Frequenzänderung in entsprechende Intensitätsänderungen der optischen Energie, da er eine Absorptionszelle mit frequenzabhängiger Absorption aufweist.

Die Anordnung wird nachstehend mit Bezug auf den Zeemaneffekt näher beschrieben. Der Starkeffekt kann aber in gleicher Weise verwendet werden.

Am Ort der Lichtquelle wird eine konstante Grundfeldstärke erzeugt. Diese bewirkt im ausgesandten Licht eine kleine Frequenzverschiebung einer bestimmten Spektrallinie, die als die Trägerfrequenz des ausgesandten Signals angesehen werden kann. Die zu übertragende Nachricht erzeugt einen Modulationsstrom, der ein modulierendes Magnetfeld hervorruft, wodurch kleine Frequenzverschiebungen rechts und links von der Trägerfrequenz hervorgerufen werden. Das erzeugte Licht wird in einem bestimmten Raumwinkel ausgesandt, gesammelt und von einem optischen System im Empfänger konzentriert und durch ein Trennfilter geleitet, das nur die interessierenden Frequenzen durchläßt. Die vom Filter durchgelassene Strahlung trifft unmittelbar auf eine Absorptionszelle. Die Absorptionszelle enthält Atome derselben Art wie die Lichtquelle, also z. B. in beiden Fällen Quecksilber in gleichem Zustand. Die Absorptionszelle befindet sich in einem stationären Magnetfeld, das auf die Trägerfrequenz der übertragenen Energie abgestimmt ist. Hierdurch ergibt sich der umgekehrte Zeemaneffekt, der die

Strahlung bei der Trägerfrequenz schwächt. Hinter der Absorptionszelle tritt eine Lichtstärkeschwankung entsprechend der zu übertragenden Nachricht auf. Mittels eines optisch-elektrischen Wandlers wird das amplitudenmodulierte Licht in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Dieses kann dann in bekannter Weise ausgewertet werden.

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Sie besteht aus dem Sender 20 und dem Empfänger 40. Im Sender 20 befindet sich eine Lichtquelle 25 in einem Magnetfeld H, das stationäre und Wechselkomponenten enthält. Letztere werden vom Frequenzmodulator 22 geliefert. Der Modulator 22 besteht aus einem Eisenkern 24, dessen Schenkel Wicklungen 28 und 34 tragen. Die beiden Wicklungen können auch auf dem gleichen Schenkel angebracht sein. An die Klemmen 29 und 30 der Wicklung 28 wird eine Gleichspannung angelegt, welche das stationäre Feld erzeugt, das die Trägerfrequenz bestimmt. Die Modulationsspannung wird an die Klem- so men 35 und 36 der Wicklung 34 angelegt. Die Lichtquelle 25 erzeugt eine transversal polarisierte Strahlung 27, die in einem optischen System 32 zu einem parallelen Lichtstrahl 33 verwandelt wird.

Der Lichtstrahl 33 trifft im Empfänger 40 auf ein optisches System, das beispielsweise aus den Linsen 51 und 53 besteht und das Licht 54 nach Aussiebung der unerwünschten Komponenten auf einen optischen Frequenzdemodulator 41 konzentriert. Dieser enthält eine Absorptionszelle 55, welche die Frequenzänderangen des Lichtstrahles 33 in Intensitätsänderungen umsetzt. Die Absorptionszelle 55 befindet sich in einem stationären Magnetfeld, das von einem Eisenkern 43 mit Wicklung 47 erzeugt wird. An die Klemmen 48 und 49 der Wicklung 47 ist eine Gleichspannung angelegt. Je nach der Abstimmung des Senders 20 kann die magnetische Feldstärke im Sender und im Empfänger beliebige Werte annehmen. Ferner enthält die Absorptionszelle 55 Atome der gleichen Art wie die Lichtquelle 25. Hinter der Absorptionszelle 55 ist ein optisch-elektrischer Wandler 57 angeordnet. Das frequenzmodulierte Licht 27, das auf die Absorptionszelle 55 fällt, gelangt als intensitätsmoduliertes Licht 27 auf den Wandler 57 und erzeugt dort ein elektrisches Signal, das der Übermittelten Nachricht entspricht. Über die Adern 62 und 63 ist mit dem Wandler 57 ein Verstärker 59 verbunden, der ein Ausgangssignal an den Klemmen 60 und 61 erzeugt.

Der Frequenzmodulator 22 und der Demodulator 41 werden nun im einzelnen beschrieben.

Der in Fi g. 2 gezeigte Modulator 22 besitzt einen Eisenkern 24 mit der Gleichspannungswicklung 28 und der Modulationswicklung 34. Das von beiden Wicklungen gemeinsam erzeugte magnetische Feld ist als Vektor H gezeichnet. Zwischen den beiden Wicklungen 28 und 34 befindet sich eine Lichtquelle 25. Diese besteht beispielsweise aus einer Gasentladungsröhre, die durch eine Hochfrequenzquelle angeregtes Quecksilber oder Natrium enthält. Die Lichtquelle 25 könnte auch aus einem Laser bestehen. Die Lichtquelle 25 strahlt nahezu in alle Richtungen Licht ab. Es werden hier aber nur die parallel und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes H ausgestrahlten Strahlen 26 und 27 näher betrachtet. Der Lichtstrahl 27 kann ohne weiteres von außen beobachtet werden, während zur Beobachtung des Lichtstrahles 26 eine Bohrung 21 im einen Polschuh des Magneten 24 angebracht ist. Die durch den Zeemaneffekt hervorgerufene Frequenzänderung des ausgesandten Lichtes ist unabhängig von der Beobachtungsrichtung und hängt allein von der Feldstärke ab. Dagegen sind die spektrale Verteilung und die Polarisation des Lichtes stark von der Beobachtungsrichtung abhängig.

Fig. 3 zeigt die zu erwartende spektrale Verteilung. Gemäß der Darstellung α befindet sich die Lichtquelle 25 im Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems und steht unter dem Einfluß eines Magnetfeldes H, das in AT-Richtung verläuft. In dieser Richtung wird der Lichtstrahl 26 ausgesandt, während der Lichtstrahl 27 in F-Richtung senkrecht zur Richtung des Feldes H beobachtet wird.

Ist kein Magnetfeld vorhanden, so zeigt eine bestimmte Spektrallinie der Lichtquelle 25 den spektralen Verlauf gemäß Darstellung b. Dieser ist natürlich in allen Beobachtungsrichtungen der gleiche, und die maximale Energie wird bei der Grandfrequenz F₀ ausgesandt. Auch die Polarisation ist unabhängig von der Beobachtungsrichtung.

Wird ein stationäres Magnetfeld mittels einer Gleichspannung an den Klemmen 29 und 30 der Wicklung 28 erzeugt, so ist die spektrale Verteilung und Polarisation entsprechend dem Zeemaneffekt in den beiden Richtungen verschieden. In Y-Richtung ergibt sich die Verteilung gemäß Kurve c der F i g. 3. Die von der Lichtquelle 25 ausgehende Energie 27 ist nun in drei Komponenten aufgespalten, wobei eine Komponente mit der Grundfrequenz V₀ übereinstimmt. Diese Komponente ist aber jetzt horizontal polarisiert, wie durch den Pfeil 69 angegeben. Ferner treten in dieser Richtung zwei kleinere Komponenten symmetrisch beiderseits der Grundfrequenz V₀ auf, wobei die erste Komponente 27' die Frequenz V₀ + AV und die zweite Komponente 27" die Frequenz V₀-AV besitzt. Diese beiden symmetrischen Komponenten sind nun vertikal polarisiert, wie es durch die Pfeile 65 angegeben ist.

Das in Richtung der X-Achse der Darstellung a longitudinal zum Magnetfeld H ausgesandte Licht 26 wird in zwei symmetrische Komponenten aufgespalten. Gemäß Kurve d in F i g. 3 verschwindet die Linie bei V₀, und die symmetrischen Komponenten 26' und 26" haben die Frequenz V₀ + AV bzw. V₀ -AV. Hierbei ist die Komponente 26' im Uhrzeigersinne polarisiert und die Komponente 26" entgegen dem Uhrzeigersinne kreisförmig polarisiert, wie es durch die Pfeile 70 und 72 angedeutet ist.

Erfindungsgemäß wird nun das Magnetfeld H moduliert. Das hierzu an die Klemmen 35 und 36 angelegte Wechselspannungssignal bewirkt, daß die betreffenden Frequenzkomponenten rechts und Hnks von den stationären Frequenzen V₀ + AV und V₀-AV verschoben werden. Diese Frequenzen werden zu den Trägerfrequenzen des Informationskanals. So ergeben sich in den Kurven c und d die Spektrallinien V₀ ± A(V+ V_sig), deren Lage von dem Augenblickswert der Modulationsspannung abhängt.

Die Frequenzverschiebung kann nach der bekannten Zeemangleichung berechnet werden:

AV = eHIAnmc= 1,40 · 10^e#sec¹".

Hierbei sind H das Magnetfeld in Gauss, e die Einheitsladung des Elektrons in elektrostatischen Einheiten, c die Lichtgeschwindigkeit und m die Elektronenmasse in g.

Die Frequenz der beiden aufgespaltenen Spektrallinien schwankt somit im Takt der Modulation um die Trägerfrequenzen V₀ +AV und V₀-AV.

Der in Fig.4 gezeigte optische Frequenzmodulator 41 arbeitet nach dem umgekehrten Prinzip wie der Frequenzmodulator. Sein Eisenkern 43 trägt nur eine Wicklung 47, an deren Klemmen 48 und 49 eine Gleichspannung angelegt wird. Die Absorptionszelle 55 enthält Atome der gleichen Art wie die Lichtquelle 25. Die Zelle wirkt als außerordentlich schmales Bandfilter für diejenigen Frequenzen bzw. Wellenlängen, bei denen eine Resonanzabsorption auftritt. Dadurch wird die von der Lichtquelle 25 ausgesandte Spektrallinie sehr stark geschwächt.

Modulation vorhanden, so würde die gesamte emittierte Energie im Absorptionsfilter absorbiert, da die Mittefrequenzen beider Emissionslinien sich bei V₀ ± A V befinden würden. Wegen der geringen Frequenzverschiebung A V_sig ergibt sich bei vorhandener Modulation hinter der Absorptionszelle 55 eine resultierende Lichtintensität 25.

Das so auftretende amplitudenmodulierte Licht wird im Wandler 57 in ein elektrisches Signal verwandelt. Der Wandler kann beispielsweise aus einem Photovervielfacher bestehen.

F i g. 10 zeigt eine andere Ausführungsform des optischen Empfängers. Der Empfänger 50 arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der Empfänger 40 in

Die Absorptionsverhältnisse sind im einzelnen in 15 Fig. 1. Die Linsen51 und 53 empfangen den Licht-

Fig. 5 dargestellt. Sie stellen das genaue Spiegelbild der in Fig. 3 gezeigten Verhältnisse dar. Darstellung α in F i g. 5 zeigt die Lage der Absorptionszelle 55 im Ursprung eines Koordinatensystems, wobei der

strahl 33 und führen das frequenzmodulierte Licht 27 einem Absorptionsfilter 55 zu, das in entsprechender Weise intensitätsmoduliertes Licht 27 abgibt. Dieses wird einem optisch-elektrischen Wandler 57^

Lichtstrahl 26 parallel und der Lichtstrahl 27 senk- 20 zugeführt, der über die Adern 62 und 63 einen Verrecht zum Magnetfeld H einfallen. Zum Durchtritt stärker 91 speist. Zusätzlich bei dieser Ausführungsdes Lichtstrahles 26 ist der Magnet mit einer Boh- form sind Spiegel 93 und 95 vorgesehen, mittels rung 23 versehen. deren ein Teil des einfallenden Lichtes 27 abgefangen

Kurve b zeigt die Verhältnisse ohne Anwendung und über die Wege 27' und 27" einem zweiten eines Magnetfeldes. Die maximale Absorption und 25 optisch-elektrischen Wandler 57 B zugeführt wird, damit der Tiefpunkt der Kurve 67 tritt bei der Grund- Dieser empfängt also Licht, das nicht durch das Abfrequenz V₀ auf. sorptionsfilter 55 gegangen ist. Das vom Wandler 575

Wird ein Gleichstrom durch die Wicklung 47 ge- erzeugte elektrische Signal wird über die Adern 97 schickt, so spaltet sich das Absorptionsspektrum der und 98 dem Verstärker 91 zugeführt. An den Ausbetreffenden Linie in drei Komponenten auf. Durch 30 gangsklemmen 60 und 61 des Verstärkers kann das entsprechende Einstellung des Magnetfeldes H kann der Nachricht entsprechende Signal abgenommen erreicht werden, daß die Absorption und Emission werden.

des Demodulators 41 und des Modulators 22 überein- Der Verstärker 91 ist vorzugsweise ein sogenannter

stimmen. Kurve c in F i g. 5 zeigt die Verhältnisse Ratioverstärker, bei dem das an den Klemmen 60 für quer zur Richtung des MagnetfeldesH einfallende 35 und 61 auftretende Signal gleich dem Verhältnis der Strahlung. Das Hauptminimum 67 bleibt an der von den Wandlern 57 A und 572? abgegebenen

Stelle V₀ und ist horizontal polarisiert, wie der Pfeil 69 angibt. Daneben treten zwei symmetrische Komponenten 67' und 67" an den Stellen V₀ + AV und

Signale ist. Auf diese Weise können Intensitätsschwankungen des vom Sender 20 ausgegebenen Lichtes sowie Störeinflüsse u. dgl. ausgeschaltet wer-

F₀- J V auf und sind gemäß den Pfeilen 65 vertikal 40 den. Die Ausgangsspannung ist dann eine reine polarisiert. Funktion der Frequenz der empfangenen Strahlung.

Der parallel zum Magnetfeld einfallende Strahl 26 F i g. 7 zeigt die Gesamtkennlinie des erfindungs-

wird gemäß Kurve d absorbiert. Er besitzt zwei gemäßen optischen Frequenzmodulationssystems. Die Minima 66' und 66", die symmetrisch zur Fre- Abstimmung geschieht durch Einstellung der an der quenz V₀ an den Stellen V₀ + AV und V₀-AV auf- 45 Wicklung 28 liegenden Vorspannung auf einen Artreten. Im Gegensatz zu den Verhältnissen bei Emis- beitspunkt 75 im linearen Teil der Kennlinie 74. sion ist das Minimum 66' entgegen dem Uhrzeigersinne und das Minimum 66" im Uhrzeigersinne kreisförmig polarisiert, wie die Pfeile 70 und 72 angeben.

Beim Durchgang des modulierten Lichtes durch 5°
die Absorptionszelle 55 geht ein Teil der einfallenden
Lichtenergie 26 bzw. 27 verloren. Die durchgelassene
Intensität 26 bzw. 27 ist eine Funktion der einfallenden Energie und der eingestellten mittleren Absorptionsfrequenz. Jeder einfallenden Frequenz entspricht 55 filter 55 in einem elektrischen Feld E. Das Eingangsalso ein bestimmter Durchlaßanteil. signal wird von einer Modulationsquelle 92 erzeugt,

Die Zusammenarbeit des optischen Frequenz- die in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle 94 modulators 22 und des optischen Demodulators 41 liegt. Sie erzeugen den elektrischen Feldvektor E gemäß der Erfindung ist aus F i g. 6 ersichtlich. Sie zwischen den Platten 80 und 82, wodurch die Lichtzeigt die kombinierte Emissions- und Absorptions- 6° quelle 25 senkrecht zum elektrischen Feld die Lichtcharakteristik für Licht, das parallel oder longitudinal Strahlung 27 und parallel zum elektrischen Feld die

Strahlung 26 durch eine entsprechende Öffnung 83 in der Platte 82 aussendet.

Der Demodulator nach Fig. 9 verwendet den

und 66" treten bei V₀ + AV, den Trägerfrequenzen 65 inversen Starkeffekt, d. h., die Absorptionszelle 55 bedes Nachrichtenkanals, auf. Das ausgesandte Licht findet sich in einem elektrischen Feld, das durch

Dann ergibt ein Modulationssignal 76 am Eingang des Senders, das die zu übertragende Nachricht darstellt, am Ausgang des Empfängers ein Signal 78.

Während die Erfindung bisher an Hand einer Vorrichtung zur Ausnutzung des Zeemaneffektes beschrieben wurde, zeigen F i g. 8 und 9 eine Ausführungsform, die mit dem Starkeffekt arbeitet. Hier befinden sich die Lichtquellen 25 und das Absorptions-

zum Magnetfeld emittiert und absorbiert wird. Die Absorptionszelle ist auf die Grundfrequenzen V₀ abgestimmt und die Minima der Absorptionskurven 66'

a' und 26 a" besitzt eine zusätzliche Frequenzverschiebung infolge des Modulationssignals. Wäre keine

Spannungsquelle 96 zwischen den Platten 84 und 86 erzeugt wird. Der von der Lichtquelle 25 ausgehende

Lichtstrahl 27 bzw. 26 fällt auf die Absorptionszelle des Demodulators 89. Hierdurch wird ein intensitätsmodulierter Lichtstrahl 27 bzw. 25 erzeugt.

Außer zur Nachrichtenübertragung im Gebiet der ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Frequenz kann die erfindungsgemäße Anordnung auch als Suchoder Nachlaufvorrichtung im stationären oder Dopplerverfahren und sogar zur Entfernungsmessung, insbesondere in der Raumfahrt, Anwendung finden.

Claims (2)

Patentansprüche: IO

1. Anlage zur Übertragung von Signalen mittels modulierter Lichtstrahlung (Lichtsprechgerät), bei der Sende- und Empfangsgerät zur Frequenzmodulation bzw. Frequenzdemodulation der ver- *5 wendeten Lichtwellen eingerichtet sind, wobei die Senderlichtquelle eine Spektrallinie aussendet, die mittels eines an die Lichtquelle angelegten elektrischen oder magnetischen Feldes in mehrere Komponenten aufgespalten ist (Starkeffekt bzw. Zee- so maneffekt), und eine dieser Komponenten mittels eines Zusatzfeldes im Takt der zu übertragenden Nachricht in der Frequenz moduliert ist, während

das Empfangsgerät ein Absorptionsfilter aufweist, das die Grundfrequenz der benutzten Emissionslinienkomponente absorbiert, die verschobenen Frequenzen aber mehr oder weniger durchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquelle (25) und Absorptionsfilter (55) aus gleichartigen Gasen bestehen und mittels gleichartiger Felder auf die Grundfrequenz abgestimmt sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, deren Empfänger eine optische Konzentrationsvorrichtung enthält, hinter der die aufgenommene Lichtstrahlung zwecks Kompensation äußerer Intensitätsschwankungen in zwei Strahlungskanäle verzweigt ist, von denen der eine über das Absorptionsfilter zu einer lichtelektrischen Vorrichtung führt, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Strahlungskanal unmittelbar zu einer lichtelektrischen Vorrichtung (57B) führt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 715 373, 710 339,
897962;

»radio-mentor«, 1962, Heft 4, S. 300 bis 306.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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