DE2107556C3 - Elektro-optische Spektral-Demultiplexieranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektro-optische Spektral-Demultiplexieranordnung mit einer ein Lichtbündel aussendenden monochromatischen Lichtquelle, einem elektro-optischen Modulator, der so angeordnet ist, daß er das Lichtbündel mit dem zu demultiplexierenden Signal moduliert, zwei stigmatischen Beugungsvorrichtungen, einem optischen Filter, das eine Anzahl von parallelen Spalten aufweist und zwischen der ersten und der zweiten Beugungsvorrichtung angeordnet ist, und mit einer photoelektrischen Anordnung, die so angeordnet ist, daß sie aus der zweiten stigmatischen Beugungsvorrichtung austretende Strahlung empfängt.

Bei derartigen Spektral-Demultiplexieranordnungen, die dem älteren Vorschlag nach der deutschen Offenlegungsschrift 1962 941 entsprechen, entsteht durch die Verwendung eines Spaltengitters zur Übertragung des Teils des verschachtelten Spektrums, der SX der multiplexierten elektrischen Signale ent-3, ein Hauptbild des gewählten Signals, zu dem sfch Sekundarbilder hinzufügen, die auf das Hauptbild greifen können. Zur Abschwächung dieses Nach-TeHs kann man gemäß einer Ausfuhrungsform des alter-n Vorschlags .ein Filter verwenden, bei dem die Spalte einen in Abhängigkeit von .hrem Rang veränderlichen Abstand haben, doch ermöglicht diese Losune nicht die vollständige Beseitigung der Sekundärlidar denn das von dem Filter übertragene Spektrum behält seinen unstetigen Charakter bei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine SDektral-Demultiplexieranordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der praktisch keine störenden Sekundarbilder entstehen.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß oDtische Verbreiierungseinrichtungen derart hinter den Spalten des optischen Filters angeordnet sind, daß sie vergrößerte Bilder der Spalte auf eine zu diesen parallele Ebene projizieren.

Bei d^r elektro-optischen Spektral-Demultiplexieranordnung nach der Erfindung wird der unstetige Charakter des von dem Filter übertragenen Spektrums um so mehr abgeschwächt, je stärker die Bilder der Spalte durch die optischen Verbreiierungseinnchtuneen vergrößert werden, und 111 entsprechendem Maße werden die Sekundärbilder unterdrückt. Die günstigste Wirkung wird erzielt, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die vergrößerten Bilder der Spalte aneinanderstoßen; m diesem Fall besitzt das verbreiterte Spektrum eine stetige Struktur die es ermöglicht, durch die von der zweiten Beugungsanordnung bewirkte Fourier-Transformation ein einziges Bild des durch das Filter ausgeblendeten Signals zu erhalten.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig 1 die schematische Darstellung einer dem alteren Vorschlag entsprechende elektro-optische Demultiplexieranordnung bekannter Art,

Fig 2 die dem Frequenzspektrum eines Signals entsprechende Lichtamplitudenverteilung bei der Demultiplexieranordnung von Fig. 1,

Fig. 3 die entsprechende Lichtamplitudenverteilung bei der erfindungsgemäßen Demultiplexieranordnung,

Fig. 4 das Schema der spektralen Demultiplexieranordnung nach der Erfindung,

Fi g. 5 eine Ausführungsform des optischen Filters bei der Demultiplexieranordnung von Fig. 4, und Figo eine andere Ausführungsform des optischen Filters bei der Demultiplexieranordnung von Fig. 4. b ι g 1 zeigt das Schema einer dem älteren Vorschlag nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 9ft2941 entsprechenden elektro-optischen spektralen Demultiplexieranordnung bekannter Art. Sie enthält zwei Linsen 3 und S, die zentrisch zu einer optischen Achse I-P angeordnet sind, einen elektro-optischen Modulator 1, 2, der ein kohärentes Lichtbündel L und ein Modulationssignal S„ empfängt, ein mit parallelen Spalten versehenes optisches Filter 4 und einen ein demultiplexiertes Signal S_R abgebenden photoelektrischen Wandler 6.

Das dem elektro-optischen Modulator zugeführte Signal S_M erregt mit Hilfe eines elektromechanischen Wandlers 2 eine fortschreitende Schwingungswelle in einer Platte 1.

Diese Welle ruft einen mechanischen Spannungszustand in der Platte 1 hervor. Eine der Platte 1 zugeordnete optische Phasenkontrastvorrichtung wandelt die sich aus dem Spannungszustand ergehenden Phasenänderungen in entsprechende Änderungen der Lichtintensität um, die aus der Austrittsseite l-X_o des elektro-optischcn Modulators austiitt. Die Linse 3, deren Brennpunkt 0 in der Filterebene U liegt, beugt das aus dem Modulator 1, 2 austretende modulierte Lichtbündel und projiziert in diese Ebene U das Frequenzspektrum eines Abschnitts des Modulationssignals S_M. Das projizierte Spektrum ist ein verschachteltes Spektrum, das ncbeneinanderliegende spektrale Abschnitte enthält, die zu den Frequenzspektren mehrerer verschiedener Signale /, (f). A (0 · · ■ gehören. In Fig. 2 sind durch schraffierte spektrale Abschnitte die Teile des Spektrums F₁ des Signals /, (/) dargestellt. Die in Fig. 2 erscheinenden leeren Zwischenräume entsprechen den Stegen des Filters 4. Die die spektralen Abschnitte verbindende gestrichelte Linie stellt die Hüllkurve des Spektrums des Signals /, (f) dar. Zur Wiederherstellung des Signals /, (i) bedient man sich des unvollständigen Spektrums von Fig. 2, aber die periodische Struktur dieses Spektrums hat die Bildung eines Hauptbildes des Signals /, (f) und von störenden Nebenbildern zur Folge.

Zur Verringerung dieses Nachteils ist erfindungsgemäß eine optische Vorrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe die in F i g. 2 dargestellten leeren Zwischenräume durch Verbreiterung der über das Filter 4 übertragenen spektralen Abschnitte gefüllt werden können.

Fig. 3 zeigt das Spektrum von Fig. 2, nachdem eine Verbreiterung seiner spektralen Abschnitte vorgenommen worden ist. Das Spektrum von Fig. 3 hat eine Hüllkurve, die der gestrichelten Hüllkurve des vollständigen Spektrums des Signals /, (i) vergleichbar ist. Ferner besitzt dieses verbreiterte Spektrum eine stetige Struktur, die es ermöglicht, durch eine Fourier-Transformation ein einziges Bild des Signals /, (r) zu erhalten.

In F i g. 4 ist eine elektro-optische Demultiplexieranordnung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Sie enthält einen elektro-optischen Modulator 1, der ein kohärentes Lichtbündel L und ein elektrisches Signal S_u empfängt. Eine Linse 3, deren Brennpunkte bei / und O liegen, bildet in der durch 0 gehenden Ebene U eine Verteilung von Lichtamplituden, die dem Frequenzspektrum des Signals S_M entspricht. Die von den Spalten des otpischen Filters 4 übertragenen Teile dieses Spektrums werden von Linsensätzen 7,9 empfangen, die an einem an der Rückseite des Filters 4 befestigten Träger 8 angebracht sind. Jede Linse 7 bildet ein Zwischenbild A des entsprechenden Spaltes des Filters 4, und dieses Bild wird seinerseits von der Linse 9 in Form eines vergrößerten und aufrechten Bildes in die Ebene U₁ projiziert, die parallel zu der Ebene U Hegt.

Die. Kombination der Linsen 7 und 9 ist so gewählt, daß die vergrößerten Bilder der Spalte des Filters 4 in der Ebene U₁ aneinanderstoßen. Man erhält daher in dieser Ebene U₁ ein Frequenzspektrum der in Fig. 3 dargestellten Art. Die Linse 5, deren Brennpunkte in den Punkten O₁ und P liegen, nimmt das

aus der Ebene U₁ austretende Licht auf und projiziert in die Ebene X₁ eine Lichtverteilung, welche die Eigenschaften eines der in dem multiplexierten Signal 5_M enthaltenen Elementarsignale hat. Ein mit einem Auswahlspalt versehener photoelektrischer Detek-

tor 6, der im Punkt P angeordnet ist, wandelt die aufgenommene Lichtstrahlung in ein demultipiexiertes elektrisches Signal S_R um.

In der Darstellung von Fig. 4 sind die Spalte des Filters 4 senkrecht zu der Zeichenebene gerichtet, und

'5 das gleiche gilt für die Linsen 7 und 9, welche Zylinderlinsen sind, von denen nur der Querschnitt dargestellt isi. Das elektrische Signal S_R wird durch die Demultipiexierung um so besser in seiner ursprünglichen Form wiederhergestellt, je größer die Anzahl der

»ο Spalte des Filters und der Linsensysteme 7, 9 ist. In der Praxis wird das optische Filter 4 mit einer sehr viel größeren Zahl von Spalten ausgebildet, als in F i g. 4 dargestellt ist. Auch ist es vorteilhaft, die Linsen 7 und 9 in der in Fig. 5 und 6 gezeigten Weise auszuführen.

F i g. 5 zeigt einen Querschnitt durch das optische Filter 4 und eine optische Verbreiterungsvorrichtung 10, die durch ein brechendes Material gebildet ist, dessen Oberseite und Unterseite geriffelt sind. Die geriffelten Flächen bilden eine Folge von optischen Zylindersystemen, die den Linsen 7, 9 von Fig. 4 analog sind. In Fig. 5 ist zu erkennen, daß die von den Spalten des Filters 4 stammenden parallelen Lichtbündel zu einem einzigen parallelen Bündel verschmolzen werden, das in gleicher Weise wie in F ig. 4 von der Linse 5 aufgenommen wird.

Die Verbreiterung der von dem optischen Filter 4 übertragenen Lichtbündel kann auch mit Hilfe von holographischen Linsen erfolgen. In Fig. 6 sind zwei

übereinanderliegende lichtdurchlässige Platten 11,13 dargestellt. Die Platte 11 trägt auf ihrer Oberseite ein mit Spalten versehenes optisches Filter 4. Die Unterseite der Platte 11 ist mit holographischen Linsen 12 versehen, während die Unterseite der Platte 13 gleichfalls holographische Linsen 14 trägt. Die Linsen 12 und 14 bilden zusammen unterhalb jedes Spaltes des Filters 4 afokale optische Systeme, die in der Lage sind, die von dem Filter 4 übertragenen Lichtbündel zur Bildung eines einzigen Bündels zu verbreitern. Die

holographischen Linsen 12 und 14 sind in an sich bekannter Weise gebildet. Es handelt sich dabei um holographische Linsen, die dadurch erhalten werden, daß auf einer photographischen Platte die Interferenzstreifen von zwei kohärenten monochromatischen Lichtkegeln aufgezeichnet werden, deren Spitzen zu beiden Seiten der Platte liegen. Es ist nicht notwendig, daß die Linsen des Verbreiterungssystems zylindrisch sind. Die Verwendung von holographischen Linsen ermöglicht eine einfache und genaue Ausrichtung des

optischen Verbreiterungssystems in bezug auf das eigentliche optische Filter.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektro-optische Spektral-Demultiplexieranordnung mit einer ein Lichtbündel aussendenden monochromatischen Lichtquelle, einem elektro-optischen Modulator, der so angeordnet ist, daß er das Lichtbündel mit dem zu demultiplexierenden Signal moduliert, zwei stigmatischen Beugungsvorrichtungen, einem optischen Filter, das eine Anzahl von parallelen Spalten aufweist und zwischen der ersten und der zweiten Beugungsvorrichtung angeordnet ist, und mit einer photoelektrischen Anordnung, die so angeordnet ist, daß sie die aus der zweiten stigmatischen Beugungsvorrichtung austretende Strahlung empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß optische Verbreiterungseinrichtungen (7,8,9) derart hinter den Spalten des optischen Filters (4) angeordnet sind, daß sie vergrößerte Bilder der Spalte auf eine zu diesen parallele Ebene projizieren.

2. Demultiplexieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vergrößerten Bilder der Spalte aneinanderstoßen.

3. Demultiplexieranordnung nach Anspruch 1 ^a5 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Verbreiterungseinrichtungen zwei hinter jedem der Spalte liegende, ein vergrößertes aufrechtes Bild des Spaltes projizierende Linsen (7, 9) enthalten.

4. Demultiplexieranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen durch Riffelungen gebildet sind, die auf den parallelen Flächen einer fest mit dem Filter (4) verbundenen brechenden Platte (10) angebracht sind.

5. Demultiplexieranordnupg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen holographische Linsen (12,14) sind, die auf zwei planparallelen Flächen wenigstens eines fest mit dem Filter (4) verbundenen lichtdurchlässigen Trägers (13) gebildet and.

6. Demultiplexieranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (7,9) Zylinderlinsen sind, bei denen die Mantellinien der gekrümmten Flächen parallel zu den verlaufen.