DE10106297A1 - Optisches Datenübertragungssystem - Google Patents
Optisches DatenübertragungssystemInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optisches Datenübertragungssystem zur Übertragung von Daten, wobei Sender und/oder Empfänger entlang einer Datenübertragungsstrecke bewegt oder unterschiedlich positioniert werden müssen. DOLLAR A Das optische Datenübertragungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es einen Wellenleiter aufweist, in dem sich durch äußere Anregung Streuzentren an jeder beliebigen Stelle reversibel erzeugen lassen, die zur seitlichen Ein- und Auskopplung von Signalen entlang des Wellenleiters benutzt werden, dass es mindestens einen Sender besitzt, der die zu übertragenden Signale an den angeregten Streuzentren einkoppelt DOLLAR A und DOLLAR A dass es mindestens einen Empfänger aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem zur Übertragung von
Daten, wobei Sender und/oder Empfänger entlang einer Datenübertragungs
strecke bewegt oder unterschiedlich positioniert werden müssen.
Als Beispiel lässt sich hier die optischen Datenübertragung in einem CT-
Scanner anführen.
Für die seitliche Ein- und Auskopplung in einem optischen Wellenleiter (im
Folgenden als Wellenleiter bezeichnet) zu Zwecken der Datenkommunikation
bei relativ zu einander bewegten Sende-, Empfangs- und Übertragungs
systemen sind verschieden Lösungen bekannt:
- - Fluoreszenzfaser (EP0766890 Schleifring)
- - Faserlaser (WO 9800986 Schleifring)
- - Geritzte Faser mit/ohne Schleier(US4962986 Fraunhofer Gesellschaft)
- - Auf Faser aufgebrachte permanente Gitter (US5297225 Focal)
- - Reversibles Gitter (US4749248 Bell Labs & WO9904309 Schleifring)
Diese Lösungen sind in ihrer Datenrate begrenzt, so z. B. die Fluoreszenzfaser
oder nur unter extremem technischen Aufwand realisierbar wie z. B. der
Faser-Laser. Für viele der bisher bekannten Applikationen sind die dafür
einzuhaltenden Genauigkeiten mancher Systeme, wie z. B. das reversible Gitter,
nicht praktikabel. Die bei über die ganze Länge speziell präparierten
Wellenleitern, wie z. B. der geritzten Faser, auftretende extrem hohe Dämpfung
verhindert den Einsatz bei großen Längen und Durchmessern.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Optisches Datenübertragungssystem
bereitzustellen, das die oben angeführten Nachteile nicht mehr aufweist, das
wirtschaftlich ist und insbesondere für zukünftig benötigte wesentlich höhere zu
übertragende Datenraten geeignet sein soll. Es muss kurzfristig und konstruktiv
einfach realisierbar sein. Außerdem wird eine berührungslose Daten
übertragung aus Gründen der Wartungsfreiheit und der Störunempfindlichkeit
zukünftig gefordert. Die bisher bekannten Lösungen erfüllen alle diese
Anforderungen nicht oder nur bedingt.
Im einzelnen sollen dabei folgende Kriterien erfüllt sein:
- - wirtschaftlich realisierbar,
- - berührungslose Datenübertragung,
- - unempfindlich gegenüber mechanischen Toleranzen und damit in der Justage unkritisch,
- - möglichst einfacher Aufbau, um es unter applikationsnahen Bedingungen, wie z. B. Schock, Vibration und Verschmutzung, einsetzen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe wie folgt gelöst:
Im Wellenleiter sind Streuzentren vorhanden, durch die ein Teil des seitlich eingestrahlten Lichtes in einen Raumwinkel abgelenkt wird, unter dem es im Wellenleiter weitergeführt werden kann.
Im Wellenleiter sind Streuzentren vorhanden, durch die ein Teil des seitlich eingestrahlten Lichtes in einen Raumwinkel abgelenkt wird, unter dem es im Wellenleiter weitergeführt werden kann.
Diese Streuzentren sollen wegen der sonst nötigen Lichtleitung im Wellenleiter
nur an den Ein- bzw. Auskoppelstellen vorhanden sein und reversibel aktiviert
und deaktiviert werden können, so dass sich die Sender und/oder Empfänger
relativ zum Wellenleiter bewegen können.
Die Streuzentren entstehen, indem sich im Wellenleiter Material befindet,
welches die lichtleitenden Eigenschaften im Wellenleiter nicht oder nur wenig
beeinflusst, das aber durch Anregung mit elektromagnetischen Wellen oder
Teilchen seine Eigenschaften so ändert, dass es streuend wirkt.
Solche sich ändernde Eigenschaften können z. B. der Brechungsindex, die
Transmission und das Volumen sein. Die hinter der Eigenschaftsänderung
liegenden Effekte können z. B. der photoretraktive Effekt, der Effekt der
thermischen Nichlinearität, der rheologische Effekt usw. sein.
Wird der mit dem Material versetzte Wellenleiter an einer Stelle angeregt, bilden
sich lokal reversible Streuzentren. Der Rest des Wellenleiters bleibt unbe
einflusst und leitet damit das Streulicht mit geringer Dämpfung.
Eine alternative Ausführung dazu ist, dass der Wellenleiter ohne Anregung
streut und nur die angeregten Stellen ungestörte Lichtausbreitung erlauben.
Die Signaleinkopplung erfolgt seitlich mittels des gleichen, d. h. des zum
Anregen des Wellenleiters verwendeten oder eines oder mehrerer zusätzlicher
optischen Systeme.
Wird die Anregung des Wellenleiters nicht optisch vorgenommen, wird
zusätzlich seitlich mit einer Lichtquelle das Signal an der angeregten Stelle des
Wellenleiters eingekoppelt.
Der Wellenleiter hat nur an der bestrahlten Stelle Streuzentren, auf der
verbleibenden Länge kann sich das Licht ungehindert entsprechend der
normalen Ausbreitungsgesetze in einem Wellenleiter ausbreiten.
Damit ist das System aufgrund der geringen Dämpfung im Wellenleiter für
große Längen bzw. große Ringdurchmesser geeignet.
Aus dem selben Grund, nämlich der ungehinderten Ausbreitung im Wellenleiter,
kommt es zu keiner erhöhten Signal-Dispersion, was wiederum für die häufig zu
übertragenden hohen Datenraten äußerst wichtig ist.
Ein weiterer Vorteil der geringen Dämpfung im Wellenleiter ist, dass keine
extreme Dynamik des Empfängers erforderlich ist.
Der theoretisch erreichbare Einkoppelwirkungsgrad durch Streuzentren ist im
Wellenleiter zwar geringer als der Einkoppelwirkungsgrad durch ein Koppel-
Gitter. Dies ist jedoch sehr leicht durch einen entsprechend empfindlichen
Empfänger kompensierbar. Der technische Aufwand für die Lösung mit
reversiblen Streuzentren im Wellenleiter ist dafür wesentlich geringer. So sind
z. B. die Anforderungen an die Genauigkeit der mechanischen Komponenten
kleiner. Auch die Genauigkeit der Positionierung des Senders ist bei der Lösung
mit reversiblen Streuzentren im Wellenleiter einfacher.
Der Wellenleiter, in dem es seitlich ein- bzw. auszukoppeln gilt, ist allgemein
aus Glas, Kunststoff oder anderen für Lichtleitung geeigneten Materialien
hergestellt. Der Wellenleiter kann dabei z. B. als gezogene Faser, gegossenes
oder geätztes planares Wellenleiterelement oder als ein mit Flüssigkeit gefüllter
Schlauch etc. ausgeführt sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit der anregenden Energie 1, die
durch eine Anregungsblende auf die Oberfläche des optischen Wellenleiters 3
wobei ein lokal begrenztes Streuzentrum 5 entsteht. Die eingekoppelten
Signale werden als geführtes Streulicht eingekoppelt und können sich im
weiteren Verlauf des Wellenleiters 3 in Form ungehinderter Lichtausbreitung 6
ausbreiten.
Fig. 2 Die Systemkonfiguration des Datenübertragungssytems, wobei gleiche
Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet wurden. Das Zeichen T im Kästchen
bedeutet Sender und das Zeichen R im Kästchen Empfänger.
Fig. 3 Hier ist eine alternative Konfiguration dargestellt für den Fall, dass die
Streuzentren ohne Anregung vorhanden sind und mit Anregung die
Eigenschaften des Wellenleiters annehmen.
Fig. 4/1 Die Darstellung der einer Ausführungsform mit moduliertem Signal,
d. h. das das Streulicht der Anregungslichtquelle gleichzeitig die Information
beinhaltet.
Fig. 4/2 Die Darstellung der Ausführungsform, in der die Anregungslichtquelle
den Wellenleiter konstant anregt (z. B. CW-Laser) werden und die Daten mit
einer zusätzlichen Datenlichtquelle eingekoppelt werden.
Fig. 4/3 Eine Ausführung, bei der die Anregung ohne Licht (z. B. durch
Wärme, Teilchen etc.) erfolgt, wobei ebenfalls zusätzlich eine Datenlichtquelle
eingesetzt werden muss.
Claims (8)
1. Optisches Datenübertragungssystem
mit einem Wellenleiter, in dem sich durch äußere Anregung
Streuzentren an jeder beliebigen Stelle reversibel erzeugen lassen, die
zur seitlichen Ein- und Auskopplung von Signalen entlang des
Wellenleiters benutzt werden,
mindestens einem Sender, der die zu übertragende Signale an den
angeregten Streuzentren einkoppelt und
mindestens einem Empfänger.
2. Optisches Datenübertragungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren dadurch entstehen,
dass sich in dem Wellenleiter Material befindet, welches die
lichtleitenden Eigenschaften im Wellenleiter nicht oder nur wenig
beeinflusst, dass aber durch Anregung mit elektromagnetischen Wellen
oder durch Teilchen seine Eigenschaft so ändert, dass es streuend wirkt.
3. Optisches Datenübertragungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren dadurch entstehen,
dass sich in dem Wellenleiter Material befindet, welches die
lichtleitenden Eigenschaften im Wellenleiter durch Streuung stark
beeinflusst und dass durch elektromagnetische Anregung seine
Eigenschaften so ändert, dass die Lichtleitung ungehindert stattfinden
kann, wobei die Streuzentren zur Einkopplung der Signale nicht
elektromagnetisch angeregt werden.
4. Optisches Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die sich durch Anregung ändernden
Eigenschaften der Brechungsindex, die Transmission oder das Volumen
sind.
5. Optisches Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter aus Glas, Kunststoff
oder anderen für die Lichtleitung geeigneten Materialien besteht und z. B.
als gezogene Faser, gegossenes oder geätztes planares Wellenleiter
element ausgeführt ist.
6. Optisches Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter als ein mit Flüssigkeit
gefüllter Schlauch ausgebildet ist.
7. Optisches Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragenden Signale mit einem
oder mehreren optischen Systemen eingekoppelt werden.
8. Optisches Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass bei optischer Anregung des
Wellenleiters, das oder die Signal(e) mit der anregenden Lichtquelle
eingekoppelt wird (werden).
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