EP1309891A2 - Optisches datenübertragungssystem - Google Patents

Optisches datenübertragungssystem

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Publication number
EP1309891A2
EP1309891A2 EP01956262A EP01956262A EP1309891A2 EP 1309891 A2 EP1309891 A2 EP 1309891A2 EP 01956262 A EP01956262 A EP 01956262A EP 01956262 A EP01956262 A EP 01956262A EP 1309891 A2 EP1309891 A2 EP 1309891A2
Authority
EP
European Patent Office
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optical waveguide
light
scattering
optical
coupling
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01956262A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Thiele
Harry Schilling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schleifring und Apparatebau GmbH
Original Assignee
Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schleifring und Apparatebau GmbH filed Critical Schleifring und Apparatebau GmbH
Publication of EP1309891A2 publication Critical patent/EP1309891A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/03—Function characteristic scattering

Definitions

  • the invention relates to a data transmission system for the optical transmission of data by means of optical fibers, the transmitter and / or receiver having to be moved along an optical fiber or to be positioned differently.
  • data transmission systems are used, for example, in a linear version in crane systems or other conveyor systems for data transmission between the mobile crane and a stationary control unit.
  • Another application of these data transmission systems in a circular design is the transmission between mutually rotatable parts, such as in a computer tomograph between the rotor, which carries the X-ray tube and the detector, and a stationary evaluation unit, which processes and displays the image data.
  • the fluorescence system described in PC publication WO 95/35605 was developed.
  • the light-guiding fiber is doped with a fluorescent dye.
  • Light incident from the outside is absorbed by the fluorescent dye molecules, which are then excited to emit light.
  • the light is emitted in all directions, similar to a spherical emitter.
  • the advantage of this method lies in the implementation of the wavelength by the fluorescent dye molecules.
  • the light emitted by the fluorescent dye molecules is generally lower in energy than the light they absorb. The emitted light therefore has a longer wavelength.
  • the energy of the light emitted by a fluorescent dye molecule is not sufficient to be absorbed in further fluorescent dye molecules of the same type and in turn to cause fluorescence emission.
  • the light-guiding fiber doped with the fluorescent dye molecules has a low attenuation for the light generated by the fluorescent effect.
  • transmission systems of long length or large diameter can be efficiently implemented.
  • This system now has the major disadvantage that the fluorescence effect does not end spontaneously when the energy supply is cut off by the exciting light, but rather decays exponentially. This results in a speed or bandwidth limitation of the transmitted signals.
  • the best fibers with fluorescent dyes currently tested in laboratory tests have time constants in the order of magnitude of a few nanoseconds and can therefore only be used up to a few 100 Mbaud, but in no case for the Gbaud range.
  • Another method is based on light coupling via a grating which is applied to a glass fiber, for example, by means of photo-refractive materials in the interior of a glass fiber (published in US Pat. No. 4,749,248) or as a jacket (published in PCT publication WO 99/04309 ) are.
  • optical waveguide This term refers to the preferred embodiment since light can only be guided with an optical fiber damping arm over long distances.
  • the object of the invention is equally applicable to all other types of light guides.
  • the invention has for its object to provide an optical data transmission system that no longer has the disadvantages mentioned above and is particularly suitable for contactless transmission of high data rates along a larger path length with comparatively low manufacturing costs.
  • the device according to the invention consists of an optical waveguide, preferably an optical fiber, which contains scattering centers in its interior close to the positions at which light is to be coupled in or out.
  • the purpose of these scattering centers is to deflect light in different directions.
  • light is at least partially deflected by the scattering centers into a solid angle at which the light can be guided into the optical waveguide.
  • the light guided in the optical waveguide is at least partially deflected by the scattering centers in directions outside the optical waveguide.
  • the term "scattering centers" is used in the majority in this document, since this corresponds to the preferred area of use.
  • the invention can be designed to have the same effect with even a single scattering center. Since the scattering centers Centers are usually very small, but usually a variety of such scattering centers are usually used close to each other.
  • the effect of the scattering centers - the scattering - is an optical effect in which a large number of mostly not specifically oriented, preferably microscopic particles are involved. It is based on different optical properties of these particles compared to the medium surrounding them. For example, the refractive index or transmission of the scattering particles can have different values. In contrast to this, for example, the reflection is preferably a macroscopic effect, which mostly causes light to be deflected in a preferred direction.
  • scattering centers are permanently present in the optical waveguide.
  • Such an embodiment of the invention is particularly advantageous when light is to be coupled in or out at certain predetermined positions. This is the case, for example, with bus systems.
  • the nature of the optical waveguide is designed such that the location or the type of scattering centers can be controlled by an external stimulus.
  • Scattering centers can thus be generated at specific, changing positions.
  • the location of a scattering center can be changed dynamically with a movement of an element for coupling in and out light.
  • the scattering center can thus follow the rotation and enable continuous light coupling in and out during the rotation.
  • the type of scattering center can also be influenced.
  • the type of scattering center has a significant influence on the amount of scattering. Basically parameters can be influenced, such as the size or the density of the scattering centers.
  • the scattering center can be set to low scatter, since the path attenuation is low here and therefore only a small signal component has to be coupled in or out. With longer distances, on the other hand, it makes sense to set a higher spread in order to achieve a higher coupling or decoupling.
  • a distance-dependent attenuation of the transmission path can thus be compensated for, for example, by controlling the type of scattering centers, so that receivers with low dynamics can be used. It is also possible to compensate for other effects, such as different transmission powers, receiver sensitivities or even imperfections in the transmission path, by adapting the scattering centers.
  • the control of the type of Scatter centers also a simple creation or removal of the scatter centers.
  • the optical waveguide contains material whose scattering can preferably be influenced by electromagnetic fields or waves or else by particles. In order to influence the transmission of light as little as possible, this material preferably has a low attenuation in the non-scattering state. Because it can be influenced by electromagnetic fields or waves, it is particularly easy to control the scatter from the outside. In this case, in particular, contactless control is possible without any problems.
  • a special case of electromagnetic waves is light. Scattering centers can arise with certain materials, especially with light of higher power density.
  • the optical waveguide is to be irradiated with a light source of high power density in order to generate scattering centers. The scattering of the scattering centers can then be influenced by varying the power density.
  • the optical waveguide contains material in which the scattering centers act due to certain physical properties. These are in particular changes in volume, structure, effects of inter- or intramolecular forces or changes in at least one state of matter. Just by changing these parameters in small, included in the optical fiber Particles can have their refractive index or attenuation varied, which can lead to scattering.
  • the optical waveguide contains material with special properties, so that the scattering of this material can preferably be influenced by at least one of the following effects:
  • the waveguide mixed with such a material is excited at one point, locally reversible scattering centers are formed there. This means that the scattering centers recede when the excitation ceases.
  • materials can also be used in which there are scattering centers without excitation and which only recede through the excitation. Due to the preferred local formation of the scattering centers in the area of the excitation, the attenuation in the rest of the optical waveguide remains low.
  • the optical waveguide is made of a material suitable for the optical waveguides, such as glass or plastic, and is designed in the form of a fiber or a planar waveguide element.
  • the dispersion of the signal can be kept small. This means that a broadband signal Transfer possible.
  • the attenuation can be kept low by the design of the optical waveguide proposed here, so that only low receiver dynamics are necessary even over long transmission paths.
  • the optical waveguide is designed as a hollow body which is optionally filled with solids, liquids or gases.
  • a particularly simple manufacture of the device according to the invention is thus possible.
  • a simple flexible plastic tube can be pulled as a sheath, which is then filled with a corresponding liquid that has the desired properties.
  • separate signal or energy sources are used to control the scattering or for signal transmission.
  • a first energy source which, by supplying energy, excites the scattering centers at the location of the desired coupling in such a way that they have the desired scatter.
  • a second energy source for example a modulated laser, is used to transmit information by coupling its light into the optical waveguide using the scattering centers.
  • Another embodiment of the invention is that a single energy source for controlling the scattering centers at a location of the signal coupling or decoupling and is available for information transfer.
  • So z. B. a particularly powerful laser can be used for energy coupling, which simultaneously couples the energy required to control the scatter into the optical waveguide and transmits the information.
  • FIG. 1 General embodiment of the invention.
  • Fig. 2 Configuration of data transmission systems.
  • Fig. 3 Configuration in which scattering centers are present without excitation
  • FIG. 1 An arrangement according to the invention is shown in general form in FIG. 1
  • An optical waveguide (3) guides light (6), which can propagate in it with only slight attenuation.
  • This optical waveguide contains scattering centers (7) in a locally limited area (5).
  • the light (6) propagating in the optical waveguide is scattered, so that the scattered light propagates in all directions. This means that part of the scattered light also emerges from the optical waveguide out.
  • Light (8) can also radiate from an external light source onto the optical waveguide. If this light hits the scattering centers, it is also scattered in all directions. Part of the light (4) is scattered in the longitudinal direction of the optical waveguide and can thus be guided in it.
  • additional energy (1) is supplied via an optional cover (2) to control the scattering centers.
  • the task of the diaphragm here is to define the radiation of the optical waveguide in a precisely defined manner, so that the scattering centers only arise in a precisely defined area.
  • FIG. 2 shows the typical configuration of a data transmission system.
  • the upper part of the figure shows the coupling of light into the optical waveguide at any position of the optical waveguide and the coupling out at one end of the optical waveguide.
  • a transmitter (12) emits light (8) in the direction of the optical waveguide. Scattering centers are activated at this point by additional energy (1). Part of the light from the transmitter is now scattered thereon in such a way that it can be guided in the optical waveguide (3) to the receiver (13) at one end of the optical waveguide.
  • a transmitter (10) feeds light (9) at one end of the optical waveguide (3) a.
  • This light is coupled out at scattering centers which are excited by additional energy (1) and evaluated by the receiver (11).
  • Fig. 3 shows an alternative configuration for the case that scattering centers are present without excitation with additional energy.
  • FIG 4 illustrates different types of energy or signal coupling, for example in the case of signal feeding at any point on the optical waveguide.
  • the mechanisms can be applied analogously to signal decoupling at any point on the optical waveguide.
  • the high power signal (41) is coupled into the optical fiber (3).
  • the power of the signal is chosen so high that scattering centers arise at the point of irradiation into the optical waveguide, which in turn couple part of the signal in the direction of propagation of the optical waveguide.
  • the middle illustration shows the preferred application in which the data signal (1) and the exciting or controlling energy (8) of the scattering centers are coupled into the optical waveguide (3) from separate sources.
  • the bottom illustration shows the case in which a form of energy other than light, for example ionizing radiation (42), is coupled into the optical waveguide to generate scattering centers.
  • modulated light (8) is coupled in again in the region of the scattering centers.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem zur optischen Übertragung von Daten mittels eines Lichtwellenleiters, wobei Sender und/oder Empfänger entlang dieses Lichtwellenleiters bewegt oder unterschiedlich positioniert werden können. Das optische Datenübertragungssystem zeichnet sich dadurch aus, daß an beliebigen Positionen Licht mittels Streuzentren ein- bzw. ausgekoppelt werden kann.

Description

OPTISCHES DATENUBERTRAGUNGSSYSTEM
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem zur optischen Übertragung von Daten mittels Lichtwellenleitern, wobei Sender und/oder Empfänger entlang eines Lichtwellenleiters bewegt oder unterschiedlich positioniert werden müssen. Derartige DatenübertragungsSysteme werden beispielsweise in einer linearen Ausführung in Krananlagen oder anderen Fördersystemen zur Datenübertragung zwischen dem beweglichen Kran und einer stationären Steuereinheit eingesetzt. Ein anderes Anwendungsgebiet dieser Datenübertragungssysteme in einer kreisförmigen Ausführung ist die Übertragung zwischen gegeneinander drehbaren Teilen wie beispielsweise in einen Computertomographen zwischen dem Rotor, welcher die Röntgenröhre und den Detektor trägt, und einer stationären Auswerteeinheit, welche die Bilddaten verarbeitet und anzeigt .
Stand der Technik
Bei üblichen auf Lichtleitern basierenden Übertragungssystemen wird an einem Ende des Lichtleiters Licht eingekoppelt, welches dann durch den Lichtleiter bis zu dessen anderem Ende geführt wird und dort durch einen entsprechenden Empfänger wieder ausgewertet wird. Basierend auf diesem System sind eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten bekannt, welche die gleichzeitige Übertragung mehrerer Wellenlängen mittels Filtern oder auch die Übertragung zu mehreren verschiedenen Orten beispielsweise mittels Y-Kopplem ermöglichen. Derartige Systeme sind allerdings nicht geeignet, um Signale an beliebigen Positionen einer lichtleitenden Faser ein- bzw. auszukoppeln. Hierfür sind verschiedene andere Technologien bekannt.
In der US-Patentschrift 4,962,986 wird ein System beschrieben, in dem zur Lichtein- und Auskopplung in lichtleitende Fasern ein Koppelmedium mit höherem Brechungsindex als die Umgebung in direkten Kontakt mit dem Faserkern gebracht wird. Damit erfolgt eine Ablenkung des in der Faser transportierten Lichts in das Koppelmedium. Diese Anordnung hat den entscheidenden Nachteil, daß das Koppelmedium unmittelbar in Verbindung mit den Faserkern stehen muß. Somit ist dieses System nahezu ausschließlich für die Kopplung an vorgegebenen, festen Positionen einsetzbar. Ein solches System ist aber kaum für Anordnungen, bei denen sich Sender und Empfänger gegeneinander bewegen anwendbar, da hier das Koppelmedium mit hoher Geschwindigkeit entlang dem meist sehr dünnen und empfindlichen Faserkern gleiten muß.
Eine vorteilhaftere Vorrichtung ist in der US- Patentschrift 5,297,225 beschrieben. Hier wird durch von außen angebrachte Kerben in dem lichtleitenden Medium von außen eingekoppeltes Licht durch Reflexion in solchen Winkeln abgelenkt, daß es in dem Medium geführt werden kann. Eine solche Übertragungsvorrichtung ist sinnvoll einsetzbar, wenn eine Einkopplung an fest vorgegebenen Positionen erfolgen soll. Grundsätzlich ist es auch für die Übertragung zwischen beweglichen Einheiten einsetzbar, da die Licht ein- bzw. Auskopplung berührungslos erfolgt. Wird allerdings eine größere Bewegungsstrecke gefordert, wie dies bei Krananlagen oder auch DrehübertragungsSystemen großer Durchmesser der Fall ist, der so ergibt sich durch die vielen Kerben entlang des lichtleitenden Mediums eine unakzeptabel hohe Dämpfung.
Um den Nachteil einer hohen Dämpfung zu beseitigen, wurde das in der PC -Veröffentlichung WO 95/35605 beschriebene Fluoreszenzsystem entwickelt. Hierin ist .die lichtleitende Faser mit einem Fluoreszenzfarbstoff dotiert. Von außen einfallendes Licht wird von den Fluo- reszenzfarbstoffmolekülen absorbiert, welche dann zu einer Lichtemission angeregt werden. Die Lichtemission erfolgt in alle Richtungen, ähnlich einem Kugelstrahler. Somit wird innerhalb der lichtleitenden Faser Licht erzeugt, von dem auch ein geringer Anteil innerhalb des Akzeptanzwinkels dieser Faser liegt, und somit in dieser weitergeführt werden kann. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Umsetzung der Wellenlänge durch die Fluoreszenzfarbstoffmoleküle. So ist das von den Fluoreszenzfarbstoffmolekülen emittierte Licht grundsätzlich energieärmer als das von ihnen absorbierte Licht. Somit besitzt das emittierte Licht eine größere Wellenlänge. Die Energie des von einem Fluoreszenzfarb- stoffmolekül emittierten Lichts reicht nicht aus, um in weiteren Fluoreszenzfarbstoffmolekülen der gleichen Art absorbiert zu werden und wiederum eine Fluoreszenzemission hervorzurufen. Somit hat die mit den Fluoreszenz- farbstoffmolekülen dotierte lichtleitende Faser für das durch den Fluoreszenzeffekt erzeugte Licht eine niedrige Dämpfung. Dadurch sind auch ÜbertragungsSysteme großer Länge bzw. großer Durchmesser effizient realisierbar. Dieses System besitzt nun den großen Nachteil, daß der Fluoreszenzeffekt nicht spontan mit Abbruch der E- nergiezufuhr durch das anregende Licht endet, sondern exponentiell abklingt. Dadurch ergibt sich eine Geschwindigkeits- bzw. Bandbreitenbegrenzung der übertragenen Signale. Die besten derzeit im Laborversuchen getesteten Fasern mit Fluoreszenzfarbstoffen besitzen Zeitkonstanten in der Größenordnung von einigen Nanose- kunden und sind somit nur bis zu einigen 100 MBaud, keinesfalls aber für den GBaud Bereich einsetzbar.
Diese Bandbreitenbegrenzung wird durch das in der PCT- Veröffentlichung WO 98/00936 dargestellten Übertragungssystem vermieden. Hierin wird ähnlich dem zuvor beschriebenen System Licht von außen in eine mit Farbstoffen dotierte lichtleitende Faser eingekoppelt. Es wird hier jedoch nicht der Fluoreszenzeffekt, sondern die stimulierte Emission eines Materials, dessen Elektronenanordnung durch energetische Anregung invertierbar ist ausgenutzt. Der Nachteil dieser Anordnung ist der hohe technische Aufwand beispielsweise in Wellenlängen- multiplexern und Pumplichtquellen. Dadurch sind derartige Anordnungen für den breiten industriellen Serieneinsatz noch nicht geeignet.
Ein weiteres Verfahren beruht auf der Lichtkopplung ü- ber ein Gitter welches beispielsweise durch Photo- refraktive Materialien im inneren einer Glasfaser (veröffentlicht in der US-Patentschrift 4,749,248) oder als Mantel auf eine Glasfaser aufgebracht (veröffentlicht in der PCT-Veröffentlichung WO 99/04309) sind.
In den nachfolgenden Ausführungen wird auf dem Begriff Lichtwellenleiter Bezug genommen. Dieser Begriff bezieht sich auf die bevorzugte Ausführungsform da gerade über längere Strecken Licht nur mit einem Lichtwellenleiter Dämpfungsarm zu führen ist. Selbstverständlich ist der Gegenstand der Erfindung gleichwirkend auch auf alle anderen Arten von Lichtleitern anwendbar.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Datenübertragungssystem bereitzustellen, das die zuvor genannten Nachteile nicht mehr aufweist und insbesondere zu berührungsfreien Übertragung hoher Datenraten entlang einer größeren Weglänge bei vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten geeignet ist.
Ein.e erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Lichtwellenleiter, vorzugsweise einer Glasfaser, der in seinem Inneren Streuzentren nahe den Positionen, an denen Licht ein- bzw. ausgekoppelt werden soll, enthält. Die Aufgabe dieser Streuzentren ist es, Licht in unterschiedliche Richtungen abzulenken. So wird im Falle der seitlichen Einkopplung längs des Lichtwellenleiters Licht durch die Streuzentren zumindest teilweisein einen Raumwinkel abgelenkt, unter dem das Licht in Lichtwellenleiter weitergeführt werden kann. Im Falle der seitlichen Auskopplung wird das im Lichtwellenleiter, geführte Licht durch die Streuzentren zumindest teilweise in Richtungen außerhalb des Lichtwellenleiters abgelenkt.
Der Einfachheit halber wird in diesem Dokument der Begriff „ Streuzentren" in der Mehrzahl verwendet, da dies dem bevorzugten Einsatzbereich entspricht. Selbstverständlich ist die Erfindung gleichwirkend mit auch nur einem einzigen Streuzentrum zu gestalten. Da die Streu- Zentren in der Regel sehr klein sind, werden allerdings in der Regel meist eine Vielzahl solcher Streuzentren nahe beieinander eingesetzt werden. Die Wirkung der Streuzentren - die Streuung - ist ein optischer Effekt an dem eine Vielzahl von meist nicht gezielt orientierten, vorzugsweise mikroskopisch kleinen Teilchen beteiligt sind. Sie beruht auf unterschiedlichen optischen Eigenschaften dieser Teilchen gegenüber dem diese umgebenden Medium. So können beispielsweise BrechungsIndex bzw. Transmission der streuenden Teilchen andere Werte besitzen. Im Gegensatz hierzu ist beispielsweise die Reflexion ein vorzugsweise makroskopischer Effekt, welcher eine Lichtablenkung meist in eine Vorzugrichtung bewirkt.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Streuzentren permanent im Lichtwellenleiter vorhanden. Eine solche Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Licht an bestimmten fest vorgegebene Positionen ein- bzw. ausgekoppelt werden soll. Dies ist beispielsweise bei Bussystemen der Fall. Durch die Konfiguration mit nur wenigen Streuzentren, welche ausschließlich den Positionen zur Signalein- bzw. Auskopplung zugeordnet sind, ergibt sich gegenüber Lichtwellenleitern, welche über einen Großteil ihrer Länge streuend ausgebildet sind, eine wesentlich geringere Durchgangsdämpfung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Beschaffenheit des Lichtwellenleiters so gestaltet, daß der Ort bzw. die Art der Streuzentren durch eine äußere Anregung gesteuert werden können. Damit lassen sich an bestimmten, wechselnden Positionen Streuzentren erzeugen. So kann beispielsweise der Ort eines Streuzentrums dynamisch mit einer Bewegung eines Elements zur Lichtein- bzw. Auskopplung verändert werden. Damit kann beispielsweise im Falle einer Rotationsbewegung das Streuzentrum der Rotation folgen und eine kontinuierliche Lichtein- bzw. Auskopplung während der, Rotation ermöglichen. Wahlweise kann neben dem Ort der Streuzentrums auch die Art der Streuzentrums beeinflußt werden. Die Art der Streuzentrums hat einen wesentlichen Einfluß auf die Höhe der Streuung. Beeinflußbar sind grundsätzlich Parameter wie beispielsweise die Größe oder auch die Dichte der Streuzentren. So kann beispielsweise auf einer Übertragungsstrecke bei kurzen Distanzen zwischen Ein- und Auskoppelelement das Streuzentrum auf geringe Streuung eingestellt werden, da hier die Streckendämpfung gering ist und somit nur ein geringer Signalanteil ein- bzw. ausgekoppelt werden muß. Bei längeren Distanzen ist es hingegen sinnvoll eine höhere Streuung einzustellen, um eine höhere Ein- bzw. Auskopplung zu erreichen. Somit kann beispielsweise durch Steuerung der Art der Streuzentren eine distanzabhängige Dämpfung der Übertragungsstrecke kompensiert werden, so daß Empfänger mit niedriger Dynamik eingesetzt werden können. Ebenso ist es möglich, andere Effekte wie beispielsweise unterschiedliche Sendeleistungen, Empfängerempfind- lichkeiten oder auch Störstellen der Übertragungsstrecke durch Anpassung der Streuzentren zu kompensieren. Selbstverständlich schließt die Steuerung der Art der Streuzentren auch ein einfaches Erzeugen bzw. Entfernen der Streuzentren mit ein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung enthält der Lichtwellenleiter Material, dessen Streuung vorzugsweise durch elektromagnetische Felder bzw. Wellen oder aber auch durch Teilchen beeinflußt werden kann. Um hier die Übertragung des Lichts möglichst wenig zu beeinflussen hat dieses Material im nicht streuenden Zustand vorzugsweise eine geringe Dämpfung. Durch die Beeinflußbarkeit mit elektromagnetischen Feldern bzw. Wellen ist von außen eine besonders einfache Steuerbarkeit der Streuung möglich. Insbesondere ist in diesem Fall eine berührungslosen Steuerung problemlos möglich. Ein besonderer Fall von e- lektromagnetische Wellen ist das Licht. Gerade mit Licht höherer Leistungsdichte können bei bestimmten Materialien Streuzentren entstehen. So ist der Lichtwellenleiter in diesem Fall zu Erzeugung von Streuzentren mit einer Lichtquelle hoher Leistungsdichte zu bestrahlen. Durch Variation der Leistungsdichte kann dann die Streuung der Streuzentren beeinflußt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung enthält der Lichtwellenleiter Material in dem die Streuzentren durch bestimmte physikalische Eigenschaften wirken. Dies sind insbesondere Änderungen des Volumens, der Struktur, Wirkungen von inter- bzw. intramolekularen Kräften oder auch Änderungen mindestens eines Aggregatzustandes. Gerade durch Änderung dieser Parameter in kleinen, in den Lichtwellenleiter eingeschlossen Partikeln kann deren Brechungsindex bzw. deren Dämpfung variiert werden, was zu einer Streuung führen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der Lichtwellenleiter Material mit besonderen Eigenschaften, so daß die Streuung dieses Materials vorzugsweise durch mindestens einen der folgenden Effekte beeinflußbar ist:
- Photorefraktiver Effekt Photoadressierbarer Effekt
- Effekt der thermischen Nichtlinearität Rheologischen Effekt
Wird der mit einem solchen Material versetzte Wellenleiter an einer Stelle angeregt, bilden sich dort lokal reversible Streuzentren. Dies bedeutet daß sich die Streuzentren mit Wegfall der Anregung zurückbilden. Selbstverständlich sind auch Materialien einsetzbar, bei denen ohne Anregung Streuzentren bestehen, und welche sich erst durch die Anregung zurückbilden. Durch die bevorzugte lokale Ausbildung der Streuzentren im Bereich der Anregung bleibt die Dämpfung im Rest des Lichtwellenleiters gering.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Lichtwellenleiter aus einem für die Lichtleiter geeigneten Material wie beispielsweise Glas oder Kunststoff gefertigt ist und dabei in Form einer Faser oder eines planaren Wellenleiterelements ausgeführt ist. Durch die Ausführung als Wellenleiter kann die Dispersion des Signals klein gehalten werden. Somit ist auch über lange Strecken eine breitbandige Signal- Übertragung möglich. Zusätzlich kann durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung des Lichtwellenleiters die Dämpfung gering gehalten werden, so daß auch bei langen Übertragungsstrecken nur eine geringe Empfängerdynamik notwendig ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Lichtwellenleiter als Hohlkörper ausgeführt welcher wahlweise mit Feststoffen, Flüssigkeiten bzw. Gasen gefüllt ist. Damit ist eine besonders einfache Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. So kann beispielsweise als Hülle ein einfacher flexibler Kunststoffschlauch gezogen werden, welcher dann mit einer entsprechenden Flüssigkeit, die die gewünschten Eigenschaften besitzt, gefüllt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zur Steuerung der Streuung bzw. zur Signalübertragung getrennte Signal- bzw. Energiequellen eingesetzt. So ist beispielsweise eine erste Energiequelle vorhanden, welche durch Energiezufuhr die Streuzentren am Ort der gewünschten Einkopplung derart angeregt, daß sie die gewünschte Streuung besitzen. Eine zweite Energiequelle, beispielsweise ein modulierter Laser dient zur Informationsübertragung indem dessen Licht mit Hilfe der Streuzentren in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß an einem Ort der Signalein- bzw. Auskopplung eine einzige Energiequelle zur Steuerung der Streuzentren und zur Informationsübertragung vorhanden ist . So kann z. B. zur Energieeinkopplung ein besonders leistungsfähiger Laser verwendet werden, welcher gleichzeitig die notwendige Energie zur Steuerung der Streuung in den Lichtwellenleiter einkoppelt und die Information überträgt .
Beschreibung der Zeichnungen
Die. Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Allgemeine Ausführungsform der Erfindung Fig. 2 Konfiguration von Datenübertragungssystemen Fig. 3 Konfiguration, bei der Streuzentren ohne Anregung vorhanden sind
Fig. 4 unterschiedliche Arten der Anregung bzw. Signaleinkopplung
In Fig. 1 ist in allgemeiner Form eine erfindungsgemäße Anordnung -dargestellt.
Ein Lichtwellenleiter (3) führt Licht (6), welches sich in diesem mit nur geringe Dämpfung ausbreiten kann. Dieser Lichtwellenleiter enthält in einem lokal begrenzten Bereich (5) Streuzentren (7) . An diesen Streuzentren wird einerseits das sich in dem Lichtwellenleiter ausbreitende Licht (6) gestreut, so daß das Streulicht sich in alle Richtungen ausbreitet. Damit tritt ein Teil der Streulicht auch aus dem Lichtwellenleiter aus. Ebenso kann Licht (8) von einer externen Lichtquelle auf den Lichtwellenleiter strahlen. Trifft dieses Licht auf die Streuzentren, so wird es ebenso in alle Richtungen gestreut. Ein Teil des Lichts (4) wir- din Längsrichtung des Lichtwellenleiters gestreut und kann so in diesem geführt werden. Im Falle einer Ausführung mit steuerbaren Streuzentren wird zusätzliche Energie (1) über eine optionale Blende (2) zur Steuerung der Streuzentren zugeführt. Die Aufgabe der Blende besteht hier in einer exakt definierten Begrenzung der Bestrahlung des Lichtwellenleiters, so daß die Streuzentren nur in einem exakt definierten Gebiet entstehen.
Fig. 2 zeigt die typische Konfiguration eines Datenübertragungssystems .
Der obere Teil der Abbildung zeigt die Einkopplung von Licht in den Lichtwellenleiter an einer beliebigen Position des Lichtwellenleiters und die Auskopplung an einem Ende des Lichtwellenleiters. Hier wird von einem Sender (12) Licht (8) in Richtung des Lichtwellenleiters emittiert. Durch zusätzliche Energie (1) werden an dieser Stelle Streuzentren aktiviert. Ein Teil des Lichts des Senders wird nun daran derart gestreut daß es in dem Lichtwellenleiter (3) bis zum Empfänger (13) an einem Ende des Lichtwellenleiters geführt werden kann.
Analog hierzu funktioniert die Lichtübertragung in der entgegengesetzten Richtung, die beispielhaft im unteren Teil der Abbildung dargestellt ist. Ein Sender (10) speist Licht (9) an einem Ende des Lichtwellenleiters (3) ein. Dieses Licht wird an Streuzentren, welche durch zusätzliche Energie (1) angeregt werden ausgekoppelt und vom Empfänger (11) ausgewertet.
Fig. 3 zeigt eine alternative Konfiguration für den Fall, daß Streuzentren ohne Anregung mit zusätzlicher Energie vorhanden sind.
Hier sind in dem durch die Blende (2) von der anregenden Energie (1) abgeschatteten Bereich (5) Streuzentren vorhanden. Der Rest des Lichtwellenleiters (3) wird mit der anregenden Energie bestrahlt, was dazu führt, daß die Streuzentren verschwinden und er die normalen Eigenschaften eines Lichtwellenleiters besitzt.
Fig. 4 veranschaulicht unterschiedliche Arten der Energie- bzw. Signaleinkopplung beispielhaft im Falle der Signaleinspeisung an beliebiger Stelle des Lichtwellenleiters. Selbstverständlich sind die Mechanismen analog auf eine Signalauskopplung an beliebiger Stelle des Lichtwellenleiters anwendbar.
In der obersten Abbildung wird das Signal hoher Leistung (41) in den Lichtwellenleiter (3) eingekoppelt. Die Leistung des Signals ist hier so hoch gewählt, daß am Ort der Einstrahlung in den Lichtwellenleiter Streuzentren entstehen, welche wiederum ein Teil des Signals in Ausbreitungsrichtung des Lichtwellenleiters in diesen einkoppeln.Die mittlere Abbildung zeigt den bevorzugten Anwendungsfall, bei dem das Datensignal (1) und die anregende bzw. steuernde Energie (8) der Streuzentren von getrennten Quellen in den Lichtwellenleiter (3) eingekoppelt werden. Die unterste Abbildung zeigt den Fall, daß eine andere Energieform als Licht, beispielsweise ionisierende Strahlung (42) zur Erzeugung von Streuzentren in den Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Zur Informationsübertragung wird hier wieder moduliertes Licht (8) im Bereich der Streuzentren eingekoppelt.

Claims

Patentansprüche
1) Vorrichtung zur Übertragung optischer Signale bzw. Energie, bestehend aus mindestens einem optischen Sender und mindestens einem optischen Empfänger, welche mittels eines Lichtwellenleiters miteinander verkoppelt sind, wobei die Lichtein- bzw. Auskopplung an den Enden und/oder entlang dem Lichtwellenleiter an mindestens einem Ort von außen erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter an diesem mindestens einen Ort zur Ein- bzw. Auskopplung von außen optische Streuzentren zur Ein- bzw. Auskopplung besitzt.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Streuzentren permanent im Wellenleiter an vorgegebenen Positionen zur Lichtein- bzw. Auskopplung vorhanden sind.
3) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaffenheit des Lichtwellenleiters derart gestaltet ist, so daß der Ort bzw. die Art der Streuzentren durch äußere Anregung gesteuert werden kann.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter Material enthält, dessen Streuung durch elektromagnetische Felder bzw. Wellen oder auch Teilchen beeinflußt werden kann.
5) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter Material enthält, in dem die Str-euzentren durch Änderung des Volumens der Struktur, inter- bzw. intramolekulare Kräfte bzw. mindestens eines Aggregatzustandes wirken.
6) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter Material enthält, dessen Streuung vorzugsweise durch den photorefraktiven Effekt, den photoadressierbaren Effekt, den Effekt der thermischen Nichtlinearität bzw. den rheologischen Effekt beeinflußbar ist .
7) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter aus Glas, Kunststoff bzw. anderen für die Lichtleitung geeigneten Materialien besteht und vorzugsweise als Faser oder planares Wellenleiterelement ausgeführt ist.
8) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter als Hohlkörper ausgeführt ist, welcher wahlweise mit Feststoffen, Flüssigkeiten bzw. Gasen gefüllt ist.
9) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet daß zur Steuerung der Streuung und zur Signalübertragung mindestens zwei unterschiedliche Quellen vorhanden sind.
10) Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Streuung und Signalübertragung eine einzige Energiequelle vorhanden ist.
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