DE102019213521A1

DE102019213521A1 - Structure for receiving an optical data signal

Info

Publication number: DE102019213521A1
Application number: DE102019213521.8A
Authority: DE
Inventors: Mathias Richerzhagen; Juraj Poliak
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Optischer Aufbau zum Empfang und Senden eines optischen Datensignals, wobei eine Justage des Aufbaus während des Betriebs ermöglicht wird. Hierzu weist der Aufbau eine erste Kalibrationsquelle 50 auf, dessen Licht durch einen Retroreflektor auf einen Positionssensor reflektiert wird und anhand der Position des Empfangskalibrationssignals auf dem Positionssensor ein Aufsatz zwischen dem Positionssensor und der Empfangsvorrichtung ausgeglichen werden kann.Optical structure for receiving and transmitting an optical data signal, whereby the structure can be adjusted during operation. For this purpose, the structure has a first calibration source 50, the light of which is reflected by a retroreflector onto a position sensor and an attachment between the position sensor and the receiving device can be compensated for based on the position of the received calibration signal on the position sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufbau zum Empfangen eines optischen Freistrahl-Datensignals. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Datenübertragungssystem zur Übertragung eines optischen Freistrahl-Datensignals von einem Sender zu einem Empfänger. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Aufbaus bzw. eines solchen Datenübertragu ngssystems.The present invention relates to a structure for receiving a free beam optical data signal. The present invention also relates to a data transmission system for transmitting an optical free-beam data signal from a transmitter to a receiver. The present invention also relates to a method for operating such a structure or such a data transmission system.

Bei der Übertragung von optischen Datensignalen durch die Atmosphäre kommt es zu Signalstörungen durch die Brechungsindexturbulenz der Atmosphäre. In der optischen Freistrahl-Kommunikation will man in eine Singlemode-Faser einkoppeln um faserbasierte Telekommunikationskomponenten verwenden zu können. Aufgrund der Phasenstörungen des Kanals kommt es zu starken Verlusten im Downlink vom Satelliten oder Flugzeugen, wenn das Signal in die Singlemode Faser eingekoppelt wird. Ist die Empfangsapertur sehr klein, ist die Phasenstörung von niedriger Ordnung (bei denen nur die Zernike Moden 1,2 und 3 dominant sind) und man erhält Winkelfehler auf der fokalen Ebene (den sogenannten x, y-Tilt). Wenn die Teleskopapertur größer als die Phasenstörungsgröße ist, erhält man zudem Phasenstörungen höherer Ordnung (höhere Zernike Moden sind hier nicht vernachlässigbar). Es bilden sich mehrere Intensitätsflecken auf der fokalen Ebene, die ihre Lage und Größe mit einer Millisekunde Skala ändern.When optical data signals are transmitted through the atmosphere, signal interference occurs due to the refractive index turbulence of the atmosphere. In optical free-beam communication, one wants to couple into a single-mode fiber in order to be able to use fiber-based telecommunication components. Due to the phase interference of the channel, there are strong losses in the downlink from satellites or aircraft when the signal is coupled into the single-mode fiber. If the reception aperture is very small, the phase disturbance is of low order (in which only Zernike modes 1, 2 and 3 are dominant) and angle errors are obtained on the focal plane (the so-called x, y tilt). If the telescope aperture is larger than the phase perturbation magnitude, higher order phase perturbations are also obtained (higher Zernike modes are not negligible here). Several intensity spots are formed on the focal plane, which change their position and size on a millisecond scale.

Im Uplink treten die Phasenstörungen nahe am Sender auf, da der Strahl nur in den ersten Kilometern durch Atmosphäre propagiert. Anschließend weitet sich der Strahl nahezu unbeeinflusst im All entsprechend der Divergenz auf. Dies resultiert darin, dass die Empfangsapertur im Vergleich zur Phasenstörgröße immer sehr klein ist. So äußert sich die Störung am Empfänger hauptsächlich entsprechend einer Phasenstörung niedriger Ordnung als Winkelfehler und Intensitätsschwan ku ng.In the uplink, the phase disturbances occur close to the transmitter, since the beam only propagates through the atmosphere for the first few kilometers. Then the beam expands almost unaffected in space according to the divergence. The result of this is that the reception aperture is always very small compared to the phase disturbance variable. The disturbance at the receiver manifests itself mainly in the form of a phase disturbance of a low order as an angle error and an intensity fluctuation.

In beiden Situationen ist es nötig, die Winkelstörungen, also die Phasenstörung niedriger Ordnung, so zu korrigieren, dass das empfangene Licht bestmöglich in die optische Empfangsfaser eingekoppelt wird. Da die einkoppelte Leistung in der optischen Faser keinen Rückschluss auf einen Winkelfehler zulässt (nicht genügend Freiheitsgrade), ist ein externer Trackingsensor notwendig. Dieser befindet sich normalerweise in einem parallel abgezweigten optischen Pfad und muss exakt an der optischen Faser ausgerichtet sein. Der Tracking Sensor ist dabei ein photosensitiver Sensor welcher hinter einer Fokussierlinse (Sensor-Fokuslinse) angebracht ist. Ein Eingangswinkelfehler wird also auf dem Sensor als lateraler Versatz gemessen. Durch den Abstand zwischen Sensor-Fokuslinse und Sensor lässt sich der Eingangswinkel berechnen. Um eine effiziente Fasereinkopplung zu erhalten, ist außerdem der richtige Abstand zwischen optischer Faser und Fokuslinse (im folgenden Empfangs-Kollimationsoptik genannt) entscheidend.In both situations it is necessary to correct the angular interference, i.e. the low order phase interference, in such a way that the received light is coupled into the optical receiving fiber in the best possible way. Since the power coupled into the optical fiber does not allow any conclusions to be drawn about an angle error (insufficient degrees of freedom), an external tracking sensor is necessary. This is normally located in an optical path that branches off in parallel and must be precisely aligned with the optical fiber. The tracking sensor is a photosensitive sensor which is attached behind a focusing lens (sensor focus lens). An input angle error is therefore measured on the sensor as a lateral offset. The entrance angle can be calculated from the distance between the sensor focus lens and the sensor. In order to obtain efficient fiber coupling, the correct distance between the optical fiber and the focus lens (hereinafter referred to as receiving collimation optics) is also crucial.

In der optischen Satellitenkommunikation benötigt man in jedem Teilnehmer sowohl ein Empfangssystem, als auch ein Sendesystem. Zum einen ist so bidirektionale Kommunikation möglich. Zum anderen benötigt man immer eine Positionsreferenz (einen sogenannten Beacon), damit auch bei sehr kleinen Sendestrahlkeulen eine genaue Ausrichtung der Kommunikationspartner (engl. pointing) erzielt wird. Da es sich in der Satellitenkommunikation immer um zwei sich bewegende Kommunikationspartner handelt und die Abstände sehr groß sind, muss diese Positionsreferenz / der Sendestrahl immer mit einem Vorhaltewinkel (engl. point-ahead angle) abgestrahlt werden um den Kommunikationspartner zu treffen. Um einen definierten Vorhaltewinkel einstellen zu können, muss jedoch dieses Sendesystem während der Justage an dem Empfangssystem ausgerichtet werden.In optical satellite communication, each participant needs both a receiving system and a transmitting system. On the one hand, this enables bidirectional communication. On the other hand, you always need a position reference (a so-called beacon) so that the communication partners can be precisely aligned (pointing) even with very small transmission beams. Since satellite communication always involves two moving communication partners and the distances are very large, this position reference / transmission beam must always be emitted with a point-ahead angle in order to hit the communication partner. In order to be able to set a defined lead angle, however, this transmitting system must be aligned with the receiving system during the adjustment.

Die Einstellung von allen Elementen zur Fasereinkopplung ist kritisch, um eine optimale Einkopplungseffizienz zu bekommen.Adjustment of all fiber coupling elements is critical to get optimal coupling efficiency.

Optische Kommunikation von Satelliten und Flugzeugen benötigen eine Singlemode-Faser-Einkopplung, wenn man den Datendurchsatz bei der Datenübertragung erhöhen will. Das ermöglicht optische Vorverstärkung und die Verwendung der DWDM-Technologie.Optical communication from satellites and airplanes requires single-mode fiber coupling if you want to increase the data throughput during data transmission. This enables optical pre-amplification and the use of DWDM technology.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Aufbau zum Empfang eines optischen Datensignals zu schaffen, welcher zuverlässig justierbar ist für einen optimalen Empfang des optischen Datensignals. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Datenübertragungssystem entsprechend eines solchen Aufbaus zu schaffen sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Aufbaus.The object of the present invention is to create a structure for receiving an optical data signal which can be reliably adjusted for optimal reception of the optical data signal. A further object of the present invention is to create a data transmission system in accordance with such a structure and a method for operating such a structure.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Aufbau nach Anspruch 1 sowie ein Datenübertragungssystem gemäß Anspruch 9 und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Aufbaus entsprechend Anspruch 11.The object is achieved by a structure according to claim 1 as well as a data transmission system according to claim 9 and a method for operating such a structure according to claim 11.

Der erfindungsgemäße Aufbau zum Empfang eines optischen Datensignals weist eine Eingangsoptik auf zum Empfangen des optischen Datensignals. Insbesondere handelt es sich bei der Eingangsoptik um ein Teleskop. Bei dem optischen Datensignal handelt es sich insbesondere um kohärentes Licht bzw. Laserlicht. Weiterhin ist ein erster Positionssensor vorgesehen, wobei das optische Datensignal auf den ersten Positionssensor, insbesondere mit einer Sensorfokuslinse, fokussiert wird. Mittels dem ersten Positionssensor ist es möglich, den Winkelfehler des empfangenen optischen Datensignals zu ermitteln anhand der Position des fokussierten optischen Datensignals auf dem ersten Positionssensor bzw. in der Ebene des ersten Positionssensors.The structure according to the invention for receiving an optical data signal has input optics for receiving the optical data signal. In particular, the input optics are a telescope. The optical data signal is in particular coherent light or laser light. Furthermore, a first position sensor is provided, the optical data signal on the first position sensor, in particular with a sensor focus lens, is focused. Using the first position sensor, it is possible to determine the angle error of the received optical data signal based on the position of the focused optical data signal on the first position sensor or in the plane of the first position sensor.

Weiterhin ist zwischen der Eingangsoptik und dem ersten Positionssensor ein erster Strahlteiler angeordnet, dabei weist der erste Strahlteiler insbesondere einen ersten Eingang auf, durch den das optische Datensignal von der Eingangsoptik kommend in den ersten Strahlteiler eintritt. Weiterhin weist der erste Strahlteiler einen ersten Ausgang auf, durch den das optische Datensignal den ersten Strahlteiler wieder verlässt in Richtung des ersten Positionssensors. Weiterhin weist der erste Strahlteiler einen zweiten, weiteren Ausgang auf, wobei an dem zweiten Ausgang des ersten Strahlteilers eine Empfangsvorrichtung zur Detektion des optischen Datensignals angeordnet ist. Die Empfangsvorrichtung weist eine optische Empfangsfaser auf, wobei mittels einer ersten Kollimationsoptik das optische Datensignal in die optische Empfangsfaser einkoppelbar ist. Insbesondere wird durch die erste Kollimationsoptik das optische Datensignal auf eine Endfacette der Empfangsfaser derart fokussiert, dass diese in die Empfangsfaser eingekoppelt wird. Dabei ist mit der optischen Empfangsfaser ein Detektor verbunden zur Detektion des optischen Datensignals und Umwandlung in ein elektrisches Signal. Bei dem elektrischen Signal handelt es sich dabei um die optisch übertragenen Daten, welche vom erfindungsgemäßen Aufbau empfangen werden. Aufgrund der Verwendung eines fasergebundenen Detektors können Standard-Telekommunikationssysteme verwendet werden zur Detektion des optischen Datensignals.Furthermore, a first beam splitter is arranged between the input optics and the first position sensor, the first beam splitter in particular having a first input through which the optical data signal coming from the input optics enters the first beam splitter. Furthermore, the first beam splitter has a first output through which the optical data signal leaves the first beam splitter again in the direction of the first position sensor. Furthermore, the first beam splitter has a second, further output, a receiving device for detecting the optical data signal being arranged at the second output of the first beam splitter. The receiving device has an optical receiving fiber, wherein the optical data signal can be coupled into the optical receiving fiber by means of a first collimation optics. In particular, the optical data signal is focused on an end facet of the receiving fiber by the first collimation optics in such a way that it is coupled into the receiving fiber. A detector is connected to the optical receiving fiber for detecting the optical data signal and converting it into an electrical signal. The electrical signal is the optically transmitted data that is received by the structure according to the invention. Due to the use of a fiber-bound detector, standard telecommunication systems can be used to detect the optical data signal.

Weiterhin weist die Empfangsvorrichtung eine Empfangskalibrationsquelle auf, welche insbesondere fasergebunden ist an die optischen Empfangsfaser. Durch die Empfangskalibrationsquelle wird ein Empfangskalibrationssignal erzeugt, welches in die optische Empfangsfaser eingekoppelt wird und zum ersten Strahlteiler gelangt. Dabei handelt es sich um ein optisches Empfangskalibrationssignal und insbesondere handelt es sich bei der Empfangskalibrationsquelle um einen Laser.Furthermore, the receiving device has a receiving calibration source which, in particular, is fiber-bound to the receiving optical fiber. The reception calibration source generates a reception calibration signal which is coupled into the optical reception fiber and reaches the first beam splitter. This is an optical reception calibration signal and, in particular, the reception calibration source is a laser.

Erfindungsgemäß wird das Empfangskalibrationssignal auf den ersten Positionssensor zurückreflektiert. Hierbei kann das Empfangskalibrationssignal erneut durch die ersten Strahlteiler hindurchtreten, um somit zu dem ersten Positionssensor zu gelangen. Der Retroreflektor ist dabei fest angeordnet bzw. stationär insbesondere an einem zweiten Strahlteiler und nicht klappbar und unbeweglich, wodurch eine hohe Positionsgenauigkeit zwischen Retroreflektor und Strahlteiler und eine gleichbleibende Genauigkeit bei Wiederholung der Messungen des Empfangskalibrationssignals sichergestellt wird.According to the invention, the received calibration signal is reflected back onto the first position sensor. Here, the received calibration signal can again pass through the first beam splitter in order to thus reach the first position sensor. The retroreflector is fixed or stationary, especially on a second beam splitter, and cannot be folded or moved, which ensures a high level of positional accuracy between the retroreflector and the beam splitter and constant accuracy when the measurements of the received calibration signal are repeated.

Erfindungsgemäß ist der erste Positionssensor in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse bewegbar. Dabei ist die laterale Position des ersten Positionssensors anpassbar in Abhängigkeit von der Messung der Position des Empfangskalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor zur Kompensation eines Offsets oder Versatzes zwischen Empfangsfaser und insbesondere der Endfacette der Empfangsfaser und dem ersten Positionssensor. Durch den vorgesehenen Retroreflektor am zweiten Strahlteiler wird das Empfangskalibrationssignal winkelgetreu auf dem Positionssensor zurückreflektiert. Somit ist eine Justage des ersten Positionssensors möglich. Eventuell auftretende Winkelfehler bei der Übertragung des optischen Datensignals können sodann anhand des Positionssensors kompensiert werden. Dadurch, dass der Retroreflektor dabei fest angeordnet ist und insbesondere keine beweglichen Teile aufweist, ist eine präzise Justage des Positionssensors möglich. Gleichzeitig wird durch die Anordnung des Retroreflektors am Ausgang des zweiten Strahlteilers der Strahlengang des empfangenen optischen Datensignals nicht blockiert. Somit ist es möglich, durch die Anordnung des Retroreflektors eine ungestörte Detektion des optischen Datensignals zu gewährleisten.According to the invention, the first position sensor can be moved in a plane perpendicular to the optical axis. The lateral position of the first position sensor can be adjusted depending on the measurement of the position of the reception calibration signal on the first position sensor to compensate for an offset between the reception fiber and in particular the end facet of the reception fiber and the first position sensor. Due to the retroreflector provided on the second beam splitter, the received calibration signal is reflected back to the position sensor at the correct angle. An adjustment of the first position sensor is thus possible. Any angle errors that occur during the transmission of the optical data signal can then be compensated for using the position sensor. Due to the fact that the retroreflector is fixed and in particular has no moving parts, precise adjustment of the position sensor is possible. At the same time, the arrangement of the retroreflector at the output of the second beam splitter does not block the beam path of the received optical data signal. It is thus possible to ensure undisturbed detection of the optical data signal through the arrangement of the retroreflector.

Vorzugsweise ist zwischen der Empfangsoptik und dem ersten Strahlteiler ein zweiter Strahlteiler angeordnet. Insbesondere weist der zweite Strahlteiler einen Eingang auf, durch den das Empfangskalibrationssignal in den zweiten Strahlteiler einfällt. Weiterhin weist der zweite Strahlteiler einen Ausgang auf, durch den das Empfangskalibrationssignal den zweiten Strahlteiler wieder verlässt. Am Ausgang des zweiten Strahlteilers ist ein Retroreflektor angeordnet. A second beam splitter is preferably arranged between the receiving optics and the first beam splitter. In particular, the second beam splitter has an input through which the received calibration signal is incident on the second beam splitter. Furthermore, the second beam splitter has an output through which the received calibration signal leaves the second beam splitter again. A retroreflector is arranged at the exit of the second beam splitter.

Vorzugsweise ist eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen, die mit der Empfangskalibrationsquelle und dem Positionssensor verbunden ist. Dabei ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet, um die Empfangskalibrationsquelle insbesondere periodisch einzuschalten. Dabei ist die Steuerungsvorrichtung weiterhin ausgebildet, die Messung der Position des Empfangskalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor zeitsynchron durchzuführen. Somit wird durch die Steuerungsvorrichtung vorgesehen, dass durch den ersten Positionssensor eine Messung der Position des Empfangskalibrationssignals nur dann durchgeführt wird, wenn die Empfangskalibrationsquelle durch die Steuerungsvorrichtung eingeschaltet wird. Vorzugsweise erfolgt die Messung des Empfangskalibrationssignals mittels Time-Division-Multiplexing, so dass nur zu vorgegebenen Zeiten eine Messung des Empfangskalibrationssignals durch den Positionssensor erfolgt. Der Positionssensor erfüllt dabei zwei Aufgaben. Erstens soll durch den ersten Positionssensor der Winkelfehler des empfangenen optischen Datensignals detektiert werden. Weiterhin soll jedoch durch den ersten Positionssensor eine Justage des Aufbaus erfolgen. Um diese Justage jedoch online, also während der Detektion des optischen Datensignal durchführen zu können, erfolgt die Justage des ersten Positionssensors relativ zur Empfangsfaser lediglich periodisch zu vorgegebenen Zeiten und synchron mit dem Einschalten der Empfangskalibrationsquelle als Time-Division-Multiplexing. Sobald die Empfangskalibrationsquelle wieder ausgeschaltet wird, kehrt die Funktion des ersten Positionssensors zurück zu ihrer ursprünglichen Funktion, nämlich der Messung eines Winkelfehlers des empfangenen optischen Datensignals. Somit ist ein durchgängiger Empfang des optischen Datensignals möglich, wobei während des Empfangs des optischen Datensignals zu vorgegebenen Zeiten eine Justage des Aufbaus erfolgt. Eine gegenseitige Beeinflussung von Justage und Empfang des optischen Datensignals wird dabei gerade verhindert.A control device is preferably provided which is connected to the reception calibration source and the position sensor. The control device is designed to switch on the received calibration source, in particular periodically. The control device is also designed to measure the position of the received calibration signal on the first position sensor in a time-synchronized manner. The control device thus provides that a measurement of the position of the reception calibration signal is only carried out by the first position sensor when the reception calibration source is switched on by the control device. The received calibration signal is preferably measured by means of time division multiplexing, so that the position sensor only measures the received calibration signal at predetermined times. The position sensor fulfills two tasks. Firstly, the angle error of the received optical data signal should be detected by the first position sensor. However, the structure should also be adjusted by the first position sensor. However, in order to be able to carry out this adjustment online, i.e. during the detection of the optical data signal, the adjustment of the first position sensor relative to the receiving fiber only takes place periodically at predetermined times and synchronously with the switching on of the receiving calibration source as time division multiplexing. As soon as the received calibration source is switched off again, the function of the first position sensor returns to its original function, namely the measurement of an angle error in the received optical data signal. Continuous reception of the optical data signal is thus possible, the structure being adjusted at predetermined times during the reception of the optical data signal. Mutual influencing of adjustment and reception of the optical data signal is precisely prevented.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Positionssensor um einen Vier-Quadranten-Sensor. Ein solcher Vier-Quadranten-Sensor (4QD) weist eine hohe Positionsgenauigkeit auf, so dass hiermit präzise sowohl der Winkelfehler des optischen Datensignals als auch der Offset oder Versatz zwischen Endfacette der Empfangsfaser und dem ersten Positionssensor erfasst werden kann.The first position sensor is preferably a four-quadrant sensor. Such a four-quadrant sensor (4QD) has a high positional accuracy, so that both the angle error of the optical data signal and the offset or offset between the end facet of the receiving fiber and the first position sensor can be precisely detected.

Vorzugsweise ist ein zweiter Positionssensor vorgesehen, beispielsweise ausgebildet als sogenannter PSD (Position Sensitive Device), wobei bei der Justage Licht der Empfangskalibrationsquelle mittels einer Optik auf diesen zweiten Positionssensor fokussiert wird zur Ermittlung der lateralen Position der Endfacette der Empfangsfaser relativ zum zweiten Positionssensor. Der zweite Positionssensor kann im System statisch verbaut sein und seine Position kann nicht verändert werden. Die während der Justage gemessene Positionsinformation des zweiten Positionssensors dient als Referenz für die Grobausrichtung während des Betriebs. Hierbei kann der zweite Positionssensor eine größere Fläche aufweisen, bei gleichzeitig geringerer Positionsauflösung als der Vier-Quadranten-Sensor. Insbesondere kann der zweite Positionssensor hierdurch die Nachteile des nichtlinearen Ansprechverhaltens des Vier-Quadranten-Sensors ausgleichen. Mit Hilfe des zweiten Positionssensors ist man somit in der Lage, eine Grobausrichtung des Aufbaus zu seinem Kommunikationspartner bzw. einem Sender vorzunehmen.A second position sensor is preferably provided, for example designed as a so-called PSD (Position Sensitive Device), with the adjustment of the light from the receiving calibration source being focused on this second position sensor by means of optics to determine the lateral position of the end facet of the receiving fiber relative to the second position sensor. The second position sensor can be installed statically in the system and its position cannot be changed. The position information of the second position sensor measured during the adjustment serves as a reference for the rough alignment during operation. Here, the second position sensor can have a larger area, while at the same time having a lower position resolution than the four-quadrant sensor. In particular, the second position sensor can thereby compensate for the disadvantages of the non-linear response behavior of the four-quadrant sensor. With the help of the second position sensor, one is thus able to carry out a rough alignment of the structure with respect to one's communication partner or a transmitter.

Vorzugsweise weist die Empfangsvorrichtung einen Photodetektor auf, wobei eine Endfacette der Empfangsfaser bewegbar ist entlang der optischen Achse zur Anpassung des Abstandes zwischen der Endfacette und der ersten Kollimationsoptik. Dabei wird der Abstand angepasst in Abhängigkeit der Messung des Photodetektors. Bei dem Photodetektor handelt es sich beispielsweise um eine Photodiode, welche besonders günstig ist und eine hohe Verfügbarkeit und Haltbarkeit aufweist. Dabei wird durch den Photodetektor die Intensität des empfangenen optischen Datensignals detektiert. Alternativ hierzu wird die Intensität des durch den Retroreflektor zurückreflektierten Signal der Empfangskalibrationsquelle gemessen. Durch die Änderung des Abstands zwischen der ersten Kollimationsoptik der Endfacette der Empfangsfaser wird die Einkopplung des optischen Datensignals oder des Signals der Empfangskalibrationsquelle in die Empfangsfaser verändert bzw. optimiert. Ist der Abstand zwischen der ersten Kollimationsoptik und Endfacette der Empfangsfaser zu groß oder zu klein, wird einkommendes Licht des optischen Datensignals, welches kollimiert durch die Eingangsoptik tritt, nicht optimal auf die Endfacette der Empfangsfaser fokussiert, wodurch Einkoppelverluste beim Einkoppeln des optischen Datensignals in die optische Empfangsfaser auftreten. Somit ist es erforderlich den Abstand in z-Richtung, also den Abstand entlang der optischen Achse, optimal einzustellen. Hierzu wird das Datensignal selbst oder alternativ das Licht der Empfangskalibrationsquelle verwendet. Das Licht der Empfangskalibrationsquelle tritt aus der Endfacette der Empfangsfaser aus und wird durch die erste Kollimationsoptik kollimiert. Ist jedoch der Abstand in z-Richtung zwischen ersten Kollimationsoptik und Endfacette der Empfangsfaser nicht optimal, ist das Licht der Empfangskalibrationsquelle nach der ersten Kollimationsoptik nicht vollständig kollimiert und somit leicht divergent oder konvergent. Die Divergenz bzw. Konvergenz bleibt bei der Rückreflektion durch den Retroreflektor erhalten, so dass leicht divergentes oder konvergentes Licht wiederum auf die erste Kollimationsoptik trifft. Ein divergenter oder konvergenter Lichtstrahl führt jedoch zu einer Verschiebung des Fokuspunktes, so dass bei einem nicht optimalen Abstand zwischen Empfangs-Kollimationsoptik und Endfacette der Empfangsfaser das Licht der Empfangskalibrationsquelle hinter oder vor der Endfacette der Empfangsfaser in z-Richtung seinen Fokuspunkt hat. Hierdurch wird jedoch das Licht der Empfangskalibrationsquelle nur ungenügend in die Empfangsfaser eingekoppelt. Vom Detektor wird somit eine geringe Leistung detektiert. Insbesondere liegen dabei die Endfacette der Empfangsfaser und die Empfangs-Kollimationsoptik auf einer gemeinsamen optischen Achse, die bevorzugt im Wesentlichen festgelegt ist und sich nicht verändert. Durch Anpassen des Abstands zwischen Empfangs-Kollimationsoptik und Endfacette der Empfangsfaser kann sichergestellt werden, dass das Licht der Empfangskalibrationsquelle nach der ersten Kollimationsoptik vollständig kollimiert ist. Dieses kollimierte Licht wird sodann vom Retroreflektor zurückreflektiert, durch die erste Kollimationsoptik wieder fokussiert, wobei der Fokuspunkt genau auf der Endfacette der Empfangsfaser liegt. Hierdurch wird die empfangene Leistung des Photodetektors maximiert. Somit kann auf einfache Weise der optimale Abstand in z-Richtung zwischen der ersten Kollimationsoptik und der Endfacette der Faser eingestellt werden. Das ankommende optische Datensignal, welches ebenfalls kollimiert empfangen wird, wird somit optimal in die Empfangsfaser eingekoppelt.The receiving device preferably has a photodetector, an end facet of the receiving fiber being movable along the optical axis for adapting the distance between the end facet and the first collimation optics. The distance is adjusted depending on the measurement of the photodetector. The photodetector is, for example, a photodiode which is particularly cheap and has high availability and durability. The photodetector detects the intensity of the received optical data signal. As an alternative to this, the intensity of the signal of the reception calibration source reflected back by the retroreflector is measured. By changing the distance between the first collimation optics of the end facet of the receiving fiber, the coupling of the optical data signal or the signal of the receiving calibration source into the receiving fiber is changed or optimized. If the distance between the first collimation optics and the end facet of the receiving fiber is too large or too small, incoming light of the optical data signal, which passes through the input optics in collimated form, is not optimally focused on the end facet of the receiving fiber, which results in coupling losses when coupling the optical data signal into the optical Receiving fiber occur. It is therefore necessary to optimally set the distance in the z direction, that is to say the distance along the optical axis. For this purpose, the data signal itself or, alternatively, the light from the reception calibration source is used. The light from the reception calibration source emerges from the end facet of the reception fiber and is collimated by the first collimation optics. However, if the distance in the z-direction between the first collimation optics and the end facet of the receiving fiber is not optimal, the light from the receiving calibration source after the first collimation optics is not completely collimated and is therefore slightly divergent or convergent. The divergence or convergence is retained during the back reflection by the retroreflector, so that slightly divergent or convergent light again hits the first collimation optics. However, a divergent or convergent light beam leads to a shift of the focal point, so that if the distance between the receiving collimation optics and the end facet of the receiving fiber is not optimal, the light from the receiving calibration source has its focus point behind or in front of the end facet of the receiving fiber in the z-direction. As a result, however, the light from the reception calibration source is only insufficiently coupled into the reception fiber. A low power is thus detected by the detector. In particular, the end facet of the receiving fiber and the receiving collimation optics lie on a common optical axis, which is preferably essentially fixed and does not change. By adapting the distance between the receiving collimation optics and the end facet of the receiving fiber, it can be ensured that the light from the receiving calibration source is completely collimated after the first collimation optics. This collimated light is then reflected back by the retroreflector, refocused by the first collimation optics, the Focal point lies exactly on the end facet of the receiving fiber. This maximizes the received power of the photodetector. The optimum distance in the z-direction between the first collimation optics and the end facet of the fiber can thus be set in a simple manner. The incoming optical data signal, which is also received collimated, is optimally coupled into the receiving fiber.

Vorzugsweise ist die Intensität des Empfangskalibrationssignals am ersten Positionssensor größer als die Intensität des optischen Datensignals, so dass bei gleichzeitiger Beleuchtung des Positionssensors die Empfangskalibrationsquelle überstrahlt. Dadurch, dass die Intensität des Empfangskalibrationssignals größer ist als die Intensität des optischen Datensignals, ist es nicht erforderlich, das optische Datensignal bei der Messung des Empfangskalibrationssignals am ersten Positionssensor zu blocken oder zu unterbrechen. Die Position des Empfangskalibrationssignals am ersten Positionssensor kann somit bei gleichzeitiger Beleuchtung des ersten Positionssensors mit dem optischen Datensignal erfolgen aufgrund der höheren Intensität.The intensity of the received calibration signal at the first position sensor is preferably greater than the intensity of the optical data signal, so that when the position sensor is illuminated at the same time, the received calibration source is outshone. Because the intensity of the received calibration signal is greater than the intensity of the optical data signal, it is not necessary to block or interrupt the optical data signal when measuring the received calibration signal at the first position sensor. The position of the received calibration signal on the first position sensor can thus take place with simultaneous illumination of the first position sensor with the optical data signal due to the higher intensity.

Vorzugsweise weist die Empfangskalibrationsquelle bzw. das von der Empfangskalibrationsquelle ausgesendete Empfangskalibrationssignal eine andere Wellenlänge auf als das optische Datensignal. Somit wird eine gegenseitige Beeinflussung des Empfangskalibrationssignals und des empfangenen optischen Datensignals sowohl am Detektor der Empfangsvorrichtung als auch am Positionssensor, als auch in der Empfangsfaser ausgeschlossen. Somit kann eine Justage des ersten Positionssensors online, also während des Empfangs des optischen Datensignals erfolgen.The reception calibration source or the reception calibration signal transmitted by the reception calibration source preferably has a different wavelength than the optical data signal. Mutual influencing of the received calibration signal and the received optical data signal both at the detector of the receiving device and at the position sensor as well as in the receiving fiber is excluded. The first position sensor can thus be adjusted online, that is to say while the optical data signal is being received.

Vorzugsweise weist der erste Positionssensor eine wählbare spektrale Empfindlichkeit auf. Dabei wird sodann die spektrale Empfindlichkeit des ersten Positionssensors während der Messung des Winkelfehlers des optischen Datensignals auf die Wellenlänge des optischen Datensignals abgestimmt. Dahingegen wird die spektrale Empfindlichkeit des ersten Positionssensors bei Messung des Empfangskalibrationssignals gewählt in Abstimmung der Wellenlänge des Empfangskalibrationssignals. Da das Empfangskalibrationssignal eine andere Wellenlänge aufweist als das optische Datensignal findet eine getrennte Messung durch den Positionssensor statt. Somit kann ausgewählt werden, ob die Position auf dem ersten Positionssensor des optischen Datensignals oder die Position auf dem ersten Positionssensor des Empfangskalibrationssignals erfasst werden soll.The first position sensor preferably has a selectable spectral sensitivity. The spectral sensitivity of the first position sensor is then matched to the wavelength of the optical data signal during the measurement of the angle error of the optical data signal. In contrast, the spectral sensitivity of the first position sensor when measuring the received calibration signal is selected in coordination with the wavelength of the received calibration signal. Since the received calibration signal has a different wavelength than the optical data signal, a separate measurement takes place by the position sensor. It can thus be selected whether the position on the first position sensor of the optical data signal or the position on the first position sensor of the received calibration signal is to be detected.

Vorzugsweise weist der Aufbau eine Sendevorrichtung auf zum bidirektionalen Senden und Empfangen eines optischen Datensignals mittels dem Aufbau, wobei insbesondere die Sendevorrichtung an einem Eingang des zweiten Strahlteilers angeordnet ist. Die Sendevorrichtung weist aber einen Sendelaser auf, wobei das Sendelicht des Sendelasers in eine Sendefaser eingekoppelt wird. Mittels einer zweiten Kollimationsoptik wird das Sendelicht des Sendelasers kollimiert und über den zweiten Strahlteiler in den Strahlengang des empfangenen optischen Datensignals eingekoppelt. Dabei kann der Sendelaser dieselbe Wellenlänge wie das empfangene optische Datensignal aufweisen, wobei Empfang und Senden mittels Time-Division-Multiplexing zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen. Alternativ hierzu kann das Sendelicht des Sendelasers eine andere Wellenlänge als das empfangene optische Datensignal aufweisen, wobei sodann rechtzeitig ein bidirektionales Senden und Empfangen möglich ist mittels Wavelength-Division-Multiplexing (WDM).The structure preferably has a transmission device for bidirectional transmission and reception of an optical data signal by means of the structure, the transmission device in particular being arranged at an input of the second beam splitter. However, the transmission device has a transmission laser, the transmission light of the transmission laser being coupled into a transmission fiber. The transmitted light of the transmitting laser is collimated by means of a second collimation optics and is coupled into the beam path of the received optical data signal via the second beam splitter. The transmission laser can have the same wavelength as the received optical data signal, with reception and transmission taking place at different times by means of time division multiplexing. As an alternative to this, the transmission light of the transmission laser can have a different wavelength than the received optical data signal, with bidirectional transmission and reception then being possible in good time by means of wavelength division multiplexing (WDM).

Vorzugsweise weist die Sendevorrichtung eine Senderkalibrationsquelle auf zur Erzeugung eines optischen Senderkalibrationssignals. Dabei ist die Senderkalibrationsquelle insbesondere fasergebunden und mit der optischen Sendefaser verbunden, so dass das Senderkalibrationssignal in die Sendefaser eingekoppelt wird und zum zweiten Strahlteiler gelangt. Mittels dem Retroreflektor wird das Senderkalibrationssignal auf den ersten Positionssensor reflektiert. Dabei erfolgt in Abhängigkeit von der Messung der Position des Senderkalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor eine Ermittlung eines Versatzwinkels zwischen dem empfangenen optischen Datensignal und dem gesendeten optischen Datensignal.The transmission device preferably has a transmitter calibration source for generating an optical transmitter calibration signal. The transmitter calibration source is in particular fiber-bound and connected to the optical transmitter fiber, so that the transmitter calibration signal is coupled into the transmitter fiber and reaches the second beam splitter. The transmitter calibration signal is reflected onto the first position sensor by means of the retroreflector. An offset angle between the received optical data signal and the transmitted optical data signal is determined as a function of the measurement of the position of the transmitter calibration signal on the first position sensor.

Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung mit der Senderkalibrationsquelle verbunden ist. Dabei ist die Steuerungsvorrichtung ausgebildet, um die Senderkalibrationsquelle insbesondere periodisch einzuschalten. Dabei ist die Steuerungsvorrichtung weiterhin ausgebildet, die Messung der Position des Senderkalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor zeitsynchron durchzuführen. Somit wird durch die Steuerungsvorrichtung vorgesehen, dass durch den ersten Positionssensor eine Messung der Position des Senderkalibrationssignals nur dann durchgeführt wird, wenn die Senderkalibrationsquelle durch die Steuerungsvorrichtung eingeschaltet wird. Vorzugsweise erfolgt die Messung des Senderkalibrationssignals mittels Time-Division-Multiplexing, so dass nur zu vorgegebenen Zeiten eine Messung des Senderkalibrationssignals durch den Positionssensor erfolgt. Der Positionssensor erfüllt dabei zwei Aufgaben. Erstens soll durch den ersten Positionssensor der Winkelfehler des empfangenen optischen Datensignals detektiert werden. Weiterhin soll jedoch durch den ersten Positionssensor eine Justage des Aufbaus erfolgen. Um diese Justage jedoch online, also während der Detektion des optischen Datensignal durchführen zu können, erfolgt die Justage des Sendepfads lediglich periodisch zu vorgegebenen Zeiten und synchron mit dem Einschalten der Senderkalibrationsquelle als Time-Division-Multiplexing. Sobald die Senderkalibrationsquelle wieder ausgeschaltet wird, kehrt die Funktion des ersten Positionssensors zurück zu ihrer ursprünglichen Funktion, nämlich der Messung eines Winkelfehlers des empfangenen optischen Datensignals. Somit ist ein durchgängiger Empfang des optischen Datensignals möglich, wobei während des Empfangs des optischen Datensignals zu vorgegebenen Zeiten eine Justage des Aufbaus erfolgt. Eine gegenseitige Beeinflussung von Justage und Empfang des optischen Datensignals wird dabei gerade verhindert.The control device is preferably connected to the transmitter calibration source. The control device is designed to switch on the transmitter calibration source, in particular periodically. The control device is also designed to measure the position of the transmitter calibration signal on the first position sensor in a time-synchronized manner. The control device thus provides that a measurement of the position of the transmitter calibration signal is only carried out by the first position sensor when the transmitter calibration source is switched on by the control device. The transmitter calibration signal is preferably measured by means of time division multiplexing, so that the position sensor only measures the transmitter calibration signal at predetermined times. The position sensor fulfills two tasks. Firstly, the angle error of the received optical data signal should be detected by the first position sensor. However, the structure should also be adjusted by the first position sensor. To make this adjustment online, however, during the detection of the optical data signal To be able to carry out, the adjustment of the transmission path takes place only periodically at predetermined times and synchronously with the switching on of the transmitter calibration source as time division multiplexing. As soon as the transmitter calibration source is switched off again, the function of the first position sensor returns to its original function, namely the measurement of an angle error in the received optical data signal. Continuous reception of the optical data signal is thus possible, the structure being adjusted at predetermined times during the reception of the optical data signal. Mutual influencing of adjustment and reception of the optical data signal is precisely prevented.

Vorzugsweise ist im Strahlengang des Sendelasers ein Vorhaltespiegel (Point-Ahead Angle Mirror - PAAM oder Point-Ahead Spiegel) vorgesehen. Dieser Point-Ahead Spiegel kann den Winkel des Sendestrahls und somit den relativen Winkel zwischen Sendestrahl und Empfangsstrahl insbesondere in 2 Achsen verändern. Hierdurch ist es möglich einen entstehenden Winkel aufgrund der Laufzeit des optischen Datensignals vom Sender zum Empfänger über große Distanzen und der dadurch erfolgten Weiterbewegung des Senders relativ zum Empfänger durch einen Vorhaltewinkel auszugleichen, so dass gleichzeitig empfangen und gesendet werden kann. Hierzu ist der Point-Ahead Spiegel insbesondere ausschließlich im Strahlengang des Sendelasers, also im Sendepfad vorhanden, so dass eine unabhängige Steuerung des Strahlengangs des empfangenen optischen Datensignals und dem Strahlengang des gesendeten optischen Datensignals möglich ist. Licht der Senderkalibrationsquelle, welches von dem Retroreflektor zurückreflektiert wird, gelangt ebenfalls auf den ersten Positionssensor. Dabei ist die gemessene Position auf dem ersten Positionssensor abhängig vom lateralen relativen Offset zwischen Endfacette der Sendefaser und erstem Positionssensor. Somit kann durch eine Auslenkung des Point-Ahead Spiegels der Winkelfehler zwischen Sende- und Empfangspfad nach vorheriger Justage des Empfangspfads vollständig ausglichen werden. Im Betrieb kann dann ein zusätzlicher Vorhaltewinkel zur justagebedingten Auslenkung des Point-Ahead-Spiegels hinzugefügt werden. Der Point-Ahead-Spiegel kann somit genutzt werden um einen Winkelfehler zwischen Sendepfad und Empfangspfad auszugeichen und gleichzeitig um im Betrieb einen Vorhaltewinkel zu gewährleisten zur Berücksichtigung der Laufzeit des optischen Datensignals vom Sender zum Empfänger.A lead mirror (point-ahead angle mirror - PAAM or point-ahead mirror) is preferably provided in the beam path of the transmitting laser. This point-ahead mirror can change the angle of the transmission beam and thus the relative angle between the transmission beam and the reception beam, especially in 2 axes. This makes it possible to use a lead angle to compensate for an angle that arises due to the transit time of the optical data signal from the transmitter to the receiver over large distances and the resulting further movement of the transmitter relative to the receiver, so that reception and transmission can take place simultaneously. For this purpose, the point-ahead mirror is in particular only present in the beam path of the transmitting laser, that is, in the transmitting path, so that independent control of the beam path of the received optical data signal and the beam path of the transmitted optical data signal is possible. Light from the transmitter calibration source, which is reflected back by the retroreflector, also reaches the first position sensor. The measured position on the first position sensor is dependent on the lateral relative offset between the end facet of the transmission fiber and the first position sensor. Thus, by deflecting the point-ahead mirror, the angle error between the transmission and reception path can be completely compensated for after the reception path has been adjusted beforehand. During operation, an additional lead angle can then be added for the adjustment-related deflection of the point-ahead mirror. The point-ahead mirror can thus be used to compensate for an angle error between the transmission path and the reception path and at the same time to ensure a lead angle during operation to take into account the transit time of the optical data signal from the transmitter to the receiver.

Vorzugsweise ist die Intensität des Senderkalibrationssignals am ersten Positionssensor größer als die Intensität des optischen Datensignals, so dass bei gleichzeitiger Beleuchtung des ersten Positionssensors die Senderkalibrationsquelle überstrahlt. Dadurch, dass die Intensität des Senderkalibrationssignals größer ist als die Intensität des optischen Datensignals, ist es nicht erforderlich, das optische Datensignal bei der Messung des Senderkalibrationssignals am ersten Positionssensor zu blocken oder zu unterbrechen. Die Position des Senderkalibrationssignals am ersten Positionssensor kann somit bei gleichzeitiger Beleuchtung des ersten Positionssensors mit dem optischen Datensignal erfolgen aufgrund der höheren Intensität.The intensity of the transmitter calibration signal at the first position sensor is preferably greater than the intensity of the optical data signal, so that the transmitter calibration source is outshone when the first position sensor is illuminated at the same time. Because the intensity of the transmitter calibration signal is greater than the intensity of the optical data signal, it is not necessary to block or interrupt the optical data signal when measuring the transmitter calibration signal at the first position sensor. The position of the transmitter calibration signal on the first position sensor can thus take place with simultaneous illumination of the first position sensor with the optical data signal due to the higher intensity.

Vorzugsweise weist die Senderkalibrationsquelle bzw. das von der Senderkalibrationsquelle ausgesendete Senderkalibrationssignal eine andere Wellenlänge auf als das optische Datensignal. Somit wird eine gegenseitige Beeinflussung des Senderkalibrationssignals und des empfangenen optischen Datensignals sowohl am Detektor der Empfangsvorrichtung als auch am Positionssensor, als auch in der Sendefaser und/oder Empfangsfaser ausgeschlossen.The transmitter calibration source or the transmitter calibration signal transmitted by the transmitter calibration source preferably has a different wavelength than the optical data signal. Mutual influencing of the transmitter calibration signal and the received optical data signal both at the detector of the receiving device and at the position sensor as well as in the transmitting fiber and / or receiving fiber is excluded.

Vorzugsweise ist ein kippbarer Spiegel bzw. schnell bewegbarer Spiegel (fast steering mirror - FSM oder tip/tilt mirror) zum Ausgleich eines Winkelfehlers des empfangenen optischen Datensignals vorgesehen. Dabei wird das Signal des ersten Positionssensors, insbesondere ausgebildet als 4-Quadranten-Sensor, herangezogen um insbesondere mittels einer Regelschleife die Bewegung des kippbaren Spiegels zu steuern. Somit liefert der ersten Positionssensor durch die Justage ein Signal, welches es ermöglicht das optische Eingangssignal optimal auf die Position der Endfacette der Empfangsfaser zu regeln.A tiltable mirror or rapidly movable mirror (fast steering mirror - FSM or tip / tilt mirror) is preferably provided to compensate for an angle error in the received optical data signal. The signal of the first position sensor, in particular designed as a 4-quadrant sensor, is used to control the movement of the tiltable mirror, in particular by means of a control loop. As a result of the adjustment, the first position sensor thus supplies a signal which enables the optical input signal to be optimally adjusted to the position of the end facet of the receiving fiber.

Vorzugsweise ist im Strahlengang eine adaptive Optik, insbesondere ausgebildet als verformbarer Spiegel (Deformable Mirror - DM), vorgesehen zur Adaption der Wellenfront-Störungen bei der Übertragung.Adaptive optics, in particular designed as a deformable mirror (DM), are preferably provided in the beam path for adapting the wavefront interference during transmission.

Vorzugsweise ist ein Wellenfront-Sensor vorgesehen, welcher insbesondere verbunden ist mit der adaptiven Optik, so dass die vom Wellenfront-Sensor detektierte Wellenfront-Störung durch die adaptive Optik ausgeglichen werden kann. A wavefront sensor is preferably provided, which is in particular connected to the adaptive optics, so that the wavefront interference detected by the wavefront sensor can be compensated for by the adaptive optics.

Vorzusgaweise ist eine Phasenkalibrationsquelle vorgesehen, welche insbesondere durch einen Kipp-Spiegel in den Strahlengang eingekoppelt wird. Das Licht der Phasenkalibrationsquelle wird sodann vom Wellenfront-Sensor empfangen wodurch die Influenz Matrix bestimmt werden kann, welche insbesondere sodann für die Steuerung der adaptiven Optik verwendet wird. Dies ist möglich, da das Licht der Phasenkalibrationsquelle zunächst keine Phasenstörung aufweist und somit am Wellenfront-Sensor der Einfluss des Aufbaus auf die Phasenstörung bestimmt werden kann.A phase calibration source is preferably provided, which is coupled into the beam path in particular by a tilting mirror. The light from the phase calibration source is then received by the wavefront sensor, whereby the influence matrix can be determined, which is then used in particular to control the adaptive optics. This is possible because the light from the phase calibration source initially has no phase disturbance and the influence of the structure on the phase disturbance can thus be determined on the wavefront sensor.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Empfangskalibrationsquelle, der Senderkalibrationsquelle und der Phasenkalibrationsquelle um Laser, wobei insbesondere Empfangskalibrationsquelle und Senderkalibrationsquelle und besonders bevorzugt auch die Phasenkalibrationsquelle unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.The reception calibration source, the transmitter calibration source and the phase calibration source are preferably lasers, wherein in particular the reception calibration source and transmitter calibration source and particularly preferably also the phase calibration source have different wavelengths.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Datenübertragungssystem zur Übertragung eines optischen Datensignals von einem Sender zu einem Empfänger, wobei Sender und / oder Empfänger ausgebildet sind gemäß dem Aufbau wie vorstehend beschrieben.The invention also relates to a data transmission system for transmitting an optical data signal from a transmitter to a receiver, the transmitter and / or receiver being designed according to the structure as described above.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Datenübertragungssystem um einen Satelliten-Uplink, wobei es sich bei dem Empfänger insbesondere um einen Satelliten, beispielsweise in einer geostationären Umlaufbahn, handelt und bei dem Sender um einen erdnahen oder bodenstationären Sender. Selbstverständlich können die Positionen von Empfänger und Sender auch vertauscht sein. Bevorzugt ist jedoch, dass Sender und Empfänger als bidirektionale Sender und Empfänger ausgebildet sind.The data transmission system is preferably a satellite uplink, the receiver being in particular a satellite, for example in a geostationary orbit, and the transmitter being a near-earth or ground-stationary transmitter. Of course, the positions of the receiver and transmitter can also be interchanged. However, it is preferred that the transmitter and receiver are designed as bidirectional transmitters and receivers.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Aufbaus zum Empfang und Übersenden eines optischen Signals wie vorstehend beschrieben, wobei ein optisches Datensignal mittels der Empfangsoptik empfangen wird und über den ersten Strahlteiler auf den Detektor geleitet wird. Dabei erfolgt während dem Empfang des optischen Datensignals zeitgleich eine online Justage des Aufbaus und insbesondere der lateralen Position des Positionssensors senkrecht zur optischen Achse relativ zur lateralen Position der Empfangsfaser mit den Schritten:

• Einschalten der Empfängerkalibrationsquelle, so dass ein Empfangskalibrationssignal mittels dem Retroreflektor auf den Positionssensor reflektiert wird;
• Wobei synchron mit der eingeschalteten Empfängerkalibrationsquelle die Position des Kalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor detektiert wird;
• Anpassen der lateralen Position des ersten Positionssensors bis der vom Retroreflektor auf den ersten Positionssensor zurückreflektierte Anteil des Empfangskalibrationssignals mittig auf den ersten Positionssensor liegt; und
• Ausschalten der Empfangskalibrationsquelle.

The present invention also relates to a method for operating a structure for receiving and transmitting an optical signal as described above, an optical data signal being received by means of the receiving optics and being directed to the detector via the first beam splitter. During the reception of the optical data signal, an online adjustment of the structure and in particular the lateral position of the position sensor perpendicular to the optical axis relative to the lateral position of the receiving fiber takes place at the same time with the steps:

• Switching on the receiver calibration source, so that a received calibration signal is reflected onto the position sensor by means of the retroreflector;
The position of the calibration signal on the first position sensor is detected in synchronism with the switched-on receiver calibration source;
• Adjusting the lateral position of the first position sensor until the portion of the received calibration signal reflected back from the retroreflector onto the first position sensor is centered on the first position sensor; and
• Switching off the receive calibration source.

Vorzugsweise wird bei ausgeschalteter Empfangskalibrationsquelle die Position des optischen Datensignals auf dem ersten Positionssensor detektiert und in Abhängigkeit von der detektierten Position des optischen Datensignals auf dem ersten Positionssensor der kippbare Spiegel bzw. schnell bewegbarer Spiegel (fast steering mirror - FSM oder tip/tilt mirror) zum Ausgleich eines Winkelfehler des empfangenen optischen Datensignals angesteuert.With the received calibration source switched off, the position of the optical data signal is preferably detected on the first position sensor and, depending on the detected position of the optical data signal on the first position sensor, the tiltable mirror or fast-moving mirror (fast steering mirror - FSM or tip / tilt mirror) is used Control of an angle error in the received optical data signal.

Vorzugsweise erfolgt eine Justage des Abstands der Empfangsfaser und insbesondere der Endfacette der Empfangsfaser von der ersten Kollimationsoptik in Abhängigkeit eines gemessenen Signals des Photosensors der Empfangsvorrichtung, wobei der Abstand justiert wird, so dass das Signal maximal wird. Bei dem Signal kann es sich entweder um das Datensignal selbst handeln oder um das vom Retroreflektor zurückreflektierte Signal der Empfangskalibrationsquelle.The distance between the receiving fiber and in particular the end facet of the receiving fiber from the first collimation optics is preferably adjusted as a function of a measured signal from the photosensor of the receiving device, the distance being adjusted so that the signal is maximal. The signal can either be the data signal itself or the signal of the receiving calibration source reflected back by the retroreflector.

Vorzugsweise wird ein optisches Datensignal mittels der Sendevorrichtung ausgesendet, wobei während das optische Datensignal ausgesendet wird, eine Justage, des PAAM der Sendevorrichtung durchgeführt wird mit den Schritten:

• Einschalten der Senderkalibrationsquelle, so dass das Senderkalibrationssignal mittels dem Retroreflektor auf den ersten Positionssensor reflektiert wird.
• Synchrones Detektieren der Position des Senderkalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor;
• Anpassen der Stellung des PAAM bis der vom Retroreflektor auf den ersten Positionssensor zurückreflektierte Anteil der Senderkalibrationsquelle mittig auf dem ersten Positionssensor liegt und
• Ausschalten der Senderkalibrationsquelle

An optical data signal is preferably transmitted by means of the transmission device, wherein while the optical data signal is transmitted, an adjustment of the PAAM of the transmission device is carried out with the steps:

• Switch on the transmitter calibration source so that the transmitter calibration signal is reflected onto the first position sensor by means of the retroreflector.
• Synchronous detection of the position of the transmitter calibration signal on the first position sensor;
• Adjust the position of the PAAM until the portion of the transmitter calibration source that is reflected back from the retroreflector onto the first position sensor is centered on the first position sensor and
• Turn off the transmitter calibration source

Vorzugsweise erfolgt die Kalibration des PAAM ausschließlich sofern dieser in Nullstellung ist. Dies ist beispielsweise der Fall beim „terminal handover“ oder bei der aktiven Übertragung eines optischen Datensignals.The PAAM is preferably calibrated only if it is in the zero position. This is the case, for example, with “terminal handover” or with the active transmission of an optical data signal.

Vorzugsweise erfolgt eine Justage des Abstands der Sendefaser und insbesondere der Endfacette der Sendefaser von der zweiten Kollimatiosnoptik mittels eines Photosensors der Sendevorrichtung, wobei der Abstand justiert wird, so dass das Signal des Photosensors maximal wird.The distance between the transmission fiber and in particular the end facet of the transmission fiber from the second collimation optics is preferably adjusted by means of a photosensor of the transmission device, the distance being adjusted so that the signal from the photosensor is maximal.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aufbaus und
2: eine schematische Darstellung des Positionssignals des Positionssensors der 1.

Show it:

1 : a schematic representation of the structure according to the invention and
2 : a schematic representation of the position signal of the position sensor of 1 .

Der erfindungsgemäße Aufbau 20 gezeigt in 1 weist eine Eingangsoptik 22 auf, welche ausgebildet ist als Teleskop. Dabei weist das Teleskop eine Apertur 24 auf, welche wie vorstehend bereits beschrieben klein ist gegenüber der Stahlbreite, so dass im Wesentlichen kollimiertes Licht empfangen wird. Dieses Licht kann jedoch einen Winkelfehler aufweisen, so dass die optische Achse des Teleskops nicht mit der optischen Achse des übertragenen optischen Datensignals übereinstimmt. Um diesen Winkelfehler des empfangenen optischen Datensignals zu kompensieren, wird das optische Datensignal über einen schnellen, in zwei Achsen beweglichen Spiegeln 26 umgelenkt. Diese Spiegel sind auch bekannt als fast steering mirrors (FSM) oder tilt mirrors. Hierbei wird durch den kippbaren Spiegel 26 der Winkelfehler des empfangenen optischen Datensignals ausgeglichen. Um den Winkelfehler zu ermitteln, wird das durch den kippbaren Spiegel 26 umgelenkte optische Datensignal mittels einer Optik 28 auf einen ersten Positionssensor 30 fokussiert. Der Positionssensor 30 ist dabei ausgebildet als Vier-Quadranten-Sensor um die Position des durch die Optik 28 fokussierten optischen Datensignals auf dem Positionssensor 30 zu detektieren. Der Positionssensor 30 dient hierbei im Betrieb, also während des Empfangs eines optischen Datensignals, als Tracking-Sensor, um eine relative Positionsänderung zwischen einem Sender, welcher das optische Datensignal aussendet und dem Empfänger, ausgebildet als Aufbau 20 der 1, zu detektieren. Dabei ist insbesondere der erste Positionssensor 30 über ein Rückkopplungssignal beispielsweise durch die Steuervorrichtung 62 mit dem kippbaren Spiegel 26 verbunden, so dass der kippbare Spiegel 26 durch die Messung des ersten Positionssensors 30 geregelt, um den Winkelfehler zu kompensieren. Eine relative Winkeländerung zwischen dem Sender des optischen Datensignals und dem Empfänger kann somit durch den kippbaren Spiegel 26 aufgrund der Messung des ersten Positionssensor 30 ausgeglichen werden.The structure according to the invention 20th shown in 1 has an entrance optic 22nd on, which is designed as a telescope. The telescope has an aperture 24 which, as already described above, is small compared to the steel width, so that essentially collimated light is received. However, this light can have an angular error so that the optical axis of the telescope does not coincide with the optical axis of the transmitted optical data signal. In order to compensate for this angle error in the received optical data signal, the optical data signal is transmitted via a fast mirror that is movable in two axes 26th diverted. These mirrors are also known as fast steering mirrors (FSM) or tilt mirrors. This is done by the tiltable mirror 26th compensates for the angle error of the received optical data signal. In order to determine the angle error, this is done using the tiltable mirror 26th deflected optical data signal by means of optics 28 to a first position sensor 30th focused. The position sensor 30th is designed as a four-quadrant sensor around the position of the optics 28 focused optical data signal on the position sensor 30th to detect. The position sensor 30th serves as a tracking sensor during operation, that is, during the reception of an optical data signal, in order to detect a relative change in position between a transmitter, which transmits the optical data signal and the receiver, designed as a structure 20th of the 1 to detect. In particular, the first position sensor is here 30th via a feedback signal, for example by the control device 62 with the tiltable mirror 26th connected so that the tiltable mirror 26th by measuring the first position sensor 30th regulated to compensate for the angle error. A relative change in angle between the transmitter of the optical data signal and the receiver can thus be achieved by the tiltable mirror 26th due to the measurement of the first position sensor 30th be balanced.

Zwischen dem Positionssensor 30 und dem Spiegel 26 ist ein erster Strahlteiler 32 angeordnet. Der erste Strahlteiler 32 weist einen ersten Eingang 33 auf, durch den das optische Datensignal vom kippbaren Spiegel 26 in den ersten Strahlteiler 32 gelangt. Weiterhin weist der erste Strahlteiler 32 einen ersten Ausgang 34 auf, durch den das optische Datensignal den ersten Strahlteiler wieder verlässt in Richtung des ersten Positionssensor 30. Weiterhin weist der erste Strahlteiler 32 einen zweiten Ausgang 36 auf. Am zweiten Ausgang 36 ist eine Empfangsvorrichtung 38 angeordnet. Die Empfangsvorrichtung 38 weist dabei einen Detektor 40 auf. Der Detektor 40 ist dabei über einen Zirkulator 42 mit einer Empfangsfaser 44 verbunden. Mittels einer ersten Kollimationsoptik 46 wird das optische Datensignal auf die Endfacette 48 der Empfangsfaser 44 fokussiert und in die Empfangsfaser 44, welche üblicherweise als Single-Mode-Faser ausgebildet ist, eingekoppelt. Somit gelangt das optische Datensignal über die Empfangsfaser 44 zu dem Detektor 40 und wird dort in ein elektrisches Datensignal für die weitere Datenverarbeitung und Rückgewinnung der übertragenen Daten umgewandelt.Between the position sensor 30th and the mirror 26th is a first beam splitter 32 arranged. The first beam splitter 32 has a first entrance 33 through which the optical data signal from the tiltable mirror 26th into the first beam splitter 32 got. The first beam splitter also has 32 a first exit 34 through which the optical data signal leaves the first beam splitter again in the direction of the first position sensor 30th . The first beam splitter also has 32 a second exit 36 on. At the second exit 36 is a receiving device 38 arranged. The receiving device 38 has a detector 40 on. The detector 40 is doing this via a circulator 42 with a receiving fiber 44 connected. By means of a first collimation optics 46 is the optical data signal on the end facet 48 the receiving fiber 44 focused and into the receiving fiber 44 , which is usually designed as a single-mode fiber, coupled. The optical data signal thus travels via the receiving fiber 44 to the detector 40 and is there converted into an electrical data signal for further data processing and recovery of the transmitted data.

Weiterhin weist die Empfangsvorrichtung 38 eine Empfangskalibrationsquelle 50 auf, welche ausgebildet ist ein optisches Empfangskalibrationssignal auszusenden. Insbesondere ist die Empfangskalibrationsquelle 50 ausgebildet als Laser und über den Zirkulator 42 ebenfalls mit der Empfangsfaser 44 gekoppelt, so dass das Signal der Empfangskalibrationsquelle 50 die Empfangsfaser 44 an deren Endfacette 48 verlässt und über die erste Kollimationsoptik 46 kollimiert wird. Das optische Empfangskalibrationssignal wird über den Strahlteiler 32 auf einen zweiten Strahlteiler 52, welcher zwischen dem ersten Strahlteiler 32 und dem kippbaren Spiegel 26 angeordnet ist, umgeleitet. Der zweite Strahlteiler 52 weist wiederum einen ersten Eingang 54 auf, durch den das optische Datensignal in den Strahlteiler eintritt sowie einen ersten Ausgang 56, durch den das optische Datensignal den zweiten Strahlteiler 52 in Richtung des ersten Positionssensors 30 verlässt. Weiterhin weist der zweite Strahlteiler 52 einen zweiten Ausgang 58 auf, an dem das vom ersten Strahlteiler 32 umgelenkte Empfängerkalibrationssignal, welches durch den ersten Ausgang 56 in den Strahlteiler 52 eintritt, den zweiten Strahlteiler 52 wieder verlässt. Am zweiten Ausgang 58 des zweiten Strahlteilers 52 ist ein Retroreflektor 60 angeordnet, welcher winkeltreu das von der Empfangskalibrationsquelle 50 ausgesendete Empfangskalibrationssignal zurückreflektiert. Das so zurückreflektierte Empfangskalibrationssignal wird sodann mittels der Fokussieroptik 28 ebenfalls auf den ersten Positionssensor 30 fokussiert.Furthermore, the receiving device 38 a receive calibration source 50 which is designed to transmit an optical reception calibration signal. In particular, is the receive calibration source 50 designed as a laser and via the circulator 42 also with the receiving fiber 44 coupled so that the signal of the receiving calibration source 50 the receiving fiber 44 at their end facet 48 leaves and over the first collimation optics 46 is collimated. The received optical calibration signal is transmitted via the beam splitter 32 to a second beam splitter 52 , which is between the first beam splitter 32 and the tilting mirror 26th is arranged, diverted. The second beam splitter 52 again has a first entrance 54 through which the optical data signal enters the beam splitter and a first output 56 through which the optical data signal passes the second beam splitter 52 in the direction of the first position sensor 30th leaves. The second beam splitter also has 52 a second exit 58 on where that from the first beam splitter 32 diverted receiver calibration signal, which through the first output 56 into the beam splitter 52 enters the second beam splitter 52 again leaves. At the second exit 58 of the second beam splitter 52 is a retroreflector 60 arranged, which angularly that of the receiving calibration source 50 transmitted received calibration signal reflected back. The received calibration signal reflected back in this way is then transmitted by means of the focusing optics 28 also on the first position sensor 30th focused.

Um nun eine geeignete Winkelkorrektur durch den Positionssensor 30 und den kippbaren Spiegel 26 zu erzielen, ist eine Justage zwischen der lateralen Position der Endfacette 48 der Empfangsfaser 44 und der lateralen Position des ersten Positionssensors 30 erforderlich gemäß der Pfeile 31. Nur bei einer korrekten Winkelkompensation durch den kippbaren Spiegel 26 erfolgt ein effizientes Einkoppeln des optischen Datensignals in die Empfangsfaser 44. Zur Justage der lateralen Position des Positionssensors 30 ist eine Steuervorrichtung 62 vorgesehen, welche mit dem ersten Positionssensor 30 und der Empfangskalibrationsquelle 50 verbunden ist. Für die Justage wird nun die Empfangskalibrationsquelle 50 kurzzeitig eingeschaltet, so dass das Empfangskalibrationssignal über den Retroreflektor 60 auf dem ersten Positionssensor 30 fokussiert wird. Zeitgleich und synchron erfolgt eine Messung durch die Steuervorrichtung 62 der Position des Empfangskalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor 30. Sodann wird der erste Positionssensor 30 in seiner lateralen Position entsprechend der Pfeile 31 derart angepasst, dass das Empfangskalibrationssignal den ersten Positionssensor 30 mittig trifft. Hierdurch wird ein Offset zwischen der Endfacette 48 und dem ersten Positionssensor 30 kompensiert. Sodann wird die Empfangskalibrationsquelle 50 durch die Steuervorrichtung 62 wieder ausgeschaltet und der Positionssensor 30 dient als Tracking-Sensor und steuert den klappbaren Spiegel 26 zur Kompensation eines Winkelfehlers des empfangenen optischen Datensignals. Die Justage der lateralen Position des Positionssensors 30 erfolgt somit in einem Time-Division-Multiplexing, wobei über den Detektor 40 auch während der Justage der lateralen Position des ersten Positionssensors 30 Daten weiterhin empfangen werden können. Somit ist es möglich, durch den Aufbau der 1 online, also während der Detektion und Übertragung eines Datensignals eine Justage des Aufbaus durchzuführen, um eine effiziente Einkopplung des optischen Datensignals in die Empfangsfaser 44 zu gewährleisten.To now make a suitable angle correction by the position sensor 30th and the tilting mirror 26th To achieve this, an adjustment between the lateral position of the end facet is necessary 48 the receiving fiber 44 and the lateral position of the first position sensor 30th required according to the arrows 31 . Only with correct angle compensation through the tiltable mirror 26th the optical data signal is efficiently coupled into the receiving fiber 44 . For adjusting the lateral position of the position sensor 30th is a control device 62 provided which with the first position sensor 30th and the receive calibration source 50 connected is. The receive calibration source is now used for the adjustment 50 switched on briefly, so that the received calibration signal via the retroreflector 60 on the first position sensor 30th is focused. A measurement is carried out simultaneously and synchronously by the control device 62 the position of the Received calibration signal on the first position sensor 30th . Then the first position sensor 30th in its lateral position according to the arrows 31 adapted in such a way that the received calibration signal reaches the first position sensor 30th hits in the middle. This creates an offset between the end facet 48 and the first position sensor 30th compensated. Then becomes the receive calibration source 50 by the control device 62 switched off again and the position sensor 30th serves as a tracking sensor and controls the folding mirror 26th to compensate for an angle error in the received optical data signal. Adjustment of the lateral position of the position sensor 30th thus takes place in a time division multiplexing, with over the detector 40 also during the adjustment of the lateral position of the first position sensor 30th Data can still be received. Thus it is possible, by building the 1 online, i.e. during the detection and transmission of a data signal, to carry out an adjustment of the structure in order to efficiently couple the optical data signal into the receiving fiber 44 to ensure.

Weiterhin weist die Empfangsvorrichtung 38 einen Photosensor 64 auf, der über einen optischen Koppler 66 ebenfalls mit dem zu Zirkulator 42 verbunden ist. Dabei ist der Abstand der Endfacette 48 von der ersten Kollimationsoptik 46 entsprechend dem Pfeil 68 veränderbar. Dabei wird der Abstand zwischen der Endfacette 48 und der ersten Kollimationsoptik 46 angepasst in Abhängigkeit des Signals des Photosensors 64. Bei dem Signal, wie es von dem Photosensor 64 detektiert wird, handelt es sich entweder um das empfangene optische Datensignal oder das von dem Retroreflektor 60 zurückreflektierte Empfangskallibrationssignal. Somit wird ein optimaler Abstand zwischen der Endfacette 48 der Empfangsfaser 44 und der ersten Kollimationsoptik 46 gewährleistet, so dass stets eine optimale Einkopplung des optischen Datensignals in die Empfangsfaser gewährleistet ist, um ausreichend Intensität für die Detektion des optischen Datensignals durch den Detektor 40 zu erreichen.Furthermore, the receiving device 38 a photosensor 64 on that via an optical coupler 66 also with the circulator too 42 connected is. Here is the distance between the end facet 48 from the first collimation optics 46 according to the arrow 68 changeable. This is the distance between the end facet 48 and the first collimation optics 46 adjusted depending on the signal from the photosensor 64 . At the signal as it is from the photosensor 64 is detected, it is either the received optical data signal or that of the retroreflector 60 received calibration signal reflected back. This creates an optimal distance between the end facet 48 the receiving fiber 44 and the first collimation optics 46 guaranteed, so that an optimal coupling of the optical data signal into the receiving fiber is always guaranteed in order to have sufficient intensity for the detection of the optical data signal by the detector 40 to reach.

Weiterhin weist der zweite Strahlteiler 52 einen zweiten Eingang 70 auf. An dem zweiten Eingang 70 des zweiten Strahlteilers 52 ist eine Sendevorrichtung 72 angeordnet. Die Sendevorrichtung 72 weist einen Sendelaser 74 auf, der mit einer Sendefaser 76 verbunden ist. Das Sendelicht, welches die Sendefaser 76 an deren Endfacette 78 verlässt, wird über eine zweite Kollimationsoptik 80 kollimiert und sodann mittels einem Punktvoraus (point ahead arrow - PAAM) 82 umgelenkt auf den zweiten Eingang 70 des zweiten Strahlteilers 52. Weiterhin kann die Sendevorrichtung 72 eine Relaisoptik 84 aufweisen. Das Sendelicht des Sendelasers 74 wird mittels dem zweiten Strahlteiler 52 über den kippbaren Spiegel 26 und der Empfangsoptik 22 in Richtung eines Empfängers ausgestrahlt. Somit ist der Aufbau 20 der 1 für bidirektionales Senden und Empfangen ausgebildet.The second beam splitter also has 52 a second entrance 70 on. At the second entrance 70 of the second beam splitter 52 is a sending device 72 arranged. The sending device 72 has a transmitting laser 74 on that with a transmit fiber 76 connected is. The transmission light that the transmission fiber 76 at their end facet 78 leaves, is via a second collimation optics 80 collimated and then by means of a point ahead arrow (PAAM) 82 diverted to the second entrance 70 of the second beam splitter 52 . Furthermore, the transmission device 72 a relay optic 84 exhibit. The transmission light of the transmission laser 74 is by means of the second beam splitter 52 via the tiltable mirror 26th and the receiving optics 22nd broadcast towards a receiver. Thus the structure 20th of the 1 designed for bidirectional sending and receiving.

Weiterhin weist die Sendevorrichtung 72 eine Senderkalibrationsquelle 86 auf zur Erzeugung eines optischen Senderkalibrationssignals. Dabei ist die Senderkalibrationsquelle 86 mittels einem Zirkulator 88 und einem optischen Koppler 90 mit der Sendefaser 76 verbunden und wird somit ebenfalls über die zweite Kollimationsoptik 80 kollimiert. Das so kollimierte Senderkalibrationssignal wird über den Retroreflektor 60 auf den ersten Positionssensor 30 zurückreflektiert. Sofern der Punktvorausspiegel 82 zuvor in einer Nullstellung war, wird dieser nun durch die Steuervorrichtung 62 in Abhängigkeit der Position des Senderkalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor 30 angesteuert, so dass das Senderkalibrationssignal mittig auf den Positionssensor 30 fokussiert wird. Somit ist es sichergestellt, dass die optische Achse der Sendevorrichtung koinzidiert mit der optischen Achse der Empfangsvorrichtung und kein Winkelversatz vorliegt. Hierzu wird die Senderkalibrationsquelle 86 eingeschaltet, die Position des Senderkalibrationssignal auf dem ersten Positionssensors 30 ermittelt und der Punktvorausspiegel 82 geeignet angesteuert. Sodann wird die Senderkalibrationsquelle 86 wieder ausgeschaltet. Somit erfolgt die Justage mittels Time-Divison-Multiplexing und kann zeitgleich mit dem empfangen von Daten mittels der Empfangsvorrichtung 38 erfolgen.Furthermore, the transmission device 72 a transmitter calibration source 86 to generate an optical transmitter calibration signal. The transmitter calibration source is here 86 by means of a circulator 88 and an optical coupler 90 with the transmission fiber 76 connected and is thus also via the second collimation optics 80 collimated. The transmitter calibration signal collimated in this way is transmitted via the retroreflector 60 on the first position sensor 30th reflected back. Unless the point forward mirror 82 was previously in a zero position, this is now controlled by the control device 62 depending on the position of the transmitter calibration signal on the first position sensor 30th controlled so that the transmitter calibration signal is centered on the position sensor 30th is focused. This ensures that the optical axis of the transmitting device coincides with the optical axis of the receiving device and that there is no angular offset. The transmitter calibration source is used for this 86 switched on, the position of the transmitter calibration signal on the first position sensor 30th determined and the point forward mirror 82 appropriately controlled. Then the transmitter calibration source becomes 86 turned off again. The adjustment thus takes place by means of time division multiplexing and can be carried out simultaneously with the reception of data by means of the receiving device 38 respectively.

Weiterhin weist die Sendevorrichtung 72 ebenfalls einen Photosensor 92 auf, wobei durch den Photosensor 92, das durch den Retroreflektor 60 zur Sendevorrichtung 72 zurückreflektierte Senderkalibrationssignal detektiert wird und in Abhängigkeit dieser Detektion der Abstand der Endfacette 78 der Sendefaser 76 zur zweiten Kollimationsoptik 80 justiert wird, so dass durch den Photosensor 92 ein optimaler Abstand zwischen Endfacette 78 der Sendefaser 76 und der zweiten Kollimationsoptik 80 gewährleistet wird. Dieser Abstand ist somit auch für die Sendelichtquelle 74 optimal, so dass auch das Sendelicht der Sendequelle 74 optimal kollimiert wird und als optimal kollimiertes Strahlbündel den Aufbau 20 durch das Empfangsoptik 22 verlässt.Furthermore, the transmission device 72 also a photosensor 92 on, being through the photosensor 92 going through the retroreflector 60 to the sending device 72 The transmitter calibration signal reflected back is detected and, as a function of this detection, the distance between the end facet 78 the transmission fiber 76 to the second collimation optics 80 is adjusted so that by the photosensor 92 an optimal distance between end facets 78 the transmission fiber 76 and the second collimation optics 80 is guaranteed. This distance is therefore also for the transmission light source 74 optimal, so that also the transmitted light of the transmission source 74 is optimally collimated and the structure as an optimally collimated beam 20th through the receiving optics 22nd leaves.

Weiterhin weist der Aufbau 20 in gemäß der 1 einen dritten Strahlteiler 96 auf. Über diesen wird das Licht mittels einer Fokussierlinse 98 auf einen zweiten Positionssensor 100 fokussiert. Der zweite Positionssensor 100 weist dabei eine geringere Auflösung auf als der als Vier-Quadranten-Sensor ausgebildete erste Positionssensor 30. Gleichzeitig kann jedoch die Fläche des zweiten Positionssensors 100 größer ausgebildet sein, so dass während des Betriebs ein einfaches Auffinden des Fokuspunktes des empfangenen optischen Datensignals und/oder des Empfangskalibrationssignal und/oder des Senderkalibrationssignals auf dem zweiten Positionssensor 100 möglich ist. Sodann wird für die Feinjustage der erste Positionssensor 30 verwendet.Furthermore, the structure 20th in according to the 1 a third beam splitter 96 on. The light is transmitted through this by means of a focusing lens 98 to a second position sensor 100 focused. The second position sensor 100 has a lower resolution than the first position sensor designed as a four-quadrant sensor 30th . At the same time, however, the area of the second position sensor 100 be made larger, so that the focus point of the received optical data signal and / or the received calibration signal and / or the transmitter calibration signal can be easily found on the second position sensor during operation 100 is possible. The first position sensor is then used for fine adjustment 30th used.

Darüber hinaus weist der Aufbau gemäß der 1 einen vierten Strahlteiler 102 auf, an dessen Ausgang Strahlformungsoptiken 104 oder weitere Instrumente 106 angeordnet sein können.In addition, the structure according to 1 a fourth beam splitter 102 on, at the output of which beam shaping optics 104 or other instruments 106 can be arranged.

2 zeigt ein Beispiel des Positionssignals des ersten Positionssensors 30. Dabei wird das Positionssignal über die Zeit abgetragen. Im Betrieb wird die Position des empfangenen optischen Datensignals auf dem ersten Positionssensor 30 erfasst als Positionstracking und hierbei durch die Steuervorrichtung 32 der kippbare Spiegel 26 geeignet angesteuert. In den Bereichen 108 der 2 findet somit eine Winkelkorrektur des empfangenen optischen Datensignals statt bei gleichzeitigem Empfang und Detektion des optischen Datensignals durch den optischen Detektor 40. Sodann erfolgt eine Justage der Empfangsvorrichtung 38 oder der Sendevorrichtung 72. Hierzu wird durch die Empfangskalibrationsquelle 50 zunächst ein Empfangskalibrationssignal 110 ausgesendet, welches über den Retroreflektor 60 auf den ersten Positionssensor 30 gelangt. Zeitgleich mit der Erzeugung des Empfangskalibrationssignals 110 erfolgt eine Positionsmessung der Position des Empfangskalibrationssignals 110 auf dem ersten Positionssensor 30 gemäß dem Detektionstriggersignal 112 in der 2. Anhand der so detektierten Position des Empfangskalibrationssignals auf dem ersten Positionssensor 30 erfolgt eine laterale Verschiebung des ersten Positionssensors 30 gemäß den Pfeilen 31, so dass das Empfangskalibrationssignal mittig auf den ersten Positionssensor 30 trifft. Dies erfolgt gleichzeitig und simultan mit dem weiteren Empfang eines optischen Datensignals durch die Empfangsvorrichtung 38. Hierzu kann das Empfangskalibrationssignal eine höhere Intensität aufweisen als das empfangene optische Datensignal, so dass durch den ersten Positionssensor 30 statt dem optischen Datensignal, welches weiterhin vorliegt oder zumindest vorliegen kann, nur noch die Position des Empfangskalibrationssignal gemessen wird. Alternativ hierzu weisen Empfangskalibrationssignal und optisches Datensignal unterschiedliche Wellenlängen auf, wobei durch das Detektionstriggersignal 112 die spektrale Sensitivität des ersten Positionssensors 30 von der Wellenlänge des optischen Datensignals auf die Wellenlänge des Empfangskalibrationssignals umgeschaltet wird, so dass der erste Positionssensor 30 das Empfangskalibrationssignal erfassen kann. Somit erfolgt eine Online-Justage des Aufbaus, wobei hierfür nicht der Empfang des optischen Datensignals unterbrochen werden muss. Gleichzeitig sind keine beweglichen Teile im Aufbau vorhanden, wodurch die Positionsstabilität der Komponenten des Aufbaus 20 deutlich erhöht wird. 2 Fig. 10 shows an example of the position signal from the first position sensor 30th . The position signal is recorded over time. In operation, the position of the received optical data signal is on the first position sensor 30th recorded as position tracking and in this case by the control device 32 the tiltable mirror 26th appropriately controlled. In the fields of 108 of the 2 an angle correction of the received optical data signal thus takes place with simultaneous reception and detection of the optical data signal by the optical detector 40 . The receiving device is then adjusted 38 or the sending device 72 . This is done by the reception calibration source 50 first a receive calibration signal 110 sent out, which via the retroreflector 60 on the first position sensor 30th got. Simultaneously with the generation of the receive calibration signal 110 a position measurement of the position of the received calibration signal takes place 110 on the first position sensor 30th according to the detection trigger signal 112 in the 2 . Based on the position of the received calibration signal on the first position sensor detected in this way 30th there is a lateral displacement of the first position sensor 30th according to the arrows 31 so that the received calibration signal is centered on the first position sensor 30th meets. This takes place simultaneously and simultaneously with the further reception of an optical data signal by the receiving device 38 . For this purpose, the received calibration signal can have a higher intensity than the received optical data signal, so that by the first position sensor 30th instead of the optical data signal, which is still present or at least may be present, only the position of the received calibration signal is measured. As an alternative to this, the received calibration signal and the optical data signal have different wavelengths, with the detection trigger signal 112 the spectral sensitivity of the first position sensor 30th is switched from the wavelength of the optical data signal to the wavelength of the received calibration signal, so that the first position sensor 30th can detect the receive calibration signal. This means that the structure is adjusted online, without having to interrupt the reception of the optical data signal. At the same time, there are no moving parts in the structure, which increases the positional stability of the components of the structure 20th is increased significantly.

Nach Ende des Detektionstriggersignal 112 kehrt der erste Positionssensor 30 zu seiner ersten Funktion zurück und dient als Trackingsensor für das optische Datensignal. Nach Ablauf einer gewissen Zeit erfolgt sodann die Justage der Sendevorrichtung 72 wie vorstehend beschrieben, wobei der Winkel des Punktvorausspiegels 82 angepasst wird, so dass das Senderkalibrationssignal 116 mittig auf den nun das Senderkalibrationssignal 116 messende ersten Positionssensor 30 trifft. Hierzu ist ein Detektionstriggersignal 114 vorgesehen, welches zeitgleich mit dem Anschalten der Senderkalibrationsquelle 86 geschaltet wird. Der Vorgang der Justage der Empfangsvorrichtung 38 sowie der Vorgang der Justage der Sendevorrichtung 72 erfolgt somit periodisch zu jeweils unterschiedlichen Zeiten, jedoch stets gleichzeitig mit einem fortdauernden Empfang des optischen Datensignals als Time-Division-Multiplexing. 2 zeigt dabei, dass die Justage der Empfangsvorrichtung 38 und die Justage der Sendevorrichtung 72 abwechselnd erfolgt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, so dass unterschiedlicher Abfolgen von Justagen möglich sind, so dass beispielsweise der zeitliche Abstand zwischen einer Justage der Sendevorrichtung größer ist als der zeitliche Abstand der Justage der Empfangsvorrichtung 38 oder dergleichen.After the end of the detection trigger signal 112 the first position sensor returns 30th returns to its first function and serves as a tracking sensor for the optical data signal. After a certain time has elapsed, the transmitter device is then adjusted 72 as described above, where the angle of the point forward mirror 82 adjusted so that the transmitter calibration signal 116 centered on the now the transmitter calibration signal 116 measuring first position sensor 30th meets. A detection trigger signal is used for this 114 provided, which takes place at the same time as the transmitter calibration source is switched on 86 is switched. The process of adjusting the receiving device 38 as well as the process of adjusting the transmitting device 72 thus takes place periodically at different times, but always simultaneously with continuous reception of the optical data signal as time division multiplexing. 2 shows that the adjustment of the receiving device 38 and the adjustment of the sending device 72 takes place alternately. However, this is not absolutely necessary, so that different sequences of adjustments are possible, so that, for example, the time interval between an adjustment of the transmitting device is greater than the time interval between the adjustment of the receiving device 38 or similar.

Somit ist ein Aufbau geschaffen, der online während des Empfang des optischen Datensignals justiert werden kann, ohne dass der Empfang des optischen Datensignals unterbrochen muss. Weiterhin ist der Retroreflektor 60 fest angeordnet und nicht klappbar ausgebildet, wodurch eine besonders hohe Positionstreue gewährleistet wird. Dies erhöht die Wiederholbarkeit und Präzision der hierdurch erfolgten Messungen.A structure is thus created which can be adjusted online during the reception of the optical data signal without the reception of the optical data signal having to be interrupted. Furthermore, the retroreflector 60 fixed and not designed to be foldable, which ensures a particularly high degree of positional accuracy. This increases the repeatability and precision of the measurements made in this way.

Claims

Structure for receiving an optical data signal with input optics for receiving the optical data signal, a position sensor, the optical data signal being focused on the position sensor, a first beam splitter arranged between the input optics and the position sensor, a receiving device for detection at an output of the first beam splitter of the optical data signal is arranged, the receiving device having an optical receiving fiber, wherein the optical data signal can be coupled into the optical receiving fiber by means of a first collimation optics, wherein a detector is connected to the receiving fiber for detecting the optical data signal and converting it into an electrical signal, the receiving device having a receiving calibration source for generating an optical receiving calibration signal, the receiving calibration source being connected to the receiving fiber so that the receiving calibration signal is coupled into the receiving fiber and reaches the first beam splitter, the receiving calibration signal being reflected back onto the position sensor by means of a retroreflector, the Position sensor is movable in a plane perpendicular to the optical axis and the position of the position sensor can be adjusted depending on the measurement of the position of the received calibration signal on the position sensor to compensate for an offset between the receiving fiber and the position sensor.

Construction according to Claim 1 , characterized in that a control device is provided which is connected to the reception calibration source and the position sensor and is designed to switch on the reception calibration source periodically and is designed to measure the position of the reception calibration signal on the position sensor in a time-synchronous manner.

Construction according to Claim 1 or 2 , characterized in that the measurement of the received calibration signal takes place by means of time division multiplexing.

Structure according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the receiving device has a photodetector, wherein an end facet of the receiving fiber is movable along the optical axis to adjust the distance between the end facet and the first collimation optics, the distance being adjusted depending on the measurement of the photodetector.

Structure according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the intensity of the received calibration signal at the position sensor is greater than the intensity of the optical data signal, so that when the position sensor is illuminated at the same time, the received calibration source is outshone.

Structure according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the received calibration signal has a different wavelength than the optical data signal.

Structure according to one of the Claims 1 to 6th , characterized by a transmission device, the transmission device having a transmission laser, the transmission light of the transmission laser being coupled into a transmission fiber for bidirectional transmission and reception of an optical data signal by means of the structure, the transmission device in particular being arranged at an input of the second beam splitter.

Construction according to Claim 7 , characterized in that the transmission device has a transmitter calibration source for generating a transmission calibration signal which is connected to the transmission fiber, the transmitter calibration signal being reflected by the retroreflector onto the position sensor and an angle compensation of the transmission light being carried out as a function of the position of the transmitter calibration signal on the position sensor.

Data transmission system for transmitting an optical data signal from a transmitter to a receiver, the transmitter and / or receiver being designed according to the structure of FIG Claims 1 to 8th .

Data transmission system according to Claim 9 , wherein it is a satellite uplink and the receiver is a satellite in particular in a geostationary orbit and the transmitter is a near-earth or ground-stationary transmitter.

Method for operating a structure for receiving and / or transmitting an optical data signal according to one of the Claims 1 to 8th , in which an optical data signal is received by means of the receiving optics and is directed to the detector via the first beam splitter; during the reception of the data signal, the lateral position of the position sensor is adjusted relative to the receiving fiber, the adjustment comprising the steps of: a) Switching on the receiver calibration source so that a received calibration signal is sent via the first beam splitter and the second beam splitter by means of the retroreflector Position sensor is reflected; b) synchronous detection of the position of the calibration signal on the position sensor c) adapting the lateral position of the position sensor until the portion reflected back from the retroreflector to the position sensor is centered on the position sensor; d) Switching off the receive calibration source.

Procedure according to Claim 11 , in which, when the received calibration source is switched off, the position of the optical data signal is detected on the position sensor and an FSM is activated as a function of the detected position.

Procedure according to Claim 11 or 12th , in which the distance between the receiving fiber and the coupling optics is adjusted as a function of a measured signal from the photodetector Receiving device, where the distance is adjusted so that the signal is maximal.

Method according to one of the Claims 11 to 13th , in which an optical data signal is transmitted by means of the transmission device and while the optical data signal is transmitted, an adjustment of the angle of the light is carried out with the following steps: a) Switching on the transmitter calibration source, so that the transmitter calibration signal is sent to the second beam splitter by means of the retroreflector Position sensor is reflected; b) synchronous detection of the position of the transmitter calibration signal on the position sensor; c) adapting the angle of the transmitted light, in particular by means of a PAAM, until the portion reflected back from the retroreflector onto the position sensor is centered on the position sensor; and d) turning off the transmitter calibration source.

Procedure according to Claim 14 , in which the lateral position of the transmission fiber is only adjusted if the PAAM is in the zero position.

Method according to one of the Claims 11 to 15th , in which the distance between the transmission fiber and the coupling optics is adjusted as a function of a measured signal from the photodetector of the transmission device, the distance being adjusted so that the signal is maximal.