CH661154A5

CH661154A5 - Verfahren und vorrichtung zur unterdrueckung unerwuenschter resonanzschwingungszustaende in einem ringlaser-drehgeschwindigkeitsmesser.

Info

Publication number: CH661154A5
Application number: CH3139/82A
Authority: CH
Inventors: Michael S Perlmutter; Kenneth H Braun
Original assignee: Raytheon Co
Priority date: 1981-05-20
Filing date: 1982-05-19
Publication date: 1987-06-30
Also published as: DK164412C; DE3217916A1; AU8301882A; JPS57210681A; IT8248428A0; NO164440C; BE893254A; NL8202002A; JPH0117275B2; NL185687B; SE8203079L; CA1201190A; NO821656L; FR2506451B1; AU553685B2; NO164440B; DE3217916C2; NL185687C; US4519708A; AU572392B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung unerwünschter Resonanzschwingungszustände in einem Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser, in dessen in sich geschlossenem Wellenausbreitungsweg zirkulär polarisierte elektromagnetische Wellen des einen und des anderen Polarisationssinnes und des einen und anderen Umlaufsinnes mittels eines im Wellenausbreitungsweg befindlichen Lasermediums anregbar sind sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Anzahl von Reflektoren zur Führung der elektromagnetischen Wellen auf dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg .

Bei einem gegenwärtig bekannten und bewährten Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser werden vier Wellen angeregt, welche in zwei Paaren auftreten, die sich jeweils in zueinander entgegengesetzten Richtungen ausbreiten. Systeme dieser Art sind in den US-Patentschriften 3 741 657, 3 854 819 und 4 006 989 beschrieben. Bei Lasersystemen dieser Art besitzen die vier Wellen jeweils zirkuläre Polarisation. Die Wellenpaare oder Wellenstrahlen, welche sich im Uhrzeigersinn ausbreiten, enthalten ebenso wie das Wellenpaar, das sich im Gegenuhrzeigersinn ausbreitet, eine linkssinnig zirkulär polarisierte und eine rechtssinnig zirkular polarisierte Welle. Der Vierfrequenz-Ringlaser-

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Drehgeschwindigkeitsmesser bietet die Möglichkeit, das fre-quenzmässige Einrasten oder das Problem des Lock-in zu vermeiden, welches bei allen herkömmlichen Laser-Drehgeschwindigkeitsmessern auftritt, die mit zwei Frequenzen arbeiten. Das Frequenzeinrasten oder der Lock-in-Effekt tritt auf, wenn zwei sich in entgegengesetzter Richtung zueinander ausbreitende Wellen im Resonanzhohlraum, welche an sich geringfügig unterschiedliche Frequenzen haben, frequenzmässig aufeinander hingezogen werden, so dass eine einzige Frequenz einer stehenden Welle als Kombinationsergebnis entsteht. Wenn jedoch die vier Frequenzen der in entgegengesetztem Richtungssinn umlaufenden Wellenpaare voneinander frequenzmässig ausreichend weit auseinanderliegen, so tritt das Zusammenziehen der Frequenzen nicht auf. Das System des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers mit vier Frequenzen kann als ein System mit zwei unabhängig voneinander bestehenden Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessern betrachtet werden, welche einen einzigen stabilen Resonanz-Wellenausbreitungsweg gemeinsam haben, jedoch statisch durch ein und dasselbe passive Vorspannungselement frequenzmässig in entgegengesetzter Richtung zueinander vorgespannt sind. In dem differentiellen Ausgang der beiden Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser löschen sich die Vorspannungen gegenseitig aus, während sich rotationsbedingte Signale addieren, wodurch die üblichen Probleme aufgrund eines Drifts der Vorspannung vermieden werden und sich eine Empfindlichkeit ergibt, welche das Doppelte eines einzelnen Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers mit zwei Frequenzen beträgt. Nachdem eine Wobbelung oder eine schwingende Modulation der Vorspannung nicht erforderlich ist, durchquert der Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser niemals den Lock-in-Zustand. Es ergeben sich daher keine durch eine solche Modulation eingeführte Fehler, welche die Qualität der Anzeige des Gerätes begrenzen würden. Aus diesem Grunde handelt es sich bei einem Ringla-ser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit vier Frequenzen um ein Gerät mit niedrigem Störpegel. Ein derartiges Gerät eignet sich für Anwendungsfälle, in denen rasch aktualisierbare Polarisationsdaten verfügbar sein müssen oder bei denen eine hohe Auflösung gefordert wird.

Die vier verschiedenen Frequenzen werden normalerweise dadurch angeregt, dass zwei unterschiedliche optische Effekte zur Wirkung gebracht werden. Zum einen kann ein Kristall-Po-larisationsrotator eingesetzt werden, um eine ausbreitungsrich-tungsunabhängige Polarisation vorzusehen, so dass die zur Resonanz angeregten Wellen eine zirkuläre Polarisation in zwei Polarisationsrichtungen besitzen. Die Polarisationsdrehung entsteht dadurch, dass der Brechungsindex des Rotators für rechts-zirkular polarisierte Wellen und linkszirkular polarisierte Wellen leicht unterschiedlich ist. Als Alternative kann ein nicht in einer Ebene gelegener, in sich geschlossener Wellenausbreitungsweg vorgesehen werden, welcher charakteristischerweise nur zirkulär polarisierte Wellen zulässt, ohne dass ein Kristall-rotator vorgesehen zu werden braucht. Ein Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser oder Laserkreisel mit einem nicht in einer Ebene gelegenen Ausbreitungsweg für die elektromagnetischen Wellen ist in der US-Patentschrift 4 110 045 beschrieben. Es findet weiterhin ein Farady-Rotator Verwendung, um eine nichtreziproke oder ausbreitungsrichtungsabhängige Polarisationsdrehung herbeizuführen, wobei ein leicht unterschiedlicher Brechungsindex für sich im Uhrzeigersinn ausbreitende Wellen gegenüber dem Brechungsindex für sich im Gegenuhrzeigersinn ausbreitende Wellen wirksam ist. Dies bewirkt eine Anregung der rechtssinnig zirkulär polarisierten Wellen mit Ausbreitungsrichtung im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn mit leicht unterschiedlichen Frequenzen und eine entsprechende Frequenzaufspaltung, jedoch in entgegengesetzter Richtung bei linkssinnig zirkulär polarisierten Wellen mit Ausbreitungsrichtung im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn. Ein Laserkreisel arbeitet daher mit rechtssinnig zirkulär polarisierten

Wellen, welche in einer Drehrichtung vorgespannt sind und mit linkssinnig zirkulär polarisierten Wellen, welche in der entgegengesetzten Richtung vorgespannt sind, wobei sich die Vorspannungen durch Subtraktion der beiden Ausgangssignale auslöschen.

In dem Resonanzraum eines Ringlaser-Drehgeschwindig-keitsmessers oder Laserkreisels tritt eine Anzahl von Resonanz-Schwingungszuständen auf, wobei viele derartiger Schwin-gungszustände unerwünscht sind und daher unterdrückt werden müssen. Bei bisher bekannten Systemen geschah die Unterdrückung der unerwünschten Schwingungszustände durch Einarbeiten oder Bohren einer räumlich eng begrenzten Öffnung in einen den Resonanzhohlraum enthaltenden Blockkörper, vorzugsweise gegenüber einem sphärischen Spiegel in einem von drei Spiegeln begrenzten Resonanzhohlraum oder Ausbreitungsweg. Eine andere Lösung sieht das Einbringen einer Kupferscheibe mit einer zentrischen Öffnung in den Resonanzraum als Teil einer Farady-Rotatoranordnung vor. Gemäss einer nochmals anderen bekannten Möglichkeit verlässt man sich auf Um-vollkommenheit der Wandung des Resonanzhohlraumes, wobei diese Unvollkommenheit durch die Bearbeitung des Blockkörpers des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers zustande kommt.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Art und Weise der Ausscheidung oder Unterdrückung unerwünschter Schwingungszustände besteht darin, dass die Blenden oder Öffnungen nicht einstellbar sind, so dass eine Feinabstimmung nicht möglich ist, wenn der Blockkörper des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers einmal bearbeitet und zusammengebaut ist. Ausserdem entstehen Streuungen des jeweils auftreffenden Lichtes, wodurch eine Erhöhung der Sperrbandereignisse bei höheren Winkelgeschwindigkeiten und eine Veränderung der Vorspannung des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers auftreten. Diese Veränderungen verschlechtern die Eigenschaften eines derartigen Gerätes.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren zu schaffen, um unerwünschte Schwingungszustände in einem Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser in einstellbarer und justierbarer Weise ausscheiden und unterdrücken zu können, ohne eine Verschlechterung der Eigenschaften des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Bei einem Verfahren wird zunächst eine Anzahl sich in entgegengesetzter Richtung zueinander ausbreitender elektromagnetischer Wellen in einem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg angeregt, wobei die Wellen jeweils unterschiedliche Frequenz aufweisen. Die Wellen werden in einem Verstärkermedium verstärkt, welches zumindest in einem Ausbreitungswegabschnitt angeordnet ist, der sämtlichen angeregten Wellen gemeinsam ist. Weiter werden Mittel mit reziprokem oder aus-breitungsrichtungsunabhängigem Polarisationsdispersionsver-halten und Mittel mit nichtreziprokem oder ausbreitungsrich-tungsabhängigem Polarisationsdispersionsverhalten vorgesehen, welche in dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg angeordnet werden und eine Frequenzaufspaltung bewirken, so dass mindestens vier verschiedene Resonanzfrequenzen existieren. Schliesslich werden an mindestens einem der den in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg bestimmenden Reflektoren die Mittel zur Ausscheidung unerwünschter Resonanz-Schwin-gungszustände angeordnet. Diese letztgenannten Mittel können entweder als phasenempfindliche Lichtsperre oder als Absorp-tionslichtsperre vorgesehen sein.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die Merkmale des Anspruches 2 gekennzeichnet.

Im allgemeinen sind bei einer Vorrichtung der hier interessierenden Art Mittel zur Anregung einer Anzahl elektromagnetischer Wellen vorgesehen, welche sich in einem optischen Aus5

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breitungsweg befinden. An dem dielektrischen Material kann ein Bereich oder können mehrere Bereiche mit einem Elektronenstrahl so behandelt werden, dass sich die Phasen- und Amplitudenänderungen bei den elektromagnetischen Wellen ergeben. Das dielektrische Material kann eine Anzahl von dielektrischen Schichten aufweisen, welche jeweils unterschiedlichen Brechungsindex haben. Die Schichten können einander abwechselnd aus Siliziumdioxid und Titandioxid gebildet sein, welche jeweils auf einem geschmolzenen Kieselerdesubstrat abgelagert sind. Das dielektrische Material kann aber auch einen dielektrischen Spiegel enthalten, auf dem bereichsweise Absorptionsmaterial abgelagert ist, um unerwünschte Resonanz-Schwingungszustände unterdrücken zu können. Die Dicke des abgelagerten Absorptionsmaterials nimmt in Abhängigkeit von Radialabstand mit Bezug auf die Spiegelmitte zu, so dass sich für unerwünschte Resonanz-Schwingungszustände eine Zunahme der Energieverluste einstellt.

Die Einrichtungen zur Ausscheidung oder Unterdrückung unerwünschter Resonanz-Schwingungszustände in einem in sich geschlossenen Ausbreitungsweg für elektromagnetische Wellen, welche so angeregt werden, dass sie sich in entgegengesetzter Richtung zueinander in dem in sich geschlossenen Ausbreitungsweg fortpflanzen, ermöglicht eine Einstellung der Unterdrückung unerwünschter Schwingungszustände während der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen. Eine Frequenzaufspaltung zwischen den sich in entgegengesetzter Richtung zueinander ausbreitenden Wellen wird durch Mittel erreicht, welche eine ausbreitungsrichtungsabhängige Phasenverschiebung einführen.

In einem mit einer Mehrzahl von Frequenzen arbeitenden Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser mit den hier vorgeschlagenen Konstruktionsmerkmalen ist in einem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg ein Verstärkermedium angeordnet und es werden mehrere elektromagnetische Wellen angeregt, welche in entgegengesetzter Richtung zueinander sich ausbreiten und welche jeweils unterschiedliche Frequenz haben. Durch geeignete Vorkehrungen ergibt sich eine zirkuläre Polarisation der sich im geschlossenen Ausbreitungsweg fortpflanzenden Wellen, welche in Paaren eines ersten und eines zweiten Polarisationssinnes auftreten. Mittel zur Erzeugung einer ausbreitungs-richtungsabhängigen Phasenverschiebung in den Wellen bewirken die vorerwähnte Frequenzaufspaltung zwischen den sich in zueinander entgegengesetzter Richtung ausbreitenden Wellen jedes Wellenpaares. Schliesslich sind Mittel zur Unterdrückung unerwünschter Resonanz-Schwingungszustände innerhalb des geschlossenen Wellenausbreitungsweges vorgesehen. Um nur eine zirkuläre Polarisation zuzulassen, kann der Wellenausbreitungsweg als ein in sich geschlossener, nicht in einer Ebene liegender Wellenausbreitungsweg ausgebildet sein. Das Laser-Verstärkermedium enthält vorzugsweise eine Mischung aus Helium und Neon und wird elektrisch durch Elektroden angeregt, welche eine oder mehrere Anoden und Kathoden umfassen können. Ein Farady-Rotator erzeugt eine ausbreitungsrichtungsabhängige Phasenverschiebung der elektromagnetischen Wellen und ausserdem können in dem in sich geschlossenen Ausbreitungsweg Mittel zur Absorption elektromagnetischer Wellen vorgesehen sein, welche von dem Farady-Rotator reflektiert werden.

Bei einem Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser wird der in sich geschlossene Wellenausbreitungsweg im allgemeinen durch Reflektoren bestimmt, welche die elektromagnetischen Wellen im Ausbreitungsweg rundum ablenken. Mindestens einer dieser Reflektoren kann justierbare oder einstellbare Mittel zur Ausscheidung oder Unterdrückung unerwünschter Resonanz-Schwingungszustände innerhalb des in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweges haben.

Bei einer Ausführungsform der Mittel zur Ausscheidung unerwünschter Schwingungszustände in einem Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser enthalten diese Mittel eine phasenempfindliche Lichtsperre. Diese Lichtsperre weist, wie bereits angedeutet, einen dielektrischen Spiegel auf, der bereichsweise mit einem Elektronenstrahl behandelt worden ist, um einem Teil der elektromagnetischen Wellen, welche von dem behandelten Bereich des dielektrischen Spiegels reflektiert werden, Phasenänderungen um Amplitudenänderungen aufprägen zu können. Der dielektrische Spiegel weist eine Mehrzahl einander abwechselnder Schichten hohen und niedrigen Brechungsindexes auf. Diese Schichten können, wie ebenfalls bereits gesagt, aus Siliziumdioxid und Titandioxid gebildet sein, die auf einem geschmolzenen Kieselerdesubstrat abgelagert sind.

Die andere Ausführungsform der Mittel zur Ausscheidung unerwünschter Resonanz-Schwingungszustände in einem Ring-laser-Drehgeschwindigkeitsmesser, welche ebenfalls zuvor bereits kurz behandelt worden ist, kann als Absorptions-Licht-sperre angesehen werden. Diese enthält einen dielektrischen Spiegel, auf dem bereichsweise Absorptionsmaterial abgelagert ist. Der Spiegel ist ebenfalls aus einander abwechselnden Schichten aus Siliziumdioxid und Titandioxid aufgebaut, die auf einem Substrat aus geschmolzener Kieselerde abgelagert sind. Die Dicke des Absorptionsmaterials, welches auf der Oberfläche des Spiegels abgelagert ist, nimmt in Abhängigkeit von der radialen Entfernung von der Spiegelmitte zu, so dass sich différentielle Verluste für die unerwünschten Resonanz-Schwingungszustände ergeben. Ein für den Aufbau der Lichtsperre geeignetes Absorptionsmaterial ist beispielsweise lichtabsorbierendes Glas.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen. Einzelheiten werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessersystems mit einer perspektivischen Darstellung eines Blockkörpers des Laser kreiseis,

Fig. 2 ein Diagramm, in welchem der Verstärkungsgewinn über der Frequenz aufgetragen ist, zur Erläuterung der Eigenschaften des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessersystems nach Fig. 1, wobei die relativen Lagen der einzelnen Frequenzen der vier Wellen dieses Systems erkennbar sind,

Fig. 3A eine Frontansicht eines in der hier angegebenen Art ausgebildeten Reflektors, welcher eine phasenempfindliche Lichtsperre enthält, von der Innenseite des in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweges gemäss Fig. 1 gesehen,

Fig. 3B eine massstabverzerrt gezeichnete Seitenansicht eines als phasenempfindliche Lichtsperre ausgebildeten Reflektors gemäss Fig. 3A im Schnitt,

Fig. 4A eine Frontansicht eines Reflektors, welcher als Absorptionslichtsperre ausgebildet ist, von der Innenseite des in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweges gemäss Fig. 1 aus gesehen,

Fig. 4B eine massstabverzerrt gezeichnete Seitenansicht eines Reflektors gemäss Fig. 4A im Schnitt,

Fig. 5A ein Diagramm des Grundtyps der Hermite-Gauss-Funktion Uo(^), welches eine eindimensionale Verteilung der Intensität der Grundwelle zeigt,

Fig. 5B ein Diagramm der Hermite-Gauss-Funktion Ui(Ç), welches eine eindimensionale Intensitätsverteilung des ersten achsenversetzten Typs zeigt,

Fig. 5C ein Diagramm der Hermite-Gauss-Funktion U2(£), welches eine eindimensionale Intensitätsverteilung des zweiten achsenversetzten Typs zeigt und

Fig. 5D ein Diagramm der Hermite-Gauss-Funktion U3(Ç), welches eine eindimensionale Intensitätsverteilung des dritten achsenversetzten Typs zeigt.

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Es sei nun zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Hier ist ein Blockkörper des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers mit 10 bezeichnet. Innerhalb des Blockkörpers 10 befindet sich ein nicht in einer Ebene verlaufender Wellenausbreitungsweg als Resonanzhohlraum 16, der für die angeregten elektromagnetischen Wellen einen in sich geschlossenen Weg bildet. Vier dielektrische Spiegel oder Reflektoren 13, 30, 32 und 38 dienen zur Führung der elektromagnetischen Wellen rundum in dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg. Ein Farady-Rotator 28 führt eine nichtreziproke Polarisationsdrehung der sich ausbreitenden Wellen ein. Weiter sind Anoden 14 und 36, eine Kathode 34 und ein Laser-Verstärkermedium 39 in dem optischen Resonanzhohlraum 16 vorgesehen, welch letzteres von einem Helium-Neon-Gemisch gebildet wird, wobei die beiden aktiven Isotopen Neon20 und Neon 22 sind. Das gasförmige Laser-Verstärkermedium 39 wird elektrisch durch Entladungsströme angeregt, die zwischen den Anoden 14 und 36 und der Kathode 34 erzeugt werden. Hierdurch wird das Gasgemisch zu einem lichtemittierenden Laser-Verstärkermedium oder Plasma, welches die Resonanzschwingungszustände der Laserwellen in dem optischen Resonanzhohlraum 16 speist. Der Blockkörper 10 besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise aus Glaskeramik, um Einflüsse auf den Ringlaser aufgrund von Temperaturänderungen minimal zu halten. Bevorzugte, im Handel erhältliche Materialien sind das sogenannte «Cer-Vit», C-101 der Firma Owens-Illinois Company oder «Zerodur» der Firma Schott Op-tical Company.

Der nicht in einer Ebene liegende, in sich geschlossene Wellenausbreitungsweg lässt charakteristischerweise nur zirkulär polarisierte Wellen zu, ohne dass ein Kristallrotator verwendet wird. Die Anordnung der Reflektoren 13, 30, 32 und 38 in dem in sich geschlossenen Resonanzhohlraum 16 bewirkt eine Phasenänderung, welche die Resonanzfrequenzen der Wellen ändert. Das Ergebnis ist aus Fig. 2 erkennbar. Die Wellen mit linkssinniger zirkularer Polarisation fi und f2 besitzen eine Resonanzfrequenz, welche von der Resonanzfrequenz der rechtssinnig polarisierten Wellen f3 und f4 verschieden ist. Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser oder Laserkreisel mit nicht in einer Ebene liegendem Wellenausbreitungsweg sind in der US-Patentschrift 4 110 045 beschrieben.

Der Reflektor 13 ist an einem piezoelektrischen Element 12 befestigt, welches zur Regelung der wirksamen Weglänge im Resonanzhohlraum als Teil eines Regelsystems dient und den Reflektor nach einwärts und nach auswärts zu bewegen vermag. Der Reflektor 30 dient nur zu Reflexion der elektromagnetischen Wellen zur Führung derselben auf dem in sich geschlossenen Weg. Der Reflektor 32 dient zum einen ebenfalls zur Reflexion der unerwünschten elektromagnetischen Wellen zu ihrer Führung in dem in sich geschlossenen Ausbreitungsweg oder Resonanzhohlraum 16 und enthält zum anderen in der vorliegend angegebenen Weise eine Lichtsperre 33 zur Unterdrückung unerwünschter Resonanz-Schwingungszustände in dem Wellenausbreitungsweg. Der Reflektor 38 ist ein teildurchlässiger Spiegel und gestattet einem kleinen Anteil der Wellenenergie, welche durch die Spiegeloberfläche auftrifft, durch den Reflektor hindurch zu gelangen. Dieser ausgekoppelte Wellenanteil erfährt eine Kombination und Weiterverarbeitung zur Ableitung der Information über die Drehung.

Der Faraday-Rotator 28 liegt bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in einem Abschnitt des nicht in einer Ebene verlaufenden, in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweges 16 zwischen den Reflektoren 30 und 32. Dieses nichtreziprok arbeitende magneto-optische Gerät erzeugt eine Phasenverzögerungsvorspannung der Wellen des einen oder anderen Richtungssinnes der zirkulären Polarisation und mit Ausbreitungsrichtung im Uhrzeigersinn, welche von der Phasenverzögerungsvorspannung verschieden ist, die Wellen entsprechenden Polarisationssinnes mitgeteilt wird, die sich im Gegenuhrzeigersinn ausbreiten. Die Kombination der Reflektoren 13, 30, 32 und 38 und des Faraday-Rotators 28 wirkt in der Weise, dass in dem in sich geschlossenen Resonanzhohlraum 16 Wellen mit Resonanzfrequenzen angeregt werden, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten zur Erzeugung einer entsprechenden Wirkung, wie sie der Faraday-Rotator hervorbringt. Eine solche Möglichkeit benutzt den Zeeman-Effekt, wie dies in der US-Patentschrift 4 229 106 beschrieben ist.

Aus Fig. 1 ist weiter erkennbar, dass Photonenabsorber 24 und 26 in dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg 16 vorgesehen sind. Derartige Photonenabsorber sind bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden.

Ausser dem Blockkörper 10 des Ringlaser-Drehgeschwindig-keitsmessers sind in Fig. 1 Verbindungen zu den zugehörigen elektronischen und optischen Baueinheiten des Systems dargestellt. Eine Hochspannungsenergiequelle 50 liefert eine hohe negative Spannung an die Kathode 34 und eine hohe positive Spannung an den piezoelektrischen Treiber 52. Ein elektronischer Entladungsregler 54 bewirkt eine Regelung des Stromflusses von den Anoden zur Kathode. Je nach Ausbildung und Eigenschaften des Blockkörpers können abhängig von den innerhalb des betreffenden Blockkörpers auftretenden optischen Verlusten jeweils unterschiedliche Werte des Kathodenstromes erforderlich sein.

Das Regelsystem für die optische Weglänge ist eine rückgekoppelte Schaltung, welche eine optimale optische Weglänge innerhalb des in sich geschlossenen Resonanzhohlraumes 16 aufrecht erhält. Das Regelsystem enthält einen Detektor-Vorverstärker 56, einen zur Regelung der Weglänge dienenden Regler 58 und die Hochspannungstreiberschaltung 52 für das piezoelektrische Element 12 als elektronische Einheiten. Wie bereits erwähnt, wird die optische Weglänge im Resonanzhohlraum mittels des Reflektors 13 eingestellt, welcher auf dem piezoelektrischen Element oder Wandler 12 angeordnet ist. Der Hochspannungstreiber 52 betätigt das piezoelektrische Wandlerelement 12 durch Anlegen einer Spannung im Bereich von 0 bis 400 Volt. Da stabile Betriebspunkte oder Betriebszustände jeweils bei Weglängenintervallen entsprechend einer halben Wellenlänge der Laserschwingungen auftreten, wird normalerweise der Zustand, welcher der Mitte des dynamischen Bereiches des Wandlers am nächsten liegt, als der Dauerbetriebspunkt gewählt. Der Detektor-Vorverstärker 56 trennt die Wechselspannungssignale und die Gleichspannungssignale, welche von der Ausgangsoptik 35 abgenommen werden. Die Gleichspannungssignale werden zur Regelung der Weglänge des Resonanzhohlraumes verwendet. Die Wechselspannungssignale sind Sinuswellen, welche den Ausgang des Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmessers darstellen. Diese Signale gelangen zu einer Signalverarbeitungsschaltung 60, wo sie in Folgen digitaler Ausgangsimpulse f| - f2 und fj - f4 umgewandelt werden, wobei jeweils ein Impuls für jede Periode der eingegebenen Spannungswellen erzeugt wird. Die Regelung der Weglänge im Resonanzhohlraum ist im einzelnen in der US-Patentschrift 4108 553 beschrieben.

Die Ausgangsoptik 35 koppelt einen Anteil jedes sich innerhalb des Ringlaser-Resonanzhohlraums ausbreitenden Wellenstrahls aus, um die beiden Ausgangssignale fi - fi und f3 - f4 zu bilden. Jedes dieser Signale repräsentiert die Differenz der Frequenz eines Paares von Wellen gleichen Richtungssinnes der zirkulären Polarisation, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Ausgangsreflektor 38 besitzt einen teildurchlässigen Belag auf der einen Seite und einen Strahlaufspalterbelag auf der anderen Seite. Beide Beläge sind üblicher Art und sind aus einander abwechselnden Schichten von Titandioxid und Siliziumdioxid aufgebaut. Der Strahlaufspalterbelag lässt eine Hälfte der einfallenden Strahlung durch und reflektiert die andere Hälfte. Ein Re-troprisma oder Kombinationsprisma 37 dient zur Überlagerung der beiden Wellenstrahlen. Dieses rechtwinkelige Prisma ist aus

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geschmolzenem Quarz hergestellt und besitzt versilberte oder verspiegelte Reflexionsflächen. Zwischen der Verspiegelung und dem geschmolzenen Quarz ist eine dielektrische Schicht vorgesehen, um nur minimale Phasenfehler bei der Reflexion einzuführen. Eine in der Zeichnung nicht dargestellte Viertelwellenplatte und auf diese folgend Polarisatorscheiben dienen zur Trennung der vier Frequenzen, welche in jedem Strahl enthalten sind. Ein Keil (ebenfalls nicht dargestellt) ist zwischen dem Kombinationsprisma oder Retroprisma und der Viertelwellenplatte angeordnet, um Energie, welche an den Trennflächen reflektiert wird, daran zu hindern, zurück in den Resonanzhohlraum des Ringlasers zu gelangen und sich mit den dort entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen zu mischen. Eine Photodioden-Glasdeckschicht (auf einer Seite mit Antirefle-xionsbelag versehen) und eine Photodiodenanordnung (nicht dargestellt) vervollständigen die Ausgangsoptik 35. Zwischen den verschiedenen Bauteilen ist ein optischer Kitt vorgesehen, um die Bauteile zusammen zu halten und Reflexionen minimal zu halten. Eine Ausgangsoptik der hier verwendeten Art ist beispielsweise in der US-Patentschrift 4 141 651 beschrieben.

Es sei nun Fig. 3A näher betrachtet. Der Reflektor 32 erfüllt die Aufgabe einer phasenempfindlichen Lichtsperre und enthält einen dielektrischen Spiegel 31, welcher in einem bestimmten Bereich mit einem Elektronenstrahl behandelt worden ist, der von einem Abtast-Elektronenmikroskop oder einem ähnlichen Gerät ausgeht. Dieser mittels eines Elektronenstrahls behandelte Bereich 33 erzeugt eine Phasenverschiebung und eine kleine Amplitudenverminderung in einem bestimmten Bruchteil .einer sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle als Folge einer Änderung des Brechungsindex in dem durch den Elektronenstrahl behandelten Bereich 33. Aus Fig. 3B ist zu ersehen, dass der dielektrische Spiegel 31 aus einander abwechselnden Schichten von Siliziumdioxid (SÌO2) 62 und Titandioxid (TÌO2) 64 aufgebaut ist, die sich auf einem Substrat 66 aus geschmolzener Kieselerde oder Siliziumdioxid befinden. Der behandelte Bereich 33 erstreckt sich im wesentlichen vollständig durch die aufeinanderfolgenden Schichten von Siliziumdioxid und Titandioxid hindurch. Die in dieser Weise ausgebildete phasenempfindliche Lichtsperre bewirkt eine Ausscheidung bestimmter Re-sonanzschwingungszustände ohne eine zusätzliche merkbare Wellenstreuung der entgegengesetzt zueinander umlaufenden elektromagnetischen Wellen zu verursachen. Es ergibt sich zwar eine geringe Verminderung der Amplitude der elektromagnetischen Welle, doch ist dieser Effekt selbst nicht ausreichend gross, um unerwünschte Schwingungszustände zu unterdrücken. Nachdem jedoch ausserdem bei einem geringen Bruchteil der unerwünschten entgegengesetzt zueinander umlaufenden Wellen, nämlich den Schwingungszuständen höherer Ordnung, eine Phasenänderung innerhalb des in sich geschlossenen Resonanzhohlraums 16 eingeführt wird, erfahren diese Schwingungszustände eine ausreichende Schwächung, um ihre Laserverstärkung zu verhindern.

Die Bestrahlung eines Reflektors oder eines dielektrischen Spiegels 31 zur Erzeugung eines elektronenstrahlbehandelten Bereiches 33 von etwa 4 mm Länge und 0,5 mm Breite zur Verursachung einer Phasenverschiebung einer elektromagnetischen Welle kann mittels eines Elektronenstrahl-Behandlungsgerätes erfolgen, etwa mittels eines Abtast-Elektronenmikroskops, wie es von der Firma Cambridge Scientific Instrument Ltd., Cambridge, England unter der Bezeichnung «Model S-4 Stereoscan mit Video Presentation Unit» auf den Markt gebracht wird. Bei der Elektronenstrahlbehandlung werden die Einstellungen an dem Gerät folgendermassen vorgenommen:

Beschleunigungsspannung Eb 30 kVolt

Prüflingsstrom Is 2 x 10~8 A Durchmesser der letzten

Ausgangsappertur 700 um

Vergrösserung 20fach

Betriebsweise einfache Linienabta stung in Wiederholung Neigung Null.

Bei der Behandlung eines dielektrischen Spiegels mit dem Abtast-Elektronenmikroskop verfährt man zweckmässig folgendermassen:

1) Beschichten eines dielektrischen Spiegels zwecks Erdung mit einer Kupferschicht von 50 nm,

2) Einstellung des Gerätes auf ein normales Werkstück unter einem Neigungswinkel Null und Ablesen der Anzeige der Bearbeitungsentfernung,

3) Einstellen der Video-Darstellungseinheit des Gerätes auf einen Drehwinkel Null bei der während des Arbeitsschrittes 2) bestimmten Bearbeitungslänge,

4) Positionieren des gewünschten Bearbeitungsbereiches des dielektrischen Spiegels unter dem Elektronenstrahl,

5) Defokussieren des Elektronenstrahls auf eine Bearbeitungsentfernung von 40 nm,

6) Einstellen der Video-Präsentationseinheit auf einen Drehwinkel Null bei einer Bearbeitungsentfernung von 40 nm,

7) Einstellung der Betriebsweise auf Linienabtastung,

8) Einwirken-lassen des Elektronenstrahls auf den dielektrischen Spiegel während vier Stunden und

9) Abziehen der Kupferschicht von dem dielektrischen Spiegel durch Einbringen in ein geeignetes Ätzmittel, beispielsweise Ammoniumpersulfat.

In den Fig. 5A bis 5D sind Hermite-Gauss-Funktionen graphisch dargestellt, welche die eindimensionale Intensitätsverteilung der Grundwelle und der achsenversetzten Resonanzschwin-gungszustände höherer Ordnung wiedergeben. Die Existenz dieser Schwingungszustände in einem Resonatorsystem, beispielsweise einem konfokalen Fabrey-Perot-Resonator oder einem Ringlaser-Resonanzhohlraum mit sphärischen und flachen Reflektoren gleicher Grösse und gleichen Reflexionsverhaltens wurde bereits nachgewiesen und im einzelnen beschrieben, und zwar in den Veröffentlichungen «Résonant Modes in a Maser Interferometer» von A.G. Fox und Tingye Li sowie «Confocal Multimode Resonator for Millimeter Through Optical Wallve-length Masers» von G.D. Boyd und J.P. Gordon in Bell System Technical Journal, März 1961, Band 40, Seiten 453 bis 488 bzw. 489 bis 508. Ein Schwingungsmodus oder ein Schwingungszustand kann als eine Feldverteilung definiert werden, die sich selbst in räumlicher Verteilung und Phase, jedoch nicht in der Amplitude, reproduziert, wenn die Welle zwischen zwei Reflektoren hin- und herreflektiert wird. Aufgrund der Verluste durch Beugung und Reflexion wird das reproduzierte Wellenmuster in der Intensität bei jedem jeweils folgenden Durchgang durch den Resonanzhohlraum geschwächt, wenn kein Verstärkermedium vorhanden ist. In den zuvor erwähnten Veröffentlichungen haben die Autoren gezeigt, dass es eine Gruppe von Schwingungsmoden gibt, welche sich über die Spiegel gleicher Grösse des Resonators zu reproduzieren vermögen. Wenn der Effekt der Beugungsverluste aufgrund einer endlichen Appertur eingeführt wird, so werden die Schwingungszustände zu einmaligen Vorgängen und jeder Schwingungsmodus hat seine eigene charakteristische Abfallsgeschwindigkeit oder Dämpfungsgeschwindigkeit oder seinen eigenen Gütewert. Wird aber eine Verstärkung durch ein Helium-Neon-Entladungsplasma eingeführt, so ergibt sich ein stabiler Zustand, bei dem sämtliche Schwingungszustände, für die die Verstärkung grösser ist als die Verluste, weiterschwingen oder im Laser wirksam sind. Die besagten Verluste für einen Schwingungsmodus umfassen die Beugungsverluste und die Verluste aufgrund einer Unvollkommen-heit der Spiegel.

Für den Fall niedriger Beugungsverluste sind die Eigenfunktionen der Schwingungsmoden immer noch in guter Näherung

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durch die folgenden Hermite-Gauss-Funktionen gegeben, wie sie in den Fig. 5A bis 5D dargestellt sind und wie sie exakt nur für den Fall der Verlustfreiheit bei unendlicher Appertur anzugeben sind:

UL = (u1/2 L ! 2Lf1/2 Hl (Ç)e~^/2

Hierin bedeutet Ul das Hermite-Gauss-Polynom der Ordnung L. Die Kurven in den Fig. 5A bis 5D zeigen die Intensitätsverteilung der elektrischen Transversalschwingungszustände io niedriger Ordnung, welche normalisiert sind, um einen konstanten Betrag der gesamten Strahlleistung in sämtlichen Schwin-

+ 00

- 0° 15

Bedeutung festzustellen, dass die Schwingungszustände höherer Ordnung mehr Energie in den Nebenmaxima in grösserem Abstand vom Strahlmittelpunkt enthalten als dies bei Schwin-gungszuständen tieferer Ordnung der Fall ist. Das Ausscheiden unerwünschter Schwingungszustände durch eine Lichtsperre in 20 der hier angegebenen Art bewirkt die Einführung ausreichender Energieverluste in die Schwingungszustände höherer Ordnung, so dass diese an einer Teilnahme an der Laserverstärkung gehindert werden, während die Grundwelle nicht in ausreichendem Masse geschwächt wird, dass sie nicht am Lasermechanis- 25 mus teilnehmen könnte.

In den Fig. 4A und 4B ist eine weitere, durch Absorption wirksame Lichtsperre 70 dargestellt. Sie ist durch Ablagerung eines Absorptionsmaterials 74 auf einem dielektrischen Spiegel 72 gebildet. Das Absorptionsmaterial, beispielsweise aufgesput- 30 tertes lichtabsorbierendes Glas, wird auf die Oberseite eines Verbandes von annähernd zwanzig einander abwechselnden Schichten von Siliziumdioxid und Titandioxid aufgebracht, welche ihrerseits auf einem Substrat 76 von geschmolzener Kieselerde, also von Siliziumdioxid aufgebracht werden. Die Dicke 35 des Absorptionsmaterials 74 verändert sich linear oder quadratisch in Abhängigkeit vom radialen Abstand von der Mitte des Spiegels 72, um Streueffekte minimal zu halten und eine Unterdrückung von Schwingungszuständen höherer Ordnung durch Energieabsorption zu bewirken. Allerdings ist bei dieser Art ei- 40

ner Lichtsperre stets eine bestimmte Trennlinie 75 zwischen dem unbeschichteten und dem beschichteten Spiegel im Bereich des Beginns des Absorptionsmaterials der Mitte des Spiegels 72 nächstliegend vorhanden, welche eine unerwünschte Streuung eines bestimmten Anteils der einfallenden Lichtenergie bewirkt.

Die hier vorgeschlagene Lichtsperre bedingt eine wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Massnahmen zur Unterdrückung unerwünschter Resonanzschwingungszustände aufgrund der Möglichkeit einer Einstellung der Lichtsperre nach Herstellung und Zusammenbau des Blockkörpers 10 und während des Betriebes, also während der Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen auf dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg 16 gemäss Fig. 1. Diese Einstellbarkeit wird durch Veränderung der Position des Reflektors 32 relativ zu den sich ausbreitenden Wellen erreicht. Ist die Oberfläche des Reflektors flach, so kann die Einstellung in einfacher Weise durch Verschiebung des Reflektors auf der Halterungsfläche bei gleichzeitiger Beobachtung der Verluste der Grundwelle und der Schwingungszustände höherer Ordnung im Ausgang der Signalverarbeitungseinheit 60 vorgenommen werden. Handelt es sich bei dem Reflektor um einen sphärischen Spiegel (nicht dargestellt) und ist eine Lichtsperre 70 vorgesehen, dann muss das Absorptionsmaterial in radialer Richtung abgelagert werden und die Einstellung oder Justierung bezüglich der Schwingungsmoden wird erreicht, indem der Reflektor längs seiner Krümmungsach-se gedreht wird. Ausser der Einstellbarkeit bietet die hier vorgeschlagene Lichtsperre den Vorteil, dass ein gesondertes, im Resonanzhohlraum befindliches Bauelement zur Unterdrückung der unerwünschten Schwingungszustände vermieden wird.

Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Massnahme zum Ausscheiden oder Unterdrücken unerwünschter Schwingungszustände unabhängig von den hier beschriebenen Anwendungsfällen und Ausführungsbeispielen auch in anderen optischen Systemen angewendet werden kann, in welchen eine Vielzahl elektromagnetischer Wellen angeregt wird, wobei die Phase und die Amplitude bestimmter unerwünschter Schwingungszustände im Wellenausbreitungsweg bereichsweise so geändert oder die Wellenenergie selektiv so abgedämpft wird, dass die unerwünschten Schwingungszustände unterdrückt werden.

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4 Blätter Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Unterdrückung unerwünschter Resonanz-schwingungszustände in einem Ringlaser-Drehgeschwindigkeitsmesser, in dessen in sich geschlossenem Wellenausbreitungsweg zirkulär polarisierte elektromagnetische Wellen des einen und des anderen Polarisationssinnes und des einen und anderen Umlaufsinnes mittels eines im Wellenausbreitungsweg befindlichen Lasermediums anregbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem der den in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg bestimmenden Reflektoren bereichsweise durch Elektronenstrahl behandeltes Dielektrikumsmaterial zur selektiven Amplitudenänderung und Phasenänderung der elektromagnetischen Wellen oder bereichsweise Absorptionsmaterial in mit der Radialentfernung von der Reflektormitte zunehmender Dicke vorgesehen wird, dass die von einem ausgekoppelten Teil der angeregten elektromagnetischen Wellen abgeleiteten Signale überwacht werden und in Abhängigkeit von diesen Signalen eine Justierung an dem genannten mindestens einen Reflektor zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungszu-stände vorgenommen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Anzahl von Reflektoren (13, 30, 32, 38) zur Führung der elektromagnetischen Wellen auf dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg (16), dadurch gekennzeichnet, dass dieser Wellenausbreitungsweg dielektrisches Material enthaltende Einrichtungen (31, 62, 64, 33 bzw. 72, 76, 78, 74) zur Änderung der Phase und der Amplitude mindestens einiger der elektromagnetischen Wellen aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das dielektrische Material enthaltenden Einrichtungen einen Dielektrikumswerkstoff (33, 62, 64) enthalten, der in einem Bereich oder in mehreren Bereichen mit einem Elektronenstrahl derart behandelt ist, dass er auftreffenden elektromagnetischen Wellen eine Phasenänderung und eine Amplitudenänderung mitteilt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dielektrikumswerkstoff aus einer Anzahl von Schichten (33, 62, 64) aufgebaut ist, welche jeweils unterschiedlichen, insbesondere abwechselnd grossen und kleinen, Brechungsindex aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schichtenverband aufeinanderfolgender Schichten (62, 64) von Siliziumdioxid und Titandioxid vorgesehen sind, welche auf einem Substrat (66) aus geschmolzener Kieselerde abgelagert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das dielektrische Material enthaltenden Einrichtungen einen dielektrischen Spiegel (70) enthalten, auf dem bereichsweise (74, 75) Absorptionsmaterial zur Unterdrückung unerwünschter Resonanz-Schwingungszustände abgelagert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des abgelagerten Absorptionsmaterials (74) in Abhängigkeit vom Radialabstand von der Spiegelmitte zunimmt, um eine Zunahme der Energieverluste für unerwünschte Resonanz-Schwingungszustände zu bewirken.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionsmaterial, welches bereichsweise auf dem dielektrischen Spiegel (70) abgelagert ist, ein lichtabsorbierendes Glas enthält.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Spiegel (70) aus einer Anzahl abwechselnd aufeinanderfolgender Schichten (76, 78) von Siliziumdioxid und Titandioxid aufgebaut ist, die auf einem Substrat (76) aus geschmolzener Kieselerde abgelagert sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die das dielektrische Material enthaltenden Einrichtungen (32 bzw.70) zur Unterdrückung unerwünschter Resonanz-Schwingungszustände in einem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg (16) befinden, in welchem sich in zueinander entgegengesetztem Umlaufsinn ausbreitende elektromagnetische Wellen anregbar sind, welche durch Mittel (28), welche eine ausbreitungsrichtungsabhängige Phasenverschiebung einführen, eine Frequenzaufspaltung erfahren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem in sich geschlossenen Wellenausbreitungsweg (16) ein Lasermedium mit einer Helium-Neon-Mischung enthalten ist, welche durch eine elektrische Entladung zwischen einer Mehrzahl von Anoden- und Kathodenelektroden (34, 36) anregbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einführung einer aus-breitungsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung von einer magneto-optischen Vorrichtung oder von einem Faraday-Rota-tor (28) gebildet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der in sich geschlossene Wellenausbreitungsweg (16) durch eine Anzahl von Reflektoren (13, 30, 32, 38) bestimmt wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die das dielektrische Material enthaltenden Einrichtungen (32 bzw. 70) während des Betriebes justierbar sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die das dielektrische Material enthaltenden Einrichtungen (32 bzw. 70) an einem oder von einem der Reflektoren (13, 30, 32, 35) gebildet sind, welche den Ausbreitungsweg für die elektromagnetischen Wellen bestimmen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die das dielektrische Material enthaltenden Einrichtungen (32 bzw. 70) zur Unterdrückung unerwünschter Schwingungszustände in einem Wellenausbreitungsweg (16) angeordnet sind, in dem zirkulär polarisierte, sich entgegengesetzt zueinander ausbreitende elektromagnetische Wellen in Paaren des ersten und des zweiten Polarisationssinnes anregbar sind und welcher hierzu insbesondere nicht in einer Ebene liegend ausgebildet ist, wobei Mittel zur Erzeugung einer ausbreitungsrichtungsabhängigen Phasenverschiebung der Wellen vorgesehen sind, derart, dass eine Frequenzaufspaltung zwischen den sich entgegengesetzt zueinander ausbreitenden Wellen jedes Paares auftritt.