Vorrichtung zur Umwandlung linear polarisierter Strahlung mit einer beliebigen Polarisationsebene in linear polarisierte Strahlung, deren Polarisationsebene sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung linear polarisierter Strahlung mit einer be liebigen Polarisationsebene in linear polarisierte Strah lung, deren Polarisationsebene sich mit konstanter Win kelgeschwindigkeit dreht, wobei die Strahlung minde stens dreimal ein doppelbrechendes Element durchläuft,
wenigstens eines der durchlaufenden Elemente ein elek trooptischer Kristall ist und Mittel zum Anlegen einer elektrischen Spannung an diesen Kristall vorgesehen sind.
Eine derartige Vorrichtung wurde im Hauptpatent im Zusammenhang mit Fig. 1 und 4 beschrieben. Die Vorrichtung nach Fig. 1 des Hauptpatentes benötigt drei elektrooptische Kristalle und verhältnismässig hohe Spannungen. An den mittleren Kristall ist eine Span nung angelegt, deren Amplitude zweimal grösser als die jenige der an die beiden anderen Kristalle angelegten Spannung ist. Auch bei der Vorrichtung nach Fig. 4 ist die an den Kristall angelegte Spannung verhältnismässig hoch.
Die Erfindung bezweckt, eine gegenüber der Vor richtung nach dem Hauptpatent verbesserte Vorrichtung anzugeben. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist da durch gekennzeichnet, dass hinter einer Reihenschaltung doppelbrechender Elemente ein die Strahlrichtung um kehrendes Element angeordnet ist, so dass die aus der Reihenschaltung austretende Strahlung die Reihenschal tung in entgegengesetzter Richtung nochmals durchläuft.
Die Reihenschaltung kann nur zwei doppelbrechende Elemente aufweisen. Ausserdem können die an die Kri stalle angelegten Spannungen niedriger als in der Vor richtung gemäss Hauptpatent sein.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 und 2 zeigen die zwei Ausführungsbeispiele. In Fig. 1 wird die aus der Strahlungsquelle 1 aus tretende unpolarisierte Strahlung von der Linse 2 kolli- miert und von dem Polarisator 3 in linear polarisierte Strahlung umgewandelt. Der Einfachheit halber ist nur ein einziger Strahl des Strahlenbündels dargestellt.
Nach dem Durchgang durch den Teilspiegel 4 durchläuft die linear polarisierte Strahlung die Reihenschaltung zweier den Pockels-Effekt aufweisender elektrooptischer Kri stalle 5 und 8, deren dielektrische Hauptachsen, die reit den Pfeilen 6 und 9 angegeben sind, miteinander einen Winkel von 45 bilden.
An den Kristall 5 wird eine Wechselspannung V1 = Vsin a) t aus der Wechselspannungsquelle 7 und an den Kristall 8 wird eine Wechselspannung V2 = V'cos u0 t aus der Wechselspannungsquelle 10 angelegt. Die Span nungen V1 und V2 sind derart angelegt, dass die von diesen Spannungen im Kristall 5 bzw. 8 erzeugte Feld stärke zu der Fortpflanzungsrichtung des Lichtes im be treffenden Kristall parallel ist.
Die aus dem Kristall 8 austretende Strahlung wird am flachen Spiegel 11 reflektiert. Die Strahlung durch läuft dann die Kristalle 8 und 5 in entgegengesetzter Richtung und wird von dem Teilspiegel 4 zu dem photo elektrischen Detektor 12 reflektiert. In der Zeichnung ist das am Spiegel 11 reflektierte Bündel wieder durch einen einzigen Strahl dargestellt, der der Deutlichkeit halber gegen den auf den Spiegel 11 auffallenden Strahl verschoben ist.
Die Amplitude V der an den Kristall 5 angelegten Spannung ist derart gross, dass linear polarisierte, auf den Kristall 5 auffallende Strahlung in zirkular polari sierte Strahlung umgewandelt wird. V wird derart gross gewählt, dass sich im Spannungsmaxium ein Phasen unterschied einer Viertelwellenlänge zwischen den bei den Teilwellen ergibt, die aus linear polarisiertem Licht beim Durchlaufen des betreffenden Kristalls entstehen.
Die Amplitude V' der an den Kristall 8 angelegten Spannung wird derart gross gewählt, dass sich im Span nungsmaxium ein Phasenunterschied einer halben Wel- lenlänge zwischen den beiden Teilwellen ergibt, die aus linear polarisiertem Licht beim zweimaligen Durchlau fen des Kristalls entstehen.
Da die Doppelbrechung der ein anisotropes Element, insbesondere einen elektrooptischen Kristall durchlau fenden Strahlung 1 linear addierbar ist, wenn die Strah lung mehrere Male das Element durchläuft, kann der Kristall 5 bzw. 8 zusammen mit seinem Spiegelbild in bezug auf den Reflektor 11 als ein einziger Kristall be trachtet werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist die gleichen Eigenschaften wie die nach Fig. 1 des Hauptpatentes auf. Der Kristall 5 der erfindungsgemässen Vorrichtung kann mit dem Kristall 4 der Kristall 8 zusammen mit seinem Spiegelbild mit dem Kristall 5 und das Spiegel bild des Kristalls 5 mit dem Kristall 6 gemäss Fig. 1 des Hauptpatentes verglichen werden.
Die Amplitude der Spannung am Kristall 8 beträgt aber nur die Hälfte der Amplitude der Spannung am Kristall 5 der Fig. 1 des Hauptpatentes. Ausserdem sind die Phasen der an den Kristall 5 und an dessen Spiegelbild angelegten Wechselspannungen einander automatisch gleich. Einstellschwierigkeiten ergeben sich also nicht.
In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Kristalle 5 und 8 aus Kaliumdideuteriumphosphat (KDDP) be standen, war V = V' = 4 kV. Die Wellenlänge der Strahlung war .i = 6328 Ä.
Es ist somit ersichtlich, dass im allgemeinen eine Vorrichtung nach dem Hauptpatent mit 2n-1 Kristallen (n > 2) durch eine Vorrichtung mit n Kristallen und ein sich daran anschliessendes Umkehrelement ersetzt werden kann.
In der Vorrichtung nach Fig. 2 fällt die von der Lichtquelle 21 herrührende und von der Linse 22 in ein paralleles Bündel umgewandelte Strahlung auf den Po larisator 23. Nach Durchgang durch den Teilspiegel 24 durchläuft das linear polarisierte Bündel die Reihen schaltung einer A/4-Platte 25 und eines Pockels-Kristalls 27, deren dielektrische Hauptachsen, die mit den Pfei len 26 und 28 angedeutet sind, einen Winkel von 45 miteinander einschliessen.
Die aus dem Kristall 27 austretende Strahlung wird am flachen Spiegel 30 reflektiert. Die Strahlung durch läuft dann den Kristall 27 und die A/4-Platte 25 in ent gegengesetzter Richtung und wird von dem Teilspiegel 24 zu dem photoelektrischen Detektor 31 reflektiert.
An den Kristall 27 wird eine sägezahnförmige Span nung aus der Quelle 29 angelegt, wobei der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert dieser Spannung derart gross gewählt wird, dass sich bei An liegen einer derartigen Spannungsdifferenz an Kristall ein Phasenunterschied von einer halben Wellenlänge zwischen den beiden Teilwellen ergibt, die aus linear polarisiertem Licht beim Durchlaufen des Kristalls 27 entstehen.
Der Kristall 27 kann zusammen mit seinem Spiegel bild in bezug auf den Reflektor 30 wieder als ein ein ziger Kristall betrachtet werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 hat die gleichen Eigen schaften wie die nach Fig. 4 des Hauptpatentes. Die A/4-Platte 25 kann ja mit der A/4-Platte 25 der Fig. 4, der Kristall 27 zusammen mit seinem Spiegelbild mit dem Kristall 26 der Fig. 4 und das Spiegelbild der A/4-Platte 25 mit der A/4-Platte 27 der Fig. 4 verglichen werden.
Der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der sägezahnförmigen Spannung am Kri stall 27 beträgt nur die Hälfte des entsprechenden Un terschiedes dieser Spannung am Kristall 26 der Fig. 4 des Hauptpatentes.
Als Umkehrelement kann ausser einem flachen Spiegel z. B. auch ein sogenanntes Katzenauge verwen det werden. Ein Katzenauge besteht aus einer Linse und einem in der Brennebene der Linse angeordneten flachen oder hohlen Spiegel.
Apparatus for converting linearly polarized radiation with any plane of polarization into linearly polarized radiation whose plane of polarization rotates at a constant angular velocity. The invention relates to a device for converting linearly polarized radiation with any plane of polarization into linearly polarized radiation whose plane of polarization is constant Angular speed rotates, whereby the radiation passes through a birefringent element at least three times,
at least one of the elements passing through is an electro-optical crystal and means are provided for applying an electrical voltage to this crystal.
Such a device was described in the main patent in connection with FIGS. 1 and 4. The device according to FIG. 1 of the main patent requires three electro-optical crystals and relatively high voltages. A voltage is applied to the central crystal, the amplitude of which is twice greater than that of the voltage applied to the other two crystals. In the device according to FIG. 4, too, the voltage applied to the crystal is relatively high.
The invention aims to provide an improved device compared to the device according to the main patent. The device according to the invention is characterized in that an element reversing the direction of the beam is arranged behind a series connection of birefringent elements, so that the radiation emerging from the series connection passes through the series connection again in the opposite direction.
The series connection can only have two birefringent elements. In addition, the voltages applied to the crystals can be lower than in the device according to the main patent.
In the accompanying drawings, two Ausfüh approximately examples of the subject invention are shown. Figs. 1 and 2 show the two embodiments. In FIG. 1, the unpolarized radiation emerging from the radiation source 1 is collimated by the lens 2 and converted by the polarizer 3 into linearly polarized radiation. For the sake of simplicity, only a single beam of the beam is shown.
After passing through the partial mirror 4, the linearly polarized radiation passes through the series connection of two electro-optical crystals 5 and 8 which have the Pockels effect and whose main dielectric axes, which are indicated by arrows 6 and 9, form an angle of 45 with one another.
An alternating voltage V1 = Vsin a) t from the alternating voltage source 7 is applied to the crystal 5 and an alternating voltage V2 = V'cos u0 t from the alternating voltage source 10 is applied to the crystal 8. The voltages V1 and V2 are applied in such a way that the field strength generated by these voltages in the crystal 5 and 8 is parallel to the direction of propagation of the light in the crystal concerned.
The radiation emerging from the crystal 8 is reflected on the flat mirror 11. The radiation then passes through the crystals 8 and 5 in the opposite direction and is reflected by the partial mirror 4 to the photoelectric detector 12. In the drawing, the bundle reflected on the mirror 11 is again shown by a single beam which, for the sake of clarity, is displaced from the beam incident on the mirror 11.
The amplitude V of the voltage applied to the crystal 5 is so great that linearly polarized radiation incident on the crystal 5 is converted into circularly polarized radiation. V is chosen to be so large that there is a phase difference of a quarter wavelength in the voltage maximum between those in the partial waves that arise from linearly polarized light when passing through the relevant crystal.
The amplitude V 'of the voltage applied to the crystal 8 is selected to be so large that in the voltage maximum there is a phase difference of half a wavelength between the two partial waves which arise from linearly polarized light when passing through the crystal twice.
Since the birefringence of an anisotropic element, in particular an electro-optical crystal durchlau fenden radiation 1 can be added linearly if the strah ment passes through the element several times, the crystal 5 or 8 together with its mirror image with respect to the reflector 11 as a single Crystal.
The device according to FIG. 1 has the same properties as that according to FIG. 1 of the main patent. The crystal 5 of the device according to the invention can be compared with the crystal 4, the crystal 8 together with its mirror image with the crystal 5 and the mirror image of the crystal 5 with the crystal 6 according to FIG. 1 of the main patent.
The amplitude of the voltage on the crystal 8 is only half the amplitude of the voltage on the crystal 5 of FIG. 1 of the main patent. In addition, the phases of the alternating voltages applied to the crystal 5 and to its mirror image are automatically equal to one another. Adjustment difficulties do not arise.
In an embodiment in which crystals 5 and 8 were potassium dideuterium phosphate (KDDP), V = V '= 4 kV. The wavelength of the radiation was .i = 6328 Å.
It can thus be seen that in general a device according to the main patent with 2n-1 crystals (n> 2) can be replaced by a device with n crystals and an adjoining reversing element.
In the device according to FIG. 2, the radiation originating from the light source 21 and converted by the lens 22 into a parallel bundle falls on the polarizer 23. After passing through the partial mirror 24, the linearly polarized bundle passes through the series circuit of an A / 4- Plate 25 and a Pockels crystal 27 whose main dielectric axes, which are indicated by the arrows 26 and 28, enclose an angle of 45 with one another.
The radiation emerging from the crystal 27 is reflected on the flat mirror 30. The radiation then runs through the crystal 27 and the A / 4 plate 25 in the opposite direction and is reflected by the partial mirror 24 to the photoelectric detector 31.
A sawtooth voltage from the source 29 is applied to the crystal 27, the difference between the maximum value and the minimum value of this voltage being selected to be so large that when such a voltage difference is present on the crystal, there is a phase difference of half a wavelength between the two Partial waves resulting from linearly polarized light when passing through the crystal 27.
The crystal 27 can be viewed together with its mirror image with respect to the reflector 30 again as a single crystal.
The device of FIG. 2 has the same properties as that of FIG. 4 of the main patent. The A / 4 plate 25 can with the A / 4 plate 25 of FIG. 4, the crystal 27 together with its mirror image with the crystal 26 of FIG. 4 and the mirror image of the A / 4 plate 25 with the A. / 4 plate 27 of FIG. 4 can be compared.
The difference between the maximum value and the minimum value of the sawtooth voltage on the Kri stall 27 is only half of the corresponding Un difference of this voltage on the crystal 26 of FIG. 4 of the main patent.
As a reversal element, in addition to a flat mirror z. B. also a so-called cat's eye can be used. A cat's eye consists of a lens and a flat or hollow mirror located in the focal plane of the lens.