DE1269384B

DE1269384B - Dioptrisches Element

Info

Publication number: DE1269384B
Application number: DEP1269A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Guenther Herm Krawinkel; Dr-Ing Hans-Joachim Zetzmann
Original assignee: GUENTHER HERMANN KRAWINKEL DR; HANS JOACHIM ZETZMANN DR ING
Current assignee: GUENTHER HERMANN KRAWINKEL DR; HANS JOACHIM ZETZMANN DR ING
Priority date: 1960-06-14
Filing date: 1960-06-14
Publication date: 1968-05-30
Also published as: DE1269384C2

Description

Dioptrisches Element Wie die Erfahrung lehrt, tritt in einem irrhomogenen elektrischen Feld, in dem sich ein parelektrisches Dielektrikum befindet, eine örtliche Verteilung scheinbarer (freier) Ladungen auf, die von den charakteristischen Substanzwerten des Dielektrikums und den durch die örtliche Irrhomogenität des elektrischen Feldes bedingten Änderungen des Polarisationszustandes der Materie bestimmt wird. Ein solcher materieerfüllter irrhomogener Feldraum hat damit den Charakter eines elektrischen Kondensators, dessen Dielektrikum eine der Ortsverteilung der scheinbaren Ladungen entsprechende örtlich veränderliche Dielektrizitätskonstante besitzt. Die Verteilung der scheinbaren Ladungen und damit die Ortsveränderlichkeit der Dielektrizitätskonstante (DK) ist dabei feldstärkenabhängig, d. h. auch abhängig von den an den Belegungen (Elektroden) des Kondensators mit irrhomogenem Feldraum von einer äußeren Stromduelle angelegten Potentialen.
Diese Abhängigkeit der DK vom Polarisationszustand der polaren Materie, wie sie in der »Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 13, S. 69 und 202 und folgend, beschrieben wird, ist dabei stetig. Sie unterscheidet sich damit grundsätzlich von der bekannten Spontanpolarisation, die in Ferroelektrika durch Feldstärke- bzw. Wärmeeinwirkung auftritt und durch plötzliche (spontane) Richtungsänderung der Dipolmoleküle im Kristallgitter bewirkt wird. Im vorliegenden Fall ist für das polare Einzelmolekül (Teilchen) dagegen im irrhomogenen elektrischen Feld ein elektrisch aktives Verhalten anzunehmen, das durch unterschiedliche polare Bindung an seinen beiden Enden in einem Wirksamwerden materiegebundener unipolarer Ladung im Feldraum zum Ausdruck kommt. Dieses Zustandsverhalten der polaren Materie bewirkt dann das Auftreten einer örtlich veränderlichen DK im irrhomogenen Feld.
Die Verwendung dieser in einem Kondensator mit irrhomogenem Feldraum, der mit parelektrischer Materie als Dielektrikum ganz oder auch teilweise gefüllt ist, auftretenden Erscheinung einer örtlich veränderlichen DK ist Gegenstand dieser Erfindung.
Der erfindungsgemäße Kondensator und die erfindungsgemäßen Kondensatoranordnungen sind in ihren Belägen (geometrisch und technologisch) derart geformt, daß bei Anlegung einer Spannung zwischen den Elektroden ein irrhomogenes elektrisches Feld entsteht und daß der Feldraum oder die Feldräume durch einen einheitlichen parelektrischen Stoff oder mehrere verschiedenartige parelektrische Stoffe (ganz oder teilweise) gefüllt sind, wobei das oder die polaren Dielektrika in unmittelbarer Berührung mit den zum Feldraum weisenden Oberflächen der Elektroden stehen, und daß die in solchen Kondensatoren auftretende, von den an den Kondensatorbelegen liegenden Potentialen abhängige Erscheinung einer im Feldraum örtlich veränderlichen Dielektrizitätskonstante ein strahlenbrechendes Element für elektromagnetische Wellen bildet.
Ohne die Allgemeinheit der Erfindung damit einzuschränken, werden nachfolgend einige technische Anwendungen in nur als Beispiel zu wertenden Ausführungsformen beschrieben.
Die Möglichkeit, eine gewünschte örtliche Verteilung der DK in einem vorgesehenen Raum herzustellen, bietet die Handhabe, eine einstellbare Linse für elektromagnetische Wellen zu bauen. In A b b.1 a und 1 b ist ein Zylinderkondensator mit der Innenelektrode 1, der Außenelektrode 2 und den z. B. aus. Glas oder Kunststoff hergestellten Abschlußscheiben 3 dargestellt. Der Raum zwischen den Elektroden sei mit einer polaren Substanz, z. B. n-Propylchlorid oder Isopropylchlorid, gefüllt. An Stelle dieser polaren Dielektrika können auch geeignete andere reine polare Substanzen oder Lösungen polarer Substanzen in anderen polaren bzw. unpolaren Lösungsmitteln oder Substanzen, die aus Anlagerungsverbindungen (Solvaten) polarer bzw. polarisierbarer Teilchen bestehen, treten. Wird nun an die Elektroden des Kondensators in A b b. 1, deren möglichst glatte Oberflächen in unmittelbarer Berührung mit dem polaren Dielektrikum stehen sollen, eine Spannung gelegt, so tritt, wie die Erfahrung lehrt, in dem polaren Dielektrikum des irrhomogenen Feldes eine einer örtlichen Änderung der DK entsprechende Verteilung der scheinbaren Ladungen im Feldraum ein. Je nach den Molekularkonstanten (Dipolmoment, Dichte und Molekulargewicht) der gewählten dielektrischen Substanz und dem Wert der angelegten Spannung ist sowohl eine Verteilung der wirksamen DK im Feldraum herstellbar, die von einem Maximalwert an der Innenelektrode auf einen Minimalwert an der Außenelektrode abfällt (Fall a), wie auch umgekehrt bei anderen Molekularkonstanten und Spannungen eine Verteilung der wirksamen DK herstellbar ist, bei der diese von einem Maximalwert an der Außenelektrode auf einen Minimalwert an der Innenelektrode abfällt (Fall b).
Wird nun ein solcher Kondensator von einem im gewählten Beispiel nach A b b. 1 senkrecht zu den Abschlußwänden 3 einfallenden Wellenbündel elektromagnetischer Strahlung durchsetzt, so wirkt der Kondensator im Fall a als Konvexlinse und im Fall b als Konkavlinse für das elektromagnetische Strahlenbündel, wobei die Brennweite durch Beeinflussung der am Kondensator liegenden Spannung stetig verändert werden kann.
Da die Brechkraft einer Linse nicht nur von den Linsenkonstanten, sondern auch von der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Welle abhängt, kann bei Einstrahlung eines Wellenbündels paralleler Strahlung verschiedener Wellenlängen durch Spannungsvariation am Kondensator in einer vorgegebenen Brennebene jeweils die Strahlungsenergie eines Wellenbereichs auf verengtem Querschnitt gesammelt werden.
Werden ein als Konvexlinse (Fall a) und ein als Konkavlinse (Fall b) wirkender Kondensator oder auch mehrere solcher Kondensatoren im Verlauf der Strahlung hintereinander angeordnet, so können die aus der Lichtoptik bekannten Linsenanordnungen verschiedener Zweckbestimmung hier für die allgemeine elektromagnetische Strahlung verwirklicht werden.
Die Abhängigkeit der Brechkraft eines mit örtlich stetig veränderlicher wirksamer DK ausgestatteten Feldraums von der Wellenlänge ermöglicht z. B. mittels eines Plattenkondensators mit örtlich veränderlichem Plattenabstand den Bau eines Prismas mit durch die Plattenspannung einstellbarer Dispersion und dessen Verwendung als Wellenfilter.
Darüber hinaus ist die Einstellung einer örtlich veränderlichen DK in einem beliebig zu formenden inhomogenen elektrischen Feldraum offensichtlich auf mannigfaltige Weise für Zwecke der Wellenleitung oder -führung vorteilhaft zu verwenden.
Da, wie bekannt, z. B. in einem Zylinderkondensator mit substanzdurchlässigen Elektroden eine kontinuierliche Strömung eines flüssigen polaren Dielektrikums auftritt, kann erfindungsgemäß durch Anwendung der bekannten Strömung in Verbindung mit dem Erfindungsgegenstand erreicht werden, eine Zirkulationsströmung, die auch auf einem Weg außerhalb des Feldraumes in sich geschlossen sein kann, herzustellen und das polare Dielektrikum fortlaufend zu kühlen, ein Vorgang, der z. B. für parametrische Hochleistungs-Schwingungserzeuger wichtig ist. Die Erfahrung lehrt ferner im übrigen, daß eine kontinuierliche Strömung des polaren Dielektrikums die Durchschlagfestigkeit des Dielektrikums verbessert, so daß es zweckmäßig sein kann, die erfindungsgemäßen Kondensatoren mit strömendem Dielektrikum zu versehen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung eines elektrischen Kondensators, dessen Beläge derart geformt sind, daß in seinem mit den Belägen in unmittelbarer Berührung stehenden Dielektrikum aus einem polaren . Stoff ein inhomogenes elektrisches Feld besteht, als ein mittels der im inhomogenen Feld örtlich veränderlichen Dielektrizitätskonstante des polaren Dielektrikums einstellbares, strahlenbrechendes Element für elektromagnetische Wellen.
2. Verwendung eines elektrischen Kondensators nach Anspruch 1 als Konvexlinse, Konkavlinse oder als Prisma.
3. Verwendung eines elektrischen Kondensators gemäß Anspruch 2 als Kombination aus Konkavlinsen mit Konvexlinsen.
4. Verwendung eines elektrischen Kondensators gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Beeinflussung der Potentiale an den Kondensatorbelegen und damit der Brechungseigenschaften eine dauernde oder zeitlich wechselnde Änderung der optischen Linseneigenschaften herstellbar ist.
5. Verwendung eines elektrischen Kondensators gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in an sich bekannter Weise zylinderförmig, kugelförmig, schalenförmig oder plattenförmig ausgebildet und mit Durchtritten für ein flüssiges Dielektrikum versehen sind.
6. Verwendung eines elektrischen Kondensators gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das polare Dielektrikum aus einer rein polaren Substanz oder aus polarer Substanz in unpolarem oder schwachpolarem Lösungsmittel besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1022 638; deutsche Auslegeschrift Nr.1078 236; USA.-Patentschriften Nr. 2 691738, 2 879 401; Zeitschrift für angewandte Physik, Bd.11 (1959), S. 255 bis 259; Electronics, Bd. 24 (1951), S. 84 bis 88.