DE1541725B2

DE1541725B2 - Einrichtung zur kombination von energie

Info

Publication number: DE1541725B2
Application number: DE19661541725
Authority: DE
Inventors: Charles Geoffrey Blythe Mornstown NJ Garrett (V St A )
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1965-11-30
Filing date: 1966-08-17
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE1541725A1; GB1165553A; US3436143A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Korn- große durchgelassene und reflektierte Komponenten

bination von Energie, bestehend aus einem metalli- aufzuspalten, wobsi D die Elementenbreite d ist,

sehen Gitter aus parallelen langgestreckten Elementen, wenn die Polarisation parallel zur Längsausdehnung

die teilweise durchlässig und teilweise reflektierend der Elemente liegt und wobei D gleich a-d ist, wenn

für elektromagnetische Energie der Wellenlänge λ 5 die Polarisation senkrecht zur Längsausdehnung der

sind, mit einer ersten und einer zweiten Quelle für Elemente liegt.

kohärente Strahlen dieser Energie mit gleicher PoIa- Insbesondere liegt entsprechend einem Merkmal

risation, die nicht schief zu den Elementen orientiert der Erfindung der Mittenabstand α der Elemente

ist, wobei die Strahlen in einer Ebene senkrecht zur im Bereich
Längsausdehnung der Elemente unter solchen Win- io

keln<9 zu der Senkrechten auf dem Gitter gerichtet 1 4-sin (9 < — < 9 cos (9 (Y)

sind, daß sich gleiche Fortpflanzungsrichtungen für . a '
die durchgelassene Komponente eines der Strahlen

und die reflektierte Komponente des anderen Strahls wobei das Verhältnis α zum Gitterparameter D einer

ergeben. 15 nachfolgend angeführten Beziehung genügt, bei der

Eine Vielzahl von Vorschlägen ist in jüngster Zeit der Gitterparameter D die Elementbreite d ist, wenn

auf die Nachrichtenübertragung im sichtbaren, im die Gitterelemente sich parallel zur Polarisation der

infraroten oder jenseits des infraroten Teils des Strahlen ausdehnen, und bei der der Gitterparameter D

elektromagnetischen Spektrums gerichtet. Diese Vor- der Spalt a-d ist, wenn sich die Gitterelemente senk-

schläge wurden auf Bauelemente wie Oszillatoren, 20 recht zur Polarisation der Strahlen ausdehnen.

Verstärker, Modulatoren, Frequenzschieber und Fo- Es sei bemerkt, daß die im vorhergehenden Ab-

kussiereinrichtungen für derartige Nachrichtenver- schnitt beschriebene Polarisation die Polarisation des

bindungen konzentriert. elektrischen Feldvektors der Strahlung ist. Es ist

Trotzdem wird eine Anzahl von anderen Einrich- möglich, jede Polarisation in bezug auf die Richtung tungen für die erfolgreiche Verwirklichung eines der- 25 der Längsausdehnung der Gitterelemente zu beartigen Nachrichtensystems benötigt. Hierunter befin- nutzen, vorausgesetzt, daß das Gitter in entsprechenden sich Einrichtungen zur Kombination von zwei der Weise ausgebildet ist. Doch soll in allen Fällen Eingangsstrahlen, um z.B. die Summe und die ^{: v}die Richtung der Längsausdehnung der Gitterele-Differenz der Amplitudenphasenvektoren der beiden,, .. mente senkrecht zur Einfallsebene liegen, wobei diese Eingangsstrahlen mit gleicher Frequenz zu liefern. 30 Ebene die Ebene ist, die durch die Senkrechte zum

Aus der deutschen Patentschrift 951 732 ist ein Gitter und die Fortpflanzungsrichtung des Eingangs-

Ultrakurzwellen-Ubertragungssystem bekannt, bei dem Strahls beim Auf treffen auf das Gitter definiert ist. zwei Ubertragungskanäle z.B. dadurch zusammen- . ... Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung läßt

gefaßt werden, daß sich die Ubertragungskanäle sich an Hand der nachfolgenden eingehenden Erläute-

unter einem bestimmten Winkel kreuzen und im 35 rung und der Zeichnungen erreichen.

Kreuzungspunkt ein Polarisationsspiegel vorgesehen F i g. 1 zeigt Kurven, welche den Zusammenhang

ist, wobei dieser für einen Kanal durchlässig ist und der Eigenschaften eines metallischen Gitters bei

für den anderen Kanal als Reflektor wirkt. erfindungsgemäßer Verwendung beschreiben;

Der Differenzausgang für in Phase befindliche F i g. 2 zeigt ein Schema der Beziehungen der Strahlungen ist in Nullabgleichssystemen nützlich, 40 Reflexion und der Durchlässigkeit für ein verlustwährend der Summenausgang für in Phase befindliche freies metallisches Gitter;

Strahlungen für automatische Verstärkungsregelungs- -Fig. 3 ist teilweise eine schematische Aufsicht anordnungen nützlich ist, um die Sättigung von und teilweise ein Blockschema, das eine bevorzugte Vielkanalverstärkern zu verhindern. In dem allge- Ausführung der Erfindung zeigt, wobei die Vektor-■meineren Fall einer Vektorsumme oder Differenz 45 diagramme A bis F Beispiele der Amplitudenphasenerlaubt ein Vergleich der Summen- und Differenz-. . vektorbeziehungen an den angegebenen Punkten in Strahlungen die Bestimmung ihrer relativen Eingangs- der Ausführung der F i g. 3 geben;
phase, wenn einer dieser drei Werte gegeben ist. F i g. 4 ist eine bildliche Vorderansicht des in der

Eine derartige Einrichtung wird manchmal »Ma- . Ausführung der.. F ig. 3 verwendeten metallischen

gisches T« genannt. Trotzdem besteht keine Einrich- 50 Gitters;

tung dieser Art, die für infrarote Strahlung, insbeson- F i g. 5 ist teilweise eine schematische Aufsicht

dere ungelenkte infrarote Strahlungen geeignet ist. und teilweise ein Blockschema, das eine andere Aus-

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die führung der Erfindung zeigt, bei der ein dielektrisches

Amplitudenphasenvektorsumme und -differenz von Trägermaterial für das metallische Gitter verwendet

zwei Eingangsstrahlungen gleicher Frequenz im infra- 55 wird;

roten und jenseits des infraroten Teils des Spek- F i g. 6 zeigt eine Abänderung der Ausführung

trums zu liefern. der F i g. 5 unter Verwendung von Ein- und Aus-

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der trittflächen mit Brewsterschem Winkel auf dem di-

einleitend angeführten Ausbildung gemäß der Erfin- elektrischen Trägermaterial an Stelle eines Anti-

dung dadurch gelöst, daß die Elemente einen Mitten- 60 reflexüberzugs;

abstand α haben, der der Beziehung F i g. 7 A, 7 B und 7 C zeigen eine Aufsicht, eine

Vorderansicht und eine Seitenansicht einer anderen

1 + sin Θ < — < 9 cos Θ Abänderung der Ausführung der F i g. 5, bei der

α ebenfalls Eintritts- und Austrittsflächen mit Brewster-

65 schem Winkel benutzt werden;

genügt, ferner einen Gitterparameter D, der der F i g. 8 zeigt eine weitere Ausführung der Erfin-

Forderung genügt, daß das Verhältnis von α zu D dung, bei der ein senkrechtes Einfallen der Strahlen

das Gitter in die Lage versetzt, jeden Strahl in gleich auf dem Gitter benutzt wird.

Eine kurze Erklärung der theoretischen Grundlage Aus den grafisch in F i g. 2 erläuternden Prinzipien

der Erfindung wird zum Verständnis dar verschiedenen und aus gewissen anderen technischen Betrachtungen

Ausführungen und ihrer Arbeitsweise nützlich sein. können die notwendigen Eigenschaften des Gitters

Wenn eine Strahlung auf eine Anordnung von hergeleitet werden, um die erforderlichen Beziehungen langgestreckten parallelen leitenden Elementen auf- 5 zwischen der Reflexion und der Durchlässigkeit zu trifft, die senkrecht zur Anordnung verhältnismäßig erhalten. Insbesondere sind die Grenzen für das dünn sind, treten kennzeichnende Phasenverschie- Verhältnis der Wellenlänge λ zum Mittenabstand a in bungen zwischen dem einfallenden, reflektierten und der obigen Einführung als Gleichung (1) gegeben, durchgelassenen Wellen in der Ebene eines derartigen Es sei bemerkt, daß die Wellenlänge λ in Gleichung (1) Gitters auf, die den Grenzbedingungen der elek- io die Wellenlänge im dielektrischen Trägermedium ist,, trischen und magnetischen Felder genügen. Dies wenn das Gitter durch ein derartiges Medium gegilt für infrarote Strahlungen und für Strahlungen tragen wird. Eine grafische Darstellung der Beziehung jenseits des Infraroten, wie auch für sichbare Strah- von Dß zu aß ist in F i g. 1 als Kurve 12 für den lungen und Mikrowellenstrahlungen. Fall eines 45°-Einfalls der Eingangsstrahlen gegeben.

Die bisherige Entwicklung von Gittern zur Ver- 15 Damit die Werte für andere Einfallswinkel leichter

wendung als Mikrowellenpolarisieruagselemente hat berechnet werden können, ist die Kurve für senk-

diejenigen Gitter mit Elementen, die sich parallel rechten Einfall der gleichen durchgelassenen und

zur Polarisation des elektrischen Feldes ausdehnen, reflektierten Komponenten in F i g. 1 als Kurve 11

als induktive Gitter behandelt, während diejenigen dargestellt. Es sei weiter bemerkt, daß für einen

Gitter mit Elementen, die sich senkrecht zur Polari- 20 nicht senkrechten Einfall die Richtung der Längs-

sation des elektrischen Feldes ausdehnten, als kapa- ausdehnung der Gitterelemente senkrecht zur Ein-

zitives Gitter behandelt wurden. Es wurde gezeigt, fallsebene, d. h. zur Ebene mit dem Winkel Θ liegen

daß zur Erzielung der gleichen Arbeitsweise der soll.

beiden Gitterarten das Verhältnis des Mittenab- Nachfolgend sind repräsentative Werte für die

stands α zur Elementbreite b bei einem induktiven 35 Kurven 11 und 12 gegeben, die zur Berücksichtigung

Gitter gleich dem Verhältnis des Mittenabstands α einer Änderung des Einfallswinkels Θ verallgemeinert

zum Spalt a-d zwischen den Elementen bei einem sind:
kapazitiven Gitter sein soll. Für die jeweiligen Gitter-

arten können die Parameter d und a-d als Gitter- α cos Θ D cos Θ

parameter D bezeichnet werden. .30 λ. ■ .λ ' .

Für den Fall eines teilweise reflektierenden und q ^q^ q qoO53

. teilweise durchlassenden Gitters soll die nachfolgende θ'ΐ21 θ'θΟ12

. Vektorbeziehung definiert werden: 0145 θ'θ029

, 7 _ηΛ

¹ + ^{r = i}' Λ²) 35_: 0,2 . > 0,011

■·'·-► -* : . 0,272 0,027

. wobei r die Reflexion und t die Durchlässigkeit des . 0 4 0 08

Gitters ist. : ₀|_{6 0}'₁₉

Für ein erfindungsgemäß verwendetes Gitter ist 0 8 0 36

zu fordern, daß . · 40 Q'9 . 047

|rV= \7\ ■■■ ^: (3). '■'-■ lio : : ' θ',6Ο '.'"■.'■', \ ■

d.h., die Größe der Reflexion und der Durchlässig- In jedem Fall ist λ die Wellenlänge, im Träger-

keit muß gleich sein, damit ein Eingangsstrahl gleich- medium, wenn ein solches vorhanden ist, sonst ist λ

mäßig zwischen den reflektierten und durchgelassenen .45 die Wellenlänge im freien Raum oder in der Atmo-

Komponenten aufgespalten wird. Sphäre. , /

In F j g. 2 ist eine grafische Darstellung angegeben, Um die Herstellung von metallischen Gittern zur

. die zur Erläuterung dieser Beziehung nützlich ist. Verwendung im infraroten Teil des Spektrums zu

. Es ist ein Kreis 21 mit einem Einheitsradius gesenk- erleichtern, ist der nachfolgende Parameterbereich

gen, der den Eingangsstrahl darstellt. Um die Bezugs- 50 vorzuziehen, der innerhalb des breiten · oben in

amplitude und Phase zu schaffen, wird ein Einheits- Gleichung (1) spezifizierten Bereichs liegt. .. . . vektor von der Mitte des Kreises zu einem Punkt

auf dem rechten Teil des Kreises gerichtet. Dann _: 1 2 (1 + sin 6>) < — < 5 6 cos Θ (4)

: wird zwischen dem diametral gegenüberliegenden ' . a ',

Punkt und der Mitte ein Kreis 22 mit dem Durch- 55 ; _; , . . .

messer 1 geschlagen. Dieser Kreis 22 ermöglicht es, In dieser Beziehung liefert der Faktor 1,2 einen be-

die notwendige 90°-Beziehung zwischen der Re- vorzugten Spielraum in bezug auf den Grenzwert für

flexion und der Durchlässigkeit zu erhalten, indem seitliche Beugungskeulen, während der Faktor 5,4 dem

diese in einen halbkreisförmigen Teil des Kreises Faktor 9 in Gleichung (1) aus praktischen Betrach-

eingeschrieben werden, er ermöglicht ferner der ßo tungen vorzuziehen ist, die sich auf die Breite der

Forderung zu genügen, daß für ein vollkommen Elemente und der Spalte zwischen ihnen beziehen,

reflektierendes Gitter (f = 0) eine Eingangsquelle bei welche in der Nähe dieser Grenze klein sind, der Reflexion eine 180°-Phasenumkehr erleidet. Man . Die bevorzugte Ausführung der Erfindung ist in

sieht, daß für I T I = I 7 I der Vektor 7 bei —135° F i g. 3 dargestellt. Das metallische Gitter 34, das

oder —(180°—45°) in bezug auf den Einheitsvektor ,65 aus den langgestreckten Elementen 31 besteht, deren

eingeschrieben wird. Um 7 als Vektorsumme von 7 Enden zu sehen sind, ist ein Gitter allgemeiner Art,

und dem Einheitsvektor zu erhalten, wird ein Par- das Gitter ohne Träger genannt wird. Wie aus der

allelogramm vervollständigt. Vorderansicht der Fig. 4 ersichtlich ist, sind die

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einzelnen Elemente 31 an ihren Enden in den metal- durchgelassene Komponente der Welle der. Quelle 32 lischen Halterungen 38 und 39 angeordnet. Auf das erleidet am Gitter 34 im Vergleich zur einfallenden Gitter 34 fallen zwei Eingangsstrahlen der Quellen 32 Welle der Quelle 32 eine Phasennacheilung von 45°, und 33, die beide eine Polarisation des elektrischen wie es im Diagramm £ dargestellt ist. Daher sind die Feldes haten, die parallel zu den Gitterelementen 31 5 beiden letzterwähnten Komponenten um 180° außer liegt. Die Quellen 32 und 33 sind so angeordnet, daß Phase, wie es in den Diagrammen E und F dargestellt sie ihre Strahlen unter dem gleichen Winkel Θ auf die ist, wobei die kleinere Amplitude von der größeren entgegengesetzten Seiten des Gitters richten, wobei subtrahiert wird. Da die Komponentenamplituden jedie reflektierte Komponente des einen Strahls in einer weils proportional den entsprechenden Eingangs-Linie mit der durchgelassenen Komponente des io amplituden sind, ist die ergebende Amplitudenar deren Strahls liegt. differenz proportional der Amplitudendifferenz der

■ Für Eingangsstrahlungen von 119 μ haben die Eingangsamplitude.

Gitterekmente 31 vorzugsweise eine Breite d = 0,033 · Das obige Beispiel der Arbeitsweise wurde für eine 119 μ oder 3,93 μ und einen Mittenabstand von relative Phase von 90° der Eingangswellen gegeben, 0,365-119 μ cder 43,4 μ. Die Herstellung eines der- 15 um eine kollineare Vektorkombination am Ausgang artigen Gitters ohne die elektrischen Träger liegt zu erhalten. Trotzdem wird im allgemeinen Fall,· bei innerhalb der Möglichkeiten des Standes der der- dem die Eingangswellen eine andere Phasendifferenz zeitigen Technik. Zvm Beispiel werden zur Zeit der- als 90° haben, eine Vektorsumme und eine Vektorartige feine Gitter ohne Träger in der Fernsehröhren- differenz das Ergebnis der beiden Ausgangskombikameratechnik verwendet, sie sind im Handel er-'20 nationen sein. Wie oben erwähnt wurde, können zwei hältlich. "der drei Eingangsparameter, d.h. die jeweiligen Die Quellen 32 und 33 sird z. B. Wasserdampf-Laser ■ Amplituden oder die relative Phase, berechnet werden, der Art, wie sie vcn W. B.. B en e 11 jr. im Aufsatz wenn einer von ihnen und die Ausgangsamplituden »Inversion Mechanisms in Gas Lasers«, Applied Optic gemessen werden. Ferner wurde das obige Beispiel Supplement Ko. 2, Chemical Lasers (1965), S. 3ff. 25 der Arbeitsweise für ein induktives Gitter 34 gegeben, und S. 33, beschrieben sind. Sie arbeiten bei der Für ein kapazitives Gitter 34 (die Wellen sind so Wellenlänge 118, 65 μ jenseits des infraroten Gebiets. polarisiert, daß der elektrische Feldstärkenvektor Diese Laseranordnungen sind von L. E. S. M a t h i a s ' senkrecht zu den Elementen 31 ist, und der Spalt urd A. C r ο c k e r in Fhysics Letters, 13, S. 35 (1964) zwischen den Elementen beträgt nunmehr 0,033 ■ 119 μ, cder von A. C r ο cker u. a. in Nature, 201, S. 250 30 während die Elementbreite d gleich (0,365—0,033)· (1S64), beschrieben. 119 μ ist) erleiden die jeweiligen durchgelassenen oder Zur Vereinfachung der Erklärung der Arbeitsweise reflektierten Komponenten, die den oben beschrieder Ausführung der F i g. 3 ist angenommen, daß die benen entsprechen, Phasenvoreilungen, deren Größe Quellen 32 und 33 einen solchen Abstand vcm gleich den oben angegebenen Phasennacheilungen ist. Gitter 34 haben, daß die kohärente Welle des Strahls 35 Es kann ferner wünschenswert sein, die vorliegende der Quelle 33 der kohärenten Welle des Strahls der Erfindung für Eingangsstrahlen im Bereich von 8 bis Quelle 32 um 50° in der relativen Fhase sm Gitter 34 '1⁴^ ^zu verwenden, der ein sogenanntes atmonacheilt. Ferner ist angenommen, daß die Quellen 32 sphärisches Fenster im infraroten Teil des Spektrums und 33 in der Phase durch die Fhasenverkopplungs- ist. Insbesondere ist für λ = 10,6 μ Dß = 0,33 und aß schaltung 35 verkoppelt sind. Diese Beziehung ist durch 4° etwa gleich 0,92 für ein Gitter ohne Träger,
die Amplitudenphasenvektordiagramme A und B an- Ein derartiges Gitter ohne Träger ist schwieriger gedeutet, welche die relativen Phasen der einfallenden herzustellen als das oben beschriebene Gitter ohne '. Wellen am Gitter 34 angeben. Essei besonders bemerkt, "Träger. Daher ist es in einem derartigen Fall vor^v daß diese Amplitudenphasenvektoren nicht mit den zuziehen, statt dessen ein Gitter mit Träger zu be-Folarisationen der Welle verwechselt werden dürfen, 45 nutzen, wie es in den F i g. 5, 6 oder 7A, 7 B, 7 C dardie für beide Wellen die gleichen sind. Das heißt, die gestellt ist.
' elektrischen Feldstärkevektoren liegen parallel zu den - Bei dem in Fig. 5 dargestellten Gitter mit Träger

■ Gitterekmenten in Fig. 3. Die reflektierte Kcmpo- -sind die Gitterelemente 51 auf der breiten Fläche eines riente der Welle der Quelle 32 erleidetbeim Verlassen 'rechtwinkligen Prismas 55 aus Silicium angeordnet,

- des Gitters 34 im Vergleich zur einfallenden Welle eine 5° derart, daß die anderen Flächen des Blocks senkrecht Ptasenracheihing vcn l£0° —45°. Die 45^C-Kcmpo- ' zu den Richtungen einer der beabsichtigten Eingangsnente wurde oben an Hard der Fig. 2 erklärt. Diese Strahlungen und einer der beabsichtigten Ausgangs-Fhasennacteilung ist im Diagramm C dargestellt. Die ^; Strahlungen liegen. Die Gitterekmente 51 können durchgelassene Komponente der Welle der Quelle 33 auf dem Block 55 durch ein fotografisches Verfahren erleidet em Gitter 34 im Vergleich zur einfallenden 55 aufgebracht werden. Ein weiteres rechtwinkliges Welle der Quelle 33 eine Fhasennacheihing von 45°, ;'Pri£ma£4 aus Silicium wird dann mit seiner breiten wie im Diagramm D dargestellt ist. Daher sind die ' Fläche auf die Gitterekmente 51 mit solchem Druck

- beiden eben genannten Komponenten in Phase, und ■ aufgepreßt, daß eine glatte Grenzfläche von Silicium ihre Amplituden addieren sich arithmetisch. Da die zu Silizium entsteht. Andererseits kann eine Grenz-Amplituden der sich addierenden Komponenten je- 66 fläche von Luft zu Silizium vermieden werden, wenn

■ weils proportional den entsprecherden Eingangs- zwischen die Elemente 51 auf der Fläche des Blocks 55 amplituden sind, ist die Summe der Komponenten- zusätzlich kristallines Silizium aufgebracht wird, bevor amplituden proportional der Summe der Eingangs- der Block 54 gegen die Fläche gedrückt wird. Jedes amplituden. - dieser Verfahren kann auch bei den abgeänderten Aus-

Die reflektierte Komponente der Quelle 33 erleidet 65 führungen der F ig. 7 und 8 benutzt werden, die später am Gitter 34 im Vergleich zur Eingangswelle der beschrieben werden.

Quelle 33 eine zusätzliche Fhasennacheilung von "'- Ein Antireflexüberzug 56 wird auf die anderen Ober-^L 180° —45°, wie es im Diagramm F dargestellt ist. Die flächen des Siliziumblocks 54 entweder vorher oder

zuletzt bei der Herstellung aufgebracht, um unerwünschte Reflexionen an den Oberflächen, durch die die Strahlung hindurchgehen soll, zu verhindern. In gleicher Weise werden die offenen Oberflächen des Blocks 55, durch die die Strahlung hindurchgehen soll, mit Antireflexüberzügen versehen. Diese Überzüge können z. B. Siliziummonoxid sein, das auf der Oberfläche des Siliziums entsteht und das einen Brechungsindex von etwa 1,84 hat. Man sieht, daß dieser Aufbau einen schiefen Einfall an den dielektrischen Grenzflächen vermeidet, bei denen die Tendenz besteht, daß Reflexionen auftreten, ferner wird eine Grenzfläche zwischen verschiedenen Dielektrika in der Ebene des Drahtgitters überhaupt vermieden.

Für eine Strahlung von 10,6 μ und für ein induktives Gitter, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, ist der Parameter dß vorzugsweise gleich 0,12, und aß ist gleich 0,6. Diese Werte sind wegen des Brechungsindex des Siliziums von 3,4 größer als die oben für ein Gitter ohne Träger angegebenen Werte, so daß die Wellenlänge der Laserstrahlung innerhalb des Siliziums entsprechend geändert wird.

Man kann die dielektrischen Überzüge 56 und 57 weglassen, wenn man die Eintritts- und Austrittsflächen des Dielektrikums unter dem Brewsterschen Winkel in bezug auf die Eingangsstrahlung in einer solchen Ebene anordnet, daß der elektrische Feldstärkenvektor schief zur Oberfläche liegt. So nimmt in F i g. 6 für den Fall, daß der elektrische Feldstärkenvektor senkrecht zu den Gitterelementen 61 liegt, die sich ergebende tragende Anordnung einschließlich der Siliziumblöcke 64 und 65 die Form eines Parallelepipeds an, von dem wenigstens zwei Flächen Rhomben sind. Man sieht, daß die Strahlungen der Quellen 62 und 63 so auf die Blöcke 64 und 65 einfallen, daß sie die Gitterelemente 61 von entgegengesetzten Seiten schneiden. Der Brewstersche Winkel erscheint zwischen dem Strahlweg und der Senkrechten zu den Eintritts- und Austrittsflächen. Innerhalb der tragenden Anordnung liegt die Eingangsebene jedes Strahls wieder senkrecht zur Längsausdehnung der Gitterelemente. Da die elektrische Feldstärke ebenfalls senkrecht zu den Gitterelementen liegt, ist das aus den Elementen 61 bestehende Gitter ein kapazitives Gitter. Die Werte der Elementbreite und des Spaltes zwischen den Elementen sind nunmehr vertauscht, wobei der Mittenabstand ungeändert bleibt. Insbesondere ist der Spalt zwischen den Elementen 61 geteilt durch A gleich 0,12, und aß ist wieder 0,6.

Um das Prinzip der Eintritts- und Austrittsflächen mit Brewsterschem Winkel auf ein induktives Gitter mit Träger anzuwenden, muß ein Parallelepiped verwendet werden, das in zwei Abmessungen rhombisch ist, d. h., wenigstens vier Flächen sind Rhomben, wie es in den Fig. 7A, 7B und 7C dargestellt ist. In diesem Fall sind die Parameter der Gitterelemente 71 die gleichen wie für die Gitterelemente 51 der F i g. 5. Die Blöcke 74 und 75 bestehen z. B. aus Silizium. Man sieht, daß die Strahlungen der Quellen 72 und 73 elektrische Feldvektoren aufweisen, die parallel zu den Gitterelementen 71 liegen. Bei der Ausführung der Fig. 7A, 7B und 7C liegt innerhalb der tragenden Anordnung die Ebene des Einfalls der Strahlen auf das Gitter wieder senkrecht zum Gitter.

Eine Anordnung zur Verwendung eines Gitters mit senkrechtem Einfall als magisches T ist in F i g. 8 dargestellt.

Die Elemente 91 bestehen aus einem Gitter ohne Träger der oben an Hand der F i g. 3 und 4 beschriebenen Art. In senkrechter Richtung fallen Eingangsstrahlen ein, die durch die kohärenten Strahlungsquellen 92 und 93 geliefert werden und die durch die Zirkulatoren 94 und 95 gehen. Die Vektorsummen und Differenzstrahlen werden an den seitlichen Ausgängen der Zirkulatoren 94 und 95 geliefert.

Die Zirkulatoren 94 und 95 sind z. B. von der Art, wie sie im Aufsatz »An Optical Circulator« von

ίο William B. Ribbernsin Applied Optics, 4, 1037, August 1965, beschrieben sind, wobei gewisse Abänderungen in den Faraday-Rotatoren vorgenommen sind. Der vierte Ausgang hat in jedem Fall kein Interesse, da die Quellen 92 und 93 nur eine Polarisation der Eingangsstrahlung liefern.

Im Betrieb spaltet das aus den Elementen 91 bestehende Gitter jeden der Eingangsstrahlen auf, wobei die eine Hälfte durchgelassen und die andere Hälfte jedes Strahls reflektiert wird. Die Polarisationen der reflektierten und durchgelassenen Komponenten, die in derselben Richtung fortschreiten, werden in einem der Zirkulatoren um 45° gedreht, so daß sie durch einen Drahtgitterpolarisator in einen der angegebenen Ausgänge des Zirkulators reflektiert werden.

Bei dieser Ausführung beträgt der Einfallswinkel Θ° (null Grad), wobei die Kurve 11 der F i g. 1 unmittelbar zur Auswahl eines geeigneten Gitters benutzt werden kann.

Die Gitterelemente können auf einer dielektrischen Unterlage der Art gebildet werden, wie sie in den F i g. 5, 6, 7 A, 7 B und 7 C beschrieben ist, und zwar durch herkömmliche Sichtgravierätzung oder durch lichtempfindliche Gasphasen-Ätzung.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kombination von Energie, bestehend aus einem metallischen Gitter aus parallelen langgestreckten Elementen, die teilweise durchlässig und teilweise reflektierend für elektromagnetische Energie der Wellenlänge λ sind, mit einer ersten und einer zweiten Quelle für kohärente Strahlen dieser Energie mit gleicher Polarisation, die nicht schief zu den Elementen orientiert ist, wobei die Strahlen in einer Ebene senkrecht zur Längsausdehnung der Elemente unter solchen Winkeln© zu der Senkrechten auf dem Gitter gerichtet sind, daß sich gleiche Fortpflanzungsrichtungen für die durchgelassene Komponente eines der Strahlen und die reflektierte Komponente des anderen Strahls ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (z. B. 31) einen Mittenabstand α haben, der der Beziehung

1 + sin Θ < — < 9 cos Θ a

genügt, ferner einen Gitterparameter D, der der Forderung genügt, daß das Verhältnis von a zn D das Gitter in die Lage versetzt, jeden Strahl in gleich große durchgelassene und reflektierte Komponenten aufzuspalten, wobei D die Elementenbreite d ist, wenn die Polarisation parallel zur Längsausdehnung der Elemente liegt und wobei D gleich a-d ist, wenn die Polarisation senkrecht zur Längsausdehnung der Elemente liegt.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis jeder Wellenlänge λ zum Mittenabstand a der Elemente im Bereich

1, 2 (1 + sin Θ) < — < 5, 4 cos Θ a

liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gitter den Strahlen eine Dicke darbietet, die viel kleiner als die Breite d ist und daß die langgestreckten Elemente auf einer durchlässigen Unterlage angebracht sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Unterlage auf beiden Seiten des Gitters angebracht ist und Eintritts- und Austrittsflächen für Strahlen ergibt, die senkrecht zu den Fortpfianzungsrichtungen der Strahlen liegen, wobei Antireflexüberzüge auf den Eintritts- und Austrittsflächen aufgebracht sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Unterlage auf beiden Seiten des Gitters in Form eines Parallelepipeds angebracht ist, um Eintritts- und Austrittsflächen mit dem Brewsterschen Winkel zu den Fortpflanzungsrichtungen der Strahlen zu schaffen.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Unterlage auf beiden Seiten des Gitters als rhombisches Parallel-

epiped angebracht ist und Eintritts- und Austrittsflächen mit dem Brewsterschen Winkel zu den Strahlen ergibt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

stetige Funktion in Beziehung steht, die im wesentlichen durch die folgenden Punkte dargestellt wird:

α cos Θ

D cos (9

λ λ 0,105 0,00053 0,121 0,0012 0,145 0,0029 0,197 0,0098 0,2 0,011 0,272 0,027 0,4 0,08 0,6 0,19 0,8 0,36 0,9 0,47 1,0 0,60

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel Θ null Grad betragen, wobei die Einrichtung einen ersten und einen zweiten Zirkulator enthält, die zwischen der ersten bzw. der zweiten Quelle und dem metallischen Gitter angeordnet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen