DE1547380B2 - Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines polarisierten Strahles - Google Patents
Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines polarisierten StrahlesInfo
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Description
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einer Flüssigkeit untergebracht sind, dessen Bre- heit verlassenden polarisierten Strahles, wie durch die
chungsindex im wesentlichen dem höheren Bre- eingezeichneten Kreise angedeutet, senkrecht zur
chungsindex der doppelbrechenden Elemente gleich Papierebene. Dieser Strahl wird im folgenden als
ist, während der Brechungsindex der zweiten reflek- außerordentlicher Strahl bezeichnet. Wegen der hohen
tierenden Elemente im wesentlichen gleich oder klei- 5 verwendeten Spannungen muß die verwendete Flüsner
als der niedrigere Brechungsindex der doppel- sigkeit bzw. das Öl einen hohen elektrischen Widerbrechenden Elemente ist. stand und eine hohe elektrische Durchbruchsspan-
Der Erfindung wird im folgenden an Hand der Fi- nung aufweisen,
guren näher erläutert. Es zeigt Hinter der phasensteuernden Einheit 31 ist als
Fig. 1 die schematische Darstellung einer aus meh- io zweites Element der Ablenkstufe ein reflektierendes
reren Ablenkstufen bestehenden Anordnung zur Element 41 angeordnet. Dieses Element besteht aus
Strahlablenkung gemäß der Erfindung, der doppelbrechenden Platte 43, die an der dem
F i g. 2 eine Anordnung zur optischen Weglängen- Strahl zugewandten Seite eine optisch ebene Fläche
kompensation. aufweist. Die optische Achse der reflektierenden dop-
In der in F i g. 1 dargestellten Anordnung besteht 15 pelbrechenden Platte 43 liegt parallel zu ihrer reflekder
Generator 11 zur Erzeugung von linear polari- tierenden Fläche und senkrecht zur Zeichnungsebene,
siertem Licht aus einer vorzugsweise als optischer Die Platte 43 ist relativ dünn, sie hat eine Dicke von
Sender oder Verstärker ausgebildeten Lichtquelle 13. einigen Millimetern, die jedoch ausreicht, der Platte
Um das Licht dieser Lichtquelle linear zu polari- die erforderliche mechanische Festigkeit zu geben,
sieren, ist der Polarisator 15 im Strahlenweg angeord- 20 und besteht vorzugsweise aus einem Kalkspatkristall,
net. Die Polarisationsebene des den Polarisator 15 Es können aber auch Elemente aus salpetersaurem
verlassenden Strahles 17 Hegt, wie durch die kurzen Natron verwendet werden. Die Kalkspatplatte ist
vertikalen Linien angedeutet, parallel zur Zeichnungs- unter einem Winkel von 20° zur optischen Achse geebene.
Dieser Strahl wird im folgenden als ordent- neigt angeordnet, so daß ein Einfallwinkel von 70°
licher Strahl bezeichnet. Ein beispielsweise aus Kunst- 25 ensteht, der größer als der kritische Winkel der Totalstoff
bestehender rechteckiger Behälter 21 enthält di- reflexion für außerordentlichen polarisierten Strahl
elektrisches Öl oder eine andere geeignete Flüssigkeit ist. Die Flüssigkeit 23 hat einen Brechungsindex, der
23 mit einem Brechungsindex, dessen optimale Größe im wesentlichen dem höheren Brechungsindex der
im folgenden noch zu erläutern sein wird. An der Hn- Kalkspatplatte 43 angepaßt ist. Diese Flüssigkeit kann
ken Seite des Behälters ist ein optisch ebenes, bei- 3° beispielsweise aus chloriertem Diphenyl bestehen,
spielsweise aus Kristall bestehendes Eintrittsfenster 25 Ein parallel zur Zeichnungsebene polarisierter vorgesehen, das bei senkrechtem Lichteinfall die Strahl trifft auf die Platte 43 in bezug auf den ordent-Richtung des Strahles nicht verändert. Der Behälter liehen Brechungsindex unter einem Winkel auf, der 21 ist mit einem Deckel 27 staub- und feuchtigkeits- kleiner als der kritische Winkel ist. Auf diese Weise dicht verschlossen. An der rechten Seite des Behälters 35 wird der parallel zur Zeichnungsebene polarisierte 21 ist ein dem Fenster 25 ähnliches Fenster 29 zum Strahl vollständig durch die Platte hindurchtreten. Austritt der Strahlen angeordnet. Es ist selbstver- Es treten keine Reflexionsverluste und keine Breständlich auch möglich, die Anordnung um 90° zu chung bei der Übertragung des Strahles auf, da der drehen, so daß die Strahlen nicht parallel zur Zeich- Brechungsindex der Flüssigkeit dem Brechungsindex nungsebene, sondern senkrecht zu ihr abgelenkt 4° der Kalkspatplatte angepaßt ist. Über der Platte 43 ist werden. eine Ausrichtplatte 45 angeordnet, die eine parallel
spielsweise aus Kristall bestehendes Eintrittsfenster 25 Ein parallel zur Zeichnungsebene polarisierter vorgesehen, das bei senkrechtem Lichteinfall die Strahl trifft auf die Platte 43 in bezug auf den ordent-Richtung des Strahles nicht verändert. Der Behälter liehen Brechungsindex unter einem Winkel auf, der 21 ist mit einem Deckel 27 staub- und feuchtigkeits- kleiner als der kritische Winkel ist. Auf diese Weise dicht verschlossen. An der rechten Seite des Behälters 35 wird der parallel zur Zeichnungsebene polarisierte 21 ist ein dem Fenster 25 ähnliches Fenster 29 zum Strahl vollständig durch die Platte hindurchtreten. Austritt der Strahlen angeordnet. Es ist selbstver- Es treten keine Reflexionsverluste und keine Breständlich auch möglich, die Anordnung um 90° zu chung bei der Übertragung des Strahles auf, da der drehen, so daß die Strahlen nicht parallel zur Zeich- Brechungsindex der Flüssigkeit dem Brechungsindex nungsebene, sondern senkrecht zu ihr abgelenkt 4° der Kalkspatplatte angepaßt ist. Über der Platte 43 ist werden. eine Ausrichtplatte 45 angeordnet, die eine parallel
Jede Ablenkstufe ist in eine Flüssigkeit 23 getaucht zur reflektierenden Fläche der doppelbrechenden
und besteht aus zwei Einheiten. Die erste im Licht- Platte 43 liegende optisch ebene Fläche aufweist,
weg liegende Einheit ist ein elektrooptisches Element Diese Platten können in bekannter Weise leicht ju-31
zur Phasensteuerung. Das Phasen steuernde EIe- 45 stierbar befestigt werden. Die aus Kristall bestehende
ment 31 besteht aus einem elektrooptischen Kristall Ausrichtplatte 45 besteht aus einem Material, dessen
33, der beispielsweise aus Kalium, Dihydrogenphos- Brechungsindex gleich oder kleiner als der niedrigere
phat oder aus Amonium Dihydrogenphosphat und Brechungsindex des Materials der doppelbrechenden
aus Kupferchlorid besteht. An gegenüberliegenden Platte 43 ist, so daß eine totale äußere Reflexion in
Seiten des Kristalls 33 sind durchsichtige Elektroden 50 bezug auf den Kristall erfolgt und der Weg des Strah-35
und 36 angeordnet. Die durchsichtige Elektrode 35 les wieder parallel zur Richtung des ursprünglichen
ist über einen in geeigneter Weise isolierten Leiter Strahls ausgerichtet wird. Die Kristallplatte 45 kann
über einen außerhalb des Behälters angeordneten aus einem beliebigen isotropen Material, beispiels-Schalter
37 mit einer Hochspannungsquelle + V weise aus Glas oder aus Natrium Florid bestehen,
diverse verbunden. Die Elektrode 36 ist mit einer 55 Natrium Florid hat einen Brechungsindex (1,33) der
außerhalb des Behälters liegenden Erde verbunden. kleiner als der außerordentliche Brechungsindex des
Ist der Schalter, wie in Fig. 1 dargestellt, offen, so Kalkspats (1,48) ist. Da der ordentliche Brechungshat
die phasensteuernde Einheit keine Wirkung auf index des Kalkspats gleich 1,65 ist, wird der Breden
polarisierten Strahl 17. Ist der Schalter 37 ge- chungsindex der Flüssigkeit annähernd gleich 1,65
schlossen, so daß eine Spannung an den beiden Elek- 60 gewählt. Das hat zur Folge, daß die abgelenkten und
troden liegt und ein den elektrooptischen Kristall die übertragenen Strahlen sich in Materialien fortdurchsetzendes
elektrisches Feld entsteht, so wird die pflanzen, die im wesentlichen gleiche Brechungs-Lage
der Polarisationsebene des linear polarisier- indizes haben. Darüber hinaus erfolgt die Ablenkung
ten Strahls um 90° gedreht. Bei Verwendung von der Strahlen durch Totalreflexion im Inneren der
Kalium Dihydrogenphosphat ist eine Spannung von 65 Flüssigkeit.
etwa 7700 Volt erforderlich, um die gewünschte Dre- Die folgenden beiden Ablenkstufen sind abgesehen
hung der Polarisationsebene zu bewirken. Bei Er- von ihrer Größe gleich der beschriebenen Ablenkstufe
regung der Einheit 31 liegt die Ebene des diese Ein- und werden daher nicht noch einmal im einzelnen
beschrieben. Die Phasensteuereinheiten 51 und 53 sind mit den offenen Schaltern 55 und 57 in der oben
angegebenen Weise verbunden. Die Einheiten 61 und 63 bestehen aus dünnen Kalkspatplatten 65 und
66 und Ausrichtplatten 67 und 68 mit niedrigen Brechungsindizes. Außerhalb des Fensters 29 ist eine Kolonne
von acht binären Zahlen angegeben, deren einzelne Stellen den geöffneten (0) oder den geschlossenen
(1) Zustand der Schalter 37, 55 und 57 angeben. An der mit drei Nullen (000) bezeichneten Stelle tritt
der Strahl aus, wenn alle drei Schalter geöffnet sind, während bei der mit (100) bezeichneten Stelle der
Strahl austritt, wenn der Schalter 37 geschlossen und die Schalter 55 und 57 geöffnet sind. Das heißt, daß
bei drei geöffneten Schaltern der Lichtstrahl nicht abgelenkt wird und in der mit (000) bezeichneten Stelle
des Fensters 29 austritt. Eine durch die binären Zahlen 100 bezeichnete Kombination von Schalterstellungen
ergibt eine einmalige Drehung der Polarisationsebene in der Einheit 31 und eine Reflexion in den
Einheiten 41, 61 und 63, so daß der Strahl das Fenster an der mit 100 bezeichneten Stelle verläßt. Die
zwischen diesen beiden Extremwerten liegenden Strahllagen können durch entsprechende Betätigung
der Schalter erreicht werden. Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß die Abstände und die Länge der
Platten von links nach rechts jeweils um den Faktor 2 größer werden, so daß in diesen drei Stufen eine Ablenkung
des Strahls in acht verschiedene Positionen möglich ist. Wie aus der Zeichnung weiter hervorgeht,
sind die folgenden Stufen genügend groß, um alle in den vorherigen Stufen abgelenkten Strahlen
aufzunehmen, so daß bei η Ablenkstufen 2" Ausgangslagen
möglich sind. Aus F i g. 2 geht hervor, daß die optische Weglängendifferenz für eine Ablenkstufe
gleich der Länge (L) des reflektierten Strahles mal n0 abzüglich der Länge des unabgelenkten
Strahles (1) mal n0 ist, wobei n0 der Brechungsindex
beider Materialien ist. Soll diese Differenz kompensiert werden, so wird ein Element 70 mit einem oberen
Teil 71 und einem unteren Teil 73 an der Ausgangsseite der Ablenkstufe angeordnet. Der Teil 71
wird von den reflektierten und ausgerichteten Strahlen und der Teil 73 von den unabgelenkten Strahlen
durchsetzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgedankens hat die Platte 70 eine
einheitliche Dicke, und die optische Weglängendifferenzen werden durch die Verwendung geeigneter
Brechungsindizes der isotropen Teile 71 und 73 kompensiert.
Aus F i g. 2 kann die Dicke (T) der Platte 70 durch die folgende trigonometrische Beziehung bestimmt
werden:
T =
H3 — n2 j \ sin X
(1- cos X),
wobei n0 der ordentliche Brechungsindex der doppelbrechenden
Platte und der Flüssigkeit ist, n2 der Brechungsindex des oberen Teils, ns der Brechungsindex
des unteren Teils 73, X der dargestellte Winkel (40° bei der Benutzung von Flußspat) und D die Verschiebung
des reflektierten Strahles in bezug auf den unabgelenkt übertragenen Strahl ist.
Die Dicke T der Kompensationsplatte kann daher als eine Funktion von D berechnet werden.
Es seien beispielsweise die folgenden Werte in die oben angegebene Gleichung eingesetzt:
X = 40°,
n0 = 1,65 für Kalkspat und öl,
n„ = 1,33 für Natrium Florid,
n'o = 1,85 für dichtes Flintglas.
Der Wert von T = (1,06) D, was aus der schematischen
Darstellung nicht ohne weiteres hervorgeht. Es sei darauf hingewiesen, daß andere Materialien
andere einheitliche Dicken ergeben und daß die Teile 71 und 73 auch verschiedene Dicken aufweisen können.
Die Kompensationsplatte 70 bewirkt einheitliche optische Weglängen für jeden Strahl in jeder Stufe.
Die oben beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß keine doppelbrechenden Prismen erforderlich
sind und keine Brechung auftritt. Durch die Ver-Wendung dünner doppelbrechender Plättchen werden
die Kosten der Anordnung wesentlich herabgesetzt. Darüber hinaus verlaufen die in beiden dargestellten
Lagen linear polarisierten Strahlen durchweg durch Materialien mit gleichen oder annähernd gleichen
Brechungsindizes. Es treten keine Brechungen der reflektierten oder der ohne Reflexion übertragenen
Strahlen auf, da der Brechungsindex der Flüssigkeit gleich oder annähernd gleich dem Brechungsindex
der doppelbrechenden Platte ist. Darüber hinaus ist es von besonderer Wichtigkeit, daß jede Ablenkstufe
nur zwei reflektierende Flächen aufweist und daß diese beiden polierten Flächen durch die Flüssigkeit
geschützt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines freien doppelbrechenden Prismen erforderlich ist, was
polarisierten Strahls mit zwei voneinander ver- zu hohen Kosten der Anlage führt. Weiterhin treten
schiedenen möglichen Lagen der Polarisations- 5 bei diesen Anordnungen Lichtverluste auf, da der in
ebene um diskrete Beträge, dadurch ge- einem Prisma abgelenkte Strahl durch ein zweites
kennzeichnet, daß jeweils hinter einer an Prisma hindurchtreten muß, um wieder in die ursich
bekannten elektrooptischen Einheit zur sprüngliche Richtung ausgerichtet zu werden,
steuerbaren Drehung der Polarisationsebene ein Es sind weiterhin auch schon Anordnungen zur doppelbrechendes Element mit einer in einer Lage io Ablenkung eines linear polarisierten Strahles vorgeder Polarisationsebene des Strahls diesen reflek- schlagen worden, bei denen die Polarisationsebene tierenden und in einer anderen Lage der Polarisa- eines linear polarisierten Strahls durch elekirotionsebene diesen durchlassenden spiegelnden optische Elemente steuerbar um 90° drehbar ist. Hin-Fläche und ein den reflektierten Strahl in seine ter diesen elektrooptischen Anordnungen sind jeweils ursprüngliche Richtung ausrichtendes spiegelndes 15 doppelbrechende Kristalle angeordnet, die der Strahl Element angeordnet ist. je nach der Lage seiner Polarisationsebene entweder
steuerbaren Drehung der Polarisationsebene ein Es sind weiterhin auch schon Anordnungen zur doppelbrechendes Element mit einer in einer Lage io Ablenkung eines linear polarisierten Strahles vorgeder Polarisationsebene des Strahls diesen reflek- schlagen worden, bei denen die Polarisationsebene tierenden und in einer anderen Lage der Polarisa- eines linear polarisierten Strahls durch elekirotionsebene diesen durchlassenden spiegelnden optische Elemente steuerbar um 90° drehbar ist. Hin-Fläche und ein den reflektierten Strahl in seine ter diesen elektrooptischen Anordnungen sind jeweils ursprüngliche Richtung ausrichtendes spiegelndes 15 doppelbrechende Kristalle angeordnet, die der Strahl Element angeordnet ist. je nach der Lage seiner Polarisationsebene entweder
2. Anordnung nach Anspruch 1·, dadurch ge- als ordentlicher oder als außerordentlicher Strahl
kennzeichnet, daß mehrere jeweils aus einer durchsetzt. Zur Erreichung größerer Seitenversetzunsteuerbaren
elektrooptischen Einheit zur Drehung gen sind Kristalle von erheblichen Ausmaßen erforder
Polarisationsebene und aus zwei spiegelnden 20 derlich, die außer beträchtlichen Lichtverlusten auch
Elementen bestehende Ablenkstufen zur Ablen- den Nachteil haben, daß sie die Anordnung verteuern
kung um verschiedene Beträge und/oder in ver- und schwer machen.
schiedenen Richtungen hintereinander im Licht- Es ist weiterhin auch schon bekanntgeworden,
weg angeordnet sind. einen Lichtsstrahl mit Hilfe mechanisch bewegter
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, 25 Spiegel oder Prismen steuerbar abzulenken. Diese
dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl in aufein- Anordnungen sind aber langsam und sind bei länanderfolgenden
Stufen jeweils um Beträge abge- gerem Gebrauch einem nicht unerheblichen Verlenkt
werden, die zueinander im Verhältnis schleiß unterworfen.
1:2:4...« stehen. Eine andere Möglichkeit, einen steuerbar parallel
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, 30 zu sich selbst verschieblichen Strahl zu erzeugen, ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente der durch die Verwendung von Kathodenstrahloszillo-Anordnung
in einem Behälter mit einer Flüssig- graphen gegeben. Diese Art der Erzeugung eines
keit untergebracht sind, deren Brechungsindex parallel zu sich selbst verschieblichen Strahles ist jeim
wesentlichen dem höheren Brechungsindex der doch umständlich und hat weiterhin den schwerwiedoppelbrechenden
Elemente gleich ist, während 35 genden Nachteil, daß die erreichbaren Lichtintensider
Brechungsindex der ausrichtenden Elemente täten relativ klein sind, auf keinen Fall aber mit den
im wesentlichen dem niedereren Brechungsindex durch optische Sender oder Verstärker erreichbaren
der doppelbrechenden Elemente gleich ist, derart, Lichtintensitäten vergleichbar sind.
daß die Ablenkung der Strahlen durch Totalre- Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der
flexion im Inneren der Flüssigkeit erfolgt. 40 Erfindung eine Anordnung zur steuerbaren Ablen-
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, kung eines polarisierten Strahles mit zwei voneindadurch
gekennzeichnet, daß hinter einzelnen ander verschiedenen möglichen Lagen der Polarisaoder
Gruppen von Ablenkstufen jeweils ein die tionsebene um diskrete Beträge angegeben, die daoptischen
Weglängendifferenzen kompensierendes durch gekennzeichnet ist, daß jeweils hinter einem an
Element angeordnet ist. 45 sich bekannten elektrooptischen Element zur steuer-
6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, baren Drehung der Polarisationsebene ein doppeldadurch
gekennzeichnet, daß die steuerbaren brechendes Element mit einer in einer Lage der Poelektrooptischen
Elemente im erregten Zustand larisationsebene des Strahles diesen reflektierenden
eine Drehung der Polarisationsebene des sie und in einer anderen Lage der Polarisationsebene
durchsetzenden linear polarisierten Strahles um 50 diesen durchlassenden spiegelnden Fläche und ein
90° bewirken. den reflektierten Strahl parallel zu seiner ursprüng-
liehen Richtung ausrichtendes spiegelndes Element
angeordnet ist.
Eine andere besonders vorteilhafte Ausbildungs-
Eine andere besonders vorteilhafte Ausbildungs-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuer- 55 form des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennbaren
Ablenkung eines polarisierten Strahles mit zwei zeichnet, daß mehrere jeweils aus einer steuerbaren
voneinander verschiedenen möglichen Lagen der elektrooptischen Einheit zur Drehung der Polarisa-Polarisationsebene
um diskrete Beträge. tionsebene und zwei spiegelnden Elementen beste-
Es sind Anordnungen zur Ablenkung von Licht- hende Ablenkstufen zur Ablenkung um verschiedene
strahlen vorgeschlagen worden, bei denen ein linear 60 Beträge und/oder in verschiedene Richtungen hinterpolarisierter
Strahl durch ein doppelbrechendes Pris- einander im Lichtweg angeordnet sind. Es hat sich
ma geleitet wird, das den Strahl in einer Lage seiner dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß der
Polarisationsrichtung im wesentlichen unabgelenkt Strahl in aufeinanderfolgenden Stufen jeweils um Bedurchläßt,
während der Strahl bei einer anderen Lage träge abgelenkt wird, die zueinander im Verhältnis
seiner Polarisationsebene eine interne Totalreflexion 65 1 : 2 : 4... /1 stehen.
erfährt. Der Strahl wird durch weitere Prismen wieder Eine weitere besonders vorteilhafte Ausbildungsparallel
zu seiner ursprünglichen Richtung ausgerich- form des Erfindungsgedankens ist dadurch gekenntet.
Ein Nachteil dieser in der USA.-Patentschrift zeichnet, daß die Elemente in einem Behälter mit
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US51636765A | 1965-12-27 | 1965-12-27 | |
US51636765 | 1965-12-27 | ||
DEJ0032585 | 1966-12-22 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1547380A1 DE1547380A1 (de) | 1970-01-22 |
DE1547380B2 true DE1547380B2 (de) | 1972-11-16 |
DE1547380C DE1547380C (de) | 1973-06-07 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3481661A (en) | 1969-12-02 |
FR1505818A (fr) | 1967-12-15 |
GB1124139A (en) | 1968-08-21 |
DE1547380A1 (de) | 1970-01-22 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |