DE1639269A1

DE1639269A1 - Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines mehrere Wellenlaengen enthaltenden Lichtstrahls

Info

Publication number: DE1639269A1
Application number: DE1968I0035501
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl-Phys Dr Rer Na Max; Kosanke Kurt Max; Dipl-Phys Dr Rer Nat Wolfgang
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1967-01-16
Filing date: 1968-01-13
Publication date: 1972-03-16
Also published as: CH458539A; DE1639269C3; US3503670A; GB1138985A; DE1639269B2; FR1551351A

Description

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IBM Deutschland Internationale Büro-Matdtinen GegelUehaft mbH

Amtl. Aktenzeichen:

Böblingen, 12. Januar 197O pr-ba

Aktenzeichen der Anmelderin: FO 966 014

Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines mehrere Wellenlangen enthaltenden !lichtstrahls

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene auf eine Vielzahl räumlich getrennter Strahlenwege.

Optische Verfahren und Anordnungen finden in letzter Zeit immer mehr Eingang in die Technik der Datenübertragung und Datenverarbeitung. Die Darstellung von Informationen durch Licht kann analog der Darstellung durch elektrische Ströme oder Spannungen entweder durch eine Folge zeitlich gestaffelter Impulse oder durch die Verteilung eines Lichtstrahls auf eine Vielzahl von möglichen Lichtwegen erfolgen. Die Darstellung von Zeichen oder binären Informationen durch eine Leuchttafel gehört zu der letztgenannten Ds£8tellxuigsart. Die Ablenkung eines Lichtstrahls auf jeweils einen «ο* einer Anzahl von vorgegebenen Strahlenwegen wird beispielsweise in der DAS I 250 172 bessc^rieben. Die in dieser Auslegeschrift

rts* <**»ä ι

beschriebene Anordnung besteht; aus einer Vielzahl von Ablenkstufen, in denen der Strahl steuerbar jeweils um einen Wert der Reihe 2ⁿ verschoben werden kenn. Jede einzelne Stufe besteht aus einem elektrooptischen Element zur steuerbaren Drehung der Polarisationsebene eines linear polarisierten Strahls, um möglichst genau 90 und einem diesem nachgeschalteten doppelbrechenden Element, das der Strahl in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene entweder als ordentlicher oder als außerordentlicher Strahl durchsetzt. Durch Erregung der einzelnen, die Polarisationsebene drehenden Elemente in beliebigen Kombinationen kann der Lichtstrahl auf eine von der Anzahl der Stufen abhängige Zahl von vorgegebenen Punkten gerichtet werden. Diese beispielsweise zur Darstellung von Informationen mittels Lagecodierung, analog der Codierung der mittels einer Leuchttafel binär dargestellten Informationen, geeignete Anordnung wird vielfach zum Einschreiben und Auslesen von optischen Speichern verwendet. Es kann aber erwünscht sein, die Speicherdichte derartiger Speicher dadurch zu erhöhen, daß anstelle der mittels der beschriebenen Strahlablenker möglichen Lagecodierung auch eine Frequenzcodierung verwendet wird. Frequenzcodierungen, d. h. Darstellung von Informationen durch die Kombination bestimmter Frequenzen sowie deren Verteilung auf bestimmte Bereiche sind zwar möglich, konnten aber mit einem erträglichen technischen Auf" wand bisher nicht durchgeführt werden*

Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß der Erfindu-ng eine Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisa» tionsebene auf eine Vielzahl räumlich getrennter Strahlenwege vorgeschlagen, die gekennzeichnet 1st durch zur steuerbaren Verteilt?;:*? der vorhandenen Wellenlängen auf die einzelnen Strahlenwege in beliebiger Kombination dienende steuerbare und nicht steuerbare Ji: tel zur wellenlängenabhängigen und zur wellenlänge!^?; abhSiigigea Drehung der Polarisationsebene und durch Mittel zur von der Lag® der Polarisationsebene abhängigen Strahlablenkung* Weitere Kenr-·· zeichen der Erfindung werden in den ünteransprüchen beschrieben«

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ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig.l die schematische Darstellung einer Stufe einer Anordnung zur digitalen Ablenkung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden Lichtstrahls.

Fig.2 die schematische Darstellung einer Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Fig.2A die Darstellung der Polarisationsrichtungen eines mehrere Wellenlängen enthaltenden Lichtstrahls nach dessen Durchtritt durch eine die Polarisationsebene in Abhängigkeit von der Wellenlänge drehenden Anordnung.

Fig.3 eine mehrstufige Anordnung zur digitalen Ablenkung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden Lichtstrahls.

Fig.4 die schematische Darstellung einer Anordnung zur digitalen Ablenkung eines Lichtstrahls mit mehreren Wollaston-Prismen.

Fig.5 die schematische Darstellung einer durch ein elektrisches Feld steuerbaren,einen flüssigen Kristall enthaltenen Anordnung zur Steuerung der Polarisation.

Fig.6 die schematische Darstellung einer mehrere Flüssig-Kristall-Zellen enthaltenden Anordnung zur Steuerung der Polarisationsebene eines mehrere Wellenlängen enthaltenden Lichtstrahls.

Fig.7 die schematische Darstellung einer zweistufigen Ablenkanordnung mit Flüssig-Kristall-Zellen.

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In Fig. 1 wird eine Anordnung zur Ablenkung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden, linear polarisierten Lichtstrahls angegeben, der zwei Ausgänge hat. Die Lichtquelle 10 erzeugt einen parallel zur Zeichnungsebene liegenden Lichtstrahl, der vier Wellenlängen A-.,J\'3 ^un<^ ^l enthält. Wie in allen folgenden Figuren verläuft der Lichtstrahl von links nach rechts; in der Zeichnungsebene liegende Polarisationsrichtungen werden mit Pfeilen, senkrecht zur Zeichnungsebene liegende Polarisationsrichtungen werden mit kleinen Kreisen bezeichnet, Ferner ist ein Dispersion aufweisender Rotator 12 vorgesehen, der aus einem optisch aktiven Material, beispielsweise aus Quarz besteht. Die Anordnung 14 dient zur Drehung der Polarisationsebene eines mehrere Wellenlängen umfassenden Lichtstrahls, während die Anordnung 16 ein von der Lage der Polarisationsrichtung abhängiger Strahlenteiler ist.

Die Dispersion des die Polarisationsebene drehenden Rotators 12 wird dazu verwendet, die Wellenlängen A/ ,A^, A^ urici A* in zwei Paare X₁, A^ und A' ^ aufzuteilen, deren Polarisationsrichtungen jeweils senkrecht zueinander liegen, wie aus den zur symbolischen Darstellung der Polarisationsrichtungen dienenden kleinen Kreisen und Pfeilen in Fig. 1 hervorgeht. Mit Hilfe des elektrooptischen Schalters 14 können die eingezeichneten Zuordnungen der Wellenlängen zu den Polarisationsrichtungen paarweise ausgetauscht werden. Die Kristalle der elektrooptischen Anordnung 14 sind mit Elektroden versehen, die über einen Schalter 18 mit einer Hochspannungsquelle 20 verbunden werden können. Ist der Schalter, wie in Fig. 1 dargestellt, offen, so hat die Anordnung 14 keine Wirkung auf den Lichtstrahl, und die Komponenten des Strahls mit den Wellenlängen Α- und Λ*, bleiben parallel zur Zeichnungsebene polarisiert, während die Strahlkomponenten mit den Wellenlängen A^ und A*. senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert bleiben. Wird jedoch der Schalter 18 geschlossen, so werden die den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Polarisationsrichtungen paarweise ausgetauscht, wie aus den in Klammern angegebenen Wellenlängen in Fig. 1 zu ersehen ist.

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Nach Verlassen der Anordnung 14 gelangt der Strahl in den Bereich der Anordnung 16, die aus der aus doppelbrechendem Material bestehenden Platte 22 und der spiegelnden Fläche 24 besteht. Die optische Achse der reflektierenden doppelbrechenden Platte 22 liegt parallel zu ihrer reflektierenden Fläche und senkrecht zur Zeichnungsebene. Diese Platte kann beispielsweise aus einem Kalkspatkristall bestehen. Diese Platte schließt mit der Strahlenrichtung einen Winkel von 20° ein, so daß dieser unter einem Einfallwinkel von 70 auffällt, der größer als der kritische Winkel der Totalreflektion (im vorliegenden Fall beispielsweise 63,6°) für einen senkrecht zur Zeichnungsebene polarisierten Lichtstrahl ist. Die Strahlenkomponenten mit den Wellenlängen X. und X₃, die bei offenem Schalter 18 parallel zur Zeichnungsebene bleiben, fallen auf die Kalkspatplatte 22 unter einem kleineren als dem kritischen Winkel auf, so daß sie vollständig durch diese Platte hindurchtreten. Oberhalb der Platte 22 ist eine Ausrichtplatte 24 angeordnet, die ebenso wie die Platte 22 eine optisch plangeschliffene Oberfläche hat, die parallel zur unteren Platte ist«, Die Platte 24 besteht aus einem Material, dessen Brechungsindex kleiner oder gleich dem kleineren der Brechungsindizes der Platte 22 ist, so daß eine äußere Totalreflektion eintritt und der Lichtstrahl parallel zum von der Platte 22 durchgelassenen Lichtstrahl abgelenkt wird. Die Platte 24 kann aus einem isotropischen Material, beispielsweise aus Glas oder Kaliumfluorid bestehen.

Liegt also keine Spannung an den Elektroden der Anordnung 14 an, so werden die WellenlängenX, und X- durch die Platte 22 hindurchtreten, während die Wellealängen X₃ und X. an der Fläche der aus einem doppelbrechenden Kristall bestehenden Platte 22 und an der Fläche der Platte 24 In eine Richtung reflektiert werden, die parallel zu der Richtlang des die Wellenlängen X, und \₂ enth&itenSen Strahles ist* Wird der Schalter 18 geschlossen, so werden die Wellenlängen X 2 und X^, wie duech den in Klammern gen Ausdruck in Fif. 1 ersichtlich? den dpppelbreshiaden Kri-22 durchsetzen,wSiirsnä. die Wellenlängen X, und λ- ₂r wie

ebenfalls aus dem in Klammern gesetzten Ausdruck ersichtlich, an den Platten 22 und 24 abgelenkt werden.

In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist der Rotator der in Fig. 1 dargestellten Anordnung durch eine dispersive Phasenplatte und der von der Lage der Polarisationsebene abhängige Strahlenteiler 16 durch Wollastonprismen 28 und 3O ersetzt worden. Die übrigen Elemente sind die gleichen. Die Dispersions-Phasenplatte 26 hat die gleiche Wirkung wie der Rotator 14, d. h. die Strahlanteile mit den Wellenlängen λ und \j werden parallel zur. Zeichnungsebene und die Strahlanteile mit den Wellenlängen A^ undA_. werden senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert. Aus der Fig. 2A ist die Lage der Polarisationsrichtungen nach Verlassen des Dispersions-Rotators oder der Dispersions-Phasenplatte ersichtlich. Ist in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Schalter 18 geöffnet, so werden die Wellenlängen A- und λ"₂ aufwärts und die Wellenlängen X₃ und A~ mit Hilfe des Wollaston-Prismas nach unten abgelenkt. Ist der in der gleichen Figur dargestellte Schalter 18 geschlossen, so daß an den Kristallen der Anordnung 14 eine hohe Spannung liegt, so werden die Wellenlängen λ-, und \ nach oben und die Wellenlängen At und ^₂ ^nacn unten abgelenkt. Die in den Klammern dargestellten Wellenlängen stellen den Zustand bei geschlossenem Schalter 18 dar. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Wollaston-Prismen ablenkrichtungskorapensiert, d. h. _t aaß die das erste WoI-laston-Prisma divergent verlassenden geteilter* Strahlen durch das zweite Wollaston-Prisma wieder parallel gerieiriet werden. Die die Wollaston-Prismen enthaltende Ablenkstufe hat einige weitere Dispersions-Eigenschaften in den Ausgängen für verschiedene Wellenlängen. Diese Fehler sind aber in Fig. 2 zur Veranschaulichting stark übertrieben.

Es sind selbstverständlich auch andere Kombinationen von di gierenden Rotatoren, dispergierenden Phasenplatten _t «elektrooptischen Schaltern und räumlich ablenkenden Prismen, wie polarisat.t^a onsabhängige Strahlenteiler, Wollaston-Prismen, doppeIsrec!ier₄o© Ein= kristalle mit besonderer Orientierung und ander^strahlenteilende

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Prismen möglich. In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung sind zwei Ablenkstufen vorgesehen, um die Anzahl der Ausgänge gegenüber einer eine einzige Stufe enthaltenden Anordnung zu verdoppeln. Ein Dispersions-Rotator 32 trennt die vier Wellenlängen Λ-., Χ_ο,λ, und λ... des einfallenden Strahles in zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponentenpaare mit den WellenlängenA₁, λ.₂ und λ-, A. Ein elektrooptischer Schalter 34 steuert in der gleichen Weise wie der oben beschriebene Schalter 14 die Lagen der Polarisationsebenen. Die kompensierten Wollaston-Äblenkprismen 36 und 38 trennen die Strahlenlcomponenten mit den WellenlängenA-. ,^-₂ und Λ·₃, λ». in der gleichen Weise wie in der Fig. 2 dargestellt beschrieben. Die zweite Stufe ist wie die erste Stufe aufgebaut, jedoch mit der Ausnahme, daß der Dispersions-Rotator 40 zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten-Paare mit den Wellenlängen Λ·., λ, _ und λ. *^Vd erzeugt. Ei_n elektrooptischer Schalter steuert die Polarisationsrichtungen und das Wollaston-Prisma 44 trennt die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisenden Komponenten in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Polarisationsrich,tung. Ein zweites nicht dargestelltes Wollaston-Prisma kann zur Parallelrichtung der das Prisma 44 verlassenden Strahlen vorgesehen werden. In der Fig. 3 ist zwar nur ein vier Wellenlängen enthaltender Strahl dargestellt, es ist jedoch möglich, daß eine größere Anzahl von Wellenlängen verarbeitet werden kann. In diesem Fall hat die Anzahl und Form der optischen Elemente der erhöhten Anzahl von Wellenlängen angepaßt zu werden.

In der in Fig, 4 dargestellten Anordnung erzeugt die Lichtquelle einen Lichtstrahl mit einer einzigen Welle, der parallel zur Zeichnungsebene polarisiert ist. In jeder Stufe ist ein Satz Wollaston-Prismen A, B bzw. C vorgesehen, die ablenkrichtungskompensiert sind. Der erste Satz von Wollaston-Prismen A besteht aus den Prismen 52 und 54_f die hinter dem elektrooptischen Schalter 48 angeordnet sind. Ist der die Spannung am elektrooptischen Schalter 48 steuernde Schalter 5O geöffnet, so wird der Lichtstrahl aufwärts in Richtung der dick ausgezogenen Linie abgelenkt. Wird der Schalter 5O geschlossen, so daß die Spannung am elektrooptischen ·

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Schalter 48 anliegt, so wird die Polarisationsebene des Strahls um 90° gedreht. In den Woilasfcon-Prismen wird der Strahl, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, nach unten abgelenkt. Die zweite und die dritte Stufe der Anordnung gemäß Fig. 4 sind der ersten Stufe bis auf die Dicken der Prismen und der Abstände zwischen ihnen gleich. Die zweite Stufe besteht ais einem Paar Wollaston-Prismen 58 und 6O und einem elektrooptischen Schalter 56, der durch den Schalter 62 gesteuert wird. Die dritte Stufe der Anordnung besteht aus den Wollaston-Prismen 66 und 68 und aus einem elektrooptischen Schalter 68, der durch den Schalter 7O gesteuert wird.

Durch öffnen und Schließen der Schalter 5O, 62 und 70 in beliebigen Kombinationen wird der Austrittspunkt des Lichtstrahles verändert. In der in Fig. 4 wiedergegebenen Anordnung wird der durch die ausgezogene Linie dargestellte Strahlenverlauf bei geöffnetem Schalter 50 und geschlossenen Schaltern 62 und 70 erreicht. Bei offenem Schalter 50 durchsetzt: der von der Lichtquelle 46 ausgehende Strahl den elektrooptischen Schalter 48, ohne daß seine Polarisationsrichtung gedreht wird und wird im Wollaston-Prisma 52 nach.oben abgelenkt. Da der Schalter 62 geschlossen ist, wird die Lage der Polarisationsebene des den elektrooptischen Schalter 56 durchsetzenden Strahls um 9O° gedreht. Da der Strahl nun senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird er durch das Hollaston-Prisma 58 nach unten abgelenkt. Ist der Schalter 70 geschlossen, so wird die Polarisationsebene des ihn durchsetzenden Strahles wieder um 90° gedreht, so daß sie jetzt erneut parallel zur Zeichnungsebene liegt. Das hat zur Folge, daß der nunmehr das Wollaston-Prisma 66 durchsetzende Strahl nach oben abgelenkt wird. Nach dem Durchgang durch das Hollaston-Prisma 68 verläuft der Strahl wieder parallel zu ssiner ursprünglichen Sichtung. Während mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ein Lichtstrahl nur in einer Richtung abgelenkt werden kann, ist es auch möglich, durch Hintereinanderschaltung zweier, jeweils Ablenkungen in senkrecht zueinander liegenden Richtungen ermöglichender Anordnungen, eine zweidimen-

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sionale Ablenkung durchzuführen. Mittels der in Fig. 5 dargestellten Anordnung kann die Polarisationsrichtung einer einzigen Frequenz so verändert werden, daß sie senkrecht zu den Polarisationsrichtungen der verbleibenden Wellenlängen liegt. Die Anordnung besteht aus einer durchlässigen Zelle 72, die mit einem.einen flüssigen Kristall bildenden Material 74 gefüllt ist. Ein erstes Paar von Elektroden 76 und 78 ist an den Zellenwänden befestigt und mit Hilfe des Schalters 80 mit der Hochspannungsquelle 82 verbindbar. Ein zweites Paar von Elektroden 84 und 86 ist ebenfalls an den Zellenwänden befestigt und über einen Schalter 90 mit der Hochspannungsquelle 88 verbindbar. Wird eine Spannung an die Elektroden 76 und 78 des ersten Elektrodenpaares durch Schließen des ä Schalters 80 angelegt, so richten sich die Moleküle des einen flüssigen Kristall bildenden Materials, wie durch den eingezeichneten Pfeil dargestellt, in Richtung des elektrischen Feldes aus, das senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtes liegt. Länglich geformte Riesenmoleküle weisen oft doppelbrechende Eigenscha-ften auf, wenn sie eine als flüssige Kristalle bezeichnete mikroskopische Struktur aufweisen«. Die optischen Äehsen derartiger flüssiger Kristalle stimmen mit den verlängerten Achsen der Moleküle überein. Viele dieser Moleküle haben recht große Dipolmomente, so daß sie sich in einem äußeren Feld ausrichtenο Von dieser Tatsache wird in der in Fig. 5 dargestellten Anordnung Gebrauch gemacht.

Das diesen flüssigen Kristall durchsetzend© Licht wird in zwei ' Komponenten, den ordentlichen und dea außeroräeatliehen Strahl aufgespalten, der in fctezug auf den ordentlichen Strahl um 90° gedreht ist. Beide'Strahlen haben die gleiche Richtung_ff jedoch verschiedene Geschwindigkeiten, so daß eine Phasenverschiebung eintritt. Biese Phasenverschiebung bewirkt nach der Rekombination der Strahlen in» allgemeinem einegjelliptisafe polarisiertem Zustand.

Ist die relative Phasendifferenz 0 ~ (Zn * I) Ii _t so ist der austastende Strahl senkrecht suss einfallenden Strahl polarisiert. Ist 0 ot 2n ' Iff so liegt die Polarisationsebene des austretenden Strahls paral-Ü "-Σ 3^'-~ F-sC-^isatiosieefcene dee @infs!2L©sicl<§äi Strahls (η»Ο,ΐ,2).

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- ίο ■ -

Bedingt durch die Dispersion der Brechungsindizes ist die gesamte Phasendifferenz in einer Zelle vorgegebener Länge von den Wellenlängen abhängig. So kann beispielsweise eine Strahlung mit der Wellenlänge ^₁ eine Verschiebung von 0X₁ = 23 Tl* und die Wellenlänge^^ ^ei-^ne Verschiebung von 0 = 24 If erfahren. Das Ergebnis ist, daß die diese Wellenlängen aufweisenden Strahlenkomponenten beim Verlassen der Zelle senkrecht zueinander linear polarisiert sind. Wird die Zelle von einem Strahl mit mehreren Wellenlängen A- .... /V durchsetzt, so kann stets eine Zellenlänge gefunden werden, in der eine Strahlenkomponente mit der Wellenlänge A* senkrecht zu allen anderen Wellenlängen polarisiert ist, die die Flüssig-Kristall-Zelle verlassen.

Wird in der Anordnung nach Fig. 5 die Spannung an das aus den Elektroden 84 und 86 bestehende Elektrodenpaar und nicht an die Elektroden 76 und 78 gelegt, so richten sich die Moleküle des flüssigen Kristalls parallel zur Fortpflanzungsrichtung des Strahles aus, so daß keine Doppelbrechung eintritt. Auf diese Weise durchsetzt das Licht die Zelle, ohne daß sein Polarisationszustand geändert wird. Durch die Kintereisaanderrei-hung mehrerer solcher Zellen wird eine binäre Auswahlregel für die Richtung der Polarisationsebenen der die Anordnung durchsetzenden Strahles gebildet. In der in Fig. 6 dargestellten A^orämuig erzeugt «Sie Lichfequelle 92 einen Strahl mit vier Wellenlängen X., X„, A-^

* quelle 92 einen Strahl mit vier Wellenlängen , „

Die Flüssig-Kristall-Zellen 94, 96 und 98 sind hintereinander angeordnet und haben verschiedene Längen. In eüepnelbraelienclesi gestand bewirkt die Zelle 94, daß die SfcrahieEkoffisonenfes isifc clsr Wellenlänge X, senkrecht su den aneiere Wellenlänge Strahlenkomponenten polarisiert wird CX, .L ^nf^^f^] Zelle 96 bewirkt , daß die Poiarisationsrislitting dsr öi@ längeA-2 aufweisenden Strahlung senkrecht zu ümn s^cferss

X X ΧΛ

längen polarisiert wird (X J. A.^, X»?_S?LA _f wafersriä 5£e Seile 'ZL·. bewirkt, daß die die WellenlängeA-, aufweisend« StraLIang seMkrecht zu den anderen Wellenlängen polarisiert wird. (A--, j_ ^H #■ X₂ 1 ^-4) Zur Beschreibung der Gesamtwirkung der beliebige Kci^ainationen von Schaltzuständen aufweisenden Zellen sei im folgenden

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vereinbart, daß eine sich in ihrem doppelbrechenden Zustand befindliche Zelle» das ist eine Zelle, die in der Figur mit einem senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des Strahls stehenden Pfeil bezeichnet ist, mit "1" und eine sich in nicht doppelbrechendem Zustand befindliche Zelle mit "0" bezeichnet wird. Die Wirkungen der möglichen Kombinationen ergeben sich aus der folgenden Tabelle:

(siehe Seite 12)

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Tabelle

Strahlung mit den Wellenlängen λ. ·, / X₂ / X₃ und A.. tritt in die erste Zel le mit der gleichen Lage der Polarisationsebene ein.

Zelle 1 Zelle 2 Zelle 3 Ergebnis

(X₁X λ.₂ X₃X₄) (Λ₂Χ X₁ X₃ X₄) (λ₃1λ₁ X₂

ο ο ι ο

«*> O O 1

110 0 1 1

^₃	X 2	X 4	639269
\	*1.X₃*	4
•^^^* Λ*	2	X 3 4



IX₁ X 3

Wie aus der Tabelle ersichtlich, können mit einer aus drei Flüssig-Kristall-Zellen bestehenden Anordnung acht verschiedene Kombinationen durchgeführt werden. Dies trifft für vier Wellenlängen zu, deren Polarisationsebenen jeweils in zwei zueinander senkrecht liegende Richtungen gedreht werden können. Es sind jedoch sechzehn verschiedene Kombinationen möglich, wenn, wie in Fig. 6 dargestellt, ein zusätzlicher elektrooptischer Schalter 100 hinzugefügt wird, der jede Polarisationsebene achromatisch um 90° drehen kann. Im Falle von sechs WellenlängenX₁ X_ß werden.

fünf Zellen der in Fig. 5 dargestellten Art benötigt. Die Anzahl

Λ 5

der Kombinationen der Wellenlängen A^ = 2 = 32. Durch die Verwendung eines zusätzlichen achromatischen elektrooptischen Schalters wird die Anzahl dieser Kombinationen auf 64 erhöht. Im allgemeinen sind für η-Wellenlängen n-1-Zellen erforderlich, um die maximale Anzahl von 2 -Kombinationen einstellen zu können. Für den Fall, daß die absoluten Polarisationsrichtungen festgestellt werden können, erhöht sich die Anzahl der möglichen Kombinationen durch Verwendung eines zusätzlichen achromatischen elektrooptischen Schalters zur Drehung der Polarisationsebenen um jeweils 90° auf 2ⁿ-Kombinationen.

Die beschriebene Anordnung hat eine ähnliche Funktion wie ein Lichtablenker. Die am Ausgang eines derartigen Lichtablenkers darstellbare Information ist aber räumlich verschlüsselt, während die an den Ausgängen der beschriebenen Anordnungen auftretenden Informationen wellenlängen-polarisationsrichtungs-verschlüsselt sind.

Ein weiterer Vorteil gegenüber den Lichtablenkern besteht weiterhin darin, daß die zur Steuerung einer Flüssig-Kristall-Zelle erforderlichen Spannungen niedriger sind. Andererseits ist die Schaltgeschwindigkeit der Flüsslg-Kristall-Zellen nicht so schnell, da die Moleküle sich im elektrischen Feld ausrichten müssen.

Es ist aber auch möglich, eine der in den Fign. 5 und 6 darge stellten Flüssig-Kristall-Zellen-Anordnungen anstelle eines dispers iven Rotators 12 und eines elektrooptischen Schalters

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14 nach Fig. 1 oder einer dispersiven Phasenplatte 26 und eines elektrooptischen Schalters 14 nach Fig. 2 zu verwenden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Sie besteht aus durch elektrische Felder gesteuerte Flüssig-Kristall-Zellen und Strahlenteiler zur Teilung der Strahlen in Abhängigkeit der Lage ihrer Polarisationsebene. Diese Anordnung hat eine größere Anzahl von Ausgangskombinationen als die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen. In Fig. 7 ist eine zweistufige Ablenkvorrichtung dargestellt. Die Steueranordnungen in beiden Stufen sind gleich, die Strahlenteiler bewirken aber eine verschieden große Seitenverschiebung. Im vorliegenden Beispiel werden vier verschiedene Frequenzen verwendet, und die beiden Stufen ergeben vier verschiedene Ausgangspositionen. Die zur Polarisationssteuerung verwendeten Zellen 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 sind die gleichen wie die im Zusammenhang mit der Anordnung nach Fig. 5 beschriebene Zelle. Die Kombination der vier Zellen ist gleich der in Fig. 6 beschriebenen, nur ist der in Fig. 6 mit 100 bezeichnete elektrooptische Schalter durch eine vierte Zelle ersetzt, die für Strahlung aller Wellenlängen eine Phasenverschiebung 0 = η η verursacht, wenn sie sich im Schaltzustand "1" befindet. Ist die Zelle 102 im Schaltzustand "1", so wird die Polarisationsrichtung einer Strahlung mit der Wellenlänge X₁ senkrecht in bezug auf die Polarisationsrichtung aller anderen Wellenlängen gedreht. Die Zelle 104 bewirkt, daß die Polarisationsrichtung einer Strahlung mit der Wellenlänge A-senkrecht zu den Polarisationsrichtungen aller anderen Wellenlängen gemacht wird, die Zelle 106 bewirkt, daß die Polarisationsrichtung einer Strahlung mit der Wellenlänge A^ senkrecht zu den Polarisationsrichtungen aller anderen Wellenlängen wird, während die Zelle 108 bewirkt, daß die Polarisationsrichtung von allen Wellenlängen um 90° gedreht wird.

Es ist selbstverständlich auch möglich, anstelle der in Fig. 7 dargestellten Strahlenteiler 118 und 120 beliebige andere Strahlenteiler zu verwenden.

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Claims

PATENT AN S P R tf C H E

1. Anordnung zur steuerbaren Ablenkung eines mehrere Wellenlängen enthaltenden Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Lage seiner Polarisationsebene auf eine Vielzahl räumlich getrennter Strahlenwege, gekennzeichnet durch zur steuerbaren Ablenkung der vorhandenen Wellenlängen auf die einzelnen Strahlenwege in beliebiger Kombination dienende steuerbare und nicht steuerbare Mittel zur Wellenlängenabhängigen und Wellenlängen-unabhängigen Drehung der Polarisationsebene und durch Mittel -zur von der Lage der Polarisationsebene abhängigen Strahlenablenkung. "

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (10), zur Erzeugung eines linear polarisierten, mehrere Wellenlängen enthaltenden Strahls, Anordnungen zur Steuerung der Polarisationsrichtung zur Drehung der Polarisationsebene mindestens einer der besagten Wellenlängen in eine senkrecht zu den Polarisationsebenen der übrigen Wellenlängen liegende Ebene und durch Strahlenteiler zur Aufteilung der besagten Wellenlänge in mindestens zwei Strahlen mit zueinander senkrecht liegenden Polarisationsebenen .

3. Anordnung nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Polarisationseteuerung aus einem Dispersionsrotator (12) und einem elektrooptischen Schalter besteht.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Polarisationssteuerung aus einer Dispersionaphasenplatte (26) und einem elektrooptischen Schalter (14) besteht.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Polarisations-.

_βΙ. _t , 209812/0231

,ÜB nterlagen (Art. 7 § 1 Abs.2 Nr. 1 Satz 3 des Änderungsges. v.4.9.«67}6 39 269.1

steuerung mindestens eine durch elektrische Felder steuerbare Flüssig-Kristall-Zelle (72) enthält.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Polarisationssteuerung aus mehreren, hintereinander angeordneten, durch elektrische Felder steuerbare Flüssig-Kristall-Zellen besteht, von denen jede zur Steuerung der Polarisationsrichtung einer einzigen Wellenlänge dient.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den der steuerbaren Drehung der Polarisationsrichtung einer jeweils eine Wellenlänge enthaltenden Strahlung dienenden Flüssig-Kristall-Zellen eine elektrooptische Schaltung zur Drehung der Polarisationsrichtungen aller Wellenlängen der durch die Flüssigkeitszellen gelangten Strahlung vorgesehen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Anzahl der durch elektrische Felder steuerbaren Flüssig-Kristall-Zellen um eins kleiner als die Anzahl der im Strahl enthaltenden Wellenlängen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssig-Kristall-Zelle zur steuerbaren Drehung der Polarisationsrichtungen aller Wellenlängen des durch die besagten Flüssig-Kristall-Zellen gelangten Strahles vorgesehen ist.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler (16) aus einer aus einem doppelbrechenden Kristall bestehenden Platte (22) besteht, die hinter dem Element (14) zur steuerbaren Drehung der Polarisationsebene angeordnet ist und Strahlen mit unveränderter Lage der Polarisationsebene durchläßt, während die

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Strahlen mit senkrecht dazu liegender Polarisationsebene in Richtung auf eine zweite, zur ersten Platte parallel liegende Platte (24) ablenkt, die den Strahl parallel zu den nicht reflektierten Strahlkomponenten ablenkt.

-11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler aus einem ersten, eine divergente Ablenkung der Strahlen bewirkenden Wollaston-Prisma (28) und einem zweiten, dahinter angeordneten WoI-laston-Prisma (30) besteht, das die divergent verlaufenden Teilstrahlen in zwei parallel verlaufende, räumlich * getrennte Teilstrahlen umwandelt.

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