DE172568T1 - Verfahren und vorrichtung zur echtzeitmessung des polarisationszustandes eines quasimonochromatischen lichtbuendels. - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur echtzeitmessung des polarisationszustandes eines quasimonochromatischen lichtbuendels.Info
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Claims (17)
1. Verfahren zur Realzeitmessung des Polarisationszustands eines
quasi-monochromatischen Lichtbündels, bei dem man eine erste
und eine zweite quasi-monochromatische Lichtstrahlung (2a, 2b;
102a, 102b; 202a, 202b) mit geringfügig unterschiedlichen Frequenzen
erzeugt, die man auf zwei getrennten Wegen (die im folgenden als "Referenzzweig" und "Meßzweig" bezeichnet werden)
leitet, und man am Ende dieser Wege zwischen diesen Strahlungen
Schwebungen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß man die
erste Strahlung, die auf den Referenzzweig gegeben wird, in
eine fest orientierte linear polarisierte Strahlung umwandelt, die
in zwei gleiche Komponenten mit horizontaler bzw. vertikaler Polarisation aufspaltbar ist, welche man ihrerseits trennt und
mit horizontal und vertikal polarisierten Komponenten der zweiten Strahlung rekombiniert, welche man entlang dem Meßzweig geschickt
hat und die den zu bestimmenden Polarisationszustand
aufweist, der von einem transparenten Testkörper (4» 204) aufgeprägt
worden ist, wobei man durch das Trennen und Rekombinieren ein erstes und ein zweites Bündel (20a, 21a; 34, 35)
erhält, die Strahlungen unter beiden Frequenzen enthalten, die jeweils in der selben Ebene polarisiert sind; daß man aus den
beiden Bündeln (20a, 21a; 34, 35) ein erstes und ein zweites
elektrisches Signal erhält, die die Schwebungen zwischen den
beiden jedes der Bündel zusammensetzenden Strahlungen wiedergeben und eine relative Phase gleich der Phase zwischen der
horizontalen und der vertikalen Komponente der Strahlung mit dem zu bestimmenden Polarisationszustand und eine Stromstärke
proportional der Amplitude dieser Komponenten aufweisen, und man diesen elektrischen Signalen eine Information über die Phase
und das Amplitudenverhältnis entnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
das erste und das zweite Bündel (20a, 21a) dadurch erhält, daß
man die beiden Polarisationskomponenten der vom Referenzzweig und vom Meßzweig kommenden Strahlungen trennt, die horizontale
Polarisationskomponente der einen Strahlung mit der vertikalen Komponente der anderen Strahlung zu entlang verschiedenen Wegen
geleiteten Bündeln kombiniert und die Strahlungen jedes dieser Bündel zu einer gemeinsamen Ebene polarisiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
das erste und das zweite Bündel (34, 35) dadurch erhält, daß man die vom Referenzzweig und vom Meßzweig kommenden
Strahlungen zu einem einzigen Bündel (32) kombiniert, die horizontal
polarisierten Komponenten der beiden Strahlungen von den vertikal polarisierten Komponenten trennt und die horizontal
polarisierten Komponenten zum ersten Bündel (34) und die vertikal
polarisierten Komponenten zum zweiten Bündel (35) kombiniert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Eichphase durchführt, in der die in die beiden Wege gegebenen Strahlungen in Strahlungen gleicher Amplitude
und Phase umgewandelt werden, welche man ihrerseits mit der selben festen Orientierung so linear polarisiert, daß eine
Spaltung in gleiche Komponenten mit horizontaler und vertikaler Polarisation möglich ist.
5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Strahlung mit der linearen Polarisation fester Orientierung, die der durch den Meßzweig tretenden Strahlung aufgesetzt wird,
zum getesteten Körper geleitet wird.
" --3 - --- : 0 172 563
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden quasi-monochromatischen Strahlungen
(2a, 2b) durch eine gemeinsame Quelle erzeugt werden und orthogonale lineare Polarisationen aufweisen.
7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden quasi-monochromatischen Strahlungen
(102a, 102b; 202a, 202b) durch Verwendung einer akusto-optischen Vorrichtung erhalten werden, die auf eine einzige quasimonochromatische Strahlung (102; 202) arbeitet.
8. Vorrichtung zur Messung des Polarisationszustands eines Lichtbündels,
mit Einrichtungen (1, 3; 101, 103; 201, 203) zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten quasi-monochromatischen Lichtstrahlung
(2a, 2b; 102a, 102b; 202a, 202b) mit geringfügig unterschiedlichen Frequenzen und zum Senden dieser Strahlungen
entlang zwei verschiedenen Zweigen der Vorrichtung (die im folgenden als "Referenzzweig" und Meßzweig" bezeichnet werden),
und mit Einrichtungen (8, 9) zum Feststellen der Schwebungen zwischen diesen Strahlungen am Ende dieser Zweige, dadurch
gekennzeichnet, daß der Referenzzweig abgeben Einrichtungen (13, 24) zum Umwandeln der durch einen der Zweige verlaufenden
Strahlung in eine linear polarisierte Strahlung mit fester Orientierung so, daß diese Strahlung in zwei gleiche Komponenten mit
horizontaler bzw. vertikaler Polarisation aufgespalten werden kann, umfaßt und an Einrichtungen (7, 14, 15; 30, 31) endet,
die die Polarisation trennen und rekombinieren und die auch die vom Meßzweig ausgehende Strahlung (2a, 102a, 202a) empfangen,
die den zu bestimmenden Polarisationszustand aufweist, der durch einen transparenten unter Test stehenden Körper (4, 204)
aufgesetzt wird, und in eine Komponente horizontaler Polarisation und eine Komponente vertikaler Polarisation gespalten werden
kann; daß die Einrichtungen zum Trennen und Rekombinieren (7»
14, 15; 30, 3D ein erstes und ein zweites Bündel (20a, 21a; 34, 35) abgeben, das Strahlungen beider Frequenzen umfaßt, die für
jedes Bündel linear in einer selben Ebene polarisiert sind; und
daß das erste und das zweite Bündel (20a, 21a, 34, 35) zu einem ersten und einem zweiten Photodetektor (8, 9) geleitet
■·■·.- 4 -
sind, die die Einrichtungen zum Feststellen der Schwebungen darstellen und ein erstes und ein zweites elektrisches Signal
erzeugen, deren relative Phase gleich der relativen Phase zwischen der horizontalen und der vertikalen Komponente der
Strahlung mit dem vom getesteten Körper (4; 204) aufgesetzten
Polarisationszustands gleich und eine Stromstärke proportional der Amplitude dieser Komponenten aufweist, und mit einer Vorrichtung
(18) zum Messen dieser Phase und des Verhältnisses zwischen den Amplituden und/oder für die Sichtbarmachung des
Polarisationszustands verbunden sind.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzzweig wenigstens einen Spiegel (12) umfaßt, der auf
einem die Drehung um zwei Achsen und eine translatorische Bewegung zu seiner Annäherung an die oder Entfernung von der
ersten Trenneinrichtung (7) ermöglichenden Träger montiert ist, und daß der Spiegel (12) und die Detektoren (8, 9) in Brennweitenabstand
von einem ersten optischen System (10; 33) angeordnet ist, das eine unabhängige Steuerung der Position und des
Einfallswinkels auf die Detektoren der beiden Komponenten der Strahlung (2b, 102b, 202b), die durch den Referenzzweig getreten
ist, ermöglicht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die trennenden und rekombinierenden Einrichtungen einen
Strahlspalter (30), der an einer ersten Seite die Strahlung (2a, 102a, 202a) vom Meßzweig und an einer zweiten Seite die
Strahlung (2b, 102b, 202b) vom Referenzzweig empfängt und die
beiden Strahlungen zu einem einzigen Bündel (32) kombiniert, und einen ersten Polarisator (3D, der die horizontal polarisierten
und die vertikal polarisierten Komponenten der beiden Strahlungen trennt und das erste und das zweite Bündel (34, 35)
erzeugt, indem er die horizontal polarisierten Komponenten der beiden Strahlungen kombiniert und die vertikal polarisierten
Komponenten der beiden Strahlungen kombiniert, umfassen.
- ?- ; 0172588
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die trennenden und rekombinierenden Einrichtungen einen
einzigen polarisierenden Strahlspalter (7) umfassen, der die horizontal polarisierte Komponente einer der beiden Strahlungen
und die vertikal polarisierte Komponente der anderen der Strahlungen kombiniert und die aus der Kombination resultierenden
Bündel (20, 21) an einen zweiten Polarisator (14) bzw. einen
dritten Polarisator (15) gibt, die die Komponenten der beiden resultierenden Bündel in zwei parallelen Ebenen linear polarisieren.
12. Vorrichtung nach dem auf Anspruch 9 rückbezogenen Anspruch
11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische System (10) im Referenzzweig zwischen dem Spiegel (12) und den trennenden
und rekombinierenden Einrichtungen (7; 14. 15) eingesetzt ist und die Detektoren (8, 9) in Brennweitenabstand von einem
zweiten optischen System (6) angeordnet sind, das analog zum ersten optischen System ist und in den Meßzweig eingeschaltet ist.
13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßzweig zumindest oder nur während einer
Eichphase der Vorrichtung einen vierten Polarisator (5) umfaßt, der während dieser Phase die durch den Meßzweig laufende
Strahlung (2a, 102a, 202a) in eine Strahlung mit einer linearen
Polarisation umwandelt, die identisch der Polarisation der Strahlung (2b, 102b, 202b) ist, die durch den Referenzzweig getreten
ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die die Strahlungen mit den beiden Frequenzen erzeugende und trennende Einrichtung (1, 3) eine Quelle (1)
eines Lichtbündels (2), das zwei linear in aufeinander senkrechten Ebenen polarisierte Strahlungen umfaßt, und einen Polarisationsspalter (3) enthält.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Strahlungen erzeugende und trennende
Einrichtung (101, 103; 201, 203) eine Quelle (101, 201) eines
quasi-rnonochromatischen Lichtbündels (102, 202) und einen
akusto-optischen Frequenzverschieber (103, 203), der aus dem
Bündel (102, 202) die Strahlungen bei den beiden Frequenzen
(102a, 102b; 202a, 202b) erhält und sie entlang den beiden
Zweigen sendet, umfaßt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der getestete Körper (4) in den Meßzweig eingefügt
.ist. ■■ ' ' ■ . . " · ■" . . .· '■ ; . ' ' ■
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im
Fall, daß der getestete Körper in der Richtung der ihm durchsetzenden
Lichtstrahlung Dimensionen aufweist, die der Kohärenzlänge der Quelle vergleichbar sind, der Referenzzweig einen
Standard-Körper mit kontrollierten Charakteristiken so enthält, daß die Differenz unter den optischen Wegen der durch die
beiden Zweige hindurchtretenden optischen Wege in Bezug auf die Kohärenzlänge vernachlässigbar ist.
.18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine feste lineare Polarisation für die durch den Referenzzweig laufende Strahlung (2b, 102b) ergebende Einrichtung
(13) aus einem Soleil-Babinet-Kompensator besteht.
19· Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im
Fall, daß der getestete Körper (204) in der Richtung der hindurchtretenden
Strahlung Abmessungen aufweist, die der Kohärenzlänge der Quelle (201) vergleichbar sind, der so gestaltete
Körper (204) zwischen die Quelle (201) und den akusto-optischen
Frequenzverschieber (203) eingesetzt ist und die Einrichtungen (24) t die der auf diesem Weg verlaufenden Strahlung (202b) eine
feste lineare Polarisation geben, einen fünften Polarisator (24) und eine Viertelwellenplatte (25) umfassen.
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