DE1797378A1 - Vorrichtung zur Umwandlung zirkular polarisierter Strahlung in linear polarisierte Strahlung mit einer sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehenden Polarisationsebene - Google Patents

Description

PHN.2787 C

Va/Sp. Dr. Herbert Sefioli

IS. V. rniiips ^loeiiainpei-iiu^iiiüen
Ak»· Na. PHN- 2787
20. Sept= 1968

Vorrichtung aur. Umwandlung zirkulär polarisierter strahlung in linear polarisierte 3tranlung mit siner .τ ion mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehenden Polarisationsebene.

Die Srfindum: bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung zirkulär oder nahezu zirkulär polnriaierter otrnhlunit in linear oder xi'vhezu lin^'j.r polarisierte btruhluusf nit einer sicm mit einer konstanten öler nahezu konstanten -Vinkel -v schwindirkei t liehenden Polarisationsebene ,

In einer bekannten Vorrichtung dieser Art wirl die Umv/aa

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mi.t Hilfe einer rotierende I/4 -Platte erhalten. Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Drehgeschwindigkeit der Platte und aoaiit die Frequenz, mit der sich die Polarisationsebene dreht, für viele Zwecke zu niedrig ist.

In einer anderen bekannten Vorrichtung durchläuft die strahlung eine Kerr-lelle, deren elektrisches Feld sich mit der Zeit dreht. Diese lorrichtung hat den Nachteil, dass eine Kerr-Zelle sich schwer handhaben lasst.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermieden werden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Reihenschaltung anisotroper Element enthält von denen mindestens zwei durch elektro-optische oder magneto-optische Kristalle gebildet werden, wobei die gegenseitige Orientierung diesör Kri.'italle und die an sie angelegten elektrischen Spannungen bzw. die in den Kristallen erzeugten J'.agnetisationen geeignet gewSnlt sind.

Als elektro-optische Kristalle werden vorzugsweise den Pockels-Effekt aufweisende kristalle gewählt. Bei diesen Kristallen ist die doppelte Brechung eine lineare Punktion der an die Kristalle angelegten Spannung· Ein Beispiel eines derartigen Kristalls ist der sogenannte KDP-Kristall, der sehr stabil ist und sich einfach handhaben lSsst. Die dielektrischen Eigenschaften eines KDP-Kristalls gestatten hohe Frequenzen und hohe Spannungen. Ein derartiger Kristall kann also bei einer hohen Frequenz tief moduliert werden.

Ferner können Kristalle gewählt werden, die eine doppelte Brechung proportional mit dem «Liadrat der angelegten Spannung aufweisen. Ein Beisptü. eines derartigen Kristalls ist der sogenannte KTN»Kri3tall. Wird ein derartiger kristall an eine Spannung gelegt, welche die Summe

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einer Gleichspannung und .-iner niedrigen ..echselspannung ist, so ist die doppelte Brechung nuh-;,vj linear mit änr Wechselspannung.

Wenn polarisierte itrühlung durch die obenerwähnten »lektrooptidchen Kristalle fteht, ändert sich der Polarisationszustand der Strahlung:, un·! zwar derart, dass bei variierender Spannung am Kristall sich der Folariaationszustand der durchgelassenen Strahlung ändert.

Als magneto-optische Kristalle werden Kristalle verwendet, di« den Fariday-Effekt aufweisen. Boi dieser. Kristallen ist die Drehung der Polarisationsebene der auf den Kristall auffallenden linear polarisierten otrühluniT eine lineare Funktion der in den kristallen erzeugten !.Lagne ti sat ionen. Ein Beispiel eines derartigen Kristalls ist ein Einkristall aur Yttrium-riisen-Granat (YIG), der sehr 3tabil ist und sich einfach handhaben laset. Die dielektrischen Eigenschaften von YlG lasser, vprnältnisinäüsig hohe !.!odulationsfrequenzen zu, z.B. in der Grö'osenordniinir von 1 ;'Hz. Kit nicht ausserordentlich srro^aen Magnetfeldern lassen sich grosae Anisotropien erzielen, V.it einem derartigen Kristall können also Drehungen ier Polarisationsebene über grosse Winkel und mit hoher Frequenz erhalten werden.

Wenn polarisierte Strahlung durch die obenerwähnten magnetooptischen Kristalle geht, ändert sich der Polarisationszustand der Strahlung, und zwar derart, das3 bei variierender Karnetisation im Kristall sich der Polarisationszustand der durchgelassenen ötrahlun/? ändert.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Jfichnung näh;r erläutert. Es zeigen»

Fig. 1 "iine erste Ausfünrungsfor.:: einer Vorrichtung gema'se der Erfindung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform,

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Figuren 3a, ?b und 4 geometrische Darstellungen Pig, 5 eine dritte Aueführungsfonn_f

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Figuren 7a - 7d geometrische Darstellungen Fig. θ eine fünfte Ausführungeform,' und „

Figuren 9 und 10a - 10d geometrische Darstellungen In der Vorrichtung nach Fig. 1 fSllt die von ύ%τ Lichtquelle 1 auegesandte und von der Linse 2 in ein paralleles Bflndel umgewandelte. Strahlung auf den Polarisator 3 und dann auf die 1/4 -Platte 4 auf. Aus dem Polarisator 3 tritt linear polarisierte« Lieht aus, dass von der 1/4 «Platte in zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt wird.

Bas zirkulär polarisierte Licht, passiert die Reihenschaltung zweier Pockels-Krietalle 5 und 6, deren alt Pfeilen 9 und .9 angedeutete Hauptrichtungen miteinander einen Winkel von 45* einsohliessen. An den Kristall 5 wird eine Wechselspannung V₁ - V_Q ein t aus der Wechselspannung quelle 10 und an den Kristall 6 wird ein· Wechselspannung V₂ a V_Q cos t aus der WechseIepannungsquelle 11 gelegt* Auch kann eine einzige Quelle Anwendung finden und kann ein Phasenverschlebungsnets* werk zwischen der Quell« und einem der Kristalle eingeschaltet werden* Die Spannungen V. und V₂ sind derart angelegt, dass die vonder Spannung im K_ri₈tall 5 bzw. 6 erzeugte Feldstärke zu der Fortpflansung· richtung des Lichtes im Kristall parallel ist*

Die Amplitude V_ ist derart gross, dass zirkulär polarisierte· auf den kristall 5 bzw. 6 auffallendes Licht bei dieser Spannung in linear polarisiertes Licht umgewandelt wird. V_Q wird Ja derart gross gewählt, dass sich zwischen den beiden Schwingungen, aus denen das zirkulär polarisierte Licht aufgebaut ist, ein Phasenuntersohied von

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1/4 Wellenlänge ergibt. In einer Ausführungsfora, bei der die Kristalle 5 und 6 KDP-Kristalle waren, war Yq-Θ kV. Die Doppelbrechung eines KDP-Kristalls betrügt nämlich etwa 180 AE/kV und das verwendete Licht hatte eine Wellenlänge - 6OOO Ak .

Die Lage der Polarisationsebene des ausgesandten Lichtes lffsst sich leicht für vier Zeitpunkte errechnen.

Mr t - 0 ist V₁ - V₀ sin t - V_Q ain |— t - 0 und V₃-V₀ cos t » V₀ cos =— t - V₀,

Der Kristall 6 wandelt das zirkulär polarisierte Licht in Jj linear polarisiertes Lieht üb. Die Lage der Polarisationsebene gegenüber einer Bezugseben· wird 0* gewShlt.,

Mr t - 1 T ist V₁ . V₀ sin f^* - V_Q und V₂ . V_Q cos f- | - 0. Der Kristall 5 wandelt das zirkulär polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht um. Die Lage der Polarisationsebene in bezug auf die Bezugseben· ist 45*· Die Hauptrichtungen der Kristalle 5 und 6 sohliessen ja einen Winkel von 45" miteinander ein.

Mr t - * T ist V₁- V₀ sin ψ- § - 0 und V₃ - V_Q cos ^-|

Der kristall 6 wandelt das zirkulär polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht ua. Die Lage der Polarieationeebene gegenüber der Besugeebene ist 90*·

Für t - \ Ί ist V₁ - V₀ sin f- .J T - -V_Q und V₃ - V_Q «os -γ- · f T - 0.

Der Kristall 5 wandelt das zirkulär polarisierte Lioht in linear polarisiertes Licht um. Die Lage der Polarisationsebene gegenüber der Bezügeebene ist 135*·

Mr t - T ist V₁ - 0 und V₃ - V_Q, Der Kristall 6 wandelt das zirkulär polarisierte Licht in

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linear polarisiertes Licht üb. Sie Lage der Polarieationsebene gegenüber der Bezugsebene ist 180*, mit anderen Worten, sie fSllt iit der Bezugsebene zusatuaen, oder aber ihre Lage gegenüber der Bezugs ebene ist 0·.

Di« Lage der Polarisationsebene hat »ich für Tier Zeitpunkte nämlich t_r0, t - i T, t.jT, * . |T und t - f proportional alt der Zeit T vorschoben. Fttr zwischenliegende Äeitptmkt· gibt ·· Abweichungen τοη der Proportional!tit. Sie Geschwindigkeit, »it der sioh

■κ die Polarisationsebene dreht, ist nicht konstant. Ausserde« ist Aas aus der Reihenschaltung der Kristalle austretende Lieht ffb? dies« awischenliegenden Zeitpunkte etwas elliptisch polarisiert. Ks liest sioh errechnen, dass für swischenliegende Zeitpunkte die Abweichung Ton der Proportionalität «it der Zeit zwischen -20* and 4-20* und das Verhältnis zwischen der Amplitude des rechtstehend zirkulär polarisierten Lichtes und der des linksdrehend zirkulär polarisierten Lichtes zwischen 1,2 und 0,8 schwankt.

Bine bessere Linear!tit wird erhalt·»« wenn die Anordnung nach Fig. 2 angewandt wird. In Wg. 2 flllt das Licht aus der Llcht-

™ quelle 21 fiber eine Lins« 22 auf einen Polarisator 25 und eine sieh daran anschliessende i -Platte 24 auf. Aus der * -Platte 24 tritt zirkulär polarisiertes Licht aus, das die Reihenschaltung dreier elektro-optisoher Kristalle 25, 26 und 27 passiert. Die Haqptrichtungen der Kristalle 25 und 27 sind zueimander parallel, während die ^upttriohtung

des Kristalls 26 nit dsn Hauptrichtungen der kristalle 25 und 27 einen Winkel von 45* einachllesst.

Wird die Spannung V. aus der Quelle 51 gleich der Spannung T. aus der Quelle 33 gewlhlti ^₁ -V₅-Y₁- sin t, und wird die Spannung Yg

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aus der Quelle 32 gleich V₂ - V₂₂ cos t gewählt, so *'iv.it ??ich heraus, dass bei passender Wahl von V₁, und V , uii. «wr >-, V₀, und V₂₂ =» 82/yO V_Q, dass sowohl die linearitSt des Polarisativ zustandeβ als auch die der Drehung der Polarisationsebene als Funkΐ^ ja der Zeit der aus der Reihenschaltung austretenden strahlung gross ist. IBs liest sich errechnen, dass fur Zeitpunkte !wischen t -0 und t« ^T zwischen t-i T und t - £ T, zwischen t - ^T und t » f T, und zwischen t - -JT und t-T die Abweichung von der Proportionalität mit der Zeit zwischen -1.5* und + 1,5° und das Verhältnis zwischen der Amplitude des rechtedrehend zirkulär polarisierten Lichtes und der des linksdrehend zirkulär polarisierten Lichtes zwischen 1,1 und 0,9 schwankt.

Mit Hilfe der Poincare"-Kugel (vgl. auch "Principles of Optics" von Born und Wolf, S 50 und 3*0 wo allerhand FclarisationszustSnde dargestellt sind kann Obenstehendes veranschaulicht werden.

Sin Polarieationszustand wird durch eine Ellipse in der xy-Ebene (Fig. Ja) gekennzeichnet, deren LSngsachse L einen Winkelt mit der x-Achse einschliesst, wShrend die Diagonale D des umschriebenen Rechtecke einen Winkel^ adt L einschliesst. Das Achsenverbültnis der Ellipse wird durch tg, gegeben.

Auf der Polncare"-Kugel (Fig. 5b) wird der Punkt P durch die Winkel 2 '-' und 2 'gekennzeichnet. Es gibt eine eindeutige Beziehung zwischen dem Polarisationszustande und des zugehörigen Punkt auf der Kugel.

Der Winkel; « 0* (linear polarisiertes Licht, siehe Fig, 3a) entspricht Punkten auf dem Aequator der Kugel, d.h. dass der Aequator sSmtlicCe linearen Zustande repräsentiert.

Der Winkel-. - 45° (zirkulär polarisiertes Licht) entspricht den Polen (A. und A₂) der Kugel*

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Lineare Phasenanisotrapie, wie sie bei doppelbrechenden Kristallen auftritt, kann als eine Drehung um eine waagerechte Achse in der Aequatore'bene dargestellt werden.

Die Aenderung der Polarisation in der Vorrichtung nach Fig. 2 kann auf der Poincare'-Kugel repräsentiert werden, wie dies in Fig. 4 für den Zeitpunkt t = T/8 dargestellt ist. Es wird von zirkulär polarisiertem Licht zwischen den Eleuenten 24 und 25 (Punkt a) ausgegangen. Ueber die Kreisbögen ab, bounded v/ird der nahezu auf dem Aequator liegende Punkt d erreicht. Der Kreisbogen ab entsteht durch Drehung um die Achse FG über einen Winkel von 48° sin t = 48° sin

- — = 34°, der Kreisbogen bc durch Drehung um die Achse DE über einen Winkel 82° cos — = 58° und der Kreisbogen cd aufs neue durch Drehung um die Achse FG über einen Winkel 48° sin j = 54°· Die Drehungsachsen DE und FG sind zueinander senkrecht.

Es ist einleuchtend, dass rait fünf oder sieben, imm allgemeinen mit 2n + 1 kristallen noch bessere Ergebnisse erzielt werden können.

Die Drehgeschwindigkeit der Polarisationsebene kann durch Aenderung von · geändert werden.

Zirkular polarisiertes Licht kann auch dadurch in linear polarisiertes Licht umgewandelt werden, dass inpulsförmige Spannungen an zwei Kristalle angelegt werden, deren Hauptrichtungen miteinander einen Winkel von 45° einschlieasen. In der Vorrichtung nach Fig. 5 fällt die von der Lichtquelle 41 herrührende und von der Linse 42 in ein paralleles Bündel umgewandelte Strahlung auf den Polarisator 45 und dann auf die -r -Platte 44 auf. Aus dem Polarisator 43 tritt linear polarisiertes Licht aus, das von der τ -Platte 44 in zirkular polarisiertes Licht umgewandt?lt wird.

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Das zirkulär polarisierte Licht passiert die Reihenschaltung zweier Pockels-Kristalle 45 und 46, deren mit Pfeilen 48 und 49 angedeutete Hauptrichtungen miteinander einen Winkel von 45* einschliessen. Die an den zweiten ^ristHll (46) gelegte Impulsförnige Spannung aus der Quelle 5I ist während einer Hälfte jeder Periode gleich +V und die an Jen ersten Kristall (45) gelegte impuls for mi ge Spannung aus der Quelle 50 nimmt linear yon -Y,. auf +V„ zu. Während der anderen Hälfte jeder Periode ist die Spannung an zweiten Kristall -V_n und die am ersten Kristall nimmt linear von +V, auf -V„ ab.

Es versteht sieh, dass zur Vermeidung hoher Spannungen jeder Kristall in eine Anzahl Teilkristalle geteilt werden kann» An jeden Teilkristall wird dann eine Spannung gelegt, deren Amplitude einer. Faktor η kleiner als die der Spannung am ungeteilten Kristall ist, wenn η die Anzahl Teilkristalle ist. .

Zwischen zwei aufeinander folgenden Kristallen können optisch wirksame oder doppelbrechende Elemente angeordnet werden. Die gegenseitige Orientierung der Kristalle wird dann völlig oder teilweise durch diese Elemente bestimmt*

Das Element 7» 54 bzw. 4"^r in Fig. 1, Pig. 2 bzw. Fig. 5 stellt ein photoelektrisches Detioktionssysteiu dar.

In der Vorrichtung nach Fig. 6 fällt die von der Lichtquelle 61 ausgehende und von der Linse 62 in ein paralleles Bündel umgewandelte Strahlung auf den Polariaator 63 und dann auf die \ -Platte 64. Aus deri Polarisator 63 tritt linear polarisiertes Licht, das von ■ der 4- -«Platte in zirkulär polarisiertes Licht umgewandelt wird.

Das zirkulär polarialerte Licht passiert dann die Reihenschaltung 4er /4-Platte 65, des mugneto-optisehen Kristall3 66, der 6.8» ues magneto-optisehen Krifjtalla 67 und der /4-Platte

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69· Die durch den Pfeil 72 angedeutete Hauptrichtun/p: der /4-Platte ist zu der durch den Pfeil 74 angedeuteten Hauptrichtung der /4-Platte 69 parallel, während die durch den Pfeil 73 angedeutete Hauptlichtung der /4-Platte 68 einen Winkel von 45° mit der der Platten 65 und 69 einschliesst.

In den Kristallen 66 und 67, die vorzugsweise aus Yttrium-Eisen-Granat (YIG) bestehen, werden Kagnetisationen erzeugt, die zu der Fortpflanzungsrichtung der Strahlung im betreffenden Kristall parallel oder nahezu parallel sind. Die Wechselstromquelle 70 erzeugt mit Hilfe der Spule 75 die Magnetisation B. = B_n sin t. Die Wechselstromquelle 71 erzeugt mit Hilfe der Spule 76 die Magnetisation B„ = B„ cos t. Es kann auch eine einzige Quelle verwendet und ein Phasenverschiebungsnetzwerk in die Leitung zwischen öer Quelle und einem der Kristalle aufgenommen werden. .

Die Amplitude B_n der Magnetisation ist derart gross, dass die Polarisationsebene des auf den Kristall 66 bzw. 67 auffallenden linear polarisierten Lichtes sich bei diesem Wert des Feldes über 45^C dreht.

In einer Ausführungsform, bei der die Kristalle 66 und 67 durch Einkristalle aus YIC gebildet werden, hatten die Kristalle eine Länge von 4 cm. Das angelegte Magnetfeld hatte eine Amplitude von I Oe. Die Permeabilität des kristalle war 200, so dass B_n » 200 Gauss war. ■Es kann leicht für vier Zeitpunkte die Lage der Polarisationsebene des aus der Reihenschaltung austretenden Lichtes gefunden

werden. Für t » 0 ist B^ » B_n sin t = B_n sin ψ- t «0 und B₂ =B_n cos t » B_nCOe ψ- t = B_n. Die /4-Platte 65 wandelt da£ zirkulär polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht um, deesen Polarisationsebene einen

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. Winkel" .von-45° ndt der Hauptiichtung der Platte einschliesst. Iq Kris-.tall 6t und in ier /4-Platte 6θ ändert sich der Polarisationezustand des Lichtes nicht. Denn B »■ 0 und die Hauptrichtun^ der Platte 68 ist zu der Polarisationsrichtung des auffallenden Lichtes parallel. Im kristall 6J wird die Polarisationsrichtung des Lichtes -über 45° gedreht,, während der Polarisationszustand des auf die I/4 -Platte auffallenden Lichtes sich nicht ändert. Denn die Hauptrichtung dieser Platte ist zu der Polarisationsrichtung des auffallenden Lichtes parallel. Auf den Detektor 80 fa'llt linear polarisiertes Licht mit einer zu der Hauptrichtung der Platte 69 parallelen Polarisationsrichtung auf. "■"'■'

Für t = T/4 ist B₁ = B_osin t = B_Qsin ψ— Τ/4 = B₀ und B_? » B,. cos t β 0. Das aus der /4»Platte 65 austretende Licht ist wieder linear polarisiert in einer Richtung, die mit der Hauptrichtung der Platte 63 einen Winkel von 45^C einschliesst. Im Kristall 66 wird die Polarisationsebene der Strahlung über 45° verdreht. Die Polarisationsebene des auf die /4 Platte 68 auffallenden Lichtes echliesst also mit der Hauptrichtung der Platte 6θ einen Winkel von 45° ein. Aus der Platte,68 tritt daher zirkulär polarisiertes Licht aus, dessen Polarisationszustand im Kristall 67 sich nicht ändert, weil B_ =0. In. der /4 Platte 69 wird das zirkulär polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt, dessen Polarisationsebene mit der Hauptrichtung der Platte 69 einen Winkel von 45° einachlieest. Auf den Detektor 80 fallt Licht mit einer Polarisationsrichtung, die einen «inkel von 45° mit der Hauptrichtung der Platte 69 einschlieset.

Für V- T/2 ist B₁ - B_Q ein t = B_Q sin |~ T/2 - 0 und B₂ · B_Q cob -ψ- T/2 -B₀. Das aus der /4-Platte 65 austretende Licht

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ist wieder linear in einer Richtung polarisiert, die mit der Hauptrichtung der Platte 65 einen ^Minkel von 45° einschliesst. Der Polarisationszustand dieses Lichtes ändert sich im Kristall 66 und in der

/4-Platte 68 nicht. Denn das Feld B =0 und die Hauptriohtung der Platte 68 ist zu der Polarisationsrichtung· des Auffallenden Lichtes parallel. Im Kristall 67 wird die Polarisationsebene der Strahlung über 45* und zwar in einer der Richtung für t=O entgegengesetzten 'Riehtung, verdreht. Denn das Feld B₂ ist dein Wert für t - 0 gleich und entgegengesetzt. Aus dem Kristall 67 tritt linear polarisiertes Licht mit' einer Folarisationsrichtung aus, die mit der ^auptrichtung der /4-Platte 69 einen Winkel von 90° einschliesst. Der Polarisationszustand dieses Lichtes ändert sich in der Platte 69 nicht. Auf den Detektor 80 fSllt linear polarisierte Strahlung auf, deren Polarisationsebene einen Winkel von 90° mit der Hauptrichtung der /4»Platte 69 einschlieeet.

Pur t = £ T ist B₁ « B₀ sin |— 3T/4 - -B_Q und B_g -B₀ cos t tx 0« Die /4-Platte 65 wandelt das einfallende zirkulär polarisierte Licht wieder in linear polarisiertes Licht üb, dessen Polarisationsrichtuns· mit der Hauptrichtung 4er Platte 65 einen Winkel von 45* einschliesst. im Kristall 66 wird die Polarisationleben· der Strahlung fiber 45*> und zwar in einer der für t » T/4 entgegengesetzten Richtung, verdreht. Denn das Feld B₁ ist dem Wert für t « f/4 gleich und entgegengesetzt. Aus dem Tistall 66 tritt linear polarisiert· Strahlung aus, deren Polarisationsebene Bit der Hauptrichtung der

/4-Platte 68 einen Winkel von -45* einschlieset. Aus der Platt· 66 ! tritt daher zirkulär polarisiertes Licht au·, dessen Drehrichtung der für t « T/4 entgegengesetzt ist. Der Pol&riaationexttstand diese· Lick· tea ändert sich im kristall 67 nicht. In der /4-Platte 69 wird da·

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zirkular polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt, dessen Polarisationsebene mit der Hauptrichtung der Platte 69 einen Winkel von -45* einschlieast. Auf den Detektor 80 fSllt linear polarisiertes Licht auf, dessen Polarisationsrichtung mit der Hauptrichtung der Platte 69 einen "inkel von 45* nid mit dem auf den Detektor auffallenden Licht für t - T/4 einen *inkel von 9">" einschliesst. Denn die Drehrichtung des auf die Platte 69 auffallenden zirkulär polarisierten Lichtes für t - JT/4 ist der Drehrichtung für t * T/4 entgegengesetzt.

Die Lage der Polarisationsebene hat sich für vier Zeitpunkte»

nämlich für t - 0, t - T/4, t - T/2, t= 3T/4 und t-T, proportional ™

mit der Zeit t gedreht. Für zwischenliegende Zeitpunkte gibt es Abweichungen von der Proportionalität, Die Drehgeschwindigkeit der Polarisationsebene ist nicht konstant. Ausserdem ist das aus der Reihenschaltung der kristalle und der /4-Platten austretende Licht für diese swiachenliegenden Zeitpunkte etwas elliptisch polarisiert. Es liest sich errechnen, dass für zwischenliegende Zeitpunkte die mit der Zeit lineare Abweichung zwischen -20* und 4-20* variiert und dass das Verhfltnis der Amplitude des rechtsdrehend zirkulär polarisierten Lichtes zur der des 1inkadrehend zirkulär polarisierten Lichtes zwischen 1,2 J und 0,8 liegt.

Kit Hilfe der Pdnsarf-Iugel kann dies wieder veranschaulicht werden·

Lineare Phasenamisotropie, wie sie bei doppelbrechenden Kristallen und softit bei /4-Platten auftritt, kann durch eine Rotation um eine waagerechte Achse in der Aequatorebene dargestellt werden.

Bei /4-Platten betrügt die fcvehung 90*. Für magneto-optische Kristalle kann die Drehung der Polarisationsebene über durch eine

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Drehung über 2 uq die Achse durch die Pole A. und A_? dargestellt w-rden.

In den Figuren 7a-7d sind die Polarisationszustande für die Zeitpunkte t=0, t»T/4, t» T/2, bzw. t» 3T/4 der Strahlung an den Stellen a bis f (siehe Fig. 1) dargestellt. Der Punkt a liegt zwischen der

/4-Platte 64 und der /4-Platt· 65_f der i*unkt b zwischen der /4-Platte 65 und dem Kristall 66 uew.

Es ist ersichtlich, dass die Polarisationezustände in der lage f für jede der Tier Zeitpunkte auf des Aequator der Kugel, und zwar in gegenseitigen Abständen von einem Viertel dee Aequatoruefangs, liegen. Diese Abstände entsprechen einer Drehung von 45* der Polarisationsebene der linear polarisierten Strahlung an der Stell· f.

In der Vorrichtung nach Fig. 6 kann zwischen der /4-Platte 68 und dem Kristall 66 noch eine /4-Platte angebracht werden.-Di« Hauptrichtung dieser Platte muss der der /4-Platte 65 entgegengesetzt sein, während die Hauptrichtung der Platte 69 der der Platt· 68 entgegengesetzt gewühlt werden muss.

In der Torrichtung nach Fig. 8 wird eine bessere Linearität des austretenden Lichtes für zwischenliegende Zeitpunkte, d.h. •Zeitpunkte, die von t»0, t- T/4, t» T/2, t- 3T/4_t * «* uew¹. abweiche», als in der Torrichtung nach Fig. 6 erhalten·

In der Torrichtung nach Fig. 8 fXllt die ^oη der Lichtquelle 81 attagehende und von der Linse 82 in ein paralleles Bündel «agewandelte Strahlung auf den Polarisator 83 und dann auf die /4-Platte 94 auf. Aus de« Polarisator 83 tritt linear polarisiertes Licht aus, 4t« von der /4-Platte 84 in zirkulär polarisiertes Ll oh t tage wan de It wird.

Das zirkulär polarisierte Lioht passiert Aafts die leihe«·

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schaltung der /4-Platte 85» el es magneto-optisehen Kristalls 86, der

/4-Platte 89, der /4-Flatte 90, des !..agneto-optiechen Kristalle 87, der /4-Platte 91, der /<:-Platte 92, des magneto-optlsehen Kristalls 88 und der /4-Platte 93, Die durch den Pfeil 101 angedeutete Hauptrichtung der Platte 85 ist gleich der durch den Pfeil 102 angedeuteten Hauptrichtung der Platte 92. Die durch den Pfeil 103 angedeutete Hauptrichtung der Platte 89 ist gleich der durch den Pfeil 104 angedeuteten Hauptrichtung der Platte 93 und der der Platten 85 und 92 entgegengesetzt. Die durch den Pfeil 105 angedeutete Hauptrichtung -der Platte 90 ist der durch den Pfeil 106 angedeuteten Hauptrichtung der Platte 91 entgegengesetzt. Die Hauptrichtung der Platten 89 und 90 und die der Platten 91 und 92 echliessen miteinander Winkel von 45° ein.

In den Kristallen ff>£!vai$ 68 werden Magnetieationen erzeugt, die der Fortpflanzungsrichtu.ig der Strahlung im betreffenden Kristall proportional oder nahezu proportional sind. Die Wechselstromquelle 95 erzeugt die Magnetisation B₁ - £B_Qsin t mit Hilfe der Spule 98 im Kristall 86 und mit Hilfe der Spule 100 im Kristall 88. Die Wechselstromquelle 96 erzeugt die Magnetisation B- = B_Q cos t im Kristall f 87 Bit Hilfe der Spule 99. Die Amplitude B_Q bzw. £B_Q ist derart groe«, dass die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes, das auf den kristall 87 bzw. 86 oder 88 auffällt, bei diesem Wert des Feldes sich über 45· bzw. 22·30« dreht.

Wieder wird leicht fur vier Zeitpunkte die J-«age der Polarisationsebene des aus der Reihenschaltung austretenden Lichtes gefunden. Weil die Reihenschaltung aus einer Vielzahl Elemente besteht, kann die Reihenschaltung nur sehr schwer der Zeitevolution des Polari-

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eationszustandos des Lichtbündels auf dem Fuss folgen. Daher beschränkt sich die ^e schrei bung auf eine Erlfiuterung an Hand der PaLnoaro-Kugel (siehe Fig. 9). Durch die bei der Y-Achse dargestellten Pfeile 65 und 92, 89 und 93» werden die Drehrichtungen um die Y-Achse dargestellt, die auf der Kugel beim Durchgang des Lichtes durch die /4-Platten 85 und 92 bzw. 89 und 93 dargestellt sind. Die bei der X-Achse dargestellten Pfeile 90 und 91 deuten die Drehrichtung um die X-Achse an, die beim Durchgang des Lichtes durch die /4-Platte 90 bzw. 9I auf der Kugel dargestellt wird.

Für t = 0 wird die Polarisationsrichtung des auf die /4-Platte 85 auffallenden zirkulär polarisierten Lichtes an der Stelle a (Fig. 8) durch en Punkt A (Fig. 10A) und nach Durchgang durch die

/4-Platte 85 an der Stelle b (Fig. 8) durch den Punkt B darges1d.lt. Denn das Durchlaufen einer /4-Platte bedeutet eine Drehung 8ber W um eine Achse, in diesem Fu. Ie die Y-Achse, in der Aequatorebene. Ia Kristall 86 ändert sich der Polarisationszustand des Lichtes nicht· Der Polarisationezustand an der Stelle ο wird somit durch den Punkt C=B dargestellt. Nach dem Durchlaufen der /4-Platte 89 wird der % ' Polarisationszustand an der stelle d durch den Punkt D= A dargestellt· Denn das Durchlaufen der Platte 89 bedeutet eine Drehung über 90* um die Y-Achse. Nach dem Durchlaufen der /4-Platte 90 wird der Polarisationszustand an der Stell e durch E dargestellt· Senn das Durchlaufen der Platte 90 bedeutet eine Drehung über 90° ua die X-Achse. Die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes an der Stelle · wird im kristall 87 über 45° gedreht. Denn B₃ - B_Q. Auf der PAnjar«!-Kugel wird der Punkt F («B - β) erreicht. Die Platte 91 Ändert den Polaris*- tionszustand nicht (das Durchlaufen dieser Platte bedeutet eine Drehung auf der Kugel um die X-Achse), so dass an der Stelle g der Polarisa-

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Claims (1)

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   tionezustand durch den Punkt G=P dargestellt wird. Das Durchlaufen der Platte 92 führt wieder eine Umwandlung des linear polarisierten Lichtes in zirkulär polarisiertes Licht herbei. Auf der PoincarS-Eugel wird der Punkt H durch Drehung um die T-Achse über 90° erreicht. Im. Kristall ΘΘ ändert sich der Polarisationszustand dee Lichtes nicht. Der Polarieationszustand an der Stelle j bleibt am Punkt J= H. Nach dem Durchlaufen der //4-Platte I04 wird der Polarisationszustand des Lichtes z.B. an der Stelle k durch den Punkt K (»B) dargestellt. Denn es erfolgt eine Drehung über 90° um die Y-Achse.

   In den Figuren 10b, 10c und !Od sind Manipulationen auf der Poincare"-Kugel durchgeführt, die der in Fig. 10a beschriebenen iianipulatlon analog sind, und zwar für die Zeitpunkte t * T/4, t » T/2 bzw. t = 3T/4. Es ist ersichtlich, dass der Punkt K für jede Zunahme von t um T/4 sich über dem Equator über einen Abstand verschiebt, der einer Drehung von JQ⁰ der Polarisationsebene entspricht. Auch für zwischenliegende Zeitpunkte zeigen die Berechnungen, dass die drehung nahezu linear mit der Zeit verläuft. Die Abweichungen betragen höchstens 5".

   IA rt'V

   Sie sind noch geringer, wenn B =» 4~r B, und B- * -^r B^ gewählt wird. PATESTANSPROCHEi

   1. Vorrichtung zur Umwandlung zirkulär oder nahezu zirkulär polarisierter Strahlung in linear oder nahezu linear polarisierte Strahlung mit einer sich mit einer konstanten oder nahezu konstanten Winkelgeschwindigkeit drehenden Polarisationsebene, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung uine Reihenschaltung anisotroper Elemente enthält von denen mindestens zwei durch elektro-optische oder magnetooptische Kristalle gebildet werden, wobei die gegenseitige Orientierung dieser kristalle und die an aie angeLegten elektrischen Spannungen bzw. die in den Kristallen erzeugten ^gnetisationen geeignet gewählt sind.

   Ίθ 9Vu/OfU O

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   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung aus zwei elektro-optischen Kristallen besteht, deren ^aauptrichtungen miteinander einen winkel von 45° einschliessen. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung aus drei elektro-optischen Kristallen besteht, wobei die Hauptrichtung des mittleren Kristalle einen Winkel von 45° mit den zueinander parallelen Bauptrichtungen der beiden anderen kristalle einschliesst.

   4* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung aus (2n+i) elektro-optisehen Kristallen besteht (n= eine ganze Zahl).

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4» dadurch gekenn» zeichnet, dass die Spannung an den ungeradzahligen elektro-optisehen Kristallen der Reihenschaltung und die Spannung an den geradzahligen elektro-optischen kristallen einen gegenseitigen Phasenunterschied Ton 90" aufweisen.

   6. Vorrichtung nach' Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daaa die elektrischen Spannungen an jedem der beiden Kristallen iapuleförmig sind, derart, das3 die Spannung am ersten ^ristall wShrend einer Hälfte jeder Periode linear mit der Zeit zunlntt und wghrend der anderen HSIfte jeder Periode linear mit der Zeit abniemt, während die Spannung am zweiten Kristall, die nach jeder Halbperiode ihr Torzeichen wechselt, denselben Absolutwert beibehält,d er gleich dem der Spannung am ersten kristall am Ende jeder Halbperiode ist«

   7. Torrichtung naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, date die Amplitude der Spannungen einem Wegunterschied von £ Wellenlänge im betreffenden Kristall entspricht.

   β.. Torrichtung nach Anspruch 5» daduroh gekennzeichnet, daee

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   die Amplitude der Spannung an federn der Susseren kristalle einem Wegunterachied von ^r Wellenlänge im betreffenden Kristall und die Amplitude der Spannung am inneren Kristall einem Wegunterschied von \ Wellenlange in diesem Kristall entspricht.

   y. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektro-optischer Kristall aus mehreren Teilkristallen besteht und dass die Amplitude der Spannung an jedem Teilkristall einen Faktor kleiner als die am ungeteilten Kristall ist, welcher Faktor mit der Anzahl Teilkristalle proportional ist.

   10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- ™ durch gekennzeichnet, dass optisch wirksame oder doppelbrechende Elemente die gegenseitige Orientierung der elektro-optiachen Kristalle bestimmen.

   11. Vorrichtung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magneto-optische kristall von ^wei η \/4-Platten eingeschlossen ist η « ungerade, deren Hauptrichtungen voneinander verschieden sind.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung anisotroper Elemente zwei magneto- ü optische Kristalle enthält und die Reihenschaltung, in die die Kristalle aufgenommen sind, von η ^Λ /4-Platten mit gleichen ^auptrichtungen eingeschlossen ist, während ferner dieΛ/4-Platte zwischen den Kristallen eine H_auptriehtun? hat, die mit der Hauptrichtung der übrigen η } /4-Platten einen Winkel von 43° einschlieset. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, oder 11, dadurch gekennzeichnet, d ass die Reihenschaltung anisotroper Elemente zwei magnetooptische kristalle enthält, die von je zwei η \/4-Platten eingeschlossen sind, deren Hauptrichtungen einander entgegengesetzt sind, während

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   die Hauptrichtung der einen Kristall einüchliessenden Platten mit ■ derjenigen der den anderen Kristall einschiiessenden Platten einen Winkel von 45° einschliesst. ;

   14. Vorrichtuni? nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daas die Reihenschaltung anisotroper Elemente drei magneto-optische Kristalle enthalt, die je von η * /4-Platten eingeschlossen sind, deren Hauptrichtungen einander entgegengesetzt sind, und dass die Hauptrichtungen der η '/4-Platten, die den ciittleren Kristall einschliessen, mit

   fc den Hauptrichtungen uer η /4-Platten, die die äusseren Kristalle einschliessen, einen ''''inkel von 45° einschliessen.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung (2n+i) magneto-optische Kristalle enthält.

   16. Vorrichtung nach Ancpruch 1, 11, 12, 15, 14 oder 1? dadurch gekennzeichnet, dass lie in len geradzahligen magneto-optisehen Kristallen erzeugte wechselnde iiagneti sation gegenüber der in den ■angeradzahligen Kristallen erzeugten Magnetisation einen Phasenunterschied von 90* aufwiist.

   ■ 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, 11, I4 oder 1j>, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Amplituden der in den fteradzahligen Kristallen erzeugten Magnetisationen und die der Amplituden der in den ungeradzahligen Kristallen erzeugten Marnetisationen eine Drehunf der Polarisationsebene über 90^c oder nahezu 90° herbeiführen. 18. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12, 1 5 oder l6, dadurch gekennzeichnet, daes lie Amplitude der iagnotfolder einer Drehung der Pol.^risationüebene im betreffenden Krit.tull von 45° entspricht. 19» Vorrichtung nacu Anspruch 1, Il oder 14» dadurch gekennzeichnet, dass die Amj.litudo der in <i en ."m-aerFti magn^to-opti sehen

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   Kriötallen erzeugten Magnetiüationen einer Drehung der Polarisationsebene von 22*J0' im betreffenden Kristall entspricht, während die Amplitude der im mittleren Kristall erzeugten La^netiaation einer Drehung der Polarisationsebene in diesen Kristall von 45* entspricht.

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