DE1805423A1 - Verfahren zur Stabilisierung der Modulation einer kohaerenten Strahlung und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

PATENTANWALT 25. 10. 1968

Adw.-Akte: 75/105

PATENTANMELDUNG

Anmelder: Ceskoslovenskä akademie ved, Praha 1

Titel: Verfahren zur Stabilisierung der Modulation einer kohärenten Strahlung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der modulation einer kohärenten Strahlung im Gebiet von infrarot bis ultraviolett.und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung garantieren eine hohe Betriebszuverlässigkeit der Punktionseigenschaften und infolgedessen auch eine hohe Betriebssicherheit sowie die Möglichkeit eines ununterbrochenen langwährenden, bzw, dauernden Betriebes. Die Konstruktion der Modulationsvorrichtung ist verhältnismäßig einfach und sie kann durch eine Betriebstechnologie ohne außergewöhnliche Ansprüche an die materiellen Eigenschaften und die Bearbeitungsgenauigkeit der Funktionselemente realisiert werden. Es werden 4abei erfindungsgemäß vorteilhafte elektrooptische Eigenschaften von elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen !lementen ausgenutzt, die unter sonst üblichen Bedingungen durch ihre funktionelle !Instabilität infolge der Abhängigkeit der optischen Eigenschaften von der Temperatur charakterisiert sind·

ORIGHNAk

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung sichert einen stabilen Betrieb auch dann zu, wenn sich die umgebende Temperatur in weiten grenzen in der Größenordnung von einigen zehn Graden Celsius ändert·

Die bestehenden bekannten Modulationsverfahren einer kohärenten Strahlung im Gebiet von infrarot bis ultraviolett ermöglichen keine sichere stabile Modulation, bzw. keine Strahlungsmodulation, die im höchsten Maße von Änderungen der umgebenden Temperatur unabhängig wäre. Die Ursache der

) ■ Unstabil!tat der bekannten Modulationsverfahren und der !Instabilität der Einrichtungen, die diese Verfahren durchführen, besteht darin, daß die verwendeten elektrisch und/ oder magnetisch aktiven optischen Elemente, z.B· Kristallschnitte entweder überhaupt nicht oder nur in geringem Maße thermisch stabilisiert sind. Da der Brechungsindtx des Materials, aus dem die elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente hergestellt 3ind, von der Temperatur abhängt, hängt auch der Wert der Grundphasenverschiebung der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Jilemente, die z.B. diagonale Kristallschnitte sein können, von der Temperatur ab. Diese Temperatürabhängigkeit und die durch sie hervorgerufene UnStabilität der Modulation.und

' Unstabil!tat der Vorrichtung, durch welche die Modulation durchgeführt wird, äußert sich bei allen elektrisch und/ oder magnetisch aktiven optischen Elementen, bei denen eine Grundphasenverschiebung der Strahlung vorkommt und kommt also nicht nur bei Modulationsvorrichtungen, sondern auch bei anderen Vorrichtungen, wie z.B. bei Deflektoren, bei optischen Verschlüssen und in weiteren Vorrichtungen zur ... :/ Geltung, - ^; " --' . ■' ■ .'..:·.-:>■> .*·" .·..- ,'· ■

Die Temperaturabhängigkeit des^rWertes des Brechungsindexes' ^: und des Wertes der Phasenverschiebung ist bei Stoffen, die zur Anfertigung vdB elektrisch und/oder magnetisch aktiven

optischen Elementen in Vorrichtungen für die Modulation einer Strahlung, z.B. eines Laserstrahls verwendet werden, derart hoch, daß im Normalbetrieb, d.h. ohne Stabilisierung der umgebenden Temperatur, eine Amplitudenschwankung der Amplitude der modulierten Strahlung in einem derartigen Maß eintritt, daß eine befriedigende und praktisch anwendbare liodulationsübertragung überhaupt nicht möglich ist.

Änderungen der optischen Eigenschaften der Materialien infolge von Änderungen der umgebenden Temperatur und infolgedesstn auch von Änderungen der Temperatur elektrisch und/ oder magnetisch aktiver optischer Elemente sind von mechanischen Änderungen dieser Elemente, z.B. von Wärmedilatation begleitet und diese mechanischen Änderungen tragen zur Unstabil! tat der Strahlungsmodulation bei· Um die unerwünschten Änderungen der optischen Eigenschaften von elektrisch und/ odtr magnetisch aktiven optischen Elementen, bzw. von Materialien aus denen diese Elemente hergestellt werden, in bteiitigen, ist ts also notwendig, zu sichern, daß die Temperaturänderungen des Arbeitsmilieus dieser Elemente standig kleiner als 0,01⁰C sind.

Der gegtnwärtige Stand der iechnik auf dem Gebiet der Verfahren tür Bildung einer staoilen Modulation, insbesondere bei einer kohärenten Strahlung und der gegenwärtige Stand der Technik von Modulationsvorrichtungen zur Durchführung tines solchen Verfahrens kann folgendermaßen charakterisiert «erden.

Das erste Verfahren zur Bildung einer stabilen Strahlungsaodulation ist auf der passiven Wärmeisolation der funktionellen Modulationselemente begründet, die in einem auf Wärme unempfindlichen Mantel untergebracht sind· Infolge physikalischer Gesetze, insbesondere eines endlichen, von Null abweichenden Wertes des Koeffizienten 4^er Wärmeleitfähigkeit aller Materialien, und dennach auch des Materiales, aus dem

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der thermisch unempfindliche Mantel hergestellt werden kann, muß eine Wärmeübertragung zwischen dem Baum innerhalb des Mantels und der äußeren Umgebung eintreten. Infolgedessen kann die Temperatur im inneren Raum des Mantels nicht ständig auf einem bestimmten stahilen Wert mit hoher Präzision gehalten werden. Dieses Verfahren der stabilen Modulation kann demgemäß nicht für einen stabilen und dauernden Betrieb in einem weiten Temperaturbereich der Umgebung angewendet werden.

Das zweite ^erfahren zur Bildung einer stabilen.Modulation, insbeenndere bei einer kohärenten Strahlung, ist auf der Auswertung des Temperaturgleichgewichtes zwischen der flüssigen und festen Phase bestimmter Stoffe begründet. Dabei ist ein aktiver Stoff mit geeigneten physikalischen und chemischen Eigenschaften rings um einen stabilisierten Raum angeordnet und wird auf dem Schmelzpunkt gehalten,so daß ein Teil des verwendeten aktiven Stoffes im flüssigen Zustand gehalten wird. Unter der Bedingung eines konstanten Druckes besitzt das System dieser zwei Formarteo des Stoffes eine konstante Temperatur. Durch Wärmeabführung wird die Menge der festen Phase des gegebenen Stoffes gesteigert und infolgedessen ändert sich das Volumenverhältnis der beiden Förmarten des Stoffes. Die Konstruktion der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens der Temperaturetabilisation ist so ausgeführt, daß eine Verkleinerung des Volumens der flüssigen Formart des Stoffes die Einschaltung eines Kreises» bewirkt und eine Heizvorrichtung in Tätigkeit setzt, wodurch die ursprünglichen Anteile der flüssigen und der festen Phase des verwendeten.aktiven Stoffes wieder erneuert werden« Durch Wiederholung dieses Prozesses wird innerhalb des Raumes, in dem eine stabile Temperatur erwünscht ist, Temperaturstabilität ersielt. Dieses Verfahren wurde z.B» bei der Stabilisierung des Betriebes radiofreqüenter Oszillatoren angewendet«

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Es kann angenommen werden, daß es auch bei Liohtmodulatoren angewendet wurde. Die konstruktive Anordnung des Modulators ist auf eine feste Verbindung in der Konstruktion des Lasers gerichtet und ermöglicht keine unabhängige Einstellung optimaler Betriebsparameter.

Diese zweite Verfahren kann nicht durch die übliche Technologie realisiert werden, da es zu hohe Ansprüche an die chemische ßeinheit geigneter Stoffe stellt, die den Zustand des ffärmegleiohgewiohtes hervorrufen· Durch dieses ^erfahren kann eine stabile Modulierung der umgebenden Temperatur in weiten Grenzen erzielt werden und die Stabilisierungstemperatur ist ohne nachträgliche Anwendung zusätzlicher Stoffe verhältnismäßig hoch. Auch die konstruktive Lösung einer solchen Vorrichtung zur praktischen Durchführung des Verfahrens ist kompliziert und anspruchsvoll im Hinblick auf spezielle technologische Prozesse, auf das angewendete Material und die Präzision der Herstellung der Konstruktionselemente und deren zuverlässige mechanische und elektrische Funktion· Dieses Verfahren zur Herstellung einer stabilen Modulation führt zu weiteren Schwierigkeiten, die bei der Healisierung des Durchgangs der Strahlung entstehen·

Zum Zwecke der Vollständigkeit sei erwähnt, daß auch Vorrichtungen zur Strahlungsmodulation existieren, die kein Verfahren für Temperaturstabilisierung erfordern· Der Vorteil dieser Modulationsvorrichtungen ist die Einfachheit ihrer konstruktiven Anordnung. Sie sind jedoch mit einer .Reihe von Nachteilen behaftet, die deren Anwendungsbereich erheblich vermindern. Ihr Hauptnachteil ist eine verhältnismäßig hohe Modulationsspannung für ein Modulationselement, d.h. in der Größenordnung von Tausenden Volt, Ein weiterer Nachteil ist die Existenz unbeseitigbarer piezoelektrischer Resonanzen, die das übertragene· Frequenzband erheblich herabsetzen. Bei der Anwendung mehrerer Modulationselemente treten dann

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notwendigerweise höhere S1;rahlungsverluste infolge Absorption, Reflexion und Streuung auf· Ein weiterer Nachteil dieses dritten Verfahrens besteht in der schwierigem Kontaktierung und elektrischen Durchschaltung der einzelnen Elemente, was Übergangswiderstände zwischen den Elementen hervorruft, wodurch auch unerwünschte Änderungen in der Modulierung des Signals entstehen. Eg sind bisher nur zwei Hersteller bekannt/die Modulationsvorrichtungen dieser Art erzeugen«,

" ' Die Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen weiten Bereich der praktischen Anwendbarkeit von optischen Elementen mit elektrischer und/oder magnetischer Aktivität zu sichern. Solche Elemente sind ζ»Β_β diagonale Kristallschnitte, Einrichtungen, die optische Strahlen oder Strahlungen bearbeiten, insbesondere geodätische Einrichtungen, oder Einrichtungen für Erd- und kosmische Navigations seismographisehe und dos!metrische Einrichtungen, weiter Geräte und Einrichtungen für eine gesteuerte Bearbeitung^ in der Medizin ₉ ia Kommunikationsvorrlelitunges und überall dort, wo ein ununterbrochener und langdauernder Betrieb einer optischen Modulationsvorriohtung gefordert wird»

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist esj, die meisten Nach teile und Mängel bisher bekannter Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren zu beseitigen® Insbesondere . ist es Aufgabe der Erfindung, die Folge der Tatsache m beseitigen, daß kein idealer Wärmeisolator existiert. Weiterhin soll die Unmöglichkeit beseitigt werden, eine unabhängige Einstellung optimaler Betriebsparameter zu erzielen* Auch soll die Notwendigkeit beseitigt werden_fc irgendeines der erwähnten Verfahren durch eine andere als die übliche Technologie durchführen zu müssen und eine hohe chemische und insbesondere optische.Reinheit, bzw» Homogenität der

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Stoffe, welche zur Bildung des Zustandes des Wärmegleichgewichtes angewendet werden, anwenden zu müssen. Auch soll der enge Bereich der Änderungen der umgebenden Temperatur beseitigt werden, um eine stabile Modulation zu sichern. Es soll auch die Notwendigkeit beseitigt werden, eine hohe Stabilisierungstemperatur, bzw. zusätzliche Stoffe anwenden zu müssen· Es soll weiter nicht notwendig sein, die Konstruktionsilemente mit hoher Präaision herstellen zu müssen, eine verhältnismäßig hohe Modulationsspannung in der Größenordnung von Tausenden Volt anwenden zu müssen. Die Erfindung bezweckt auch, unbeseitigbare piezoelektrische Resonanzen auszuscheiden, die die ^reite des übertragenen Frequenzbandes einschränken, die Verluste der Strahlung durch Absorption, Heflexion und Dispersion und andere derartige Nachteile zu beseitigen·

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine ununterbrochene, bzw, langdauernde stabile Modulation einer vorzugsweise kohärenten strahlung und die Anwendung einer niedrigen Modulationsspannung in der Größenordnung von einigen Volt bis maximal einigen zehn Volt und die Verminderung der StrahlungsVerluste durch Absorption, Dispersion und Heflexion auf einen minimalen riert zu ermöglichen. Zweck der Erfindung ist weiterhin eine einfache Konstruktion einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne besondere hohe Ansprüche hinsichtlich der Herstellungstechnologie und der Präzision der Bearbeitung der verwendeten Elemente, Beseitigung der Ansprüche auf chemische Reinheit bzw. optische Homogenität und die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Materialien, um die Anwendung normaler Rohstoffe und Halbprodukte zu ermöglichen. Außerdem ist es zweck der Erfindung, die stabilisierung der Modulation bei einer stabilisierten Temperatur zu lösen und dadurch eine maximale verlustfreie Tätigkeit von optischen elektrisch und/oder magnetisch aktiven Elementen in einem weiten Bereich

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von Betriebstemperaturen in der Größenordnung von einigen zehn Graden Celsius zu sichern. Schließlich ist,es Zweck der Erfindung, zu ermöglichen, weitere optische Elemente, z.B. Viertelwellenplättchen und einen Polarisator in einem wärmestabilisierten Raum anzuordnen und die Möglichkeit zu schaffen, diese optischen Elemente für eine stabilisierte Temperatur zu konstruieren» Auch soll die gesamte Vorrichtung so angeordnet werden, daß sie unabhängig von der Konstruktion der Strahlungsquelle, z.B. eines Lasers, eingestellt werden kann und dadurch die optimale Einstellung der Betriebsparameter ermöglicht«,

Zweck der Erfindung ist vor allem ein Verfahren zur Stabilisierung der Modulation einer vorzugsweise kohärenten Strahlung im Bereich von infrarot bis ultraviolett. Dieses Verfahren besteht darin, daß die Temperatur der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente, z.B-. von diagonalen Kristallschnitten mit hoher Präzision auf einem konstanten Wert gehalten wird* der besser ist, als in der Größenordnung von - .O₉OI⁰C. Zur Aufrechterhaltung der Temperatur der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente wird eine selbständige thermostabilisierende Einrichtung verwendet und der Raum, in dem die elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemeate untergebracht sind, wird mit Vorteil mehrfach thermisch isoliert. Die Temperatur der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente wird mit hoher Präzision dadurch auf einer konstanten Temperatur gehalten, daß der Raum, in dem diese elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente untergebracht sind, auf eine stabile Temperatur beheizt wird, wobei die Heizung kontinuierlich oder nicht kontinuierlich,, z.B® in Zeitperioden, durch einen elektrischen ^reis gesteuert wird. Geeignet ist z.B. eine Brückenschaltung,, Gleichzeitig wird z.B« ein wärmeempfindlicher Fühler angewendet, der z.B. aus ' einer Widerstandswicklung besteht, die an der Überfläche des den Halter der elektrisch und/oder magnetisch aktiven opti-

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sehen Elemente umgebenden Gehäuse gelagert ist. Dieser wärmeempfindliche Fühler steuert einen elektrischen Steuerkreis, welcher die Heizung des Baumes regelt und dadurch die Temperatur im Raum und an dessen äußerer Oberfläche, bzw. innerhalb eines äußeren wärmeisolierenden Systems automatisch durch Ein- und Ausschaltung der 'elektrischen Heizung stabilisiert. Dieses erfolgt dadurch, daß beim Ansteigen der Temperatur, bzw, bei Erreichung einer vorgewählten Temperatur im geheizten Raum, der Fühler einen derartigen Funktionswert z.B. seines Widerstandes erreicht, daß dadurch gleichzeitig durch Kopplung mit einem Steuerkreis durch den letzteren der aus der Quelle der elektrischen Energie in die elektrische Heizvorrichtung fließende Strom unterbrochen, wird. In der Heizvorrichtung ist der Raum mit den elektrisch und/oder magnetisch akti-ven optischen Elementen untergebracht. Beim Abfallen der Temperatur in diesem Raum um mindestens 0,01⁰C verändert sich z.B. der inert-des elektrischen Widerstandes des Fühlers und infolgedessen wird durch Kopplung des Fühlers mit dem Steuerkreis durch den letzteren die Quelle der elektrischen Energie an die elektrische Heizvorrichtung angeschlossen. Der ganze Vorgang wiederholt sich, so daß die Temperatur im geheizten Raum um einen gewählten Wert, der sogenannten stabilisierten Temperatur, maximal in der Größenordnung von ί 0,01⁰C schwankt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung der stabilisierung der Modulation einer insbesondere kohärenten Strahlung· Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem metallenen Halter der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente, Der Halter ist vorzugsweise zylinderförmig und in der Längsrichtung mindestens zweiteilig, um die Montage zu erleichtern. Der Halter ist mit einem in der Längsrichtung verlaufenden Hohlraum versehen, dessen Querschnitt, der vorzugsweise quadrat-

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förmig gestaltet ist, dem Querschnitt eines jeden der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente entspricht. Die Teile des Halters sind elektrisch leitend miteinander verbunden und mechanisch auseinandernehmbar. Die elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente besitzen vorzugsweise die Form eines vierseitigen Mimas, dessen zwei gegenüberliegenden längswändt entsprechend der optischen Orientierung des Materials des Prismas leitend metallisiert sind, wodurch Elektroden entstehen. Mit diesen Elektroden sind Anschlüsse von der Quelle der Modulationsspannung angeschlossen.

• In Abhängigkeit von der ^rt der verwendeten elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente wird in den Hohlraum des Halters entweder nur eines dieser prismatischen Elemente hineingelegt oder mehrere von ihnen. Falls es sich um elektrisch und/oder magnetisch aktive optische Elemente handelt, die z.B. aus einem diagonalen Kristallschnitt Z-45 entstehen, wird im Halter mindestens eines dieser Elemente befestigt. Entstehen die verwendeten elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente z.B. aus einem Kristallschnitt Y-45_S werden im Halter mindestens zwei solcher Elemente befestigt. Wird im Halter mindestens ein Element eines Kristallschnittes Z -45 befestigt, dann ist die erste Elektrode des Elementes in direkter leitender Berührung mit der entsprechenden fand des Hohlraumes des Halters, die zweite Elektrode des gleichen Elementes ist vom Halter isoliert und die Zuleitung dieser zweiten Elektrode ist mit der ersten von zwei Klemmen für den Anschluß der Modulationsquelle verbunden. Die zweite dieser Klemmen ist-an den Halter angeschlossen.

Sind im Halter mindestens zwei Elemente eines Kristallschnittes Y -45 oder eine ganzzahlige Anzahl von Paaren dieser Elemente befestigt, wobei stets ein Paar dieser

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Elemente eine Modulationseinheit bildet, dann ist die erste Elektrode des ersten Elementes in direkter leitender Berührung mit der ersten entsprechenden Wand des Hohlraumes und die zweite Elektrode des zweiten Elementes ist in direkter leitender Berührung mit der zweiten, d.h. gegenüberliegenden Wand des Hohlraumes des Halters. Die zweite Elektrode des ersten Elementes ist mit der ersten Elektrode des zweiten Elementes und mit der ersten Klemme für den Anschluß der Zuführung der Modulationsquelle "verbunden, deren zweite Klemme an den Halter der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente angeschlossen ist. Die Paare der | Prismen, bzw. der Elemente sind untereinander parallel durchgeschaltet. Im Falle der Anwendung von Elementen eines Kristallschnittes Z -45 sind alle diese Elemente in unbeschränkter Anzahl* i»h» in einer geraden oder ungeraden Anzahl, untereinander parallel durchgeschaltet.

Der Halter mit den befestigt /'.-■;^-nten, bzw« Prismen ist in die iieizkapsel derart eingeh-· >^;._; daß die MnAe des Halters und der Heizkapsel miteinander in perfekter leitender Berührung stehen. Die Heizkapsel ist vorzugsweise in der Form eines Hohlzylinders, bzw. in aer Form eines liohrs gestaltet. An der zylindrischen Oberfläche der Heizkapsel sind einerseits iwittel zum Abgreifen der Temperatur der ( Heizkapsel, andererseits Mittel für die elektrische Heizung der Heizkapsel angebracht. Die Mittel zum Abgreifen aer Temperatur der neizkapsel, bzw, eier Fühler, sind z.B. in der Form einer unteren Wicklung aus einem dünnen isolierten Kupferleiter, aer aicht an aer überfläche der üeizkapsel aufgewickelt ist, ausgeführt.

Das Mittel für die elektrische heizung aer Heizkapsel, z_eB. eine ooere wicklung, ist aus isoliertem ,liiderstandsaraht ausgeführt una dicht am Fühler angebracht. In der Eingangs-

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■ Stirnfläche der Heizkapsel ist beispielsweise ein Halter mit ' einem Viertelwellenplättchen und in der Ausgangsstirnfläche der Heizkapsel ein Halter mit einem Polarisator angebracht* Die Heizkapsel ist mit dem ersten wärmeleitenden Mittel, z.B. einem Bohr aus wärmeisolierendem Stoff, überzogen« Das Ganze ist in eine metallene Trägerkapsel hineingeschoben'·, deren Oberfläche innen und außen hoch poliert ist. Die Stirnflächen der Trägerkapseln sind in der Achse des Halters der Elemente mit einer Öffnung versehen, die mit optisch perfekt durchlässigen DeckfBnsterchen versehen sind. Die -| Trägerkapsel ist von einer zweiten wärmeisolierenden Schicht * umgeben und das Ganze ist an der äußeren Deckung gelagert und befestigt. An der Oberfläche dieser Deckung sind Steckdosen für den Anschluß einer thermostabilisierenden Vorrichtung vorgesehen. Die thermostabilisierende Vorrichtung besteht aus einer Quelle zur Speisung eines Heizmittels, z.B. einer Heizwicklung an der Heizkapsel mit dem Halter der Elemente, weiter aus einem elektrischen Kreis zur Speisung des kreises mit dem fühler und schließlich aus einem elektrischen Steuerkreis, an dessen Eingang ein Mittel für das Abgreifen der Temperatur der Heizkapsel angeschlossen ist. Der elektrische Steuerkreis ist elektrisch verbunden mit dem elektrischen ^reiw, bzw«, mit der Quelle der elektrischen | Energie für die Speisung des Heizmittels an der Heizkapsel.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und vereinfacht dargestellt· Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Anordnung der Vorrichtung für die Stabilisierung der Modulation einer Vorzugs- . weise kohärenten Strahlung und

Fig. 2 ein Beispiel der konstruktiven Ausführung der Vorrichtung für die Stabilisierung der Modulation einer kohärenten Strahlung·

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In Fig. 1 sind beide elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente 1, 2 mit zwei Elektroden 3, 4 bzw. 5»6 versehen und sie sind in einem metallenen zweiteiligen Halter 9, 10 derart gelagert und befestigt, daß die Elemente abwechselnd vom ersten Teil 9 und vom zweiten Teil 10 des Halters durch Isoliereinlagen 7, 8 abisoliert sind. Der doppelteilige Halter 9, 10 ist in die Heizkapsel 11 eingesetzt. In die Eingangsstirnfläche der Heizkapsel ist ein sogenanntes Viertelwellenplättchen 12 und in die Ausgangsstirnfläche der Helzkapsel 11 ein Polarisator 13 eingesetzt. An der zylindrischen Oberfläche der Heizkapsel 11 sind schraubenförmige Halter angeordnet, in denen unten die Wicklung 14 des Fühlers gelagert ist, der aus einem dünnen, isolierten Kupferdraht besteht. An der Wicklung 14 ist in der oberen Schicht die Heizwicklung 15 aus isoliertem Widerstandsdraht angeordnet. Die Heizkapeel ist mit einem Hohr 1g aus wärmeisolierendem Material Überzogen und das.Ganze ist in eine vorzugsweise zylinderförmige metallene Trägerkapsel hineingeschoben und wird darin gehalten. Die Stirnflächen der metallenen Trägerkapsel 17 sind in der Kapselachse mit Offnungen versehen, in welche optisch perfekt durchlässige Plättchen, bzw. Fensterchen 18, 19 eingesetzt sind. Die metallene Trägerkapsel ist an der inneren und äußeren Oberfläche auf Spiegelglanz poliert und in ein zweites Äohr aus wärmeisolierendem Stoff eingesetzt. Das zweite Isolierrohr ist mit einer äußeren Abdeckung 21, z_eB. aus Metall überzogen, deren Oberfläche poliert ist. Die Quelle 25 der elektrischen Modulationsenergie ist an die Zuführungen der Elektroden 3, 4 und 5, 6 an den Elementen 1, 2 durch die Klemmen 22 angeschlossen. Die Quelle 26 der elektrischen Energie für die Beheizung der Heizkapsel 11 ist an die Klemmen 24 der Heizwicklung 15 angeschlossen. Die Klemmen 27 an den Zuführungen des Fühlers, bzw. an den Polen der Abgriff wicklung 14 sind an den elektrischen Steuerkreis 27 angeschlossen. Der Steuerkreis 27, der Speisekreis 28 des Wühlers und die Quelle 26

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der elektrischen Energie für die Beheizung der Heizkapsel bilden ein System, bzw, einen elektrischen Block, der als Thermostabilisator 29 bezeichnet wird. Der Speisekreis 28 des Fühlers ist an den Eingang des Steuerkreises 27 angeschlossen. Der Ausgang des Steuerkreises 2? ist an den Eingang der Quelle 26 ,der elektrischen Energie für die Beheizung der Heizkapsel 11 angeschlossen. Der Speisekreis 28 des Wühlers 14 speist z.B. die zweite Diagonale von vier Zweigen einer Brückenschaltung, in deren ersten Diagonale ein" elektrisches Mittel, z.B. ein Heiais geschaltet ist, * · welches den Anschluß bzw. die Abschaltung der Quelle 26 der elektrischen Energie von der Heizkapsel 11 steuert.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der konstruktiven Ausführung der Vorrichtung für die stabilisierung der Modulation vorzugsweise einer kohärenten Strahlung, wobei die verwendeten Be augs ζ eichen gleiche Bestandteile wie in ¹¹Ig₉ 1 bezeichnen. Der Block des Thermostabilisators ist in der Zeichnung nicht eingetragen und aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung sind auch die Anschlüsse der Heiz- und Abgriffwicklung und die entsprechenden Klemmen nicht eingetragen. Anstatt der Klemmen für die Zuführung der Modulationsenergie ist eine koaxiale Steckdose 22 dargestellt, die dem " gleichen Zwecke dient«

Die höheren bzw. neuen Effekte der Erfindung,d«h· des Ver-• fahrens zur Stabilisierung einer Vorzugsweisen kohärenten Strahlung und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bestehen darin, daB die elektrisch und/oder magietisch aktiven optisßh#n Elemente im Halter innerhalb der beheizteil Kapsel angeordnet sind, so daß die Temperatur der Umgebung und . damit auch die temperatur dieser Elemente- gesteuert bzw» stabilisiert werfen kann* Diese Stabilisierung erfolgt automatisch und wir! durch den &reis gesteuert, is dem ein Vorzugs-

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weise wärmeempfindlicher Fühler das Hauptglied bildet. Da ein solcher Fühler 2.B. leicht in der Form einer Wicklung aus Widerstanddraht realisiert werden kann, der in Hillen an der oberfläche der Heizkapsel angeordnet ist, kann gleichzeitig durch geeignete Anordnung einer solchen Wicklung, z.B. in die gleichen Hillen dicht unter die Heizwicklung, die engste thermische Kopplung zwischen dem Steuerkreis, dessen Hauptteil der fühler bildet und der Speisequelle für die Beheizung der Heizkapsel erzielt werden. Auf diese Weise kann also ziemlich leicht der ungünstige Einfluß der Wärmeträgheit, bzw. die Zeitkonstante dieses Regelkreises auf , ein Minimum herabgesetzt werden, wodurch maximale Wärme- jtj empfindlichkeit des Regelkreises erzielt werden kann. Entsprechend den übrigen Umständen, die ebenfalls auf die Wärmeempfindlichkeit, bzw. auf die üegelgeschwindigkeit Einfluß haben, wie z.B. die Abmessungen der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente, Art des Materials, Typ des Schnittes usw. , kann Wärmeempfindlichkeit des Fühlers in der Größenordnung von Hundertstellen eines Grades Celsius erreicht werden. Unter gewissen Umständen können Werte in der Nähe von 0,01⁰C erreicht werden. Infolgedessen, da die eigene Temperatur der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elemente durch die auf diese Weise stabilisierte Temperatur innerhalb der Heizkapsel ebenfalls im , gleichen Maße stabilisiert ist, sind deren optische Eigenschaften, insbesondere der Brechungsindex und die Phasenverschiebung in einem Maße konstant, welches der Stabilität der Temperatur der Elemente entspricht. Der Modulationsprozeß, sein Effekt und auch der Effekt der gesamten Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren sind in einem Maße konstant, welches durch die erreichbare Stabilität der Temperatur der Heizkapsel und der optischen EIe- ^; mente gegeben ist, und zwar nicht nur der elektrisch und/oder magnetisch aktiven, sondern auch der rein optischen, also auch der eines Viertelwellenplättchens und des Polarisators, . '

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/ die gleichzeitig ebenfalls wärmestabilisiert werden.

Der Steuerkreis kann leicht durch Anwendung einer Brückenschal tung mit vier Widerständen realisiert werden, wobei ein Arm die Widerstandswicklung des Fühlers bildet.¹ Die übrigen drei Arme werden auf einer stabilen Temperatur gehalten·, damit sich ihre Widerstandswerte nicht ändern. Nach Einschaltung der thermostabilisierenden Vorrichtung wird der Baum innerhalb der Heizkapsel auf eine bestimmte Temperatur erwärmt, die durch die Verhältniswerte der Brückenschaltung

W bestimmt ist. Während der Erwärmung der Heizkapsel steigt fortschreitend der Widerstand der Wicklung des Fühlers an, bis sein Widerstand dem des benachbarten Brüokenarmes gleicht. In diesem Augenblick befindet sich die Brücke im Gleichgewicht und die Spannung der ersten Diagonale der Brücke sinkt auf null herab. Infolgedessen wird z.B, über ein Relais die Speisequelle τοη der Heizwicklung am Heizgehäuse abgeschaltet. Die Temperatur des Hei!gehäuses beginnt allmählich zu sinken, Die Änderung der Temperatur der Heizj wicklung, bzw· die Abkühlung verursacht Kühlung der Wicklung die Fühlers und sobald diese Änderung einen Wert in der Größenordnung eines Hundertstels eines Grades ötlsiue erreicht, verursacht die Unwucht in der Brück® einen Strom in der ersten Brückend!agonale. Beim Durchfließen durch die Heiaiswicklung verursacht dieser Strom gemeinsam mit dem lieiais den Anschluß der Speisequelle an die Heizwicklung des Heilgehäuses, dessen Tenperatur anzusteigen beginnt und der gesamte Vorgang wird wiederholt.

Die Wirkungen dieses VörgiBfes werden durch eine geeignete konstruktive Anordnung des Syitems der elektrisch und/oder ι magnetisch aktiven optischen Elemente als rein optische Sletteute unttretütit. Die Wärmeausstrahlung In die Umgebung > wird nämlich Im höchsten Maße durch eine geeignet gewählte.

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und gegliederte Wärme-solation beschränkt. Diese Wärmeisolation besteht aus zwei wärmeisolierenden Milieus und aus zwei wärmereflektierenden MäntelB. Auf diese Weise wird eine langwährende Betriebsstabilität der Vorrichtung, bzw, des Modulationsprozesses und des Produktes bei möglich großen Grenzen der Änderungen der umgebenden Temperatur erreicht. Diese Änderungen können in der Größenordnung von einigen zehn Graden Celsius liegen« Die Temperaturetabilisation ist deshalb sehr effektiv, weil nicht nur verhindert wird, daß die Temperaturänderungen der Umgebung in das Innere des Raumes der optischen Elemente hineindringt, sondern gleichzeitig wird auch, außer einer anderen Isolation, durch spiegelglänzende Jteflexions-Zwischenwände verhindert, daß die Wärme aus dem inneren Baum der Heizkapsel nach außen hin in die Umgebung, durchdringt.

Die Anwendung von Stirnflächenabdeckungen mit Fensterchen mit einem sogenannten "Lambda-Plättohen", welches den inneren wärmeisolierten Baum abschließt, vermindert die Verluste der durchgehenden modulierten Strahlung durch Beflexion.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu dessen Durchführung ermöglicht eine stabile Strahlung im Gebiet von infrarot bis ultraviolett durch eine elektrische Modulationsspannung, wobei die Übertragung der Modulation in weiten Grenzen der TemperaturSchwankungen verläßlich, störungsfrei und unverzerrt erfolgt»

Gleichzeitig wird bei der Anwendung der Erfindung Stabilisierung der optischen und mechanischen Eigenschaften des Materials auf einer bestimmten konstanten Betriebstemperatur ■erreicht, Die stabilisierte Betriebstemperatur der Modulationsvorrichtung ist derart gewählt, daß die optimale Wirkung der Tätigkeit der elektrisch und/oder magnetisch

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aktiven optischen Elemente gesichert wird. Durch Jilrwärmung des Baumes innerhalb des Heizgehäuses wird eine wesentliche Verminderung der Feuchtigkeit des Milieus erzielt und dadurch werden eventuelle chemische Veränderungen und insbesondere.destruktive Änderungen an der Oberfläche der polierten Stirnflächen der erwähnten elektrisch und/ oder magnetisch aktiven optischen Elemente verhindert.

Die Erfindung-ermöglicht eine weitere Anwendung der einen ^ elektrooptischen Effekt aufweisenden Kristallmaterialien ^ in der Modulationstechnik, in elektrischen Verschlüssen und in Einrichtungen zur Messung von dichroiden Erscheinungen. Dadurch wird gleichzeitig die praktische Anwendungsmöglichkeit von Quellen einer kohärenten Lichtstrahlung (laser) erweitert. Es wird deren technischer und ökonomischer Wert und deren Absatzmöglichkeit gesteigert.

Durch die durchgeführte Temperaturetabilisation wird ein langwährender stabiler Betrieb von elektrooptischer Modulatoren in weiten Grenzen der umgebenden Temperatur erzielt. Wie bereits angedeutet, können Modulatoren für verschiedene Zwecke eingesetzt und das Verfahren der Tempera*- tur'stabi!isation auch bei weiteren elektrooptischen Geräten . angewendet werden. Die Erfindung unterstützt die Entwicklung der Lasertechnik.

; Eine Modulationsvorrichtung mit stabiler Funktion ist ein notwendiger Bestandteil einer Lasereinrichtung und überall dort erforderlich, wo die Übertragung und Aufzeichnung von Informationen einer kohärenten Strahlung notwendig sind. Mit der Entwicklung der Anwendung der Lasertechnik ist gleichzeitig auch eine Erweiterung dar Anwendung von stabilen ütrahlungsmodulatoren und weiterer Varianten der

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dung von Kristallsohnitten mit elektrooptischen! Effekt vorauszusehen. Die Anwendung wird sich insbesondere in der Meßtechnik erweitern, z.B. in Messeeinrichtungen für der zirkulären Dichroismus, in der Meteorologie zur Messung der Sichtweite» der Wolkenhöhe und in der Geodesie zur genauen Messung von Entfernungen. Wärmestabilisierte Strahlungsmodulatoren werden in vollem Maße in der Kommunikations- und Navigationsteohnik ausgenutzt werden, wo aan ohne perfekte Strahlungsmodulatoren nicht auskommen kann»

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   PATENTANSPRÜCHE:

   Verfahren zur Stabilisierung der Modulation einer vorzugsweise kohärenten Strahlung im bereich von infrarot bis ultraviolett, dadurch gekennzeichnet , daß der innere Raum einer Heizkapsel mit dem Halter elektrisch und/oder magnetisch aktiver optischer Elemente elektrisch auf eine konstante Temperatur beheizt wird, die mit einer Genauigkeit besser als in der Größenordnung i Hundertstel ⁰C aufrechterhalten wird, wobei die Beheizung nicht kontinuierlich, z.B. laut Zeit, durch einen elektrischen Steuerkreis, vorzugsweise eine Brückenschaltung, gesteuert wird, wobei z.B. ein wärmeempfindlicher Fühler, der in perfekter wärmeleitender Berührung einerseits mit der Oberfläche der Heizkapsel, andererseits mit Heizmitteln, z.B. einer Wicklung an der Heiskapsel steht, dem Eingang des elektrischen Steuerkreises Informationen über die Temperatur in Abhängigkeit Tom Wert seiner funktioneilen physikalischen Größe, z.B. des elektrischen Widerstandes der Abgriffwicklung an der Heizkapsel liefert, während der elektrische Steurkreis die Abschaltung des durch die elektrische Quelle fließenden Stroms in die- Heizwicklung an der Heizkapsel steuert, sobald der Wert des elektrischen Widerstandes des wärmeempfinilichen Fühlers einen ersten vorbestimmten und eingestellten Wert, z.B. mittels der Brückenschaltung i» elektrischen Steuerkreis erreicht, und den aus der elektrischen Quelle in die Heizwicklung an der Heizkapsel fließenden Strom einschaltet, sobald

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   der Wert des elektrischen Widerstandes des warmeenpfindlichen Fühlers einen zweiten vorbestimmten *ert erreicht, welcher den Wert der stabilisierten Temperatur mindestens in der Größenordnung von Hundertsteln ⁰C verringert·
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach ins^ruoh 1, bestehend im wesentlichen aus einem vorzugsweise metallenen Halter und elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (9, 10) der elektrisch unt/oder * magnetisch aktiven optischen Elemente (1, 2) in d«n Hohlraum einer Heizkapeel (11), vorzugsweise stylindri- · scher Form, derart eingesetzt ist, daß die Wäftde des Halters und der üeizkapsel in wärmeleitender Berührung stehen, wobei die Heizkapsel (11) mit einem erstes wärmeisolierenden Httel (16) überzogen ist tmd das Gttnae in eine vorzugsweise metallene Trägerkapsel (17) hiaelngeschöben iat, deren Oberfläche innen und auöpa poliert ist und deren Stirnflächen mit Öffnungen Ter#ehea sind, die mit optisch toohlüsgigeB Jeneteroheia (18_# T$) aasgefüllt sind, wobei dieee Trägerkapsel (17) alt einer zweiten wärmeleitenden Schicht (20) umgeben ist tmä das Ganze in eiser äußeren Abdeckung (21) angaor&iet let, ( an deren Oberfläche Klömmen (23, 24) für den einer thersöstÄbilisiearen&eB Vorrichtung (2$; sind. ' ■
3. 3. Vorrichtung nach inspruch 2, dadurch g e k e jb, n. zeioiinet., daH/JÖAe. Heiisfeapael (11-) i» eines H^z^li$te$ gestaltet Ibt., an depees. und

   diesen- Mithin (14) und in »mgin Sontslti ώ% ίώάβ. * - . [

   Mittel.¹ (15) tike die elektrisobi Beheiatuig der Heil- , *"

   kapsel (11·) .'angeordnet und k«£ij8tigt ^;

   8AO

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4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k βη β -zeichnet, daß in der Eingangsstirnfläche der Heizkapsel (11) ein Halter mit einem Viertelwellenplättchen (12) angeordnet ist»
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsstirnfläche der Heizkapsel (11) ein Halter mit einem Polarisator

   . (13) befestigt ist.

   ^w 6. Vorrichtung nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet , daß die thermostabilisierende Vorrichtung (29) gebildet wird aus einer Quelle (26) der elektrischen Jänergie für die Speisung des Heizmittels (15) an der Heizkapsel (11), aus einem elektrischen Kreis (28) für die Speisung des Kreises des Fühlers und aus einem elektrischen Steuerkreis (27)» wobei die Quelle ^26) der elektrischen Energie für die Heizkapsel durch Klemmen (24) a» das Heizmittel (15) und der elektrische Steuerkreii (27) an das Abgjlffmittel (14) das Wärmefühlera durch Klemmen (23) angeschlossen ist,

   ι ; . ■. ■

   7» Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekuazeichnet, daß die Quelle (25) der Modulations energie durch an der äußeren Abäeckung (21) angeordnete Klemmen (22) an die Elektroden O, 4, 5$ 6) der elektrisch und/oder magnetisch aktiven optischen Mittel (1, 2) angeschlossen ist*

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   ^BAD ORIGINAL