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Für die Drehung einer vorgegebenen Schwingungsrichtung von linear
polarisiertem Licht werden entweder Platten aus optisch aktivem Material oder doppelbrechende
Platten mit einer Phasenverschiebung von /2 oder einem ungeraden Vielfachen davon
allgemein also (2K+1) A/2 verwendet. Nachteilig ist dabei, daß sowohl das Drehvermögen
als auch die Phasenverschiebung von der Wellenlänge abhängig ist. Wenn man also,
wie z. B. bei der Polarisations-Interferenz-Mikroskopie mit weißem Licht arbeiten
will, ist es erwünscht, eine Achromatisierung durchzuführen. Zu diesem Zweck hat
man daher zwei Platten mit unterschiedlicher Rotationsdispersion oder zwei Platten
mit unterschiedlicher Doppelbrechungsdispersion kombiniert (vgl. unter anderem deutsche
Patentschrift 975 217).
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Die Drehung einer vorgegebenen Schwingungsrichtung von linear polarisiertem
Licht um einen bestimmten Winkel q 0 kann bekanntlicht entweder mit einer Platte
aus optisch aktiver Substanz, wie z. B. einer senkrecht zur Kristallachse geschnittenen
Quarzplatte oder mit einer doppelbrechenden Platte, die eine Phasenverschiebung
von R besitzt, wie z. B.
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Kalkspat, erreicht werden. Im folgenden seien diese beiden Bauelemente
kurz als Dreh- bzw. Phasenplatte bezeichnet. Eine derartige Drehung der Polarisationsebene
ist beispielsweise bei einem Interferenzmikroskop nach dem Jamin-Lebedeff-Prinzip
erforderlich.
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Nachteilig bei den obengenannten Bauelementen, d. h. also bei Dreh-
bzw. Phasenplatten, ist, daß, wie oben bereits erwähnt, sowohl das Drehvermögen
als auch die Phasenverschiebung von der Wellenlänge abhängig ist. Bringt man eine
derartige Platte zwischen einem Polarisator und Analysator derart an, daß die Drehung
der Schwingungsrichtung nicht Null ist, so tritt bei einer bestimmten Stellung des
Analysators nur für eine Wellenlänge eine vollkommene Auslöschung ein. Dieser Nachteil
kann durch eine Achromatisierung vermindert werden. Es ist bekannt (vgl. zum Beispiel
deutsche Patentschrift 975 217), durch Kombination von Materialien unterschiedlicher
Rotationsdispersion die Drehung der Schwingungsebene für zwei Wellenlängen gleich
zu machen. Hierzu ist es erforderlich, daß das eine Material rechtsdrehend und das
andere linksdrehend ist. Weiterhin ist bekannt, Phasenplatten aus Materialien mit
unterschiedlicher Dispersion der Doppelbrechung derart zu kombinieren, daß für zwei
Wellenlängen die Phasenverschiebung gleich wird, also bei der vorliegenden Aufgabenstellung
gleich A/2.
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Die Orientierung der beiden Achsen ist hierbei so, daß sich die beiden
Platten in Subtraktionsstellung befinden. Diese bekannten Achromatisierungsmaßnahmen
gleichen im Prinzip der Achromatisierung von Linsen, bei denen zwei Glieder mit
unterschiedlicher Dispersion zur Anwendung gelangen.
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Nachteilig bei dieser Methode der Achromatisierung ist, daß die Forderung
nach unterschiedlicher Dispersion bei kristalloptischen Bauelementen Materialien
bedingt, die hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften nicht allen Wünschen
gerecht werden.
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Nach der Erfindung wird ein grundsätzlich anderer Weg zur Drehung
der Schwingungsrichtung von linearpolarisiertem Licht mittels kristalloptischer
Bauelemente eingeschlagen, nämlich durch eine Kombination von Drehplatten aus optisch
aktivem Material gemeinsam mit Phasenplatten aus doppelbrechendem Material zum Zwecke
der Erzielung
einer Achromatisierung unabhängig von dem Dispersionsverlauf der verwendeten
Materialien.
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Eine Einrichtung nach der Erfindung ist so aufgebaut, daß eine Phasenplatte,
deren Kristallachse mit der Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes einen Winkel
von uo/2 einschließt, zwischen zwei Drehplatten angeordnet ist, die so dimensioniert
sind, daß für eine Wellenlänge ibl die Drehung ç0/2 beträgt, und für eine Wellenlänge
22 die Phasen verschiebung der mittleren Phasenplatte = A/2 ist.
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Nach einem weiteren Gedanken kann die Einrichtung auch durch die
Kombination von zwei Phasenplatten und einer zwischen diesen beiden angeordneten
Drehplatte, deren Drehwinkel für eine Wellenlänge 22 gleich (Po ist, gebildet sein,
während die Phasenverschiebung jeder der beiden Phasenplatten für eine Wellenlänge
Al gleich i./4 ist und die Achse der ersten Phasenplatte mit der Schwingungsrichtung
des einfallenden Lichtes einen Winkel von 450 und die Achse der zweiten Phasenplatte
einen Winkel von (Qo - 450) einschließen.
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In den Figuren sei die erfindungsgemäße Einrichtung näher erläutert,
und zwar zeigen die F i g. 1 und 2 je eine Einrichtung, bei denen Dreh-bzw. Phasenplatten,
in Kombination miteinander, und die Orientierung dieser Platten im Strahlengang
schematisch dargestellt sind, während in F i g. 3 eine graphische Darstellung für
die Durchlässigkeit bei parallelen Polarisatoren wiedergegeben ist und aus Fig.
4 die graphische Darstellung der Meßergeb nisse für eine achromatische Einrichtung
zur Drehung der Schwingungsrichtung des Lichtes um 900 hervorgeht; Fig. 5 zeigt
den Verlauf der Durchlässigkeit bei Verwendung einer Einrichtung, bei der sowohl
die Dreh- als auch die Phasenplatten zusätzlich in der bekannten Weise achromatisiert
werden.
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Bei der ersten Ausführungsform nach F i g. 1 wird zwischen zwei Drehplatten
1 und 2 eine Phasenplatte 3, deren Achse mit der Schwingungsrichtung des einfallenden
Lichtes einen Winkel von ço/2 einschließt, angeordnet. Die Drehplatten sind so dimensioniert,
daß für die Wellenlänge Al die Drehung mio/2 beträgt und für die Wellenlänge 22
die Phasenverschiebung der mittleren Platte /2 ist. Licht mit der Wellenlänge Al
wird durch die erste Platte um q20/2 gedreht und schwingt nunmehr parallel zur Achse
der Phasenplatte, so daß es durch diese nicht beeinflußt wird. Durch die letzte
Drehplatte 2 erfolgt nochmals eine Drehung um (po/2, so daß eine Gesamtdrehung von
uü resultiert.
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Bei der Wellenlänge 22 sei die Drehung für die erste Platte ovo/2
+ S/2. Die Phasenplatte verursacht bei dieser Wellenlänge eine Phasenverschiebung
von A/2, so daß durch diese eine Drehung um 2 Sço/2 erfolgt, und die letzte Platte
2 bewirkt eine Drehung um ç0/2 + Dz?/2. Daraus folgt eine Gesamtdrehung von 0. Man
ersieht, daß sowohl für it als auch für 22 eine Drehung der Schwingungsrichtung
um 0o stattfindet, ohne daß der Dispersionsverlauf der Bauelemente eingeht. Er kann
also völlig beliebig sein.
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Bei der zweiten Ausführungsform nach F i g. 2 wird eine Drehplatte
6 zwischen zwei Phasenplatten 4 und 5 angeordnet. Die Phasenverschiebung jeder einzelnen
Phasenplatte muß für die Wellenlänge Al gleich A/4 und der Drehwinkel der mittleren
Platte für die
Wellenlänge 22 gleich o sein. Weiterhin muß die Achse
der ersten Platte 4 mit der Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes einen Winkel
von 450 und die der letzten Platte 5 einen Winkel von (oo 450) einschließen. Für
die Wellenlänge Al wird aus dem einfallenden linear polarisierten Licht durch die
erste Platte 4 zirkular polarisiertes Licht. Dieses wird durch die Drehplatte 6
in der Schwingungsform nicht geändert und durch die letzte Phasenplatte 5 entsteht
wieder linear polarisiertes Licht, dessen Schwingungsrichtung bei Einhaltung der
oben angegebenen Achsenlage um den Winkel 0 gegenüber dem einfallenden Licht gedreht
ist. Für die Wellenlänge 22 erzeugt die erste Platte elliptisch polarisiertes Licht.
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Die Achsen der Ellipse werden durch die Drehplatten um 0 gedreht und
durch die letzte Phasenplatte entsteht wieder linear polarisiertes Licht, wobei
die Schwingungsrichtung gegenüber dem einfallenden Licht ebenfalls um 90 gedreht
ist. Auch hier ist, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, die Achromatisierung
unabhängig von dem Dispersionsverlauf der Einzelelemente.
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Für die Durchlässigkeit bei parallelen Polarisatoren ergeben sich
die aus F i g. 3 ersichtlichen Zusammenhänge. Die Kurve I entspricht einer reinen
Drehplatte, die KurveII einer reinen Phasenplatte und die Kurve III einer achromatisierten
Einrichtung, bei der sowohl die Drehplatte als auch die Phasenplatte eine Nullstelle
bei der Wellenlänge i = 550 nm besitzen. Die Kurve IV zeigt die Meßergebnisse einer
Anordnung, bei der die beiden Nullstellen bei 480 nm und 650 nm liegen. Man sieht
ohne weiteres, wie durch die Achromatisierung eine wesentliche Verbesserung der
Auslöschung von weißem Licht erreicht wird. Die Meßergebnisse einer achromatisierten
Einrichtung gemäß Fig. 2 zur Drehung der Schwingungsrichtung des Lichtes um 900
gehen aus der Fig. 4 hervor. Zur Messung wurde eine Drehplatte 6 aus Quarz von zwei
Phasenplatten 4 und 5 aus Glimmer eingeschlossen und die Durchlässigkeit der Anordnung
wieder zwischen zwei parallelen Polarisatoren in Abhängigkeit von der Wellenlänge
gemessen. Die Wirkung der Quarzplatte allein ist durch die Kurve V und die Wirkung
der Phasenplatten ohne Quarzplatte ist durch die Kurve VI dargestellt. Wird die
Quarzplatte 6 zwischen den beiden Phasenplatten4 und 5 angeordnet, so ergibt sich
der aus Kurve VII ersichtliche Durchlässigkeitsverlauf. Die Messungen bestätigen,
daß sich die durch Wellenlängenabweichungen bedingten Fehler der Einzelelemente
bei der Achromatisierung multiplikativ zusammensetzen.
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Es sei noch bemerkt, daß die Wirkung eines Apochromaten erreicht
werden kann, wenn die Drehplatten und/oder Phasenplatten zusätzlich in der bekannten
konventionellen Art (vgl. deutsche Patentschrift
975217) achromatisiert werden. Als
Beispiel dafür sei in Fig. 5 der Verlauf der Kurve VIII für die Durchlässigkeit
bei Verwendung einer achromatisierten Phasenplatte gezeigt. Die Nullstellen bei
2 = 450 nm und 650 um sind die von der achromatisierten Phasenplatte, wobei beide
Teilplatten parallel zur optischen Achse der Kristalle geschnitten sind; die Nullstelle
bei R = 550 nm entsteht durch die Drehplatte. Hierzu sei noch bemerkt, daß die Durchlässigkeitskurve
4 Nullstellen besitzt, wenn sowohl die Dreh- als auch die Phasenplatten in der konventionellen
Art und Weise achromatisiert werden. Ohne Anderung der Zuordnung der Platten zueinander
bei beiden Einrichtungen nach der Erfindung ändert sich naturgemäß an der Wirkungsweise
der Einrichtungen bei einer Drehung der Gesamteinrichtung um 900 im Verhältnis zur
Schwingungsrichtung des einfallenden Lichtes nichts.