DE19611037C2 - Polarisierender Strahlteiler auf der Basis von Wollaston-Prismen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlteiler mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Licht besteht aus einer transversalen elektromagnetischen Welle. Diese transversale Welle spannt über den elektrischen Feld-Vektor E und die Ausbreitungsrichtung c eine Schwin­ gungsebene auf. Natürliches, unpolarisiertes Licht besteht aus kurzen Wellenzügen, bei denen die Richtung dieser Schwin­ gungsebene statistisch schwankt. Licht ist partiell linear polarisiert, wenn eine Schwingungsebene (die Hauptschwin­ gungsebene) bevorzugt auftritt und vollständig linear polari­ siert, wenn nur eine Schwingungsebene vorhanden ist. Licht ist zirkular polarisiert, wenn es aus zwei zueinander senk­ recht linear polarisierten Wellen, die die gleiche Amplitude, aber eine um 90° verschiedene Phase haben, zusammengesetzt ist. Bei ungleicher Amplitude der beiden Wellen wird das Licht elliptisch polarisiert. Zu beachten ist, daß die Intensität des Lichts proportional zum Quadrat der Amplitude der Welle ist.

In der Polarisations-Optik dürfte die Polarisationsfolie, wie sie z. B. in Sonnenbrillen benutzt wird, am häufigsten einge­ setzt werden, da diese kostengünstig herzustel ist. Pola­ risationsfolien absorbieren Licht mit unterschiedlicher Schwingungsebene deutlich verschieden stark. Damit kann natürliches Licht polarisiert werden und linear polarisiertes Licht analysiert werden.

Die Nachteile von Polarisationsfolien sind:

• a) Licht in nur einer Polarisationsrichtung wird ausgenutzt. Das Licht, das dazu senkrecht schwingt, wird in Polarisa­ tionsfolien prinzipiell herausabsorbiert. Dies reduziert bei Analysen von vornherein die zur Verfügung stehende Lichtmenge auf 50%.
• b) Da nur eine Polarisationsrichtung zur Verfügung steht, ist keine differenzielle Polarisationsmessung möglich. Benutzt man eine Polarisationsfolie zur Messung der Polarisation des Lichts, so mit man die Variation der Lichtintensität in Abhängigkeit des Positionswinkels der Polarisationsfolie. Dabei kann die Polarisationsmessung verfälscht werden, wenn ein variabler Untergrund (wie Streulicht im Labor oder Himmelshintergrundslicht bei astronomischen Beobachtungen) oder eine variable Durchsicht zur Lichtquelle (wie Rauchent­ wicklung im Labor oder Wolkendurchzug bei astronomischen Beobachtungen) vorhanden ist. Benutzt man jedoch zur Analyse das Licht in beiden Polarisationsrichtungen (ein differen­ zielles Meßverfahren), so können solche Effekte, z. B. durch Quotientenbildung, eliminiert werden. Rauchentwicklung im Labor während der Messung bewirkt die gleiche prozentuale Variation der Lichtintensität in beiden Polarisationsrichtun­ gen. Der Quotient der beiden Lichtintensitäten zeigt also dadurch keine Variation. Ist jedoch Polarisation vorhanden, so variieren die Intensitäten in den beiden Polarisations­ richtungen gegenphasig. Nimmt die Intensität in Abhängigkeit des Positionswinkels des Polarisators in der einen Polarisa­ tionsrichtung zu, so nimmt die Intensität in der dazu senkrechten Polarisationsrichtung ab. Die Variation des Quo­ tienten wird also durch tatsächlich vorhandene Polarisation entsprechend verstärkt.
• c) Auch in der Polarisationsrichtung, für die die Folie durchlässig ist, tritt eine nicht immer vernachlässigbare Absorption auf. Die Gesamt-Transmission für unpolarisiertes Licht liegt bei handelsüblichen Folien bei ca. 30%. Dies bedeutet, da eine Polarisationsrichtung praktisch vollständig absorbiert wird, daß die Transmission für die durchgelassene Polarisationsrichtung nicht 100% sondern nur ca. 60% beträgt. Die Punkte a) und c) zusammen bewirken, daß bei Analysen nur ca. 30% der Lichtintensität ausgenutzt wird. Dies ist dort von großem Nachteil, wo nur geringe Lichtmengen zur Verfügung stehen (Astronomie, Biolumineszenz, Tschenrenkow-Strahlung in Experimenten mit radioaktivem Mate­ rial).
• d) Derzeit befinden sich nur Polarisationsfolien im Handel, die über einen beschränkten Wellenlängenbereich als solche wirken. Es kann zwar der gesamte optische Spektralbereich bis ins nahe Infrarot (200 nm bis 1200 nm) mittels Polarisations­ folien abgedeckt werden, jedoch nur stückchenweise. Man benötigt für verschiedene Wellenlängen-Bänder verschiedene Folien. Deshalb kann für Analysen mit geringer Lichtintensi­ tät nicht der gesamte Spektralbereich integral genutzt wer­ den.
• e) Eine ideale Polarisationsfolie würde eine Schwingungsrich­ tung vollständig absorbieren und die dazu senkrechte Schwin­ gungsrichtung überhaupt nicht. Eine reale Polarisationsfolie dagegen absorbiert die beiden Schwingungsebenen nur verschie­ den stark. Dies bedeutet, daß ein Bruchteil des Lichts, das eigentlich völlig absorbiert werden soll, die Folie durch­ dringen kann. Um diesen Bruchteil klein zu halten, kann die Folie dicker gemacht werden. Dann wird aber andererseits auch mehr Licht mit der dazu senkrechten Schwingungsebene absor­ biert (siehe oben). Dies bedeutet, daß eine Polarisations­ folie nicht in der Lage ist, Licht vollständig zu polarisie­ ren. Bemerkung: Der Stand der Technik ist aber derart, daß Polarisationsfolien in der Lage sind das Licht zu mehr als 99% zu polarisieren, so daß der Nachteil e) nur in Ausnahme­ fällen entscheidend ist.

Die Polarisationsfolie hat auch einen Vorteil: sie hat keine chromatischen Abbildungsfehler. Sie kann daher z. B. als Filter vor Foto-Objektiven eingesetzt werden.

Aufgrund der oben in a) bis e) beschriebenen Nachteile wird die Polarisationfolie zur Messung der Polarisation des Lichts ungern eingesetzt. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn nur geringe Lichtintensitäten zu Verfügung stehen, was in der naturwissenschaftlichen Forschung eher die Regel als die Ausnahme ist. Deshalb werden dort bevorzugt Polarisatoren benutzt, die die Licht-Doppelbrechung in doppelbrechenden Kristallen ausnutzen.

Doppelbrechende Kristalle haben eine durch die Kristallstruk­ tur ausgezeichnete Richtung bezüglich der optischen Eigen­ schaften. Diese Richtung wird in der Literatur mit "Optische Achse" bezeichnet. Es gibt optisch einachsige und optisch zweiachsige Kristalle. Die Bezeichnung "Optische Achse" ist jedoch unglücklich, da dies erstens leicht mit der optischen Achse einer abbildenden Optik (Kamera) verwechselt werden kann und zweitens es sich dabei überhaupt nicht um eine Achse, sondern um eine Richtung handelt. Deshalb wird hier im folgenden für den Begriff "Optische Achse" das Wort kristal­ lographische Hauptrichtung benutzt.

Die Physik der Licht-Doppelbrechung ist z. B. in "Optik und Atomphysik" (Autor: Robert Wichard Pohl, Springer-Verlag, Berlin - Göttingen - Heidelberg, 11. Auflage, Seite 120-130, 1963) beschrieben.

Polarisationsprismen aus doppelbrechenden Kristallen sind: Nicolsches-Prisma und deren Varianten (wie z. B. das Glan- Thompson-Prisma und das Foster-Prisma), Wollaston-Prisma, Rochon Prisma, Senarmont-Prisma und Dove-Prisma (siehe "ABC der Optik", Autoren: Karl Mütze, Leonhard Foitzig, Wolfgang Krug und Günter Schreiber, Edition Leipzig, Verlag Werner Dausien, Hanau/Main, Seite 694-696, 1961). Alle diese Prismen beruhen darauf, daß in doppelbrechenden Kristallen zwei unterschiedliche Brechungsindizes auftreten. Der Brechungsin­ dex für Licht in zwei zueinander senkrechten Polarisations­ richtungen ist verschieden. Es gibt einen ordentlichen Bre­ chungsindex und einen außerordentlichen Brechungsindex. Die Prismen unterscheiden sich in der jeweiligen geometrischen Anordnung. Gemeinsam ist, daß der einfallende unpolarisierte Lichtstrahl in zwei Lichtstrahlen, die das Polarisations­ prisma in unterschiedlichen Richtungen verlassen, aufgespal­ ten wird.

Beim Nicolschen-Prisma und dessen Varianten verlassen die beiden Lichtstrahlen das Polarisationsprisma in völlig unterschiedlichen Richtungen. Dies wird dadurch verursacht, daß die Totalreflexion an einer inneren Grenzfläche für einen der beiden Teilstrahlen ausgenutzt wird. Der Winkel zwischen den beiden austretenden Lichtstrahlen wird dadurch so groß, daß die beiden austretenden Teilstrahlen nicht mehr durch eine einzige Nachfolge-Optik, wie z. B. eine abbildende Kamera-Optik, gemeinsam weiterverarbeitet werden können. Ent­ weder verzichtet man auf einen der Teilstrahlen ganz oder man benötigt für jeden der beiden Teilstrahlen eine eigene Nachfolge-Optik.

Bei den übrigen Polarisationsprismen tritt keine Totalreflex­ ion an einer inneren Grenzfläche auf. Daher ist der Winkel zwischen den beiden austretenden Teilstrahlen deutlich gerin­ ger. Über den frei wählbaren Prismenwinkel und die entspre­ chende Wall für das Prismen-Material lassen sich Aufspal­ tungswinkel von 0° bis typischerweise 1° realisieren. Bei Verwendung des stark doppelbrechenden Materials Kalkspat und mit dem großen Prismenwinkel von 45° produziert das Wollaston-Prisma sogar eine Aufspaltung von ca. 10°. Mit den typischen Aufspaltungswinkels (von ca. 1° oder kleiner) können die beiden austretenden Teilstrahlen durch eine einzige Nachfolge-Optik weiterverarbeitet werden. Benutzt man zum Beispiel ein solches Polarisationsprisma als Vorsatzfilter bei einer Kamera-, so entsteht in der Bildebene ein Doppelbild des Gegenstands. Der Abstand D der beiden Komponenten des Doppelbildes auf der Fotoplatte entspricht dabei dem Aufspal­ tungswinkel α zwischen den beiden austretenden Teilstrahlen. Beträgt die Brennweite der Kamera f, so wird D=f.TAN(α).

Da dieser Aufspaltungswinkel α von der Licht-Wellenlänge abhängig ist (also nicht achromatisch ist), werden die Orte, auf die die Kamera die beiden Teilbilder abbildet, ebenfalls von der Wellenlänge des Lichts abhängig. Falls nicht mit monochromatischem Licht gearbeitet wird, tritt dadurch eine Verschmierung der Bilder ein. Darin liegt das im folgenden näher beschriebene Problem.

Problem

Bei den Polarisationsprismen mit kleiner Aufspaltung (Wollaston-Prisma, Rochon-Prisma, Senarmont-Prisma und Dove- Prisma) ist der Aufspaltungswinkel nicht achromatisch. Zumin­ dest eine der beiden Richtungen, die die zueinander senkrecht polarisierten Teilstrahlen nach dem Verlassen des Polarisa­ tionsprismas einschlagen, ist von der Wellenlänge des Lichts abhängig. Die Ursache dafür ist die Dispersion, nämlich die Variation beider Brechungsindizes (ordentlicher und außeror­ dentlicher) von der Wellenlänge. Beim Rochon-Prisma und beim Senarmont-Prisma geht einer der beiden Teilstrahlen naturge­ mäß geradlinig durch. Die Richtung dieses Teilstrahls ist also notwendigerweise von der Wellenlänge unabhängig. Die Richtung des zweiten Teilstrahls ist jedoch weiterhin von der Wellenlänge des Lichts abhängig. Ähnlich verhält es sich beim Dove-Prisma, bei dem einer der beiden Teilstrahlen achroma­ tisch ist. Bei einem Wollaston-Prisma erfahren beide Teil­ strahlen eine Richtungsablenkung. Daher erreicht man mit einem Wollaston-Prisma bei gleichem Prismenwinkel und glei­ chem Material eine größere Aufspaltung, was den Vorteil einer entsprechend kürzeren Baulänge hat. Die Aufspaltung eines Wollaston-Prismas hat für konkrete Anwendungen den weiteren Vorteil, daß sie symmetrisch zum einfallenden Strahl ist. Nachteilig bei einem Wollaston-Prisma ist, daß die Richtungen beider Teilstrahlen von der Licht-Wellenlänge abhängig sind.

Das Problem bestehe darin, daß der Aufspaltungswinkel α, den die polarisierenden Strahlteiler Wollaston-Prisma, Rochon-Pri­ sma, Senarmont-Prisma und Dove-Prisma verursachen, von der Wellenlänge des Lichts abhängig ist. Dadurch werden die Orte der zwei Bilder, auf die eine nachfolgende abbildende Optik den Gegenstand doppelt abbildet, von der Wellenlänge abhän­ gig. Solche Polarisatoren können daher für zweidimensionale Bilder nur bei monochromatischer Beleuchtung verwendet wer­ den. Andernfalls (bei nicht monochromatischer Beleuchtung) werden die Bilder entsprechend verschmiert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen polarisierenden Strahlteiler auf der Basis von Wollaston-Prismen anzugeben, bei dem der Winkel, unter dem die austretenden Strahlen austreten, wellenlängenunabhängig ist.

Bemerkung: Punktförmige Gegenstände (wie Feld-Blenden) und eindimensionale Gegenstände (wie z. B. Spalte oder Spektren bei der Spektralanalyse) können auch bei nicht monochroma­ tischer Beleuchtung mittels solcher Polarisationsprismen untersucht werden. Bei punktförmigen Gegenständen wird der Punkt in zwei kurze Striche abgebildet. Bei eindimensionalen Gegenständen (Linie) wird die Lichtstrahl-Aufspaltungsrich­ tung senkrecht zur Gegenstands-Richtung gelegt. Die Gegen­ stands-Linie wird dadurch in zwei Bild-Linien abgebildet, die aber, aufgrund der nicht achromatischen Aufspaltung, breiter sind als der Gegenstands-Linie entspricht (bzw. bei Spektren gekrümmt werden). Obwohl die Abbildung nicht stigmatisch ist, tritt in diesen Fällen keine Vermischung derart auf, daß der Bildpunkt eines Ortes 1 im Gegenstand bei der Wellenlänge 1 mit dem Bildpunkt eines Ortes 2 im Gegenstand bei der Wellenlänge 2 zusammenfällt.

Das Problem tritt also nur im Zusammenhang mit zweidimensio­ nalen, mehrfarbigen Bildern auf. Bei hoher Polarisation kann eine solche auch leicht mit Polarisationsfolien, die achroma­ tisch sind, analysiert werden. Handelt es sich um so niedrige Polarisationsgrade (Prozentbereich), daß ein differenzielles Meßverfahren notwendig wird, so benötigt man neben einer geeigneten Polarisationsoptik auch einen zweidimensional räumlich auflösenden Detektor, der in der Lage ist entspre­ chend genau zu messen. Da solche Detektoren (z. B. CCD-De­ tektoren) erst seit wenigen Jahren zur Verfügung stehen, ist das Problem auch erst seit wenigen Jahren aktuell.

Das beschriebene Problem läßt sich auch nicht mittels Varian­ ten des Nicolschen-Prismas lösen. Der einfallende Lichtstrahl wird über eine achromatische Totalreflexion geteilt, so daß eine Abhängigkeit des Aufspaltungswinkels von der Licht-Wel­ lenlänge nur noch durch Lichtbrechung beim Einfall und Austritt aus dem Prisma gegeben ist. Das Forster-Prisma ist derart gestaltet, daß beide Teilstrahlen das Prisma senkrecht zur Oberfläche verlassen, sofern der einfallende Lichtstrahl ebenfalls senkrecht zu dessen Einfallsfläche einfällt. Da bei senkrechtem Ein- und Ausfall für den ordentlichen Lichtstrahl überhaupt keine Lichtbrechung stattfindet, ist die Richtung des ordentlichen Strahls von der Wellenlänge unabhängig. Im speziellen Fall des Forster-Prismas trifft dies auch für den außerordentlichen Strahl zu, da beim Forster-Prisma die kristallographisch Hauptrichtung senkrecht zur Ausbreitungs­ richtung beider Teilstrahlen liegt. (Zur Erinnerung: Liegt die kristallographische Hauptrichtung nicht parallel oder senkrecht zu Ausbreitungsrichtung des außerordentlichen Strahls, so wird dieser auch bei senkrechtem Ein- und Ausfall gebrochen. Dieser Tatsache verdankt der außerordentliche Strahl seinen Namen). Das Forster-Prisma ist also ein achro­ matischer polarisierender Strahlteiler, jedoch nur für solche Strahlen, die senkrecht zur Oberfläche einfallen. Bei zweidi­ mensionalen Bildern wird aber ein endliches Gesichtsfeld abgedeckt, so daß diese Bedingung nur für einen Punkt im Gesichtsfeld erfüllt ist.

Ein weiterer Grund gegen den Einsatz von Varianten des Nicolschen-Prismas bei differenziellen Meßverfahren der Pola­ risation in zweidimensionalen Bildern ist, daß jeder der beiden Teilstrahlen seine eigene Nachfolge-Optik benötigt. Damit unterliegen die beiden Teilstrahlen bei der weiteren Verarbeitung unterschiedlichen Bedingungen, was der Philoso­ phie einer differenziellen Messung widerspricht.

Lösung

Es werden zwei Wollaston-Prismen, die aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Dispersionen bestehen, zusammengefügt. Die Abhängigkeit des Aufspaltungswinkels von der Licht-Wellenlänge des ersten Wollaston-Prismas wird durch die des zweiten Wollaston-Prismas kompensiert. Die Prismen­ winkel der einzelnen Wollaston-Prismen werden dazu aufeinan­ der abgestimmt. Die Achromasie kann noch weiter verbessert werden, wenn statt zwei drei oder mehr Wollaston-Prismen mit unterschiedlichen Materialien zusammengefügt werden. Eine solche Kombination von zwei oder mehr Wollaston-Prismen wird im folgenden achromatisches Wollaston-Prisma genannt.

Anwendung

Das achromatische Wollaston-Prisma kann für die Messung der Polarisation von Licht im allgemeinen eingesetzt werden. Den entscheidenden Vorteil erhält man jedoch bei der Polarimetrie von nicht monochromatischen zweidimensionalen Bildern, wenn ein differenzielles Meßverfahren benötigt wird. Ein differen­ zielles Meßverfahren ist dann notwendig, wenn entweder nur geringe Lichtintensitäten zur Verfügung stehen oder die Polarisationsgrade niedrig sind oder beides der Fall ist. Solche Anwendungen gibt es in der modernen Wissenschaft: Biolumineszenz, astronomische Beobachtungen, Küvetten mit optisch aktiven Substanzen, Tscherenkow Strahlung verursacht durch radioaktive Strahlung, Spannungsoptik und andere Be­ reiche.

Erreichte Vorteile

Der Vorteil besteht darin, daß ein polarisierender Strahltei­ ler entsteht, dessen Aufspaltungswinkel in einem relativ großen Gesichtsfeld achromatisch ist. Der Aufspaltungswinkel kann mittels der Wahl der Materialien und über die Größe der Prismenwinkel der geforderten Situation in gewissem Rahmen angepaßt werden. Dabei können beliebig kleine (jedoch nicht sehr große) Aufspaltungswinkel realisiert werden. Die Auf­ spaltungswinkel sind verglichen mit denen, die die Varianten des Nicolschen-Prismas produzieren, klein. Daher können beide Teilstrahlen von einer einzigen, gemeinsam benutzten Nach­ folge-Optik weiterverarbeitet werden. Dies ist für differen­ zielle Meßverfahren wünschenswert.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In der Zeichnung Nr. 1 ist ein solches achromatisches Wollaston-Prisma, bestehend aus einer Kombination von zwei Wollaston-Prismen schematisch skizziert. Die Prismenwinkel PW1 und PW2 sind dabei zufällig gewählt. Der Aufspaltungswin­ kel α in der Zeichnung Nr. 1 ist zur Verdeutlichung stark übertrieben gezeichnet. Realistisch für den Winkel α sind Werte bis ca. 1°.

Achromatische Aufspaltung wurde z. B. mit einer Kombination aus einem Wollaston-Prisma aus Magnesium-Fluorid und einem aus Kalkspat erreicht. Zwei Beispiele werden im folgenden ausgeführt:
Kombination 1: Achromatische Kombination bestehend aus einem Magnesiumfluorid Wollaston-Prisma mit einem Prismenwinkel PW1 = 25° und einem Kalkspat Wollaston-Prisma mit einem Pris­ menwinkel PW2 = 0.55°. Die kristallographischen Hauptrichtungen in den vier Teilprismen sind wie in Zeichnung Nr. 1 angege­ ben. Diese Kombination bewirkt eine Winkel-Aufspaltung von ca. 26 Bogenminuten.

Kombination 2: Achromatische Kombination, die bis auf die Prismenwinkel identisch mit der Kombination 1 ist. Die modifizierten Prismenwinkel sind PW1 = 45° und PW2 = 1,2°. Diese Kombination bewirkt eine Winkel-Aufspaltung von ca. 56 Bogen­ minuten.

Die Achromasie der Aufspaltung wird mittels Rechnungen illu­ striert. Eine dreidimensionale Ansicht der Kombination ist in Zeichnung Nr. 2 gezeigt. Sie zeigt die Nomenklatur für den Gesichtsfeldwinkel. Die Prismenwinkel wurden für die Darstel­ lung willkürlich gewählt.

Bemerkung: Den Rechnungen liegt nicht eine exakte Theorie der Doppelbrechung zugrunde. Für die zwei zueinander senkrecht liegenden Polarisationsrichtungen wurde das Snellius'sche Brechungsgesetz jeweils mit zwei verschiedenen Brechungsindi­ zes angewendet. Dies bedeutet, daß auch der außerordentliche Brechungsindex als richtungsunabhängig angenommen wurde. Damit sind die Rechnungen nur für die Strahlen, die parallel oder senkrecht zur kristallographischen Hauptrichtung liegen, exakt richtig. Die Bildpunkte, die zu einem größeren Gesichtsfeld-Winkel gehören, sind somit leicht verfälscht. Dies betrifft jedoch primär deren Lage in der (u,v) Ebene (d. h. Verzeichnung) und erst sekundär die Achromasie.

Die zur Rechnung benutzten Brechungsindizes sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 2 vergleicht die Winkelaufspaltung in Abhängigkeit der Licht-Wellenlänge von obiger Kombination 1 mit entspre­ chenden Winkelaufspaltungen von zwei herkömmlichen nicht achromatischen Wollaston-Prismen. Diese herkömmlichen Wollaston-Prismen bestehen aus Magnesiumfluorid und Kalkspat. Die Prismenwinkel wurden dabei so gewählt (nämlich 18° und 1.2°), daß sie ähnliche Aufspaltungswinkel wie die Kombina­ tion 1 erzeugen. Der Gesichtsfeldwinkel ist dabei 0°, d. h. die in Zeichnung Nr. 2 diesbezüglich definierten Winkel betragen: Neig = 0 und Azi = 0 (bzw. irrelevant).

Danach variiert der Aufspaltungswinkel über die Licht-Wellen­ länge bei den herkömmlichen Wollaston-Prismen um 6.1% beim Magnesiumfluorid Prisma und um 20.9% beim Kalkspat Prisma. Dagegen beträgt die Variation bei der achromatischen Kombina­ tion nur noch 0.42%. (Die Prozentwerte beziehen sich jeweils auf den Minimalwert der Aufspaltung).

Die achromatische Kombination 2 wird in Tabelle 3 mit herkömmlichen Wollaston-Prismen verglichen. Die Prismenwinkel für die herkömmlichen Wollaston-Prismen betragen dabei 35° und 2.7°. Die prozentuale Variation über den Licht-Wellen­ längenbereich beträgt bei den herkömmlichen Wollaston-Prismen 6.1% bzw. 20.9% und bei der achromatischen Kombination 2 nur 0.44%.

Die Achromasie solcher Kombinationen von Wollaston-Prismen bleibt über einen relativ großen Gesichtsfeldwinkel bestehen. Dies wird durch entsprechende Rechnungen belegt. In Zeichnung Nr. 3 ist die gerechnete Situation skizziert. (Der Aufspal­ tungswinkel in Zeichnung Nr. 3 ist zur Verdeutlichung stark vergrößert gezeichnet.) Eine ideale Kamera, d. h. eine Kamera die frei von jeglichen Abbildungsfehlern ist, ist dem Wollaston-Prisma nachgeschaltet. Diese Kamera hat eine Brenn­ weite von 100 mm. Parallele Lichtbündel, die unter verschie­ denen Gesichtsfeld-Winkeln durch das Wollaston-Prisma durch­ treten, werden auf eine Fotoplatte abgebildet. Gerechnet werden die Orte (u1, v1) und (u2, v2) der Bildpunkte auf der Fotoplatte von beiden Teilbündeln bei verschiedener Wellen­ länge und bei unterschiedlichen Gesichtsfeld-Winkeln. Dabei zeigt die u-Koordinate in Richtung der Aufspaltung des Wollaston-Prismas. Der Punkt (0,0) ist die Bildfeldmitte, die durch den Durchstoßpunkt der optischen Achse der Kamera durch die Fotoplatte definiert ist.

Ergebnisse dieser Rechnungen sind für einen Gesichtsfeld-Win­ kel von Neig = 10° bei 3 verschieden Azimutwinkeln (siehe Zeichnung Nr. 2) in den Tabellen 4 bis 9 wiedergegeben. Die Tabellen 4 bis 6 gelten für die Kombination 1, die Tabellen 7 bis 9 für die Kombination 2. Die Rechnungen zeigen, daß die Orte senkrecht zur Aufspaltungsrichtung des achromatischen Wollaston-Prismas (v-Koordinate) völlig unabhängig von der Lichtwellenlänge sind. Die Orte in Aufspaltungsrichtung (u-Ko­ ordinate) variieren über den gesamten optischen Spektralbe­ reich bei der Kombination 1 nur um ca. 1 Mikrometer und bei der Kombination 2 nur um ca. 5 Mikrometer, was das hohe Maß an Achromasie demonstriert.

Tabellen

Claims (3)

1. Polarisierender Strahlteiler zur Aufspaltung eines unpolarisierten Lichtstrahls in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teil strahlen durch Doppelbrechung, bestehend aus

• - einem ersten Wollaston-Prisma aus einem doppelbrechenden Material, das das einfallende unpolarisierte Licht in zwei senkrecht zueinander linear polarisierte Teilstrahlen auf­ spaltet, wobei der Aufspaltungswinkel zwischen den beiden polarisierten Teil strahlen aufgrund der Dispersion des doppelbrechenden Materials wellenlängenabhängig ist, und aus
• - mindestens einem an der Lichtaustrittsseite des ersten Wollaston-Prismas angefügten weiteren Wollaston-Prisma, das aus einem doppelbrechenden Material besteht, das so ausgewählt ist, daß es die Dispersion des ersten Wollaston-Pris­ mas kompensiert, so daß der resultierende Aufspaltungswinkel zwischen den beiden aus dem weiteren Wollaston-Prisma austretenden polarisierten Teil strahlen unabhängig von der Lichtwellenlänge ist.

2. Polarisierender Strahlteiler nach Anspruch 1, bei dem das erste Wollaston-Prisma aus Magnesiumfluorid und das weitere Wollaston-Prisma aus Kalkspat besteht.

3. Polarisierender Strahlteiler nach Anspruch 1, bei dem an das erste Wollaston-Prisma mehrere weitere Wollaston-Prismen angefügt sind, deren Materialien so ausgewählt sind, daß der Aufspaltungswinkel zwischen den beiden aus der Gesamtheit der Wollaston-Prismen austretenden polarisierten Teil strahlen unabhängig von der Wellenlänge ist.