DE2003974A1

DE2003974A1 - Vorrichtung zum Detektieren der Lage der Polarisationsebene eines linear polarisierten Strahlenbuendels mit Hilfe eines strahlungsempfindlichen Detektionssystems

Info

Publication number: DE2003974A1
Application number: DE19702003974
Authority: DE
Inventors: Peek Theodorus Herdrikus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-02-01
Filing date: 1970-01-29
Publication date: 1970-08-06
Also published as: FR2037343A6; NL6901658A; AU1084870A; BE745302R

Description

Vorrichtung zum Detektieren der Lage der Polarisationsebene eines linear polarisierten Strahlenbündels mit Hilfe eines strahlungsempfindlichen Detektionssystems.

Zusatz zu Patentanmeldung P 18 11 732.3

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung

einer Vorrichtung zum Detektieren der Lage der Polarisationsebene eines linear polarisierten Strahlenbündels mit Hilfe eines strahlungsempfindlichen Detektionssystems, wobei in dem Strahlengang eine Anzahl doppelbrechender Elemente angeordnet sind, derart, dass die Strahlung mindestens dreimal ein doppelbrechendes Element durchläuft, von welchen Elementen mindestens eines ein elektrooptischer Kristall ist, wobei die Hauptrichtungen der doppelbrechenden Elemente sowie die an die Kristalle angelegten elektrischen Spannungen geeignet gewählt sind.

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Eine derartige Vorrichtung wurde in der Patentanmeldung PHN. 2904 beschrieben, in welcher Anmeldung dl· Figuren 1 und 5 zwei Ausführungsbeispiele eines Detektionssystems zeigen. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 der erwähnten Anmeldung ist für den elektrooptischen Kristall eine hohe Spannung erforderlich, während für die Vorrichtung nach Fig. 5 drei elektrooptische Kristalle und wieder verhältnismässig hohe Spannungen erforderlich sind. An dem inneren Kristall steht eine Spannung, deren Amplitude zweimal grosser als die der Spannung an den äusseren Kristallen ist.

Die Erfindung bezweckt, eine Verbesserung der in der erwähnten Patentanmeldung beschriebenen Vorrichtung zu schaffen. Die Verbesserung besteht darin, dass hinter einer Reihenschaltung mindestens zweier doppelbrechender Elemente ein retrodirektives Element angebracht ist, so dass die aus der Reihenschaltung austretende Strahlung nach Reflexion die Reihenschaltung in entgegengesetzter Richtung durchläuft. Die Schaltung braucht nun nur mindestens zwei doppelbrechende Elemente zu enthalten. Ausserdem kann die Spannung.an den Kristallen niedriger gehalten werden.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 wird das von der Lichtquelle 1 herrüh-

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2 O ü 3 3 7 Λ

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rende linear polarisierte Lichtbtindel von der Linse 2 zu einem parallelen Bündel kollimiert. Der Einfachheit halber ist nur ein einziger Strahl des Strahlenbündels dargestellt. Nach Durchgang durch den isotropen Teilspiegel 3 durchläuft die linear polarisierte Strahlung die Reihenschaltung einer

/^ /4-Platte 4 und eines Pockels-Kristalls 6, deren Hauptrichtungen, die mit den Pfeilen 5 und 7 angedeutet sind, miteinander einen Winkel von '-*5° einschliessen.

An den Kristall 6 wird eine Wechselspannung

V « V sin W t aus der Wechselspannungsquelle 8 gelegt, derart, dass die von der Spannung im Kristall erzeugte Feldstärke parallel zu der Fortpflanzungsrichtung der Strahlung im Kristall ist.

Die aus dem Kristall 6 austretende Strahlung wird an dem flachen Spiegel 9 reflektiert. Die Strahlung durchläuft dann den Pockels-Kristall und die JV , 4-Platte in entgegengesetzter Richtung und fällt auf den halbdurchlässigen Spiegel 3. Das austretende Bündel 10 wird auf gleiche Weise wie in der Hauptanmeldung detektiert, also mittels der Elemente 20, 21, 22, 33 und 3^ der Fig. 1 und der nur in der Fig. k der Hauptanmeldung dargestellten Elemente 35 bis 38 und kO und 41. In der Figur 1 ist das am Spiegel Q reflektierte Bündel wieder mit einem einzigen Strahl dargestellt, der der Deutlichkeit halber gegen den auf den Spiegel Q auffallenden Strahl parallel verschoben ist.

Da die Doppelbrechung, der ein anisotropes Element, insbesondere einen elektrooptischen Kristall, durch-

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-Zulaufenden Strahlung linear addiert, wenn die Strahlung mehrere Male das Element durchläuft, kann der Kristall 6 zusammen mit seinem Spiegelbild, in bezug auf den Reflektor 9 als ein einziger Kristall betrachtet werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat die

gleichen Eigenschaften wie die nach Fig. 1 der Hauptanmeldung. Die λ/4-Platte 4 in der Figur 1 kann ja mit der X/4-Platte 4 der Hauptanmeldung verglichen werden, während der Kristall 6 zusammen mit seinem Spiegelbild mit dem Kristall

5 und das Spiegelbild der ^/4-Platte 4 mit der \/4-Platte

6 der Fig. 1 der Hauptanmeldung verglichen werden kann.

Die Amplitude der Spannung am Kristall 6 ist aber nur die Hälfte der Amplitude der Spannung am Kristall 5 in der Hauptanmeldung.

In einem Ausfuhrungsbeispiel, bei dem der Kristall 6 aus Kaliumdideuteriumphosphat (KDDP) bestand, war

V = 500 V. Die Wellenlänge der Strahlung war \ = 6328 AE.

In der Vorrichtung nach Fig. 2 fällt die von der Lichtquelle 41 herrührende, von der Linse 42 in ein paralleles Bündel umgewandelte linear polarisierte Strahlung nach Durchgang durch den Teilspiegel 43 auf die Reihenschaltung zweier Pockels-Kristalle 44 und 47. Die Hauptrichtungen dieser Kristalle, die mit den Pfeilen 45 und 48 angedeutet sind, schliessen miteinander einen Winkel von 45° ein.

An den Kristall 44 wird eine Wechselspannung

V_I = Vsin v*J t aus der Quelle 46 und an den Kristall 47 wird eine Wechselspannung V„ = V'cosU t aus der Quelle 49 gelegt.

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Die Spannungen V₁ und V₂ sind derart angelegt, dass die von den Spannungen im Kristall 44 bzw. 47 erzeugte Feldstärke parallel zu der Fortpflanzungsrichtung des Lichts in dem betreffenden Kristall ist.

Die aus dem Kristall 47 austretende Strahlung wird an dem flachen Spiegel 50 reflektiert. Die Strahlung durchläuft dann die Kristalle 47 und 44 in entgegengesetzter Richtung und fällt auf den Teilspiegel 43. Das mit 51 be- ' zeichnete austretende Bündel kann dann wieder auf an sich bekannte Weise detektiert worden.

Die Amplitude V der an den Kristall 44 angelegten Spannung ist derart gross, dass sich bei einer Spannung V am Kristall ein Phasenunterschied einer Viertelwellenlänge ergibt zwischen den beiden Schwingungen, die aus linear polarisiertem Licht beim Durchlaufen des betreffenden Kristalls entstehen. Die Amplitude V der an den Kristall 47 angelegten Spannung wird derart gross gewählt, dass sich ein Phasenunterschied einer halben Wellenlänge ergibt zwischen den beiden Schwingungen, die aus linear polarisiertem Licht beim Durchlaufen des Kristalls bei einer Spannung 2 V entstehen.

Der Kristall 47 kann zusammen mit seinem Spiegelbild in bezug auf den Reflektor, wieder als ein einziger Kristall betrachtet werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 hat die gleichen Eigenschaften wie die nach Fig. 5 der Hauptanmeldung. Der Kristall 44 kann ja mit dem Kristall 54, der Kristall 47

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zusammen mit seinem Spiegelbild mit dem Kristall 55 und das Spiegelbild des Kristalls kk mit dem Kristall 56 verglichen werden.

Die Amplitude der Spannung am Kristall kj beträgt aber nur die Hälfte der Amplitude der Spannung am Kristall 55· Ausserdem sind die Phasen der an den Kristall kk und an dessen Spiegelbild angelegten Wechselspannungen automatisch einander gleich. Einstellschwierigkeiten ergeben sich also nicht.

Nach der Hauptanmeldung wird die Linearität

der aus der Reihenschaltung elektrooptischer Kristalle austretenden polarisierten Strahlung verbessert und werden die Schwankungen der Geschwindigkeit, mit der sich die Polarisationsebene der austretenden Strahlung dreht, verringert, je nachdem die Anzahl optischer Kristalle zunimmt. Es versteht sich, dass im allgemeinen eine Vorrichtung nach der Hauptanmeldung mit (2n-i) Kristallen durch eine Vorrichtung mit η Kristallen und ein sich daran anschliessendes Umkehr- Element ersetzt werden kann.

Als Umkehr-Element kann ausser einem

flachen Spiegel z.B. auch ein sogenanntes Katzenauge "cat's eye") verwendet werden. Ein Katzenauge ist aus einer Linse und einem in der Brennebene der Linse angeordneten flachen oder hohlen Spiegel aufgebaut.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE .

(Ty Verbesserung einer Vorrichtung zum Detektieren der Lage der Polarisationsebene eines linear pplarisierten Strahlenbündels mit Hilfe eines strahlungsempfindlichen
Detektionssystems, wobei im Strahlengang eine Anzahl doppelbrechender Elemente angeordnet sind, derart, dass die Strahlung mindestens dreimal ein doppelbrechendes Element durchläuft« von welchen Elementen mindestens eines ein elektrooptischer Kristall ist, wobei die Hauptrichtungen der doppelbrechenden Elemente sowie die an die Kristalle angelegten elektrischen Spannungen geeignet gewählt sind. Die Verbesserung besteht darin» dass hinter einer Reihenschaltung mindestens zweier doppelbrechender Elemente ein Umtketajp-Element angebracht ist, so dass die aus der Reihenschaltung austretende Strahlung nach Reflexion die Reihenschaltung in entgegengesetzter Richtung durchläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet t dass die Reihenschaltung durch eine ^ /^-Platte und
einen elektrooptischen Kristall gebildet wird, deren Hauptrichtungen miteinander einen Vinkel von ^5^: einschliessen. 3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung durch zwei elektrooptische
Kristalle gebildet wird, deren Hauptrichtungen miteinander einen Winkel von ^5° einschliessen.

k. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung durch eine Anzahl optischer
Kristalle gebildet wird, wobei die Hauptrichtungen aufeinander folgender Kristalle miteinander einen Winkel von ^3^C einschliessen. 009832/1378