DE2003975A1

DE2003975A1 - Vorrichtung zur Umwandlung linear polarisierter Strahlung mit einer beliebigen Polarisationsebene in linear polarisierte Strahlung,bei der sich die Lage der Polarisationsebene als Funktion der Zeit linear aendert

Info

Publication number: DE2003975A1
Application number: DE19702003975
Authority: DE
Inventors: Peek Theodorus Hendrikus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-02-03
Filing date: 1970-01-29
Publication date: 1970-08-06
Also published as: BE745367R; US3630595A; NL6901722A; AU1090370A; CA964359A; GB1292205A; FR2037350A6

Description

Vorrichtung zur Umwandlung linear polarisierter Strahlung mit einer beliebigen Polarisationsebene in linear polarisierte Strahlung, bei der sich die Lage der Polarisationsebene als Funktion der Zeit linear ändert.

Zusatz zu Patentanmeldung P 18 06 729.3

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung

einer Vorrichtung zur Umwandlung linear polarisierter Strahlung mit einer beliebigen Polarisationsebene in linear polarisierte Strahlung, deren Polarisationsebene sich als Funktion der Zeit von der ursprünglichen beliebigen Lage aus linear ändert, wobei die Strahlung mindestens dreimal ein doppelbrechendes Element durchläuft, und wobei wenigstens eines der durchlaufenem Elemente ein elektrooptischer Kristall 1st, während die gegenseitige Orientierung der Elemente sowie die an die Kristalle angelegten elektrischen Spannun-^% gen geeignet gewählt sind. 009832/1712

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Eine derartige Vorrichtung wurde in der Hauptanmeldung beschrieben, in welcher Anmeldung die Figuren 1 und k zwei Ausführungsbeispiele zeigen. Die Vorrichtung nach Fig. 1 der erwähnten Anmeldung benötigt drei elektrooptische Kristalle und verhältnismässig hohe Spannungen. An dem inneren Kristall steht eine Spannung, deren Amplitude zweimal grosser als die der Spannung an den äusseren Kristallen ist. Bei der Vorrichtung nach Fig. k sind die Spannungen an den Kristallen denn auch verhältnismässig hoch.

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

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

Figuren 1 und 2 Ausführungsformen einer Vorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 wird die aus der Strahlungsquelle 1 austretende natürliche Strahlung von der Linse 2 kollimiert und von dem Polarisator 3 in linear polarisierte Strahlung

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umgewandelt. Der Einfachheit halber ist nur ein einziger Strahl des Strahlenbündels dargestellt. Nach dem Durchgang durch den Teilspiegel k durchläuft die linear polarisierte Strahlung die Reihenschaltung zweier den Pockels-Effekt aufweisender elektrooptischer Kristalle 5 und 8, deren Hauptrichtungen, die mit den Pfeilen 6 und 9 angedeutet sind, miteinander einen Winkel von 45° einschliessen.

An den Kristall 5 wird eine Wechselspannung V₁ = Vsin CO t aus der Wechselspannungsquelle 7 und an den Kristall 8 wird eine Wechselspannung V„ = V'cosu* t aus der Wechselspannungsquelle 10 gelegt. Die Spannungen V₁ und V„ sind derart angelegt, dass die von diesen Spannungen im Kristall 5 bzw. 8 erzeugte Feldstärke zu der Fortpflanzungsrichtung des Lichtes im betreffenden Kristall parallel ist.

Die aus dem Kristall 8 austretende Strahlung wird an dem flachen Spiegel 11 reflektiert. Die Strahlung durchläuft dann die Kristalle 8 und 5 in entgegengesetzter Richtung und wird von dem Teilspiegel k zu dem photoelektrischen Detektionssystem 12 reflektiert. In der Zeichnung ist das am Spiegel 11 reflektierte Bündel wieder mit einem einzigen Strahl dargestellt, der der Deutlichkeit halber gegen den auf den Spiegel 11 auffallenden Strahl verschoben ist.

Die Amplitude V der an den Kristall 5 angelegten Spannung ist derart gross, dass linear polarisierte auf den Kristall 5 auffallende Strahlung in zirkulär polarisierte Strahlung umgewandelt wird. V wird ja derart gross gewählt, dass sich ein Phasenunterschied einer Viertelwellen-

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länge zwischen den beiden Schwingungen ergibt, die aus linear polarisiertem Licht beim Durchlaufen des betreffenden Kristalls entstehen.

Die Amplitude V der an den Kristall 8 angelegten Spannung wird derart gross gewählt, dass sich ein Phasenunterschied ainer halben Wellenlänge zwischen den beiden Schwingungen ergibt, die aus linear polarisiertem Licht beim Durchlaufen des Kristalls bei einer Spannung von 2V entstehen.

Da die Doppelbrechungdder ein anisotropes Element insbesondere einen elektrooptischen Kristall durchlaufenden Strahlung linear addiert, wenn die Strahlung mehrere Male das Element durchläuft, kann der Kristall 5 bzw. 8 zusammen mit seinem Spiegelbild, in bezug auf den Reflektor 11, gleichsam als ein einziger Kristall betrachtet werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist die gleichen Eigenschaften wie die nach Fig. 1 der Hauptanmeldung auf. Der Kristall 5 der erfindungsgemässen Anordnung kann ja mit dem Kristall k der Hauptanmeldung, der Kristall 8 zusammen mit seinem Spiegelbild mit dem Kristall 5 und das Spiegelbild des Kristalls 5 niit dem Kristall 6 der Hauptanmeldung verglichen werden.

Die Amplitude der Spannung am Kristall 8 beträgt aber nur die Hälfte der Amplitude der Spannung am Kristall 5 der Fig. 1 der Hauptanmeldung. Ausserdem sind die Phasen der an den Kristall 5 und an dessen Spiegelbild angelegten Wechselspannungen einander automatisch gleich. Einstell-

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Schwierigkeiten ergeben sich also nicht.

In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Kristalle 5 und 8 aus Kaliumdideuteriumphosphat (KDDP)bestanden, war V=V¹ = k kV. Die Wellenlänge der Strahlung war ^ =
6328 AE.

Es versteht sich, dass im allgemeinen eine Vorrichtung nach der Hauptanmeldung mit 2n-1 Kristallen (n>2) durch eine Vorrichtung mit η Kristallen und ein sich daran anschliessendes Umkehrelement ersetzt werden kann.

In der Vorrichtung nach Fig. 2 fällt die von der Lichtquelle 21 herrührende und von der Linse 22 in ein paralleles Bündel umgewandelte Strahlung auf den Polarisator 23. Nach Durchgang durch den Teilspiegel 2k durchläuft das linear polarisierte Bündel die Reihenschaltung einer X/k-Platte 25 und eines Pockels-Kristalls 27» deren Hauptrichtungen, die mit den Pfeilen 26 und 28 angedeutet sind, einen Winkel von k5° miteinander einschliessen.

Die aus dem Kristall 27 austretende Strahlung

wird am flachen Spiegel 30 reflektiert. Die Strahlung durch- f läuft dann den Kristall 27 und die X/4-Platte 25 in entgegengesetzter Richtung und wird von dem Teilspiegel 2k zu dem photoelektrischen Detektionssystem 31 reflektiert.

An den Kristall 27 wird eine sägezahnförmige Spannung aus der Quelle 29 gelegt, wobei der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert dieser Spannung
derart gross gewählt wird, dass sich ein Phasenunterschied einer halben Wellenlänge zwischen den beiden Schwingungen

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ergibt, die aus linear polarisiertem Licht beim Durchlaufen des Kristalls 27 entstehen.

Der Kristall 27 kann zusammen mit seinem Spiegelbild, in bezug auf den Reflektor 30, wieder als ein einziger Kristall betrachtet werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 hat die gleichen Eigenschaften wie die nach Fig. k der Hauptanmeldung. Die

/V/4-Platte 25 kann ja mit der λ/^-Platte 25 der Fig. k, der Kristall 27 zusammen mit seinem Spiegelbild mit dem Kristall 26 der Fig. k und das Spiegelbild der λ/4-Platte 25 mit der λ/4-Platte 27 der Fig. 4 verglichen werden.

Der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der sägezahnförmigen Spannung am Kristall 27 ist nur die Hälfte des entsprechenden Unterschiedes dieser Spannung am Kristall 26 der Fig. k der Hauptanmeldung.

Als Umkehrelement 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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- 7 PATENTANSPRÜCHE .

f1 y) Verbesserung einer Vorrichtung zur Umwandlung linear polarisierter Strahlung mit einer beliebigen Polarisationsebene in linear polarisierte Strahlung, deren Polarisationsebene sich als Funktion der Zeit von der ursprünglichen beliebigen Lage aus linear ändert, wobei die Strahlung mindestens dreimal ein doppelbrechendes Element durchläuft, und wobei wenigstens eines der durchlaufenen Elemente ein elektrooptischer Kristall ist, während J die gegenseitige Orientierung der Elemente sowie die an die Kristalle angelegten elektrischen Spannungen geeignet gewählt sind. Der Verbesserung besteht darin, dass hinter einer Reihenschaltung doppelbrechender Elemente ein Umkehrelement angebracht ist, so dass die aus der Reihenschaltung austretende Schaltung nach Reflexion die Reihenschaltung in entgegengesetzter Richtung durchläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung doppelbrechender Elemente durch eine X/Α-Platte und einen elektrooptischen Kristall gebildet wird, deren Hauptrichtungen miteinander einen Winkel von 45° einschliesseu.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung doppelbrechender Elemente durch zwei elektrooptische Kristalle gebildet wird, deren Hauptrichtungen miteinander einen Winkel von 45° einschliessen.

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