DE2012746A1

DE2012746A1 - Anordnung zur Informationsübertragung mit einer Infrarot Strahlungsquelle

Info

Publication number: DE2012746A1
Application number: DE19702012746
Authority: DE
Inventors: Bernt Dipl Phys Dr 8520 Er langen Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-18
Filing date: 1970-03-18
Publication date: 1971-10-07
Also published as: CH528090A; DE2012746B2; BE764199A; DE2012746C3; AT321995B; NL7102748A; LU62797A1; GB1300891A; ZA711546B; CA953366A; SE386285B; ES389305A1; FR2083380A1; US3708763A; FR2083380B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT , ' Erlangen, 17*. MRZ.J970

Berlin und München Werner-von-?iemens-Str.50

Unser Zeichen:

VPA 70/7510 Kin/Rd

Anordnung zur Informationsübertragung mit einer Infrarot- -Strahlungsquelle.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Informationsübertragung mit einer Infrarot-Strahlungsquelle, insbesondere Laser-Strahlungsquelle, mit Mitteln zur Polarisationsmodulation der Strahlung und einem Analysator sowie einem Strahlungsdetektor.

Voraussetzung für den Aufbau einer Infrarot-Übertragungsstreeke ist die gleichzeitige Verfügbarkeit einer leistungsstarken Strahlungsquelle?, einer Modulationstechnik, eines transparenten Übertragungsmediums und eines ausreichend schnellen, auf die Art der Modulation ansprechenden Empfängers für ein und dieselbe Wellenlänge. Es ist bekannt, daß man im gesamten Infrarot-Bereich, das sind Wellenlängen von etwa 0,8 jum bis etwa 1 mm, thermische Strahler als Strahlungsquellen verwenden kann. Deren spektrale Strahlungsstärke ist aber bereits im jdm-Bereich so gering, daß ein wirtschaftliches Verfahren der Infrarot-Informationsübertragung damit nicht durchgeführt worden ist. Die in den letzten Jahren entwickelten monochromatischen Infrarot-Strahlungsquellen, Laser- und Lumineszenzdioden haben zu Infrarot-Übertragungsstrecken mit brauchbarem Ergebnis geführt. Bekannt sind Übertragungsstrecken mit einer Galliumarsenid-Lumineszenzdiode als Strahlungsquelle für eine Wellenlänge von 0,9 Jim und einem Siliziumdetektor als Strahlungsempfänger.

Leistungsstarke im Dauerbetrieb arbeitende Infrarot-Strahlungsquellen sind die bekannten Gaslaser, beispielsweise der bei 10,6 /um emittierende COp-Laser. Seine bis in den KW-Bereich reichende Strahlungsleistung kann wegen ihrer Absorbierbarkeit in Nichtmetallen als Werkzeug zur Materialbearbeitung benutzt

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werden. Ferner ist eine Anwendung des COp-Lasers als Strahlungsquelle zur Informationsübertragung möglich, da die atmosphärische Durchlässigkeit bei der Emissionswellenlänge des C0_o~Lasers Reichweiten bis zu mehreren 100 km erwarten läßt.

C. ·

I'as Problem liegt dabei in der Auffindung einer passenden Kombination eines Modulationsverfahrens auf der Senderseite mit einem ausreichenden Demodulationsverfahren auf der Empfängerseite. Da die Intensität des Laserstrahls sich elektronisch nicht mit gutem Wirkungsgrad modulieren läßt und außerdem die Frequenz der emittierten Strahlung durch die an der Strahlungsemission beteiligten Energieniveaus festgelegt ist, lassen Amplituden- und Frequenzmodulation keine guten Ergebnisse erwarten.

Es wurde nun erkannt, daß für eine Laser-Übertragungsstrecke die Polarisationsmodulation besonders gut geeignet ist, weil der mit Brewsterwinkel-Fenstern ausgerüstete COp-Laser eine emittierte Strahlung liefert, die bereits linear polarisiert ist. Kimmel hat in der deutschen Patentschrift 1032 398 bereits ein Steuergerät für elektromagnetische Strahlung vorgeschlagen, das zur Polarisationsmodulation auf der Senderseite geeignet ist und auf dem Faraday-Effekt am Indiumantimonid beruht. Als Detektor für die nachzuweisende polarisationsmodulierte Strahlung auf der Empfängerseite sind die gekühlten Bolometer mit quecksilberdotiertem Germanium geeignet, denen Filter oder Reflexionspolarisatorsn als Analysatoren vorgeschaltet werden. In einer solchen Analysator-Detektor-Kombination wird eine Polarisations-Modulation vor dem Analysator in eine Intensitätsmodulation vor dem nachgeschalteten Detektor umgesetzt. Der Ausgang des Detektors auf der Empfängerseite liefert somit ein Signal, dessen Amplitude die zu empfangende Information trägt.

Wird durch Störeinflüsse an der Strahlungsquelle oder auf dem Übertragungsweg die Intensität der auf der Empfängerseite ankommenden Strahlung zusätzlich moduliert, so überlagert sich bei der erwähnten Analysator-Detektor-Kombination diese Störmodulation ungeschwächt dem Auegangssignal.

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Es ergibt sich somit die Aufgabe, einen Polarisationsdetektor auf der Empfängerseite so zu gestalten, daß er ein von Intensitätsschwankungen unabhängiges Ausgangssignal liefert. Es wurde nun erkannt, daß sich Intensitätsschwankungen auf das Ausgangssignal dann nicht auswirken können, wenn zusätzlich die Intensität der ankommenden Strahlung gemessen wird und anschließend das Verhältnis des Ausgangssignals zur Intensität der ankommenden Strahlung gebildet wird. " .. ■

Nach einem früheren Vorschlag (Patentanmeldung P 19 51 920.1-51 - VPA 69/1288) ist in einer Anordnung zur Bestimmung der Schwingungsebene einer polarisierten Lichtstrahlung durch Reflexion der Strahlung an einer Fläche als Analysator eine Pyramide mit quadratischer Grundfläche vorgesehen, deren Achse parallel zur Strahlung verläuft und deren Spitze der Strahlung entgegengerichtet ist. Die reflektierenden Seitenflächen der Pyramide können vorzugsweise aus Silizium, oder Germanium bestehen. Im Strahlengang der von den Seitenflächen der Pyramide reflektierten Strahlen sind jeweils photoelektronische Bauelemente angeordnet, die so geschaltet sind, daß die Schwingungsebene der Strahlung aus der Differenz der reflektierten Strahlen bestimmt werden kann.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß dieses Konstruktionsprinzip auch für einen Empfänger einer Informationsübertragungsstrecke mit polarisationsmodulierter Strahlung vorteilhaft verwendet werden kann. Erfindungsgemäß sind als Empfänger der Informationsübertragungsstrecke mindestens zwei PEM- -Detektoren oder OEN-Detektoren vorgesehen, die zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen zugeordnet sind. Ihre strahlung sempfind liehen Kristalle sind um den gemeinsamen Innenpol eines Magnetsystems angeordnet. Jeweils die Kristalle zweier einander gegenüberliegender Detektoren gehören zu einer gemeinsamen Polarisationsrichtung und ihnen ist mindestens ein Analysator zugeordnet. Die einzelnen Kristalle sind jeweils in einem Zweig einer Brückenschaltung angeordnet, an deren einer Diagonale die halbe Differenz der von einander gegenüberliegenden Detektorpaaren erzeugten ieerlaufspannungssummen als '

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polarisationsabhängige Signalspannung abgenommen werden kann und an deren anderer Diagonale die halbe Summe sämtlicher Leerlaufspannungen der einzelnen Detektoren als polarisationsunabhängige Referenzspannung ansteht. In einer Anordnung mit vier Detektoren sind die beiden Detektorpaare zwei zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen zugeordnet.

OEN-Detektoren sind bekannt. Sie enthalten einen in einem Magnetfeld angeordneten Strahlungsdetektor, dessen kristalliner Halbleiterkörper nach der deutschen Patentschrift 1214 807 im wesentlichen senkrecht zur Richtung des erzeugten Stromes ausgerichtete, elektrisch besser leitende Bereiche einer zweiten

h kristallinen Phase enthält. Die Wirkungsweise solcher Detektoren beruht auf einem optisch induzierten Ettingshausen-Nernst- - Effekt. In der Literatur ist deshalb die Bezeichnung OEN-Detektor üblich. Der Halbleiter des OEN-Detektors besteht aus einer A₁ j j By-Verbindung, insbesondere Indiumantimonid InSb, und die Einschlüsse können aus Nickelantimonid NiSb oder anderen kristallinen Stoffen bestehen. Die optische Absorption in diesem Material wird bei Wellenlängen unterhalb der Indiumantimonid- -Absorptionskante, d.h. bei Zimmertemperatur unterhalb 7 /um im wesentlichen durch die Eigenleitungs-Anregung des Indiumantimonids bestimmt. Oberhalb der Absorptionskante liefern die Einschlüsse der zweiten Phase den maßgeblichen Aborptionsanteil. Der Detektor kann deshalb auch für Strahlen mit einer Wellen-

P länge oberhalb 7 /ωη verwendet werden, wie aus "Anisotropie InSb- -NiSb as an infrared-detektor" in "Solid State Electronics" 1968 Bd. 11,S.979 bis 981 bekannt ist. Er ist unabhängig von der Polarisation der Infrarotstrahlung, wenn die Einschlüsse als Nadeln senkrecht auf der bestrahlten Kristalloberfläche stehen. Unter dem gleichzeitigen Einfluß eines vorzugsweise homogenen Magnetfeldes und eines senkrecht zum Magnetfeld im Kristall erzeugten Wärmeflusses entsteht eine elektrische Spannung senkrecht zu diesen genannten Richtungen. Der Y/ärmefluß wird durch den von der absorbierten Infrarotstrahlung erzeugten Temperaturgradienten, also auf optischem Wege, erzeugt. Solche OEN-Detektoren haben eine geringe Zeitkonstante.

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Pur' Strahlung mit einer Wellenlänge bis zu etwa 7 /um können auch die bekannten PEM-Detektoren mit homogenem Kristallkör~ per verwendet werden.

Die Informationsübertragungsstrecke nach der Erfindung hat im Wellenlängenbereich von etwa 1,7 /um bis zum mm-Bereich eine hohe Empfindlichkeit und sie hat oberhalb etwa 7 /tun eine Zeitkonstante von etwa 10""* see.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen. In Fig.1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung mit einem einzigen Detektor und einer ebenen Reflexionsfläche dargestellt. Pig.2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit mehreren Reflexionsflächen, denen jeweils ein Detektorkristall zugeordnet ist. In Fig.3 ist die Schaltung der Halbleiterkörper der Detektoren nach Fig.2 veranschaulicht. Fig.4 erläutert die Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung in· einem Diagramm. Fig.5 zeigt die Anordnung der Halbleiterkörper der Detektoren. In Fig.6 . ist eine besonders vorteilhafte Konstruktion eines Empfängers dargestellt,und Fig.7 zeigt eine Draufsicht dieses Empfängers mit der Detektoranordnung nach Fig.5.

Nach Fig.1 ist ein als Strahlungsempfänger dienender kristalliner Halbleiterkörper K eines OEN-Detektors zwischen den Polschuhen 6 und 8 mit einem Südpol S und einem Nordpol N eines Magneten 7 angeordnet, der beispielsweise-ein Dauermagnet sein kann. Die mit zwei Pfeilen S angedeutete ankommende elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Infrarotstrahlung, insbesondere Laser-Strahlung, trifft unter einem Einfallswinkel cp auf die reflektierende Fläche eines Reflexionspolarisators P. Die vom Polarisator P reflektierte Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel "ψ auf die Empfängerfläche K des Detektorkristalls, der an seinen Enden mit elektrischen Anschlüssen A und B versehen ist. Ist der Einfallswinkel Cj* der spiegelnd an der Polarisatorplatte P reflektierten Strahlung gleich dem Polarisationswinkel <y ρ der Platte mit dem Brechungsindex n, wobei

tg Cf ρ β η ■
ist, so wird bekanntlich nur die senkrecht zur Einfallsebene

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schwingende Komponente der ankommenden Strahlung reflektiert ι und die auf dem Detektorkristall K auftreffende Strahlung ist vollständig polarisiert. Ist die auf dem Polarisator P aufcreffende Strahlung polarisationsmoduliert, so wirkt der Polarisator P als Analysator. Die auf dem Kristall K ankommende Strahlung enthält dann nur noch die senkrecht zur Einfallsebene auf dem Polarisator P schwingende Komponente und trägt die Modulation dieser Komponente als Amplitudenmodulation.

Der Detektorkristall K gibt dann an seinen Ausgangsanschlüssen A und B eine Signalspannung ab, die aus einer Gleichspannungskomponente und der überlagerten Modulation besteht. Da die Einfallsebene auf dem Kristall K identisch ist mit derjenigen auf dem Polarisator P, so wird die senkrecht schwingende Komponente auch auf dem Kristall K stärker reflektiert. PUr die Ausbeute sind das Reflexionsvermögen R(<f) des Polarisators P für den Winkel cp und die Oberflächendurchlässigkeit 1 - R (ψ) des Kristalls K für den Winkel If maßgeblich. Die Reflexionskoeffizienten des Kristalls können deshalb zweckmäßig durch Vergütung der Oberfläche klein gehalten werden. Ferner kann man den gesamten Detektor in Bezug auf den Polarisator P so drehen, daß der Einfallswinkel ty = 0 wird.

Nach Fig.2 sind vier OEN-Detektoren 2 bis 5 vorgesehen, die von einem gemeinsamen, in der Figur nicht dargestellten Magnetfc system mit einem Innenpol S versorgt sein sollen. Dann werden in den Kristallen Kp bis Kc bei Bestrahlung Spannungen erzeugt mit Polungsrichtungen, die an den einzelnen Kristallen angedeutet sind. Wird jeder Kristall durch einen zugehörigen Reflexionspolarisator Pp bis Pc ausgeleuchtet, dann sprechen je zwei gegenüberliegende Kristalle K₂ und K. bzw. K, und K^ auf eine gemeinsame Polarisationsrichtung an, nämlich auf die Polarisationsrichtung, deren elektrischer Vektor parallel zur Kristallängsrichtung schwingt. Diese Richtung ist an den Polarisationsplatten Pp bis Pr, deren Reflexionaflachen gegen die Zeichenebene geneigt sind, als Doppelpfeil eingetragen.

Die Wirkung der vier Kristalle Kp bis K₁- kann jeweils durch eine LeerlaufSpannungsquelle U₂ bis OV und jeweils einen

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Innenwiderstand Rp "bis Rr veranschaulicht werden. Die Reihenschal tun,·¹· dieser inneren Spannungsquellen mit den zugehörigen Innenwiderständen kann nach Pig.3 zu einem Ring vereinigt werden. In der Anordnung mit vier Detektoren 2 bis 5 und jeweils einem der zugeordneten Polarisatoren P₂ bis P,- ist dann nach Fig.3 jeweils eine LeerlaufSpannungsquelle in Reihe mit dem zugeordneten Innenwiderstand in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung angeordnet, an deren einer Diagonale eine Referenzspannung TJ und an deren anderer Diagonale die modula-

tionspolarisierte Signalspannung TJg erscheint. Für den speziellen Fall gleich großer Einzelwiderstände R₂ bis R₅ der vier Detektoren erhält man die Referenzspannung

^UR = \ ^{U3 ^{+ U}5 ^{+ TJ}2 ⁺" V
und die Signalspannung

u_s = \ (U₃ + U₅-U₂ -U₄).

ft

Die Signalspannung U„ ist also die halbe Differenz der von den beiden gegenüberliegenden Detektorpaaren erzeugten Leerlaufspannungssummen, und die Referenzspannung U_R ist die halbe Summe sämtlicher Leerlaufspannungen. Da aber die beiden Detektorpaare

K₀ und K. bzw. K, und Κ_Ε auf zueinander senkrechte Polarisa- d 4 5 ρ

tionsrichtungen ansprechen, so ist die Signalspannung U„ von der Polarisationsrichtung und der Intensität der auftreffenden Gesamtstrahlung abhängig, die Referenzspannung ist dagegen nur von der Intensität abhängig. Der Quotient

ist dagegen nur noch abhängig vom Verhältnis

der von den beiden Detektorpaaren abgegebenen Spannungssummen.

_t Eine Amplitudenmodulation der auf die Gesamtanordnung nach Pig.2 treffenden Strahlung beeinflußt die vier Spannungen U₂ bis U₅ um

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den gleichen Paktor. Damit wird χ und somit auch Ug/U_R = y amplitudenunabhängig. Die Referenzspannung U„ und die Signalspannung Ug können zweckmäßig jeweils einem der Spannungswandler 10 bzw. 12 vorgegeben werden, deren Sekundärwicklungen einseitig auf Nullpotential gelegt sind. Die freien Enden sind jeweils über einen Verstärker 14 bzw. 16 mit dem Eingang einer Anordnung zur Quotientenbildung 16 verbunden, an deren Ausgang der Quotient Ug/U_R abgenommen und gegebenenfalls über einen weiteren Verstärker 18 einer Ausgangsklemme 20 zugeführt werden kann.

Als Maß für die Wirksamkeit der Anordnung mit vier Detektoren kann eine Modulationsübertragungsfunktion H (θ) gebildet werden, die im Diagramm nach Fig.4 veranschaulicht ist, wobei θ das Azimut der Polarisationsebene der polarisationsmodulierten Strahlung sei:

H (O) = ^SSS · d

H (0) ist somit die Steilheit, mit der sich die Ausgangsgröße y in Abhängigkeit vom modulierten Azimut θ ändert. Im Diagramm nach Pig.4 sind y und O jeweils in Einheiten ihrer erreichbare! Maximalwerte aufgetragen. 0=0 soll die Polarisationsrichtung bezeichnen, bei welcher der elektrische Vektor um 45° gegen die Einfallsebenen aller Polarisatoren gedreht sein soll, wie es in Fig.2 gestrichelt angedeutet ist. Der maximal nutzbare P Modulationsbereich erstreckt sich dann auf θ = -T(/. bis +1CA und es ist O_m =#/.. Die zugehörigen Extremwerte für y sind dann y = 1, dem entspricht θ » "^/λ ^vai^ ^{v = +1}» ^dem entspricht θ = ⁺^/λ· *ⁿ der Mittelstellung ist y = 0 und 0 = 0. Damit erhält man für den vierteiligen Polarisationsdetektor nach Pig.2 bei der vereinbarten Festlegung des Nullpunktes für O die Punktion

η «0 -TZ₄ ■ U ■

Da jeder Polarisator in der zu sperrenden Schwingungsrichtung die elektrische Komponente abschneidet, in der dazu senkrechten Richtung dagegen die elektrische Komponente um einen von der gesperrten Kompontente unabhängigen Schwächungsfaktor weitergibt,

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hat" auch der Polarisator nach der Erfindung "bezüglich der Amplitude eine sin .©-Charakteristik, bezüglich der Intensität

aber eine sin ©-Charakteristik. Man erhält deshalb für einen Polarisationsdetektor nach der Erfindung mit vier Detektoren in der Anordnung nach Fig.2 einen Verlauf

y_t = sin 2 θ ,

der in Fig.4 in der ausgezogenen Kurve dargestellt ist. Für die Η-Funktion erhält man H- (ö) ="TC/₂ · cos 2 Θ, deren Verlauf in Fig.4 strichpunktiert dargestellt ist.

Ein einzelner Polarisationsdetektor entsprechend der Anordnung nach Fig.1 liefert dagegen eine Azimutabhängigkeit des Ausgangssignals, deren Verlauf y₂ und H₂ in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Die Kurve für y₂ verläuft nicht durch den Nullpunkt.

Die größte Modulationsabhängigkeit, dargestellt durch das Maximum der H₁-Funktion in Fig.4, wird beim 4fach-Detektor beim Nulldurchgang der Ausgangsgröße y.. erreicht. Der antisymmetrische Verlauf der Ausgangsgröße y-j bewirkt eine Verdoppelung der normierten Steilheit, die in der Fig.4 an der doppelten Höhe der H₁-Funktion gegenüber Hp entsprechend einer Anordnung mit einem einzelnen Detektor erkenntlich ist.

Die amplitudenmodulationsunabhängige Anordnung aus vier Einzeldetektoren, denen vier Einzelpolarisatoren zugeordnet sind, kann nach einer besonders vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Anordnung nach der Erfindung dadurch verbessert werden, daß die Kristallkörper Kp bis Kc jeweils als Segment eines Kreisringes gestaltet sind, deren Schaltung und Anordnung in Fig.5 schematisch dargestellt sind. Die Enden der Kristallkörper sind jeweils derart miteinander verbunden, daß sich ihre elektrische Anordnung als Brückenschaltung nach Fig.3 ergibt. Zwischen den Verbindungsleitern der Kristallkörper K₂ und K, sowie K. und K₅ fällt die Referenzspannung U_R ab. Die polarisierte Signalspannung Ug erhält man zwischen den Verbindungsleitern der Kristallkörper K, und K. sowie K₂ und K^.

Als Polarisatoren können dann zweckmäßig ebenfalls solche mit

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gekrümmter Reflektorfläche vorgesehen sein, deren reflektierte Strahlen auf die Oberfläche der Kristallkörper K₂ bis K^ geleitet werden und dort einen kreisscheibenförmigen oder ringförmigen "Brennkreis" bilden. Solche Polarisatoren sind geeignet zur Erfassung eines Strahlenbündels.

Eine wesentliche Vereinfachung der Anordnung nach der Erfindung erhält man dadurch, daß den Strahlungsempfängern nach Pig.5 ein gemeinsamer Polarisator zugeordnet ist, der als Topf gestaltet sein kann, dessen Innenfläche den Reflektor bildet. Die gesamte Reflektorfläche kann dann beispielsweise als vielseitiger Pyramidenstumpf mit einer größeren Anzahl trapezförmiger Einzelflächen gestaltet sein, in dessen offene Grundfläche die Strahlung eintritt. Ferner ist beispielsweise ein Kegelstumpf als
reflektierende Fläche möglich. Die reflektierten Strahlen bilden dann auf der Oberfläche der Kristallkörper K₂ bis K₁- eine
Ringscheibe als wirksame Absorptionsfläche.

Besonders vorteilhaft ist die Gestaltung des Reflektors als
außeraxiales Rotationsparaboloid nach Fig.6. Die Erzeugende des Rotationsparaboloids ist eine Parabel, deren Brennpunkt auf dem Detektor-Kristallring liegt, und deren Achse parallel zur durch den Ringmittelpunkt gehenden Rotationsachse verläuft. Letztere ist als Achse des topfförmigen Analysators zugleich die optische Achse. Die Innenfläche des Topfes 22 bildet dann ein
Rotationsparaboloid, dessen Rotationsachse in Richtung der zu
empfangenden Strahlung verläuft. Der geometrische Ort der Brennpunkte des Reflektors bildet einen Brennkreis auf der Oberfläche der Ringsegmente, die zwischen den Polschuhen eines Ringspal tmagneten 24 angeordnet sind, der sich unter dem Rotationsparaboloid befindet. Als Ringspaltmagnet 24 kann beispielsweise ein Lautsprecher-Topfmagnet vorgesehen sein. Mit einem derartigen Analysator erhält man einen Verlauf der Modulationsübertragungsfunktlon, der in Fig.4 als y, bzw. H, ausgezogen dargestellt ist. Diese Ausführungsform ergibt zwar ein etwas geringeres Ausgangssignal, sie hat jedoch den Vorteil, daß die gekrümmte Reflexionsfläche zugleich als Objektiydes Analysators wirken kann. Außerdem ist die konstruktive Gestaltung einer solchen Anordnung mit einem Gehäuse 22 und einem Ringspaltmagneten 24 mit

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Polschuhen 26 und 28, der am Boden des Gehäuses 22 befestigt ist, entsprechend einfach. Die auf den rotationssymmetrischen Polarisationsdetektor achsenparallel von oben einfallende und durch Pfeile angedeutete Strahlung wird von dem außeraxialen Rotationsparaboloid auf den in vier gleich große Sektoren geteilten Kristall fokussiert. Dieser Kreis stellt somit zugleich die Brennlinie des Paraboloids dar.

Durch den Ringspaltmagneten 24 wird ein radiales Magnetfeld erzeugt, das die einzelnen in Pig.6 nicht dargestellten Halbleiterkörper durchsetzt. Der Reflektor 30 besteht aus einem'hochbrechenden, jedoch schwach absorbierenden Material, beispielsweise Germanium oder Silizium. Der Reflektor 30 kann beispielsweise aus Kunstharz über einer Negativ-Form gegossen sein, wobei Germanium- oder gegebenenfalls auch Silizium-Pulver in die ■■Gußmasse eingebettet und anschließend die Oberflächenbeschichtung 30 durch Bedampfen mit Germanium bzw. Silizium hergestellt wird. Durch diese Beschichtung 30 des Reflektors wird eine Reflexion der parallel zur Einfallsebene schwingenden Komponente der Strahlung verhindert.

Als Staub- und Konvektionsschutz kann zweckmäßig noch ein kreisscheibenförmiges Fenster 32 vorgesehen sein, das beispielsweise aus einer Kunststoffolie bestehen kann. Das Fenster 32 ist einerseits zwischen Einzelteilen 34 und 36 eines Kopfes befestigt, beispielsweise mittels Schrauben 38 verschraubt, und sein Außenrand istjmittels einer Überwurfmutter 40 des Kunst stoff gehäuses luftdicht eingeklemmt. Der Kopfteil 36 ist mittels einer Feder 42 und einer Halterung 44 federnd gelagert. Die Halterung 44 trägt außerdem eine Streulichtblende 46. Die vom Reflexionskörper 30 reflektierten Strahlen bilden auf der Oberfläche der Kristallkörper im Luftspalt des Ringmagneten 24 einen Brennkreis, der in der Figur durch Pfeile angedeutet ist. Für die elektrischen Anschlußleiter der einzelnen Kristallkörper können Bohrungen 48 vorgesehen sein.

Nach der in Fig.7 dargestellten Draufsicht dient die Überwurfmutter 40 zur Befestigung der Schutzfolie 32 und bildet die

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Begrenzung des Gehäuses 22. Im Zentrum der Anordnung ist das Kopfteil 36 sichtbar, das von drei Stegen 48 gehalten wird.

Das gleichzeitig als Objektiv und als Analysator wirksame außeraxiale Rotationsparaboloid 30 ist so bemessen, daß sämtliche achsenparallel durch das Fenster 32 einfallenden Strahlen unter einem Einfallswinkel <f nahe dem Polarisationswinkel tf ρ auf die Oberfläche des Reflektors 30 treffen und auf den im Brennkreis angeordneten Detektor unter einem nicht zu großen Einfallswinkel y auftreffen. Die Grenzwerte der genannten Winkel für einen Germanium-Analysator mit einem Polarisationswinkel cf = 75° 58' können vorteilhaft gewählt werden zu:

^ max ^ 81°
(^ min 5» 70°
max « 40°.

Der Brennkreisdurchmesser d nach Pig.7 ist durch die Maße des gewählten Ringspaltmagneten 24 festgelegt. Der Außendurchmesser D des Reflektors kann frei gewählt werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist eine Anordnung mit vier Detektoren gewählt, von denen jeweils zwei zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen zugeordnet sind. Eine einfachere Ausführung erhält man mit zwei Detektoren, die zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen zugeordnet sind. Die Kristallkörper dieser Detektoren sind dann in zwei benachbarten Brükkenzweigen nach Fig.3 anzuordnen und die beiden übrigen Brückenzweige erhalten jeweils einen festen V/iderstand. Eine solche Anordnung erfordert zwar einen geringeren Aufwand, sie hat aber auch eine geringere Empfindlichkeit.

Zum Empfang eines Strahls mit verhältnismäßig großem Durchmesser von beispielsweise mehreren Metern kann dem Analysator nach Fig.6 noch ein in der Figur nicht dargestelltes telesko-,pisches System, insbesondere ein Spiegelteleskop, vorgeschaltet sein.

10 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

M .J Anordnung zur Informationsübertragung mit einer Infrarotstrahlungsquelle, insbesondere Laser-Strahlungsquelle, mit Mitteln zur Polarisationsmodulation der Strahlung und einem Analysator sowie einem Strahlungsdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß als Empfänger mindestens zwei PEM-Detektoren oder OEN-Detektoren vorgesehen sind, die zueinander senkrechten Po larisati ons richtungen zugeordnet sind, deren strahlungsempfindliche Kristalle (Kp bis Kr) um den gemeinsamen Innenpol (S) eines Magnetsystems angeordnet sind und von denen jeweils die Kristalle zweier einander gegenüberliegender Detektoren (Kp, K- bzw. K,, Kc) zu einer gemeinsamen Polarisationsrichtung gehören und denen mindestens ein Analysator (P₂ bis P,-) zugeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier OEN-Detektoren (2 bis 5) vorgesehen sind, die zwei zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen zugeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kristalle (K₂ bis K₅) der Detektoren (2 bis 5) jeweils einen Zweig einer Brückenschaltung bilden, an deren einer Diagonale die halbe Summe sämtlicher Leerlaufspannungen (U₂ bis Ur) der einzelnen Detektoren (2 bis 5) als Referenzspannung (U-d) und an deren anderer Diagonale die halbe Differenz der von den beiden gegenüberliegenden Detektorpaaren (2,4 bzw. 3»5) erzeugten LeerlaufSpannungssummen als polarisationsmodulierte Signalspannung (Ug) entsteht.

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4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle (Kp Ma K₁-) der Detektoren (2 bis 5) jeweils als Ringsegment gestaltet sind, und daß Reflexionspolarisatoren mit gekrümmter Fläche vorgesehen sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (P2 bis P.) jeweils als Sektor eines gemeinsamen, außeraxialen Rotationsparaboloids gestaltet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle der Detektoren im Luftspalt eines Ringspaltmagneten (24) angeordnet sind, dessen Achse gleich der Rotationsachse des Rotationsparaboloids ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Kristallen (K₂ bis Kg) der Detektoren ein gemeinsamer topfförmiger Reflektor (30) zugeordnet ist, dessen reflektierende Fläche die Form eines außeraxialen rotationssymmetrischen Paraboloids ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Polarisatoren (Pp bis Pj-) bzw. des Analysators (30) mit Germanium bedampft ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit OEN-Detektoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (2 bis 5) einen Halbleiterkörper aus einer A-j-j-j-By-Verbindung haben, deren Kristall einander parallele Einschlüsse einer zweiten kristallinen Phase aus elektrisch besser leitendem Material enthält.
10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkörper aus Indium-Antimonid (InSb) bestehen, die Einschlüsse aus Nickel-Antimonid (NiSb) enthalten.

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