DE2060124A1

DE2060124A1 - Process for the manufacture of optical amplitude filters

Info

Publication number: DE2060124A1
Application number: DE19702060124
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Baum; Joachim Dipl-Phys Ost; Achim Dipl-Phys Reichelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-07
Filing date: 1970-12-07
Publication date: 1972-06-08

Description

Verfahren zur llerteliung optischer Amplitudenfilter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optischer mplitudenfilter.Method of Making Optical Amplitude Filters The Invention relates to a method for manufacturing optical amplitude filters.

Bei den verschiedensten Anwendungen in der Optik sind Lichtwellenfronten mit annähernd konstantem Amplitudenverlauf erforderlich. Dies ist vor allem bei vielen Anwendungen der Holografie, wie z.B. der optischen Datenspeicherung, der Ätxmaskei;-projektion, der optischen Filterung usw., wünschenswert, um sowohl brei der Beleuchtung des Gegenstandes, als auch bei den Referenz- und Rekonstruktionswellen durch konstante Amplituden eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Bildes zu erzielen.In the most varied of applications in optics, there are light wave fronts with an approximately constant amplitude curve required. This is especially true when many applications of holography, such as optical data storage, the Ätxmaskei; -projection, optical filtering, etc., desirable to both pulp the illumination of the object, as well as the reference and reconstruction waves constant amplitudes ensure that the image is illuminated as evenly as possible achieve.

Aus einem Artikel von G.E.Keyte (Paper at the 17. Agard Avionics Panel, Tonsberg, Norwegen 29.9. bis 3.10.1969) ist es bekannt, örtliche Variationen im Intensitätsverlauf eines Strahles durch Abschwächen der intensivsten Stellen unter Verwendung fotografischer Schichten zu kompensieren, ohne daß jedoch in diesem Artikel nähere Angaben über die Gradation und Entwicklung des fotografischen Materials gegeben werden Weiter ist aus einem Artikel von G. Graf (Paper at the 17. Agard Avionics Panel Tonsberg, Norwegen 29.9. bis 3.10.1969) bekannt, sowohl Amplituden als auch Phasenvariationen mit einem Filter auszugleichen. Dazu werden jedoch zwei hintereinander geschaltete Filter benötigt, wodurch beträchtliche Justierschwierigkeiten auftreten.From an article by G.E. Keyte (Paper at the 17th Agard Avionics Panel, Tonsberg, Norway 29.9. to 3.10.1969) it is known to detect local variations in the Course of the intensity of a beam by weakening the most intense points below Use photographic layers to compensate for this, however, not covered in this article details of the gradation and development of the photographic material are given Next is from an article by G. Graf (Paper at the 17th Agard Avionics Panel Tonsberg, Norway 29.9. until 3.10.1969) known, both amplitudes and Compensate for phase variations with a filter. However, this will be done two in a row switched filters are required, which leads to considerable adjustment difficulties.

Ein anderes Verfahren zur Kompensation örtlicher Amplitudenvariationen mit optischen Filtern wird von D. Huhn et al. (Physics Letters, Band 27 A, Nr 1, (1968) S 51) angegeben. Dabei sei O ein Objektstrahl, P eine ebene Welle und O*P Teil eines holografisch aufgezeichneten Interferenzfeldes der Wellen O und P. Bei Beleuchtung des Hologramms mit der Objektwelle 0 tritt unter anderem eine modulierte Welle 0 O*P auf.Another method of compensating for local variations in amplitude with optical filters is described by D. Huhn et al. (Physics Letters, Volume 27 A, No. 1, (1968) p 51). Be there O an object ray, P a plane Wave and O * P part of a holographically recorded interference field of the waves O and P. When illuminating the hologram with the object wave 0 occurs among other things a modulated wave 0 O * P on.

Zur Wiedergewinnung der ebenen Welle P stellt man ein Filter mit der Amplitudentransmission (O 0*) -1 in den Strahl O O+P, wodurch infolge Multiplikation O O*P (O 0*) 1 die ursprüngliche Welle P wieder gewonnen wird. Die Herstellung des Filters erfolgt durch Belichtung einer fotografischen Platte mit dem Objektstrahl 0. Das Filter wird nicht mit der Welle O*P, die beeinflußt werden soll, hergestellt, sondern mit der Objektwelle 0 allein. Der Entwicklungsprozess des fotografischen Materials wird dabei so gewählt, daß für die Transmission des 1 1 Filters gilt: av T v d. h. für die Steigung der Gradationskennlinie tan X gilt g = (tan oc-1 Ein Nachteil besteht darin, daß die ebene Welle F aus tberlagerung zweier bereits vorhandener Wellen wiedergewonnen werden muß.To recover the plane wave P, a filter is placed with the Amplitude transmission (O 0 *) -1 in the beam O O + P, which results from multiplication O O * P (O 0 *) 1 the original wave P is recovered. The manufacture of the Filters are made by exposing a photographic plate to the object beam 0. The filter is not made with the wave O * P that is to be influenced, but with the object wave 0 alone. The development process of the photographic The material is chosen so that the following applies to the transmission of the 1 1 filter: av T v d. H. for the gradient of the gradation characteristic tan X applies g = (tan oc-1 Ein The disadvantage is that the plane wave F consists of a superposition of two already existing Waves must be recovered.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines optischen Amplitudenfilters unter Verwendung lichtempfindlicher Materialien anzugeben, das zur Erzeugung von Lichtwellenfronten mit, annähernd konstamtem Amplitudenverlauf geeignet ist.The present invention is based on the object of a simple Method of manufacturing an optical amplitude filter using photosensitive Specify materials that are used to generate light wave fronts with, approximately constant Amplitude curve is suitable.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß man das Filter durch Belichtung eines lichtempfindlichen Materials mit dem Strahl selbst, dessen Amplitudenverteilung kompensiert werden soll, herstellt.To solve this problem, it is proposed that the filter be through Exposure of a light-sensitive material to the beam itself, its amplitude distribution is to be compensated.

Ein bevorzugtes Ausführungsverfahren besteht darin, daß man eine fotografische Emulsion mit dem Lichtstrahl selbst, dessen Amplitudenverteilung kompensiert werden soll, belichtet, die Emulsion anschließend entwickelt und fixiert und wieder an ihre ursprüngliche Stelle im Strahlengang einjustiert.A preferred method of implementation is that of a photographic Emulsion with the light beam itself, the amplitude distribution of which is compensated should, exposed, the emulsion then developed and fixed and then back on adjusted to their original position in the beam path.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens legt man den Arbeitspunkt in den Teil der Gradationskennlinie der fotografischen Emulsion, der eine Wurzelabhängigkeit der Transmission von der Belichtung zeigt Diese Wurzelabhängigkeit der Transmission besteht vorzugsweise darin, daß sich die Transmission umgekehrt proportional zur Quadratwurzel aus der Belichtung verhält.According to a further preferred embodiment of the method lays down the working point in the part of the gradation curve of the photographic emulsion, which shows a root dependency of the transmission on the exposure This root dependency the transmission is preferably that the transmission is reversed is proportional to the square root of the exposure.

Erreicht wird diese Wurzelabhängigkeit dadurch, daß der Arbeitspunkt im linearen Teil der Gradationskennlinie der fotografischen Emulsion liegt, deren Steigung g = 1/2 betragt.This root dependency is achieved by the fact that the working point lies in the linear part of the gradation characteristic of the photographic emulsion whose Slope g = 1/2.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes optihohes Aniplitudenfilter besitzt also eine Transmissionsverteilung, die der Amplitudenverteilung des Lichtstrahles umgekehrt proportional ist und ermöglicht es dadurch, einen Lichtstrahl mit beliebigem räumlichen Amplitudenverlauf in einen Strahl mit über dem Querschnitt konstanter Amplitude umzuwandeln.An optically high amplitude filter produced by the method according to the invention thus has a transmission distribution that corresponds to the amplitude distribution of the light beam is inversely proportional and thereby enables a light beam with any spatial amplitude curve in a beam with a constant over the cross-section To convert amplitude.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiden Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the two figures.

Figur t zeigt die Abhängigkeit der Amplitudentransmission T von der Belichtung W bei fotografischen Schichten.Figure t shows the dependence of the amplitude transmission T on the Exposure W for photographic layers.

Figur 2 zeigt die Gradationskennlinie einer fotografischen Platte.Figure 2 shows the gradation characteristic of a photographic plate.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die Transmission T eine Funktion der Belichtung W, wobei W gegeben ist durch das Produkt von einfallender Lichtentensität J und Belichtungszeit t: T (x) = T (W(x>) = T (J(x)t) (x = Ortskoordinate des Filters; der einfachheit halber sei nur die Abhängigkeit in einer Dimension betrachtet.) Bezeichnet man mit E1 (x) die ortsabhängige Amplitude des einfallenden Strahles und mit E2 (x) die ortsabhängige Amplitude des austretenden Strahles, so gilt für diesen: E2 (x) = E1 (x) T (x) (1) und für die Lichtintensität gilt J1 (x) = E1 (x) 2 Da E2 konstant sein soll, muß T von der Porm EK sein; (K = F.onstante). 1 K h. D. h. T (x) = 1x1x (2) E1 (x) (k - Konstante). As can be seen from FIG. 1, the transmission T is a function of the exposure W, where W is given by the product of the incident light intensity J and the exposure time t: T (x) = T (W (x>) = T (J (x)) t) (x = position coordinate of the filter; for the sake of simplicity, only the dependency in one dimension is considered.) If E1 (x) denotes the position-dependent amplitude of the incident beam and E2 (x) the position-dependent amplitude of the exiting beam, the following applies for this: E2 (x) = E1 (x) T (x) (1) and for the light intensity applies J1 (x) = E1 (x) 2 Since E2 should be constant, T must be from the Porm EK; (K = F. constant). 1 K h. I. E. T (x) = 1x1x (2) E1 (x) (k - constant).

Um dieser Bedingung zu genügen, ist also der Arbeitspunkt in einen Bereich der Gradationslinie zu legen, in dem eine Wurzelabhängigkeit der Transmission von der Belichtung vorliegt. Dies erreicht man durch geeignete Wahl der Belichtungszeit und gegebenenfalls durch eine Vorbelichtung WO mit konstanter Intensität. Die gesamte Belichtung W setzt sich dann aus W1 und WO zusammen: W (x) = W1 (x) + WO Setzt man diesen Ausdruck in Gleichung (2) ein, so erhält man Die in Figur 2 dargestellte Gradationskennlinie erhält man, wenn man auf die in der Literatur übliche Bezeichnung übergeht, wobei D = - log T die fotografische Dichte (Schwarun) bedeutet.In order to meet this condition, the working point must be placed in a region of the gradation line in which the transmission is root-dependent on the exposure. This is achieved through a suitable choice of the exposure time and, if necessary, through a pre-exposure WO with constant intensity. The total exposure W is then composed of W1 and WO: W (x) = W1 (x) + WO If this expression is used in equation (2), one obtains The gradation characteristic shown in FIG. 2 is obtained if one goes over to the designation customary in the literature, where D = - log T means the photographic density (Schwarun).

Damit erhält man aus Gleichung 3: D (x) = - log k + 1/2 log (W(X) - WO) D (x) huber log (W(x)-To) aufgetragen, liefert eine Gerade mit der Steigung 1/2. Diese Steigung tan = = 1/2 kann durch geeignete Wahl der Entwicklungszeit des Fotomaterials eingestellt werden. Es ist also in dieser Darstellung der Arbeitspunkt in den linearen Teil der Kennlinie zu legen. Die Aussteuerung W1 (x) darf außerdem den linearen Teil der Kurve nicht verlassen.This gives from equation 3: D (x) = - log k + 1/2 log (W (X) - WHERE) D (x) plotted over log (W (x) -To) yields a straight line with a slope of 1/2. This gradient tan = = 1/2 can be achieved by a suitable choice of the development time of the photo material. So it is the working point in this illustration to be placed in the linear part of the characteristic. The level control W1 (x) may also do not leave the linear part of the curve.

Fotoemulsionen als lichtempfindliche Materialien können im gesamten sichtbaren Spektrum eingesetzt werden und liefern feste Filter, d. h. Filter deren fransmissionsverteilung konstant bleibt und die für jede Amplitudenverteilung gesondert hergestellt werden müssen. Nach dem Verarbeitungsprozess ist es notwendig, die Filter wieder exakt an den Ort der Aufnahme einzujustieren.Photo emulsions as photosensitive materials can be used throughout visible spectrum and provide solid filters, i. H. Filter their The fransmissions distribution remains constant and is separate for each amplitude distribution must be made. After the processing it is necessary to change the filters to be adjusted exactly to the location of the recording.

Reversible optische Aufnahrematerialien wie Fotochromgläser und Alkalihalogenidkristalle sind im Bereich kürzerer Wellenlänge empfindlich und zeigen ebenfalls eine von der Intensität des auftreffenden Lichts abhängige Dunkelfärbung. Damit sind reversible Filter herstellbar, die bei nicht zu schnellen Änderungen der Lichtamplituden sich selbsttätig und fortlaufend den einfallenden Strahlen anpassen und somit auch zur Korrektur zeitlich veränderlicher Amplitudenverteilungen anwendbar sind. Ein Justieren des Pilters zum Strahl entfällt dabei.Reversible optical pick-up materials such as photochromic glasses and alkali halide crystals are sensitive in the range of shorter wavelengths and also show one of the Dark color dependent on the intensity of the incident light. So that are reversible Filters can be produced which, if the changes in light amplitudes are not too rapid automatically and continuously adapt to the incident rays and thus also to the Correction of temporally variable amplitude distributions are applicable. An adjustment the filter to the beam is not required.

Mit Hilfe solcher Filter läßt sich insbesondere die in der Praxis häufig vorkommende Aufgabe lösen, den Strahl eines Lasers, der im transversalem Grundmode mit Gauß'scher Amplitudenverteilung schwingt, in einen Strahl mit huber den Querschnitt nahezu konstanter Amplitude umzuwandeln.With the help of such filters, in particular, can be used in practice frequently occurring task to solve, the beam of a laser, which is in the transversal Fundamental mode with Gaussian amplitude distribution oscillates in a beam with huber to convert the cross-section of almost constant amplitude.

7 Patentansprüche 2 Figuren7 claims 2 figures

Claims

Claims method for producing an optical amplitude filter, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that a light-sensitive material with the beam itself, the amplitude distribution of which is to be compensated, exposed will.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that one can create a photographic emulsion with the light beam itself and its amplitude distribution is to be compensated, exposed the emulsion then developed and fixed and readjusted to their original position in the beam path.

3. The method according to claims 1 and 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the operating point is in the part of the gradation characteristic of the photographic Emulsion, which has a root dependence of the transmission on the exposure shows.

4. The method according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the transmission of the photographic pilmes is inversely proportional to the square root from the exposure.

5. The method according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the working point in the linear part of the gradation characteristic of the photographic Emulsion lies.

6. Optical filter, produced by the method according to or several of claims 1 to 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that its transmission distribution is reversed to the amplitude distribution of the light beam is proportional.

7. Optical filter according to claim 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the translucent material consists of a photochromic glass or consists of an alkali halide crystal, the transparency of which is in each Point automatically according to the amplitude distribution of the incident light beam changes in a time-variable and reversible form L e r s e i t e