DE2104068C3

DE2104068C3 -

Info

Publication number: DE2104068C3
Application number: DE2104068A
Authority: DE
Inventors: Johannes Antonius Maria Eindhoven Mes (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-02-07
Filing date: 1971-01-28
Publication date: 1978-03-02
Also published as: GB1349867A; CH528743A; AU2498271A; CA923725A; FR2079310A1; FR2079310B1; JPS5221382B1; DE2104068A1; SE359658B; NL7001772A; DE2104068B2; BE762673A; US3685883A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung der Lage der Polarisationsebene eines linear polarisierten Strahlenbündels, mit einem Strahlenteiler im Wege des Strahlenbündels zur Erzeugung zweier gleichförmig linear polarisierter Teilstrahlen, mit zwei in den beiden Teüstrahlengängen angeordneten und bezüglich der Polarisationsrichtungen einen Winkel von 45° einschließenden Analysatoren, mit zwei in den beiden Teilstrahlengängen hinter den Analysatoren angeordneten Photodetektoren sowie mit einem Polarisationsmodulator aus zwei Viertelwellenlängenplättchen gleicher Hauptachsenorientierung und einem zwischen den Viertelwellenlängenplättchen angeordneten, von einer periodischen Wechselspannung beaufschlagten elektrooptischen Kristall, dessen Hauptachse mit der der Viertelwellenlängenplättchen einen Winkel von 45" einschließt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DT-OS 11732 bekannt. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 dieser Anmeldung wird die in diese Vorrichtung eintretende Strahlung zunächst einer harmonischen Drehung der Polarisationsebene unterworfen. Nach Spaltung durch einen isotropen Teilspiegel werden die beiden Teilstrahlen von zwei Detektoren in elektrische Signale umgewandelt, die auf elektronischem Wege verarbeitet werden. Bei einem bekannten Verarbeitungsverfahrem müssen diese Signale, nachdem sie gefiltert worden sind, einer Phasendrehung unterworfen werden.

Es stellt sich heraus, daß diese Phasendrehung nur mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann, wenn die Polarisationsebene der einfallenden

Strahlung eine feste Lage aufweist

Die Erfindung hat den Zweck, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der diese Beschränkung vermieden wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsmodulator zwischen dem Strahlenteiler und dem Analysator des einen Teilstrahlengangs angeordnet ist, daß ein gleichartig aufgebauter und ebenfalls von einer periodischen Wechselspannung beaufschlagter weiterer Polarisationsmodulator zwischen dem Strahlenteiler und dem Analysator des anderen Teilstrahlengangs vorgesehen ist und daß die an die beiden Polarisationsmodulatoren gelegten gleichfrequenten Wechselspannungen um eine Viertelperiode gegeneinander phasenverschoben sind. Mit Hilfe der Vorrichtung nach der Erfindung kann auch die Lage einer sich drehenden Polarisationsebene detektiert werden.

Es sei bemerkt, daß eine Reihenschaltung dreier

doppelbrechender Elemente, von denen wenigstens eines ein elektrooptischer Kristall ist, an sich bekannt ist.

Die gewünschte Phasendrehung wird nun auf elektrooptischen! Wege erzielt und eine elektronische Phasendrehung findet nicht statt.

Auch kann ein Kristall aus mehreren Teilkristallen

bestehen, so daß die Amplitude der Spannung an jedem

Teilkristall um einen Faktor niedriger als die an dem

ungeteilten Kristall gewählt werden kann, welcher

Faktorder Anzahl von Teilkristallen proportional ist.

Die Erfindung wird beispielsweise nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Vorrichtung zum dynamischen Detektieren der Lage der Polarisationsebene eines Strahlungsbündels,

Fig.2 schematisch die zugehörige elektronische Signalverarbeitungsvorrichtung und

F i g. 3 eine Vorrichtung nach der Erfindung.

Da sich die Erfindung nach Kenntnisnahme der bereits erwähnten Patentanmeldung gemäß DT-OS 18 11732 besser verstehen läßt, folgt zunächst eine kurze Beschreibung der Vorrichtung nach dieser Patentanmeldung, wie sie in den Fig. 1 und 2dargestellt ist.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 fällt die von der Quelle 1 ausgehende und von der Linse 2 in ein paralleles Bündel umgewandelte linear polarisierte Strahlung auf die Reihenschaltung von nacheinander einer λ/4-Platte 4, einem KDP-Kristall 5 und einer λ/4-Platte 6. Die Hauptrichtungen 7 und 9 der λ/4-Platten 4 und 6 sind zueinander parallel, während die Hauptrichtung 8 des Kristalls 5 mit denen der Platten 4 und 6 einen Winkel von 45° einschließt. An den Kristall 5 wird eine Wechselspannung V= V₀ sin ω t angelegt. Das Strahlungsbündel wird dann vom Teilspiegel 20 in zwei Teilstrahlen gespalten, die auf die Polarisatoren 21 bzw. 22 auffallen, deren Polarisationsrichtungen 23 bzw. 24 einen Winkel von 45° miteinander einschließen. Der aus dem Polarisator 22 bzw. 21 austretende Strahl wird vom Detektor 33 bzw. 34 in eine elektrische Spannung der Form:

Si = Konstante + Ss'mfkz + bsinmt) S2 = Konstante + Scosßz + bs'mmt)

umgewandelt, wobei Arzdie Lage der Polarisationsebene der von der Quelle 1 emittierten Strahlung angibt. Diese Spannungen können auf nachstehende, an Hand der F i g. 2 zu beschreibende Weise verarbeitet werden.

Von den Signalen Si bzw. S2 werden nur die Komponenten

S₁' = A cos (kz) sin mt
S₂ = A sin (kz) sin mt

von den Bandfiltern 35 bzw. 36 durchgelassen. Zur weiteren Verarbeitung muß die Phase eines der Signale über 90° in bezug auf ωί verschoben werden. Aus Symmetrieerwägungen werden aber die beiden Signale in der Phase verschoben. Der Phasendreher 37 verschiebt Si' über +45° und der Phasendreher 38 verschiebt Si' über —45°. Dies entspricht einer Phasenverschiebung von Si' in bezug auf S2' über +90°. Die Signale V und V haben dann die Form

K₁' = A cos kz cos mt,
V₁ = — A sin kz sin mi.

(1)

Die Signale Vi' und Vi' werden den Verr'ärkern 39 und 40 zugeführt, in denen sie zueinander addiert und voneinander subtrahiert werden, so daß schließlich erhalten wird:

S₁₁ = V₁ + V₁ = A cos (kz + ml),

S_h = K₁' - !',' = /! COS (kz - mt).

die Phasendrehung auf elektrooptischem Wege erzielt werden kann, so daß die elektronischen Phasendreher weggelassen werden können, so daß die diesen Phasendrehern inhärenten Nachteile vermieden wer-

5 den. Fig.3 zeigt eine Ausführungsform einer solchen Vorrichtung.

Die von der Quelle 1 ausgehende und von der Linse 2 in ein paralleles Strahlungsbündel umgewandelte linear

ίο polarisierte Strahlung wird zunächst von einem isotropen Teilspiegel 20 in zwei Teilstrahlen gespaltet. Im Wege jedes der Teilstrahlen ist eine aus einem elektrooptischen Kristall und zwei λ/4- Platten bestehende Modulationseinheit 41 bzw. 42 angeordnet. Die Einheiten 41 und 42 enthalten je die Elemente 4,5 und 6 der i^:ig. 1. Die Teilstrahlen passieren nach ihrer Modulation die Polarisatoren 22 bzw. 21. Die Polarisationsrichtungen 23 bzw. 24 der Polarisatoren 21 bzw. 22 schließen miteinander einen Winkel von 45° ein. Die aus den Polarisatoren 21 bzw. 22 heraustretenden Strahlungsbündel werden von den Detektoren 33 bzw. 34 aufgefangen und in elektrische Signale umgewandelt

Der elektrooptische Kristall der Modulationseinheit 41 bzw. 42 wird mit der Spannung

S₂ = -=- !cOS(mf + kz) — COS(if)i — kz)\

bzw.

Die Signale S_a und Sb sind harmonische Signale, deren auf bekannte Weise zu digitalen Zähümpulsen verarbeitete Nulldurchgänge verschieden sind. Dem Unterschied der Nulldurchgänge ist die Lage (kz) der Polarisationsebene der von der Quelle 1 emittierten Strahlung zu entnehmen.

Die elektronische Phasendrehung kann aber nur für eine bestimmte feste Frequenz mit der zur richtigen Bestimmung der Lage der Polarisationsebene erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden. Die Signale Si' und S2', die als

A

S₁' = -y {sin(wi + kz) + sin(mf - kz))

45

beschrieben werden können, weisen zwei Frequenzen auf:

die nur konstant und einander gleich sind, wenn ^—(kz) = 0 ist, mit anderen Worten, wenn die Polarisa-

tionsebene der von der Quelle 1 emittierten Strahlung stillsteht. Wenn diese Polarisationsebene nicht stillsteht, wird die Phasenverschiebung ungenauer, wodurch auch die mit dieser Vorrichtung erhaltene Lagenanzeige ungenauer wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung schafft die (>s Möglichkeit, die Lage der Polarisationsebene genauer festzustellen, auch wenn sich die Polarisationsebene dreht. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß V₁ = ji sin mt

V₁ = ρ COS mt

gesteuert. Das vom Detektor 33 bzw. 34 gelieferte Signal ist dann:

51 = Konstante + Ss\n(kz + bsiniat),

52 = Konstante + S cos (kz+ bcoswt).

Durch Filterung in einem rund die mittlere Frequenz ω liegenden Frequenzband werden daraus erhalten:

5₁ = A cos kz sin ω t,

5₂ = — A sin kz cos <» 1.

Aus einem Vergleich mit (1) ergibt sich, daß diese Signale den Signalen entsprechen, die in der bekannten Vorrichtung nach elektronischer Phasendrehung gebildet wurden. Durch Addition und Subtraktion der Signale Si' und S2' werden die Signale

S₃ = Asinfkz+ ωί) Sb = Asm(kz - ωί)

erhalten, deren Nulldurchgänge wieder auf bekannte Weise zu digitalen Zählimpulsen verarbeitet werden können. Die oben beschriebenen Bearbeitungen können wieder mit einer Vorrichtung nach F i g. 2 durchgeführt werden, in der nun aber keine Phasendreher 37' und 38 vorhanden sind.

Es sei noch bemerkt, daß — abgesehen von der Absorption in den elektrooptischen Kristallen — die Intensitäten der auf die Detektoren auffallenden Strahlungsbündel in den Vorrichtungen nach den F i g. 1 und 3 einander gleich sind.

In der oben beschriebenen Vorrichtung werden zwei sinusförmige Signale an die elektrooptischen Kristalle angelegt. Es können aber auch zwei periodische Signale einer anderen Form, wie periodische dreieckförmige Signale, an die elektrooptischen Kristalle angelegt werden, vorausgesetzt, daß diese Signale einen gegenseitigen Phasenunterschied von einer Viertelperiode aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Ermittlung der Lage der Polarisationsebene eines linear polarisierten "Strahlenbündels, mit einem Strahlenteiler im Wege des Strahlenbündels zur Erzeugung zweier gleichförmig linear polarisierter Teilstrahlen, mit zwei in den beiden Teilstrahlengängen angeordneten und bezüglich der Polarisationsrichtungen einen Winkel von 45° einschließenden Analysatoren, mit zwei in den beiden Teilstrahlengängen hinter den Analysatoren angeordneten Photodetektoren sowie mit einem Polarisationsmodulator aus zwei Viertelwellenlängenplättchen gleicher Hauptachsenorientierung und einem zwischen den Viertelwellenlängenplättchen angeordneten, von einer periodischen Wechselspannung beaufschlagten elektrooptischen Kristall, dessen Hauptachse mit der der Viertelwellenlängenplättchen einen Winkel von 45° einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisationsmodulator (41) zwischen dem Strahlenteiler (20) und dem Analysator (21) des einen Teilstrahlengangs angeordnet ist, daß ein gleichartig aufgebauter und ebenfalls von einer periodischen Wechselspannung beaufschlagter weiterer Polarisationsmodulator (42) zwischen dem Strahlenteiler (20) und der.i Analysator (21) des anderen Teilstrahlengangs vorgesehen ist, und daß die an die beiden Polarisationsmodulatoren (41, 42) gelegten gleichfrequenten Wechselspannungen um eine Viertelperiode gegeneinander phasenverschoben sind.