DE2124312A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeu gung eines Lichtsignales - Google Patents

Description

Hewlett-Packard Comp.
1501 Page Mill Road
Palo Alto
California 94304
U.S.A.
Case 578

10. Mai 1971

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINES LICHTSIGNALES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtsignales.

Bisher wurden akustisch-optische Filter gebaut, bei denen die optische Frequenz des Ausgangslichtes über ein relativ breites Band optischer Frequenzen durchstimmbar war, indem die Frequenz einer akustischen Welle in einem doppelbrechenden Kristall verändert wurde. Es wurde eine Lichtquelle mit einer relativ großen Bandbreite verwendet, um einen linear polarisierten Lichtstrahl auf eine akustische Welle in einem doppelbrechenden Kristall zu projizieren, damit die Polarisation des linear polarisierten Lichtes von einem ersten Polarisationszustand in einen zweiten Polarisationszustand umgesetzt wurde. Das in bezug auf die Polarisation umgesetzte Licht hatte eine auf die Frequenz der akustischen Welle bezogene Frequenz. Am Ausgangsende des doppelbrechenden Kristalles wurde ein Polarlsationsanalysator vorge-

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sehen_Γ um in Form eines AusgangslJbchtstrahles dasjenige Licht auszuwählen, welches von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation umgesetzt worden war. Ein derartiges akustisch-optisch durchstiminbares Filter ist in einem Aufsatz mit dem Titel "Acousto-Optic Tunable Filter" in dem "Journal of the Optical Society of America", Band 59, Nr. 6, Juni 1969, Seiten 774-747 und in einem Aufsatz mit dem Titel "Electronically Tunable Acousto- . Optic Filter" in der Zeitschrift "Applied Physics Letters", Band 15, Nr. 10, 15. Nov. 1969, Seiten 325 und 326 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in verbesserter Form eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines akustisch-optischen Lichtsignales zu schaffen.

Ausgehend von einem Verfahren zur akustisch-optischen Regelung von Licht, welches eine akustische Welle in einem optisch anisotropen Medium bei einer wählbaren Radiofrequenz anregt, die der ausgewählten Frequenzscharakteristik des zu erhaltenden Ausgangslichtes entspricht, wobei ein Lichtstrahl im wesentlichen kollinear an der akustischen Welle in dem optisch-anisotropen Medium gebrochen wird, um Licht einer ersten Polarisation und ausgewählten auf die akustische Frequenz bezogenen Frequenz in Licht einer zweiten Polarisation zu .»eugen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß

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dadurch, gelöst, daß der einfallende Lichtstrahl eine hinreichend große Bandbreite an Lichtfrequenzen aufw^str um den. Bereich der ausgewählten Frequenzen des Ausgangslichtes zu bedecken, das Ausgangslicht der zweiten Polarisation von dem Licht der ersten Polarisation getrennt ist, so daß ein Ausgangssignal von dem Ausgangslicht abgeleitet wird, welches Signal für einen ausgewählten, zu regelnden Parameter repräsentativ ist, der Ausgang mit dem für einen Referenzwert des ausgewählten Parameters repräsentativen Referenzausgangssignal verglichen wird, um ein " Fehlerausgangssignal zu erhalten und der ausgewählte Parameter des getrennten Lichtes nach Maßgabe des Fehlerausgangssignales geregelt wird, so daß der geregelte ausgewählte Parameter in Übereinstimmung mit dem Referenzwert des ausgewählten Parameters ist.

Es ist also ein Merkmal der Erfindung, daß die Intensität des Ausgangslichtes überwacht und das überwachte Ausgangssignal mit einem Referenzsignal verglichen wird, λ welches für eine zu erhaltende Referenzlichtintensität repräsentativ ist, um ein Fehlersignal abzuleiten und die Intensität des Ausgangslichtes nach Maßgabe des Fehlersignales zu regeln, so daß ein geregelter Lichtintensitätsausgang erhalten wird, der mit der Referenzintensität übereinstimmt.

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In Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß das Fehlersignal dazu verwendet wird, um die Leistungsdichte der akustischen Welle in der akustisch-optischen Vorrichtung zur Regelung der Intensität des Ausgangsstrahles verwendet wird.

Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, daß bei einem akustisch-optischen Verfahren und einer Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtsignalen die Frequenz der akustischen Welle in der akustisch-optischen Vorrichtung durehgestimmt wird, um eine entsprechende Durchstimmung der optischen Frequenz des Ausgangä-ichtes der Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtsignales zu erreichen.

Das vorgenannte Merkmal kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die Ausgangslichtfrequenz durchgestimmt wird, indem ein Referenzsignal erzeugt wird, das eine Abstimmvorrichtung zugeführt wird, um eine Quelle mit Radiofrequenzenergie durchzustimmen, die zur Erregung der akustischen Frequenz in der akustisch-optischen Vorrichtung verwendet wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein für die Frequenz der erregten akustischen Welle repräsentatives Ausgangssignal abgeleitet und die Frequenz der akustischen Welle mit einer Referenzfrequenz verglichen

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wird, welche repräsentativ für die gewünschte optische Frequenz des Lichtausganges ist, um ein Fehlersignal abzuleiten und die Frequenz der akustischen Welle in der akustischoptischen Vorrichtung zu regeln, um Ausgangslicht einer durch das Referenzsignal bestimmten Frequenz zu erhalten.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar

Fig. 1 ein Linien-Blockdiagramm mit einem akustisch-optischen Lichtsignalgenerator.;

Fig. 2 ein Diagramm der Referenzspannung und der Ausgangslichtfrequenz über der Zeit, wobei das Durchstimmen des Systems nach Fig. 1 erläutert ist; Fig. 3 ein Diagramm der Ausgangslichtwellenlänge über der akustischen Frequenz für ein System der Fig. 1; Fig. 4 ein Diagramm des prozentualen optischen Transmissionsgrades für einen anderen Ausgangslichtstrahl des Systens nach Fig. 1 über der akustischen Leistungsdichte in einem akustischoptischen Kristall;

Fig. 5 ein Linien-Blockdiagramm eines durch die Linien umrahmten anderen Teiles des Systems nach Fig. 1; Fig. 6 ein Linien-Blockdiagramm in einer anderen Ausführungsform eines Teiles des Systems der durch die Linien 6 in Fig. 1 umrahmten Vorrichtung;
Fig. 7 ein Diagramm der Ausgangssignalamplitude A über der

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Frequenz f des von der Vorrichtung nach Fig. 6 erhaltenen Ausgangsspektrums;

Fig. 8 ein Linien-Diagramm einer anderen Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ist ein akustisch-optischer Lichtsignalgenerator 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Der Lichtgenerator 1 weist einen akustischen Übertrager 2 auf, der nahe einem Ende eines optisch anisotropen Mediums 3_f beispielsweise eines doppelbrechenden Kristalles zur Erzeugung einer akustischen Welle mit Radiofrequenz in dem doppelbrechenden Kristall befestigt ist. Derartige doppelbrechende Kristalle können vorzugsweise LiNbO₃, PbMoO₄ oder CaMoO₄ aufweisen. Der akustische Übertrager 2 wird mit einer Radiofrequenz erregt, welche von einem spannungsgesteuerten Oszillator 4 abgeleitet und durch einen Leistungsverstärker 5 verstärkt wird. Die von dem Oszillator 4 abgeleitete Energie mit Radiofrequenz erregt eine akustische Welle mit Radiofrequenz in dem Kristall 3 mit der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 4.

Eine relativ breitbandige Lichtquelle 6, beispielsweise eine Quelle für weißes Licht, richtet einen schmalen Lichtstrahl 7 durch einen linearen Polarisator 8, beispielsweise einen vertikalen Polarisator, auf den Kristall 3 durch eine Eingangsfläche 9 des Kristalles, die im Brewster-Winkel geneigt ist, um den Lichtstrahl 7 zur Reflexion

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des Lichtes an der Fläche 9 minimal zu machen. Die durch den Übertrager 2 erzeugte akustische Welle ist eine Longitudinal-Welle, welche auf die Innenseite der Kristallfläche 9 gerichtet ist. Die akustische Welle reflektiert von der Fläche 9 und wandert als Schubwelle S kollinear mit dem vertikal polarisierten Lichtstrahl 7 durch die Länge des Kristalles 3. Eine Ausgangsfläche 11 des Kristalles ist ebenfalls im Brewster-Winkel geschnitten, um die Reflexion des Lichtes minimal zu machen.

In einem doppelbrechenden Kristall 3 wird der Lichtstrahl 7 kollinear an der akustischen Welle gebeugt, um das Licht der Eingangspolarisation auf die akustische Wellenfrequenz bezogenen optischen Frequenz in Licht einer zweiten Polarisation, nämlich in eine horizontale Polarisation zu beugen, die rechtwinklig zur vertikalen Eingangspolarisation ist. Bei einer gegebenen akustischen Frequenz erfüllt nur ein kleiner Bereich an Lichtfrequenzen eine Momenten-Vektor-Bedingung und wird kumulativ gebeugt. Falls die akustische Frequenz verändert wird, wird das Band von Lichtfrequenzen, welches das akustisch-optische Element von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation beugt, geändert. Die Beugung in die zweite rechtwinklige Polarisation tritt bei einem Lithium-Niobat-Kristall 3 über die photoelaetische Konstante P., auf und ist nur dann kumulativ, falls

ist, wobei die Indizes o, e und a die ge-

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wohnlichen und besonderen optischen Wellen und die akustische Welle bezeichnen. Dies ist der Fall, falls die optischen und akustischen Frequenzen f und f der Bedingung folgen:

O 3.

^{c f} a

ο V Δη

wobei °; das Verhältnis der optischen Geschwindigkeit im Vakuum zu der akustischen Geschwindigkeit In dem Medium und Δη die Doppelbrechung des Kristalles ist.

Wenn in einem typischen Beispiel Lithium-Niobat verwendet wird, ist die Lichtfrequenz f , die von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugt wird, von 7 000 bis 5 500 A durchstimmbar, indem die akustische Frequenz von 750 bis 1 050 MHz verändert wird. Der Bandpaß für die

ο absti'mmbare optische Frequenz beträgt weniger als 2 A für

einen Kristall von 5 cm Länge.

Der Ausgangslichtstrahl 12 an der Ausgangsfläche 11 des doppelbrechenden Kristalles 3 enthält im wesentlichen den ganzen einfallenden Lichtstrahl 7 sowie eine Komponente desjenigen Lichtes der gewissen optischen Frequenz, welches von der vertikal-linearen Polarisation in die horizontallineare Polarisation umgesetzt worden ist. Der Ausgangsstrahl 12 wird durch einen (HorizontaJHKreuZ'-Linearpolarisator 13 in bezug auf die Polarisation analysiert, um denjenigen Teil des AusgangsStrahles 12 hindurchzulassen,

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welcher von der ersten Polarisation in die zweite rechtwinklige Polarisation gebeugt wird, die der Kreuz-Polarisation des Ausgangspolarisatiors 13 entspricht. Der analysierte Strahl 14 weist daher nur ein enges Band von

ο
Frequenzen von etwa 2 A Breite auf, welches bezüglich der Frequenz veränderbar ist, indem die Frequenz der akustischen Welle in dem doppelbrechenden Kristall 3 verändert wird. Das Ausgangslicht wird durch eine Linse gesammelt und in ein nichtdargestelltes optisches Ausgangssystem fokussiert. '

Ein kleiner Reflektor 16 ist im Ausgangsliehtweg 14 angeordnet, um einen sehr kleinen Prozentsatz von etwa 1 bis 10 Prozent des Lichtstrahles 14 in den Eingang eines Lichtdetektors 17, beispielsweise einer Thermosäule, zu reflektieren, um eine dem Lichtfluß im Strahl 14 proportionale Ausgangsspannung zu erzeugen. Ein geeignetes Beispiel der Thermosäule 17 ist das Hewlett-Packard Modell 8334 A mit einer flachen Resonanzkurve für Wellenlängen J

von 0,3 bis 3 Mikron. Die Ausgangsspannung des Thermosäulen-Detektors 17 wird an einen Eingang eines Fehlerdetektors 18 zum Vergleich mit einer Referenz-Gleichspannung geleitet, die von einem Potentiometer 19 abgeleitet wird, welches mit einer Referenzspannung yon einer Batterie 21 gespeist wird. Die von dem Potentiometer la ausgewählte und dem Fehlerdetektor 18 augeführte Referenz-

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spannung wird mit der Ausgangsspannung vom Detektor 17 verglichen, um ein Fehlersignal abzuleiten» welches über den Schalter 22 an den Eingang eines Thyristors 23 geleitetist/ der in Reihe mit der Leistungsquelle 24 und der Wendel der Quelle 6 für weißes Licht geschaltet ist, um die Intensität des weißen Lichtstrahles 7 zu regeln, er wiederum die Intensität des Ausgangsstrahles 14 auf einen gewünschten Wert regelt, der durch die vom Potentiometer 19 abgeleitete Referenzspannung bestimmt ist. Wenn daher die AusgangslichtintensitHt des Strahles 14 dazu neigt, die gewählte Referenzintensität zu unterschreiten oder zu überschreiten, so wird die Ausgangsschlußintensität der Lichtquelle 6 verändert, um die gewünschte Lichtintensität für den Ausgangsstrahl 14 zu erzeugen. Die optische Transmissionscharakteristik für den Ausgangsstrahl 14 bei der optischen Frequenz f , die der akustischen Wellenfrequenz f entspricht, ist in Fig.4 dargestellt. Bei einer gegebenen akustischen Leistungsdichte innerhalb des Kristalles 3 wird daher ein entsprechender Prozentsatz des Eingangslichtstrahles 7 in die Kreuz-Polarisation umgesetzt.

Als Alternative oder als Zusatz zur Regelung der Intensität der Lichtquelle 6 zur Aufrechterhaltung einer geregelten Ausgangs-Lichtstrahlintensität, wird ein Schalter 25 geschlossen, um das Fehlersignal vom Ausgang des Fehlerdetektors 18 auf den Kanal zur Verstärkungssteuerung des Leistungs*-

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Verstärkers 5 zu schalten. Dies steigert oder mindert die akustische Leistungsdichte in dem Kristall 3_r um das prozentuale optische Transmissionsvermögen zu ändern und die Lichtintensität zu variieren, welche von der ersten Polarisation in die Kreuz-Polarisation gebeugt wird. Auf diese Weise wird die Lichtintensität des Ausgangsfefcrahles auf dem Referenzintensitätswert gehalten, der durch die Einstellung des Potentiometers 19 bestimmt wird.

Die Frequenz des Ausgangslichtstrahls 14 wird durchgestimmt und selektiv gesteuert, indem die Radiofrequenz ( des spannungsgesteuerten Oszillators 4 durchgewobbelt oder selektiv gesteuert wird. Im einzelnen wird eine erste Referenzspannung V- von einem Potentiometer 31 abgeleitet, welches mit der Spannung von einer Batterie 32 gespeist wird. Die Betriebsperson stellt den Abgriff des Potentiometers 31 ein, um das gewünschte Referenzpotential zu erhalten, welches entsprechend der zu erhaltenden optischen Frequenz f über die Gleichung (1) geeicht werden

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kann. Das Bezugspotential V₁ wird über Spannungsaddierschaltung 33 dem Eingang des spannungsgeschalteten Oszillators 4 zur Abstimmung des Oszillators auf die akustische Radiofrequenz f aufgegeben, die der gewünschten optischen Ausgangsfrequenz f. entspricht, welche durch die Gleichung (1) bestimmt ist. (Vergl. Leitung 38 der Fig. 2.)

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Die optische Frequenz f des Ausgangslichtes wird von einer ersten optischen Frequenz, welche beispielsweise wie f. durch die Einstellung des Potentiometers bestimmt ist, auf eine andere wählbare Frequenz oberhalb von f, durch Af gewobbelt; beispielsweise wird die Frequenz f₂ durch Addition einer von einem Rampengenerator 34 abgeleiteten Rampenspannung zu der Startreferenzspannung V, in der Spannungsaddierschaltung 33 addiert. Die Amplitude der vom Rampengenerator 34 abgeleiteten Ausgangsrampenspannung wird durch eine Referenzspannung V.^ bestimmt, die von einem Potentiometer 35 ,ausgewählt wird, welches mit der Spannung von der Batterie 36 gespeist wird.

Die Wobbelfrequenz f des Rampengenerators 34 wird durch

eine einstellbare RC-Zeitkonstante des aktiven Teiles R eines einstellbaren Widerstandes 37 bestimmt. Die Zeitdauer T der Rampenausgangsspannung ist umgekehrt proportional dem Widerstand R und der Wobbeifrequenz f_g. Die Ausgangsrampenspannung und die entsprechende Durchstimmung der optischen Ausgangsfrequenz ist durch die Durchstimmkurve 39 der Fig. 2 dargestellt. In Fig. 5 ist eine andere Schaltung zum Wobbein der optischen Frequenz des Ausgangslichtes dargestellt. Die Schaltung weist einen Radiofrequenz-Oszillator 4 auf, welcher den akustischen Übertrager über einen Leistungsverstärker 5 speist. Die Ausgangsfrequenz des Oszillators wird abgetastet und an den Eingang eines

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Frequenz/Spannungsumsetzers 41 übertragen, um eine Ausgangsspannung abzugeben, die der Frequenz des Oszillators 4 proportional ist. In einer ersten Betriebsweise wird die Ausgangsspannung des Umsetzers 41 an einen Eingang eines Fehlerdetektors 42 geleitet, um sie mit einer Referenz-Gleichspannung zu vergleichen/ die von einem Referenzspannungs generator 43 abgeleitet ist, der in bezug auf die optische Ausgangsfrequenz geeicht ist. Der Ausgang des Fehlerdetektors 42 ist proportional der Abweichung der optischen Ausgangsfrequenz von der gewählten optischen Ausgangsfrequenz, welche durch die Ausgangsspannung des Referenz-Spannungsgenerators 43 bestimmt ist. Das Fehlersignal wird dem Frequenzsteuerungseingang eines Oszillators 4 über einen Schalter 44 zugeleitet, um zu bewirken, daß die akustische Wellenfrequenz und damit die optische Ausgangsfrequenz des Strahles 14 der durch die Betriebsperson über die Referenzquelle 43 gewählten Referenzfrequenz folgt.

In einer zweiten Betriebsweise, nämlich im Wobbeibetrieb, wird angestrebt, daß das Wobbein der Frequenz des Ausgangslichtstrahles 14 von einer ausgewählten Frequenz mit einer gewünschten Wobbeigeschwindigkeit auf eine Referenz-Stopfrequenz erfolgt, zu welcher Zeit das Wobbein aufhört und die Folge sich wiederholt. In dieser Betriebsart ist der Schalter 44 offen und die Schalter 45 und 46 sind miteinander verbunden, so daß beim Schließen des Schalters 45 der

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Schalter 46 offen ist. Ein anderer Schalter 47 wird geschlossen, um diesen Wobbeibetrieb einzuleiten. Die Ausgangsspannung des Umsetzers 41 wird einem Eingang eines zweiten Fehlerdetektors 48 zum Vergleich mit einer Referenz-Gleichspannung zugeführt, die von einer Referenz-Spannungsquelle 49 für eine "Start"-Frequenz abgeleitet ^? _. Die Spannungsquelle 49 erzeugt eine Gleichspannung, die der optischen "Start"-Frequenz des Wobbeins entspricht, beispielsweise die Frequenz in Fig. 2. Der Fehlerausgang des Fehlerdetektors 48 wird über geschlossene Schalter 45 und 47 dem Oszillator zur Abstimmung der optischen Frequenz des Ausgangslichtstrahles 14 auf die gewünschte optische "Start"-Frequenz f, zugeführt. Wenn der Fehlersignalausgang vom Fehlerdetektor 48 den Amplitudenwert Null annimmt und einen Null-Gleichgewichtszustand anzeigt, und die "Start"-Frequenz f.. des Ausgangslichtstrahles 14 erreicht ist, erfaßt ein Nulldetektor 51, der den Ausgang des Fehlerdetektors 48 abgetastet hat, die Null und öffnet den Schalter 45 und schließt den Schalter 46. Ein Abtastwert der Ausgangsspannung des Frequenzspannungsumsetzers 41 wird einem dritten Fehlerdetektor 52 zum Vergleich mit einer "Stop"-Frequenz-Referenzspannung V_f2 zugeführt, die durch eine "Stop"-Frequenz eines Referenz-Gleichspannungsgenerators 43 erzeugt wird, und der Generator 43 wird also leicht durch die Bedienungsperson eingestellt und in bezug auf die gewählte optische "Stop"-Frequenz f₂ der zu erzeugenden

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Frequenz-Durchstimmung geeicht. Der Ausgang des Fehlerdetektors 52 wird durch den Schalter 46 einem Rampengenerator 54 zugeführt, um ein Rampen-Ausgangssignal zu erzeugen, welches durch den Schalter 47 an den Frequenz-Steuerungseingang eines Oszillators 4 geleitet wird, um die Frequenz des Oszillators zu speisen.

Die Wobbeigeschwindigkeit wird durch einen von der Bedienungsperson gewählten Wobbelgeschwindigkeit-Referenzeingang gesteuert. Wenn die optische Frequenz des Ausgangslichtstrahles die gewünschte "Stop"-Frequenz erreicht, fällt der Ausgang des Fehlerdetektors 52 auf den Amplitudenwert Null und ein zweiter Null-Detektor 59 tastet den NuIl-Zustand ab und öffnet den Schalter 46 und schließt den Schalter 45, um den Wobbeizyklus wieder in Gang zu setzen. Zusätzlich wird ein zweiter Ausgang des Null-Detektors dem Rampengenerator 54 zugeführt, um den Rampengeneratorausgang auf Null zurückzustellen.

In Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt. Der Aufbau der Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform desjenigen Teiles des Aufbaus der Fig. 1, der durch die Linien 6 begrenzt ist. Die Vorrichtung der Fig. 6 stellt eine andere Einrichtung zum Erfassen der Intensität des kreuzpolarisierten Ausgangsstrahles 14 dar und enthält auch eine Anordnung, um einen zweiten Ausgangs-

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strahl zu erhalten, der im wesentlichen aus dem gesamten einfallenden Lichtstrahl 7 minus demjenigen Teil des von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes besteht, der sich aus dem Licht des Ausgangsstrahles 14 zusammensetzt.

Der Ausgangsstrahl 12 des doppelbrechenden Kristalles gelangt in ein Rochon-Polarisationsanalysator-Prisma 71, welches derart angeordnet ist, daß das Licht im Ausgangsstrahl 12, welches gegenüber der Eingangspolarisation kreuzpolarisiert ist, durch das Prisma 71 als Ausgangsstrahl 14 gelangt. Dieses Licht, welches die gleiche Polarisation wie die Polarisation des Eingangslichtstrahles 7 aufweist, wird als Ausgangsstrahl 72 unter 90 reflektiert. Der Ausgangsstrahl 72 weist das gesamte polarisierte Eingangslicht minus demjenigen Teil des Lichtes auf, der von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugt worden ist und als Ausgangsstrahl 14 erscheint. Der Ausgangsstrahl 72 ist gegen einen 45 - Spiegel 73 geleitet, welcherversilbert ist, um einen relativ großen Prozentsatz dieses Strahles, beispielsweise 90 als zweiten Ausgangsstrahl 72' zu reflektieren. Der relativ kleine Anteil des Ausgangsstrahles 72, welcher durch den teilweise versilberten Spiegel 73 gelangt, wird in eine frequenzempfindliche räumlich ablenkende Einrichtung, beispielsweise ein Prisma 74 oder ein nichtdargestelltes Beugungsgitter ge-

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richtet, um eine räumliche Trennung des Strahles 72 entsprechend der Frequenz zu erreichen. Eine Linse 75 fokussiert das räumlich getrennte Licht auf eine Bildfläche 76 durch einen das Licht abschwächenden Graukeil 77, dessen Abschwächungsgradient senkrecht zur Richtung der räumlichen' Trennung der Frequenzkomponenten des Lichtstrahles 72 gerichtet ist, um eine Darstellung der in Fig. 7 gezeigten Art zu erhalten. Der Schirm 76 ist überall mit Ausnahme der Lage der Frequenzkomponente ausgeleuchtet, die von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugt ist und entspricht dem Licht des Ausgangsstrahles 14. Diese Einkerbung in der Ausgangscharakteristik ist bei 78 in Fig. 7 dargestellt.

Ein optischer Detektor 79 wird über die Bildfläche auf dem Schirm 76 abgetastet, und das Ausgangesignal des Detektors wird einem Spitzenwert-Detektor 81 zugeführt, um ein Ausgangssignal nach Maßgabe der Höhe der Ausgangsspitze 78 abzuleiten, die der Intensität des Ausgangsstrahles 14 entspricht. Der Ausgang des Detektors 81 wird dem Fehlerdetektor 18 in der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise zugeführt, um die Intensität des Ausgangsliehtstrahles 14 zu regeln. Daher kann die Intensität des Ausgangsstrahles 14 leicht durch die Vorrichtung nach Fig. 6 geregelt werden, und zusätzlich kann die Frequenz des Ausgangsstrahles 14 über den gewünschten optischen Bereich in der Weise abgetastet werden, wie sie in Verbindung mit den Wobbe!schaltungen der

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Fig. 1 und 5 beschrieben wurde. Zusätzlich entspricht

der Ausgangsstrahl 72 dem Ausgang eines Bandsperrenfilters, wo das gesperrte Band das abstimmbare Band eines Bandpaßfilters ist, das eine Bandpaßcharakteristik entsprechend dem Ausgang des Strahles 14 hat. Der Ausgangs-

strahl 12 kann dazu verwendet werden, um das Nebensprechen in einer Anordnung optischer Strahlenwege oder Kanäle zu überwachen,von denen jeder eine Bandpaßcharakteristik aufweist, die der Bandpaßcharakteristik des Ausgangsstrahles 14 entspricht.

In Fig. 8 ist eine andere Ausführttngsform der Erfindung dargestellt. Der Aufbau der Fig. 8 ist im wesentlichen dergleiche, wie derjenige der Fig. 1 und Fig. 5 mit der Ausnahme, daß der Eingangs1icht-Polarisator 8 durch ein Rochon-Prisma 83 ersetzt ist, um den Eingangslichtstrahl 7 in einer ersten Richtung linear zu polarisieren. Der

doppelbrechende Kristall 3 weist an jedem Ende 9O°-Flächen

ist auf, und der akustische übertrager 2 ran der entlegenen Endfläche des Kristalles 3 befestigt. Eine optisch reflektierende Schicht ist zwischen dem akustischen Übertrager und dem doppelbrechenden Kristall 3 vorgesehen, um das Licht von diesem Ende des Kristalles 3 zu reflektieren.

Das linear polarisierte Licht 7, welches in den Kristall gelangt, wird kollinear an der akustischen Welle gebrochen,

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die in dem Kristall erregt wird, und das kollinear gebeugte Licht wird von der entfernten Endfläche des Kristalles 3 reflektiert und kumulativ kollinear an der akustischen Welle in der entgegengesetzten Richtung gebeugt, um einen Ausgangslichtstrahl 12 zu ergeben, welcher durch das Rochon-Prisma 43 analysiert wird, um den kreuzpolarisierten Ausgangsstrahl 14 zu ergeben, der die gleiche Charakteristik wie der Ausgangsstrahl 14 des Systemes der Fig. 1 aufweist. Der Kristall 3 ist vorzugsweise akustisch nicht-resonant, um das Wobbein und Abtasten des Ausgangsstrahles 14 über ein kontinuierliches Spektrum von Ausgangsfrequenzen zu ermöglichen.

Der Begriff "Licht" bedeutet in diesem Zusammenhang eine elektromagnetische Strahlung. Derartiges Licht brauchtnicht auf das sichtbare Spektrum begrenzt zu sein. Bei einigen doppelbrechenden Kristallen sind die Vektoren für die Phasengeschwindigkeit und die Gruppengeschwindigkeit für die akustische Welle unterschiedlich und können um 20° voneinander abweichen, wie es bei Quarz der Fall ist. In einem solchen Fall, kann der Lichtstrahlenweg entweder in bezug auf die Phasengeschwindigkeit oder in bezug auf die Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle kollinear sein, um die beschriebene phasenabgestimmte, kollineare Beugung zu erreichen. Der Begriff "kollinear" bedeutet, daß der Lichtstrahlenweg entweder in bezug auf die Phasengeschwindigkeit

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oder in bezug auf die Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle kollinear ist.

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Claims (1)

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   California 94304
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   Case 578

   10. Mai 1971 Patentansprüche

   Verfahren zur akustisch-optischen Regelung bzw. Steuerung von Licht, welches eine akustische Welle in einem optisch anisotropen Medium bei einer wählbaren Radiofrequenz anregt, die der ausgewählten Frequenzcharakteristik des zu erhaltenden Ausgangslichtes entspricht, wobei im wesentlichen ein Lichtstrahl an der akustischen Welle in dem optisch anisotropen Medium gebrochen wird, um Licht einer ersten Polarisation und ausgewählten auf die akustische Frequenz bezogenen Frequenz in Licht einer zweiten Polarisation zu beugen, dadurch gekennzeichnet, daß der ein- f fallende Lichtstrahl (7) eine hinreichend große Bandbreite für Lichtfrequenzen aufweist, um den Bereich der auswählbaren Frequenzen des Ausgangslichtes zu bedecken, das Ausgangslicht der zweiten Polarisation von dem Licht der ersten Polarisation getrennt ist, so daß ein Ausgangssignal (16, 17) von dem Ausgangslicht abgeleitet wird, ifelches Signal für einen ausgewählten, zu regelnden Parameter re-

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   präsentativ ist, der Ausgang mit dein für einen Referenzwert des ausgewählten Parameters repräsentativen Referenz-Aus gangs signal (19, 21) verglichen wird (18), um ein Fehlerausgangssignal zu erhalten, und der ausgewählte Parameter des getrennten Lichtes nach Maßgabe des Fehleraus-' gangssignales geregelt wird, so daß der geregelte ausge-' wählte Parameter in Übereinstimmung ^mit dem Referenzwert des ausgewählten Parameters liegt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Parameter die intensität des getrennten Lichtes (14) ist, welches überwacht und mit einer Referenzausgangsspannung (19, 21) verglichen wird, die für die Referenz-Lichtintensität repräsentativ ist, und die Intensität des zerlegten Lichtes nach Maßgabe eines Fehlersignales geregelt wird, so daß die Intensität des zerlegten Lichtes in Übereinstimmung mit der Referenzintensität geregelt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des zerlegten Lichtes nach Maßgabe des Fehlersignales geregelt wird, indem die Leistungsdichte (25,5) der akustischen Welle (S) in dem anisotropen Medium (3) geregelt wird, um die Intensität des von der ersten in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes zu regeln.

   4. Verfahren naich. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

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   Intensität des getrennten Lichtes nach Maßgabe des Fehler *- signales geregelt wird, indem die Intensität des auf das anisotrope Medium (3) einfallenden Lichtstrahles (22, 23, 24, 6) geregelt wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, daß das zerlegte, überwachte Licht das gebeugte Licht (14) der zweiten Polarisation ist.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal (41) abgeleitet wird, welches repräsentativ für die Frequenz der in dem anisotropen Medium erregten akustischen Welle ist, das abgeleitete akustische Ausgangssignal mit einem Referenz-Ausgangssignal verglichen wird (42, 43), welches für die akustische Referenzfrequenz repräsentativ ist, um ein Fehlerausgangssignal abzugeben, und die Frequenz des zerlegten Lichtes nach Maßgabe des Fehlersignales geregelt wird (44,4), so daß die geregelte akustische Frequenz mit der Referenzfrequenz übereinstimmt.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der akustischen Welle verändert wird (54), um die Frequenz des von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes durchzuwobbeln.

   8. Akustisch-optische Vorrichtung mit einem optisch anisotropen Medium und einem übertrager zum Erregen einer

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   akustischen Welle in dem optisch anisotropen Medium mit einer wählbaren Radiofrequenz, die einer gewählten Frequenzcharakteristik des zu erhaltenden Ausgangssignallichtes entspricht, wobei das optisch anisotrope Medium derart angeordnet ist, daß es einen einfallenden Lichtstrahl mit einer hinreichend großen Bandbreite der Lichtfrequenzen aufweist, um den Bereich der wählbaren Frequenzen des Ausgangs lichts ignales zu bedecken und den Lichtstrahl an der akustischen Welle in dem optisch anisotropen Medium kollinear zu beugen, um Licht einer ersten Polarisation und einer ausgewählten auf die ausgewählte akustische Frequenz gezogenen Lichtfrequenz in Licht einer zweiten Polarisation umzusetzen, und bei dem ein Analysator zum Trennen des gebeugten Lichtes der zweiten Polarisation von dem Licht der ersten· Polarisation vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität (17) des zerlegten Lichtes überwacht wird, um ein Ausgangssignal zu erhalten, das für die überwachte Intensität repräsentativ ist, das Ausgangssignal mit einem Referenz-Ausgangssignal (19, 21) verglichen wird, welches für eine Referenz-Lichtintensität repräsentativ ist, um ein Fehlerausgangssignal zu erhalten, und die Intensität des zerlegten Lichtes nach Maßgabe des Fehlerausgangssignales geregelt wird (5, 25 oder 22, 23, 24), so daß die geregelte Lichtintensität mit der Referenz-Lichtintensität im Einklang steht.

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   9-, Verf ahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (17) die Intensität des von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes überwacht.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (17, 18, 19, 21, 25, 5) die Leistungsdichte der akustischen Welle in dem anisotropen Medium regelt, um die Intensität des von der ersten Polarisation in die

   zweite Polarisation gebeugten Lichtes zu regeln. \

   11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (17, 18, 19, 21, 22, 23, 24) die Intensität des einfallenden Lichtstrahles 7 regelt, um die Intensität des zerlegten Lichtes nach Maßgabe des Fehlersignales zu regeln.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Frequenz der akustischen Welle verändert wird (4), um » die Frequenz des von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes zu wobbeln.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (41, 42_f 43) ein Ausgangssignal abgibt, welches der Frequenz der in dem anisotropen Medium erregten akustischen Welle entspricht und ein Ausgangssignal

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   abgibt, welches einer Referenz~Lichtfrequenz entspricht, das der akustischen Frequenz entsprechende Ausgangssignal mit dem Referenzsignal verglichen wird, um ein Fehlersignal abzuleiten, und die Frequenz der akustischen Welle nach Maßgabe des Fehlersignales geregelt wird C4), so daß die geregelte Frequenz des von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes im Einklang mit der Referenz-Lichtfrequenz steht.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch anisotrope Medium C3) ein optisch doppelbrechender Kristall ist, ein Polarisator (8) den einfallenden Lichtstrahl (7) linear in der Richtung der ersten Polarisation polarisiert und eine Quelle (6) den einfallenden Lichtstrahl als einen Strahl weißen Lichtes mit einer relativ breiten Bandbreite abgibt.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (41, 48, 49, 52, 53) die Frequenz der akustischen Welle auf eine wählbare Wobbel-Beginn- und Stopfrequenz nach Maßgabe der gewählten Lichtsignalfrequenzen einstellt, um die Frequenz des Ausgangslichtsignales gegenüber den ausgewählten Frequenzen zu wobbeln.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

   eine Schaltung (41, 49, 53) ein Referenz-Ausgangssignal

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   abgibt, welches der akustischen Frequenz entspricht, bei der das Wobbein der akustischen Frequenz beginnen oder aufhören soll, eine Fehlerdetektorschaltung (48, 52) das der akustischen Frequenz entsprechende Ausgangssignal mit dem Referenz-Ausgangssignal vergleicht, um ein Fehlersignal zu erhalten, und eine Regelschaltung (45, 46, 51, 59, 54, 57) die Frequenz der akustischen Welle nach Maßgabe des Fehlerausgangssignales regelt, um das Wobbein des Ausgangslichtsignales nach Maßgabe der gewählten Frequenzen zu starten oder zu stopen.

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