DE2330188A1

DE2330188A1 - Strahlenteiler

Info

Publication number: DE2330188A1
Application number: DE2330188A
Authority: DE
Inventors: Leroy David Dickson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-14
Publication date: 1974-01-17
Also published as: FR2189766B1; GB1387946A; US3767310A; FR2189766A1; JPS4953054A

Description

Böblingen, den 12.Jnui 1973 heb-nr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen d. Anmelderin: RO 9-71-O36

Strahlenteiler

Die Erfindung betrifft einen Strahlenteiler und insbesondere eine Einrichtung zur Erzeugung von Hologrammen mit optimalen Eigenschaften mittels Strahlaufspaltung. Für die Erzeugung von Hologrammen mit optimalen Eigenschaften ist es notwendig, das Verhältnis der Leistung des vom Objekt kommenden Lichtes zu der Leistung des Lichtes im Referenzstrahl genau zu steuern, Bisher hat man das durch einen reflektierenden Strahlenteiler mit veränderlichem Teilungsverhältnis erreicht. Eine typische Ausführungsform eines solchen Strahlenteilers stellt eine Einrichtung dar, bei der ein metallischer Film auf einer Glasplatte niedergeschlagen ist. Die Stärke des Films und daher sein Reflexionsvermögen ändern sich über die Oberfläche der Platte. Ist die Platte kreisförmig und drahbar angeordnet, so daß die Flächen verschiedener Reflexionsfähigkeit in den Strahlengang eingebracht werden können, so ist es möglich, die gewünschten Verhältnisse zwischen ausgesandtem und reflektiertem Strahl einzustellen.

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In manchen Fällen reicht diese Anordnung vollkommen aus, hat aber Nachteile, die sie etwas weniger als ideal brauchbar machen. Beispielsweise hängt das Verhältnis des ausgesandten zum reflektierten Licht von der Polarisationsebene des von einer Laserlichtquelle kommenden Lichtes ab. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn der Strahlenteiler so angeordnet ist, daß der Betrag des reflektierten Lichtes gering ist. In diesem Fall wirkt der Strahlenteiler wie ein Dielektrikum und nicht wie ein Metall, und das Verhältnis der reflektierten zur übertragenen Leistung hängt vom Einfallswinkel, vom Brechungsindex des Dielektrikums und von der Polarisation des einfallenden Lichtes gemäß den Fresnel'sehen Gesetzen der Reflexion ab.

Der Einsatz dieser Art von Strahlenteilern ergibt gewöhnlich einen Winkel von 90° oder mehr zwischen abgestrahltem und reflektiertem Strahl. Dies ist dann unerwünscht, wenn aus räumlichen Gründen eine Faltung der optischen Bahn zum optischen Bahnlängenausgleich nicht möglich ist.

Zusätzlich zu diesen Nachteilen ist der reflektierende Strahlenteiler auch sonst nicht unbedingt günstig, da das gesamte Licht, das in den beiden sich ergebenden Strahlen enthalten ist, sich dann ändert, wenn das Aufspaltungsverhältnis sich ändert. Die kleinste Gesamtenergie in den beiden sich ergebenden Strahlen tritt dann auf, wenn das Aufspaltungsverhältnis 1:1 ist, da die Streuung und die Energieabsorption durch den metallischen Film an diesem Punkt ein Maximum ist. Wenn das Aufspaltungsverhältnis 1:1 ist, geht etwa die Hälfte der Strahlleistung verloren. Das eigentliche Problem ist dabei jedoch nicht der Leistungsverlust, sondern, daß der Leistungsverlust an sich Bei Änderung des Aufspaltungsverhältnisses sich in seiner Größenordnung ebenfalls beträchtlich ändern kann.

Weil die Leistung in den beiden sich ergebenden Strahlen eine

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variable Größe ist, ist es notwendig, die Leistung des Strahls dann erneut asu messen, wenn das Aufspaltungsverhältnis geändert wurde. Ohne eine solche Messung kann die richtige Belichtungszeit nur geschätzt werden, da der Energiebetrag in den beiden Strahlen unbekannt ist.

Mit dieser Art von Strahlenteilern ist es also schwierig, die Ausgangsleistung des Lasers kontinuierlich zu überwachen, ohne dabei den Primärstrahl oder die beiden sich ergebenden Strahlen zeitweise zu stören. Wenn die Breite des Strahls die zu einem bestimmten Verwendungszweck erforderliche Breite übersteigt, kann die überschüssige Breite für Oberwachungszwecke ausgenutzt werden. Systeme mit konstanter Strahlleistung enthalten im allgemeinen Einrichtungen zur überwachung des Strahls, so daß Schwankungen in der Ausgangsleistung des Lasers durch ent— sprechende Änderungen der Eingajigsleistung des Lasers korrigiert werden können. Das Anbringen eines Überwachungsgerätes an der Peripherie oder in den Randbereichen eines Strahls ist jedoch meist recht umständlich. Jedesmal, wenn der Strahl geändert wird, muß die Überwachungseinrichtung neu angebracht und erneut geeicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es also, einen neuartigen Strahlenteiler zu schaffen, der diese Nachteile bekannter Strahlenteiler vermeidet.

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein holographisches Bragg-Phasenbeugungsgitter als strahlaufspaltendes Element benutzt. Das Beugungsgitter kann gemäß einem Verfahren hergestellt werden, wie es in der Zeitschrift "Applied Optics", Band 9 Nr. 7 vom Juli 1970, Seite 643, beschrieben ist. Das Beugungsgitter wird auf einer drehbaren Vorrichtung an einer solchen Stelle angebracht, daß es im Strahlengang des PrimärStrahles bei einem Winkel liegt, der etwa angenähert dem Bragg-Winkel entspricht. Etwa 50% der Energie des Primärstrahles wird absorbiert oder gestreut. Für Winkel nahe dem

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Bragg-Winkel werden 50% der Leistung des PrimärStrahles als Strahlen nullter und erster Beugungsordnung übertragen. Ein kleiner Anteil, etwa 0,02%, tritt mit der Ordnungszahl -1 auf.

Wird nunmehr das Beugungsgitter auf einen neuen Winkel gedreht, dann bleibt die Gesamtleistung der durch Beugung erzeugten Strahlen 1. und 0. Ordnung im wesentlichen konstant. Das Verhältnis der Leistung im Strahl erster Ordnung zu der Leistung im Strahl nullter Ordnung ändert sich jedoch. Eine kleine, aber meßbare Änderung der Leistung im Strahl der -1. Ordnung gestattet, das Aufteilungsverhältnis zwischen O. und ■fl. Ordnung indirekt zu überwachen.

Das Ausgangssignal der Überwachungseinrichtung kann dazu benutzt werden, für ein gewünschtes Aufspaltungsverhältnis den richtigen Winkel des Beugungsgitters zu bestimmen, ohne daß dabei die Strahlen O. und -ti. Ordnung gemessen werden müssen. Das Ausgangssignal der Überwachungseinrichtung kann dann dazu benutzt werden, die Leistung des Lasers auf einen konstanten Wert einzuregulieren, wenn das Beugungsgitter auf seinen gewünschten Winkel eingestellt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine verbesserte Strahlenteileranordnung zu schaffen, die ein verändertes Verhältnis zwischen den beiden gebeugten Strahlen einzustellen gestattet, wobei die Gesamtleistung der sich ergebenden Strahlen im wesentlichen einen konstanten Wert beibehält. Dabei soll die Überwachung des Strahlenteilers auf indirekte Art und Weise und die Regelung der Strahlleistung im Primärstrahl möglich sein. Vorzugsweise soll die neue Strahlenteileranordnung auch relativ unempfindlich gegenüber der Polarisationsebene des einfallenden Strahles sein.

Vorzugsweise ist dabei an eine Strahlenteilereinrichtung gedacht, bei der die reflektierten oder gebeugten Strahlen einen Winkel von weniger als 90° bilden.

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Die Erfindung wird n.unme&r anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher beschrieben.

Ein Beugungsgitter 1 ist so angebracht, daß es im Strahlengang 2 eines von einem Laser kommendes Strahles liegt. Das Beugungsgitter 1 ist auf einer drehbaren Welle 4 angeordnet, so daß der Winkel Θ, d.h. der Winkel zwischen einfallendem Strahl 2 und dem Beugungsgitter 1, verändert werden kann. Die Welle 4 ist in der Mitte einer drehbaren Scheibe 5 angebracht. Eine Antriebswelle 6 gestattet einen Antrieb im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn mittels eines Motors 7. Die drehbare Scheibe kann beispielsweise von der allgemeinen Art sein, wie sie durch die Fa. J.A. Noll Co., Monroeville, Pennsylvania, vertrieben wird.

Wenn das Beugungsgitter so, wie in der Zeichnung dargestellt, eingestellt ist, dann wird der einfallende Primärstrahl 2 in drei Strahlen aufgespalten, den Strahl 0. Ordnung 15, den Strahl +1. Ordnung 16 und den Strahl- -1. Ordnung 17. Das Beugungsgitter wird einen Teil der Energie des auffallenden Strahles absorbieren, und Streuung wird einen Teil der Leistung des Strahles von den Sekundärstrahlen 16, 17 und 18 abziehen. Wenn das Beugungsgitter entsprechend dem Aufsatz in "Applied Optics" hergestellt ist und in der Nähe des Bragg¹sehen Winkels betrieben wird, werden etwa 50% der Strahlleistung durch Streuung oder Absorption am Beugungsgitter vernichtet. Ein kleiner, aber meßbarer Anteil wird zum Strahl -1. Ordnung abgelenkt. Der Rest, etwa 50%, der Leistung oder Energie des einfallenden Strahles wird zu Strahlen 0. und -ti. Ordnung abgelenkt.

Ein Objekt 20 ist im Strahlengang des Strahles 0. Ordnung angeordnet. Eine Aufzeichnungsplatte 21 ist in der Bahn des Strahles 1. Ordnung angebracht. Obgleich den Strahl verbreiternde Linsen nicht gezeigt sind, leuchtet es doch ohne weiteres ein, daß solche'Bauelemente dem System beigefügt

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werden können, wenn Natur und Größe des Gegenstandes 20 dies erfordern. Ein Teil des durch das Objekt 20 abgelenkten Lichtes erreicht die Aufzeichnungsplatte 21 und bildet dort mit dem Strahl erster Ordnung ein Interferenzmuster. Mit dieser Anordnung kann man auf der Aufzeichnungsplatte 21 ein Hologramm erzeugen, vorausgesetzt, daß das Verhältnis der Intensität des Strahls erster Ordnung an der Aufzeichnungsplatte 21 zur Intensität des gebrochenen und abgelenkten Strahles vom Objekt 20 an der Aufzeichnungsplatte 21 richtig eingestellt ist. Für optimale Hologramme muß dieses Verhältnis etwa 4:1 betragen. Das heißt, daß die Intensität des BeugungsStrahles an der Aufzeichnungsplatte 21 (+Ι* Ordnung 16) die vierfache Intensität des durch das Objekt 20 abgelenkten Strahles an der Aufzeichnungsplatte 21 haben soll. Das gewünschte Aufteilungsverhältnis kann dadurch eingestellt werden, daß man das Beugungsgitter dreht und damit den Winkel θ zwischen dem einfallenden Strahl 2 und dem Beugungsgitter verändert.

Das Beugungsgitter 1 ist ein holographisches Bragg¹sches Phasengitter. Die bevorzugte Vorrichtung ist ein hochwirksames Phasenbeugungsgitter, das nach dem Bleich-Holographieverfahren aufgebaut ist, das auf Seite 48 in dem Buch "Prinzipien der Holographie" von H.M. Smith beschrieben ist, das 1969 bei Wiley & Sons in New York erschienen ist. Das Beugungsgitter ist in einem Interferometer-System mit einem Winkel von 10 oder mehr aufgebaut.

Ein Beugungsgitter dieser Art hat die Eigenschaft, daß nur eine einzige Beugungsordnung (+1.) erzeugt wird, wenn das Beugungsgitter durch einen Strahl kohärenten Lichtes beleuchtet wird. Die Menge des zum Strahl 1. Ordnung abgelenkten Lichtes wird durch den Winkel θ bestimmt, mit dem der einfallende Strahl das Beugungsgitter trifft. Wenn der Winkel Θ gleich, dem Bragg¹ sehen Winkel ist, dann ist die Energie des Strahles 1. Ordnung am größten. Wird das Beugungsgitter aus dem Bragg¹sehen Winkel herausgedreht, nimmt die Energie des

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Strahls 1. Ordnung ab und die Energie des Strahls O. Ordnung nimmt zu, jedoch bleibt die Summe der beiden Strahlenergien im wesentlichen !constant·

Ein kleiner Energiebetrag wird zum Strahl -1. Ordnung abgelenkt. Der tatsächlich abgelenkte Betrag hängt vom Winkel θ ab. Der Wert ist beim' Bragg¹ sehen Winkel ein Minimum und beträgt etwa 1/1000 der Summe der Leistung in den beiden Strahlen 0. und -ti. Ordnung.. Wird nun das Beugungsgitter so gedreht, daß der Winkel θ zunimmt, dann wird mehr Energie im Strahl O. Ordnung abgelenkt und weniger Energie im Strahl 1. Ordnung. Die Energie des Strahls —1. Ordnung hat eine wohldefinierte Beziehung zum Winkel θ und somit auch zum Aufspaltungsverhältnis zwischen den abgelenkten Strahlen 1. Ordnung und O. Ordnung.

Aus der weiter unten gezeigten Tabelle kann man erkennen, daß die Energie im Strahl -1. Ordnung sehr rasch ansteigt, wenn der Winkel θ vom Bragg¹sehen Winkel aus vergrößert wird. Dieser Wert erreicht ein Maximum bei einem Aufspaltungs~ verhältnis von ungefähr 5_f obgleich der Winkel, bei dem dieser Spitzenwert auftritt, etwas in Abhängigkeit vom tatsächlichen Bragg¹sehen Winkel und der Emulsxonsdicke des Films schwankt. Eine weitere Vergrößerung des Winkels θ hat wiederum eine Abnahme der Leistung im Strahl -1. Ordnung zur Folge.

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	Aufspaltungs verhältnis	-8-	Leistung	2330188	(mw)
Winkel		Leistung	I₊₁	Leistung Leistung	3
^Θ"^ΘΒ		¹O	(mw)	O⁺ +1	5
	1.40	(mw)	3.2	(mw)	7
0°	1.42	4.5	3.1	7.7	14
1°	1.47	4.4	3,0	7.5	26
2°	1.81	4.4	2,6	7.4	45
3°	2.48	4.7	2.1	7.3	57
4°	3.80	5.2	1.5	7.3	54
5°	6.30	5.7	1.0	7.2	32
6°	12.40	6.3	0.55	7,3
7°	33.30	6.8	0.21	7.35
8°	7,0		7.21

Da es für die meisten Werte des Strahls der -1. Ordnung zwei Aufspaltungsverhältnisse gibt, ist es zunächst nicht möglich, zu bestimmen, welches der ?-.->i.den Aufspaltungsverhältnisse gerade vorhanden ist, indem Plan die Leistung des Strahls -1. Ordnung allein mißt. In der tatsächlich ausgeführten Praxis stellt dies jedoch kein Problem dar, weil die Holographie gewöhnlich mit größeren Auf »paltungsverhältnissen von 5:1 und höher arbeitet und niedrigere Aufspaltungsverhältnisse nicht benutzt. Bei der Interferonetrie werden ganz allgemein niedrige Aufspaltungsverhältnisse, beispielsweise 1:1 bis 5:1, benötigt. Entsprechend der durchzuführenden Aufgaben kann der eine oder der andere Bereich ausgewählt werden, Mechanische Anschläge können an der Drehscheibe 5 angebracht sein, die eine Bewegung der Vorrichtung innerhalb des zulässigen Bereiches begrenzen.

In der Zeichnung ist ein empfindlicher Monitor, wie z.B. ein Lichtmeßgerät 30, dargestellt und so angeordnet, daß es die Energie des Strahls -1. Ordnung überwacht. Für den Fall, daß

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die Ausgangsleistung des Lasers 3 bei einem vorbestimmten Wert konstant gehalten werden soll, wird der Schalter 31 so betätigt, daß das Ausgangssignal des Monitors 30 über die Leitung 32 dem Eingang 33 eines Vergleichsverstärkers oder Differentialverstärkers 34 zugeführt wird. Am Eingang 35 dieses Verstärkers liegt eine an einem Potentiometer 36 abgegriffene Spannung, an dessen Eingangsklemme 37 eine konstante Bezugsspannung anliegt. Ein Ausgangssignal des Vergleichsvers.tärkers 34 auf der Leitung 38 zeigt an, daß das Signal auf der Leitung 35 größer ist als das Signal auf der Leitung 33,
Ein Ausgangssignal auf der Leitung 39 zeigt an, daß das Signal auf der Leitung 33 größer ist als das Signal auf der Leitung 35. Die Signale auf den Leitungen 38 und 39 stellen daher das Ergebnis des Vergleichs zwischen dem tatsächlich durch den Monitor 30 festgestellten Leistungspegel und dem gewünschten Leistungspegel fest, der durch die Einstellung des Potentiometers oder Regelwiderstandes 36 festgelegt ist. Die Ausgangssignale des Vergleichsverstärkers 38 werden dem Stromversorgungsteil 40 des Lasers 3 zugeführt.

Der Stromversorgungsteil 40 spricht auf das Signal auf der Leitung 38 an und verringert dessen Ausgangsleistung, wodurch auch die Ausgangsleistung des Lasers 3 soweit herabgesetzt wird, daß die Signale auf den Leitungen 33 und 35 gleich groß werden. Ein Signal auf der Leitung 39 bewirkt ' ein Ansteigen der Ausgangsleistung des Lasers 3, Bei richtiger Einstellung der Verstärkung und der Rückkopplungswerte der verschiedenen Stufen im Vergleichsverstärker 34 und im Stromversorgungsteil 40 ist es möglich, den Leistungspegel der Strahlen -ti. und 0. Ordnung auf einem konstanten Pegel zu halten, ohne daß diese Strahlen unmittelbar überwacht
werden.

Während in der Zeichnung eine Steuerung der Ausgangsleistung des Lasers als Mittel für die Regelung der Leistung des
Strahls der ausgewählten Ordnungszahl dargestellt ist, kann

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man auch einen ungeregelten Laser benutzen und eine Steuerung mit Hilfe eines Modulators im Primärstrahl 2 durchführen.

Die Möglichkeit, das Aufteilungsverhältnis zu überwachen, kann als geeignetes Mittel zur automatischen Ferneinstellung des Aufteilungsverhältnisses eingesetzt werden. Bei dieser Arbeitsweise wird der Schalter 31 in eine zweite Stellung ,umgeschaltet, wodurch das Ausgangssignal des Monitors auf der Leitung 32 nach einer Leitung 45 durchgeschaltet wird, die nach einer Eingangsklemme 4 6 eines Vergleichsverstärkers

47 führt. Die andere Eingangsklemme 48 liegt am Abgriff eines geteilten RegelWiderstandes 50, der aus einer an der Klemme angeschlossenen Bezugsspannungsquelle gespeist wird.

Der Vergleichsverstärker 47 weist zwei Ausgangsklemmen 55 und 56 auf. Ein Ausgangssignal an der Klemme 55 zeigt an, daß das Signal an der Klemme 4 6 vom Monitor 30 größer ist als das Signal an der Klemme 48, das vom Regelwiderstand 50 abgenommen wird. In gleicher Weise zeigt ein Ausgangssignal an der Klemme 56 an, daß das Signal an der Klemme 48 größer ist als das Eingangssignal an der Klemme 46. Dabei gibt es einen toten Bereich, in dem die Signale an den Klemmen 46 und

48 nahezu gleich sind, so daß an keiner der beiden Ausgangsklemmen 55 oder 56 ein Ausgangssignal auftritt.

Der Wählschalter 60 ist in einer Stellung gezeigt, in der er die an den Klemmen 55 und 56 liegenden Signale nach den Eingangsklemmen 70 und 71 eines Motorantriebsverstärkers durchschaltet. Ein Paar Leitungen 78 und 79 verbindet den Ausgang des Motorantriebsverstärkers 72 mit dem Motor 7. In der dargestellten Ausführungsform ist der Motor 7 ein Gleichstrommotor, der abhängig von der Polarität der an den Leitungen 78 und 79 liegenden Spannung in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben werden kann.

Ein Eingangssignal an der Klemme 70 zeigt an, daß der Lei-

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stungspegel des Strahls -1. Ordnung größer ist als das Bezugssignal vom Regelwiderstand 50. In diesem Fall wird der Motorantriebsverstärker 72 ein Signal geeigneter Spannung über den Leitungen 78 und 79 erzeugen, welche den Motor 7 in einer Richtung antreibt, in der sich der Winkel θ des Beugungsgitters 1 so verändert, daß der Winkel θ verkleinert wird, so daß der Strahl +1. Ordnung mehr Energie und der Strahl 0. Ordnung und —1. Ordnung weniger Energie enthält. Die Drehung des Beugungsgitters 1 würde dann im Uhrzeigersinn erfolgen, bis die Leistung des Strahls -1. Ordnung soweit abnimmt, bis das Signal an der Klemme 46 gleich dem Signal an der Klemme 48 ist.

Bei dieser Betriebsart muß die Ausgangsleistung des Lasers konstantgehalten werden, da Schwankungen in der Ausgangsleistung des Lasers als Änderungen des Bezugssignals vom Regelwiderstand 50 angesehen werden könnten. Die übliche Arbeitsweise wäre also die, diese Betriebsart nur für eine kurze Zeit einzusetzen, die notwendig ist, um die Position des Beugungsgitters 1 auf einen neuen Winkel einzustellen. Die gewöhnliche Ablauffolge wäre dann, den Regelwiderstand 50 so einzustellen, daß das gewünschte Aufspaltungsverhältnis erreicht wird. Der Schalter 31 würde dann geöffnet und das Ausgangssignal auf der LEitung 32 an die Leitung 45 gelegt. Der Schalter 60 würde dann in die in der Zeichnung dargestellte , Position gelegt werden, und der Motor 7 würde zu arbeiten beginnen. Wenn dann das Beugungsgitter seine neue Position eingenommen hat, würdenmit dem Schalter 60 die Eingangsklemmen des Motorantriebsverstärkers 72 abgeschaltet werden. Schalter 31 würde dann wahrscheinlich wieder, in die gezeigte Stellung umgeschaltet werden, so daß dadurch wiederum die Ausgangsleistung des Lasers 3 geregelt würde.

Da die Beziehung zwischen der Leistung im Strahl O. Ordnung und 1. Ordnung auch vom Winkel des Beugungsgitters in Bezug auf den einfallenden Strahl 2 abhängt, kann das Aufteilungs-

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Verhältnis auch von fern dadurch eingestellt werden, daß man die Winkelposition als Rückkopplungssignal benutzt. Bei dieser Betriebsart wird der Schalter 60 so eingestellt, daß die Eingangsklemmen 70 und 71 des Motcrantriebsverstärkers 72 mit den Ausgangsklemmen 81 und 82 des Verstärkers 83 verbunden sind. Die Eingangsklemmen 84 und 85 dieses Verstärkers werden durch Signale von den Regelwiderständen 91 und 92 erregt, die beide über eine an der Klemme 93 angeschlossene Bezugsspannungsquelle mit Strom versorgt werden.

Bei dieser Betriebsart wird der Abgriff des Regelwiderstandes 91 auf einen Punkt einer Skala eingestellt, die das gewünschte AufspaltungsVerhältnis anzeigt. Diese Skala kann durch einen üblichen Eichvorgang ermittelt werden. Wenn die Ausgangsspannung vom Regelwiderstand 91, die an der Eingangsklemme 85 liegt, nicht gleich der vom Regelwiderstand 92 kommenden Eingangsspannung an der Eingangsklemme 86 ist, wird an der Ausgangsklemme 81 oder 82 ein Ausgangssignal auftreten, das von der relativen Größe der EIr vaagssignale abhängt. Ein Ausgangssignal vom Vergleichsvers^;ä>Kir 83 bewirkt, daß der Motorantriebsverstärker 72 die Leitungen 78 und 79 mit einer Spannung geeigneter Polarität, -rtegt und den Antriebsmotor 7 in der richtigen Richtung anLw; ibt. Wenn der Motor 7 die Welle antreibt, wirkt eine mecharjjohe, durch die gestrichelte Linie 95 angezeigte Verbindung, da^!? der Abgriff des Regelwiderstandes 92 sich in einer solchen Richtung bewegt, daß die Ausgangsspannung des Regelwidt ;-.i;tandes 92 ungefähr gleich der Ausgangsspannung des Regelwiderstandes 91 wird. Der Motor 7 treibt die Welle 6 solange an und dreht damit das Beugungsgitter 1, bis das Ausgangssignal des Regelwiderstandes 92 gleich dem Ausgangssignal des Regelwiderstandes 91 ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die beiden Eingangssignale des Vergleichsverstärkers 83 gleich und die Ausgangssignale an den Klemmen 81 und 82 verschwinden. Wenn an keiner der beiden Eingangsklemmen 70 oder 71 ein Eingangssignal liegt, dann liefert der Motorantriebsversfcärker 72 über den Leitungen

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78 und 79 keine Spannung, so daß der Motor 7 anhält.

Daher ist es auch nicht notwendig, die Polarisationsebene des Strahls einzustellen oder zu überwachen, wenn diese Art von
Strahlenteiler benutzt wird.

Das System kann für die verschiedenen Betriebsarten leicht geeicht werden. Geeignete Skalen würden an den Abgriffen der
Regelwiderstände 36, 50 und 91 angebracht. Die Skala des Regelwiders tandes 36 würde in Einheiten der Ausgangsleistung geeicht. Der Regelwiderstand 50 würde eine Skala aufweisen, die das Strahlaufspaltungsverhältnis wiedergibt. Das gleiche trifft für Regelwiderstand 91 zu.

Der Regelwiderstand 36 kann in Einheiten der Ausgangsleistung für jedes gewünschte Aufteilungsverhältnis oder für die am
meisten gebrauchten Aufteilungsverhältnisse geeicht werden.
Um dies zu erreichen, würde das Beugungsgitter für ein gegebenes Aufteilungsverhältnis eingestellt- werden. Ein zweites Gerät zur Leistungsüberwachung würde in der Bahn des Strahls 15 und 16 angebracht. Befindet sich der Schalter 31 in der
in der Zeichnung dargestellten Lage, dann würde die Ablesung des zweiten Leistungsmonitors auf der dem Regelwiderstand 36 zugeordneten Skala abgetragen werden. Man würde dann eine
weitere Position des Regelwiderstandes 36 auswählen, und die durch den zweiten Leistungsmonitor angezeigte Leistung würde auf der Skala aufgezeichnet. Diese oder äquivalente Schritte würden solange fortgesetzt, bis die Eichung vollständig ist.

Die Eichung des Regelwiderstandes 50 erfordert, daß die Leistung des Strahls O. Ordnung und des Strahls +1. Ordnung gemessen wird. Diese Leistung könnte durch einen einzigen Leistungsmonitor erfolgen, der zunächst in der Bahn des Strahls 15 und dann in der Bahn des Strahls 16 angebracht würde.
Andererseits könnten Monitoren in der Bahn beider Strahlen
angebracht werden. Der Regelwiderstand 50 würde dann mit dem

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Schalter 30 in der Stellung geeicht, in der das Signal auf der Leitung 32 mit der Eingangsklemme 46 des Vergleichsverstärkers 47 verbunden ist. Der Schalter 60 wäre dabei in der in der Zeichnung dargestellten Lage.

Für jede Stellung des Abgriffs am Regelwiderstand 50 würde eine Ablesung der Leistung der Strahlen 15 und 16 durchgeführt. Aus diesen Ablesungen kann man dann das Aufspaltungsverhältnis berechnen und auf der dem Regelwiderstand 50 zugeordneten Skala abtragen.

Während die Zeichnung eine Vorrichtung zeigt, bei der der Strahlenteiler automatisch in Abhängigkeit von dem Signal vom Regelwiderstand 50 einstellbar i.§t, i&t es außerdem möglich, den Strahlenteiler von Hand mittels eines Handrades 8 auf der Welle 6 einzustellen. In einer solchen Anlage würde das Meßgerät am Monitor 30 entsprechend dem Aufteilungsverhältnis geeicht. Diese Eichung würde erfolgen mit dem Schalter 6O in einer Mittelstellung, so daß an den Eingangsklemmen 70 und kein Signal liegt. Die Steuerung des Stromversorgungsteiles würde vom Ausgang des VergleichsVerstärkers auf eine innere Steuerung umgeschaltet, die von den durch Monitor 30 abgefühlten Werten unabhängig ist.

Leistungsmonitoren würden in der Bahn der Strahlen 15 und angebracht. Der Drehknopf 8 würde zur Einstellung des Beugungsgitters 1 benutzt. Für jede diskrete Lage des Beugungsgitters 1 wird die Leistung in den Strahlen 15 und 16 aufgezeichnet. Aus diesen Zahlen kann dann das Aufteilungsverhältnis errechnet und auf der mit dem Monitor 30 verbundenen Meßgeräteskala angebracht oder eingetragen werden.

Die Eichung des Regelwiderstandes 91 ähnelt der Eichung des Meßinstrumentes im Monitor 30. Die Regelung des Stromversorgungsteiles 40 wird vom Ausgang des Vergleichsverstärkers auf eine interne Steuerung umgeschaltet, die von dem durch den

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Monitor 3O abgefühlten Leistungswert unabhängig ist. Der Schalter 60 steht in einer Stellung, in der die Ausgangsklemmen 81 und 82 des Vergleichsverstärkers 83 mit den Eingangsklemmen 72 und 73 des MotorantriebsVerstärkers 72 verbunden sind. Leistungsmonitoren würden in der Bahn der Strahlen 15 und 16 angebracht.

Der Abgriff am Regelwiderstand 91 würde in eine Anfangsstellung gebracht und das Servosystem mit dem Vergleichsverstärker 83, Motorantriebsverstärker 72, Motor 7 und Rückkopplungsregelwiderstand 92 kann dann eine neutrale Stellung einnehmen. Die Leistung in den Strahlen 15 und 16 wird von den Leistungsmonitoren abgelesen und das Aufteilungsverhältnis berechnet. Das Aufteilungsverhältnis wird dann auf der dem Regelwiderstand 91 zugeordneten Skala eingetragen. Das gleiche Aufteilungsverhältnis kann auch auf der Skala 100 der Einstellvorrichtung für das Beugungsgitter 1 angebracht werden.

Die Eichung würde für eine ausreichend große Anzahl von Einstellungen des Regelwiderstandes 91 vorgenommen werden, um für die gewünschten Anwendungsbereiche eine ausreichend gute Skalenauflösung zu erzielen.

Für den Fall, daß der Drehtisch 5 eine in Grad geeichte Skala aufweist, kann es günstig sein, eine Eichtabelle anzulegen, die das Aufteilungsverhältnis für jeden gegebenen Winkel angibt. Eine solche Tabelle würde ähnlich aussehen wie die oben gezeigte Tabelle und soviel Eintragungen aufweisen, als für die erforderliche Auflösung nötig sind.

Die Vorrichtung ist in Bezug auf die Dicke der Beugungsgitteremulsion und den Bragg¹sehen Winkel empfindlich. Für Beugungsgitter mit großem. Bragg¹sehen Winkel oder dicken Emulsionen ergibt sich eine größere Empfindlichkeit gegen Winkelverdrehung, so daß mit kleiner Drehung große Bereiche von Aufteilungsverhältnissen erzielbar sind. Dies kann erwünscht sein,

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um die Rotationaverschiebung des Strahls 1. Ordnung zu verringern. Obgleich es in den meisten Fällen nicht zu beanstanden ist, ergab in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Rotation des Beugungsgitters um 5 eine Rotation des Strahls 1. Ordnung von 0,1 . Eine 2,5 —Rotation, von 5,5 bis 8 , ergab einen Bereich von Aufteilungsverhältnissen zwischen 5:1 und 33:1. Eine 5° Drehung, von 0° bis 5 , ergibt einen Bereich der Aufteilungsverhältnisse von 1,4:1 bis 5:1.

In der vorangegangenen Beschreibung sind Daten für Winkelabweichungen angegeben, die mit dem Bragg¹sehen Winkel beginnen und sich zu Winkeln größer als 8 erstrecken. Die gleiche Wirkung wurde für Abweichungen in den entgegengesetzten Richtung beobachtet, d.h. bei Winkeln, die kleiner sind als der Bragg'sehe Winkel.

Während eine temporäre Kohärenz Coder Monochromatismus) nicht absolut notwendig ist, so ist das System doch wellenlängenempfindlich und würde eine gewisse Färbauffacherung zeigen.

Die geringe Änderung in dem Winkel des Strahls 1. Ordnung ist in den meisten Fällen brauchbar und könnte dadurch umgangen werden, daß man ein FM-Beugungsgitter verwendet, d.h. ein Frequenzmodulationsbeugungsgitter, bei dem eine Rotationsänderung außerdem noch die Beugungsgitterfrequenz ändert.

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Claims

P atentansprüche

Strahlenteiler zur Aufteilung eines PrimärStrahls kohärenter Strahlung in ein Strahlenpaar mit vorgegebenem Leistungsverhältnis, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beugungsgitter CD in der Bahn des Primärstrahls (2) unter einem solchen Winkel angeordnet ist, daß im wesentlichen die durch das , Gitter beeinflußte Strahlung sich in einen Strahl O. Ordnung und wahlweise einen Strahl -ti. oder -1. Ordnung aufteilt, und das Leistungsüberwachungsmittel (3) in der Bahn des nicht ausgewählten Strahls -1. oder -ti. Ordnung angeordnet ist, dessen Ausgangssignal die relativen Leistungen des Strahls O. Ordnung und des ausgewählten Strahls 1. bzw. -1. Ordnung darstellt.
2.) Strahlenteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beugungsgitter ein· holographisches Phasen—Beugungsgitter dient.
3.) Strahlenteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ)- etwa dem Bragg¹ sehen Winkel entspricht.
4.) Strahlenteiler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (1) zur Einstellung der Leistung des nicht ausgewählten Strahles C17) zur Einstellung des Leistungsverhältnisses zwischen dem Strahl 0. Ordnung und dem ausgewählten Strahl auf einen vorgegebenen Wert in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Leistungsüberwachungsmittel £30) drehbar ist.
5.) Strahlenteiler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsüberwachungs-

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mittel C3O) Lichtmeßgeräte benutzt werden.
6.) Strahlenteiler nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Primärstrahls durch das Ausgangssignal des Lichtmeßgerätes über den Stromversorgungsteil (4O) der Primärstrahlquelle steuerbar ist.
7.) Strahlenteiler nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des PrimärStrahles (2) durch einen im Strahlengang angeordneten Modulator steuerbar ist.

ro 9-71-036 309883/0991