DE2353108A1 - MEASURING ARRANGEMENT FOR MEASURING PHASE SHIFTS - Google Patents

MEASURING ARRANGEMENT FOR MEASURING PHASE SHIFTS

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DE2353108A1
DE2353108A1 DE19732353108 DE2353108A DE2353108A1 DE 2353108 A1 DE2353108 A1 DE 2353108A1 DE 19732353108 DE19732353108 DE 19732353108 DE 2353108 A DE2353108 A DE 2353108A DE 2353108 A1 DE2353108 A1 DE 2353108A1
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Pierre Blanc
Jean-Pierre Lesieur
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    • G01J9/00Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/04Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by beating two waves of a same source but of different frequency and measuring the phase shift of the lower frequency obtained
    • GPHYSICS
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/002Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light using optical mixing

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Description

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Cr.-'.nr. .·;. ac t_ i *- jr. Cr .- '. No. . · ;. ac t_ i * - jr.

B München 22. Sle'.ncdorfstr. 10B Munich 22. Sle'.ncdorfstr. 10

23. Oktober 1975 23rd October 1975

Commissariat ä 1' Energie Atomique Paris (Prankreich)Commissariat ä 1 'Energie Atomique Paris (France)

Meßanordnung "zum Messen'von PhasenverschiebungenMeasuring arrangement "for measuring phase shifts

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zum Messen der durch ein System zur Phasenverschiebung bei einer elektromagnetischen Strahlung ausgelösten Phasenverschiebung The invention relates to a measuring arrangement for Measuring the phase shift caused by a system for phase shifting electromagnetic radiation

Der erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung stehen zahlreiche Anwendungen offen, von denen hier nur insbesonderedieMessung der Elektronendichte in einem Plasma, die Messung von'Brechungsindizes, die Messung von Veränderungen in den Abmessungen mechanischer Bauteile und Messungen auf meteorologischem Gebiet als Beispiele genannt' seien. ·The measuring arrangement designed according to the invention are available numerous applications are open, of which only measurement in particular the electron density in a plasma, the measurement of 'refractive indices, the measurement of changes in the dimensions of mechanical components and measurements in the meteorological field as examples be called '. ·

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Einwirkungen, die eine Strahlung bei ihrem Durchgang durch ein phasenverschiebendes System oder bei Berührung mit einem solchenIt has already been suggested that the actions one radiation when it passes through a phase-shifting system or when it comes into contact with such a system

409819/103409819/103

System erfährt, mit Hilfe interferometrischer Verfahren zu messen. Diese Verfahren sind insbesondere bei der Untersuchung von Plasmen angewandt worden. Sie arbeiten im allgemeinen mit einer beispielsweise von einem Laser gelieferten einfallenden Welle, die in zwei Teilwellen mit gleicher Frequenz aufgeteilt wird, von denen die eine den mit dem Durchgang durch das Plasma verbundenen Effekten ausgesetzt wird, während die andere keinerlei Veränderung erfährt und daher als Bezugswelle dienen kann. Beispiele für interferometr.ische Vorrichtungen, die zur-Durchführung dieser Verfahren dienen können, finden sich in den US-PSen 3 510 665· und 3 539 262. Bei diesen bekannten Anordnungen können die einfallenden Wellen, die von einem Laser stammen, zwei verschiedene Frequenzen enthalten, die mit zwei verschiedenen Schwingungsmoden im Laser gekoppelt sind, wobei jedoch diese Frequenzen das Plasma alle beide durchqueren. Diesen bekannten Verfahren und Anordnungen fehlt es jedoch an der für bestimmte Messungen zu fordernden Genauigkeit.System learns with the help of interferometric methods to eat. These methods have been used in particular in the investigation of plasmas. she generally work with an incident wave supplied by, for example, a laser, which is divided into two Partial waves are split with the same frequency, one of which is the one with the passage through the Plasma related effects is exposed, while the other experiences no change and therefore as Reference shaft can serve. Examples of interferometric Devices that are used to carry out these procedures can be found in U.S. Patents 3,510,665 and 3 539 262. In these known arrangements, the incident waves originating from a laser can be contain two different frequencies that are coupled with two different oscillation modes in the laser, however, these frequencies both traverse the plasma. These known methods and arrangements However, the accuracy required for certain measurements is lacking.

Zur Vergrößerung der mit diesen bekannten Anordnungen erzielbaren Genauigkeit ist bereits vorgeschlagen worden, den Bezugsstrahl· beispielsweise mit Hilfe eines eine Pendelbewegung ausführenden Spiegels periodisch abzulenken und eine Fourier-AnaIyse für die auf das Interferometer übertragene Leistung durchzuführen; daraus kann man dann die von einer der beiden Teilwellen im' Interferometer erfahrene Phasenverschiebung herleiten. Hinsichtlich der Einzelheiten dieser Arbeitsweise kann auf einen von JrN. Olsen unter dem Titel "Fractional Fringe HCN Laser-Interferometer" in der Zeitschrift "The ReviewTo enlarge the arrangements known with these achievable accuracy has already been proposed, the reference beam · for example with the help of a Periodically deflect the pendulum motion executing mirror and a Fourier analysis for the on the interferometer perform the transferred service; from this one can then use one of the two partial waves in the ' Interferometer derive phase shift experienced. Regarding the details of this mode of operation on one of JrN. Olsen under the title Fractional Fringe HCN Laser Interferometer "in" The Review

of Scientific Instruments", "Band 42, Nummer 1, Janauar 1971» Seite 104, veröffentlichten Aufsatz Bezug genommen werden. Dieses Verfahren ist jedoch wegen der an dem erfaßten Signal durchzuführenden Fourier-Analyse in seiner Durchführung sehr kompliziert.of Scientific Instruments "," Volume 42, Number 1, January 1971 » Page 104, published article will. However, this procedure is because of the detected signal to be carried out Fourier analysis in its implementation very complicated.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, da"ß sie unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile "der bekannten Verfahren und Anordnungen die an einer elektromagnetischen Welle durch ein System mit Phasenverschiebung hervorgerufene Phasenverschiebung mit hoher Genauigkeit und auf einfache Weise zu messen gestattet.The invention is therefore based on the object of a To train the measuring arrangement of the type mentioned in such a way that it can be used while avoiding those described above Disadvantages "of the known methods and arrangements Phase shift on an electromagnetic wave caused by a phase shift system to be measured with high accuracy and in a simple manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßanordnung eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, die eine Welle der Form χ = a cos wt aussendet, einen mit dieser Weile gespeisten Strahlteiler, der die ihm zugeführte Welle in zwei Teilwellen aufspaltet, ein sich drehendes zylindrisches Beugungsgitter, dem die eine dieser Teilwellen zugeführt wird und das die Frequenz dieser Teilwelle um eine Größe w' - w= (v/c)w verschiebt, wobei c für die Lichtge-, schwindigkeit und ν für die Komponente der linearen Gittergeschwindigkeit entlang der Richtung der Welle an ihrer Auftreffstelle stehen, ein auf dem Wege der einen der beiden Teilwellen angeordnetes System zur Phasenverschiebung, das die Phase der ihm zugeführten Welle um den Wert ^ verschiebt, ein Vereinigungsglied zum erneuten Vereinigen d.er beiden in Frequenz und Phase gegeneinander verschobenen Teilwellen,' einen mit dem von diesem Vereinigungsglied abgegebenen Strahl gespeisten ersten nichtThis object is achieved according to the invention in that the measuring arrangement has a source for electromagnetic radiation which emits a wave of the form χ = a cos wt, a beam splitter fed with this time, which splits the wave fed to it into two partial waves, a rotating cylindrical diffraction grating , to which one of these partial waves is fed and which shifts the frequency of this partial wave by an amount w '- w = (v / c) w, where c is the speed of light and ν is the component of the linear grating speed along the direction of the Wave stand at their point of impact, a system for phase shifting arranged on the path of one of the two partial waves, which shifts the phase of the wave fed to it by the value ^ , a union element to recombine the two partial waves, which are mutually shifted in frequency and phase, 'a first not fed with the beam emitted by this union member

0.8.1-9/10-3-3.0.8.1-9 / 10-3-3.

linearen Detektor, der ein niederfrequentes elektrisches Signal ζ = c cos I ( w' - w) t - fj abgibt und eine an den Ausgang dieses Detektors angeschlossene Einrichtung zum Messen der in diesem niederfrequenten elektrischen Signal enthaltenen Phasenverschiebung -f aufweist. . .linear detector which emits a low-frequency electrical signal ζ = c cos I (w '- w) t - fj and has a device connected to the output of this detector for measuring the phase shift -f contained in this low-frequency electrical signal. . .

Das Grundprinzip der Erfindung besteht- darin, die Phasenverschiebung, die gemessen werden soll und die sich auf eine Welle mit sehr hoher Frequenz auswirkt, auf ein niederfrequentes Signal umzusetzen, indem als Bezugswelle eine Welle verwendet wird, deren Frequenz gegenüber der der einfallenden Welle geringfügig verschoben ist. Die Schwebungen zwischen diesen beiden in Phase und Frequenz gegeneinander versetzten Wellen liefern dann ein niederfrequentes Signal, das die zu messende Information, nämlich die interessierende Phasenverschiebung enthält* die Messung dieser Größe läßt sich dann jedoch mit hoher Genauigkeit vornehmen, da sich die interessierende Phasenverschiebung in diesem Falle auf ein niederfrequentes Signal auswirkt.The basic principle of the invention consists in the phase shift that is to be measured and the affects a very high frequency wave, converting it to a low frequency signal by acting as a reference wave a wave is used whose frequency is slightly shifted from that of the incident wave is. The beats between these two waves, which are mutually offset in phase and frequency, deliver then a low-frequency signal that contains the information to be measured, namely the phase shift of interest * the measurement of this variable can then be carried out however, make it with high accuracy, since the phase shift of interest occurs in this case affects a low frequency signal.

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, die einen Teil von Systemen nach Art eines Interferometers bilden und die Frequenz einer Welle unter Ausnutzung des Doppler-Effektes verschieben. Die einfachste Vorrichtung dieser Art arbeitet mit einer gleichförmigen Bewegung eines der Spiegel, der das Ende des einen Armes des entsprechenden Interferometers bildet. Hinsichtlich der Einzelheiten in Bau und Arbeitsweise einer solchen Vorrichtung kann auf einen von R.W. Peterson unter dem Titel "A far-infrared coupled-cavity interferometer" in der Zeitschrift "Applied Physics Letters", Band 18, Nummer 10, 15.5.1971,There are already devices known that a part of systems in the manner of an interferometer and the frequency of a wave using the Doppler effect move. The simplest device of this type works with a uniform movement of one of the Mirror that forms the end of one arm of the corresponding interferometer. Regarding the details the construction and operation of such a device can be based on one of R.W. Peterson under the title "A far-infrared coupled-cavity interferometer "in the journal" Applied Physics Letters ", Volume 18, Number 10, May 15, 1971,

^09019/1033^ 09019/1033

Seite 14O, veröffentlichten Aufsatz Bezug genommen werden. Die Arbeitsweise eines solchen Interferometers beruht im wesentlichen auf einer Variation in der Länge des einen Armes dieses Interferometers. Daher eignet es sich nicht für permanente Messungen oder für lang andauernde Messungen, da der Spiegel nicht unendlich verschoben werden kann. In dem oben zitierten Aufsatz ist weiter eine Vorrichtung beschrieben, die einen rotierenden Spiegel enthält. Auch diese Vorrichtung kann Jedoch nicht in Permanenz arbeiten, sondern nur während der kurzen Zeitintervalle, in denen der Spiegel eine passende Läge in Bezug auf den Arm des Interferometers einnimmt.Page 14O, published article may be referred to. The operation of such an interferometer is based essentially due to a variation in the length of one arm of this interferometer. Therefore it is not suitable for permanent measurements or for long-term measurements, as the mirrors are not displaced infinitely can. In the article cited above, a device is further described which has a rotating mirror contains. However, this device can also not be used in Work permanently, but only during the short time intervals in which the mirror is a suitable length In relation to the arm of the interferometer.

Weiter ist mit dem Ziel, die Frequenz einer Welle mittels des Doppler-Effekts zu verschieben, und stets für einen Einsatz in Vorrichtungen zur Überlagerungsuntersuchung vorgeschlagen worden, ein Streurad zu verwenden. Hinsichtlich der Einzelheiten dieser Methode kann auf einen von M.C. Teich und anderen unter dem Titel "Optimum Heterodyjne detection at 10,6 /Um in photoconductive Ge;Cu"in der Zettschrift Applied Physics Letters, Band 9, Nummer 10, I5.II.I966, Seite 357, veröffentlichten Aufsatz Bezug genommen werden.Bei diesen Vorrichtungen fällt jedoch die gestreute und in ihrer Frequenz verschobene Leistung sehr gering aus; sollen als ursprüngliche Energiequelle Cyanwasserstoffsäurelaser (HCN-Laser) verwendet werden, deren Emissionsleistung von Hause aus sehr klein ist, dann ist es erforderlich, Detektoren von sehr komplizierter Bauart und schwieriger Handhabung ei'rEusetzen.Next is aiming the frequency of a wave by means of the Doppler effect, and always for use in devices for overlay testing it has been proposed to use a spreader wheel. Regarding the details of this method can on one of M.C. Pond and others under the title "Optimum Heterodyjne detection at 10.6 / Um in photoconductive Ge; Cu "in the Zettschrift Applied Physics Letters, Volume 9, Number 10, I5.II.I966, page 357 In these devices, however, the scattered and the frequency drops postponed performance is very low; are said to be the original source of energy using hydrocyanic acid lasers (HCN lasers) are used whose emission power is inherently very small, then it is necessary to use detectors of very complicated design and difficult to use expose yourself.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung eines sich drehenden Beugungsgitters gibt ein Mittel an die H and, das den verschiedenen Forderungen der.Praxis besserThe inventive use of a rotating diffraction grating provides a means to the hand that better meets the various demands of practice

" 4QS819/1033 *"4QS819 / 1033 *

gerecht wird als die bisher bekannten Vorrichtungen für den gleichen Zweck und insbesondere zu einem' hohen Wirkungsgrad führt, wobei keine Veränderung in der Länge des Interferometerarraes, in dessen Zug das Beugungsgitter eingefügt ist, erforderlich wird.is fair than the previously known devices for the same purpose and in particular at a 'high Efficiency leads, with no change in the length of the Interferometerarraes, in whose train the diffraction grating inserted is required.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und. Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.Advantageous embodiments and. Advanced training of the invention are detailed in the subclaims marked.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der bevorzugte AusfUhrungsbeispiele für eine erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung veranschaulicht sind; dabei zeigen in der Zeichnung:For the further explanation of the invention and its advantages, reference is now made to the drawing, illustrated in the preferred exemplary embodiments for a measuring arrangement designed according to the invention are; show in the drawing:

Fig. 1 ein Gesamtschema für den Aufbau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung; Fig. 1 is an overall diagram for the construction of a measuring arrangement designed according to the invention;

Fig. 2 eine erste AusführungsVariante für eineFig. 2 shows a first variant embodiment for a

erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung, die in ein Interferometer eingefügt ist;measuring arrangement designed according to the invention, which is inserted into an interferometer;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Kenngrößen und des Verhaltens, eines in Autokollimation arbeitenden und als Echelette-Gitter ausgebildeten Beugungsgitters;3 shows a graphic representation to illustrate the parameters and the behavior, one that works in autocollimation and is designed as an echelette grating Diffraction grating;

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Meßprinzips für die Messung der Phasenverschiebung -f an einer niederfrequenten Welle;4 shows a graphic representation to illustrate the measuring principle for measuring the phase shift -f on a low-frequency wave;

9819/10339819/1033

ORiaiNAL INSPECTEÖORiaiNAL INSPECTEÖ

Fig, 5 zwei Ausführungsvarianten für eine elektronische Schaltung zur Messung der Phasenverschiebung ^ undFig. 5 shows two design variants for an electronic circuit for measuring the Phase shift ^ and

Fig. 6 eine zweite Ausführungsvariante für den Aufbau eines Interferometers mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten. Meßanordnung. ".."■-.." · . ~.\~ 6 shows a second embodiment variant for the construction of an interferometer with one designed according to the invention. Measuring arrangement. ".." ■ - .. "·. ~. \ ~

In der Gesamtdarstellung von Fig» 1 gibt eine Strahlungsquelle 2 eine Strahlung"4 ab, deren Form der Formel χ = a cos wt genügt, wobei a die Amplitude des der Welle zugeordneten Feldes und w deren Kreisfrequenz bezeichnen. Durch einen Strahlteiler 6 wird die Strahlung in zwei Teiiwellen 8 und 10 aufgespalten» Eine dieser beiden· Teilwellen, beispielsweise die Teilwelle 10, geht durch eine Vorrichtung 12 hindurch,'die eine in ihrer Frequenz verschobene Welle 14 der Form y = b cos w't abgibt. Die verschobene Welle 14 geht durch ein Milieu-remit "Phasenverschiebung hindurch, aus dem.eine Welle 18 der Form u = c1 cos (w't + ^ ) austritt. Hinter dem Milieu 16 vereinigt eine optische Einrichtung 20 zur Strahlvereinigung die Welle l8 mit der unverändert gebliebenen Teilwelle 8 zu einem einzigen Strahl 22, der einem Detektor:24 nicht linearer Art zugeführt wird. An den Ausgang des Detektors 24 ist eine Schaltung 26 für die Aufbereitung des vom Detektor 24 aufgefangenen Signals angeschlossen.In the overall representation of FIG. 1, a radiation source 2 emits radiation "4, the shape of which satisfies the formula χ = a cos wt, where a denotes the amplitude of the field assigned to the wave and w its angular frequency split into two partial waves 8 and 10 'One of these two partial waves, for example partial wave 10, passes through a device 12 which emits a wave 14 of the form y = b cos w't shifted in frequency passes through a milieu remit "phase shift, from which a wave 18 of the form u = c 1 cos (w't + ^ ) emerges. Behind the medium 16 combines an optical device 20 to the beam combining shaft l8 with the remaining unchanged part of shaft 8 into a single beam 22 to a detector 24 of nonlinear type is supplied. A circuit 26 for processing the signal captured by the detector 24 is connected to the output of the detector 24.

Die Strahlungsquelle 2 kann mit Vorteil ein Cyanwasserstoff Säurelaser sein, der eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 337 /U abgibt. ·The radiation source 2 can advantageously be a hydrogen cyanide Be an acid laser that emits radiation with a wavelength of 337 / U. ·

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung gestaltet sich' in folgender Weise· ... . _The mode of operation of the arrangement shown in FIG. 1 is structured in the following way.... _

4098 19/10334098 19/1033

Der Dtektor 24, der zum einen die Welle 18 der Form x" = a" cos (w't + 4 ) zugeführt erhält und zum anderen mit der Teilwelle 8 der Form x1 = a' cos wt gespeist wird, erzeugt seinerseits ein Signal der Form: The detector 24, which on the one hand receives the wave 18 of the form x "= a" cos (w't + 4 ) and on the other hand is fed with the partial wave 8 of the form x 1 = a 'cos wt, in turn generates a signal the shape:

OOOO

(x" + x1) 2=-^—±^I— + a'. a" cos £(w'-w) t - f J.(x "+ x 1 ) 2 = - ^ - ± ^ I- + a '. a" cos £ (w'-w) t - f J.

Die in diesem Signal enthaltene frequenz^junabhängige Komponente kann ohne weiteres eliminiert werden. Die außerdem vorhandene niederfrequente Komponente enthält die zu messende Phasenverschiebung -f . Die Messung dieser Phasenverschiebung ψ gestaltet sich sehr einfach, da sie sich auf eine Welle niederer Frequenz (wf - w) und nicht mehr auf die ursprüngliche hochfrequente Welle 18 der Form cos (w' t + -f )bezieht. Die Messung der Phasenverschiebung f wird in der Schaltung 26 in unten im einzelnen erläuterter Weise vorgenommen.The frequency-dependent component contained in this signal can easily be eliminated. The low-frequency component also present contains the phase shift -f to be measured. The measurement of this phase shift ψ is very simple, since it relates to a wave of lower frequency (w f - w) and no longer to the original high frequency wave 18 of the form cos (w 't + -f). The phase shift f is measured in circuit 26 in the manner explained in detail below.

Das Milieu 16 mit Phasenverschiebung kann in der Anordnung von Fig. 1 statt in den Weg der Welle 1Λ ohne weiteres auch in den Weg der Teilwelle 8 eingefügt werden, ohne daß sich dadurch am Arbe\tsprinzip der Meßanordnung etwas ändert. Ebenso kann die Vorrichtung 12 für die Ftfequenzverschiebung nach dem Milieu 16 mit Phasenverschiebung angeordnet werden.The milieu 16 with phase shift can in the arrangement of FIG. 1 instead of in the path of the wave 1Λ without further can also be inserted into the path of the partial shaft 8 without affecting the working principle of the measuring arrangement something changes. The device 12 can also be used for frequency shifting according to the milieu 16 with phase shifting to be ordered.

Die ganze Anordnung kann mit Vorteil die allgemeine Form eines Interferometers haben, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wo die Vorrichtung 12 zur Frequenzverschiebung beispielshalber als rotier.endes Beugungsgitter ausgebildet ist. -The entire arrangement can advantageously have the general form of an interferometer, as shown in FIG is where the device 12 for frequency shifting is designed, for example, as a rotating diffraction grating is. -

In der Darstellung in Fig.2 stammt die einfallende Welle 409819/1033 In the illustration in Fig. 2, the incident wave comes from 409819/1033

.in Form einer Strahlung 4 wiederum von einer Strahlungsquelle 2. Eine in den Weg der Strahlung 4 eingefügte semitransparente Platte 30 läßt aus dieser Strahlung 4 zwei Teilwellen 32 und 34 entstehen. Die Teilwelle 34 wird an einem Beugungsgitter 36 von zylindrischer Ausbildung gebeugt, das in Pig. 2 durch einen Kreis veranschaulicht ist. Das Beugungsgitter J>6 wird über einen von einer Stromquelle 40 gespeisten Motor 38 in Drehung um seine Achse versetzt. Die Teilwelle 34 erfährt am Beugungsgitter 36 eine Umlenkung um 18O° und wird sodann "an der semitransparenten-Platte 30 in Richtung auf einen nicht linearen Empfänger/reflektiert. Die Teilwelle 32 durchquert ein Milieu 16 mit Phasenverschiebung und trifft dann auf einen festen Umlenkspiegel 44, an dem sie. eine totale Reflexion erfährt, durch die sie ein zweitesMial durch das Milieu 16 hindurchgeschickt wird, wobei sie durch den doppelten Durchgang durch.das Milieu 16 eine Phasenverschiebung -f erfährt.In the form of a radiation 4, in turn, from a radiation source 2. A semitransparent plate 30 inserted in the path of the radiation 4 allows two partial waves 32 and 34 to arise from this radiation 4. The partial wave 34 is bent at a diffraction grating 36 of cylindrical design, which in Pig. 2 is illustrated by a circle. The diffraction grating J> 6 is set in rotation about its axis via a motor 38 fed by a current source 40. The partial wave 34 is deflected by 180 ° at the diffraction grating 36 and is then "reflected on the semitransparent plate 30 in the direction of a non-linear receiver. at which it experiences a total reflection, by means of which it is sent a second time through the medium 16, whereby it experiences a phase shift -f due to the double passage through the medium 16.

Mit strichpunktierten Linien ist in Fig. 2 eine zweite semitransparente Platte 50 dargestellt, die mit einem Umlenkspiegel "52 und einem· zweiten Detektor 54 von dem Empfänger 42 analoger Bauart gekoppelt ist. Die semitranspärente Platte 50 nimmt einen Teil der einfallenden Strahlung. 4 und einen Teil der vom. Beugungsgitter 36 kommenden Welle auf. Der Detektor 54 gibt daher ein niederfrequentes Signal der Form z1 = d cos (wT - w)t: ab, indem die Phasenverschiebung ^ nicht enthalten 1st, · da keiner der den Detektor 54 erreichenden Teilstrahlen durch das Milieu 16 mit Phasenverschiebung hindurchgegangen ist. Der Empfänger 42 dagegen gibt entsprechend der vorstehenden Beschreibung ein Signal ζ ab, das die Phasenverschiebung -F enthält und die Form ζ = c cos £w' - w)t - fJ aufweist. Diese beiden Signale.ζ und z'·A second semitransparent plate 50 is shown in dash-dotted lines in FIG Part of the wave coming from the diffraction grating 36. The detector 54 therefore emits a low-frequency signal of the form z 1 = d cos (w T - w) t : in that the phase shift ^ is not included, since none of the detector 54 The partial beams reaching the phase shifted through the milieu 16. The receiver 42, on the other hand, emits a signal ζ in accordance with the description above, which contains the phase shift -F and has the form ζ = c cos £ w '- w) t - f J. These two signals, and z '

. 409 819/10 33. 409 819/10 33

werden vom Empfänger 42 bzw. vom Detektor 54 der Schaltung 26 zugeführt. In der praktischen Ausführung· wird das in Fig.2 dargestellte Interferometer geringfügig außer Fluchtung gebracht, um zu vermeiden, daß die Teilwelle 32 nach ihrer Reflexion am Umlenkspiegel 44 und an der semitransparenten Platte 30 den Detektor 54 erreichen kann, und es entsteht aufldiese Weise ein abgelenkter Strahl 33· Eine solche Art der Einstellung eines Interferometers ist auf dem Gebiete interferometrischer Messungen häufig und dem Fachmann durchaus geläufig.are fed from the receiver 42 or from the detector 54 to the circuit 26. In the practical embodiment , the interferometer shown in FIG. 2 is brought slightly out of alignment in order to avoid that the partial wave 32 can reach the detector 54 after its reflection on the deflecting mirror 44 and on the semitransparent plate 30, and in this way a deflected beam 33 Such a type of setting of an interferometer is common in the field of interferometric measurements and well known to the person skilled in the art.

Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist, wie noch gezeigt werden wird, die Kombination aus der semitransparenten Platte 50, dem Umlenkspiegel 52 und dem Detektor 54 unnötig; diese Bauelemente sind daher in der Darstellung in Fig.2 sämtlich nur in strichpunktierten Linien enthalten. .In a preferred embodiment of the invention, as will be shown, the combination is the semitransparent plate 50, the deflecting mirror 52 and detector 54 unnecessary; these components are therefore in the illustration in FIG. 2 all only contained in dash-dotted lines. .

In optischer Hinsicht ähnelt die Arbeitsweise der Jn Fig.2 dargestellten Anordnung der oben in Verbindung mit Fig.l beschriebenen Arbeitsweise der Meßanordnung nach ' Fig.l. Darüber hinaus läßt die Darstellung in Fig.2 jedoch den Vorteil erkennen, der sich aus der erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung eines in Drehung um seine Achse versetzten Beugungsgitters 36 ergibt. Bezeichnet man mit W die Winkelgeschwindigkeit für die Rotation des Beugungsgitters 36 um seine Achse und den Radius des Beugungsgitters 36 mit R, so berechnet sich die lineare Geschwindigkeit V am Umfang des Beugungsgitters 36 zu V= WR. Fällt die Teilwelle 34 unter einem Einfallswinkel i auf das Beugungsgitter 36,.so berechnet sich die Komponente der linearen Geschwindigkeit V des Beugungsgitters 36 entlang der Richtung der Teilwelle 34 zu ν = V sin i. DieVisually, the way of working is similar to that of Jn Fig. 2 shows the arrangement of the method of operation of the measuring arrangement according to 'described above in connection with Fig. Fig.l. In addition, however, the illustration in FIG recognize the advantage that results from the use provided according to the invention in rotation about its axis offset diffraction grating 36 results. If one denotes with W the angular velocity for the rotation of the diffraction grating 36 about its axis and the radius of the diffraction grating 36 with R, the linear speed is calculated V at the periphery of the diffraction grating 36 to V = WR. If the partial wave 34 falls at an angle of incidence i the diffraction grating 36, so the component is calculated the linear velocity V of the diffraction grating 36 along the direction of the partial wave 34 to ν = V sin i. the

4Ö9819/1Q34Ö9819 / 1Q3

auf den Doppler-Effekt zurückgehende Frequenzverschiebung für die Teilwelle J>k mit der Kreisfrequenz w ergibt sich dann zu (v/c)w, wobei c die Lichtgeschwindigkeit bezeichnet. Diese Phasenverschiebung läßt sich unter Einwirkung auf die,die Drehzahl des Motors 38 für den Antrieb des Beugungsgitters 36 bestimmende Stromquelle auf jeden gewünschten Wert einstellen.Frequency shift due to the Doppler effect for the partial wave J> k with the angular frequency w then results in (v / c) w, where c denotes the speed of light. This phase shift can be set to any desired value under the influence of the current source which determines the speed of the motor 38 for driving the diffraction grating 36.

Als nächstes sollen die Eigenschaften eines in Autokollimation beschriebenen Beugungsgitters ins Gedächtnis zurückgerufen werden. Dabei ist jedoch klar, daß diese Art einer Auslösung der Frequenzverschiebung mittels des Doppler-Effektes einen ausgezel· dineten Wirkungsgrad - den des Beugungsgitters für die Beugung der verwendeten. Ordnung - ergibt und keinerlei Modifikation in der Länge des Interferometerarmes mit sich bringt. Außerdem ist offensichtlich,- daß die Meßanordnung ständig in Betrieb ' sein kann,-da das Beugungsgitter im Verlaufe seiner Rotation um seine Achse ständig in der Lage ist, die Teilwelle 34 in sich selbst zurückzuref Ifcktiereii,.. was bei einem rotierenden Spiegel natürlich nicht der Fall sein kann. . ;Next, consider the properties of one in autocollimation described diffraction grating can be recalled. It is clear, however, that this Type of triggering the frequency shift by means of the Doppler effect has an individual degree of efficiency - that of the diffraction grating used for diffraction. Order - results in and no modification in length of the interferometer arm. Also is obviously, - that the measuring arrangement is constantly in operation ' can be, -as the diffraction grating in the course of its rotation around its axis is constantly able to Partial wave 34 to return to itself Ifcktiereii, .. what of course, this cannot be the case with a rotating mirror. . ;

Nunmehr sei kurz an das Funktionsprinzip eines in Autokollimation betriebenen Beugungsgitters erinnert. Dazu sind in der oberen Hälfte a von Fig.3 die üblicher-, weise für die Besehreibung der .Beugung eines einfallenden Strahls 60 an einem Gitter 62 verwendeten Größen präzisiert, In dieser Darstellung ist diev Normale auf das Beugungsgitter62 an der Auftreffstelle des Strahls 60 mit N bezeichnet,. Der Einfallswinkel für den Strahl 60 gegenüber dieser Normalen N,führt das Bezugszeichen, i, und der Beugungswinkel ist mit r bezeichnet. Für eine kleineLet us now briefly recall the functional principle of a diffraction grating operated in autocollimation. For this purpose, in the upper half of a 3 shows the customarily, as an incident beam 60 specifies 62 parameters used for the Besehreibung .Beugung to a grid, In this illustration is the v normal to the Beugungsgitter62 at the impingement of the beam 60 denoted by N ,. The angle of incidence for the beam 60 with respect to this normal N, has the reference symbol, i, and the angle of diffraction is denoted by r. For a little one

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Fläche rund um den Auftreffpunkt des Strahles 6o kann das Gitter 62 ungeachtet seiner allgemein zylindrischen Ausbildung als eben angesehen werden, so d aß mit der üblichen Formel für Beugungsgitter, nämlich:Area around the point of impact of the beam 6o can the grid 62, regardless of its generally cylindrical configuration, can be regarded as flat, so d aß with the usual formula for diffraction gratings, namely:

m/L= d (sin i + sin r)m / L = d (sin i + sin r)

gearbeitet werden kann, in der d die Schrittweite des Beugungsgitters, m die Ordnung für die betrachtete Beugung und A die Wellenlänge der einfallenden Strahlung bezeichnen.can be worked, in which d is the step size of the diffraction grating, m the order for the diffraction under consideration and A denotes the wavelength of the incident radiation.

Wird der einfallende Strahl 60 vom Beugungsgitter'62 in sich selbst zurückgeworfen, werden also der Einfallswinkel i und der Beugungswinkel einander gleich, so verhält sich das Beugungsgitter 62 in dieser Hinsicht wie ein Reflektor, und man spricht dann von Reflexion nach Littrow. Diese Autokollimation vollzieht sich in der Ordnung.1 wenn zwischen der Wellenlänge Λ und dem Einfallswinkel i die Beziehung besteht;If the incident beam 60 from the diffraction grating '62 thrown back into itself, so the angle of incidence i and the angle of diffraction become equal to each other, see above If the diffraction grating 62 behaves like a reflector in this regard, one speaks of reflection to Littrow. This autocollimation takes place in of order.1 if the relationship exists between the wavelength Λ and the angle of incidence i;

Λ = 2d sin i 'Λ = 2d sin i '

Ein Teil der einfallenden Strahlung wird micht in sich selbst zurückgeworfen, sondern geht als Beugung anderer Ordnung als 1 verloren, was insbesondere auf den Beugungsstrahl der Ordnung m = 0 zutrifft, dem die sogenannte Spiegelreflexion entspricht. Diese Verluste lassen sich jedoch bekanntlich dadurch vermindern, daß geeignete Werte für die Schrittweite des Beugungsgitters und geeignete Formen für dessen öttfufen gewählt werden. Insbesondere ist es entsprechend der Darstellung in der unteren Hälfte b von Fig.3 von Vorteil, dem Winkel θ derPart of the incident radiation is not absorbed reflected back, but is lost as diffraction of a different order than 1, which is particularly due to the diffraction beam the order m = 0 applies, to which the so-called mirror reflection corresponds. Let these losses however, as is known, decrease in that suitable values for the step size of the diffraction grating and suitable forms for its öttfufen can be selected. In particular it is according to the representation in the lower half b of Fig.3 of advantage, the angle θ of the

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Facetten des Beugungsgitters gegenüber der Tangente an das Beugungsgitter, dem sogenannten Anblaswinkel, die Größe des Einfallswinkels i zu geben, um die für das Beugungsspektrum erster Ordnung abgegebene Intensität auf ihren Maximalwert zu bringen.Facets of the diffraction grating opposite the tangent to the diffraction grating, the so-called angle of attack, to give the size of the angle of incidence i to that given off for the first order diffraction spectrum Bringing intensity to its maximum value.

Auch kann .man die Schrittweite d für das Beugungsgitter so wählen, daß die nachstehende Bedingung erfüllt ist:You can also use the step size d for the diffraction grating choose so that the following condition is met:

Dabei läßt sich zeigen, daß unter diesen Bedingungen die einzigen Lösungen der Gittergleichung für m = O . und für m = 1 zu erhalten sind; damit existieren nur die BeugungsOrdnungen 1 und O, wodurch sich die Verluste entsprechend vermindern.It can be shown that under these conditions the only solutions to the lattice equation for m = O. and can be obtained for m = 1; thus only the diffraction orders 1 and O exist, which results in the losses decrease accordingly.

Bei einem von der Anmelderin gebauten Ausführungsbeispiel für einen Betrieb mit einer Wellenlänge von 337 ja war das Beugungsgitter als Echelette-Gitter ausgebildet und wies Insgesamt 36OO Stufen, also 10 Stufen öder Zähne je Winkelgrad auf.. Diese Zähne waren normal zur Einfausrichtung des Lichtes in eine, Metallscheibe eingeschnitten. Der prozentuale Anteil der in sich selbst reflektierten Strahlungsintensität lag höher als 80$.In an exemplary embodiment built by the applicant for operation with a wavelength of 337 yes , the diffraction grating was designed as an echelette grating and had a total of 3600 steps, i.e. 10 steps or teeth per degree of angle , Cut into metal disc. The percentage of self-reflected radiation intensity was greater than $ 80.

Der in Fig. 2 dargestellte Aufbau ist nicht der einzig mögliche» Im Rahmen der Erfindung kann man auch ein Interferometer der Bauart nach Mach-Zehnder verwenden, das zwei versetzte Arme aufweist. Für die Abnahme eines Bezugssignals der Form z1■ = d cos (w' - w)t ist dann ein The structure shown in FIG. 2 is not the only possible one. Within the scope of the invention, an interferometer of the Mach-Zehnder design can also be used, which has two offset arms. For the acceptance of a reference signal of the form z 1 ■ = d cos (w '- w) t is then a

0 9 8 19/10330 9 8 19/1033

zweiter Detektor hinzuzufügen, der einen Teil der .aufgenommenen V/ellen vor und nach der Frequenzverschiebung zugeführt erhält. Diese zweite A usfuhrungsVariante der Erfindung ist in Fig. 6 veranschaulicht.to add a second detector that covers part of the V / ellen before and after the frequency shift receives fed. This second variant of the invention is illustrated in FIG.

'In der Darstellung in Fig. 6 tragen Bauelemente, die auch bei der AusfUhrungsVariante nach Fig.2 vorhanden sind, die gleichen Bezugszahlen wie dort. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 teilt eine erste semitransparente Platte 100 die von einer Strahlungsquelle 2 gelieferte einfallende Strahlung 4 in zwei Teilwellen 8 und 10 auf. Die Teilwelle 8 geht durch ein Milieu l6 mit Phasenverschiebung hindurch, wobei sie eine Phasenverschiebung -t" erfährt, und wird anschließend an einem total reflektierenden Spiegel 102 und einer zweiten semitransparenten Platte 104 zu einem nichtlinearen Empfänger reflektiert. Die Teilwelle 10 wird an.einer semitransparenten Platte 10δ zu einem Beugungsgitter 36 umgelenkt, an dem sie eine Frequenzverschiebung erfährt, und gelangt anschließend zum Empfänger 42," Eine weitere semitransparen,te Platte 108 spaltet einen Teil der Teilwelle 10 ab und führt.ihn einem zweiten nichtlinearen Detektor 54 zu. Eine semitransparente Platte 110 spaltet einen Teil der vom Beugungsgitter J>6 in ihrer Frequenz verschobenen Teilwelle ab und führt diesen abgespaltenen Teil über eine weitere semitransparente Platte 112 ebenfalls dem Detektor 54 zu. Der Detektor 54 gibt daher an eine Schaltung 26 ein Signal der Form z' = d- cos (w1 - w)t ab, während der Empfänger 42 die Schaltung 26 mit einem Signal ζ der Form ζ = c cos [(w1 - w)t --f] speist.In the illustration in FIG. 6, components that are also present in the embodiment according to FIG. 2 have the same reference numbers as there. In the exemplary embodiment according to FIG. 6, a first semitransparent plate 100 divides the incident radiation 4 supplied by a radiation source 2 into two partial waves 8 and 10. The partial wave 8 passes through a milieu 16 with a phase shift, where it experiences a phase shift -t " , and is then reflected on a totally reflecting mirror 102 and a second semitransparent plate 104 to a non-linear receiver Plate 10δ is deflected to a diffraction grating 36 , at which it experiences a frequency shift, and then arrives at the receiver 42, "Another semitransparent plate 108 splits off part of the partial wave 10 and feeds it to a second non-linear detector 54. A semitransparent plate 110 splits off part of the partial wave whose frequency is shifted by the diffraction grating J> 6 and also feeds this split off part to the detector 54 via a further semitransparent plate 112. The detector 54 therefore sends a signal of the form z '= d- cos (w 1 - w) t to a circuit 26, while the receiver 42 sends the circuit 26 with a signal ζ of the form ζ = c cos [(w 1 - w) t --f] feeds.

Der Vorteil des Aufbaues nach Fig. 6 liegt darin, daß der Detektor 54 nicht von im Milieu 16. einer Phasen-The advantage of the structure according to Fig. 6 is that that the detector 54 is not affected by a phase

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verschiebung unterworfener Strahlung getroffen werden kann, so daß die bei der Meßanordnung nach Fig. 2 erforderliehen, kleinen Fehleinstellungen für die AusfUhrungsform nach Fig. 6 entbehrlich sind. -shift subject radiation can be taken, so that the required in the measuring arrangement according to Fig. 2, small incorrect settings for the embodiment according to FIG. 6 can be dispensed with. -

Nach der vorstehenden Erläuterung der optischen Eigenschaften einer erfindungsgemäß ausgebildeten weöan- . Ordnung anhand der Darstellungen in Fig. 2 und 6 soll nunmehr die eigentliche Messung der PhasenverschiebungAccording to the above explanation of the optical properties of a w eöan- designed according to the invention. Order based on the representations in FIGS. 2 and 6 is now intended to be the actual measurement of the phase shift

<f ausgehend von den vom Empfänger 42 bzw. vom Empfänger abgegebenen elektrischen Signalen erläutert werden. <f will be explained on the basis of the electrical signals emitted by the receiver 42 or by the receiver.

Für'die Extraktion der hasenverschiebung -P aus dem Signal ζ muß die Phase dieses Signals ζ mit der Phase des Signals ζ'verglichen werden, das die gleiche Frequenz wJ - w ausweist,, aber den auf die Phasenverschiebung f zurück gehenden Term.nicht enthält. In der Darstellung von Fig.4 .sind die beiden niederfrequenten Signale ζ und z' einander p-egenUbergestellt. Dabei gibt die obere Hälfte von Fig.4 das Signal ζ wieder, das die Amplitude c und die Kreisfrequenz w'-w aufweist und eine Phasenverschiebung ·ΐ enthält, während in der unteren Hälfte von Fig.4 das Signal z' mit der Amplitude d und der Kreisfrequenz w'-w dargestellt ist. Das Signal ζ geht in einem Zeitpunt t, durch 0, der gegenüber dem Zeitpunkt t für. den Nulldurchgang des Signals z' um die Differenz t, -t- = rf/w'-w verzögert ist. Unter Einführung der Periode T der niederfrequenten Signale läßt sich dl§se Beziehung auch schreiben:For the extraction of the phase shift -P from the signal ζ, the phase of this signal ζ must be compared with the phase of the signal ζ ', which has the same frequency w J - w, but not the term going back to the phase shift f contains. In the illustration of FIG. 4, the two low-frequency signals ζ and z 'are superposed on each other. The upper half of FIG. 4 reproduces the signal ζ, which has the amplitude c and the angular frequency w'-w and contains a phase shift · ΐ , while in the lower half of FIG. 4 the signal z 'with the amplitude d and the angular frequency w'-w is shown. The signal ζ goes at a time t, through 0, which compared to the time t for. the zero crossing of the signal z 'is delayed by the difference t, -t- = rf / w'-w. By introducing the period T of the low-frequency signals, this relationship can also be written:

Für die Messung der Phasenverschiebung -f kann man daher erfindungsgemäß eine elektronische Schaltung verwenden, für die in Fig.5 zwei mögliche Ausführungsvarianten veranschaulicht sind. :, ": According to the invention, an electronic circuit can therefore be used for measuring the phase shift -f, for which two possible design variants are illustrated in FIG. : , " :

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Die erste dieser AusführungsVarianten, die in Fig. 5 in der oberen,Halfte dargestellt ist, enthält einen Detektor 70 für die Erkennung des Zeitpunkts t, der Nulldurchgänge des vom Empfänger 42 gelieferten Signals z, einen Detektor 72 für die Erkennung , des Zeitpunkts t der Nulldurchgänge des vom Detektor 5^ gelieferten Signals z1, eine Schaltung 74 zum Messen des Unterschieds zwischen den Zeitpunkten t, und t , einen Frequenzmesser für die Messung der Frequenz w'-w des einen der beiden Signale ζ oder z1, der auch als ein Chronometer für die Messung der Periode T der Signale· ζ oder z1 ausgebildet sein kann, und eine Schaltung 78, die an ihrem Ausgang die Phasenverschiebung beispielsweise in Form der ^elativwerte '-F/2t[abgibt. .. .The first of these embodiment variants, which is shown in Fig. 5 in the upper half, contains a detector 70 for the detection of the time t, the zero crossings of the signal z supplied by the receiver 42, a detector 72 for the detection of the time t of Zero crossings of the signal z 1 supplied by the detector 5 ^, a circuit 74 for measuring the difference between the times t, and t, a frequency meter for measuring the frequency w'-w of one of the two signals ζ or z 1 , which is also called a chronometer can be designed for measuring the period T of the signals · or z 1 , and a circuit 78 which outputs the phase shift -Ϋ at its output, for example in the form of the relative values' -F / 2t [. ...

Die dargestellte Schaltung ermöglicht eine perman/iente Messung der Phasenverschiebung i . Nun gibt es jedoch Fälle, in denen das Milieu 16 mit Phasenverschietr.,n3 eine sehr kurze Lebensdauer aufweist, während der man . die Drehgeschwindigkeit für das Beugungsgitter als bekannt oder sogar als konstant ansehen kann. Die das Beugungsgitter bildende Metallscheibe besitzt nämlich im allgemeinen eine erhebliche Trägheit, und ihre Drehzahl bleibt bei " ihrem Antrieb mittels eines aus einer stabilisierten Stromquelle gespeisten Gleichstrommotor^ während mehrerer Sekunden praktisch konstant. Wenn die zur Phasenverschiebung führende Erscheinung eine vorübergehende Erscheinung ist und nur während eines Sekundenbruchteils zur Einwirkung kommt,, ist es sinnlos, in jedem Augenblick mit Hilfe der in Fig. 2 und 6 in strichpunktierten Linien dargestellten Bauelemente das Signal z1 abzuleiten, um schließlich eine Bezugsphase (w'-w)t zur Verfügung zu haben, mit derThe circuit shown enables permanent measurement of the phase shift i. Now, however, there are cases in which the milieu 16 with phase shift., N3 has a very short life, during which one. the speed of rotation for the diffraction grating can be regarded as known or even constant. The metal disk forming the diffraction grating generally has a considerable inertia and its speed of rotation remains practically constant for several seconds when it is driven by a DC motor fed by a stabilized current source When it comes into effect for a fraction of a second, it makes no sense to derive the signal z 1 at any moment with the aid of the components shown in dash-dotted lines in FIGS the

409819/10409819/10

2353123531

Λ dann die Phase (w'-w)t--| des Signals ζ verglichen werden kann. Man kann dann diese Bezugsphase vor dem Durchgang der Strahlung durch (Las Milieu 16 mit Phasenverschiebung^ also vor dessen Einwirkung auf die Phasenlage und zwar mit Hilfe des Empfängers 42 gewinnen, indem dann diese Phase unter der Annahme eines bekannten und beispielsweise konstanten Wertes für die Frequenz wl-w gespeichert wird, wobei diese Annahme weitgehend verifiziert ist, wenn-die zur Phasenverschiebung führende Erscheinung nur kurz ist. Der gleiche Empfänger^42 dient dann anschließend zur Erkennung.des Signals ζ.Λ then the phase (w'-w) t-- | of the signal ζ can be compared. This reference phase can then be obtained with the aid of the receiver 42 before the radiation passes through (Las Milieu 16 with phase shift ^ that is, before it has an effect on the phase position, by then assuming a known and, for example, constant value for the frequency w l -w is stored, this assumption being largely verified if the phenomenon leading to the phase shift is only brief The same receiver ^ 42 then serves to recognize the signal ζ.

Bei dieser vorteilhaften AusführungsVariante kann die elektronische Schaltung so, aufgebaut sein, wie dies, in Fig.5 in der unteren Hälfte b veranschaulicht ist, wobei Bauelemente, die a'uch in der oben beschriebenen Schaltung gemäß der oberen Häufte a von Fig.5 vorhanden sind, die gleichen Bezugszahlen tragen wie dort. Ein Detektor 70, der mit einem vom Empfänger 42 gelieferten niederfrequenten Signal gespeist wird; stellt die Nulldurchgänge dieses Signals vor dem Auftreten der zur Phasenverschiebung führenden Erscheinung festJ die entsprechenden Zeitpunkte sind den Zeitpunkten t- für" die Nulldurchgänge des nicht in seiner Phase verschobenen Signals ζ! äquivalent. Diese Information wird in einem an den Detektor 70 angeschlossenen Speicher 80 festgehalten. Der Speicher 80 ist außerdem an einen Frequenzmesser J6 angeschlossen, über den er mit der Frequenz- wf - w oder der Periode T gespeist wird, und anhand dieser beiden Informationen lassen sich die Zeitpunkte t für die Nulldürchgänge der Phase (w'-w)t bestimmen. Tritt nun die" zur Phasenverschiebung führende Erscheinung auf, so bestimmt der Detektor 70 immer noch'die Zeitpunkte für den Nulldurchgang des vom Empfänger 42 abgegebenen Signals,In this advantageous embodiment variant, the electronic circuit can be constructed as shown in FIG are given the same reference numbers as there. A detector 70 fed with a low frequency signal provided by the receiver 42; determines the zero crossings of this signal before the occurrence of the phenomenon leading to the phase shift. The corresponding times are equivalent to the times t- for "the zero crossings of the signal ζ ! which is not phase shifted. This information is stored in a memory 80 connected to the detector 70 The memory 80 is also connected to a frequency meter J6 , via which it is fed with the frequency w f - w or the period T, and on the basis of these two pieces of information the times t for the zero crossings of the phase (w'-w ) t. If the phenomenon leading to the phase shift occurs, the detector 70 still determines the times for the zero crossing of the signal emitted by the receiver 42,

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und diese Zeitpunkte sind diesmal äquivalent den Zeitpunkten t, für die Nulldurchgänge des Signals z. Die so ermittelten Zeitpunkte t, können dann in einer an den Speicher 80 einerseits und den Detektor 70 andererseits angeschlossenen Schaltung 74 miteinander verglichen werden, an deren Ausgang dann ein der Differenz t?-t entsprechendes Signal erscheint.and these times are this time equivalent to the times t, for the zero crossings of the signal z. The times t determined in this way can then be compared with one another in a circuit 74 connected to the memory 80 on the one hand and the detector 70 on the other hand, at whose output a difference t ? -t corresponding signal appears.

Bei beiden in Fig.5 dargestellten Ausführungsvarianten für die elektronische Schaltung zur Messung der Phasenverschiebung J werden die Zeitpunkte für die Nulldurchgänge der niederfrequenten Signale mit Hilfe elektronischer Taktgeber bestimmt, die dem Fachmann bekannt sind. Die Genauigkeit für die Messung der Differenz t,-t zwischen den Zeitpunkten t. und t und damit die Messung der Phasenverschiebung wird im Prinzip .nur durch die Genauigkeit des verwendeten Taktgebers begrenzt. Sie kann daher sehr groß sein, wenn die Schwebungen bei niedriger Frequenz liegen. Die Messung kann in jeder Periode des niederfrequenten Signals oder sogar zweimal in jeder Periode vorgenommen werden, wenn die Zeitpunkte für beide Nulidurchgänge der Signale ζ und z1 bestimmt werden.In the two embodiment variants shown in FIG. 5 for the electronic circuit for measuring the phase shift J , the times for the zero crossings of the low-frequency signals are determined with the aid of electronic clock generators, which are known to the person skilled in the art. The accuracy for measuring the difference t, -t between times t. and t and thus the measurement of the phase shift is in principle only limited by the accuracy of the clock generator used. It can therefore be very large if the beats are at a low frequency. The measurement can be made in each period of the low-frequency signal or even twice in each period if the times for both zero crossings of the signals ζ and z 1 are determined.

Auf diese Weise konnte die Anmelderin beispielsweise eine bessere Genauigkeit als 2^fIO" für die Messung der Phasenverschiebung ^erzielen, wobei alle 10 Sekunden eine Messung vorgenommen wurde, was einer Messung pro Periode des niederfrequenten Signals entsprach, da die Dopplerverschiebung auf w1 - w = 2 '< 10 Hz eingestellt wurde.In this way, the applicant was able, for example, to achieve an accuracy better than 2 ^ fIO "for the measurement of the phase shift ^, with a measurement being made every 10 seconds, which corresponded to one measurement per period of the low-frequency signal, since the Doppler shift on w 1 - w = 2 '<10 Hz was set.

Bei einer bevorzugten AusführungsVariante für die Schaltung zur Messung der Phasenverschiebung f sind die Detektoren 70 und 72 sowie der Frequenzmesser 76 und dieIn a preferred embodiment variant for the circuit for measuring the phase shift f , the detectors 70 and 72 and the frequency meter 76 and the

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damit verbundenen Schaltungen 74 und. 78 in digitaler Art ausgeführt.associated circuits 74 and. 78 in digital Kind of executed.

Bei einer anderen, einfacheren AusfuhrungsVariante können die beiden niederfrequenten Signale ζ und z' "auf dem Leuchtschirm eines zweikanaligen Oszilloskops sichtbar gemacht werden. Die Abschätzung der Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen geschieht dann visuell, was für bestimmte Anwendungsfälle genügt, wo die Fluktuationen der Phasenverschiebung '^ langsam erfolgen.In another, simpler variant, the two low-frequency signals ζ and z '"can be made visible on the fluorescent screen of a two-channel oscilloscope. The phase shift between the two signals is then estimated visually, which is sufficient for certain applications where the fluctuations in the phase shift ' ^ done slowly.

Bei wieder einer anderen AusführungsVariante kann die Schaltung für die Messung der Phasenverschiebung Jf die differentieIlen Phasenverschiebungen von einer Periode zur anderen messen, worauf sich dann eine Integration dieser differentiellen Phasenverschiebungen anschließt, als deren Ergebnis die gesamte Phasenverschiebung erhalten werden kann.In yet another embodiment, the circuit for measuring the phase shift Jf can measure the differential phase shifts from one period to another, which is then followed by an integration of these differential phase shifts, as a result of which the total phase shift can be obtained.

In gleicher Weise läßt sich als dritte Äusführungsvariante auch eine Einriehtung mit Modulationker oben definierten Amplitude verwenden, deren Arbeitsweise dem einschlägigen Fachmann geläufig ist. "In the same way, as a third embodiment variant also use a device with a modulation core defined above, whose mode of operation corresponds to the relevant person skilled in the art is familiar. "

Der oben beschriebenen Anordnung stehen zahlreiche Anwendungsmögliehkeiten offen; .The arrangement described above has numerous possible uses; .

a) Das System mit Phasenverschiebung kann beispielsweise ein Plasma sein,das vorübergehend oder permanent vorhanden ist. Der Brechungsindex η eines Plasmas ergibt sich für eine Strahlung der Frequenz w bekanntlich zu:a) The system with phase shift can for example be a plasma that is temporarily or permanently present is. The refractive index η of a plasma for radiation of frequency w is known to be:

40 9819/ 103 340 9819/103 3

-20- 23531 -20-23531

wobei w die Plasmafrequenz bezeichnet, die ihrerseits gegeben ist durch die Beziehung:where w denotes the plasma frequency, which in turn is given by the relationship:

wp =(K Ne2/*)"! . (2)w p = (K Ne 2 / *) "!. (2)

in der N die Elektronendichte des Plasmas bezeichnet.in which N denotes the electron density of the plasma.

Die Phasenverschiebung 4; für eine Welle nach zwei Durchgängen durch einen ein solches Plasma enthaltenden Behälter der Länge L ergibt sich dann zu:The phase shift 4 ; for a wave after two passes through a container of length L containing such a plasma then results in:

f = 2(w/c> J (1-n) dl (3) f = 2 (w / c> J (1-n) dl (3)

wobei sich η aus den oben angegebenen Beziehungen berechnet. Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Messung der Phasenverschiebung -P eine genaue und rasche Beätimmung der Elektronendichte in einem Plasma.where η is calculated from the relationships given above. In this way, the measurement of the phase shift -P according to the invention enables an accurate and rapid determination of the electron density in a plasma.

b) Das System mit Phasenverschiebung kann weiterb) The system with phase shift can continue

eine Substanz sein, deren Brechungsindex nicht bekannt ist und für die die Variationen dieses Brechungsindex gemessen werden sollen. Die gemessene Phasenverschiebung j' steht dann mit dem interessierenden Brechungsindex über die oben angegebene Gleichung (3) in Verbindung.be a substance whose index of refraction is not known and for which the variations in this index of refraction are to be measured. The measured phase shift j ' is then related to the refractive index of interest via equation (3) given above.

c) Das System mit Phasenverschiebung kann weiterhin ein beliebiges Bauelement sein, dessen Bewegung (Translation, Rotation oder Vibration) eine Verschiebung der reflektierenden oder streuenden Oberfläche und damit eine Phasenverschiebung der an dieser Oberfläche reflektierten oder rückgestreuten Strahlung bewirkt. Auf diese Weisec) The system with phase shift can still be any structural element whose movement (translation, Rotation or vibration) a displacement of the reflecting or scattering surface and thus causes a phase shift of the radiation reflected or backscattered on this surface. In this way

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lassen sich mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung die Fluktuationen im Radius eines um seine eigene Achse rotierenden Drehkörpers bestimmen,, indem die Meßstrahlung auf die Außenseite dieses Drehkörpers gerichtet wird. Die Variationen im Radius de? Drehkörpers führen dann zu Fluktuationen in der Phasenverschiebung der auftreffenden Lichtwellen, die sich mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Meßanordnung erfassen lasseh, wodurch sich die Möglichkeit einer genauen Fertigungskontrolle für Drehkörper ergibt. Von besonderem Vorteil ist dabei eine Anwendung auf die Messung des Durchmessers von Turbinen. Diese Meßmethode weist den Vorteil auf, daß keinerlei materieller Kontakt mit dem sich bewegenden Drehkörper für die Messung erforderlich ist.the fluctuations in the radius of a to determine the rotating body rotating around its own axis, by directing the measuring radiation onto the outside of this rotating body. The variations in the Radius de? Rotary bodies then lead to fluctuations in the phase shift of the incident light waves, which can be detected with the aid of the measuring arrangement designed according to the invention, whereby the possibility a precise production control for rotating body results. One is of particular advantage Application to the measurement of the diameter of turbines. This measuring method has the advantage that none material contact with the moving rotating body is required for the measurement.

d) Auf dem Gebiete der Meteorologie gestattet/die erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung die Vornahme von Verschiebungsmessungen.;d) Permitted in the field of meteorology measuring arrangement designed according to the invention of displacement measurements .;

Vorstehend ist bereits als Beispiel die Möglichkeit einer Verwendung -eines CyanwasserstoffSäurelasers (HCN-Laser) mit einer Ausgangsstrahlung der Wellenlänge 357 M als Strahlungsquelle erwähnt worden. Es versteht sich von selbst, daß auch andere Strahlungsq.uelleri verwendbar sind, daß sich also beispielsweise COg-Laser verwenden lassen, die eine Ausgangsstrahlung mit.einer Wellenlänge von 10,6 /U abgeben. Ganz allgemein ist das Gebiet der Infrarotstrahlung von Interesse, wobei sich diese Strahlung insbesondere für die Messung hohper Pla-smadichten als vorteilhaft erweist. Für Plasmadichten in der, GrößenordnungThe possibility of using a hydrogen cyanide acid laser (HCN laser) with an output radiation of wavelength 357 M as a radiation source has already been mentioned as an example. It goes without saying that other radiation sources can also be used, for example COg lasers which emit an output radiation with a wavelength of 10.6 / rev. In general, the field of infrared radiation is of interest, this radiation proving to be particularly advantageous for measuring high plastic densities. For plasma densities in the order of magnitude

!"5 14 -3 ' ■ ■ ■
von 10 bis 10 cm , wie sie in Vorrichtungen zur Untersuchung einer thermischen Kernverschitailzung vorkommen,
! "5 14 -3 '■ ■ ■
from 10 to 10 cm, as it occurs in devices for the investigation of a thermal core dislocation,

4098197103340981971033

liegt nämlich die Plasniafrequent w , wie sie durch die oben angegebene Gleichung (2) definiert ist, etwa bei der der Mikrowellen im Millimeterbereich, die demzufolge schlecht angepaßt werden. Andererseits wird, wenn mannamely, the plasnia frequency w, as defined by equation (2) given above, is approximately in the case of microwaves in the millimeter range, which are therefore poorly matched. On the other hand, if you can

2 22 2

w groß wegen w wählt, der Brechungsindex η desChooses w large because of w, the refractive index η des

P 2/2P 2/2

Plasmas zu η ungefähr gleich 1-w /2w , und die Phasenverschiebung -f ergibt sich zu: -Plasmas to η approximately equal to 1-w / 2w, and the phase shift -f results in: -

L ρ
3) ' W dl
L ρ
3) ' W dl

Da diese Phasenverschiebung dann umgekehrt proportional zur Frequenz w der Sondierungswelle ist, besteht kein Interesse an der Verwendung einer Strahlung von zu hoher Frequenz, wie beispielsweise einer Strahlung im ' Bereich des sichtbaren Lichtes. Der' infrarote Teil des Spektrums bildet daher eine privilegierte Zone, wo die Messung hoher Plasmadichten möglich ist, während die Mikrowellen durch das Plasma geschnitten werden, und die Dichtemessung erfolgt mit hoher Empfindlichkeit.Since this phase shift is then inversely proportional to the frequency w of the probing wave, there is none Interested in using radiation of too high a frequency, such as radiation in the ' Visible light range. The 'infrared part of the spectrum therefore forms a privileged zone where the Measurement of high plasma densities is possible while the microwaves are being cut by the plasma, and the density measurement is carried out with high sensitivity.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Meßanordnung zeigt einen ausgezeichneten Wirkungsgrad, wodurch wie bereits oben erwähnt, die relativ geringe Emissionsleistung der heute bekannten HCN-Laser kein Hindernis für deren Verwendung mehr darstellt, wie dies bei den bisher bekannten Meßanordnungen der Fall ist. Außerdem können sehr einfach gebaute pyroelektrische Detektoren verwendet werden, die bei einer nahe bei Zimmertemperatur liegenden Temperatur arbeiten; beispielsweise kommen Detektoren aus Glygokolesulfat, sogenannten T.G.S., in Betracht. Die Bandbteite dieser Detektoren - heute in der Größenordnung von 100 kHz - legt die obere Grenze fürThe measuring arrangement designed according to the invention shows an excellent efficiency, whereby how already mentioned above, the relatively low emission power of the HCN laser known today is not an obstacle their use represents more, as is the case with the previously known measuring arrangements. Also can Very simply built pyroelectric detectors can be used that operate at near room temperature lying temperature work; for example, detectors made of glygocole sulfate, so-called T.G.S., come in Consideration. The bandwidth of these detectors - today in the order of 100 kHz - sets the upper limit for

4 0 9 8 19/10334 0 9 8 19/1033

2353123531

die'nutzbare Dopplerverschiebung fest. Hinzuzufügen ist noch, daß die Messung, der Phasenverschiebung gemäß der Erfindung unabhängig ist' von der Amplitude der e infallenden Wellen oder Teilwellenida sie allein auf der Bestimmung der Zeitpunkte für die Nulldurchgänge der verschiedenen Phasen beruht. Auf diese Weise wird die Messung unabhängig von den unvermeidlichen Fluktuationen in der Intensität der von den Strahlungsquellen und insbesondere den Lasern abgegebenen Strahlung.the usable Doppler shift. It should be added that the measurement, according to the phase shift of the invention is independent of the amplitude of the e falling waves or partial wavesida them alone the determination of the times for the zero crossings of the different phases. In this way the measurement becomes independent of the inevitable fluctuations in the intensity of the radiation emitted by the radiation sources and in particular the lasers.

409819/103409819/103

Claims (4)

PatentansprücheClaims 1/ Meßanordnung zum Messen der durch ein System zur Phasenverschiebung bei einer elektromagnetischen Strahlung ausgelösten Phasenverschiebung V dadurch gekennzeichnet, daß sie. eine Quelle (2) für elektromagnetische Strahlung (4), die eine Welle der Form χ = a cos wt aussendet, einen mit dieser Welle gespeisten Strahlteiler (6; 30; 100), der die ihm zugefUhrte Welle In zwei Teilwellen (8,10] 32, 34) aufspaltet, ein sich drehendes zylindrisches Beugungsgitter (36), dem die eine dieser Teilwellen zugeführt wird" und das die Frequenz dieser Teilwelle um eine Größe wf - w = (v/c)w verschiebt, wobei c für die Lichtgeschwindigkeit und ν fürdie Komponente der linearen Gittergeschwindigkeit entlang der Richtung der Welle an ihrer Auftreffstelle stehen, ein. auf dem Wege der einen der beiden Teilwellen angeordnetes System (l6) zur Phasenverschiebung, das die Phase der ihm zugeführten Welle um den Wert -P verschiebt, ein Vereinigunp;sglied (20) zum erneuten Vereinigen der beidenjn Frequenz und Phase gegeneinander verschobenen Teilwellen, einen mit dem von diesem Vereinigungsglied abgegebenen Strahl gespeisten ers t en nichtlinearen Detektor (42), der ein niederfrequentes elek trisches Signal z = c cos ["(w1 -w)t- -f 3 abgibt und eine an den Ausgang dieses Detektors angeschlossene Einrichtung (26) zum Messen der in diesem niederfrequenten elektrischen Signal enthaltenen Phasenverschiebung Ϋ aufweist.1 / Measuring arrangement for measuring the phase shift V triggered by a system for phase shifting in electromagnetic radiation, characterized in that it. a source (2) for electromagnetic radiation (4) which emits a wave of the form χ = a cos wt, a beam splitter (6; 30; 100) fed with this wave, which divides the wave supplied to it into two partial waves (8,10 ] 32, 34) splits a rotating cylindrical diffraction grating (36) to which one of these partial waves is fed "and which shifts the frequency of this partial wave by an amount w f - w = (v / c) w, where c for the The speed of light and ν stand for the component of the linear grating speed along the direction of the wave at its point of impact, a system (l6) for phase shifting arranged on the path of one of the two partial waves, which shifts the phase of the wave fed to it by the value -P , a combining element (20) for re-combining the two partial waves shifted in frequency and phase with respect to one another, a first non-linear detector (42) fed with the beam emitted by this combining element, which has a low frequency tes electrical signal z = c cos ["(w 1 -w) t- -f 3 emits and has a device (26) connected to the output of this detector for measuring the phase shift Ϋ contained in this low-frequency electrical signal. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (36) ein in Autokollimation arbeitendes Eehelett£-Gitter ist.2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that that the diffraction grating (36) is an Eehelett £ grating working in autocollimation. 409819/1033409819/1033 3. Meßanordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (36) eine sieh um ihre Achse drehende Metallscheibe ist, in die entlang ihrer Eräugenden Stufen eingeschnitten sind. ■ '3. Measuring arrangement according to claim 2, characterized in that that the diffraction grating (36) is a metal disk rotating about its axis, into which along its eye ends Steps are incised. ■ ' ■- ■ - 4. Meßanordnung nach einemder Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Strahlungsquelle (2) abgegebene Strahlung eine im Bereich des infrarotenliegende Wellenlänge aufweist.4. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the radiation source (2) emitted radiation is in the range of the infrared Has wavelength. 5. Meßanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (2) ein Laser ist. ■5. Measuring arrangement according to claim 4, characterized in that that the radiation source (2) is a laser. ■ 6. Meßanordnung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Cyanwasserstoffsäurelaser (HCN-Laser) ist, der-eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 337 Mikron abgibt.6. Measuring arrangement according to claim 5 *, characterized in that that the laser is a hydrocyanic acid laser (HCN laser) is that-a radiation with a wavelength of Releases 337 microns. ''·. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein-CO2-Laser ist, der eine. Strahlung mit einer Wellenlänge νοηΙΟ,ό Mikron abgibt.'' ·. Measuring arrangement according to Claim 5, characterized in that the laser is a CO 2 laser, the one. Emits radiation with a wavelength νοηΙΟ, ό microns. :-. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis .7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (6) und das Vereinigungsglied (20) ein Interferometer nach Mach-Zehnder bilden. : -. Measuring arrangement according to one of Claims 1 to .7, characterized in that the beam splitter (6) and the combining element (20) form a Mach-Zehnder interferometer. 9. Meßanordnung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine erste- semitransparente Platte (108), die einen Teil der einen Teilwelle (10). vor deren Frequenzverschiebung durch das sich dienende Beugungsgitter (36) aufnimmt, eine zweite semitransparente Platte (110), die einen Teil der Teilwelle (10) nach .ihrer Frequenzverschiebung diarch das sich drehende Beugungsgitter (36) aufnimmt, eine dritte semitransparente Platte (112), die9. Measuring arrangement according to claim 3 *, characterized in that that they also have a first semitransparent plate (108) which forms part of the one partial shaft (10). before their frequency shift through the serving diffraction grating (36) accommodates a second semi-transparent plate (110) which part of the partial wave (10) after its frequency shift diarch the rotating diffraction grating (36) accommodates a third semi-transparent plate (112) which 409819/1033409819/1033 die beiden Teile der abgenommenen Welle vereinigt, einen zweiten nichtlinearen Detektor (51O, der den von der dritten semitransparenten Platte abgegebenen vereinigten Strahl zugeführt erhält und ein niederfrequentes Signal z1 = d cos (w'-w)t abgibt, und in ihrer Einrichtung (26) zum% Messen der Phasenver- ■ Schiebung eine mit dem niederfrequenten Signal z' gespeiste erste Schaltung (72), die den Zeitpunkt t der Nulldurchgänge dieses Signals z1 feststellt, eine mit dem niederfrequenten Signal ζ "gespeiste zweite Schaltung (70), die den zeitpunt t, der Nulldurchgänge dieses Signals ζ feststellt, und eine Meßschaltung (74) zum Messen des die Phasenverschiebung -P ergebenden Abstandes t. -t zwischen den Zeitpunkten t, und t aufweist.the two parts of the picked-up wave are combined, a second non-linear detector (5 1 O, which receives the combined beam emitted by the third semitransparent plate and emits a low-frequency signal z 1 = d cos (w'-w) t, and in its Device (26) for % measuring the phase shift ■ a first circuit (72) fed with the low-frequency signal z ', which determines the time t of the zero crossings of this signal z 1 , a second circuit (70) fed with the low-frequency signal ζ " ), which determines the time t, the zero crossings of this signal ζ, and a measuring circuit (74) for measuring the phase shift -P resulting distance t.-t between the times t 1 and t. 10. Meßanordnung nach Anspruch l zum Messen von-vorübergehenden Phasenverschiebungen -P bei bekanntem Wert der Frequenzverschiebung w'-w, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zum Hessen der Phasenverschiebung f einen Detektor (70) für die Bestimmung der Zeitpunkte t bzw. t.. der Nulldurchgänge des vom ersten nichi|linearen Detektor (42) abgegebenen Signals vor bzw. nach der Einwirkung des Systems (16) zur Phasenverschiebung der ihm zugeführ>ten Wellen (8 bzw. 10), einen mit dem Detektor (70) verbundenen Speicher (80) für die Einspeicherung der vor der Einwirkung des Systems (16) mit Phasenverschiebung auf die Welle η erhaltenen Meßergebnisse für die Zeitpunkte t und eine einerseits an den Ausgang des Detektors (70) und andererseits an den Ausgang des Speichers(80) angeÄchlossene Meßschaltung zum Bestimmen der Differenz t.-t zwischen den Zeit-10. Measuring arrangement according to claim l for measuring temporary phase shifts -P with a known value of the frequency shift w'-w, characterized in that the device (26) for Hessen the phase shift f has a detector (70) for determining the times t or .t .. of the zero crossings of the signal emitted by the first non-linear detector (42) before or after the action of the system (16) for phase shifting the waves (8 or 10) supplied to it, one with the detector (70 ) connected memory (80) for storing the measurement results obtained before the action of the system (16) with phase shift on the wave η for the times t and one to the output of the detector (70) and one to the output of the memory (80) ) Connected measuring circuit to determine the difference t.-t between the time 1 ο1 ο punkten t, und t und damit, der interessierenden Phasenverschiebung f enthält.points t, and t and thus, the phase shift of interest f contains. 409819/1033409819/1033 11. Meßanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zur Messung' der Phasenverschiebung ψ eine Messung für jede Periode T des niederfrequenten Signals durchführt.11. Measuring arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that the device (26) for measuring 'the phase shift ψ carries out a measurement for each period T of the low-frequency signal. ; 1JIiXX. -."."I; 1 JIiXX. -. "." I. "12. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das System (16) mit Phasen-: verschiebung aus einem Plasma besteht, dessen Elektronendichte sich auf dem Wege Über die Phasenverschiebung ^fmessen läßt. ■"12. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the system (16) with phase shift consists of a plasma, the electron density of which can be measured by way of the phase shift ^ f. ■ 1J>· Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das System (16·) mit Phasenverschiebung aus der eine auftreibende Teilwelle . ' t reflektierenden und/oder streuenden Oberfläche eines sich bewegenden Bauteils besteht. 1J> · Measuring arrangement according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the system (16 ·) has a phase shift from the one upwelling partial wave. ' t reflective and / or scattering surface of a moving component. 14. Meßanordnung nach Anspruch \J>, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil um seine eigene Achse rotiert und die auftreffende Welle auf seiner Außenfläche auffängt, vobei die Phasenverschiebung ^ in der gleichen Weise variiert wie der Radius des rotierenden Bauteils.14. A measuring arrangement according to claim \ J>, characterized in that the component rotates about its own axis and absorbs the incident wave on its outer surface, the phase shift ^ varying in the same way as the radius of the rotating component. 15. Meßanordnung nach Anspruchu^.» dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil einer Schwingungsbewegung unterliegt, deren Amplitude in Form der Phasenverschiebung "f meßbar ist. ' ■' . ■ ■/ ■■■■■'"■. . - 15. Measuring arrangement according to Claimu ^. » characterized in that the component is subject to an oscillatory movement, the amplitude of which can be measured in the form of the phase shift "f . '■'. ■ ■ / ■■■■■ '" ■. . - 16. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das System (16) zur Phasenverschiebung ein Material mit unbekanntem optischem Breehungsinde jx η ist, dessen Variation der Variation der Phasenverschiebungy entspricht.16. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the system (16) for phase shift is a material with unknown optical expansion cortex jx η, the variation of which is the variation of the Phase shift corresponds to y. 409819/ 1 033409819/1 033 17. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Detektoren (42 und 54) zur pyroelektrischen Bauart gehören.17. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the non-linear detectors (42 and 54) are of the pyroelectric type. 409819/1033409819/1033
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