DE2520442C2

DE2520442C2 - Kerr cell with rotating field

Info

Publication number: DE2520442C2
Application number: DE19752520442
Authority: DE
Inventors: Antoine Louis Antony Laures
Original assignee: GENERALE D'ELECTRICITE 75382 PARIS FR Cie
Current assignee: GENERALE D'ELECTRICITE 75382 PARIS FR Cie
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1984-05-10
Also published as: DE2520442A1; CH582893A5; FR2270615B1; GB1503386A; FR2270615A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kerr-Zelle mit Drehfeld gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I. Eine solche Zelle ist bekannt, z. B. aus der FR-PS 20 30 539.The invention relates to a Kerr cell with a rotating field according to the preamble of claim I. Such a cell Cell is known e.g. B. from FR-PS 20 30 539.

Es sind Kerr-Zellen aus einem durchsichtigen Material wie beispielsweise Nitrobenzol bekannt, in denen durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine Doppelbrechung induziert wird. Wenn ein zum elektrischen Feld senkrecht verlaufender Lichtstrahl dieses Material durchauert, können in einer zur durch diesen Lichtstrahl bestimmten optischen Achse senkrechten Ebene zwei Hauptachsen bestimmt werden. Eine dieser Hauptachsen verläuft parallel zum elektrischen Feld und die andere senkrecht zu diesem. Der Doppelbrechungseffekt besteht darin, zwischen den Komponenten des Lichtstrahls, dessen Polarisationsebenen zu den entsprechenden Hauptachsen parallel verlaufen, einen Gangunterschied herbeizuführen.They are Kerr cells made of a transparent material known as, for example, nitrobenzene, in which birefringence is achieved by applying an electric field is induced. If a ray of light running perpendicular to the electric field uses this material persisted, two can in a plane perpendicular to the optical axis determined by this light beam Main axes are determined. One of these main axes runs parallel to the electric field and the other perpendicular to this. The birefringence effect is that between the components of the light beam, whose planes of polarization run parallel to the corresponding main axes, a path difference bring about.

So stellt man insbesondere Halbwellensireiien her, die einen Gangunterschied von einer halben Werienlänge in dem sie durchquerenden monochromatischen Lichtstrahl hervorrufen, und insbesondere Halbwellenstreifen, deren elektrisches Induktionsfeld um die optische Achse sowie um die Hauptachse gedreht wird.In particular, half-wave sireries are produced in this way, the one path difference of half a series length in the monochromatic one crossing it Cause light beam, and in particular half-wave stripes, whose electrical induction field is rotated around the optical axis as well as around the main axis.

Solche Halbwellenstreifen mit Drehfeld werden verwendet, wenn man einerseits den durch ein unbekanntes doppelbrechendes optisches Element eingeführten Gangunterschied und andererseits die Richtungen der Hauptachsen dieses Elementes feststellen will:Such half-wave strips with a rotating field are used if, on the one hand, the one introduced by an unknown birefringent optical element I want to determine the path difference and on the other hand the directions of the main axes of this element:

Man sendet entlang der optischen Achse dieses Elements ein zirkulär polarisiertes Licht aus. Das austretende Licht ist elliptisch polarisiert, und die entsprechende Ellipse enthält die gesuchte Information. Zur Untersuchung dieser Ellipse läßt man das Licht durch einen Halbwellenstreifen mit drehenden Hauptachsen hindurchtreten, dem ein Analysator folgt, und man fängt das Licht auf einem Fotodetektor auf, dessen Ausgangssignal zwei synchrone, durch die Drehung der Hauptachsen gesteuerte Demodulationen erfährt. So erhält man die gesuchte information.A circularly polarized light is emitted along the optical axis of this element. The exiting Light is elliptically polarized, and the corresponding Ellipse contains the information you are looking for. To examine this ellipse, one lets the light through one Half-wave strips with rotating main axes pass through, followed by an analyzer, and one catches the light on a photodetector, the output signal of which is two synchronous, due to the rotation of the main axes undergoes controlled demodulations. This is how you get the information you are looking for.

Zur Durchführung der Rotation der Hauptachsen ist es bekannt einen kristallinen Halbwellenstreifen mit Hilfe eines Motors in Drehung zu versetzen. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, daß die Rotationsgeschwindigkeit begrenzt ist, wodurch die Untersuchung von unbekannten optischen Elementen, deren Doppelbrechung durch ein magnetisches oder elektrisches schnell wechselndes Feld erzeugt wird, unmöglich gemacht wird.To carry out the rotation of the main axes, it is known to use a crystalline half-wave strip Help to set a motor in rotation. However, this has the disadvantage that the rotation speed is limited, allowing the study of unknown optical elements, their birefringence generated by a magnetic or electrical rapidly changing field is made impossible will.

fn einer verbesserten bekannter. Vorrichtung verwendet man eine Flüssigkeit, im allgemeinen Nitrobenzol, in der die Doppelbrechung durch ein sich mit genügender Geschwindigkeit drehendes elektrisches Feld erzeugt wird, d. h. eine Kerr-Zelle mit Drehfeld.fn an improved well-known. Device used one a liquid, generally nitrobenzene, in which the birefringence by a sufficient Speed rotating electric field is generated, d. H. a Kerr cell with a rotating field.

Gemäß der oben erwähnten FR-PS werden sechs Elektroden gleichmäßig auf den Mantellinien eines Drehzylinders verteilt angeo-dnet, in dem das Nitrobenzol untergebracht ist, und man speist diese Elektroden über einen Wechsel- oder Drehstromgenerator.According to the above-mentioned FR-PS, six electrodes are evenly placed on the surface lines of one Rotary cylinder distributed angeo-dnet in which the nitrobenzene is housed, and these electrodes are fed via an alternator or three-phase generator.

Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß das so erhaltene elektrische Drehfeld lediglich in einem kleinen Raum um die Zylinderachse herum homogen ist. Dies liegt an der geringen Anzahl von verwendeten Elektroden. Bei vier Elektroden macht der Radius des verwendbaren Volumens etwa 10% des Zylinderradius aus. Will man die Anzahl der Elektroden erhöhen, so ergibt sich aufgrund der schwierigen Herstellung von Mehrphasengeneratoren mit sehr vielen Phasen bald eine Grenze.This arrangement has the disadvantage that the rotating electrical field thus obtained is only small Space around the cylinder axis is homogeneous. This is due to the low number of used Electrodes. With four electrodes the radius of the usable volume is about 10% of the cylinder radius the end. If you want to increase the number of electrodes, the difficult production of Multi-phase generators with a large number of phases will soon be a limit.

Ziel der Erfindung ist die Herstellung einer Kerr-Zelle mit Drehfeld, in der das Drehfeld im größten Teil des zwischen den dieses Feld hervorrufenden Elektroden liegenden Volumens homogen ist und trotzdem die Elektroden durch einen einfachen elektrischen Generator gespeist werden können.The aim of the invention is to produce a Kerr cell with a rotating field, in which the rotating field in most of the between the electrodes causing this field is homogeneous and yet the volume Electrodes can be fed by a simple electrical generator.

Dieses Ziel wird durch die erfindungsgemäße Kerr-Zelle gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausfüh-This goal is achieved by the Kerr cell according to the invention according to the characterizing part of claim 1. With regard to features of preferred embodiments

rungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.Forms of approximation of the invention is based on the subclaims referenced.

Anhand der schematischen F i g. 1 bis 3 wird die Erfindung näher erläutert.Based on the schematic FIG. 1 to 3 the invention is explained in more detail.

Sofern in mehreren dieser Figuren dieselben Bauteile auftauchen, werden sie mit denselben Bezugszeichen versehen.If the same components appear in several of these figures, they are given the same reference symbols Mistake.

F i g. 1 stellt das elektrische Schaltbild einer erfindungsgemäß? η Kerr-Zelle dar.F i g. 1 represents the electrical circuit diagram of a? η represents a Kerr cell.

F i g. 2 stellt einen Schnitt durch die Zelle aus F i g. 1 gemäß einer senkrecht zur Achse dieser Zelle liegenden Ebene dar.F i g. 2 shows a section through the cell from FIG. 1 according to a perpendicular to the axis of this cell Level.

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die Zelle aus F i g. 2 in einer durch die Achse dieser Zelle verlaufenden Ebene. F i g. 3 shows a section through the cell from FIG. 2 in a plane passing through the axis of this cell.

Gemäß F i g. 1 wird ein elektrischer Masseleiter 5 aus einer zylindrischen Metallfolie gebildet. N längliche Elektroden E wie beispielweise Ei, EK, EN sind entlang von Mantellinien eines innerhalb der Folie und zur Metallfolie koaxial liegenden Zylinders angeordnet und weisen untereinander gleiche winkelabstände auf.According to FIG. 1, an electrical ground conductor 5 is formed from a cylindrical metal foil. N elongated electrodes E such as Ei, EK, EN are arranged along surface lines of a cylinder lying coaxially within the foil and to the metal foil and have the same angular spacings from one another.

Jede dieser Elektroden weist im Verhäl'^.is zum Masseleiter 5 eine Kapazität auf, die bei allen Elektroden denselben Wert C hat und durch gestrichelt in F i g. 1 eingezeichnete Kondensatoren wie beispielsweise Cl, CK, symbolisiert wird, die !natürlich in Wirklichkeit nicht als diskrete Elemente vorhanden sind.Each of these electrodes has, in relation to the ground conductor 5, a capacitance which has the same value C for all electrodes and is indicated by a dashed line in FIG. 1 drawn capacitors such as Cl, CK, is symbolized, which! Of course, in reality are not present as discrete elements.

Der von den Elektroden E begrenzte Zylinder wird von einem Material M, beispielsweise Nitrobenzol, eingenommen, in dem durch Anlegen eines elektrischen Feldes eine Doppelbrechung induziert werden kann. Wenn das elektrische Feld parallel zur Ebene der Fohe ausgerichtet ist, dann liegt die optische Achse der so gebildeten Kerr-Zelle parallel zu den Elektroden L. Ein solches Feld kann natürlich auch erzeugt werden, daß entsprechende Potentialunterschiede zwischen diesen Elektroden angelegt werden.The cylinder delimited by the electrodes E is occupied by a material M, for example nitrobenzene, in which birefringence can be induced by applying an electric field. If the electric field is aligned parallel to the plane of the foil, then the optical axis of the Kerr cell formed in this way is parallel to the electrodes L. Such a field can of course also be generated by applying corresponding potential differences between these electrodes.

Spulen, wie beispielsweise L 1 und LK, die alle dieselbe Induktivität L aufweisen, sind jeweils zwischen die Elektrode.; jedes Paares von nebeneinander liegenden Elektroden E geschaltet mit Ausnahme des aus der ersten Elektrode Ei und der letzten ENgpbildeten Elektrodenpaares. So wird eine Verzögerungsleitung zwischen der Elektrode Ei und der Elektrode EN hergestellt. Coils such as L 1 and LK, all of which have the same inductance L , are each between the electrode .; each pair of electrodes E lying next to one another is switched with the exception of the electrode pair formed from the first electrode Ei and the last EN gp. A delay line is thus established between the electrode Ei and the electrode EN .

Zwischen dem Masseleiter 5 ui.d der letzten Elektrode EN liegt eine Parallel-Impedanz Z, die aus einem regelbaren Widerstand, einem regelbaren Kondensator und einer Spule besteht. Diese Impedanz wird so eingestellt, daß sie gleich de. für die zuvor genannte Verzögerungsleitung charakteristischen Impedanz ist und daß jegliche Reflexion von durch diese Leitung zur letzten Elektrode gelangenden elektrischen Signalen verhindert wird. Ihr Wert hängt auch von dem verwendeten Material Mzb. Between the ground conductor 5 and the last electrode EN there is a parallel impedance Z, which consists of a controllable resistor, a controllable capacitor and a coil. This impedance is set so that it is equal to de. is characteristic impedance for the aforesaid delay line and that any reflection of electrical signals passing through this line to the last electrode is prevented. Their value also depends on the Mzb material used.

Zwischen den Masseleiter 5 und die erste Elektrode E1 ist ein elektrischer Sinuswechselspannungsgenerator G geschaltet. Seine Periode ist praktisch gleich der gesamten Verzögerung der oben genannten Verzögerungsleitung zuzüglich einer Einheitsverzögerung zwisehen zwei nebeneinanderliegenden Elektroden.An electrical sinusoidal alternating voltage generator G is connected between the ground conductor 5 and the first electrode E 1. Its period is practically equal to the total delay of the above delay line plus a unit delay between two adjacent electrodes.

Genau gesagt beträgt die Verzögerung T zwischen zwei nebeneinanderliegenden Elektroden T= ]/ L ■ C, die Gesamtverzögerung in der Verzögerungsleitung beträgt rund (N- 1) · T und die Periode P des Generators G ist praktisch P = NT. Diese Periode wird so eingestellt, daß die ar die Elektroden £ angelegten Potentiale im Material M ein elektrisches Feld erzeugen.Specifically, the delay T zw is een two adjacent electrodes T =] / L ■ C, the total delay in the delay line is about (N-1) · T, and the period P of the generator G is practically P = NT. This period is set in such a way that the potentials applied to the electrodes E generate an electric field in the material M.

das sich mit einer möglichst konstanten Geschwindigkeit dreht, wobei die Periode dieser Rotation gleich der des Generators G ist.which rotates at as constant a speed as possible, the period of this rotation being equal to that of the generator G.

Bei den Elektroden E handelt es sich um Kupferstreifen von etwa 1 mm Breite, die serigraphisch auf die Innenseite eines rohrförmigen isolierenden Trägers 6 graviert sind (siehe F i g. 2 und 3), der aus einer Polyester- oder Polytetrafluoräthylenfolie, beispielsweise Äthylen-Glykoi-Polyterephthalat, gebildet wird. Die Dicke dieses Trägers 6 beträgt 0,5 bis 1 mm und seine Länge 150 mm.The electrodes E are copper strips about 1 mm wide, which are serigraphically engraved on the inside of a tubular insulating support 6 (see FIGS. 2 and 3) made of a polyester or polytetrafluoroethylene film, for example ethylene glycol Polyterephthalate. The thickness of this carrier 6 is 0.5 to 1 mm and its length is 150 mm.

Die 36 Elektroden E reichen mit ihren Enden etwas über den Träger hinaus, so daß sie elektrisch angeschlossen werden können.The ends of the 36 electrodes E extend somewhat beyond the carrier so that they can be electrically connected.

Der Masseleiter 5 besteht aus einer Kupferfolie, die auf die Außenseite des Trägers 6 aufgebracht, z. B. aufplattiert ist. Die Breite der Elektroden £und die Stärke des Trägers 6 werden so gewählt, daß die Kapazität jeder der Elektroden im Verhältnis zur Masse etwa 10 pF beträgtThe ground conductor 5 consists of a copper foil which is applied to the outside of the carrier 6, for. B. plated is. The width of the electrodes £ and the thickness of the carrier 6 are chosen so that the capacitance each of the electrodes is approximately 10 pF relative to ground

Der Masseleiter 5 wird von einein rohrförmigen dickwandigen Zellenkörper 11 umgeben, der über den Masseleiter an beiden Enden hinausreicht; er besteht aus einem gegossenen Kunststoff, der mit Nitrobenzol verträglich istThe ground conductor 5 is made of a tubular thick-walled Surrounding cell body 11, which extends beyond the ground conductor at both ends; it consists of a cast plastic that is compatible with nitrobenzene

Sein Innendurchmesser, der praktisch dem Außendurchmesser des Masseleiters 5 gleich ist, beträgt 20 mm, könnte jedoch auch beispielsweise 40 mm sein. Auf der Außenseite des Körpers 11 sind 35 Spulen wie beispielsweise LK mit einer Impedanz von 10 mH angeordnet, die den größten Teil dieser Außenfläche einnehmen; sie sind voneinander nicht nur azimutal, sondern auch in Längsrichtung verschoben. Diese Spulen sind über Drähte wie beispielsweise 3 mit Anschlußklemmen wie beispielsweise 2 und hermetisch schließenden Durchführungen wie beispielsweise 14, die in den Körper 11 gebohrt sind, entsprechend der elektrischen Schaltung gemäß Fig. 1 an die Elektroden Esowie an einen Generator G und eine Impedanz Z, die in den F i g. 2 und 3 nicht dargestellt sind, angeschlossen.Its inside diameter, which is practically the same as the outside diameter of the ground conductor 5, is 20 mm, but could also be 40 mm, for example. On the outside of the body 11, 35 coils such as LK with an impedance of 10 mH are arranged, which take up the greater part of this outer surface; they are shifted from each other not only azimuthally, but also in the longitudinal direction. These coils are connected to electrodes E and to a generator G and an impedance Z via wires such as 3 with connection terminals such as 2 and hermetically sealing bushings such as 14, which are drilled in the body 11, in accordance with the electrical circuit according to FIG which are shown in Figs. 2 and 3 are not shown, connected.

In dem über den Träger 6 hinausreichenden Teil weist der Körper 11 zwei Rohrstutzen 7 auf. durch die das Nitrobenzol ein- und ausgefüllt werden kann. Die Enden des Körpers sind mit zwei scheibenförmigen Fenstern wie beispielsweise 10 verschlossen, die aus einem Glas mit geringer Doppelbrechung gebildet werden. Diese Fenster werden mit Hilfe zweier Muttern wie beispielsweise 8 aus Polytetrafluoräthylen mit Siliziumoxydzuschlag unter Zwischenschaltung von Dichtringen wie beispielsweise 9 an den Enden des Körpers 11 angebracht. In the part that extends beyond the carrier 6, the body 11 has two pipe sockets 7. through the that Nitrobenzene can be filled in and filled out. The ends of the body have two disc-shaped windows such as 10, which are formed from a glass with low birefringence. These Windows are made with the help of two nuts such as 8 made of polytetrafluoroethylene with silicon oxide surcharge attached to the ends of the body 11 with the interposition of sealing rings such as 9.

Der Generator G liefert im Falle eines Halbwellenstreifens eine effektive Spannung von 6 kV mit einer Frequenz von 114 kHz. Diese Frequenz ist auch die Rotationsfrequenz des elektrischen Felds im Nitrobenzol. Die Verlustleistung beträgt etwa 1.5 kW.In the case of a half-wave stripe, the generator G supplies an effective voltage of 6 kV with a frequency of 114 kHz. This frequency is also the frequency of rotation of the electric field in the nitrobenzene. The power loss is around 1.5 kW.

Die Impedanz Z ist im wesentlichen ein Wirkwiderstand mit einem Wert von etwa 25 Kiloohm.The impedance Z is essentially an effective resistance with a value of about 25 kiloohms.

Falls der Innendurchmesser des Körpers 11 40 mm beträgt, würde die effektive Speisespannung 12 kV und die Verlustleistung etwa 6 kW betragen.If the inner diameter of the body 11 40 mm the effective supply voltage would be 12 kV and the power loss is about 6 kW.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Kerr cell with rotating field, which is generated in several linearly shaped electrodes that are practically on the surface lines of a rotating cylinder and have the same mutual angular distances, whereby a material is provided in the cylinder volume formed by the electrodes in which birefringence is caused can, and with the aid of an electrical alternating current generator which acts on the electrodes, an electrical field is generated in the volume, which rotates with the frequency of the generator, characterized in that the Kerr cell also has an electrical ground conductor (5), which consists of a metal foil laid practically coaxially around the electrodes (EX, EN, EK) so that in relation to the mass all these electrodes have the same capacitance, and several of the same type? Coils (L 1, LK) , the number of which is equal to the number of electrodes minus one, each of these electrodes (El, EK) except for a "last" electrode (EN) being connected to the following electrode via one of these coils , so that there is a delay line between a first and a spatially adjacent last electrode, and that the cell finally has a terminal impedance (Z) , the value of which is equal to the characteristic impedance of the delay line and that between the last electrode (EK) and the mass is connected, wherein the alternating electric current generator (g) between the first electrode (EX) and the ground is located and having a period that g ^e: h is the total delay of delay line plus the delay between two adjacent electrodes?.

2. Cell according to claim 1, characterized in that it has a thin tubular insulating support (6) in the form of a rotary cylinder which limits the effective volume, the electrodes (E I, EK, EN) from on the inside of the support: (6) are made of attached metal strips and wherein the ground conductor (5) is formed from a metal foil attached to the outside of this carrier.

3. Cell according to claim 2, characterized in that it has a thick tubular body (11) which surrounds the support (6) and holds it in a coaxial position, two windows (10) closing the two ends of the body (11) and wherein the coils (L 1, LK) are attached to the outside of the tubular body (11) and are connected to the electrodes (EX, EK, EN) via wires which run tightly through the wall of this body.