DE2658429A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerlegen eines energiestrahls - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum zerlegen eines energiestrahlsInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Zerlegen eines Energie Strahls
Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein optisches System, in welchem ein einziger Kanal in mehrere Kanäle umgewandelt
wird und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerlegen eines EnergieStrahls in zwei divergierende Energiestrahlen
ohne störende Beeinflussung von Hebenbildern.
Ein Anwendungsgebiet solcher Strahlenteiler sind optische Übertragungssysteme, welche einen Sender und einen entfernten
Empfänger benutzen. Der Sender verwendet einen Laser, um einen Laserstrahl zu erzeugen, auf dem modulierte Information
angeordnet wird. Ein optischer Strahlenteiler wird in dem Weg des optischen Trägers angeordnet, um den optischen Träger
in zwei Haupt strahlen zu zerlegen. Ein Haupt strahl wird mit Information moduliert und zum Empfänger übertragen. Der andere
Haupt strahl wird in einem Rückkopplungskreis verwendet, um die Frequenz und Amplitude des Laser-Trägerstrahls konstant zu
halten. Der Empfänger benutzt einen optischen Strahlenvereiniger, um ein optisches Signal, das durch einen lokalen
Oszillator erzeugt wird, und auf den optischen Strahlenvereiniger auftrifft, in zwei Energiestrahlen zu zerlegen und um
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den ankommenden modulierten Träger, der auf diesen auftrifft,
in zwei Energiestrahlen zu zerlegen. Anschließend werden die resultierenden Energiestrahlen zu einem Paar
vereinigter Strahlen vereinigt. Einer der vereinigten Strahlen wird in einem optischen Detektor im Empfänger
untersucht. Dieser erste vereinigte Strahl verbesserte die Empfindlichkeit des Detektors. Der zweite vereinigte
Strahl wird zu dem lokalen Oszillator zu dessen Steuerung zurückgeführt. Strahlenteiler sind außerdem auf dem Gebiet
der Holographie und bei optischen Instrumenten wie Interferometern,
bei welchen zwei Strahlen verwendet werden, um Interferenzmuster zu erzeugen, nützlich.
Normalerweise bestehen Energiestrahlenteiler aus einem
planparallelen oder im wesentlichen planparallelen Stück eines polierten, durchlässigen Materials mit einer ersten
und einer zweiten Oberfläche. Ein ankommender Energiestrahl wird von der ersten Oberfläche aufgenommen und der
ankommende Energiestrahl wird durch die erste Oberfläche in einen nach außen reflektierten Strahl und einen nach
innen durchgelassenen Strahl zerlegt. Der durchgelassene Strahl wird durch die zweite Oberfläche in einen nach außen
durchgelassenen Strahl und einen nach innen reflektierten Strahl zerlegt. Der nach außen reflektierte Strahl und der
nach außen durchgelassene Strahl sind die beiden nützlichen Hauptstrahlen.
Obwohl der normale planparallele Strahlenteiler den ankommenden Strahl in zwei resultierende Energiestrahlen zerlegt,
weist er den erheblichen Nachteil auf, daß der nach innen reflektierte Strahl, wenn dieser zu der ersten Oberfläche
zurückreflektiert wird,in einen zweiten nach außen durchgelassenen Strahl und einen zweiten nach innen reflektierten
Strahl zerlegt wird. Der zweite nach innen
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reflektierte Strahl wird in einen dritten nach außen durchgelassenen
Strahl und einen dritten nach innen reflektierten Strahl an der zweiten Oberfläche zerlegt. Diese vielfachen
inneren Reflexionen, welche vielfache nach außen durchgelassene und reflektierte Strahlen ergeben, setzen sich durch
den Energiestrahlenteiler fort. Die vielfachen nach außen durchgelassenen Strahlen treten mit den ersten nach außen
reflektierten und durchgelassenen Strahlen in Wechselwirkung, wodurch schädliche Störungen hervorgerufen werden. Diese
Störungen bestehen darin, daß jeder der zweiten durchgelassenen und reflektierten Strahlen sich mit den ersten
durchgelassenen und reflektierten Strahlen vereinigt, wodurch
eine Veränderung der Intensität der ersten durchgelassenen und reflektierten Strahlen verursacht wird. Es wird dann
äußerst schwierig, die Intensitäten der nach außen reflektierten und durchgelassenen Strahlen vorauszusagen, da sie von der
genauen Kenntnis der Dicke des Strahlenteilers, des Brechungsindexes und des Einfallswinkels des ankommenden Strahls abhängen.
Bisher sind reflexmindernde Beläge an der zweiten Oberfläche verwendet worden, um den nach innen reflektierten Strahl zu
eliminieren. Aufgrund von Unzulänglichkeiten in den Belagen sind sie nicht sehr erfolgreich gewesen, die besonderen
äußeren Übertragungen der inneren Reflexionen vollständig zu eliminieren. Bei einer anderen Vorrichtung wird ein geringfügig
keilförmiger Energiestrahlenteiler verwendet, welcher eine direkte Interferenz der zweiten durchgelassenen und
reflektierten Strahlen durch Trennung dieser Strahlen von den ersten nach außen reflektierten und durchgelassenen
Strahlen verhindert. Der Energiestrahlenteiler erzeugt jedoch immer noch die unerwünschten sekundären nach außen durchgelassenen
und reflektierten Strahlen, welche im wesentlichen co-linear mit den ersten nach außen reflektierten und durchgelassenen
Strahlen sind und daher für den Nachweis der
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ersten nach außen reflektierten und durchgelassenen Strahlen abträglich sind.
Wenn der Energiestrahlenteiler als Strahlenvereiniger
verwendet wird, treten die gleichen nachteiligen Wirkungen auf, wie sie im Vorhergehenden für den typischen Energiestrahlenteiler
"beschrieben worden sind. Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese nachteiligen Wirkungen zu vermeiden.
Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren zur Ausbildung von zwei divergierenden Energiestrahlen aus einem
einzigen Energiestrahl erreicht durch Zerlegen des einzigen EnergieStrahls an einer ersten Oberfläche eines keilförmigen
Energiestrahlenteilers in einen nach außen reflektierten und einen nach innen durchgelassenen Strahl, Zerlegen des nach
innen durchgelassenen Strahls an einer zweiten Oberfläche des keilförmigen Energiestrahlenteilers in einen nach innen
reflektierten und einen nach außen durchgelassenen Strahl und durch im wesentlichen totales Reflektieren des nach innen
reflektierten Strahls zwischen der ersten und zweiten Oberfläche, bis der nach innen reflektierte Strahl ein Ende des
keilförmigen Energiestrahlenteilers erreicht.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist dieses Verfahren gekennzeichnet durch Zerlegen eines
zweiten EnergieStrahls in einen nach außen reflektierten
Strahl und einen nach innen durchgelassenen Strahl an der zweiten Oberfläche des keilförmigen Energiestrahlenteilers,
Zerlegen des nach innen durchgelassenen Strahls in einen ersten nach innen reflektierten Strahl und einen ersten nach
außen durchgelassenen Strahl an der ersten Oberfläche, Zerlegen des ersten nach innen reflektierten Strahls in einen
zweiten nach innen reflektierten Strahl und einen zweiten nach außen durchgelassenen Strahl an der zweiten Oberfläche,
Vereinigen des nach außen reflektierten, aus dem ersten auf
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die erste Oberfläche einfallenden Energiestrahl gebildeten
Strahls mit dem ersten nach außen durchgelassenen Strahl zur Bildung eines ersten vereinigten
Strahls, VeieLnigen des nach außen durchgelassenen, aus
dem ersten auf die erste Oberfläche einfallenden Energiestrahl gebildeten Strahls mit dem zweiten durchgelassenen
Strahl zur Bildung eines zweiten vereinigten Strahls und durch im wesentlichen totales Reflektieren des zweiten nach
innen reflektierten Strahls zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche, bis der zweite nach innen reflektierte
Strahl das Ende des keilförmigen EnergieStrahlenteilers erreicht.
Weitere Vorteile, Merkmale und .Anwendungsmöglichkeiten der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
dem Energiestrahlenteiler, dem einfallenden Strahl, den resultierenden Strahlen und dem nach innen
reflektierten Strahl und
Pig. 2 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Vorrichtung zur Durchführung eines abgewandelten
Verfahrens mit dem Energiestrahlenteiler, zwei einfallenden Strahlen, den vereinigten resultierenden
Strahlen und den nach innen reflektierten Strahlen.
Allgemein umfasst die Methode zur Ausbildung von zwei divergierenden Energiestrahlen aus einem einzigen Energiestrahl
das Zerlegen des einzigen EnergieStrahls in einen
nach außen reflektierten Strahl und einen nach innen durchgelassenen Strahl an einer ersten Oberfläche eines keilförmigen
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EnergiestrahlenteHers, das Zerlegen des'nach, innen durchgelassenen
Strahls in einen nach innen reflektierten Strahl und einen nach außen durchgelassenen Strahl an einer zweiten
Oberfläche des keilförmigen Energiestrahlenteilers und das
im wesentlichen totale Reflektieren des nach innen reflektierten Strahls zwischen der ersten und der zweiten
Oberfläche, bis der nach innen reflektierte Strahl ein Ende des keilförmigen EnergieStrahlenteilers erreicht.
In Fig. 1 ist ein Energie strahlenteiler 10 mit einer ersten
Oberfläche 12 zum Zerlegen eines einfallenden EnergieStrahls
14» der von einer Vorrichtung 16 zur Erzeugung eines Energiestrahls
herkommt, in einen nach außen reflektierten Strahl und einen nach innen durchgelassenen Strahl 22 gezeigt. Eine
zweite Oberfläche 18 ist im Abstand von der ersten Oberfläche 12 angeordnet zum Zerlegen des nach innen durchgelassenen
Strahls 22 in einen nach außen durchgelassenen Strahl 24 und einen nach innen reflektierten Strahl 26. Die
zweite Oberfläche 18 bildet mit der ersten Oberfläche 12 einen Winkel o( , so daß der nach innen durchgelassene Strahl 22
auf die zweite Oberfläche 18 unter einem Einfallswinkel VC auftrifft,
der kleiner als der kleinste für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderliche Winkel ist,
und daß der nach innen reflektierte Strahl 26 auf die erste Oberfläche 12 unter einem Einfallswinkel ιλ- auf trifft, der
den kleinsten für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderlichen Winkel überschreitet.
Der Energiestrahlenteiler 10 weist darüber hinaus ein Paar von Enden 28 und 30 auf. Obwohl nicht dargestellt, wird angemerkt,
daß der Energiestrahlenteiler 10 auch ein Paar von Seiten aufweisen kann, wodurch eine feste geometrische Gestalt
ausgebildet wird. Wenn erwünscht, kann der Energiestrahlenteiler
10 auch die Form einer Scheibe (nicht gezeigt) aufweisen, bei welcher das Ende 30 eliminiert ist und das Ende 28 den
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- 20 -.
äußeren Umfang der Scheibe bildet.
äußeren Umfang der Scheibe bildet.
Der Energiestrahlenteiler 10 besteht aus einem durchlässigen
Material wie z.B. Glas, Quarz oder Zinkselenid, das einen Brechungsindex η aufweist, der größer als der
Brechungsindex *7 .. des umgebenden Mediums, z.B. Luft, ist.
Die erste und zweite Oberfläche 12 und 18 sind jeweils vorzugsweise zu einer im wesentlichen glatten Oberfläche
poliert, so daß die verschiedenen auf die Oberflächen 12 und 18 auftreffenden Strahlen nicht durch irgendwelche
Deformationen auf den Oberflächen diffus in verschiedene Richtungen gestreut werden. Wenn der Energiestrahlenteiler
eine rechteckige Form aufweist, sind die Enden 28 und 30 mit einer Vielzahl von beabstandeten Vorsprüngen 32 entlang
der Längsrichtung des Energiestrahlenteilers 10 versehen. Wenn der Energiestrahlenteiler 10 eine Scheibe ist, ist der
äußere Umfang 28 mit beabstandeten Vorsprüngen 32, die sich um den äußeren Umfang der Scheibe erstrecken, versehen.
Damit der Energiestrahlenteiler 10 einen einzigen Energiestrahl 14 in zwei Energiestrahlen 20 und 24 zerlegen kann,
ist eine Vorrichtung 16 zur Erzeugung eines EnergieStrahls
vorgesehen, die einen Energiestrahl 14 erzeugt, welcher bei richtiger Ausrichtung auf die erste Oberfläche 12 einfällt.
Die Vorrichtung 16 zur Erzeugung des EnergieStrahls
kann irgendeine herkömmliche Vorrichtung sein, welche einen Energiestrahl erzeugen kann. Vorzugsweise ist die Vorrichtung
16 jedoch z.B. ein herkömmlicher Laser, eine Wolframlampe,
eine Bogenlampe od. dgl. Darüber hinaus zerlegt der Energiestrahlenteiler optische Energiestrahlen mit Frequenzen im
ultravioletten, sichtbaren und infraroten Frequenzbereich.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung 16 zur Erzeugung des optischen Energie Strahles einen im wesentlichen nicht
divergierenden optischen Energiestrahl erzeugen, wie z.B. ein herkömmlicher Laser. Die Vorrichtung 16 zur Erzeugung
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eines optischen EnergieStrahls erzeugt, wenn sie aus einem
Laser besteht, einen im wesentlichen nicht divergierenden optischen Energiestrahl 14, der auf seinem optischen Weg
zu einem Punkt 34 auf der ersten Oberfläche 12 des Energiestrahlenteilers
10 verläuft. Vorzugsweise trifft der optische Energiestrahl 14 auf der ersten Oberfläche 12 am Punkt 34
auf und unter einem Winkel kleiner als 90° zur ersten Oberfläche 12, wobei ein Einfallswinkel β mit der Normalen N
der ersten Oberfläche 12 gebildet wird, so daß ein reflektierter Strahl 20 erzeugt wird.
Wenn der optische Energiestrahl 14 auf die erste Oberfläche 12 am Punkt 34 unter einem Einfallswinkel ρ auftrifft, wird
die erste Oberfläche 12 den optischen Energiestrahl 14 teilweise als einen nach außen, reflektierten Strahl 20 weg von
der ersten Oberfläche 12 des Eriergiestrahlenteilers 10 unter einem Reflexionswinkel, der dem Einfallswinkel ß für den
optischen Energiestrahl 14 entspricht, reflektieren. Der nach außen reflektierte Strahl 20 ist einer der beiden durch den
Energiestrahlenteiler 10 erzeugten Strahlen, der als nützlicher Hauptstrahl betrachtet wird und z.B. als optischer Trägerstrahl
verwendet wird, auf den Information in bekannter Weise aufmoduliert wird. Zusätzlich zu der Erzeugung des nach
außen reflektierten Strahls 20 läßt die erste Oberfläche 12 den optischen Energiestrahl 14 teilweise als nach innen durchgelassenen
Strahls 22 durch den Energiestrahlenteiler 10 hindurch,
der am Punkt 36 auf die zweite Oberfläche 18 auftrifft.
Wenn der Brechungsindex η größer als der Brechungsindex tj *
ist, wird der nach innen durchgelassene Strahl 22 innerhalb des EnergieStrahlenteilers 10 unter einem Brechungswinkel T" in
Bezug auf die Normale N gebrochen, der kleiner als der Einfallswinkel
A ist.
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Wenn der nach innen durehgelassene Strahl 22 am Punkt
auf die zweite Oberfläche 18 auftrifft, geschieht dies unter einem Einfallswinkel t^ mit der Normalen N^. Die
zweite Oberfläche 18 reflektiert den nach innen durchgelassenen Strahl 22 nach innen als einen nach innen reflektierten
Strahl 26 unter einem Reflexionswinkel, der dem Einfallswinkel t*2 des nach innen durchgelassenen
Strahls 22 entspricht. Der nach innen reflektierte Strahl breitet sich durch den Energiestrahlenteiler 10 aus und
trifft am Punkt 38 auf die erste Oberfläche 12.
Zusätzlich zur teilweisen Reflexion des nach innen durchgelassenen
Strahls 22 läßt die zweite Oberfläche 18 teilweise den nach innen durchgelassenen Strahl 22 als einen nach
außen durchgelassenen Strahl 24 durch. Der nach außen durehgelassene
Strahl 24 wird von der Oberfläche 18 des Energiestrahlenteilers 10 unter einem Brechungswinkel f mit der
Normalen N^ abgestrahlt, der größer als der Einfallswinkel
\aS> ist. Der nach außen durehgelassene Strahl 24 ist der
zweite nützliche Hauptstrahl, der von dem Energiestrahlenteiler
10 erzeugt wird, und wird z.B. in einem Rückkopplungskreis verwendet, um die Frequenz und Amplitude des optischen
Laserstrahls 14 konstant zu halten.
Es wird angemerkt, daß der Einfallswinkel (<& zwischen dem
nach innen durchgelassenen Strahl 22 und der Normalen IL
kleiner sein muß als der kritische Winkel, der für eine totale innere Reflexion für das gegebene Material des
EnergieStrahlenteilers 10 erforderlich ist, so daß der nach
innen durehgelassene Strahl 22 teilweise als nach außen durchgelassener Strahl 24 durchgelassen wird. Dies wird dadurch
erreicht, daß die erste und zweite Oberfläche 12 und
18 einen geeigneten WinkeloC miteinander bilden für eine gegebene
Frequenz des Energie Strahls 14, einen Einfallswinkel/^
und einen Brechungsindex η des Energiestrahlenteilers
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Da der nach außen reflektierte Strahl 20 und der nach
außen durchgelassene Strahl 24 die nützlichen Hauptstrahlen
sind, soll kein anderer Strahl von dem Energiestrahlenteiler 10 erzeugt werden, der die Hauptstrahlen
20 und 24 störend beeinflussen würde. Dies wird erreicht durch eine im wesentlichen totale Innere Reflexion des
Strahls 26 innerhalb des Energiestrahlenteilers 10, bis der nach innen reflektierte Strahl 26 das Ende 28 erreicht,
d.h. die erste und zweite Oberfläche 12 und 18 müssen jeweils den Strahl 26 im wesentlichen total nach innen reflektieren,
ohne irgendeinen Teil des Strahls 26 nach außen durchzulassen. Daher müssen die Reflexionswinkel Α',
m und 1 mit den Normalen N, IL und N an den Punkten 38,
und 42 auf der ersten und zweiten Oberfläche 12 und 18 jeweils
den kleinsten Winkel, d.h. den kritischen Winkel, der für eine im wesentlichen -totale innere Reflexion in dem
Energiestrahlenteiler 10 mit einem Brechungsindex h erforderlich
ist, überschreiten. Um daher nur zwei Hauptstrahlen 20 und 24 zu erzeugen, müssen die Winkel ^und A^
kleiner als der kleinste Winkel, d.h. der kritische Winkel, der für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderlich
ist, semund die Winkel W*, m und 1 müssen den
kritischen Winkel überschreiten. Die erste und zweite Oberfläche 12 und 18 bilden einen Winkel Di miteinander, so daß
jedesmal, wenn ein Strahl nach innen reflektiert wird von der ersten und zweiten Oberfläche 12 und 18, der Reflexionswinkel
größer ist als der vorausgehende Reflexionswinkel, wodurch gewährleistet wird, daß der kritische Winkel für eine
im wesentlichen totale innere Reflexion überschritten wird. Der Winkel W>
wird daher größer als der Winkel ^r , der Winkel/*'
größer als der Winkel to , der Winkel m größer als der
Winkel U' und der Winkel 1 größer als der Winkel m sein.
Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, muß der Keilwinkel zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 12 und 18
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folgenden G-Ieichungen genügen:
(1 ) c( ^ /arcsin — - aresin (■-- χ sin/6 ) /
(2) O^ J>
£/arcsin ~ - arcsin (~- χ sin/4 W
Der Wert des Winkels kann innerhalb der durch die Gleichungen (1) und (2) bestimmten Grenzen variieren.
Vorzugsweise wird jedoch ein Keilwinkel p( verwendet,
der in der Mitte dieses Bereiches liegt, so daß sich folgender Winkel ergibt:
(3) Öl = .75 [_arcsin -1 - arcsin (~ xsin/) ) / .
Der kritische Winkel,der für eineinwesentlichen totale
innere Reflexion erforderlich ist, wird durch folgende Gleichung gegeben:
(4) Q0 = arcsin S-
Wenn der Energiestrahlenteiler 10 z.B. aus Zinkselenid besteht, das umgebende Medium Luft ist und der Energiestrahl
eine Frequenz von 10,6 /um aufweist, lieferte die Gleichung (4) für den kritischen Winkel, der für eine im wesentlichen
totale innere Reflexion erforderlich ist, den Wert 24°371·
Vorausgesetzt, daß der Energiestrahl 14 auf die erste Oberfläche 12 unter einem Einfallswinkel ρ gleich 45° einfällt,
ergibt sich bei Einsetzung^er obigen Zahlenwerte in die Gleichungen (1) und (2) für den KeilwinkelOC ein Wert 3°20"»
< (X <6°40'- . Aus Gleichung (3) ergibt sich ein Keilwinkel (A von 4°59'.
Wie im Vorhergehenden festgestellt worden ist, wird der nach innen reflektierte Strahl 26 zwischen der ersten und zweiten
Oberfläche 12 und 18 reflektiert, bis er dasEnde 28 erreicht.
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Das Ende 28 ist vorzugsweise nicht glatt ausgebildet wie die Oberflächen 12 und 18, sondern mit einer Mehrzahl von.
im Abstand angeordneten Vorsprüngen 32 ausgebildet, die sich
längs des Energiestrahlenteilers 10 erstrecken, wenn der Energiestrahlenteiler 10 eine im wesentlichen rechtwinklige
Form aufweist. Wenn der Energiestrahlenteiler 10 eine Scheibenform aufweist, erstrecken sich die Vorsprünge 32
rund um seinen Umfang.
Wenn der nach innen reflektierte Strahl 26 auf das Ende trifft, zerstreuen die Vorsprünge 32 den nach innen reflektierten
Strahl 26 diffus in eine Vielzahl von Strahlen 44. Die unter vielen Winkeln zerstreuten Strahlen 44 haben eine zu
schwache Intensität, um die Hauptstrahlen 20 und 24 nachteilig
zu beeinflussen, wenn sie mit den Hauptstrahlen und 24 in Wechselwirkung treten sollten.
Die erste Oberfläche 12 kann mit einem teilweise reflektierenden Belag 46 beschichtet werden, der den Prozentsatz des optischen
EnergieStrahls 14, der als nach außen reflektierter Strahl von der ersten Oberfläche 12 reflektiert wird, erhöht. Es kann
jeder bekannte und kommerziell erhältliche teilweise reflektierende Belag verwendet werden. Vorzugsweise werden
spezielle teilweise reflektierende Beläge für spezielle Frequenzbereiche des optischen EnergieStrahls 14 verwendet,
z.B. werden im ultravioletten und sichtbaren Frequenzbereich Beläge aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Titanoxid bevorzugt.
Im infraroten Frequenzbereich werden vorzugsweise Beläge aus Zinksulfid und Thoriumfluorid bevorzugt. Der obige teilweise
reflektierende Belag 46 wird auf die erste Oberfläche 12 in bekannter Weise aufgebracht. Vorzugsweise wirdeine
bestimmte Anzahl von Belagsschichten aufgebracht. Die Anzahl
und Dicke der Belagsschichten bestimmt die Steigerungsrate des Prozentsatzes des optischen Strahls 14, der als nach außen
reflektierte Strahl 20 reflektiert wird.
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Die zweite Oberfläche 18 kann mit einem im wesentlichen reflexmindernden Belag 48 beschichtet werden, der dea
Prozentsatz des nach innen durchgelassenen Strahls 22, der als nach außen durchgelassener Strahl 24 durchgelassen
wird, erhöht. Der im wesentliche reflexmindernde Belag 48 besteht aus dem gleichen Material, das vorher für den teilweise
reflektierenden Belag beschrieben worden ist, ausgenommen, das relativ wenige Beläge in bekannter Weise aufgebracht
werden.
In Pig. 2 ist ein Energiestrahlenteiler 10 dargestellt, der auch als Strahlenvereiniger verwendet werden kann. Wenn in
dieser Konfiguration verwendet, wird ein erster optischer Energiestrahl 14, der durch eine Vorrichtung 16 erzeugt wird,
in einen nach außen reflektierten Strahl 20 und einen nach außen durchgelassenen Strahl 24 zerlegt, wie in Verbindung
mit I1Ig. 1 im Vorhergehenden beschrieben worden ist.
Ein zweiter optischer Energiestrahl 50, der dem optischen Energie strahl 14 ähnlich ist, wird durch eine Vorrichtung 52
erzeugt, z.B. einem lokalen optischen Oszillator, der im Empfänger eines optischen Übertragungssystems verwendet wird.
Der optische Energiestrahl 50 wandert von der Vorrichtung 52
zur Erzeugung eines optischen EnergieStrahls auf einem
optischen Weg zu einem Punkt 54 auf der zweiten Oberfläche 18 des Energiestrahlenteilers 10. Vorzugsweise triffi/der
optische Energiestrahl 50 am Punkt 54 auf der zweiten Oberfläche 18 unter einem Winkel zwischen der Normalen IL und
der zweiten Oberfläche 18 auf, wobei ein Einfallswinkel k gebildet wird.
Die zweite Oberfläche 18 reflektiert teilweise den optischen Energiestrahl 50 als einen nach außen reflektierten Strahl 56
unter einem Reflexionswinkel, der im wesentlichen gleich dem Einfallswinkel k des optischen EnergieStrahls 50 ist. Der nach
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außen reflektierte Strahl 56 ist kein nützlicher Hauptstrahl
und kann daher störend sein, wenn eine Wechselwirkung mit den optischen Hauptstrahlen, diedurch den
optischen Energiestrahl 50, wie weiter unten erläutert wird, erzeugt werden, oder dem nach außen durchgelassenen
Hauptstrahl 24, der aus dem optischen Energiestrahl 14 erzeugt wird, möglich ist. Der Reflexionswinkel k für den
nach außen reflektierten Strahl 56 ist daher vorzugsweise erheblich kleiner als der Brechungswinkel für den nach außen
durchgelassenen Strahl 24, so daß der nach außen reflektierte Strahl 56 und der nach außen durchgelassene Strahl 24
divergieren und nicht miteinander interferieren. Darüber hinaus kann ein herkömmlicher und gut bekannter optischer
Energieabsorber oder Auffänger vor den nach außen reflektierten Strahl 56 gestellt werden, um diesen zu absorbieren,
so daß er nicht mit den Hauptstrahlen interferiert oder in Konflikt kommt. Zusätzlich zur Erzeugung des nach außen
reflektierten Strahls 56 läßt die zweite Oberfläche 18 den optischen Energiestrahl 50 teilweise als einen nach innen
durchgelassenen Strahl 58 durch. Der nach innen durchgelassene
Strahl 58 breitet sich durch den Energiestrahlenteiler
10 bis zur ersten Oberfläche 12 aus.
Der nach innen durchgelassene Strahl 58 trifft vorzugsweise
am Punkt 34 auf die erste Oberfläche 12 auf, der dem Punkt entspricht, an welchem der optische Energiestrahl 14 auf
der ersten Oberfläche 12 auf trifft. Die erste Oberfläche läßt den nach innen durchgelassenen Strahl 58 teilweise als
einen ersten nach außen durchgelassenen Strahl 60 durch. Der erste nach außen durchgelassene Strahl 60 breitet sich weg
von der ersten Oberfläche 12 des EnergieStrahlenteilers 10 unter einem Brechungswinkel q aus. Zusätzlich reflektiert
die erste Oberfläche 12 den nach innen durchgelassenen Strahl 58 als einen ersten nach innen reflektierten Strahl 62 mit
einem Reflexionswinkel t.
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Der erste nach außen durchgelassene Strahl 60 ist der erste
nützliehe Hauptstrahl, der aus dem optischen Energiestrahl 50 erzeugt wird. Da "bei dieser Ausgestaltung der Energiestrahlenteiler
10 ein Strahlenvereiniger ist, werden der nach außen reflektierte Strahl 20 und der erste nach außen
durchgelassene Strahl 60 zur Bildung eines einzigen ersten vereinigten Strahls 64 vereinigt. Der erste vereinigte Strahl
64 ist der erste nützliche Hauptstrahl, der von dem Energiestrahlenteiler
10 erzeugt wird und der z.B. als der Strahl verwendet werden kann, der durch den herkömmlichen Detektor
in dem optischen Übertragungsempfanger nachgewiesen werden soll.
Um den nach außen reflektierten Strahl 20 mit dem ersten
nach außen durchgelassenen Strahl 60 zu vereinigen, muß der erste nach außen durchgelassene Strahl 60 die Oberfläche 12
am gleichen Punkt 34 und unter dem gleichen Winkel β wie der nach außen reflektierte Strahl 20 verlassen. Daher muß
der nach innen durchgelassene Strahl 58 auf die erste Oberfläche 12 im wesentlichen am Punkt 34 unter einem Einfallswinkel
t auftreffen, der einen Brechungswinkel q. für den nach außen durchgelassenen Strahl 60 erzeugt,der im wesentlichen
gleich dem Reflexionswinkel P für den nach außen reflektierten Strahl 20 ist. Es muß daher der richtige Brechungsindex η für
den Energiestrahlenteiler 10, der richtige Einfallswinkel k für
den optischen Energiestrahl 50 und der richtige Punkt 54 auf der zweiten Oberfläche 18 gewählt werden, um zu gewährleisten,
daß der nach außen reflektierte Strahl 20 mit dem ersten nach außen durchgelassenen Strahl 60 zur Bildung des ersten vereinigten
Strahls 64 vereinigt wird.
In Fig. 2 ist nur aus Illustrationsgründen ein vom Punkt unterschiedliche Auftreffpunkt des nach innen durchgelassenen
Strahls 58 auf die erste Oberfläche 12 gezeigt, so daß der
erste nach außen durchgelassene Strahl 60 im Abstand und parallel zu dem nach außen reflektierten Strahl 20 gezeigt
ist, so daß die verschiedenen Wege der verschiedenen von dem
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optischen Energiestrahl 50 erzeugten Strahlen gezeigt
werden kann. Es wird jedoch angemerkt, daß in der Praxis die verschiedenen vom optischen Energiestrahl 50
erzeugten Strahlen nach Auftreffen des nach innen durchgelassenen
Strahls 58 auf die erste Oberfläche 12 parallel zu den verschiedenen vom optischen Energiestrahl 14 erzeugten
Strahlen sind und die gleichen optischen Wege . haben wie diese Strahlen.
Um zu gewährleisten, daß der nach innen durchgelassene Strahl 58 auf die erste Oberfläche 12 am Punkt 34 und
unter einem Einfallswinkel t auftrifft, so daß der erste
nach außen durchgelassene Strahl 60 parallel zu dem nach außen reflektierten Strahl 20, der erste nach innen
reflektierte Strahl 62 parallel zu dem nach innen durchgelassenen Strahl 22, der zweite nach außen durchgelassene
Strahl 66 parallel zu dem nach außen durchgelassenen Strahl 24 und der zweite nach innen reflektierte Strahl 70 parallel
zu dem nach innen reflektierten Strahl 26 übertragenwird, muß der Einfallswinkel k des zweiten optischen Energiestrahls
50 durch folgende Gleichung bestimmt sein:
(5) k = arcsin Γ -3- xsin (aresin (~ xsinö) -
L ^1 η I
Vorausgesetzt, daß die Parameter . den Parametern des in
Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Beispiels entsprechen, ergibt sich bei Einsetzen dieser Parameter in Gleichung (5)
als Einfallswinkel k des zweiten optischen Energie Strahls ein Wert von 50°18».
Der erste nach innen reflektierte Strahl 62 wird von der ersten Oberfläche 12 am Punkt 34 unter einem Reflexionswinkel
t reflektiert, der im wesentlichen gleich dem Brechungswinkel yfür den nach innen durchgelassenen Strahl
ist, da die Winkel β und q. im wesentlichen gleich sind für den
nach außen reflektierten Strahl 20 und den ersten nach außen
709827/0714
durehgelassenen Strahl 60. Da der erste nach innen
reflektierte Strahl 62 sich längs des gleichen optischen Weges wie der nach innen durchgelassene Strahl 22 ausbreitet,
trifft er auf die zweite Oberfläche 18 am Punkt und unter einem Einfallswinkel IO entsprechend dem nach innen
durchgelassenen Strahl 22 auf.
Da die erste und zweite Oberfläche 12 und 18 einen Winkel 0{
miteinander bilden, wird der Reflexionswinkel t kleiner als der Einfallswinkel t*>
sein. Da der Einfallswinkel U2 kleiner
als der kritische für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderliche Winkel ist, wie in Verbindung mit
Fig. 1 erläutert worden ist, wird auch der Reflexionswinkel t kleiner als der kritische Winkel sein, so daß sowohl der
erste nach außen durchgelassene Strahl 60 und der erste nach innen reflektierte Strahl 62 erzeugt werden.
Da der erste nach innen reflektierte Strahl 62 auf die zweite Oberfläche 18 am Punkt 36 und unter einemEinfallswinkel
auftrifft, der kleiner als der kritische für eine
im wesentlichen totale innere Reflexion erforderliche Winkel ist, läßt die zweite Oberfläche 18 teilweise den ersten nach
innen reflektierten Strahl 62 als einen zweiten nach außen durchgelassenen Strahl 66 unter dem gleichenBrechungswinkel ψ
wie den nach außen durchgelassenen Strahl 24 durch. Da der zweite nach außen durchgelassene Strahl 66 parallel zu dem
nach außen durchgelassenen Strahl 24 ist und sich auf dem
gleichen optischen Weg wie dieser ausbreitet, werden diese Strahlen zur Bildung eines zweiten vereinigten Strahls 68
vereinigt, welcher der zweite nützliche Hauptstrahl ist und z.B. in einem Rückkopplungskreis zur Steuerung des lokalen
Oszillators im Empfänger des optischen Übertragungssystems
verwendet werden kann.
709827/0714
Die zweite Oberfläche 18 reflektiert auch teilweise den
ersten nach innen reflektierten Strahl 62 als einen zweiten nach innen reflektierten Strahl 70. Der zweite
nach innen reflektierte Strahl 70 breitet sich durch den Energiestrahlenteiler 10 bis zu einem Punkt 38 auf der
ersten Oberfläche 12 aus, da er von der zweiten Oberfläche 18 unter de gleichen Ref lexionswinkel to wie der nach innen
reflektierte Strahl 26 reflektiert wird, und trifft daher auf die erste Oberfläche 12 unter dem gleichen Einfallswinkel
/*- wie der nach innen reflektierte Strahl 26 auf.
Da derEinfallswinkel A^ den kleinsten für eine im wesentlichen
totale innere Reflexion erforderlichen Winkel überschreitet aus denselben Gründen, wie im Vorhergehenden in
Verbindung mit Fig. 1 ausgeführt worden ist,wird der Strahl 70 im wesentlichen total nach innen von der ersten Oberfläche
12 am Punkt 38 reflektiert und nachfolgend von der zweiten Oberfläche 18 am Punkt 40 und von der ersten Oberfläche
12 am Punkt 42 , bis er das Ende 28 aus denselben Gründen, wie in Verbindung mit 3?ig. 1 dargestellt worden ist,
erreicht.
Wenn der Strahl 70 das Ende 28 erreicht, zerstreuen die
Vorsprünge 32 den Strahl in eine Vielzahl von Strahlen
geringer Intensität in der gleichen Weise, wie der nach innen reflektierte Strahl 26 in Strahlen 44 diffus zerstreut
wird.
Für die Anmelderin:
Meissner & Bolte Bremen, den 20. 12. 1976 Patentanwälte
Anmeldername: NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION
Washington, D.C, U.S.A.
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Leerseite
Claims (1)
- Patentansprüche1♦ Verfahren zur Ausbildung von zwei divergierenden ,· Energiestrahlen aus einem einzigen Energiestrahl, gekennzeichnet durch folgende Schritte:a. Zerlegen des einzigen EnergieStrahls an einer ersten Oberfläche eines keilförmigen Energiestrahlenteilers in einen nach außen reflektierten und einen nach innen durchgelassenen Strahl,b. Zerlegen des nach innen durchgelassenen Strahls an einer zweiten Oberfläche des keilförmigen Energiestrahlenteilers in einen nach innen reflektierten und einen nach außen durchgelassenen Strahl undc. im wesentOLchen totales Reflektieren des nach innen reflektierten Strahls zwischen der ersten und zweiten Oberfläche, bis der nach innen reflektierte Strahl ein Ende des keilförmigen Energiestrahlenteilers erreicht.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen totale Reflektieren des nach innen reflektierten Strahls folgende Sehritte umfasst:Auftreffen des nach innen durchgelassenen Strahls auf die zweite Oberfläche unter einem Einfallswinkel, der kleiner als der kleinste für eine im wesentlichen totale709827/071 4innere Reflexion erforderliche Winkel ist, undAuftreffen des nach innen reflektierten Strahls auf die erste Oberfläche unter einem Einfallswinkel, der den kleinsten für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderlichen Winkel überschreitet.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Oberfläche unter einem Winkel zueinander ausgebildet sind, so daß der nach innen durchgelassene Strahl auf die zweite Oberfläche unter einem Einfallswinkel auftrifft, der kleiner als der kleinste Winkel ist, und der nach innen reflektierte Strahl auf die erste Oberfläche unter einem Einfallswinkel auftrifft, der den kleinsten Winkel überschreitet.4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektieren des nach innen reflektierten Strahls zu dem Ende das diffuse Streuen des nach innen reflektierten Strahls von diesem Ende einschließt, um den nach außen reflektierten und den durchgelassenen Strahl nicht störend zu beeinflussen.5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche mit einem teilweise reflektierenden Belag beschichtet ist, um den nach außen reflektierten Strahl zu verstärken.6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche mit einem im wesentlichen reflexmindernden Belag beschichtet ist, um den nach außen durchgelassenen Strahl zu verstärken.7. Verfahren zur Ausbildung eines Paares vereinigter Energie-709827/07 Ustrahlen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:a. Zerlegen eines ersten EnergieStrahls an einer ersten Oberfläche eines keilförmigen Energiestrahlenteilers in einen nach außen reflektierten und einen nach innen durchgelassenen Strahl,b. Zerlegen eines zweiten EnergieStrahls an einer zweiten Oberfläche des keilförmigen Energiestrahlenteilers in einen nach außen reflektierten und einen nach innen durchgelassenen Strahl,c. Zerlegen des nach innen durchgelassenen, aus dem ersten Strahl gebildeten Strahles an der zweiten Oberfläche in einen nach innen reflektierten und einen nach außen durchgelassenen Strahl,b. Zerlegen des nach innen durchgelassenen, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahles an der ersten Oberfläche in einen ersten nach innen reflektierten und einen ersten nach außen durchgelassenen Strahl,e. Zerlegen des ersten nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahles an der zweiten Oberfläche in einen zweiten nach innen reflektierten und einen zweiten nach außen durchgelassenen Strahl,f. Vereinigen des nach außen reflektierten, aus dem ersten Strahl gebildeten Strahles mit dem ersten nach außen durchgelassenen, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahl zur Ausbildung eines ersten vereinigten Energiestrahles,g. Vereinigen des nach außen durchgelassenen, aus dem ersten709827/071 4Strahl gebildeten Strahles mit dem zweiten nach außen durchgelassenen, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahl zur Ausbildung eines zweiten vereinigten EnergieStrahles undh. im wesentlichen totales Reflektieren des nach innen reflektierten, aus dem ersten Strahl gebildeten Strahles und des zweiten nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahles zwischen der ersten und zweiten Oberfläche, bis der nach innen reflektierte, aus dem ersten Strahl gebildete Strahl und der zweite nach innen ,reflektierte, aus dem zweiten Strahl gebildete Strahl ein Ende des keilförmigen EnergieStrahlenteilers erreicht.8. Terfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen totale Reflektieren des nach innen reflektierten, aus dem ersten Strahl gebildeten Strahles folgende Schritte umfasst:Auftreffen des nach innen durchgelassenen, aus dem ersten Strahl gebildeten Strahles auf die zweite Oberfläche unter einem Einfallswinkel, der kleiner als der kleinste für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderliche Winkel ist, undAuftreffen des nach innen reflektierten, aus dem ersten Strahl gebildeten Strahles auf die erste Oberfläche unter einem Einfallswinkel, der den kleinsten für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderlichen Winkel überschrdtet.9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen totale Reflektieren des zweiten nach709 827/0714innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahles folgende Schritte umfasst:Auftreffen des ersten nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahles auf die zweite Oberfläche unter einem Einfallswinkel, der kleiner als der kleinste für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderliche Winkel ist, undAuftreffen des zweiten nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahles auf die erste Oberfläche unter einem Einfallswinkel, der den kleinsten für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderlichen Winkel überschreitet.10.Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Oberfläche einen Winkel zueinander bilden, so daß der nach innen durchgelassene, aus dem ersten Strahl gebildete Strahl und der erste nach innen reflektierte, aus dem zweiten Strahl gebildete Strahl auf die zweite Oberfläche unter einem Einfallswinkel auftreffen, der kleiner als der kleinste Winkel ist, und daß der nach innen reflektierte, aus dem ersten Strahl gebildete Strahl und der zweite nach innen reflektierte, aus dem zweiten Strahl gebildete Strahl auf die erste Oberfläche unter einem Einfallswinkel auftreffen, der den kleinsten Winkel überschreitet,11.Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der nach innen durchgelassene, aus dem zweiten Strahl gebildete Strahl auf die erste Oberfläche unter einem Einfallswinkel auftrifft, so daß der erste nach außen durchgelassene Strahl, der erste nach innen reflektierte Strahl, der zweite nach außen durchgelassene Strahl und der zweite nach innen reflektierte Strahl, alle gebildet709827/0714aus dem zweiten Strahl, im wesentlichen parallel jeweils zu dem nach außen reflektierten Strahl, dem nach innen durchgelassenen Strahl, dem nach außen durchgelassenen Strahl und dem nach innen reflektierten Strahl, alle gebildet aus dem ersten Strahl, verläuft.12.Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der nach innen reflektierte, aus dem ersten Strahl gebildete Strahl und der zweite nach innen reflektierte, aus dem zweiten Strahl gebildete Strahl von dem Ende diffus gestreut werden, um den ersten und zweiten vereinigten Strahl nicht störend zu beeinflussen.13·Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche mit einem im wesentlichen reflexmindernden Belag beschichtet ist, um die Intensität des nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl gebildeten Strahls zu verringern und den zweiten vereinigten Strahl zu verstärken.14.Energiestrahlenteiler, gekennzeichnet durcheine erste Oberfläche (12) zum Zerlegen eines einfallenden Energiestrahles (14) in. einen nach außen reflektierten Strahl (20) und einen nach innen durchgelassenen Strahl (22),eine zweite Oberfläche (18), die im Abstand von der ersten Oberfläche (12) angeordnet ist, zum Zerlegen des nach innen durchgelassenen Strahls (22) in einen nach außen durchgelassenen Strahl (24) und in einen nach innen reflektierten Strahl (26),wobei die zweite Oberfläche (18) mit der ersten Oberfläche (12) einen Winkel (ot ) bildet, so daß der nach innen durch-709827/0714gelassene Strahl (22) auf die zweite Oberfläche (18) unter einem Einfallswinkel (u?) auftrifft, der kleiner als der kMnste für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderliche Winkel ist,und der nach innen reflektierte Strahl (26) auf die erste Oberfläche (12) unter einem Einfallswinkel (M-) auftrifft, der den kleinsten für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderlichen Winkel übertrifft.15»Energiestrahlenteiler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Oberfläche (12, 18) den nach innen reflektierten Strahl (26) abwechselnd und im wesentlichen vollständig nach innen reflektieren, bis der nach innen reflektierte Strahl, (26) ein Ende (28) des Energie Strahlenteilers (10) erreicht, um zu verhindern, daß ein Teil des nach innen reflektierten Strahls durch die erste und zweite Oberfläche durchgelassen wird und den nach außen reflektierten Strahl (20) und den nach außen durchgelassenen Strahl (24) störend beeinflusst.16.Energiestrahlenteiler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (28) eine Reihe von beabstandeten, im wesentlichen parallelen Vorsprüngen (32) in seiner Längserstreckung aufweist, um den nach innen reflektierten Strahl (26) weg von dem nach außen reflektierten Strahl (20) und dem nach außen durchgelassenen Strahl (24) diffus zu zerstreuen, wenn der nach innen reflektierte Strahl (26) aus diesem Ende (28) austritt.17.Energiestrahlenteiler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche (12) mit einem teilweise reflektierenden Belag zur Verstärkung des nach außen reflektierten Strahls (20) beschichtet ist.703827/071418. Energiestrahlenteiler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (18) mit einem im wesentlichen reflexmindernden Belag (48) zur Verstärkung des nach außen durchgelassenen Strahls (24) beschichtet ist.19. Energiestrahlenteiler zum Zerlegen eines einzigen EnergieStrahls in zwei divergierende Energiestrahlen, gekennzeichnet durcheine erste Oberfläche (12) zum Zerlegen des einzigen EnergieStrahls (14) in einen nach außen reflektierten Strahl (20) und einen nach innen durchgelassenen Strahl (22),eine zweite Oberfläche (18), die im Abstand von der ersten Oberfläche angeordnet ist, zum Zerlegen des nach innen durchgelassenen Strahls (22) in einen nach innen reflektierten Strahl (26) und einen nach außen durchgelassenen Strahl (24)»wobei die zweite Oberfläche (18) und die erste Ober- · fläche (12) einen Winkel bilden, der durch die folgenden Beziehungen bestimmt ist:<X -<' arcsin — -arcsin (—- xsin b ) — η η /C\ ~7 « Jarcsin — -arcsin (— xsin p ) n n 'wobei 0{ der Winkel zwischen der ersten und zweitenOberfläche,(5 der Einfallswinkel des einzigen, auf die erste Oberfläche (12) auftreffenden Energiestrahls (14),709827/071 4Y) der Brechungsindex des EnergieStrahlenteilers (10) undder Brechungsindex eines den Energie strahlenteiler (10) umgebenden Mediums ist.20. Energiestrahlenvereiniger, gekennzeichnet;durcheine erste Oberfläche (12) zum Zerlegen eines ersten auf diese einfallenden Strahls (14) in einen nach außen reflektierten Strahls (20) und einen nach innen durchgelassenen Strahls (22),eine zweite Oberfläche (18), die im Abstand von der ersten Oberfläche angeordnet ist, zum Zerlegen eines zweiten auf diese einfallenden Strahls (50) in einen nach außen reflektierten Strahl (56) und einen nach innen durchgelassenen Strahl (58) und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daßdie zweite Oberfläche (18) den nach innen durchgelassenen, aus dem ersten Strahl (H) gebildeten Strahl empfängt und in einen nach innen reflektierten Strahl (26) und in einen nach außen durchgelassenen Strahl (24) zerlegt,die erste Oberfläche (12) den nach innen durchgelassenen, aus dem zweiten Strahl (50) gebildeten Strahl empfängt und in einen ersten nach außen durchgelassenen Strahl (60) zur Vereinigung des ersten nach außen durchgelassenen Strahls (60) und des nach außen reflektierten, aus dem ersten Strahl (14) gebildeten Strahls (20) zu einen ersten vereinigten Strahl (64) und in einen ersten nach innen reflektierten Strahl (62) zerlegt,die zweite Oberfläche (18) den ersten nach innen re-709827/0714flektierten, aus dem zweiten Strahl (50) gebildeten Strahl (62) in einen zweiten nach außen durchgelassenen Strahl (66) zur Vereinigung des zweiten nach außen durchgelassenen Strahls (66) und des nach außen durchgelassenen Strahls (24) zu einem zweiten vereinigten Strahl (68) und in einen zweiten nach innen reflektierten Strahl (70) zerlegt unddie zweite Oberfläche (18) mit der ersten Oberfläche (12) einen Winkel bildet, so daß der nach innen durchgelassene, aus dem ersten Strahl (14) gebildete Strahl (22) und der erste nach innen reflektierte, aus dem zweiten Strahl (50) gebildete Strahl (62) auf die zweite Oberfläche (18) unter einem Einfallswinkel (to) auftreffen, der kleiner als der kleinste für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderliche Winkel ist, und daß der nach innen reflektierte, aus dem ersten Strahl (14) gebildete Strahl (26) und der zweite nach innen reflektierte, aus dem zweiten Strahl (50) gebildete Strahl (70) auf die erste Oberfläche (12) unter einemEinfallswinkel (j^) auftreffen, der den kleinsten für eine im wesentlichen totale innere Reflexion erforderlichen Winkel überschreitet.21. Energiestrahlenvereiniger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Oberfläche (12, 18) den nach innen reflektierten, aus dem ersten Strahl (14) gebildeten Strahl (26) und den zweiten nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl (50) gebildeten Strahl (70) abwechselnd und im wesentlichen vollständig reflektieren, bis beide Strahlen (26, 70) ein Ende (28) des Energiestrahlenvereinigers (10) erreichen, um zu verhindern, daß ein Teil des nach innen reflektierten Strahls (26) und des zweiten nach innen reflektierten709827/071 4Strahls (70) durch die erste und zweite Oberfläche (12, 18) durchgelassen wird und den ersten und zweiten vereinigten Strahl (64f 68) störend beeinflusst.22. Energiestrahlenvereiniger nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (28) eine Reihe von beabstandeten, im wesentlichen parallelen Vorsprüngen (32) in seiner Längsrichtung aufweist, um den nach innen reflektierten, aus dem ersten Strahl (14) gebildeten Strahl (26) und den zweiten nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl (50) gebildeten Strahl (70) weg von dem ersten und zweiten vereinigten Strahl (64, 68) diffus zu streuen, wenn der nach innen reflektierte Strahl (26) und der zweite nach innen reflektierte Strahl (70) aus diesem Ende (28) hervortreten.23. Energiestrahlenvereiniger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (18) mit einem im wesentlichen reflexmindernden Belag (58) beschichtet ist, um die Intensität des nach außen reflektierten, aus dem zweiten Strahl (50) gebildeten Strahls (56) zu verringern und den zweiten vereinigten Strahl (68) zu verstärken.24. Energiestrahlenvereinigerf gekennzeichnet durcheine erste Oberfläche (12) zum Zerlegen eines ersten auf diese einfallenden Strahls (14) in einen nach außen reflektierten Strahls (20) und einen nach innen durchgelassenen Strahls (22),eine zweite Oberfläche (18), die im Abstand von der ersten Oberfläche angeordnet ist, zum Zerlegen eines zweiten auf diese einfallenden Strahls (50) in einen709827/0714nach außen reflektierten Strahl (56) und einen nach innen durchgelassenen Strahl (58) und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daßdie zweite Oberfläche (18) den nach innen durchgelassenen, aus dem ersten Strahl (H) gebildeten Strahl empfängt und in einen nach innen reflektierten Strahl (26) und in einen nach außen durchgelassenen Strahl (24) zerlegt,die erste Oberfläche (12) den nach innen durehgelassenen, aus dem zweiten Strahl (50) gebildeten Strahl empfängt und in einen ersten nach außen durehgelassenen Strahl (50) zur Vereinigung des ersten nach außei/durchgelassenen Strahls (60) und des nach außen reflektierten, aus dem ersten Strahl (H) gebildeten Strahls (20) zu einen ersten vereinigten Strahl (64) und in einen ersten nach innen reflektierten Strahl (62) zerlegt,die zweite Oberfläche (18) den ersten nach innen reflektierten, aus dem zweiten Strahl (50) gebildeten Strahl (62) in einen zweiten nach außen durehgelassenen Strahl (66) zur Vereinigung des zweiten nach außen durehgelassenen Strahls (66) und des nach außen durehgelassenen Strahls (24) zu einem zweiten vereinigten Strahl (68) und in einen zweiten nach innen reflektierten Strahl (70) zerlegt und wobei die zweite Oberfläche (18) und die erste Oberfläche (12) einen Winkel bilden, der durch folgende Gleichungen bestimmt ist:1H -_„,_ /1Harcsin — -aresin (—- xsin ρ ) η n I1 Γ 1H 1H P r\ ? π arcsin —*· -arcsin (—- xsinp )Ln n Iwobei c/ der Winkel zwischen der ersten und zweiten Oberfläche, 709827/07 1 4L) der Einfallswinkel des einzigen, auf die erste Oberfläche (12) auftreffenden Energiestrahls (14),Yr der Brechungsindex des EnergieStrahlenteilers (10) und1 der Brechungsindex eines den Energiestrahlenteiler (10) umgebenden Mediums istund wobei der zweite einfallende Strahl (50) auf die zweite Oberfläche (18) unter einem Einfallswinkel auftrifft, der durch folgendeGleichung bestimmt ist:k = aresin / =£- xsin (aresin (-7· χ sin/6) -(L1H η /.k der Einfallswinkel des zweiten einfallenden EnergieStrahls (50), der auf die zweite Oberfläche (18) auftrifft,Yj der Brechungsindex des Energiestrahlenvereinigers (10),^1 der Brechungsindex des den Energiestrahlenvereiniger (10) umgebenden Mediums,Λ der Einfallswinkel des ersten einfallenden Strahls (H), der auf die erste Oberfläche (12) auftrifft, und(X der Winkel zwischen der ersten und zweiten Oberfläche ist.709827/0714
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