DE3435189A1 - Vorrichtung zur messung des polarisationszustandes und der wellenlaenge von elektromagnetischer strahlung - Google Patents

Vorrichtung zur messung des polarisationszustandes und der wellenlaenge von elektromagnetischer strahlung

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DE3435189A1 DE19843435189 DE3435189A DE3435189A1 DE 3435189 A1 DE3435189 A1 DE 3435189A1 DE 19843435189 DE19843435189 DE 19843435189 DE 3435189 A DE3435189 A DE 3435189A DE 3435189 A1 DE3435189 A1 DE 3435189A1
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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung des Polarisationszustandes und der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung. Bei dieser Meßvorrichtung ist der Strahlteiler und Analysator in einem Element zusammengefaßt.
  • Die aus dem Element austretenden Teilstrahlen treffen ferner auf ihnen zugeordnete photoempfindliche Fühler, die, zur Weiterverarbeitung der Meßsignale, mit den Eingängen einer Meßschaltung verbunden sind.
  • Eine Meßvorrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche kann überall dort eingesetzt werden, wo die Schwingungsrichtung linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung, Polarisationsgrad oder Vorzugsrichtungen von optischen Elementen gemessen werden müssen. So z.B. innerhalb der Polarimetrie zur Bestimmung der Konzentration,- Schichtlänge oder spezifischer Drehung optisch aktiver Substanzen.
  • Ferner wird eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung beschrieben, welche zur Bestimmung der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung verwendet werden kann. Insbesondere zur Analyse von im wesentlichen monochromatischer Strahlung, beispielsweise als monitorelement am Ausgang von Farbstoff lasern oder Monochromatoren, eröffnet sich ein Einsatzgebiet einer derartigen Meßvorrichtung.
  • Stand der Technik In der PCT-Anmeldung PCT/EP84/00050 (SCHMITD, DISTL) ist eine Mehrstrahl-Meßanordnung zur polarimetrischen Untersuchung von Proben im Echtzeitverfahren beschrieben.
  • Die erfindungsgemäße Lehre der o.g. PCT/EP84/00050 beruht u.a. darauf, daß sich durch eine Verhältnisbestimmung der Relativintensität des zu analysierenden Lichtstrahls nach einem Analysator, zu dessen Absolutintensität vor dem Analysator, die Schwingungsrichtung des Lichtstrahls berechnen läßt. Hierbei wird der Lichtstrahl nach Durchlaufen der Probe mittels eines Strahlteilers, vorzugsweise eines Beugungsgitters, in einem Referenzstrahl und wenigstens einem Prüfstrahl, in dessen Strahlengang ein Analysator mit feststehender Durchlaßrichtung angeordnet ist, aufgeteilt. Die Intensitäten der Teilstrahlen werden mittels ihnen zugeordneten photoempfindlichen Fühlern erfaßt. Die Signalausgänge der photoempfindlichen Fühler sind zur Ermittlung von der Probe zuordenbaren polarimetrischen Größen mit den Eingängen einer Meßschaltung verbunden.
  • Die Meßschaltung ist im wesentlichen wie folgt aufgebaut: Mittels je einen jedem photoempfindlichen Fühler nachgeschalteten Kurzzeitspeicher werden die Ausgangssignale der photoempfindlichen Fühler synchron und kurzzeitig festgehalten.
  • Eine den Kurzzeitspeichern zugeordnete Steuerschaltung übernimmt hierbei die Steuerung der Kurzzeitspeicher. Die Verhältnisbildung der Relativintensität zur Absolutintensität erfolgt mittels einer verzögerungsfrei arbeitenden Divisionsschaltung, welche eingangsseitig mit den Ausgängen der Kurzzeitspeicher verbunden ist. Zur Berechnung und Ausgabe von der Probe zuordenbaren polarimetrischen Größen, insbesondere der optischen Aktivität, ist eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen, welche eingangsseitig mit dem Ausgang der Divisionsschaltung verbunden ist. Ferner weist die Meßschaltung wenigstens einen A/D-Wandler auf, der die analogen Signale zur Weiterverarbeitung in digitale Form umwandelt.
  • Bei der o.g. Mehrstrahl-Meßanordnung nimmt hinsichtlich der Meßgenauigkeit die Wirkungsweise des Strahlteilers eine entscheidende Bedeutung ein.
  • Dielektrische Strahlteiler sind z.B. nicht geeignet, da deren Teilungsverhältnis eine Funktion der Schwingungsrichtung des auftreffenden Lichtstrahls ist. Demzufolge geht in das Meßergebnis auch die verfälschende Wirkungsweise dieses Strahlteilers ein.
  • In der o.g. PCT/EP84/00050 wird hierzu vorgeschlagen, als strahlteilendes Element ein Beugungsgitter zu verwenden.
  • Hierbei ist vor allem wichtig, daß der, auf das Beugungsgitter auftreffende, Lichtstrahl immer in gleicher Weise auf dessen Gitterstruktur auftrifft, da die Beugungseffizienz eine Funktion des Einfallswinkels ist. Demgemäß muß eine ausreichende Punktförmigkeit der Strahlungsquelle angestrebt werden, was nur durch eine aufwendige Führung des Strahlenganges erreicht werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß mit dieser Maßnahme entsprechende Lichtverluste verbunden sind. Da die Schwingungsrichtung des Referenzstrahls nicht definiert ist, verfälscht ferner die Vektorempfindlichkeit des, dem Referenzstrahl zugeordneten, photoempfindlichen Fühlers das Meßergebnis.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung 80106584.8 (MÜLLER) ist bekannt, innerhalb eines Polarimeters den Strahlteiler und Analysator in Form einer planparallelen Platte bzw. eines Glasprismas zusammenzufassen.
  • Diese Elemente konnen zwar, unter gewissen Einschränkungen, wie dort bezweckt, als Demodulatoren dienen, sind jedoch, wie nachfolgend ausgeführt, als Strahlteiler innerhalb einer Meßanordnung zur quantitativen Bestimmung des Polarisationszustandes von elektromagnetischer Strahlung nicht geeignet.
  • Der transmittierte Strahlungsanteil ist bei derartigen Elementen nur zu einem Teil polarisiert, d.h. die gewünschte Funktion des Analysators ist erheblich beeinträchtigt. Diese Tatsache ist insofern von Bedeutung, als damit unmittelbar die Meßgenauigkeit einer Meßanordnung mit den beschriebenen Elementen eingeschränkt wird. Ferner ist der Polarisationsgrad der reflektierten Strahlung erheblich vom Einfallswinkel des auftreffenden Lichtstrahls abhängig. Dies gilt insbesondere im Bereich des Brewster-Winkels. Hierbei ist anzumerken, daß, z.B. bei der Untersuchung von Proben, der Meßstrahl wohl kaum in einem konstanten Winkel auf das Teilerelement auftrifft, da schon die molekulare Struktur bzw. Inhomogenität der Probe zu einer unvermeidbaren teilweisen Ablenkung des Meßstrahls führt. Der Polarisationsgrad der reflektierten Strahlung wird daher in unbestimmbarer Weise verändert.
  • Demgemäß ist somit der, mit einer Meßanordnung mit den vorstehend beschriebenen Elementen zum Zwecke eines Strahlteilers und gleichzeitigen Analysators, ermittelte Meßwert mit mindestens zwei systematischen Meßfehlern behaftet.
  • In der deutschen Offenlegungsschrift P 22 61 875.3 (SIEMENS AG) wird eine polarimetrische Meßanordnung beschrieben, in welcher als Strahlteiler und Analysator ein polarisierendes Doppelprisma verwendet wird.
  • Von großem Nachteil ist hierbei die Tatsache, daß bei einem Doppelprisma, beispielsweise einem Wollastoneprisma, der Divergenzwinkel der austretenden Teilstrahlen von der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung abhängig ist. Da die, zur Erfassung der Intensitäten der Teilstrahlen vorgesehenen photoempfindlichen Fühler in der Regel an einem feststehenden Ort angebracht sind, ist demgemäß eine Anwendung bei veränderlicher bzw. unbestimmter Wellenlänge der zu analysierenden Strahlung nicht möglich. Bei einem Doppelprisma treten ferner die beiden Strahlungskomponenten nicht senkrecht zu den Austrittsflächen aus dem Kristall heraus, wodurch unterschiedliche Reflexions- bzw. Absorptionsverluste entstehen, welche das Meßergebnis verfälschen.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1497579 ist die Geometrie eines Polarisators bekannt. Der Kristall weist je eine auf die ordentliche und außerordentliche Strahlungskomponente senkrecht stehende Austrittsfläche auf. Von Vorteil ist hierbei, daß der Divergenzwinkel der beiden Teilstrahlen von der Wellenlänge der auf den Polarisator auftreffenden Strahlung unabhängig ist.
  • Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Lehre befaßt sich dahingehend, die von ihrer Gattung her aus der PCT/EP84/00050 bekannte Meßanordnung hinsichtlich ihrer Meßgenauigkeit und Funktion weiterzuentwickeln, wobei insbesondere die eingangs im Zusammenhang mit der PCT/EP84/00050 erläuterten Probleme in technisch wirksamer und einfacher Weise gelöst werden sollen.
  • Die gestellte Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
  • Die zu analysierende elektromagnetische Strahlung wird mittels eines doppelbrechenden Elements in zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten bzw. Teilstrahlen aufgeteilt, wobei diese an zwei unterschiedlichen Fenstern des doppelbrechenden Elements austreten. Die Intensitäten der beiden Teilstrahlen werden anschließend mit ihnen zugeordneten photoempfindlichen Fühlern erfaßt. Die Meßschaltung weist den photoempfindlichen Fühlern nachgeschaltete Kurzzeitspeicher auf, welche die Ausgangssignale der photoempfindlichen Fühler synchron und kurzzeitig festhalten. Dadurch werden gleiche Meßbedingungen im Meßablauf gewährleistet. Ferner weist die Meßschaltung zur Erzeugung des Referenzsignals eine Additionsschaltung auf, welche eingangsseitig mit den Ausgängen der Kurzzeitspeicher verbunden ist. Eine Divisionsschaltung, welche eingangsseitig mit den Ausgang der besagten Additionsschaltung und dem Ausgang eines der beiden Kurzzeitspeicher verbunden ist, liefert ein normiertes, insbesondere von der Ausgangsintensität der Lichtquelle und Absorption der Probe unabhängiges, Ausgangssignal. Zur Weiterverarbeitung der Meßsignale in Echtzei, ist dem Divisionselement eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung nachgeschaltet. Hierzu ist ferner der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung wenigstens ein A/D-Wandler vorgeschaltet.
  • Die polarisierende Wirkung bzw. das Löschungsvermögen eines doppelbrechenden Elementes der anspruchsgemäßen Bauart ist außergewöhnlich hoch. So kann z.B. bei entsprechender Wahl des doppelbrechenden Materials das Löschungsvermögen einen Wert von 1^10 ; annehmen. Dieser Wert ist auch innerhalb der Anwendung von Präzisionspolarimetern ausreichend. Ferner ist der zulässige Einfallswinkel der zu analysierenden elektromagnetischen Strahlung, in welchem das Teilungsverhältnis und der Polarisationsgrad nicht beeinflußt wird, nur durch Apertur und Baulänge des doppelbrechenden Elements bestimmt.
  • Zur Weiterverarbeitung der Ausgangssignale der photoempfindlichen Fühler und Ausgabe von des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung zuordenbaren physikalischen Größen, ist den photoempfindlichen Fühlern eine Meßschaltung nachgeschaltet. Hierbei geht die erfindungsgemäße Lehre von dem, in der PCT/EP84/00050 beschriebenen Prinzip aus, mittels einer Verhältnisbestimmung der Relativintensität des zu analysierenden Lichtes nach einem Analysator zur Absolutintensität vor dem Analysator und anschließender Berechnung, die Schwingungsrichtung von linear polarisiertem Licht zu bestimmen. Abweichend von der, in der o.g. PCT/EP84/00050 beschriebenen Meßanordnung mit einem Beugungsgitter als Strahlteiler, sind bei einem doppelbrechenden Element beide Teilstrahlen polarisiert. Daher kann kein Teilstrahl einem Referenzwert (dieser entspricht der Absolutintensität) zugeordnet werden. Die erfindungsgemäße Lehre geht nun davon aus, daß sich die, am doppelbrechenden Element auftreffende Lichtenergie, oder mit anderen Worten der Referenzwert, beispielsweise durch folgende Beziehung bestimmen läßt: E = Eo + Ea wobei gilt: E: Energie des Lichtes vor dem doppelbrechenden Element Eo: Energie des ordentlichen Teilstrahls Ea: Energie des außerordentlichen Teilstrahls Gemäß obiger Beziehung wird mittels einer Additionsschaltung, welche den Kurzzeitspeichern nachgeschaltet ist, zunächst die Summe von Eo und Ea ermittelt. Der Ausgangswert der Additionsschaltung ist demgemäß direkt proportional zu der Energie des Lichtes vor dem doppelbrechenden Element. Mit Hilfe einer Divisionsschaltung, welche eingangsseitig mit dem Ausgang der Additionsschaltung und dem Ausgang eines der beiden Kurzzeitspeicher verbunden ist, wird anschließend das Verhältnis der Intensität des dem betreffenden Kurzzeitspeichers zugeordneten Teilstrahls, d.h. die Relativintensität, zum Ausgangswert der Additionsschaltung, d.h. zur Absolutintensität, ermittelt. Der so ermittelte normierte Wert wird dann der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung zur weiteren Auswertung zugeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das doppelbrechende Element aus einem Glan-Thompson-Polarisator, wobei ferner in dessen Kristallkorpus eine zusätzliche Fläche eingearbeitet ist, welche auf dem totalreflektierten Teilstrahl senkrecht steht. Diese Ausführungsform beinhaltet gegenüber einem Doppelprisma (z.B. gemäß P 22 61 875.3) den Vorteil, daß die dispergierenden Eigenschaften entfallen. Demzufolge sind die Intensitäten und der Divergenzwinkel der beiden Teilstrahlen nach Austritt aus dem Kristall unabhängig von der Wellenlänge.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform sind das doppelbrechende Element und die beiden photoempfindlichen Fühler in einem Gehäuse modulartig zusammengefaßt. Zusätzlich sind die beiden photoempfindlichen Fühler über eine Wärmebrücke, vorzugsweise Kupfer, wärmeleitmäßig miteinander verbunden. Hierdurch wird in besonders wirksamer Weise eine Abhängigkeit der Meßergebnisse von der Temperatur unterbunden.
  • Es ist bereits lange Bekannt, daß die optische Aktivität auch eine Funktion der Wellenlänge des, die optisch aktive Substanz, durchstrahlenden Lichtes ist. Diese wird als solche mit optischer Rotations-Dispersion (ORD) bezeichnet ( vgl z.B. Zeitschrift für Instrumentenkunde, 75.Jahrg., 1967, S.
  • 111 - 124). Jeder optisch aktive Stoff weist ein eigenes ihn characterisierendes ORD-Spektrum auf. Dieses ist in der Wissenschaft für viele optisch aktive Substanzen, wie z.B.
  • Quarz, sehr genau bekannt.
  • Die vorstehend beschriebene Eigenschaft von optisch aktiven Substanzen wird erfindungsgemäß ausgenutzt, indem eine optisch aktive Substanz definierter optischer Aktivität zwischen einem ersten und einem zweiten Linear-Polarisator angeordnet ist. Die genannte Vorrichtung wird von der zu analysierenden elektromagnetischen Strahlung durchsetzt, d.h.
  • diese wird mittels des ersten Linear-Polarisators in linear polarisierte Strahlung umgewandelt, und nach Durchlaufen der optisch aktiven Substanz mittels des zweiten Linear-Polarisators analysiert. Durch eine Messung der Drehung der Schwingungsebene der so linear polarisierten elektromagnetischen Strahlung und anschließendem Vergleich mit dem ORD-Spektrum der optisch aktiven Substanz, läßt sich die Wellenlänge der zu untersuchenden elektromagnetischen Strahlung bestimmen.
  • Hierzu wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine optisch aktive Substanz, vorzugsweise ein entsprechend geschnittener Quarz, definierter optischer Aktivität, vor der Eintrittsfläche des doppelbrechenden Elements angeordnet. Ferner wird der optisch aktiven Substanz ein Linear-Polarisator vorgestellt. Wie bereits eingangs dargestellt, bietet ein doppelbrechendes Element der anspruchsgemäßen Bauart gegenüber herkömmlichen Strahlteilern, beispielsweise einem Doppelprisma oder einem Beugungsgitter, den Vorteil, daß der Divergenzwinkel der Teilstrahlen unabhängig von der Wellenlänge der auftreffenden Strahlung ist.
  • Die Drehung der Schwingungsrichtung bedingt durch die optisch aktive Substanz wird gemäß dem bereits beschriebenen Verfahren ermittelt. Zum Vergleich der so ermittelten Drehung der Polaristionsebene mit dem ORD-Spektrum der optisch aktiven Substanz ist ein Speicher, in welchem das ORD-Spektrum und die durchlaufene Schichtlänge gespeichert ist, mit der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung verbunden.
  • Die erreichbare Auflösung läßt sich bei diesem Meßverfahren durch die Schichtlänge der optisch aktiven Substanz steuern.
  • Bei der Untersuchung von optisch aktiven Substanzen kann z.B.
  • eine Impuls-Laserdiode zur Erzeugung des Meßstrahls herangezogen werden. Diese hat den Vorteil, kurzzeitig sehr hohe Ausgangsleistungen zu liefern. Um in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung eine bestmögliche Ausnützung der Arbeitsweise der Impuls-Laserdiode zu gewähleisten, ist der Synchronisations- bzw. Triggereingang der Impuls-Laserdiode mit dem Ausgang der den Kurzzeitspeichern zugeordneten Steuerschaltung verbunden. Diese Maßnahme ermöglicht eine gleichzeitige, synchrone Arbeitsweise der Impuls-Laserdiode und der Meßschaltung, wobei Meßzeiten im Sub-Mikrosekunden-Bereich erreichbar sind.
  • Diese hohe Lichtleistung erlaubt es, dunkle Zuckersäfte, wie sie z.B. in der Zuckerindustrie auftreten, ungeklärt zu analysieren. Dem dient auch die Tatsache, daß Impuls-Laserdioden vornehmlich in einem sehr langwelligen Arbeitsbereich erhältlich sind, in welchem die Zuckersäfte eine wesentlich geringere Absorption aufweisen, als bei der Durchstrahlung mit kurzwelligerem Licht, beispielsweise der üblichen Wellenlänge von 589 nm (Natriumdampf-Lampe). Dieser Vorteil ist nicht unerheblich, da in der Zuckerindustrie bislang mit den herkömmlichen Analyseverfahren mittels einer der polarimetrischen Analyse vorausgehenden Klärung, d.h. Ausfällung der gelösten streuenden Partikel durch Umwandlung in Bleikomplexe, der Zuckersaft durchsichtiger gemacht werden muß. Bei einer Analyse der Zuckersäfte mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung entfallen die oben beschriebenen Klärungen, welche eine wesentliche Umweltbelastung mit sich führen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Meßvorrichtung eingangsseitig, z.B. vor der Eintrittsfläche des doppelbrechenden Elements, mit einer Einrichtung versehen, welche eine, vom Standort und der Abstrahlcharakteristik der Strahlungsquelle, unabhängige Analyse ermöglicht. Hierzu können beispielsweise eine Blende, ein Lichtleiter, oder andere abbildende Elemente der geometrischen Optik dienen. Um die erfindungsgemäße Meßvorrichtung z.B. am Ausgang eines Monochromators anbringen zu können, kann eine eingangsseitige Blende auch als Spalt ausgebildet sein. Eine derartige Vorrichtung erlaubt eine Wellenlängen-Monitorfunktion des Monochromators im Echtzeitbetrieb.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung erlaubt es, photometrische Analysen durchzuführen. Hierzu ist es notwendig, die Absolutintensität des zu analysierenden Lichtstrahls, insbesondere unabhängig von dessen Polarisationszustand, zu erfassen. Wie bereits beschrieben, ist der Ausgangswert der Additionsschaltung ein direktes Maß für die Absoluthelligkeit des Lichtstrahls. Zur Auswertung dieses Signals ist erfindungsgemäß eine Einrichtung zur wahlweisen direkten Verbindung des Ausgangs der Additionsschaltung mit dem Meßeingang des A/D-Wandlers und Ausblendung der übrigen Signale vom Meßeingang des A/D-Wandlers vorgesehen.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisierter Form dargestellt. Eine Meßvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Bestimmung der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung. Hierzu sind nacheinander auf der optischen Achse der zu untersuchenden elektromagnetischen Strahlung 1 ein Linear-Polarisator 16, ein Quarz als optisch aktive Substanz 15, und Glan-Thompson-Polarisator als doppelbrechendes Element 2 angeordnet. Die zu analysierende elektromagnetische Strahlung 1 wird mittels des Glan-Thompson-Polarisators 2 in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen, nämlich dem ordentlichen Teilstrahl 3 und dem außerordentlichen Teilstrahl 4, aufgeteilt. Die Intensität des ordentlichen Teilstrahls 3 wird von einem ersten photoempfindlichen Fühler 5 und die Intensität des außerordentlichen Teilstrahls 4 von einem zweiten photoempfindlichen Fühler 6 erfaßt.
  • Der Ausgang des, dem ordentlichen Teilstrahl 3, zugeordneten photoempfindlichen Fühlers 5 ist mit dem Eingang einer Sample & Hold - Schaltung, im folgenden erster Kurzzeitspeicher 7 genannt, verbunden. Dementsprechend ist der Ausgang des, dem außerordentlichen Teilstrahl 4, zugoerdneten photoempfindlichen Fühlers 6 mit dem Eingang einer weiteren Sample & Hold - Schaltung, im folgenden zweiter Kurzzeitspeicher 8 genannt, verbunden. Die Kurzzeitspeicher 7 und 8 werden hierbei mittels einer Steuerschaltung 13, welche eingangsseitig mit der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung 12 verbunden ist, synchron angesteuert.
  • Die Ausgänge der Kurzzeitspeicher 7 bzw. 8 sind weiterhin mit den Eingängen einer Additionsschaltung 9 verbunden. Das Ausgangssignal der Additionsschaltung 9 wird dem Dividendeingang einer Divisionsschaltung 10 zugeführt. Der Divisoreingang der Divisionsschaltung 10 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 mit dem Ausgang des ersten Kurzzeitspeichers 7 verbunden. An dieser Stelle sei betont, daß es meßtechnisch irrelevant ist, ob der Divisoreingang der Divisionsschaltung 10 mit dem Ausgang des ersten Kurzzeitspeichers 7 oder des zweiten Kurzzeitspeichers 8 verbunden ist. Diese Tatsache bestimmt nur die Bezugslage, d.h. die Lage der Schwingungsebene des entsprechenden Teilstrahls 3 oder 4, zur ermittelten Schwingungsrichtung der zu analysierenden elektromagnetischen Strahlung 1.
  • Der Ausgang der Divisionsschaltung 10 ist hierbei zum Zwecke der Digitalisierung der Meßsignale mit dem Eingang eines A/D-Wandlers 11 verbunden, welcher wiederum ausgangsseitig mit der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung 12 verbunden ist.
  • Zum Vergleich der ermittelten Meßergebnisse mit dem ORD-Spektrum der verwendeten optisch aktiven Substanz 15, ist die digitale Datenverarbeitungseinrichtung 12 mit einem Speicher 14 verbunden. In dem vorgenannten Speicher 14 sind die charakteristischen Merkmale der optisch aktiven Substanz 15, hier eines Quarzes, enthalten.
  • In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das sich insbesondere zur Analyse von stark absorbierenden Proben, beispielsweise Zuckersäfte, eignet. Eine Meßvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in ähnlicher Weise, wie gemäß Figur 1 dargestellt, aufgebaut.
  • Jedoch fehlen hier die Bestandteile, welche zur Bestimmung der Wellenlänge notwendig sind, nämlich der Linear-Polarisator 16, die optisch aktive Substanz 15 sowie der Speicher 14.
  • Demgegenüber ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zur Erzeugung des Meßstrahls 1 eine Impuls-Laserdiode 17 vorgesehen. Der Meßstrahl.1 der Impuls-Laserdiode 17 durchsetzt die zu analysierende Probe 18 und wird anschließend von dem Glan-Thompson-Polarisator 2 in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen 3 und 4 aufgeteilt. Die beiden Teilstrahlen 3 und 4 werden hierbei, meßtechnisch gesehen, genauso behandelt, wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1.
  • Darüberhinaus ist der Ausgang der Steuerschaltung 13 mit dem Triggereingang der Impuls-Laserdiode 17 verbunden. Diese Maßnahme ermöglicht eine synchrone Arbeitsweise der Impuls-Laserdiode 17 mit den Kurzzeitspeichern 7 und 8.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Messung des Polarisationszustandes und der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung.
    PATENTANSPRÜCHE 1. a) Vorrichtung zur Messung des Polarisationszustandes von elektromagnetischer Strahlung (1), wobei b) Strahlteiler und Analysator in einem Element (2) zusammengefaßt sind, c) die aus dem besagten Element (2) austretenden Teilstrahlen (3,4) auf je einen photoempfindlichen Fühler (5,6) auftreffen, und d) die Ausgänge der photoempfindlichen Fühler (5,6) mit einer Meßschaltung verbunden sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß e) ein doppelbrechendes Element (2) auftreffende eiektromagnetische Strahlung (1) in zwei senkrecht zueinander polarisierte Komponenten bzw. Teilstrahlen (3,4) aufspaltet, die an unterschiedlichen Austrittsflächen des doppelbrechenden Elements (2) austreten, f) und die Meßschaltung aufweist f.1) je einen jedem photoempfindlichen Fühler (5,6) nachgeschalteten Kurzzeitspeicher (7,8) mit zugeordneter Steuerschaltung (13) zur synchronen, kurzzeitigen Speicherung der Ausgangssignale der photoempfindlichen Fühler (7,8), f.2) eine Additionsschaltung (9), die eingangsseitig mit den Ausgängen der Kurzzeitspeicher (7,8) verbunden ist, f.3) eine verzögerungsfrei arbeitende Divisionsschaltung (10), die eingangsseitig mit dem Ausgang der Additionsschaltung (9) und dem Ausgang einer der beiden Kurzzeitspeicher (7;8) verbunden ist, f.4) eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung (12) zur Berechnung und Ausgabe von des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Strahlung (1) zuordenbaren physikalischen Größen, wobei diese eingangseitig mit dem Ausgang der Divisionsschaltung (10) verbunden ist, und f.5) wenigstens einen der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung (12) vorgeschalteten A/D-Wandler (11).
  2. 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelbrechende Element (2) aus einem Glan-Thompson-Polarisator besteht, wobei ferner in dessen Kristallkorpus eine zusätzliche Fläche eingearbeitet ist, welche auf dem totalreflektierten Teilstrahl (3) senkrecht steht.
  3. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelbrechende Element (2) und die beiden photoempfindlichen Fühler (5,6) in einem Gehäuse modulartig zusammengefaßt sind, wobei zwischen den photoempfindlichen Fühlern (5,6) eine Wärmebrücke besteht.
  4. 4. Vorrichtung zur Wellenlängenmessung von elektromagnetischer Srahlung (1) mit einer Meßvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch a) eine optisch aktive Substanz (15) definierter optischer Aktivität, welche vor der Eintrittsfläche des doppelbrechenden Elements (2) angeordnet ist, b) einen der vorgenannten optisch aktiven Substanz (15) vorgeschalteten Linear-Polarisator (16), und c) einen Speicher (14), der mit der digitalen Datenverarbeitungseinrichtung (12) verbunden ist, und in dem das ORD-Spektrum der verwendeten optisch aktiven Substanz (15) abgespeichert ist.
  5. 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch aktive Substanz (15) ein Quarz ist.
  6. 6. Meßvorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Impuls-Laserdioden als Lichtquelle (17) für den Meßstrahl (1), zu deren synchronen Steuerung mit den Kurzzeitspeichern (7,8) auch der Triggereingang der Impuls-Laserdiode (17) mit dem Ausgang der den Kurzzeitspeichern (7,8) zugeordneten Steuerschaltung (13) verbunden ist.
  7. 7. Meßvorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eingangsseitig mit einer Blende, Lichtleitern oder anderen abbildenden Elementen der geometrischen Optik ausgestattet ist.
  8. 8. Meßvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von der zu analysierenden elektromagnetischen Strahlung (1) zuordenbaren photometrischen Größen eine Einrichtung zur wahlweisen direkten Verbindung des Ausgangs der Additionsschaltung (9) mit dem Meßeingang des A/D-Wandlers (11) und Ausblendung der übrigen Signale vom Meßeingang des A/D-Wandlers (11) vorgesehen ist.
DE19843435189 1984-09-25 1984-09-25 Vorrichtung zur messung des polarisationszustandes und der wellenlaenge von elektromagnetischer strahlung Withdrawn DE3435189A1 (de)

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