DE3441755A1

DE3441755A1 - Optische filtervorrichtung

Info

Publication number: DE3441755A1
Application number: DE19843441755
Authority: DE
Inventors: James Allister St. Asaph Clwyd North Wales MCQuoid
Original assignee: Pilkington PE Ltd
Current assignee: Qioptiq Ltd
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1984-11-15
Publication date: 1985-06-13
Also published as: FR2555323B1; GB8428853D0; GB2151035B; GB2151035A; US4669811A; FR2555323A1; JPS60119508A

Description

Optische Filtervorrichtung

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an oder im Zusammenhang mit einer optischen Filtervorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung, bei der ein holographischer, wellenlängenselektiver Reflektor verwendet wird.

Holographische, bezüglich der Wellenlänge selektive Reflektoren können gegenüber anderen Ausführungsformen von spektralen optischen Filtern Vorteile haben, da sie eine erhöhte Leistung in ihrer Wirkung und einen genau festgelegten spektralen Durchlaßbereich (d.h. das Wellenband, das von dem Hologramm selektiv reflektiert wird) aufweisen. Jedoch bleiben Bedürfnisse für noch besse definierte und möglichst schmale spektrale Durchlaßbereiche bestehen. Es besteht auch immer ein Bedürfnis, den unerwünschten "Hintergrund" zu verringern, der durch spektrale Seitenbandreflexionen des Hologramms und/oder Oberflächenreflexionen an den Oberflächen des Substrats, das die Hologrammschicht trägt, entsteht. Der letztere kann durch Anwendung einer geeigneten antireflektierenden Schicht auf der interessierenden Oberfläche reduziert werden, jedoch ist dies ein ziemlich teures Verfahren.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten holographischen Reflektoren zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einer optischen Filtervorrichtung mit einem holographischen, wellenlängenselektiven Reflektor gelöst durch eine Lichteingangseinrichtung, um Licht zu dem Reflektor zu leiten, eine Lichtumkehreinrichtung, um von dem Reflektor bei einer ersten Reflexion reflektiertes Licht zu empfangen und um dieses Licht für mindestens eine zweite Reflexion an den Reflektor zurückzuleiten, und eine Empfangseinrichtung, um mindestens zweimal von dem Reflektor reflektiertes Licht zu empfangen.

Durch eine solche Vielzahl von zwei oder mehr Reflexionen an dem holographischen Reflektor kann die Leistungsfähigkeit verbessert und der Hintergrund in einer im folgenden ausführlich beschriebenen Weise reduziert werden.

Der holographische Reflektor kann aus einem Substrat bestehen, das mit einer Hologrammschicht oder einem Film mit über ihre Dicke sich veränderndem Brechungsindex versehen ist, so daß Ebenen oder Schichten mit einheitlichem Brechungsindex gebildet werden, die in ihrer Wirkung Schichten von relativ hohem und niedrigem Index bilden, die sich im wesentlichen parallel zu der Substratoberfläche, die die Schicht und den Film trägt, erstrecken. Das Hologramm kann im wesentlichen gleichförmig sein, so daß es im wesentlichen über seiner ganzen Betriebsfläche dieselbe Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristik aufweist. Alternativ hierzu kann das Hologramm ein - sich veränderndes Hologramm sein, dessen Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristik sich über seiner Fläche ändert.

Insbesondere kann sich die Charakteristik entlang der Länge des Hologramms oder des Reflektors kontinuierlich und fortschreitend ändern.

Die Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristik kann für die erste Reflexion dieselbe sein wie für die zweite Reflexion. Daher kann bei einem im wesentlichen gleichförmigen Hologramm die Lichtumkehreinrichtung so angeordnet sein, daß für die zweite Reflexion derselbe Einfallswinkel wie für die erste erzielt wird.

Jedoch kann es, wie im folgendem noch ausführlich erläutert wird, vorteilhaft sein, für die beiden Reflexionen unterschiedliche jeweilige Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristiken vorzusehen, insbesondere gegeneinander verschobene, jedoch sich überlappende spektrale Durchlaßbereiche, um einen schmaleren Ausgangs- oder resultierenden Durchlaßbereich zu erreichen.

Somit kann bei einem im wesentlichen gleichförmigen Hologramm die Lichtumkehreinrichtung so angeordnet sein, daß für die zweite Reflexion ein unterschiedlicher Einfallswinkel gegenüber der ersten erreicht wird. Bei einem sich verändernden Hologramm kann die Lichtumkehreinrichtung so angeordnet sein, daß eine räumliche Verschiebung zwischen den beiden Reflexionen bezüglich des Hologramms erzielt wird, insbesondere um eine Verrückung oder Verschiebung des zurückgeworfenen Lichts im Verhältnis zu dem empfangenen Licht entlang dem Hologramm oder dem Reflektor zu bewirken. Wenn es gewünscht wird, kann die Lichtumkehreinrichtung so angeordnet sein, daß sowohl eine Änderung des Einfallwinkels als auch eine räumliche Verschiebung der zweiten Reflexion gegenüber der ersten bezüglich des Hologramms bewirkt wird.

Der holographische Reflektor kann einstellbar sein, so daß der Ausgangs- oder resultierende Durchlaßbereich verändert werden kann. Dabei kann bei einem im wesentlichen gleichförmiaen Hologramm der Reflektor schwenkbar sein, um den Einfallwinkel des bei der ersten Reflexion einfallenden Lichts zu verändern, wobei die Lichtumkehreinrichtung ebenfalls schwenkbar ist, so daß sie so eingestellt werden kann, daß sie über den Bereich der Schwenkbarkeit des Reflektors das zuerst reflektierte Licht empfangen und zurückwerfen kann. Insbesondere kann zwischen dem Reflektor und der Lichtumkehreinrichtung eine Antriebsverbindung bestehen, um die letztere um den doppelten Winkelbetrag des ersteren zu bewegen. Bei einem sich verändernden Hologramm kann der Reflektor bezüglich der Lichteingangseinrichtung geradlinig verschiebbar, sein, so daß die Lage der ersten Reflexion in bezug auf das Hologramm verändert werden kann, insbesondere entlang dem Hologramm verrückt werden kann. Bei einem sich verändernden Hologramm können der Reflektor und die Lichtumkehreinrichtung ebenfalls schwenkbar sein.

Das dem Reflektor zugeleitete Licht ist vorzugsweise parallel ausgerichtet, muß dies aber nicht notwendig sein. Wenn es nicht

parallel ausgerichtet ist, d.h. die Form eines divergierenden Strahls hat, kann die Lichtumkehreinrichtung so angepasst sein, daß sie die geometrische Form des eingeleiteten Lichts berücksichtigt, d.h. daß. sie zu dem Reflektor einen konvergierenden Lichtstrahl zurücksendet.

Die Lichteingangseinrichtung kann zweckmäßig aus einem Fiberoptikkabel bestehen, welches an seinem Ende eine Kollimationseinrichtung aufweisen kann. Die Lichtumkehreinrichtung kann zweckmäßig aus einem Würfeleckenreflektor bestehen oder, wenn das zurückgeworfene Licht im Verhältnis zu dem empfangenen Licht abgelenkt werden soll, aus einem abgewandelten Würfeleckenreflektor, der eine reflektierende Fläche aufweist, deren Winkel nicht orthogonal zu den anderen beiden steht. Die Empfangseinrichtung kann zweckmäßig ein Detektor sein oder eine Lichtführungseinrichtung wie eine optische Fiber, um das Licht zu einem Detektor oder einem anderen Empfänger zu führen.

Die Vorrichtung kann so angeordnet sein, daß das von dem Reflektor zweifach reflektierte Licht vor dem Empfang durch die Empfangseinrichtung einer oder mehreren weiteren Reflexionen an dem Reflektor unterzogen wird, und sie kann hierfür mit einer angemessenen Vielzahl von Lichtumkehreinrichtungen versehen sein.

Die Vorrichtung kann mit einem Demultiplexer (oder mit einem Multiplexer) versehen sein, der aufeinanderfolgende Durchgänge an dem holographischen Reflektor bewirken kann, um eine Mehrzahl von Wellenlängenkanälen zu trennen (oder zu kombinieren) . In diesem Fall kann für jeden Durchgang eine Lichtumkehreinrichtung vorgesehen sein, die in ihrer Lage so angeordnet ist, daß das bei einem Durchgang zuerst reflektierte Licht vor dem Empfang durch eine entsprechende Empfangseinrichtung für eine zweite Reflexion durch das Hologramm zurückgeworfen wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zur Erläuterung und als Beispiel bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 u. 2 die spektrale Reflexionscharakteristik

holographischer Filter in Form von Diagrammen, und

Fig. 3,4 u. 5 in schematischer Form Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen optischen Filtervorrichtung, bei denen holographische Reflexionsfilter mit spektralen Charakteristiken der in den Fig. 1 oder 2 gezeigten Art Verwendung finden.

Ein holographischer Reflektor oder ein Reflexionsfilter mit einem Substrat, das eine Hologrammschicht oder einen Film von über seiner Dicke sich veränderndem Brechungsindex aufweist, so daß Ebenen oder Schichten mit einheitlichem Brechungsindex gebildet werden, die in ihrer Wirkung Schichten von relativ hohem und niedrigem Index bilden, die im wesentlichen parallel zu der Substratoberfläche liegen, die den Belag oder den Film trägt, besitzt (für einen konstanten Einfallwinkel) eine typische Reflektivitäts/Wellenlängencharakteristik der in der Fig. 1 durch die voll ausgezogene Linie gekennzeichneten Form. Die auffälligen Merkmale sind die hohe Reflektivität 1, beispielsweise etwa 99 %, an der dem Spitzenwert zugeordneten Wellenlänge, ziemlich steile Flanken 2 an dem Hocker, der das schmale Wellenband hoher Reflektivität (oder "Durchlaßbereich"). definiert, und eine Reihe von Seitenbändern 3 von verhältnismäßig niedriger Reflektivität, beispielsweise etwa 10 %. Die Seitenbänder bewirken, möglicherweise zusammen mit Oberflächenreflexionen von beispielsweise 4 % Reflektivität über das gesamte Spektrum, einen Hintergrund, der üblicherweise unerwünscht ist. Wenn Licht, das durch das Filter reflektiert wurde, auf dieses zurückgeworfen wird (mit demselben

Einfallwinkel), um nochmals reflektiert zu werden, ist der Ausgang oder die Resultierende so, wie dies durch die unterbrochene Linie in der Fig. 1 gezeigt ist. Bei jeder gegebenen Wellenlänge ergibt sich eine Reflektivität, die das Produkt der Reflektivitäten beider Reflexionen ist, d.h. bei identischen Reflexionen das Quadrat der in der Fig. 1 durch die voll ausgezogene Linie gegebenen Reflektivität. Somit wird beispielsweise eine Spitzenref lektivität von etwa 99 % bei der ersten Reflexion nach der zweiten Reflexion zu etwa 9 8 %; eine Seitenbandreflektivität von etwa 10 % bei der ersten Reflexion wird nach der zweiten Reflexion zu etwa 1 %; eine Oberflächenreflexion von etwa 4 % Reflektivität bei der ersten Reflexion wird nach der zweiten Reflexion zu etwa 0,16 %. Die Doppelreflexion bewirkt also, daß die hohe Reflektivität ziemlich hoch gehalten wird, aber daß die niedrige Reflektivität im wesentlichen reduziert wird. Daraus ergibt sich die Wirkung, daß die Flanken des Höckers hoher Reflektivität steiler werden und daß hierdurch der Durchlaßbereich genauer definiert wird, wobei gleichzeitig der Hintergrund reduziert wird, der sowohl durch die Seitenbänder, als auch durch die Oberflächenreflexionen hervorgerufen wird. Der Vorteil eines genauer bestimmten Durchlaßbereiches besteht darin, daß eine präzisere Grenzwellenlänge zwischen reflektiertem und nicht reflektiertem Licht erreicht werden kann. Der Vorteil der Reduzierung des Hintergrunds besteht in einer verbesserten Leistungsfähigkeit bei der Reduzierung der Reflexion unerwünschter Wellenlängen und/oder in reduzierten Kosten, da der Bedarf nach einer antireflektierenden Schicht vermieden werden kann. Es versteht sich von selbst, daß diese Effekte weiter verstärkt werden können, wenn das Licht mehr als zwei Reflexionen durch das Filterhologramm

unterworfen wird. In Fig. 1 ist angenommen, daß die zweite Reflexion identisch zu der ersten ist, d.h. sie ist Gegenstand derselben Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristik. Weitere erwünschte Wirkungen können erreicht werden, wenn die Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristiken für die zweite

Reflexion gegenüber denjenigen für die erste Reflexion leicht verschoben werden.

Fig. 2 illustriert dies durch jeweils voll ausgezogene Linien 4 und 5, die die Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristiken für die ersten und zweiten Reflexionen zeigen und durch eine unterbrochene Linie 6, die den sich aus diesen beiden Reflexionen ergebenden Ausgang oder die Resultierende zeigt. Die zentralen dem Spitzenwert zugeordneten Wellenlängen der ersten und zweiten Reflexion sind gegeneinander verrückt oder verschoben, aber die jeweiligen Durchlaßbereiche überlappen sich. Die Ausgangs- oder resultierende Reflektivität bei jeder gegebenen Wellenlänge ist das Produkt der Reflektivitäten der zwei Reflexionen bei dieser Wellenlänge. Die Wirkung ist, daß der spektrale Bandpaß im Bereich der Überlappung der zwei jeweiligen Durchlaßbereiche zu einem resultierenden oder Ausgangsdurchlaßbereich eingeengt wird.

Die Reduzierung des Hintergrunds geschieht wie schon im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben und kann, wo wesentliche und in regelmäßigem Abstand angeordnete Seitenbänder vorhanden sind, weiter reduziert werden, indem die relative Verrückung oder Verschiebung zwischen den jeweiligen, den Spitzenwerten zugeordneten Wellenlängen der ersten und zweiten Reflexion gleich gesetzt wird dem halben Abstand zwischen den Spitzenwerten der Seitenbänder. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die den Spitzenwerten der Seitenbänder oder der maximalen Reflektivität zugeordneten Wellenlängen einer Reflexion dann mit den Wellenlängen abgesenkter oder minimaler Reflektivität zwischen den Seitenbändern der anderen Reflexion übereinstimmen. Hierdurch kann der Seitenband-Hintergrundeffekt nicht nur reduziert, sondern sogar beseitigt werden. Beispielsweise ergibt sich bei einer Seitenbandspitzen- oder maximalen Reflektivität von 10 % und einer abgesenkten oder minimalen Refektivität von 2 % eine resultierende Reflektivität an übereinstimmenden Spitzen und Absenkungen von 0,2 % (während in Fig. 1 übereinstimmende

Spitzen 1 % und übereinstimmende Absenkungen 0,04 % ergeben würden). Jedoch ist der Nutzen dieser Maßnahme abhängig von der Gestalt der Seitenbandkurven. Wie in Fig. 1 kann eine weitere Reduzierung des Hintergrunds durch weitere Reflexionen des Lichts an dem Filter erreicht werden.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer bezüglich Wellenlängen selektiven optischen Filtervorrichtung mit einem holographischen Reflektor 7, der (für einen gegebenen Einfallswinkel) eine Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristik der in der Fig. 1 gezeigten Form hat. Ein parallel ausgerichteter Lichtstrahl von einem Eingangs-Fiberoptikkabel 8 trifft das Filter 7 und das Licht mit einer Wellenlänge im spektralen Durchlaßbereich wird von dem Filter reflektiert, während Licht von anderen Wellenlängen durch dieses hindurchtritt. Der reflektierte Strahl wird von einem das Licht umkehrenden würfeleckförmigen Rückspiegel 9 empfangen, der ihn für eine zweite Reflexion mit demselben Einfallswinkel wie die erste zu dem Filter zurückschickt. Der von dem Filter zweimal reflektierte Strahl wird von einem Detektor 10 aufgenommen.

Bei einem Filter 7, das ein gleichförmiges Hologramm aufweist, d.h. das mit in gleichförmigem Abstand angeordneten scheinbaren Brechungsindexschichten, die parallel zur Substratoberfläche liegen, die die Hologrammschicht oder den Film trägt, versehen ist, so daß es dieselbe Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristik über seine ganze Arbeitsfläche aufweist, sind die beiden Reflexionen identisch, und die Wirkung der Doppelreflexion in Fig. 3 ist wie in Fig. 1 veranschaulicht. Indessen kann das Filter 7 ein Hologramm aufweisen, dessen Wellenlänge/Ref lektivitätscharakteristik sich über seiner Fläche verändert, und es kann insbesondere scheinbare Brechungsindexschichten aufweisen, die im wesentlichen parallel zu der Substratoberfläche, die die Hologrammschicht oder den Film trägt, angeordnet sind, aber demgegenüber leicht geneigt sind, so daß ihr Abstand kontinuierlich und fortlaufend entlang der

Länge des Filters zunimmt, wodurch sich die Wellenlänge des (bei einem gegebenen Einfallswinkel) selektiv reflektierten Lichts kontinuierlich und fortlaufend entlang der Länge des Filters (wie in der GB-A 83 30 650 beschrieben) ändert. In diesem Fall ist dann die Wirkung der Doppelreflexion in Fig. 3 wie in Fig. 2 veranschaulicht, da die zweite Reflexion durch die Wirkung des Würfeleckenreflektors entlang dem Filterhologramm in bezug auf die erste Reflexion leicht verschoben ist. Die Verwendung eines "einstellbaren" Filters 7 ermöglicht es, einen gewünschten Wellenlängenkanal aus einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen, die von dem : Fiberoptikkabel 8 ausgesandt werden, auszusondern, indem das Filter 7 relativ zum Eingang 8 (horizontal nach links oder rechts, wie in Fig. 3 gezeigt) bewegt wird, so daß das Filter zur Reflexion des gewünschten Wellenlängenkanals geeignet plaziert ist. Es versteht sich, daß solche Relativbewegungen bewirkt werden können, indem das Filter 7 an einem stationären Eingang 8 vorbeibewegt wird, oder indem der Eingang 8 entlang einem stationären Filter 7 bewegt wird, oder möglicherweise, indem sowohl das Filter als auch der Eingang bewegt werden.

Die Fig. 4 zeigt schematisch eine andere "einstellbare" Ausführungsform einer wellenlängenselektiven optischen Filtervorrichtung. In dieser Ausführungsform ist der holographische Reflektor 7 um eine Achse 11, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, schwenkbar. Der Einfallwinkel des parallel■ ausgerichteten Lichtstrahls von dem Fiberoptikkabeleingang 8, der gegenüber der Achse 11 eine festgelegte Stellung und Neigung aufweist, kann daher durch Schwenken des Filters verändert werden. Bei einem Filter 7 mit gleichförmigen Hologramm ist'die Wellenlänge des selektiv reflektierten Lichts abhängig von dem Einfallwinkel und verändert sich daher mit dem Einfallwinkel. Das Filter 7 kann daher um eine Achse 11 in eine entsprechende Winkelstellung bewegt werden, um einen gewünschten Wellenlängenkanal zu reflektieren. Der Würfeleckenreflektor 9 wird um eine Achse 11 um den doppelten Winkelbetrag des Filters 7

bewegt, wobei sich eine geeignete Antriebsverbindung zwischen ihnen befindet. Der Würfeleckenreflektor 9 ist daher vollständig in dem Bewegungsbereich des Filters 7 angeordnet, um den Lichtstrahl, der zuerst von dem Hologramm reflektiert wurde, zu empfangen und um ihn zu dem Hologramm für eine zweite Reflexion in demselben Einfallswinkel wie die erste zurückzuleiten. Der zweimal reflektierte Strahl wird von dem Detektor 10 empfangen, der in einer festgelegten Stellung der Achse 11 zugeordnet ist. Die Wirkung ist wiederum so wie in der Fig. 1 veranschaulicht. Es versteht sich, daß die relativen Schwenkbewegungen in der Ausführungsform nach Fig. 4 auch auf andere Weise erreicht werden könnten, beispielsweise mit einem stationären Filter und entsprechenden Schwenkbewegungen des Eingangs 8 des Detektors 10 und des Würfeleckenreflektors 9, oder möglicherweise mit einem stationären Würfeleckenreflektor 9 und entsprechenden Schwenkbewegungen des Filters 7, des Eingangs 8 und des Detektors 10.

Das Filter 7 in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann, anstelle wie oben beschrieben gleichförmig zu sein, sich fortlaufend verändernd ausgeführt sein, wie bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 3 erwähnt wurde. Bei jeder gegebenen Winkeleinstellung des Filters 7 um die Achse 11 würde dann aufgrund der Veränderung längs des Hologramms zwischen den beiden Reflexionen eine spektrale Verrückung oder Verschiebung auftreten, und die Wirkung würde dann so sein, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht wurde.

Die Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, um eine wie anhand von Fig. 2 beschriebene Wirkung zu erreichen. In dieser Ausführungsform wird eine spektrale Verrückung oder Verschiebung zwischen den beiden Refexionen dadurch erreicht, daß der Strahl bei der zweiten Reflexion einen anderen Einfallwinkel aufweist, als denjenigen der ersten Reflexion. Dies wird durch einen abgewandelten Würfeleckenreflektor 9 durchgeführt, der eine reflektierende Fläche aufweist, die absichtlich in

ihrer Winkellage so ausgerichtet ist, daß sie zu den anderen beiden nicht ortogonal ist, so daß der zurückgeworfene Strahl mit dem empfangenen Strahl einen Winkel einschließt. Daher trifft der parallel ausgerichtete Eingangsstrahl aus dem Fiberoptikkabel 8 das Filter 7 unter einem ersten Einfallwinkel, und die betreffenden Wellenlängen, die von dem Hologramm bei der ersten Reflexion selektiv reflektiert werden, laufen als reflektierter Strahl, der von dem abgewandelten Wurfeleckenreflekor 9 empfangen wird. Der von dem abgewandelten Würfeleckenreflektor 9 zurückgeworfene Strahl trifft das Filter 7 unter einem zweiten Einfallswinkel, der gegenüber dem ersten unterschiedlich ist, und die entsprechenden Wellenlängen, die von dem Hologramm bei der zweiten Reflexion selektiv reflektiert werden, laufen als ein Ausgangs- oder resultierender Strahl zu dem Detektor 10, der entsprechend angeordnet ist, um ihn aufzunehmen. Das Filter 7 kann ein gleichmäßiges Hologramm aufweisen, so daß die spektrale Verrückung zwischen den ersten und zweiten Reflexionen lediglich durch die Änderung des Einfallswinkels hervorgerufen wird. Das Filter 7 könnte indessen auch ein sich fortschreitend änderndes Hologramm aufweisen, wie dies oben im Zusammenhang mit Fig. 3 erwähnt wurde, wobei in diesem Fall die spektrale Verrückung zwischen dem beiden Reflexionen durch eine Kombination der Änderung des Einfallswinkels bewirkt wird, die sich aus dem abgewandelten Wurfeleckenref lektor ergibt, zusammen mit der Bewegung oder Verschiebung entlang dem Hologramm, wie oben im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 3 mit einem sich verändernden Hologramm beschrieben wurde.

Es versteht sich, daß ein abgewandelter Würfeleckenreflektor 9 wie in der Ausführungsform nach Fig. 5 auch in der Ausführungsform nach Fig. 4 verwendet werden könnte, so daß bei einer gegebenen Winkelstellung des Filters 7 gegenüber der Achse 11 die verschiedenen Einfallwinkel bei den ersten und zweiten Reflexionen eine spektrale Verrückung gegeneinander bei einem gleichförmigen Hologrammfilter hervorrufen, oder bei einem sich

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verändernden Hologrammfilter zu der spektralen Verrückung beitragen.

Es versteht sich ferner, daß die einzelnen gezeigten und beschriebenen Ausfuhrungsformen aus Darstellungs- und Beispielsgründen von vergleichsweise einfacher Form sind und daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in der praktischen Ausführungsform wesentlich komplizierter sein kann. Beispielsweise könnte die Erfindung bei einer Demultiplex- (oder Multiplex-) Vorrichtung, wie sie dem Grunde nach in der oben erwähnten britischen Anmeldung gezeigt und beschrieben ist, angewandt werden. Insbesondere könnten Würfeleckenreflektoren oder abgewandelte Würfeleckenreflektoren an den Stellen angeordnet werden, wo in dieser Anmeldung Detektoren gezeigt und beschrieben sind, und die Detektoren könnten so versetzt werden, daß sie den Lichtstrahl nach seiner zweiten Reflexion an dem Hologramm infolge seiner Umkehrung durch den Würfeleckenreflektor oder einen abgeänderten solchen Reflektor empfangen könnten. Dabei würde ein Würfeleckenreflektor oder ein abgewandelter Würfeleckenreflektor für jeden Durchgang vorgesehen werden, der in seiner Lage so angeordnet ist, daß das bei einem Durchgang zuerst reflektierte Licht vor dem Empfang durch den entsprechenden Detektor von dem Hologramm für eine zweite Reflexion zurückgeworfen wird.

Es versteht sich auch, daß durch das Beispiel ein Würfeleckenreflektor als bevorzugte Form der Lichtumkehreinrichtung angegeben wird. Ein Würfeleckenreflektor oder eine abgewandelte Version desselben ist ein geeigneter Reflektor, der, bei ■vergleichsweise geringen Abmessungen, einfach aufgebaut (d.h.' keine große Genauigkeit benötigend) und billig sein kann. Ebenso ist das System trotz kleiner Abmessungen relativ unempfindlich gegen kleine Fehler bei der lagemäßigen und winkelmäßigen Anordnung des Filters und Hologramms. Allerdings könnten auch andere Formen von Lichtumkehreinrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise bei dem vorhergehenden Beispiel

ein Dachkantprisma oder eine Spiegelanordnung. Auch kann, wie oben angedeutet, das System so angeordnet sein, daß mehr als zwei Reflexionen des Lichts an dem Hologramm bewirkt werden, wobei in diesem Fall eine passende Anzahl von Lichtumkehreinrichtungen zum Empfang und zur Umkehr der nacheinander reflektierten Strahlen vorgesehen würde.

Obwohl der Eingangslichtstrahl in den einzelnen oben beschriebenen Ausführungsformen als parallel ausgerichtet beschrieben ist, muß dies nicht notwendig so sein. Das Eingangslicht kann die Form eines divergierenden Strahls oder eines konvergierenden Strahls haben, und die Lichtumkehreinrichtung kann daran so angepasst sein, daß sie die geometrische Form des zuerst von dem Filter reflektierten Strahls kompensiert oder korrigiert, d.h. sie kann einen geeigneten Konkavspiegel umfassen, der so ausgebildet ist, daß er einen konvergierenden Lichtstrahl zum Filter zurücksendet.

Die Kollimation des Eingangslichtstrahls wird, wenn sie erforderlich ist, zweckmäßig durch ein geeignet geformtes Ende an dem Fiberoptik-Eingangskabel bewirkt, aber andere Einrichtungen zur Parallelausrichtung wie eine separate Linse könnten vorgesehen werden, und die Eingangseinrichtung könnte eine andere als ein Fiberoptikkabel sein. Weiterhin könnte der resultierende oder Ausgangsstrahl, der zwei (oder mehr) Reflexionen durch das Hologramm erfährt, durch andere Empfangseinrichtungen als einen Detektor empfangen werden, beispielsweise durch eine Lichtführungseinrichtung wie eine optische Fiber, die das empfangene Licht zu einem fernbetätigten Detektor oder einem anderen Gerät führt.

Das holographische Filter oder der Reflektor ist zweckmäßig von grundsätzlich ebener Form, muß dies aber nicht notwendig sein. Daher umfasst er vorzugsweise eine Hologrammschicht, bevorzugt aus dichroitischer Gelatine, obwohl auch andere Materialien verwendet werden könnten, auf einem prinzipiell ebenen

plattenförmigen Substrat, vorzugsweise aus Glas, obwohl auch andere transparente Materialien verwendet werden könnten. Es kann eine vorzugsweise ebenfalls aus Glas bestehende Deckplatte vorgesehen werden, die die Hologrammschicht zwischen dem Substrat und der Deckplatte in einem Laminat sandwichartig einschließt. Allerdings könnte die Hologrammschicht auch auf einer nicht ebenen Oberfläche eines Substrats aufgebracht sein, beispielsweise auf einer gewölbten oder gekrümmten Oberfläche, und/oder die Form des Substrats muß nicht plattenförmig sein, sondern könnte beispielsweise eine Linse oder ein Prisma sein. Das Hologramm wird in der Schicht aufgenommen oder erzeugt und dann, falls notwenig, in bekannter Weise weiterverarbeitet.

Der Betriebs-Wellenlängenbereich des Filterhologramms kann so gewählt werden, daß die jeweiligen Anforderungen erfüllt -werden. Er kann sich im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums befinden, muß dies aber nicht notwendig sein; er könnte daher beispielsweise auch im ultravioletten oder im infraroten Bereich liegen. Die Begriffe "optisch", "Licht" u.dgl. sind entsprechend zu verstehen, wenn sie hier gebraucht werden. Es versteht sich auch, daß die Bezugnahme auf eine Wellenlänge manchmal eine Übereinkunft ist, die in der Praxis ein schmales Wellenband meint, und daß sie entsprechend so ausgelegt werden sollte, wie der Zusammenhang es erlaubt.

Es versteht sich ferner, daß die hier gemachten Bezüge auf "entlang" und die "Länge" des Hologramms oder Reflektors oder Filters nicht eng ausgelegt werden sollten in dem Sinn, daß sie notwendig die größere Dimension bedeuten: Insbesondere könnte eine Veränderung "entlang der Länge" in manchen Zusammenhängen als über der Breite betrachtet werden.

Es versteht sich, daß wellenlängenselektive holographische Reflektoren aufgrund ihrer oben beschriebenen spektralen Reflektivitätscharakteristik erfindungsgemäß vorteilhaft in einer Doppelreflexions-Betriebsart benutzt werden können. Daher

stehen die erwünschten Wirkungen der hohen Effizienz, eines genau definierten Durchlaßbereichs und eines niedrigen Hintergrunds, die allgemein erreicht werden können, vorteilhaft denen gegenüber, die normalerweise erreicht werden würden, wenn ein konventionelles mehrlagiges Interferenzfilter mit optischer Reflexion in ähnlicher Weise in einer Doppelreflexions-Betriebsart benutzt werden würde.

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Claims

DR.-ING. H.H.WILHELM - DIPL.-ING. H.DAUSTER D-7000 Stuttgart 1 Gymnasiums tr. 3133 Tel. (0711) 291133/292857 Anmelder; PILKINGTON P . Er LIMITED Prescot Road, St. Helens, Merseyside Stuttgart, den 14.11.1984 Dr.W/Ma P 7185/5a WALO 3TT, England Ansprüche

1. Optische Filtervorrichtung mit einem holographischen, bezüglich Wellenlängen selektiven Reflektor, gekennzeichnet durch eine Lichteingangseinrichtung (8) , um Licht zu dem Reflektor (7) zu leiten, eine Lichtumkehreinrichtung (9) , um von dem Reflektor (7) bei einer ersten Reflexion reflektiertes Licht zu empfangen und um dieses Licht für mindestens eine zweite Reflexion an den Reflektor (7) zurückzuleiten, und durch eine Empfangseinrichtung (10) , um mindestens zweimal von dem Reflektor (7) reflektiertes Licht zu empfangen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) ein sich veränderndes Hologramm aufweist, dessen Wellenlänge/Reflektivitätscharakterisitk sich entlang der Länge des Hologramms kontinuierlich und fortschreitend ändert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie so angeordnet ist, daß bei den beiden Reflexionen unterschiedliche jeweilige Wellenlänge/Reflektivitätscharakteristiken so vorgesehen sind, daß die beiden Reflexionen gegeneinander verschobene, aber überlappende spektrale Durchlaßbereiche aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) ein im wesentlichen gleichförmiges Hologramm aufweist und daß die Lichtumkehreinrichtung (9) so angeordnet ist, daß für die zweite Reflexion ein in bezug auf die erste unterschiedlicher Einfallwinkel erzielt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) ein sich veränderndes Hologramm aufweist und daß die Lichtumkehreinrichtung (9) so angeordnet ist, daß bezüglich des Hologramms eine räumliche Verschiebung zwischen den beiden Reflexionen erzielt wird.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) ein im wesentlichen gleichförmiges Hologramm aufweist und schwenkbar ist, um den Einfallwinkel des bei der ersten Reflexion einfallenden Lichts zu verändern, wobei die Lichtumkehreinrichtung (9) ebenfalls schwenkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (7) ein sich veränderndes Hologramm aufweist und bezüglich der Lichteingangseinrichtung (8) geradlinig verschoben werden kann, so daß die Lage der ersten Reflexion in bezug auf das Hologramm verändert werden kann.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtumkehreinrichtung (9) aus einem Würfeleckenreflektor oder einem abgewandelten Würfeleckenreflektor besteht.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch aufeinanderfolgende Durchgänge an dem holographischen Reflektor und durch eine

Lichtumkehreinrichtung für jeden Durchgang, die in ihrer Lage so angeordnet ist, daß das bei einem Durchgang zuerst reflektierte Licht vor dem Empfang durch eine entsprechende Empfangseinrichtung für eine zweite Reflexion durch den holographischen Reflektor zurückgeworfen wird.