DE3925606C1

DE3925606C1 -

Info

Publication number: DE3925606C1
Application number: DE19893925606
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Phys. 8152 Feldkirchen De Posselt; Bernd Dipl.-Phys. 8011 Kirchheim De Kunkel; Henning 8150 Holzkirchen De Herbig; Fritz Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Blechinger
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1989-08-02
Filing date: 1989-08-02
Publication date: 1990-10-31
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: EP0411250A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweistrahl-Interferometer zur Fourierspektroskopie, insbesondere zur Strahlenmessung an Bord von Raum fahrzeugen, gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE 30 05 520 C2 ist ein solches Interferometer bekannt geworden, wobei zur Aufnahme von Emissions- und Absorptionsspektren, insbesondere von atmosphärischer Strahlung, die beiden Reflektorsysteme des Zweistrahl-Interferometers sowohl gegen räumliches Kippen als auch gegen Querversatz unempfindliche optische Systeme aufweisen und jeweils einer der Retroreflektoren dieser Systeme an einem gemeinsamen starren Pendel befestigt ist. Der bei der Pendelbewegung der Retroreflektoren auftretende Systemfehler und eine Abweichung von der geradlinigen Bewegung wird bewußt in Kauf genommen. Abgesehen von der Störanfällig keit ist der Aufwand für die Auswuchtung (großes Volumen und große Massen) der einzelnen Interferometer-Bauelemente und die erforderlichen Lageregelungs- und Kontrollsysteme noch viel zu hoch.

Weiterhin sind Ausführungsformen bekanntgeworden, bei denen der bewegte Spiegel mit konstanter Geschwindigkeit kontinuierlich verschoben wird, wobei anstelle der hauptsächlich verwendeten Planspiegel nunmehr Retro reflektoren verwendet und bewegt werden. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist das Zweistrahl-Interferometer, das in der GB-PS 10 10 277 offenbart ist. Hier wird durch einen Strahlunterbrecher die Strahlung zur Erzeu gung eines Wechselsignals zerhackt und als kollimiertes Strahlenbündel dem Strahlteiler zugeführt. Die optische Weglängendifferenz zur Erzeu gung des Interferogrammes wird hier durch absatzweises Verdrehen des Dachkantprismas eines ersten Reflektorsystems schrittweise verändert. Der geringe optische Hub führt jedoch zu einer geringen spektralen Auflösung. Diese Ausführungsform ist jedoch nur für spektrometrische Analysen von Festkörpern und Flüssigkeiten verwendbar, nicht jedoch für hochauflösende Strahlenmessungen, wie sie für Molekülbanden erforderlich sind.

Ferner ist aus der DE 31 20 627 A1 ein Außenspiegel zur Verwendung insbesondere bei LKW's bekannt, der motorisch unter Verwendung von zwei Kurbelscheiben und zwei Pleuelstangen verstellt, d. h. um ein zentrales Kugelgelenk in zwei zueinander orthogonalen Richtungen und damit räum lich geschwenkt werden kann. Diese Vorrichtung ist jedoch nicht für ein Interferometer, bei dem zwei Spiegel in zwei zueinander orthogonalen Richtungen verschoben und nicht ein Spiegel räumlich geschwenkt werden soll, geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweistrahl- Interferometer der eingangs genannten Art zu schaffen, das in seinem Aufbau und seiner Funktion insbesondere für die Anwendung in der Raumfahrt hinreichend kompakt ist und trotzdem einen für ein mit Retroreflektoren ausgestattetes Interfe rometer genügend präzisen Vorschub der Spiegel bei verhältnismäßig hohem Hub ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge löst. Im Unteranspruch ist eine vorteilhafte Ausgestaltung angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert sowie in den Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels mit Exzentermechanik,

Fig. 2 ein Schemabild der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in der Exzenter stellung bei maximaler Weglängendifferenz,

Fig. 3 ein Schemabild der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 in der Exzenterstellung bei Weglängendifferenz = 0.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Zweistrahl-Inter ferometers ist in seiner Mechanik analog einem invers betriebenen Auto-Motor aufgebaut. Hierbei wird eine in der X-Achse des Systems liegende Kurbelwelle 10 mit gleichbleibender, frei wählbarer Drehge schwindigkeit bewegt. Mit dieser Kurbelwelle 10 sind in bestimmtem Abstand voneinander zwei Exzenter 11, 12 angeordnet und zwar so, daß sie zueinander um 90° versetzt sind. Der Exzenter 11 beispielsweise bewegt mit seiner "Pleuelstange" 13 einen an ihm gelenkig angeordneten Kolben 15 in Y-Richtung. Der Exzenter 12 dagegen bewegt mit seiner Pleuelstange 14 einen an diesen gelenkig angeordneten Kolben 16 in Z-Richtung. Die Kolben 15 und 16 tragen je einen starr mit ihnen verbundenen Retrore flektor 17 bzw. 18, die in Anordnung und Funktion mit einem zentral im Interferometer-System angeordneten Strahlteilerwürfel 20 korrespondieren.

Die Fig. 2 und 3 der Zeichnung zeigen die Exzenterstellung bei maximaler und Null-Weglängen-Differenz. In Fig. 3 ist auch die Anord nung der beiden Spiegelflächen 21, 22 für den resultierenden Strahlen gang der Weglängenänderung gezeigt, die direkt am Strahlteilerwürfel 20 in entsprechender Position aufgebracht sind. Diese Spiegelflächen bilden die sogenannten Umkehrspiegel des Systems. Durch diese Ausbildung wird Raum und Gewicht eingespart. Außerdem wird das Verhältnis von optischem zu mechanischem Hub auf 8 : 1 verbessert.

Dieses vorgeschlagene mechanische Exzenterprinzip erlaubt eine hohe spektrale Auflösung, die bei einem optischen Gesamthub von 20 cm bei spielsweise 0,025 cm^-1 beträgt, wobei der Exzenterradius nur 1,25 cm beträgt.

Gegenüber dem Pendelsystem weist die vorgeschlagene Ausführungsform den weiteren Vorteil auf, daß durch das konstante Drehmoment, das die gleichmäßige Rotation des Exzenters auf das Raumfahrzeug ausübt, von einem Lageregelungssystem ganz erheblich leichter kompen siert werden kann, als die sich ständig wiederholenden Beschleunigungen der relativ großen Pendelmassen.

Das vorbeschriebene Zweistrahl-Interferometer ist nicht nur optimal den sehr hohen Anforderungen an eine Spiegelführung angepaßt, sondern es gewährleistet auch eine hohe spektrale Auflösung ohne daß hierzu groß flächige Spiegel erforderlich werden. Mit diesem Interferometer können nicht nur spektrometrische Analysen von Festkörpern und Flüssigkeiten durchgeführt werden, sondern auch Strahlenmessungen im Tieftemperatur bereich.

Die vorgeschlagene kompakte Bauweise erlaubt im Vergleich zum bekannten Doppelpendelsystem auch eine wesentliche einfachere Kontrolle der Temperatur.

Claims

1. Zweistrahl-Interferometer zur Fourierspektroskopie, insbesondere zur Strahlenmessung an Bord von Raumfahrzeugen, mit einem im Meßstrah lengang angeordneten Stahlteiler, zwei Retroreflektoren und einem Strahlungsdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zwei in zueinander orthogonalen Richtungen (Y, Z) bewegbare Kolben (15, 16) angeordnet sind, an denen jeweils einer der beiden Retro reflektoren (17, 18) starr befestigt ist, und
b) eine motorgetriebene, gleichförmig drehende Kurbelwelle (10) vorge sehen ist, an der über Exzenter (11, 12) zwei Pleuelstangen (13, 14) angeordnet sind, die jeweils einen der beiden Kolben (15, 16) antreiben und so eine kontinuierliche optische Weglängenänderung bewirken.

2. Interferometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß direkt am Strahlteiler (20) zwei als Umkehrspiegel wirkende Spiegel flächen (21, 22) aufgebracht sind.