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Interferenzmodulator für Lichtsignalgeräte, insbesondere für Lichtsprechgeräte
Es ist bereits ein Gerät zum Umwandeln einer Schwingung in Intensitätsschwankungen
eines Lichtstrahlenbündels vorgeschlagen worden, bei dem das Lichtstrahlenbündel
durch Interferenz aus kohärenten, an einer halbdurchlässigen Schicht erzeugten und
hinsichtlich ihres Gangunterschiedes von der umzuwandelnden Schwingung abhängigen
Teilstrahlenbündeln gebildet ist. Bei diesem Gerät dienen zur Aufteilung des eingangsseitig
zugeleiteten Lichtstrahlenbündels in kohärente Teilstrahlenbündel und zu deren Wiedervereinigung
eine halbdurchlässige Schicht und zwei zu beiden Seiten dieser Schicht im Sinne
der Erzielung symmetrischer Wege der kohärenten Teilstrahlenbündel angeordnete Spiegel.
Dieser Interferenzmodulator besteht, sofern er zur Modulation von Wärmestrahlen
verwendet wird, aus zwei runden Quarzplatten, zwei Quarzringen, einer Membran und
einer Fassung für diese Teile. Quarzplatten und Quarzringe sind hierbei praktisch
jeweils gleich dick. Die eine Quarzplatte und die Membran trägt einen voll verspiegelten
Teil, während auf die zwischen beiden liegende zweite Quarzplatte - eine halbverspiegelte
Schicht aufgebracht ist. Theoretisch läßt sich der Aufbau eines solchen Gerätes
zwar völlig - symmetrisch gestalten, praktisch liegen die Dinge aber insofern weitaus
schwieriger,
als gleich dicke Platten und Ringe nur mit unverhältnismäßig großen Kosten erhalten
werden können. Auch die Halterung der einzelnen Teile eines derartigen Interferenzmodulators
bereitet Schwierigkeiten, da sie sehr gut. sein muß, wenn der Modulator in einem
Lichtsprech- oder Signalgerät einwandfrei arbeiten soll. Die Hauptschwierigkeiten
bereitet aber die Beseitigung von Temperatureinflüssen, weil dieser Modulator thermisch
unstabil ist.
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Die Erfindung betrifft einen Interferenzmodulator, bei dem erfindungsgemäß
eine planparallele lichtdurchlässige Platte mit einem lichtdurchlässigen Doppelkeil,
bestehend aus einem unbeweglichen, auf der Platte befestigten Keil und einem verschiebbaren,
mit einem elektrischen oder akustischen Antrieb in Verbindung stehenden Keil ein
Interferenzsystem ohne Luftabstand bildet. Ein derartiger Modulator gewährleistet
einerseits thermische Stabilität, andererseits aber auch große mechanische Stabilität,
und zwar infolge des Fehlens von Luftabständen und der bisher erforderlichen dünnen
Steuermembran.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
dargestellt. Es zeigt _ Fig. i den Aufbau des Modulators, Fig. 2 den optischen Strahlengang
im Mödulator und -Fig. 3 den mit einem elektromagnetischen Antrieb versehenen Modulator.
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Die planparallele lichtdurchlässige Platte i ist in der Mitte bei
2 voll verspiegelt, während ihre Fläche .3 halb verspiegelt ist. Der ebenfalls aus
lichtdurchlässigem Material bestehende Doppelkeil q. und 5 bildet eine Planplatte
von der gleichen Dicke wie die Platte i. Der Keil 5 ist bei 6 ebenfalls voll verspiegelt.
Der Keil ist mit einem Kittmittel, welches zweckmäßig annähernd denselben Brechungsindex
besitzt wie das lichtdurchlässige . Material, auf der Platte i befestigt. Auf diese
Weise werden Reflexionsverluste, die an einer Luftlamelle auftreten würden, vermieden.
Der Keil s ist gegenüber dem Keil q. verschiebbar. Zur Vermeidung einer Reibung
zwischen den beiden aufeinandergleitenden Flächen der Keile 5 und q. kann sich zwischen
diesen Flächen eine Flüssigkeit befinden, deren Brechungsindex zweckmäßig ebenfalls
wieder dem des lichtdurchlässigen Materials angeglichen ist. Wird der erfindungsgemäße
Modulator in einem Ultraroten Strahlengang verwendet, wie -dies bei Lichtsprech-
und Signalgeräten meist- der Fall ist, so bestehen die Platte i und die Keile 4.
und 5 aus Quarz.
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Durch Verschiebung des Keiles 5, zweckmäßigerweise parallel zur Berührungsfläche
mit dem Keil q., läßt sich die Dicke des Lichtweges durch die beiden Keile q. und
5 verändern und damit die Interferenzerscheinung steuern. Dabei ist diese Dickenänderung
direkt proportional der Längsverschiebung des Keiles 5. Die Verschiebung des Keiles
5 erfolgt durch Kopplung mit einem elektrischen oder akustischen -Antrieb.
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Aus Fig. 2 ergibt sich der optische Gangunterschied, d. h. das Verhältnis
| geometrische Länge zu d - 2 x tg cp 1/n"
- sing a |
| Brechungsindex |
worin x die Längsverschiebung des Keiles 5; p der Keilwinkel des Keiles 5, a der
Einfallswinkel des Lichtstrahles und n der Brechungsindex des lichtdurchlässigen
Materials ist.
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Wird n = 1,5 (Quarz), a = 30' und ip
= 8 °
angenommen und eine ultrarote Strahlung von einer Wellenlänge von i,6
,u vorausgesetzt, so ist für x eine Amplitude von etwa i ,u zur vollen Aussteuerung
erforderlich.
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Ein akustischer Antrieb liegt z. B. dann vor, wenn die- Membran des
sprachumsetzenden Organs (Mikrophon) direkt mit dem Keil s verbunden ist. Der Keils
macht also die Schwingung dieser Membran mit und moduliert demzufolge ein Lichtstrahlenbündel
im Takte dieser Schwingungen," die Sprache, Signale, Telegraphierzeichen o. dgl.
sein können. Die Eigenschwingung des aus Keil 5 und Meinbrav des sprachumsetzenden
Organs bestehenden kombinierten Systems läßt sich mit-bekannten Mitteln :dem Sprachfrequenzbereich
anpassen. Andererseits kann dieses System auch auf eine bestimmte Resonanzlage eingestellt
werden, wie dies z. B. für Telegraphierzwecke erforderlich ist.
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In Fig. 3 sind gleiche -Teile mit denselben Bezeichnungen versehen
wie in den Fig. i und 2. Mit dem Keil 5 ist der Anker 7 eines elektromagnetischen
Umsetzers verbunden, von dem nur eine Spule 8 gezeichnet ist. Mit ist ein Mikrophon
bezeichnet, in dessen Stromkreis eine Batterie io und ein veränderbarer Widerstand
ii liegen. Der Sprechstrom wird über einen Übertrager =2 der Spule 8 zugeleitet,
welche auf dem Anker 7 sitzt und die Verschiebung des Keiles 5 im Takte der Sprachschwingengen
vornimmt. An Stelle des Übertragers 12 kann auch ein Verstärker verwendet werden.
Es ist natürlich auch möglich, einen Verstärker und einen Übertrager zu verwenden.
Anstatt den Keil s des Interferenzmodulators mit der Achse 8 eines elektromagnetischen
Umsetzers
zu koppeln, ist es auch möglich, denKeil 5 von der Schwingspule
eines dynamischen Systems oder von der Membran eines Kondehsatortelephons antreiben
zu lassen. Auch hier läßt sich wieder die Eigenschwingung des kombinierten Systems
dem Sprachfrequenzbereich oder einer bestimmten Resonanzlage anpassen.
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Durch geeignete Wahl des Keilwinkels cp und gegebenenfalls des 'Übersetzungsverhältnisses
zwischen Antrieb und Keil lassen sich Verschiebungen des Keiles 5 erreichen, die
in der Größenordnung der erforderlichen Amplituden des Wertes x liegen. Ein besonderer
Vorteil des erfindungsgemäßen Modulators ist darin zu erblicken, daß der Antrieb
für den die Modulation bewirkenden Keils völlig außerhalb des in der Fig.3 mit eingezeichneten
Strahlenganges liegt. Der Antrieb kann daher in bezug auf seinen Wirkungsgrad am
günstigsten und zweckentsprechendsten ausgebildet werden, ohne' daß dadurch Abschattungen
des Strahlenganges zu befürchten sind.
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Die Sende- und Empfangsoptik eines Lichtsprech-- oder Signalgerätes,
bei dem der erfindungsgemäße Modulator Verwendung finden soll, ist nicht mit dargestellt
und beschrieben worden, weil sie für das Wesen vorliegender Erfindung unerheblich
ist.