DE717747C

DE717747C - Method of light modulation

Info

Publication number: DE717747C
Application number: DER101616D
Authority: DE
Inventors: Dr Ludwig Bergmann
Original assignee: Loewe Radio AG
Current assignee: Loewe Radio AG
Priority date: 1938-02-20
Filing date: 1938-02-20
Publication date: 1942-02-21

Description

Verfahren zur Lichtmodulation Die vorliegende Erfindung betrifft ein besonders vorteilhaftes Verfahren, welches gestattet, Lichtstrahlen in ihrer Intensität zu modulieren, und zwar richtet sie sich auf ein Modulationsverfahren für Strahlung im Bereich der optischen Frequenzen einschließlich der Grenzgebiete, etwa r012 bis rol5 Perioden pro Sekunde. Dieses Verfahren verwendet in :ähnlicher Weise wie bei Benutzung ;einer Kerrzelle polarisierte Strahlen, jedoch eine andere Steuerzelle, welche gegenüber der Kerrzelle wesentliche Vorteile besitzt. Als Steuerzelle wird ein aus einem homogenen isotropen Material bestehender Körper benutzt, in dem durch Scherungskräfteeine optische Doppelbrechung erzeugt wird.Method of Light Modulation The present invention relates to a particularly advantageous method, which allows light rays in their intensity to modulate, namely it is directed to a modulation method for radiation in the range of optical frequencies including the border areas, approximately r012 to rol5 periods per second. This procedure is used in: similar manner to Use; one Kerr cell polarized rays, but another control cell, which has significant advantages over the Kerr cell. As a control cell is a body made of a homogeneous isotropic material is used in which by Shear forces produce optical birefringence.

Es sind bereits Modulationsverfahren durch Steuerung der Intensität eines polarisierten Lichtstrahls mittels :eines aus isotropem Material bestehenden Körpers, in dem durch Scherungskriäfte eine optische D,oppelbrechung des den Körper durchlaufenden Lichtstrahls -erzielt wird, bekanntge,#vorden.There are already modulation methods by controlling the intensity a polarized light beam by means of: one made of isotropic material Body in which, due to shear forces, an optical D, double refraction of the body traversing light beam - is achieved, known, # vorden.

Es sind auch Einrichtungen dieser Art bekanntgeworden, bei denen der den Lichtstrahl steuernde Körper zu Eigenschwingungen angeregt wird.There are also facilities of this type become known in which the the body controlling the light beam is excited to vibrate naturally.

Die vorliegende Erfindung unferscheidet sich nun dadurch in besonderer und vorteilhafter Weise von diesen bekannten Einrichtungen, daß erfindungsgemäß ein vielkantiges gleichseitiges Prisma, vorzugsweise ein Zylinder, zu hochfrequenten elastischen Eigenschwingungen senkrecht zur Längsachse angeregt wird.The present invention now differs in particular and advantageously from these known devices that according to the invention a polygonal equilateral prism, preferably a cylinder, too high frequency elastic natural vibrations is excited perpendicular to the longitudinal axis.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei an Hand-der Abbildungen näher erläutert. Die Abb. z zeigt .eine Anordnung gemäß der Erfindung: Der Lichtstrahl einer Lichtquelle z wird durch Hohlspiegel 2a und/oder Kondensoranordnungen 2b gebündelt und im Polarisatar 3 polarisiert. Alsdann tritt der Lichtstrahl: in die Steuerzelle q., welche von einem Schwingungs,erreger 5 zu Schwingungen erregt wird, wobei in der Steuerzelle .l die ge- wünschte Doppelbrechung im Rhythmus der Schwingungen bewirkt witd. Dann passiert der Lichtstrahl einen Analysator 6. Wird eine bestimmte Strahlenform oder Strahlenfrequenz gewünscht, so kann an einer beliebigen Stelle;, beispielsweise nach Passieren des Nicols 6, eine Blende die Querschnitts- bz-,v. ein Filter die Frequenzbegrenzung hervorrufen. Es kann jedoch die Querschnitts-oder Frequenzbegrenzung auch an einer anderen Stelle vorgenommen werden, beispielsweise hinter dem Reflektor 2a oder Kondensor 2j,. Es ergibt sich alsdann der Vorteil, daß der Polarisator und'oder die Steuerzelle durch geringere Erwärmung weniger belastet sind.The method according to the invention will be explained in more detail with reference to the figures. FIG. Z shows an arrangement according to the invention: the light beam from a light source z is bundled by concave mirrors 2a and / or condenser arrangements 2b and polarized in polarizer 3. Then, the light beam occurs: in the control cell q, that is, pathogen-excited by a vibrational 5 to vibrate, wherein, in the control cell .l the desired birefringence in the rhythm of the vibrations WITD effected.. The light beam then passes through an analyzer 6. If a certain beam shape or beam frequency is desired, a diaphragm can be used at any point, for example after passing the Nicol 6, the cross-sectional or v. a filter to limit the frequency. However, the cross-sectional or frequency limitation can also be carried out at another point, for example behind the reflector 2a or condenser 2j. This then results in the advantage that the polarizer and / or the control cell are less stressed by less heating.

Wenn von Lichtstrahlen gesprochen wurde, so ist dabei nicht nur an Strahlen im Bereich des sichtbaren Lichtes gedacht, denn es sollen damit auch Strahlen umfaßt 1werder, welche im Gebiet der sog. infraroten Strahlung bzw. ultravioletten Strahlung liegen, beispielsweise im Bereich einer Strahlung von i o12 bis i o1' Perioden pro Sekunde.When people talked about rays of light, it wasn't just on Rays in the range of visible light, because they should also be rays includes 1werder, which in the field of so-called infrared radiation or ultraviolet Radiation, for example in the range of radiation from i o12 to i o1 ' Periods per second.

Der zu verwendende Polarisator und oder Analysator ist an keine bestimmte Form gebunden, jedoch wird cs vorteilhaft sein. polarisierende bzw. analysierende Kristallschichten oder Nicolprism:en vorzusehen.The polarizer and / or analyzer to be used is not a specific one Form bound, however cs will be advantageous. polarizing or analyzing Crystal layers or Nicol prisms are to be provided.

Die Steuerzelle selbst soll aus einem isotropen und homogenen Körper bestehen. 31s Material wird minn einen Stoff- verwenden, welcher durch Verspannungen eine optische Doppelbrechunng bewirkt. Wichtig ist jedoch, daß das zu @ erwendende Material in nicht erregtem Zustand optisch spannungsfrei ist. Als 1latc-rial kommt j,e nach der zu verwendenden Strahlenschwingungsfrequenz ein Stoff in Frage, irelcher aus Kunstharzen bestehen kann. wie sie dem Fachmann bekannt sind und welche aus Phenolen und Aldehyden hergestellt «-erden. Ferner sind besonders vorteilhaft glaserstarrte Flüssigkeiten, ferner geschmolzener erstarrter Quarz und andere dem Fachmann bekannte Stoffe, welche die Eigenschaft besitzen, durch Druck eine Doppelbrechung der den Stoff- durchflutenden Strahlung zti bewirken. Je höher die entstehende Doppelbrechung bei gleichem Druck zweier zu vergleichender Körper ist, desto besser eignet sich der betreffende Stoff zur Verwendung als Steuerzelle.The control cell itself should be made up of an isotropic and homogeneous body exist. 31s material will at least use a material, which by tension causes an optical birefringence. It is important, however, that the @ to be used Material is optically stress-free when not excited. Comes as 1latc-rial j, e according to the radiation oscillation frequency to be used a substance in question, irelcher can consist of synthetic resins. as they are known to the person skilled in the art and which ones from Phenols and aldehydes produced «-erden. Furthermore, glass-solidified ones are particularly advantageous Liquids, furthermore molten solidified quartz and others known to the person skilled in the art Substances that have the property of birefringence of the den due to pressure Substance-flooding radiation zti cause. The higher the resulting birefringence if two bodies to be compared have the same pressure, the better it is the substance in question for use as a control cell.

Die Form des angeregten Körpers soll so sein, daß nach möglichst vielen Richtungen hin, welche auf der Strahlrichtung senkrecht stehen, stehende Wellen in diesem Körper entstehen. Dabei ist es zweckmäßig, Körper zu wählen. die achsensymnietriach sind; trotzdem können auch andere Körper in der. besclii-ich:ci@en Art und Weise angeregt werden. 13-,sonders günstig ist ein auf seinem Mantel liegender Zylinder, der in Richtung seiner Achse durchstrahlt wird. Eri-indungsgeiniiß wird daher ein vielkantiges gleichseitiges Prisma, vorzugsweise ein Zylinder. zur liochfrequeriten elastischen Eigenschwingung senkrecht zur Längsachse angeregt. Je größer die Annäherung an einen kreisförmigen Körper ist, d. b.. also je höher die Anzahl der Kanten des Vielkants ist. desto günstiger ist es für die Schwingungsc-erhältnisse. Nach cinein weiteren Gegenstand der Erfindung, soll die Schwingungsanregung nur längs einer -#,Zantellinie des Körpers geschehen. beispielsweise bei Benutzung eines vielkantigen Prismas längs einer Kante oder bei Benutzung eines Zylinders längs einer Mantellinie.The shape of the excited body should be such that out by as many directions, which are perpendicular to the beam direction, standing waves occur in this body. It is useful to choose bodies. which are axially symmetrical; however, other bodies can also be in the. besclii-ich: ci @ en way to be stimulated. 13, a cylinder lying on its jacket, which is irradiated in the direction of its axis, is particularly favorable. The invention is therefore a polygonal equilateral prism, preferably a cylinder. stimulated to the hole-frequent elastic natural oscillation perpendicular to the longitudinal axis. The closer the approximation to a circular body, db. so the higher the number of edges of the polygon is. the more favorable it is for the vibration conditions. According to a further object of the invention, the vibration excitation should only occur along a - #, zantelline of the body. for example when using a polygonal prism along an edge or when using a cylinder along a surface line.

Die Länge des Körpers kann beliebig genommen werden, jedoch ist hierbei zu beachten, daß mit zunehmender Image die bev-irkte Doppelbrechung zunimmt, so daß beispielsweise eine kurze Steuerzelle zur Modulation eines bestimmten Lichtstrahls eine grö-U)ere Amplitude zur Anregung erhaltcii mtil.@ als ein längerer Körper.The length of the body can be taken arbitrarily, but here is note that the greater the image, the greater the double refraction, see above that, for example, a short control cell for modulating a certain light beam a larger amplitude for excitation can be obtained than a longer body.

Der Erreger, welcher mit dein anzuregenden Körper gekoppelt wird, kann aus jedem mechanische Schwingungen erzeugenden Gerät bestehen. Als Beispiel sei ein piezoelektrischer Kristall genannt, Quarz, Turmalin oder ein Magnetostriktionserreger.The pathogen that is coupled with your body to be stimulated, can consist of any device that generates mechanical vibrations. As an an example a piezoelectric crystal, quartz, tourmaline or a magnetostriction exciter can be mentioned.

Die Kopplung zwischen dem Erreger und dem an geregten Körper kann durch bloße Auflage oder durch besondere Halterung. die die ertiadungsgem.äße Schwingungserregung erlaubt, rorgunommen werden. Die Halterung des angeregten Körpers geschieht z. h. längs einer Knotenlinie. Hierbei werden die auf einem Durchmesser liegenden Knotenlinien bevorzugt. Es ist auch möglich, durch Halterung an bestimmten Stellen eine Schwingung im Körper hervorzurufen, welche durch die angewandte Halterung mit bestimmt wird. Auch die Anregung längs mehrerer Linien ist möglich, jedoch muß bei einer solchen Anordnung die Phasenlage der einzelnen Anreger bedacht werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht darin, daß man die Berührung des Anregers durch eine die Schwingung gut übertragende ölschicht vornehmen l:äßt. .The coupling between the pathogen and the excited body can by mere support or by a special holder. the the original vibration excitation allowed to be taken away. The holding of the excited body happens, for. H. along a knot line. Here are the node lines lying on a diameter preferred. It is also possible to create an oscillation by holding it at certain points in the body, which is determined by the bracket used. Excitation along several lines is also possible, but this must be the case Arrangement, the phase position of the individual exciters must be taken into account. Another embodiment consists in the fact that the contact of the stimulator by one of the oscillation is good make the transferring oil layer: leaves. .

Wie bereits oben zum Ausdruck gebracht worden ist, ist die Benutzung der Eigen- i schwingurig des anzuregenden Körpers als Erregerschwingung besonders vorteilhaft, da. wie allgemein bekannt ist, die für die Erzeugung einer bestimmten Amplitude erforderliche Energie im Falle der Eigenschtvin- i gung am geringsten ist. Man kann zwar auch die Erregerfrequenz in beliebiger Nähe der Eigenfrequenz des anzuregenden Körpers wählen. Besonders wichtig ist es; darauf hinzuweisen, daß die dem Licht aufgedrückte Trägerfrequenz doppelt so groß ist wie die Frequenz des anregenden Körpers.As already stated above, the usage is the intrinsic vibration of the body to be excited as excitation vibration in particular advantageous because. as is well known that is responsible for the generation of a certain The energy required for the amplitude is lowest in the case of self-determination is. It is true that the excitation frequency can also be anywhere near the Natural frequency of the body to be stimulated. It is especially important; to point out that the carrier frequency imposed on the light is twice the frequency of the stimulating body.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist ,es, daß die Lichtstrahlen, welche hier als Träger anzusehen sind, durch sie mit einer weiteren Trägerfrequenz moduliert werden können, welche :erst ihrerseits mit der zu Bibertragenden Schwingteig, beispielsweise Sprachschwingung, moduliert ist. Dadurch ist es möglich, eine Geheimhaltung der Nachrichten zu bewirken, welche der Lichtstrahl überträgt, da außer der Lichtstrahlfrequenz auch die dem Lichtstrahl aufmodulierte Hochfrequenz am Empfänger eingestellt werden muß.Another advantage of the arrangement is that the light rays, which are to be regarded here as a carrier, through them with a further carrier frequency can be modulated, which: first in turn with the rocking dough to be carried for example speech oscillation, is modulated. This makes it possible to maintain secrecy of the messages that the light beam transmits, as apart from the light beam frequency the high frequency modulated onto the light beam can also be set at the receiver got to.

In Abb.2 ist ein Querschnitt durch den anzuregenden Körper .1 und den Schwingungserreger 5 dargestellt.In Fig.2 is a cross-section through the body to be excited .1 and the vibration exciter 5 is shown.

Die Abb.3 ist ein Bild der in dem angeregten Körper auftretenden Schwingungsverhältnisse, die dann zu der der Erfindung zugrundeliegenden Doppelbrechung führen.Figure 3 is a picture of the vibration conditions occurring in the excited body, which then lead to the birefringence on which the invention is based.

Mit besonderem Vorteil läßt sich die vorliegende Erfindung in Fernseliübertragungsanlagen verwenden, wo Lichtintensitäten gesteuert werden sollen. Die im Querschnitt des Lichtstrahls auftretenden schwarzen Linien stören im Bildeindruck nicht, da der Bildstrahl über das Bildfeld :eilt und da ferner zweckmäßigeriveise ein Lichtstrahl verwendet wird, welcher zunächst .einen großen Querschnitt besitzt und dann infolge optischer Verkleinerung einen Bildpunkt ergibt, bei dem schon ohnehin durch die Verkleinerung die schwarzen Linien nicht sichtbar werden, da sie unter dem Auflösungsvermögen des Auges liegen.The present invention can be used to particular advantage in telecommunication systems use where light intensities are to be controlled. The cross-section of the The black lines appearing in the light beam do not interfere with the image, as the Image beam over the image field: hurries and there also expediently a light beam is used, which initially has a large cross-section and then as a result optical reduction results in a pixel that is already through the Downsizing the black lines will not be visible as they are below the resolving power of the eye.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Modulation method for radiation in the area of the optical frequencies including the border areas, about iol ° to iol3 periods per second, using one made of homogeneous isotropic material Body in which an optical double refraction is generated by shear forces, characterized in that a polygonal equilateral prism, preferably a cylinder, to high-frequency elastic natural vibrations perpendicular to the longitudinal axis is stimulated. z. Method according to claim i, characterized in that the in Natural oscillation excited body is excited along a mantle line. 3. Procedure according to claim i "or 2, characterized in that - the exciting crystal and the excited body is only loosely in a narrow area. procedure according to one or more of the preceding claims, characterized in that it serves to give the light beam one or more carrier frequencies, which itself are modulated, open-modulate. 5. The method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the excitation of the excited body over a liquid medium, for example over a layer of oil, takes place. 6. Application of the method according to one or more of the preceding claims for television purposes.