DE819728C - Verfahren zur genauen Kennzeichnung einer Flaeche oder Kurve im Raum mittels interferierender Lichtwellen - Google Patents

Description

• Verfahren zur genauen Kennzeichnung einer Fläche oder Kurve im Raum mittels interferierender Lichtwellen Bei Lichtzeigergeräten, wie Spiegelgalvanometern u. a., benutzt man bekanntlich als Zeiger einen möglichst scharfen Lichtstrahl, genauer gesagt kennzeichnet man eine Ebene im Raum, deren Lage ein Maß der zu messenden Größe ist. Hier und in anderen Fällen, wie z. B. den Schlierenverfahren, verwendet man eine Lichtkonzentration auf eine Fläche, deren Schnitt mit der Beobachtungsebene eine gesuchte Kurve kennzeichnet. Statt der Lichtkonzentration benutzt man gelegentlich auch eine Helldunkelgrenze.
• Alle diese Verfahren kennzeichnen die gewünschte Fläche grundsätzlich unscharf, da die Wellennatur des Lichtes das erzwingt; das zeigt die für alle Wellen zuständige und der Heisenhergschen analoge Unschärfebedingung.
• Im Gegensatz hierzu kann aber eine Nullstelle, besser eine Fläche oder Kurve, längs deren die Intensität verschwindet, prinzipiell beliebig scharf realisiert werden, ebenso wie im Atom zwar der Ort eines Elektrons grundsätzlich nur unscharf bekannt sein kann, aber mit beliebiger Genauigkeit Flächen definierbar sind, auf denen das Elektron sich mit Sicherheit nicht aufhält.
• Am schärfsten und völlig eindeutig wird eine Fläche verschwindender Intensität dadurch hergestellt, daß gemäß der Erfindung zwei kohärente und um I800 in Phase gegeneinander verschobene Lichtwellen zur Interferenz miteinander gebracht werden. Zweckmäßig realisiert man das mittels eines optischen Phasenschiebers, unter dem im Sinne dieser Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen ist, die einen Teil eines auf sie auffallenden Lichtbündels um I800 in Phase gegen einen anderen Teil desselben verschiebt.
• Als optischer Phasenschieber kann z. B. eine Planparallelplatte durchsichtigen Materials dienen, die zum Teil, beispielsweise zur Hälfte, mit einer dünnen Schicht ebenfalls durchsichtigen Materials bedeckt ist; geeignet ist auch eine Kombination zweier verschieden dicker Platten oder auch zum Beispiel zweier gleicher oder verschiedener Platten, die beide, mit einer ihrer Kanten aneinanderstoßend, unter einem sich nur wenig (oder nicht) von I80" unterscheidenden Winkel zusammengesetzt sind und um eine in der Trennkante beider Platten liegende vertikale Achse einzeln oder gemeinsam so gedreht werden können, daß nach Wahl eine beliebige Phasenverschiebung der die eine Platte durchsetzenden Welle, gegenüber Ider die andere durchsetzenden Welle eingestellt werden kann. (Der bekannte und dieser Vorrichtung ähnliche Jaminsche Kompensator ist wegen Unsymmetrien oder Inkohärenzen nicht für diese Zwecke geeignet.) Die eine der beiden Platten ist gelegentlich sogar entbehrlich, da auch eine Platte gegen den freien Raum einen Gangunterschied von einem ungeraden Vielfachen der halben Wellenlänge, d. h. eine Phasenverschiebung von I800, erzeugen kann; doch ist hierbei das Minimum wegen der etwas verschiedenen Amplituden der interferierenden Wellenbündel merklich unschärfer als bei der oben beschriebenen Anordnung.
• Als besonders günstig erweist sich als optischer Phasenschieber ein Phasenspiegel, der den sonst üblichen Drehspiegel bei Lichtzeigergeräten ersetzen kann und der aus einer ebenen (oder kugelförmigen oder. paraboloidartigen) Fläche dadurch hervorgeht, daß diese zunächst zum Teil belegt und anschiebend als Ganzes verspiegelt wird. Gut verwendbar ist auch ein Spiegel, der zum Teil mit einer durchsichtigen Schicht bedeckt wird.
• Die Trennkante der gegenphasigen Gebiete in dem optischen Phasenschieber kann in allen diesen Fällen, geradlinig oder beliebig gestaltet, zweckmäßig nach der zu kennzeichnenden Fläche oder Kurve eingerichtet werden.
• ALs Beispiel sei eine Anwendung der Erfindung auf Lichtzeigergeräte, z. B. Spiegelgalvanometer, beschrieben. In der Abbildung bezeichnet e den Spiegel des Gerätes; der von der Lichtquelle a durch das Farbfilter b und den Kondensor c beleuchtete Spalt d wird über den Spiegel e mittels des Objektivs f auf die mit Skala ausgerüstete Beobachtungs ebene g abgebildet. Das Spaltbild wird mit der Lupe h beobachtet. Ist e ein üblicher Galvanometerspiegel, so entsteht bei sehr engem Spalt d das bekannte Fraunhofersche Beugungsbild, dessen Hauptmaximum eine um so größere Halbwertsbreite hat, je schmaler der Spiegel e ist. Wird dagegen nach der Erfindung bei e ein I800-Phasenspiegel mit linearer Trennkante zwischen den gegenphasigen Gebieten benutzt, so ist das Beugungsbild in seiner Mitte von einem Minimum durchzogen, das die Doppelwertsbreite Null hat. Dieses erlaubt daher prinzipiell unbegrenzt scharfe Registrierung, und die bei vorgegebener Spiegelgröße erreichbare Meßgenauigkeit für Drehwinkel des Spiegels kann daher so weit gesteigert werden, wie Streulicht, Brownsche Bewegung oder Mängel der Optik es gestatten. Mit einfachen Mitteln erreicht man eine Genauigkeitssteigerung um ein bis zwei Größenordnungen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRUCHE 9* 1. Verfahren zur genauen Kennzeichnung einer Fläche oder Kurve im Raum mittels interferierender Lichtwellen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kohärente und um I800 in Phase gegeneinander verschobene Lichtwellen zur Interferenz miteinander gebracht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Phasenversetzung der beiden Lichtwellen um I800 mittels eines optischen Phasenschiebers bewirkt wird.
3. 3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Phasenschieber aus einer durchsichtigen Planparallelplatte besteht, die zum Teil mit einer dünnen durchsichtigen Schicht bedeckt ist.
4. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Phasensehieber aus einer Kombination zweier gleicher oder verschiedener Planparallelplatten besteht, die unter einem nahezu oder genau I80° betragenden Winkel zusammengesetzt sind.
5. 5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil eines Spiegels mit einer dünnen durchsichtigen Schicht zum Zwecke der Phasenverschiebung eines Teiles des auf ihn fallenden Lichtes bedeckt ist.
6. 6. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Spiegels gegen den anderen Teil desseliben zwecks Phasenverschiebung eines Teiles des Lichtes erhöht ist.