EP4115542A1

EP4115542A1 - Anordnung und methode zur elektromagnetischen frequenz-modifikation

Info

Publication number: EP4115542A1
Application number: EP21711486.7A
Authority: EP
Inventors: Gerald Fuetterer
Original assignee: Technische Hochschule Deggendorf
Current assignee: Technische Hochschule Deggendorf
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2023-01-11
Also published as: WO2021176011A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Modulator-Vorrichtung zur Frequenz-Modifikation einer elektromagnetischen Strahlung durch eine reflektierende stromdurchflossene Modulator-Schicht. Die Erfindung betrifft ferner eine optische Anordnung, die eine solche Modulator-Vorrichtung umfasst und ein Verfahren zum Modulieren einer Frequenz und/oder einer Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung unter Verwendung einer solchen Modulator-Vorrichtung.

Description

Anordnung und Methode zur elektromagnetischen Frequenz-Modifikation

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Frequenz-Modifikation von elektromagnetischer Strahlung, die auf der Wechselwirkung elektromagnetischer Wellenfelder mit elektrischen Ladungen unter Einwirkung eines äußeren Feldes basiert und besonders kompakt und kostengünstig ist. Die Erfindung betrifft ferner eine optische Anordnung, die eine solche Modulator-Vorrichtung umfasst und ein Verfahren zum Modulieren einer Frequenz und/oder einer Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung unter Verwendung einer solchen Modulator-Vorrichtung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Eine Grundlage der Informationsübertragung ist die Modulation elektromagnetischer Wellen. Beispielsweise können Amplituden, Frequenzen, Phasen und Polarisations-Zustände moduliert werden. Außer in der Informationsübertragung spielt die Modulation elektromagnetischer Wellen auch in der optischen Messtechnik eine zunehmende Rolle. Parameter wie beispielsweise eine zu erreichende Frequenz-Bandbreite der Modulation, eine Baugröße, eine Anzahl benötigter Bauteile, die für die Bauteile benötigten Technologien, eine Robustheit des Systems, spektrale Eigenschaften des Systems, benötigte Fertigungstoleranzen und der Preis der Herstellung sind entscheidende Kriterien für die jeweilige Anwendung.

In der dreidimensionalen Messtechnik, in der Mensch-Maschine-Interaktion und in der Sensorik, die für das autonome Fahren entwickelt wird, spielt die Frequenz -Modulation eine zunehmende Rolle. Eine Modulation elektromagnetischer Strahlung kann auch in Form einer gepulsten Abstrahlung und einer zeitlich segmentierten Abtastung erfolgen. Elektromagnetische Wellen weisen dabei typischerweise Wellenlängen von 10¹³ m bis ca. io⁴ m auf, vgl. G. Joos, „Lehrbuch der Theoretischen Physik“, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig K.-G., Leipzig (1956).

Es gibt eine Reihe von Anordnungen, die zur Modulation elektromagnetischer Strahlung geeignet sind. Diese sind jeweils für einen eingeschränkten Wellenlängen-Bereich ausgelegt bzw. nur für diesen anwendbar. Für den Bereich der sogenannten Radiowellen (Wellenlängen von 1 m bis 10 km) bis hin zu den Mikrowellen (Wellenlängen von 1 mm bis 1 m), die für die mobile Kommunikation eine zunehmende Rolle spielen, gibt es durchstimmbare und beispielsweise in der Frequenz zu modulierende Frequenzgeneratoren. Durch variable Änderung, bzw. durch die Modulation der Induktivität und der Kapazität eines Schwingkreises kann dessen Resonanz-Frequenz variiert werden. Über an den Wellenlängen-Bereich angepasste Antennen kann eine effektive Abstrahlung modulierter Wellen-Felder erfolgen.

Für den Bereich sichtbaren Lichtes, d.h. für Wellenlängen von beispielsweise 405 nm bis 780 nm, und für den in der Telekommunikation genutzten nahen infraroten Spektralbereich, d.h. für Wellenlängen von beispielsweise 780 nm bis 3 pm, werden sogenannte akusto-optische Modulatoren zur Einführung einer Frequenzverschiebung eingesetzt. Ein sich durch einen Kristall bewegendes Bragg-Gitter dient zur Beugung von Laser-Strahlen. Dabei wird i.A. die Modulations-Frequenz, mit der ein piezoelektrischer Wandler betrieben wird, auf die elektromagnetische Strahlung moduliert. Typische Frequenzen der Modulation liegen im Bereich von 1 MHz bis 1 GHz. Frequenz-Bereichserweiterungen sind mittels Differenz- Schaltungen bzw. mittels Hintereinander-Schaltung möglich. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung des Bauraumes. Die spektrale Transmission ist vom Material, i.A. Kristalle, abhängig. Eine notwendige Randbedingung und eine Limitierung für akzeptable Wellenlängen und Winkel ist die Einhaltung der sogenannten Bragg-Bedingung, ausgenommen im sogenannten Raman-Nath Regime, welches nur geringe Beugungswirkungsgrade aufweist.

Pockels-Zellen können zur Phasenmodulation und/oder zur Änderung eines Polarisations- Zustandes eingesetzt werden. In Kombination mit einem Analysator ergibt sich die Möglichkeit einer Amplitudenmodulation. Beispielsweise kann auch im MHz Bereich moduliert werden. Nachteilig sind dabei zu erzeugende hohe Spannungen (~ kV) und der Preis der Kristalle und der Elektronik. Die spektrale Transmission ist vom Material des Kristalls abhängig, welches i.A. einen möglichst hohen elektrooptischen Koeffizienten aufweist. Eine Reduzierung der Bauform ist limitiert.

Im niederfrequenten Bereich, beispielsweise bis ca. 10 kHz, kann elektromagnetische Strahlung u.a. auch mit Flüssigkristall-Zehen oder mit mikromechanischen Bauteilen (MEMS) in der Amplitude moduliert werden. Mittels Flüssigkristall-Zellen ist auch eine hinreichend einfache Modulation der Phase, oder des Polarisations-Zustandes möglich.

Im Sagnac-Interferometer bewegt sich eine Lichtquelle in einer Ring-Resonator-Anordnung. Wellen dieser Lichtquelle breiten sich auf zueinander gegenläufigen optischen Pfaden aus. In Abhängigkeit von der vorliegenden Winkel-Geschwindigkeit kann eine Frequenzänderung im Interferenz-Signal detektiert werden. Das Mess-Prinzip beruht auf der Doppler-Verschiebung. Zudem gibt es eine Reihe weiterer Möglichkeiten der Modulation elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise mittels variabel gedrehter Analysatoren, d.h. mittels Polarisations- Filtern, oder mittels anderer Anordnungen. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die Funktionen verschiedener Bauteile, wie beispielsweise akusto-optischer Modulatoren, ersetzend implementiert werden können, allerdings in kompakterer Bauform, mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen und/oder in einem kleineren Bauvolumen. Diese Aufgabe wird durch eine Modulator-Vorrichtung zum Modulieren einer Frequenz und/oder einer Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung gemäß dem Anspruch l gelöst.

„Modulator-Vorrichtung“ kann hierin insbesondere jede Vorrichtung bezeichnen, die zum Modulieren einer Frequenz und/oder einer Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung bzw. eines Lichtstrahls geeignet ist und/oder jede Komponente einer optischen Anordnung, der innerhalb der optischen Anordnung die Funktion zukommt, eine Frequenz und/oder eine Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung bzw. eines Lichtstrahls zu modulieren. „Frequenz modulieren“ kann hierin insbesondere bedeuten, dass eine Frequenz einer elektromagnetischen Strahlung bzw. eines Lichtstrahls gezielt verändert bzw. verschoben wird. „Amplitude modulieren“ kann hierin insbesondere bedeuten, dass eine Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung bzw. eines Lichtstrahls gezielt verändert bzw. eingestellt wird. Eine Amplitude kann auch mittelbar durch eine Frequenzmodulation moduliert werden. Die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung umfasst ein Substrat, das zumindest abschnittsweise mit einer Modulator-Schicht beschichtet ist. Das Substrat kann jede Materialzusammensetzung aufweisen, solange es seinen erfindungsgemäßen Aufgaben gerecht wird, die hauptsächlich darin bestehen, die darauf hegende Modulator-Schicht zu tragen. Das Substrat kann insbesondere ein dielektrisches Material aufweisen.

Die Modulator-Schicht ist für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise reflektierend. Insofern kann die Modulator-Schicht zumindest einen Teil der zu modulierenden elektromagnetischen Strahlung, die auf die Modulator-Schicht einfällt, reflektieren. Die Modulator-Schicht bildet somit eine reflektierende Schicht bzw. eine reflektierende Fläche der Modulator-Vorrichtung. In manchen Ausführungsformen kann die Modulator-Schicht eine darauf einfallende elektromagnetische Strahlung vollständig reflektieren. Ferner ist die Modulator-Schicht elektrisch leitend. Dies bedeutet, dass die Modulator-Schicht freie Ladungsträger umfasst, die bei Anlegung eines elektrischen Feldes bzw. einer elektrischen Spannungsdifferenz an die Modulator-Schicht einen entsprechenden elektrischen Strom entstehen lassen. Die Ladungsträger der Modulator-Schicht können beispielsweise negativ geladene Elektronen, positiv geladene Elektronenlöcher oder geladene Ionen sein oder umfassen.

Die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung umfasst ferner eine einstellbare Stromquelle. Die Stromquelle ist insbesondere dazu eingerichtet, ein einstellbares elektrisches Feld bzw. eine einstellbare elektrische Spannungsdifferenz zu erzeugen. Die Stromquelle kann eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromquelle sein. Die Stromquelle kann vorzugsweise eine Konstantstromquelle sein.

Die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung umfasst ferner eine erste elektrische Kontaktierung und eine zweite elektrische Kontaktierung. Die erste elektrische Kontaktierung und die zweite elektrische Kontaktierung sind zum Anlegen eines von der Stromquelle erzeugten elektrischen Feldes bzw. einer von der Stromquelle erzeugten elektrischen Spannungsdifferenz an die Modulator-Schicht eingerichtet. Die erste elektrische Kontaktierung und die zweite elektrische Kontaktierung können mit der Stromquelle und der Modulator-Schicht elektrisch verbunden sein, so dass ein von der Stromquelle erzeugtes elektrisches Feld bzw. eine von der Stromquelle erzeugte elektrische Spannungsdifferenz an die Modulator-Schicht zwischen der ersten elektrischen Kontaktierung und der zweiten elektrischen Kontaktierung angelegt werden kann. Die erste elektrische Kontaktierung und die zweite elektrische Kontaktierung können auf der Modulator-Schicht angeordnet sein.

Wird ein elektrisches Feld bzw. eine elektrische Spannungsdifferenz an die Modulator-Schicht angelegt, bewirkt dies, dass sich die freien Ladungsträger der Modulator-Schicht in Bewegung setzen und somit einen entsprechenden elektrischen Strom durch die Modulator-Schicht zwischen der ersten elektrischen Kontaktierung und der zweiten elektrischen Kontaktierung entstehen lassen. Somit bildet die Modulator-Schicht eine reflektierende Schicht bzw. eine reflektierende Fläche der Modulator-Vorrichtung, an der elektromagnetische Strahlung reflektiert werden kann, und die durch einen elektrischen Strom durchflossen ist. Insofern kann die Modulator-Vorrichtung der Erfindung in einer optischen Anordnung als reflektierendes Bauteil verwendet werden, beispielsweise um einen Spiegel zu ersetzen.

Eine auf die Modulator-Schicht einfallende elektromagnetische Strahlung stellt ein oszillierendes Wechselfeld dar. Die Oszillation des elektromagnetischen Feldes treibt die freien Ladungsträger der Modulator-Schicht zur Oszillation an, so dass diese die einfallende elektromagnetische Strahlung emittieren. Dadurch kommt eine Reflexion zustande. Die hinreichend schnelle Bewegung der Ladungsträger, die bei der Reflexion als Quellen elektromagnetischer Strahlung wirken, erzeugt eine Doppler-Verschiebung. I.A. wird in der Detektion der Betrag der spektralen Verschiebung maximal, wenn diese in oder entgegen der Bewegungsrichtung erfolgt.

Die stromdurchflossene Modulator-Schicht fungiert somit nicht nur als reflektierende Schicht, sondern zusätzlich auch als sekundäre Strahlungsquelle. Die Reflexion von elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise Licht, an Ladungsträgern kann als Realisierung einer sekundären Strahlungsquelle betrachtet werden. Dies eröffnet die Möglichkeit der gezielten Modifikation der Eigenschaften der sekundären Strahlungsquelle, insbesondere durch eine gezielte Einstellung des angelegten elektrischen Feldes. Die hier betrachtete Modifikation bezieht sich insbesondere auf eine Frequenz-Modulation. Dabei wird eine Frequenz v₀ einer auf die Modulator-Schicht einfallenden elektromagnetischen Strahlung um eine Frequenzverschiebung Dn modifiziert. Die gezielt eingestellte Frequenzverschiebung kann positive oder negative Werte annehmen. D.h., Dn kann positiv oder negativ sein. Die am Ausgang eines Modulators resultierende Frequenz v_Ausgan_g, d. h. die Frequenz der von der Modulator-Vorrichtung reflektierten elektromagnetischen Strahlung, kann somit größer oder kleiner sein als die Frequenz v₀, welche am Eingang des Modulators anliegt, d.h. als die Frequenz der auf die Modulator-Schicht einfallenden elektromagnetischen Strahlung.

Darauf basierend kann die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung ein optisches Bauteil funktional ersetzen und/oder verbessern. Beispielsweise kann der Arbeitsbereich eines Standard Heterodyne-Interferometers vergrößert werden, indem eine Zusatz-Doppler- Verschiebung mithilfe einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung eingeführt wird. Dabei kann die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung eine Frequenz auf die einfallende elektromagnetische Strahlung addieren oder subtrahieren. Dies entspricht einer Anpassung des Frequenzbereiches. Es ist sehr vorteilhaft, wenn sich dies kompakt, mit vertretbarem technologischem Aufwand und kostengünstig realisieren lässt, wie es die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung ermöglicht.

Auf der Grundlage der Wechselwirkung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit Ladungsträgern, insbesondere mit den freien Ladungsträgern der Modulator-Schicht, können definiert steuerbare bzw. definiert einstellbare Frequenzverschiebungen realisiert werden. Die freien Ladungsträger der Modulator-Schicht werden, genauso wie beispielsweise Ladungsträger in Metallen oder auch in dotierten Halbleitern, durch Anlegen einer von der Stromquelle erzeugten elektrischen Spannung in eine gerichtete Bewegung überführt. Der sich daraus ergebende elektrische Strom I ist mit I = U/R der angelegten Spannung U und dem Widerstand R proportional. Er entspricht, beispielsweise betrachtet in einem definierten Volumen, der zeitlichen Änderung an Ladungsträgern, d.h. I = dQ/dt.

Die freien Ladungsträger werden im anliegenden elektrischen Feld beschleunigt. Dies erfolgt bis zu dem Zeitpunkt, da die Ladungsträger ihre Drift-Geschwindigkeit V_d erreicht haben. Dies entspricht einem Kräftegleichgewicht zwischen beschleunigender Kraft und der Kraft, die durch die Widerstand-Wechselwirkung mit der Modulator-Schicht, die beispielsweise ein Metall-Gitter aufweisen kann, entsteht. Mit steigender Spannung U erhöht sich v , d.h. bis zu ihrem Maximalwert v,i _max., der u.a. von der Temperatur T abhängig ist.

Eine Verringerung der Temperatur T führt i.A. zu einer Verringerung des elektrischen Widerstandes R. Eine Verringerung der Temperatur kann im Sinne der Erfindung vorteilhaft zur Erhöhung der Drift-Geschwindigkeit V bzw. zur Erhöhung ihres Maximalwertes V_{d max} verwendet werden. Daraus ergibt sich eine vorteilhafte Anwendung der hierin offenbarten Ausführungsformen bei tiefen und sehr tiefen Temperaturen.

In manchen Ausführungsformen kann die Modulator-Schicht einen Supraleiter aufweisen, vorzugsweise einen Hochtemperatur-Supraleiter. Die Verwendung von Supraleitern ist vorteilhaft. Elektronen in Supraleitern, bei zugehöriger Temperatur, können höhere Geschwindigkeiten erreichen als Elektronen in Standard-Metallen, bei Raumtemperatur. Als reflektierende, vom Strom durchflossene Leiter bieten sich beispielsweise die sogenannten Hochtemperatur-Supraleiter an. Hochtemperatur-Supraleiter können mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Die Kühlung mit flüssigem Stickstoff ist wesentlich preiswerter als die Kühlung mit flüssigem Helium, wie diese für den Betrieb von Standard Supraleitern benötigt wird. Es gibt auch keramische Supraleiter, die verwendet werden können.

In manchen Ausführungsformen kann die Modulator-Schicht einen normalen Leiter aufweisen, insbesondere ein Metall. Die Verwendung bewegter Ladungsträger im Metall ist allerdings eine Möglichkeit von mehreren. Es lassen sich die Methoden und Anordnungen auf bewegte Ladungsträger i.A. anwenden, d.h. beispielsweise auch auf bewegte Ladungsträger in Lösungen, auf Ionen, Anionen und Kationen, und auf Löcher in Halbleitern. In manchen Ausführungsformen kann die Modulator-Schicht somit beispielsweise einen Halbleiter umfassen.

Als Summe der einzelnen Abstrahlungen der Ladungsträger der Modulator-Schicht ergibt sich ein exponentieller Abfall der senkrecht zur Oberfläche der Modulator-Schicht vorliegenden Strahlungsenergie. Die Eindringtiefe ist vom Material der Modulator-Schicht bzw. von der Ladungsträger-Dichte der Modulator-Schicht abhängig. Sie kann beispielsweise bei Metallen im Bereich des Bruchteils einer Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Strahlung liegen. Es handelt sich somit bei der Reflexion an einer metallischen Modulator-Schicht um einen sehr oberflächennahen Effekt.

Die im betrachteten zeitlichen Mittel gerichtete Bewegung der Ladungsträger der Modulator- Schicht, welche wie vorstehend erläutert als sekundäre Strahlungsquelle fungieren und elektromagnetische Strahlung emittieren kann, ist gleichbedeutend mit der Einführung einer Doppler-Verschiebung, welche auf eine einfallende elektromagnetische Welle wirkt, die von der Modulator-Schicht reflektiert wird. Insofern weist ein an der Modulator-Schicht reflektierter Anteil der einfallenden elektromagnetischen Welle eine Frequenzverschiebung in Bezug auf diese auf. Vorzugsweise kann die Modulator-Schicht verhältnismäßig dünn sein. Die Modulator-Schicht kann eine Dicke im sichtbaren Wellenlängenbereich aufweisen, beispielsweise eine Dicke von bis zu too pm, insbesondere von too nm bis zu too pm, und die Stromquelle kann vorzugsweise eine Gleichstromquelle sein.

Der beschriebene Effekt ist oberflächennah. Die Modulator-Vorrichtung der Erfindung ermöglicht die Verwendung des Skin-Effektes bei hinreichend hohen Frequenzen eines Wechselstromes für die Ladungsträger der Modulator-Schicht zur räumlichen Einschränkung. Des Weiteren ermöglicht die Modulator-Vorrichtung der Erfindung die Verwendung der Eindringtiefe von elektromagnetischen Wellen, die auf die Modulator-Schicht einfallen, auch ohne Skin-Effekt, zur Untersuchung der Homogenität der Drift-Geschwindigkeit in Oberflächennähe. Wenn die Modulator-Schicht hinreichend dünn ist, z.B. wenn die Modulator-Schicht als eine io nm dicke Chrom-Schicht ausgeführt ist, kann in Reflexion und in Transmission gemessen werden, d.h. zumindest im sichtbaren Spektral-Bereich und auch im nahen Infrarot-Bereich, wobei eine Differenzmessung bis zu einem bestimmten Grad, d.h. entsprechend der Integration über das Volumen, eine Trennung von Oberfläche und Volumen ermöglicht. I.A. kann mittels Erhöhung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung die Eindringtiefe erhöht werden. D.h. es kann beispielsweise zerstörungsfreie Analytik bis in den THz Bereich elektromagnetischer Strahlung auf diese Art und Weise angewandt werden. Die reflektierende Modulator-Schicht der erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung, die als metallische Oberfläche ausgeführt sein kann, kann beispielsweise durch eine Reihe von Beschichtungsverfahren und auch in kompakter Form hergestellt werden. Ein eventuell notwendiger Schutz vor Korrosion oder vor einer Degradierung der Modulator-Schicht kann beispielsweise durch eine zusätzlich aufgebrachte transparente und dabei möglichst kompakte Oxid-Schicht realisiert werden, d.h. beispielsweise aus Si0₂.

Die Frequenzverschiebung infolge einer Reflexion an der erfindungsgemäßen Modulator- Vorrichtung wird bei einem schrägen Einfall der einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf die Modulator-Schicht maximiert. Beispielhaft wird für die Ebene der Modulator-Schicht eine x-y-Ebene angenommen, in der sich die Ladungsträger in Richtung der x-Achse bewegen, d.h. in Richtung des Einheitsvektors der x-Achse, e_x. Ist die Einfalls-Richtung es ₀ der einfallenden elektromagnetischen Strahlung parallel zu e_x, d.h. der Winkel a(e,s ₀, v ) zwischen der einfallenden elektromagnetischen Welle und der Bewegungsrichtung der Ladungsträger ist gleich Null, so wird eine Grundfrequenz maximal zu einem positiven Wert verschoben, der durch die Geschwindigkeit der Ladungsträger bestimmt wird. Die resultierende Frequenz V des Teils der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, der an der Modulator-Schicht reflektiert wird, ergibt sich zu Vi = v₀ x (V(i-ß²)) / (1 - ß x cos(a)) mit ß = Vd /c. Hier ist c die Lichtgeschwindigkeit und V_d die Geschwindigkeit der Ladungsträger. Eine Reflexion unter schrägem bzw. möglichst schrägem Einfall ist somit bevorzugt.

Um den Fehler der eingeführten Frequenzverschiebung Dn gering zu halten, ist es vorteilhaft, die elektrisch leitende Modulator-Schicht, welche die beweglichen Ladungsträger beinhaltet, in einer sogenannten Messschaltung zu betreiben. Die Erzeugung konstanter Ströme ist Stand der Technik.

Eine Frequenzverschiebung Dn eines Wellenfeldes kann in ein zeitlich moduliertes Signal umgewandelt werden, wenn zwei hinreichend kohärente Wellenfelder unterschiedlicher Frequenz überlagert werden. Ist der Frequenz-Unterschied zwischen beiden überlagerten Wellenfeldern konstant, so ergibt sich in der Amplitude eine sinusförmige Modulation, d.h. hier beispielsweise mit einer festen Frequenz, d.h. Schwebungsfrequenz, die der Frequenzverschiebung Dn entspricht.

Insofern kann die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung dazu verwendet werden, ein zeitlich moduliertes Signal dadurch zu erzeugen, dass ein an der Modulator-Schicht reflektierter Teil einer auf die Modulator-Schicht einfallenden elektromagnetischen Strahlung, der eine Frequenzverschiebung gegenüber der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aufweist, mit der einfallenden elektromagnetischen Strahlung bzw. mit einem nicht reflektierten Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung interferierend überlagert wird. Ein nicht reflektierter Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung kann dabei ein durch die Modulator-Vorrichtung transmittierter Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung sein. Zur hierbei nötigen Überlagerung kann eine Interferometer-Anordnung verwendet werden, die eine erfindungsgemäße Modulator- Vorrichtung umfasst, die wie vorstehend erläutert als frequenzverschiebender Spiegel eingesetzt wird. Die Interferometer-Anordnung kann beispielsweise ein sogenanntes Mach- Zehnder-Interferometer, ein Twyman-Green-Interferometer oder ein Michelson- Interferometer sein. Infolge der Integration der erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung in eine Interferometer-Anordnung kann die Anzahl der in Summe benötigten Bauteile der Interferometer- Anordnung reduziert werden. Im Vergleich zum Stand der Technik kann somit eine Interferometer-Anordnung mit einem reduzierten Bauraum realisiert werden. Eine Frequenz-Modulation lässt sich mithilfe einer solchen Interferometer-Anordnung in eine Amplituden-Modulation umwandeln.

Eine weitere Interferometer-Anordnung kann durch Reflexion an zwei hintereinanderliegenden Reflexionselementen realisiert werden, wobei zumindest eines der Reflexionselemente eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung sein kann, deren Modulator-Schicht als Reflexionsfläche fungiert.

Der Vorteil der Reduzierung der Anzahl notwendiger Bauteile ergibt sich beispielsweise dadurch, dass optische Elemente, die in einem optischen System zur Strahl-Ablenkung verwendet werden, als Modulator-Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt werden. Demnach kann eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung gleichzeitig sowohl als reflektierendes Element als auch als frequenzverschiebendes Element fungieren.

Eine reflektierende Fläche, beispielsweise die Hypotenuse eines zur Strahl -Ablenkung verwendeten Prismas ist als vorzugsweise hinreichend dünne metallische, leitende Fläche ausgeführt, über die ein definierter Strom fließt. Bei der Reflexion an der stromdurchflossenen Schicht erfährt das Wellenfeld eine Dopplerverschiebung. Diese ist in Betrag, Richtung und im zeitlichen Ablauf, d.h. in der Zeitabhängigkeit definiert einstellbar. Auch wenn eine Ablenkung um 90° oft in optischen Systemen eingesetzt wird, können im Sinne einer höheren maximalen Frequenz-Modifikation auch deutlich höhere Ablenkwinkel, d.h. bei streifendem Einfall an metallisch leitenden und von einem definierten Strom durchflossenen Leitern realisiert werden. In manchen Ausführungsformen kann die die Modulator-Schicht für die zu modulierende elektromagnetischen Strahlung teilweise durchlässig sein. Somit kann die Modulator-Schicht die zu modulierende elektromagnetische Strahlung, die auf die Modulator-Schicht einfällt, teilweise reflektieren und teilweise transmittieren. Die Modulator-Schicht bildet somit eine teilweise reflektierende und teilweise durchlässige Schicht bzw. eine teilweise reflektierende und teilweise durchlässige Fläche der Modulator-Vorrichtung. Wenn in der vorliegenden Anmeldung und insbesondere in den Ansprüchen von „durchlässig“ bzw. „transparent“ die Rede ist, so ist damit stets „für eine elektromagnetische Strahlung durchlässig“ bzw. „für eine elektromagnetische Strahlung transparent“ zu verstehen, insbesondere für einen Wellenbereich, in dem eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung mit der elektromagnetischen Strahlung wechselwirken soll.

Zudem kann das Substrat in manchen Ausführungsformen für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig sein. Dies kann insbesondere bewirken, dass ein von der Modulator-Schicht transmittierter Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung auch durch das Substrat transmittiert werden kann. Somit können die Modulator-Schicht und das Substrat zusammen betrachtet für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig sein. Das Substrat kann für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung vollständig durchlässig bzw. transparent sein.

Insofern kann eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung als Strahlteiler verwendet werden, insbesondere wenn sowohl die Modulator-Schicht als auch das Substrat für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig sind. Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann dementsprechend in einer optischen Anordnung gleichzeitig als Strahlteiler und als frequenzverschiebendes Element verwendet werden, beispielsweise anstelle eines konventionellen Strahlteilers.

Eine reflektierende Fläche der Modulator-Schicht, an der ein Teil einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung abgelenkt wird, kann als hinreichend dünne leitende - beispielsweise metallische - Fläche ausgeführt sein, über die ein definierter Strom fließt, wenn das von der Stromquelle erzeuge elektrische Feld über die erste und zweite elektrische Kontaktierung angelegt wird. Bei der Reflexion an der stromdurchflossenen Modulator- Schicht erfährt der reflektierte Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung eine definierte Doppler-Verschiebung. Diese ist in Betrag, Richtung und im zeitlichen Ablauf, d.h. in der Zeitabhängigkeit definiert einstellbar, insbesondere über eine Einstellung des von der Stromquelle erzeugten elektrischen Feldes. Ein nicht-reflektierter Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, der durch die Modulator-Vorrichtung, insbesondere durch die Modulator-Schicht und durch das Substrat transmittiert wird, erfährt hingegen keine Doppler-Verschiebung. D.h., dass die Modulator-Schicht auch als Strahlteiler ausgeführt werden kann. Sie muss es aber nicht, d.h. es kann auch ein Standard Strahlteiler dazu verwendet werden, ein Eingangs-Wellenfeld beispielsweise in einer 50/50 Teilung zu separieren. Auf einem Pfad kann dann eine Frequenz-Modifikation erfolgen, oder auch auf beiden Pfaden.

Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung, die als Strahlteiler ausgeführt ist, kann beispielsweise als Strahl-Teiler-Würfel, als Strahl-Teiler-Prisma, als Strahl-Teiler-Platte als Strahl-Teiler-Membran, oder auch als ein auf einem Draht-Gitter basierter Strahl-Teiler ausgeführt sein.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig sein und eine erste, eine zweite und eine dritte Außenfläche aufweisen, wobei die zweite und die dritte Außenfläche senkrecht zueinander sind, und wobei die erste Außenfläche schräg zur zweiten und zur dritten Außenfläche ist. Die erste Außenfläche kann dabei zumindest abschnittsweise mit der Modulator-Schicht beschichtet sein. Gemäß solchen Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung als Prisma mit dreieckigem Querschnitt ausgeführt sein, die als Strahlteiler oder als reflektierendes Element verwendet werden kann. Eine Reflexionsschicht kann über der ersten Außenfläche des Substrats und auf der Modulator- Schicht angeordnet sein, wobei die Reflexionsschicht vorzugsweise dielektrisch sein kann.

In manchen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Modulator-Vorrichtung ferner ein weiteres Substrat, das eine erste, eine zweite und eine dritte Außenfläche aufweist. Das Substrat und das weitere Substrat können für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig sein. Die zweite und die dritte Außenfläche des weiteren Substrats sind senkrecht zueinander. Die erste Außenfläche des weiteren Substrats ist schräg zur zweiten und zur dritten Außenfläche des weiteren Substrats und ist auf der Modulator-Schicht angeordnet. Die Modulator-Schicht ist somit zwischen der ersten Außenfläche des Substrats und der ersten Außenfläche des weiteren Substrats angeordnet. Gemäß solchen Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung würfelförmig mit viereckigem Querschnitt ausgeführt sein und als Strahlteiler verwendet werden.

In manchen Ausführungsformen umfasst die Modulator-Schicht einen Draht-Gitter- Polarisator. Insbesondere kann die Modulator-Schicht als Draht-Gitter-Polarisator ausgeführt sein. Der Draht-Gitter-Polarisator kann dazu verwendet werden, Polarisationszustände der einfallenden elektromagnetischen Strahlung selektiv auszuwählen bzw. zu modifizieren bzw. zu modulieren. Der durch die Modulator-Schicht fließende elektrische Strom kann dabei entlang der Gitter-Strukturen des Draht-Gitter-Polarisators gerichtet sein. Die Gitter- Strukturen können metallisch sein und/oder Ausmaße im Sub-Wellenlängenbereich aufweisen. Bei diesen Ausführungsformen muss der Vektor der Strahl-Ausbreitung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung eine Komponente in Richtung der Gitter-Linien des Draht-Gitter-Polarisators aufweisen, um eine Doppler-Verschiebung zu erfahren. Der besagte Vektor kann somit in Richtung des entlang der Gitter-Strukturen fließenden elektrischen Stroms gerichtet sein. Infolgedessen weist ein von der Modulator-Schicht bzw. vom Draht-Gitter-Polarisator reflektierter Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung eine Frequenzverschiebung in Bezug auf die einfallende elektromagnetische Strahlung auf, während ein von der Modulator-Schicht bzw. vom Draht-Gitter-Polarisator transmittierter Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung keine Frequenzverschiebung in Bezug auf die einfallende elektromagnetische Strahlung aufweist. Vorteilhaft ist hierbei ein schräger Einfalls-Winkel der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise unter 45 °, wobei der Einfalls-Winkel auch darüber liegen kann. Die Gitter-Linien des Draht-Gitter-Polarisators liegen vorzugsweise in der Einfallsebene, d.h. in der Ebene der Modulator-Schicht.

In manchen Ausführungsformen kann die Modulator-Vorrichtung ferner eine zusätzliche Reflexionsschicht umfassen, die auf der Modulator-Schicht angeordnet ist, wobei die zusätzliche Reflexionsschicht zum Reflektieren eines Anteils der zu modulierenden elektromagnetischen Strahlung geeignet ist. Die zusätzliche Reflexionsschicht kann eine dielektrische Schicht oder eine leitende, insbesondere metallische Schicht sein. Die zusätzliche Reflexionsschicht wird vorzugsweise von dem elektrischen Strom, der durch die Modulator- Schicht fließt, nicht durchflossen. Die zusätzliche Reflexionsschicht kann somit bewirken, dass ein Teil der auf die Vorrichtung einfallenden elektromagnetischen Strahlung von der stromdurchflossenen Modulator-Schicht reflektiert wird und mithin eine Frequenzverschiebung aufweist, während ein Teil der auf die Vorrichtung einfallenden elektromagnetischen Strahlung von der nicht-stromdurchflossenen zusätzlichen Reflexionsschicht reflektiert wird und keine Frequenzverschiebung aufweist. In einer derartigen Anordnung kann durch unmittelbare Nähe der betreffenden Schichten (d.h. der Modulator-Schicht und der zusätzlichen Reflexionsschicht) eine sehr kompakte Bauweise realisiert werden, beispielsweise unter einem Einfallswinkel von 45⁰. Eine derartige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung kann in einer optischen Anordnung anstelle eines herkömmlichen Spiegels in einem optischen Strahlengang verwendet werden.

Die zusätzliche Reflexionsschicht kann selektiv auf Polarisation-Zustände der zu modulierenden elektromagnetischen Strahlung wirken. Die zusätzliche Reflexionsschicht kann einen polarisationsdefinierten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektieren und einen anderen polarisationsdefinierten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung transmittieren bzw. durchlassen, der von der darunterliegenden Modulator-Schicht reflektiert werden kann. Die zusätzliche Reflexionsschicht kann beispielsweise einen ersten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit einem ersten Polarisationszustand reflektieren und einen zweiten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit einem zweiten Polarisationszustand, der zum ersten Polarisationszustand beispielsweise senkrecht sein kann, transmittieren bzw. durchlassen. Der Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, der von der polarisationsselektiven zusätzlichen Reflexionsschicht durchgelassen und von der Modulator-Schicht reflektiert wird, erfährt die von der Modulator-Schicht verursachte Frequenzverschiebung, während der Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, der von der polarisationsselektiven zusätzlichen Reflexionsschicht reflektiert wird, die von der Modulator-Schicht verursachte Frequenzverschiebung nicht erfährt.

Eine umgekehrte Anordnung der zusätzlichen Reflexionsschicht und der Modulator-Sicht, in der die Modulator-Schicht selektiv auf Polarisation-Zustände der zu modulierenden elektromagnetischen Strahlung wirkt und auf der zusätzlichen Reflexionsschicht angeordnet ist, ist ebenfalls vorgesehen und lässt dieselbe Wirkung erreichen. Die Modulator-Schicht kann dabei als Draht-Gitter-Polarisator ausgeführt sein. In derartigen Ausführungsformen kann die über der zusätzlichen Reflexionsschicht angeordnete Modulator-Schicht einen polarisationsdefinierten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektieren und einen anderen polarisationsdefinierten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung transmittieren bzw. durchlassen, der von der darunterliegenden zusätzlichen Reflexionsschicht reflektiert werden kann. Die Modulator-Schicht kann beispielsweise einen ersten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit einem ersten Polarisationszustand reflektieren und einen zweiten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit einem zweiten Polarisationszustand, der zum ersten Polarisationszustand beispielsweise senkrecht sein kann, transmittieren bzw. durchlassen. Der Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, der von der polarisationsselektiven Modulator-Schicht reflektiert wird, erfährt die von der Modulator-Schicht verursachte Frequenzverschiebung, während der Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, der von der polarisationsselektiven Modulator-Schicht durchgelassen und von der zusätzlichen Reflexionsschicht reflektiert wird, die von der Modulator-Schicht verursachte Frequenzverschiebung nicht erfährt. In manchen Ausführungsformen kann die Modulator-Vorrichtung ein Beugungsgitter umfassen, das über der Modulator-Schicht angeordnet oder innerhalb der Modulator-Schicht gebildet sein kann. Die Modulator-Schicht kann insbesondere als Beugungsgitter ausgeführt sein. Das Beugungsgitter kann bei diesen Ausführungsformen ermöglichen, die auf die Modulator-Vorrichtung einfallende elektromagnetische Strahlung vor der Reflexion an der Modulator-Schicht selektiv zu beugen. Das Beugungsgitter kann beispielsweise ermöglichen, einen Reflexionswinkel festzulegen, mit/unter dem ein an der Modulator-Schicht reflektierter Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektiert wird, wobei unterschiedliche Reflexionswinkel insbesondere unterschiedlichen Beugungsordnungen des Beugungsgitters entsprechen können. Das Beugungsgitter kann in der Modulator-Schicht gebildet bzw. in diese integriert sein. Die Modulator-Schicht kann beispielsweise als Oberflächen-Relief-Gitter ausgeführt sein. Eine als Oberflächen-Relief-Gitter ausgeführte Modulator-Schicht kann vorzugsweise für die einfallende elektromagnetische Strahlung teilweise durchlässig sein, insbesondere wenn die Modulator-Schicht hinreichend dünn ist. Eine als Oberflächen-Relief- Gitter ausgeführte Modulator-Schicht kann somit die einfallende elektromagnetische Strahlung teilweise reflektieren und teilweise transmittieren.

Das Beugungsgitter kann ein erstes Gittersegment und ein zweites Gittersegment aufweisen und kann dazu eingerichtet sein, einen Einfall der auf die Modulator-Vorrichtung einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit einem bestimmten Einfallwinkel, beispielsweise bei einem senkrechten Einfallwinkel, mit einer Reflexion eines reflektierten Teils der einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit einem bestimmten Reflexionswinkel, beispielsweise einem senkrechten (Rück-)Reflexionswinkel zu kombinieren. Einfallwinkel und Reflexionswinkel sind dabei nahezu beliebig wählbar. Eine Gitter-Segmentierung reduziert i.A. den technischen Aufwand bei der Umsetzung der Beugungsgitter und des Strahlenganges. Ein Beispiel eines hierzu verwendbaren ersten Gittersegments eines Beugungsgitters, das beispielsweise als Oberflächen-Relief-Gitter ausgeführt sein kann, ist ein sogenanntes Sägezahn-Profil. Das erste Gittersegment kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, bei senkrechtem Einfall der einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf die Modulator- Vorrichtung bzw. auf das erste Gittersegment des Beugungsgitters eine bestimmte Beugungsordnung, beispielsweise eine - i-te Beugungsordnung, mit maximalem Beugungs- Wirkungsgrad zu erzeugen. Die einfallende elektromagnetische Strahlung kann vom ersten Gittersegment derart gebeugt werden, dass diese Beugungsordnung - trotz des senkrechten Einfalls auf das Beugungsgitter - schräg auf die sich unterhalb des Beugungsgitters befindende Modulator-Schicht einfällt. Der an der Modulator-Schicht reflektierte Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung trifft auf ein weiteres Gittersegment des Beugungsgitters, das beispielsweise ebenfalls als Sägezahn-Profil implementiertes Oberflächen-Relief-Gitter, spiegelsymmetrisch zum ersten Gittersegment ausgeführt sein kann. Das zweite Gittersegment kann dazu eingerichtet sein, den von der Modulator-Schicht reflektierten Teil der elektromagnetischen Strahlung derart zu beugen, dass dieser mit einem bestimmten Reflexionswinkel von der Modulator-Vorrichtung reflektiert wird, beispielsweise zurück auf die ursprüngliche Einfallsachse, die senkrecht zum Beugungsgitter bzw. zur optischen Achse des Systems sein kann.

Das Beugungsgitter kann allerdings auch nichtsegmentiert sein und ebenfalls dazu verwendet werden, einen senkrechten Licht-Einfall auf die Modulator-Vorrichtung bzw. auf das Beugungsgitter mit einer senkrechten Rückreflexion zu kombinieren. Ein Beispiel in diesem Sinne ist die Verwendung eines Beugungsgitters, welches eine symmetrische Strahl- Aufspaltung realisiert.

In manchen Ausführungsformen kann das Beugungsgitter als Oberflächen-Relief-Gitter ausgeführt sein oder als Volumengitter, welches auf der Bragg-Beugung an Gitter-Ebenen beruht. Bei einer symmetrischen Auslegung kann die einfallende elektromagnetische Strahlung mit einem Einfallswinkel unter o° einfallen, wobei das Beugungsgitter beispielsweise zur Erzeugung der - i-ten und der + i-ten Beugungsordnung eingerichtet sein kann. Zwei symmetrisch ausgelegte Beugungsordnungen können somit auf die Modulator- Schicht in unterschiedlichen Richtungen schräg einfallen und können somit gegensätzliche Frequenzverschiebungen erfahren. Nach der Reflexion können sie vom Beugungsgitter wieder zurück reflektiert werden, d.h. beispielsweise entgegengesetzt zur Einfallsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung.

Wird das Beugungsgitter so ausgelegt, dass eine signifikante Intensität in der o-ten Beugungsordnung vorliegt, so können beispielsweise im zurück reflektierten und im teilweise gebeugten Teil der elektromagnetischen Strahlung drei Frequenz-Anteile erzeugt werden, v₀, v _o + Dn, v _o - Dh. Dies bedeutet, dass nun bei kohärenter Überlagerung mehrere Interferenz- Terme vorliegen können.

Beispielsweise kann Modulator-Vorrichtung gemäß der Erfindung unter senkrechtem Einfall der einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf die Modulator-Schicht betrieben werden, während die Modulator-Schicht mit einem definiert einstellbaren Strom durchflossenen wird. Die Modulator-Schicht kann als Oberflächen-Relief-Gitter ausgeführt sein, das dazu eingerichtet ist die ± i-ten Beugungsordnungen zu erzeugen, die beispielsweise bei ±84,26 °, oder bei ±72 ⁰ liegen können, und eine gegensinnige Frequenz-Modulation erfahren können. Die Modulator-Schicht kann beispielsweise eine 20 nm dicke Gold-Schicht sein, die ein Sinusgitter bildet.

In anderen Ausführungsformen kann das Substrat transparent sein und das Beugungsgitter kann an einer Oberfläche des Substrats gebildet sein, die der Modulator-Schicht gegenüberliegt.

Wenn das Beugungsgitter und die Modulator-Schicht nicht planparallel zueinander sind, sondern einen Keilwinkel k aufweisen, so kann der Keilwinkel K, durch Bestimmung der Frequenzverschiebungen bestimmt werden, die die einzelnen Interferenz -Terme jeweils erfahren. Demnach kann eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung zur Winkelmessung bzw. als Komponente eines Winkelmessungssystems verwendet werden.

Es ist zu beachten, dass eine messbare Asymmetrie sowohl durch den Einfallswinkel der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, als auch durch den Keilwinkel zwischen dem Beugungsgitter und der Modulator-Schicht eingeführt werden kann. Im Sinne der Parameter- Variation können mehrere Wellenlängen und mehrere Einfallswinkel der einfallenden elektromagnetischen Strahlung und Kombinationen davon eingesetzt werden, um beide Einflüsse, den Einfluss des Einfallswinkels der einfallenden elektromagnetischen Strahlung und den Einfluss des Keilwinkels voneinander zu trennen. Dies ergibt eine Möglichkeit der Winkel -Messung über die Messgröße Frequenz.

Ein Wellenfeld, das auf eine Oberfläche fällt, kann im Allgemeinen einen reflektierten Anteil, einen transmittierten Anteil und einen gebeugten Anteil bzw. gebeugte Anteile aufweisen. Die einzelnen Beugungsordnungen weisen zueinander eine feste, bzw. bei einer relativen Drehung oder bei einer Änderung der Wellenlänge definiert bestimmbare Winkel-Relation auf. Dies kann bei der erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung u.a. dazu verwendet werden, die Unsicherheit des Einfallswinkels zu korrigieren bzw. diesen zu messen. Hierfür können mehrere Schwebungsfrequenzen bzw. mehrere von der Modulator-Schicht verursachte Frequenzverschiebungen gemessen werden, die beispielsweise mehren Beugungsordnungen zugeordnet sind. Da der Einfallswinkel ein Teil der Gittergleichung ist, d.h. ein Term derselben, kann über ein Gleichungssystem der Einfallswinkel eindeutig bestimmt werden. Die Winkel- Messung über Frequenzen ist mittels Beugungsgitter und/oder auch ohne diese zu realisieren. Die Verwendung einer internen Referenz-Anordnung innerhalb einer Mess-Anordnung, die beispielsweise eine Winkel-Mess-Anordnung ist und welche bei einer durchgeführten Winkelmessung beispielsweise auch eine Drift der verwendeten Wellenlänge detektiert, reduziert die Messunsicherheit.

Insofern kann eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung dazu eingerichtet sein, einen Einfallswinkel der auf die Modulator-Vorrichtung einfallenden elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen. Dies kann der Korrektur eines nicht hinreichend exakten Wertes dienen, oder auch direkt im Sinne einer Mess-Anordnung verwendet werden. Es können Winkel-Mess-Systeme auf dem hier offenbarten Prinzip aufgebaut werden.

Modulator-Vorrichtungen gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung können dazu eingerichtet sein, Mehrfach-Reflexionen zu realisieren.

In manchen Ausführungsformen kann eine Oberfläche des Substrats, die der Modulator- Schicht gegenüberliegt und vorzugsweise parallel dazu ist, mit einer weiteren Modulator- Schicht beschichtet sein. Die weitere Modulator-Schicht ist für die zu modulierende elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise reflektierend und elektrisch leitend. Die weitere Modulator-Schicht kann die gleichen strukturellen Eigenschaften aufweisen wie die erstgenannte Modulator-Schicht. Die Modulator-Vorrichtung kann ferner eine dritte elektrische Kontaktierung und eine vierte elektrische Kontaktierung umfassen, die zum Anlegen des von der Stromquelle erzeugten elektrischen Feldes oder eines von einer weiteren Stromquelle erzeugten weiteren elektrischen Feldes an die weitere Modulator-Schicht eingerichtet sind. In solchen Ausführungsformen ist es möglich, eine Reihe von Reflexionen zwischen den zwei gegenüberliegenden Modulator-Schichten, die vorzugsweise parallel zueinander sein können, die von einem jeweiligen elektrischen Strom durchflossenen werden, zu vermitteln. Die Verwendung von Mehrfach-Reflexionen ist im Zusammenhang mit dem hierin offenbarten Modulations-Prinzip insofern von Bedeutung, da beispielsweise ein metallischer Leiter bei Raumtemperatur relativ geringe Modulations-Frequenzen bzw. Frequenzverschiebungen erzeugen kann. Durch Mehrfach-Reflexion kann die erreichbare Frequenzverschiebung um einen Faktor N vergrößert werden, wobei N beispielsweise 20 oder auch 100 sein kann. Ist die Anzahl der mehrfachen Reflexionen beispielsweise N = 100, so ist die maximale Frequenzverschiebung proportional zu 2 x 100 x v,i _max. Der Faktor 2 ergibt sich aus der Möglichkeit, die Richtung des Stromflusses umzukehren. Die Geschwindigkeit der freien Ladungsträger kann von o bis v,i _max durchgestimmt werden. Somit ergibt sich eine deutliche Erhöhung des einzustellenden Frequenzbereiches der Modulation. Die zwei gegenüberliegenden Modulator-Schichten können einen Winkel ungleich o° zueinander aufweisen, mit anderen Worten auch nicht parallel zueinander ausgerichtet sein. Eine Anwendung der Mehrfach-Reflexion mit einer erfindungsgemäßen Modulator- Vorrichtung ist die Ermittlung der mit der Modulator-Vorrichtung erzielten Frequenzverschiebung. Eine weitere Anwendung der Mehrfach-Reflexion mit einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung ist die Erweiterung des mit der Modulator- Vorrichtung erzielbaren Frequenzverschiebungsbereiches. Eine weitere Eingangs- Wellenlänge, bzw. weitere modulierte und/oder auch nicht-modulierte Eingangs- Wellenlängen können zur Kontrolle, aber generell auch zur Erweiterung des zu modulierenden Frequenz-Bereiches eingesetzt werden. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge, als Eingangs-Kontroll-Strahlung koaxial zur elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Wellenlänge in die Modulator-Vorrichtung einfallen zu lassen. Die Modulator-Vorrichtung kann wie vorstehend erläutert dazu eingerichtet sein, Mehrfach-Reflexionen zu realisieren. Die zweite Wellenlänge kann unterschiedlich von der ersten Wellenlänge sein, wobei der Unterschied beispielsweise l nm oder io nm betragen kann. Eine Kontrolle der mit der Modulator-Vorrichtung bewirkten Doppler-Verschiebung bzw. Frequenzverschiebung kann aus dem bekannten Verhältnis der Wellenlängen ermittelt werden. Zur separaten Detektion können unterschiedliche Wellenlängen mittels dichroitischer Filter getrennt werden.

Eine weitere Anwendung der Mehrfach-Reflexion mit einer erfindungsgemäßen Modulator- Vorrichtung ist die Verwendung von mehreren Reflexionen zum Zweck einer Frequenz- Verminderung. Steht beispielsweise eine relativ hohe Ladungsträger-Geschwindigkeit sehr stabil zur Verfügung, so kann auch diese zur Erzeugung hinreichend niedriger Frequenzen verwendet werden.

Eine Reihe von Reflexionen kann zwischen zwei gegenüberliegenden stromdurchflossenen Modulator-Schichten realisiert werden, die einen Winkel zueinander aufweisen. Die zwei Modulator-Schichten können unterschiedlichen Modulator-Vorrichtungen gemäß der Erfindung angehören. Beispielsweise kann ein Winkel k = io ° zwischen den zwei Modulator- Schichten vorliegen. Beim Vorliegen eines relativen Winkels zwischen den - hier zwei - Modulator-Schichten tritt mit jeder Reflexion eine Winkel-Vergrößerung auf. I.A. ist die Frequenz-Änderung von der relativen Lage der verwendeten reflektierenden Modulator- Schichten und von den in diesen vorliegenden Ladungsträger-Geschwindigkeiten abhängig. Die Mehrfach-Reflexion an zwei im Winkel zueinander einstellbaren, bzw. verstellbaren Modulator-Schichten ermöglicht die Bestimmung des Winkels, der zwischen diesen Modulator-Schichten vorliegt. Eine kleine Winkel-Änderung ergibt eine signifikante Frequenz-Änderung. Werden Messungen an mehreren Punkten einer im Raum drehbaren Struktur durchgeführt, so kann auch eine Winkelmessung erfolgen. Es können mehr als zwei Modulator-Schichten bzw. Modulator-Vorrichtungen verwendet werden, beispielsweise drei oder mehr, die jeweils einen Winkel zueinander aufweisen. Die bei einer optischen Abfrage resultierenden, relativen Frequenzverschiebungen können den Änderungen der Winkel im Raum zugeordnet werden. Dabei gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Mess-Struktur kann beispielsweise mehrere erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtungen umfassen, die zueinander feste Winkel haben, wobei eine Drehung der Struktur im Raum messbar ist. Es ist aber auch möglich, dass die einzelnen Modulator-Vorrichtungen einzeln drehbar gelagert sind, und dass die Winkel -Änderungen über Frequenzverschiebungen erfasst werden.

Gemäß manchen Ausführungsformen können das Substrat und die Modulator-Schicht jeweils rotationssymmetrisch sein und die Modulator-Schicht kann auf der Oberfläche des Substrats umgebend angeordnet sein. Das Substrat kann vorzugsweise eine Wellenleitung bilden, die mit der Modulator-Schicht beschichtet ist.

Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat eine polygonale Oberfläche aufweisen, wobei zumindest ein erster Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer ersten Polygonseite entspricht, mit der Modulator-Schicht beschichtet ist, und wobei zumindest ein zweiter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer zweiten Polygonseite entspricht, eine erste Gitterstruktur aufweist. Die Gitterstruktur ist dazu eingerichtet, Licht in das Substrat einzukoppeln, das außenseitig auf die Gitterstruktur einfällt und/ oder Licht aus dem Substrat zu extrahieren, das innerhalb des Substrats reflektiert wird und innenseitig auf die Gitterstruktur einfällt. Die unterschiedlichen Oberflächenabschnitte weisen insbesondere relative Winkel zueinander auf. Es können neben dem ersten Oberflächenabschnitt des Substrats weitere Oberflächenabschnitte mit der Modulator-Schicht oder jeweils mit einer weiteren Modulator-Schicht beschichtet sein, wobei die weiteren Oberflächenabschnitte insbesondere weiteren Polygonseiten entsprechen können. Die weiteren Modulator-Schichten können auch von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Zu diesem Zweck können die weiteren Modulator-Schichten mit der Modulator- Schicht elektrisch verbunden sein oder mit weiteren Stromquellen elektrisch gekoppelt sein.

Gemäß diesen Ausführungsformen kann eine in das Substrat eingekoppelte elektromagnetische Strahlung an mehreren Oberflächenabschnitten des Substrats reflektiert werden, die unterschiedliche Raum-Winkel aufweisen bzw. die jeweils einen Winkel zueinander aufweisen. Die reflektierenden Oberflächenabschnitte des Substrats können beispielsweise Flächen auf den äußeren, oder je nach Ausführungsform auch inneren, Seiten/Flächen eines Polygons entsprechen. Somit ist eine Mehrfach-Reflexion auf/entlang einer angenäherten Kreisbahn möglich. Ziel ist es, eine möglichst hohe Frequenz-Bandbreite in der Modulation erfassen zu können. I.A. ist die Linienverbreiterung zu vernachlässigen.

In manchen Ausführungsformen weist das Substrat eine polygonale Oberfläche auf. Zumindest ein erster Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer ersten Polygonseite entsprechen kann, ist mit der Modulator-Schicht beschichtet. Ein zweiter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer zweiten Polygonseite entsprechen kann, ist zumindest teilweise durchlässig und ist dazu eingerichtet, Licht in das Substrat einzukoppeln, das außenseitig auf den zweiten Oberflächenabschnitt einfällt. Das Substrat weist eine innere Zwischenfläche auf, die dazu eingerichtet ist, einen Lichtstrahl, der durch den zweiten Oberflächenabschnitt in das Substrat eingekoppelt wird, teilweise zu reflektieren und teilweise zu transmittieren. Der durch den zweiten Oberflächenabschnitt in das Substrat eingetretene Lichtstrahl wird somit innerhalb des Substrats von der inneren Zwischenfläche geteilt, insbesondere in einen reflektierten Lichtstrahlanteil und einen transmittierten Lichtstrahlanteil. Ein dritter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer dritten Polygonseite entsprechen kann, ist zumindest teilweise durchlässig und ist dazu eingerichtet, einen von der inneren Zwischenfläche reflektierten bzw. transmittierten Lichtstrahlanteil, der an der Modulator-Schicht reflektiert wird, aus dem Substrat auszukoppeln. Ein vierter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer vierten Polygonseite entsprechen kann, ist zumindest teilweise durchlässig und ist dazu eingerichtet, einen von der inneren Zwischenfläche transmittierten bzw. reflektierten Lichtstrahlanteil, aus dem Substrat auszukoppeln.

Da der Lichtstrahlanteil, der durch den dritten Oberflächenabschnitt des Substrats extrahiert wird, innerhalb des Substrats an der Modulator-Schicht reflektiert wurde, weist er in Bezug auf den Lichtstrahlanteil, der durch den vierten Oberflächenabschnitt des Substrats extrahiert wird, eine von der Modulator-Schicht verursachte Frequenzverschiebung auf. Beide Lichtstrahlanteile können somit miteinander überlappt werden, um ein Interferenzmuster zu erhalten. Zu diesem Zweck kann die Modulator-Vorrichtung ferner eine erste Fokussierungslinse und eine zweite Fokussierungslinse umfassen, wobei die erste Fokussierungslinse dazu konfiguriert ist, den durch den dritten Oberflächenabschnitt ausgekoppelten Lichtstrahl ant eil auf eine Interferenzebene zu fokussieren, und wobei die zweite Fokussierung Linse dazu konfiguriert ist, den durch den vierten Oberflächenabschnitt ausgekoppelten Lichtstrahl ant eil auf die besagte Interferenzebene zu fokussieren. Somit überlappen sich in der Interferenzebene beide Lichtstrahlanteile interferierend miteinander. Eine Anwendung dieser Ausführungsformen der Erfindung besteht darin, die Frequenzdifferenz zwischen dem durch den dritten Oberflächenabschnitt ausgekoppelten Lichtstrahlanteil und dem durch den vierten Oberflächenabschnitt ausgekoppelten Lichtstrahlanteil für Messungen zu verwenden, bei der Bewegungsrichtungen festgestellt und Geschwindigkeits-Verteilungen genau bestimmt werden. Dies ist beispielsweise bei der Bestimmung von Partikel-Bewegungen einsetzbar, d.h. u.a. in der Laser-Doppler- Anemometrie. Beispielsweise kann ein Interferenzmuster schnell im Raum, d.h. in seiner Phase verschoben werden. Durch diese Modifikation ergibt sich die Möglichkeit, aus dem Licht, welches von den Partikeln gestreut wird, nicht nur den Betrag einer Bewegung zu ermitteln, sondern zwischen Bewegungsrichtungen zu unterscheiden. Dabei handelt es sich um den Anteil der Bewegung, welchen die Partikel in der Ebene des Interferenzmusters aufweisen. Der Vorteil der hierin offenbarten Modulation liegt in der einfachen und kompakten Realisierungsmöglichkeit derselben. D.h., die für die Änderung der Interferenz-Muster notwendigen Bauteile können im Vergleich zum Stand der Technik kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden. Das Interferenzmuster kann mit definiertem Betrag der Geschwindigkeit und in definierter Richtung laufen. Für die komplette vektorielle Erfassung von Geschwindigkeits-Vektor-Feldern kann es notwendig sein, zumindest drei, möglichst orthogonal zueinander orientierte Interferenzmuster zu verwenden. Dabei ist es vorteilhaft, in drei voneinander spektral getrennten Kanälen zu arbeiten. Es können zur Erzeugung von drei, beispielsweise orthogonal zueinander angeordneten Interferenzmustern drei Wellenlängen verwendet werden, die sich beispielsweise um 10 nm, bzw. um 20 nm voneinander unterscheiden. Es können drei Detektoren verwendet werden, die jeweils einen, d.h. ihrer zu detektierenden Wellenlänge zugeordneten spektralen Filter aufweisen, der jeweils ein spektrales Fenster von 5 nm aufweist. Eine Modulation der Interferenzmuster erfolgt vorzugsweise in allen verwendeten spektralen Kanälen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft optische Anordnungen, in die zumindest ein erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung integriert ist, insbesondere eine optische Anordnung gemäß Anspruch 19 und eine optische Anordnung gemäß Anspruch 20.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine optische Anordnung eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung umfassen, deren Substrat und deren Modulator-Schicht insbesondere zumindest teilweise durchlässig sein kann. Die Modulator-Vorrichtung ist dabei zum Teilen eines Lichtstrahls eingerichtet, wobei ein Teil des zu teilenden Lichtstrahls von der Modulator- Vorrichtung transmittiert wird, und wobei ein Teil des zu teilenden Lichtstrahls von der Modulator-Schicht der Modulator-Vorrichtung reflektiert wird. Demnach kann die erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung in einer optischen Anordnung gleichzeitig als Strahlteiler und als frequenzmodulierendes Element verwendet werden.

Ein Beispiel einer solchen optischen Anordnung ist ein Winkel-Mess-System, das insbesondere ein Autokollimationsfernrohr bzw. ein Autokollimator sein kann. Eine Änderung eines Winkels eines von einem Messobjekt zurück reflektierten Lichtstrahls kann als Änderung des Einfallswinkels der auf die Modulator-Vorrichtung einfallenden elektromagnetischen Strahlung betrachtet werden, welche bei einer Frequenz-Messung eine Frequenz-Änderung ergibt. Eine Winkelmessung kann somit über eine Frequenz-Messung ausgeführt werden

In einem Autokollimator kann beispielsweise eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung verwendet werden, die eine einzelne, beispielsweise auch plane, metallische, elektrisch leitende Modulator-Schicht aufweist, die von einem Strom I durchflossen wird. Die Modulator-Schicht kann auch als Oberflächen-Relief-Gitter ausgeführt sein, das eine metallische, bzw. eine i.A. elektrisch leitende Beschichtung aufweist, die von einem Strom I durchflossen wird. Die Auswertung der in mehreren Beugungsordnungen vorliegenden Frequenz-Modifikation reduziert das Budget der Messunsicherheit. Parameter wie Lage- Abweichungen und Frequenz -Ab weichungen können auch in Kombination in einem Winkel- Mess-System verwendet werden. Beispielsweise kann bei zwei Wellenlängen gemessen werden, die vorzugsweise koaxial verlaufen. Aus den beiden, sich für die jeweilige Wellenlänge ergebenden Frequenzen ergibt sich eine feste Relation, d.h. es kann eine differentielle Messung vorgenommen werden. Über die Trennung von Wellenlängen und/oder Polarisations- Zuständen ist es auch möglich, eine Winkelmessung über Lage-Abweichung und eine Winkelmessung über Frequenz-Abweichung in einem Gerät zu kombinieren. Es ist auch möglich, eine Winkelmessung über Lage-Abweichung und eine Winkelmessung über Frequenz-Abweichung ohne die Separation von Teil-Strahlengängen in einem Gerät zu kombinieren. Ein hinreichend schneller Detektor, der zur Bestimmung der Lage eines Musters eingesetzt wird, kann zur Bestimmung einer Schwebungsfrequenz des Musters verwendet werden. Arbeitet dieser Detektor bzw. dieses Detektor-Feld mit einer Maximalfrequenz v_Dmax, so können theoretisch Frequenzen bis zu v_Dmax/2, bzw. praktisch bis zu v_Dmax/3 detektiert werden. Ein Beispiel für diese Vorgehensweise ist die Verwendung eines Laserstrahls mit einem Gauß- Intensitäts-Profil in Verbindung mit einer Vier-Quadranten-Photodiode (auch Vier-Quadranten-Detektor). Ein Beispiel für ein verwendbares Detektor-Feld ist eine CMOS- Kamera, welche beispielsweise bei einer Bildwiederholfrequenz von lkHz arbeitet.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine optische Anordnung eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung umfassen, die in einem Strahlengang der optischen Anordnung nach einem Strahlteiler angeordnet ist, der einen Eingangslichtstrahl in mindestens zwei Strahlanteile teilt. Die Modulator-Vorrichtung ist dabei dazu eingerichtet, eine Frequenz und/oder eine Amplitude eines der mindestens zwei Strahlanteile zu modulieren, indem der eine der mindestens zwei Strahlanteile an der Modulator-Schicht der Modulator-Vorrichtung zumindest teilweise reflektiert wird. Eine solche optische Anordnung kann beispielsweise eine weitere erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung umfassen, die im Strahlengang der optischen Anordnung nach dem Strahlteiler angeordnet ist, und die dazu eingerichtet ist, eine Frequenz und/oder eine Amplitude des anderen der mindestens zwei Strahlanteile zu modulieren, indem der andere der mindestens zwei Strahlanteile an der Modulator-Schicht der weiteren Modulator-Vorrichtung zumindest teilweise reflektiert wird. Die weitere Modulator-Vorrichtung kann insbesondere dazu verwendet werden, eine Frequenzverschiebung in den daran reflektierten Strahlanteil einzuführen, die sich von einer Frequenzverschiebung unterscheidet, die von der Modulator-Vorrichtung in den daran reflektierten Strahlanteil eingeführt wird. Die optische Anordnung kann ferner eine erste Verzögerungsplatte umfassen, die im Strahlengang vor der Modulator-Vorrichtung oder vor der weiteren Modulator-Vorrichtung angeordnet ist, und/ oder eine zweite Verzögerungsplatte, die im Strahlengang nach der Modulator-Vorrichtung oder nach der weiteren Modulator- Vorrichtung angeordnet ist. Die erste Verzögerungsplatte und/oder die zweite Verzögerungsplatte können vorzugsweise jeweils eine l/2-Platte sein.

Ein Beispiel einer solchen optischen Anordnung, in der eine oder mehrere Modulator- Vorrichtungen gemäß der Erfindung insbesondere als frequenzverschiebende reflektierende Elemente eingesetzt werden, ist eine Interferometer-Anordnung, die insbesondere ein Mach- Zehnder-Interferometer, ein Twyman-Green-Interferometer oder ein Michelson- Interferometer sein kann.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Modulieren einer Frequenz und/oder einer Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung bzw. eines Lichtstrahls unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung, insbesondere ein Verfahren gemäß dem Anspruch 23. Das Verfahren umfasst das Reflektieren zumindest eines Teils der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Lichtstrahls an der Modulator-Schicht der Modulator-Vorrichtung, während das von der Stromquelle erzeugte elektrische Feld bzw. die von der Stromquelle erzeugte elektrische Spannungsdifferenz an die Modulator-Schicht angelegt ist. Das Verfahren kann ferner das Transmittieren zumindest eines anderen Teils der elektromagnetischen Strahlung bzw. des Lichtstrahls durch die Modulator-Vorrichtung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann dazu verwendet werden, Beugungen am elektrisch leitenden und vom Strom durchflossene Gitter zu verwenden, um die Winkelverteilungen, einschließlich die diskreten Winkel der diskreten Beugungsordnungen in Frequenz-Verteilungen umzuwandeln. Zum Beispiel können lD-, 2D- oder 3D-Gitter von einem Strom bzw. von einer räumlichen Strom-Verteilung durchflossen werden. Diskrete Beugungsordnungen entsprechen diskreten Propagationsrichtungen und erhalten diskrete Werte für die Modulation der Ausgangsfrequenz v₀ = v ₀ / c, bzw. v ₀ = v ₀ / (n x c), wenn die zu berücksichtige Propagation der elektromagnetischen Wellen bzw. Wellenfelder im Medium mit dem Brechungsindex n vorliegt.

Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann dazu verwendet werden, eine Lichtquelle in ihrer Emissions-Frequenz, oder auch in mehreren Emissions-Frequenzen abstimmbar und stabilisierbar auszuführen. Beispielsweise kann ein vom Strom durchflossenes Gitter in einer sogenannten Littrow-AO verwendet werden, die es ermöglicht, durch den Stromfluss eine sehr feine Frequenz-Einstellung zu erhalten. Dies ist vorteilhaft, wenn sich die Winkeleinstellung eines zu diesem Zweck verwendeten Standard-Gitters nicht fein genug bzw. nicht schnell genug ausführen lässt. I.A. führen hohe Beschleunigungen zu geometrischen Deformationen von Bauteilen, hier beispielsweise zur Frequenz-Einstellung verwendete Gitter. Mit dieser Ausführung ergeben sich sehr schnelle Modulationen für Laser. Die Realisierung einer sehr fein einstellbaren Emissions-Frequenz eröffnet über die Erzeugung von Schwebungsfrequenzen, deren Messung und über die Anwendung geschlossener Regelkreise die Möglichkeit, mehrere Laser auf exakt eine Frequenz einzustellen. Dies setzt jedoch ein sehr hohes Maß an Parameter-Stabilisierung voraus.

Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann dazu verwendet werden, eine Streuverteilung zu erzeugen, welche einer Verteilung von Modulationsfrequenzen entspricht. Die Modulator-Schicht kann dabei insbesondere eine raue Oberfläche aufweisen. Ein Oberflächen-Relief-Profil kann dabei statistisch so ausgelegt werden, dass im gebeugten Feld eine definierte Soll-Intensitätsverteilung vorliegt. Der definiert ausgelegte Streuer kann bewegt oder rotiert werden, um beispielsweise ein im betrachteten zeitlichen Mittel hinreichend Speckle freies Fernfeld zu realisieren. Die Strom-Versorgung kann dem angepasst werden. Es ist auch möglich, den vom Strom durchflossenen Streuer fix zu halten und einen beleuchteten und dabei bewegten, z.B., Standard-Streuer auf diesen abzubilden. Dies entspricht der Realisierung einer statistisch randomisierten und dabei in ihrer Verteilung definierten zeitlich, räumlichen Phasen-Variation in der Beleuchtung des von einem definierten Strom durchflossenen metallisierten Oberflächen-Relief-Streuers. Bei Überlagerung mit einem Referenz-Wellen-Feld ergibt sich eine definierte Verteilung von Schwebungsfrequenzen. Im Falle der Abbildung eines Streuers auf eine vom Strom durchflossene Fläche kann diese auch glatt, d.h. beispielsweise plan ausgeführt werden. Die Winkel-Verteilung ergibt eine Verteilung der Doppler-Verschiebung. Je nach spektraler Lage bzw. der zugehörigen Frequenz des Referenz-Wellenfeldes nimmt beispielsweise die bei einer Überlagerung lokal auftretende Schwebungsfrequenz nach außen hin zu oder auch ab. D.h. die Frequenz eines Referenz-Wellenfeldes kann nach Bedarf ebenfalls von einer Ausgangs- Frequenz v₀ in der einen oder in der anderen Richtung ab weichen. Es ist auch möglich, zwei unterschiedlich in ihrer Frequenz-Verteilung modifizierte Wellenfelder zu überlagern. Dies erhöht die Mannigfaltigkeit realisierbarer Verteilungen von Schwebungsfrequenzen. Diese Vorgehensweise kann in einem System auch mehrfach hintereinander angewandt werden. Eine Abbildung auf oder von der vom Strom durchflossenen Modulator-Schicht kann auch schräg erfolgen. Dabei kann eine Korrektur der Verzeichnung mittels der Einhaltung der sogenannten Scheimpflug-Bedingung erfolgen, d.h. mittels der Nutzung eines sogenannten Scheimpflug-Systems. Dies gilt generell für Anordnungen, die mit schräger Beleuchtung und schräger Abbildung arbeiten. Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann dazu verwendet werden, einen elektrischen Strom zu erzeugen. Eine elektromagnetische Strahlung, die vorzugsweise sehr schräg, d.h. beispielsweise unter 72 ⁰ zur Oberflächen-Normalen, auf die Modulator-Schicht einfällt, kann einen Strom erzeugen. Dabei findet ein Impuls-Übertrag statt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, eine optische Frequenz-Modulation direkt elektrisch auszulesen. Durch Überlagerung mit einem zweiten optischen, in der Frequenz modulierten Signal können höher- und niederfrequente Frequenz -Terme erzeugt werden. Die Erzeugung niederfrequenter Signale bietet sich an, wenn das aufzuzeichnende optische Signal eine Modulationsfrequenz aufweist, die über der Maximalfrequenz hegt, die von Sensoren bzw. Detektoren erfasst werden kann. Bei Halbleiterdioden ist eine Frequenzerfassung und auch eine Frequenzerzeugung i.A. auf < 10 THz limitiert. I.A. ist dabei auch der Wirkungsgrad gering.

Elektrische Signale, die aufgrund eines Impulsübertrages elektromagnetischer Strahlung erzeugt worden sind, können als Eingangssignale von Schaltungen verwendet werden. Beispielsweise können die optisch erzeugten elektrischen Signale auch Eingangs-Signale für Frequenzmischer, wie u.a. Auf- und Abwärtsmischer, Frequenz-Multiplikatoren und Phasen schieber sein. Somit ergeben sich in der Modulation und in der Detektion eine Reihe von Anwendungen in der Hochfrequenztechnik. Die für den Impulsübertrag von Ladungsträgern auf Licht oder von Licht auf Ladungsträger bei der Reflexion vorteilhafte Schwingungsrichtung des elektrischen Feldes ist senkrecht zur Einfallsebene. Ein in der Einfallsebene schwingendes elektrisches Feld erfährt bei schrägem Einfall im Vergleich dazu eine geringere Reflexion. Liegt beispielsweise zirkular polarisiertes Licht vor, so entspricht die Reflexion bei schrägem Einfall einer Änderung des Polarisationszustandes, hier in Kombination mit einem zu modulierenden Impuls-Übertrag.

Fällt beispielsweise eine elektromagnetische Welle mit modulierter Amplitude schräg auf eine Detektor-Fläche, die freie Ladungsträger enthält, so kann der Impulsübertrag auf diese gemessen werden. Es erfolgt eine Änderung des Stromflusses. Fließt beispielsweise ein Strom, der ohne den Einfall der modulierten elektromagnetischen Welle konstant ist, so gibt es eine zusätzliche Änderung, d.h. d/ dt von I. Fällt beispielsweise eine elektromagnetische Welle mit modulierter Amplitude schräg auf eine Fläche oder auch Detektor-Fläche, die freie Ladungsträger enthält, so kann ein Impulsübertrag auf diese Ladungsträger erfolgen, der moduliert ist. Dieser modulierte Impuls kann wiederum durch die Ladungsträger auf eine weitere elektromagnetische Welle übertragen werden, die schräg auf diese Fläche fällt. Dies entspricht der Vermittlung einer Wechselwirkung, d.h. hier der Übertragung einer Amplitudenmodulation, zwischen zwei elektromagnetischen Wellen- Feldern über die freien Ladungsträger. Beispielsweise ist es auch möglich, zwei Wellenfelder, zwischen denen ein Impuls-Übertrag erfolgen soll, zusammen in einem Ringresonator propagieren zu lassen. Je nach Beschaltung der reflektierenden Flächen, welche die freien Ladungsträger enthalten, lassen sich unterschiedliche Betriebsmodi realisieren, beispielsweise die hier beschriebenen.

Im Rahmen dieser Wechselwirkung können Frequenzänderungen über die Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen und/oder über das Einstellen unterschiedlicher Einfalls winkel erreicht werden. Auf diese Weise lassen sich Modulationsfrequenzen, die auf elektromagnetischen Wellen-Feldern vorhegen, ineinander umwandeln. Beispielsweise können auch mehr als zwei Lichtstrahlen verwendet werden. Liegt dabei auf mindestens zwei Lichtstrahlen eine Amplituden-Modulation vor, so übertragen sich diese auf die jeweils anderen Strahlen. Es ist somit auch möglich, dies im Sinne von Schaltungen der Datenverarbeitung zu verwenden. Es lassen sich logische Operationen damit optisch ausführen. Und zudem ist dies elektrisch anzusteuern und auch elektrisch auszulesen. I.A. hegen sehr kleine Ströme vor, die mittels einer Verstärker-Schaltung in Ströme umgewandelt werden können, welche hinreichend groß sind, um mittels einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung eine Doppler-Verschiebung elektromagnetischer Wellen einzuführen.

Es ist möglich, ein Beugungsgitter am vereinigenden Element, d.h. kurz vor dem Ausgang einer Interferometer-Anordnung, die beispielsweise ein Mach-Zehnder- Interferometer sein kann, zu verwenden. Es ist auch möglich, ein Beugungsgitter am Anfangs-Strahlteiler, d.h. am Eingang einer Interferometer- Anordnung zu verwenden, um beispielsweise einen deutlich von 45 ⁰ abweichenden Reflexions-Winkel zu realisieren, d.h. beispielsweise 65 ⁰ oder 72 ⁰ zur Oberflächen-Normalen der Oberfläche, auf die das Licht fällt. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise, in der die leitende Oberfläche ebenfalls schräger als 45⁰ angeordnet werden kann. Vorteilhaft ist hierbei eine monolithische Anordnung unter Nutzung der äußeren Flächen eines einzelnen transparenten Bauteiles, d.h. beispielsweise der Seiten eines Prismas.

Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann zur Positionsmessung verwendet werden. Dabei kann die Modulator-Schicht der Modulator-Vorrichtung gekrümmt oder eben sein, und einen sich lokal ändernden Flächenwiderstand bzw. eine sich lokal ändernde Ladungsträgergeschwindigkeit aufweisen. Die auf die Modulator-Vorrichtung einfallende elektromagnetische Strahlung kann zur Positionsmessung schräg zur Oberflächen-Normalen einfallen. Die lokal vorliegenden Ladungsträgergeschwindigkeiten können auch segmentiert sein, d.h. derart, dass sich entlang einer Länge Az die Doppler-Verschiebung beispielsweise stufenweise ändert. Im einfachsten Falle kann der Flächenwiderstand periodisch variieren. Durch Abbildung des lokal beleuchteten Bereiches auf ein Detektor-Feld, in vorteilhafter Weise unter Einhaltung der Scheimpflug-Bedingung, ergibt sich die Realisierung einer Maßverkörperung, d.h. hier beispielsweise ein linearer Maßstab oder ein Winkel-Maßstab, d.h. ein Kreis-Gitter, welches als Winkel-Maßstab dient, beispielsweise auch für den Vollkreis. Lokal an der Oberfläche vorliegende Parameter-Variationen, beispielsweise elektrischer oder/und mechanischer Art, können, beispielsweise im Sinne einer Kalibrierung, auch tastend oder berührungslos, d.h. beispielsweise optisch, oder über die lokale Wechselwirkung des elektrischen Feldes, d.h. beispielsweise auch über eine lokale Widerstandsmessung, ausgelesen werden. Sind die lokalen Flächenwiderstände im Sinne einer Absolut-Kodierung angelegt, d.h. lokal, bzw. zumindest in einem hinreichend kleinen Segment, beispielsweise mithilfe lokaler Referenz-Marke, absolut kodiert, so geht auch nach einer Komplett- Ausschaltung des Messsystems die absolute Position nicht verloren. Beispielsweise kann mit mehreren Spuren unterschiedlicher räumlicher Periode der Drift-Geschwindigkeit oder/und auch mit einer räumlich hochfrequenten Spur der variierenden Drift-Geschwindigkeit und in einem, beispielsweise festem Abstand folgenden Referenz-Marken, hier bezogen auf eine räumliche Verteilung der Drift-Geschwindigkeit, gearbeitet werden bzw. dies in der räumlichen Kodierung umgesetzt werden.

Es besteht die Möglichkeit, leitende Oberflächen lokal zu kontaktieren und zwischen den Kontakt ei ektroden, d.h. zwischen zumindest zwei, oder zwischen mehreren, differentiell, eine Messung der lokalen Ladungsträgerbeweglichkeit durchzuführen. Scannend oder gleitend können größere Flächen gemessen werden, d.h. durch das Zusammensetzen einzelner Messflächen. Dies kann zur Kalibrierung lokaler Widerstände bzw. zur Kalibrierung von Widerstandsverteilungen dienen. Eine berührungslose Abfrage ist über die Bestimmung von Frequenz-Verteilungen möglich.

Aus den hier offengelegten Grundprinzipien und Anordnungen ergeben sich eine Reihe von Anwendungen und weitere, adaptierte Anordnungen. Dies schließt u.a. auch Ausführungsformen und Anwendungen ein, die sich über eine Kombination mit anderen Modulatoren des Standes der Technik ergeben bzw. einer Kombination entsprechen.

Es kann auch zweiseitig, d.h. die Reflexion R(x,y) und die Transmission T(x,y) gemessen werden, d.h. der lokale Reflexions-Koeffizient und der lokale Transmissions-Koeffizient. Der Stand der Technik kann durch die Bestimmung der lokalen Drift-Geschwindigkeit erweitert werden. Dies kann zur Defekt-Erkennung, beispielsweise an hinreichend dünnen, elektrisch leitenden Flächen oder Beschichtungen, eingesetzt werden.

In der Metallographie kann beispielsweise an geschliffenen, polierten und/oder geätzten Flächen die lokale Drift-Geschwindigkeit V_d gemessen werden. Dies ergänzt Verfahren der Polarisations-Mikroskopie. Kristallite können je nach Zusammensetzung und Orientierung unterschiedliche Drift-Geschwindigkeiten aufweisen. Dies kann als Analysemethode verwendet werden.

Ein Parameter, der die Drift-Geschwindigkeit beeinflusst, kann über diese gemessen werden. Beispielsweise kann eine Temperaturmessung über den Zusammenhang mit v , d.h. über V_d(T) in eine Frequenzmessung umgewandelt werden. Weitere Messmethoden können beispielsweise über Kontaminierungen leitender Oberflächen, d.h. im Sinne einer Sensorik und auch im Sinne darauf hin präparierter Oberflächen, realisiert werden. Die Driftgeschwindigkeit kann auch über äußere elektrische und/oder magnetische Felder beeinflusst werden. I.A. ergibt sich eine Sensorik für den Parameter X mit V_d(X). Es kann eine Umsetzung der Messgröße in eine Frequenz-Modifikation erfolgen, die beispielsweise auch mittels Interferenz in eine Amplituden-Modifikation umgesetzt werden kann. Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung, in der die Geschwindigkeit der Ladungsträger vurder Modulator-Schicht bzw. die Drift-Geschwindigkeit V_d, eine hinreichend starke Temperatur- Abhängigkeit V_LT(T) zeigt, kann zur Messung der Temperatur T verwendet werden, indem der Strom I, der an die Modulator-Schicht angelegt wird, und die von der Modulator-Schicht verursachte Frequenzverschiebung gemessen werden. Dies kann bei bekannter und möglichst kalibrierter Funktion V_LT(T), bzw. V_LT(R,T), bzw. V_LT(I,T), bzw. V_LT(I,R(T)) dazu verwendet werden, die Temperatur zu bestimmen. Dazu können Heiß- oder Kalt-Leiter-Materialien verwendet werden. Beispielsweise kann Platin (Pt) im Sinne der hier offengelegten Vorgehensweise als Mess-Widerstand verwendet werden, der eine hinreichende Temperatur-Abhängigkeit V_LT(T) zeigt. Über (o - 100) ⁰ C ist der mittlere Temperatur- Koeffizient von Pt a₀ = (R₁₀₀ - Ro)/(Ro * 100⁰ C) = 3,85 x 10³ K A Für höhere Temperaturen ist eine Anordnung vorteilhaft, die als Material einer elektrisch leitenden Fläche Wolfram verwendet (ao = 4,11 x io^-3 K ^_1). Als transparentes Substratmaterial eignet sich bei hohen Temperaturen beispielsweise Saphir oder Diamant. Für Anordnungen, die kein transparentes Substratbenötigen, eignen sich bei hohen Temperaturen Keramiken oder beispielsweise auch Wolfram, wobei zwischen dem Substrat und der Modulator-Schicht eine elektrisch isolierende Beschichtung verwendet werden kann. Es ergibt sich ein Sensor für hohe Temperaturen, der eine von der Temperatur abhängige Frequenzverschiebung erzeugt. Dies ist dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die direkte Messung des elektrischen Widerstandes am Messort nicht möglich ist, aber ein bekannter Strom I dennoch am Messort erzeugt werden kann.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung beruht auf der Ausnutzung des thermoelektrischen Effektes (Seebeck-Effekt). Dabei wird über eine Temperaturdifferenz DT eine Spannung zwischen zwei unterschiedlichen Leitermaterialien (Thermo-Paare) erzeugt. Diese Spannung U kann meist direkt gemessen werden, was dem Stand der Technik entspricht. Es ist jedoch durch das Schließen eines Stromkreises möglich, einen Strom I zu erzeugen, der in der hierin offenbarten Art und Weise zu Erzeugung einer Frequenz-Änderung verwendbar ist. Die Frequenz-Messung kann auch über große Distanzen erfolgen. Eine kompakte Anordnung kann monolithisch aufgebaut werden. Eine Seite der Anordnung wird mit einem Temperatur-Reservoir verbunden, um die notwendige Temperatur-Differenz zu erhalten. Eine Änderung der Temperatur-Differenz ergibt eine Frequenz-Änderung. Dies ist dann vorteilhaft einsetzbar, wenn die direkte Messung des elektrischen Widerstandes am Messort nicht möglich ist.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, die vom Strom I durchflossene, Modulator-Schicht, die in vorteilhafter Weise als flächiger elektrischer Leiter ausgeführt sein kann, schräg mit zumindest einer einfallenden elektromagnetischen Welle zu beleuchten und optisch über die in unterschiedlichen Richtungen vorliegenden Frequenzverschiebungen die Verteilung der magnetischen Flussdichte B, d.h. die Vektor-Anteile Bi(x,y) (i = l, 2, 3) der magnetischen Flussdichte optisch auszulesen. Somit kann beispielsweise auch ein Strom gemessen werden, der quer zum Strom verläuft, der durch das Anlegen einer Spannung erzeugt wird. Diese Frequenzverschiebungen ergeben sich durch die Geschwindigkeitsverteilung v_LT(x,y), die von der magnetischen Flussdichte abhängig ist, die in der Fläche des Stromflusses vorliegt. Dies ist eine Alternative zur direkten Messung einer durch das magnetische Feld erzeugten Querspannung, die vorteilhaft einsetzbar sein kann.

Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann auch in Regelkreisen verwendet werden. Zum Beispiel, im Sagnac-Interferometer bewegt sich eine Lichtquelle. Wellen dieser Lichtquelle breiten sich auf zueinander gegenläufigen optischen Pfaden aus. Zu einer Dopplerverschiebung, die aus der realen Drehung des Umlaufringes resultiert, kann mit einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung eine zusätzliche Dopplerverschiebung erzeugt werden, welche variabel einstellbar ist. Die resultierende Modulations-Frequenz ist somit auch auf einen festen Wert einstellbar, d.h. kann im Sinne einer Regelung auch festgehalten werden. Dies ist auch möglich bei sich ändernder Winkel-Geschwindigkeit. Die Messgröße kann die zu kompensierende Zusatz-Frequenz sein.

Um den Fehler der zeitlichen Synchronisation einer Modulator-Einheit mit einem Detektor, d.h. beispielsweise auch mit einem Detektor-Feld, welches eine Detektor-Zeile, eine Kamera- Zeile, oder eine Kamera sein kann, gering zu halten, ist es vorteilhaft, in der erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung, welche zur Modifikation der Frequenz verwendet wird, die zwischen - zumindest - zwei elektromagnetischen Wellenfeldern erzeugte Schwebungsfrequenz direkt zu messen. Wird beispielsweise eine Photodiode verwendet, so kann das erhaltene sinusförmige Mess-Signal zur zeitlichen Synchronisation verwendeter Komponenten verwendet werden. Beispielweise kann dieses Signal der Photodiode dazu verwendet werden, um ein Trigger-Signal für eine Kamera zu erzeugen. Das Prinzip der Modulation ermöglicht es, geschlossene Regelkreise in kostengünstiger Elektronik zu realisieren.

Das Signal einer beispielsweise verwendeten Photodiode kann über eine Frequenz- Bestimmung ausgewertet werden und dazu, innerhalb eines geschlossenen Regelkreises, dienen, um eine feste Frequenz exakt einzustellen. Bei der Erzeugung einer definierten Frequenzverschiebung reduziert dies Fehler-Einflüsse. Somit wird in einer Messtechnik- Anwendung das Fehlerbudget reduziert. Ein möglicher Fehler-Einfluss ist beispielsweise eine, zumindest lokal am Frequenz verschiebenden Bauteil vorliegende Temperatur-Änderung.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, bei Anordnungen, die auf kohärenter Überlagerung elektromagnetischer Wellen beruhen, beine Frequenzverschiebung zwischen zwei, d.h. zumindest zwischen zwei zu überlagernden Wellenfeldern einzuführen. Somit sind resultierende Interferenzmuster dynamisch. Mittels zeitlicher Synchronisation des Detektors, bzw. des Detektor-Feldes kann im Sinne der Phase schiebenden Interferometrie ein Satz in der Phase verschobener Messungen erhalten werden. Es werden mathematisch exakt zwei leicht unterschiedliche Wellenlängen überlagert. Dennoch ist, unter Berücksichtigung der zeitlich synchronisierten Detektion, die Beschreibung mit Hilfe der Phasenverschiebung in einem Homodyne-Interferometer hinreichend exakt, d.h. beispielsweise mit einem maximal anzunehmenden Absolutfehler einer bestimmten Phase von Df « 2p x 10^-4. Beispielsweise kann alternativ zur Verwendung von l₂ = (l ₀ + l 0/2 und Acpi der Phase schiebenden Interferometrie im Interferenz-Term auch l_o und l_i verwendet werden, was in diesem Sinne zu einem äquivalenten Messergebnis führt.

Eine dieser Vorgehensweise zugeordnete Anordnung beinhaltet zumindest eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung, die sich im Strahlengang hinter einem Strahlteiler befindet, sodass die Frequenz-Modifikation nur in einem der zuvor separierten Anteile der elektromagnetischen Strahlung vorliegt. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, in beiden separierten Anteilen eine Frequenz-Modifikation mit einer jeweiligen erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung vorzunehmen, welche jedoch unterschiedlich ist, bzw. zumindest sein kann. Bei Verwendung dieser Vorgehensweise für die Interferometrie mittels Trägerfrequenz bzw. bei Einstellung einer Trägerfrequenz, beispielsweise mittels Einstellung eines Interferenz-Keils, läuft das Interferenzmuster über das Bild. Synchron zu der eingestellten zeitlichen Periode sind Bilder aufzunehmen bzw. auszuwerten. Bei eingestelltem Keilwinkel nahe null, d.h. bei Einstellung einer möglichst geringen Streifen-Anzahl im Bild sind ebenfalls synchron zu der eingestellten zeitlichen Periode Bilder aufzunehmen, beispielsweise fünf innerhalb einer Periode der Modulationsfrequenz, so dass beispielsweise 5 Aufnahmen im Laufe einer Modulationsperiode erfolgen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich durch die Verwendung eines Polarisations- Strahl-Teilers. Das elektromagnetische Feld einer Quelle kann in orthogonale Polarisationen aufgeteilt werden. Zwischen diesen kann eine Frequenz-Modifikation eingeführt werden. Die Anteile orthogonaler Polarisation können dem Objekt- und dem Referenz-Strahlengang zugeordnet werden. Objekt- und Referenz-Strahlengang können beispielsweise koaxial angeordnet sein, oder auch eine größere räumliche Separation aufweisen, wie dies beispielsweise beim Twyman-Green Interferometer oder beim Mach-Zehnder Interferometer der Fall ist.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, Frequenz-Modifikationen zur Puls- bzw. Signal-Modulation bereitzustellen, die zur Abstandsmessung und zur dreidimensionalen Objekt-Erfassung dienen. Die Laufzeit modulierter Signale elektromagnetischer Strahlung kann bestimmt werden. Die Implementierung der Signal-Modulation ist mit einer erfindungsgemäßen Modulator- Vorrichtung kompakt und kostengünstig möglich. Amplituden- und/oder Frequenz- Modulation kann hierbei eingesetzt werden.

Eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung kann auch im Bereich der optischen Kommunikation eingesetzt werden. Für die Daten-Übertragung, beispielsweise in optischen Glasfasern oder auch in Freistrahl -Anordnungen, bietet es sich an, eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung einzusetzen. Es ergibt sich die Möglichkeit der Erzeugung von Frequenz-Modifikationen und deren Detektion, beispielsweise auch über Impulsübertrag an Ladungsträger. Amplituden- und/oder Frequenz-Modulation kann hierbei eingesetzt werden.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht in der hoch auflösenden Spektroskopie. Mittels einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung kann eine gezielte Verschiebung einer primären Frequenz erfolgen. Beispielsweise kann auf die offenbarte Art und Weise eine Frequenz exakt auf eine Absorptionslinie geringer spektraler Breite bzw. geringer Frequenzbandbreite eingestellt werden. Somit wird auch eine spektrale Einstellung in Ionenfallen ermöglicht. Eine Ausführungsform ist die Verwendung der beschriebenen Frequenz -Modifikation in Rechnern, die sich Quanten-Zuständen bedienen. Dabei können Energie-Zustände optisch spektral genau einstellbar angeregt und abgefragt werden. Eine Integration in eine Vakuum- und/ oder in eine Tieftemperatur-Umgebung ist einfach und bei geringem Bauraum möglich. Dies ermöglicht kompakte Bauformen der betrachteten Geräte. Als Material für die Modulator-Schicht eignen sich Supraleiter, welche die Durch-Stimmung über einen großen Frequenz-Bereich Dn ermöglichen.

Manche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung können auf Mehrfach-Reflexionen basieren. In einer Anordnung, die beispielsweise einer hohlen, metallisch beschichteten Kavität entspricht, an deren Enden eine zu modulierende Spannung anliegt, kann, bedingt durch das Auftreten sehr vieler Mehrfach-Reflexionen, auch unter einem relativ großen Winkel-Spektrum, eine sehr hohe mittlere Frequenzverschiebung erreicht werden, welche hier mit einer signifikanten Linien-Verbreiterung einhergeht. Eine innen metallisch beschichtete und beidseitig elektrisch kontaktierte Kapillare kann zur Umsetzung dieser Frequenz-Modifikation verwendet werden. Es kann auch eine supraleitende Beschichtung bei hinreichend tiefen Temperaturen verwendet werden. Es ist auch möglich, eine optische, Licht leitende Faser außen elektrisch leitend zu beschichten und über die Beschichtung einen Strom fließen zu lassen. Die Faser muss so dünn ausgelegt werden, dass eine Wechselwirkung zwischen den freien Elektronen des Leitungsbandes und der elektromagnetischen Strahlung vorliegt. Mit der Erhöhung des bei der Ausbreitung vorliegenden Winkel-Spektrums ergibt sich eine erhöhte Linienverbreiterung. Eine Reduzierung der Anzahl der Moden reduziert die Linienverbreiterung. I.A. führen Mehrfach- Reflexionen an Metallen zu einer signifikanten Absorption, aus der sich eine begrenzte Ausbreitungs-Länge ergibt. Eine, in einem hinreichend geringen radialen Abstand p von der optischen Achse elektrisch leitend ummantelten Faser bzw. vom Faserkern kann eine Vielzahl von Brechungsindex-Profilen aufweisen, beispielsweise ein Stufen-Index-Profil mit einem hohen Brechungsindex auf der Achse, ein Gradienten-Index-Profil mit radial sinkendem Brechungsindex oder hier auch eine homogene Verteilung des Brechungsindex. Dabei kann der erwähnte „hinreichend geringe radiale Abstand“ insbesondere so gewählt werden, dass verhältnismäßig wenig Energie absorbiert wird.

Es ist auch möglich, einen elektrisch leitenden Kern mit hohem Brechungsindex als Faserkern zu verwenden, auch um eine Mono-Mode-Ausbreitung auf kurzer Distanz zu realisieren. Ein derartiger Kern hat beispielsweise einen Durchmesser von io nm oder weniger. Eine Wellenleitung kann auch unter Verwendung einer sehr dünnen elektrisch leitenden, zylindrisch-koaxialen Beschichtung erreicht werden, derart, dass ein signifikanter Teil der sich ausbreitenden, elektromagnetischen Welle radial außerhalb des dünnen elektrisch leitenden Zylinders vorliegt. Die Dicke der elektrisch leitenden, koaxialen Schicht ist beispielsweise 5 nm. Eine elektrische Kontaktierung ist zwar möglich aber mitunter aufwendig. Die Erzeugung eines Stromes kann beispielsweise auch über Induktion und äußere elektrische Felder erfolgen. Bedingt durch die Absorption sind die realisierbaren Ausbreitungs-Längen gering. Der resultierende effektive Brechungsindex, der abhängig von der diskreten Ausbreitungs-Mode die Ausbreitungs-Geschwindigkeit bestimmt, ist u.a. von der Wellenlänge, vom geometrischen Aufbau des Wellenleiters und von Material -Parametern, wie dem Brechungsindex abhängig. Es gibt auch verwendbare transparente, elektrisch leitende Materialien, wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid oder Kohlenstoff-Nano-Röhrchen. Bedingt durch den relativ hohen Brechungsindex kann Indium-Zinn-Oxid als Faserkern verwendet werden, jedoch bedingt durch die relativ hohe Absorption ebenfalls nur auf kurzer Distanz. Eine mögliche Ausführungsform einer wellenleitenden Struktur, die beispielsweise auch ein Hohl-Leiter sein kann, bzw. ein mit einem homogenen Brechungsindex ausgefüllter elektrisch leitend ausgekleideter Leiter, ergibt sich in der Auslegung auf die Propagation, d.h. Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes in der Grund-Mode und in der ersten, auf diese folgende Mode. In diesem Falle liegen nur zwei ausbreitungsfähige Moden vor. Diese können beispielsweise im Fernfeld hinter dem Wellenleiter voneinander getrennt werden.

Eine erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung, die eine von der Geschwindigkeit bewegter Ladungsträger abhängige Amplituden-Modulation einführt, derart, dass diese von der Wellenlänge abhängig ist, kann zur Analyse der spektralen Verteilung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung verwendet werden. Eine Frequenz-Analyse des Signals ergibt über den Zusammenhang mit der Geschwindigkeit der bewegten Ladungsträger die vorliegenden Wellenlängen. Ein Feld von Modulator-Zellen, die eine Amplituden-Modulation einführen, kann somit zusammen mit einem zugeordneten Detektor-Feld zur spektralen Bildgebung verwendet werden. Eine Randbedingung ist ein bekannter Einfallswinkel. Umgekehrt kann bei bekannter spektraler Verteilung auf die Winkel -Verteilung geschlossen werden. Dies kann mit einem einzelnen Detektor erfolgen, oder auch mit einem Detektor-Feld, welches als Wellenfront-Sensor dienen kann. Selbst wenn das Spektrum der Beleuchtung nicht bekannt ist, können zumindest Abweichungen von einer Plan-Welle bestimmt werden. D.h., dass der Einfallswinkel einer Plan-Welle, d.h. auch ein Keil-Winkel nicht bestimmt wird, was meist bei Wellenfront-Messungen auch nicht exakt notwendig ist. Dies entspricht einer Wellenfront-Messung nach Keil-Abzug. Für ein einzelnes Element der Kombination aus Amplituden-Modulator-Feld und Detektor-Feld ergibt sich die Möglichkeit der Winkel- Messung. In Summe ergibt sich die Möglichkeit einer Wellenfront-Messung. Im Sinne der Messung einer Wellenlänge oder einer Wellenlängen-Verteilung kann bei mehreren Winkeln gemessen werden bzw. auch über einen größeren Winkel-Bereich, der durchgestimmt wird. Über einen Fit, beispielsweise nach der Methode der Minimierung der Quadrate der Abweichungen, kann eine Minimierung der Messunsicherheit erreicht werden. Ausgehend von einer bekannten Wellenlänge bzw. ausgehend von einer bekannten spektralen Verteilung kann eine Winkel-Messung zu einer Messung eines Satzes von Winkeln, auch zur Messung der Durch-Stimmung eines Winkel-Bereiches verwendet werden. Beispielsweise kann eine Messung mittels eines Satzes von zwei, drei oder mehreren Winkeln bzw. Wellenlängen erfolgen. Beispielsweise kann zur Bestimmung des Winkels des Auftreffens auf eine vom Strom durchflossene Schicht ein Satz von drei Strahlen verwendet werden, die einen leichten Unterschied in ihrer Ausbreitungsrichtung aufweisen. Es können auch drei koaxiale Wellen- Felder mit unterschiedlichen Wellenlängen, beispielsweise, bzw. vorzugsweise auch unter Einbeziehung einer hinreichend genau bekannten Referenz-Wellenlänge, verwendet werden, um den Winkel des Auftreffens auf eine vom Strom durchflossene Schicht zu bestimmen. Dies ermöglicht die Realisierung sehr kompakter Spektrometer.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, dass sich die Realisierung einer Phasenschiebung über die zeitversetzte Aufnahme eines Detektor-Feldes unter Verwendung eines Steuer-Signals erreichen lässt. Beispielsweise kann die Bild-Aufnahme einer Kamera, die in einem Interferometer eingesetzt wird, über ein Steuersignal ausgelöst werden, welches sich bei der spezifisch eingeführten Modulationsfrequenz zu dieser in seiner zeitlichen Phasenlage verschiebt. Somit werden in der Phase geschobene Interferenzmuster aufgenommen. Es gibt auch die Möglichkeit, ein periodisches Steuersignal mit einer gezielt variierenden Abstimmungs-Zeitspanne zu kombinieren. Diese Möglichkeit der gezielten Einstellung einer zeitlichen Verzögerung ist häufig in Kameras implementiert, die über Steuersignale angesprochen werden können. Eine weitere Möglichkeit ist die gezielte Wahl des Verhältnisses von Modulationsfrequenz und fester Frequenz der Bild-Aufnahme. So lässt sich ein Satz von Bildern gewinnen, welche zueinander eine bestimmte Phasenlage aufweisen.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, u.a. in Interferometer- Anordnungen, eine Phasenschiebung über eine zeitlich versetzte Aufnahme zu implementieren, bei vorliegenden Modulationsfrequenzen, die deutlich über der Bildwiederholfrequenz eingesetzter Kameras liegen. Randbedingung sind hinreichend kurze Belichtungszeiten, d.h. zumindest < der halben Periode der eingeführten Modulationsfrequenz. Die zeitliche Verschiebung dieses hinreichend schmalen Detektionsfensters innerhalb der Bildwiederholfrequenz der Kamera ermöglicht die Aufnahme von Bildern, die bezüglich der Modulationsfrequenz in der Phase verschoben sind.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, die eingeführte Modulationsfrequenz zeitlich, d.h. über den Zeitraum der Aufzeichnung mehrerer Interferogramme zu variieren. Somit lassen sich auch bei fester Bildwiederholfrequenz und fester Lage des Aufnahmefensters innerhalb dieser in der Phase verschobene Interferogramme aufzeichnen. Die dargestellten Methoden lassen sich miteinander kombinieren.

Die Modulator-Schicht der erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung kann eine dünne metallische Fläche sein, die vom Strom durchflossen ist. Somit ist eine Modulator-Vorrichtung u.a. mit der Strahl-Führung eines Retro-Reflektors realisierbar. Im Einzelfall kann es auch vorteilhaft sein, gekrümmte Modulator-Schichten zu verwenden. Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, dass eine relative Winkel-Änderung zwischen Modulator-Schicht, die beispielsweise auch in Form eines Segmentes, welches Bestandteil eines Detektor-Feldes ist, ausgeführt sein kann, und lokal auftreffendem, d.h. lokal beleuchtendem Wellen-Feld, welche in eine Frequenz- Änderung umgewandelt wird, in einem Wellenfront Sensor verwendet werden kann, um Wellenfronten zu messen.

Eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung besteht darin, dass eine relative Winkel-Änderung zwischen Modulator-Schicht, die beispielsweise auch in Form eines Segmentes, welches Bestandteil eines Detektor-Feldes ist, ausgeführt sein kann, und lokal auftreffendem, d.h. lokal beleuchtendem Wellen-Feld, welche in eine Frequenz- Änderung umgewandelt wird, in einem bildgebenden Sensor zur spektral sensitiven Abbildung verwendet werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Doppelbild erzeugt werden, welches von einem Detektor-Feld aufgezeichnet werden kann, welches über eine hinreichend hohe Bildwiederholfrequenz verfügt. Anhand einer erfolgenden Frequenz-Analyse können spektrale Bestandteile bestimmt werden. Dies kann beispielsweise in Teleskopen eingesetzt werden. Ein Vorteil ist hierbei explizit der große Spektralbereich, in dem das offenbarte Prinzip der Modulation angewandt werden kann. So kann beispielsweise im UV- oder auch im IR- Bereich gearbeitet werden.

Der sehr kompakte Aufbau möglicher Modulator-Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft für mobile Systeme, wie sie beispielsweise in Autos eingesetzt werden, um über Frequenz-Modulation und 2D-Abtastung 3D-Objekte zu erfassen. Zudem ist auch ein geringer Stromverbrauch vorteilhaft, speziell auch für mobile Systeme.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Fig. 1 bis 11, 14 und 15 und 19 bis 21 zeigen Modulator-Vorrichtungen nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

Die Fig. 12 und 13 zeigen jeweils ein Winkel-Mess-System gemäß Ausführungsformen der Erfindung, die eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung einsetzen.

Die Fig. 16 bis 18 zeigen jeweils ein Interferometer gemäß Ausführungsformen der Erfindung, die eine oder mehrere erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtungen einsetzen. BESCHREIBUNG DER FIGUREN

In der Figur l ist eine Modulator-Vorrichtung 1319 nach einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche eine Frequenz-Modifikation des reflektierten Lichtes einführt. Die Modulator-Vorrichtung 1319 umfasst ein Substrat, das mit einer Modulator-Schicht beschichtet ist, die eine elektrisch leitende, spiegelnde Fläche bildet, an die eine Spannung angelegt werden kann. Diese führt zu einem Stromfluss. Bei einem schrägen Einfall auf die elektrisch leitende Fläche kann, verursacht durch bewegte Ladungsträger, eine Doppler- Verschiebung eingeführt werden, d.h. in dem Teil der einfallenden elektromagnetischen Welle, welcher an gerichtet bewegten Ladungsträgern reflektiert wird. An die Kontakte 2i und 2i₂ wird jeweils eine Spannung angelegt, derart, dass zwischen den Kontakten eine Spannungsdifferenz vorliegt, die zum Stromfluss führt. Da, abhängig von den Parametern der verwendeten Materialien, der Teil der einfallenden elektromagnetischen Welle, welcher an gerichtet bewegten Ladungsträgern reflektiert wird, auch einen Anteil < 100 % des reflektierten Lichtes ausmachen kann, kann im reflektierten Anteil einer auf den Modulator 1319 einfallenden elektromagnetischen Welle sowohl ein Anteil vorliegen, der in der Frequenz verschoben ist, als auch ein Anteil, der es nicht ist. Die Überlagerung beider Anteile im reflektierten Strahl ergibt eine Amplituden-Modulation mit der vorliegenden Schwebungsfrequenz, d.h. mit der Differenzfrequenz, die hier der eingeführten Frequenzverschiebung entspricht. Somit kann die Modulator-Vorrichtung 1319 aus Figur 1 sowohl als rein Frequenz verschiebendes Bauteil als auch als Amplituden-Modulator angesehen werden bzw. stellvertretend dafür betrachtet werden.

Die Modulator-Vorrichtung 1319 kann funktionell mit anderen, beispielsweise ebenfalls in einem Strahlengang verwendeten Bauteilen kombiniert werden. Die Modulator-Vorrichtung 1319 aus Figur 1 kann auf der Hypotenuse eines transparenten Prismas integriert werden. Es ergibt sich eine Modulator-Vorrichtung 1316, die auf einem Prisma aufbaut. Dies ist in Figur 2 dargestellt. Der über die leitende Fläche fließende Strom ist definiert einstellbar. Das Substrat der Modulator-Vorrichtung 1316 ist für die einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig und weist eine erste (Hypotenuse), eine zweite und eine dritte Außenfläche auf. Die zweite und die dritte Außenfläche sind senkrecht zueinander. Die erste Außenfläche (Hypotenuse), die schräg zur zweiten und zur dritten Außenfläche ist, ist mit der Modulator-Schicht beschichtet.

Die Modulator-Schicht der Modulator-Vorrichtung kann teildurchlässig sein. Auf diese Weise kann ein Strahlteiler realisiert werden. Die Modulator-Vorrichtung kann in Form eines Strahlteil er-Würf eis 1920-1323 aufgebaut sein. Dies ist in Figur 3 dargestellt. Der transmittierte Anteil weist hier keine Frequenz-Modifikation auf. Der über die leitende, teildurchlässige Modulator-Schicht fließende Strom ist definiert einstellbar.

Die Modulator-Vorrichtung, die beispielsweise aus einem, mit einer elektrisch leitenden Fläche bzw. Modulator-Schicht beschichteten Substrat besteht (1319), einschließlich der für den Stromfluss notwendigen elektrische Kontaktierung (2I₁, 2i₂), kann mit einer Reihe zusätzlicher Schichten versehen werden. So kann eine zusätzliche Reflexionsschicht 1819 in Figur 4 dazu verwendet werden, einen Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung vor der elektrisch leitenden Schicht bzw. der Modulator-Schicht zu reflektieren, d.h. ohne Einführung einer Frequenz-Modifikation in diesem Anteil. Die Reflexionsschicht kann selektiv auf unterschiedliche Polarisations-Zustände eines einfallenden Wellenfeldes wirken. Die Reflexionsschicht 1819 in Figur 4 kann beispielsweise derart ausgelegt werden, dass eine Polarisation an ihr hinreichend vollständig reflektiert wird und die dazu orthogonale Polarisation nicht, d.h., dass diese erst an der elektrisch leitenden Modulator-Schicht reflektiert wird.

Eine Reihe von Ausführungs-Formen einer Modulator-Vorrichtung ergeben sich aus der Verwendung von Draht-Gitter Polarisatoren, wie dies mit der Schicht 4716 in Figur 5 dargestellt ist. Diese Ausführung der elektrisch leitenden und von einem definiert einstellbaren Strom durchflossene Modulator-Schicht als Draht-Gitter Polarisator ermöglicht die Einführung einer Frequenzverschiebung, welche nur auf einen Polarisationszustand des einfallenden Lichts wirkt. Wie in Figur 5 dargestellt, wird ein Polarisationszustand reflektiert und der dazu orthogonale Polarisationszustand passiert den Draht-Gitter Polarisator und wird hier beispielsweise von einer Spiegel-Schicht 19 reflektiert. Dieser zweite Anteil des einfallenden elektromagnetischen Wellen-Feldes erfährt keine Frequenzverschiebung. Im von der Modulator-Vorrichtung reflektierten Anteil des einfallenden elektromagnetischen Wellenfeldes können ein in der Frequenz verschobener und ein nicht in der Frequenz verschobener Anteil enthalten sein.

In der Modulator-Vorrichtung, welche in Figur 6 dargestellt ist, findet die Einführung einer Doppler-Verschiebung in einen Teil der reflektierten elektromagnetischen Strahlung an der Hypotenuse eines für die Strahlung hinreichend transparenten Prismas statt. Die Modulator- Schicht 4716 stellt einen Draht-Gitter Polarisator dar, der elektrisch leitend ist und an dem eine Spannungsdifferenz zwischen den Kontakten 2i und 2i₂ erzeugt werden kann, welche zum Stromfluss führt. Der Draht-Gitter Polarisator zeigt eine, für orthogonale Polarisations- Zustände unterschiedliche, d.h. in der Polarisation selektive Reflexion. Der den Draht-Gitter Polarisator passierende Anteil des elektromagnetischen Feldes wird auf der Rückseite der Prismen-Hypotenuse von einer Reflexions-Schicht 419-1819 reflektiert, welche beispielsweise auch ein dielektrischer Schicht-Aufbau sein kann. Es kann auch eine Metall-Beschichtung eingesetzt werden oder der Umstand der Totalreflexion genutzt werden, welche keine Beschichtung verlangt.

Eine reflektierende Struktur, wie ein Draht-Gitter Polarisator kann in elektrisch kontaktierter Form zwischen zwei Prismen angeordnet werden. Somit ergibt sich ein Polarisations-Strahl- Teiler, der es erlaubt, eine Doppler-Verschiebung nur in einem der beiden Pfade/Ausgänge einzuführen. Dieser Draht-Gitter Polarisator basierte Strahl -Teiler Würfel 47-1323 ist in Figur 7 dargestellt.

Das offenbarte Modulator-Prinzip kann mit der Verwendung von Beugungsgittern kombiniert werden. In Figur 8 ist eine Modulator-Vorrichtung dargestellt, deren Modulator-Schicht als Beugungsgitter ausgeführt ist, welches eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die elektrisch kontaktiert ist. Eine Spannungs-Differenz kann zwischen den Kontakten 2i und 2i₂ erzeugt werden, welche zum Stromfluss führt. Eine Ausführungsform besteht in einem Oberflächen- Relief-Gitter, welches eine elektrisch leitende Beschichtung aufweist. Diese Gitter-Modulator Anordnung 71319 kann mehrere Beugungsordnungen erzeugen bzw. entsprechend ausgelegt werden. Es ist auch möglich, dass nur eine oder nur zwei Beugungsordnungen vorliegen. In Figur 8 ist die + 2-te Beugungsordnung evaneszent und die - 4-te Beugungsordnung in Gegen- Richtung zum einfallenden Strahl angeordnet. In den unterschiedlichen Beugungsordnungen liegen unterschiedliche Doppler-Verschiebungen vor. In Überlagerung mit nicht in der Frequenz verschobenen Anteilen bzw. mit unterschiedlich in der Frequenz verschobenen Anteilen ergeben sich unterschiedliche Schwebungsfrequenzen, d.h. unterschiedliche Frequenzen der Amplituden-Modulation. Gitter-Modulatoren können einen Satz von Doppler- Verschiebungen bzw. einen Satz von Frequenzen einer Amplituden-Modulation erzeugen. Zur Realisierung einer Winkel-Messung kann das Gitter gedreht werden und eine Änderung von zumindest einer Schwebungsfrequenz gemessen werden. Für eine Winkel-Messung kann beispielsweise auch die Beugungsordnung verwendet werden, welche die sogenannte Littrow- Konfiguration ergibt. Bei entsprechend kleiner Gitterperiode L kann es sich dabei auch um die - i-te Beugungsordnung handeln. Ist die Gitterperiode L kleiner als die Wellenlänge der auf das Gitter einfallenden elektromagnetischen Strahlung, propagiert u. U. nur eine einzige Beugungsordnung (und die o-te Beugungsordnung). Die Messung von mehreren Schwebungsfrequenzen ermöglicht eine signifikante Verringerung der Messunsicherheit. D.h. es kann in vorteilhafter Wiese mit einem Satz von Beugungswinkeln, welche den einzelnen Beugungsordnungen zugeordnet sind und/ oder mit einem Satz von mehreren Wellenlängen gearbeitet werden. Es ergeben sich sehr vielfältige Design-Möglichkeiten, welche auf diesem Prinzip aufbauen. Es ist beispielsweise auch möglich, das Oberflächen-Relief-Gitter in senkrechtem Einfall zu beleuchten, d.h. beispielsweise diese Stellung als Nullposition einer Winkelmessung zu verwenden. Die Realisierung eines senkrechten Einfalls auf eine Modulator-Vorrichtung 1319 kann beispielsweise mittels Gitter erfolgen, die segmentiert sein können. Dies ist in Figur 9 dargestellt. Die Eingangs-Wellenfront trifft auf ein Einkoppel-Gitter-Segment 5722, welches beispielsweise als Volumengitter, basierend auf der Bragg-Beugung, ausgeführt ist. Es kann eine Auslegung auf eine einzelne Beugungsordnung erfolgen. Das von der Modulator-Schicht reflektierte Licht trifft auf ein Auskoppel-Gitter-Segment 1722, welches das Licht hier in Richtung Retro-Reflexion beugt. Ein Multiplex von Volumengitter-Geometrien kann ebenfalls eingesetzt werden, beispielsweise um den Betrieb bei mehreren Primär-Wellenlängen zu ermöglichen bzw. beispielsweise auch in Kombination mit einem Satz mehrerer Winkel. Es können auch Oberflächen-Relief-Gitter verwendet werden. Abhängig vom Oberflächen-Relief können definierte Intensitäten in definierten Beugungsordnungen realisiert werden, d.h. beispielsweise auch nur in einer gebeugten Ordnung.

Im Sinne einer Winkelmessung kann zwischen der Ebene, welche die Gitter-Segmente trägt und der Modulator-Vorrichtung 1319 ein variabler, hier zu bestimmender Winkel k eingeführt werden. Die auf den aus der Modulator-Schicht austretenden Strahl wirkende Doppler- Verschiebung ändert sich mit einer Winkel-Änderung. Im Sinne der Reduzierung der Messunsicherheit kann auch mit einem Satz von Beugungswinkeln und/ oder mit einem Satz von Wellenlängen gearbeitet werden, so dass sich mehrere Frequenzen verschieben. Eine Anordnung zur Winkelmessung kann i.A. in zwei Richtungen durchlaufen werden, derart, dass zwei Doppler-Verschiebungen detektierbar sind, die sich bei Symmetrie im Winkel und bei Verwendung derselben Wellenlänge auch aufheben können.

Ein Satz von Beugungswinkeln kann beispielsweise mit einem Oberflächen-Relief-Gitter erzeugt werden. In Figur 10 ist die Verwendung eines Oberflächen-Relief-Gitters dargestellt, welches in Transmission betrieben wird, hier direkt vor der Modulator-Schicht. Eine Modulator-Vorrichtung 1319 wird mit unterschiedlichen, hier symmetrischen Beugungsordnungen, z.B. der + i-ten und der - i-ten, beleuchtet. Die Wahl der Gitter-Periode L kann derart erfolgen, dass höhere Beugungsordnungen evaneszent sind. Der Phasenhub des Gitters kann derart gewählt werden, dass nur die ± i-ten Beugungsordnungen vorliegen. Die Auslegung des Phasenhubes bzw. die Auslegung der Profiltiefe kann auch derart erfolgen, dass ein Anteil der o-ten Beugungsordnung vorliegt, d.h. beispielsweise 1/10 bis 1/3 der Gesamtenergie, welcher direkt zur Erzeugung einer Schwebungsfrequenz verwendet werden kann. Der symmetrische Gitter-Koppler 19711 kann beispielsweise als Sinusgitter ausgeführt werden. In der Figur 10 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die Beugungsordnungen, die auf dem Rückweg des von der Modulator-Schicht reflektierten Wellenfeldes entstehen und nicht zurück in die Richtung des einfallenden Wellenfeldes propagieren, nicht dargestellt.

In der Figur 10, sowie auch in anderen Figuren, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit Strahlen und sich ausbreitende Wellenfelder beispielhaft in Form von Pfeilen dargestellt. Ein Strahl bzw. ein Wellenfeld kann eine Ausdehnung bzw. einen Strahl-Durchmesser aufweisen, welcher einen Großteil der freien Apertur des Bauteiles einnimmt bzw. auch die gesamte Apertur. Bei dem auf die in Figur 10 dargestellte Modulator-Vorrichtung einfallenden Wellenfeld kann es sich auch um eine ausgedehnte Wellenfront bzw. um ein ausgedehntes Wellenfeld handeln, welches beispielsweise 70 % der freien Apertur des symmetrischen Gitter- Kopplers 19711 einnimmt. Somit ergeben sich, bei geeigneter Profilhöhe, d.h. bei dem Vorhandensein der o-ten Beugungsordnung des einfallenden Wellenfeldes, drei Wellen-Felder, die entgegen der Ausgangsrichtung propagieren. Diese Wellenfelder überlappen teilweise. In den Überlappungsbereichen liegen unterschiedliche Schwebungsfrequenzen vor. In dieser Anordnung kann im Sinne einer Winkelmessung zwischen der Gitter-Ebene und der Modulator-Einheit 1319 ein variabler, hier zu bestimmender Winkel k eingeführt werden. Die auf die aus der Modulator-Vorrichtung austretenden Strahlen, bzw. Wellen-Felder wirkenden Doppler-Verschiebungen ändern sich mit einer Winkel-Änderung.

Eine Abwandlung der Anordnung, welche in Figur 10 dargestellt ist, kann derart erfolgen, dass sich eine monolithische Modulator-Vorrichtung 13713 ergibt, welche auf der Eingangs-Seite eines transparenten Substrates einen symmetrische Gitter-Koppler 19711 und auf der Rückseite eine reflektierende Modulator-Schicht aufweist, welche die eigentliche Modulator- Vorrichtung 1319 darstellt. Eine monolithische Ausführungsform ist in Figur 11 dargestellt. Auch diese Anordnung kann zur Messung des Winkels zwischen einfallender Welle bzw. einfallendem Strahl und Modulator-Einheit verwendet werden. Eine Abweichung vom Einfallswinkel q₀, der in seiner Nullposition beispielsweise 90 ⁰ beträgt, kann als Frequenz- Abweichung detektiert werden. Eine Verkippung des Eingangs-Wellenfeldes ändert die eingeführte Doppler-Verschiebung. Der Einfluss der Änderung des Winkels der Ausbreitung in Richtung Detektor auf die detektierte Intensität kann beispielsweise mithilfe einer Linse minimiert werden, die im Abstand ihrer Brennweite vor der Modulator-Vorrichtung angeordnet ist.

Die relative Winkel-Änderung zwischen Modulator-Schicht, die beispielsweise auch in Form eines Oberflächen-Relief-Gitters ausgeführt sein kann, und auftreffendem, d.h. beleuchtendem Wellen-Feld, welche in eine Frequenz-Änderung umgewandelt wird, kann in einem Autokollimator verwendet werden, um Winkel von anzutastenden Flächen zu messen. In Figur 12 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Autokollimators dargestellt, die eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung 1920-135 aufweist, die Teil eines Strahlteilers ist. Das von der Ebene einer Messmarke 185 ausgehende Licht wird von einer Linse kollimiert, in deren vorderer Brennebene sich die Ebene der Messmarke befindet. Ist die Messmarke beispielsweise nur ein Punkt, so liegt hinter dem Kollimator eine Planwelle vor. Optional kann der Anteil, der an der Rückseite der Modulator-Vorrichtung reflektiert wird, in einem Referenz-Strahlengang 13-197 zum Messen der Grund-Modulation verwendet werden. Eine zumindest auf kleiner Fläche verwendbare Detektor-Einheit 54-45, die beispielsweise auch eine Photodiode sein kann, kann dazu verwendet werden, eine Referenz-Frequenz zu erzeugen, derart, dass eine Dejustage und/oder eine spektrale Drift und/oder eine Änderung der spektralen Verteilung der verwendeten Lichtquelle bestimmt und in Bezug auf das Messergebnis kompensiert werden kann. Eine Aufweitungsoptik 12315 dient der Anpassung des Messstrahl-Durchmessers an das optisch anzutastende Messobjekt 192120.

Für die Realisierung einer Optik zur Kollimation bzw. zur Strahl-Aufweitung gibt es eine Reihe unterschiedlicher Anordnungen. Dabei können refraktive, reflektierende und diffraktive Bauteile eingesetzt werden. In Figur 13 ist die Aufweitungsoptik 123157 eines Autokollimators in Form eines Galilei-Teleskopes dargesteht. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise. Die Kombination aus Strahlteiler und Modulator-Element 1920-135-47 basiert auf Prismen, die zu einem Würfel zusammengesetzt sind.

So wie in Figur 12 ist in Figur 13 nur die Einführung einer Frequenz-Modiükation entlang einer Richtung dargestellt. Dies dient der Übersichtlichkeit. Die Integration von zwei erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtungen, welche eine Doppler-Verschiebung entlang zweier orthogonaler Richtungen einführen können, ermöglicht die Bestimmung zweier orthogonaler Winkel über die Frequenz-Änderung. In vorteilhafter Weise sind beide einführbaren Frequenzbereiche ohne Überlappung ausgeführt. Darüber hinaus ermöglicht beispielsweise eine je Fläche unterschiedliche Modulation des Signals eine Trennung, auch bei gleicher Grundfrequenz. In Figur 14 sind zwei geeignet angeordnete Modulator-Schichten in einer kompakten Bauweise 1920-135-47-264 dargestellt.

Das Licht, welches - im beispielhaften Einsatz innerhalb eines Autokollimators - von der Ebene der Messmarke stammt, trifft unten links auf den Modulator-Strahlteiler auf. Es propagiert nach rechts, wo sich eine Aufweitungsoptik anschließen kann. Optional kann ein nach unten reflektierter Anteil dazu verwendet werden, eine Referenz-Frequenz zu bestimmen (s. hierzu beispielsweise auch Fig. 12, 13-197). Das von der optisch angetasteten Fläche reflektierte Licht trifft von rechts kommend auf die untere Modulator-Schicht auf. Diese Modulator-Schicht kann beispielsweise einen vom Strom durchflossenen Draht-Gitter- Polarisator aufweisen. Der Doppelpfeil stellt die Orientierung der Gitterlinien und des vorteilhaft vorliegenden oszillierenden elektrischen Feldes des auftreffenden Lichtes dar. Optional befindet sich vor der zweiten Modulator-Schicht des 2D Modulators 1920-135-47- 264 eine sogenannte Halb-Wellen-Platte 82316 bzw. eine entsprechende doppelbrechende Schicht. Diese ändert den Polarisations-Zustand. Diese Option ist vorteilhaft, wenn in der zweiten, d.h. oberen, Modulator-Schicht ebenfalls ein vom Strom durchflossener Draht-Gitter- Polarisator eingesetzt wird. Die zweite, d.h. obere, Modulator-Schicht kann auch als nicht strukturierte, metallische, elektrisch leitende Fläche ausgeführt werden. Dies erfordert i.A. keine direkt davor angeordnete Halb-Wellen-Platte.

Eine weitere Ausführungsform ist die Verwendung einer nicht strukturierten, metallischen, elektrisch leitenden Fläche als untere Modulator-Schicht (s. Figur 14). Hierbei ist es vorteilhaft, dass das Licht, welches von rechts kommend, d.h. das von der optisch anzutastenden Fläche zurück reflektierte Licht, ein horizontal schwingendes elektrisches Feld aufweist, d.h., dass das E-Feld des Lichtes senkrecht zur Licht-Modulator-Einfallsebene schwingt. In dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, die in Figur 14 optional dargestellte Halb-Wellen-Platte 82316 zu verwenden, d.h. wenn die folgende Modulator-Schicht beispielsweise als nicht strukturierte, metallische, elektrisch leitende Fläche ausgeführt ist. Alternativ ist es auch möglich, die 2D-Modulation zu separieren, d.h. beispielsweise über Strahlteiler-Anordnungen, derart, dass zwei separate Detektor-Einheiten verwendet werden bzw. zwei separierte Teile einer Detektor-Einheit. Es bieten sich i.A. Neutral-Strahlteiler und Polarisations-Strahl -Teiler dafür an. Es können auch diffraktive Strahl-Teiler verwendet werden, d.h. wenn beispielsweise eine feste Design-Wellenlänge verwendet wird bzw. mehrere feste Design-Wellenlängen. Bei Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen können auch dichroitische Strahlteiler dafür verwendet werden.

Eine Ausführungsform, welche der Erhöhung des Frequenz-Bereiches dient, welcher moduliert werden kann, ist in Figur 15 dargestellt. Eine von links einfallende elektromagnetische Welle wird mehrfach an - hier parallelen - Modulator-Schichten reflektiert. Somit lassen sich beispielsweise deutlich mehr als 10 Reflexionen an einer metallischen, elektrisch leitenden, vom Strom durchflossenen Modulator-Schicht realisieren. Bei angepasster Ausführung der Endfläche kann diese Anordnung auch zu einem Reflektor, oder auch zu einem Retro-Reflektor ausgebaut werden. Hier und generell kann ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom an den Kontakten angelegt werden, d.h. hier an den Kontakten 2i und 2I₂ der unteren Modulator-Schicht und an den Kontakten 22 und 22₂ der oberen Modulator- Schicht. Es ist auch möglich, diese Modulator-Vorrichtung in eine rotationssymmetrische Anordnung zu überführen. Dabei gibt es eine erste Kontaktierung an der Eintrittsseite und eine zweite Kontaktierung an der Austrittsseite. In Figur 15 würden somit jeweils die Kontakte 2i mit 22 und 2i₂ mit 22₂ zusammenfallen. Beispielsweise kann eine Kapillare auf ihrer Innenseite elektrisch leitend ausgeführt werden, d.h. beispielsweise dort eine dünne Metallschicht aufweisen. An den beiden Enden werden Kontakte angebracht. An den Kontakten einer Kapillare kann ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom angelegt werden. Der gerichtete Stromfluss wird durch die Spannungsdifferenz AU₁₂ eingestellt.

Polarisations-Strahl-Teiler, oder auch nicht polarisationsselektiv ausgelegte Beugungs- Geometrien, beispielsweise auch Volumengitter-Multiplex-Geometrien, welche für einen senkrechten Einfall ausgelegt sind und dabei jedoch eine - Bauteil interne - Reflexion unter einem hinreichend großen Einfallswinkel auf eine reflektierende Fläche, d.h. beispielsweise einen Einfallswinkel > 10⁰ aufweisen, können über einer Modulator-Schicht angeordnet werden, an der die - Bauteil intern - nicht senkrechte Reflexion erfolgt. Beispielsweise sind einige Polarisations-Strahl-Teiler in der Patentanmeldung DE102006016053B4 aufgeführt [2].

Der Einsatz einer Polarisations-Änderung bzw. Polarisations-Umschaltung in Verbindung mit Polarisations-Strahlteilern, beispielsweise auch mit diffraktiven Polarisations-Strahlteilern, ermöglicht eine hinreichend schnelle Umschaltung zwischen unterschiedlichen optischen Pfaden. Bei diesen kann es sich um unterschiedliche Modulations-Pfade handeln. Beispielsweise kann der Winkel geändert werden, indem die elektromagnetische Strahlung auf die bewegten Ladungsträger der Modulator-Schicht trifft.

Der Einsatz einer Polarisations-Umschaltung kann auch in Verbindung mit der Umschaltung zwischen unterschiedlichen optischen Pfaden dazu verwendet werden, eine sequentielle 2D Frequenz-Modifikation zu realisieren. Beispielsweise können dazu Multiplex-Volumengitter verwendet werden, die eine Trennung orthogonaler Polarisationen ermöglichen. Bei Volumengittern, die auf der Bragg Beugung basieren ist dies u.a. bei Beugungswinkeln von 90⁰ und 60 ⁰ der Fall. Ein beispielsweise Flüssigkristall basierter Polarisations-Umschalter kann zeitlich mit einer sich ändernden Stromrichtung synchronisiert werden. Zwei orthogonale Einfallsrichtungen können somit mit zwei orthogonalen Stromrichtungen kombiniert und zeitlich synchronisiert werden.

Eine, beispielsweise auch zeitlich gleichzeitig stattfindende 2D Frequenz-Modifikation kann realisiert werden, indem beispielsweise orthogonal polarisierte Anteile einer Wellenfront gleichzeitig auf die Modulator-Schicht einer erfindungsgemäßen Modulator-Vorrichtung einfallen. Dabei können diese unterschiedlichen Werte des Richtungs-Cosinus in Bezug auf die Richtung des Stromflusses aufweisen. Beispielsweise kann eine Wellenfrontmessung bei einer festen, spektral hinreichend schmalbandigen Wellenlänge erfolgen. Durch die relativ unterschiedlichen Werte des Richtungs-Cosinus erfolgt die Frequenzverschiebung für orthogonale Richtungen entlang der zu messenden Wellenfront in hinreichend unterschiedlichen Frequenz-Bereichen. Bei stark gekrümmten Wellenfronten ist im Vergleich zu weniger stark gekrümmten Wellenfronten in der geometrischen Auslegung i.a. eine vergrößerte Differenz der Werte des Richtungs-Cosinus zu implementieren. Eine stärkere Krümmung, in die eine oder andere Richtung, benötigt einen weiteren Frequenzbereich, d.h. in die eine oder andere Richtung. Beispielsweise kann für eine Wellenlänge bzw. für einen Wellenlängenbereich ein zweimaliges Multiplex entlang zweier, um 90 ⁰ separierter Richtungen erfolgen. Dies kann mit einer Polarisations-Umschaltung kombiniert werden, um eine 2D Doppler-Frequenz-Modifikation zu realisieren. Bei schräger Abbildung, hier beispielsweise auf ein Modulator-Substrat, vermeidet die Einhaltung der Scheimpflug- Bedingung eine perspektivische Bildverzerrung.

Eine 2D Doppler-Frequenz-Modifikation ist auch ohne Polarisations-Umschaltung, d.h. passiv und parallel möglich. Es kann auch ein zeitlich sequentielles Umschalten erfolgen, welches explizit nicht polarisationsselektiv ist. Eine Anordnung reduzierter Komplexität ergibt sich durch die Reflexion an einer Modulator-Schicht, derart, dass eine zu messende Wellenfront beispielsweise entlang hinreichend orthogonaler Richtungen unterschiedliche Doppler- Verschiebungen erfährt. Die reflektierte und in zwei Richtungen in der Frequenz modulierte Wellenfront kann mit einer Referenz-Wellenfront hinreichend geringer Differenz der lokalen Winkel der Wellenfront-Normalen überlagert werden.

Die räumlich aufgelöste Frequenz-Analyse ergibt den Wert orthogonaler Anteile des lokal vorliegenden Oberflächen-normalen-Vektors der zu messenden Wellenfront. Es kann auch mit einem Planwellenspektrum gearbeitet werden bzw. auch mit spektral breiten Lichtquellen, auch in Kombination. Randbedingung ist die Einhaltung der eindeutigen Zuordnung der Frequenz-Analyse zum zu messenden Wellenfeld bzw. die Ermöglichung dieser durch eine angepasste Parameter-Variation, wie diese beispielsweise Fehler-Trennverfahren zugrunde liegt.

Die offengelegte Vorgehensweise kann in verschiedenen Interferometer-Anordnungen in vorteilhafter Weise angewandt werden. Eine Interferometer-Anordnung ist in Figur 16 dargestellt. Der Grund-Typ entspricht einer sogenannten Mach-Zehnder Anordnung. Ein erster, hier bezüglich der Eingangs-Polarisation selektiver Strahlteil er- Würfel 161920-I, trennt ein eintreffendes Wellenfeld. Ein Teil (rq/in Einfallsebene) passiert den Strahlteiler ohne Ablenkung und trifft auf ein Spiegel-Substrat 19. Im weiteren Verlauf passiert dieser Anteil einen zweiten, hier bezüglich der Eingangs-Polarisation selektiven Strahlteiler-Würfel 161920- II. Der am ersten Strahlteiler abgelenkte Anteil (njT 1 zur Einfallsebene) trifft auf eine erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung 1319.Au den Kontakten 2i und 2i₂ liegt eine Spannung an. Im weiteren Verlauf passiert dieser Anteil den zweiten, hier bezüglich der Eingangs-Polarisation selektiven Strahlteiler- Würfel 161920-II mit einer Ablenkung. Der auf der Trennung der optischen Wege beruhende Gangunterschied liegt innerhalb der Kohärenzlänge z_c. Die Interferometer-Anordnung kann beispielsweise als Amplituden- Modulator dienen. Des Weiteren kann zumindest in einem Arm der Interferometer- Anordnung ein Messobjekt angeordnet werden. Dieses kann räumlich ausgedehnt sein und auf eine Detektor-Einheit, beispielsweise eine Kamera mit hinreichend hoher Bildwiederholfrequenz, abgebildet werden.

In Ergänzung zur Interferometer-Anordnung, welche in Figur 16 dargestellt ist, kann in mehreren Armen eine Doppler-Verschiebung mit einer erfindungsgemäßen Modulator- Vorrichtung eingeführt werden. Dies ist in Figur 17 dargestellt. Hierzu ist das Spiegel-Substrat 19 aus Figur 16 durch eine zweite erfindungsgemäße Modulator-Vorrichtung 1319-II ersetzt worden, an dessen Kontakten 2i_2i und 2i₂₂ eine Spannung Un anliegt, die einen Strom I hervorruft. An den Kontakten 2i_u und 2i ₂ des ersten Modulator-Substrats 1319-I liegt eine Spannung Ui an, welche einen Strom h bedingt. Die beiden eingeführten Doppler- Verschiebungen können unterschiedliche Beträge und unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Die Anordnung kann beispielsweise als Amplituden-Modulator dienen. Es kann auf beiden optischen Wegen auch eine Frequenzverschiebung eingeführt werden, derart, dass keine Amplituden-Modulation erfolgt. Ein Messobjekt kann in zumindest einen der beiden optischen Pfade eingeführt werden.

In Ergänzung zur Interferometer- Anordnung aus Figur 17 ist in der Anordnung der Figur 18 dargestellt, wie die Polarisation derart geändert werden kann, dass ein möglichst hoher Reflexions-Koeffizient an der Modulator-Vorrichtung vorliegt. Hier wird beispielsweise eine erste l/2 Platte 823-I vor der Modulator-Vorrichtung 1319-II und eine zweite l/2 Platte 823- II hinter der Modulator- Vorrichtung 1319-II angeordnet. In einer Anordnung, die nicht auf einer Trennung der Teil-Strahlengänge über orthogonale Polarisationszustände beruht, kann durch angepasste Wahl der Eingangs-Polarisation auf diese zusätzliche Anpassung verzichtet werden. Eine Mach-Zehnder Interferometer-Anordnung kann monolithisch ausgeführt werden. Dies ist in Figur 19 dargestellt, die eine Modulator-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, in der das Substrat eine polygonale Oberfläche aufweist, wobei ein erster Oberflächenabschnitt des Substrats, der einer ersten (in der Figur 19 unteren) Polygonseite entspricht, mit der Modulator-Schicht 135 beschichtet ist. Ein zweiter Oberflächenabschnitt des Substrats, der einer zweiten (in der Figur 19 linken) Polygonseite entspricht, weist eine erste Gitterstruktur 511-227 auf, die dazu eingerichtet ist, Licht in das Substrat einzukoppeln, das außenseitig von links auf die erste Gitterstruktur 511-227 einfällt. Ein dritter Oberflächenabschnitt des Substrats, der einer dritten (in der Figur 19 rechten) Polygonseite entspricht, weist eine zweite Gitterstruktur 111-227 auf, die dazu eingerichtet ist, Licht aus dem Substrat zu extrahieren, das innerhalb des Substrats reflektiert wird und innenseitig auf die zweite Gitterstruktur 111-227 einfällt. Die monolithische Modulator-Vorrichtung 131326 weist auf der Eingangsseite das Einkoppel-Gitter 511-227 auf, das beispielsweise ein Volumengitter sein kann. Ein Teil der elektromagnetischen Strahlung wird von der Modulator-Schicht 135 reflektiert, an deren Kontakten 2i und 2i₂ eine Spannung U anliegt und über die ein Strom I fließen kann. An der Austrittsseite befindet sich das Auskoppelgitter 111-227, das beispielsweise ein Volumengitter oder ein Oberflächen-Relief-Gitter sein kann.

Die Modulator-Vorrichtung aus Figur 19 kann derart modifiziert werden, dass sich ein Retro- Reflektor ergibt. Modulator-Vorrichtungen, die einem Retro-Reflektor entsprechen, sind in Figur 20 dargestellt. Eine würfelförmige Modulator-Vorrichtung 131323, die monolithisch ist, ist in Figur 20 a) dargestellt. Die Gitterstruktur 5111-7 stellt das Einkoppel-Gitter und das Auskoppel-Gitter dar. Es ist der Einfachheit halber nur eine Modulator-Schicht 135 mit den Kontakten 2i und 2i₂ dargestellt. Als Option ist eine zentrisch angeordnete Absorber-Struktur 151-1 dargestellt. Eine Modulator-Vorrichtung 131316, die die Form eines Polygons aufweist, ist in Figur 20 b) dargestellt. Die Modulator-Schicht 135 setzt sich hier aus sieben Teilbereichen zusammen, d.h. hegt, bis auf die Ein- und Austrittsfläche auf dem gesamten Umlauf bzw. auf allen Polygonseiten/ Oberflächenabschnitten vor. In der Mitte des Modulators ist ein optionaler Absorber 151-2 dargesteht, welcher der Streulicht-Unterdrückung dienen kann. Eine Modulator-Vorrichtung 141316, die die Form eines inneren, bzw. negativen Polygons aufweist, ist in Figur 20 c) dargestellt. Die Modulator-Schicht 135 befindet sich auf der Innenseite eines negativen Polygons. Die Kontakte 2i und 2i₂ werden durch die Wand des Polygons geführt. Optional kann beispielsweise die o-te Beugungsordnung des Ein- und Auskoppel-Gitters 5111-7, hier dargestellt mit 15-1215, als nicht Doppler verschobener Referenz-Anteil verwendet werden. Die Modulator-Einheiten, welche in den Figuren 20 a), b) und c) dargestellt sind, stellen Retro-Reflektoren dar bzw. können derart ausgelegt werden, oder auch derart, dass Einfalls- und Ausfalls-Welle nicht antiparallel verlaufen. Die Auslegung kann derart erfolgen, dass eine Umlaufrichtung vorliegt, oder auch derart, dass zwei entgegengesetzte Umlaufrichtungen vorliegen.

Bei angepasster Auslegung des Ein- bzw. Auskoppel-Gitters kann der interne Umlauf beispielsweise auch in zwei zueinander orthogonalen Umlaufebenen stattfinden. Zur Trennung der Strahlengänge kann beispielsweise die Polarisations-Selektivität oder/und die Wellenlängen-Selektivität von Beugungsgittern in angepasster Form ausgelegt werden. Vorteilhaft eignen sich Bragg-Beugung basierte Volumengitter. Die Anordnung in Figur 21 zeigt eine beispielhafte Implementierung einer Doppler-Frequenz- Modifikation für Anwendungen in der Laser-Doppler-Anemometrie. Eine Modulator- Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als monolithischer Strahlteiler 192016-23 ausgeführt ist, weist eine Modulator-Schicht 135 auf. Das Substrat weist eine polygonale Oberfläche auf, wobei ein erster Oberflächenabschnitt des Substrats, der einer ersten Polygonseite entspricht, mit der Modulator-Schicht 135 beschichtet ist. Die vorliegenden Prismen-Winkel der Austritts-

Flächen sind so groß dargestellt, dass die Funktion deutlich erkennbar ist. Ein zweiter Oberflächenabschnitt des Substrats, der einer zweiten Polygonseite entspricht, ist durchlässig und ist dazu eingerichtet, einen Lichtstrahl in das Substrat einzukoppeln, der außenseitig von links auf den zweiten Oberflächenabschnitt einfällt. Das Substrat weist eine innere schräge Zwischenfläche auf, die dazu eingerichtet ist, den Lichtstrahl, der durch den zweiten Oberflächenabschnitt in das Substrat eingekoppelt wird, teilweise zu reflektieren und teilweise zu transmittieren. Der an der inneren Zwischenfläche reflektierte Lichtstrahlanteil wird innerhalb des Substrats reflektiert, auch an der Modulator-Schicht 135 und wird nach mehrfacher interner Reflexion durch einen dritten Oberflächenabschnitt des Substrats aus dem Substrat ausgekoppelt, der einer dritten Polygonseite entspricht. Der durch die innere Zwischenfläche transmittierte Lichtstrahlanteil wird innerhalb des Substrats reflektiert und nach mehrfacher interner Reflexion durch einen vierten Oberflächenabschnitt des Substrats aus dem Substrat ausgekoppelt, der einer vierten Polygonseite entspricht. Zwei Fokussierungslinsen 12141-12 mit relativ langen Brennweiten bündeln die Lichtstrahlanteile, die jeweils durch den dritten und den vierten Oberflächenabschnitt extrahiert werden, in einer

Interferenzebene bzw. einem Messvolumen 1322-22. In diesem liegt ein Interferenzmuster vor. Die Integration des hierin offenbarten Modulator-Prinzips in die Komponenten der Laser- Doppler-Anemometrie kann auch unter Verwendung einer diffraktiven Strahlteilung erfolgen. Die Lauf-Geschwindigkeit des Interferenz-Musters und die Lauf-Richtung kann moduliert werden. Beispielsweise kann die jeweils wechselseitig orthogonale Anordnung dreier derartiger Anordnungen dazu verwendet werden, Strömungen dreidimensional zu erfassen. BEISPIELE

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die folgenden Beispiele: Beispiel l:

Aufbau, derart, dass auf eine Modulator-Einheit einfallende elektromagnetische Strahlung eine Frequenzverschiebung erfährt, die auf der Bewegung von Ladungsträgern beruht oder/und diese die Ladungsträger in Bewegung versetzt. Beispiel 2:

Aufbau nach Beispiel l, derart, dass die Wechselwirkung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung mit Ladungsträgern in einer elektrisch leitenden Schicht erfolgt.

Beispiel 3: Aufbau nach Beispiel 2, derart, dass es sich bei der elektrisch leitenden Schicht um eine dünne Schicht handelt, die metallisch ist.

Beispiel 4:

Aufbau nach Beispiel 1, derart, dass die Bewegung der Ladungsträger in einem Supraleiter erfolgt.

Beispiel 5:

Aufbau nach Beispiel 1, derart, dass ein Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung eine Frequenzverschiebung erfährt und ein Teil keine Frequenzverschiebung erfährt.

Beispiel 6:

Aufbau nach Beispiel 5, derart, dass der Teil der elektromagnetischen Strahlung, der eine Frequenzverschiebung erfährt mit dem Teil zur Interferenz gebracht wird, der keine Frequenzverschiebung erfährt.

Beispiel 7:

Aufbau nach Beispiel 6, derart, dass eine Analyse der Interferenz eine Aussage über die spektrale Leistungsdichte einfallender elektromagnetischer Strahlung ergibt. Beispiel 8:

Gerät nach Beispiel 6, derart, dass dieses ein Autokollimator ist, in dem die resultierende Modulation als Prinzip zur Winkelmessung implementiert ist. Beispiel 9:

Aufbau nach Beispiel 1, derart, dass die Bewegung der Ladungsträger in einer oberflächennahen, elektrisch leitenden Schicht eines Oberflächen-Relief-Gitters erfolgt.

Beispiel 10:

Methode der Nutzung einer Doppler-Frequenz-Modifikation, die auf der Bewegung von Ladungsträgern beruht, in Interferometern, Spektrometern, Laser-Doppler-Anemometrie basierten Geräten, 3D-Objekt-Mess-Geräten, Entfernungsmessgeräten oder in Regelkreisen.

Beispiel 11:

Aufbau nach Beispiel 1, derart, dass die Bewegung der Ladungsträger in einer Kapillare oder in einem Licht-Leiter erfolgt. Beispiel 12:

Aufbau nach Beispiel 1, derart, dass die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Ladungsträgern in Form vom Mehrfachreflexionen implementiert ist.

Beispiel 13: Methode nach Beispiel 10, derart, dass ein Satz von Winkeln oder/und ein Satz von Wellenlängen in Messgeräten nutzbar ist.

Beispiel 14:

Aufbau nach Beispiel 5, derart, dass eine Wellenfrontmessung erfolgt.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Modulator-Vorrichtung zum Modulieren einer Frequenz und/oder einer Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung, wobei die Modulator-Vorrichtung Folgendes umfasst: ein Substrat, das zumindest abschnittsweise mit einer Modulator-Schicht beschichtet ist, wobei die Modulator-Schicht für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise reflektierend ist und elektrisch leitend ist; eine einstellbare Stromquelle; und eine erste elektrische Kontaktierung (21O und eine zweite elektrische Kontaktierung (21₂), die zum Anlegen eines von der Stromquelle erzeugten elektrischen Feldes an die Modulator-Schicht eingerichtet sind.

2. Modulator-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Modulator-Schicht ein Metall, einen Halbleiter oder einen Supraleiter, vorzugsweise einen Hochtemperatur-Supraleiter, aufweist.

3. Modulator-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modulator-Schicht für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung teilweise durchlässig ist.

4. Modulator-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig ist.

5. Modulator-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig ist, wobei das Substrat eine erste, eine zweite und eine dritte Außenfläche aufweist, wobei die zweite und die dritte Außenfläche senkrecht zueinander sind, und wobei die erste Außenfläche schräg zur zweiten und zur dritten Außenfläche ist und zumindest abschnittsweise mit der Modulator-Schicht beschichtet ist.

6. Modulator-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Reflexionsschicht (419-1819) über der ersten Außenfläche des Substrats und auf der Modulator-Schicht angeordnet ist, wobei die Reflexionsschicht (419-1819) vorzugsweise dielektrisch ist.

7. Modulator-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, die ferner ein weiteres Substrat umfasst, das eine erste, eine zweite und eine dritte Außenfläche aufweist, wobei das Substrat und das weitere Substrat für die zu modulierende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig sind, wobei die zweite und die dritte Außenfläche des weiteren Substrats senkrecht zueinander sind, und wobei die erste Außenfläche des weiteren Substrats schräg zur zweiten und zur dritten Außenfläche des weiteren Substrats ist und auf der Modulator-Schicht angeordnet ist, so dass die Modulator-Schicht zwischen der ersten Außenfläche des Substrats und der ersten Außenfläche des weiteren Substrats angeordnet ist.

8. Modulator-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulator-Schicht einen Draht-Gitter-Polarisator umfasst.

9. Modulator-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromquelle eine Gleichstromquelle ist und/ oder eine Konstantstromquelle ist.

10. Modulator-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine zusätzliche Reflexionsschicht (1819) umfasst, die auf der Modulator-Schicht angeordnet ist, die zum Reflektieren eines Anteils der zu modulierenden elektromagnetischen Strahlung geeignet ist, wobei die zusätzliche Reflexionsschicht (1819) oder die Modulator-Schicht vorzugsweise selektiv auf Polarisations-Zustände der zu modulierenden elektromagnetischen Strahlung wirkt.

11. Modulator-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Beugungsgitter umfasst, das über der Modulator-Schicht angeordnet ist oder innerhalb der Modulator-Schicht gebildet ist.

12. Modulator-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Beugungsgitter ein Oberflächen- Relief-Gitter oder ein Volumengitter ist.

13. Modulator-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Substrat transparent ist und wobei das Beugungsgitter (19711) an einer Oberfläche des Substrats gebildet ist, die der Modulator-Schicht gegenüberliegt.

14. Modulator-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche des Substrats, die der Modulator-Schicht gegenüberliegt, mit einer weiteren Modulator-Schicht beschichtet ist, wobei die weitere Modulator-Schicht für die zu modulierende elektromagnetischen Strahlung zumindest teilweise reflektierend ist und elektrisch leitend ist; und wobei die Modulator-Vorrichtung ferner eine dritte elektrische Kontaktierung (22O und eine vierte elektrische Kontaktierung (22₂) umfasst, die zum Anlegen des von der Stromquelle erzeugten elektrischen Feldes oder eines von einer weiteren Stromquelle erzeugten weiteren elektrischen Feldes an die weitere Modulator-Schicht eingerichtet sind.

15. Modulator-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Substrat und die Modulator-Schicht jeweils rotationssymmetrisch sind und wobei die Modulator-Schicht auf der Oberfläche des Substrats umgebend angeordnet ist, wobei das Substrat vorzugsweise eine Wellenleitung bildet, die mit der Modulator-Schicht beschichtet ist.

16. Modulator Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat eine polygonale Oberfläche aufweist, wobei zumindest ein erster Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer ersten Polygonseite entspricht, mit der Modulator- Schicht beschichtet ist und wobei zumindest ein zweiter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer zweiten Polygonseite entspricht, eine erste Gitterstruktur aufweist, wobei die erste Gitterstruktur dazu eingerichtet ist, Licht in das Substrat einzukoppeln, das außenseitig auf die erste Gitterstruktur einfällt und/oder Licht aus dem Substrat zu extrahieren, das innerhalb des Substrats reflektiert wird und innenseitig auf die erste Gitterstruktur einfällt.

17. Modulator-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat eine polygonale Oberfläche aufweist, wobei zumindest ein erster Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer ersten Polygonseite entspricht, mit der Modulator-Schicht beschichtet ist, wobei ein zweiter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer zweiten Polygonseite entspricht, zumindest teilweise durchlässig ist und dazu eingerichtet ist, Licht in das Substrat einzukoppeln, das außenseitig auf den zweiten Oberflächenabschnitt einfällt; wobei das Substrat eine innere Zwischenfläche aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Lichtstrahl, der durch den zweiten Oberflächenabschnitt in das Substrat eingekoppelt wird, teilweise zu reflektieren und teilweise zu transmittieren; wobei ein dritter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer dritten Polygonseite entspricht, zumindest teilweise durchlässig ist und dazu eingerichtet ist, einen von der inneren Zwischenfläche reflektierten bzw. transmittierten Lichtstrahlanteil, der an der Modulator-Schicht reflektiert wird, aus dem Substrat auszukoppeln; wobei ein vierter Oberflächenabschnitt des Substrats, der insbesondere einer vierten Polygonseite entspricht, zumindest teilweise durchlässig ist und dazu eingerichtet ist, einen von der inneren Zwischenfläche transmittierten bzw. reflektierten Lichtstrahlanteil, aus dem Substrat auszukoppeln.

18. Modulator-Vorrichtung nach Anspruch 17, die ferner Folgendes umfasst: eine erste Fokussierungslinse, die dazu konfiguriert ist, den durch den dritten Oberflächenabschnitt ausgekoppelten Lichtstrahlanteil auf eine Interferenzebene zu fokussieren; und eine zweite Fokussierungslinse, die dazu konfiguriert ist, den durch den vierten Oberflächenabschnitt ausgekoppelten Lichtstrahlanteil auf die besagte Interferenzebene zu fokussieren.

19. Optische Anordnung, die eine Modulator-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, wobei die Modulator-Vorrichtung zum Teilen eines Lichtstrahls eingerichtet ist, wobei ein Teil des zu teilenden Lichtstrahls von der Modulator-Vorrichtung transmittiert wird, und wobei ein Teil des zu teilenden Lichtstrahls von der Modulator- Schicht der Modulator-Vorrichtung reflektiert wird.

20. Optische Anordnung, die eine Modulator-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, wobei die Modulator-Vorrichtung in einem Strahlengang der optischen Anordnung nach einem Strahlteiler angeordnet ist, der einen Eingangslichtstrahl in mindestens zwei Strahlanteile teilt, wobei die Modulator-Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Frequenz und/oder eine Amplitude eines der mindestens zwei Strahlanteile zu modulieren, wobei der eine der mindestens zwei Strahlanteile an der Modulator-Schicht der Modulator-Vorrichtung zumindest teilweise reflektiert wird.

21. Optische Anordnung nach Anspruch 20, die eine weitere Modulator-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, wobei die weitere Modulator-Vorrichtung im Strahlengang der optischen Anordnung nach dem Strahlteiler angeordnet ist, wobei die weitere Modulator-Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Frequenz und/oder eine Amplitude des anderen der mindestens zwei Strahlanteile zu modulieren, wobei der andere der mindestens zwei Strahlanteile an der Modulator-Schicht der weiteren Modulator-Vorrichtung zumindest teilweise reflektiert wird.

22. Optische Anordnung nach Anspruch 20 oder 21, die ferner Folgendes umfasst: eine erste Verzögerungsplatte (823-I), die im Strahlengang vor der Modulator- Vorrichtung oder vor der weiteren Modulator-Vorrichtung angeordnet ist, wobei die erste Verzögerungsplatte (823-I) vorzugsweise eine l/2-Platte ist, und/oder eine zweite Verzögerungsplatte (823-II), die im Strahlengang nach der Modulator- Vorrichtung oder nach der weiteren Modulator-Vorrichtung angeordnet ist, wobei die zweite Verzögerungsplatte (823-II) vorzugsweise eine l/2-Platte ist.

23. Verfahren zum Modulieren einer Frequenz und/oder einer Amplitude einer elektromagnetischen Strahlung unter Verwendung einer Modulator-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Verfahren das Reflektieren zumindest eines Teils der elektromagnetischen Strahlung an der Modulator-Schicht der Modulator- Vorrichtung umfasst, während das von der Stromquelle erzeugte elektrische Feld an die Modulator-Schicht angelegt ist.