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DE2122940A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Spektralanalyse - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Spektralanalyse

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DE2122940A1
DE2122940A1 DE19712122940 DE2122940A DE2122940A1 DE 2122940 A1 DE2122940 A1 DE 2122940A1 DE 19712122940 DE19712122940 DE 19712122940 DE 2122940 A DE2122940 A DE 2122940A DE 2122940 A1 DE2122940 A1 DE 2122940A1
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DE
Germany
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polarization
light
frequency
unknown
acoustic wave
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DE19712122940
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DE2122940C3 (de
DE2122940B2 (de
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John R. Los Altos Hills Calif. Hearn (V.StA.). P
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HP Inc
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Hewlett Packard Co
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/1256—Generating the spectrum; Monochromators using acousto-optic tunable filter
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
    • G02F1/113—Circuit or control arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/2866—Markers; Calibrating of scan

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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Hewlett-Packard Comp.
1501 Page Mill Road
Palo Alto
California 94304
U.S.A.
5. Mai 1971
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR SPEKTRALANALYSE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spektralanalyse.
Bisher wurden optische Frequenzspektrum-Analysatoren hergestellt, bei denen ein unbekannter Lichtstrahl auf ein Beugungsgitter oder in ein Prisma geschickt wurde, um eine räumliche Trennung der optischen Frequenzkomponenten des unbekannten Lichtstrahles zu deren getrennter Erfassung zu erhalten.
Auch ist es bekannt, daß die Bandpaßeigenschaften eines akustisch/optischen Filters über einen relativ weiten Bereich optischer Frequenzen verstimmt werden können, um eine entsprechende Frequenzänderung in einer in dem akustisch/ optischen Element angeregten Radiofrequenz-Welle zu erzeugen. Dabei wird'das Licht einer ersten Polarisierung kollinear von einer akustischen Welle mit Radiofrequenz in einem doppelt brechenden Kristall gebeugt, um die Polari-
- 1 -10 9 8 5 2/1189
sation des Lichtstrahles von einer ersten Polarisation in eine zweite Polarisation umzuschalten. Das abgegebene Licht wird dann in bezug auf die Polarisation analysiert, um lediglich Licht der zweiten Polarisation hindurchzulassen, Die Frequenz des Lichtes der zweiten Polarisation ist nach Maßgabe der Frequenzveränderungen der akustischen Welle mit Radiofrequenz innerhalb des Kristalles veränderbar. Derartige elektrisch abstimmbare akustisch/optische Filter
ψ sind durch Kurzzeit-Bandbreiten von ungefähr 2 A gekenn-
o ο zeichnet und im Bereich von 5 000 A bis 7 500 A durch Veränderung der Frequenz der akustischen Welle mit Radiofrequenz innerhalb des Kristalles von 1 050 MHz bis 750 MHz durchstimmbar. Ein derartiges durchstimmbares, akustisch/ optisches Filter ist beschrieben in einem Aufsatz "Acousto-Optic Tunable Filter", in"Journal of the Optical Society of America," Band 59, Nr. 6, Juni 1969, Seiten 744-747 und in einem Aufsatz "Electronically Tunable Acousto-
Optic Filter", in der Zeitschrift "Applied Physics Letters", Band 15, Nr. 10, Γ5. Nov. 1969, Seiten 325-326.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten optischen Spektrumanalysator zu schaffen.
Ausgehend von einem Verfahren zum Analysieren des optischen Spektrums eines unbekannten Lichtstrahles unter Verwendung
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eines optischen anisotropen Mediums, das durch, eine akustische Welle mit einer Frequenz angeregt wird, die auf die optische zu analysierende Frequenz innerhalb des optischen Spektrums des unbekannten Lichtstrahles bezogen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß der unbekannte Lichtstrahl einem anisotropen Medium mit einer ersten Polarisation zur im wesentlichen kollinearen Beugung des unbekannten Lichtstrahles an der akustischen Welle innerhalb des optisch anisotropen Mediums zugeführt wird, um Licht der ersten Polarisation und der zu analysierenden optischen Frequenz in Licht einer zweiten Polarisation zu beugen, das gebeugte Licht analysiert wird, um Licht der zweiten Polarisation vom Licht der ersten Polarisation zu trennen, die Frequenz der akustischen Welle geändert wird, um eine entsprechende Änderung der optischen Frequenz des Lichtes herbeizuführen, welches von der ersten in die zweite Polarisation gebeugt wurde und das in die zweite Polarisation gebeugte Licht als Funktion der optischen Frequenz erfaßt und eine Spektralanalyse des unbekannten Lichtstrahles erhalten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Frequenz der akustischen Welle gewobbelt werden, um eine entsprechende Änderung der optischen Frequenz des in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes zu bewirken und das Licht der zweiten Polarisation als eine Funktion
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des Wobbeins zu erfassen und eine Spektralanalyse des unbekannten Lichtstrahles zu erhalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann weiterhin vorgesehen werden, daß ein bekannter Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Spektralleistungsdichte und Zeitdauer auf das akustisch/optische Element auftrifft und eine Detektoreinrichtung zwischen dem bekannten und dem unbekannten Strahl vorgesehen ist, um ein Ausgangssignal zum Eichen der Intensität des erfaßten Spektrums des unbekannten Lichtstrahles zu erzeugen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, daß die akustische Leistungsdichte in der akustisch/ optischen Vorrichtung als Funktion der Frequenz der akustischen Welle entsprechend der erfaßten Eich-Bezugsintensität eines bekannten Lichtstrahles zum automatischen Eichen der Intensität des von dem unbekannten Lichtstrahl abge- w leiteten optischen Spektrums geregelt wird.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar
Fig. 1 einen akustisch/Optischen Lichtspektrumanalysator; Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Analysators nach der Erfindung.
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In Fig. 1 ist ein akustisch/optischer Lichtspektrumanalysator 1 dargestellt. Dieser Analysator 1 weist ein optisch anisotropes Medium 2, beispielsweise einen doppelbrechenden Kristall auf. Dieser kann beispielsweise aus LiNbO3, PbMoO., CaMoO. oder Quarz bestehen. Ein akustischer Übertrager 3 ist akustisch mit dem Kristall 2 an dessen einem Ende verbunden, um eine Schubwelle S-, in dem Kristall mit einer akustischen Frequenz zu erzeugen, die durch den Ausgang eines durchstimmbaren Radiofrequenz-Oszillators 4 bestimmt ist. Der Ausgang des durchstimmbaren Oszillators 4 wird durch einen Leistungsverstärker 5 vor der Weiterleitung des Signales an den akustischen übertrager 3 verstärkt. Die erzeugte Schubwelle S, wird gegen die Eingangsfläche 6 des Kristalles gerichtet und reflektiert und in eine zweite Schubwelle S2 umgesetzt, welche sich longitudinal zum Kristall 2 entlang dessen Längsachse fortsetzt, welche die Eingangsfläche 6 und die Ausgangsfläche 7 des Kristalles 2 verbindet. Die Flächen 6 und 7 sind parallel und in einem Winkel in bezug auf die longitudinale Achse des Kristalles 2 geschnitten, so daß die Schallwelle S, von der Fläche 6 entlang der Längsachse des Kristalles 2 reflektiert wird.
Eine unbekannte zu analysierende Lichtquelle 8 ist derart angeordnet, daß sie den von ihr abgegebenen Lichtstrahl zu einem Spiegel 9 lenkt, der in einem Winkel von 45
- 5 109852/1189 '
zur Längsachse des Kristalles 2 angeordnet ist, so daß der unbekannte Lichtstrahl. 11 vom Spiegel 9 reflektiert wird und durch einen linearen Polarisator 12 zur- Polarisation des unbekannten Lichtstrahles 11 in einer ersten linearen, beispielsweise vertikalen Richtung gelangt, bevor er in den Kristall 2 eintritt.
In Kristall 2 wird der unbekannte Lichtstrahl der ersten fc Polarisation kollinear an der akustischen Welle gebeugt. Beim Beugungsprozess wird eine optische Frequenzkomponente des unbekannten Lichtes, welches auf die Frequenz der akustischen Welle S2 bezogen ist, von der ersten Polarisation in die dazu rechtwinklige zweite Polarisation gebeugt. Licht anderer Frequenzen als die besondere Frequenz, welche auf die akustische Frequenz bezogen ist, gelangt durch den Kristall 2 mit dem Lichtstrahl 11 und hält die erste Polarisation zurück. Der kollinear gebeugte Lichtstrahl 11, welcher aus dem Kristall 2 austritt, gelangt durch einen quer angeordneten linearen Polarisator mit einer Polarisationsrichtung, die der Richtung der zweiten Polarisation in dem Kristall 2 entspricht, so daß das Licht der zweiten Polarisation des Ausgangsstrahles 11 durch den Polarisator 13 in Form eines entsprechend polarisierten Lichtstrahles 14 gelangt. Das Licht der ersten Polarisation in dem Ausgangsstrahl 11 wird durch den Polarisator 13 zurückgeworfen und vom Ausgangsstrahl . 14 ausgeschlossen.
1 0 9 8"5 ί /Ί 1 8 9
Bei einer gegebenen akustischen Frequenz f , erfüllt
el
nur ein kleiner Bereich der Lichtfrequenzen in dem doppelbrechenden Kristall die erforderliche Gleichung der Momentenvektoren k, und nur dieser kleine Bereich von Lichtfrequenzen wird schrittweise kollinear in die zweite Polarisation gebeugt. Wenn die akustische Frequenz geändert wird, ändert sich auch das Band der Lichtfrequenzen, welche der Kristall von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation beugt. Die Beugung des Lichtes von der ersten in die zweite rechtwinkelige Polarisation tritt bei einem Kristall aus einem Lithium-Niobat-Salz über die photoelastische Konstante P4, auf. Die erforderliche Bedingung der Momentenvektoren zur kumulativen kollinearen Brechung
tritt auf, falls die Gleichung
= IkJ erfüllt
ist, wobei die Indizes o, e und a die gewöhnlichen und besonderen optischen Wellen beziehungsweise die akustische Welle bezeichnen. Diese Bedingung wird erfüllt, falls die optische Frequenz f und die akustische Radio frequenz, f der Gleichung folgen:
c f a f = a
Ό V Δη
wobei ^ das Verhältnis der optischen Geschwindigkeit im Vakuum zu der akustischen Geschwindigkeit in dem Medium ist und Δη die Doppelbrechung des Kristalles bedeutet .
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Wenn also in einem typischen Beispiel Litiiium-Niobat als doppelbrechendes Material verwendet wird, ist das Band der Lichtfrequenzen, welches von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebracht wird, von
ο ο
7 000 A bis 5 500 A durchstimmbar, indem die akustische
Frequenz von 750 MHz bis 1 050 MHz geändert wird. Der Bandpaß für diese abstimmbaren Frequenzen beträgt weniger
ο
als 2 A für einen Kristall in einer Länge von 5 cm. Der
k Ausgangsstrahl 14 wird in einen Thermosäulendetektor, beispielsweise das Modell 8334 A von Hewlett-Packard, eingespeist, um eine der Intensität des Lichtes im Ausgangsstrahl 14 proportionale Spannung zu erzeugen. Die Ausgangsspannung vom Thermosäulendetektor 15 wird dem Verstärker 16 zugeführt, wo sie verstärkt wird und dann der X-Achse eines XY-Aufzeichnungsgerätes 18 über einen synchronen Schalter 17 zugeführt wird. Ein Wobbelgenerator 19 gibt ein Ausgangssignal an den Durchstimm-Steuerkanal des durchstimmbaren Radiofrequenz-Oszillators 4, um die Frequenz des Oszillators 4 über ein Radiofrequenzband durchzustimmen, wobei die Frequenzen dem gewünschten Wobbeibereich der optischen Frequenzen des Spektrums der zu analysierenden optischen Frequenzen entsprechen. Ein anderer Ausgang des Wobbeigenerators wird der Y-Achse eines XY-Aufzeichnungsgerätes 18 zugeführt, so daß das Aufzeichnungsgerät 18 das Spektrum der unbekannten Lichtquelle 8 aufzeichnet.
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Der Prozentsatz des einfallenden Lichtes innerhalb des Bandpasses des akustisch/optischen Kristalles 2, der von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation umgesetzt wird, ändert sich umgekehrt zu dem Quadrat der akustischen Frequenz bei einer gegebenen akustischen Leistungsdichte. Dies bedeutet, daß das auf dem Aufzeichnungsgerät 18 aufgezeichnete Spektrum entweder eine besondere Eichung bezüglich der Amplitude der Spektrallinien erfordert oder eine Einrichtung vorgesehen werden kann, um die akustische Leistungsdichte innerhalb des Kristalles 2 nach Maßgabe der Frequenz des Oszillators 4 zu erhöhen, um eine flache Amplituden-Resonanzkurve über die durchstimmbare Bandbreite des Spektrumanalysators zu erhalten.
Eine automatische Eichung zur Abgabe einer flachen Amplituden-Resonanzkurve für den Spektrumanalysator wird erreicht, indem eine bekannte weiße Lichtquelle 21 vorgesehen wird, welche einen Referenzlichtstrahl 22 mit einer gleichförmigen spektralen Leistungsdichte über dem optischen zu analysierenden Spektrum abgibt. Dieser bekannte Referenzlichtstrahl von der Quelle 21 wird auf einen Spiegel 9 gelenkt, der über einen Motor 23 gedreht wird, welcher mit dem Spiegel über eine Welle 24 verbunden ist. Die Rotationsachse des Spiegels 9 ist rechtwinklig zur Ebene der Lichtstrahlen 11 und 22.
- 9 109852/1189
Wenn sich der Spiegel 9 in der geeigneten Position befindet, wird der Referenzlichtstrahl 22 durch den linearen Polarisator 12 und dann durch den Kristall 2 zur kollinearen Beugung an der akustischen Welle gerichtet, um das Licht von dem Referenzlichtstrahl 22 der ersten Polarisation in die zweite Polarisation zu beugen. Die von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugte Referenzkomponente gelangt durch den Ausgangs-Polarisationsanalyfc sator 13 und wird von dem Thermosäulen-Detektor 15 erfaßt. Das erfaßte Referenzsignal wird durch den Verstärker 16 verstärkt und über einen synchronen Schalter 17 auf einen Eingang eines Fehlerdetektros 25 zur Speicherung und zum Vergleich mit einem Gleichstrom-Bezugssignal geschaltet, welches von einem Referenzpotentiometer 26 abgeleitet wird, das wiederum von einer Quelle 27 konstanter Spannungen gespeist wird.
Das ausgewählte Referenz-Amplitudensignal wird mit dem erfaßten Referenz-Amplitudensignal in dem Fehlerdetektor 25 verglichen, um ein Fehlersignal abzugeben, welches an den Eingang der Verstärkungssteuerung des Leistungaverstärkers 5 abgegeben wird, um die akustische Leistungsdichte in dem Kristall 2 zu regeln und den gewünschten Referenzausgang für den Referenzliehtpegel zu erhalten, um über den Spektralbereich des Spektrumanalysators eine flache Bandpaß-Übertragungscharakteristik zu erhalten.
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Ein Synchronisator 28, welcher beispielsweise lediglich dieselbe Welle wie die Welle 24 für den Spiegel 9 aufweisen kann, synchronisiert die Drehung des Spiegels 9 mit dem Schaltvorgang des synchronen Schalters 17 derart, daß beim Durchgang des unbekannten Lichtes durch den akustisch/optischen Spektrumanalysator 1 der synchrone Schalter den Ausgang des Verstärkers 16 auf den Eingang des Aufzeichnungsgerätes 18 schaltet und bei der Ausleuchtung des akustisch/optischen Kristalles 2 durch die bekannte weiße Referenzlichtquelle der synchrone Schalter den Ausgang des Verstärkers 16 auf den Fehlerdetektor schaltet.
Anstatt den Ausgang des Fehlerdetektors 25 auf die Verstärkungssteuerung des Leistungsverstärkers 5 zu schalten, kann der Ausgang des Fehlerdetektors auch auf eine ähnliche Verstärkungssteuerung des Verstärkers 16 geschaltet werden. Die Zeitkonstante für den Fehlerausgang des Fehlerdetektors 25 ist derart bemessen, daß das Ausgangs-Fehlersignal im wesentlichen bei einer vollständigen Drehung des Spiegels konstant bleibt. In Fig. 2 ist ein anderer optischer Spektrumanalysator dargestellt, welcher ebenfalls unter die Erfindung fällt. Das System der Fig. 2 ist im wesentlichen das gleiche wie das der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß das optisch anisotrope Medium, der doppelbrechende Kristall 2, Endflächen 29 und 31 aufweist, die in rechten Winkeln zu
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den Längsachsen des Kristalles 2 geschnitten sind. Der akustische Übertrager ist an der Endfläche 31 befestigt, und an der Zwischenfläche zwischen der Endfläche 31 des Kristalles 2 und der angrenzenden Fläche des akustischen Übertragers 3 ist eine optisch reflektierende Beschichtung vorgesehen. Der Kristall 2 weist vorzugsweise eine derartige Länge auf und ist mit einem akustische Wellen absorbierenden Material versehen, so daß der Kristall ψ akustisch nicht schwingt. Zusätzlich sind die optischen Eingangs- und Ausgangspolarisatoren durch ein Rochon-Polarisationsprisma 32 ersetzt, um Licht von dem Spiegel in das Kristall 2 bei der ersten Richtung der linearen Polarisation gelangen zu lassen und Licht der rechtwinkligen Polarisation in die entgegengesetzte Richtung als Ausgangsstrahl 14 zu reflektieren. Das auf den doppelbrechenden Kristall 2 einfallende Licht breitet sich kollinear mit der akustischen Welle innerhalb des Kristalles aus, um das Licht der ersten Polarisation und der auf die akustische Wellenfrequenz bezogenen Frequenz in Licht der zweiten Polarisation kollinear zu beugen. Bei der Reflexion des Lichtes von der Endfläche 31 wird der Lichtstrahl weiter kollinear mit der akustischen sich in der entgegengesetzten Richtung bewegenden Welle gebeugt. Das Licht, welches von der ersten Polarisation in die zweite rechtwinklige Polarisation gebeugt worden ist, wird in den Ausgangsstrahl 14 des Rochon-Prismas 32 reflektiert, wo-
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gegen das Licht der ersten Polarisation durch das Rochon-Prisma zurück zur Lichtquelle gelangt.
Der Ausdruck "Licht" bedeutet in diesem Zusammenhang eine elektromagnetische Strahlung. Derartiges Licht braucht nicht auf das sichtbare Spektrum begrenzt zu sein. Bei einigen doppelbrechenden Kristallen sind die Vektoren für die Phasengeschwindigkeit und die Gruppengeschwindigkeit für die akustische Welle verschieden und können um beispielsweise 20 divergieren, wie es bei Quarz der Fall ist. In einem solchen Fall kann der Weg des Lichtstrahles entweder kollinear mit der Phasengeschwindigkeit oder mit der Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle sein, um die beschriebene phasenmäßig abgestimmte kollineare Beugung zu erhalten. Der Ausdruck"kollinear" bedeutet also in dieser Anmeldung, daß der Pfad des Lichtstrahles entweder kollinear mit der Phasengeschwindigkeit oder mit der Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle ist.
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Claims (1)

  1. Hewlett-Packard Comp.
    1501 Page Mill Road
    Palo Alto
    California 94304
    U.S.A.
    5. Mai 1971
    Patentansprüche
    'l.J Verfahren zum Analysieren des optischen Spektrums eines unbekannten Lichtstrahles unter Verwendung eines optisch anisotropen Mediums, das durch eine akustische Welle mit einer Frequenz angeregt wird, die auf die optische zu analysierende Frequenz innerhalb des optischen Spektrums des unbekannten Lichtstrahles bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der unbekannte Lichtstrahl einem anisotropen Medium mit einer ersten Polarisation (12) zur im wesent- * liehen kollinearen Brechung des unbekannten Lichtstrahles
    an der akustischen Welle (S3) innerhalb des optisch anisotropen Mediums zugeführt wird, um Licht der ersten Polarisation und der zu analysierenden optischen Frequenz in Licht einer zweiten Polarisation zu beugen, das gebeugte Licht analysiert (13) wird, um Licht der zweiten Polarisation (14) vom Licht der ersten Polarisation zu trennen, die Frequenz der akustischen Welle geändert wird (4, 5), um eine entsprechende Änderung der optischen Frequenz des
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    Lichtes herbeizuführen, welches von der ersten in die zweite Polarisation gebeugt wurde und das in die zweite Polarisation (14) gebeugte Licht als Funktion der optischen Frequenz erfaßt und eine Spektralanalyse des unbekannten Lichtstrahles erhalten wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lichtstrahl (22) der ersten Polarisation und der bekannten Spektralleistungsdichte im wesentlichen kollinear an der akustischen Welle S2 in dem optisch anisotropen Medium (2) gebeugt wird, um das bekannte Licht der auf(Frequenz der akustischen Welle bezogenen optischen Frequenz vom Licht der ersten Polarisation in Licht der zweiten Polarisation zu beugen, das bekannte Licht der zweiten Polarisation von dem bekannten Licht der ersten Polarisation getrennt wird (13), und die Intensität des bekannten Lichtes der zweiten Polarisation erfaßt wird (15), um eine Eich-Referenzintensität zum Eichen der Intensität des erfaßten Spektrums des unbekannten Lichtstrahles zu erhalten.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unbekannten und bekannten Lichtstrahlen (11, 22) abwechselnd an der akustischen Welle (S,) innerhalb des optisch anisotropen Mediums (2) gebeugt werden, und die entsprechenden Spektralkomponenten der unbekannten und bekannten,
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    von der ersten in die zweite Polarisation gebeugten
    Lichtstrahlen erfaßt werden (15), um eine Eich-Referenzintensität zu erhalten, um die Intensität des erfaßten Spektrums des unbekannten Lichtstrahles zu eichen.
    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein für eine ausgewählte Eich-Referenzintensität repräsentatives Referenzsignal (26) mit einer erfaßten Eich-Referenzintensität verglichen wird, um ein Fehlerausgangssignal (25) abzugeben und die Leistungsdichte der akustischen Welle (3) innerhalb des optisch anisotropen Mediums nach Maßgabe des Fehlerausgangssignales geändert wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannten und unbekannten Lichtstrahlen abwechselnd an der akustischen Welle des anisotropen Mediums gebeugt werden, und die entsprechenden Spektralkomponenten der unbekannten und bekannten Lichtstrahlen, welche von der
    ψ ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugt worden sind, im Synchronismus mit der Änderung der Brechung des unbekannten und bekannten Lichtstrahles an der akustischen Welle erfaßt werden.
    6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bekannte Lichtstrahl ein Strahl weißen Lichtes mit im allgemeinen gleichförmiger Spektralleistungsdichte und
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    das optisch anisotrope Medium ein doppelbrechender Kristall ist.
    7. Akustisch/optische Vorrichtung mit einem optisch anisotropen, angeregten Medium zur Herstellung einer akustischen Welle in dem optisch anisotropen Medium mit einer auf eine zu analysierende Frequenz innerhalb des optischen Spektrums des unbekannten Lichtstrahles bezogenen Frequenz und zur Aufnahme des einfallenden unbekannten Lichtstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß der unbekannte Lichtstrahl im wesentlichen an der akustischen Welle (S-) innerhalb des optisch anisotropen Mediums kollinear gebeugt wird, um das Licht einer ersten Polarisation und mit der zu analysierenden optischen Frequenz in Licht einer zweiten Polarisation zu beugen, ein Polarisator (13) Licht der zweiten Polarisation vom Licht der ersten Polarisation trennt, eine Schaltung (4, 19) die Frequenz der akustischen Welle durchwobbelt, um ein entsprechendes Durchwobbeln der optischen Frequenz des von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes zu erzeugen, und ein Detektor in die zweite Polarisation gebeugtes Licht erfaßt und eine Spektralanalyse des unbekannten Lichtstrahles abgibt.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (12) zur linearen Polarisation des unbe-
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    kannten, auf das optisch anisotrope Medium einfallenden Lichtstrahles in Richtung der ersten Polarisation vorgesehen ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Lichtstrahl (22) bekannter Spektralleistungsdichte im wesentlichen kollinear an der akustischen Welle innerhalb des optisch anisotropen Mediums (2) gebrochen wird, um das bekannte Licht der auf die Frequenz der akustischen Welle bezogenen Frequenz von Licht der ersten Polarisation in Licht der zweiten Polarisation
    unc
    zu beugen"! das bekannte Licht der zweiten Polarisation von dem bekannten Licht der ersten Polarisation zu trennen, und ein Detektor (15) die Intensität des bekannten Lichtes der zweiten Polarisation erfaßt, um eine Eich-Frequenz zum Eichen der Intensität des erfaßten Spektrums des unbekannten Lichtstrahles abzugeben.
    W 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die unbekannten (11) und bekannten (22) Lichtstrahlen abwechselnd an einer akustischen Welle in dem optisch anisotropen Medium (2) gebrochen werden, und der Detektor (15) die entsprechenden Spektralkomponenten der unbekannten und bekannten, von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugten Lichtstrahlen erfaßt, um die Eichfrequenz für das erfaßte Spektrum des unbekannten Lichtstrahles abzugeben.
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    11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung die akustische Leistungsdichte der akustischen Welle in dem anisotropen Medium als Funktion der Frequenz der akustischen Welle nach Maßgabe der erfaßten Eichfreguenz regelt, um eine flache Resonanzfunktion in Abhängigkeit von der optischen Frequenz des unbekannten Lichtstrahles zu erhalten.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung eine Referenzspannung abgibt, die einer ausgewählten Eichfrequenz-Lichtintensität entspricht und die Amplitude des Referenzausganges mit der Amplitude der erfaßten Eichfrequenz vergleicht, um ein Fehlersignal abzugeben, und die Leistungsdichte der akustischen Welle in dem optisch anisotropen Medium nach Maßgabe des Fehlersignales geregelt wird.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der zweiten Polarisation im Synchronismus mit der Änderung der Beugung der unbekannten und bekannten Lichtstrahlen an der akustischen Welle erfaßt werden.
    14. Vorrichtung mit einem optisch anisotropen Medium zur Aufnahme eines unbekannten, in bezug auf dessen Spektrum zu analysierenden Lichtstrahles, mit einem akustischen Übertrager, der mit dem Medium gekoppelt ist, um eine akustische Welle einer vorbestimmten Frequenz in dem anisotropen
    - 6 109852/1189
    BAD ORIGINAL'
    Medium zu entwickeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der akustischen Welle ausgewählt wird, um ein Phasenverhältnis zu bestimmen, so daß die Vektorsumme der Momentenvektoren des einfallenden Lichtstrahles und der akustischen Welle im wesentlichen gleich derjenigen eines Ausgangslichtstrahls einer zweiten Polarisation in bezug zu dem Eingangslichtstrahl ist, wodurch ein diese Bedingung für eine gegebene akustische Wellenfrequenz erfüllender Lichtstrahl in die zweite Polarisation gebeugt wird, das Licht der zweiten Polarisation vom ^ Licht der ersten Polarisation getrennt wird, die Frequenz der akustischen Welle verändert wird, um eine entsprechende Änderung der optischen Frequenz des von der ersten in die zweite Polarisation gebeugten Lichtes zu erzeugen, und der Detektor das in die zweite Polarisation gebeugte Licht erfaßt, um eine Spektralanalyse des unbekannten Lichtstrahles zu erhalten.
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DE2122940A 1970-06-17 1971-05-10 Verfahren und Vorrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums eines Lichtstrahls Expired DE2122940C3 (de)

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US4704470A 1970-06-17 1970-06-17

Publications (3)

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DE2122940A1 true DE2122940A1 (de) 1971-12-23
DE2122940B2 DE2122940B2 (de) 1973-08-16
DE2122940C3 DE2122940C3 (de) 1974-03-07

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ID=21946771

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