DE3751180T2

DE3751180T2 - Abbildender Kohärenzmesser.

Info

Publication number: DE3751180T2
Application number: DE3751180T
Authority: DE
Inventors: Robert Crane; David S Dunavan David Dunavan
Original assignee: Hughes Danbury Optical Systems Inc
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1987-07-10
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2007-07-11
Also published as: EP0256300A2; DE3751180D1; US4735507A; EP0256300A3; EP0256300B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweisen des Vorhandenseins von kohärenter Strahlung oder der kohärenten Abwesenheit von Strahlung in Gegenwart von nichtkohärenter Hintergrundstrahlung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines abbildenden Kohärenzmessers, um solche Nachweise auszuführen und um die Richtung und die Wellenlänge einer solchen Strahlung oder eines solchen Fehlens einer Strahlung zu bestimmen.
Abbildende Kohärenzmesser, die gemäß dem Konzept dieser Erfindung aufgebaut sind, sind neben anderen möglichen Verwendungen dafür geeignet, die Wellenlänge von kohärenter Strahlung oder dem kohärenten Fehlen von Strahlung nachzuweisen und zu bestimmen. Zusätzlich sind sie geeignet, die Einfallsrichtung von der Quelle der kohärenten Strahlung oder der kohärent fehlenden Strahlung zu bestimmen und eine solche Lage in einer Anzeige des Sichtfeldes anzuzeigen.
Eine solche Vorrichtung kann Anwendung finden beim Nachweisen von bestimmten Gaswolken, bei Öl- und Mineralexploration; bei einem Nachweis durch auf der Unterscheidung von Fraunhofer- Linien basierenden Verfahren und bei Kontrollüberwachungen.
Herkömmliche Laserempfänger verwenden einen schmalbandigen, optischen Filter oder Beugungsgitter in Kombination mit einem photodetektor, einem Bandpaßfilter und einem Scheitelwertdetektor mit Schwellwertfunktion, um die Anwesenheit von kohärenter Strahlung nachzuweisen. Dieser Stand der Technik hat zwei Nachteile: zum ersten muß die Laserwellenlänge bekannt sein und zweitens läßt die Videobandbreite, die benötigt wird, um die Nanosekundenpulse durchzulassen, auch eine große Menge an Detektor- und/oder Hintergrundphotonenrauschen durch. Eine auf einem Kohärenzmesser basierende Methode hat einen breiten spektralen Antwortbereich und eine Rauschintegrationszeit, die nur durch die verfügbare Beobachtungszeit begrenzt ist.
Der Stand der Technik wird durch die US-Patente mit den Nummern US-A-3 824 018 von R. Crane Jr. und US-A-4 309 108 von E. Seibert wiedergegeben, wobei beide Patente auf denselben Anmelder wie die vorliegende Erfindung eingetragen sind. Die vorher erwähnten Patente offenbaren die Verwendung von Fabry-Perot- Etalon-Interferometern.
Während die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik die Anwesenheit, die Wellenlänge und die Einfallsrichtung von kohärenter Strahlung einer einzigen Quelle nachweisen, ist es unser Beitrag, so etwas für sämtliche kohärenten Quellen innerhalb eines Bereichs zu leisten, was zu einem abbildenden Kohärenzmesser mit längeren Integrationszeiten für die Erhöhung der Empfindlichkeit führt. Weiter soll hier auch die kohärenter Abwesenheit von Strahlung ermittelt werden können und es sollen weitere Vorteile erzielt werden, die im Verlauf der Beschreibung offensichtlich werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Gerät zum Nachweisen der Anwesenheit, der Wellenlänge und der Einfallsrichtung von kohärenter Strahlung oder der kohärenten Abwesenheit von Strahlung in Anwesenheit von nichtkohärenter Umgebungsstrahlung zu schaffen.
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe mit einem Gerät gemäß Anspruch 1 gelöst.
Dieses Gerät hat die Form eines abbildenden Kohärenzmessers, der eine Sammeloptik umfaßt, um die Strahlungssammlungsapertur zu erhöhen und im wesentlichen die einfallende Strahlung zu kollimieren. Der kollimierte Strahl tritt dann in ein Interferometer mit ungleichen Wegen ein, das die einfallende, kohärente und nichtkohärente Strahlung enthaltende Strahlung in einen ersten Strahlweg und einen zweiten Strahlweg aufteilt, entlang denen sich jeweils ein erster und ein zweiter Strahl ausbreiten. Die optische Weglängendifferenz (OPD) zwischen dem ersten Strahlweg und dem zweiten Strahlweg ist größer als die Kohärenzlänge der nichtkohärenten Strahlung, jedoch kürzer als die Kohärenzlänge der kohärenten Strahlung oder der kohärenten Abwesenheit von Strahlung.
Eine Modulationsvorrichtung in dem ersten Strahlweg moduliert die optische Frequenz des ersten Strahls. Verschiedene Wege zum Modulieren der optischen Frequenz des ersten Strahls eines Interferometers mit ungleichen Armen sind z.B. von der deutschen Patentoffenlegung DE-A-22 59 244, dem US-Patent US-A-4 346 999, dem Artikel in "optics Letters" von Kothiyal und Delisle "optical frequency shifter for heterodyne interferometry using counterrotating wave plates" in OPTICS LETTERS, Band 9, Nr.8, Seite 319, und aus der deutschen Patentoffenlegung DE-A-29 23 636 bekannt. Dort wird die Frequenzmodulation durch Oszillieren eines Prismas in dem optischen Weg eines Zweiarminterferometers oder durch Oszillieren eines der Spiegel oder durch Einfügen einer rotierenden Viertelwellenplatte in einem Michelson-Interferometer erzielt.
Der erste Strahl und der zweite Strahl werden dann nach dem Durchqueren ihrer jeweiligen Strahlwege rekombiniert. Eine Vorrichtung ist dann vorgesehen, um die Interferenz des ersten Strahls mit dem zweiten Strahl festzustellen. Die so festgestellte Interferenz wird ausgewertet, um die Existenz, die Richtung und die Wellenlänge der kohärenten Strahlung und der kohärenten Abwesenheit von Strahlung zu bestimmen.
Im allgemeinen erhöht oder erniedrigt die Modulationsvorrichtung die optische Frequenz des ersten Strahls der Strahlung.
Wenn der erste Strahl, nun mit einer erhöhten oder erniedrigten Frequenz, mit dem zweiten Strahl kombiniert wird, wird eine Schwebungsfrequenz erzeugt. Diese Schwebungsfrequenz hat die gleiche Frequenz wie die optische Modulationsfrequenz. Wenn die optische Weglängendifferenz wie vorher beschrieben gewählt wird, werden nur die Komponenten der kohärenten Strahlung oder der kohärenten Abwesenheit von Strahlung in der einfallenden Strahlung nach der Rekombination miteinander interferieren. Daher werden nur diese kohärenten Komponenten eine Schwebungsfrequenz erzeugen, die festgestellt werden kann.
Der Modulationsvorrichtung folgt eine Vorrichtung zum Feststellen der erzeugten Schwebungssignale und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Signalen, die später visuell oder elektronisch für den Nachweis, die Richtung und/oder die Wellenlänge einer kohärenten Strahlungsquelle interpretiert werden können.
Die Wellenlänge der einfallenden kohärenten Strahlung kann dadurch bestimmt werden, daß in die Nachweisvorrichtung ein Frequenzzähler bei Nullpunktüberschreitung eingebaut wird, um eine zu der Eingangswellenlänge invers proportionale numerische Zahl zu erzeugen, um die Periode des Modulationssignals mit der der Nodulatorsteuerungswellenform zu vergleichen.
Es wurden nun soweit auf relativ allgemeine Weise die wichtigeren Merkmale der Erfindung dargelegt, um ein leichteres Verstehen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zu ermoglichen, und um eine bessere Würdigung dieses Beitrags für die Technik zu gewahrleisten. Es gibt natürlich zusätzliche Merkmale für diese Erfindung, die im folgenden beschrieben werden und die den Gegenstand der beiliegenden Ansprüche bilden werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind zum Zwecke der Darstellung und der Beschreibung ausgewählt worden und sind in der Zeichnung gezeigt, auf die die Beschreibung Bezug nimmt. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Kohärenzmessers;
Fig.2 eine grafische Darstellung der Wellenformen des Signals und des Bezugssignals für die Detektorvorrichtung nach der Fig. 1;
Fig.3 ein die Geometrie eines Fabry-Perot-Etalons darstellendes Diagramm;
Fig.4 ein die Geometrie eines rotierenden, doppelbrechenden Fabry-Perot-Etalon-Modulators darstellendes Diagramm;
Fig.5 einen Periodenzähler bei Nullpunktüberschreitung, der zur Verwendung in einem Kohärenzmesser nach Fig. 1 geeignet ist;
Fig. 6 einen Querkorrelator, der zur Verwendung in einem Kohärenzmesser nach Fig. 1 geeignet ist;
Fig.7 eine schematische Darstellung eines abbildenden Kohärenzmessers, der gemäß dem Konzept dieser Erfindung, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, aufgebaut ist; und
Fig.8 eine schematische Darstellung eines abbildenden Kohärenzmessers, der einen Vidicon-Detektor, eine Computeranalyse und eine Videoanzeigeausgabe verwendet.
Es wird nun die Erfindung im einzelnen beschrieben. Die Fig. 1 zeigt die grundlegenden Komponenten eines Kohärenzmessers. Die sammelnde Optik 2 dient zum Erhöhen der Strahlungssammlungsapertur und sammelt im wesentlichen die einfallende Strahlung. Die kollimierte Strahlung, als "CR" bezeichnet, tritt dann in ein Interferometer/Modulator 3 ein.
Wie der Fachmann leicht versteht, wird die sammelnde Optik 2 nur dann benötigt, wenn die Strahlungsquelle im Nahfeld, d.h. innerhalb einiger weniger tausend Fuß (= 0,3 m) des Kohärenzmessers, angeordnet ist. Wenn sich die Quelle in einer Entfernung befindet, wird eine große Optik, wie ein Teleskop, benötigt, um die Sammelapertur zu erhöhen.
Interferometer können nach einer Reihe von Möglichkeiten klassifiziert werden, von denen drei in dem Verfahren der Strahltrennung, in der optischen Weglängendifferenz (OPD) der beiden Strahlen und zu der Interferometersymmetrie bestehen. Innerhalb dieser Beschreibung betreffen die Begriffe "symmetrisch" und "asymmetrisch" die Zahl der Strahlreflexionen in den beiden optischen Wegen des Interferometers. Wenn beide Wege entweder eine gerade oder ungerade Anzahl von Reflexionen aufweisen, wird das Interferometer als symmetrisch bezeichnet. Wenn ein Weg eine ungerade Anzahl und ein anderer eine gerade Anzahl von Reflexionen aufweist, wird das Interferometer als asymmetrisch bezeichnet. Die vorliegende Erfindung verwendet nur symmetrische Interferometer.
Der optische Weglängenunterschied eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Interferometers wird sorgfältig ausgewählt. Die kohärente Strahlung, die z.B. durch Laserlicht erzeugt wird, kann durch seine einzigartigen kohärenten Eigenschaften charakterisiert werden: also räumliche, spektrale, zeitliche Kohärenz und die Polarisation. Die zeitliche Kohärenzeigenschaft, die in Form der Kohärenzlänge beschrieben wird, ist die in der vorliegenden Erfindung verwendete Eigenschaft, um die kohärente Strahlung von nichtkohärenter Strahlung zu unterscheiden. Dies ist darin begründet, daß die Laserstrahlung in bezug auf die natürliche Hintergrund- oder Vordergrundstrahlung charakteristisch und einzigartig ist, indem die Laserstrahlung eine lange Kohärenzlänge in bezug auf die nichtkohärente Strahlung hat. Zusätzlich wird die Kohärenzlängeneigenschaft der Laserstrahlung nicht durch normale Ausbreitungseffekte verändert. Die optische Weglängendifferenz des Interferometers wird so ausgewählt, daß sie länger ist als die Kohärenzlänge der inkohärenten Hintergrund- oder Vordergrundstrahlung und kürzer als die Kohärenzlänge der kohärenten Strahlung. Dies führt dazu, daß die nichtkohärente Strahlung im wesentlichen unmodoliert aus dem Interferometerausgang austritt, und nur die kohärente Laserstrahlung moduliert wird. Wie später gezeigt werden wird, wird die Modulation durch Erzeugung einer linearen Anderung in der optischen Weglängendifferenz in dem Interferometer proportional zu einem Modulationssignal bewerkstelligt, das über eine Leitung 13 von einem Modulationswellenformgenerator 10 angeliefert wird. Durch Verändern der optischen Weglängendifferenz auflineare Weise wird die kohärente Strahlung, die durch den modulierten Arm des Interferometers hindurchtritt, eine unterschiedliche Frequenz aufweisen, als diejenige, die durch den anderen Arm hindurchtritt. Wenndie Strahlen nach dem Durchqueren der beiden Arme rekombiniert werden, hat die resultierende Wellenform eine Frequenz, die dem Mittelwert der Frequenzen der beiden Strahlen gleich ist. Die Amplitude des rekombinierten Strahls wird sich auf zyklische Weise bei einer Frequenz verändern, die gleich der optischen Modulationsfrequenz ist. Diese zyklische Veränderung der Amplitude ist das "Schwebungssignal", das die Anwesenheit von kohärenter Strahlung oder die kohärenter Abwesenheit von Strahlung anzeigt.
In bezug auf die Fig. 2 wird dieses Phänomen ziemlich klar dargestellt. Das obere Wellenmuster 157 zeigt die beiden interferierenden optischen Wellenformen. Die modulierte Welle wird als "M" gezeigt und hat aufgrund der Frequenzmodulation eine geringfügig höhere Frequenz als die unmodulierte Welle, die als "U" bezeichnet ist. Das untere Wellenscheina 158 stellt das Ergebnis des Kombinierens der Wellenform "M" mit der Wellenform "U" dar. Die resultierende Wellenform 160 hat eine Frequenz, die der Nittelwert der Frequenzen der Wellenform "M" und der Wellenform "U" ist. Die Amplitude variiert auf zyklische Weise, was sich mit einer der Modulationsfrequenz gleichen Frequenz wiederholt, die gleich der Frequenz der Wellenform "M" minus der Frequenz der Wellenform "U" ist. Die Frequenz dieser "Schwebung" oder der sich verändernden Amplitude, die zur Erläuterung durch die Umhüllende 159 gezeigt ist, steht in direkter Beziehung mit dem von der Leitung 13 von dem Modulationswellenformgenerator 10 der Fig. 1 angelieferten Modulationssignal.
Nun, wieder in bezug auf die Fig. 1, fällt der rekombinierte Strahl, der als "RB" bezeichnet ist und der aus dem Interferometer/Modulator 3 austritt, auf den Detektor 4 ein. Eine abbildende Linse, die nicht gezeigt ist, kann dazu verwendet werden, den rekombinierten Strahl "RB" auf den Detektor 4 abzubilden, der klein ist, um eine hohe Winkelempfindlichkeit zu schaffen. Auf den Detektor 4 folgt ein herkömmlicher Niederfrequenzverstärker 5, der dazu vorgesehen ist, das von dem Ausgang des Detektors 4 erzeugte Modulationssignal weiterzuleiten und jegliche unerwünschten Hintergrundfrequenzen von nichtkohärenter Strahlung abzuschirmen.
Der Synchrondetektor 6 schafft ein Signal, das anzeigt, ob kohärente Strahlung in der einfallenden Strahlung "R" vorhanden ist. Der Synchrondetektor 6 bildet ein Produkt des Signals von dem Verstärker 5 mit einer Referenzwellenform. Wie im folgenden beschrieben wird, kommt die Referenzwellenform für das Interferometer/Modulator 3, der in der Fig. 4 gezeigt ist, direkt von dem Modulationswellenformgenerator 10 über eine Leitung 12, die strichliert gezeichnet ist, an den Synchrondetektor 6.
Ein herkömmlicher Synchrondetektor bildet ein Produkt zweier Eingaben eines Signals A.sinω(t+δ) und eines Referenzsignals B. sinωt, wobei:
A und B = die Amplituden des Signals und des Referenzsignals sind,
A und B = eine unbekannte Phase des Signals relativ zu dem Referenzsignal,
δ = 2πf mit f = Frequenz,
t = Zeit,
2πfδ = Phasendifferenz im Bogenmaß zwischen dem Signal und dem Referenzsignal ist.
Herkömmlicherweise wird B im Vergleich zu A groß gemacht; dann ist die Ausgabe proportional zu der unbekannten Phase und zu A.
Wenn das Signal und das Referenzsignal um 2πfδ = π (im Bogenmaß) außer Phase sind, dann wird das Produkt Null und das Signal würde nicht nachgewiesen werden. Um dieses Problem zu überwinden, bildet der Synchrondetektor 6 ein zweites Produkt
Signal x Referenzsignal aus A sinω(t + δ) x B cosωt
Dieses Produkt wird groß, wenn das Produkt der Sinus gleich Null ist. Die Ausgabe aus dem Synchrondetektor 6 wird als Absolutwert M der beiden oder als
M = [(A sinω(t+δ) x B sinωt)² + (B sinω(t+δ) x B cosωt)²]1/2
erhalten, wobei B auf 1,0 normalisiert ist.
Diese Funktion ist gleich der, wie sie in einer Fourier-Analyse ausgeführt wird.
Dem Synchrondetektor 6 folgt ein herkömmliches Integrationsnetzwerk, das aus einem Widerstand 7 und einem geerdeten Kondensator 9 besteht. Da der Synchrondetektor 6 eine lineare Übertragungscharakteristik aufweist, bestimmt das Integrationsnetzwerk die gesamte Rauschbandbreite der Empfängerelektronik. Daher ist eine sehr geringe Rauschbandbreite in der Größenordnung von 10&supmin;³ bis 1,0 Hz erreichbar.
Während der bisher beschriebene Kohärenzmesser in bezug auf kohärente Strahlung beschrieben worden ist, sei festgestellt, daß auch die Möglichkeit besteht, die kohärente Abwesenheit von Strahlung nachzuweisen und ihre Lage in einem gegebenen Bereich zu bestimmen.
Ein Beispiel eines kohärenten Fehlens von Strahlung ist eine Absorptionslinie. Absorption ist im allgemeinen die Entfernung von Energie aus einer Strahlung durch ein Medium, durch das die Strahlung hindurchtritt. Für ein gasförmiges Medium bei niedrigem oder Umgebungsdruck ist die Absorptionslinie sehr schmal, in etwa von der Breite der durch das hier beschriebene Gerät nachweisbaren kohärenten Energie.
Man kann bewirken, daß eine Interferenz zwischen zwei Strahlen der Strahlungs, die dieses schmale Band von fehlender Strahlung enthalten, auftritt. Weiter werden die Interferenzeffekte jene nachahmen, die eine schmalbandige Strahlung mit der gleichen Mittelfrequenz und der gleichen spektralen Breite wie das schmale Band aus fehlender Strahlung aufweisen.
Die Absorption oder Strahlungssubtraktion ist ein linearer Vorgang, sowie es Strahleninterferenz, Signaltransformation an dem Detektor und Signalverarbeitung sind. Ein Kombinieren der vorher erwähnten Schritte führt zu einer linearen, gesamten Transferfunktion mit einem negativen Vorzeichen, das für den Schritt der Strahlungssubtraktion gilt. In dem Fall, bei dem kohärente Energie nachgewiesen wird, tritt keine Strahlungssubtraktion auf und die gesamte Transferfunktion ist positiv.
Daraus folgt, daß der Synchrondetektor 6 des Kohärenzmessers, wie er oben beschrieben wurde, eine positive Ausgangsspannung an dem Ausgangsabgriff 8 geben wird, wenn kohärente Strahlung in der einfallenden Strahlung "R" vorhanden ist, und daß eine negative Ausgangsspannung an dem Ausgangsahgriff 8 erhalten wird, wenn ein Fehlen kohärenter Strahlung in der einfallenden Strahlung "R" vorhanden ist.
Verschiedene Arten von Interferometern/Modulatoren, die hier im folgenden beschrieben werden, verwenden Fabry-Perot-Etalons. Demzufolge wird die folgende Diskussion der Geometrie und der optischen Eigenschaften eines Fabry-Perot-Etalons gegeben.
Die Fig. 3 stellt die Geometrie eines Fabry-Perot-Interferometers oder Etalons dar. Es umfaßt eine Abstandsvorrichtung 106 mit optisch polierten und genau parallelen Seiten. Auf jeder Seite ist eine teilweise reflektierende Oberfläche 105 oder 107 vorgesehen. Es ist bekannt, daß die Abstandsvorrichtung 106 durch einen Luftspalt ersetzt werden kann, wobei zwei teilreflektierende Oberflächen 105 und 107 an transparenten Substraten, die nicht gezeigt sind, und die in zueinander beabstandeter Anordnung gehalten werden, angeordnet sind. Eine einfallende Welle hat eine Komponente, die direkt hindurchgeht, und eine weitere, die zweimal reflektiert wird. Eine Komponente hat eine Strahlweglänge, die gleich s plus a plus b ist. Die andere Komponente hat einen zweiten Strahlweg mit der Länge von s plus c. Der optische Weglängenunterschied (OPD) durch das Etalon ist:
(1) OPD = (s + a + b) - (c + s) = (a + b) - c
Dies kann auf einfache Weise aus Snell's-Gesetz (sin θ = n sin θ') im Hinblick auf die Geometrie in Fig. 3 berechnet werden. Es stellt sich heraus, daß
(2) OPD = 2nd/λ cos θ = 2d/λ (n² - sin²θ1/2)
gilt, wobei
n = Brechungsindex des Abstandshalters
d = Dicke des Abstandshalters
θ = Einfallswinkel der einfallenden Strahlung in bezug auf das Etalon
λ = Wellenlänge
ist.
Wenn die Reflektivität der teilweise reflektierenden Oberflächen 105 und 107 hoch ist, gibt es viele mehrfach reflektierte Teilwellenzüge, die zu der transmittierten Welle beitragen, und man sagt, daß das Etalon eine hohe Finesse hat. Etalon mit einer hohen Finesse werden für Filter mit einer sehr engen spektralen Bandbreite aufgrund ihrer engen Transmissionscharakteristik als Funktion der Wellenlänge verwendet. Wenn andererseits die Reflektivität mittlere Werte hat, sagt man, daß das Etalon eine geringe Finesse hat. Diese Art von Etalon ist am besten geeignet für den Nachweis von kohärenter Strahlung.
Wie man aus der Gleichung 2 sehen kann, führt die Veränderung von n, d oder/und θ zu Veränderungen der optischen Weglänge.
Die Fig. 4 zeigt eine Art eines Interferometers/Modulators, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Es ist ein wohlbekanntes Phänomen, daß doppelbrechende Materialien bewirken, daß ein Lichtstrahl in zwei Komponenten aufgespalten wird, die sich jeweils bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten. In der vorliegenden Erfindung hat das doppelbrechende Material 70 eine Achse der niedrigen und eine der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit, die zueinander senkrecht sind, wobei eine Achse einen Brechungsindex von n&sub1; aufweist und die andere einen von n&sub2;. Die Brechungsindizes variieren auf lineare Weise zwischen diesen beiden Achsen.
Durch Beschichten einer jeden Seite des doppelbrechenden Materials 70 mit einem reflektierenden Überzug 68 und 69 wird ein doppelbrechendes Fabry-Perot-Etalon gebildet. Diese Ausführung des Fabry-Perot-Etalons wird in einem Gehäuse 67 gehalten und um eine Achse 74 durch einen Motor, der nicht gezeigt ist, gedreht.
Der Motor dreht das doppelbrechende Fabry-Perot-Etalon bei einer vorher ausgewählten Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Signal, das von dem Modulationswellenformgenerator 10 der Fig. 1 erzeugt wird.
Da sich das Gehäuse 67 dreht, dreht sich auch die ringförmige Platte 66, die sich radial von dem Gehäuse 67 erstreckt. Die ringförmige Platte hat gleichmäßig beabstandete radiale Schlitze, die nicht gezeigt sind, die entlang des Umfangs beabstandet sind, die ermöglichen, daß Licht von einer LED 63 durch sie hindurch zu dem Detektor 65 gelangt. Der Detektor 65 erzeugt demnach ein Signal, das proportional zu der Drehgeschwindigkeit des doppelbrechenden Fabry-Perot-Etalons 61 ist. Dieses Signal ist das Referenzsignal und wird über die Leitung 11 zu dem Synchrondetektor 6 der Fig. 1 gefördert.
Wie vorher gezeigt wurde, hängt die optische Weglängendifferenz von dem Brechungsindex der Abstandsvorrichtung in einem Fabry-Perot-Etalon ab. Das heißt, wenn der Brechungsindex sich ändert, ändert sich auch die optische Weglängendifferenz.
Die Art des in der Fig. 4 gezeigten Interferometers/Modulators verlangt danach, daß die Dicke des doppelbrechenden Materials 70 so gewählt wird, daß
(5) OPD = λ/2 = (n&sub2; - n&sub1;) t
wobei
λ = Wellenlänge der einfallenden Strahlung
n&sub2; = Brechungsindex entlang der Achse der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit des doppelbrechenden Materials
n&sub1; = Brechungsindex entlang der Achse der niedrigen Ausbreitungsgeschwindigkeit des doppelbrechenden Materials
t = Dicke des doppelbrechenden Materials
ist.
Demnach bewirkt die Auswahl der geeigneten Etalon-Dicke t eines doppelbrechenden Materials 70, mit bekannten Brechungsindizes n&sub1; und n&sub2; eine Änderung in der optischen Weglängendifferenz des Fabry-Perot-Etalons 61, wenn das Etalon 61 von der Achse der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit zu der Achse der niedrigen Ausbreitungsgeschwindigkeit gedreht wird.
Im Hinblick daraufhin kann nun die Betriebsweise des Interferometers/Modulators der Fig. 4 beschrieben werden.
Die auf die reflektierende Oberfläche 68 einfallende kollimierte Strahlung von der vorhergehend beschriebenen Sainmeloptik, die sowohl in den Figuren 1 und 4 als "CR" gezeigt ist, tritt zuerst durch einen festen ebenen Polarisator, um die einfallende Strahlung in der durch den vertikalen Pfeil 71 gezeigten Richtung zu polarisieren. Durch Polarisieren des einfallenden Lichts in nur einer Richtung wird diese einzige Komponente durch das Etalon transmittiert werden.
Wenn demnach die dem Brechungsindex n&sub1; zugeordnete Achse senkrecht ist, wird die optische Weglänge unterschiedlich dazu sein, wenn die dem Brechungsindex n&sub2; zugeordnete Achse senkrecht ist. Der Unterschied beträgt λ/2, wie in der Gleichung (5) gezeigt ist.
Man kann deshalb sehen, daß die optische Weglängendifferenz zyklisch sich zwischen einem Wert von 0 bis λ/2 und wieder bis 0 zweimal bei jeder Drehung des doppelbrechenden Fabry-Perot-Etalons ändert, da die beiden Achsen n&sub1; und n&sub2; zueinander senkrecht sind.
Zyklische Betätigung des Etalons auf diese Weise moduliert den transmittierten Strahl um λ/2 und den intern reflektierten Strahl um 3λ/2, wobei eine äquivalente optische Weglängendifferenz zwischen den beiden Strahlen bei der Hauptwellenlänge, für die das System entworfen ist, genau eine Wellenlänge beträgt. Die Modulation wird bei anderen Eingangswellenlängen geringfügig von einer Wellenlänge abweichen.
Diese Modulation der reflektierten Welle bewirkt eine zyklische Phasenverschiebung der transmittierten Wellen in bezug auf die reflektierte Welle in dem Etalon. Eine solche zeitlich veränderliche Phasenverschiebung ist mathematisch und funktionell einer konstanten Frequenzdifferenz zwischen den beiden optischen Strahlen äquivalent. Dementsprechend rekombinieren die beiden Strahlen, um eine komplexe Wellenform, wie in der Fig. 8 bei 160 gezeigt, zu bilden. Wie durch die Umhüllende 159 beschrieben wird, wird die Amplitude durch zwei Zyklen bei jeder Umdrehung des Etalons gehen. Diese Schwebungsfrequenz kann dann durch einen Detektor 4, wie in der Fig. 1 gezeigt und in bezug darauf beschrieben wurde, nachgewiesen werden.
Zwei alternative Methoden können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Wellenlänge zu messen. Diese Methoden, die im nachfolgenden in bezug auf die Figuren 5 und 6 beschrieben werden, arbeiten auf optimale Weise, wenn die Änderung in der optischen Weglängendifferenz größer als +/- 1,0 ist.
Eine solche Methode ist ein Periodenzähler bei Nullpunktüberschreitung, der in der Fig. 5 gezeigt ist. Kurz gesagt, der Periodenzähler mit Nullpunktüberschreitung bestimmt die mittlere Halbperiode des Signals und wird verwendet, wenn isolierte oder einzelne Signale nachzuweisen sind. Die dahinter stehende Philosophie liegt darin, daß eine kürzere Wellenlänge kohärenter Strahlung ein nachgewiesenes Signal bei einer höheren Frequenz und kürzeren Halbperiode gibt. Sämtliche nachgewiesenen Halbperioden werden gemittelt, um das beste Signal-zu-Rauschverhältnis und die genaueste Messung zu erhalten. Der Periodenzähler 95a gibt einen numerischen Zählwert aus, der umgekehrt proportional zur Wellenlänge der kohärenten Strahlung an dem Ausgangsabgriff 12 ist. Die Instrumentengenauigkeit des Periodenzählers wird bestimmt durch:
dλ ≤ 25/n %
wobei: dλ = Genauigkeit des Instruments in %
n = gesamte Anzahl der Wellenlängen in der optischen Weglängendifferenzänderung des Interferometers aufgrund der Modulation pro Exkursion in einer Richtung ist.
Die Meßungenauigkeit aufgrund des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses wird betragen:
λ = 100/S/N %
wobei: = rms (root mean square = Wurzel aus den Mittelwertsquadraten) Ungenauigkeit in % der Wellenlänge
S/N = Signal-zu-Rausch-Verhältnis in rms/rms ist.
Die tatsächliche Betriebsweise des Periodenzählers der Fig. 5 läuft wie folgt ab. Ein Hochfrequenz-Referenzoszillator 139 erzeugt einen Referenztakt. Der Modulator-Referenzgenerator 10 ist mit diesem Takt synchronisiert. Der Referenztakt wird auch einem digitalen Zähler 138 zugeführt. Das nachgewiesene Signal wird durch den Verstärker 5 der Fig. 1 verstärkt und in eine Begrenzervorrichtung 136 eingespeist. Diese erzeugt eine Rechteckwelle mit der Signalfrequenz. Ein Hochpaßfilter 137 wandelt die Rechteckwelle in eine Reihe von Spitzen um, und zwar eine für jede Überquerung des Nullpunkts in dem ursprünglich festgestellten Signal. Diese Spitzenpulse werden einem digitalen Zähler 138 zugeführt, wo sie als "EIN"- und "AUS"-Schaltpulse dienen. Damit zählt der digitale Zähler die Taktpulse nur wahrend einer Halbperiode des Signals. Sowohl positive als auch negative Halbperioden werden gezählt. Ein digitaler Mittelwertschaltkreis 142, der symbolisch in der Fig. 5 gezeigt ist, bildet einen Mittelwert sämtlicher gezählten Halbperioden. Um unerwünschte Zählwerte zu ininimieren, wird ein signalinhärentes Gating aus dem verstärkten Signal durch einen Schwellwertdetektor 139 gebildet, dem ein Flip-Flop-Schaltkreis 141 folgt. Das signalinhärente Gating öffnet den digitalen Zähler nur dann, wenn das nachgewiesene und verstärkte Signal einen voreingestellten Schwellwert 140 überschreitet, der auf ungefähr drei- bis viermal des Wertes des rms-Rauschens an der Signalleitung 143 eingestellt ist. Die Ausgabe aus dem Periodenzähler an dem Ausgangsaggriff 12 ist ein digitales Wort, das den gemittelten Taktzählwert pro Signalhalbperiode zeigt, und das die Wellenlänge der einfallenden kohärenten Strahlung darstellt.
Eine zweite Methode zur Messung der Wellenlänge ist ein Querkorrelator, wie er in der Fig. 6 gezeigt wird. Bei dieser Methode wird die unbekannte Frequenz des festgestellten Signals mit einer bekannten Frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) verglichen. Wenn die beiden gleich sind, erscheint eine analoge Spannung an dem Ausgang 149 des Korrelators. Die VCO-Frequenz wird dabei durch die Kippspannung am Ausgangsanschluß 150 angezeigt. Die Genauigkeit des Instruments und die Meßungenauigkeit werden durch dieselben beiden Gleichungen angegeben, die im vorhergehenden in bezug auf den Periodenzähler bei Nullpunktüberschreitung nach der Fig. 5 beschrieben wurden.
Die eigentliche Betriebsweise des Querkorrelators läuft wie folgt ab. Das nachgewiesene Signal wird durch den Verstärker 5 nach der Fig. 1, wie in der Fig. 10 gezeigt, verstärkt und einem Eingang eines Multipliziererschaltkreises 144 zugeführt. Ein Kippgenerator 145 erzeugt eine langsame Zägezahnkippspannung. Die Kippspannung steuert die Frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators 146 (VCO). Der VCO wird so eingestellt, daß die Frequenz an seinem Ausgang über einen Bereich, der alle möglichen festgestellten Signalfrequenzen überdeckt, durchgefahren wird. Der VCO-Ausgang wird in eine Rechteckwelle durch eine Begrenzervorrichtung 147 umgewandelt und dem zweiten Eingangsanschluß des Multiplizierers 144 zugeführt. Der Multiplizierer 144 bildet das Produkt
A (sin 2πfst) x (1,0 sin 2πfVCOt)
wobei: A = nachgewiesene Signalamplitude
fs = nachgewiesene Signaglfrequenz
VCO = Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators ist.
Wenn fs = fVCO, ist dieses Produkt maximal im Vergleich zu sämtlichen anderen Bedingungen. Ein Tiefpaßfilter 148 glättet die Signalfrequenzen und läßt die Kippfrequenz und ihre Harmonischen in ausreichendem Maße durch, um die Anwesenheit einer guten Korrelation zwischen fs und fVCO anzuzeigen. Dieser Korrelatorschaltkreis wird symbolisch gezeigt, um die für seinen Betrieb notwendigen Funktionen anzudeuten. Bei der tatsächlichen Verwendung werden zwei Dinge zusätzlich zu dem, was gezeigt ist, ausgeführt: 1) eine digitale Schaltung würde für den Multiplizierer 144 verwendet werden, und 2) das tatsächlich nachgewiesene Signal würde aufgezeichnet oder digitalisiert werden und in einem Speicher gespeichert werden für die Dauer eines Signals, das, wie angezeigt, durch einen im Signal vorhandenen Schwellwertdetektor, wie es in der Fig. 5 gezeigt wurde, unterbrochen wird.
Es sei bemerkt, daß beim Feststellen eines Satzes von kohärenten, schmalbandigen Emissions- oder Absorptionslinien die nachgewiesene Wellenform nicht notwendigerweise eine Sinuswelle ist. Man kann daraus mit einer Verarbeitungsvorrichtung vom Typ eines Querkorrelators, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, einen Vorteil erzielen, um seine spezielle Eigenart zu verbessern, indem eine Referenzsignalwellenform verwendet wird, die so berechnet wird, daß sie der durch den Satz von Emissions- oder Absorptionslinien erzeugten Wellenform entspricht.
Die Fig. 7 zeigt auf schematische Weise einen abbildenden Kohärenzxiesser, der die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung beinhaltet.
Die Interferenzwellenform des rekombinierten Strahls von einem einzigen Interferometer/Modulator, die als "RB" bezeichnet ist, wird auf dem Detektor 4 abgebildet. Eine Vielzahl von Detektoren sind in der y-Richtung gezeigt. Zusätzlich erstrecken sich nichtgezeigte Detektoren in der x-Richtung, um so eine x-y-Detektormatrix zu bilden.
Jeder der Detektoren 4 hat einen zugeordneten Verstärker 5, einen Synchrondetektor 6, ein integrierendes Netzwerk 7 und einen Ausgangsabgriff 8, die jeweils auf die in bezug auf die Fig. 1 beschriebene Weise betrieben werden. Ein Eingang eines jeden Synchrondetektors 6 kommt von dem Modulationswellenformgenerator 10.
Es sei bemerkt, daß das Verhältnis zwischen der Frequenz des nachgewiesenen Signals und der Frequenz des Modulationswellenformgenerators 10 nicht notwendigerweise 1:1 ist. In einigen Fällen, wie beispielsweise nach dem Modulator nach der Fig. 4, gibt es einen 4:1 Unterschied. In anderen Fällen, wenn der Versatz des Modulators auf andere Werte als +/- λ/2 gesetzt ist, wird es ein anderes Frequenzverhältnis geben. In allen Fällen handelt es sich dabei um gesetzte Faktoren, die an den Signalverarbeitungsschaltkreis angepaßt werden können.
Die Ungewißheit in der Eingangswellenlänge führt zu einer Ungewißheit in der Phase des Schwebungssignals. Daher führt, wie oben in bezug auf die Fig. 1 beschrieben, der Synchrondetektor 6 das Produkt von [sin (ref)] x [Schwebungssignal] und [cos (ref)] x [Schwebungssignal] für das Schwebungssignal aus, um sämtliche möglichen Phasenwinkel mit einzubeziehen.
Ein Feld von Detektoren nimmt die Intensitäten über die x-y-Matrix der abgebildeten Interferenzwellenfront auf. Wie im vorhergehenden erläutert wurde, zeigt die Existenz eines Spannungssignals an dem Detektor 4 das Vorhandensein von kohärenter Strahlung oder kohärenter Abwesenheit von Strahlung in einer entsprechenden Stelle der Gegenstandsebene an. Wenn kohärente Strahlung vorhanden ist, wird die Spannung am Ausgangsabgriff 8 einen etwas positiven Wert annehmen, und wenn ein Fehlen von kohärenter Strahlung festgestellt wird, wird die Spannung an dem Ausgangsabgriff 8 ein negativer Wert sein.
Ein Rasterabtastvideoanzeigesystem ist für einen allgemeinen Fall bei 76 gezeigt. Der Rasterarm 75 bewegt sich sequentiell von einem Ausgangsabgriff 8 zu einem anderen in der x-Richtung, die nicht gezeigt ist, und wiederholt dann den Vorgang, nachdem er zu der nächsten Reihe in der y-Richtung sich bewegt hat. Diese Bewegung wird durch den Rastergenerator 180 gesteuert, der in seiner Betriebsweise mit dem Rasterarm 75 durch die Steuervorrichtung, die als gestrichelte Linie 77 gezeigt ist, verbunden ist.
Wenn der Rasterarm an einem bestimmten Ausgangsabgriff 8 eine Messung ausführt, wird seine Stellung in der x-y-Matrix dem Videomonitor 78 über die Leitungen 79 und 80 jeweils für die xund y-Richtung zugeführt. Das Signal von dem Ausgangsabgriff 8, das die Anwesenheit von kohärenter Strahlung oder die Abwesenheit von kohärenter Strahlung anzeigt, wird auch dem Videomonitor 78 über die Leitung 161 zugeführt, wo es der Monitorintensitätssteuerung zum Zwecke der Videoanzeige verwendet wird.
Jeder Punkt in der x-y-Matrix, die durch die x-y-Matrix der Ausgangsabgriffe 8 dargestellt wird, hat einen entsprechenden Punkt auf der x'-y'-Matrix des Videomonitors 78. Demnach zeigt der Videomonitor die Lage der kohärenten Strahlung oder des kohärenten Fehlens von Strahlung in einer gegebenen, durch den abbildenden Kohärenzmesser betrachteten Gegenstandsebene an. Die Unterscheidung zwischen kohärenter Strahlung und kohärenter Abwesenheit von Strahlung kann auf der Videoanzeige durch die geeignete Verarbeitung des durch die Leitung 161 passierenden Signals klar angegeben werden. Eine solche Verarbeitung kann durch eine nichtgezeigte Prozessoreinheit ausgeführt werden, die inteqral mit dem Videomonitor 78 ausgebildet ist. Kohärente Energie kann beispielsweise durch eine Farbe dargestellt werden, während die Abwesenheit von kohärenter Strahlung eine andere sein kann.
Die Fig. 8 zeigt in Form eines Blockdiagramms einen abbildenden Videokohärenzmesser, der das oben in bezug auf die Fig. 4 beschriebene Interferometer/Modulator verwendet. Anstelle des Detektors 4, wie er in den Figuren 1 und 5 gezeigt ist, und der zugeordneten Elektronik, verwendet das abbildende Videoradiometer ein Vidicon 129 und eine zugeordnete Elektronik, um eine Videoanzeige 132 von, wie im vorhergehenden beschriebenen Interferenzdaten zu erzeugen.
Die einfallende Strahlung, die als "R" bezeichnet wird, wird durch eine geeignete Sammeloptik 126 gesammelt und kollimiert. Diese kollimierte Strahlung, die als "CR" bezeichnet ist, tritt in ein Interferometer/Modulator 128 ein, wo in Abhängigkeit von einem Signal 127 von einem Mikrocomputer 131 die Strahlung in einem Arm des Interferometers auf eine im vorhergehenden in bezug auf die Fig. 4 beschriebene Art moduliert wird. Die zwei Strahlen des Interferometers/Modulators 128 werden dann rekombiniert, die einen als "RB" bezeichneten rekombinierten Strahl bilden. Der rekombinierte Strahl "RB" weist eine Interferenzeigenschaft auf, die identisch zu der in bezug auf den rekombinierten Strahl "RB" nach der Fig. 4 beschriebenen ist. Eine Linse 136 bildet dann ein Bild des betrachteten Gegenstandsfelds auf der Zieloberfläche der Vidiconröhre 129. Die Interferenzcharakteristik in "RB" wird dann von der Vidiconröhre 129 festgestellt.
Diese Methode des Feststellens eines Interferenzmusters und die zugeordnete Verarbeitung wird am besten in bezug zu P.R. Yoder, Jr., R.P. Grosso, R. Crane, "Use of Phase Measuring Interferoiietry in Quantity Production of High Quality Optics", SPIE Band 330 - Optical Systems Engineering II, Seite 84 (1982), und den darin zitierten Fundstellen betrachtet.
Kurz umrissen kann das Verfahren wie folgt umschrieben werden:
Das Interferenzmuster aus dem Interferometer/Modulator wird auf einem nichtgezeigten Photoleiter des Vidicons abgebildet.
Dieses "rohe" Bild wird dann in dem Vidicon durch einen nichtgezeigten Elektronenstrahl abgetastet und auf einem Monitor 135 angezeigt, so daß das Interferenzmuster angepaßt und das Bild in die Mitte gesetzt und vergrößert werden kann, um auf geeignete Weise das Photoleiterfeld des Vidicons zu füllen.
Eine Videoverarbeitungsvorrichtung 130 wirkt als ein Analogzu-Digital-Umwandler, der die analogen Signale von dem Vidicon 129 in digitale Signale für den Mikrocomputer 131 umwandelt.
Der Mikrocomputer 131 führt verschiedene Funktionen aus. Er sendet ein Signal über die Leitung 127 zu dem Interferometer/Modulator 128, um zu bewirken, daß sich die optische Weglängendifferenz auflineare Weise ändert. Er interpretiert auch (mittels eines Fourier-Analysealgorithmus) die Signale von der Videoverarbeitungsvorrichtung 130 und gibt die Ergebnisse an eine Darstellungseinheit und einen Kopierer 132 für eine Videoausgabe oder eine Druckkopie des Interferenzmusters oder eine "Konturkarte" aus, die die Richtung der kohärenten Strahlung oder der kohärenten Abwesenheit von Strahlung in dem abgetasteten Gegenstandsfeld anzeigt. Der Anschluß 134 ermöglicht die manuelle Eingabe von Befehlen an den Mikrocomputer 131.
Es sei bemerkt, daß der Nachweis des Interferenzmusters auch durch ein Festkörperdiodenfeld, wie es in der Technik bekannt ist, anstelle der Vidiconröhre 129 erzielt werden kann.

Claims

1. Ein abbildendes Radiometer zum Feststellen und Bestimmen der Lage und Wellenlänge von kohärenter Strahlung oder der kohärenten Abwesenheit von Strahlung bei der Anwesenheit von nichtkohärenter Umgebungsstrahlung, das in Kombination umfaßt

ein symmetrisches Interferometer (3) mit ungleichen Wegen, das ein Fabry-Perot-Etalon mit teilreflektierenden, einander gegenüberliegenden, im wesentlichen parallelen und flachen Oberflächen, die im wesentlichen senkrecht zu der einfallenden Strahlung angeordnet sind, umfaßt, das die einfallende, kohärente und nichtkohärente Strahlung in einen ersten Strahl und einen zweiten Strahl aufteilt;

wobei die optische Weglängendifferenz zwischen der Weglänge, die von dem ersten Strahl in dem symmetrischen Interferometer mit ungleichen Wegen zurückgelegt wird, und der Weglänge, die von dem zweiten Strahl in dem symmetrischen Interferometer mit ungleichen Wegen zurückgelegt wird, im wesentlichen größer als die Kohärenzlänge der nichtkohärenten Strahlung, jedoch weniger als die Kohärenzlänge der kohärenten Strahlung oder der kohärenten Abwesenheit von Strahlung ist;

eine Modulationsvorrichtung, um einen vorbestimmten Unterschied in den optischen Frequenzen zwischen dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl proportional zu einer Referenzwellenform durch Erzeugen einer Änderung in der optischen Weglängendifferenz zu bewirken;

eine Vorrichtung zum Bilden eines rekombinierten Strahls, wobei der rekombinierte Strahl aus dem ersten Strahl und dem zweiten Strahl besteht, nachdem diese das Interferometer mit ungleichen Wegen durchquert haben;

eine Nachweisvorrichtung (4);

eine abbildende Vorrichtung (136), um die zu betrachtende Szene auf die Nachweisvorrichtung abzubilden;

wobei die Nachweisvorrichtung (4) die Interferenz des ersten Strahls mit dem zweiten Strahl über die gesamte Wellenfront des rekombinierten Strahls synchron mit der Modulation der optischen Weglängendifferenz in Abhängigkeit von dem Referenzsignal nachweist;

eine erste Verarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten der nachgewiesenen Interferenz, um die Richtung von kohärenter Strahlung oder kohärenter Abwesenheit von Strahlung festzustellen und zu bestimmen; und

eine zweite Verarbeitungsvorrichtung, um die Wellenlänge oder den Satz von Wellenlängen von kohärenter Strahlung oder kohärenter Abwesenheit von Strahlung in der zu betrachtenden Szene zu bestimmen;

dadurch gekennzeichnet, daß

das Fabry-Perot-Etalon ein doppelbrechendes Element (61) mit im wesentlichen parallelen, flachen, einander gegenüberliegenden Seiten, auf denen die teilreflektierenden Oberflächen vorgesehen sind, wobei das Element um eine Achse senkrecht zu den Oberflächen drehbar ist;

daß eine in einer festen Ebene polarisierende Vorrichtung (73) im wesentlichen in dem optischen Weg der einfallenden Strahlung vor dem Etalon angeordnet ist;

daß eine Vorrichtung zum Drehen des drehbaren, doppelbrechenden Fabry-Perot-Etalons um die Achse vorgesehen ist, um dadurch die Modulation der optischen Weglängendifferenz zu bewirken; und

daß eine Vorrichtung zum Erzeugen des Referenzsignals aus der Drehgeschwindigkeit des doppelbrechenden Fabry-Perot-Etalons (61) vorgesehen ist, um die Detektorvorrichtung zu synchronisieren.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Detektorvorrichtung umfaßt:

eine Vielzahl von Detektoren (4), die im wesentlichen in einer Ebene in einer Matrix angeordnet sind, wobei die Ebene normal zu der Wellenfront des rekombinierten Strahls ist.

3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Nachweisvorrichtung einen einzigen Detektor (4) umfaßt.

4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Nachweisvorrichtung eine Vidiconröhre (129) umfaßt, die ein zu der Interferenz des ersten Strahls mit dem zweiten Strahl proportionales analoges Interferenzsignal erzeugt.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Verarbeitungsvorrichtung für jeden Detektor in der Matrix umfaßt:

einen Niederfrequenzverstärker (5) für jeden Detektor (4) in der Matrix, um das Detektorsignal von jedem Detektor in der Matrix zu verstärken;

einen Synchrondetektor (6) für jeden Detektor (4) in der Matrix, um ein Produkt aus der Referenzwellenform und dem verstärkten Detektorsignal zu bilden;

ein Integrationsnetzwerk (7) für jeden Synchrondetektor (6) in der Matrix; und

einen Ausgangsabgriff (8) für jeden Detektorkanal in der Matrix, um die Anwesenheit oder Abwesenheit von kohärenter Strahlung oder die kohärente Abwesenheit der Strahlung in der einfallenden Strahlung anzuzeigen, wobei die Lage eines jeden Ausgangsabgriffs einer Position in der zu betrachtenden Szene entspricht.

6. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Verarbeitungsvorrichtung umfaßt:

einen Niederfrequenzverstärker (5), um das Detektorsignal zu verstärken;

einen Synchrondetektor (6), um ein Produkt aus der Referenzwellenform und dem verstärkten Detektorsignal zu bilden;

ein Integrationsnetzwerk (7); und

einen Ausgangsabgriff (8), um die Anwesenheit oder Abwesenheit von kohärenter Strahlung oder die kohärente Abwesenheit von Strahlung in der einfallenden Strahlung anzuzeigen.

7. Eine Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Verarbeitungsvorrichtung umfaßt:

einen Videoverstärker, um das analoge Interferenzsignal in dem Vidicon (129) zu verstärken;

einen Frame-Grabber (130), um das analoge Videointerferenzsignal in ein digitales Videointerferenzsignal umzuwandeln und die digitalen Videosignale in einer x-y-Kanal-Datenanordnung abzuspeichern, wobei die Anzahl der x-Kanäle der Anzahl von Bildpunkten in der x-Richtung und die Anzahl der y-Kanäle der Anzahl von Bildpunkten in der y-Richtung entspricht; und

eine digitale Computervorrichtung (131), um das digitale Interferenzsignal für jeden Bildpunktkanal der x-y-Datenanordnung mit einem intern erzeugten Signal zu vergleichen, um die Anwesenheit oder Abwesenheit von kohärenter Strahlung oder die kohärente Abwesenheit von Strahlung in der einfallenden Strahlung und seine Lage in der zu betrachtenden Szene festzustellen.

8. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Verarbeitungsvorrichtung einen Periodenzähler bei Nullpunktüberschreitung umfaßt.

9. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Verarbeitungsvorrichtung einen Querkorrelator umfaßt.

10. Eine Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtung zum Drehen des drehbaren, doppelbrechenden Fabry-Perot-Etalons einen Modulationswellenformgenerator (10), der ein Modulationswellenformsignal erzeugt, einen Motor zum Betrieb in Abhängigkeit von dem Modulationswellenformsignal und eine drenbares, das doppelbrechende Fabry-Perot-Etalon halterndes und von dem Motor bei einer vorausgewählten Drengeschwindigkeit gedrehtes Gehäuse umfaßt.