DE1119414B

DE1119414B - Lichtmodulator oder Lichtverschluss

Info

Publication number: DE1119414B
Application number: DEM32622A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Mueller; Robert Harvey Rines
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-06-21
Filing date: 1956-12-12
Publication date: 1961-12-14
Also published as: US2707749A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

M32622Vmc/21g

ANMELDETAG: 12. DEZEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 14. DEZEMBER 1961

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Modulation von Licht, insbesondere zur Modulation der Intensität eines Lichtstrahles, einschließlich der Modulation mit Hochfrequenz und Ultraschaltfrequenz. Ein solcher Lichtmodulator kann als Lichtverschluß dienen, der in steuerbarer Weise die Intensität des durch den Modulator hindurchgehenden Lichtstrahles verändern kann.

Die Erfindung erstrebt eine neue und verbesserte, besonders einfache und wirksame optische Einrichtung zur Modulation von Licht, die auch bei erheblichen Abmessungen des zu modulierenden Lichtstrahlenbündels störungsfrei über den ganzen Strahlenquerschnitt arbeitet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, über eine verhältnismäßig große zusammenhängende Fläche eine verhältnismäßig hohe Lichtintensität zu liefern. Diese Einrichtung soll außerdem für chromatisches, und zwar sowohl für sichtbares als auch für infrarotes oder ultraviolettes Licht verwendbar sein.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Lichtmodulator oder -Verschluß, der die vorteilhaften Eigenschaften von Einrichtungen mit stehenden Vibrationswellen hat, in denen ein lichtdurchlässiges Medium verwendet wird, in dem sich Schall- oder Ultraschallwellen fortpflanzen, wobei jedoch die Lichtdurchgangsöffnung, die sich über die ganze Fläche des Mediums erstrecken kann, unbegrenzt ist.

Außerdem liefert die Erfindung eine neue und verbesserte Lichtmodulationseinrichtung, die im wesentlichen von der Frequenz unabhängig ist, ein geringes Hintergrundrauschen hat und nicht von dem Prinzip der optischen Aktivität oder dem Wechsel der optischen Aktivität und der Drehung der Polarisationsebene des erzeugten polarisierten Lichtes abhängig ist.

Ferner ist die Erfindung als eine neue und verbesserte Einrichtung zum geheimen Signalisieren brauchbar sowie ganz allgemein zur Nachrichtenübermittlung mittels Lichtmodulation.

Der erfindungsgemäße Lichtmodulator oder Lichtverschluß arbeitet in bekannter, z. B. in der USA.-Patentschrift 2 623165 beschriebenen Weise mit einem lichtdurchlässigen Medium, das doppeltbrechend wird unter der Einwirkung von mit ihrer Hauptrichtung etwa senkrecht zu einer der Begrenzungsflächen des Mediums verlaufenden mechanischen Schwingungen, die durch Vibratoren erzeugt werden, welche mit der Begrenzungsfläche verbunden sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von elektrisch erregten Vibratoren vorgesehen ist, die gleichzeitig und gleichphasig von einem

Lichtmodulator oder Lichtverschluß

Anmelder:

Dr. Hans Mueller und Robert Harvey Rines, Belmont, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Müller-Börner,

Berlin-Dahlem, Podbielskiallee 68,

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, München 22,

Patentanwälte

Dr. Hans Mueller und Robert Harvey Rines,

Belmont, Mass. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

gemeinsamen Oszillator erregt werden, wobei die senkrecht zu den Hauptschwingungsachsen stehenden Achsen benachbarter Vibratoren rechtwinklig zueinander orientiert sind.

Weitere Einzelheiten und Eigenschaften der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Zeichnung hervor. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines nach der Erfindung ausgebildeten Lichtmodulators,

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung eines wichtigen Merkmals der Erfindung.

Nach der Erfindung kann man eine überraschend störungsfreie Modulation mit sehr hoher Lichtstärke für Lichtbündel sehr erheblicher Querschnittsabmessungen erzielen, wenn man die in der USA.-Patentschrift 2 623165 in Fig. 1 mit 15 bezeichneten Schwinger vervielfacht und sie gleichzeitig und gleichphasig von einem gemeinsamen Oszillator 21 erregen läßt, wobei die senkrecht zu den Hauptschwingungsachsen X stehenden Achsen Z (Fig. 2 der Zeichnung) benachbarter Schwinger rechtwinklig zueinander orientiert sind.

Es ist bereits bekannt, benachbarte inkohärente Strahlenbündel, beispielsweise rechts- oder linkszirkular polarisierte Lichtstrahlen zu überlagern, die intermittierend durch Lichtverschlüsse oder sonstige Lichtmodulationseinrichtungen übertragen werden. Auf einer nicht mit einem geeigneten Analysator ausgestatteten Empfangsstation würde die Kombina-

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tion von rechts- und linkszirkular polarisiertem Licht stung nimmt mit zunehmender Dicke des Mediums 13 als natürliches Licht erscheinen, und es wäre nicht ab, und zwar umgekehrt mit dem Quadrat der Dicke

zu erkennen, daß auf diesem Strahlenbündel ein des Mediums. Je größer das Medium ist, um so

Nachrichtensignal übertragen wird. Mittels eines schwieriger wird es aber, dieses spannungsfrei herzu-

rechts- oder linksdrehenden Viertelwellenlängen-Ana- 5 stellen, und um so größer sind Erwärmung und son-

lysators, der eine positive oder negative Phasendrehung stige unerwünschte Erscheinungen,

von 90° zwischen komplementären linear polarisier- Wenn die Phasendrehung A Φ, die das das Medium

ten Komponenten erzeugt, kann jedoch einer der durchsetzende Licht erfährt, einen Wert zwischen 0

beiden Strahlen, d. h. entweder der rechts- oder der und 90° hat, so wird, wie schematisch bei 45 ange-

linkszirkular polarisierte Strahl, in eine linear polari- io deutet, ein mit 45° polarisiertes, auf den Abschnitt

sierte Welle umgewandelt werden, der das Nach- 125 fallendes Licht elliptisch polarisiert, wobei die

richtensignal zu entnehmen ist. Hauptachse der Ellipse einen Winkel von 45° gegen

Nach der Erfindung entsteht jedoch eine Über- die Vertikale hat. Die Exzentrizität der Ellipse hängt

tragungseinrichtung mit noch besserer Geheimhaltung von der Phasendrehung Δ Φ ab. Wenn diese Phasen-

durch nicht in Phase befindliche Modulation benach- 15 drehung genau 90° ist, so ist das austretende Licht

barter, vorzugsweise elliptisch oder zirkulär polari- zirkulär polarisiert.

sierter Strahlen. Eine praktische Ausführungsform, Wenn andererseits der Abschnitt 125 durch die mit der die Erfindung durchgeführt werden kann, ist Ultraschallwellen diktiert wird, so wird der in Fig. 1 dargestellt. Ein Oszillator 21 ist hier mit den Brechungsindex n_v wiederum anders als der Index n_h, Elektroden 19 und 17 mehrerer piezoelektrischer 20 jedoch im anderen Sinne als der Brechungsindex n_v Kristalle 15 verbunden und versetzt die Kristalle in des komprimierten Abschnitts 125, so daß die Phasen-Schwingungen. Die Elektrode 17 liegt an einem vor- drehung A Φ die gleiche Größe, jedoch umgekehrtes zugsweise spannungsfreien und transparenten Medium Vorzeichen hat. Wenn die durch Kompression er-13, beispielsweise Glas, geschmolzenem Quarz oder zeugte Doppelbrechung als positive Doppelbrechung einer ähnlichen transparenten Substanz. Die Schwin- 25 und die Phasenverschiebung als eine positive Phasengungen der Kristalle 15 verursachen Molekularschwin- drehung Λ-ΑΦ bezeichnet wird, dann entsteht bei der gungswellen im Medium 13. Selbstverständlich Dilatation eine negative Doppelbrechung gleicher können auch mehrere Schwingungsmittel, beispiels- Größe, die eine gleich große negative Phasendrehung weise magnetostriktive Vibratoren, magneto-moto- — A Φ erzeugt. Der aus dem dilatierten Mediumabrische Elemente usw., ebensogut verwendet werden. 30 schnitt 125 austretende Lichtstrahl wird wiederum

Es entstehen im Medium 13 stehende Wellen, elliptisch polarisiert, jedoch liegt die Hauptachse der

wenn die Schwingungswelle sich zur Oberseite des Ellipse um —45° gegen die Vertikale gerichtet, also

Mediums bewegt hat und von dort nach unten reflek- komplementär zur Hauptachse der durch die Kom-

tiert wird. Im Medium 13 sind Knotenbereiche 123 pression hervorgerufenen elliptisch polarisierten

vorhanden, die von der Schwingungswelle unbeein- 35 Wellen.

flußt bleiben. Die Abschnitte 125, 127, 129, 131 zwi- Wenn zunächst der Zeitunterschied zwischen den sehen diesen Knotenbereichen werden jedoch von den Augenblicken, da jede Schwingungswelle die aufein-Schwingungen beeinflußt. In einem bestimmten Zeit- anderfolgenden Abschnitte des Mediums 13 erreicht, punkt kann z. B. der Abschnitt 125 des Mediums außer acht gelassen wird, so ist zu dem Zeitpunkt, in komprimiert werden, während der benachbarte Ab- 40 dem der Abschnitt 125 komprimiert ist, der Abschnitt schnitt 127 des Mediums diktiert wird. In diesem 129 ebenfalls komprimiert, der Abschnitt 127 sowie Zeitpunkt wird der Abschnitt 129 des Mediums der Abschnitt 131 dagegen diktiert. Die die Abgenauso wie der Abschnitt 125 komprimiert und der schnitte 125 und 129 durchsetzenden Lichtstrahlen benachbarte Abschnitt 131 des Mediums ähnlich wie sind also, wie bei 45 und 49 angedeutet, elliptisch der Abschnitt 127 diktiert. Jeder der Abschnitte 125, 45 polarisiert, während die die Abschnitte 127 und 131 127, 129, 131 usw. wechselt doppelt so oft von Korn- durchsetzenden Lichtstrahlen, wie bei 47 und 51 anpression auf Dilatation, wie die Frequenz der durch gedeutet, komplementär elliptisch polarisiert sind, die Kristalle 15 in das Medium gegebenen Schwin- Die abwechselnd aufeinanderfolgenden Mediumgungswelle beträgt. Die Abschnitte 125, 127, 129,131 abschnitte 125 und 129 arbeiten somit gegenphasig zu wirken somit wie individuelle Medien, die für das 50 den benachbarten abwechselnd aufeinanderfolgenden durch sie durchsetzende Licht Verschlüsse bilden, Mediumabschnitten 127 und 131, wobei durch die wenn sie mit einer Frequenz, die doppelt so groß wie Kristalle 15 erzeugte nichtphasige Komponenten des die des Oszillators 21 ist, zwischen dem komprimier- Schwingungssignals die benachbarten Mediumten Zustand und dem dilatierten Zustand hin- und abschnitte steuern. In Wirklichkeit wechselt das aus herwechseln. 55 den. ^verschiedenen Abschnitten des Mediums aus-

Der Abstand 2/2 zwischen aufeinanderfolgenden "tretende Licht sehr schnell von einer linearen Polari-

Knotenbereichen 123 des Mediums 13 bzw. der Ab- sation zu verschiedenen Stadien elliptischer Pokrisa-

stand zwischen entsprechenden Stellen der Abschnitte tion, dann wieder zu einer linearen Polarisation und

125, 127, 129, 131 entspricht der halben Wellenlänge schließlich wieder zu anderen Stadien elliptischer

der durch die Kristalle 15 in das Medium 13 gegebe- 60 Polarisation, während die Amplitude der Signal-

nen Vibrationswelle. Zwischen der Verschlußwirkung Schwingungswelle sinusförmig zunimmt oder kleiner

der einzelnen aufeinanderfolgenden Abschnitte 125, wird und das Medium 13 entsprechend beeinflußt.

127, 129, 131 liegt eine Zeitverzögerung, die von der Ganz allgemein wird das Licht jedoch elliptisch pola-

Periode zwischen aufeinanderfolgenden Schwingungen risiert, und es ist zum leichteren Verständnis zweck-

des Oszillators 21 abhängig ist. Zunehmende Dicke 65 mäßig, die zu einer bestimmten Zeit, beispielsweise

des Mediums 13 steigert seine die Doppelbrechung während der Kompression der Mediumabschnitte 125

erzeugende Wirksamkeit. Die zur Erzielung eines be- und 129, herrschende elliptische Polarisation 45 und

stimmten Doppelbrechungseffektes erforderliche Lei- 49 und die zur gleichen Zeit durch die Dilatation der

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Mediumabschnitte 127 und 131 erzeugte elliptische parallele Lichtstrahlen der Quelle 33 durch das Me-

Polarisation 47 und 51 zu betrachten. dium 13. Zur Übertragung monochromatischer elek-

Der die während der Kompression der Abschnitte tromagnetischer Wellen kann gewünschtenfalls ein

125 und 129 erzeugten elliptischen Polarisationen 45 Filter 55 verwendet werden. Bei Verwendung eines

und 49 beschreibende elektrische Vektor dreht sich 5 Infrarotfilters 55 sind die übertragenen Lichtwellen

in entgegengesetzter Richtung wie die die während natürlich für das Auge unsichtbar. Dies ist angebracht

der Dilatation der jeweiligen Mediumabschnitte 127 im Falle von Geheimsignalisation.

und 131 erzeugten komplementären elliptischen PoIa- Der Lichtstrahl, der aus der Summe der benach-

risationen 47 und 51 beschreibenden elektrischen barten inkohärenten, die Abschnitte 125, 127, 129,

Vektoren. Dies beruht darauf, daß die während der io 131 verlassenden Strahlen gebildet wird, ist an einer

Kompression der Abschnitte 126 und 129 erzeugte entfernten Station von natürlichem Licht nicht zu

Phasendrehung der Phasendrehung während der unterscheiden. Die inkohärente Überlagerung dieser

Dilatation der Abschnitte 127 und 131 entgegen- Strahlen erzeugt einen teilweise polarisierten Strahl,

gesetzt ist. der allgemein aus einer Komponente natürlichen

Das aus dem Medium 13 austretende Licht enthält 15 Lichtes und einer Komponente elliptisch polarisierten deshalb einen teilweise polarisierten Lichtstrahl mit Lichtes besteht, wobei letztere die Resultante aus der einer natürlichen Wellenkomponente und einer resul- Überlagerung bzw. Mischung der elliptisch polarisiertierenden elliptisch polarisierten Wellenkomponente, ten, aus den benachbarten Abschnitten 125,127,129, die der Resultante der elliptisch polarisierten Strahlen 131 austretenden Wellen 45, 47, 49, 51 ist. Wenn 45, 47, 49 und 51 entspricht. Infolge der sich ent- 20 beispielsweise eine Photozelle 22 im Brennpunkt eines gegengesetzt drehenden elektrischen Vektoren kann Parabolspiegels 57 diesen Gesamtstrahl empfängt, zwischen den benachbarten Lichtstrahlen 45, 47, 49 zeigt sie in einem Verstärker oder einem anderen ange- und 51 eine teilweise Auslöschung eintreten. Es kann schlossenen Kreis nur eine konstante Lichtintensität also eine vorherrschende Resultante der Polarisations- an, ohne eine Modulation erkennen zu lassen. Selbstrichtung erzeugt werden. Jede Empfangsstation mit 25 verständlich kann die Photozelle 22 durch irgendeinen mindestens einem Linear-Analysator kann somit anderen Lichtanzeiger, beispielsweise durch ein lichterkennen, daß der Lichtstrahl ein abtrennbares Mo- empfindliches Mosaik oder durch einen photodulationssignal enthält. graphischen Film für Stand- oder kinematographische

Wenn das auf den Abschnitt 125 des Mediums 13 Aufnahmen ersetzt werden, jedoch ist auch dann

treffende linear polarisierte Licht durch den benach- 30 keine Modulation oder Nachricht festzustellen. Wenn

barten Polarisator 35 in einen Winkel von -I- 45° vor die Photozelle oder einen anderen Detektor 22

gegen die Vertikale und das auf den nächstfolgenden ein Analysator 58 gesetzt wird, so läßt sich bei keiner

Abschnitt 127 treffende Licht durch seinen benach- Orientierung des Analysators 58 eine Hauptrichtung

barten, senkrecht zum Polarisator 35 orientierten feststellen, in der die Intensität am größten ist. Es ist

Linear-Polarisator 37 in einen Winkel von — 45° 35 somit möglich, das empfangene Licht von einem un-

gegen die Vertikale gedreht werden und der nächste modulierten Bündel natürlichen Lichtes konstanter

Abschnitt 129 aus seinem benachbarten Polarisator Helligkeit zu unterscheiden. Niemand, der mit einer

39 um + 45° polarisiertes Licht und der dann bekannten Ausrüstung den Lichtstrahl aufnimmt,

folgende Abschnitt 131 aus seinem benachbarten kann erkennen, daß polarisiertes Licht verwendet

Polarisator 41 um — 45° polarisiertes Licht erhalten, 40 wurde, und ein Nachrichtensignal ließe sich im Licht-

so werden alle elektrischen Vektoren der aus den Ab- strahl nicht feststellen.

schnitten 125, 127, 129, 131 austretenden elliptisch Wenn jedoch ein geeignetes doppeltbrechendes polarisierten Lichtstrahlen 45, 47, 49, 51 sich in Medium oder eine phasendrehende Platte 60 in Vergleicher Richtung drehen. Es entsteht wieder eine bindung mit dem Analysator 58 verwendet wird, so Kombination aus natürlich polarisiertem Licht und 45 daß ein zusammengesetzter und in geeigneter Weise einem anderen resultierenden, elliptisch polarisierten orientierter Analysator entsteht, und wenn die phasen-Licht. Da der elektrische Vektor des aus allen Ab- drehende Platte 60 zwischen den komplementären schnitten des Mediums austretenden Lichtes sich elektrischen Vektorenkomponenten der resultierenden jedoch stets in der gleichen Richtung dreht, können elliptisch polarisierten Komponente des empfangenen, sich die aus den aufeinanderfolgenden Abschnitten 50 teilweise elliptisch polarisierten Strahles eine so große austretenden Lichthelligkeiten nicht gegenseitig auf- Phasendrehung hervorruft, daß die elektrischen, heben wie in dem oben besprochenen Falle, in dem parallel und senkrecht zur Hauptachse der elliptisch sich die elektrischen Vektoren der aufeinanderfolgen- polarisierten Welle liegenden Vektorkomponenten den abwechselnden Abschnitte des Mediums in ent- wieder gleichphasig oder gegenphasig werden, dann, gegengesetzten Richtungen drehen. 55 und nur dann, werden die aus dem Phasendreher 60 Die Verwendung aufeinanderfolgender Streifen austretenden Wellen linear polarisiert sein, so daß sie unterschiedlich orientierter Polarisatoren 35, 37, 39, durch den Analysator 58 analysiert werden können. 41, der weiterhin als Streifenpolarisator bezeichnet Wenn die Photozelle 22 für die Frequenz des Lichtwerden soll, gibt eine bessere Arbeitsweise als eine Strahles empfindlich und der Verstärker auf die Einrichtung, in der jeder Abschnitt des Mediums 13 60 Trägerfrequenz des Oszillators 21 abgestimmt ist, Licht gleicher Polarisation empfängt. Die Gründe für kann nun das dem Lichtstrahl aufgedrückte Modudiese bessere Wirksamkeit werden nachstehend lationssignal wieder entnommen werden, erklärt. Für ein bestimmtes Medium 13 mit einer bestimm-Die die Abschnitte 125, 127,129, 131 verlassenden ten Dicke und einer bestimmten Amplitude der Kernstrahlen elliptisch polarisierter Wellen erhalten durch 65 pressionswelle kann die durch die periodische Doppeldie Richtwirkung eines Parabolspiegels 53 eine ge- brechung des Mediums als Folge der Ultraschallwellen meinsame, in Fig. 1 durch den Pfeil angedeutete erzeugte Phasenverschiebung das aus den Medium-Richtung. Der Parabolspiegel 53 richtet nahezu abschnitten 125, 127, 129, 131 austretende Licht zir-

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kular polarisieren. Die elektrischen Vektoren des Falls Geheimhaltung nicht erforderlich ist, kann die zirkulär polarisierten, aus den verschiedenen Ab- phasendrehende Platte 60 im Sender statt im Empschnitten 125, 127, 129, 131 des Mediums 13 aus- fänger verwendet werden. Die Streifenpolarisatoren tretenden Lichtes drehen sich stets zusammen in der 35, 37, 39, 41 können gewünschtenfalls mit Kitt oder

gleichen Richtung, wenn die oben beschriebenen 5 einem anderen Mittel auf dem Medium 13 angebracht komplementären Polarisatoren 35, 37 usw. verwendet werden.

werden. Die elektrischen Vektoren werden zuerst in Die beschriebene Einrichtung ist gegen Störungen

Uhrzeigerrichtung, dann in umgekehrter Richtung, oder Interferenzen besonders unempfindlich. Das be-

dann wieder in Uhrzeigerrichtung gedreht, je nach ruht darauf, daß die richtige Phasenplatte 60 sogar

der im Medium 13 mit der Frequenz der Schwingungs- io zwischen dem viel stärker interferierenden natür-

wellen periodisch wechselnden positiven und nega- liehen, linear oder sonstwie polarisierten Licht einer-

tiven Doppelbrechung. Ähnlich dreht sich in dem seits und dem aus dem Medium 13 austretenden,

allgemeinen Fall, in dem eine elliptisch polarisierte periodisch zwischen links- und rechtselliptisch oder

Komponente der Mischung aus natürlichem und ellip- -zirkulär wechselnden polarisierten Licht andererseits

tisch polarisiertem Licht erzeugt wird, der elektrische 15 unterscheiden kann.

Vektor zunächst in Uhrzeigerrichtung, dann in ent- Das Medium 13 kann je nach der Art der Koppgegengesetzter Richtung, dann wieder in Uhrzeiger- lung der Kristalle oder sonstigen Vibratoren mit dem richtung mit der Frequenz des Oszillators 21. An den Medium, der Homogenität des Mediums, den transüblichen Lichtempfangsstationen ist daher der über- versalen und longitudinalen Reflexionen der Wellen tragene Lichtstrahl von natürlichem Licht nicht zu 20 an den Grenzflächen des Mediums sowie anderen unterscheiden. Faktoren zu Kompressionsschwingungen, Transversal-

Solange die Empfangsstation nicht mit einem in schwingungen, Biegeschwingungen, Torsionsschwin-

bestimmter Weise aus einer phasenverschiebenden gungen oder zu sonstigen Schwingungsarten erregt

Platte 60 mit geeigneten phasendrehenden Eigenschaf- werden.

ten und einem linear polarisierenden und dazu richtig 25 Wenn die einfallenden Lichtstrahlen das Medium

orientierten Analysator 58 zusammengesetzten Analy- 13 schräg durchsetzen und nacheinander in benach-

sator, ferner mit einer für die Wellenlänge der Licht- barte Schichten oder Abschnitte des Mediums ein-

wellen empfindlichen Photozelle 22 und schließlich dringen, so treten sie mit einer Phasendrehung aus,

mit einem auf die Trägerfrequenz des Oszillators 21 die die Resultante der durch die positive und negative

abgestimmten Verstärker ausgestattet ist, kann man 30 Doppelbrechung der von den Strahlen durchsetzten

nicht feststellen, daß eine Polarisation des Lichtes Abschnitte des Mediums erzeugten Phasendrehungen

vorhanden ist, und schon gar nicht das in dem Licht- ist. Bei der Integration können daher die Intensitäten

strahl übertragene Nachrichtensignal entziffern. einiger schräg einfallender Strahlen die Intensitäten

Der Oszillator 21 ist vorzugsweise ein Ultraschall- anderer Strahlen aufheben, so daß die Lichtintensität

frequenz- oder Hochfrequenzoszillator, der die piezo- 35 mit der Winkelstellung der Achse des Senders steigt

elektrischen Kristalle 15 veranlaßt, im Medium 13 und fällt und dabei verschiedene Maxima und Minima

hochfrequente stehende Wellen zu erzeugen. Die durchläuft. Statt diese Wirkung durch Verkleinerung

durch den die Kristalle 15 erregenden Oszillator 21 des Öffnungswinkels des Lichtstrahles zu verringern,

erzeugten stehenden Wellen können außerdem, wie ist es vorzuziehen, die Tonfrequenz der Vibrationen

schon erläutert, als Trägerfrequenz verwendet und 40 herabzusetzen, um dadurch die Größe der Schichten

durch einen Modulator 20 moduliert werden, der bei- oder Streifen möglichst groß zu halten und die

spielsweise ein Tonfrequenz- oder Videofrequenz- Streifenpolarisatoren möglichst dicht am Medium 13

generator oder ein den Oszillator ein- und ausschal- anzubringen. Wenn jedoch größere Öffnungswinkel

tender Impulsgenerator oder irgendeine andere verlangt werden, so können bekannte, je einem Ab-

Modulationssignalquelle sein kann. 45 schnitt 125, 127, 129, 131 zugeordnete Streulinsen

Durch Anwendung eines Rückkopplungskristalls 2', zwischen der Lichtquelle 33 und den entsprechenden der den Kristallen 15 ähnlich ist und in ähnlicher Abschnitten des Mediums vorgesehen werden, die die Weise an der Oberseite des Mediums 13 gegenüber Lichtstrahlen in einem innerhalb des jeweiligen Abden erregenden Kristallen 15 angeordnet ist, kann in Schnitts 125, 127, 129, 131 liegenden Punkt konzendem Empfänger eine automatische Frequenzstabilisie- 5° trieren, von wo aus dann die Strahlen als Bündel mit rung vorgesehen werden. Es können auch mehrere größerem Öffnungswinkel divergieren.
Rückkopplungskristalle verwendet werden. Die durch Es ist in allen Fällen wünschenswert, daß die das Medium gewanderten Schwingungen werden von Vibratoren, also die Kristalle 15, die Schwingungen dem Kristall 2' aufgenommen und bringen ihn zum möglichst als ebene Welle in das Medium 13 richten. Schwingen. Die daraus entstehenden elektrischen 55 Dann herrschen die Kompressionswellen vor den Schwingungen können in einem Verstärker 14 ver- Scherwellen vor. Dies ist auch besonders zur Erzeustärkt und beispielsweise zwischen Gitter und gung der genau begrenzten Bereiche 123, 125, 127, Kathode der Oszillatorröhre des Kristalloszillators 21 129, 131 für die Zwecke nach Fig. 1 von Bedeutung, zur Konstanthaltung der Frequenz des Oszillators 21 E&. hat sich herausgestellt, daß dieses Ziel erreicht rückgekoppelt werden. Auf diese Weise steuert das 6q ^werden kann, wenn die Vibratoren 15 alle in gleicher Medium 13 selbsttätig die Frequenz des Oszillators Weise gepolt sind. Die Virbatoren liegen außerdem 21, sobald sich während des Arbeitens die mechani- alle parallel am Oszillator 21, wie Fig. 1 zeigt. Bei sehen Schwingungen oder die Resonanzfrequenz des Quarzkristallen müßte nach Fig. 2 die X- oder Pol-Mediums 13 bei Temperaturänderungen etwas ver- achse senkrecht zur Bodenfläche des Mediums 13 schieben. Der Verstärker 14 enthält zweckmäßiger- 65 orientiert sein, da die maximalen Dickeschwankungen weise einen üblichen Phasenschieber, um in bekannter längs der X-Achse stattfinden. Außerdem muß jeder Weise vom Kristall aus eine richtige Rückkopplungs- Kristall mit seiner Polachse in die gleiche Richtung phase zu erhalten. zeigen oder in gleicher Richtung gepolt sein, so daß

sie alle parallel zueinander liegen und gleichgepolt sind. Wenn außerdem die Transversal- oderZ-Achsen benachbarter Kristalle abwechselnd rechtwinklig, d. h. senkrecht zueinander liegen, so wird die transversale Expansion oder Kontraktion eines Kristalls durch die senkrecht dazu gerichtete transversale Expansion oder Kontraktion eines benachbarten Kristalls etwas kompensiert, wodurch die Eigenschaften der ebenen Wellenfront der in das Medium 13 gesandten Welle verbessert wird. Wenn man außerdem die Schicht 17 dünn und starr macht, beispielsweise dadurch, daß man metallisierte Kristalle 15 auf eine auf die Bodenfläche des Mediums 13 aufgedampfte, einige Moleküle dicke Silberchrom- oder Kupferschicht 17 lötet, kann eine elastische Dämpfung zwischen den Kristallen 15 und dem Medium 13 vermieden werden. Eine natürliche Doppelbrechung, die durch thermische Spannungen in dem Übergang zwischen den Kristallen 15 und dem Medium 13 verursacht wird, kann auf diese Weise ebenfalls verhütet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lichtmodulator oder Lichtverschluß mit einem lichtdurchlässigen Medium, das doppeltbrechend wird unter der Einwirkung von mit ihrer Hauptrichtung etwa senkrecht zu einer der Begrenzungsflächen des Mediums verlaufenden mechanischen Schwingungen, die durch Vibratoren erzeugt werden, welche mit der Begrenzungsfläche verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von elektrisch erregten Vibratoren (15) vorgesehen ist, die gleichzeitig und gleichphasig von einem gemeinsamen Oszillator (21) erregt werden, wobei die senkrecht zu den Hauptschwingungsachsen (X) stehenden Achsen (Z) benachbarter Vibratoren rechtwinklig zueinander orientiert sind.

2. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibratoren (15) piezoelektrische Kristalle und die Hauptschwingungsachsen ihre Z-Achsen sind.

3. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rechtwinklig zueinander orientierten Achsen die Z-Achsen sind.

4. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Erregung der Vibratoren (15) mit Hochfrequenz erfolgt.

5. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Erregung mit Schall- oder Ultraschallfrequenz erfolgt.

6. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerfrequenz mit einer niedrigeren Frequenz moduliert ist.

7. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Medium (13) polarisiertes Licht geschickt wird.

8. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das durch verschiedene Abschnitte des Mediums gehende Licht unterschiedlich polarisiert ist.

9. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium mehrere aufeinanderfolgende Abschnitte hat, von denen jeder die Breite von etwa einer halben Wellenlänge der durch die Vibrationen des Vibrators hervorgerufenen stehenden Wellen hat, so daß der das Medium durchquerende Lichtstrahl in mehrere aufeinanderfolgende, den einzelnen aufeinanderfolgenden Halbwellenabschnitten des Mediums entsprechende Abschnitte aufgeteilt wird, wobei Mittel vorgesehen sind, die das Licht in jedem zweiten Strahlabschnitt in ähnlicher Weise polarisieren, während das Licht in den übrigen Strahlabschnitten ebenfalls in untereinander ähnlicher Weise, aber anders als in den zuerst erwähnten Strahlabschnitten polarisiert wird.

10. Lichtmodulator oder Lichtverschluß nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die einen Strahl elektromagnetischer Lichtwellen mit aneinandergrenzenden ersten und zweiten Abschnitten etwa gleicher Intensität erzeugt, durch einen den ersten Abschnitt des Lichtstrahles polarisierenden Polarisator, durch einen den zweiten Abschnitt des Lichtstrahles so polarisierenden Polarisator, daß die ersten und zweiten polarisierten Lichtstrahlabschnitte inkohärent werden, durch Mittel, die den ersten polarisierten Abschnitt des Lichtstrahles durch einen ersten Abschnitt des lichtdurchlässigen Mediums schikken, durch Mittel, die den zweiten polarisierten Abschnitt des Lichtstrahles durch einen zweiten, dem ersten Abschnitt des Mediums benachbarten Abschnitt des lichtdurchlässigen Mediums schikken, durch Mittel, die die Vibratoren mit dem Signal erregen und das Signal als Vibrationswelle in das lichtdurchlässige Medium schicken, wodurch die ersten und zweiten Abschnitte des Mediums durch die aufeinanderfolgenden gegenphasigen Komponenten der Vibrationswelle doppeltbrechend werden und die ersten und zweiten Abschnitte des aus den ersten bzw. zweiten Abschnitten des Mediums austretenden Lichtstrahles elliptisch so polarisiert werden, daß die Hauptachse der Ellipse des ersten elliptisch polarisierten Strahlabschnittes etwa senkrecht zu der Hauptachse der Ellipse des zweiten elliptisch polarisierten Strahlabschnittes liegt, und schließlich gekennzeichnet durch Mittel, die die ersten und zweiten elliptisch polarisierten, aus den ersten und zweiten Abschnitten des Mediums austretenden Strahlabschnitte längs einer gemeinsamen Richtung inkohärent ausrichten sowie einander überlagern und auf diese Weise einen teilweise elliptisch polarisierten Lichtstrahl bilden, der eine eine natürliche elektromagnetische Welle darstellende Komponente und eine sich mit dem Signal ändernde elliptisch polarisierte Komponente hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 623 165.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen