DE557667C - Magneto-optisches Lichtrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magneto-optisches Lichtrelais.

Gemäß der Erfindung ist eine magnetische Anordnung geschaffen, welche die Steuerung von Lichtwirkungen durch Ausnutzung des Faradayeffektes herbeiführt, indem eine magnetische Drehung der Polarisationsebene bewirkt wird, wenn ebenes polarisiertes Licht ein durchsichtiges isotropes Medium in der Richtung der magnetischen Kraftlinien durchströmt. Gemäß der Erfindung wird ferner ebenes polarisiertes Licht durch Reflexion von dem glattpolierten Pol eines Elektromagneten in elliptisch polarisiertes Licht verwandelt, was mit Hilfe des bekannten Kerreffektes erfolgt.

In bekannten Lichtsteueranordnungen wurde das magnetische Feld durch Änderung des Stromes in einer großen Magnetisierungsspule hervorgerufen. Der Betrieb dieser Anordnungen wurde dadurch gestört, daß äußerst starke gegenelektromotorische Kräfte jn der Spule induziert werden, wenn der Fluß bei hohen Geschwindigkeiten geändert wird. Die dadurch entstehenden hohen Ströme und Spannungen bewirkten, daß diese in der Praxis sich zur Verbesserung der mittels elektro-mechanischer Lichtventile erreichbaren Geschwindigkeiten nicht verwenden ließen.

Gemäß der Erfindung wird in einem magnetisch-optischen Lichtrelais eine magnetische Brückenschaltung verwendet, in der die Drehung der Polarisationsebene entsprechend der vom Sender übermittelten Impulse durch magnetische Verschiebung der Gleichgewichtslage der Brücke hervorgerufen wird. Die magnetische Brücke besteht dabei aus vier symmetrisch angeordneten Zweigen hoher Permeabilität, und die der Steuerung unterworfene Kerrzelle oder Faradayzelle liegt im Diagonalzweig der Brücke. Das Brückengleichgewicht wird zweckmäßig durch Verhältnisänderung der Permeabilitäten paralleler Brückenarme hergestellt, beispielsweise dadurch, daß Teile davon mechanischer Beanspruchung ausgesetzt werden. Zum Zwecke der empfindlichen Drehung der Polarisationsebene infolge Gleichgewichtsstörung der Brücke können auf diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen Wicklungen angeordnet werden, die von den empfangenen Impulsen gespeist werden.

Die neue Vorrichtung ist nicht nur zur Steuerung von Lichtwirkungen, sondern auch zur Steuerung strahlender Energie anderer

Art, ζ. Β. Strahlungswärme und infraroten oder ultravioletten Lichtes, verwendbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der beiliegenden Abbildungen näher erläutert.

Abb. ι zeigt perspektivisch die gesamte Vorrichtung.

Abb. 2 stellt die Erfindung mit einem Apparat für Fernphotographie dar.

ίο Abb. 3 und 4 zeigen Abänderungen an der Vorrichtung der Abb. 1.

Gemäß Abb. 1 und 2 besitzt der magnetische Stromkreis die Form einer Wheatstonebrücke. Auf einem U-förmigen Magnet 6 mit den Polen 7 und 8 ist eine Spule S angeordnet. Zwischen den Polen 7 und 8 befindet sich eine magnetische Brückenanordnung, die die Permalloyteile 9, 10, 11 und 12 sowie die E-förmigen Teile 13, 14 enthält. Die Mitteiao stücke 15 und 16 der E-förmigen Teile sind derart angeordnet, daß zwischen den Enden derselben ein kleiner Zwischenraum 18 (Abb. 2) vorhanden ist. Der Magnet 6 entspricht der Batterie einer Wheatstonebrücke.

Die Teile 9, 10, 11 und 12 sind die Brückenzweige, und der Galvanometerstromkreis wird von den Mittelstücken 15 und 16 mit dem Zwischenraum 18 dargestellt.

Bei 17 weisen die Mittelstücke 15 und 16 eine enge Bohrung auf, die zur Aufnahme des von einer konstanten Lichtquelle 30 kommenden Lichtstrahles dient. In der Nähe des Zwischenraumes 18 besitzt die Bohrung 17 Glasstöpsel 19 und 20. Der Zwischenraum weist eine flüssigkeitsdichte Röhre 21 auf.

Der durch die Röhre 21 und die Mittelstücke 15, 16 gebildete Behälter ist mit Schwefelkohlenstoff gefüllt. Diese durchsichtige isotrope Flüssigkeit nimmt, wenn sie in ein magnetisches Feld gebracht wird, die Fähigkeit an, die Polarisationsebene zu drehen, sobald ebenes polarisiertes Licht in der Richtung der magnetischen Kraftlinien durch die Flüssigkeit gesandt wird.

Die als Steuereinheiten dienenden zwei Permalloyteile 9 und 11 liegen in diagonal entgegengesetzten Zweigen der magnetischen Brücke. Die Teile sind mit kleinen Magnetisierungswicklungen 22, 23 bzw. 24, 25 ausgerüstet. Dieselben sind für jeden Teil 9 bzw. 11 in Reihe geschaltet und in bezug auf den Brückenzweig, in welchem sie liegen, in entgegengesetzten Richtungen gewickelt. Die beiden Wicklungspaare 22, 23 und 24, 25 (Abb. 2) sind parallel an dem Ausgangsstromkreis 26 des Verstärkers 27 angeschaltet. Die Permalloyteile 10- und 11 dienen dazu, daß man für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts ein symmetrisches Gebilde - 60 hat.

Mit Hilfe der im Verhältnis zum Rahmen 29 einstellbaren Schrauben 28 kann man in der Längsrichtung derselben einen Druck auf die Brückenzweige ausüben. Durch Einstellung dieser Schrauben können die Luftzwischenräume zwischen den verschiedenen Teilen verringert werden, um den Gleichgewichtszustand herzustellen. Ferner können mittels dieser Schrauben die magnetischen Eigenschaften des Metalles der Teile geändert werden, aus welchen die Brücke hergestellt ist. Der Magnet 6 kann fest angeordnet sein, so daß auf die verschiedenen Brückenteile unabhängig voneinander ein Druck ausgeübt werden kann. Eine Lichtquelle 30, beispielsweise eine Bogenlampe, und eine Linse 31 lassen einen Lichtstrahl durch einen Lichtpolarisator 32 (ζ. B. ein Nicolprisma) und die Bohrung 17 in den Mittelstücken 15, 16 hindurchgehen. In der Nähe des anderen Endes der Bohrung 17 ist ein Analysator 33 angeordnet, der ebenfalls ein Nicolprisma sein kann. Die Linse 34 konzentriert das vom Analysator 33 kommende Licht und richtet dasselbe gegen eine Bildempfangstrommel 35.

Die Anordnung wirkt wie folgt: Ein Lichtstrahl von der Bogenlampe 30 wird durch die Linse 31 und das Nicolprisma 33 gesandt, so daß der Lichtstrahl, nachdem er das Prisma verlassen hat, nur in einer einzigen Ebene schwingen wird. Dieser polarisierte Lichtstrahl gelangt durch die Bohrung 17 und das den Zwischenraum 18 umgebende optische Medium in das Nicolprisma 33. Wenn dieses Prisma derart eingestellt ist, daß die Ebene desselben senkrecht zu derjenigen des Polarisators 32 steht, so wird das durch den Polarisator gesandte Licht vom Analysator abgeschnitten, so daß kein Licht auf die Trommel 35 fallen kann. Der Analysator ist in diesem Falle eine Blende, die den Lichtstrahl nicht durchläßt. Wird der Analysator ein wenig aus der zum Polarisator senkrechten Ebene, also aus der sogenannten »Kreuzungsstellung« bewegt, so wird wieder Licht durch- gelassen, und die Stärke des Lichtes nimmt bei weiterer Drehung des Analysators zu, bis die Ebenen der Prismen parallel werden, worauf die Lichtstärke wieder abnimmt.

Dieselbe Wirkung, die durch eine Drehung 11c des Analysators hervorgerufen wird, kann dadurch erzeugt werden, daß die Polarisationsebene des Lichtstrahles gedreht wird, ohne daß hierbei eine Bewegung des Analysators stattfindet. Gemäß der Erfindung kann n; die Drehung der Polarisationsebene des Lichtstrahles beispielsweise dadurch herbeigeführt werden, daß die Magnetisierung des optischen Mediums in Übereinstimmung ,mit dem bekannten Faradayeffekt geändert wird. 12c

Bei der dargestellten Anordnung kann der Fluß vom Pol 7 über zwei parallele Wege

gleichen magnetischen Widerstandes zum Pol 8 strömen. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Steuereinheiten durch Signale nicht beeinflußt werden, und daß die Brücke sich im Gleichgewichtszustand befindet. Die Flußwege werden durch die Teile 9, 13, 10 und 12, 14, 11 gebildet. Die Mittelstücke 15 und 16 haben dasselbe magnetische Potential, und aus diesem Grunde ist im Zwischenraum 18 kein Fluß vorhanden. Das Gleichgewicht der Brücke wird gestört, wenn der Strom in den Steuerwicklungen eine geringe Änderung erfährt. Da die Permeabilität der Permalloyteile sich viel rascher ändert bei geringen Änderungen der magnetisierenden Kräfte als die anderer magnetischer Materialien, ist es möglich, durch Änderung des Stromes in den Steuerwicklungen eine geringe Veränderung der Magnetisierung herbeizuführen, die eine bedeutende Veränderung der Permeabilität .der Permalloyteile 9 und 11 bewirkt. Hierdurch wird der magnetische Widerstand der Brückenzweige geändert, die diese Permalloyteile enthalten, und das Gleichgewicht der Brücke wird gestört, so daß die magnetischen Potentiale der Mittelstücke 15 und 16 geändert werden, und ein magnetischer Fluß den Zwischenraum 18 durchsetzt. Durch diese Veränderung des magnetischen Potentiales auf beiden Seiten des Zwischenraumes wird eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtstrahles herbeigeführt, die dem erwähnten Potentialunterschied entspricht. Der Strom in den Steuerwicklungen bewirkt somit zunächst, wenn derselbe geändert wird, eine Veränderung der Permeabilität der Permalloyteile. Hierdurch wird wieder der magnetische Widerstand der die Teile 9 und 11 enthaltenden Brückenzweige geändert, und hierdurch ändert sich die Spannung im Zwischenraum 18. Es ist somit ohne weiteres möglich, durch Veränderung des Stromes in den Steuerwicklungen die Lichtmenge zu regeln, die vom Analysator abgegeben wird und auf die Trommel 35 fällt.

Damit die Vorrichtung gemäß der Erfindung in der gewünschten Weise wirkt, ist folgendes zu beobachten. Der magnetische Widerstand des die Teile 15 und 16 sowie den Zwischenraum 18 enthaltenden Flußweges muß im Vergleich zum magnetischen Widerstand der die Teile 9, 13, 10 und 12, 14, 11 enthaltenden Flußwege so klein wie möglich sein. Außerdem muß die Vorrichtung derart bemessen sein, daß, wenn die Flußdichte geändert wird, eine wesentliche Veränderung der Permeabilität des magnetischen Materials nur in den' Permalloyteilen entsteht. Es ist ferner zweckmäßig, daß in dem Zwischenraum 18 bei geringen Abweichungen vom Gleichgewichtszustand hohe Feldintensitäten vorhanden sind. Der Magneto muß zu jeder Zeit ungefähr völlig gesättigt sein, so daß nur solche Veränderungen in der Fluß dichte auftreten, die durch Veränderung der magnetischen Kraft hervorgerufen werden. Die Spule 5 kann so groß sein, wie es für jeden einzelnen Fall für erforderlich gehalten wird, da sie von einer örtlichen Kraftquelle gespeist wird, und die Induktanz derselben keine Funktion der Arbeitsgeschwindigkeit des Ventils darstellt. Der Fluß im Magneten 6 darf sich nicht wesentlich verändern, wenn die Brücke aus dem Gleichgewicht gebracht wird.

Um magnetische Verluste tunlichst zu vermeiden, wird die Brücke zweckmäßig aus Lamellen oder aus zusammengepreßtem Eisenstaub hergestellt. Dann ist es auch einfacher, den Druck mittels der Schrauben 28 zu regeln.

Hat beispielsweise der Stromfluß in der Wicklung 22 (vgl. Abb. 1 und 2) eine solche Richtung, daß in der oberen Hälfte des Teiles 9 ein Fluß von links nach rechts entsteht, so hat der Stromfluß in der Wicklung 23, infolge der angewendeten Spaltung der Steuerwicklungen, eine derartige Richtung, daß ein Fluß von rechts nach links in der unteren Hälfte des Teiles 9 entsteht. Der durch die Wicklungen 22 und 23 hervorgerufene Fluß übt deshalb außerhalb des Teiles 9 keine wesentliche Wirkung aus. Die Wicklungen 24 und 25 sind in entsprechender Weise am Teil 11 angeordnet.

Die Abb. 3 und 4 zeigen geänderte Ausführungsformen der Anordnungen, mittels welcher eine gegenseitige Einwirkung des Steuerflusses in den Steuereinheiten und des Hauptfeldflusses des Magneten 6 verhindert werden kann. Die Steuerbrücke in Abb. 3 entspricht beispielsweise dem oberen rechten Brückenzweig in Abb. 2 und besteht aus den magnetischen Teilen 36. Die Richtung des vom Magneten 6 erzeugten Flusses ist durch den vollen Pfeil angedeutet. Als Steuereinheit dient der Permalloyteil 37, der die Form eines geschlossenen magnetischen Stromkreises hat und zum Teil von einer Steuerwicklung 38 umgeben ist. Der durch die Steuerwicklung erzeugte Fluß hat die durch den gestrichelten Pfeil angedeutete Richtung. Der Steuerfluß und der Hauptfluß bilden somit im wesentlichen einen rechten Winkel miteinander. Die von der Steuerwicklung 38 erzeugte Flußmenge bestimmt die Permeabilität im Teil 37, von welchem ein Teil im Wege des Hauptflusses liegt und deshalb den Gleichgewichtszustand der Brücke bestimmt.

Die in Abb. 4 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Abb. 3 darge-

stellten dadurch, daß der Steuernuß nicht viel von dem Hauptfluß abweicht. Wie durch die Pfeile angedeutet, haben die beiden Flüsse fast dieselbe Richtung.

In den Abb. 3 und 4 und ebenfalls in den Abb. ι und 2 findet eine gewisse Quermagnetisierung statt, welche die Permeabilität der als Steuereinheiten dienenden Teile beeinflußt.

Bei der Herstellung der Brücke muß darauf geachtet werden, daß die Teile so symmetrisch wie möglich gestaltet werden. Innerhalb gewisser Grenzen ist es aber mittels der Schrauben 28 möglich, einen Gleichgewichtszustand herzustellen für den Fall, daß die verschiedenen Abschnitte nicht symmetrisch aufgebaut sein sollten.

Die Drehung der Polarisationsebene macht sich am stärksten bemerkbar, wenn stark

ao lichtbrechende Medien verwendet werden, wie Schwefelkohlenstoff oder festes Flintglas. Eisenblätter, deren Stärke etwa ¹J₃ der Wellenlänge des Lichtes beträgt, ergeben in einem kräftigen magnetischen Feld eine Drehung von mehr als 4⁰, während Quarzplatten mit einer Stärke von 1 mm eine Drehung von etwa 2o° bewirken. Viele Stoffe können für den obenerwähnten Zweck verwendet werden, ,und es muß von Fall zu Fall entschieden werden, welcher Stoff am zweckmäßigsten ist. Flüssiger Schwefelkohlenstoff hat sich als sehr gut erwiesen, weil er klar und farblos ist und eine beträchtliche Drehung herbeiführen kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Magneto-optisches Lichtrelais, dadurch gekennzeichnet, daß in einer magnetischen Brückenschaltung die Drehung der Polarisationsebene entsprechend der vom Sender übermittelten Impulse durch magnetische Verschiebung ' der Gleichgewichtslage der Brücke hervorgerufen wird.

2. Magneto-optisches Lichtrelais nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Brücke aus vier symmetrisch angeordneten Zweigen hoher Permeabilität besteht, und daß die der Steuerung unterworfene Kerrzelle oder Faradayzelle im Diagonalzweig der Brücke liegt.

3. Magneto-optisches Lichtrelais nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brückengleichgewicht durch Verhältnisänderung der Permeabilitäten paralleler Brückenarme hergestellt wird.

4. Magneto-optisches Lichtrelais nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die proportionale Permeabilität der Brükkenarme dadurch geändert wird, indem Teile davon mechanischer Beanspruchung ausgesetzt werden.

5. Magneto-optisches Lichtrelais nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der empfindlichen Drehung der Polarisationsebene infolge Gleichgewichtsstörung der Brücke auf diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen Wicklungen angeordnet sind, die von den empfangenen Impulsen gespeist werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen