DE69206297T2 - Optischer Spannungsdetektor. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochgeschwindigkeits- Spannungsdetektor mit Verwendung eines elektrooptischen Kristalls.
• Fig. 8 zeigt einen Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor 1, der eine E-O-Abtastvorrichtung genannt wird und ein herkömmliches Beispiel darstellt. Der Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor 1 enthält eine Kurzimpuls-Lichtquelle 2, ein Hochgeschwindigkeits-Optikgerät 3, wie einen Hochgeschwindigkeits- Photodetektor, einen Lichtintensitäts-Modulator 4, der besteht aus einem Polarisator 4A, einem optischen Modulator 4B und einem Analysator 4C, ein optisches Verzögerungsgerät 5 und einen Photodetektor 6. Ein von der Kurzimpuls-Lichtquelle 2 emittierter kurzer Lichtimpuls wird durch einen Spektralaufspalter 2 in zwei Teile aufgespalten. Ein Teil wird dem Hochgeschwindigkeits-Optikgerät 3 eingegeben, dessen Ausgangssignal dem optischen Modulator 4B als ein zu messendes elektrisches Signal zugeführt wird. Der andere Teil des Strahls vom Strahlaufspalter 7 wird über einen Spiegel 8A dem optischen Verzögerungsgerät eingegeben. Das zu einem vorbestimmten Zeitraum verzögerte Ausgangslicht wird über einen Spiegel 8B dem Lichtintensitäts-Modulator 4 eingegeben, wo es einer dem an dem optischen Modulator 4B anliegenden elektrischen Signal (d.h. der Spannung) entsprechenden Intensitätsmodulation unterworfen wird, und wird durch den Analysator 4C durchgeleitet, um am Photodetektor 6 aufzutreffen.
• Wie in Fig. 9 gezeigt, besitzt die an dem optischen Modulator 4B angelegte Spannung V und die Intensität I des über den Analysator 4C am Photodetektor 6 auftreffenden Licht eine Beziehung, wie die durch die folgende Gleichung (1) dargestellt wird:
• I = I&sub0;sin²{(π/2) (V/Vπ)}, ... (1)
• wobei Vπ eine Halbwellenspannung des optischen Modulators 4B ist.
• Deshalb erfaßt der Photodetektor 6 das Licht, dessen Intensität durch das zu messende elektrische Signal entsprechend Gleichung (1) moduliert wurde.
• Das Ausgangssignal des Photodetektors 6 wird durch einen Verstärker 9 verstärkt und dann einem X/Y-Aufzeichner 10 zugeführt. Der X/Y-Aufzeichner 10 gibt die gesamte Wellenform des gemessenen elektrischen Signals wieder unter Benutzung eines Verzögerungs-Zeitsignals X von dem optischen Verzögerungsgerät 5 und einem Signal Y vom Photodetektor 6, während die Verzögerungszeit kontinuierlich zur Änderung des Abtastpunkts verändert wird. Das Prinzip dieser Messung wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.
• Es wird angenommen, daß eine Wellenform des zu messenden elektrischen Signals und das an dem optischen Modulator 4B anliegende Kurzimpuls-Licht eine Beziehung besitzen, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist. Mit einer Verzögerungszeit Ta (die durch das optische Verzögerungsgerät 5 hervorgerufen und von dem Referenzzeitpunkt an gemessen wird), wird der Punkt A des elektrischen Signals gemessen. Da die Spannung bei der Verzögerungszeit Ta Null ist, tritt keine Änderung im Ausgangssignal des Photodetektors 6 auf.
• Bei der Verzögerungszeit Tb wird der Punkt B gemessen, um ein von einer Spannung Vb abhängiges Ausgangssignal zu erzeugen. In gleicher Weise wird zur Verzögerungszeit Tc eine Spannung Vc am Punkt C gemessen. Auf diese Weise wird die gesamte Wellenform des elektrischen Signals gemessen.
• Das optische Verzögerungsgerät 5 kann langsam arbeiten, und als ein Vorteil der Abtastmessung genügt es, wenn der Photodetektor 6 der Veränderung der Verzögerungszeit gerade folgen kann. Deshalb kann der Photodetektor 6 auch eine niedrige Ansprechgeschwindigkeit besitzen.
• Da der optische Modulator 4B sehr schnell arbeitet, wird die Ansprechgeschwindigkeit des Spannungsdetektors 1 bestimmt durch die Länge des von der Kurzimpuls-Lichtquelle 2 emittierten Lichtimpulses.
• Wie jedoch in Fig. 9 zu sehen, besteht bei dem Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor 1 zwischen der am Zwischenmodulator 4B angelegten Spannung V und der Intensität I des von dem Analysator 4C abgegebenen Lichts keine lineare Beziehung. Deswegen sollte, um die Spannung V aus der Lichtintensität I zu bestimmen, eine Wandlung umgekehrt zu der Kennlinie der Fig. 9 ausgeführt werden. Wenn man dies tut, sind jedoch im Bereich kleiner Spannungen V, bei denen die Intensität I sich sehr wenig mit Bezug auf eine Änderung der Spannung V ändert, kaum genaue Messungen auszuführen.
• Um dieses Problem zu lösen, wird normalerweise eine Viertelwellenplatte zwischen den Polarisator 4A und den Analysator 4C eingesetzt, um eine optische Verschiebung in der Weise zu schaffen, daß ein Arbeitspunkt bei V = Vπ/2 eingerichtet wird, und es werden Messungen ausgeführt unter Anlegen einer kleinen Modulationsspannung v («Vπ/2) in der Umgebung des Arbeitspunktes. Da in diesem Fall eine annähernd lineare Beziehung zwischen der Modulationsspannung v und der modulierten Lichtausgangsintensität I gilt, ist keine Wandlung umgekehrt zu der Kennlinie Fig. 9 erforderlich. Jedoch weist auch dieses Meßverfahren noch das Problem auf, daß es nur die Messung von kleinen Spannungen v («Vπ/2) ermöglicht. Das bedeutet, diese Art von Spannungsdetektor kann nicht auf Messungen großer Spannungen V angewendet werden, die entweder gleich groß oder größer als die Halbwellenspannung Vπ sind.
• Weiter beginnt bei dem Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor 1, wenn die Spannung V allmählich anwächst, bis Vπ erreicht wird, die Ausgangslichtintensität abzunehmen, wie sich aus Fig. 9 ergibt, was auch korrekte Messungen verhindert.
• GB-A-2 212 265 gibt ein Beispiel für die vorstehend beschriebene Art von üblichen Spannungsdetektoren.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die angeführten Probleme des Standes der Technik gemacht und hat das Ziel, einen Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor zu schaffen, der leicht nicht nur eine kleine Spannung, sondern auch eine große Spannung messen kann, ohne Ausführen einer zusatzlichen Operation wie einer Wandlung umgekehrt zu einer Kennlinie der Eingangsspannung zur Ausgabelichtintensität.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Spannungsdetektor: Impulslichtquellen-Mittel zum Emittieren polarisierter Lichtimpulse;
• Modulierungsmittel zum Ändern des Polarisationszustandes der polarisierten Lichtimpulse entsprechend dem Wert eines daran angelegten Spannungssignals;
• Mittel zum allmählichen Ändern einer Phasenbeziehung zwischen den polarisierten Lichtimpulsen und dem Spannungssignal; und Erfassungsmittel zum Bestimmen einer Wellenform des an das Modulierungsmittel angelegten Spannungssignals;
• und wird gekennzeichnet durch ein mit dem Modulierungsmittel zur Erzeugung eines Interferenzstreifens gekoppeltes Polarisations-Interferometer; und
• dadurch, daß das Erfassungsmittel die Wellenform des Spannungssignals erfaßt aufgrund der Bewegung eines an einer Eingabefläche desselben gebildeten Interferenzstreifens und eines von dem Phasenbeziehungs-Änderungsmittel geschaffenen, die Phase bezeichnenden Signals.
• Mit dem vorstehenden Aufbau erzeugt das Polarisations-Interferometer-Mittel den Interferenzstreifen entsprechend dem Polarisationszustand des darauf auffallenden Lichtes, und der Interferenzstreifen bewegt sich proportional zum Wert des Spannungssignals. Da die Spannungsveränderung und das Bewegungsmaß des Interferenzstreifens eine lineare Beziehung zueinander besitzen, ist es nicht notwendig, eine Wandlung umgekehrt zu der Eingangsspannung/Ausgabelichtintensitäts- Kennlinie des üblichen Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektors nach Fig. 8 auszuführen. Das erleichtert die Spannungserfassung in hohem Maße. Weiter ergibt die gute Linearität hochpräzise Messungen. Zusätzlich kann die Messung unabhängig von einem Wert einer Halbwellenspannung des Modulationsmittels ausgeführt werden.
• Verschiedene Ausführungen von Spannungsdetektoren gemäß dieser Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das einen Teil eines Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektors nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ein bei der ersten Ausführung verwendetes Polarisations-Interferometer zeigt;
• Fig. 3 Wellenformen der Ausgangssignale eines bei der ersten Ausführung benutzten Photodetektors zeigt;
• Fig. 4 ein bei einer zweiten Ausführung benütztes Polarisations-Interferometer zeigt;
• Fig. 5 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführung ist;
• Fig. 6 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführung ist;
• Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines bei einer fünften Ausführung benutzten wellenleiterartigen optischen Modulators ist;
• Fig. 8 ein Blockschaltbild ist, das einen üblichen Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor zeigt;
• Fig. 9 eine graphische Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen einer an einen optischen Modulator angelegten Spannung und der Intensität des von einem Photodetektor ausgegebenen Lichtes bei dem Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor nach Fig. 8 zeigt;
• Fig. 10 Wellenformen enthält zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem auf einen optischen Modulator auffallenden Impulslicht und einem zu messenden elektrischen Signal bei dem Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor nach Fig. 8; und
• Fig. 11 Wellenformen darstellt, die zeigen, wie sich das Ausgangssignal bei großen Spannungsänderungen verändert.
• Fig. 1 zeigt einen Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor 10 gemäß einer Ausführung der Erfindung. Der Spannungsdetektor 10 enthält eine Kurzimpuls-Lichtquelle 12, einen Polarisator 14, einen optischen Modulator 16 mit einem elektrooptischen Kristall, an den ein zu messendes elektrisches Signal angelegt wird, ein Polarisations-Interferometer 18, einen Photodetektor 20 zum Erfassen eines Licht-Ausgangssignals von dem Polarisations-Interferometer 18 und ein Bearbeitungsgerät zum Bearbeiten eines Ausgangssignals des Photodetektors 20, und diese Bestandteile sind in der angeführten Reihenfolge von der Kurzimpuls-Lichtquelle 12 aus angeordnet. Das elektrische Signal, d.h. die Spannung, wird erfaßt, während es aufgrund einer Bewegungsgröße eines Interferenzstreifens abgetastet wird, der an der Eingangsfläche des Photodetektors 20 gebildet wird, an der sich der Interferenzstreifen entsprechend dem an den optischen Modulator 16 angelegten elektrischen Signal bewegt. Der Polarisator 14 kann weggelassen werden, wenn die Impulslichtquelle 12 polarisierte Lichtimpulse emittiert.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, enthält das Polarisations-Interferometer 18 eine Objektivlinse 24, einen doppelbrechenden Kristall 26 und einen Analysator 28, die in dieser Reihenfolge angeordnet ist. Der Analysator 28 ist so angeordnet, daß seine Polarisations-Richtung einen Winkel von 45º mit der optischen Achse des doppelbrechenden Kristalls 26 bildet.
• Der Photodetektor 20 wird gebildet aus einem eindimensionalen CCD. Das Bearbeitungsgerät 22 bestimmt die Spannung V aufgrund der (nachstehend beschriebenen) Gleichung (2) unter Benutzung von Intervallen A und einer Bewegungsgröße X von Spitzen der Interferenzstreifen, die aus einem Ausgangssignal des Photodetektors 20 erhalten werden.
• Der Betrieb des Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektors 20 wird nachstehend beschrieben.
• Nach Eintreten in das Polarisations-Interferometer 18 wird polarisiertes Licht durch die Objektivlinse 24 expandiert und dann in den doppelbrechenden Kristall 26 eingeleitet. In dem doppelbrechenden Kristall 26 wird der Eingangslichtstrahl in zwei Strahlen aufgespalten, die unterschiedliche Polarisationszustände besitzen, in einer durch die optische Achse des Kristalls 26 bestimmten Richtung und in einer Richtung senkrecht dazu, und die längs unterschiedlichen Pfaden laufen. Dadurch werden die zwei Strahlen mit einer optischen Wegdifferenz aus dem Polarisations-Interferometer 18 ausgegeben. Da, wie vorstehend beschrieben, der Analysator 28 so angeordnet ist, daß seine Polarisations-Richtung einen Winkel von 45º mit der optischen Achse des doppelbrechenden Kristalls 26 bildet, interferieren die beiden von dem doppelbrechenden Kristall 26 ausgegebenen Strahlen mit orthogonalem Polarisationszuständen miteinander nach Durchlauf durch den Analysator 26, und es wird ein resultierender Interferenzstreifen an der Eingangsfläche des Photodetektors 20 gebildet.
• Andererseits ändert der optische Modulator 16 den Polarisationszustand des Lichts entsprechend der daran anliegenden Spannung und gibt das entstehende Licht an das Polarisations- Interferometer 18 weiter. Deswegen bewegt sich der an der Eingangsfläche des Photodetektors durch das Polarisations- Interferometer 18 ausgebildete Interferenzstreifen proportional zu der durch den optischen Modulator 16 verursachten Polarisations-Zustandsänderung, d.h. proportional zur Änderung der Eingangsspannung.
• Die Bewegungsgröße X des Interferenzstreifens wird gegeben durch:
• X = (A/2) (V/Vπ), ... (2)
• wobei A einen Abstand benachbarter Spitzen des Interferenzstreifens darstellt, V die an den optischen Modulator 16 angelegte Spannung und Vπ die Halbwellenspannung ist.
• Fig. 3 zeigt ein Beispiel von Ausgangssignalen des Photodetektors 20, der ein eindimensionales CCD mit 1 024 Kanälen ist. Die ausgezogene Linie in Fig. 3 stellt ein durch einen Interferenzstreifen verursachtes Ausgangssignal dar, der erhalten wird, wenn keine Spannung an den optischen Modulator 16 angelegt wird. Das Bearbeitungsgerät 22 bestimmt zuerst die Kanäle A1 - A4 von vier Spitzen der Wellenform der ausgezogenen Linie und bestimmt dann einen Abstand A zwischen diesen Kanälen A1 - A4.
• Dann wird eine Spannung an den optischen Modulator 16 angelegt und Kanäle B1 - B4 von vier Spitzen eines Ausgangssignals (gestrichelte Linie in Fig. 3) des Photodetektors 20, verursacht durch einen Interferenzstreifen, werden bestimmt, und eine Bewegungsgröße X der Interferenzstreifen wird bestimmt durch Vergleichen der Kanäle B1 - B4 mit den bereits erhaltenen Kanälen A1 - A4. Die Spannung V wird schließlich unter Benutzung der vorstehend beschriebenen Gleichung (2) mit der so bestimmten Bewegungsgröße X errechnet.
• Die Bewegungsgeschwindigkeit des Interferenzstreifens, die durch eine Veränderung der an dem optischen Modulator 16 anliegenden Spannung verursacht wird, wird durch Kennlinien des optischen Modulators 16 bestimmt, und ist deswegen sehr hoch. Da jedoch die Spannung gemessen wird, während sie mittels von der Lichtquelle 12 emittierten kurzen Lichtimpulsen abgetastet wird, kann eine sich rasch ändernde Spannung auch dann gemessen werden, wenn die Ansprechgeschwindigkeit des Photodetektors 20 niedrig ist.
• Bei der beschriebenen Ausführung kann die Bewegungsgröße X des Interferenzstreifens genauer gemessen werden, wenn das Ausgangssignal des Photodetektors 20 Fourier-gewandelt und eine Phase des Fourier-Wandlungssignals erfaßt wird. Eine solche Verbesserung der Meßgenauigkeit im Vergleich mit dem Bestimmen der Spannung nur aufgrund der Spitzenabstände des den Interferenzstreifen darstellenden Signals entsteht aus dem Grund, daß die Berechnung unter Benutzung jedes Punktes des Signals ausgeführt wird.
• Zwar beträgt bei der eben besprochenen Ausführung der Winkel zwischen der Polarisationsrichtung des Analysators 28 und der optischen Achse des doppelbrechenden Kristalls 26 45º, doch ist dieser Winkel nicht auf einen solchen besonderen Wert begrenzt, sondern kann jeden Wert annehmen, solange die beiden Richtungen nicht identisch miteinander sind oder senkrecht aufeinander stehen.
• Zwar enthält das Polarisations-Interferometer 18 in der eben besprochenen Ausführung den doppelbrechenden Kristall 26, jedoch ist das erfindungsgemäße Interferometer 18 nicht auf diese Bauart begrenzt, sondern kann auch andere Bauarten umfassen.
• Fig. 4 zeigt ein in einer zweiten Ausführung benutztes alternatives Polarisations-Interferometer. Diese Art von Polarisations-Interferometer enthält ein Young'sches Interferometer 36, das aus einem Einzelschlitz 30 und einem Doppelschlitz 32 besteht. Die Schlitze des Doppelschlitzes 32 erstrecken sich parallel zu dem Einzelschlitz. Polarisatorelemente 34A und 34B sind an den jeweiligen Schlitzen des Doppelschlitzes 32 so angebracht, daß ihre Polarisations-Richtungen Winkel von +45º bzw. -45º mit der Längsrichtung des Einzelschlitzes 30 bilden. Weiter ist ein Analysator 38, dessen Polarisations-Richtung parallel zu der Polarisators 14 oder senkrecht dazu liegt, an der Ausgangsseite des Young'schen Interferometers 36 angeordnet.
• Nach Eintreten in das Young'sche Interferometer 36 wird das aus dem optischen Modulator 16 austretende Licht gebrochen und gespreizt durch den einzelnen Schlitz 30 und erreicht dann den Doppelschlitz 32. Da die an dem Doppelschlitz 32 vorgesehenen Polarisatorelemente 34A und 34B orthogonale Polarisations- Richtungen besitzen, erzeugen sie Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationszuständen, und diese Lichtstrahlen treten durch den Analysator 38 hindurch und interferieren dann miteinander. Als Ergebnis wird ein Interferenzstreifen an der Eingangsfläche des Photodetektors 20 gebildet.
• Wenn eine Spannung an den optischen Modulator 16 angelegt wird, wird die Phasendifferenz zwischen den beiden Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationszuständen geändert. Der Interferenzstreifen bewegt sich entsprechend dieser Veränderung der Phasendifferenz.
• Ein Intervall A von Bändern des Interferenzstreifens wird gegeben durch:
• A = λL/2d, ... (3)
• wobei λ die Wellenlänge des von der Lichtquelle 12 emittierten Lichts, L den Abstand zwischen dem Doppelschlitz 32 und dem Photodetektor 20 und 2d den Abstand zwischen den beiden Schlitzen des Doppelschlitzes 32 darstellt. Weiter wird eine Bewegungsgröße X des Interferenzstreifens proportional zu der an dem optischen Modulator 14 angelegten Spannung V ausgedrückt als:
• X = (A/2) (V/Vπ), ... (4)
• also den gleichen Ausdruck besitzt, wie die oben beschriebene Gleichung (2). Die Spannung kann in dem Analysatorgerät 22 erhalten werden durch Bestimmen der Bewegungsgröße X aufgrund der Gleichungen (3) und (4).
• Zwar bilden in der zweiten Ausführung nach Fig. 4 die Polarisations-Richtungen der Polarisationselemente 34A und 34B Winkel von +45º bzw. -45º mit der Längsrichtung des Einzelschlitzes 30, jedoch sind diese Winkel nicht auf die angegebenen bestimmten Werte beschränkt, sondern können jeden Winkelwert annehmen, so lange die Polarisations-Richtungen nicht identisch zur Längsrichtung des Einzelschlitzes 30 sind. Weiter kann der Analysator 38 jede Polarisations-Richtung besitzen, so lange sie nicht mit einer der Polarisations-Richtungen der Polarisationselemente 34A und 34B zusammenfällt.
• Bei den ersten zwei Ausführungen sind (nicht dargestellte) Mittel vorgesehen, um die Phasenbeziehung zwischen den polarisierten Lichtimpulsen und dem Spannungssignal zu ändern und ein die Phase anzeigendes Ausgangssignal zu schaffen. Das die Phasen anzeigende Ausgangssignal wird dem Bearbeitungsgerät 22 eingegeben. Das Mittel zum allmählichen Ändern der Phasenbeziehung kann allgemein gleichartig zu dem nach dem Stand der Technik benutzten und mit Bezug auf Fig. 8 beschriebenen sein.
• Wie in Fig. 5 gezeigt, wird in der dritten Ausführung ein beim Empfang von kurzen Lichtimpulsen erzeugtes Ausgangssignal eines optischen Gerätes 56 mit hoher Geschwindigkeit durch einen Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor 50 gemessen. Von einer Kurzimpuls-Lichtquelle 12 emittierte Lichtimpulse werden durch einen Halbspiegel 52 in zwei Strahlen aufgespalten. Einer der beiden Strahlen wird über einen Polarisator 14 und einen optischen Modulator 16 einem Polarisations-Interferometer 18 eingegeben, und ein sich ergebender Interferenzstreifen wird durch einen Photodetektor 20 erfaßt. Ein Ausgangssignal des Photodetektors 20 wird zu einem Bearbeitungsgerät 22 gesendet. Der andere Strahl wird über ein optisches Verzögerungsgerät 54 einem optischen Gerät 56 mit hoher Geschwindigkeit eingegeben. Ein Ausgangssignal des optischen Hochgeschwindigkeit Gerätes 56 mit hoher Geschwindigkeit wird als ein zu messendes elektrisches Signal dem optischen Modulator 16 angelegt. Das elektrische Signal wird erfaßt aufgrund einer Bewegungsgröße des Interferenzstreifens, in einer ähnlichen Weise wie der bereits in Verbindung mit der ersten Ausführung nach Fig. 1 beschriebenen. Bei dieser Ausführung wird ein eine durch das optische Verzögerungsgerät 54 erzeugte optische Verzögerung bezeichnendes Signal dem Bearbeitungsgerät 22 zugesendet, wo es als ein Parameter für die X-Achse benutzt wird, wenn eine Wellenform des elektrischen Signals bestimmt wird. Bei dem Bearbeitungsgerät 22 wird das elektrische Signal als ein Y-Achsen-Parameter aufgetragen. Als Ergebnis wird die in dem Bearbeitungsgerät 22 bestimmte Wellenform des elektrischen Signals an einem Anzeigegerät 58 angezegit.
• Eine vierte Ausführung ist in Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Ausführung wird ein einer Messung durch einen Hochgeschwindigkeits-Spannungsdetektor 60 zu unterwerfendes elektrisches Gerät 62 durch eine Ansteuerschaltung 63 angesteuert. Ein elektrisches Signal einer Elektrode 64 des elektrischen Geräts 62 wird gemessen unter Benutzung eines kontaktfreien optischen Modulators 66, der ein elektrooptisches Material 66b mit einem daran ausgebildeten Spiegel 66a besitzt. Da der Brechungsindex des elektrooptischen Materials 66b entsprechend einer Veränderung von elektrischen Kraftlinien von der Elektrode 64 geändert wird, kann der optische Modulator 66 den Polarisationszustand des darin eingegebenen Lichtes ändern.
• Eine Kurzimpuls-Lichtquelle 68 wie ein Halbleiterlaser emittiert, wenn sie ein Ausgangssignal der Ansteuerschaltung 63 über ein elektrisches Verzögerungsgerät 70 aufnimmt, einen Lichtimpuls. Der Lichtimpuls von der Impulslichtquelle 68 wird dem kontaktfreien optischen Modulator 66 über einen Polarisator 72 und einen Halbspiegel 74 angelegt, durch den Spiegel 66a des optischen Modulators 66 reflektiert, dann durch den Halbspiegel 74 reflektiert und tritt schließlich in ein Polarisations- Interferometer 76 ein. Ein sich ergebender Interferenzstreifen wird durch einen Photodetektor 78 erfaßt. Ein Ausgangssignal des Photodetektors 78 wird einem Bearbeitungsgerät 80 zugeführt, wo eine Wellenform des elektrischen Signals bestimmt wird unter Benutzung eines die durch das optische Verzögerungsgerät 70 erzeugte optische Verzögerung anzeigenden Signals. Die so bestimmte Wellenform wird an einem Anzeigegerät 82 angezeigt.
• Eine fünfte Ausführung ist dazu bestimmt, eine kleine Halbwellenspannung Vπ zu schaffen. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird ein optischer Modulator 40 vom Wellenleitertyp als der optische Modulator 16 in Fig. 1 benutzt. Gemäß dem optischen Modulator 40 des Wellenleitertyps kann die Halbwellenspannung Vπ so gering wie z.B. 10 V gemacht werden durch Reduzieren eines Abstandes zwischen den Elektroden 40b und 40c, die zu beiden Seiten eines Wellenleiters 40a vorgesehen sind, um ein elektrisches Feld zu intensivieren, das sich in einem elektrooptischen Kristall entwickelt, und durch Verlängern der Elektroden 40b und 40c (so daß sie länger als die Breite des Wellenleiters 40A werden), um die Einwirkungslänge zu erhöhen.
• Wenn die Halbwellenspannung Vπ einen geringen Wert hat, wird das Verhältnis einer Bewegungsgröße des Interferenzstreifens zu einer Änderung der über die Elektroden 40B und 40C angelegten Spannung groß, wodurch hochpräzise Messungen ermöglicht werden.
• Bei den vorhergehenden Ausführungen kann beim Analysieren des Ausgangssignals des Photodetektors 20 (d.h. eines eindimensionalen CCD) in dem Bearbeitungsgerät 22 eine der Spitzen des durch den Interferenzstreifen erzeugten Signals aufgenommen werden, und die Bewegungsgröße des Interferenzstreifens kann bestimmt werden durch Prüfen der Bewegung der bestimmten Spitze, siehe Fig. 11. Wenn die Bewegungsgröße so groß ist, daß die beobachtete Spitze sich über den Meßbereich des CCD hinaus bewegt; kann die zu prüfende Spitze mitten in der Messung mit einer anderen getauscht werden. Auf diese Weise kann der Spannungsdetektor die Spannung ohne jede Begrenzung ihres oberen Wertes (mit Bezug auf die Halbwellenspannung) erfassen.
• Bei der Erfindung kann der Photodetektor 20 auch aus einem anderen Typ von Photodetektor gebildet sein, wie einem eindimensionalen Bildsensor oder einem zweidimensionalen Bildsensor (z.B. einer CCD-Kamera).

Claims (9)

1. Spannungsdetektor (10), welcher umfaßt:

Impulslichtquellen-Mittel (12, 14) zum Emittieren polarisierter Lichtimpulse;

Modulierungsmittel (16, 40) zum Ändern des Polarisationszustandes der polarisierten Lichtimpulse entsprechend dem Wert eines daran angelegten Spannungssignals;

Mittel zum allmählichen Ändern einer Phasenbeziehung zwischen den polarisierten Lichtimpulsen und dem Spannungssignal; und

Erfassungsmittel (20) zum Bestimmen einer Wellenform des an das Modulierungsmittel (16, 40) angelegten Spannungssignals;

dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisations-Interferometer (18, 36, 38) mit dem Modulierungsmittel (16, 40) zur Erzeugung eines Interferenzstreifens gekoppelt ist; und daß das Erfassungsmittel (20) die Wellenform des Spannungssignals erfaßt aufgrund der Bewegung eines an einer Eingabefläche desselben gebildeten Interferenzstreifens und eines von dem Phasenbeziehungs-Änderungsmittel geschaffenen, die Phase bezeichnenden Signals.

2. Spannungsdetektor nach Anspruch 1, bei dem das Erfassungsmittel (20) die Wellenform des Spannungssignals weiter aufgrund einer Schrittweite des Interferenzstreifens bestimmt.

3. Spannungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Polarisations-Interferometer (18) einen doppelbrechenden Kristall (26) und einen nach dem doppelbrechenden Kristall (26) angeordneten Analysator (28) umfaßt.

4. Spannungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Polarisations-Interferometer (36, 38) ein Young'sches Interferometer (30, 32) umfaßt, welches einen Einzelschlitz (30) und einen Doppelschlitz (32) enthält, bei dem zwei Schlitze parallel zu dem Einzelschlitz angeordnet sind und Polarisatorelemente (34A und 34B) an den beiden jeweiligen Schlitzen angebracht sind, mit orthogonalen Polarisations- Richtungen, und einen nach dem Young'schen Interferometer (30, 32) angeordneten Analysator (38).

5. Spannungsdetektor nach Anspruch 4, bei dem der Analysator (38) so ausgelegt ist, daß seine Polarisations-Richtung Winkel von +45º und -45º mit den Polarisations-Richtungen der Polarisatorelemente (34) des Doppelschlitzes bildet.

6. Spannungsdetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Erfassungsmittel (20) einen eindimensionalen CCD umfaßt.

7. Spannungsdetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Modulierungsmittel (16) einen elektrooptischen Modulator umfaßt.

8. Spannungsdetektor nach Anspruch 7, bei dem der elektrooptische Modulator von einem Wellenleitertyp (40) ist.

9. Spannungsdetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Impulslichtquellen-Mittel (12) eine Impulslichtquelle und einen Polarisator (14) umfaßt.