DE1955964B2 - Vorrichtung zur ausblendung von stoerlicht, insbesondere in laseruebertragungseinrichtungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bez^;eht sich auf eine Vorrichtung zur Ausblendung von Störlicht, insbesondere in Laserübertragungseinrichtungen mit einem Lichtleiterkörper, dessen Brechungsindex eine Querschnittsverteilung naih der Beziehung η — n₀ (1 - ax²) aufweist.

Hierbei ist η der Brechungsindex an einem beliebigen Punkt des Lichtleiterkörpers, H₀ der Brechungsindex in der Achse des Körpers, χ üer radiale Abstand von der Achse zu dem beliebigen Punkt und α eine positive Konstante.

Die Theorie der Lichtfortpflanzung in Konvergenzlichtleitern ist von S. E. Miller in der Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«, Bd. 44 (1965), S. 2017 bis 2064, behandelt. Hieraus ergibt sich die Abhängigkeit des vom Lichtstrahl in dem Lichtleiter zurückgelegten Weges von der Einfallshöhe und dem Einfallswinkel. Bei einer bestimmten Länge des Lichtleiters weisen Lichtstrahlen gleicher Einfallshöhe, jedoch unterschiedlicher Einfallswinkel, unterschiedliche Austrittshöhen auf. Durch die Anordnung je einer Blende im Bild- und Objektraum lassen sich Störlicht-Komponenten auf Grund des Einflusses des Einfallswinkels und der Einfallshöhe der Lichtstrahlen unterdrücken. Die dabei erforderliehen Blendendurchmesser ergeben sich aus den bekannten Untersuchungen über den Strahlendurchmesser von H. Kogelnik in der Zeitschrift »The Bei! System Technical Journal«, Bd. 44 (1965), S. 467 bis 468 (Abschnitt 4.1).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die geeignet ist, selbsttätig Stöiliehtkomponenten weitgehend auszublenden, deren Schwingungen sich von denen eines bestimmten Träserlichtstrahles unterscheiden, der an einem näher zu bestimmenden Punkt auf den Lichtleiter auftritt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß im Objekt- und im Bildraum des Lichtleitkörpers je eine Blende angeordnet ist, die koaxial zum eintretenden bzw. austretenden (Laser)-Lichtstrahl einstellbar sind mittels an den Blenden vorgesehener Lichtdetektoren und Steuervorrichtungen, die von den \usgangssignalen der Lichtdetektoren steuerbar sind.

In den Zeichnungen ist ein AusfUhrungsbeispiel nach der Erfindung schematisch dargestellt. Hierin zeigt

-^=(Jk = O. 1,2

Der Lichtleiterkörper 1 ist ein- und ausgangsseitig mit je einer Irisblende 2 bzw. 3 od. dgl. Lochblenden versehen. Die öffnungsweite d der Irisblenden 2 und 3 ist etwas größer als die Lichtfleckgröße der auf den Lichtleiterkörper 1 auffallenden Lichtstrahlen. Aus den Untersuchungen von Miller folgt, daß die günstigsten öffnungsweiten d der Irisblenden bei möglichst geringen Lichtenergieverlusten in Lichtleiterkörpern der eingangs genannten Art der zweibis vierfache Betrag des Ausdrucks

/■o

Ja

ist, wobei A₀ die Wellenlänge de' Lichtes in der Atmosphäre und ihre elektrische Feldverteilung proportional

ist. Wenn daher der Durchmesser der öffnung d der Irisblenden d = 2 χ ist, ist der Anteil der Lichtstrahlen, die nicht durch die öffnung hindurchtreten können, d. h. der Anteil der Lichtenergie, die von den Irisblenden absorbieri wird, durch die Beziehung

x£²dx

= 0,135

J x£² dx 0

gegeben. Es zeigt sich daher, daß 13,5% der Lichtenergie verlorengeht. Wenn d — 4 χ beträgt, ist der Energieverlust vernachlässigbar klein. Ist die öffnung zu groß, wird der Störlichtanteil, der durch die öffnung hindurchzutreten vermag, größer.

In der Vorrichtung nach F i g. 1 werden alle Lichtstrahlen, außer denjenigen, die durch die öffnung der Irisblende 2 fallen, von ihr absorbiert. Die Lichtstrahlen, die durch die öffnung der Irisblende 2 im wesentlichen auf das Zentrum der Eingangsendflächen des Lichtleiterkörpers 1 fallen, weisen am Ausgangsende des Lichtleiterkörpers eine Austrittshöhe auf, die dem Einfallswinkel der Lichtstrahlen entspricht. Nur diejenigen Lichtstrahlen, deren Austrittshöhen sich im Bereich der öffnung der Iris-

Tilende 3 befinden, können durch die öffnung der Irisblende 3 hindurchtreten.

Wenn die Laserlichtstrahlen in der öffnung der Irisblende 2 konzentriert sind und unter kleinen Einfallswinkeln auf die Eintrittsendfläche des Lichtleiterkörpers 1 einfallen, treten die Lichtstrahlen aus dem Lichtleiterkörper am Ausgangsende nahe seinem Zentrum heraus. Da die Einfallswinkel der Störungskomponenten einen weiten Bereich umfassen, wird ein großer Teil von ihnen durch das lichtabsorbierende w Material der Irisblende 3 absorbiert. Daher kann nur ein minimaler Betrag an Störkomponenten durch den Lichtleiterkörper hindurchtreten und am Ausgangsende erscheinen. Das führt in hohem Maße zu Ausgangssignalen i.iit sehr geringen Störlichtanteiler..

In F i g. 1 besteht die Irisblende 2 am Eingangsende des L.ichtleiterkörpers aus einem lichtabsorbierenden Material. Die Irisblende kanr aus einem regelmäßigen, nichttransparenten Körper bestehen, da sie zum Abfangen der auftretenden Störlichtkomponenten dient. An Stelle der Irisblenden in dem Ausfiihrungsbeispiel können auch zwei Lichtabsorptionskörper mit zentralen öffnungen innerhalb eines langen Lichtübertragungsweges angeordnet sein, der aus einem Lichtleiterkörper besteht.

An jeder Irisblende 2 und 3 sind mindestens drei Lichtdetektoren vorgesehen (die nachstehend näher beschrieben sind). Mit den Ziffern 4 und 5 sind Steuervorrichtungen bezeichnet, die von den Ausgangssignalen der Lichtdetektoren gesteuert wcden.

Auf Grund der besonderen Länge / des Lichtleiterkörpers ist die Austrittshöhe der Lichtstrahlen in Abhängigkeit von den Einfallswinkeln der Lichtstrahlen großen Schwankungen unterworfen. Um Vorteile au- dieser Besonderheit ziehen zu können, wird der Einfallspunkt des Laserlichtes durch die Lichtdetektoren der Irisblende 2 bestimmt. Dabei wird die öffnung der Irisblende 2 von der Steuervorrichtung 4 zu dem bestimmten Einfallspunkt bewegt. Hierdurch wird der Laserlichtstrahl auf dem Lichtleitei körper 1 zum Einfallen gebracht. Am Ausgangsende wird der Austrittspunkt des Laserlichtes durch die Lichtdetektoren der Irisblende 3 bestimmt, wobei die öffnung der Irisblende 3 durch die Steuer-Torrichning 5 zum Austrittspunkt gesteuert w*d. As ErSbUk können die LaserHchtstrahlen nachdem sie sich Sch den Lichtleiterkörper fortgepflanzt haben, durch die öffnung der Irisblende 3 austreten. Nur die Schticomponente, die am Eingangsende unter im wSentHchen dem gleichen Einfallswinkel wie dem der Trägerkomponenten einfallen, können durch die Irisblende 3 zusammen mit der Trägerkomponente aus tteten Alle anderen Störlichtkomponenten werden durch die Irisblenden 2 und 3 absorbiert. Auf diese Weise wird das oignal gegenüber dem Storhchtanteil des Übertragungssystems wesentlich verbessert

Fig 2 zeigt in schematischer Darstellung em Ausführungsbeispiel einer Iri^lende 2 3 nach Fi ε 1 Die Irisblende ist h>er unterteilt m vier Teile 31, 32, 33 und 34, wöbe, .-edes Teil mit einem Lichtdetektor versehen ist. Wenn auf die Irisblende Licht einfc'H, erzeugen die Lichtdetektoren der Teile 31 32 33 und 34 entsprechend der Intensität des eingefallenen Lichtes verschiedene Ausgangsinformationen. Hierdurch ergibt sich eine zweidimensionale Kennzeichnung der Lichtstrahhntensitats verteilung. Die Lage der Irisblende wird selbständig von der Steuerverrichtung eingestellt, die von den Ausgangsinformationen der Lichtdetektoren gesteuert

^W1Bei normalem Betrieb der Steuervorrichtung für die Irisblenden werden schwache Trägerlichutrahenkomponenten auf die Lichtdetektoren zum Einfallen gebracht wobei die Störkomponenten ebenfalls auf die Irisblende einfallen. Da die Störlichtintensitätsverteilung konstant ist, ergeben sich keine Unterschiede bei den Ausgangsgrößen der Lichidetektoren. Fehlerhafte Einstellungen der Steuervorrichtung fur die Irisblenden treten im wesentlichen nicht auf. wenn das Störlicht nicht extrem intensiv ist.

Auf Grund der Erfindung ist es nicht notwendig, Ausrichtungen vorzunehmen, um das Einfallen eines Laserlichtstrahles genau auf die Achse des Konvergenzlichtleiters zum Einfallen zu bringen. Aus diesem Grunde läßt sich die Handhabung von Lasereinnchtungen wesentlich vereinfachen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Ausblendung von Störlicht, insbesondere in Laserübertragungseinrichtungen mit einem Lichtleiterkörper, dessen Brechungsindex eine Querschnittsverteilung nach der Beziehung η = Ti₀(I- αχ²) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Objekt- und im Bildraum des Lichtleiterkörpers (1) je eine Blende (2, 3) angeordnet ist, die koaxial zum eintretenden bzw. austretenden (LaserJ-Lichtstrahl einstellbar sind mittels an den Blenden vorgesehener Lichtdetektoren und Steuervorrichtungen (4. S), die von t en Ausgangssignalen der Lichtdetektoren steuerbar sind.

   Fi g. 1 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels und Fig!2 einen Teil des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 in der Draufsicht und der Seitenansicht

   In F i g. 1 weist ein Lichtleiterkörper 1 mit der eingangs bezeichneten Brechungsindexverteilung über seinem Querschnitt eine bestimmte Länge f auf, bei der die Differenz der Austrittshöhen zweier auf den Lichtleiterkörper I mit gleichen Einfallshöhen und unterschiedlichen Einfallswinkeln maximal ist Aus der. eingangs genannten Untersuchungen von Miller läßt sich für die Länge I die Beziehung ableiten