DE1951003A1

DE1951003A1 - Interferometer,insbesondere fuer die Interferenzspektrometrie

Info

Publication number: DE1951003A1
Application number: DE19691951003
Authority: DE
Inventors: Girard Andre Jean
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1968-10-09
Filing date: 1969-10-09
Publication date: 1970-04-23
Also published as: CA945410A; GB1287612A; DE1951003B2; US3684379A; FR1602535A; SU363261A3

Description

Patentanwalt c-κ x> λ Dr. Helmut Späth ^b5 *

8200 Rosonheim/Oblr. 9* Oktober 1969

Max-Josefs-Platz 6 Deutschland

OFPICE HATIOUAL D¹ETUDES ET DE RECHERCHES AEROSPATIALES, 29/39, Avenue de la Division-Leclerc, 92-Chatillon-Sous-Bagneux, Frankreich

Interferometer, insbesondere für die Interferenzspektrometrie

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Interferenzspektrometrie.

Es ist bereits bekannt, bei der Spektrometrie mit Fourierscher oder Multiplex-Transformation ein Interferometer nach. Michelson zu benutzen, auf dessen Strahlenteiler ein Bündel paralleler Strahlen einer zu analysierenden Strahlung fällt, wobei die Strahlungsintensitäten des austretenden Bündele durch die Verschiebung eines der zueinander senkrechten Interferometerspiegel parallel zu sich selbst nach Wellenlängen bzw. Frequenzen erhalten werden und ein Signal, das von einem Empfänger geliefert wird, auf den das austretende Bündel der Interferometervorrichtung fällt, durch einen Rechner analysiert wird.

Die Herstellung eines solchen Interferometers mit beweglichem Spiegel - auch "mit Arm von veränderlicher

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_ 2 —

Länge" bezeichnet - ist sehr schwierig, und zwar wegen der hohen erforderlichen Bewegungsgenauigkeit, die eine ziemlich viel Raum einnehmende und schwere Instrumentenausrüstung erfordert.

Is 1st eine Aufgabe der Erfindung» ein Interferometer zu schaffen, das auf seinem Anwendungsgebiet eine mindestens ebensogute spektrometrieehe Analyse gestattet wie die bekannten Interferometer und ein beträchtlich herabgesetztes Gewicht sowie einen wesentlich verminderten Platzbedarf besitzt.

Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Inter« feroaeter zu schaffen, das leicht transportabel ist und namentlich leicht in einem !Flugzeug oder einer Baumfahr seugkaps el untergebracht werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Interferometer su schaffen, das sich besonders gut sur Analyse einer Strahlung eignet, die von einer Strahlungsquelle mit sehr kleinem, praktisch beliebig kleinem» scheinbaren !Durchmesser, z.B. einem Stern, herstammt.

Im Hinblick hierauf ist es ein besonderes Erfindungeziel, ein Gerät zu schaffen, das sich gut sur Analyse von Infraroter Sternstrahlung eignet*

Sas erfindungsgemäße Gerät let dadurch gekennzeichnet, da6 das Frequenzenspektrum statt durch Verschiebung eines Interferometerspiegels duroh die Änderung von quer zu den Interferometer spiegeln verlaufenden Interferometerquerschnitten erhalten wird*

Fach der Erfindung stehen die durch die beiden Spiegel des Interferometers bestimmten Ebenen senkrecht «uein*n-

der, wie bei dem Miehelsonschen Interferometer, aber die eine dieser Ebenen ist leicht gegen die Schnittlinie der durch den anderen Spiegel und den Strahlenteiler bestimmten Ebenen geneigt, wodurch die verschiedenen zu dieser Schnittline senkrechten Querschnitte bei den interferierenden Komponenten der zu analysierenden Strahlung zwangsläufig Gangunterschiede hervorruft, die mit dem XeIl₉ den diese Querschnitte bilden, variieren.

Das Abtasten der verschiedenen Querschnitte wird durch eine Relativversehiebung des zu analysierenden Strah lenbündels gegenüber dem Interferometer eyMlten, und die Erfindung ist insbesondere auf eine Aus'klärung ge- f richtet, bei der dieses Abtasten durch eine ^esamtverschiebung des Interferometers gegen das Strahlenbündel» das dann unbeweglich bleibt, erfolgt.

Ein erfindungsgemäBes Interferometer eignet sich besonders gut zur Analyse eines konvergierenden Strahlenbündels, wobei das Interferometer in der Seheitelzone des Strahlenbündels liegt. Es eignet sich Skitoh gut zur Analyse der Strahlung eines Sterns oder eines Planeten, wobei das in das Interferometer eindringende Lichtbündel durch einen astronomischen Reflektor oder ein Teleskop geliefert wird.

Das erfindungsgemäB benutzte Interferometer kann analog zu dem klassischen Michelson-Interferometer eine Trennschicht aufweisen, die von dem einen und dem anderen der Spiegel durch Luft (oder ein anderes Gas) oder durch ein Vakuum getrennt wird. Die Erfindung ist jedoch in erster Linie auf eine Ausführungform eines Ii^tjig^r^meters gerichtet, bei der das Fortpflanzungsmedium/der Trennflache und einem jeden der Spiegel ein festes Medium ist. Das erfindungsgemäße Interferometer weist dann beiderseits

oe»ii7/uee

einer als Strahlenteiler wirksamen Fläche miteinander verkittete Prismenklötze auf, deren Seitenflächen entsprechend der Anordnung des Michelson-Interferometers reflektierend sind, wobei die Strahlenteiler lache dann durch jtwei aufeinanderllegende Flächen der Klötze dargestellt wird.

Die Erfindung schafft ein Interferometer mit aufeinandergekitteten Klötzen zum Ziel, bei dem eich vermöge entsprechender Spiegelanordnung nicht nur die Interferenzbedingungen mit der Länge dee Klotzes ändern sondern die Spiegel auch so angeordnet sind, daS auf der ganzen Länge des Klotzes die gleichen Interferenzbedingungen herrschen; das Interferometer kann dann i». ähnlicher Weise wie das klassische Michelson-Interferometer benutzt werden«

Die Erfindung schafft auch ein aus Klötaen aufgebautes Interferometer, das bei einem Spektrometer Anwendung finden kann und Mittel aufweist, die eine Analyse stark konvergierender Lichtbündel ermöglichen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigent

Pig. 1 eine erste Ausftthrungsform eines erflndungsgemäßen Interferometers in perspektivischer Ansicht_f

FIg, 2 das Interferometer nach Fig. ! in Seitenansicht ,

Jig, 3 das Interferometer nach Pig» 1,2 in Stiraaneicht j

4 eine Stirnansieht ähnlich Pig. 3 vom anderen Snde her,

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Fig» 5 einen prismatischen Klota in perspektivischer Ansicht, welcher einen (Peil des Interferometer» nach * 1 bildet»

Pig* 6 einen Schnitt längs d&r Linie 6-6 von Pig* 2,

Pig. 7 eine Stlrnaasioht Ähnlich Pig. 4» Jedoch von der entgegengesetzten Seite her gesehen,

Pig» 8 das Interferometer in ainer Bareteilung ähnlich Pig» 1, jedoch mit eine» eingezeichneten Strahlengang,

« 9 einen Schnitt ähnlich Pig. 7 mit e Inge sei oh- j netem Strahlengang»

Pig, 10 dao Interferömeteic xiaoh Pig» 9 in Seitenansicht ?

Pig,, 11 das Interferometer na oh Pig«. 9*10 in Braufeichts

Pig. 12 eine abgewandelte Aueführungsforia eines er·» findungsgeiHäßen Interferometers in einer Ansicht ähnlich Pig, 9,

Pig. 13 das Interferometer naeh Pig. 12 in Seltenen- < Sicht,

Pig. 14 äaa interferometer nach Pig» 12,13 In perspektivischer Darstellung,

15 eine weitere abgewandelte AusfUhrtmgefore •ines erfindungegemäßen Interferometers,

Pig. 16 das Interferometer nach Pig, 15 im Schnitt,

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Big» 17 eine weitere abgewandelte AusfÜtaungsfors eineis erfindungsgeffiäSen Interferometers in perspektivischer Ansiöht,

Fig, 18 einen Bestandteil des Interferometers nach Pig« 17 in perspektivischer Aneicht,

19 ds.β Interferometer nach. Pig. 17,18 in Seiten ansicht,

20 das Interferometer nach Pig, 17 - 19 in

Stirnansicht„

Pig, 21 eine Stirnanaicht ähnlich Pig. 20, Jedoqh vom anderen Ende her,

Pig. 22 das Interferometer nach Pig, 17 - 21 in perspektivischer Ansicht sowie in auseinandergebogener Barstell'

Pig. 23 eine weitere abgewandelte Ausführungsforni eines erfindungsgemäßen Interferomatara ähnlicJi Pig, 17 - 22 in Stirnansicht,

Pig. 24 einen Bestandteil des Interferomotera nach Pig» 23»

Pig» 25. das Interferometer nach Pig* 23 in perspektivischer und sniselnandeargezogimex' Darstellung,

Fig. 26 eine weitere abgewandelte Ausführungshorn eines erfindungogeiaäßen Interferometers sur Erzeugung von Interferones tr elf en in perapektivisoher Ansicht»

Gemäß Pig. 1 « 11 weiat ein erfindungsgemäöas Interfero» meter einen ersten Prisinenklotz 10 und einen zweiten

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Prismenklotg 11 auf. Der aus durchsichtigem Material bestehende Klotz 10 stellt im Querschnitt ein rechtwinkliges, gleichschenkliges Dreieck dar und wird durch Seitenflächen, von denen die fläche 12 bei der dargestellten Anordnung die untere Fläche darstellt und die fläche 13 eine lotrechte Fläche ist» sowie durch eisie um 45° gegen die Seitenflachen 12 und 13 geneigte Hypoteaasenfläone 14 begrenzt« Die eine der keine Hypotonusenflache darstellenden Flächen des Klotzes, in dem Beispiel die Fläche 13, ist reflektierend., während die andere Fläche 12 durchsichtig ist»

Der zweite Priamenklots 11, der aus dem gleichen durch- | sichtigen Material wi© der Klotz 10 besteht, besitet eine auf die Fläche H auflegbare Hypotenusenfläohe 15» die an die esshex-e angekittet ist» Die eine und/oder die andere der Hypotenusanflachen 14,15 wird ab behandelt, daß beide Flächen als Strahlenteiler wirken, saut Beispiel duz ah ttbersiehen mit einer äußerst dünnen Germaninmschickt, Eine andere Fläche 16, die längs der Kante 17 an die Hypotenusenflache 15 anschließt, bildet mit dieser einen Winkel von 45° und i3t daher zu der Fläche 13 parallel, wenn die beiden Klötee aufeinandergekittet sind.

Die Fläche 16 grenzt an eine Deckfläche 18, die reflektierend gemacht ist. An einem Ende des Klαtees weist eine Kante 19 dieser Fläche 18, die zu einer Kante 20 der Fläche 16 senkrecht steht, von einem entgegengeeetaten Ende 21 der Kante 20 einen Abstand auf, der gleich der Länge einer Kante 22 ist, welche dadurch gebildet wird, daß die Fläche 13 des Klotzes 10 eine Stirnfläche 23 desselben schneidet. Am anösren Ende des Klotzes 11 wird die Fläche 18 durch eine Kante 2.4 begrenst, die bu der Kant« 19 parallel ist, wobei ein Endpunkt 25 derselben jedoch, der einen Schnittpunkt der Kante 24 mit der hinteren Fläche 16 darstellt, einen grHSeren Abstand von der Kante 17 hat» ale die Kante 20 lang ist.

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Zu einer Stirnfläche 33 (welche an die Stirnfläche 23 des Klotzes 10 anschließt) parallele Querschnitte durch den Klota 11 sind daher sämtlich viereckig, mit Ausnahme der genannten Fläche 33, die dreieckig ist. Der KLots weist daher eine kleine Fläche 27 von Dreiecksfona auf, die der fläche 16 gegenüberliegt, prallel zu ihr ist und durch eine Schnittkante 28 mit der Fläche 18, durch eine Kante 31 * welche die Fortsetzung einer Kante 32 des Stabes 10 bildet, wenn die beiden Klötse miteinander verkittet sind, sowie durch eine Kante 29 begrenzt wird, wo Sie Sie Hypotenusenfläche 15 schneidet! diese Kaste 29 liegt über der Kante 30 des Klotzes 10 und grenzt auf diesem Klotz die Hypotenusenfläche 10 ab.

Venn ein Lichtstrahl (dieser Ausdruck umfaßt nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch das Infrarot und das Ultraviolett) r in den Klot& 11 durch dessen Fläche 16 lotrecht einfällt (Fig. 3), so durchläuft er in diesem ELota den ¥eg AB bis zu dem Strahlenteiler (Flächen 14-# 15)? dann wird er in B einerseits zu einem Teil in Form eines Strahls BC reflektiert und durchsetzt andernteils als Strahl BE den Strahlenteiler; der Strahl BG wird an der. reflektierenden Fläche 18 als Strahl CB reflektiert, der den Strahlenteiler durchdringt und einen Ausgangs» strahl s bildet. nachdem der Strahl BE den Strahlenteiler durcheetgt hat, wird er an der reflektierenden Fläche 13 in Form eines Strahls EB zurückgeworfen, der sum ¹UeIl durch die Strahlenteiler H,15 in Form eines abgehenden Strahls jfc reflektiert wird. Ton dem Strahlenteiler ausgehend bis zur Rückkehr au diesem 1st die auf des ersten Weg durchlaufene Strecke gleich

BC +CBj
auf dem «weiten Weg ist die durchlaufende Strecke gleich

BE -f- SB»

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Infolge der Gleichheit der durch die Fläehen 23 and gebildeten rechtwinkligen Dreiecks sind diese beiden Strecken einanfisr gleich«. J>ie Sangdifferens zwischen den Strahlen si and t; am Auagang ist daher es 0» de dicBr echungsindices der KLötse 10 und 11 einander gleich

Im anderen Siidotuersohaitt (Fig. 7} durchläuft der in gleicher Entfernung von der untaren Fläche 12 in die Fläche 16 eintretende und zisa Teil diaroii den Strahlen«- teller Hs 15 reflektierte Strahl im Klotz 11 einen Weg B-j CjB.j, der um das Zweifache des Abstandes d^G'i größer

als der Weg B^E^B^ ist, mmm d.j der Schnittpinkt von j

B.j C-j mit der durch die Kante 19 gehenden und zu der "

Fliäche 12 parallelen Ebene ist* Die Wegdifferenaj die von diesem teilweise durch den Strahlesteiler ieflektierten Strahl und dem durch diesen hindurchgehenden Strahl, für den ßioh der Weg im Klots 10 nicht geändert hat, durchlaufen werden, ist daher β 2 C₁QiJ es ergibt sich daraus ein Gangunterecliieö zwischen den austretenden Strahlen B₁ und tj _r von denen der ©ine dem teilweis· durch den Strahlenteiler reflektierten m&d der andere dem duroh den letzteren hindurchgehenden Strahl entspricht»

In einem Zwisehenquerschnifct durch das Interferometer durchläuft der aum Seil duroh de» Strahlenteiler reflek-* ( tierte Strahl bis au seiner RücKfcehr zum Strahlenteiler einen größeren Weg als der den Strahlenteiler durchdringende Strahl bis zu seiner Hückkehr zu diesem, jedoohjom ei» ate KLeinere Strecke als 2 C₁Cf₁; die dem reflektierten und dem hindurchgehenden Strahl entsprechende Gangdifferenz der austretenden Strahlen ist aleo kleiner als bei dem größtmöglichen Endqutirschnitt,

Bas erfindungegemäße Interferometer führt aloo in zwei durch den Strahlenteiler voneinander unterschiedene

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- ίο -

Strahlen eine ßangdifferenz eln₅ die „je nach dem betrachteten Querschnitt verschieden groß, im übrigen proportional dem Abstand des betreffendenQuerschnittes von einer Stirnfläche des Slot303 ist» Wenn man also nacheinander die Querschnitte eine» erfindungsgemäßen Interferometers auswertet, bo erhält man ein Resultat ₉ das demjenigen äimlieh ist» dae von einem Miahelsonaehen Spektrometer geliefsrt wird» von dessen Spiegel» eines? parallel zu sich selbst verschoben worden ist.

Während jedoch beim Miehelsonschen Interferometer mit verschiebbarem Spiegel die Verschiebung von der Größenordnung äes z« erhaltendes Gangunterschiedes ( der Hälfte dieses Gangunterschiedes, wenn Vakuum als das zwischen Stranlenspaltvorrichtung and Spiegel bestehende Medium gewählt worden ist) sein muß, was zur Ausführung dieser Bewegung sehr kleiner Amplitude eine außerordentlich, große Genauigkeit erfordert, kann dasselbe Resultat mit dem erfindungsgemäßen Interferometer durch eine Verlagerung von der gleichen Größe wie die Amplitude der genannten Bewegung »wischen den beiden einander gegenüberliegenden Kanten 19 und 24- der reflektierenden lläche 18 erhalten werden_? wenn man von einer Betriebsbedingung, wo die Fläche mit der großen Höhe das Ergebnis entscheidend beeinflußt, zn einer Betriebsbedingung übergeht, wo dies für die Fläche geringer Höhe zutrifft, wobei der Abstand zwischen den beiden Flächen ohne weiteres ziemlich groß sein kann^

Ein erfindungsgemäßes Spektrometer weist ein Interferometer 9 auf, das durch Verkitten zweier Klötze 10 und 11 miteinander gebildet wird_r wie sie oben erläutert wurden, fexner Elemente, mit denen ain au analysierend«a Strahlenbündel nacheinander durch die verschiedenen Querschnitte des Interferometer geführt werden kann, wobei

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aas austretende Strahlenbündel auf einen Empfänger konzentriert wird_s dessen Signal in einem Rechner verarbeitet wird.

Die zu analysierende Strahlung ist in einem Bündel f enthalten_? das aur Pläche 16 senkrecht steht und dessen durch den Strahlenteiler 14 -15 hindurchgehender Teil nach dem Siegel 13 hin und dessen hiervon reflektierter Teil nach der verspiegelten Fläche 18 hin konvergiert. Dieses Strahlenbündel vird z.B. von einem astronomischen Reflektor oder Teleskop geliefert, das auf einen Stern gerichtet ist. Das Interferometer 9 wird in einer ssur Richtung der Kanten der Prismenklötze parallelen Trans- J lationsbewegung um eine Amplitude verschoben, die groB genug ist» um das Strahlenbündel die Fläche 16 von einem bis zu andern Ende abtasten zu lassen. Die aus der Fläche 12 austretende Strahlung wird durch ein Bauelement 40 auf einen Empfänger 41 fokussiert, im Pail einer infraroten Strahlung z.B. auf ein Bolometer, dessen Ausgangssignal in einem Rechner ausgewertet wird. Das Bauelement 40 und der Empfänger sind ortsfest, doh„ sie nehmen nicht an der TranslatioBSbewegung des Interferometers teil.

Ist 1 die Länge eines Translationsweges, so ergibt sich der Gangunterschied d, der durch das erfindunge- { gemäße Interferometer, dessen reflektierende Fläche in einem Winkel a g«neigt ist - wobei der Winkel a klein ist - , in die Strahlen eingeführt wird, für die genannte Translation durch den Ausdruckt

d sr 2n 1 a,
wobei η der Brechungsindex des die Klötze bildenden

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Materials ist.

Wenn L äLe Länge der beiden Klötze ist, aus denen sich das Interferometer 9 zusammensetzt, so bringt eine Translation um die Gesamtlänge des Klotzes eine Gangdifferenz D in das System hinein* die gleich 2n Ia ist»

Zur spektrometrischea Analyse einer Strahlung im infra« roten Gebiet (Wellenlänge ca. zwischen den Werten 1 und 50 - tOOja ) wurde ein Interferometer entwickelt, das die folgenden Eigenschaften besitzts

Länge der Klötze	80 mm
Höhe an der kleinen Sirafläche	18 mm
Breite	18 mm
Neigungswinkel (a) der schrägen
Spiegelfläche	10» Sechzigstel
Material der Prismen	dichtes
	Flintglas
B?echungs index	1,609
Gewicht es.	100 g

Dieses Gerät, ermöglicht bei einer Verschiebung über seine ganze Länge einen Gangunterachled in der Größenordnung derjenigen eines Michelsonsehen Interferometers, dessen beweglicher Spiegel, wie gewöhnlich, parallel zu sich selbst um eine Strecke in der Größenordnung von Zehntelmillimetern verschoben wird. Während bei dem bekannten Interferometer sich die Genauigkeit der Bewegung in der Größenordnung von Zehntelmikron bewegen muß, liegt die Verschiebungsgenauigkeit, mit der man gleichwertige Ergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Interferometer erhalten kann, in der Größenordnung von 0,1 was eich leicht ausführen läßt.

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Das Auflösungsvermögen eines Spektrometer mit dem erfindungsgemäßen Interferometer ist der Größe der Verschiebung, d.h. auch der Länge der zu dem Gerät gehörigen Klötze, proportional. Im Infrarotgebiet läßt sich ein Auflösungsvermögen in der Größenordnung von 100 ohne Schwierigkeit erzielen.

Die Ausdehnung des Strahlenbündels im Sinne geometrischer Optik, die für das erfindungsgemSße Interferometer noch zulässig ist, übertrifft diejenige der astronomiechen Teleskope heutiger Qualität. Man kann daher vorteilhaft dieses Interferometer mit einem solchen Teleskop verbinden und aus den Eigenschaften des letzteren Vorteil ziehen.

Die für das Gerät noch zulässige, ziemlich große Ausdehnung des Strahlenbündels ermöglicht*rotζ der Verschiebungen im Einstellmechaniamus des Teleskops, wie sie gelegentlich vorkommen können, eine zufriedenstellende spektrometrisehe Analyse, und das aus Interferometer und Teleskop bestehende Gesamtgerät kann zur spektrometrischen Analyse einer Sternstrahlung in eine Kapsel eines Luft- oder Raumfahrzeuges eingesetzt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Pig. 12 - H ist der Strahlenteiler durch eine halbreflektierende dünne Platte gebildet, wie sie gewöhnlich bei einem Micheleonschen Interferometer klassischer Ausführung zur Anwe ldung kommt. Spiegel 2 und 3 sind ähnlich wie beim Mi^helsonschen Interferometer auf ihrer mit einen Gas oder mit. Vakuum in Berührung stehenden Fläche reflektierend gemacht,

Der Spiegel 2 bildet mit der das Licht teilenden dünnen Platte 1 einen Winkel von 45°■> Der Spiegel 3 ißt, statt durch die Schnittlinie der Platte 1 mit dem Spiegel 2 hindurchzugehen» gegen eine durch diese Schnittlinie verlaufende Ebene geneigt, die sum Spiegel 2 senkrecht

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stellt und diejenige des zweiten Spiegels das klassischen Miohelsonschen Interferometers sein würde...

Die durch die Spiegel 2,3 und den Strahlenteiler gebildete Anordnung wird in einer gleichförmigen, parallel zu der Schnittlinie erfolgenden Verschiebung^bewegung derart verschoben, daB der Lichtstrom nacheinander durch die Querschnitte des Interferometers verläuft, die zwischen P und P· (Pig« 13) liegen, wobei P, P^? die Ebenen der Endquerschnitte sind. Das austretende Strahlenbündel wird durch das Bauelement 40 auf den Empfänger (Photozelle) 41 oder ein ähnliches Element fokussiert, das ein Signal der gleichen Art wie das mit einem Michelsonschen Interferometer erhaltene liefert, bei dem der zum Spiegel 2 senkrechte Spiegel parallel au sich selbst verschoben wird«

Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 und 16 ist in der Ebene, wo das Bauelement 40 das Bild derjenigen Zonen liefert, in denen die Interferenzstreifen auftreten* keinen Empfänger, sondern ein*lichtempfindliche Fläche 42 angebracht, deren Länge mindestens gleich derjenigen des Interferometers 9 ist und die sich mit diesem verschiebt. Man erhält ao eine phcfccgraphiacbe Aufzeichnung des Fouriersehen Umwandlungsausdruckes für den Lichtstrosu Die lichtempfindliche Fläche wird nach phcfcqgraphis eher Behandlung mit einem Mikrosensitomater analysiert, worauf die von dem Mikrosensltometer gelieferten Registrierkurven oder Werte der Schwärzung erforderlichenfalls durch numerische oder analoge Rechnung nachgeprüft werden.

ErfindungsgemäS ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der das Interferometer feststeht und das au analysierende Strahlenbündel die Eintrittefläohe abtastet. Das Bauele-

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ment 40 und der Empfänger 41 (oder die lichtempfindliche Fläche) nehmen dann an der Abtastbewegung teil«

Erfindungsgemäß kann auch der Querschnitt_r bei dem die Wege der durch den Strahlenteiler getrennten Teilstrahlen einander gleich sind, kein Endquerechnitt, wie Is vorstehenden beschrieben, sondern ein zwischen den Endflächen liegender Querschnitt sein»

Bei der Ausführungsforia nach Flg. 17 - 22, die in einem spektrometer Anwendung finden kann, weist das erfindungegemäße Interferometer ähnlich Pig. 1-11 einen ersten prismatischen Klotz 10 alt einem Querschnitt, ixt.Form eines | rechtwinkligen Sreleckes und einen zweiten prismatischen Klotz 11 auf, der an seinem einen Ende eine Stirnfläche 33 besitst, deren Kante 19 einen Abstand von der gegenüberliegenden Ecke 21 hat, der dem Abstand «wischen der Kante 22 der Fläche 23 von einer gegenüberliegenden Ecke 43 gleich ist, während am anderen Ende die Kante 24 einen Abstand von einer gegenüberliegenden Ecke 44 hat, der größer als der Abstand der Kante 32 von einer gegenüberliegenden Ecke 45 einer Fläche 46 des Klotses 10 ist, wo* durch, die von den Kanten 19 ttnd 24 begrenzte Fläche 18 gegenüber der Fläche 12 des ersten Klotses geneigt ist» wenn die Klötze 10 und 11 an ihren Hypotenusenflächen miteinander verkittet sind.

Auf den Klotz 10 1st an seiner nicht reflektierenden Fläche 13 eine dünne Platte 60 Bit parallelen Flächen mit einer Stirnfläche 61 gekittet; dabei ist eine der Fläche 61 gegenüberliegende Fläche 62 dieser dünnen Platte reflektierend. Die Höhe der Fläche 61 1st derjenigen der Fläche 13 und die Länge der Platte 60 derjenigen des Klotjses 10 gleich. Die dünne Platte 60 besteht aus durchsichtigem Material von einem Brechungsin-

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des η*t der von dem Brechungsindex η des dan KIgta 10 bildenen Materials verschieden ist.

An dem Klotz 11 ist auf seiner nicht reflektierenden ]?läe&3 18 eine prismatiache dünne Platte 66 mit einer fläche 65 aufgekittet, während eine Fläche TO die Fläche 27 und ©ine Fläche 71 die Fläche 16 fortsetzen? diese Platte 66 ₉ die aus dem gleichen Material wie die Platte 60 besteht, besitzt eine vordere Stirnfläche 67* die die Fläch© 33 fortsetzt und deren Höhe js gleich des? Stärke der Platte 60 ist? eine Stirnfläche 68 an dem anderen Ende hat ein© solche Höhe js-j , daß eine reflektierende Außenfläche 69 der prismatischen Platte 66 ein von dem Interferometer durch den Strahlenteiler hindurch geliefertes Bild seigt, das über der Stirnfläche 62 lisgt. Das naoh dieser Au*?- führungsform gebaute Interferometer genügt also der Bedingung, die von P. Bouchareine und Ρ« GonneB in J₄ Phys« Sad. 24, 134 (1963) aufgestellt ist.

Wenn das Material der Prismeaetäbe einen Brechungsindex η und das Material der dünnen Platts einen Brechungsindex ι*' haben und der Ganguntersohied zwischen den beiden Bndquerachnitten den Wert D besitzt, so gestattet dies, die Länge h der Kante 31» d.h.* die Höhendifferens der Endquerschnitte der beiden miteinander verkittetenKLb'tse,» and den Unterschied k der Stärke der keilförmigen Platte 69 zwischen ihren beiden Enden 67 and 68 au bestimmen* und awar die beiden folgenden Gleichungen*

nh + n'k » |

n'h + nk » 0»
Wenn η « 1,609,

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η' = 1,507

D = 0,16 mm sind,

dann ergeben sieh die folgenden Wertes h - ι- 0,460 mm
k = ~ 0,380 mm.

Das Interferometer bleibt bei dieser Ausführungsform wirksam, wie groß auch immer der Öffnungswinkel des einfallenden Strahlenbündels sein mag; dieses kann da- i| her stark konvergieren. Man kann deshalb mit diesem Interferometer, wenn es mit einem Teleskop oder einem astronomischen Reflektor zusammenwirkt, die vom Teleskop konzentrierte Strahlungsenergie voll ausnutzen»

Ist das Interferometer mit einem Teleskop von 120 cm Durchmesser verbunden, dessen Liehtstrom bei dem untersuchten Wellenband in der Größenordnung von 2,5' 10 " W liegt, so kann man damit noch eine so kleine Elementarenergie wie 7,5 ° 10 ^W wahrnehmen»

Außerdem verfälschen die Änderungen des Einfallswinkels des einfallenden Strahlenbündels die spektroskopische '

Analyse nicht, so daß ein mit einem Interferometer dieser Ausfuhrungsform ausgestattetes Spektrometer trotz der Änderungen der Einstellung, die bei Unterbringung des Gerätes In einer Flugzeug- oder Eaumfahrzeugkapsel vorkommen können, weiter gut funktioniert.

erflndungsgeraäBse Bei der Ausführungsform nach Pig. 23 - 25 weiat das/interferometer wie bei der unter Bezugnahme auf die Pig. 1-8 beschrieben«Aueführungshorn» einen ersten prismatischen KlotE 10 und einen zweiten prismatischen Klote 11 auf, deren Flächen 15 und 18 jedoch nichtrefektierend sind.

BAD ORiGINAU QQS817/1686

Die dünne, mit dem Klotz 10 verkittete Platte 80 wird hier durch eine Luftschicht gebildet, die durch zwei Stäbchen 81 und 82 abgeteilt wird, die zwischen die Fläche 13 und eine Fläche 83 des Glasplättchena 84 eingesetzt werden. Die Fläche 83 ist reflektierend» Die Stäbchen 81 und 82 sind parallelepipedische Stäbchen, die auf ihrer gesamten Länge die gleiche Stärke aufweisen* Die Schicht 80 ist also eine Schicht mit parallelen Flächen*

Mit dem Klotz 11 ist eine dünne Platte 90 verbunden, die eine dünne Luftschicht darstellt, deren Stärke, ähnlich wie die Platte 66 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, von der vorderen Stirnfläche 33 bis zur hinteren Stirnfläche abnimmt. Die Schicht 90 wird durch prismatische Stäbchen oder Keile 91 und 92 erzeugt. Jedes Stäbchen , z.B. das Stäbchen 91, besitzt eine vordere Stirnfläche 93 von größerer Höhe als eine hintere Stirnfläche 94, und der Höhenunterechied wird so gewählt, daß ein durch den Strahlenteiler hindurch gesehenes Bild einer reflektierenden Fläche 97 über der Fläche 83 liegt» Eine untere Fläche 95 und eine obere Fläche 96 sind eben. Auf der letzteren liegt mit ihrer ( in der Abbildung mit 97 bezeichneten) unteren Fläche eine dünne Glasplatte auf, und die Fläche 97 wird reflektierend gemacht. Diese Ausführungsform entspricht tatsächlich einem Sonderfall der in ?ig. 17 - 22 dargestellten Ausfuhrungsform, bei den* dae den Brechungsindex n* besitzende Material Luft und n¹ = 1 ist.

Die vorstehend beschriebenen Interferometer, namentlich das in Fig. 1 - 8 gezeigte, können zur Bildung von Interferenzstreifen verwendet werden.

Läßt man auf die gesamte Eintrittefläche 12 des fest

BAD ORfGINAt 005817/168$

angeordneten Interferometers ein Bündel paralleler Strahlen monochromatischen Lichts fallen, so können in dem austretenden Strahlenbündel, z.B. mit Hilfe einer parallel zur Austrittefläche angeordneten lichtempfindlichen Fläche, gleiche Abstände aufweisende, geradlinige Interferenzstreifen sichtbar gemacht werden.

Der Interferenzstreifen 1 für die Wellenlänge X wird dann durch die Formel wiedergegebent

Bei der Ausführungsform nach Fig. 26 weist das erfin- f dungsgemäQe Interferometer zwei pyramidenstiimpfförmige Klötze 100 und 101 aus dem gleichen durchsichtigen Material auf, deren Querschnitte auf der ganzen Länge des Klotzes ein rechtwinkliges, gleichschenkliges Dreieck darstellen und die mit ihren Hypotenusenflächen aufeinander aufgekittet sind. Diese werden so behandelt, daß sie einen Strahlenteiler bilden. Ein solches Interferometer kann als Michelsonsches Interferometer verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche ( Wörtliche Übersetzung)

IK Spektrometrieoh.es Gerät, bei dem ein Interferometer die Strahlungsenergien verschiedener Wellenlänge, die in einem einfallenden Liehtetrom enthalten sind, in Frequenzen codiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer in seinen verschiedenen, untereinander parallelen Querschnitten verschiedene Gangdifferenzen in das System hineinbringt und daß das zu analysierende Strahlenbündel in den verschiedenen Querschnitten einer Behandlung unterworfen wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer als Michelsonseheβ Interferometer ausgebaut ist, wobei jedoch die Spiegel und die Strahlenepaltvorrichtung desselben durch die Stirnflächen rechtwinkliger Prismenkietze aus durchsichtigem Material dargestellt sind, die mit ihren Hypotenusenfläohen aufeinandergekittet sind.

3. Gerät nach einem der Ansprüche 1,2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem der prismatischen Klbtae die reflektierende Fläche auf ganzer Länge des Klotzes in gleichmäßigem Abstand von der die Strahlen spaltenden Hypotenusenfläche vorgesehen ist, während bei dem anderen Klotz die reflektierende Fläche einen veränderlichen Abstand von der Strahlenspaltflache hat.

4 β Gerät nach einem der Ansprüche 1 ~ 3, dadurch gekenn-

BADORfGWAL

zeichnet, daß der erste Klotz auf seiner ganzen Länge einen ein rechtwinkliges Dreieck darstellenden Querschnitt besitzt.

5* Gerät nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem zweiten Klotz die Bndstirnfläche ein rechtwinkliges Dreieck und die andere Stirnfläche ein rechtwinkliges Trapez sind,

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, dafi die Länge der kleinen Grundlinie dee Trapezes abhängig ron der maximal zu ersielenden Gangdifferenz gewählt ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden prismatischen Klötze aus de» gleichen durchsichtigen Material bestehen.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer in einer zur Achse des zu analysierenden Strahlenbündele senkrechten Translationsbewegung verschiebbar ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer abgewandelten Ausführungaform de· Interferometers dasselbe fest angeordnet ist und seitens ' des zu analysierenden Strahlenbündels in seiner Längsrichtung überstrichen wird.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferometer mit einem Teleskop verbunden ist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Klotz »n seiner wirksamen, dann nicht reflektierenden Fläche eine dünne platte alt parallelen Flächen verkittet 1st, deren Außenfläche re-

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flektierend ist, und daß mit dem aweiten Klotz an seiner wirksamen, dann nicht reflektierenden Fläche eine keilförmige dünne Platte verkittet ist* deren Neigungswinkel eine solche Größe hat, daß ihre außenliegende_t reflektieren« de Fläche durch die Strahlenspaltvorrichtung hinduroh ein Bild liefert, das über der Außenfläche der parallelen dünnen Platte liegt, wobei die beiden dünnen Platten aus einem Material bestehen» dessen Brechungsindex von demjenigen der Stäbe verschieden ist«

12„ Gerät nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dünnen Platten durch Luftschichten gebildet sind.

13ο Gerät nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß das austretende Strahlenbündel auf den Empfänger, z.B. ein Bolometer, konzentriert ist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 -13, dadurch gekennzeichnet, daß in Abwandlung hiervon das Strahlenbündel auf eine lichtempfindliche Fläche konzentriert let, die die gleiche Länge wie das Gerät besitzt und sich alt ihm verschiebt.

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■ Anspruch 1

(den deutschen Erfordernissen angepaßt)

Interferometer nach Michelson, insbesondere für die Interferenzspektroskopie, mit einer halbdurchlässigen sowie halbreflektierenden Strahlenteilerfläche, die vorzugsweise in einem Winkel von 45° zu einem Einfallsstrahl geneigt ist sowie zwei vorzugsweise rechtwinklig zueinander verlaufende Spiegelflächen, von denen die eine hinter der Strahlenteilerfläche angeordnet ist und senkrecht zu dem durchgelassenen Einfallsstrahl verläuft, während die andere neben der Strahlenteilerfläoh« angeordnet ist und senkrecht zu dem dort abgelenkten bzw· reflektierten Strahl verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der einen Spiegelfläche (18) mit der Einfallsebene der Strahlenteilerfläche (14 - 15) einen von 90° etwas verschiedenen Winkel bildet.

009817/1686 BAD