EP0031027A2

Arrangement for the spectral dispersion of light; device for optical information-transmission using such arrangements; device for storing optical images using such arrangements.

Abstract

For the purpose of the unique spatial splitting of an optical frequency mixture into a multiplicity of very narrow frequency ranges, two dispersive elements (transmission gratings, reflection gratings, interferometers are arranged behind one another in the beam path in such a way that they generate diffraction patterns in two mutually perpendicular directions, and that a very high order of diffraction (eg. N = 100...1,000) is incident in the beam path from the first dispersive element (35) and a lower order of diffraction (eg. M = 1...10) from the second diffraction element (34). The high spectral resolution of this arrangement permits a multiplicity of applications: frequency multiplex data transmission via optical fibres, three- dimensional television, high-speed image recording, real-time spectral apparatus. In optical data transmission via optical fibres, the spatial position of the picture points (plane 32) to be transmitted is frequency-coded using a spectral apparatus (300) of the type mentioned and reconstructed after transmission by the optical fibre by means of a second spectral apparatus (300') in a picture plane (39). <IMAGE>

EP0031027A2, drawing sheet 1
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10 claims: 10 independent, 0 dependent

  1. 1
    Arrangement for spectral decomposition of light, characterized,that a first (11, FIG. 2A) and a second (12) diffraction element (transmission or reflection grating or interferometer) are optically connected in series, the diffraction figures being generated in two mutually perpendicular directions,that the first diffraction element generates a high diffraction order (eg N = 100 ... 1000) falling into the beam path and the second diffraction element generates a low diffraction order (eg M = 1 .. 10). 1. Anordnung zur spektralen Zerlegung von Licht, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes (11, Fig. 2A) und ein zweites (12) Beugungselement (Transmissions- bzw. Reflexionsgitter, bzw. Interferometer) optisch hintereinandergeschaltet sind, wobei die Beugungsfiguren in zwei zueinander senkrechten Richtungen erzeugt werden,daß das erste Beugungselement eine in den Strahlengang fallende hohe Beugungsordnung (z.B. N = 100 ... 1000) erzeugt und das zweite Beugungselement eine in den Strahlengang fallende niedere Beugungsordnung (z.B. M = 1 .. 10) .
  2. 2
    Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Beugungselement und nach dem zweiten Beugungselement abbildende Elemente (z.B. Linsen 10, 13) angeordnet sind. 2nd Arrangement according to claim 1, characterized, that imaging elements (for example lenses 10, 13) are arranged in front of the first diffraction element and after the second diffraction element.
  3. 3
    Einrichtung zur optischen Nachrichtenübertragung durch Lichtleiterfasern, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen übertragungsweg vor dem Eintritt (37) in die Lichtleiterfaser (38) und nach dem Austritt (37') aus der Lichtleiterfaser Anordnungen zur spektralen Zerlegung (300, 300') nach Anspruch 1 oder 2 angeordnet sind. 3rd Device for optical message transmission through optical fibers, characterized, that arrangements for spectral separation (300, 300 ') according to claim 1 or 2 are arranged in the optical transmission path before the entry (37) into the optical fiber (38) and after the exit (37') from the optical fiber.
  4. 4
    Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Zerlegungsanordnung zwischen dem mit weißem Licht beleuchteten Objekt (32) und dem Eintritt (37) der optischen Lichtleiterfaser bzw. zwischen dem Austritt (37') der Lichtleiterfaser und dem Ort der Bildentstehung (39) angeordnet ist. 4th Device according to claim 3, characterized, that the spectral separation arrangement is arranged between the object (32) illuminated with white light and the inlet (37) of the optical fiber or between the outlet (37 ') of the optical fiber and the location of the image formation (39).
  5. 5
    Device according to claim 3, characterized,that the spectral decomposition device (300) is arranged between the white light source (30) and the object (32),and that the spectrally decomposed light emanating from the object is imaged on the entrance (37) of the optical fiber. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrale Zerlegungseinrichtung (300) zwischen der weißen Lichtquelle (30) und dem Objekt (32) angeordnet ist,und daß das vom Objekt ausgehende spektral zerlegte Licht auf den Eintritt (37) der optischen Lichtleiterfaser abgebildet wird.
  6. 6
    Device according to one of claims 3 to 5, characterized, that for transmitting different angles of view of an object (400, Fig. 4) this is projected onto the spectral splitting arrangement (405) via an imaging mirror (402) and a first oscillating mirror (403) which can be rotated about two axes, and that at the output of the optical fiber (406) a further identical spectral splitting arrangement with a downstream second oscillating mirror is provided which is operated in synchronism with the first oscillating mirror in order to generate a spatial image. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Übertragen verschiedener Blickwinkel eines Gegenstandes (400, Fig. 4) dieser über einen abbildenden Spiegel (402) und einen um zwei Achsen drehbaren ersten Schwingspiegel (403) auf die spektrale Zerlegungsanordnung (405) projiziert wird, und daß am Ausgang der Lichtleiterfaser (406) eine weitere identische spektrale Zerlegungsanordnung mit nachgeschaltetem zweiten Schwingspiegel vorgesehen ist, der zur Erzeugung eines räumlichen Bildes mit dem ersten Schwingspiegel synchron betrieben wird.
  7. 7
    Optical frequency analyzer, characterized, that the light to be examined (source 600;FIG. 6) is imaged via a spectral separation arrangement (604, 605) according to claim 1 or 2 onto a photosensitive surface (606) scanned according to the raster principle. 7. Optischer Frequenzanalysator, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Licht (Quelle 600;Fig. 6) über eine spektrale Zerlegungsanordnung (604, 605) nach Anspruch 1 oder 2 auf eine nach dem Rasterprinzip abgetastete photoempfindliche Fläche (606) abgebildet wird.
  8. 8
    Optischer Frequenzanalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung des Rasterstrahls für die photoempfindliche Fläche proportional zur Wellenzahl erfolgt. 8th. Optical frequency analyzer according to claim 7, characterized, that the deflection of the raster beam for the photosensitive surface is proportional to the wavenumber.
  9. 9
    Device for fast storage of optical images of two- or three-dimensional objects, characterized,that the object (702;FIG. 7) is illuminated with white light (source 700),that the light emanating from the object passes through a spectral decomposition arrangement according to claim 1 or 2 and is linearly spread by a downstream grating (710) in order to be registered on a continuously moving photosensitive layer (711). 9. Einrichtung zur schnellen Speicherung optischer Bilder zwei- oder dreidimensionaler Objekte, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (702;Fig. 7) mit weißem Licht (Quelle 700) beleuchtet wird,daß das vom Objekt ausgehende Licht eine spektrale Zerlegungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 durchläuft und von einem nachgeschalteten Gitter (710) linear gespreizt wird, um auf einer sich kontinuierlich bewegenden photoempfindlichen Schicht (711) registriert zu werden.
  10. 10
    Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der photoempfindlichen Schicht (808;Fig. 8) mit Hilfe eines Referenzstrahls, der am zur Aufspreizung 'verwendeten Gitter (807) spektral zerlegt wird, ein Volumenhologramm erzeugt wird. 10th Device according to claim 9, characterized, that a volume hologram is generated on the photosensitive layer (808;FIG. 8) with the aid of a reference beam which is spectrally split on the grating (807) used for spreading.