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August KAROLUS, Verfahren zur traegheitsfreien Steuerung der Helligkeit eines Lichtstrahlenbuendels mit Hilfe des Kerreffektes, insbesondere fuer Fernbilduebertragung, 

Brevet allemand DE771 720C

Application : 21 juin 1924
Publication : 18 février 1929
 

 

  • Reproduit d'après Google Patent, qui ne fournit pas le texte complet, ni les figures

  • Le brevet français équivalent est Procédé et dispositif pour la commande, sans inertie, de la lumière FR599090A ontenu le 4 avril 1926. Le texte n'est disponible ni dans Espacenet ni dans la base INPI. Espcanet donne cependant les schémas.

  • Verfahren zur trägheitsfreien Steuerung der Helligkeit eines Lichtstrahlenbündels mit Hilfe des Keaeffektes, insbesondere für Fernbildübertragung Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren und eine Einrichtung zur trägheitsfreien Steuerung der Helligkeit eines Lichtstrahlenbündels mit Hilfe des Kerreffektes, insbesondere für die Zwecke der elektrischen Fernbildübertragung und des Fernsehens; d. h. es soll bei dem Verfahren das bekannte Phänomen der elektrischen Doppelbrechung, wie man die Zerlegung polarisierten Lichtes in zwei Komponenten verschiedener Fortpflanzungsgeschwindigkeit in starken elektrischen Feldern zu nennen pflegt, ausgenutzt werden. Es ist zwar im Handbuch der Phototelegraphie von Korn-Glatzel  (S. 444 ff.), die Verwendung der Kerrzelle zur Steuerung von Helligkeitswerten für bildtelegraphische Zwecke bereits erwähnt, es wird aber dort die praktische Anwendbarkeit der Kerrzelle bestritten mit dem Hinweis darauf, daß die für diese Zelle benötigten hohen Spannungen sich nicht über Fernleitungen übertragen lassen bzw. daß, wenn man erst am Empfänger jene hohen Spannungen erzeugen wollte, die Transformation der schwachen Empfangsströme auf so beträchtliche Spannungswerte unmöglich sein würde. Der Vorschlag, den die erwähnte Literatur bespricht, wurde von Sutton im Jahre 18 9o gemacht, ohne daß es bis jetzt gelungen wäre, darauf eine praktisch brauchbare Bildtelegraphie zu begründen. .

  • [0002]

    Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Kerrzelle dadurch zu einem hervorragenden Lichtsteuerorgan für Bildtelegraphie und verwandte Zwecke zu machen, indem man sie in Verbindung mit einem wattlos steuerbaren und trägheitslosen Verstärker (Elektronenröhre) benutzt und durch Verwendung geeigneter Medien im Kerrkondensator dafür sorgt, daß die dielektrischen Verluste, d. h. die Wattleistung, die der Verstärker in der Kerrzelle aufzubringen hat, praktisch verschwindend klein werden.

  • [0003]

    Demgemäß besteht das Wesen der vorliegenden Erfindung darin, daß die Empfangsströme oder Steuerströme durch möglichst wattlos und trägheitslos zu steuernde Verstärker auf genügend hohe Spannungswerte gebracht und diese den Elektroden einer elektrostatisch und trägheitslos auf ,die Helligkeit des hindurchtretenden polarisierten Lichtes einwirkenden Kondensatoranordnung zur Hervorrufung des Kerreffektes zugeführt werden, deren lichtdurchlässiges Dielektrikum hochisolierend und möglichst frei von dielektrischen.Verlusten ist.

  • [0004]

    Um die Isolationsfestigkeit des Dielektrikums zu erhöhen, wird dasselbe zuvor chemisch gereinigt, insbesondere von Feuchtigkeit und nitrosen Bestandteilen befreit. Die Vorbehandlung des Mediums kann aber auch im Kondensator auf elektrochemischem Wege durch längeres oder kürzeres, gegebenenfalls im Betrieb dauernd aufrechterhaltenes Anlegen einer Gleichstromvorspannung an die Kerrzelle erfolgen, welcher Gleichstromvorspannung .die Steuerwechselspannung ' überlagert wird. Die überlagerte Wechselspannungsamplitude und die Gleichstromvorspannung können ferner so geregelt werden, daß zwecks Steigerung der Empfindlichkeit der Steuerung nur ein kurzwelliger Teilbereich des durch die Zelle hindurchtretenden spektralen Lichtgemisches ausgelöscht wird, und zwar bei Benutzung von auf Licht selektiv reagierenden Einrichtungen. Die Kerrzelle kann außerdem gleichzeitig von mehreren Frequenzen gesteuert werden, die sämtlich zugleich auf die Lichtintensität einwirken, oder sie kann durch niederfrequent modulierte Hochfrequenz gesteuert werden. Diese verschiedenen Frequenzen treten z. B. dann auf, wenn man die Bildzeichen als Modulation einer genügend hohen Trägerfrequenz auf die Zelle wirken läßt oder wenn man bei lichttelephonischer Übertragung mit mehreren Trägerfrequenzen arbeitet, welche in besonderen abgestimmten Kreisen wieder voneinander getrennt werden.

  • [0005]

    Der Hochfrequenzverstärker kann außerdem auch bei dem Empfänger zur Anwendung kommen.

  • [0006]

    Der Vorgang der Lichtsteuerung ergibt sich aus Nachstehendem: Vor dein Eintritt in die Kerrzelle wird das Licht durch eine geeignete Vorrichtung, z. B. ein Nicolsches Prisma, polarisiert, nach dein Durchgang passiert es den Analysator. Das an die Platten der Zelle gelegte elektrische Feld bestimmt dann durch seine Stärke und Ausdehnung den Phasenunterschied der beiden Komponenten der Doppelbrechung und steuert dadurch die nach der Interferenz derselben resultierende Lichtstärke quantitativ zwischen Null und Höchstwert. Es gelingt auf diese Weise mit äußerst kleinen elektrischen Leistungen außerordentlich hohe Lichtmengen auszusteuern, und Versuche haben ergeben, daß dies bis zu Frequenzen oberhalb io Millionen Hertz ohne merkliche Trägheit erfolgt.

  • [0007]

    Die Kerrzelle .ist daher in der beschriebenen Form und unter den hier angegebenen Arbeitsbedingungen ganz allgemein für die Aufzeichnung periodischer Stromvorgänge bzw. -spannengen bis zu den höchsten Wechselzahlen hinauf vorteilhaft brauchbar.

  • [0008]

    Da gemäß der Erfindung mit solchen durchsichtigen flüssigen, kolloidalen oder emulgierten Mitteln gearbeitet wird, welche infolge ihrer geringen dielektrischen Verluste die Spannungsquelle praktisch nicht belasten, so kann die Spannung für die Elektroden der Zelle unschwer durch Transformation der von dem Mikrophon oder sonstigen Aufnahmeorgan oder Empfangsorgan hervorgebrachten, gegebenenfalls genügend vorverstärktenSpannungsschwankungen erhalten werden. Bei ge= wissen Flüssigkeiten, z. B. Nitrobenzol oder Abkömmlingen, kommt man unter den nachstehend bezeichneten Bedingungen in Zellen mit kleinem Plattenabstande mit etwa oooVolt oder weniger Spannungsunterschied aus. Solche Größenordnungen werden durch die heute vorhandenen Verstärkermittel in Verbindung mit Transformation bzw. in reiner Spannungsverstärkungsschaltung leicht beherrscht, selbst bei sehr geringen Anfangsamplituden, und die dafür verwendeten Mittel können genügend verlustfrei gehalten werden; auch wirken die in Frage kommenden Übersetzungsverhältnisse der gegebenenfalls verwendeten Transformatorenwindungen in elektrischer Hinsicht noch nicht nachteilig. Hierin liegt ein wesentlicher, durch die Erfindung bedingter Fortschritt, da man vor dieser zur Hervorrufung des Kerreffektes Spannungen von einer Größenordnung für erforderlich hielt, mit denen man in der Technik nicht arbeiten kann.

  • [0009]

    Weiter gehört folgendes zum Wesen der Erfindung: Es hat sich gezeigt, daß man bei den benutzten Medien, z. B. bei Nitrobenzol, durch Anlegen einer Gleichspannung an die Zelle für kürzere oder längere Dauer die Isolierfestigkeit erhöhen und so die Zelle verbessern kann. Wahrscheinlich ist dies einer elektrochemischen Wirkung zuzuschreiben, die leitende Bestandteile, etwa Feuchtigkeit oder Säurespuren, an den Elektroden ausscheidet. Selbstverständlich wird man besonders reine Substanzen anwenden und zu diesem Zweck das Ausgangsmaterial entsprechend chemisch vorbehandeln (Destillation, Trocknung usw.). Vorteilhaft arbeitet man mit einer dauernd an die Zelle gelegten Gleichstromvorspannung, wodurch, abgesehen von den im folgenden behandelten. elektrischen und optischen Wirkungen, eine ausreichende Konstanz der Zelle in bezug auf die elektrische Beschaffenheit des Mediums gewährleistet ist. Ist auf die vorbeschriebene Weise die Isolierfestigkeit der Zelle erhöht und dadurch ebenfalls die Durchschlagspannung heraufgesetzt, so ist es leicht, mit dem Elektrodenabstand der Zelle auf so kleine Werte herunterzugehen, daß die notwendigen hohen Feldstärken, welche zur Hervorbringung des Kerreffektes in dem Medium erforderlich sind, bereits mit mäßigen Spapnungen erzielt werden.

  • [0010]

    Durch Anwendung geeigneter Gefäßmaterialien und Zellenfüllungen ist es gemäß der Erfindung auch möglich, nicht sichtbares, z. B. ultraviolettes Licht quantitativ zu steuern. Bei jeder Art von Licht muß natürlich die Gesamtabsorption auf dem Wege durch die Zelle gering, d. h. die Füllung gut Kerrzelle werden groß, und zwar um so größer, je höher ihr Isoliervermögen und die Spannung von 6 ist.

  • [0011]

    Die bisher beschriebenen Verstärkungsschaltungen arbeiten rein niederfrequent, d. h. die Lichtänderungen erfolgen mittels der Kerrzelle nur in der Frequenz des Mikrophonstromkreises. Für gewisse Zwecke, z. B. für die nach der Erfindung leicht auch auf größere Entfernungen durchführbare Lichttelephonie, für Bildtelegraphieempfang u. a. ist es jedoch im Interesse der Geheimhaltung und zwecks Erreichung einer höhen Selektivität der Empfangsschaltung vorteilhaft, die Kerrzelle mittels niederfrequent modulierter Hochfrequenz zu steuern. Dadurch wird auf der Empfängerseite die mit den bekannten Vorzügen verbundene Hochfrequenzverstärkung möglich gemacht, indem beispielsweise im Falle der Lichttelephonie die ankommenden Lichtimpulse, in welche senderseitig die Kerrzelle den Mikrophonstrom umgeformt hat, auf eine Photozelle wirken, die an einen Hochfrequenzverstärker angeschlossen ist, von dem aus es dann zwecks Hörbarmachung der Niederfrequenz zum Detektor oder Audion geht. Für eine derartige Lichttelephonie mittels hochfrequenter Trägerwelle oder andere Zwecke erzeugt man mit Hilfe eines Hochfrequenzgenerators, vorteilhaft mittels eines :eigen- oder fremderregten Röhrensenders, die Trägerschwingungen, wobei der Kondensatorkreis der Kerrzelle mit dem Arbeitskreis des Generators gekoppelt ist oder wobei die Kerrzelle einen Teil bzw. die gesamte Kapazität des Schwingungskreises bildet, und moduliert mit der Niederfrequenz in einer .der zahlreichen bekannten Schaltungen. In Abb. q. ist als Ausführungsbeispiel ein Röhrensender in Rückkopplungsschaltung dargestellt. 15 bedeutet den abstimmbaren Schwingungskreis, mit dem die Kerrzelle durch die Spule 14. genügend lose gekoppelt ist. Die Besprechung des Gitters g der Schwingröhre 5 erfolgt über den Transformator io, dessen Sekundärwicklung für den Durchlaß der Hochfrequenz durch den Kondensator 16 überbrückt ist. 17 ist der übliche Blockkondensator, 18 und 181 sind die Hochfrequenzsperrdrosseln im Kreise der Anodenstrornquelle. Bei dieser Anordnung ist, wie ohne weiteres ersichtlich, die Kerrzelle durch eine niederfrequent modulierte Hochfrequenz gesteuert.

  • [0012]

    PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur trägheitsfreien Steuerung der Helligkeit eines Lichtstrahlenbündels mit Hilfe des Kerreffektes, insbesondere für die Zwecke der elektrischen Fernbildübertragung und des Fernsehens, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsströme oder Steuerströme durch möglichst wattlos und trägheitslos zu steuernde Verstärker (Elektronenröhren) auf genügend hohe Spannungswerte gebracht und diese den Elektroden einer elektrostatisch und trägheitslos auf die Helligkeit des hindurchtretenden polarisierten Lichtes einwirkenden Kondensatoranordnung zur Hervorrufung desKerreffektes zugeführt werden, deren lichtdurchlässiges Dielektrikum hochisolierend und möglichst frei von dielektrischenVerlusten ist, wie z. B. reines Nitrobenzol.

  • [0013]

    2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerrzelle mit einer Gleichstromvorspannung arbeitet, der die Steuerwechselspannung überlagert wird.

  • [0014]

    3. Verfahren nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Kerrzelle verwendete Medium zuvor chemisch gereinigt, insbesondere vori Feuchtigkeit und nitrosen Bestandteilen befreit wird, um seine Isolationsfestigkeit zu erhöhen.

  • [0015]

    _q.. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch.gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung des Mediums im Kondensator auf elektrochemischem Wege durch längeres oder kürzeres, zweckmäßig im Betrieb dauernd aufrechterhaltenes Anlegen von Gleichstromvorspannung an die Kerrzelle erfolgt.

  • [0016]

    5. Verfahren nach Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß die Kerrzelle gleichzeitig von mehreren Frequenzen gesteuert wird, die sämtlich zugleich auf die Lichtintensität einwirken.

  • [0017]

    6. Verfahren nach Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerrzelle durch niederfrequent modulierte Hochfrequenz gesteuert wird.

  • [0018]

    7. Verfahren nach Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß .der Kondensator der Kerrzelle zusammen- mit einer Spule einen Schwingungskreis bildet, der mit dem Arbeitskreis eines Hochfrequenzgenerators gekoppelt ist.

  • [0019]

    B. Verfahren nach Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerte Wechselspannungsamplitude und die Gleichstromvorspannung so geregelt werden, daß zwecks Steigerung der Empfindlichkeit der Steuerung nur ein kurzwelliger Teilbereich des durch die Zelle hindurchtretenden spektralen Lichtgemisches ausgelöscht wird bei Benutzung von auf Licht selektiv reagierenden Einrichtungen.

  • [0020]

    g. Verfahren nach Ansprüchen i und 6; lichtdurchlässig sein, da ebenso wie durch die dielektrischen Verluste des Kondensators auch durch die Absorption eine Temperaturerhöhung eintritt, welche die Größe des Kerreffektes ändert und den geregelten Strahlengang infolge Schlierenbildung stören kann.

  • [0021]

    Die weiteren Vorteile der vorstehend .erwähnten Gleichstromvorspannung bestehen in der Vermeidung der Frequenzverdoppelung und in der Erhöhung der Steuerschärfe. Arbeitet man um den Nullwert der Spannung am Kerrkondensator herum, so .erhält man offenbar ein Maximum und ein Minimum der Helligkeit zweimal während einer Periode des Steuerwechselstromes. Legt man dagegen eine genügende Gleichstromspannung an die Platten und überlagert ihr die Steuerwechselspannung, so behält das Feld seine Richtung bei, und es stimmen Steuerfrequenz und Frequenz der Lichtschwankungen überein. Man erreicht auf diese Weise außerdem, daß sehr kleine Steuerwechselspannungen wirksam werden, wobei zu bedenken ist, daß der Effekt dem Quadrat der Feldstärke proportional ist. Dabei läßt sich die Steuerwirkung folgendermaßen noch beträchtlich steigern. Man arbeitet unter passend gewählten Verhältnissen mit einer Vorspannung an der Zelle, die nahe an dem Grenzwert für die Auslöschung der kurzwelligen Strahlenbestandteile des hindurchgesandten Lichtes liegt. Die Auslöschung beginnt naturgemäß am kurzwelligen Ende des Spektrums. Die überlagerte Steueramplitude wird dann nur so groß gemacht, daß dabei die Auslöschung der aktinisch stärksten Wellenlängen (etwa violett und blau) eben eintritt. Wirken die Strahlen nach dem Austritt aus der Zelle und dem Analysator auf eine Photozelle oder irgendeine andere, auf Lichtwellen selektiv reagierende Vorrichtung, z. B. die photographische Platte oder den Film, so ergibt sich :eine außerordentlich starke Änderung . im Ansprechen dieser lichtempfindlichen Organe infolge der bewirkten Verarmung des i Spektrums an aktinischen Bestandteilen. Man kann diese chromatische Steuerung auch anderen technischen Zwecken nutzbar machen.

  • [0022]

    Die Verstärkung der Steuerwechselströme für die Ausführung der Erfindung erfolgt in irgendeiner der zahlreichen bekannten Schaltungen. Die Abb. i bis q. geben einige Beispiele. Darin bedeuten übereinstimmend: i Kerrzelle mit den Kondensatorplatten 2 und 3, zwischen denen das zu steuerndeLicht= bündel zweckmäßig parallel und homogen hin durchgeht. Die Optik ist der Einfachheit halber fortgelassen. An Stelle zweier Platten kann auch ein System von mehreren Platten verwendet werden, das nach Art der mehrplattigen Kondensatoren angeordnet .ist. Das angewendete elektrische Feld kann homogen oder inhomogen sein; letzteres wird durch Abweichung von der planparallelen Stellung der Elektroden 2 und 3 erreicht, -indem man z. B. die im Lichtein- und -austritt liegenden Enden ,der Elektroden auseinänderbiegt oder abschrägt, d. h. die sogenannte Apertur der Zelle vergrößert, um auch bei konvergenten Lichtbündeln das Licht möglichst voll ausnutzen zu können. Derartige Anordnungen kommen z. B. zur Durchführung der beschriebenen chromatischen Steuerung in Frage, deren Verlauf ja bei gegebener Spannung ,am Kondensator von der örtlichen Feldstärke, mithin von den geometrischen Verhältnissen (Elektrodenabstand) bestimmt wird. 5 stellt eine Elektronenröhre mit der Anodenstromquelle 6, der Anode 7, Glühkathode 8 und Gitterelektrode 9 dar. Die Heizstromquelle für die Glühkathode ist nicht mitgezeichnet. Es wird angenommen, daß die Schwankungen eines Mikrophonstromkreises verstärkt die Kerrzelle steuern sollen. Dies geschieht durch Beeinflussung des Gitters 9 von einem Transformator io aus, in dessen Primärkreis die Stromquelle i i und das Mikrophon 12 liegen. Abb. i gibt nun die normale, grundsätzlich für Nieder- und Hochfrequenz brauchbare Verstärkerschaltung an, in welcher die verstärkten Schwankungen des Anodenstromes durch einen Transformator q. in ausreichende Spannungsschwankungen an den Elektroden der Kerrzelle i übersetzt werden. Abb.2 zeigt eine Spannungsverstärkungsschaltung unter Benutzung der Röhre 5 als variabler Widerstand. Sie unterscheidet sich von der Anordnung nach Abb. i dadurch, daß die Kerrzelle an den Enden eines in den Anodenkreis der Röhre 5 eingeschalteten Widerstandes 13 liegt, der zugleich die Gleichstromvorspannung für die Zelle liefert. Die den Mikrophonströmen entsprechenden verstärkten Schwankungen des Anodenstromes steuern durch die Änderungen des Spannungsabfalles in 13 die Kerrzelle. Natürlich kann in die Abzweigungen von 13 zur Kerrzelle noch eine besondere Gleichspannungsquelle geschaltet sein. Eine besonders wirksame Spannungsschaltung gibt Abb. 3 ,an. Die Zelle liegt im Nebenschluß zu einer' der beiden in Reihe geschalteten Röhren 5 und 51: Der Mikrophonstromkreis wirkt durch die beiden Transformatoren io und iol auf die beiden Gitter im entgegengesetzten Sinne, d. h. wenn der Widerstand der einen Röhre zunimmt, sinkt er in der anderen. So wandert aus bekannten Gründen bei kleinen Stromschwankungen des Mikrophonkreises fast der volle Spannungsbetrag der Gleichstromquelle 6 zwischen den Röhren hin und her,. d. h. die Spannungsamplituden an der

(traduction Google Translate)

 

Procédé de contrôle sans inertie de la luminosité d'un faisceau lumineux utilisant l'effet Kerr, notamment pour la transmission d'images à longue distance.

 

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle sans inertie de la luminosité d'un faisceau lumineux utilisant l'effet Kerr, notamment pour la transmission d'images électriques à longue distance et la télévision. Ce procédé exploite le phénomène connu de biréfringence électrique, qui désigne la décomposition de la lumière polarisée en deux composantes de vitesses de propagation différentes dans des champs électriques intenses. Bien que l'utilisation de la cellule Kerr pour le contrôle des niveaux de luminosité en télégraphie soit mentionnée dans le Handbuch der Phototelegraphie de Korn-Glatzel (p. 444 et suivantes), son applicabilité pratique y est remise en question. Les auteurs soutiennent que les hautes tensions requises pour cette cellule ne peuvent être transmises sur des lignes longue distance, ou que, même si ces hautes tensions étaient générées au niveau du récepteur, la transformation des faibles courants reçus en niveaux de tension suffisamment élevés serait impossible. La proposition évoquée dans la littérature susmentionnée a été formulée par Sutton en 1890, mais à ce jour, aucun système de télégraphie par images utilisable en pratique n'a été mis au point sur cette base.

... [0002]

La présente invention vise à faire de la cellule Kerr un excellent dispositif de contrôle de la lumière pour la télégraphie par images et les applications connexes, en l'utilisant conjointement avec un amplificateur sans puissance et sans inertie (tube à vide) et en employant un matériau approprié dans le condensateur Kerr afin de rendre pratiquement négligeables les pertes diélectriques, c'est-à-dire la puissance que l'amplificateur doit fournir à la cellule Kerr.

[0003]

L'essence de la présente invention consiste donc à porter les courants reçus ou de commande à des tensions suffisamment élevées au moyen d'amplificateurs pouvant être commandés avec une puissance et une inertie minimales, et à appliquer ces tensions aux électrodes d'un ensemble de condensateurs électrostatiquement et inertiellement exempt de contraintes afin de produire l'effet Kerr. Le diélectrique de cet ensemble est hautement isolant et aussi exempt que possible de pertes diélectriques.

[0003] [0004]

Pour accroître la rigidité diélectrique, le diélectrique est préalablement purifié chimiquement, notamment pour éliminer l'humidité et les composés azotés. Toutefois, ce prétraitement peut également être réalisé électrochimiquement au sein du condensateur en appliquant une tension de polarisation continue à la cellule Kerr pendant une durée variable, éventuellement continue durant le fonctionnement. La tension alternative de commande est superposée à cette tension de polarisation continue. L'amplitude de la tension alternative superposée et la tension de polarisation continue peuvent être régulées afin d'accroître la sensibilité du contrôle et d'atténuer uniquement une portion du spectre lumineux traversant la cellule, correspondant aux courtes longueurs d'onde, notamment lors de l'utilisation de dispositifs photosensibles. La cellule Kerr peut également être commandée simultanément par plusieurs fréquences, agissant toutes simultanément sur l'intensité lumineuse, ou par des hautes fréquences modulées à basse fréquence. Ces différentes fréquences apparaissent, par exemple, lorsque les signaux d'image sont appliqués à la cellule par modulation d'une fréquence porteuse suffisamment élevée, ou lorsque plusieurs fréquences porteuses sont utilisées en transmission de téléphonie optique, séparées par des circuits spécialement adaptés.

[0005]

L'amplificateur haute fréquence peut également être utilisé dans le récepteur.

[0006]

Le processus de contrôle de la lumière est le suivant : avant d'entrer dans la cellule Kerr, la lumière est polarisée par un dispositif approprié, par exemple un prisme de Nicol. Après son passage, le faisceau traverse l'analyseur. Le champ électrique appliqué aux plaques de la cellule détermine alors, par son intensité et son étendue, le déphasage des deux composantes de biréfringence et contrôle ainsi quantitativement l'intensité lumineuse résultante après leur interférence entre zéro et sa valeur maximale. De cette manière, il est possible de contrôler des quantités de lumière extrêmement élevées avec une puissance électrique extrêmement faible, et des expériences ont montré que cela se produit sans inertie notable jusqu'à des fréquences supérieures à 10 millions de hertz.

​

[0007]

La cellule Kerr, sous la forme décrite et dans les conditions de fonctionnement spécifiées ici, est donc généralement avantageuse pour l'enregistrement de processus de courant ou de tension périodiques jusqu'aux fréquences d'inversion les plus élevées.

[0008]

Comme, selon l'invention, on utilise des milieux liquides, colloïdaux ou émulsionnés transparents qui, grâce à leurs faibles pertes diélectriques, ne chargent pratiquement pas la source de tension, la tension aux électrodes de la cellule peut être facilement obtenue en transformant les fluctuations de tension produites par le microphone ou tout autre dispositif d'enregistrement ou de réception, éventuellement avec une préamplification suffisante. Avec certains liquides, par exemple le nitrobenzène ou ses dérivés, dans les conditions décrites ci-dessous, une différence de potentiel d'environ 1 000 volts ou moins est suffisante dans les cellules à faible espacement entre les plaques. De telles valeurs sont facilement supportées par les amplificateurs actuels, associés à des transformateurs ou à des circuits d'amplification de tension pure, même à de très faibles amplitudes initiales, et les moyens utilisés peuvent être maintenus suffisamment exempts de pertes. De plus, les rapports de transformation pertinents des enroulements de transformateur utilisés n'ont pas encore d'effet électrique néfaste. Ceci représente une avancée significative apportée par l'invention, car avant celle-ci, on considérait que des tensions d'un ordre de grandeur étaient nécessaires pour induire l'effet Kerr, tensions qui ne sont pas réalisables en pratique.

[0009]

De plus, l'élément suivant est essentiel à l'invention : il a été démontré qu'avec les milieux utilisés, par exemple le nitrobenzène, l'application d'une tension continue à la cellule pendant une durée plus ou moins longue augmente la rigidité diélectrique et améliore ainsi la cellule. Ceci est probablement attribuable à un effet électrochimique qui provoque la précipitation de composants conducteurs, tels que l'humidité ou des traces d'acide, à partir des électrodes. Naturellement, des substances particulièrement pures seront utilisées et, à cette fin, la matière première sera prétraitée chimiquement en conséquence (distillation, séchage, etc.). Il est avantageux de travailler avec une tension de polarisation continue appliquée à la cellule, ce qui, outre les effets électriques et optiques décrits ci-dessous, assure une stabilité suffisante de la cellule vis-à-vis des propriétés électriques du milieu. Si la rigidité diélectrique de la cellule est augmentée comme décrit précédemment, et que la tension de claquage l'est également, il est aisé de réduire l'espacement des électrodes à des valeurs si faibles que les champs magnétiques élevés nécessaires à la production de l'effet Kerr dans le milieu sont obtenus sous des tensions modérées.

[0010]

Selon l'invention, l'utilisation de matériaux de récipient et de remplissages de cellule appropriés permet également de contrôler quantitativement la lumière non visible, par exemple la lumière ultraviolette. Pour tout type de lumière, l'absorption totale sur le trajet à travers la cellule doit, bien entendu, être faible. Autrement dit, le taux de remplissage de la cellule Kerr est élevé, et plus il est élevé, plus sa capacité d'isolation et sa tension sont importantes.

[0011]

Les circuits d'amplification décrits jusqu'ici fonctionnent exclusivement à basses fréquences, c'est-à-dire que les variations de lumière sont produites par la cellule Kerr uniquement à la fréquence du circuit du microphone. Pour certaines applications, comme la téléphonie optique, qui peut être facilement mise en œuvre sur de longues distances selon l'invention, ou la réception de télégraphie par image, il est avantageux, dans un souci de confidentialité et pour obtenir une sélectivité élevée du circuit de réception, de commander la cellule Kerr au moyen d'une modulation basse fréquence sur une haute fréquence. Ceci rend possible l'amplification haute fréquence, avec les avantages connus, côté récepteur. Par exemple, dans le cas de la téléphonie optique, les impulsions lumineuses incidentes, obtenues par conversion du courant du microphone côté émission par la cellule Kerr, agissent sur une cellule photoélectrique reliée à un amplificateur haute fréquence. Le signal est ensuite transmis au détecteur ou à l'audion pour rendre la basse fréquence audible. Pour la téléphonie optique utilisant une onde porteuse haute fréquence, ou pour d'autres applications, les oscillations de la porteuse sont générées à l'aide d'un générateur haute fréquence, avantageusement grâce à un émetteur à tube auto-excité ou excité séparément. Le circuit capacitif de la cellule Kerr est couplé au circuit actif du générateur, ou bien la cellule Kerr constitue tout ou partie de la capacité du circuit résonant et est modulée à basse fréquence dans l'un des nombreux circuits connus. La figure q illustre un exemple d'émetteur à tube dans un circuit de rétroaction. 15 représente le circuit résonant accordable auquel la cellule Kerr est faiblement couplée par la bobine 14. La grille g du tube résonant 5 est alimentée par le transformateur 10, dont l'enroulement secondaire est shunté pour le passage de la haute fréquence par le condensateur 16. 17 est le condensateur de blocage classique, et 18 et 181 sont les selfs haute fréquence du circuit de source de courant anodique. Dans ce dispositif, comme on peut aisément le constater, la cellule Kerr est commandée par une modulation de haute fréquence à basse fréquence.

[0012]

REVENDICATIONS DE BREVET : 1. Procédé de commande sans inertie de la luminosité d'un faisceau de rayons lumineux utilisant l'effet Kerr, notamment pour la transmission d'images électriques à longue distance et la télévision, caractérisé en ce que les courants de réception ou de commande sont portés à des tensions suffisamment élevées par des amplificateurs (tubes électroniques) commandés avec une puissance minimale et sans inertie. Ces tensions sont appliquées aux électrodes d'un ensemble de condensateurs qui agit électrostatiquement et sans inertie sur la luminosité de la lumière polarisée transmise afin de produire l'effet Kerr. Le diélectrique transparent de cet ensemble est hautement isolant et aussi exempt que possible de pertes diélectriques, tel que le nitrobenzène pur.

[0013]

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule Kerr fonctionne avec une tension de polarisation continue à laquelle est superposée la tension alternative de commande.

[0014]

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le milieu utilisé dans la pile Kerr est préalablement purifié chimiquement, notamment débarrassé de l'humidité et des composés azotés, afin d'accroître sa rigidité diélectrique.

[0015]

[0016] Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le prétraitement du milieu dans le condensateur est réalisé électrochimiquement par l'application d'une tension de polarisation continue à la pile Kerr pendant une durée plus ou moins longue, de préférence maintenue en continu pendant le fonctionnement.

[0016]

5. Procédé selon les revendications 1 à q, caractérisé en ce que la pile Kerr est commandée simultanément par plusieurs fréquences, agissant toutes simultanément sur l'intensité lumineuse.

[0016] [0017]

6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pile Kerr est commandée par une modulation basse fréquence haute fréquence.

[0018]

7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le condensateur de la cellule Kerr, associé à une inductance, forme un circuit résonant couplé au circuit de fonctionnement d'un générateur haute fréquence.

[0019]

B. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'amplitude de la tension alternative superposée et la tension de polarisation continue sont contrôlées de manière à ce que, pour accroître la sensibilité du contrôle, seule une sous-gamme de courtes longueurs d'onde du spectre lumineux traversant la cellule soit atténuée lors de l'utilisation de dispositifs photosélectifs.

[0020]

g. Procédé selon les revendications 1 et 6 ; il doit être transparent car, tout comme les pertes diélectriques du condensateur, l'absorption provoque également une élévation de température, ce qui modifie l'amplitude de l'effet Kerr et peut perturber le trajet du faisceau contrôlé en raison de la formation d'un effet Schlieren.

[0021]

Parmi les autres avantages de la tension de polarisation continue mentionnée précédemment, on peut citer l'élimination du dédoublement de fréquence et l'amélioration de la précision du contrôle. Si la tension aux bornes du condensateur Kerr tend vers zéro, une luminosité maximale et minimale se produit deux fois au cours d'un cycle du courant de commande alternatif. Cependant, si une tension continue suffisante est appliquée aux plaques et superposée à la tension de commande alternative, le champ conserve sa direction et la fréquence de contrôle coïncide avec la fréquence des fluctuations lumineuses. De cette manière, de très faibles tensions de commande alternatives deviennent efficaces, sachant que l'effet est proportionnel au carré de l'intensité du champ. L'effet de contrôle peut être considérablement amélioré comme suit : dans des conditions appropriées, une tension de polarisation est appliquée à la cellule, proche du seuil d'annulation des composantes de courte longueur d'onde de la lumière transmise. L'annulation commence naturellement à l'extrémité du spectre correspondant aux courtes longueurs d'onde. L'amplitude de la tension de commande superposée est alors ajustée de manière à annuler précisément les longueurs d'onde actiniques les plus intenses (par exemple, le violet et le bleu). Si les rayons, après avoir quitté la cellule et l'analyseur, agissent sur une cellule photoélectrique ou tout autre dispositif sensible à la lumière, comme une plaque ou un film photographique, la diminution des composantes actiniques du spectre entraîne une modification extrêmement importante de la réponse de ces organes photosensibles. Ce contrôle chromatique peut également être utilisé à d'autres fins techniques.

[0022]

L'amplification des courants alternatifs de commande, nécessaire à la mise en œuvre de l'invention, s'effectue dans l'un des nombreux circuits connus. Les figures i à q en présentent quelques exemples. Sur ces figures, i représente une cellule photoélectrique comportant deux plaques de condensateur (2 et 3), entre lesquelles le faisceau lumineux à contrôler passe de manière parallèle et homogène. Le système optique a été omis par souci de simplification. Au lieu de deux plaques, on peut également utiliser un système de plusieurs plaques, disposées à la manière de condensateurs multiplanaires. Le champ électrique appliqué peut être homogène ou inhomogène. Ce dernier point est obtenu en s'écartant de l'alignement plan-parallèle des électrodes 2 et 3, par exemple en courbant ou en biseautant les extrémités des électrodes situées à l'entrée et à la sortie de la lumière, c'est-à-dire en augmentant l'ouverture de la cellule, afin d'exploiter au mieux la lumière, même avec des faisceaux convergents. De tels agencements conviennent, par exemple, à la mise en œuvre du contrôle chromatique décrit, dont le fonctionnement, pour une tension donnée aux bornes du condensateur, est déterminé par l'intensité du champ local, et donc par les conditions géométriques (espacement des électrodes). La figure 5 représente un tube électronique avec la source de courant anodique 6, l'anode 7, la cathode thermoïonique 8 et l'électrode de grille 9. La source de courant de chauffage de la cathode thermoïonique n'est pas représentée. On suppose que les fluctuations d'un circuit de microphone doivent être amplifiées pour commander la cellule Kerr. Ceci est réalisé en agissant sur la grille 9 à partir d'un transformateur io, dont le circuit primaire comprend la source d'alimentation i et le microphone 12. La figure i représente le circuit amplificateur classique, généralement adapté aux basses et hautes fréquences, dans lequel les fluctuations amplifiées du courant anodique sont converties par un transformateur q en fluctuations de tension suffisantes aux électrodes de la cellule Kerr i. La figure 2 présente un circuit d'amplification de tension utilisant le tube 5 comme résistance variable. Ce circuit diffère de celui de la figure i par le fait que la cellule Kerr est connectée aux bornes d'une résistance 13, elle-même branchée en série avec le circuit anodique du tube 5 et fournissant simultanément la tension de polarisation continue à la cellule. Les fluctuations amplifiées du courant anodique, correspondant aux courants du microphone, pilotent la cellule Kerr en modifiant la chute de tension aux bornes de 13. Il est également possible de connecter une source de tension continue externe entre 13 et la cellule Kerr. Un circuit de tension particulièrement efficace est représenté sur la figure 3. La pile est connectée en parallèle à l'un des deux tubes 5 et 51 montés en série. Le circuit du microphone agit sur les deux grilles en sens inverse via les deux transformateurs 10 et 111 ; autrement dit, si la résistance d'un tube augmente, elle diminue dans l'autre. Ainsi, pour des raisons bien connues, en présence de faibles fluctuations de courant dans le circuit du microphone, la quasi-totalité de la tension de la source CC 6 oscille entre les tubes, c'est-à-dire que les amplitudes de tension aux bornes de la pile sont respectivement de 10 et 

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