DE3906307A1 - Korrelator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Korrelator, der mit Ladungsträgermodulation durch optische Interferenz arbeitet.

Historisch gesehen datiert die Untersuchung der Wechselwirkung von Licht mit periodisch modulierten Merkmalen in Stoffen zurück auf die Untersuchung von Beugungsversuchen mit ultraschall-induziertem Licht (P. Debye, F. W. Sears, Proc. Nat. Acad. Sci., Bd. 18, S. 409, 1932; R. Lucas, P. Biquard, J. Phys. Rad., Bd. 3, S. 464, 1932).

Zunächst zielten die Versuche auf die Erforschung solcher Ultraschall-Kenngrößen wie Fortpflanzungsgeschwindigkeit, Dispersion, Dämpfung, Reflexion und dergleichen ab. Die zufällige Nachbarschaft hochfrequenter akkustischer Wellenlängen in dichten Stoffen zu Lichtwellenlängen machte diese Untersuchungen erfolgreich. Andererseits führte das Verständnis dieser Wechselwirkungen zu vielen Anwendungen, die heute in der Lasertechnik genutzt werden. Mit der Verfügbarkeit starker Laserquellen konnte Licht allein periodische Merkmale in Stoffen hervorrufen, die in der Lage waren, die stehende Ultraschallwellen nachzuahmen und daher Eigenschaften zu zeigen, die denen gleichen, die bei akkusto-optischen Wechselwirkungen zu beobachten waren.

Bei beträchtlichen Unterschieden in dem dynamischen Charakter des Wechselwirkungsmechanismus, speziell im Picosekunden- und Femtosekundenbereich, zog die interferenzinduzierte Stoffeigenschafts-Modulation beträchtliche Aufmerksamkeit an sich und führte zu einer bedeutenden Anzahl von Ergebnissen.

Zahlreiche Studien berichten sowohl über die Bildung der lichtinduzierten räumlichen Modulation in Stoffen als auch über die Anwendung dieser Effekte auf das Studium von Materialeigenschaften. In diesen Fällen ruft der Effekt der optischen Interferenz periodische Änderungen der optischen Parameter hervor, die der Brechungsindex- Modulation zugerechnet werden können, häufig beschrieben durch den nicht-linearen Suszeptibilitäts- Koeffizienten dritter Ordnung (N. Bloembergen u. a., IEEE J. QE, Bd. 3, S. 197, 1967; W. Kaiser, M. Maier, "Stimulated Rayleigh, Brillouin and Raman spectroscopy", Laser Handbuch, Bd. 2, Hrsg. F. T. Arechi, E. O. Schulz- Dubois, Amsterdam: North-Holland, 1972; I. P. Batra, R. H. Enns, D. W. Pohl, Phys. Status Solidi (b), Bd. 48, S. 11, 1971; N. Bloembergen, Nonlinear Optics, New York: Benjamin, 1977; S. A. Akhmanov, N. I. Koroteev, "Nonlinear optical techniques in spectroscopy of light scattering", Series Problems in Modern Physics; Moscow: Nauka, 1981 (in Russisch); Y. R. Shen, The Principles of Nonlinear Optics; New York: Wiley, 1984; B. Jensen, "Quantum theory of the complex dielectric constant of free carriers in polar semiconductors, "IEEE J. Quantum Elektron., Bd. QE-18, S. 1361-1370, September 1982).

Sämtliche der oben angegebenen Literaturstellen befassen sich mit dem Studium oder der Anwendung der Effekte von interferenzinduzierter Beugung von Taststrahlen. Ungeachtet dieser Bemühungen gibt es einen stetig zunehmenden Bedarf an optoelektronischen Bauelementen, die in der Lage sind, ultrakurze, optische Signale zu verarbeiten, und die sich als integrierte Schaltungen ausbilden lassen.

Von D. Ritter gibt es eine Schrift, in der die Verwendung zweier interferierender optischer Strahlen zum Messen der ambipolaren Diffusionslänge eines Fotoleiters diskutiert wird (D. Ritter u. a., Appl. Phys. Lett., Bd. 49, Nr. 13, S. 791-793, 29. 09. 1986). Gemäß dieser Schrift haben die zwei interferierenden Strahlen unterschiedliche Intensitäten, wobei die eine Intensität viel geringer ist als die andere, und die beiden Strahlen werden auf den Fotoleiter gerichtet, um ein Interferenzmuster zu erhalten. Aufgrund der ausgewählten Strahlintensitäten ist die räumliche Modulation der Ladungsträger in dem Fotoleiter, resultierend aus der optischen Differenz zwischen den beiden Strahlen, gering. Der Fotostrom ändert sich als Funktion des Vorhandenseins oder des Fehlens der optischen Interferenz zwischen den beiden Strahlen, wenn die ambipolare Diffusionslänge der Ladungsträger ausreichend gering gegenüber dem Knotenabstand des Interferenzmusters ist. Durch Variieren des Knotenabstands läßt sich der Fotostrom analysieren, um so die ambipolare Diffusionslänge festzustellen. Der erwähnte Artikel von Ritter diskutiert die Verwendung dieser Methode zum Messen der ambipolaren Diffusionslänge von hydriertem amorphen Silicium.

Das von Ritter angesprochene Problem liegt in der Messung eines Materialparameters eines Halbleiters. Hierzu fordert Ritter, daß die zwei interferierenden optischen Strahlen in ihrer Intensität sehr stark unterschiedlich sind. Weiterhin besitzt das von Ritter verwendete spezielle Material (hydriertes Silicium) typischerweise eine Elektronenbeweglichkeit von weniger als 10 cm²/Vs.

Die vorliegende Erfindung zieht auf ein grundsätzlich anderes Problem ab, nämlich auf die Erzeugung eines Korrelators, der sich zum Messen eines ausgewählten Parameters einer der zwei interferierenden Strahlen eignet (z. B. der Amplitudenverteilung, der Frequenzverteilung oder des Musters der Amplitudenmodulation). Aus diesem Grund gibt es zahlreiche Unterschiede zwischen Aufbau und Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Korrelatoren und den von Ritter beschriebenen Untersuchungen. Diese Unterschiede sollen im folgenden näher diskutiert werden.

Erfindungsgemäß ist ein Korrelator vorgesehen, der auf der Grundlage der interferenzinduzierten Trägermodulation basiert. Dieser Korrelator enthält eine Sensoreinrichtung mit einem Sensorelement (z. B. einem Fotoleiter), das Ladungsträger liefert, wenn es durch einen Energiestrahl (z. B. einen Lichtstrahl) erregt wird, und die Sensoreinrichtung enthält weiterhin eine Einrichtung zum Erzeugen eines Sensorsignals ansprechend auf die Ladungsträger. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der ein erstes und ein zweites Strahlsignal (z. B. optische Strahlen) auf das Sensorelement gerichtet werden, um dort ein Interferenzmuster zu erzeugen, wenn sich die Strahlsignale zeitlich und räumlich an dem Sensorelement überlappen. Dieses Interferenzmuster liefert eine räumliche Modulation in der Verteilung der Ladungsträger. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen zum Überwachen des Sensorsignals, um einen Parameter des Sensorsignals (z. B. einen integrierten Fotostrom) zu erfassen, der sich als Funktion des Vorhandenseins des Interferenzmusters verändert.

Ein wichtiges Merkmal bestimmter Ausführungsformen der Erfindung besteht darin, daß die interferierenden Komponenten der Strahlsignale (also jene Komponenten, die sich zeitlich, in der Strahlfrequenz und räumlich an dem Sensorelement überlappen) Intensitäten aufweisen können, die innerhalb eines dem Faktor 3 entsprechenden Bereichs einander gleich sein können. Mindestens eines der Strahlsignale ist typischerweise zeitlich, frequenzmäßig oder räumlich getastet, so daß die interferierenden Komponenten nur für ausgewählte Teile des gesamten Korrelationsprozesses interferieren. Da die interferierenden Komponenten in der Intensität im wesentlichen angepaßt sind, wird die sich aus der Interferenz oder dem Mangel an Interferenz zwischen den interferierenden Komponenten ergebende Sensorsignal- Modulation maximiert, wodurch das effektive Signal-Rauschverhältnis erhöht wird. Dadurch wird es möglich, eine exakte und zuverlässige Korrelation der Strahlsignale zu erhalten.

Ein weiteres wichtiges Merkmal gewisser Ausführungsformen besteht darin, daß die beiden Strahlsignale unterschiedliche Frequenzverteilungen aufweisen. Dies gestattet das Erfassen von Parametern, die für jene Komponenten der zwei Strahlsignale charakteristisch sind, welche sich in der Strahlfrequenz überlappen, oder, alternativ, für jene Komponenten, die sich in der Strahlfrequenz nicht überlappen. Diese Ausführungsbeispiele finden ihre Anwendung z. B. in Form von optischen Demultiplexen, wie weiter unten näher erläutert wird.

Einige Ausführungsformen enthalten eine Einrichtung zum Verzögern eines der Strahlensignale gegenüber dem anderen Strahlsignal, damit die Phase der Strahlsignale relativ zueinander eingestellt werden kann. Dies ermöglicht das Abtasten eines Strahlsignals auf der Zeitbasis gegenüber dem anderen Strahlsignal, wie ebenfalls weiter unten ausgeführt wird.

In den unten näher beschriebenen Ausführungsbeispielen reduziert die sich ergebende räumliche Modulation in der Trägerverteilung das Sensorsignal derart, daß ein integrierter Wert des Sensorsignals dann, wenn sich das erste und das zweite Signal zur Bildung des Interferenzmuster zeitlich überlappen, kleiner ist als wenn sich das erste und das zweite Signal im Zeitbereich nicht überlappen oder nur ein Signal vorhanden ist. Die Ausbildung der Trägermodulation gibt das Erscheinungsbild nicht-linearer Fotoleitfähigkeit und der Grenze der negativen differentiellen Fotoleitfähigkeit.

Das Interferenzmuster, wenn vorhanden, erhöht den von den Ladungsträgern gesehenen Widerstand und reduziert den zu den Ladungsträgern gehörigen Fotostrom.

Dieser Effekt läßt sich in vielen Anwendungsfällen ausnutzen, darunter optische Korrelation bei Halbleitern und Autokorrelations-Bauelemente, Licht-Licht- Abtastbauelemente und Licht-Licht-Elektronikschalter. Da diese Bauelemente dazu ausgelegt sind, Fotostrom zu liefern, ist eine hohe Trägerbeweglichkeit erwünscht. Vorzugsweise ist die Beweglichkeit der eine hohe Beweglichkeit aufweisenden Träger größer 10 cm²/Vs. Da jedoch diese Bauelemente dazu ausgelegt sind, mit Hilfe der optischen Interferenz aufgrund maximierter Stromauslöschung zu arbeiten, wird ein maximaler Kontrast zwischen dem sogenannten Ein-Zustand und dem Aus-Zustand erreicht, wenn lediglich eine Trägerbeweglichkeit hoch und der ambipolare Transport gering oder vernachlässigbar ist. Eine geringe Beweglichkeit des einen Ladungsträgers und, im Grenzfall, die totale Unbeweglichkeit dieses Trägers ist im Hinblick auf den maximierten Wirkungsgrad wünschenswert.

Die Erfindung zeichnet sich durch zahlreiche Anwendungen sowohl bei der Korrelation im Zeitbereich als auch der Korrelation im Frequenzbereich aus, wie weiter unten ausgeführt ist. Wenn nicht anders durch den Kontext hervorgerufen, bezeichnen die Ausdrücke "Korrelation" und "Korrelator" beide Typen der Korrelation.

Die unten erläuterten Ausführungsbeispiele weisen bedeutende Vorteile auf. Es handelt sich um Festkörpereinrichtungen, die sowohl bei der optischen Erfassung als auch der Korrelation auf einem einzigen Halbleiter beruhen. Diese Einrichtungen sind extrem billig, haben eine einfache Form und lassen sich mühelos als kompakte integrierte Schaltungselemente ausbilden. Es werden keine nicht-linearen optischen Kristalle benötigt. Da es sich um stromintegrierende Bauelemente handelt, die den Vorteil der Augenblicklichkeit der Superposition des optischen Feldes nutzen, begrenzt eine endliche Rekombinations-Lebensdauer nicht die temporäre Auflösung des Korrelations- oder Abtastvorgangs, so daß diese Bauelemente sich für optische Impulsanwendungen im Pikosekunden- und Femtosekundenbereich eignen. Für Licht-Licht-Stromschaltanwendungsfälle läßt sich eine hohe Ansprechgeschwindigkeit noch verstärken, indem man die Träger-Lebensdauer geeignet wählt. Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen können die Bauelemente in einfacher Weise zu geeigneten Übertragungsleitungs-Konfigurationen ausgestaltet werden, z. B. in Form von Mikrostreifen, Streifenleitungen, Koplanarleitungen und Koplanarwellenleitern.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1a ein schematisches Diagramm eines optischen Korrelators nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 1b ein schematisches Diagramm der Ausführungsform nach Fig. 1a, wobei das Hervorrufen der Trägermodulation mit einer Bildung von Knoten und Nullstellen aufgrund optischer Interferenz dargestellt ist,

Fig. 1c ein schematisches Diagramm der Trägeramplitudendichte in der Verteilung nach Fig. 1b,

Fig. 1d ein Vektordiagramm, welches die Beziehung zwischen den Fortpflanzungsvektoren in Fig. 1b veranschaulicht,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm, welches die Winkelorientierung zwischen dem elektrischen Feld (), welches aus einer an den Spalt mit dem Abstand L angelegten Spannung resultiert, und dem Interferenzvektor _Λ , der parallel zu der Y-Koordinate bei der Ausführungsform nach Fig. 1a bleiben soll, veranschaulicht,

Fig. 3 eine Aufzeichnung von Autokorrelationssignalen, die man mit ausgewogenen Strahlen erhält, die in einer Geometrie interferieren, wie sie in Fig. 1a und Fig. 2 dargestellt ist,

Fig. 4 ein Diagramm des Ansprechens der Trägermodulation auf optische Interferenz langer und kurzer Dauer,

Fig. 5 ein schematisches Diagramm eines Autokorrelators als Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockdiagramm des in Fig. 5 gezeigten Fotostromanalysators,

Fig. 7a und 7b Wellenformen, die die Arbeitsweise des Autokorrelators nach Fig. 5 verdeutlichen,

Fig. 8 ein Blockdiagramm eines optischen Abtastbauelements als Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 ein Blockdiagramm des in Fig. 8 gezeigten Fotostromanalysators,

Fig. 10a bis 10e Wellenformdiagramme, die die Arbeitsweise des Abtastbauelements nach Fig. 8 veranschaulichen,

Fig. 11 ein Blockdiagramm eines optischen Schaltbauelements als Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 ein Blockdiagramm des in Fig. 11 dargestellten Fotostromanalysators,

Fig. 13 eine Tabelle, die die Arbeitsweise des Schaltbauelements nach Fig. 11 verdeutlicht,

Fig. 14 ein Blockdiagramm eines optischen Spektralanalysators als Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 15a, 15b, 16a bis 16c, 17a bis 17c Wellenformen und graphische Darstellungen von verschiedenen Signalen der Ausführungsform nach Fig. 14,

Fig. 18 ein Blockdiagramm eines optischen Demultiplexers als Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 19a bis 19f Wellenformen, die die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 18 veranschaulichen.

Im folgenden Abschnitt soll zunächst das allgemeine Arbeitsprinzip in Verbindung mit den Figuren 1a bis 4 erläutert werden, bevor anschließend fünf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Fig. 5 bis 19f beschrieben werden.

I. Allgemeine Diskussion

Zu Anschauungszwecken soll der erfindungsgemäße interferenzinduzierte Trägermodulationseffekt anhand des Beispiels einer im Pikosekundenbereich vonstatten gehenden optischen Signal-Autokorrelation erläutert werden. Dieses Beispiel verwendet einen vorgespannten Fotoleiter 10, welcher zwei Elektroden 12 und ein fotoleitendes Element 14 enthält (Fig. 1a). Der Fotoleiter 10 ist in Reihe zu einem Lastwiderstand 16 geschaltet, und eine Gleichspannungsquelle 18 liefert eine Vorspannung V _B . Der Fotoleiter 10 spricht auf optische Energie an, die auf das fotoleitende Element 14 fällt, indem Ladungsträger gebildet werden, die einen Fotostrom zwischen den Elektroden 12 bilden. Die Stärke dieses Fotostroms wird gemessen, indem der Spannungsabfall an dem Widerstand 16 gemessen wird.

In diesem Beispiel fällt ein optisches Signal V(t) der Dauer Δ t auf den vorgespannten Fotoleiter 10, wie schematisch in Fig. 1a dargestellt ist. F(t) erzeugt einen Übergangs-Fotostrom J _F (t) der Dauer Δ T Δ t pro Breiteneinheit der Elektrode 12. In ähnlicher Weise verursacht ein verzögerter Teil desselben Signals, als f(t-t) bezeichnet, einen Fotostrom J _f (t-τ) ebenfalls von der Dauer Δ T, wenn in Abwesenheit von J _F (t) das Signal auf denselben Fotoleiter 10 fällt. Das heißt, wenn die Verzögerung τ zwischen den zwei Signalen groß ist, so daß t < Δ T, sammelt die Vorspannungsschaltung eine Ladung (pro Breiteneinheit der Elektrode)

die derjenigen eines herkömmlichen Fotoleiters gleicht. Unter der Annahme, daß die Trägererzeugung linear und der Transport linear ist, läßt sich die Beschränkung bezüglich der Signaltrennung weiter reduzieren von τ < Δ T auf τ < Δ t. Deshalb lassen sich Effekte, wie eine trägerinduzierte Bandverschiebung, eine Träger-Träger-Streuung oder sogar dichteabhängige Rekombinationsraten, die möglicherweise bei hohen Beleuchtungsstärken vorhanden sind, in der folgenden Diskussion vernachlässigen, da das Hauptaugenmerk bei diesem Beispiel der Verarbeitung von Signalen niedriger Pegel gilt. Wenn sich die optischen Signale räumlich an dem Fotoleiter 10 überlappen und beginnen, sich zeitlich zu überlappen, so daß die Beziehung τ Δ t gilt, so definiert die Interferenz die räumliche Energieverteilung, und sie definiert das Trägererregungsmuster auf dem Fotoleiter 10. Dann ist es die Dynamik der inhomogenen verteilten Ladungsträger, die den Leitungsvorgang bestimmt.

Wählt man die Richtungen der Fortpflanzungsvektoren _F und _f der jeweiligen Signale F(t) und f(t) so, daß die yz-Ebene definiert wird (diese soll die Einfallebene beinhalten), wie in den Fig. 1a und 1d zu sehen ist, so lautet der Interferenzgittervektor auf der Oberfläche des Fotoleiters:

_Λ = _F - _f = 2k _{y y} . (2)

Da k _y = | _F | · sin R ist, beträgt die räumliche Periode der Interferenz

wobei k _Λ der Betrag von _Λ , λ die Wellenlänge des Lichts und 20 der Winkel zwischen k _F und k _f ist, wie in Fig. 1d gezeigt. Daher befindet sich im klassischen Interferenzfall von zwei ebenen Wellen, deren Polarisationsvektoren beide senkrecht auf der Einfallebene stehen und parallel zur Oberfläche verlaufen, auf die sie auftreffen, die Energie in linienförmigen Knoten, die um Λ getrennt sind (Fig. 1c) Wie bei Halbleiter-Beugungsversuchen bilden sich linienförmige Trägerkonzentrationsknoten 20, die um Λ getrennt sind, auf der Oberfläche des Halbleiters, wie in Fig. 1b gezeigt ist. Innerhalb der Knoten 20 fällt die Dichte entlang der z-Koordinate exponentiell ab, und die Träger sind entlang der z-Koordinate in Ebene verteilt, welche die Knoten 20 enthalten. Im allgemeinen Fall, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, bildet der Gittervektor _Λ einen Winkel Φ bezüglich des angelegten elektrischen Feldes .

Wenn man zunächst annimmt, daß die Träger die Knotenverteilung innerhalb ihrer Rekombinations-Lebensdauer beibehalten können und daß, wie zuvor, der Transport die Erzeugung und die Rekombination nicht dichteabhängig sind, so läßt sich ein einfaches Leitungsmodell auf der Grundlage der allgemeinen optischen Energieerhaltung erstellen. Der Spezialfall von Φ=90° ist für die Diskussion von besonderem Interesse. Für Φ=90° gibt es N=Λ ^-1 Knoten 20 pro Elektroden- Breiteneinheit. Wenn jeder Knoten 20 pro Längeneinheit einen Widerstand ρ (t) Ωcm^-1 aufweist, beträgt der Widerstand jedes Knotens 20ρ (t)L, und der pro Breiteneinheit der Elektrode fließende Strom beträgt

wobei V die Spannung ist, die angelegt wird, um zu erzeugen, während L der Abstand zwischen den Elektroden 12 ist. Da die Anzahl von in dem Detektor erzeugten Ladungsträgern, gemittelt über einen Bereich von mehreren Knoten 20, ungeachtet davon, ob eine Interferenz stattfindet oder nicht, diegleiche ist, und da sämtliche Ladungsträger unter dem Einfluß der gleichen Spannung an dem Transport teilhaben, sollte das Integral der Gleichung (4)

gleich sein dem Integral der Gleichung (1), so daß ungeachtet der Tatsache, ob die Interferenz vollständig oder partiell ist, Q=Q _F + Q _f ist. Wenn Φ sich jedoch ändern kann, werden die Elektroden 12 von leitenden Knoten 20 der Länge L/sin Φ verbunden, welche noch den gleichen Widerstand ρ (t)Ω cm^-1 haben, da die Anzahl von einfallenden Photonen, gemittelt über mehrere Knoten 20, die gleiche ist. Nun beträgt der Strom pro Elektroden-Breiteneinheit

der im Idealfall für Φ=0 verschwindet, wenn die korrelierenden Signale gleiche Stärke haben und die Interferenz vollständig ist. In dieser Konfiguration ist die Menge an Ladung, welche die Schaltung sammelt, nicht nur ein Maß für den auf den Fotodetektor auftreffenden Photonenfluß, sondern auch ein Maß von τ/Δ t. Unter Verwendung der zuvor festgelegten Grenzwerte des Integrals der Gleich (5) ergibt sich:

Experimente mit optischen Pikosekunden-Signalen haben bestätigt, daß der Effekt der interferenzinduzierten Trägermodulation sich stark und mit den umfassenden Merkmalen gemäß dieser allgemeinen Diskussion ausbreitet. In der Praxis jedoch kann der Strom nicht vollständig verschwinden, und zwar aus mehreren Gründen, wie beispielsweise dem Fehlen einer totalen optischen Kohärenz, der Verstärkung des Dunkelstroms, dem Verlust der Knotenintegrität und dergleichen. Anstatt (5) für τ=0 und Φ=0 verschwindet, integriert sich der Strom, so daß es zu einer gewissen Minimum-Leckladung Q _min kommt, die ein Interferenz-Auslöschungsverhältnis EX definiert:

Da die Optimierung der oben diskutierten Bauelemente erreicht wird, wenn individuelle Ströme J _F und J _f stark sind und wenn während der maximalen Interferenz erzeugte Ströme gering oder praktisch Null sind, ist es grundsätzlich wichtig, daß die Zeitkonstante τ _D für die Diffusion lang ist im Vergleich zu der Rekombinationszeit. Wegen

wobei D _a die ambipolare Diffusion ist, hat sie einen beträchtlichen Wertebereich. Für übliche Werte von D _a kann diese Diffusionszeitkonstante variieren von einem Bruchteil einer Pikosekunde bis zu hunderten von Pikosekunden, und sie kann durch Einstellen von k _Λ willkürlich großgemacht werden. Mit speziell entworfenen Stoffen, in denen der Parbildungs-Diffusionskoeffizient niedrig oder Null ist, jedoch mindestens eine individuelle Trägertyp-Diffusion (und damit die Beweglichkeit) hoch ist, läßt sich die Bedingung für τ _D » τ, die wünschenswert ist für eine Maximierung des Auslöschungskoeffizienten EX, erfüllt werden, ohne den Nachteil, daß große Bauelemente hergestellt werden müssen und wesentliche Opfer bezüglich des Stroms gebracht werden müssen.

Die optimalen Halbleiterparameter zum Verbessern der Betriebsweise von trägermodulierten Bauelementen sind nicht gleichförmig, da die Optimierung die Maximierung nicht nur des Auslöschungsverhältnisses EX beinhaltet, sondern auch den Quantenwirkungsgrad bei der Erzeugung und beim Sammeln einer maximalen Ladung Q im nichtinterferierenden Betrieb. Das Ausmaß, bis zu dem das modulierte Trägerprofil und folglich die Stärke des durch das Bauelement fließenden Stroms verzerrt ist, hängt direkt von den Werten der Materialparameter ab. Bei Materialien hoher Beweglichkeit und langer Lebensdauer relaxieren die modulierten Trägerprofile zu einem homogenen Profil, bevor sie verschwinden. Diese Relaxation erfolgt rasch, wenn beide Träger hohe Beweglichkeit aufweisen. Bei Stoffen mit hoher Beweglichkeit und langer Träger-Lebensdauer hat der Leitungsstrom die Neigung, nach der anfänglichen Anstellung auf die Bildung modulierter Träger anzuwachsen. Dies führt zu der Ausbildung von signifikanten Leitungskanälen durch das Bauelement, verursacht durch das Eindringen von Trägern in die Verteilungsknoten. Wiederum trägt dieser Leckstrom zu Q _min bei und reduziert dann den Wert EX. In Stoffen geringer Beweglichkeit und kurzer Lebensdauer rekombinieren die Träger, bevor eine nennenswerte räumliche Verteilung erfolgt.

Die praktische Ausführung von interferenzinduzierten Trägermodulations-Bauelementen wurde durch Experimente gezeigt. Die Autokorrelation von synchron modengekoppelten Farblaserimpulsen, im Bereich von 600 nm mit einer Wiederholungsrate von 80 × 10⁶ pps emittiert bei einer mittleren Leistung von einigen mV, wurde anhand von Bauelementen durchgeführt, die aus verschiedenen Stoffen hergestellt wurden, sowohl aus amorphen als auch kristallinen Stoffen, sowohl in homogenen als auch in Quantenloch-Konfigurationen. Diese Experimente haben beispielsweise gezeigt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, daß eine starke Auslöschung erreichbar ist in mit Stickstoff implantiertem Silicium auf Saphir behandelt, mit einer Dosis von etwa 2,2 × 10¹⁴ cm² bei 140 keV. Eine Darstellung des anisotropen Merkmals des Steuermechanismus wird ebenfalls gezeigt, indem die Abhängigkeit des Autokorrelationssignals gemäß Gleichung (6) gezeigt wird. Eine Veränderung von Φ und wird dazu verwendet, den Trägermodulationsbetrieb zu unterscheiden von anderen nicht-linearen Effekten. Optische Intensitäten wurden stets in einem Bereich gehalten, in welchem der Mechanismus der Trägermodulation vollständig beherrschend war.

Die experimentellen Bedingungen blieben für die Darstellung nach Fig. 4 exakt diegleichen, wobei in Fig. 4 das Ansprechverhalten der Trägermodulation auf relativ langdauernde (2,63 ps, FWHM) und kurzdauernde (88 fs, FWHM) optische Interferenzen dargestellt ist. Die Autokorrelations-Signale zeigen eine gute Stabilität und einen hervorragenden Rauschabstand, wenn sich die Parameter in einem der bevorzugten Bereiche für einen hohen Quantenwirkungsgrad (hohes Q) und eines Auslöschungsverhältnis EX (starker Autokorrelations- Kontrast) befinden.

Nimmt man das Verhältnis der Elektronenbeweglichkeit zu der Löcherbeweglichkeit in einem gegebenen Stoff als mögliche Gütezahl, so werden Silicium und GaAs als geeignete Stoffe für Trägermodulations-Bauelemente vergleichsweise gut geeignet. Allerdings ist GaAs mit seiner überragenden Elektronenbeweglichkeit hinsichtlich eines guten Leistungsvermögens deutlich überlegen, wenn die ambipolare Diffusionslänge ausreichend kurzgemacht werden kann, wie oben erläutert. Zahlreiche andere Möglichkeiten empfehlen sich zur Erlangung einer aktuellen totalen Unbeweglichkeit einer der Träger, die in einfacher Weise durch Störstellen-Ionen oder in Quantenlöchern unbewegliche Ladungsträger erreicht werden könnte.

Der charakteristische Knotenabstand Λ bezieht sich im vorliegenden Zusammenhang auf den durch die Gleichung (3) definierten Abstand und repräsentiert die Distanz zwischen den Scheiteln der Trägerdichte- Modulation oder der Distanz zwischen den Nullstellen der Trägerdichte-Modulation. Diese Distanz ist steuerbar über den Winkel O und muß praktisch auf das zweifache des Elektronenabstands L oder einem kleineren Wert eingestellt werden. Wenn ein Korrelations-Bauelement mit L =  10 µm hergestellt wird, kann der Wert Λ auf einen Wert eingestellt, der so groß wie 20 µm ist, der jedoch tpyischerweise nur 2 µm beträgt. Für den Fall, daß ein gegebenes Interferenzmuster veränderliche Knotenabstände aufweist, ist der charakteristische Knotenabstand der kleinste signifikante Knotenabstand.

Die ambipolare Diffusionslänge bezieht sich im vorliegenden Zusammenhang auf die statistische Entfernung, die ein Elektronen-Loch-Paar im Durchschnitt zurücklegt, bevor es durch Rekombination oder durch Einfangen zerstört wird. Die Bewegung des Elektronen-Loch-Paars ist die Diffusionsbewegung, die sich aus der interferenzinduzierten Trägermodulation entwickelt und folglich ein Ergebnis der interferenzinduzierten Trägerdichte- Gradienten ist. Für Korrelations-Bauelemente sollte diese Länge so kurz wie möglich sein und sollte nicht spürbar über den oben definierten charakteristischen Knotenabstand hinausgehen. Beispielsweise könnte bei einem Knotenabstand von 2 µm die ambipolare Diffusionslänge ebenfalls 2 µm betragen, jedoch würde das Bauelement effizienter sein, falls die ambipolare Diffusionslänge lediglich 1 µm oder weniger betrüge.

Beim Anbringen der Elektroden an die Bauelemente ist es allgemein von Bedeutung, nicht nur Ohm′sche Kontakte zu erhalten, sondern außerdem Ohm′sche Kontakte mit geringem Widerstand, um den Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu optimieren. Derartige Widerstande dämpfen und verbreitern erwartungsgemäß die Einschaltströme, die aus der Feldmodulation resultieren, und zwar auch bei geringen Widerstandswerten. Bei einem halben Ohm aus kombiniertem Kontakt- und Leitungswiderstand wird der Hochgeschwindigkeits-Stromstoß in Pikosekunden-Anwendungsfällen bis zu 50% gedämpft. Die Auswirkungen dieser Widerstände gehen über die anfänglichen Einfallströme hinaus und beeinflussen deshalb direkt die von den Bauelemente gelieferte Ladungsmenge und, wie oben erläutert, direkt den Wert EX.

Aus der obigen Diskussion wird deutlich, daß die vorübergehende Fotoleitungs-Antwort in Halbleitern wesentlich geändert werden können durch Induzieren von Trägerknoten mit Hilfe der optischen Interferenz. Der von einem optischen Signal erzeugte Fotostrom läßt sich durch Addition eines weiteren optischen Signals verstärken oder verringern. Während die Zunahme des Fotostromes ein linearer Effekt bei geringer Beleuchtung ist, läßt sich die Abnahme des Fotostroms anstelle einer nicht-linearen Fotoleitung verwenden. Diese Eigenschaft manifestiert sich in geeignet ausgelegten Halbleitern mit um Größenordnungen höherer Effektivität als bei irgendeiner bekannten Transport- Nichtlinearität, beispielsweise der Träger-Träger- Streuung. Das sperrende Merkmal der interferenzinduzierten Trägermodulation ermöglicht die zeitliche Markierung von optischen Signalen für eine Licht-Licht- Abtastung und Korrelations-Anwendungen, wie sie z. B. anhand von Pikosekunden-Laserimpulsen demonstriert werden. Diese Besonderheit läßt sich auch ausnutzen, bei im Frequenzbereich arbeitenden Korrelatoren.

Weitere Einzelheiten zu dieser Erfindung findet man in "Semiconductor Optoelektronic Devices Based on Interference Induced Carrier Modulation" von H. Merkelo in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 24, No. 2, 1988. In diesem Artikel sind Teile der vorliegenden Anmeldung (Fig. 1a, 1b, 1c, 1d, 2, 3 und 4, entsprechende Beschreibungsteile und Teile der Hintergrund-Erläuterungen) enthalten.

Im nächsten Abschnitt werden fünf konkrete Beispiele bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Spezielle Beispiele A. Autokorrelator

Fig. 5 bis 7b beziehen sich auf einen Autokorrelator 20, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Der Autokorrelator 20 enthält eine optische Quelle 22, von der eine Reihe von optischen Impulsen auf einen Strahlaufspalter 24 gelenkt werden. Die Quelle 22 kann beispielsweise einen Laser enthalten, z. B. einen modengekoppelten Farblaser, wie er oben beschrieben wurde, oder einen Halbleiterlaser. Jeder der optischen Impulse wird von den Strahlaufspalter 24 aufgespalten in einen ersten Teil, der über einen Spiegel 26 auf den Korrelator gelenkt wird, und einen zweiten Teil, der auf ein Verzögerungselement mit veränderlicher Weglänge 30 gelenkt wird. Der Spiegel 26 lenkt die reflektierten Impulse P _S auf das fotoleitende Element 14 des Fotoleiters 10, der oben beschrieben wurde und in Fig. 1a dargestellt ist.

Die in die Verzögerungseinrichtung 30 eingeführten Impulse werden um eine kontinuierlich verstellbare Verzögerungszeit verzögert, bevor sie ebenfalls als Impulse P _R auf das fotoleitende Element 14 gelenkt werden. Beispielsweise kann die Verzögerungseinrichtung (nicht gezeigte) bewegliche Spiegel enthalten, welche die Weglänge der Impulse abhängig von der Spiegelstellung modifizieren, wodurch die Ankunftszeit der Impulse P _R eingestellt wird.

Der Spannungsabfall am Widerstand 16 wird als Eingangssignal auf einen Fotostromanalysator 40 (Fig. 6) gegeben. Der Analysator 40 enthält einen Integrator 42 und eine Anzeige 44. Der Integrator 44 integriert das Analysator-Eingangssignal zur Messung von Q bei jedem Impulsszyklus, die gesamte elektrische Ladung des Fotostroms für jeden Impulszyklus für die Anzeige. Die obige allgemeine Diskussion liefert eine detaillierte Analyse der Art und Weise, in der die Impulse P _S und P _R mit dem Fotoleiter 10 in Wechselwirkung treten. P _R und P _S entsprechen den oben in der allgemeinen Diskussion definierten Größen F(t) und f(t-τ).

Fig. 7a zeigt die Arbeitsweise des Autokorrelators 20, wenn die Impulse P _R sich mit den Impulsen P _S zeitlich nicht überlappen. In diesem Fall gibt es keine optische Interferenz, und der Fotostrom J entsteht aus zwei herkömmlichen Impulsen, die auf einem relativ Wert von Q integriert werden. Wenn jedoch die Verzögerungseinrichtung 30 derart justiert wird, daß die Impulse P _R und P _S im wesentlichen gleichzeitig auf das fotoleitende Element 14 auftreffen, erzeugt die optische Interferenz zwischen den Impulsen P _R und P _S Knoten in der Trägerverteilung, wie sie in Fig. 1b dargestellt sind, und diese Knoten blockieren den Fluß praktisch jeglichen Fotostrom, wenn die Impulse P _R und P _S identische Amplitude haben. Der integrierte Fotostrom Q ist in diesem Fall viel niedriger als der in Fig. 7a gezeigte. In einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) können die Fotostromsignale J der Fig. 7a und 7b auf einem Hochgeschwindigkeits- Signalmonitor dargestellt werden, anstatt integriert zu werden. Vorzugsweise haben die Impulse P _R und P _S innerhalb eines Bereichs, der den Faktor 3 entspricht, gleiche Intensität. Zu bevorzugen ist es, daß die Impulse P _R und P _S fast gleiche Intensität aufweisen. Auf diese Weise wird der Kontrast zwischen dem Fotostrom in der Überlappungs-Betriebsart und in der überlappungsfreien Betriebsart maximiert.

Es wurden mehrere Herstellungs- und Arbeitsmethoden untersucht, und es wurde herausgefunden, daß solche Bauelemente bei Korrelatoren zufriedenstellende Ergebnisse zeigen. Sämtliche getestete Stoffe waren nicht dotiert. Kristalline und amorphe Stoffe werden diskutiert. Nach herkömmlichen Methoden des chemischen Dampfniederschlagens und Aufstäubens wurden Materialien in einem amorphen Zustand hergestellt. Bei diesen Materialien handelt es sich um α-Si, häufig hydriert. Wie an sich bekannt, haben derartige Materialien die Neigung, sich bei Lichteinwirkung zu verschlechtern, und anstatt als Korrelations-Bauelemente eine akzeptierbare Leistungsfähigkeit zu zeigen, bilden sie nicht die bevorzugten Materialien für die Bauelementherstellung. Allerdings können amorphe Dünnschichten für eine billige Herstellung und für Anwendungsfälle mit geringem Einsatz eine bevorzugte Alternative sein. Bezüglich der oben erwähnten Beeinträchtigung durch Lichteinwirkung sei verwiesen auf K. A. Epstein, N. T. Tran, F. R. Jeffrey und A. R. Moore, Appl. Phys. Lett., 49, 173 (1987).

Bessere Fotoleiter wurden aus kristallinen Stoffen hergestellt. Das derzeit bevorzugte Verfahren arbeitet mit folgenden Schritten:

Das bevorzugte Ausgangsmaterial ist ein Substrat aus nicht-dotiertem kristallinem Silicium, aufgewachsen auf einem Saphir. Dieses wird z. B. von der Fa. Union Carbide Corp. (Seekonk, Mass. 02771) geliefert. Für Hochgeschwindigkeits-Bauelemente ist die Dicke des Saphir-Substrats von Bedeutung im üblichen Sinn der Übertragungsleitungs-Auslegung, speziell bei der Mikrostreifen- oder Streifenleitungs-Konfiguration (T. C. Edwards, Foundations for Microstrip Circuit Design, John Wiley & Sons, Chichester, 1981). Für andere Auslegungen kann die Dicke des Saphirs variiert werden, selbst bei Hochgeschwindigkeits-Anwendungen, wenn von einem Koplanar-Entwurf Gebrauch gemacht wird (C. P. Wen, "Coplonar Waveguide: A Surface Strip Transmission Line Suitable for non Reciprocal Gyro Magnetic Device Applications" IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Dez. 1969, S. 1087-1090). Es wurden Bauelemente mit einer Saphir-Dicke von 400 µm und einer Silicium-Dicke von 0,6 µm verwendet, und es wurden gute Korrelations-Bauelemente erhalten. Bei Verwendung einer Mikrostreifen-Anordnung für Hochgeschwindigkeits- Verarbeitung mit weniger als 10 Pikosekunden Auflösung wurden Saphirproben mit einer Dicke von 125 bis 165 µm und eine Siliciumschicht von 0,6 µm Dicke verwendet.

Bei diesen Anwendungsfällen wurden die (von der Union Carbide bezogenen) 2-Zoll-Waver in geeignete Teile für die Verarbeitung getrennt (10 × 10 mm große quadratische Stücke). Zur Bildung von elektrischen Kontakten wurden bei Silicium übliche Verarbeitungsschritte unter besonderer Berücksichtigung guter Ohm′scher Kontakte durchgeführt.

• 1. Aufdampfen einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 2500 Å.
• 2. Aufspinnen eines Fotoresists (Shipley Co. AZ 1350J) bei einer Drehzahl von 3000 Upm 30 Sek. lang.
• 3. Backen bei 100°C während etwa 12 Min.
• 4. Projizieren einer Positiv-Maske mit der gewünschten Elektrodengeometrie unter Zuhilfenahme eines Masken-Ausrichters, wie er z. B. von der Firma Kasper hergestellt wird. Die bei diesem Beispiel verwendete Maske besaß einen Elektrodenspalt der Länge L=20 µm. Die Elektrodenbreite betrug etwa soviel wie die Saphierdicke.
• 5. Entwickeln des belichteten Films mit anschließendem 10 Minuten dauerndem Backen bei 125°C.
• 6. Fortätzen des Aluminiums mit einem geeigneten Aluminium-Ätzmittel, wie beispielsweise: ein Teil H₃PO₄, ein Teil HNO₃ und ein Teil deionisiertes Wasser.
• 7. Reinigen der Probe
• 8. Implantieren von etwa 5 × 10¹⁴ Si^± Ionen pro cm² bei etwa 250 kV unter Verwendung einer Ionen­ implantierapparatur, wie sie z. B. von der Fa. Danyfsik hergestellt wird. Stehen die 250 kV nicht zur Verfügung, kann man bei der halben Spannung Si⁺⁺ implantieren.

Das so hergestellte Bauelement wird in eine Fassung gebracht, die sich für die Kontaktierung der Dünnschichtelektrode mit einigen solideren Elektroden, an die Vorspann- und Signalleitungen befestigt werden, eignet. Wenn das Bauelement in einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung betrieben wird, verwendet man einen Standard-Koaxial-Mikrostreifen-Übergang, wie er z. B. von der Fa. Pasternack Enterprises erhältlich ist.

Dieses spezifische Beispiel für Material und Bauelementherstellung ist nicht beschränkend zu verstehen. Grundsätzlich werden derzeit kristalline Stoffe, wie z. B. Silicium auf Saphir bevorzugt. Allerdings können auch andere kristalline Stoffe verwendet werden, so z. B. Silicium ohne Saphir, Germanium, Galliumarsenid, Cadmiumtellurid, Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid und andere Stoffe, die modifiziert werden, um effiziente Korrelatoren zu bilden. Wünschenswert ist es, den Koeffizienten der ambipolaren Diffusion derart zu verringern, daß die ambipolare Diffusionszeit τ _D im Vergleich zu der Träger-Lebensdauer τ _C groß bleibt, während die Beweglichkeit einer der Trägerspezies (im allgemeinen die Elektronenbeweglichkeit) so hoch wie möglich gehalten wird. Es ist allgemein bekannt, daß bei einem Material, welches sich gut als Fotoleiter eignet, das Produkt aus Beweglichkeit µ und Ladungsträger-Lebensdauer τ _C möglichst groß sein sollte. Für ein gutes Korrelations-Bauelement sollte das Material vorzugsweise so bearbeitet werden, daß sichergestellt ist, daß die Trägerlebensdauer τ _C < τ _D oder τ _C « τ _D ist, während dabei µ τ _C noch so groß wie möglich bleibt. In anderen Worten: µ τ _C ist vorzugsweise aufgrund eines großen Wertes µ stärker als aufgrund eines großen Wertes t _C (dies wird zu der Beziehung τ _C < τ _D oder τ _C ∼ τ _D führen).

Alternative Verfahren zu Erzielung dieser Bedingungen sind:

• A. Einführen von Defekten in das Material, wie bei dem oben beschriebenen Silicium auf Saphir
• B. Einführen tiefer Donatorstellen, die nur durch die interferierenden Strahlen ionisiert werden. Diese Störstellen könnten während des Wachstums eingeführt werden oder mittels Eindiffundierung oder aber auch durch Implantieren, an welches sich eine Warmbehandlung anschließt. Das Implantieren erfolgt bei einem Halbleiter, dessen Bandabstand größer ist als die Photonenenergie. In diesem Fall würde die ionisierten positiven Ionen völlig unbeweglich sein, was einem ambipolaren Diffusionskoeffizienten von Null oder annähernd Null ergibt.
• C. Erzeugen von Inhomogenitäten in der Kristallstruktur, um die Löcherbewegung stärker zu behindern als die Elektronenbewegung im Übergangsbetrieb. In diesem Fall wird das Bauelement derart ausgestaltet, daß Fotoelektronen in einer Richtung senkrecht zu den abwechselnden Schichten aus Galliumarsenid und Gallium-Aluminiumarsenid, die eine sogenannte Quantenloch-Struktur bilden, fließen. Zu Beginn, wenn gerade Elektroden-Loch-Paare erzeugt sind, haben die Elektronen hohe Energie und bewegen sich deshalb frei über die Quanten-Loch-Barrieren, während die Löcher relativ immobil sind.

Nach dem anfänglichen Einschwingvorgang verhindern die Quantenlöcher jegliche Diffusion und Bewegung.

Folgende konstruktive Einzelheiten wurden bei der Ausgestaltung des Autokorrelators 20 berücksichtigt, wobei im folgenden die angegebenen Einzelheiten lediglich der Anschauung dienen.

Der Widerstand 16 kann ein genormter Kohlenstoffwiderstand von 100 kOhm sein. Bei der Spannungsquelle 18 handelt es sich um eine Spannungsquelle guter Stabilität mit geringer Netzspannungs-Welligkeit oder um eine Batterie, die eine Spannung im Bereich von 0 bis 100 V bei einem Strom von bis zu 10 mA liefert. Ein Sorensen-Model 5002-10 erwies sich als geeignet, und eine Spannung von 10 bis 40 V eignen sich für den oben beschriebenen Fotoleiter 10 und die unten beschriebene optische Quelle. Der Stromanalysator 40 kann ein geeigneter Analysator für Ströme von 1 µA-10 mA oder entsprechende Spannungen am Widerstand 16 handelt. Ein Hewlett Packard-Moseley Model 7035-B-X-Y-Rekorder erwies sich als geeignet, wobei die Y-Achse mit einer Sägezahnspannung angesteuert wurde. Andere Analysatoren, z. B. solche mit einem Lock-In-Verstärker, können selbstverständlich auch benutzt werden.

Bei der optischen Quelle 22 handelt es sich um einen Farblaser vom Typ Spectra Physics 375-B, der mit einem frequenzgedoppelten Nd : YAG-Laser des Typs Spectra Physics Series 3000 gepumpt wurde, wobei die durchschnittliche Strahl-Ausgangsleistung 10 mW betrug.

Für den Strahlaufspalter 24 und den Spiegel 26 eignen sich herkömmliche Bauelemente, einschließlich solche, die aus reflektierenden Aluminiumschichten auf Glas gebildet sind.

Eine geeignete Verzögerungseinrichtung 30 erhält man, indem man einen Retroreflektor an einer Mikrometermikroskopstufe montiert, die von einem mit geringer Drehzahl arbeitenden Synchronmotor angetrieben wird. Eine geeignete Stufe erhält man von der Fa. Klinger Scientific.

Wenn die Fotostromsignale auf einem Hochgeschwindigkeits- Signalmonitor dargestellt werden, z. B. einem Oszilloskop, wird vorzugsweise ein qualitativ hochstehender 50-Ohm- Widerstand oder ein Instrumenten-Eingangswiderstand verwendet, z. B. der Abtastkopf Tektronix S-6. In diesem Fall sollte der Fotoleiter 10 vorzugsweise als Mikrostreifen mit Übertragungsleitungen, die mit einem 50-Ohm-Lasttransistor kompatibel sind, ausgebildet sein.

Der Autokorrelator 20 läßt sich zum Überwachen sehr kurzer optischer Signale verwenden, und ferner auch für die Nachrichtenübertragung mit kohärentem Licht.

B. Abtasteinrichtung

Fig. 8 bis 10b beziehen sich auf eine Abtasteinrichtung 50, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Abtasteinrichtung 50 enthält einen Fotoleiter 10, einen Widerstand 16 und eine Gleichspannungsquelle 18, wie sie oben beschrieben wurden. Hier jedoch sind zwei separate optische Quellen 52 und 54 vorgesehen. In diesem Beispiel erzeugen die beiden Quellen 52 und 54 Impulse kohärentes Licht, das bei derselben Wellenlänge konzentriert ist. Die von der Quelle 52 erzeugten Impulse sind Tastimpulse P _P kurzer Dauer, die in einer Verzögerungseinrichtung mit veränderlicher Weglänge 30 verzögert und dann auf den Fotoleiter 10 gerichtet werden. Die von der Quelle 54 erzeugten Impulse sind Probenimpulse längerer Dauer P _S , die auf den Fotoleiter 10 gerichtet werden. Beide Impulse P _P und P _S werden in regelmäßigen Intervallen erzeugt, und die Erzeugung der Tastimpulse P _P geht dem Probenimpuls P _S in jedem Impulszyklus voraus (oder hinkt hinterher). Der durch den Fotoleiter 10 gehende Fotostrom wird in einem Analysator 56 (siehe Fig. 9) analysiert. Diese Analysator 56 integriert das Eingangssignal (welches proportional zu dem Fotostrom ist) innerhalb jedes Impulszyklus mit Hilfe eines Integrators 58, invertiert den integrierten Wert Q in einem Invertierer 60 und legt den invertierten Wert -Q an den Addierer 64. Der Addierer empfängt von einem Speicher 62 ein anderes Eingangssignal Q _S und liefert das Signal Q _S ( τ) = Q _S -Q an einer Anzeige 66, wobei τ die Verzögerung zwischen P _P und P _S ist.

Die Arbeitsweise der Abtasteinrichtung ist in den Fig. 10a und 10b dargestellt. Wie aus Fig. 10a hervorgeht, ist, wenn die Impulse P _P und P _S sich zeitlich nicht überlappen, der integrierte Wert Q gleich Q _P + Q _S , wobei Q _P der zu dem Tastimpuls P _P gehörige integrierte Fotostrom und Q _S der zu dem Probenimpuls P _S gehörige integrierte Fotostrom ist. Wenn sich aber die Impulse P _P und P _S zeitlich überlappen, interferieren sie, wodurch Trägerknoten geschaffen werden, wie sie in Fig. 1b gezeigt ist. Diese optische Interferenz resultiert in einer scharfen Abnahme des Fotostroms J während der Überlappungszeit (Fig. 1b). Diese Abnahme des Fotostroms J reduziert den integrierten Wert Q um einen Betrag, der proportional zu der Amplitude des Probenimpulses P _S während der Zeit der Überlappung ist. Der Analysator 56 subtrahiert Q von Q _S, um für die Darstellung den Wert Q _S ( τ ) zu erzeugen. Q _S ( τ ) ist proportional zu der Amplitude des Probenimpulses P _S entsprechend τ. Die Verzögerungseinrichtung 30 gestattet die Justierung von t und die Messung verschiedener Abschnitte des Probenimpulses P _S .

Fig. 10c bis 10e zeigen die Art und Weise, in der die Abtasteinrichtung nach Fig. 8 dazu verwendet wird, Form und Amplitude des Probenimpulses P _S zu messen. Der Tastimpuls P _P wird über den Probenimpuls P _S während aufeinanderfolgender Zyklen tastend geführt, indem die Verzögerungszeit τ variiert wird, wie aus Fig. 10c ersichtlich ist. Der integrierte Fotostrom Q(τ ) wird dann für jeden Wert von τ aufgezeichnet, um eine Wellenform zu erzeugen, wie sie in Fig. 10d gezeigt ist. In Fig. 10d ist Q( τ ) für Werte von τ, in denen keine Überlappung zwischen Q _S und Q _P gegeben ist, gleich Q _S + Q _P . Für solche Werte von τ, bei denen Q _S und Q _P sich überlappen, ist Q ( τ ) um einen Betrag Δ ( τ ) kleiner als Q _S + Q _P , wobei Δ ( t ) proportional zu der Amplitude P _S zu der entsprechenden Zeit ist. Die Kurve in Fig. 10d kann invertiert und um (Q _S + Q _P ) versetzt werden, um die in Fig. 10e dargestellte Kurve zu erhalten, die proportional zuP _S (t) ist.

C. Schaltbauelement

Fig. 11 bis 13 beziehen sich auf ein Schaltbauelement 70, welches ein Ausgangssignal V₀ erzeugt, das einer logischen Kombination zweier optischer Logiksignale P _L ₁ und P _L ₂ entspricht. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, werden die Logiksignale P _L ₁ und P _L ₂ durch einzelne Signalquellen 72 und 74 gebildet. Die Logiksignale P _L ₁ und P _L ₂ sollten dieselbe optische Wellenlänge haben, und sie sollten ausreichend kohärent sein, um ein Interferenzmuster auf dem Fotoleiter 11 zu erzeugen, wenn sich die Signale zeitlich und räumlich überlappen. Die Logiksignale P _L ₁ und P _L ₂ sollten innerhalb eines Bereichs, der dem Faktor 3 entspricht, gleiche Intensität besitzen, vorzugsweise sollte ihre Intensität wirklich gleich sein. Der Fotoleiter 10 kann mit dem anhand von Fig. 5 beschriebenen Fotoleiter identisch sein.

Wie oben ausgeführt, ist der Spannungsabfall am Widerstand 16 proportional zu dem Fotostrom, und in dem Schaltbauelement 17 wird diese Spannung als Eingangsgröße an einen Fotostrom-Analysator 76 (Fig. 12) gelegt. In einem Integrator 78 wird die Spannung für eine ausgewählte Zeit integriert, um einen integrierten Wert Q zu erhalten. Der Wert Q wird verglichen mit einem Bezugswert Q _R . Dies geschieht in einem Vergleicher oder Komperator 82. Das Ausgangssignal V₀ wird nach Maßgabe des Vergleichsergebnisses eingestellt. V₀ kann als Ausgangssignal an andere logische Schaltungen geführt werden.

Q=0, wenn weder P _L ₁ noch P _L ₂ vorhanden ist. Das Signal Q=Q₁, wenn eines und nur eines der beiden Signale P _L ₁ und P _L ₂ vorhanden ist. Das Signal Q=Q₂, wenn beide Signale P _L ₁ und P _L ₂ vorhanden sind (siehe Fig. 13). Aufgrund der oben diskutierten Effekte der interferenzinduzierten Trägermodulation ist Q₂ viel kleiner als Q₁ · Q _R kann zwischen Q₁ und Q₂ eingestellt werden, und dieser Wert von Q _R produziert die in Fig. 13 dargestellten Werte für V₀ : V₀ befindet sich in logisch hohem Zustand V _H , wenn eines der beiden Signale P _L ₁ und P _L ₂ vorhanden ist, und V₀ befindet sich im logisch niedrigen Zustand V _L unter sämtlichen übrigen Bedingungen. Das Schaltbauelement 70 stellt eine EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung von P _L ₁ und P _L ₂ dar, und schaltet tatsächlich P _L ₁ auf optischem Wege abhängig von Vorhandensein oder Fehlen von P _L ₂. In dem Schaltbauelement 70 werden die logischen Signale P _L ₁ und P _L ₂ in der Amplitude geschaltet. Alternativ kann bei konstanter Amplitude eine Schaltung der optischen Frequenz, eine räumliche Schaltung oder eine Polarisationsschaltung dazu verwendet werden, eines der oder beide logische Signale P _L ₁ und P _L ₂ zu modulieren.

Der Fotostromanalysator 66 kann ersetzt werden durch (1) eine Hochgeschwindigkeits-Signalanzeigevorrichtung in Form beispielsweise eines Oszilloskops, um eine Echtzeitanzeige zu erhalten, oder (2) einen Logikanalysator für eine digitale Verarbeitung.

D. Analysator für optisches Spektrum

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen haben die zwei interferierenden optischen Signale diegleiche optische Wellenlänge. Wenn jedoch eines der optischen Signale Strahlung von mehr als einer optischen Wellenlänge enthält, kann der erfindungsgemäße Korrelator als Wellenlängenkorrelator arbeiten, z. B. als Analysator für ein optisches Spektrum oder als optischer Demultiplexer.

Fig. 14 bis 17c beziehen sich auf eine Ausführungsform des Wellenlängenkorrelators nach der Erfindung, der als Analysator für ein optisches Spektrum arbeitet. Wie aus Fig. 14 hervorgeht, ist dieser Spektralanalysator identisch mit der in Fig. 8 gezeigten Abtasteinrichtung, soweit der Fotoleiter 10 und der Fotostromanalysator 56 betroffen sind. Allerdings unterscheiden sich die beiden optischen Quellen 52′ und 54′ nach Fig. 14 von den entsprechenden Teilen in Fig. 8. Insbesondere erzeugt die optische Quelle 52′ mit veränderlicher Frequenz ein optisches Tastsignal P _P′ , welches eine kontinuierlich veränderliche optische Frequenz ν aufweist. Bei diesem Beispiel ist das Tastsignal eine wiederholte Folge von Impulsen mit ausgewählter optischer Frequenz ν.

Die Signalquelle 54′ für ein optisches Probensignal erzeugt ein Probensignal P _S′ , bei dem es sich im vorliegenden Beispiel um eine Wiederholungssequenz mit jeweils einem breitbandigem optischen Spektrum handelt. Die beiden Signale P _P , und P _S , überlappen sich an dem Fotoleiter 10 zeitlich und räumlich. Das Tastsignal P _P , ist ausreichend kohärent, um eine stehendes Interferenzmuster mit jeder Komponente des Probensignals P _S , zu bilden, welches die gleiche optische Frequenz ν wie das Tastsignal P _P , aufweist.

Fig. 15a und 15b zeigen die Intensität der Signale P _P , bzw. P _S , als Funktion der Zeit. Beim vorliegenden Beispiel überlappen sich die beiden Signale P _P , und P _S , zeitlich vollständig.

Fig. 16a und 16b zeigen die Frequenzverteilung der Signale P _S , bzw. P _P ,. Das Probensignal P _S , besitzt eine breitbandige willkürliche Verteilung über einen Bereich der optischen Frequenzen. Das Tastsignal P _P , hingegen besitzt eine relativ schmale spektrale Verteilung, die sich gemäß Fig. 16b bei der Frequenz ν₀ zentriert.

Fig. 16c zeigt den Fotostrom J₀, der von dem Fotoleiter 10 erzeugt wird, wenn die beiden Signale P _P , und P _S , beide auf den Fotoleiter 10 fallen und sich die Frequenz des Tastsignals P _S , überlappt. In dieser Situation werden keine stehenden Interferenzmuster erzeugt, und der Fotostrom während der Signale ist ein konstanter Wert, welcher der Summe der Fotoströme gleicht, die durch die beiden Signale P _S , und P _P , individuell erzeugt werden.

Um eine Spektralanalyse des Probensignals P _S , zu erhalten, wird die Frequenz des Tastsignals P _P , zeitlich geändert, wie in Fig. 17a zu sehen ist. Dies veranlaßt, daß das Impulssignal P _P , das Probensignal P _S , im Frequenzbereich abtastet. Wenn das Probensignal P _S , eine Frequenzkomponente bei der Frequenz des Tastsignals P _P , hat, erzeugen die Komponenten der beiden Signale, welche die gleiche optische Frequenz haben, ein stationäres Interferenzmuster, wie oben erläutert wurde. Dieses stationäre Interferenzmuster verursacht eine Trägermodulation, welche den von dem Fotoleiter 10 erzeugten Fotostrom verringert. Die Verringerung des Fotostroms ist proportional zu der Amplitude der Spektralkomponente des Probensignals P _S′ , die der Frequenz des Tastsignals P _P , entspricht. Fig. 17b zeigt eine graphische Darstellung des Fotostroms J(t′) als Funktion der Frequenz-Abtastkoordinate t′, wenn die Frequenz ν (t′) des Tastsignals P _P , kontinuierlich erhöht wird. Die graphische Darstellung nach Fig. 17b wurde in der gleichen Weise konstruiert, wie die in Fig. 10b, mit der Ausnahme, daß im vorliegenden Fall das Tastsignal das Probensignal im Frequenzbereich und nicht im Zeitbereich abtastet.

Durch Invertieren des Fotostrom-Verlaufs J(t′) nach Fig. 17b und durch Subtrahieren einer Konstanten, die J₀ entspricht, läßt sich die Wellenform nach Fig. 16c erzeugen. Diese Wellenform liefert ein Maß für die spektrale Energieverteilung in dem das Signal P _S ,.

Alternativ können die Signale P _S, und P _P , kontinuierlich emittierte Signale sein, anstelle der oben beschriebenen Impulssignale.

E. Optischer Demultiplexer

Fig. 18 und 19a bis 19f beziehen sich auf einen optischen Demultiplexer, der eine Ausführungsform der Erfindung darstellt und als Wellenlängenkorrelator arbeitet. Wie in Fig. 18 zu sehen ist, enthält der Demultiplexer eine Signalquelle für ein optisches Tastsignal 90 und eine Signalquelle für ein optisches Probesignal 92. Die Quelle 90 erzeugt ein Abtastsignal S _B , welches auf einen Fotoleiter 10 auftrifft, der identisch mit dem oben beschriebenen Fotoleiter ausgebildet ist. In ähnlicher Weise erzeugt die Quelle 92 ein Abtastsignal S _S , welches auf einen Strahlaufspalter 94 auftrifft. Die durchgelassene Komponente des Probensignals S _S fällt auf den Fotoleiter 10, und der reflektierte Teil des Probensignals S _S fällt auf einen zweiten Fotoleiter 10′. Der Fotoleiter 10′ kann ein herkömmlicher Fotoleiter sein, er kann aber auch identisch wie der Fotoleiter 10 ausgebildet sein. Der Fotoleiter 10 erzeugt einen Fotostrom, und das Signal J _B (t) ist proportional zu diesem Fotostrom. In ähnlicher Weise erzeugt der Fotoleiter 10′ einen Fotostrom, der proportional zu dem Ausgangssignal J _A (t) ist.

Wie in Fig. 19a zu sehen ist, ist das Probensignal S _S beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein in der Wellenlänge gemultiplextes Logiksignal aus einer Reihe von Impulsen. Jeder der Impulse besitzt eine konstante Amplitude, und die Impulse können eine von drei optischen Frequenzen ν₁, ν₂ und ν₃ haben. Selbstverständlich kann eine größere oder kleinere Anzahl optischer Frequenzen für andere Ausführungsbeispiele vorgesehen sein.

Wie in Fig. 19b zu sehen ist, ist das Tastsignal S _P bei dieser Ausführungsform ein Signal mit einer konstanten Amplitude der Frequenz ν₂. Fig. 19c zeigt das Ausgangssignal J _B (t) wenn lediglich die Quelle 90 arbeitet und nurdas Tastsignal S _P auf den Fotoleiter auftrifft. Unter diesen Bedingungen ist der von dem Fotoleiter 10 erzeugte Fotostrom ein Signal mit einer konstanten Amplitude J₂.

Fig. 19d zeigt das Ausgangssignal J _A (t). Es sei angenommen, daß bei diesem Beispiel die Fotoleiter 10 und 10′ identische Spektral-Antworten haben, und daß die Spektralantwort der Fotoleiter 10 und 10′ bei den Frequenzen ν₁, ν₂ und ν₃ im wesentlichen identisch ist. Unter diesen Umständen entspricht der in Fig. 19d dargestellte Wert J _A (t) sehr gut dem Probensignal S _S , das in Fig. 19a gezeigt ist.

Das Ausgangssignal J _B (t), wenn beide Signale, also Probensignal S _S und Tastsignal S _P auf den Fotoleiter 10 auftreffen, ist in Fig. 19e gezeigt. Während Impulsen des Probensignals S _S bei Frequenzen ν₁ oder ν₃ hat das Ausgangssignal J _B (t) einen hohen Wert, entsprechend der Summe der Fotoströme, die durch jedes der Signale S _P und S _S getrennt erzeugt werden. Dies dieshalb, weil das Tastsignal S _P die Frequenz ν₂ aufweist, während das Probensignal S _S entweder die Frequenz ν₁ oder ν₃ besitzt. Wenn die beiden Signale unterschiedliche optische Frequenzen aufweisen, werden keine stationäre Interferenzmuster erzeugt und es stellt sich keine Reduzierung des Fotostroms aus der Trägermodulation ein, die oben beschrieben wurde.

Allerdings befindet sich der Fotostrom J _B (t) während der Impulse des Probensignals S _S mit der Frequenz ν₂ auf einem wesentlich niedrigeren Pegel. Für Impulse bei der Frequnz ν₂ sind die beiden Signale S _P und S _S ausreichend kohärent, so daß eine optische Interferenz zwischen dem Tastsignal S _P und dem Probensignal S _S den von dem Fotoleiter 10 erzeugten Fotostrom wesentlich reduziert oder sogar beseitigt. Die resultierende Wellenform ist in Fig. 19e angegeben. Vorzugsweise gleichen die Amplituden der Signale S _P und der ν₂-Komponente des Signals S _S einander an dem Fotoleiter 10 innerhalb eines Faktors von 3. Vorzugsweise sind diese zwei Amplituden einander gleich.

Der in Fig. 18 dargestellte Demultiplexer enthält einen Summierer 96, der ein Ausgangssignal J(t) erzeugt, welches dem Wert J _A (t) - J _B (t) + J₂ entspricht. Wie in Fig. 19f gezeigt, enthält J(t) einen Impuls nur zu den Zeiten, zu denen das Probensignal S _S einen Impuls der Frequenz ν₂ enthält.

Aus dieser Beschreibung ist ersichtlich, daß die Signale von J _B (t) und J _A (t) dazu verwendet werden kann, nur Signale einer ausgewählten Frequenz aus sämtlichen Impulsen, die von der Signalquelle 92 erzeugt werden, zu erfassen. Durch einfaches Einstellen der Wellenlänge des Tastsignals S _P derart, daß sie dem gewünschten Satz von Impulsen in dem Probensignal S _S entspricht, läßt sich der gewünschte Satz von Impulsen für die anschließende Weiterverarbeitung demultiplexen.

Der oben beschriebene Demultiplexer kann vereinfacht werden, indem man den Fotoleiter 10′, den Strahlaufspalter 94 und das Summierglied 96 fortläßt, solange die spektrale Verteilung des Tastensignals S _P richtig gewählt ist. Wenn z. B. das Tastsignal Frequenzkomponenten sowohl bei ν₁ als auch ν₂ besitzt, wird der Fotostrom J _B (t) selektiv nur Impulse der Frequenz ν₃ in dem Probensignal S _S anzeigen, außerdem Hintergrundsignale während der Intervalle Δ t. Δ t kann auf Null eingestellt werden.

In dem oben beschriebenen Demultiplexer ist das Signal S _S amplitudenmoduliert. Alternativ kann die Amplitudenmodulation ersetzt werden durch oder kombiniert werden mit einer Lichtfrequenzmodulation, einer räumlichen Modulation oder einer Polarisations- Modulation.

F. Alternative Ausführungsformen

Kennlinien des Fotosensors lassen sich innerhalb eines breiten Bereichs modifizieren, wobei dennoch die gewünschte Verringerung des Sensorsignals mit der Erzeugung des Interferenzmusters erreicht wird. Stoffe, Träger-Lebensdauer und Träger-Diffusionsraten lassen sich sämtlich für den jeweiligen Anwendungsfall optimieren. Außerdem können fotovoltaische Sensoren dazu ausgebildet werden, das Vorhandensein eines Interferenzmusters zu erfassen mit Hilfe der interferenzinduzierten Trägermodulation.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Verwendung von Signalen einer Zone des elektromagnetischen Spektrums, und die Ausdrücke "optisch", "Licht", "Foto" sind nicht als Beschränkung auf sichtbares Licht zu verstehen. Außerdem können interferierende Strahlen mit geeigneten Detektoren verwendet werden, die sich von optischen oder Lichtstrahlen unterscheiden.

Wesentlich ist bei sämtlichen Ausführungsbeispielen auch nicht, daß das Licht von einer Seite des Sensors auf den Sensor auftrifft, wie in Fig. 1a gezeigt. Mit geeigneten Sensoren können die Strahlen im Inneren des Sensors interferieren. Der Winkel R kann dann einen vollen Bereich aufweisen, und die Strahlen können antiparallel sein. Bei Material mit hohem Brechungsindex kann der praktische Knotenabstand so klein gemacht werden, wie 1000Å.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Verwendung ebener polarisierter Strahlen oder auf Interferenzmuster mit geradlinigen Knoten. Komplexere Interferenzmuster können vorgesehen sein, solange diese den effektiven Widerstand modifizieren, der seitens der Ladungsträger in dem Sensor gesehen wird.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Fotostromsignal zum Messen von Q integriert, so daß das Vorhandensein oder das Fehlen des Interferenzmusters erfaßt wird. Alternativ können andere Parameter gemessen werden, beispielsweise kann der Fotostrom im Echtzeitbetrieb mit Hilfe eines Oszilloskops dargestellt werden, und die Fotostromamplitude läßt sich zu Erzielung eines ähnlichen Ergebnisses messen.

Claims (22)

1. Korrelator, der aufgrund interferenzinduzierter Trägermodulation arbeitet, umfassend:

• - eine Sensoreinrichtung (10) mit einem Sensorelement (14), das bei Erregung durch einen Energiestrahl Ladungsträger liefert, und mit einer Einrichtung (10, 16, 18), die ansprechend auf die Ladungsträger ein Sensorsignal erzeugt, und
• - eine Einrichtung (22, 24, 30), mit der ein erstes und ein zweites Strahlsignal (P _R , P _S ) auf das Sensorelement gerichtet werden, um auf diesem ein Interferenzmuster zu erzeugen, wenn die Strahlsignale (P _R , P _S) sich zeitlich und räumlich an dem Sensorelement (14) überlappen, wobei das Interferenzmuster eine räumliche Modulation in der Trägerverteilung hervorruft, das erste und das zweite Strahlsignal (P _R , P _S ) Interferenzkomponenten enthalten, die sich zeitlich, in der Strahlfrequenz und räumlich an dem Sensor überlappen und deren Intensitäten sich innerhalb eines Faktors von drei gleichen,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung (40) zum Überwachen des Sensorsignals, um einen Parameter des Sensorsignals zu erfassen, der sich als Funktion des Vorhandenseins des Interferenzmusters ändert.

2. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäten der zwei Interferenzkomponenten sich innerhalb eines Faktors von 1,5 gleichen.

3. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäten der zwei Interferenzkomponenten im wesentlichen gleich groß sind.

4. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzmuster einen charakteristischen Knotenabstand (Λ) definiert, bei dem die Träger solche höherer Beweglichkeit und solche niedriger Beweglichkeit enthalten, und bei dem die Träger eine ambipolare Diffusionslänge aufweisen, die kleiner ist als der charakteristische Knotenabstand (Λ).

5. Korrelator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger höherer Beweglichkeit eine Beweglichkeit von mehr als 10 cm²/Vs aufweisen.

6. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Strahlsignal im wesentlichen die gleiche Strahlfrequenzverteilung aufweisen.

7. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22, 24, 30), mit der die Strahlsignale auf das Sensorelement gerichtet werden, aufweist:
eine Quelle (22) zum Erzeugen eines Strahls, einen Strahlaufspalter (24) zum Aufspalten des Strahls in einen ersten und einen zweiten Teilstrahl, eine Verzögerungseinrichtung (30) zum Verzögern des ersten Teilstrahls um einen veränderlichen Betrag, um das erste Strahlsignal (P _P ) zu bilden, während der zweite Teilstrahl als zweites Strahlsignal (P _S ) auf das Sensorelement gegeben wird.

8. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22, 24, 30) zum Richten der Strahlsignale auf das Sensorelement aufweist:
eine Einrichtung (54) zum Erzeugen eines eine längere Dauer aufweisenden Probensignals (P _S ) als das erste Strahlsignal, eine Einrichtung (52) zum Erzeugen eines eine kürzere Dauer aufweisenden Tastsignals, und eine Verzögerungseinrichtung (30) zum Verzögern des Tastsignals um einen veränderlichen Betrag, um das zweite Strahlsignal (P _S ) zu erzeugen, so daß das zweite Strahlsignal (P _S ) zeitlich mit ausgewählten Abschnitten des ersten Strahlsignals (P _P ) synchronisierbar ist.

9. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Strahlsignal (P _P , P _P ) Logiksignale beinhalten und daß die Überwachungseinrichtung (76) eine Einrichtung (78, 80, 82) zum Anzeigen einer logischen Kombination des ersten und des zweiten Strahlsignals aufweist.

10. Korrelator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Kombination die Verknüpfung "EXCLUSIV-ODER" darstellt.

11. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Strahlsignal (P _P , P _S ) ein erstes bzw. ein zweites Logiksignal (P _L ₁, P _L ₂) beinhalten und daß der erfaßte Parameter kennzeichnend ist für das in Abhängigkeit des zweiten logischen Signals (P _L ₂) geschaltete erste Logiksignal (P _L ₁).

12. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erfaßte Parameter kennzeichnend ist für eine Integration des Sensorsignals, und daß die Überwachungseinrichtung (56) eine Einrichtung (58) zum Integrieren des Sensorsignals aufweist, um einen integrierten Wert zu bilden.

13. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (10) aufweist:
ein Paar Elektroden (12) auf gegenüberliegenden Seiten des Sensorelements (14), wobei die Elektroden (12) eine sich zwischen ihnen erstreckende Achse eines elektrischen Feldes definieren, das Interferenzmuster veranlaßt, daß die räumliche Modulation der Träger in Ebenen angeordnet ist, und mindestens einige der Ebenen die Feldachse unter einem Winkel (O) größer als Null schneiden.

14. Korrelator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel ( R) im wesentlichen etwa 90° beträgt.

15. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Modulation in der Verteilung der Träger das Sensorsignal derart reduziert, daß ein integrierter Wert des Sensorsignals dann, wenn das erste und das zweite Strahlsignal (P _R , P _S ) unter Bildung eines Interferenzmuster interferieren, kleiner ist als dann, wenn das erste und das zweite Signal (P _R , P _S ) nicht interferieren.

16. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelator (20, 50, 70) ein Frequenzdomänen-Korrelator ist, bei dem das zweite Strahlsignal (P _S ) erste Frequenzkomponenten enthält, die in der Strahlfrequenz im wesentlichen mit dem ersten Strahlsignal (P _P , P _R ) übereinstimmen, und zweite Frequenzkomponenten enthält, die in der Strahlfrequenz mit dem ersten Strahlsignal (P _P , P _R ) sich nicht überlappen, und daß das Interferenzmuster lediglich aus der Interferenz zwischen dem ersten Strahlsignal (P _P , P _R ) und den ersten Frequenzkomponenten des zweiten Strahlsignals (P _S ) resultiert.

17. Korrelator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Strahlsignal (P _P ) ein Tastsignal (P _L ₁) der Strahlfrequenz ν₁ aufweist, das zweite Strahlsignal (P _S ) ein Logiksignal (P _L ₂) mit ersten Impulsen der Strahlfrequenz ν₂ und zweiten Impulsen der Strahlfrequenz ν₂ aufweist, und die ersten Impulse in den ersten Frequenzkomponenten enthalten sind, während die zweiten Impulse in den zweiten Frequenzkomponenten enthalten sind.

18. Korrelator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Strahlsignal (P _P ) eine schmalere Frequenzverteilung hat als das zweite Strahlsignal (P _S ), und daß die Einrichtung zum Richten der Strahlsignale auf das Sensorelement eine Einrichtung (52′) aufweist zum Einstellen der Frequenzverteilung des ersten Strahlsignals derart, daß sie sich mit sich ändernden ausgewählten Abschnitten der Frequenzverteilung des zweiten Strahlsignals überlappt.

19. Korrelator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) einen Fotosensor (14) aufweist, und daß die Strahlensignale (P _P , P _S ) optische Signale aufweisen, wobei die Strahlfrequenzen optischen Frequenzen entsprechen.

20. Korrelator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) einen Fotoleiter aufweist.

21. Korrelator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoleiter (20) mindestens zwei Elektroden (12) und einen zwischen den Elektroden (12) befindlichen kristallinen Halbleiter (14) aufweist.