DE2436536B2

DE2436536B2 - DEVICE FOR ACOUSTOOPTIC MODULATING OF LIGHT

Info

Publication number: DE2436536B2
Application number: DE19742436536
Authority: DE
Inventors: James Carl Pittsford; Blazey Richard Nelson Rochester; N.Y. Owens (V.StA.)
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1974-07-29
Publication date: 1976-10-28
Also published as: JPS5050940A; US3869197A; CA1020659A; GB1478362A; FR2239693B1; DE2436536A1; FR2239693A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum akustooptischen Modulieren von Licht, mit einer Quelle für monochromatisches I icht, mit einem Block aus akustooptischem Material, der im Abstand zueinander verlaufende Oberflächen aufweist, von denen eine Oberfläche in Form einer Stufenreihe ausgebildet ist, die mehrere zueinander parallele Stufen, die über Stufenflächen miteinander verbunden sind, aufweist, wobei an (10 jeder Stufe ein piezoelektrischer Wandler angebracht ist.The invention relates to a device for acousto-optic modulation of light, with a source for monochromatic light, with a block of acousto-optical material spaced from each other has running surfaces, one of which is formed in the form of a series of steps, the several parallel steps, which are connected to each other via step surfaces, where at (10 a piezoelectric transducer is attached to each stage.

Vorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt (»Proc. of the IEEE« 54 [1966], S. 1429-1437). Bei den bekannten derartigen Vorrichtungen ist die nutzbare <>> Bandbreite in nachteiliger Weise noch zu gering. Das heißt, die inneren Verluste in der Vorrichtung machen es unmöglich, diese mit so hohen Frequenzen zu betreiben.Devices of this type are already known ("Proc. Of the IEEE" 54 [1966], pp. 1429-1437). In the known devices of this type, the usable bandwidth is disadvantageously still too low. That is, the internal losses in the device make it impossible to operate it at such high frequencies.

wie dies bei den in Betracht kommenden Verwendungszwecken wünschenswert wäreas would be desirable for the purposes in question

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der besagten Art zu schaffen, deren Bandbreite gegenüber den bekannten Vorrichtungen insbesondere zu höheren Frequenzen hin in starkem Ausmaß vergrößert ist.The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, whose Bandwidth compared to the known devices in particular to higher frequencies in strong Extent is enlarged.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Resonanzfrequenz der Wandler ungefähr 30% höher gewählt ist als die Resonanzfrequenz des Blocks aus akustooptischem Material. Wie nämlich gefunden wurde, liegt die Ursache dafür, daß die bekannten derartigen Vorrichtungen eine ungenügende Bandbreite aufweisen, darin, daß bei den bekannten Vorrichtungen die Resonanzfrequenz oder konstruktionsbedingte Nennfrequenz des akustooptischen Mediums der Resonanzfrequenz des die Schallwellen erzeugenden Wandlers genau oder annähernd entspricht. Wie in der ins einzelne gehenden Beschreibung nachfolgend noch näher erläutert wird, wirkt jedoch die übliche Verwendung von Indium oder einem anderen Metall zum Verkitten der Wandler mit dem akustooptischen Material in der Weise, daß der Beugungs-Wirkungsgrad der akustooptischen Vorrichtung bei hohen Frequenzen verringert wird. Außerdem wird die Freiluft-Resonanzfrequenz eines Wandlers auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt, wenn der Wandler mit einem anderen Medium verkittet wird. Bei der Erfindung wird, anstatt die Resonanzfrequenzen von Wandler und akustooptischem Block einander anzugleichen, wie dies bei den bekannten derartigen Vorrichtungen der Fall ist, die Resonanzfrequenz des Wandlers gegenüber derjenigen des akustooptischen Mediums so verschoben, daß der Wandler bei einer Frequenz in Resonanz ist, die etwa 30% höher ist als die Resonanzfrequenz des akustooptischen Materials. Der Frequenzgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch so vergleichmäßigt, daß die Vorrichtung auch im Bereich der hohen Frequenzen einwandfrei betreibbar ist.This object is achieved according to the invention in a device of the type mentioned at the beginning solved that the resonance frequency of the transducer is selected about 30% higher than the resonance frequency of the Blocks made of acousto-optic material. As has been found, the reason is that the known such devices have an insufficient bandwidth, in that the known Devices the resonance frequency or design-related nominal frequency of the acousto-optical medium corresponds exactly or approximately to the resonance frequency of the transducer generating the sound waves. As will be explained in more detail below in the detailed description, however, the common use of indium or some other metal to cement the transducers to the acousto-optic Material in such a way that the diffraction efficiency of the acousto-optic device is reduced at high frequencies. In addition, the Outdoor resonance frequency of a transducer reduced to a lower value when the transducer is using cemented to another medium. In the invention, instead of the resonance frequencies of To align transducer and acousto-optical block, as in the case of the known devices of this type is the case, the resonance frequency of the transducer compared to that of the acousto-optical medium so shifted so that the transducer is in resonance at a frequency which is about 30% higher than that Resonance frequency of the acousto-optic material. The frequency response of the device according to the invention is thereby evened out so that the device works perfectly even in the range of high frequencies is operable.

Bei den bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art ist es üblich, die in Richtung der Stufenhöhe gemessenen Ausdehnungen der Stufenflächen als Vielfache der halben Wellenlänge der Resonanzfrequenz des akustooptischen Blocks auszulegen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, da die Wellenlängen bei den durch die Erfindung erreichbaren, höheren Frequenzen äußerst klein werden, demgegenüber von Vorteil, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Höhe der Stufen und damit die in Richtung der Stufenhöhe gemessene Ausdehnung der Stufenflächen etwa einer ganzen Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz des Blocks entspricht.In the known devices of the type mentioned, it is common that in the direction of Step height measured dimensions of the step surfaces as a multiple of half the wavelength of the Interpret the resonance frequency of the acousto-optic block. In the device according to the invention it is there the wavelengths at the higher frequencies that can be achieved by the invention become extremely small, In contrast, it is advantageous to design the device so that the height of the steps and thus the in In the direction of the height of the step, the extent of the step surfaces measured approximately a full wavelength at the Corresponds to the resonance frequency of the block.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich außerdem gegenüber den bekannten Vorrichtungen größere Ablenkwinkel erreichen.With the device according to the invention, compared to the known devices achieve greater deflection angles.

Durch die Erfindung wird auch, wie sich gezeigt hat, ein außerordentlich hohes Auflösungsvermögen bei äußerst kurzer Zugriffszeit erreicht. Bekannte derartige Vorrichtungen ermöglichen, wenn sie eine kurze Zugriffszeit bieten sollen, d. h., wenn die Rücklaufzeit nur zehn Mikrosekunden oder etwas mehr betragen soll, nur eine Auflösung von ungefähr 755 Positionen des Lichtbündels oder weniger. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglich' eine Auflösung von zumindest 1500 Punkten oder Positionen des Bündels bei einem Beugungswirkungsgrad von zumindest 10% über dieAs has been shown, the invention also provides an extremely high resolution extremely short access time. Known such devices allow if they have a short Should provide access time, d. i.e., if the return time should be only ten microseconds or a little more, only a resolution of about 755 positions of the light beam or less. The inventive Device enables a resolution of at least 1500 points or positions of the bundle in one Diffraction efficiency of at least 10% over the

gesamte Bandbreite. Das Zeit-Bandbreiten-Produkt beträgt 1665. Jedoch geht, wenn bei linearer Abtastung mit einer Rücklaufzeit von 10% gearbeitet wird, die effektive Auflösung auf 1500 Positionen zurück. Die Vorrichtung arbeitet bei einer niedrigen Leistungsdichte und läßt sich auch mit hohem Leistungspegel betreiben, wenn ein erhöhter Wirkungsgrad der Beugung erreicht werden soll. entire range. The time-bandwidth product is 1665. However, if linear scanning is used with a return time of 10%, the effective resolution is reduced to 1500 positions. The device operates at a low power density and can also be operated at a high power level if an increased diffraction efficiency is to be achieved.

Daß für eine derartige Vorrichtung ein Bedarf bestehi, liegt auf der Hand, weil eine derartige ι ο Vorrichtung für Bildaufzeichnungs- und/oder -Wiedergabesysteme hohen Auflösungsvermögens anwendbar ist, was bei den bekannten derartigen Vorrichtungen nicht der Fall ist. Wie bereits oben erwähnt, ermöglichen bekannte derartige Vorrichtungen eine Auflösung von i_s ungefähr 775 Positionen des Lichtbündels oder weniger bei einer Rücklaufzeit von 10 Mikrosekunden oder mehr. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird zwar eine Auflösung von !600 Punkten erreicht. Hierbei ist jedoch eine Rücklaufzeit von 64 Mikrosekunden erforderlich. Keine dieser bekannten Vorrichtungen kann in einem hochauflösenden Aufzeichnungs- oder Wiedergabesystem Anwendung finden, da hierbei zumindest 1500 Bündelposuionen bei einer Rücklaufzeit von 14 Mikrosekunden oder weniger gegeben sein 2s müssen.That for such a device bestehi a need is obvious, because such ι ο apparatus for image recording and / or reproducing systems high resolution power is applicable, which is not the case with the known such devices. As already mentioned above, known devices of this type enable a resolution of i_s approximately 775 positions of the light beam or less with a return time of 10 microseconds or more. In another known device, a resolution of! 600 points is achieved. However, this requires a return time of 64 microseconds. None of these known devices can be used in a high-resolution recording or playback system, since in this case at least 1500 beam positions must be given with a return time of 14 microseconds or less 2s.

Der Block aus akustooptischem Material kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Bleimolybdat gefertigt sein, an dessen einer Seite oder Oberfläche eine Reihe piezoelektrischer Wandler angekittet ist. Die akustischen Wellen, die die Wandler aussenden, verändern den Brechungsindex im Bereich der Öffnung des Blocks und beugen einen Teil des einfallenden Lichts um einen WinkelIn the device according to the invention, the block made of acousto-optical material can be made from lead molybdate with a row of piezoelectric transducers cemented to one side or surface. the acoustic waves emitted by the transducers change the refractive index in the area of the opening of the block and bend some of the incident light at an angle

~ r ~ r

wobei
λ die Wellenlänge des einfallenden Lichts im Vakuum,whereby
λ is the wavelength of the incident light in a vacuum,

f die Frequenz der akustischen Welle und
ν die Geschwindigkeit der akustischen Welle bedeuten. f is the frequency of the acoustic wave and
ν mean the speed of the acoustic wave.

Um einen Betrieb über eine große Bandbreite zu 4s erreichen, ist es erforderlich, die Richtung der Fortpflanzung der akustischen Welle so zu steuern, daß die Braggsche Bedingung wenigstens annähernd erfüllt wird. Dies wird bei der Stufenreihe der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erreicht, daß jede Stufe eine bestimmte Stufenbreite und Stufenhöhe aufweist, die mit der Wellenlänge der akustischen Welle bei der Nennfrequenz in Beziehung steht, d. h. bei der Frequenz, für die die betreffende Vorrichtung ausgelegt ist. Wie unten ins einzelne gehend näher erläutert werden wird, ss läßt sich durch die besondere abgestufte Anordnung der Wandler an dem Block aus akustooptischem Material eine Vorrichtung schaffen, die für schnelle, hochauflösende Bildaufzeichnungs- und -Wiedergabesysteme anwendbar ist. i..>To operate over a large bandwidth to 4s achieve, it is necessary to control the direction of propagation of the acoustic wave so that Bragg's condition is at least approximately fulfilled. This is the case with the series of stages according to the invention Device achieved in that each step has a certain step width and step height, the is related to the wavelength of the acoustic wave at the nominal frequency, d. H. at the frequency for which the device in question is designed. As will be explained in more detail below, see p can be achieved by the special stepped arrangement of the transducers on the block made of acousto-optical material to provide an apparatus useful for high-speed, high-definition image recording and playback systems is applicable. i ..>

Soweit hier die Ausdrücke »Licht« und »Schall« gebraucht sind, sollen diese Aufdrücke Licht und Schall in weitestem Sinne umfassen. Das heißt, mit »Licht« sind sowohl gewöhnliche elektromagnetische Wellen im sichtbaren Spektrum gemeint als auch elektromagnet!- <>s sehe Strahlung bei Wellenlangen oberhalb oder unterhalb des sichtbaren Spcktralbcrcichs. Mit »Schall« (und »akustisch«) ist jedwede sich fortpflanzende physikalische oder mechanische Wellenenergie gemeint, nicht nur diejenige im hörbaren Bereich, sondern auch solche Schwingungen, die Frequenzen besitzen, wie sie beispielsweise be: Radiowellen im UKW-Bereich oder VHF- und/oder UHF-Bereich üblich sind. Mit »Zugriffszeit« ist die Zeit gemeint, die verstreichen muß, bis eine ausgesandte Schallwelle bei der betreffenden Frequenz in dem akustooptischen Material voll zur Wirkung kommt. Der Ausdruck »Abtastzeit« bezieht sich auf die Zeit, die verstreicht, bis das Lichtbündel eine ganze Abtastlinie bei linearer Abtastung abgetastet hat. Der Ausdruck »Rücklaufzeit« bezieht sich auf die Zeit, die verstreicht, bis das Bündel vom Ende der abgetasteten Linie wieder zur Ausgangsstellung zurückkehrt. Diese Zeit kann als der Zugriffszeit äquivalent angesehen werden.As far as the terms "light" and "sound" are used here, these terms are intended to include light and sound in the broadest sense. That is to say, "light" means both ordinary electromagnetic waves in the visible spectrum and electromagnetic waves. See radiation at wavelengths above or below the visible spectrum. With "sound" (and "acoustic") is meant any propagating physical or mechanical wave energy, not only that in the audible range, but also those vibrations that have frequencies such as: radio waves in the VHF range or VHF and / or UHF range are common. With "access time" is meant the time that must pass before a transmitted sound wave at the relevant frequency comes into full effect in the acousto-optical material. The term "scan time" refers to the time it takes for the light beam to scan an entire scan line with linear scanning. The term "return time" refers to the time it takes for the bundle to return to its original position from the end of the scanned line. This time can be considered to be equivalent to the access time.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigtThe invention is explained in detail below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine schematisier! gezeichnete perspektivische Ansicht eines optischen Abtastsystems mit einem Licht-Deflekior,Fig. 1 is a schematic! drawn perspective View of an optical scanning system with a light deflector,

F i g. 2 eine schematisiert gezeichnete perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines akusto-optischen Deflektors,F i g. 2 shows a schematically drawn perspective view of a preferred exemplary embodiment of a acousto-optic deflector,

F i g. 3 eine schematisiert gezeichnete Skizze der dem Deflektor gemäß Fig. 2 zugeordneten elektrischen Schaltung,F i g. 3 a schematically drawn sketch of the electrical associated with the deflector according to FIG Circuit,

F i g. 4 und 5 vergrößert und teils aufgeschnitten und abgebrochen gezeichnete Draufsichten auf den Deflektor gemäß F ig. 2undF i g. 4 and 5 enlarged and partly cut open and broken away plan views of the deflector according to Fig. 2and

F i g. 6 eine abgebrochen gezeichnete Draufsicht auf den mit Wärmesenken versehenen Deflektor.F i g. 6 is a top plan view, broken away, of the heat sinks provided with deflector.

In Fig. 1 ist ein typisches optisches System für eindimensionale Abtastung gezeigt. Bei diesem optischen System ist ein Laser 10 als Quelle für monochromatisches Licht vorgesehen. Sphärische Linsen It und 12 ziehen das Lichtbündel auseinander bzw. kollimieren das Bündel des aus dem Laser austretenden Lichts. Eine zylindrische Linse 13 fokussiert das Bündel in einer Linie im zentralen Bereich eines als Ganzes mit 14 bezeichneten Deflektors. Es wird daher die ganze Breite der öffnung des Deflektors 14 ausgenutzt, jedoch ist nur eine geringe Höhe (der öffnung) erforderlich, so daß für die Strahlbeugung ein erhöhter Wirkungsgrad erhalten wird, bezogen auf eine gegebene Wandler-Eingangsleistung. Eine zweite zylindrische Linse 15 dient dazu, um das aus dem Deflektor 14 austretende Bündel wieder in ein kollimiertes Bündel überzuführen. Dieses kollimierte Lichtbündel wird dann durch eine Linse 16 auf eine bildempfangende oder informationsempfan· gende Ebene 17 geworfen. In der Ebene 17 ist mit Sdet Bereich der Lagen des Bündels oder das Ausmaß dei Ablenkung bezeichnet, wenn die Frequenz über der vollen Frequenzbereich variiert wird. Mit Z ist auf dei anderen Seite die Lage des ungebeugten Lichtbündel« nullter Ordnung in der gleichen Ebene angegeben. Eir solches System kann als ein Aufzeichnungs- oder eir Wiedergabesystem benutzt werden. Im ersten Fall kanr ein lichtempfindliches Material, z. B. ein photograph! sches oder clcktrophotographisches Material in dei Ebene 17 angeordnet und in x- und/oder y-Richtung unc synchron mit der Ablcnkbcwcgung des abgelenkter Bündels mittels einer geeigneten Einrichtung vcrscho ben werden, so daß ein Aufzeichnungssystem erhaltet wird. Im zweiten Fall kann eine geeignete visuelle Wicdcrgabceinrichtung in der Ebene 17 angcordnc sein, beispielsweise ein Fernsehbildschirm, ein Wiedergabeschirm und dergleichen. Im letzteren Fall könnenReferring to Fig. 1, there is shown a typical optical system for one-dimensional scanning. In this optical system, a laser 10 is provided as a source of monochromatic light. Spherical lenses It and 12 pull the light bundle apart or collimate the bundle of the light emerging from the laser. A cylindrical lens 13 focuses the bundle in a line in the central area of a deflector designated as a whole by 14. The entire width of the opening of the deflector 14 is therefore used, but only a small height (of the opening) is required, so that an increased efficiency is obtained for the beam diffraction, based on a given converter input power. A second cylindrical lens 15 serves to convert the bundle emerging from the deflector 14 back into a collimated bundle. This collimated light bundle is then thrown through a lens 16 onto an image-receiving or information-receiving plane 17. In plane 17, Sdet denotes the range of positions of the beam or the extent of deflection when the frequency is varied over the full frequency range. On the other side, the position of the undiffracted light beam of the zeroth order in the same plane is indicated by Z. Such a system can be used as a recording or reproducing system. In the first case, a photosensitive material, e.g. B. a photograph! cal or clckrophotographic material is arranged in the plane 17 and displaced in the x and / or y direction unc synchronously with the deflection of the deflected bundle by means of a suitable device, so that a recording system is obtained. In the second case, a suitable visual display device can be angcordnc in the plane 17, for example a television screen, a display screen and the like. In the latter case you can

wiederum je nach Verwendungszweck, weitere Elemente und/oder elektrische Schaltungen erforderlich sein, um ein komplettes System zu erhalten. Das oben aufgezeigte optische System ist unempfindlich gegenüber Aberrationen der zylindrischen Linsen. Andere mögliche optische Systeme, die von kürzerer Länge sein und eine andere Anordnung von Linsen, Prismen oder Spiegeln aufweisen können, können ebenfalls zur Anwendung kommen, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Eine in nähere Einzelheiten gehende Beschreibung des Deflektors an sich erfolgt nachstehend.again, depending on the intended use, further elements and / or electrical circuits may be required to obtain a complete system. That above The optical system shown is insensitive to aberrations of the cylindrical lenses. Other possible optical systems that can be of shorter length and a different arrangement of lenses, prisms or Mirrors can also be used to achieve the same result achieve. A more detailed description of the deflector itself is given below.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, besteht der D'cflektor 14 aus einem rechteckigen Block 20 aus akustooptischem Material, wobei an jeder Stufe 23 (Fig.4) einer an einer Seitenfläche 24 ausgebildeten Stufenreihe 22 des Blockes 20 ein piezoelektrischer Wandler 21 angekittet ist. Die akustische Welle, die von jedem der Wandler 21 ausgesandt wird, verursacht eine Änderung des Brechungsindex des Blockes 20 über den Bereich der Öffnung in Abhängigkeit von der Anzahl der Stufen 23.As shown in FIG. 2 can be seen, there is a reflector 14 from a rectangular block 20 made of acousto-optical material, with one at each step 23 (FIG. 4) Step row 22 of block 20 formed on a side surface 24 is a piezoelectric transducer 21 is cemented. The acoustic wave emitted from each of the transducers 21 causes a change the refractive index of the block 20 over the area of the opening as a function of the number of steps 23

[ede dieser akustischen Wellen beugt einen Teil des beleuchtenden Lichts um einen WinkelEach of these acoustic waves bends part of the illuminating light through an angle

- f - f

worin /. die Wellenlänge des beleuchtenden Lichts im Vakuum, /die Frequenz der akustischen Welle und vdic Geschwindigkeit der akustischen Welle bedeuten. Um ein Arbeiten über eine große Bandbreite oder einen großen Frequenzbereich zu erhalten, ist es erforderlich, die Richtung der Fortpflanzung der akustischen Welle so /u steuern, daß die Braggschc Bedingung annähernd erfüllt ist. Eine Methode, die geeignet ist, um dies zu erreichen, ist in Fig. 2 und, in nähere Einzelheiten gehend, in F i g. 4 und 5 gezeigt.where /. the wavelength of the illuminating light im Vacuum, / the frequency of the acoustic wave and vdic Mean the speed of the acoustic wave. To work over a wide range or a To obtain a large frequency range, it is necessary to determine the direction of propagation of the acoustic wave so / u control that the Braggschc condition approximates is satisfied. One method suitable for accomplishing this is shown in Figures 2 and 4 in greater detail going, in Fig. 4 and 5 shown.

Unter Bezug auf die F i g. 2, 4 und 5 sei bemerkt, daß die aus den Stufen 23 gebildete Stufenreihe 22 in den ukustooptisthen Block 20 eingeschnitten ist. Jede der Stufen 23 weist eine Breite Dund eine Höhe P ■ /1/2 auf, worin P eine ganze Zahl größer als Null und Λ die Wellenlänge der akustischen Welle bei der Ncnnfrcquen/ f,\ bedeuten, d. h. der Frequenz, auf die die Konstruktion ausgelegt wurde. Bei Frequenzen, die größer oder kleiner sind als diese Frequenz Fa strahlt jeder der Wandler 21 eine Welle ab. die sich senkrecht zur Oberfläche des Wandlers fortpflanzt. Es ergibt sich dadurch eine zusammengesetzte, gestufte Wellenfront, die in ihrer Wirkung einer einzelnen Welle entspricht, die in einem Winkel fortschreitet. Ist das Verhältnis der Breite D zu der Höhe richtig gewählt, dann wird durch diesen Ausbreitungswinkel die Braggsche Bedingung näherungsweise erfüllt, so daß ein Betrieb über eine ausgedehnte Bandbreite oder einen vergrößerten Frequenzbereich ermöglicht wird. Noch bedeutender ist der Umstand, daß bei einer richtigen Auslegung der Stufenreihe ein Betrieb über spezieile Frequenzbereiche bei einer größeren Gesamtlänge L der Stufenreihe ermöglicht wird, als dies sonst möglich wäre.With reference to FIG. 2, 4 and 5, it should be noted that the series of steps 22 formed from the steps 23 is cut into the ukustooptist block 20. Each of the steps 23 has a width D and a height P / 1/2, where P is an integer greater than zero and Λ is the wavelength of the acoustic wave at Ncnnfrcquen / f, \ , ie the frequency at which the construction was laid out. At frequencies that are greater or less than this frequency Fa , each of the transducers 21 emits a wave. which propagates perpendicular to the surface of the transducer. This results in a composite, stepped wave front, the effect of which corresponds to a single wave that advances at an angle. If the ratio of the width D to the height is chosen correctly, the Bragg condition is approximately fulfilled by this angle of propagation, so that operation over an extended bandwidth or an enlarged frequency range is made possible. Even more important is the fact that, with a correct design of the series of stages, operation over special frequency ranges is made possible with a greater total length L of the series of stages than would otherwise be possible.

Für den Wirkungsgrad der Beugung ergibt sich: The following results for the diffraction efficiency:

ι, = sin ι, = sin

12^{2 2 d}\_ .-tx J |_Nsin(.-rj'/N)J J1 2 ^{2 2 d} \ _.-Tx J | _Nsin (.- rj '/ N) JJ

hierbei isthere is

undand

s Bei den obigen Gleichungen ist η das Vcrhältni zwischen der optischen Leistung im gebeugten Bünde und der Leistung im auffallenden Bündel.In the above equations, η is the ratio between the optical power in the diffracted fret and the power in the incident beam.

M2 ist die Gütezahl des akustooptischcn Material ιΡρΊ(>ν\ wobei q die Dichte und ρ die photoelastischi Konstante des Materials ist. L ist die Gesamtlänge de Stufenreihe, P₁/ ist die effektive akustische Lcistungs dichte in dem ablenkenden Medium. T ist die Breit* jedes Wandlers, die normalerweise etwas kleiner als di< Stufenbreite ist, n der Brechungsindex des akustoopti M2 is the figure of merit of the acousto-optic material ιΡρΊ (> ν \ where q is the density and ρ is the photoelastic constant of the material. L is the total length of the series of steps, P ₁ / is the effective acoustic power density in the deflecting medium. T is the width * each transducer, which is usually slightly smaller than di <step width, n is the refractive index of the acoustoopti

is sehen Mediums, ν die Geschwindigkeit der akustischei Welle, D die Stufenbreite und P die ganze Zahl, di( angibt, wie viele halbe Wellenlängen die Stufenhöhe be der Frequenz Fa beträgt.is see medium, ν the speed of the acoustic wave, D the step width and P the whole number, di (indicates how many half wavelengths the step height at the frequency Fa is.

Bei der Aufstellung der obigen Ausdrücke wurdf angenommen, daß der Lichteinfallswinkel größei gewählt ist als der Winkel, der bei der Nennfrequenz F₁ ein Ausgangsmaximum ergibt. Indem ein Winke gewählt wird, der bei f_A eine um 3 dB geringen Empfindlichkeit ergibt, läßt sich die durchschnittlich 3dB-Bandbreilc um den Faktor [/2 erweitern.In establishing the above expressions, it was assumed that the angle of incidence of light is selected to be greater than the angle which results in an output maximum at the nominal frequency F _1. By choosing an angle that results in a 3 dB lower sensitivity at f _A , the average 3 dB bandwidth can be expanded by a factor of [/ 2.

Aus den obigen Gleichungen kann auch gezeig werden, daß bei einer gegebenen Bandbreite Af= klΆ worin k die Einzelbandbreite der Stufenreihe bedeutet sich für die größte mögliche Länge der Stufenreihc ergibt:From the above equations it can also be shown that for a given bandwidth Af = klΆ, where k means the individual bandwidth of the series of steps, this results for the greatest possible length of the series of steps:

L = 7,1 nv- I PFJ. L = 7.1 nv- I PFJ.

Damit die größte 3dB-Frequcnz der einzelner Elemente größer als die obere 3dB-Frequenz dei 3.S Stufenreihe ist, ergibt sich für den Parameter P: So that the largest 3 dB frequency of the individual elements is greater than the upper 3 dB frequency of the 3rd series of steps, the following results for the parameter P:

P = P =

1 A- < 1,31 A- <1.3

2 k < 0.752 k < 0.75

3 A- < 0.5.3 A- <0.5.

Hiernach ergibt sich für die Anzahl der Stufen:The following results for the number of levels:

Der richtige Lichteinfallswinkcl, gemessen außerhall des Mediums, beträgt:The correct angle of incidence of light, measured outside the hall of the medium is:

+ 0,443 + 0.443

nvnv

Die wirksame akustische Leistungsdichte P_d ist nich gleich der elektrischen, den Wandlern 21 zugeführtei Leistung, da etwas an Leistung wegen Reflexion au Grund elektrischer und mechanischer Impedanz-Fehl anpassung, durch Streuung in den Wandlern, dei Elektroden und Kittschichten und in dem akustooptiThe effective acoustic power density P _d is not the same as the electrical power supplied to the transducers 21, since there is some power due to reflection due to electrical and mechanical impedance mismatch, due to scattering in the transducers, the electrodes and cement layers and in the acousto-optic

sehen Medium an sich verlorengeht. Diese Erscheinun gen wurden berechnet und wurden bei der Gesamtaus legung berücksichtigt.see medium in itself is lost. These phenomena were calculated and included in the overall out taken into account.

Es ist wichtig, daß das beleuchtende Bündel dei richtigen Durchmesser und die richtige Lage in de Öffnung des Deflektors 14 aufweist. Der Effekt de akustischen Dämpfung in dem ablenkenden Mediun bewirkt, daß das Zentrum des Gaußschen Laserbündel gegen die Wandler hin verschoben wird und da( dadurch das ausgehende Strahlenbündel nicht men: zentriert ist und die fokussierte Punktbreite vergrößer wird, was das Auflösungsvermögen herabsetzt. Ob gleich dieses Verschieben des Bündels bereits bekannIt is important that the illuminating beam is of the correct diameter and position in the opening of the deflector 14. The effect of de acoustic attenuation in the diffractive Mediun causes the center of the Gaussian laser beam against the transducer is moved toward and there (not thereby measures the outgoing bundle of rays: is centered and focused spot width is Enlarge what the resolution Whether reduces equal to this. Moving the bundle already known

geworden ist, ist bislang weder eine Lehre noch ein Vorschlag bekannt geworden, wie man hier Abhilfe schaffen könnte. Es sei bemerkt, daß durch absichtliches Verschieben des beleuchtenden Bündels gegen die Reihe der Wandler hin der Wirkungsgrad der Beugung auf Kosten der Auflösung vergrößert werden kann und daß, was noch wichtiger ist, durch Verschieben des Bündels von der Reihe der Wandler weg die Auflösung auf Kosten des Wirkungsgrads verbessert werden kann. Bei einer bestimmten Verschiebung:has become, so far neither a teaching nor a suggestion has become known how to remedy this could create. It should be noted that by deliberately moving the illuminating beam against the Series of transducers and the diffraction efficiency can be increased at the expense of resolution that, more importantly, by moving the beam away from the array of transducers, the resolution can be improved at the expense of efficiency. At a certain shift:

Sc/ A = B(D/Ά}769,5 , Sc / A = B (D / Ά} 769.5,

Sc die Verschiebung des Zentrums, worin A die Breite der öffnung, /D den Durchmesser des Laserbündels bei einem Strahlungspegel von 1/e² und B die akustische Dämpfung über den Bereich der öffnung in Dezibel bedeuten, ist das ausgehende Bündel zentriert und die Auflösung entspricht derjenigen eines zentrierten Bündels ohne Dämpfung. Es läßt sich zeigen, daß für die meisten Anwendungszwecke die optimale Konstruktionsbedingung D/A = 1 beträgt, so daß also der Durchmesser des Laserbündels der Öffnungsbreite entspricht und für die Verschiebung gilt: Sc is the shift of the center, where A is the width of the opening, / D is the diameter of the laser beam at a radiation level of 1 / e ² and B is the acoustic attenuation over the area of the opening in decibels, the outgoing beam is centered and the resolution corresponds that of a centered bundle without attenuation. It can be shown that for most applications the optimal construction condition is D / A = 1, so that the diameter of the laser beam corresponds to the opening width and the following applies to the displacement:

(S- Sc)A = 0,15, (S- Sc) A = 0.15,

worin Sdie Verschiebung ist.where S is the displacement.

Bei solcher Wahl des Bündeldurchmessers und der Verschiebung ist die Auflösung nur geringfügig schlechter als für den Fall ohne Dämpfung (die Raumft equenz, bei der die normierte Modulations-Übertraguiigsfunktion auf 1/e abgesunken ist, beträgt ungefähr 95% des Werts, der sich ohne Dämpfung und ohne Verschiebung ergibt), und die Wirkung der Dämpfung der akustischen Welle beträgt P/2 Dezibel. Eine solche Auslegung kann bis zu Werten der Dämpfung benutzt werden, die über den Bereich der öffnung 2OdB betragen; jenseits solcher Dämpfungswerte beginnt die Auflösung abzufallen. With such a choice of the bundle diameter and the shift, the resolution is only insignificant worse than in the case without attenuation (the spatial frequency at which the normalized modulation transfer function has dropped to 1 / e, is approximately 95% of the value without damping and without displacement), and the effect of damping the acoustic wave is P / 2 decibels. Such a design can be used up to values of the attenuation which are over the range of opening be 2OdB; beyond such attenuation values, the resolution begins to decrease.

Es wird nun wiederum auf die F i g. 2 bis 5 Bezug genommen. Der Deflektor 14 ist vorzugsweise aus Bleimolybdat gefertigt. Dieses Material ist derzeit der wichtigste und nützlichste der in den letzten Jahren für akustooptische Verwendung im sichtbaren Lichtbereich entwickelten Werkstoffe. Dieser Stoff hat eine hohe GütezahlIt is now again to the F i g. 2 to 5 referred to. The deflector 14 is preferably off Made of lead molybdate. This material is currently the most important and useful of those in recent years for Materials developed acousto-optical use in the visible light range. This substance has a high Figure of merit

M₂ = 35,8 · 10-¹⁸CgS-Einheiten, M ₂ = 35.8 · 10 ¹⁸ CGS units,

hat eine hohe Transparenz im sichtbaren Bereich, eine geringe akustische Dämpfung (11 dB/cm-GHz²) und ist nicht wasserlöslich. Zwar sind andere Stoffe mit höheren M₂-Werten bekannt. Bleimolybdat ist jedoch von allen diesen Materialien, soweit sie in guter optischer Qualität für eine Verwendung mit sichtbarem Licht leicht erhältlich sind, der am meisten zufriedenstellende Werkstoff. Der Block 20 wird zugeschnitten und seine Eintrittsfläche 25 und seine Austrittsfläche 26 werden optisch poliert Die Achsen des Blocks 20 an sich können in vielfältiger Weise angeordnet sein. Wenn die longitudinal akustische Welle sich in der Richtung der c-Achse fortpflanzt, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, dann verläuft in diesem Falle die optische Welle längs der ϋ-Achse und polarisiert längs der a-Achse, oder die optische Welle verläuft längs der C-Achse und polarisiert längs der fr-Achse. In den letzteren Fällen ist die Gütezahl kleiner,has high transparency in the visible range, low acoustic attenuation (11 dB / cm-GHz ² ) and is not water-soluble. Other substances with higher M ₂ values are known. Of all these materials, however, lead molybdate is the most satisfactory material in so far as they are readily available in good optical quality for use with visible light. The block 20 is cut to size and its entry surface 25 and its exit surface 26 are optically polished. The axes of the block 20 per se can be arranged in a variety of ways. When the longitudinal acoustic wave propagates in the c-axis direction as shown in FIG. 2, in this case, the optical wave travels along the ϋ-axis and polarizes along the a-axis, or the optical wave travels along the C-axis and polarizes along the fr-axis. In the latter cases the figure of merit is smaller,

Af₂ = 24 · 10-^|8cgs-Einheiten.Af ₂ = 24 x 10- ^{| 8} cgs units.

Dieser Schnitt ergibt zwar einen geringeren Wirkungsgrad, kann jedoch einfacher hergestellt werden, weil der Kristall eine normal zu der c-Achse verlaufende Spaltungsebene aufweist.Although this cut results in a lower degree of efficiency, it can, however, be produced more easily because of the Crystal has a plane of cleavage normal to the c-axis.

Die Stufen 23 werden in die Seitenfläche 24 des Blocks 20 eingeschnitten, der am gegenüberliegenden Ende 27 und an seinen oberen und unteren Flächen 28 bzw. 29 fein geschliffen wird. Ein akusiooptischer Absorber 30 aus Blei, Aluminium oder aus einem Epoxyharz, das mit Wolframpulver versehen ist, um eine akustische Impedanz zu erreichen, die im wesentlichenThe steps 23 are cut into the side surface 24 of the block 20, the opposite End 27 and is finely ground on its upper and lower surfaces 28 and 29, respectively. An acousto-optic Absorber 30 made of lead, aluminum or an epoxy resin, which is provided with tungsten powder to a acoustic impedance to achieve that essentially

ίο gleich groß ist wie die des Bleimolybdats, ist mit dem Ende 27 verkittet. Der Absorber 30 wird angewendet, um zu verhindern, daß die akustischen Wellen reflektiert werden, die im Inneren des Blocks 20 durch die Wandler 21 erzeugt werden. Mittels eines Epoxyharzes oderίο is the same size as that of lead molybdate, is with the Cemented at the end of 27. The absorber 30 is used to prevent the acoustic waves from being reflected generated inside the block 20 by the transducers 21. By means of an epoxy resin or

is eines anderen Klebstoffs sind Platten 31 und 32 aus Aluminium oder Kupfer mit der oberen und der unteren Fläche 28 bzw. 29 verkittet. Diese Platten 31 und 32 dienen als Wärmesenken und können außerdem zur Lagerung des Deflektors 14 dienen oder können zusammen mit Platten 33 und 34 auch dazu dienen, um den Deflektor 14, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, in dem zugehörigen System isoliert anzuordnen, falls es erforderlich ist. In dem letzteren Fall wären die Platten 33 und 34 aus isolierendem Werkstoff gefertigt.Another adhesive is panels 31 and 32 Aluminum or copper cemented to the top and bottom surfaces 28 and 29, respectively. These plates 31 and 32 serve as heat sinks and can also serve or can serve to support the deflector 14 together with plates 33 and 34 also serve to deflect deflector 14, as shown in FIG. 2 is shown in which the associated system in isolation, if necessary. In the latter case it would be the panels 33 and 34 made of insulating material.

Jede der Stufen der Stufenreihe 22 ist mit einem Wandler 21 versehen, der in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet ist und vorzugsweise aus Lithiumniobat besteht, einem bekannten Wandlerwerkstoff, der in guter Qualität leicht erhältlich ist. Dieses Wandlermaterial weist einen hohen elektromechanischen Kopplungsfaktor (0,49) auf, wenn es ais 35° V'-Sehnitt zugeschnitten ist und weist eine akustische Impedanz auf, die derjenigen von Bleimolybdat gut angepaßt ist (34,8 bzw. 26). Außerdem weist Lithiumniobat eine niedrige Dielektrizitätskonstante (39) auf.Each of the stages of the series of stages 22 is provided with a transducer 21, which is in the form of a rectangular Plate is formed and preferably consists of lithium niobate, a known transducer material that is used in good quality is readily available. This transducer material has a high electromechanical coupling factor (0.49) when it is trimmed as a 35 ° V 'section and has an acoustic impedance that is well matched to that of lead molybdate (34.8 and 26). Lithium niobate also has a low dielectric constant (39).

Mit jeder Stufe 23 der Stufenreihe 22 ist ein Wandler 21 mittels einer Klebstoffschicht 35 aus Indium verkittet. Klebetechniken unter Verwendung von Indium sind bekannt. Die Verwendung von Indium oder einem anderen metallischen Klebemittel ist erforderlich, um eine gute Impedanzanpassung und eine gute akustische Übertragung zu erhalten. Jedoch würde die hohe akustische Dämpfung von Indium, würde man diese nicht kompensieren, den Wirkungsgrad der Beugung des Systems bei hohen Frequenzen unannehmbar herabsetzen. Außerdem wird die Freiluft-Resonanzfrequenz eines Wandlers auf einen niedrigeren Wert herabgesetzt, wenn der Wandler mit einem anderen Medium verkittet wird. Aus diesen Gründen sind die Wandler 21 dünner geschnitten, als es für eine Resonanz bei der Nennfrequenz des Deflektors 14 erforderlich ist. Indem auf diese Weise die Empfindlichkeit der Wandler 21 um etwa 30% in Richtung auf höhere Frequenzen hin verschoben wird, kann die bei höheren Frequenzen gegebene höhere Empfindlichkeit dazu benutzt werden, um die erhöhte Dämpfung der Klebstoffschicht 35 aus Indium zu kompensieren. Dadurch wird eine flachere Kurve der mit dem Wirkungsgrad der Ablenkung in Beziehung stehenden Gesamtempfindlichkeit erhaltea Die numerischen Parameter eines Ausführungsbeispiels eines Deflektors der oben beschriebenen Art sind folgende:A transducer 21 is cemented to each step 23 of the step series 22 by means of an adhesive layer 35 made of indium. Bonding techniques using indium are known. The use of indium or a Another metallic adhesive is required to have a good impedance match and a good acoustic Transfer to receive. However, the high acoustic attenuation of indium would be if one would does not compensate, the diffraction efficiency of the system at high frequencies is unacceptable reduce. In addition, the free-air resonance frequency of a transducer is set to a lower value reduced if the transducer is cemented with another medium. For these reasons, the Transducer 21 cut thinner than required for resonance at the nominal frequency of deflector 14. By in this way the sensitivity of the transducer 21 by about 30% in the direction of higher frequencies is shifted, the higher sensitivity given at higher frequencies can be used to to compensate for the increased attenuation of the adhesive layer 35 made of indium. This makes a flatter one Total sensitivity related curve to deflection efficiency is obtained a The numerical parameters of an embodiment of a deflector of the type described above are the following:

Bleimolybdat:
M₂ = 36 · 10-⁾⁸cgs-Einheiten (akustische Fortpflan-Lead molybdate:
M ₂ = 3610- ^{) 8} cgs units (acoustic propagation

zungsrichtung längs der c-Achse), ν = 3,75mm^s,
π = 227 bei Wellenlänge 0,64 μιη.direction along the c-axis), ν = 3.75mm ^ s,
π = 227 at a wavelength of 0.64 μm.

609544/283609544/283

Reihe der Wandler:
f_A = 175MHz,
L = 1,81cm,
N = 6 Wandler,
P = 2,Row of converters:
f _A = 175MHz,
L = 1.81cm,
N = 6 converters,
P = 2,

Z)/ = 125MHz,
P</ = 0,5 w/cin².Z) / = 125MHz,
P </ = 0.5 w / cin ² .

Wandler: Stärke 15,6 Jim (Resonanzfrequenz 236 MHz).Transducer: strength 15.6 Jim (resonance frequency 236 MHz).

Klebstoff: Indium, 5 μηι oder von geringerer Stärke.Adhesive: indium, 5 μm or less thick.

Optischer Wirkungsgrad: 10% oder mehr über die volle Bandbreite, 25% am Scheitelpunkt.Optical efficiency: 10% or more over the full bandwidth, 25% at the apex.

Die zugehörige elektrische Schaltung und die Verbindungen zwischen den Wandlern sind in den F i g. 3 bis 5 gezeigt. Als Spannungsquelle, die einen vorbestimmten Frequenzbereich zur Verfügung stellt, kann ein Oszillator 36 vorgesehen sein, dem ein Transformator 37 zugeordnet ist, der in Fig.3 schematisiert angedeutet ist, so daß eine als Ganzes mit 38 bezeichnete Oszillatoreinheit gebildet wird. Die Wandler 21 sind durch Leitungen 40 in Reihe mit der Oszillatoreinheit 38 geschaltet. Die Leitungen 40 sind, wie es in F i g. 4 gezeigt ist, abwechselnd an Stufenflächen 39 angeordnet. Die Leitungen 40 verbinden die Klebstoffschichten 35 aus Indium, die die Wandler 21 mit der jeweils zugeordneten Stufe 23 verkitten. Alternativ können die Wandler 21 jedoch auch dadurch miteinander verbunden sein, daß, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, die Flächen 28 und 29 des Blocks 20 mit Verbindungsschichten 4! beschichtet sind, die als Dünnfilmschichten ausgebildet sind, anstatt eine Verbindung längs der Stufenflächen vorzusehen (wie es F i g. 4 am Beispiel der Leitungen 40 zeigt). Wenn die letztgenannte alternative Lösung zur Anwendung kommt, sind die als Wärmesenken dienenden Platten 31 und 32 in der Weise kurz zugeschnitten, daß die Verbindungsschichten 41 frei bleiben und dadurch die Klebstoffschichten 35 nicht miteinander kurz geschlossen werden können. Die Wandler 21 sind gegensinnig gepolt und strahlen phasengleich, obgleich sie in Reihe geschaltet sind. Daher wechselt die Richtung des elektrischen Feldes. Der Transformator 37 paßt die Impedanz der Wandler 21 an diejenige der Oszillatoreinheit 38 oder der Energiequelle und der Übertragungsleitungen an. Ein Teil des Transformators wirkt als Induktivität, um die statische Kapazität der Wandler 21 bei der Nennfrequenz f_A derselben zu neutralisieren.The associated electrical circuit and the connections between the transducers are shown in FIGS. 3 to 5 shown. As a voltage source which provides a predetermined frequency range, an oscillator 36 can be provided, to which a transformer 37 is assigned, which is indicated schematically in FIG. 3, so that an oscillator unit designated as a whole with 38 is formed. The transducers 21 are connected in series with the oscillator unit 38 by lines 40. The lines 40 are, as shown in FIG. 4, arranged alternately on step surfaces 39. The lines 40 connect the adhesive layers 35 made of indium, which cement the transducers 21 to the respectively assigned step 23. Alternatively, however, the transducers 21 can also be connected to one another in that, as shown in FIG. 5, the surfaces 28 and 29 of the block 20 with connecting layers 4! are coated, which are formed as thin-film layers instead of providing a connection along the step surfaces (as FIG. 4 shows using the example of the lines 40). If the last-mentioned alternative solution is used, the plates 31 and 32 serving as heat sinks are cut short in such a way that the connecting layers 41 remain free and thereby the adhesive layers 35 cannot be short-circuited with one another. The transducers 21 are polarized in opposite directions and radiate in phase, although they are connected in series. Therefore the direction of the electric field changes. The transformer 37 matches the impedance of the transducers 21 to that of the oscillator unit 38 or the power source and the transmission lines. Part of the transformer acts as an inductance in order to neutralize the static capacitance of the transducers 21 at the nominal frequency f _{A of the same.}

In Fig. 6 sind die äußeren elektrischen Anschlüsse gezeigt, die so ausgebildet sind, daß sie in Verbindung mit dem akustooplischen Deflektor 14 Wärmesenken bilden. Bei dieser Anordnung ist ein Block 45 aus isolierendem Werkstoff in der Nähe der Seitenfläche 24 des Blocks 20 auf geeignete Weise mit den Platten 31,32 oder 33, 34 verbunden. Der Block 45 aus isolierendem Werkstoff trägt eine Anzahl von Stäben 46 und 50. von denen jeder an einem Ende 47 gefiedert ist und mit seinem anderen Ende 48 einen zugeordneten Wandler 21 berührt, wenn der Block 45 an der Seitenfläche 24 angebracht ist. Die Stäbe können aus Aluminium, Kupfer oder Messing sein, einen rechteckigen oder runden Querschnitt aufweisen und sind geschwärzt so daß sie eine gute Abstrahlung aufweisen. Solche Stäbe oder gefiederte Elemente können auch an anderen Oberflächen des Deflektors 14 angebracht werden.In Fig. 6 are the external electrical connections shown, which are adapted to be in connection with the acousto-optical deflector 14 heat sinks form. In this arrangement, a block 45 of insulating material is in the vicinity of the side surface 24 of the block 20 is connected in a suitable manner to the plates 31,32 or 33,34. The block 45 made of insulating Material carries a number of rods 46 and 50, each of which is feathered at one end 47 and with its other end 48 touches an associated transducer 21 when the block 45 on the side surface 24 is appropriate. The rods can be made of aluminum, copper or brass, a rectangular or have round cross-section and are blackened so that they have a good radiation. Such bars or feathered elements can be attached to other surfaces of deflector 14 as well.

wenn sie nur als Wärmesenken Anwendung finden, ausgenommen die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche 25 bzw. 26.if they are only used as heat sinks, with the exception of the entry surface and the exit surface 25 or 26.

Wie aus den F i g. 3 und 6 zu ersehen ist, sind die Stäbe S 46 mit dem Transformator 37 über Leitungen 51 und 52 verbunden. Die Stäbe 50 dienen, da sie zusammenhängende Stücke mit zwei im Abstand voneinander befindlichen Enden 48a bilden, auch als Verbindungsleitungen, die benachbarte Wandler 21 miteinanderAs shown in FIGS. 3 and 6, the bars S 46 are connected to the transformer 37 via lines 51 and 52 tied together. The rods 50 serve as they are contiguous pieces with two spaced apart Located ends 48a form the adjacent transducers 21 with one another, also as connecting lines

ίο verbinden. Die Stäbe dienen daher sowohl zur Reihenschaltung der Wandler 21 als auch als Wärmesenken. ίο connect. The rods are therefore used both for Series connection of the transducers 21 as well as heat sinks.

Im Betrieb erzeugt der Laser 10 ein kleines Bündel monochromatischen Lichts, das durch das optischeIn operation, the laser 10 generates a small bundle of monochromatic light that passes through the optical

is System der Linsen 11, 12 und 13 als schmaler Lichtschlitz innerhalb des Deflektors 14 fokussiert wird. Tatsächlich wird das Bündel im Mittelpunkt oder in der Mittelebene des Deflektors 14 fokussiert. Die Oszillatoreinheit 38 ist über den Transformator 37 mit jedem der Wandler 21 in Reihe geschaltet. Bei der vorbestimmten akustischen Frequenz /"strahlt jeder Wandler eine Welle der entsprechenden Frequenz von der Seitenfläche 24 gegen das gegenüberliegende Ende 27 ab. Die Reihe der von jedem Wandler 21 abgestrahltenis system of lenses 11, 12 and 13 than narrower Slit of light within the deflector 14 is focused. Indeed, the bundle will be in focus or in the Center plane of deflector 14 in focus. The oscillator unit 38 is via the transformer 37 with each the converter 21 connected in series. Each transducer emits at the predetermined acoustic frequency / " a wave of the appropriate frequency from the side surface 24 towards the opposite end 27 away. The range of radiated from each transducer 21

2s Wellen ist phasenverschoben. Daher wird durch die Stufenreihe 22 der Wandler eine zusammengesetzte Wellenfront erzeugt. Der eingeschlossene Winkel zwischen dieser zusammengesetzten Wellenfront und dem einfallenden Licht ändert sich mit der Frequenz /in der Weise, daß die Braggsche Bedingung über den Frequenzbereich Af des Deflektors eingehalten wird. Bei der Änderung der Frequenz über den gesamten Frequenzbereich verschiebt sich die Wellenfront und der eingeschlossene Winkel ändert sich, so daß sich das austretende Licht um einen Winkel bewegt, der für Aufzeichnungs- oder Abtastzwecke nutzbar ist. Dieser Winkel ergibt, wie oben beschrieben, zumindest 1500 verschiedene Lagen des Bündels.2s waves is out of phase. A composite wavefront is therefore generated by the step series 22 of the transducers. The included angle between this composite wavefront and the incident light changes with the frequency / in such a way that the Bragg condition is maintained over the frequency range Af of the deflector. When the frequency is changed over the entire frequency range, the wavefront shifts and the included angle changes, so that the emerging light moves through an angle which can be used for recording or scanning purposes. As described above, this angle results in at least 1500 different positions of the bundle.

Die hier beschriebene Einrichtung dient zum Ablenken eines monochromatischen Lichtbündels eines Lasers in zumindest 1500 auflösbare Lagen mit einer Rücklaufzeit von 13,3 μεεο, wobei ein Wirkungsgrad der Beugung über den vollen Frequenzbereich oder die gesamte Bandbreite von mindestens 10% gewährleistet ist. Das Zeit-Bandbreiten-Produkt beträgt 1665. Bei Anwendung für die Linearabtastung mit einer Rücklaufzeit von 10% wird jedoch die effektive Auflösung auf 1500 Bündellagen oder Punkte reduziert. Die Einrichtung arbeitet mit einer niedrigen Leistungsdichte von 0,5 w/cm². Bei guter Ausbildung der Wärmesenken kann mit hohem Leistungspegel gearbeitet werden, um einen höheren Wirkungsgrad der Beugung zu bekommen. Die aufgezeigte Gesamtauslegung, bei der eine absichtlich nicht zentrierte Beleuchtung mit einem Bündel geeigneter Form vorgenommen wird, um einen optimalen Kompromiß aus Auflösungsvermögen und Wirkungsgrad zu erhalten, ist gegenüber den vom Stand der Technik vermittelten Lehren neuartig. Auch die Verwendung von Wandlern hoher Frequenz, die eine höhere Frequenz verarbeiten können, als es der der Konstruktionsauslegung entsprechenden Nennfrequenz der Einrichtung entspricht, ergibt eine Kompensierung der Dämpfung in den einzelnen Klebstoffschichten, die dazu erforderlich sind, das akustooptische Element an sich zusammenzuhalten.The device described here is used to deflect a monochromatic light beam from a laser in at least 1500 resolvable layers with a return time of 13.3 μεεο, with an efficiency of diffraction over the full frequency range or the entire bandwidth of at least 10% is guaranteed. The time-bandwidth product is 1665. When used for linear scanning with a return time of 10%, however, the effective resolution is reduced to 1500 bundle layers or points. The device works with a low power density of 0.5 w / cm ² . If the heat sinks are well designed, a high power level can be used in order to achieve a higher degree of diffraction efficiency. The overall design shown, in which an intentionally non-centered illumination is carried out with a beam of suitable shape in order to obtain an optimal compromise between resolving power and efficiency, is novel compared to the teachings conveyed by the prior art. The use of transducers of high frequency, which can process a higher frequency than the nominal frequency of the device corresponding to the design, compensates for the attenuation in the individual adhesive layers, which are necessary to hold the acousto-optical element together.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for acousto-optic modulation of light, with a source for monochromatic light, with a block of acousto-optic material, which has spaced surfaces, one of which is designed in the form of a series of steps, the several mutually parallel steps that over Step surfaces, ₀ are connected to one another, wherein a piezoelectric transducer is attached to each step. characterized in that the resonance frequency of the transducers (21) is selected to be approximately 30% higher than the resonance frequency of the block (20) made of acousto-optical material.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the height of the steps (23) and thus the The extent of the step surfaces (39) measured in the direction of the step height is approximately one wavelength corresponds to the resonance frequency of the block (20).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that on the row of steps (22) opposite end (27) of the block (20) an absorber (30) for absorbing and dispersing the acoustic waves passing through the block (20) are provided.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the absorber (30) is the same has acoustic impedance like the acousto-optic material of the block (20).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light beam of the monochromatic light source (10) relative to the light entry surface (25) of the block (20) opposite the centered position is shifted to the efficiency and resolution of the acousto-optical Material to improve, and that the Lichlbündel on the entrance surface (25) in one such an angle is noticeable that Bragg's condition is met.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the inlet surface (25) and the outlet surface (26) except, on at least one surface of the block (20) a heat sink (31, 32, 46, 50) for the removal of heat generated by the propagation of acoustic waves is provided is.