DE10237308A1

DE10237308A1 - Elektrooptisches Element

Info

Publication number: DE10237308A1
Application number: DE2002137308
Authority: DE
Inventors: Kai Peter Stamer; Rolf Dr. Beckert; Thomas Dr. Fehn
Original assignee: LINOS Photonics GmbH and Co KG
Current assignee: Qioptiq Photonics GmbH and Co KG
Priority date: 2002-08-14
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-15
Also published as: DE10237308B4

Abstract

Ein elektrooptisches Element besteht aus einem Kristall für einen elektrooptischen Modulator (EOM) mit einer die Apertur aufweisenden Frontebene, mit einer mit Abstand dazu angeordneten Austrittsebene, mit einer winklig zu und zwischen der Front- und der Austrittsebene verlaufenden Grundebene, an die beiderseits zwei mit Abstand voneinander und zwischen der Front- und der Austrittsebene angeordnete Elektrodenebenen mit je einer elektrischen Elektrode zur Anlage eines elektrischen Feldes für die Modulation eines an der Apertur in einer Strahlungsrichtung vorzugsweise senkrecht auf der Frontebene eintretenden Lichtstrahls angrenzen und mit einer gegenüber der Grundebene und mit Abstand von dieser angeordneten Deckebene. Es zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest eine Ebene des elektrooptischen Elements in einem von 90 DEG abweichenden Nachbarwinkel bezüglich zumindest einer an sie angrenzenden und zwischen der Front- und der Austrittsebene befindlichen Ebene angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein gattungsgemäßes elektrooptisches Element gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zwecks Einbau in einen elektooptischen Modulator (EOM).

Solche Elemente sind bekannt. Allen Ausführungsformen ist die Quaderform gemeinsam.

Nachdem alle Kristalle der elektrooptischen Elemente piezoelektrische Wirkungen aufweisen, zeigen bei periodischen Änderungen des angelegten elektrischen Feldes die Elemente mechanische Dehnungen bei Eigenfrequenzen – sogenannte Piezoresonanzen –, die dazu führen können, daß die elastische Dehnung überhöht werden können, ganz abgesehen davon, daß diese Überdehnungen eine zusätzliche Änderung der optischen Dichte bewirken und bei der Übertragung des elektrischen Ansteuersignals der Phase des Lichtstrahls überlagert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese resonanten Überhöhungen zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektro-optischen Element gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Durch die zumindest eine abgeschrägte Ebene werden mit Vorteil in überraschender Weise die resonanten Überhöhungen auf allereinfachste Art und Weise reduziert. Hierbei kann entweder die Deckfläche und/oder eine der beiden Elektrodenflächen abgeschrägt sein.

In zweckmäßiger Ausgestaltung kann auf die Oberseite der Deckfläche zusätzlich eine Keramik aufgebracht sein, deren Schallimpedanz aneinander angepasst sein sollen, was als zusätzlichen Vorteil eine weitere Reduktion der Überhöhung bedingt.

Wenn nach Lehre der Erfindung eine der beiden Elektrodenflächen abgeschrägt ist, so ergibt sich der weitere Vorteil, daß die an sie anzulegende elektrische Spannung zur Modulation des Lichtstahls über das sich ergebende elektische Feld minimal wird.

Mit Vorteil sind desweiteren für verschiedene Farbbereiche des Lichtstrahls die Kristalle verschieden lang mit unterschiedlichem Abstand zwischen Front- und Austrittsebene ausgebildet, wodurch die elektischen Schaltspannungen für die Elektroden des Elementes in etwa gleich groß sind, was gleiche Ansteuerschaltungen und damit weitere Vereinfachung der Ausbildung der EOMs zur Folge hat.

Wenn überdies die Kristalle kleine Abmessungen aufweisen, können auch geringere Schaltspannungen gewählt werden. Infolge der kleineren Kapazitäten der Kristalle werden überdies hohe Schaltfrequenzen möglich.

Zweckmäßigerweise ist der Kristall als Einkristall mit einem der folgenden Werkstoffe ausgebildet: ADP, AD*P, KDP, KD*P, KTP, KTA, RTA, Lithiumniobat, (LiNbO₃), Lithiumtantalat (LiTaO₃), BBO, oder Kaliumniobat (KNbO₃).

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbespiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
1 ein elektrooptisches Element, in Seitenansicht;
2 das Element gemäß 1, von rechts gesehen;
3 das Element gemäß 1, von links gesehen;
4 das Element gemäß 1 in Draufsicht.
Das elektrooptische Element gemäß 1 besteht aus einem doppelt brechenden Kristall und ist für den Einsatz bei einem transversalen EOM gedacht. Es weist eine Frontebene 5A für den Eintritt eines eintretenden Lichtstrahls und einer mit parallel sowie mit Abstand dazu angeordneten Austrittsebene 5B auf. Rechtwinklig zu und zwischen der Front und der Austrittsebene ist eine Grundebene 6B vorgesehen, an die beiderseits zwei mit Abstand voneinander und zwischen der Frontebene 5A und der Austrittsebene 5B angeordnete Elektrodenebenen 7A, 7B mit je einer elektrischen Elektrode 8, 9 zur Anlage einer elektrischen Spannung U zur Erzeugung eines elektrischen Feldes E für die Modulation des am Eintritt in einer Strahlungsrichtung (o) senkrecht auf der Frontebene 5A eintretenden Lichtstrahls angrenzen. Ferner ist eine gegenüber der Grundebene 6B mit Abstand von dieser angeordnete Deckebene 6A vorgesehen. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind nach Lehre der Erfindung zwei Ebenen – mit Ausnahme der Front- und der Austrittsebene 5A bzw. 5B des elektrooptischen Elements mit je einem von 90° abweichenden Nachbarwinkel vorgesehen. So bildet sowohl die Deckebene 6A mit der Frontebene 5A einen ersten Nachbarwinkel Alpha und zugleich mit der einen Elektrodenebene 8 und der Frontebene 5A den zweiten Nachbarwinkel Beta, wie in 4 dargestellt ist. Zugleich ist die Frontebene 5a flächenmäßig kleiner als die Austrittsebene 5B.
Wie aus 1 ersichtlich, verlaüfen hierbei die Deckebene 6A und die Grundebene 6B in einem von Null abweichenden ersten Winkel Gamma, der dem um 90° verminderten ersten Nachbarwinkel Alpha zwischen der Frontebene 5A und der Deckebene 6A des elektrooptischen Elements entspricht.
Die Flächennormale 6AN der Deckebene 6A bildet mit der Flächennormalen 6BN der Grundebene 6B den ersten Winkel Gamma. Beide Normalen liegen in einer sowohl zur Deckebene 6A als auch zur Grundebene 6B sowie zu der Front- als auch der Austrittsebene 5A bzw. 5B senkrecht angeordneten gemeinsamen ersten Ebene 10.
Hierbei ist die Deckebene 6A mit einer als Keramikplättchen ausgebildeten Keramikschicht versehen.
Die Austrittsebene 5B ist in 2 näher dargestellt. Die schraffierte Fläche zeigt etwa den Austrittsbereich des ordentlichen o und außerordentlichen e Lichtstrahls , die sich teilweise räumlich getrennt haben. Zugleich zeigt 3 überdeutlich, daß bezüglich der Quaderausbildungen zwei Schrägen, die eine Elektrodenfläche 7B als auch die Deckfläche 6A abgeschrägt sind.
4 zeigt das elektrooptische Element gemäß 1, in Draufsicht. Die beiden Elektrodenflächen sind mit je einer elektrischen Elektrode 8 bzw. 9 versehen, an die eine elektrische Spannung U anlegbar ist, so daß sich ein elektrisches Feld E zur Modulation des Lichtstrahls ergibt. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Elektrodenebenen 7A und 7B in einem von Null abweichenden zweiten Winkel Delta angeordnet. Die eine – abgeschrägte – Elektrodenfläche 7B bildet hierbei mit der Frontebene 5A, wie eingangs schon erwähnt, den zweiten Nachbarwinkel Beta, der dem um 90° erhöhten zweiten Winkel Delta entspricht.
Nachdem der Kristall doppeltbrechend ist, wird der durch die Frontebene 5A eintretende Lichtstrahl in einen ordentlichen o und einen außerordentlichen Strahl e aufgespalten, deren Phasen zueinander durch das elektrische Feld E verschiebbar ist. Hierbei verläuft der außerordentliche Strahl e parallel zu der einen Elektrodenfläche 7B und der ordentliche Strahl o parallel zu der anderen – nicht abgeschrägten – anderen Elektrodenfläche 7A. Beide Strahlen spannen eine gemeinsame zweite Ebene 11 (4) auf, die parallel zu dem elektrischen Feld E verläuft. Hierbei bilden die Flächennormalen 7AN und 7BN der beiden Elektrodenebenen 7AB den zweiten Winkel Delta und sind beide Normalen in der zu beiden Elektrodenebenen senkrecht angeordneten gemeinsamen zweiten Ebene 11 angeodnet, die überdies senkrecht sowohl zu der Frontebene 5A als auch der Austrittsebene 5B senkrecht verläuft.
Durch die beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel vorgesehenen zwei abgeschrägten Ebenen werden in überraschend einfachster Weise die resonanten Überhöhungen auf allereinfachste Art und Weise reduziert. Wenn auf die Oberseite der Deckfläche zusätzlich eine Keramik aufgebracht wird, deren Schallimpedanz an die des Kristalls angepasst ist, kann als zusätzlicher Vorteil eine weitere Reduktion der Überhöhung erreicht werden.
Außerdem ergibt sich aufgrund der Abschrägung der Elektrodenfläche 7B der weitere Vorteil, daß die an sie anzulegende elektrische Spannung zur Modulation des Lichtstahls über das sich ergebende elektische Feld minimal wird. Wenn desweiterern für verschiedene Farbbereiche des Lichtstrahls die Kristalle verschieden lang mit unterschiedlichem Abstand zwischen Front- und Austrittsebene ausgebildet sind, werden die elektischen Schaltspannungen für die Elektroden des elektrooptischen Elementes in etwa gleich groß sein, was gleiche Ansteuerschaltungen und damit eine weitere Vereinfachung der Ausbildung der EOMs zur Folge hat.

Claims

Elektrooptisches Element aus einem Kristall für einen elektooptischen Modulator (EOM) mit einer Frontebene (5A) für den Eintritt eines Lichtstrahls (o), mit einer mit Abstand dazu angeordneten Austrittsebene (5B), mit einer winklig zu und zwischen der Front- und der Austrittsebene verlaufenden Grundebene (6B), an die beiderseits zwei mit Abstand voneinander und zwischen der Front- und der Austrittsebene angeordnete Elektrodenebenen (7A, 7B) mit je einer elektrischen Elektrode (8,9) zur Anlage einer elektrischen Spannung (U) zwecks Erzeugung eines elektrischen Feldes (E) für die Modulation des am Eintritt in einer Strahlungsrichtung (o) vorzugsweise senkrecht auf der Frontebene (5A) eintretenden Lichtstrahls angrenzen und mit einer gegenüber der Grundebene und mit Abstand von dieser angeordneten Deckebene (6A), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Ebenen ( 5A, 5B; 6A, 6B; 7A, 7B) mit dem – auf den in der Strahlungsrichtung (o) senkrecht auf der Frontebene (5A) – eintretenden Lichtstrahl einen von Null sowie von einem rechten Winkel (90°) abweichenden Winkel bildet.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Deck-, die Grundebene (6A bzw. 6B), oder zumindest eine der beiden Elektrodenebenen (7A,7B) einen von 90° abweichenden Nachbarwinkel (α bzw. β) mit der Frontebene (5A) bildet.
Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Ebene die Deckebene (6A) ist und diese zur Grundebene (6B) in einem von Null abweichenden ersten Winkel (γ) verläuft (1).
Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel (γ) dem um 90° verminderten ersten Nachbarwinkel (a) zwischen der Frontebene (5A) und der Deckebene (6A) des elektrooptisches Elements enstpricht.
Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächennormale (6AN) der Deckebene (6A) mit der Flächennormalen (6BN) der Grundebene (6B) den ersten Winkel (γ) bildet und beide Normalen in einer sowohl zur Deckebene (6A) als auch zur Grundebene (6B) sowie zu der Front- als auch Austrittsebene (5A, 5B) senkrecht angeordneten gemeinsamen ersten Ebene (10) liegen.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckebene (6A) mit einer Keramikschicht versehen ist und/oder die Keramikschicht als ausgebildetes Keramikplättchen ausgebildet ist.
Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Ebene eine der beiden Elektrodenebenen (7A, 7B) ist und diese zueinander in einem von Null abweichenden zweiten Winkel (δ) angeordnet sind (4).
Element nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Ausbildung mit einem doppeltbrechenden Kristall für einen transversalen EOM, wobei der eintretende Lichtstrahl in einen ordentlichen (o) und einen außerordentlichen (e) Strahl aufgespalten wird und deren Phasen zueinander durch ein elektrisches Feld (E) verschiebbar sind, wobei der ordentliche und der außerordentliche Strahl eine gemeinsame zweite Ebene (11) aufspannen, die parallel zu dem elektrischen Feld (E) verläuft, und wobei die eine Elektrodenebene (7A) parallel zu der Strahlungsrichtung (o) und zu der anderen Elektrodenebene (7B) in dem zweiten Winkel (δ) verläuft.
Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Winkel (6) dem um 90° verminderten zweiten Nachbarwinkel (β) zwischen der Frontebene (5A) und der einen Elektrodenebene (7B) des elektrooptisches Elements enstpricht.
Element nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächennormalen (7AN, 7BN) der beiden Elektrodenebenen (7A, 7B) den zweiten Winkel (6) bilden und beide Normalen in der zu beiden Elektrodenebenen senkrecht angeordneten gemeinsamen zweiten Ebene (11) liegen.
Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den zweiten Winkel (6) bildenden Normalen (7AN, 7BN) in der zu den beiden Elektrodenebenen (7A, 7B) sowie sowohl zu der Front- als auch der Austrittsebene (5A bzw. 5B) senkrecht angeordneten gemeinsamen Ebene (11) liegen.
Element nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet; daß die eine Elektrodenebene (7A) parallel zu dem ordentlichen (o) und die andere Elektrodenebene (7B) parallel zu dem außerordentlichen Strahl (e) angeordnet ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des elektrooptischen Elements gebrochen sind.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für verschiedene Farbbereiche des Lichtstrahls die Kristalle verschieden lang mit unterschiedlichem Abstand zwischen Front- und Austrittsebene ausgebildet sind.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Frontebene (5A) eine kleinere Fläche als die Austrittsebene (5B) aufweist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundebene (6B) rechtwinklig zu der Front- und/oder der Austrittsebene verläuft.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontebene (5A) parallel sowie mit Abstand zu der Austrittsebene (5B) angeordnet ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall als Einkristall mit einem der folgenden Werkstoffe ausgebildet ist: ADP, AD*P, KDP, KD*P, KTP, KTA, RTA, Lithiumniobat, (LiNbO₃), Lithiumtantalat (LiTaO₃), BBO, oder Kaliumniobat (KNbO₃).