DE1614221A1 - Vorrichtung zum Modulieren eines Strahlungsbuendels - Google Patents

Description

- ·■■-... PHN 1720 -.

Dipl.-lng.ERfCHE.WALTriER-V ^/^ 1ΒΗ221

Patentanwalt
Anmsldsr: N. V. PHiLIB¹ GLOEIUMPENFABRIEKEH _: ". '■

Aktes PHN- 1720 ' ·

vom* 21 .Pebruar I96T

"Vorrichtung zum Modulieren eines StrahlungsMn.de 1b^ji

Es ist "bekannt, daß sogenannte Laser monochromatische

LichtMridel aussenden können, die in bestimmten Fällen "kohärent" sind, d.h. aus elektromagnetischen Wellen der gleichen, sehr hohen Frequenz und der gleichen Phase bestehen. Die von solchen Vorrichtungen ausgesandte Strahlung kann in dem sichtbaren Gebiet des Spektrums öder in dem Infrarot oder dem Ultraviolett liegen. Der Ausdruck "Laser" "bezieht

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sich nicht nur auf Vorrichtungen, die als Lichtverstärker durch stimulierte Strahlungsenergie wirksam sind, sondern auch auf Quellen monochromatischen Lichtes z.B. bestimmte, elektro-lumineszierende Halbleiterdioden aus Galliumarsenid, bei denen stimulierte Strahlungsemission ohne Lichtverstärkung auftritt.

. Wegen des sehr niedrigen Rauschpegels dieser Laser, werden sie häufig in Pernfunkverbindungen bönutzt. Zur Herstellung boIcher Verbindungen ist ea vorteilhaft, die von diesen Lasern ausgesandttm Bündel modulieren zu können.

Zu diesem Zweck sind beroits Vorrichtungen bekannt, durch welche die Intensität eines Strahlungsbundels mittels eines elektrischen Signals moduliert werden kann und deren Wirkungsweise sioh auf bestimmte Eigenschaften von Halbleiterkörpern, insbesondere auf die Aenderungen der Reflexion der Strahlung an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers odsr auf die Aenderungen der Uebertragungseigenschaften beim Durchgang eines solchen Bündels in der Längsrichtung durch einen Halbleiterkörper mit durchsichtigen Elektroden beim Anlegen eines intensiven elektrischen Feldes zwischen diesen Elektroden gegründet ist.

ISs ist bekannt, dass der optische Absorptionskoeffizient einer dünnen Halbleiterplatte sich in hohem Masse mit der Wellenlänge der durchgehenden Strahlung ändert. Die Kurve dee Absorptionskoeffizienten des Materials als Punktion der Energie der einfallenden Photonen weist eine schroffe Absorptionsänderung auf, wenn die Energie dieser Photonen gleich der Breite des verbotenen Energiebandes zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband des betreffenden Halbleiters wird. Bei Strahlung, deren Weilenlänge höher ist als die, welche dieser

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BAD OBIGINAL

schroffen Absorptionsänderung entspriont, also mit einer niedrigeren Photonenenergie, ist die (beschränkte) Absorption den wenig zahlrel· ohen freien Ladungsträgern und den Elektronenübergängen zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband einerseite und den ausStallchen Pegeln infolge Verunreinigungen oder Kriatallfehler andererseite zuzuschreibeiw Wenn bei einer geringeren Wellenlänge die Photonenenergie -gleich den Energieunterechied zwischen der oberen Grenze des Valenzbandes und der unteren Grenze des Leitungsbandes oder höher als dieser wird, führt die Wechselwirkung dieser Bhotonen mit den Elektronen des Valenzbandes direkte Uebergänge der angeregten Elektronen des Valenzbandea zum Leitungsbandes herbei, was Von einer hohen Absorption der anregenden Strahlung begleitet wird· Die Stelle der Schwelle, bei der diese hone Absorption bei geringerer Wellenlänge auftritt, ist abhangig von der Breite des verbotenen Energiebandes des Halbleiterkörpers, welche Abhängigkeit sich durch ^ s * -· ausdrückt, wobei Aa die Sch-KellenwelleniaRge in Kikron und £ die Breite des verbotenen iOnergiebandes in eV bezeichnen. ^j

Es hat sich ausserden gezeigt (Franz-Keldysh Effekt), dass es möglich ist, diese Absorptionssohwelle durch Anlegen eines starken eleKtrischen Feldes an dem betreffenden Halbleiter zu verschieben. Der 'Jffekt dieses Feldes ist einer geringen Verkleinerung der Breite des Verbatenen Energiebandes Squivalent. Bs entsteht infolgedessen eine ürhöhJJig der Sehwellenweiienlange Xa₁ wobei eine starKe Absorption und aοmit eine stärkere Absorption der Strahlung auftritt, die bei Abwesenheit des eleictrischen Feldes direkt unter der Absorptions sciiw eile liegen wurde. Inden an einer Halbleiterplatte ein stirkes, veränderliöhes elelctrisches Feld angelegt wird, ist es in

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bekannter Weise mSglioh, die Schwelle A 8 zu ändern und somit da· durch die Platte gehende 3 tafah lunge bündel zu modulieren·

Mehrere Forscher haben βich mit der mathematischen Analyse der betreffenden Mechanismen beaohKftigt, unter anderem JY Callaway in dem Artikel in "Physical Review" vom i8.Mai 196*4, Seite A 998· Die aus dieser Analyse resultierenden Formeln und Berechnungen sind lang und verwickelt, aber man erhält einen Bindruck von der Wichtigkeit des Franz-Keldyah Effektes aus den Sohluss- ' folgerungen der Berechnungen von J. Callaway in bezug auf einen OaAa Kristall1 bei monoohromatieoher Strahlung« deren Photonen eine Energie haben, die 0,02 eV niedriger ist als die Absorptionsschwelle bei Abwesenheit eines Feldes, welche Schwelle der Breite des verbotenen Energiebandes (etwa 1,35 eV) entspricht! bringt ein Feld von 10 V/oa eine Verringerung der Uebertragung von etwa 87 % mit eich·

Bb ist weiterhin bekannt, dass das Anlegen eines starken elektrischen Feldes bei einer grossen Anzahl isolierender oder halb· leitender KSrpor die Erscheinung einer elektrischen Doppelbrechung hervorruft, die sich daroh Drehung der Polarisationsebene des den Körper durchlaufenden, linear polarisierten Strahlungsbündels Suesert, welche Drehung für eine Modulation des aus dem Körper hervortretenden Strab.-lungs bunde Is benutzt werden kann· ·'

Bis sind weiter Umstlnde bekannt, unter denen dl· OnHtepannung, die den Klemmen eines Körpers aus homogen«! Halbl«ltaraat«riftl konstanten Querschnitte· zugeführt wird, nicht gleichaSeeig lftngs dieses Körpers verteilt wird, waa auf verschiedentlich· Wirkung zurücksufuhren ist. Eb treten bei gewissen Halbleitermaterialien beim Anlegen elektrisoher Felder zunehmender IntensItSt Abweichungen in dar «oheinbaren

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Leitfähigkeit des Materials auf, welche Abweichungen sich z.B.

«·ι ί> ι' - -■ ι " «".-ί. *ί. ^!> ' -ί¹ * - _¥ ' ;·' ,' ι'· '">: ji.i.ii » ι ■' in der Strom-Spannungskurve äussern, indem diese einen Teil auf— weist, in dem der dynamische Understand des Körpere negativ wird. Infolge dieses negativen dynamischen Widerstandes ist es nicht immer möglichj die Form der Kurve mit der negativen Neigung zu mesaen und/oder sichtbar zu machenf es können insbesondere Strömschwankungen sehr hoher Frequenz auftreten. Line dieser Erscheinungen von !Instabilität^ die sich in StromBohwingungen auasern, iat unter dem liamen dee "Qunn Effekts" bekannt.

Die beim Gunn Effekt auftretenden Mechanismen in . OaAa Kristallen, denen ein hinreichend starkee elektrisches Feld zu-

geführt wird, sind in zahlreichen Laboratorien studiert» Bs hat sich

im allgemeinen gezeigt, dass bis zu Feldstärken von etwa 1500 V/cm bei körpern mit einer Länge von etwa 0,1 om die Leitfähigkeit des Körpers keine Abweichungen aufweist, während bei höheren Feldstärken von einem bestimmten Grenzwert der angelegten Spannung her eine Zone örtlich höheren spezifischen Widerstandes tile im weiteren Körper auftritt und sich im Kristall mit einer Geschwindigkeit verschiebt, die nahezu der Geschwindigkeit der Träger .in einem nahezu gleiohmSssigen ; Feld im Korper ausserhalb der beweglichen Zone hohen spezifischen Widerstands entspricht. Bei Körpern mit einer Länge von weniger als 0,1 cm ifät der zum Hervorrufen dieses Effektes, notwendige Minimalwert des Feldes höher.

i)ie Anwesenheit dieser Zone sehr hohen spezifischen

Widerstandes bringt das Auftreten eines sehr starken Potantialgradienten, d.h. eines sehr starken Feldes in dieser Zone und eine Verringerung

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des elektrischen Feldes,»in den ausserhalb der Zone hoher Feldstärke

BAD

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IU:, ί η·1θκ sVfiltAa due feSi'fsjSO si* sl,?^* liegenden 'Feilen dee Körpers ait eich.

Bei dem Ounn Effekt wird die Erzeugung der Zone sehr hohen spezifischen Widerstandes dem Uebergang von Elektronen von der unteren Grenze des Leitungsbandes auf die sekundären Minima des gleichen Bandes zugeschrieben«

• - ObfeiiJii de.« 'kirnt M'i'a&t' ?uiie ^rLsr brsit.'.uiri testen !&■-«

Obwohl der Gunn Effekt eine der bekanntesten Er-

scheinungen ist, bei der Zonen hohen spezifischen Widerstandes in

einem Halbleiterkörper auftreten können, ist dieser nicht der eini in bestimmten Sonderfällen hat man die Anwesenheit und die Verschiebung von Zonen hohen spezifischen Widerstandes Infolge einer

i-₁':;"-.>-"Oi.iiit?i.'is3iiV--«rt !·ίΐι·ΗΐΗ'ΐ;-ο^:ΐΓίΐ.ηΗί- znifiemm 4,ΰά üin^u iu.s>H-[-^nBi\ Halbpiezo-elektrischen Vfechselwirkung zwischen den einen homogenen HaIbleiterkörper durchlaufenden Elektronen und den Gitterschwingungen

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des betreffenden Halbleiters feststellen können·

Eine solche Erscheinung tritt z.3. in einem Galliumarsenid-Kristail auf, der in der 110 Richtung geschnitten ist und

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bei der Umgebungstemperatur oder bei 77 K verwendet wird, ebenso wie in Cadmiumsulfid, Qaliiumantimonid oder Tellur bei Zimmertempera t.jv ι
tür.

Bifi fe.liis;ttt»sr«m :'?.tvj -ki? "ir·.· ttn^B da« Sduö hohen e^«:*!** Sie Bedingungen des Auftretens der Zone hohen epezi-

fischen Widerstandes und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Zone

.,:»!.· j.-: ΆΆύ'η ■■;.*! i?i PVn^a KöiaeKHi-liiS yoi"h'«äl,^»ä«<: Yer^clit^deftl 'wP.hr"^-V". sind je nach dem in Frage kommenden Mechanismus verschieden) während dos* J&hsiu Ai tHitf CS¹Tj -SAaui 4j: f ii'C5 fiiWi iiOii ^T3«ä*w :"i^;f'oktsi VuaAiiI* OrSöäöiJü^d⁰· der Schwellenwert zum Auftreten des Gunn Effekts von der Grossenord-

nung von 1 500 V/cm ist,' beträgt der des piezo-elektrisohen Effektes

etwa 300 V/cm bei einer Temperatur von 77 K. Bei dem Gunn Effekt ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Zone hohen spezifischen Wider—' Standes etwa 10 cm/ββο, während bei dem piezo-elektrischen Effekt

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BAD

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diese Geschwindigkeit der Portpflanzungsgeschwindigkeit einer Schub— welle in dem Kristal) hier z.B. etwa 3,5 x 10 cm/seo in QaAs entspricht*

Be sei bemerkt, dass due Vorhandensein einer Zone

starker Absorption infolge eines sehr steilen Potentialgradienten in einem Haibloiterkristull innerhalb dieses Kristalles eine mit der starken Absorption zusammenhangende Flache mit Beflexiönseigenschaf-

ton er*eUfjt. _/ "

In einem Halbleiterkristall passend gewählten Materiale, mit angemessenen Abmeosungen und goeignator Orientierung ermöglicht das Vorhandensein einer Zone mit besondere steilem Potentialgradienten, die sioh innerhalb des Kristalles gegebenenf.ills wiederholt verschiebt, die Modulation eines 3trahlungsbündele.

£ino Vorrichtung sum Modulieren eines Bündels elektromagnetischer Strahlung mit einem Haibleiterkristall mit Kontakten, Kitteln zum Anlegen'eines elektrischen FoldeB über dem-Kristall zwischen den Kontakten und mit Mitteln, durch welche ein Strahlungebündel auf den Kristall fallen kann, ist erfindungegemftee dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kristin unter der Wirkung eines angelegten elektrischen Feldes eine'sich von einem Kontakt zum anderen verschiebende, beweglich· Zone mit einen spezifischen Widerstand und einem Potentialgradienten erseujt »erden kann« die höher »ind al· die betreffenden Werte in dem weiteren Teil de· Kaietallee,welohe Zone in beeug auf . die angewandte Strahlung andere optische iigenechaften aufweist als der weitere rjpistallteil« I>ie Richtung des ütrah lunge bunde Io in bezug auf die Verschiebans dieser¹-Zone läset sich auf verschiedene Weise

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wählen, z.B. quer zur Portpflanzungerichtung oder in dieser Riohtung..

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungaformen und der beiliegenden Zeichnung näher erläutert· Er zeigen

Fig* 1 eine Vorrichtung naoh der Erfindung sum Modulieren eines polarisierten Strahlungsbündels und, naoh bestimmten Vereinfachungen, auaserdem zum Modulieren eines nicht polarisierten Strahluhgsbündels.

Fig. 2 eine Abart der Vorrichtung naoh der Erfindung zum Modulieren nicht polarisierten Lichtes,

Fig. 3 eine Abart der Vorrichtung nach der Erfindung zum Modulieren polarisierten Liohtes.

Der Halbleiterkrletall 10 der Fig. 1 ist e.B. ein n-Typ GaAe-KrIatall hohen speeifieohen Widerstandes. An beiden Enden ist dieser Kristall mit Kontakten 11 bzw. 12 versehen. Bei einem η-Typ OaAs-Krietall können dieee Kontakte in bekannter Weise b.B. durch Ablagerung von Zinn erhalten werden, so dass ohmisohe Kontakte gebildet werden*

Die Kontakte 11 und Ϊ2 sind über Leitungen 14 baw. mit einer Modulationsquelle 13 verbunden, die durch einen elektrischen Generator gebildet wird· Ein Teil der elektrischen Energie dieses Generator» wird in Wärmeenergie innerhalb des Kristalles umgewandelt, so dass, wenn diese Wärme nicht schnell abgeführt werden kann, die Anwendung eines Impulsgenerator« vorzuziehen ist* Sonst ist ein Oleiohspannungsgenera.tor anwendbar.

Vorausgesetzt, dass die Kontakte 11 und 12 mit der, Minusklemme 16a bzw. der Plus klemme 16b des Generators 13 verbunden sind, so tritt, wenn die Spannung des Generators einen bestimmten

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Schwellenwert überschreitet, in der Nähe des Kontaktes 11 eine Zone 17 hohen spezifischen Widerstände auf, in der die Feldstärke besonders hoch ist und, die sich zum Kontakt 12 Verschiebt.

Eine Strahlungsquelle 18 sendet ein vorzugsweise paralleles Bündel 1°._r vorzugsweise einer monochromatischen.Strahlung aus, welones Bündel naoh Durchgang durch einen Polarisator 20 z.B. ein Nicol-, Glan- oder Glasebrook Briama, das passend ausgerichtet ist,, in ein linear polarisiertes Bündel 21 umgewandelt wird, das den Kristall 10

■ > durchläuft und dasfcentsprechende Austritts bündel, 2-2-liefert*

Das Bündel 22 trifft einen Analysator 23, der das modulierte Austrittsbiindel 24 liefert.

Die Bahn des Bündels 21 im Kristall liegt quer zur

Versohiebungsrichtung der Zone 17 und ist duroh die gestrichelte Linie 25 angedeutet. Wenn die Zone 17 steilen Potentialgradienten,die durch die gestrichelten Linien 25 angedeutete Zone 26 eintritt;,*"treten"" gleichzeitig eine Adsorption und eine Drehung der Polarisationsebene des_; Bündels 21 auf. Der beeinflussteTeil des Bündels.21nimmt während des Durchgangs, duroh die Zone 17 zunSchat zu und dann ab, worauf es

schliesslich ungeän&ert durchgelassen wird* '

- " ■ ' - ■ ' -.".-«■"-Wenn zwisohen zwei Durchgängen der Zone 17 durch die

Zone 26 der Polarisator 20 und der Analysator "23 derart geregelt werden, dass die Intensität des Bündela 24 bei einer bestimmten Intensität des Bündels 19 maximal ist, treten die erwähnten Erscheinungen der^ AbH sorption infolge des Frana-Keidysh Effektes und der Drehung der PolarisationBebene: infolge der elektrischen Doppelbrechung in Hirkverbindung

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miteinander,-um das Bündel 24 zu modulierene.

Das Auetrittebündel 24 wird also mit der Prequens der

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Durchgänge dor Zone 17 durch die Zone moduliert, die durch die Linipn 25 angedeutet ist. Die Modulations tiefe, d.h. die Verringerung der Intensität des gtrahlungabündels 24 infolge des Durchganges des Bündel· 21 durch den Kristall, ist ausserdem eine Funktion der Breite der Zone 17 und der Intensität des hohen elektrischen Feldes in dieser Zone (Frans-Keldysh Effekt und elektrische Doppelbrechung)· Der von dem Generator 13 gelieferte Teil der Spannung ü"ber dem Schwellenwert» bei dem die die Zone 17 erzeugende Wirkung auftritt, ist in erster Annäherung proportional zum Produkt der Breite der Zone 17 und des darin auftretenden steilen Potentialgradienten·

Durch Aenierung des Pegels des Generators 13 kann die Modulationstiefe dos AustrittsbundeIs 24 geändert werden.

Wie vorstehende gesagt} entspricht die Schwelle des piezo-elektriechen Effektes zum Krzeugen der Zone 17 einem Feld von etwa 300 V/cm, während die Sohwelle für den Gunn Effekt einem Feld .von etwa 1500 V/om entspricht. ■

Die Möglichkeiten der Modulationsfrequenz unterliegen offensichtlich der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Zone 17» die etwa 3»5 * 10 cm/seo beträgt bei dem piezo-elektrischen Effekt und etwa 10 om/seo bei dem Gunn Effekt. '

Für den piezoelektrischen Effekt wird ein Kristall

10 z.B. aus GaAs in der 110 Richtung geschnitten und auf 77° K, die / Siedetemperatur flüssigen Stickstoffes, gebracht. Je nach der Wellenlänge der au modulierenden Strahlung können andere-Halbleiterkörper mit ähnlicher Bandkonfiguration verwendet werden» z.B. OaAa, Cd, Te und GaSb. Abgesehen von dem benutzten Effekt, ist es wichtig» «inen Kristall mit dem hSoheten spezifischen Widerstand ansuwanden» der sieh

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. ,1 ,_„. PHH 1720

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nooh für den betreffenden Effekt eignet, um das Auf treten von Wärmedissipation infolge der Spannungsimpulsβ oder der Gleichspannung de· Generators am Kristall 10 tu begrenzen»

Die Vorrichtung nach Fig* 1 eignet eich zum Modulieren ein·· vorzugsweise.parallelen Bündele nicht polarisierter Strahlung lediglich durch Anwendung der Bündelabeorption (Franz-Keldysh Effekt) bei Durohgang der Zone 17 durch die Zone 25f zu diesem Zweck braucht nan nur den Polarisator 20 und den Analysator 23 wegzunehmen· Die endgültige Modulations tiefe ist dann unter im übrigen gleichen Um-· ständen geringer als die bei der Kombination der Bandelabsorption und der Drehung der Polarisationsebene eine· linear polarisierten BSndel·· las ist auch möglich, die Vorrichtung nach Fig· 1. sum Modulieren eines Bündels linear polarisierter Strahlung anzuwenden, deren HollenlSnge den Sohweilenwert der Wellenlänge in dem Masse überschreitet, das· die Verschiebung der Schwelle infolge des Franz-Keldysh Effektes keinen merkbaren Einfluss ausübt. Die Modulation infolge der Drehung der Polarisationsebene wird beibehalten, aber die endgültige Modulation· tief· ist selbetrerständlich geringer als wenn die awei erwähnten Effekte gemeinsam zur Modulation beitragen.

JDie Vorrichtung nach Fig* 2 besitzt einen Halbleiter- · kristall 30, τοη dem eine Fliehe einen ohmisohen Kontakt 31 und die gegenüber liegend· Fliehe einen für die angewandt· Strahlung durchltsaigen ohnischen iContokt 32 hat. Das Verfahren sum Anbringen durchsiohti(er, leitender Sohichten b.B. aus Zinnoxyd z.B. auf dem Olae der Kolben τοη Elektronenröhren, oder auf Halbleiterrorrichtungen z.B. Sperrechlchtiellan ist schon langst bekannt. Die ohmieohen Kontakte 31 und 32 werden mit der Minusklemme 15a bzw. der Plueklemme 16b des

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Generators 13 über die Leitungen 14 bzw. 15 verbunden* — Wenn die vom·Generator 13 gelieferten Spannungsimpulsβ

-\ oder die von ihm gelieferte Spannung den Anfangeaobwellenvert eine« der eine Zone 34 hohen spezifischen Widerstands und hoher FeldetSrke erzeugenden Effekte überschreiten, tritt diese Zone in der Nähe dee Kontaktes 31 auf Und versohiebt sich sum Kontakt 32. Ein· Quelle

35 sichtbarer oder unsichtbarer Strahlung sendet ein Strahlung·- bündel 36 au·) das vorzugsweise monochromatieoh let und den durchlässigen, ohmischen Kontakt 32 durchlauft und seiner Bahn in Form des gebrochenen Bündels 37 fortsetzt, das eine veränderliche Dick« 38 des Halbleiterkristallee 30 durchläuft, bevor es an der Vorderfläche der Zone 34 mit dem steilen Potentialgradienten reflektiert wird* Nach Reflexion verlässt das Bündel 40 den Kristall.

Bei bestimmten, konstanten Werten de· Durohlaeskoeffizienten des durchlässigen, ohmisohen Kontaktes 32 und de· Reflexion·- koefflBienten des Bündels 37 an der Vorderfläche 39 d.·* Zone 34 resultiert die Modulation des Austrittebündele 40 aus der veränderlichen Absorption infolge der Veränderlichen Dicke 38 des Halbleiters 30 vor und nach der Reflexion des Bündele 37 ^an der VorderflSohe 39·

Die Modulationstiefe hSngt von dem Abstand zwischen den Kontakten 31 und 32 ab, der der Dicke des Halbleiterkristalles 30 entspricht und das Bündel 40 kann auf einen vernachlSssigbaren Bruchteil seiner MaximalintensItBt herabgemindert werden, wenn die Zone 34 in der unmittelbaren Nähe des Kontaktes 31 liegt.

Eine Vorrichtung nach Fig. 2 eignet sich a.B. eur

Regelung und zur Kontrolle der Strahlungeemission eines Lasers, wenn der durohaichtige, ohmisohe Kontakt 32 eine der Stirnflächen eine«

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InterferenzmeBswerkes z»B» dee Fabry-Perot Typs bildet, wobei die stimulierte Emission anfängt, wenn die VordarflSche 39 den durchlässigen Kontakt 32 erreicht. " ©

Der Halbleiterkrlstail 30 kann ein QaAs Kristall sein,, der die Eigenschaften des Kristalles 10 nach Fig* 1 oder eines der bereits erwähnten anderen Halbleiter besitzt«

Bei dei^orriohtung nach Fig. 3 ist der Halbleiterkriat3ll 30 dünner als der nach Fig. 2, während die Kontakte 31 und 32 über Verbindungeleitungen 14 bzw. 15 mit den Klemmen 16a bzw. lob eines, Generators 13 verbunden sind. Eine monochromatische Strahlungsquelle 41 liefert ein vorzugsweise paralleles Strahlungsbündel 42, das nach Durchgang durch einen Polarisator 43 z.B. ein Mool-, Qlan~ oder Glasθbrook Prisma, das passend ausgerichtet ist, in ein linear polarisier tee Bündel 44 umgewandelt wird, das den durchlässigen ohmischen Kontakt 32 durchläuft und seine Bahn durch die Zone 46 des Kristalles 30 in Form eines gebroohenen Bündels 45 fortsetat.

Das Bündel 45 wird an der VorderflSche 39der Zone 34 hohen Potentialgradienteh reflektiert, die auf vorstehend beschriebene· Weise erhalten wirdj es entsteht ein Austrittsbündel 47, das nach Durchgang durch einen Analysator 46 in ein linear polarisiertes Austrittebündel 49 umgewandelt wird» '.} . *

Der zwischen dem durohlSasigenphniiechen Kontakt 32 und der Vorderf Hch« 39 der «Sone-34 liejgehde Teil des Kristalles 30; erfüllt die Funktion einer dünnen Schiejfit verHndtrlioher Diok« 38, j . und veranlaest die durch dünne 3ohiohten in bezug auf ein linear I polarisiertes einfallendes 3trahlungebündel erzeugten Brecheinungen] welches Bündel in ein elliptiachpolarioiertee Bündel umgewaridel

wird» bei dem die Ausrichtung der Längsachse veränderlich ist, so -dass ein reflektiertes Bündel 47 mit den gleichen Eigenschaften er-* halten wird· Das Mass der Blliptieität ändert aich periodisch alt der veränderlichen Sicke der Zone 38, welche Dicke von der Verschiebung der Zone 34 zu dem durohlSaaigen, ohnischen Kontakt 32 abhängt» wobei eine Periode der Eigeneohafteänderungen des reflektierten BBa* dels 46 einer Verschiebung von }/2 der VorderflSohe 39 i» Abhängigkeit von der Richtung des Bündels 43 entspricht» wobei \ <ü· Wellenlänge der monochromatischen Strahlung der Quelle 41 beeeichnet· Auf dies· Heise ergibt sich somit eine Modulation der Intensität des Bündele 49» Aas &en Analysator 48 verlässt· Diese Modulation kann, leicht mit sehr-hoher Frequene erzielt werdeni vorausgesetzt, dass fi/2 gleich etwa 0,7 U ist und dass das Bündel 43 unter einem Winkel von 43° einfällt, so entspricht λ/2 für das Bündel 45 einer seitlichen Verschiebung von 0,3 u der Vorderfläche 39 und bei einer Versohiebungsgesohvindigkeit von 10' om/sec der Zone 34 beträgt die resultierend· Modulationsfrequens 200 One·

In Abhängigkeit von der Art und den Brechungsindex de· Halbleitermaterials des Kristallee 30 kann die günstigste Orientierung für die Vibrationaebene des linear polarisierten Bündel· 44 entweder die der Einfallsebene oder die daau senkrechte Richtung, oder auoh «,ine der mSglichen Zwisohenriohtungen sein» Vorteilhafterwels· entspricht die Slnfausrichtung des Bündele 44 annähernd den Breweter , Einfallswinkeli dw Analysator 48 ist derart gerichtet» dass der Maxi- ; malwert des Prjoduktes der Haxiraalintensität des Bündels und der Module tionstisjfe er sielt wird*

Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 ist es vorteilhaft, den Kristall 30 sehr dünn zu gestalten, da die Modulation des Strahlungebündels eioh auf das Verhalten der Zone 46 beim Durchgang des Bündele 45 gründet» wenn diese Zone die Form einer dünnen Schicht veränderlicher Dicke hat. Es ist auch möglich, diese physikalische Wirkung in einem Kristall anzuwenden, der dicker ist als für den vorerwähnten Mechanismus erforderlich ist) so dass eine Modulation verschiedener Eigensohaften erzielt-'wird» wobei

- 1. die Absorptionswirkung durch Reflexion bei veränderlicher Tiefe nach der Vorrichtung in Fig· 2, wobei die Modulationefre^uenB d«r Viederholungsfrequenz der Durchgänge der Zone 34 durch den Krigtall 3Q gleich ie t, .

2» d« Effekt einer Modulation sehr hoher Frequenz in der Vorrichtung

naoh Fig* 3» kombinieirt sind* ...

SelbetveretSndlioh beschränkt sich die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen und innerhalb des Rahmens der Erfindung lassen sich viele Abarten durchführen, unter anderem duroh Ersatz gleichwertiger technischer Mittel« Bei Modulation durch Absorption kann das Strahlungebündel z.B. auoh den Kristall in der Richtung der Verschiebung der Zone an Stelle der quer zu dieser stehenden Richtung"durchlaufen, in welchen Falle zwei durchlässige Kontakte benutzt werden«

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Claims (1)

1. PATSNTAHSPRUECHEi

   MJ Vorrichtung zum Modulieren eines Üiindels elektro- « magnetischer Strahlung mit einem Halbleiterkristall mit Kontakten) Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Feldes über dem Kristall zwischen den Kontakten und mit Mitteln, durch welche ein Strahlüngsbündel auf den Kristall einfällt» dadurch gekonnzeichnet, dass in dem Kristall unter der Wirkung des angelegten elektrischen Feldes eine sioh von einem Kontakt zu.dem anderen Verschiebende Zone mit einem spezifischen Widerstand und einem Potentialgradienten gebil-.let werden kann, die höher sind als der spezifische Widerstand des weiteren Teiles des Kristallos bzw. der Potentialgraciient darin Bind, welche Zone für die angewandte Strahlung andere optische Eigenschäften aufweist als der weitere Teil des Kriotalles* 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet!

   dass die Zone das angewandte einfallende Strahlungsbündel stärker absorbiert als der weitere Teil des Krietalles.

   3« Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone für die angewandte Strahlung doppe!tbroohend ist.

   4· Vorrichtung nach einem oder mehreren d9T vorhergehenden <

   Ansprüche, dadurch gekennzeichnet^ dass ein einfallendes Strahlungsbündel die Zone durchlaufen kann.

   5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

   das Strahlungsbündel die Zone quer zur Verschiebungsrichtung der Zone durchlaufen" kann.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ^

   dass ein einfallendes Strahlungebündel an der Zone reflektiert werden

   kann. ' 0 09 82 2 / Q 5 7 7 ■'-■

   BAD ORIGINAL ^^

   7* Vorrichtung nach einem oder mehreren-.-der vorhergehenden

   Ansprüche, dadurch gekennzeiohnet, dass mindestens einer der Kontakte für die anzuwendende Strahlung durchlässig ist,

   8. Vorrichtung naoh einem oder mehreren der vorhergehenden

   Ansprüchej dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungebündel den Kristall in der "Richtung; der Verschiebung der Zone durchlaufen kann.
   9· Vorrichtung nach einem oder mehreren der voi^hergehenden

   Ansprüche, dadurch gekennzeiohnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche man ein linear polarisiertes Bündel ©lektro-raagnetieeher Strahlung auf den Kristall einfallen lassen kann» ;
   10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadtaroh gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche über dam Kristall sine Feldstärke von mindestens 3Oi0v/ca
   angelegt werden kann* .· ■_

   1t. ", Vorrichtung nach Anspruch,10, dadurch gekennzeichnet,
   dass Mittel vorgesehen sind, durett welche ühet demKristall eine Feldstärke von mindestens I50O V/cm angelegt werden kann. ·

   Ansprüohe, dadurch gefeennzei ohne t, dass der Kris tall dupoh einen HiIbleiterkSrpef gebildtet wird, desäen Ström-Spannun^skennlinie einen ifeil negativen liiffeientialwiderstandee aufweist. , /

   13· Vorrichtung naohdeinem^^ oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall aus Galliumarsenid, Cadmiumsulfid, Cadmiumtellurid, aailiujnantimonid oder 'Dellur besteht» -14· Vorrichtune nach Anspriioh 13, dadurch gekennaeichnet,
   daaa der Kristall ein in der 110 Richtung geschnittene?^^ Galliumarsenid-Kristall ist, wobei Mittel vorgesehen sind, durch welche dieser Kristall

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   12* Vorrichtung nach einem oder mehreren d&x vorhergehenden. -· ;

   auf eine Temperatur von etwa 77 K gebracht wird. 15· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet) dass dar Halbleiterkristall ein verbotenes Energiebund hat» das einige Hundertstel HÜektronvolt grosser ist ala die aiergie der Photonen des anzuwendenden StraRlungsbÜHdela*

   la» Vorrichtung nach einem öler mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daae Über dent Kriatall eine ver'inlerlioho Feldstärke angelegt werden kann·

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   BAD ORIGINAL