DE1764651B2 - Vorrichtung zur elektrooptischen modulation oder nichtlinearen frequenzaenderung von kohaerentem licht durch phasenanpassung - Google Patents

Description

M"
M"'

wobei die angegebenen Ionen aus den nachfolgenden Gruppen ausgewählt sind:

M¹ = K, Na und bis zu insgesamt 20 Atomprozent eines oder mehrerer der Elemente Li, Rb und Cs;
Ba, Sr, Ca, Pb, Sn;

Y, Sc und die seltenen Erden der Ordnungszahlen 57 bis 71 des Periodischen Systems nach M c η d c 1 e j c w ;
Ti, Zr, Sn und bis zu insgesamt K) Atomprozent von einem oder mehreren der Elemente Hf, Ge, Si;
Nb oder Ta, zusammen mit V, wobei V auf maximal 30 Atomprozent der gesamten Anzahl der M'^v Ionen begrenzt ist;

Li zusammen mit bis zu 20 Atomprozent Na.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper im wesentlichen eine der nachfolgenden Zusammensetzungen aufweist, nämlich

Μ^Λ =

M"¹ =

wobei A' zwischen 0 und 0,5 liegt;

Pb_{01 +v}(Ba, Sr, Ca)₀₁, __vNb₂0„
wobei X zwischen 0 und 0,4 liegt;

(Pb. Ba. Sr, Ca),,„ .._vNa„,_{4 f2}._vNb,O„
wobei X zwischen 0 und 0.2 liegt;

Bn_1-,. _v(Ti. Sn, Zr)₀₄ .₂,_vNb_1-(, _f2VO„
wobei ,V zwischen 0 und 0,2 liegt;

Ba_11-H.. 2.vNa,_1-4+ .VMi¹¹Nb₂O,,
wobei X zwischen 0 und 0,2 liegt:

Ba₁LLvNa_11x Ji₁₁₁ ,Nb, O₁,
wobei X /w isclicii 0 und 0.4 lieul ;

Ba₁,,, . JMa₁,,, JTi. SnI_11-, ,Nb,O₁.
wobei X /wischen (' und 0.2 lieul:

K_1-, ,Ιι,,μΝΜ),,
wobei .V /wischen O und 0.2 lieul: und

Na_1-11Ji₁₁S ν Nb, O₁₁
wobei X /wischen O und 0.2 liegt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrooptischen Modulation oder nichllinearen Frequenzänderung von kohärentem Licht durch Phasenanpassung in einem kristallinen Körper, der aus einem ferroelektrischen Einkristall besteht, .wobei dieser Kristall für Licht einer Wellenlänge von 0,2 bis 6 μηι transparent ist. Die Erfindung bezweckt somit eine Modulation, Frequenzverdoppelung sowie anderweitige Änderungen von elektromagnetischer Wellenenergie bei Frequenzen, die jene des sichtbaren Spektrums einschließen. Als Anwendungsbeispiele dieser Wellenenergie seien vor allem Nachrichtenübertragungssysteme, Schalt- und Speichervorrichtungen genannt.

Die Auswahl der Materialien für den kristallinen Körper erfolgt im Hinblick auf bestimmte Änderungen der Übertragungseigenschaften für kohärentes Licht als Folge eines angelegten Feldes, oder im Hinblick auf eine inhärente Nichtlinearität, die Anlaß zu parametrischer Aktivität geben kann. Erfindungsgemäße Vorrichtungen können mit Laserlicht im Dauerstrichbetrieb oder im Impulsbetrieb betrieben werden.

Die Arbeiten zur Entwicklung geeigneter kristalliner Modulatormaterialien konzentrierten sich anfänglich auf Kaliumdihydrogenphosphat (KDP). Dieses elektrooptische Material war in optisch reiner, vollkommen einkristalliner Form verfügbar, und es ist chemisch und physikalisch beständig. Seine Eigenschaften erlauben eine relative Änderung der Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen für einen gegebenen Polarisationssinn bei einem angelegten elektrischen Feld. KDP war das erste bedeutsame lineare elektrooptische Material und wird, hauptsächlich wegen seiner leichten Verfügbarkeit, noch heute als ein wichtiges optisches Modulatormaterial angesehen. Trotz seiner ausgezeichneten physikalischen und chemischen Eigenschaften hat jedoch KDP einen Nachteil dahingehend, daß große Werte für die zugeführte Spannung und Leistung erforderlich sind, um praktikable Modulationsgrade zu erhalten. Ist Epsilon die Dielektrizitätskonstante und v_n der Wert des angelegten Feldes, der zur Erzeugung einer relativen Phasenänderung von einer halben Wellenlänge in einem Materialwürfel erforderlich ist, so kann die für die Modulation erforderliche Leistung ausgedrückt werden als zu dem Produkt ε V₇₁ ² proportional. Der Wert von v.-, für KDP liegt in der Größenordnung von 8000 Volt, und der Wert von ev^² ist etwa 240 χ ΙΟ⁷.

In neuerer Zeit hat Lithiumtantalat als lineares eiektrooptisches Material größeres Interesse erfahren, da es unter Beibehaltung der meisten ausgezeichneten Eigenschaften von KDP einen v^-Wert in der Größenordnung von 2800 Volt und einen εν,²-Wert von

etwa i2 χ 10' aiii weist. Wahrend seiner anfänglichen Kniwicklung zeigte Lithiumtantalat lästige lokale Inhomogenitäten in der Dielektrizitätskonstante bei der Übertragung von I.aser-Leistungen von einem Bruchteil eines Walt. Dieses Problem ist nun weitgehend überwunden worden, und Vorricntiingen zur elektrooptischen Modulation ->der mchtlinearen Frequenzänilerung von kohärentem Licht durch Phasenanpassung mit einkristallinem Lithiumtanialat a>s Modulator wurden über lange Zeit hinweg erfolgreich betrieben, l-inzclheilen können beispielsweise dem Beitrag von R. T. D e η t ο η et al. in journal öl Applied Physics, 38, Seiten 1611 bis 1617 (1967) entnommen werden. Trotz der anerkannten Verbesserungen, die sich aus der Einl'ührung von Lithiumtantalat als Modulator ergaben, besteht weiterhin der Wunsch nach Materialien immer noch, die eine Modulation bei noch niedrigeren Werten des angelegten Feldes oder mit noch kleineren Modulationselementen durchzuführen gestatten.

Füv die Erzeugung von zweiten Harmonischen (SHG) und parametrische Anwendungsfälle ist die Auswahl geeigneter Modulatoren noch eingeschränkter. Praktisch alle Materialien, die vom elektrooptischen Standpunkt aus aktiv sind, zeigen auch ausreichende Nichtlinearitäl, gewöhnlich der Geschwindigkeit relativ zur Frequenz, um solche Anwendungen zu ermöglichen. Jedoch ist dieselbe Nichtlinearität, die Anlaß zu den brauchbaren Phänomenen gibt, auch mit nichterwünschten Folgen verbunden. Während mit verschiedenen Materialien tatsächlich Licht von eir.er Frequenz erzeugt werden kann, die sich von der Frequenz des eingespeisten Lichtes unterscheidet, führen die frequenzabhängigen Geschwindigkeitsänderungen zu einer periodischen Verstärkung und Abschwächung dieser Energie. Demgemäß waren Vorrichtungen mit solchen Modulatormaterialien nur über eine Entfernung hinweg wirksam, innerhalb der die unterschiedlichen Wellenfrequenzen im wesentlichen in Phase gehalten werden konnten

Über eine bedeutsame Entwicklung wurde von J. A. Giordmainein8 Phys. Rev. Let. Seite 19 berichtet. Nach diesem Vorschlag wurde ein nichtlineares Medium verwendet, dessen Doppelbrechung mindestens so groß ist wie die Frequenzdispersion des Mediums. Dieser Vorschlag zielte dahin, eine solche Kristallrichtung auszuwählen, daß die Geschwindigkeit des ordentlichen Strahls der einen Frequenz die gleiche war wie die Geschwindigkeit des außerordentlichen Strahles einer anderen Frequenz. Dieses »Phasenpaß«-Verfahren ist nunmehr in der Technik üblich geworden und wurde zu einem hohen Perfektionsgrad entwickelt (vgl. US-PS 32 62 058), wonach dieses Prinzip speziell auf Lithiumniobat angewandt wurde. Bei optimalen Vorrichtungen nach dieser Patentschrift wird zusätzlich die Temperatur und eine Kristallrichtung, die eine Phasenanpassung senkrecht zur optischen Achse dieses einachsigen Materials ermöglicht, entsprechend ausgewählt.

Seit einiger Zeit ist Lithiumniobat zu einem anerkannten nichtlinearen Standardmaterial für die Erzeugung zweiter Harmonischer und für parameirische Vorrichtungen geworden. Dieses Material ist jedoch zumeist den Belastungen beim Betrieb mit Daaer-Laserquellen hoher Leistung nicht gewachsen; im Verlauf längerer Betriebsperioden konnten Strahlungsbeschädigungen auftreten, die die Form lokaler Brechungsindex-Inhomogenitäten annahmen.

Während es gegenwärtig als nicht aussichtslos erscheint, daß auch dieses Problem gelöst werden wird, lsi ein praktikabler I.ang/eil-Betrieb mit einer Vorrichtung, mit LiihiiKiuiiobat als Modulator derzeit nicht möglich.

Mit der DI-PS 12 85 074 wird eine Vorrichtung zur s elektrooptischen Modulation oder nichtlinearen Frequenzänderung von kohärentem Licht durch Phasenanpassung offenbart, deren kristalliner Modulator aus einem Lithiummetaniobut-Krislall besteht.

Mit einem Reitrag von P. Λ. Franken und j. F.

κ. Ward in Rev. of mod. Phys. J5, Seiten 23-39 (I9b3) wird ganz allgemein über die Erzeugung optischer Harmonischer und weiterer nichtlincarer Phänomene in Kristallen berichtet. Unter anderem wird auch über Versuche berichtet, verschiedene Kristalle mit einem Rubinlaser zu bestrahlen und die erzeugten zweiten Harmonischen zu bestimmen. Zu den untersuchten Materialien gehört auch ein mit Kalium doticitcs Natriumniobat, über dessen Kristallstruktur, insbesondere dessen kristallographische Punktgruppe keine Angaben gemacht werden. Mil diesem Beitrug wird dem Fachmann keine Anregung vermittelt, Materialien einer bestimmten Raum- und Punktgruppenbezeichnung auszuwählen und diese als Modulatoren in Vorrichtungen zur elektrooptischen Modulation oder nichtlinearen Frequenzänderung von kohärentem Licht durch Phasenanpassung einzusetzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art neue Modulatormaterialien anzugeben, die bei der nichtlinearen

.ίο Umsetzung optischer Frequenzen einen höheren Wirkungsgrad und/oder eine höhere Beständigkeit gegen Strahlungsschäden aufweisen.

Ausgehend von einer Vorrichtung zur elektrooptischen Modulation oder nichtlinearen Frequenzänderung von kohärentem Licht durch Phasenanpassung in einem kristallinen Körper, der aus einem ferroelektrischen Einkristall besteht, wobei dieser Kristall für Licht einer Wellenlänge von 0,2 bis 6 μΓη transparent ist, ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der Körper die Kristallstruktur einer tetragonalen Wolframbronze mit der Raum- und Punktgruppenbezeichnung P 4 bm(C²4K/ besitzt, wobei diese Kristallstruktur durch drei senkrechte Achsen definiert ist, ferner die Längen zweier dieser Achsen in einem gegenseitigen Verhältnis von 0,96-1,04 stehen und schließlich die Länge der dritten dieser Achsen etwa ein Drittel so groß wie die Länge jeder der beiden ersten Achsen ist.

Eine spezielle Auswahl vorteilhafter Modulatormaterialien folgt aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Beispielhafte Modulatormaterialien aus dieser Klasse zeigen Werte für ν_π und εν_π ², die wesentlich niedriger als die entsprechenen Werte für Lithiumtantalat sind. Einige Materialien zeigen eine Nichtlinearität, die gleich groß ist oder größer ist wie diejenige von Lithiumniobat, während eine Phasenanpassung über einen breiten Frequenzbereich möglich ist. Bestimmte Materialien dieser Klasse zeigen praktisch vollständige Beständigkeit gegenüber Strahlungsschäden unter normalen Betriebsbedingungen. Es ist eine ausreichende Vielfalt innerhalb der erfindungsgemäßen Materialklasse vorhanden, um eine Auswahl der Curie-Temperaturwerte über einen Bereich bis zu 850⁰C zu ermöglichen, r>5 wodurch einerseits große Temperaturänderungen der Dielektrizitätskonstante und andererseits weitgehende Unabhängigkeit solcher Parameter gegeben sind.
Zwar sind die einschlägigen Fachleute mit der

Struktur der tetragonalen Wolframbronze vertraut, es erscheint aber zweckmäßig, diese Klasse im vorliegenden Zusammenhang erneut zu definieren. Die angegebenen kristallographischen Materialien gehören zur Raum- und Punktgruppe P4bm(C4.²). Die interessierenden Materialien sind im wesentlichen tetragonal. Innerhalb dieser Struktur sind die beiden Achsen, a und b, gleich oder nahezu gleich und sind annähernd 3mal so lang wie die dritte Achse c. Eine typische Elementarzelle kann daher aufgefaßt werden als eine 3x3x1 Anordnung von 9 perovskitähnlichen Zellen. Um kristallographischen Verzerrungen gegenüber der tetragonalen Struktur Rechnung zu tragen, die von gewissen Substitutionen herrühren und auch von gewissen Wachstumsbedingungen, wird das Verhältnis von a zu 6 definiert als zwischen 0,96 und 1,04 liegend. Die tetragonalen Wolframbronze-Strukturen werden häufig als Defektstrukturen bezeichnet, wobei dieser Ausdruck von dem Umstand herrührt, daß gewisse Gitterstellen teilweise unausgefüllt sein können.

Ein weiteres Erfordernis der Materialien ist, daß sie einen ferroelektrischen Curie-Punkt T₁- bei einer brauchbaren Temperatur haben. Es ist allgemein bekannt, daß zumindest ein bekanntes ferroelektrisches Material, Lithiumniobat, keine traditionelle ferroelektrische Hysteresisschleife bei einer Feldumkehr zeigt. Da jedoch die Hysteresisschleife an sich kein Vorteil beim Betrieb dieser Vorrichtungen ist, ist es nicht erforderlich, daß die Materialien eine Hysteresisschleife zeigen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; es zeigt

Fig. I eine schematische Ansicht eines Modulators mit dem genannten Material und

Fig.2 eine schemaüsche Ansicht einer nichtlinearen Vorrichtung mit dem genannten Material.

Geeignete Materialien sind die in der obenerwähnten Materialklasse liegenden. Ein jedes derartiges Material ist geeignet, selbstverständlich vorausgesetzt, daß es die anderen Eigenschaften besitzt, die für einen Vorrichtungsbetrieb erforderlich sind. Solche Eigenschaften sind die erforderliche Durchlässigkeit für die in Frage kommenden Frequenzen, ebenso ausreichende physikalische und chemische Stabilität bei den gewünschten Betriebsbedingungen. Diese Forderungen können ohne jede größere Schwierigkeit erfüllt werden. Die untersuchten Materialien variieren in der Farbe von wasserhell bis gelbbraun, und die meisten Zusammensetzungen sind ausreichend transparent im gebrauchten Wellenlängenbereich von 0,2 bis 6 Mikrometer. Auch ist es die Natur der betroffenen Materialien, daß sie kcnnzcichncnderweisi: in Wasser unlöslich sind, ebenso auch in den üblicherweise in Rechnung zu stellenden Säuren und Basen. Die Wolframbronzc-Struktur ist allgemein die stabile Form über einen breiten Temperaturbereich, einschließlich Raumtemperatur.

Es ist zweckmäßig, zumindest die Hauptmatcrialien anhand chemischer Formeln auszudrücken. Hiernach und auch im Hinblick auf charakteristische Vorrichtungseigenschaften können 4 Kategorien aufgestellt werden. Sie sind:

Hierin ist jedes der »M«-Ionen irgendeines oder irgendeine Kombination der nachstehend angegebenen chemischen Elemente:

4- M₁ ¹,¹,, ,^Μΐ,'Ι,,.,ΜίΓ,,.,Μ,'ν,Ο,,.

M¹ =

M"^v =

K, Na sowie mit insgesamt bis zu 20 Alomprozent eines oder mehrerer der Elemente Li, Rb und Cs (d.h., maximal '/s der M¹-Ionen sind Li, Rb und/oder Cs). Diese Ionen, ebenso auch die M"- und M'"-Ioncn, nehmen die großen tunnelähnlichen Gitterstellen, manchmal als »Α-Plätze« bezeichnet, in der Wolframbronze-Struklur ein. Ba, Sr, Ca, Pb, Sn.

Y, Sc und die seltenen Erden der Ordnungszahl 57 bis 71 des periodischen Systems nach Mcndclcjew.
Ti, Zr, Sn sowie bis zu insgesamt H) Atomprozent von einem oder mehreren der Elemente Hf, Ge, Si. Diese Ionen, ebenso auch die M'^v-Ionen nehmen die Zentren der perovskitähnlichen Einheitszellen ein. die manchmal als »B-Plätze« bezeichnet werden.

Nb oder Ta zusammen mil V. V ist auf maximal 30 Alomprozent der insgesamt vorhandenen Anzahl von M '^V-Ionen beschränkt. Li, zusammen mit bis zu 20 Atomprozent Na. Diese Ionen nehmen die kleinen Dreicck-Gitterstellen in der Wolframbronze-Struktur ein, die manchmal als »C-Plätzc« bezeichnet werden.

Die Kategorien und Anteile akzeptabler »M«-Ionen beruhen auf erschöpfenden experimentellen Untersuchungen und verschiedenen Erwägungen. Die Grenzen leiten sich wie folgt ab:

M¹ =

M¹" =

M^IV =

M^v =

Μ"^ν Μ'^ν

und

Mehr als 20 Atomprozcnl Lithium Rubidium oder Cäsium führen zu Abweichungen von den definierten Wolframbronze-Strukturen. Mehr als 30 Atomprozent dreiwertiger Ionen verursachen Abweichungen von der definierten tetragonalen Wolframbronzc-Struktur.

Mehr als 10 Atomprozenl Hafnium, Germanium oder Silicium führen zu mehrphasigem Material.

Mehr als 80 Alomprozent Tantal und Vn nadium fuhren zu einem Herabdiüekei des Curiepunktes auf die kryogcnen Tem pcralurcn oder darunter, und mehr al: 30 Atomprozent Vanadium fuhren eben falls zu mehrphasigem Material.

Ein Überschreiten jeder der angeyebenei

Grenzen kann zu einem unerwünschte!

Material zweiter Phase unterschiedliche Struktur fuhren.

Mehr als 20 Alnmprozent Natrium ftihrei zu Abweichungen von den definierten WoII rambronze-Strukluren.

Die obige Definition isl im Hinblick aiii eint Unterstützung des einschlägigen Fachmanns bei de Auswahl geeigneter Materialien für die erfiiiclungsge mäßen /.wecke gegeben, und nicht im Hinblick auf eiin

Definition der breitestmöglichcn Materialkategoric. Es ist möglich, von den angegebenen Zusammensetzungen zumindest in einem kleineren Ausmaß sowohl bezüglich der Menge als auch der Art der angegebenen Elemente abzuweichen, obgleich angenommen wird, daß die wesentlichen Bestandteile aller bevorzugten Zusammensetzungen erfaßt sind.

Experimentelle Untersuchungen haben zu gewissen Verallgemeinerungen bezüglich der vier Kategorien geführt. Während alle vier Materialkategorien entweder bei elektrooptischen oder bei nichüinearen Anwendungsfällen verwendet werden können, wurden die niedrigsten Werte für ν._Ί und ε ν.·,² für die Materialien der Kategorie 1 gefunden. Materialien der Kategorien 2 und 3 sind für ihre Nichtlinearität weitgehend deshalb bezeichnend, weil innerhalb dieser Materialien geeignete Werte der Doppelbrechung gefunden worden sind. Mit anderen Worten: Während sich ausreichende Nichtlinearität mit ν._Ί identifiziert, sind bevorzugte Werte der Doppelbrechung, die eine adäquate Phasenanpassung ermöglichen, mit größerer Wahrscheinlichkeit innerhalb der Zusammensetzungen der Kategorien 2 und 3 zu finden. Zusammensetzungen der Kategorie 4 sind für ihre allmählichen Übergänge bezeichnend d. h., ihre Curie-Temperaturen sind nicht so gut definiert wie die der Zusammensetzungen der anderen Kategorien. Das Vorhandensein einiger Ferroelektrizität oberhalb T₁- und einer allmählicheren Änderung von ε unterhalb T₁- reduziert die Temperaturabhängigkeit des elektrooptischen Koeffizienten.

Es wurde beobachtet, daß verbesserte Beständigkeit gegenüber Strahlungsschäden erreicht werden kann durch Auffüllen der Α-Plätze in der Struktur oberhalb des Verhältnisses von einem A zu 2 B, wie dies in den Materialien der Kategorien 2,3 oder 4 möglich ist, oder durch Verwendung von Blei oder Zinn in einem jeden der Materialien. Allgemein wurde gefunden, daß die höchsten nichtiinearen Koeffizienten in natriumhaltigen Materialien mit gefüllten Α-Plätzen auftreten, es existiert daher für diesen Anwendungsfall eine Bevorzugung dieser Zusammensetzungen. In diesem Zusammenhang ist es von Interesse, daß die ausgezeichnete Nichtlinearität des bekannten Materials, Lithiumniobat, im Material der Kategorie 3 beibehalten wird, für das M"¹ Lithium ist, und M¹ Kalium. Während es für den einschlägigen Fachmann von beachtlichem Interesse sein wird, daß eine Phasen-Anpassung in einem neuen, gegenüber Strahlungsschäden beständigen Material erreichbar ist, deren Ausmaß mit der bei Lithiumniobat erhältlichen vergleichbar ist, ist es noch bedeutsamer, daß das nutriumhaltige Material der Kategorie 2 etwa um eine Größenordnung stärker wirksam ist.

Wie aus den nachstehenden Beispielen ersichtlich ist, umfassen zulässige Materialien Kombinationen von beliebigen 2 oder mehr der 4 Kategorien, und es ist weitgehend im Hinblick auf eine vereinfachte Darstellung geschehen, daß die angegebenen Materialien in dieser Weise gruppiert sind. Allgemein wurde gefunden, daß die Eigcnsehaftskennlinien eines jeden der als Zusammensetzungen I bis 4 gezeichneten Endglieder weitgehend beibehalten werden, wenn die kombinierte Zusammensetzung 80 Molprozent des gegebenen Endgliedes enthüll.

Vor der Beschreibung spezieller Beispiele erscheint es zweckmäßig, bestimmte allgemeine Bemerkungen zu machen. Es wurde durchweg beobachtet, daß trotz der chemischen Vielfalt der erfaßten Glieder der Wirkungsgrad sowohl bezüglich elektmoplisdier als auch nichtlinearer Anwendungsfälle allgemein gleich mit oder überlegen gegenüber den entsprechenden Eigenschaften der besten bekannten linearen Materialien ist. Beispielsweise haben Lithiumniobat und Lithiumtantalat ε V₇ ²-Werte von 36 χ 10⁷ bzw. 32 χ 10⁷, wobei Epsilon bei 100 Kilohertz gemessen ist. Die gleiche Größe, gemessen bei der gleichen Frequenz für verschiedene der hier angegebenen Zusammensetzungen zeigt Werte von 10 χ 10⁷ bis 3,2 χ 10⁷. Es wurde

ίο bereits vermerkt, daß nichtlineare Koeffizienten für die phasenanpaßbaren Materialien, die innerhalb des erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereichs liegen, häufig gleich oder besser als die dem besten vorbekannten nichtlinearen Material, Lithiumniobat,

is zugeordneten Werte sind. Aus den durchgeführten Untersuchungen ist evident, daß diese ausgezeichneten Vorrichtungseigenschaften zu einem beträchtlichen Ausmaß der angegebenen Wolframbronze-Struktur und nicht der betreffenden genauen chemischen Substanz zuzuschreiben sind.

Natürlich sind einige Anstrengungen gemacht worden, um einen Zusammenhang zwischen den ausgezeichneten Eigenschaften und der Struktur zu finden. Während kein Anspruch darauf erhoben wird, daß die

2s nachfolgenden theoretischen Erwägungen tatsächlich zutreffen, werden dieselben zu Erläuterungszwecken des mechanistischen Ursprungs der beschriebenen Phänomene wiedergegeben.

Wie bereits früher erwähnt, sind die Dimensionen der

v> Einheitszelle der tetragonalen Wolframbronzen etwa das Dreifache der perovskitähnlichen anionischen Grundgruppe (WO₃, NbO₃ etc.), und insgesamt 9 perovskitähnliche Gruppen sind in der Einheitszelle vorhanden; s. 32 Journal of Chemical Physics 1846 — 1851 (Juni 1960). Diese Gruppen liegen in einer gefalteten Anordnung, die die Akkomodation großer fünfseitiger Tunnels, Α-Plätze, sowie auch kleiner Dreieckplätze, C-Plätze, berücksichtigt. Die die A-Plätze einnehmenden Ionen können leichter von einer Extremstellung in die andere durch ein angelegte? elektrisches Feld versetzt werden. Des weiterer berücksichtigt die gefaltete Anordnung eine größere Freiheit der Verzerrungsrichtung als für üblichere Ferroelektrika zu erwarten ist, die vergrößerte nichtli neare Koeffizienten berücksichtigen. Diese Besonder heiten sind niedrigen Steuerspannungen (v_n) fü Modulation und kräftige Erzeugung von zweiter Harmonischen zugeordnet.

Typische Materialien sind nachstehend angegeben

so Kategorien beispielhafter Materialien sind durcl »M«-Glicder oder durch Mischungen von »M«-Glie dem, wie angegeben, bezeichnet.

Kategorie I

Ha₁₁,,Sr₁, ,Nk O₁,

'" t'ly.Ba,, ,Sr,, ,Na₁₁₁Nd₁₁₁NkO₁,

Pb,_MBa„,„NkO„

Pb₁₁^Ba,, ,Ca₁₁ ,.,NkO₁,
s Pb_n,Sr„_sNb,O„

BaNb₁O_n

PbNb₁₁O₁₁,

ίο

Kalcgoric 2

Ba₀₈Na₀₄Nb₂O₁,

Ba₁,,,Na₀ ,Gd₀,,,,Nd₀₀₄Nb₂O₁,

Pb₀₂Ba₀₁₁K₀₄Nb₂O,,

Pb₍,₈Na₍,₄Nb,O„

Ba₀₁₁Na₀₂K₀₂Nb₂O,,

Ba_o._sNa„ ,Li₀ ,Nb₂O,,

Kategorie 3.
K₁ ,Li₀₈Nb₂O₁₁

Na₁₂Li₀₈Nb₂O,,
Na₀₁₁K₀₁₁Li₀₈Nb₂O₁,
K₁₁Rb₀₁Li₀₈Nb₂O,,
KNa₀₃Li₀₇Nb₂O₁,

Kategorie 4

Ba₁₂Ti₀₄Nb₁₁₁O,,

Ba₁ ,,Nd₀₀₅Ti₀₄₅Nb_{1 55}O„

Ba₁₂Zr₀₁₄Nb₁₁₁O,,

Ba₁ ,Sn₀₄NbL₁₁O₁,

P!V₂Ba,Ti„₄Nb,„O„

Pb₀₄Ba₀₈Zr₁₁₄Nb₁₁₁O₁,

τ; c

550 550 350 520 400 550

420 400

30 800 350

400 650

_{T c}

- 400

- 400

- 300 -275

- 400 -425

- 300

.1° Misehiingen (I) (2)

Ba₀₄Na₀₂Nb₂O,,

Ba₀₇Gd₀₁₁₅Nd₀₀₅Na₀ ,Nb,O₁₁

Pb_(l..,Ba„₅₅Na„.,Nb₂0„

Ba₀₁₁Pb₀₃K₀₂Nb₂O,,

Ba₀₄Pb₀S₅Li₀₁Nb₂O₁,

Misehiingen (I) (3)

Ba₀ -J₅Na₀₂Li₀ ,Ta₀ ,Nb_{1 5}O„

Pb₀₅K₀₁₁Li₁^Nb₂O,,

Ι^₀.4Υ(ΐ.ο5Τηι₀.₀₅Κ₀ ,,Li₀ ,Nb_;O„

Pb(UBa₀₃Sr₀₃Na₀₂Li₀₂Nb₂O₁₁

Ba₀₁₁₃Ca₀₁Na₀₂₅Li₀₂₅Nb₂O₁₁

Misehiingen (I) (4)

Ba₁₁Ti₀₂Nb₁^O₁₁

Ba₁ La₀₁O₅Nd₀₀₅Ti₀₃Nb_{1 7}O₆

Pb₀₂Ba₀₄Sn₀₂Ta₀₄Nb_{1 4}O,,

Pb₀ ,Ba₀₅Sr₀₂Ca₀₁Sn₀₁Zr₀₁Nb_{1 8}O„

Misehiingen (2) (3)

Ba₀₁₁Na₀^Li₀₂Nb₂O,,

Ba₀₅Gd₀₀₅Nd₀₀₅Na₀₁₁Li₀₁Nb₂O₁,

Pb₁₁₂Ba₁₁₃Sr₀₂Na₀₅LiNb₂O,,

Pb₀JBa₀₂Sr₀₁Ca₀₁Na₀₅LiNb₂O₁₁

Misehiingen (2) (4)
BaNa₁₁₂Ti₀₂Nb_{1 8} O₁,
Pb₀ ,Ba₁₁₁₁Sr₀ ,K₁₁₂Sn₀ ,Zr₁₁, Nb_{1 K}O„

Misehiingen (3) (4)

Ba„,,,Na_lu,Li₍₁.₄Zr_(U Nb₁₁₈O₁,

Ba₀₄Sr₁₁,, Na₀₆Li₀₄Sn₀₁₀₅Zr₀₁₅Nb₁₈O₁,

Ph₁₁, a ^1ί;|π. 2 Sr₁ u Ca,_u Na₀.., K₀, l.i„. ,Sn₀₁Ti₁₁ ,'l'a_0M NbO₁,

- 500

- 450

- 250

Während angenommen wird, daß eier besie Überbliek über den erfüllten Ik-reieli erhallen wird ilurch Bezugnahme auf die vorstehend imgegeberien Kategorien und Kombinationen, ist es für andere Zwecke einfacher, die interessierenden Zusammensetzungen anhand einer ein/igen l'ormel uus/udriieken. l·!ine solche Tonnel ist ilie nachstehende:

M₁ ¹, , .,Μ,,¹ ,M₁I¹ ,.,Nl₁!"....Mn¹V₁M.''. ..<)„

In ilieser lOrmcl haben du· »M« Ionen die vorsleheiul a η ge j'.ebenc Bedeutung.

I !erstellung

Ls wurde üiigegehen, daß die sogenannten nichlslöi'hiometrischeii Materinlien, elie innerhalb der tetrago nalen Wolirambron/e-Khisse liegen, in einkristall.!! Ι·'οπη nur mit Schwierigkeiten hergeslellt werden. W /.ι. erwarten ist, legt die Del'eklnalur dieser Zusamme Setzungen die Notwendigkeit für eine strenge Parameter-Kontrolle nahe und eiTordert häufig nied gere Wachstumsgeschwindigkeiten. Tatsächliche Ik Stellungsmethoden für sowohl das nichlstöehiomct sehe als auch das stöehionieirische Material sind an si traditionell. Als Beispiel hierfür sei das Kristall/iehvi fahren mit Keimkristall nach Czochralski, fern Kristallzüchtung aus der Schmelze und auch d Hammschmcl/verfahren genannt,

Im allgemeinen wird dns Krislallziehvcrfahreu na Czochralski ausgeführt, durch anfängliches IV sehen der Ausgangsstoffe, die in Turm von Carbonate oder anderen Verbindungen, die /11 OxviIimi iml

Reaktionsbedingungen führen, vorliegen, sodann durch Vorreagierenlassen bei Temperaturen in der Größenordnung 1000⁰C oder darüber, durch Vermählen und schließlich durch Schmelzen in einem Tiegel, wobei ein eingeführter Kristallkeim mit einer solchen Geschwindigkeit herausgezogen wird, um das erstarrende Material mitzunehmen. Die Ausgangsstoffe können von den angegebenen stöchiometrischen Anteilen abweichen oder nicht. Kristallzüchtung aus der Schmelze wird normalerweise ausgeführt durch einfaches Erzeugen einer Schmelze und durch Abkühlen von einer Temperatur der Größenordnung 1250⁰C. Auch hier können die Ausgangsmaterialien die Oxyde oder andere Verbindungen sein, die in das betreffende Oxyd übergehen. Bei der Flammschmelzmethode werden die Ausgangsstoffe wie bei der Czochralskimethode gemischt, zur Vorreaktior, gebracht und vermählen, und dieses Material wird dann als Vorrat in eine Flamme in der üblichen Weise eingeführt. Spezielle Beispiele sind die nachfolgenden, wobei gewisse optische Eigenschaften angegeben sind.

Beispiel 1

Bao.sSro.sN^Ob wird nach der Czochralskimethode wie folgt hergestellt: 0,5 Mol oder 98,7 g BaCO₃,0,5 Mol oder 73,8 g SrCO₃ und 1 Mol oder 265,82 g Nb₂O₅, sämtlich in körniger Form, werden in ein Gefäß gegeben, das auf 1000⁰C erhitzt wird. Diese Temperatur wird etwa 4 Stunden lang aufrechterhalten, was im allgemeinen zum Austreiben des vorhandenen CO2 und H₂O ausreichend ist. Dieses vorreagierte Material wird dann von Hand oder in einer Kugelmühle vermählen, und das resultierende Pulver wird in ein Gefäß gegeben, in welchem es bei 1550⁰C erschmolzen wird. Ein Keimkristall vorzugsweise der gewünschten Zusammensetzung wird dann teilweise in die Schmelze eingetaucht. Nachdem sich thermisches Gleichgewicht zwischen dem Kristallkeim und der Schmelze eingestellt hat, wird ersterer langsam bei einer Geschwindigkeit von etwa 0,6 cm/h (W/h) aus der Schmelze herausgezogen. Das nach dieser Methode hergestellte Material der angegebenen Zusammensetzung war annähernd zehnmal so wirksam wie Kaliummonophosphal bei der Erzeugung zweiter Harmonischer. Werte für v_:, und κ von etwa 300 Volt bzw. 400 sind gemessen worden.

Beispiel 2

l'bu,,!Ua,i.iSrujNb.A, wurde nach der Czochralskimethode wie tiiich Beispiel I hergestellt, wobei jedoch die folgenden Ausgangsstoffe in den nachstehenden Mengen verwendet worden sind.

Aiis|!iiM|'.ssU>IH·

I¹IiO
BaCO,

SrCO₁
NM)₁

MnI

0,-1

C ir;

Si) η

Der Wirkungsgrad für du.· Ι'Τ/,αιμιιιΐ); /.weiter <>■ Harmonischer wurde ills iMwa das ΖιΊιιιΙ'ίκΊιΐ' ik'sjiMiigen von kaliiimmoiinphiisphal In·' Werten von v., und ι von etwa 200 Voll

Beispiel 3

Bao.8Nao.4Nb₂Ob wurde wie nach Beispiel 1, jedoc unter Verwendung folgender Ausgangsmaterialie hergestellt:

Ausgangsstoffe

Mol

Gram it

BaCO.,

Na₂CO₃

Nb₁O₅

0,8
0,2

157,92

265,82

Die gemessenen Eigenschaften waren: Die Erzen gung zweiter Harmonischer ist 900mal so wirksam wi bei Kaliummonophosphat, KDP, ν_π = 1100 VoI ε = 50.

Beispiel 4

Ki₂LiO^Nb₂Of, wurde wie nach Beispiel 1, jedoch unte Verwendung folgender Ausgangsstoffe hergestellt:

Ausgangsstoffe

Mol

ü ram η

K,C0.,
Li₂CO.,
Nb₂O₅

0,66

0,44
0,90

91,2

32,6

239,2

Die Meßwerte waren: Die Erzeugung zweite Harmonischer lOOmal so wirksam wie bei Kaliummono phosphat, KDP, V_n = 930 Volt, ε = 100.

Beachte, daß die Zusammensetzung dieses Beispiel etwas außerhalb der Stöchiometrie liegi.

Beispiel 5

Die Zusammensetzung wurde durch spontane Keim bildung aus der Schmelze hergestellt. Die Ausgangsslof fe wurden zunächst in einen Tiegel verbracht, desscr Temperatur auf oberhalb 550⁰C angehoben wurde, bi vollständige Auflösung erreicht wurde, wonach dann der Tiegel nebst Inhalt von I25O"C mit eine Geschwindigkeit von PC pro Stunde auf 900^üC abgekühlt wurde. Diese Zusammensetzung ist voi hauptsächlichem Interesse für nichtlineare Anwen duiigsfilille. Die Hndzusammenset/.ung war

,\lls(NIMHSNlolii'

Ta-O,
Nh-O,

MnI

UJN
0.2.S
0,1 I

(π,ιιηιι

s 2, .ί
INJ
IN,(1

Die iTziMicuni: zweiter Harmonischer war clwa lOOmal so wirksam wie bei Kalinmmoiumhosnhui

B e i s ρ i e I t>

Nai.iLiu.KNbiOt, wurde durch Züchten aus der Schmelze wie nach Beispiel 5 unter Verwendung folgender Ausgangsstoffe hergestellt:

AusgangssWille

Na₁CO₅

Diese Zusammensetzung hatte einen Koeffizienten für die Erzeugung zweiter Harmonischer, der etwa das lOOfache von Kaliummonophosphat betrug.

Beispiel 7

Flammschmelzen wurden zur Züchtung von Ba 1.2Ti₀₄Nb It₁Ot, verwendet:

Mol	Cii.mim
0,2	21,2
0,2	14,8
0.6	15ς)

IS

Ausgangsstoffe

BaCOi
TiC)₁

Mol

1,2
0,4
0,8

(iiamiii

236

212 ein- riiasenanpassung über '.'inen weilen I c(|iieii/l.ercich ermöglicht wird. Die Werte für 1 iy sind im ■,!!gemeinen mehl so niedrig wie jene der obigen Zusammensetzungen 1 und 2, jedoch liegen die Curie-Temperaturen viel hoher, und die Sleuerleisuingen für Modulation schneiden im Vergleich zu vielen bekannten Materialien sehr günstig ab. Kme Verwendung bei elektrooptischen Vorrichtungen ist mehl •lusgeschlossen. Ein noch bevorzugterer Zusammenseizungsbereich kann ausgedrückt werden durch

Ba₁₁K , \Na04 >\Nb..O„ X = 0-0,15

Innerhalb dieses bevorzugten Bereichs liegende Zusammensetzungen und insbesondere Ba₀₁₈Na₀₄Nb₂O,,, stellen die wirksamsten nichthnearen phasenanpaßbaren Materialien dar, die beobachtet worden sind. Infolge von Zwillingsbildung wurde etwas Streuung bei Ba₀₈Na₀₄Nb₂Ob beobachtet. Diese Streuungsquelle kann entfernt werden durch Verspannen des Kristalls längs einer 110-Achse, während dieser auf etwa 400⁰C erhim und sodann au" unterhalb 200⁰C abgekühlt wird. Langzeit-Exposition gegenüber intensiven Laserstrahlen führte zu keiner meßbaren Strahlungsschädigung.

Der Koeffizient für die Erzeugung zweiter Harmonischer war etwa das 300fache im Vergleich zu Kaliummonophosphat.

Bevorzugte Zusammensetzungen

Nachfolgend sind gewisse bevorzugte Zusammensetzungen für bestimmte Vorrichtungsanwendungsfälle wiedergegeben:

Zusammensetzung 1

Bao.25 + .vSro.75 - A-Nb₂O₆

X = 0-0,5

Materialien dieser Zusammensetzung haben vergleichsweise niedrige Werte für εν^², sie werden demgemäß als besonders brauchbar bei Modulatoren und anderen elektrooptischen Vorrichtungen angesehen.

Zusammensetzung 2

Pbo.i + A-(Ba,Sr,Ca)o.9 _ A-Nb₂O₆

X= 0-0,4

Materialien dieser Zusammensetzung haben relativ Zusammensetzung 4 Bau - \{TiSnZr)_{04 2}.vNb X = 0-0,2

i._h i ₂\

O_h

Materialien dieser Zusammensetzung sind für die Verwendung in nichtlinearen Anwendungsfällen wünschenswert, und zwar wegen ihres wirksamen Koeffizienten für die Erzeugung zweiter Harmonischer und wegen der relativ hohen Werte der Doppelbrechung, so daß eine Phasenanpassung über einen breiten Frequenzbereich bei verstärkter Temperaturstabilität ermöglicht wird. Eine ganze Anzahl dieser Zusammensetzungen sind stabil tetragonal bei Zimmertemperatur und erfordern keine Spannungsbehandlungen.

45 Zusammensetzung 5 K.|,₂_ A-Lio.8 + A-Nb₂O₆ X= 0-0,2

Materialien dieses Zusammensetzungsbereichs, und insbesondere gilt dies für X=O, sind für den Gebrauch in nichtlinearen Anwendungsfällen wünschenswert, und zwar wegen ihrer wirksamen Koeffizienten für die Erzeugung zweiter Harmonischer, die so groß sind wie

niedrige Werte für ε ν_π ², sie werden demgemäß ebenfalls 55 jene für Lithiumniobat, und wegen ihrer hohen Werte als besonders brauchbar bei elektrooptischen Vorrich- der Doppelbrechung (rd. 0,19 bei 0,63 Mikrometer), tungen angesehen.

fiO

Zusammensetzung 3

(Pb, Ba,Sr,Ca)o.8 + xNzoa - 2A-Nb₂O₆

X = 0-0,2

Materialien dieser Zusammensetzung sind für die Verwendung in nichtlinearen Anwendungsfällen wünsehenswert, und zwar wegen ihres wirksamen Koeffizienten für die Erzeugung zweiter Harmonischer und weeen ihrer hohen Werte der Doppelbrechung, so daß Zusammensetzung 6

Nau + aLio,8- A-Nb₂O₆

X =0-0,2

Materialien dieses Zusammensetzungsbereichs sind ebenfalls für nichtlineare Anwendungsfälle wünschenswert, insbesondere dann, wenn hohe Curie-Temperaturen erforderlich sind. T₀ ist etwa 800⁰C für die Zusammensetzung X=O.

Zusammensetzung 7
Bam ι \Niiii.K \Lio..i \Nb.'()„

A'= 0-0,4.

Diese Zusammensetzungen sind Mischungen der Zusammensetzungen 2 und 3. Sie haben den Vorteil eines stabilen tetragonalen Bereichs bei Zimmertemperatur, so daß die Kristalle, so wie sie gezüchtet sind, nur ein Polieren und keine Verspannung erfordern, um u> Lichtstreuung zu eliminieren. Sie sind die am besten geeigneten Materialien zur Erzeugung zweiter Harmonischer.

Zusammensetzung 8
Bao.b ^ vNao.6 - \{Ti Sn)₀.2 -
X= 0-0,2

Diese Zusammensetzungen sind Mischungen der Zusammensetzungen 2 und 4. Eine Reihe dieser Materialien haben hervorstehende Eigenschaften für die Erzeugung zweiter Harmonischer und sind bei Zimmertemperatur tetragonal.

25 Zusammensetzung 9

Bao,8 - 2A'Nao.4 + A-M¹¹¹A^-Nb₂O₆
X = 0-0,2

Diese Zusammensetzungen sind Modifikationen von Bao.eNao^NbjOj, das Ionen enthält, die unter geeigneten Bedingungen zu Fluoreszens angeregt werden können. Die ausgezeichnete optische Qualität des Wirtsgitter macht dieses System als eine abstimmbare kohärente Lichtquelle für Ionen, wie Nd, Ho, Er, Tm, etc., brauchbar.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine mögliche Ausführungsform eines elektrooptischen Modulators. Sie weist eine elektrooptische Modulatoreinheit 1 auf, die aus einem einkristallinen Material mit iVolframbronze-Struktur nach der Erfindung aufgebaut ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Kristall in der dargestellten Orientierung geschnitten sein (die kurze Dimension, über die das Feld angelegt 4s wird, entspricht der c-Achse). Beispielhafte Abmessungen sind 2,5 mm (0,1") in der Höhe und Dicke und 1 cm (0,4") in der Länge. Elektroden sind an die Flächen 2 und 3 angebracht, sie werden mit einer Quelle für ein elektrisches Feld zur Modulation des Trägers beauf- so schlagt, beispielsweise durch die Spannungsquelle 4. Der Körper 1 liegt zwischen einem Paar gekreuzter Polarisatoren 5 und 6, deren Polarisationsrichtungen unter 340° und -45° gegenüber der c-Achse des Körpers 1 orientiert sind. Eine Vorspannquelle 7, die beispielsweise ein Quarzkeil sein kann, dient zur Einstellung auf Auslöschung oder auf die erforderliche relative Übertragungsintensität, je nach der gewünschten Betriebsart. Ein Strahl elektromagnetischer Wellenenergie 8, beispielsweise von einem Helium-Neon-La- to ser, wird durch das Ganze in der dargestellten Weise hindurchgeschickt. Eine Linse 9 dient zur Fokussierung des Strahls innerhalb des Körpers 1, und eine Linse 10 dient zur Fokussierung des austretenden Strahls.

Die beschriebene Anordnung der F i g. 1 ist lediglich (>s illustrativ. Es ist üblich, elektrooptische Vorrichtungen

so zu betreiben, thiß eine Frequenz- oder Phasenmodulation erfolgt, und nicht eine Amplitudenmodulation und daß auch ein in sich rücklaufender Übertragungsweg verwendet wird. Frequenz- und Phasenmodulation werden am wirksamsten dadurch erreicht, daß die Polarisationsebene des einfallenden Strahls 8 mit einer größeren Achse zusammenfällt, die ihrerseits entweder senkrecht oder parallel zur Richtung des angelegten Feldes ist.

Fig. 2 zeigt einen Einkristallkörpcr 11 mit Wolframbronze-Struktur. Die kristallographische Orientierung des Körpers ist in der Figur angegeben. Ein von einer Quelle 13 gelieferter kohärenter elektromagnetischer Strahl 12 wird in den Körper 11 wie dargestellt eingeführt. Der resultierende austretende Strahl 14 wird dann durch ein Filter 15 geschickt und anschließend an einem Detektor 16 festgestellt. Für den Fall der Erzeugung zweiter Harmonischer entspricht der Strahl 12 einer Grundfrequenz (erste Harmonische), während der austretende Strahl 14 zusätzlich eine Welle bei einer Frequenz enthält, die der zweiten Harmonischen des Strahls 12 entspricht. Das Filter 15 ist von solcher Natur, daß es nur die interessierende Welle durchläßt, im Falle der Erzeugung zweiter Harmonischer nur die letztere. Die Einrichtung 16 tastet nur den das Filter 15 verlassenden Teil des Strahls ab. Der Wert des Phasenanpaßwinkels 6_m kann im Körper 11 geändert werden durch Änderung des Winkels zwischen dem Strahl 12 und der Z-Achse, beispielsweise durch Drehen des Kristalls um die V-Achse. Maximale Doppelbrechung wird für einen Winkel von 90 Grad erhalten.

Die Vorrichtung nach F i g. 2 kann in ähnlicher Weise als eine Drei-Frequenz-Vorrichtung betrachtet werden, wobei der Strahl 12 die zu mischenden Frequenzen enthält oder aus einer Pumpfrequenz besteht. Unter diesen Bedingungen führt der austretende Strahl 14 die Signal-, die Idler- und Pumpfrequenz, die 3 unterschiedliche Werte für nichtentarteten Betrieb darstellen. Für einen jeden Betrieb, gleichgültig ob 2 oder 3 Frequenzen, wird der Wirkungsgrad durch Resonanz erhöht. Diese kann erreicht werden durch Beschichten der Strahleneintritts- und Strahlenaustrittsflächen des Kristalls 11. Diese Beschichtung kann teilweise reflektierend nur für eine erzeugte Frequenz sein, beispielsweise für die Harmonische im Falle der Erzeugung zweiter Harmonischen. Für den 3-Frequenz-Fall ist es wünschenswert, beide erzeugten Frequenzen zu unterstützen. In den meisten Fällen kann dies nicht durch Beschichten der Kristallfläche erreicht werden, und es ist notwendig, zumindest einen im Abstand angeordneten einstellbaren Spiegel vorzusehen, der unter einer solchen Entfernung von der Fläche des Kristalls 11 angeordnet wird, um die betreffenden Frequenzen zu unterstützen. Eine gleichzeitige Unterstützung der Pumpfrequenz kann in ähnlicher Weise bewerkstelligt werden. Jedoch die solcher Art eingeführte Verkomplizierung ist nur dann gerechtfertigt, wenn es die Pumpleistung erfordert.

Die Kristallorientierung, die als die anfängliche Lage für den Kristall 11 in der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt ist, eliminiert die Wirkung der Doppelbrechung, wie dies erläutert worden ist. Dieser Winkel kann für einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen einfach durch Steuern der Temperatur entweder im entarteten oder im nichtentarteten Betrieb beibehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zur elektrooptischen Modulation oder nichtlinearen Frequenzänderung von kohiirentem Licht durch Phasenanpassung in einem kristallinen Körper, der aus einem ferroelektrischen Einkristall besteht, wobei dieser Kristall für Licht einer Wellenlänge von 0,2 bis b μιη transparent iss, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper die Kristallstruktur einer tetragonalen Wolframbronze mit der Raum- und Punktgruppenbezeichnung P 4 bm (C-% Jbesitzt, wobei diese Kristallstruktur durch drei senkrechte Achsen definiert ist, ferner die Längen zweier dieser Achsen in einem gegenseitigen Verhältnis von 0,96—1,04 stehen und schließlich die Länge der dritten dieser Achsen etwa ein Drittel so groß wie die Länge jeder der beiden ersten Achsen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper im wesentlichen eine der nachfolgenden Zusammensetzungen aufweist, nämlich

   1. Μ,ν.,.,Μ,',. ,,.,M₁VI_11-3M₂ ¹Y^O,,:

   2. M₀ ¹,„_0-KM₀₄_,_1-7M₁₁ ¹I_11-,,M₂ ^vO₁,:
3. 3. Η'_ΙΛ-..2M₁Vi...JMOI₂-ChM^O,,;
4. 4. Mj₁ ¹., .,