DE1764944B2

DE1764944B2 - Elektrooptische vorrichtung mit ferroelektrischem material

Info

Publication number: DE1764944B2
Application number: DE19681764944
Authority: DE
Inventors: Cecil Elvin; McKinney Ira Dell; Albuquerque N.Mex. Land (V.StA.)
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1967-09-14
Filing date: 1968-09-10
Publication date: 1978-01-26
Also published as: US3499704A; GB1182870A; FR1579947A; CH498408A; SE336404B; DE1764944A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Vorrichtung mit einem ferroelektrischen Material, die zwischen einem lichtundurchlässigen und einem lichtdurchlässigen Zustand hin- und herschaltbar ist. Zum günstigen Anwendungsbereich derartiger Vorrichtungen gehören z. B. Lichtverschlüsse oder Schalter, optische Sicht- bzw. Bildgeräte, in Rechenanlagen verwendbare Logik-, Gedächtnis- und Speicherschaltungen, usw.

Aus der US-PS 3083262 ist eine Vorrichtung zur Bildspeicherung und Umwandlung des gespeicherten Bilds in elektrische Signale bekannt, welche, im Gegensatz zu den bekannten, mit einer Elektronenschleuder und einer Vielzahl, eine fotoempfindliche Schicht bildenden Fotoelementen arbeitenden Kathodenstrahl-Ikonoskopen, aus den die Licht- und Schattenwerte eines auf eine fotoleitende Schicht geworfenen Bildes örtlich verschiedene Polarisationseffekte in einer Schicht aus ferroelektrischem Material bildet. Das in Form einer Vielzahl örtlicher Domänenrotationen gespeicherte Bild kann mit einem Polarisationsstrahl wieder abgetastet und abgelesen werden, wobei das gespeicherte Bild unter Umkehrung der Domänenrotation unter dem Einfluß des abtastenden Polarisationsstrahls gleichzeitig gelöscht wird.

Die ferroelektrische Schicht besteht aus großen organischen oder anorganischen Einkristallen, die beispielsweise aus der Dampfphase als dünner Film von einigen μιη Dicke niedergeschlagen werden.

Diese Vorrichtung ist zum Hin- und Herschalten zwischen einem lichtdurchlässigen und einem lichtstreuenden Zustand nicht geeignet, weil ferroelektrisehe Einkristalle keine elektrisch veränderbaren, lichtstreuenden Eigenschaften haben, und infolge ihrer anisotropen Natur mit ihrem im orientierten Zustand des Einzelkorns geformten zentralunsymmetrischen Kristallgitter nur in bestimmten Richtungen geschaltet werden können, die von den Symmetrieeigenschaften und der Wachstumsorientierung abhängen. Die in der Vorrichtung der US-PS 3083262 auf dem ferroelektrischen Material beidseitig angebrachten Elektroden können überdies Orientierung von Domänen senkrecht zur Schichtoberfläche in um 180° zueinander versetzten, einander entgegengesetzten Richtungen erzeugen. Etwaige Lichtstreumuster wären also nicht deutlich voneinander unterscheidbar.

Auch die Herstellung einer ferroelektrischen Schicht aus Einkristallen ist umständlich. Das ferroelektrische Material muß aus natürlichen Vorkommen ferroelektrischer Kristalle gewonnen oder die Einkristalle müssen gezüchtet werden.

Andererseits konnten früher polykristalline Keramiken keine optische Verwendung finden, weil die üblichen Sinterverfahren bei Normaldruck stark poröse und inhomogene Keramiken mit unkontrollierbarer Streuung ergaben. Erst das Aufkommen von Heißpreßverfahren konnte die Porosität so stark verringern und die Homogenität so weit verbessern, daß nach einem Vorschlag in IEEE Internat. Conv. Rec. 12, pt 9 (1964), Seiten 149-160 an Stelle der ungeeigneten gesinterten polykristallinen Keramiken heißgepreßtes Material des Blei-Zirkonat-Titanat-Systems für ferroelektrische Speicher- und Gedächtniselemente ins Auge gefaßt werden konnte. Einer Verwendung in der Elektrooptik stand jedoch der Umstand entgegen, daß auch die heißgepreßten Keramiken ein völlig opakes Aussehen aufweisen.

Die Erfindung hat die Schaffung einer, ein ferroelektrisches Material enthaltenden, elektrooptischen, zwischen einem lichtdurchlässigen und einem lichtundurchlässigen Zustand hin- und herschaltbaren Vorrichtung zur Aufgabe, welche unter Erzeugung deutlieh unterscheidbarer Lichtstreumuster und schaltstabiler, nicht von selbst in ihren Ausgangszustand zurückkehrender und durch Abtasten nicht gelöschter Domänen arbeitet und vergleichsweise einfach in vielfacher Form und Abmessung ohne Rücksicht auf die kristallographische Orientierung des Materials herstellbar ist.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine heißgepreßte, optisch einachsige, ferroelektrische, polykristalline Keramikplatte mit einer Korn- und Domänenvielzahl und 2 μιη übersteigenden Korngrößen mit Mitteln zum Anlegen eines zur Domänenorientierung ausreichenden elektrischen Gleichfeldes parallel zu den

großen Flächen der Keramikplatte, und Mitteln zum Anlegen eines zur Domänenorientierung ausreichenden elektrischen Gleichfelds senkrecht zu den großen Flächen der Keramikplatte versehen ist, und daß die zu schaltenden Lichtstrahlen kollimicrl und im wesentlichen senkrecht zur Platte einfallen

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß trotz des opaken Aussehens der polykristallinen Keramik unter bestimmten Bedingungen heißgepreßte, zu dünnen Scheiben oder Plättchen geformte und polierte Keramiken verwertbare elektrooptische Eigenschaften aufweisen, so daß diesen heißgepreßten, ferroelektrischen Keramiken fester Lösung weitere Anwendungsgebiete erschlossen werden konnten. Es wurde überraschend gefunden, daß in heißgepreßten, optisch einachsigen, ferroelektrischen Keramikplatten deutlich unterscheidbare Lichtstreuungsmuster für verschiedene Richtungen der Domänenorientierung innerhalb der Keramik eintreten., wobei die Domänenorientierungsrichtungen durch Anlegen elektrischer PolarisatiomJelder gesteuert werden können.

Die verwendeten polykristallinen Keramiken sind mit weitaus geringerem Aufwand und niedrigeren Kosten in praktisch jeder Form und Abmessung ohne Rücksicht auf die kristallographische Orientierung des Materials herstellbar. Sie sind in ihrem ungepolten Zustand isotrop in makroskopischem Maßstab und können durch Anlegen eines elektrischen Felds in den anisotropen Zustand übergeführt werden. Die dabei entstehende optische Achse fällt mit der elektrischen Polachse zusammen und ist damit über die Richtung der elektrischen Pol- oder Schaltfelder einstellbar. Die optische Achse kann auf beliebige Richtung geschaltet werden, und zwar sowohl in kleinen, lokal begrenzten Bereichen, als auch in der gesamten Keramikplatte. Nach Abschalten des Schaltfeldes bleibt die optische Achse mit ihrer Orientierung praktisch zeitlich unbegrenzt in der geschalteten Richtung, während in einzelnen Kristallen die geschalteten Domänen schon kurze Zeit nach Abschalten des Schaltfeldes wieder ihre ursprüngliche Orientierung annehmen und beim Abtasten mit einem Polarisationsstrahl (US-PS 3083262) sogar gelöscht werden.

An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung mit einem optisch einachsigen, ferroelektrischen, keramischen Element schernatisch,

Fig. 2 a und 2 b schematisch einen Schnitt durch das senkrecht bzw. parallel zu den größeren Flächen polarisierte keramische Element,

Fig. 2c die graphische Darstellung der Streuung des durch die keramischen Elemente der Fig. 2 a und 2 b tretenden Lichts,

Fig. 3a, 3b und 3c schematisch verschiedene Elektrodenanordnungen sowie die nach Schaltung eines Elements mit ursprünglich senkrechter Ausrichtung entstehenden Domänenrichtungen,

Fig. 4 schematisch eine Kraftquelle und den Schaltkreis für die Vorrichtung der Fig. 1 und die Elektrodenanordnung der Fig. 3a,

Fig. 5 schematisch in Aufsicht eine auf einem einachsigen ferroelektrischen Element angeordnete, eine Matrizengruppe bildende Vielzahl von Elektroden gemäß der Fig. 3a,

Fig. 6 schematisch ein elektro-optisches System unter Verwendung einer Elektrodenmatrize gemäß der Fig. 5.

In der Ausführungsform der Fig. 1 ist eine heiß gepreßte, optisch einachsige, ferroelcklrische keramische oder polykristallene Platte 10 vorgesehen. "> Diese weist einen mit den auf gegenüberliegenden größeren Plattenflächen angeordneten Elektroden 14« und 14b versehenen ersten Enr'teil, einen freiliegenden Mittelteil 12! und einen zweiten mit den ebenfalls auf gegenüberliegenden Flächen angeordneten

ι» Elektroden 16« und 16/> versehenen Endteil auf. Zur Verdeutlichung sind die Keramikplatte 10 und die Elektroden mit übertrieben großem Querschnitt eingezeichnet. Die Keramikplatte 10 besteht z. B. aus einer dünnen, polierten Platte mit einer Dicke von

ti 0,254 mm oder weniger, auf die die Elektroden als dünne Filme geeigneter Stärke aufgedampft sind. Die Elektroden 14a, 14b, 16« und 16b sind über einen Schaltkreis 19 in der weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 3a und 4 beschriebenen Weise mit einer geeigneten Spannungsquelle 18 verbunden.

Eine geeignete Lichtquelle 20, z. B. eine Glühlampe ist mit einer gewöhnlichen Linse oder Faseroptik zur Kollimation der Lichtstrahlen versehen und neben der Keramikplatte 10 angeordnet, so daß die

-'5 Lichtstrahlen 22 auf das frei liegende Mittelteil 12 einer größeren Fläche der Platte auftreffen Das durch die Keramikplatte jeweils durchtretende Licht, z. B. die Lichtstrahlen 24, wird durch das photoempfindliche Gerät 26 abgetastet, und ein entsprechendes von

hi der Lichtamplitude abhängiges Signal wird dem Verbraucher 28 zugeführt. Das photoempfindliche Gerät kann z. B. aus einer bekannten, auf sichtbares Licht ansprechenden Photovervielfacherröhre oder Photodiode bestehen.

Die Platte 10 kann aus einer dünnen, polierten Platte aus heiß gepreßtem, homogenen, optisch einachsigen ferroelektrischen keramischen Material bestehen. Sie besteht aus einer Vielzahl einzelner Körper oder Kristalliten, deren jedes entlang einer bestimmen ten kristallographischen Richtung eine elektrische Polachse oder optische Achse und eine senkrecht hierzu verlaufende isotopische optische Ebene besitzt. Die keramische Platte ist normalerweise durchscheinend oder nahezu lichtundurchlässig (opak), solange

■Ti sie sich im ursprünglichen, thermisch entpolten Zustand befindet, da sodann die optischen Achsen und damit die ferroelektrischen Domänen ungeordnet und zufällig gerichtet sind. Dies führt zu starker Zerstreuung und Diffusion sowie vollständiger Depolarisation des durchgehenden polarisierten Lichts.

Die keramische Platte 10 kann aus beliebigem, heiß gepreßtem, optisch einachsigen, ferroelektrischen, keramischen Material bestehen, z. B. Bariumtitanat, Rochellesalz, oder Bleizirkonattitanat mit einer Korngröße von wenigstens 2 μ und einem hohen Grad von Homogenität. Ein typisches ferroelektrisches, keramisches Material besteht z. B. aus einer festen Lösung von 65 MoI-% Bleizirkonat, 35 Mol-% Bleititanat (PbZrO₃ bzw. PbTiO₃) mit etwa 2 Atom-%

bo Wismuthoxyd. Die Herstellung erfolgt z. B. durch

1. Abwiegen der Oxydpulver,

2. Naßmischen in einem geeigneten flüssigen Agens,

3. Trocknen,

b5 4. Biennen bei etwa 800° C für eine Dauer von ca. 1 Stunde,

5. Schroten oder Naßmahlen des gebrannten Guts, um die gesinterten Teilchenzusammenballungen

aufzubrechen,

6. Trocknen,

7. Kaltpressen des Pulvers zu einem Formling und

8. Heißpressen bei einer Temperatur von ca. 1100-1400° C und für eine Dauer von 0,5-1 (i Stunden bei einem Druck von ca. 70-700 kg/ cm'.

Die Einstellung der gewünschten Korngröße erfolgt durch entsprechende Wahl der folgenden Maßnahmen

!. Zusatz chemischer Modifikatoren wie z. B. Bi₂O₁ oder Nb₂O, die die gewünschten elektrischen Eigenschaften verbessern und gleichzeitig das Kornwachstum hemmen,

2. Wahl der als Ausgangsmaterial dienenden Oxydpulver ausreichender chemischer Reinheit (i. d. R. über 99,2%) und

3. Wahl der geeigneten Heißpreßbedingungen wie Temperatur, Zeit und Druck.

Nach dem Heißpressen kann der Formling in dünnen Scheiben geschnitten werden, die sodann auf die gewünschte Dicke geschliffen und poliert werden. Die erhaltene Platte wird dann bei ca. 500-700° C etwa 15 Min. angelassen, auf Zimmertemperatur abgekühlt, mit den Elektroden versehen und bis zur Einstellung der gewünschten, gleichförmigen Ausgangspolarisation elektrisch polarisiert. Das Material zeigt die gewünschten elektro-optischen Eigenschaften bei Zimmertemperatur.

Durch geeignete Elektroden und eine nicht gezeigte Spannungsquelle wird an die großen Flächen der keramischen Platte in bekannter Weise ein gleichförmiges Ausgangsschaltfeld gelegt, und zwar zwischen diese Flächen bzw. parallel zu ihnen. Wird nun ein gleichförmiges Ausgangsschaltfeld zwischen bzw. senkrecht zu den großen Flächen der keramischen Platte gelegt, wie z. B. in Fig. 2a dargestellt, so werden die optischen Achsen der Kristalliten oder Domänen im einzelnen Korn in den durch die Pfeile angedeuteten kristallographischen Richtungen ausgerichtet. Bei dieser Ausrichtung wird die Keramikplatte 10 durchsichtig, (mit einer hohen Durchlässigkeit von 0,9). Es hat sich herausgestellt, daß kollimiertes Licht, (z. B. die Lichtstrahlen 30), das senkrecht auf die große Plattenfläche fällt, durch die Platte hindurchtritt und wie bei 32 angedeutet mit einem Winkel von etwa 10° zur Senkrechten auf die großen Plattenflächen zerstreut wird. Das Verhältnis zwischen der Lichtintensität des vorwärts in Richtung der Senkrechten zerstreuten Lichts und des hiermit einen Winkel von 10° bildenden Lichts liegt im Bereich von 10:1. Die Slrcuungskurve 33 der Fig. 2c zeigt die Winkelverteilung der relativen Intensität des durchtretenden Lichts.

Wird das Ausgangsfcld parallel an die großen Flächen der Keramikplatte 10 gelegt, so werden die optischen Achsen der Kristalliten oder Domänen in der Richtung des in der Fig. 2b gezeigten Pfeils ausgerichtet. Bei dieser Ausrichtung ist die keramische Platte 10 infolge vielfacher Streuung opak. Es hat sich herausgestellt, daß kollimiertes Licht, z. B. Lichtstrahl 34, durch die Platte 10 in der durch die Lichtstrahlen 36 angedeuteten und der Kurve 37 der Fig. 2c ähnlichen Weise gestreut wird. Ein typisches Verhältnis durchtretender Lichtintensitäten bei einem Streuungswinkel von 0" für die beiden Polarisicrungsbudingungen liegt etwa bei 30: 1, entsprechend den Kurven 33 und 37 der Fig. 2c. Ferner wurde gefunden, daß eine heiß gepreßte ferroelcktrische Keramikplatte durch ein elektrisches Feld senkrecht zui gleichförmigen Ausgangspolarisation in einer örtlich begrenzten Fläche oder Stelle geschaltet werden kann Durch Anlegung eines senkrecht zur ursprünglicher Polarisation verlaufenden örtlich begrenzten Felds wird eine Schaltung der Domänen um 90° erreicht Die Randbreite, das ist die Breite der zwischen dei örtlich geschalteten Stelle und der diese umgebender senkrecht geschalteten Domäne liegenden Übergangszone, hängt von der Korngröße, d. h. im allgemeinen einem Nennwert der Korndurchmesser vor 5-10 ab. Infolgedessen liegt bei einem Konidurchmesser von 5 μ die Randbreite zwischen 25 und 50 μ

Infolge der Abhängigkeit der Randbreite von dei Korngröße kann die Randbreite je nach der erforderlichen Verwendung durch Einstellung der Heißpreßbedingungen der Keramikplatte geregelt werden. Sc kann z. B. zur Erzielung einer Korngröße von 5 μ dei Preßling 1 Stunde bei einer Temperatur von 1300° C und einem Druck von 210 kg/cm² gepreßt werden

In einer heiß gepreßten, ferroelektrischen, keramischen Platte mit gleichförmiger Ausgangspolarisatior wirken den durch ein örtlich begrenztes, senkrechtes Feld geschalteten Domänen nur verhältnismäßig schwache Spannungsfelder im Vergleich zu den in derr Einkristall herrschenden starken Spannungsfelderr entgegen. Dies beruht auf der mangelnden Gleichförmigkeit der Domänenrichtung nach der Schaltung, die wiederum auf die polykristalline Struktur des Materials zurückzuführen ist. Infolgedessen wird die Neigung der geschalteten Stellen, zur ursprünglichen Domänenrichtung zurückzukehren vermieden, und die umgeschaltete Ausrichtung bleibt bis zur Anlegung eines neuerlichen Schaltfeldes aufrechterhalten.

Durch die örtlich geschalteten Stellen wird die optische Durchlässigkeit verändert und wechselt je nach der Ausgangspolarisation vom durchlässigen zum undurchlässigen Zustand oder umgekehrt. So wechsel! z. B. die in der Fig. 2a gezeigte keramische Platte Ii durch Senkrechtschaltung parallel zu den großen Flächen an örtlich begrenzten Stellen bei ursprünglichei gleichförmiger Polarisation senkrecht zu den großer Flächen vom lichtdurchlässigen zum lichtundurchlässigen Zustand an den örtlich begrenzten Stellen.

Die Fig. 3a, 3b und 3c erläutern drei Verfahrer zur Schaltung von Domänen durch Anlegen eines senkrechten Felds an örtlich begrenzten Stellen einei ursprünglich senkrecht zu ihren großen Flächer gleichförmig polarisierten keramischen Platte. Das Verfahren gemäß der Fig. 3a verwendet die in dei Fig. 1 gezeigte Elektrodenanordnung. Die Elektroden 14 α und 14 b können über eine bekannte elektronische oder mechanische Schaltung, z. B. einen Doppcltpol-Doppeltkippschalter 42 mit der positiver Klemme einer geeigneten Gleichstromquelle 40 verbunden sein (siehe Fig. 4). Die Elektroden 16« unc 16Λ sind ihrerseits über den Schalter 42 mit der negativen Klemme der Spannungsqucllc 40 verbunden Das durch diese Elektrodenanordnung erzeugte elektrische Feld und die Elcktrodcnvorspannung bewirken die senkrecht geschaltete Domäncnpolarisatioi bzw. die Informationsbits entsprechend den gezeigter Pfeilen. Ein auf diese örtlich begrenzte Stelle der keramischen Platte 10 auftrcffcnder Lichtstrahl 44 wire in der in den Fig. 2b und 2c gezeigten Weise vielfach gestreut, so daß die Stelle einer entsprechend angeordneten lichtempfindlichen Vorrichtung opak bzw

lichtundurchlässig erscheint. Durch Umlegen des Schalters 42 und Anschluß der Elektroden 14« und 16« an die positive und der Elektroden 14/} und 16/; an die negative Klemme kann die keramische Platte 10 auf ihre ursprüngliche, gleichförmige Polarisation zurückgeschaltet, bzw. das Informationsbit gelöscht werden. Zur vollständigen Löschung und optimalen Feldverteilung wird günstigerweise der Abstand zwischen den Elektroden auf jeder Plattenfläche gleich oder geringer als die Plattcndickc gehalten.

Die Elektrodenanordnung der Fig. 3b kann als Abwandlung der Anordnung gemäß den Fig. 3 a und 4 unter Fortfall der Elektrode 14« aufgefaßt werden. Die örtliche Polarisation erzeugt eine etwas geringere vielfache Streuung, da die Polarisation infolge der durch die Pfeile angedeuteten unterschiedlichen Feldverteilung weniger gleichförmig als bei der Anordnung gemäß der Fig. 3a ist.

Gemäß der Fig. 3 c ist eine große Fläche der Keramikplatte 10 plattiert oder mit einem die gesamte Fläche bedeckende Elektrode 46 bildenden dünnen leitenden Film überzogen. Wie gezeigt, kann ein geeigneter Schreibstift oder eine andere Spitzenelektrode 48 neben der anderen großen Fläche der Keramikplatte 10 vorgesehen sein. In manchen Fällen kann es günstig sein, die Elektrode 48 zur Anlegung örtlich begrenzter Polarisationen an mehreren Stellen der Platte an der Platte 10 entlang zu bewegen. Die Elektrode 46 kann aus einem durchsichtigen oder reflektierenden leitenden Material bestehen, je nachdem, ob das durchtretende Licht aut der Einfallseite der Keramikplatte abgetastet wird. Die örtliche Schaltung der Domänenpolarisation erfolgt in der durch die Pfeile dargestellten Weise durch Anlegen einer positiven Spannung an die Elektrode 48 und einer negativen Spannung an die Elektrode 46. Die Löschung oder Zurückschaltung der Domänenpolarisation auf die ursprüngliche, gleichförmige Polarisation erfolgt durch Überlagerung einer flachen beweglichen Elektrode 49 über die örtlich geschalteten Stellen oder Informationsbits und dadurch bewirkte Umkehrung der Spannungsvorzeichen.

Die Fig. 5 zeigt eine elektro-optische Matrize 50 mit einer nur durch die Randbreite begrenzten beliebigen Anzahl von senkrecht polarisierten örtlichen Stellen oder Flächen. Die Vorrichtung zeigt neun über die Matrize verteilte, zwischen den großen Flächen einer heiß gepreßten, optisch einachsigen, ferroelektrischen und senkrecht oder parallel zu ihren großen Flächen gleichförmig polarisierten Keramikplatte 52 liegende örtliche Stellen oder Informationsbits. Zur Erläuterung sei angenommen, daß die Keramikplatte in der in der Fig. 2a gezeigten Weise polarisiert ist.

Jede örtlich begrenzte Stelle oder Fläche kann durch eine den Fig. 1,3a und 4 entsprechende Elektrodenanordnung festgelegt sein. Die Elektrodenanordnung enthält z. B. auf der einen großen Fläche der Keramikplatte 52 mehrere parallele Elektroden 54«, 54«' und 54«", die sich über die Länge der Keramikplatte 52 erstrecken und paarweise mit mehreren parallelen Elektroden 56«, 56«' und 56«" abwechseln. Auf der anderen großen Fläche der Keramikplatte 52 sind ebenfalls mehrere parallele, paarweise mit den parallelen Elektroden 56/;, 56//, 56//' abwechselnde Elektroden 54/;, 54/)', 54//' vorgesehen, die insgesamt senkrecht zu den Elektroden auf der ersten Fläche der Keramikplatte 52 verlaufen. Jede Elektrode 54/), 54//, 54//' weist mehrere auf die jeweils entsprechende parallele Elektrode 56/), 56/)', 56/)" zeigende Nasen oder Vorsprünge 55 auf. Desgleichei besitzen auch die Elektroden 56 b, 56/;', 56/;" den Nasen 55 parallele Nasen 57. Zusammen mit den ent- ·"' sprechenden parallelen Elektroden 54« und 56« begrenzen die Nasen 55 und 57 die durch die schraffierten Flächen 58 und 60 angedeuteten örtlich begrenzten Stellen oder Informationsbits.

Zur senkrechten Umschaltung einer örtlich bein grenzten Stelle 58 von der ursprünglichen gleichförmigen Ausgangspolarisation werden die Elektrodei: 54« und 54b über eine geeignete (nicht gezeigte] Elektronik- bzw. Logikschaltung an die positive Klemme 62 einer ebenfalls nicht dargestellten Span-

i> nungsquelle gelegt. Entsprechend werden die Elektroden 56 und 56b über eine entsprechende Schaltung mit der negativen Klemme 64 der Spannungsquelle verbunden. Die erzielte örtlich begrenzte Polarisation kann z. B. der in der Fig. 3a dargestellten entspre-

-'<> chen.

Nimmt man z. B. an, daß die Stelle 60 bereits ir der in der Fig. 3 a dargestellten Weise senkrecht geschaltet ist, so kann die Rückschaltung der Polarisation auf die gleichförmige Ausgangspolarisation bzw

2'i die Löschung durch Verbinden der Elektroden 54«' und 56«" über eine nicht gezeigte Schaltung sowie der Elektroden 54b und 56b über eine ebenfalls nichl gezeigte Schaltung mit der positiven bzw. mit der negativen Klemme 66 bzw. 68 der Spannungsquelle erreicht werden.

Die Schaltung bzw. Löschung der örtlich begrenzten Polarisationsstellen erfolgt somit z. B. durch Verbinden der entsprechenden Elektrodenpaare mit dei Spannung entsprechenden Vorzeichens. Die Um-ι schaltung erfolgt in bekannter Weise mit bekannten Schaltungen, z. B. durch die in der Fig. 4 gezeigte Schaltung.

Auf einer einzelnen, optisch einachsigen, ferroelektrischen keramischen Platte 70 können mehrere

■to Matrizen 50 angeordnet und mit einer geeigneten Umschalt- und Vorspannungslogikschaltung 71 in dei in der Fig. 6 dargestellten Weise angebracht werden Jede Matrize repräsentiert ein binäres Wort mit einer bestimmten Zahl von Bits, das durch eine nach Wor-

■r> ten organisierte Adressenlichtquelle 72 gegenüber einer der großen Plattenflächen beleuchtet werden kann. Die Lichtquelle 72 besteht aus einer beliebigen, kollimierten Lichtquelle wie z. B. einer mit Kollimatorlinsen ausgestatteten Diodenlichtquelle. Das

W durchgehende Licht wird durch die photoempfindliche Matrizengruppe 74, z. B. eine Photodiodengruppe gegenüber der anderen großen Fläche der Keramikplatte 70 abgetastet. Die photoempfindliche Matrizengruppe besitzt z. B. für jede örtlich begrenzte

ν-, Stelle oder Fläche in jeder Matrize 50 eine Photodiode oder dergleichen, die den der Fig. 2 a entsprechenden konischen, durch das entsprechende Informationsbit tretenden Lichtstrahl abtasten. Der Ausgang der Photodioden kann mit einem geeigneten Verbraucher 76,

mi z. B. einer Logik- oder Rcchncrschaltung eines Digitalrechners verbunden sein.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Anordnung gewährleistet kompakte Speicher- oder Logikgeräte mit bis zu 10⁵-H)''örtlich begrenzten Stellen oder Bits

b^r> pro 6,452 cm². Derartige, oder den Ausführungsformen der Fig. 1, 3 und 4 entsprechende Anordnungen können als festphasigc Lichtverschlüsse, optisch abgefragte Rcchnergcdächtnisanordnungen mit dauern-

der Speicherfähigkeit, Sicht- bzw. Bildgeräte mit einem durch Schaltung der örtlich begrenzten Stellen aufgebauten Bild, wie auch sonstige optische Logikschaltungen, wie z. B. UND- oder ODER-Schaltungen günstig eingesetzt werden.

Lichtverschlüsse können z. B. mit einer Breite (Elektrodenabstand) gleich oder weniger als die Plattendicke ohne jede Längenbegrenzung hergestellt

IO

werden. Ein typischer Verschluß besitzt z. B.-'einen Elektrodenabstand von 0,05 mm und eine Länge von 8,89 mm und kann mit einer Schaltenergie von etwa 170 erg in weniger als 200 Nanosekunden geschaltet werden. Bei Verwendung einer Matrizengruppe großer Dichte können z. B. die örtlich begrenzten Stellen mit einer Schaltenergie von ca. 0,5 erg in etwa 200 Nanosekunden geschaltet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektro-optische Vorrichtung mit einem ferroelektrischen Material, die zwischen einem lichtdurchlässigen und einem lichtundurchlässigen Zustand hin- und herschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine heißgepreßte, optisch einachsige, ferroelektrische, polykristalline Keramikplatte mit einer Korn- und Domänenvielzahl und 2 μιη übersteigenden Korngrößen mit Mitteln zum Anlegen eines zur Domänenorientierung ausreichenden elektrischen Gleichfeldes parallel zu den großen Flächen der Keramikplatte und Mitteln zum Anlegen eines zur Domänenorientierung ausreichenden elektrischen Gleichfelds senkrecht zu den großen Flächen der Keramikplatte versehen ist, und daß die zu schaltenden Lichtstrahlen kollimiert und im wesentlichen senkrecht zur Platte einfallen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik aus einer festen Lösung von 65 Mol-% Bleizirkonat, 35 Mol-% Bleititanat und 2 Atom-% Wismuthoxyd besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer Seite der Platte eine kollimierte Lichtquelle (20) und auf der gegenüberliegenden Seite ein Meßgerät (26) zur Messung des Lichtdurchsatzes durch die Platte angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Elektrodenpaar (14a, 16a) auf der einen großen Fläche der Platte und ein zweites, dem ersten Paar gegenüberliegendes Elektrodenpaar (14ft, 16fc) auf der gegenüberliegenden Plattenfläche angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Elektrodenpaaren auf einer Platte eine Matrize (50) bildet.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrode (46) die eine große Fläche der Placte bedeckt und eine zweite, bewegliche Spitzenelektrode (48) auf der gegenüberliegenden Plattenfläche angeordnet ist.