DE1937787B2 - Akusto-optische Vorrichtung - Google Patents

Description

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- Anwendungsbereich akusto-optischer Vorrichtungen kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen 30 hat sich stetig vergrößert, und es wird auf diesem elastischer Wellen fokussierte elastische Wellen Gebiet laufend intensiv geforscht, siehe Proceedings erzeugt. of the IEEE, Bd. 54, S. 1391, Oktober 1966.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Akusto-optische Vorrichtungen sind im wesentbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Bragg- lichen durch elastische Wellen induzierte dreidimen-Bereich betrieben wird. 35 sionale Beugungsgitter, die eine Beugung unter gewis-

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- sen Winkeln eines Teils einer ankommenden elektrokennzeichnet, daß das Bauelement einen Hohl- magnetischen Welle erzeugen. Der Beugungswinkel raumresonator für die elastischen Wellen bildet. und die Intensität des abgebeugten Teils nehmen im

allgemeinen mit der Frequenz bzw. der Amplitude 40 der in Wechselwirkung tretenden elastischen Welle

zu. Dieser Mechanismus legt naturgemäß lageempfindliche Vorrichtungen, wie Stahlablenkeinheiten nahe, wie beispielsweise bei Informations-Wiederge-

Die Erfindung bezieht sich auf eine akusto-optische winnungssystemen verwendet werden. Andere AnVorrichtung mit einem akusto-optischen, kristallinen 45 wendungsfälle ziehen Vorteil aus untergeordneten Bauelement, einer Einrichtung zum Einführen elasti- Effekten, beispielsweise aus der Amplitudenänderung scher Wellen in das Bauelement und einer Einrich- der du "lassenen oder abgebeugten Strahlen intung zur Durchstrahlung des Bauelementes mit elek- folge ei r /-iderung gewisser Eigenschaften der elatromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge zwi- süi,uf ^x '■-. Abhängig von der Geometrie, den sehen 3000 und 23 000 A, wobei zumindest ein Teil 50 Freqi.. ■>..■··, Ix beiden Typen der Wellenenergie usw. der elektromagnetischen Strahlung innerhalb des können s. Uie Vorrichtungen als in dem Bereich ar-Bauelementes gebeugt wird. beitend angesehen werden, welcher den Grenzen der

Allgemein handelt es sich dabei um Vorrichtungen, Braggschen oder Raman-Nath-Beugung unterliegt, in welchen, auf ein zugeführtes Signal hin anspre- wie dieses noch im einzelnen beschrieben wird, chend, elektromagnetische Strahlung der angegebenen 55 I_n Erkenntnis der Vorteile des Entwurfes akusto-Wellenlängen abgelenkt oder gebeugt wird. Während optischer Vorrichtungen für gewisse Anwendungsnach zahlreichen Mechanismen eine solche Ablen- fälle sind beträchtliche Untersuchungen ausgeführt kung erzeugt werden kann, beruht vorliegend die worden, wobei eine große Anzahl Materialien verWirkungsweise auf akusto-optischer Wechselwirkung, wendet worden sind. Deren relevante Eigenschaften Die Vorrichtungen können als Modulatoren, Ablenk- 60 sind beispielsweise in Journal of Applied Physics, einheiten, Korrelatoren, Schalter usw. verwendet wer- Bd. 38, S. 5149 (1967), berichtet worden. Für viele "^en· Fälle war das vielversprechendste akusto-optische

Es ist erkannt worden, daß die fortgesetzte Weiter- Material, über das bisher berichtet worden ist, Lientwicklung auf verschiedenen Gebieten der elektro- thiumniobat. Die mit diesem Material erhältlichen magnetischen Strahlung wahrscheinlich zu einem 65 Leistungswerte und Bandbreiten lassen jedoch erbreiten Bereich kommerzieller Vorrichtungen führen kennen, daß wirksamere Materialien erforderlich wird, die bei Wellenlängen des sichtbaren oder nahe- sind,
zu sichtbaren Lichtes arbeiten. Hierher gehören vor Demgemäß liegt der Erfindung die Autgabe zu-

gründe, die akusto-optische Vorrichtung der einlei- sich in zwei Klassen einteilen. Die erste wird als

tend beschriebenen Art zu verbessern, indem ein Raman-Nath- oder Debye-Sears-Effekt bezeichnet wrksameres Materal fur das akusto-optische Bau- Die zweite Klasse wird Braggsche Streuung genannt,

element ^gegeben wird. _{Dkse beiden Meckanis}^_n unterscheiden sich

Die erfindungsgemaße Losung dieser Aufgabe be- 5 durch den Wert des Bruches
steht dann, daß das Bauelement im wesentlichen aus

B-HIO₃ oder a-DIO₃ oder Mischungen hiervon be- g= ' (1)

steht. X² _S

Alpiia-Jodsäure (a-HIO₃) hat, wie gefunden wurde, Hierin bedeutet

eine wesentlich höhere akusto-optische Gütezahl als io L die Länge des Lichtweges im vom Schall bealle anderen bisher untersuchten, optisch transparen- strahlten Volumen in der durch die Fortpflanzungsten, knstalhnen Matenahen. Dieses Material ist, wie richtungen der elastischen und optischen Wellen begefunden wurde um mehr als eine Größenordnung stimmten Ebene. Diese Einschnürstelle kann entwewirksamer als Lithmmniobat. Alpha-Jodsäure wird der reell und virtuell sein. Beispielsweise tritt die als solche mit Vorteil in die zahlreichen Vorrich- 15 Einschnürstelle einer von einem flachen Wandler tungstypen eingebaut deren Betrieb auf dem akusto- emittierten elastischen Welle am Wandler auf und ist optischen Effekt beruhen g_{t{ch der Wandler}iänge, während für einen ge-

Die Beschreibung erfolgt hier zwar an Hand von krümmten Wandler die elastische Welle in eine Ein-

Jodsäure, es versteht sich jedoch, daß die wesent- schnürstelle fokussiert wird, die in gewisser Entfer-

lichen Eigenschaften auch m der deuterierten Form, ao nung vom Wandler gelegen ist.

d. h. a-DIO₃, vorhanden sind. Wo also der Ausdruck ;., die Wellenlänge der elektromagnetischen Strah-

»Jodsaure« verwendet wird, soll dieser sowohl die lung innerhalb des akusto-optischen Mediums und

deutenerte α-Form als auch die gewöhnliche α-Form, ;._s die Wellenlänge der elastischen Welle gleichfalls

ebenso Mischkristalle dieser beiden, umfassen. innerhalb des akusto-optischen Mediums.

Entsprechend üblicher Interpretation bezieht sich a₅ Braggsche Beugung tritt auf, wenn der numerische

»akusto-optisch« auf Wechselwirkungen zwischen Wert von g in Gleichung (1) gleich oder größer als

elastischen Wellen und elektromagnetischen Wellen Eins ist. Innerhalb dieser Grenze können bis zu

allgemein und unabhängig von der Frequenz. Es gibt 100% der einfallenden elektromagnetischen Strah-

jedoch eine definitive, vom Material herrührende lung in eine einzige Beugimgsordnung, d. h. Richtung,

Begrenzung für die Wellenlänge der »optischen« 30 abgelenkt werden. Die Orientierung der elastischen

oder elektromagnetischen Energie aus Gründen der und elektromagnetischen Wellen in einer Braggschen

Transparenzbandbreite, die in den Bereich von 0,3 Vorrichtung muß dahingehend beschränkt sein, um

bis 2,3 Mikrometer bei Jodsäure fällt. Der Ausdruck die Braggschen Bedingungen zu erfüllen, siehe IEEE

»optisch« soll hier deshalb Wellenlängen im nahen Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-3, S. 85

ultravioletten, sichtbaren und infraroten Teil des 35 (1967). Die Raman-Nath-Grenze tritt auf, wenn der

Spektrums umfassen und für die vorliegenden Zwecke Wert von g in Gleichung (1) viel kleiner als Eins ist

im ungefähren Wellenlängenbereich von 0,3 bis In diesem Fall wird die elektromagnetische Strahlung

2,3 Mikrometer bezeichnen. allgemein gebeugt in zahlreiche unterschiedliche Ord-

Der Ausdruck »akustisch« soll hier jede elastische nungen. Obgleich 100% der einfallenden elektro-

WeIIe bezeichnen. Er ist also nicht auf Wellenlängen 40 magnetischen Energie durch eine Raman-Nath-Vor-

im hörbaren Bereich begrenzt, sondern soll auch die- richtung abgelenkt werden kann, ist die in irgendeine

jenigen Bereiche umfassen, die verschiedentlich als gegebene Ordnung gerichtete maximale Energie nur

Schall, Überschall und Ultraschall usw. bezeichnet 34%. Die Orientierung der elastischen und elektro-

werden. Tatsächlich ist der Bereich der elastischen magnetischen Wellen in einer Raman-Nath-Vorrich-

Wellenlänge durch den gewünschten Betriebsbereich 45 tung ist für deren Verhalten nicht kritisch, wie es für

der jeweiligen Vorrichtung bestimmt. Dieser Bereich eine Bragg-Vorrichtung ist.

ist nur durch die allgemeine Forderung begrenzt, daß Während Braggsche Beugungsvorrichtungen al'ge-

die elastische Wellenlänge gleich oder größer als eine mein bevorzugt sind, sei es nur wegen ihres größeren

halbe optische Wellenlänge im akusto-optischen Me- Ablenkungswirkungsgrades in eine einzige Ordnung,

dium ist. Diese allgemeine Forderung beruht auf 50 kann jedoch jeder der beiden Mechanismen oder

Überlegungen zum minimalen Linienabstand im »Git- auch jeder zwischenliegende Fall gewählt werden,

ter« (gleich der akustischen Wellenlänge), der zum wo g, das durch Gleichung (1) gegeben ist, kleiner als

Erhalt der zur Beugung notwendigen Amplituden- Eins aber nicht klein genug ist, um in dem für die

addition erforderlich ist. Raman-Nath-Grenze anwendbaren Bereich zu liegen.

Die Einrichtung zum Einführen elastischer Wellen 55 Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand an

kann durch eine Übertragungsleitung für elastische Hand der Zeichnung erläutert; es zeigt

Wellen, einen Wandler (der piezoelektrisch, elektro- F i g. 1 eine schematische Ansicht, teilweise ge-

striktiv oder magnetostriktiv arbeitet) gebildet sein schnitten, einer Braggschen Ablenkeinheit unter Ver-

oder auch, da Jodsäure selbst piezoelektrisch ist, ein- Wendung von Jodsäure als das wirksame Element,

fach aus einem Paar Elektroden bestehen. Als Q'uelle 60 F i g. 2 eine Schrägansicht eines Ablenksystems,

für die elektromagnetische Strahlung kann beisptels- bei welchem getrennte x- und y-Bragg-Ablenkeinhei-

weise ein Oszillator, wie ein Laser, oder eine ther- ten verwendet sind,

misch angeregte Quelle vorgesehen sein (da Beu- F i g. 3 eine schematische Ansicht einer resonanten

gungsvorrichtungen nicht erfordern, daß die Strah- akusto-optischen Vorrichtung, die als eine Laser-

lung entweder kohärent oder polarisiert ist). Die 65 Schwingungsform-Zwangskopplungsanordnung arbei-

Einrichtung kann optisch polierte Oberflächen mit tet,

oder ohne Beschichtungen aufweisen. F i g. 4 eine schematische Ansicht eines Laser-Die akusto-optischen Wechselwirkungen lassen Resonators, der ein akusto-optisches Element ent-

hält, das die doppelte Funktion einer Schwingungsform-Zwangskopplung und einer Abtastung ausführt und

F i g. 5 eine schematische Ansicht einer akustooptischen Ablenkeinheit mit einem fokussierten elastischen Wellenstrahl.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist eine Braggsche Ablenkeinheit, die aus einem aus Alpha-Jodsäure aufgebauten akusto-optischen Element 1 und einer Quelle 2 für elastische Wellen besteht. Die Quelle 2 kann ein piezoelektrischer Wandler sein, der beispielsweise aus Lithiumniobat hergestellt ist und im dargestellten Beispiel mit Elektroden 3 und 4 versehen ist, welche mit einer Wechselstrom-Quelle oder modulierenden Quelle 5 verbunden sind. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Körperl mit optisch polierten Oberflächen 6 und 7 versehen. Diese Oberflächen können auch mit transparenten Beschichtungen als Schutzbeläge und/oder zur Verringerung von Reflexionsverlusten versehen sein. Beim Betrieb wird von der Quelle 12 ein Strahl 8 elektromagnetischer Wellenenergie (der durch ein nichtdargestelltes Linsensystem fokussiert oder defokussiert sein kann) und einer Wellenlänge innerhalb der Durchlässigkeitsbandbreite der Jodsäure unter einem gewissen Winkel Θ (nachdem er an der Oberfläche gebrochen worden ist) zu den fortschreitenden elastischen Wellenfronten eingeführt, die schematisch bei 9 angedeutet sind. Während ein Teil des Strahls 8 durch den Körper 1 hindurchläuft und als Strahl 10 unter der identischen Richtung wie der Strahl 8 austritt, wird ein diskreter Teil durch Wechselwirkung mit der elastischen Welle um einen Winkel 2 θ abgelenkt und tritt als Strahl 11 aus.

Die schematische Ansicht der F i g. 1 zeigt die wirksamste Betriebsweise einer Braggschen Ablenkungseinheit, bei welcher also der einfallende und der gebeugte Strahl je unter dem gleichen Winkel Θ, dem Braggschen Winkel, zur fortschreitenden elastischen Wellenfront orientiert sind. Die Braggschen Ablenkeinheiten sind jedoch über einen begrenzten Bereich von Winkeln wirksam, die um diese optimale Orientierung zentriert sind. Die Braggsche Beugungsbedingung erfordert konstruktive Interferenz gestreuter Lichtwellcn. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Weglänge für die an einer elastischen Wellenfront gebeugte Lichtwelle um eine Lichtwellenlänge größer ist als die Wellenlänge einer Lichtwelle, die an einer benachbarten Wellenfront gebeugt wurde. Für einige Betriebsbedingungen, in welchen die Schallwellenlänge beträchtlich größer als die Lichtwellenlänge ist, kann der Beugungswinkel 2 θ angenähert ausgedrückt werden durch das Verhältnis der Lichtwellenlänge zur elastischen Wellenlänge. Da die elastische Wellenlänge ihrerseits das Verhältnis von Geschwindigkeit zu Frequenz der elastischen Welle ist und da die Geschwindigkeit in einem gegebenen Medium für eine gegebene Fortpflanzungsrichtung der elastischen Welle konstant ist, ist der Beugungswinkel in erster Annäherung direkt proportional zur Frequenz der elastischen WeDe. Änderungen in dieser Frequenz erlauben daher die Auswahl eines jeden Beugungswinkels aus einer großen Vielfalt. Von dieser Beziehung wird mit Vorteil bei einem xy-VielfachpositJons-Ablenkungssystem Gebrauch gemacht, wie dieses beispielsweise in F i g. 2 dargestell ist.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann auch als allgemeine Informationsverarbeitungsvorrichtung betrieben werden, die eine optische Kopplung verwendet. Wenn beispielsweise die Frequenz der Quelle 5 dafür ausgelegt ist, der (Wobbel-)Frequenz eines Zwitscherradar-Signals zu folgen, kann die Vorrichtung zur Impulskompression für das empfangene Signal ausgelegt werden und dadurch das Signal/Rausch-Verhältnis verbessern. In ähnlicher Weise kann durch Aufbringen anderer Information auf die elastische Welle durch entsprechendes Ändern der Frequenz und/oder

ίο der Amplitude der Quelle 5 die Vorrichtung dafür ausgelegt werden, die Informationsverarbeitungsfunktionen von Korrelation, Filterung, Spektralanalyse usw. auszuführen.

Die Vorrichtungen nach F i g. 1 sind im wesentliehen änderbare Phasenbeugungsgitter, und der Beugungswirkungsgrad steht mit der von der elastischen Welle erzeugten Änderung des Brechungsindexes in Beziehung. Da diese Änderung ihrerseits von der Amplitude der elastischen Welle abhängt, wird so die

•o Größe der gebeugten Strahlenergie bestimmt. Die Gütezahl für ein solches Gitter kann durch den nachstehenden Ausdruck bestimmt werden:

ρ V^s

Hierin bedeutet

Af₂ die Gütezahl für eine bestimmte Kombination der Richtungen der elastischen bzw. se elektromagnetischen Wellen und der Polarisationen relativ zur Kristallstruktur des akusto-optischen Mediums,
π den Reflexionsindex,
ρ die photoelastische Komponente,
ρ die Dichte des akusto-optischen Mediums

und

ν die Geschwindigkeit der elastischen Welle im akustischen Medium.

Die Werte von η, ρ und ν hängen von der kristallographischen Orientierung ab. Beispielsweise sind zwölf unabhängige photoelastische Komponenten durch die Symmetrie des Alpha-Jodsäure-Kristrlls zugelassen. Brauchbare Werte der Gütezahl wurden für elastische Longitudinal- und Scherwellen in Kombination mit optischen Wellen erhalten, die längs jeder der kristallographischen Hauptachsen polarisiert sind, zahlreiche der entsprechenden Gütezahlen sind nun für verschiedene optische Wellenlängen bestimmt worden, und die besten dieser Werte waien, wie gefunden wurde, etwa zwölfmal besser als die besten, für Lithiumniobat erhältlichen Werte. Die elektrische Leistung, die zur Ablenkung von 70 Vo des einfallenden Lichtstrahls in einer typischen Anordnung erforderlich ist, welche mit einer in der kristallographischen c-Richtung fortschreitenden elastischen Longitudinalwelle und in einem in der α-Richtung fortschreitenden sowie in der 6-Richtung polarisierten elektromagnetischen Strahl betrieben wird, betrug, wie experimentell gefunden wurde, etwa 265 mw bei einer Mittenbandfrequenz der elastischen Welle von 90MHz. Die 3-dB-Bandbreite betrug 55 MHz, und die optische Wellenlänge war 6328 A. Hauptsächlich wegen der Abhängigkeit der Wellenlänge von der Gütezahl wurde nur 94 mw elektrische Leistung benötigt, um 70% einer Strahlung bei 4880 A abzulenken.
Das Ablenksystem nach Fig. 2 weist ein Alpha-

A A A

7 8

Jodsäure-Bauelement 15 mit einem elastischen WeI- gewählt ist, daß die Lichtübertragungsrichtung unter

lengenerator 16 auf, ferner ein Alpha-Jodsäure-Bau- dem üblichen Braggschen Winkel Θ zur elastischen

element 17 nebst zugehörigem elastischem Wellen- Wellenfront orientiert ist.

generator 18, eine Fokussierlinse 19 sowie einen Die Anordnung in Fig. 4 besteht aus einem Alpha-Sichtschirm und/oder eine Informationsspeicher- 5 Jodsäure-Körper 35 und einem Laser 36, z. B. neoebene 20. Beim Betrieb wird elektromagnetische dymdotierter Yttrium-Aluminium-Granat. Der Laser-Strahlung geeigneter Wellenlänge als Strahl 21 von Resonator ist durch reflektierende Schichten 37 und einer Quelle 12 aus eingefügt. Beim Durchlauf durch 38 definiert. Der Körper 35 ist mit einem Ramandas Bauelement 15 wird ein Teil dieses Strahls in Nath-Wandler 39 für elastische Wellen zur Schwinjede Position zwischen den beiden Strahl-Grenzrich- io gungsform-Zwangskopplung versehen, ebenso mit tungen 22 und 23 um einen Betrag vertikal abgelenkt, einem Braggschen Wandler 40 für elastische Wellen der durch die vom (durch nichtdargestellte Mittel ge- zum Ablenken und dadurch Abtasten der Laserregten) Generator 16 erzeugten elastischen Welle be- strahlen.

stimm ist. Der vertikal abgelenkte Strahl wird in Die Vorrichtung nach F i g. 5 ist eine Braggsche ähnlicher Weise in der x-Richtung oder in der hori- 15 Ablenkeinheit mit fokussierten elastischen Wellen, die zontalen Richtung bei seinem Durchgang durch das vorteilhaft als Modulator betrieben wird. Sie besteht Bauelement 17 wegen der Wechselwirkung mit elasti- aus einem Alpha-Jodsäure-Körper 45, einem gesehen Wellenfronten abgelenkt, die vom (wiederum krümmten Wandler 46 für elastische Wellen und Mitdurch nicht dargestellte Mittel angeregten) Generator teln zum Hindurchschicken eines Lichtstrahls 47. Der 18 erzeugt werden. Das Resultat ist, daß der Licht- ao gekrümmte Wandler fokussiert die elastischen Wellen strahl, der nun sowohl vertikal als auch horizontal auf eine Einschnürungsstelle in der ungefähren Mitte abgelenkt ist, aus dem Element 17 in irgendeine des Körpers 45, wie dieses schematisch durch die der Grenzpositionen, die als Strahlen 24, 25, 26 und elastischen Wellenfronten 48 dargestellt ist. Der 27 dargestellt sind, oder unter irgendeiner zwischen- Strahl 47 wird unter einem diskreten Winkel entspreliegenden Richtung austritt, die von den Frequenzen, as chend dem üblichen Braggschen Mechanismus abgebei welchen die Generatoren 16 und 18 erregt wer- lenkt. Eine Amplitudenmodulation wird durch Anden, abhängen. Der abgelenkte Strahl wird nach sei- ordnen eines Detektors 49 bewerkstelligt, um die Innern Durchgang durch die Fokussierlinse 19 zu einem tensität desjenigen Teils des Strahls 47 zu messen, Fleck auf dem in der Brennebene befindlichen EIe- welcher ungebeugt geblieben ist. Es wurde gefunden, ment 20 fokussiert. Das System kann zu Bildwieder- 30 daß die bei 49 gemessene Intensität sowohl von der gabezwecken durch aufeinanderfolgendes Ablenken Amplitude als auch der Frequenz der elastischen eines sich ändernden Bruchteils des einfallenden Welle abhängt. Alternativ kann der Detektor 49 in Lichtstrahls 21 auf jede auflösbare Lichtfleckstellung der gestrichelt dargestellten Stellung angeordnet werdes Sichtschirms 20 verwendet werden. Wird das den, um die Intensität des abgebeugten Teils des System bei einer Informationsverarbeitung benutzt, 35 Strahls 47 zu messen.

so wird jede auflösbare Position auf dem Sichtschirm Der Zweck einer Vorrichtung mit fokussierten elaeine Informationsspeicherstelle sein. Die Information stischen Wellen ist der, die erforderliche elastische kann pholographisch, holographisch oder auf irgend- Wellenenergiemenge zu reduzieren. Es ist gezeigt eine andere Weise gespeichert werden. Wenn es ge- worden, daß die Modulationsbandbreite proportional wünscht ist, die an einer bestimmten Position im 40 zum Winkelbereich des elastischen Wellenstrahls ist Element 20 gespeicherte Information festzustellen und daß des weiteren optimale Modulation für einen oder »auszulesen«, werden die Generatoren 16 und Winkelbereich der elastischen Welle erhalten wird, 18 bei den entsprechenden Frequenzen erregt, um das der gleich dem Beugungswinkel des Lichtes ist. Ein Licht in diese Position abzulenken. Die gespeicherte geeigneter Modulatorentwurf beinhaltet ein Aushan-Information wird dann auf eine Anordnung lichtemp- 45 dein der einen Erwägung für die andere. Es ist von findlicher Detektoren (nicht dargestellt) projiziert. Proceedings of the IEEE, S. 1391, (Oktober 1966] F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit einem akusto-opti- auch gezeigt worden, daß der Vorteil einer Fokussieschen Bauelement zur Schwingungsformkopplung rung selbst dann beibehalten wird, wenn die Wechseleines Lasers. Das Alpha-Jodsäure-Bauelement 25 ist wirkung in einem die Brennebene, d. h. die Einin diesem Falle mit reflektierenden Enden 26 und 27 50 schnürstelle, nicht enthaltenden Volumen stattfindet versehen. Der bei der entsprechenden Frequenz durch und selbst auch in dem Extremfall, in welchem die nicht dargestellte Mittel angeregte elastische Wellen- Brennebene, sei sie nun reell oder virtuell, sich niehl wandler 28 führt zu einer stehenden elastischen Welle im akusto-optischen Medium befindet. Der Vorteil, 29. Eine Schwingungsform-Zwangskopplung resul- die Wechselwirkung dicht am elastischen Wellentiert, wenn das akusto-optische Bauelement 25 so ent- 55 wandler statt an der Brennebene zu erzeugen, liegt ii worfen und betrieben wird, daß eine periodische Beu- der Minimali si erung der Verzögerungszeit die dei gung derselben Periodizität (oder eines Vielfachen Laufzeit der elastischen Wellenfronten entspricht un hiervon) wie die Resonanzfrequenz erzeugt wird, die Lichtstrahlposition vom Wandler ausgehend zi welche die Longitudinal- oder Transversalschwin- erreichen.

gungsformen des Lasers trennen. Im allgemeinen 60 Die in F i g. 5 dargestellte Vorrichtung kann aucr

wird Schwingungsform-Zwangskopplung durch die bei geeigneter Modulation der Ultraschall-Eingangs-

dargestellte Anordnung bewerkstelligt durch einen welle dafür ausgelegt werden, einige der allgemeiner

Betrieb in der Raman-Nath-Grenze, und zu diesem Informationsverarbeitungsfunktionen auszuführen, wit

Ende ist der Wandler 28 so dargestellt daß er in der Korrelation und Zwitscherradar-Impulskompression optischen Ausbreitungsrichtung relativ kurz bemessen 65 wie dieses vorstehend bei der Beschreibung dei

ist Alternativ können die Anordnungen zur Anwen- F i g. 1 erläutert worden ist

dung der Braggschen Beugung ausgelegt sein, in wel- Die dargestellten Vorrichtungen weisen Wandle]

chem Falle die Anordnung wünschenswerterweise so zum Erzeugen elastischer Wellen auf; und aus ver-

444

schiedenen technischen Gründen ist zu erwarten, daß dieses die wahrscheinlichste Form sein wird, welche solche Vorrichtungen annehmen werden. Da jedoch Alpha-Jodsäure selbst piezoelektrisch ist, kann das Material dafür vorgesehen sein, als sein eigener Wandler zu arbeiten. Eine solche Vorrichtung würden die Elektroden für das gesonderte Wandlerelement ersetzen.

Alpha-Jodsäure ist farblos und läßt Licht ohne meßbare Absorption und ohne optische Beschädigung im Transparenz-Wellenlängenbereich von etwa 0,4 bis etwa 1,3 Mikrometer durch. In den Bereichen von 0,3 bis 0,4 Mikrometer und 1,3 bis 2,3 Mikrometer wird Licht mit etwas Absorption durchgelassen, und auch hier tritt keine optische Beeinträchtigung auf. Die Dämpfung der elastischen Wellen ist niedrig und hat einen typischen Wert von 2,5 dB/cm für Longitudinalwellen bei 500 MHz. Die akustische Longitudinalimpedanz ist nämlich dem von geschmolzenem Siliziumdioxyd; und das Material ist daher mit Wandlermaterialien, wie Lithiumniobat, vergleichbar. Das Material ist ausreichend hart, um die erforderliche mechanische Bearbeitung sowie ein Polieren vornehmen zu können. Ungeschützte Oberflächen verschlechtern sich jedoch mit der Zeit und müssen deshalb für Langzeitgebrauch geschützt werden. Optische Oberflächen können durch Beschichtungen, wie Magnesiumfluorid, oder durch Glasbeläge, die mit transparentem Zement angekittet werden, geschützt werden. Optisch nicht benutzte und/oder Elektrodenoberflächen können durch aufgedampfte Chrom-Gold-Filme geschützt werden. Das Material ist aus wäßriger Lösung leicht züchtbar, siehe beispielsweise den Artikel von Bergmann, Applied Physics Letters, Bd. 12, S. 186 (März 1968), und das Buch, The Art and Science of Growing Crystals, von J. J. G i 1 m a n, Kap. 11, S. 194, John Wiley & Sons 1963.

Die Eignung von Alpha-Jodsäure rührt von den verschiedenen Faktoren in der Gütezahl (s. Gleichung 2) her. Zusätze, seien sie beabsichtigt oder unbeabsichtigt, sind zulässig, soweit sie nicht irgend eines dieser Kriterien nennenswert nachteilig beeinflüssen. Gründe für beabsichtigte Einschlüsse oder Zusätze können beispielsweise gegeben sein, wenn unerwünschte optische Strahlung im einen oder anderen Anwendungsfall selektiv zu absorbieren ist, oder um ein aktives Medium zum Erhalt einer Laser-Wirkung zu erzeugen. Beabsichtigte Zusätze von beispielsweise Chrom, Neodym und Eisen bis insgesamt 1 Gewichtsprozent würden wenig Einfluß auf den sonstigen Betrieb der akusto-optischen Vorrichtung haben.

ao Die Vorrichtungen werden erwünschtermaßen aus einkristallinem Material hergestellt, demgemäß ist diese Form zu bevorzugen. Jedoch können, da eine photoelastische Komponente in allen Richtungen für alle Polarisationen vorhanden ist, einige aufgelöste Effekte in einem polykristallinem Körper erhalten werden. In einfacheren Vorrichtungen kann dieses ausgenutzt werden. Die verschiedenen Methoden, einschließlich des Zerstäubens und Aufdampfens, die zum Erhalt einer bevorzugten Kristallorientieruug

entwickelt worden sind, können zur Herstellung geschichteter polykristalliner Vorrichtungen verwendet werden, die einiges der Wirksamkeit von Einkristallen beibehalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

ι 2 allen Dingen die Nachrichtenübertragung und op- Patentansprüche: tische Wiedergabesysteme. Die Vorrichtungen kön nen als Modulatoren, optische Ablenkeinheiten und

1. Akusto-optische Vorrichtung mit einem Korrektoren arbeiten. Während die Entwicklungsakusto-optischen, kristallinen Bauelement, einer 5 arbeiten durch das Aufkommen des Laser-Oszillators Einrichtung zum Einführen elastischer Wellen in stimuliert worden sind, können Vorrichtungen auch das Bauelement und einer Einrichtung zur Durch- inkohärente und/oder unpolarisierte Strahlung verstrahlung des Bauelementes mit elektromagnet!- wenden. Zumeist ist eine Strahlung erforderlich, die scher Strahlung einer Wellenlänge zwischen 3000 weitgehend monochromatisch ist, obgleich auch hier und 23 000 A, wobei zumindest ein Teil der elek- io einige Vorrichtungen mit relativ breiten und/oder tromagnetischen Strahlung innerhalb des Bauele- sich ändernden Bandbreiten arbeiten können, mentes gebeugt wird, dadurch gekenn- In Frage kommende Vorrichtungen zum Ändern zeichnet, daß das Bauelement (1) im wesent- einer gewissen Eigenschaft der durchgeschickten liehen aus <x-HIO₃ oder a-DIO_s oder Mischungen Strahlung hängen von einer zeitlichen Änderung oder hiervon besteht. 15 von einer räumlichen Änderung des Brechungs-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- indexes auf ein zugeführtes Signal hin ab, das letztlich kennzeichnet, daß die elektromagnetische Strah- durch elektrische Anregung erzeugt werden kann. Die lung monochromatisch ist. Wirkung der Brechungsindexänderung ist die, eine

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- Änderung in der Phase, der Frequenz, der Amplitude, kennzeichnet, daß die elektromagnetische Strah- »o der Lage oder Richtung eines Strahls zu erzeugen, lung kohärent ist. Brechungsindexänderungen können mit Hilfe zahl-

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- reicher Wechselwirkungen erzeugt werden, z. B. auf kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen elektro-optischem, magneto-optischem und akustoelastischer Wellen zur Erzeugung elastischer WeI- optischem Wege. Während magneto-optische Wechlen unterschiedlicher Wellenlängen ausgelegt ist. »5 selwirkungen zur Zeit am aussichtsreichsten für ge-

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 wisse Nachrichtenübertragungsanwendungsfälle erbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Debye- scheinen, wird die akusto-optische Wechselwirkung Sears-Bereich betrieben wird. für zahlreiche Zwecke als überlegen betrachtet. Der