DE1937787C3 - Akusto-optische Vorrichtung - Google Patents

Description

3 4

gründe, die akusto-opüsche 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

wirksameres Material für das akusto-optische Bau- Die zweite Klasse wird Braggsche Streuung genannt

element angegeben wird. _niese \^aea Mechanismen unterscheiden sich

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe be- 5 durch den Wert des Bruches

steht darin, daß das Bauelement im wesentlichen aus r . j

A-HIO₃ oder a-DIO₃ oder Mischungen hiervon be- g=—— (X)

steht *²s

Alpha-Joii3äure(a-fflOj) hat, wie gefunden wurde, Hierin bedeutet

eine wesentlich höhere akusto-optische Gütezahl als 10 L die Länge des Lichtweges im vom Schall bealle anderen bisher untersuchten, optisch transparen- strahlten Volumen in der durch die Fortpflanzungsten, kristallinen Materialien. Dieses Material ist, wie richtungen der elastischen und optischen Wellen begefunden wurde, um mehr als eine Größenordnung stimmten Ebene. Diese Einschnikstelle kann entwewirksamer als Lithiumniobat 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. gleich der Wandlerlänge, während für einen ge-

Die Beschreibung erfolgt bier 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 in der deuterierten Form, ao nung vom Wandler gelegen ist.

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

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

deuterierte α-Form als auch die gewöhnliche α-Form, A₅ die Wellenlänge der elastischen Welle gleichfalls

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

Entsprechend üblicher Interpretation berieht sich as 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 ^bt 100% der einfallenden elektromagnetischen Strah-

jedoch eine definitive, vom Material heiTÜhrende lung in eine einzige Beugungsordnung, 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-

Welle 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 dei elastischen magnetischen Wellen in einer Raman-Nath-Vorrich-

Wellenlänge durch den gewünschten Betriebsbereich « 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 allge-

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 5° kann jedoch jeder der beiden Mechanismen oder

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

ter« (gleich der akustischen Wellenlänge), der zum wog, 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 .Todsäure selbst piezoelektrisch ist, ein- Wendung von Jodsäure als das wirksame Element,

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

für die elektromagnetische Strahlung kann beispiels- 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 Schwingungsfonn-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 S verbunden sind. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Körper 1 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 ir 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 Lichtwellen. 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 WeQe. Änderungen in dieser Frequenz erlauben daher die Auswahl eines jeden Bengangswinkels aas einer großen Vielfalt Von dieser Beziehung wird nut Vorteil bei einem xy-Vielfacbpositkms-Ablenkungssystem Gebrauch gemacht, wie dieses beispielsweise in Fig. 2 dargestell ist

Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann auch als allgemeine Informationsverarbeitungsvorrichtung betrie ben werden, die eine optische Kopplung verwendet Wenn beispielsweise die Frequenz der Quelle S dafüi ausgelegt ist, der (Wobbel-)Frequenz eines Zwitscher radar-Signals zu folgen, kann die Vorrichtung zui 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/odei

ίο der Amplitude der Quelle 5 die Vorrichtung dafüi ausgelegt werden, die Informationsverarbeitungsfunktionen von Korrelation, Filterung, Spektralanalyse usw. auszuführen. Die Vorrichtungen nach F i g. 1 sind im wesent-

is liehen änderbare Phasenbeugungsgitter, und der Beugungswirkungsgrad steht mit der von der elastischen Welle erzeugten Änderung des Brechungsindexes in Beziehung. Da diese Änderung ihrerseits von dei Amplitude der elastischen Welle abhängt, wird so die

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

Hierin bedeutet

M₂ die Gütezahl für eine bestimmte Kombination der Richtungen der elastischen bzw. ·· elektromagnetischen Wellen und der Polarisationen relativ zur Kristallstruktur des akusto-optischen Mediums, η 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 n, p und ν hängen von der kristallographischen Orientierung ab. Beispielsweise sind zwölf unabhängige photoelastische Komponenten durch die Symmetrie des Alpha-Jodsäure-Kristalls 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 be-

stimmt worden, und die besten dieser Werte waren, wie gefunden wurde, etwa zwölfmal besser als die besten, fur lithiumniobat erhältlichen Werte. Die elektrische Leistung, die zur Ablenkung von 70 Vo des einfallenden Lichtstrahls in einer typischen Anord-

nung erforderlich ist, welche mit einer in der kristallographischen c-Richtung fortschreitenden elastischen Longitudinalwelle and in einem in der e-Richtung fortschreitenden sowie in der ^-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-Bandbrehe betrag 55 MHz, and die optische Wellenlänge war 6328 A. Hauptsächlich wegen der Abhängigkeit der WeHeR-

Cs länge von der Gütezahl wurde nor 94 raw elektrische Leistung benötigt, am 70·/· einer Strahlung bei 4880 A abzulenken. Das Ablenksystem nach Fig. 2 weist ein Alpha-

Jodsäure-Bauelement 15 mit einem elastischen Wellengenerator 16 auf, femer ein Alpha-Jodsäure-Bauelement 17 nebst zugehörigem elastischem Wellengenerator 18, eine Fokussierlinse 19 sowie einen Sichtschirm und/oder eine Informationsspeicherebene 20. Beim Betrieb wird elektromagnetische Strahlung geeigneter Wellenlänge als Strahl 21 von einer Quelle 12 aus eingefügt. Beim Durchlauf durch das Bauelement 15 wird ein Teil dieses Strahls in jede Position zwischen den beiden Strahl-Grenzrichtungen 22 und 23 um einen Betrag vertikal abgelenkt, der durch die vom (durch nichtdargestellte Mittel geregten) Generator 16 erzeugten elastischen Welle bestimm ist. Der vertikal abgelenkte Strahl wird in ähnlicher Weise in der x-Richtung oder in der horizontalen Richtung bei seinem Durchgang durch das Bauelement 17 wegen der Wechselwirkung mit elastischen Wellenfronten abgelenkt, die vom (wiederum durch nicht dargestellte Mittel angeregten) Generator 18 erzeugt werden. Das Resultat ist, daß der Lichtstrahl, der nun sowohl vertikal als auch horizontal abgelenkt ist, aus dem Element 17 in irgendeine der Grenzpositionen, die als Strahlen 24, 25, 26 und 27 dargestellt sind, oder unter irgendeiner zwischenliegenden Richtung austritt, die von den Frequenzen, bei welchen die Generatoren 16 und 18 erregt werden, abhängen. Der abgelenkte Strahl wird nach seinem Durchgang durch die Fokussierlinse 19 zu einem Fleck auf dem in der Brennebene befindlichen Element 20 fokussiert. Das System kann zu Bildwiedergabezwecken durch aufeinanderfolgendes Ablenken eines sich ändernden Bruchteils des einfallenden Lichtstrahls 21 auf jede auflösbare Lichtfleckstellung des Sichtschirms 20 verwendet werden. Wird das System bei einer Informationsverarbeitung benutzt, so wird jede auflösbare Position auf dem Sichtschirm eine Informationsspeicherstelle sein. Die Information kann photographisch, holographisch oder auf irgendeine andere Weise gespeichert werden. Wenn es gewünscht ist, die an einer bestimmten Position im Element 20 gespeicherte Information festzustellen oder »auszulesen«, werden die Generatoren 16 und 18 bei den entsprechenden Frequenzen erregt, um das Licht in diese Position abzulenken. Die gespeicherte Information wird dann auf eine Anordnung lichtempfindlicher Detektoren (nicht dargestellt) projiziert. F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit einem akusto-optischen Bauelement zur Schwingungsformkopplung "ines Lasers. Das Alpha-Jodsäure-Bauelement 25 ist in diesem Falle mit reflektierenden Enden 26 und 27 versehen. Der bei der entsprechenden Frequenz durch nicht dargestellte Mittel angeregte elastische Wellenwandler 28 führt zu einer stehenden elastischen Welle 29. Eine Schwingungsform-Zwangskopplung resultiert, wenn das akusto-optische Bauelement 25 so entworfen und betrieben wird, daß eine periodische Beugung derselben Periodizität (oder eines Vielfachen hiervon) wie die Resonanzfrequenz erzeugt wird, welche die Longitudinal- oder Transversalschwingungsformen des Lasers trennen. Im allgemeinen wird Schwingungsform-Zwangskopplung durch die dargestellte Anordnung bewerkstelligt durch einen Betrieb in der Raman-Nath-Grenze, und zu diesem Ende ist der Wandler 28 so dargestellt, daß er in der optischen Ausbreitungsrichtung relativ kurz bemessen ist. Alternativ können die Anordnungen zur Anwendung der Braggschen Beugung ausgelegt sein, in welchem Falle die Anordnung wünschenswerterweise so gewählt ist, daß die Lichtübertragungsrichtung unter dem üblichen Braggschen Winkel Θ zur elastischen Wellenfront orientiert ist.

Die Anordnung in Fi g. 4 besteht aus einem Alpha-Jodsäure-Körper 35 und einem Laser 36, z. B. neodymdotierter Yttrium-Aluminium-Granat. Der Laser-Resonator ist durch reflektierende Schichten 37 und 38 definiert. Der Körper 35 ist mit einem Raman-Nath-Wandler 39 für elastische Wellen zur Schwingungsform-Zwangskopplung versehen, ebenso mit einem Braggschen Wandler 40 für elastische Wellen zum Ablenken und dadurch Abtasten der Laserstrahlen.

Die Vorrichtung nach Fig. 5 ist eine Braggschc Ablenkeinheit mit fokussierten elastischen Wellen, die vorteilhaft als Modulator betrieben wird. Sie besteht aus einem Alpha-Jodsäure-Körper 45, einem gekrümmten Wandler 46 für elastische Wellen und Mitteln zum Hindurchschicken eines Lichtstrahls 47. Der

ao gekrümmte Wandler fokussiert die elastischen Wellen auf eine Einschnürungsstelle in der ungefähren Mitte des Körpers 45, wie dieses schematisch durch die elastischen Wellenfronten 48 dargestellt ist. Der Strahl 47 wird unter einem diskreten Winkel entspre-

»5 chend dem üblichen Braggschen Mechanismus abgelenkt. Eine Amplitudenmodulation wird durch Anordnen eines Detektors 49 bewerkstelligt, um die Intensität desjenigen Teils des Strahls 47 zu messen, welcher ungebeugt geblieben ist. Es wurde gefunden, daß die bei 49 gemessene Intensität sowohl von der Amplitude als auch der Frequenz der elastischen Welle abhängt. Alternativ kann der Detektor 49 in der gestrichelt dargestellten Stellung angeordnet werden, um die Intensität des abgebeugten Teils des

Strahls 47 zu messen.

Der Zweck einer Vorrichtung mit fokussierten elastischen Wellen ist der, die erforderliche elastische Wellenenergiemenge zu reduzieren. Es ist gezeigt worden, daß die Modulationsbandbreite proportional

zum Winkelbereich des elastischen Wellenstrahls ist und daß des weiteren optimale Modulation für einen Winkelbereich der elastischen Welle erhalten wird, der gleich dem Beugungswinkel des Lichtes ist. Ein geeigneter Modulatorentwurf beinhaltet ein Aushandem der einen Erwägung für die andere. Es ist von Proceedings of the IEEE, S. 1391, (Oktober 1966) auch gezeigt worden, daß der Vorteil einer Fokussierung selbst dann beibehalten wird, wenn die Wechselwirkung in einem die Brennebene, d. h. die Einschnürstelle, nicht enthaltenden Volumen stattfindet, und selbst auch in dem Extremfall, in welchem die Brennebene, sei sie nun reell oder virtuell, sich nicht im akusto-optischen Medium befindet Der Vorteil, die Wechselwirkung dicht am elastischen Wellenwandler statt an der Brennebene zu erzeugen, liegt in der Minimalisierung der Verzögerungszeit, die der Laufzeit der elastischen Wellenfronten entspricht, um die Lichtstrahlposition vom Wandler ausgehend zu erreichen.

Die in F i g. 5 dargestellte Vorrichtung kann auch bei geeigneter Modulation der Ultraschall-Eingangswelle dafür ausgelegt werden, einige der allgemeinen Informationsverarbeitungsfunktionen auszuführen, wie Korrelation und Zwitscherradar-Impulskompression,

wie dieses vorstehend bei der Beschreibung der F i g. 1 erläutert worden ist

Die dargestellten Vorrichtungen weisen Wandler zum Erzeugen elastischer Wellen auf; und aus ver-

509626/103

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 Wandlerelemcnt 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 ziichtbar, 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 an, Kap. 11, S. 194, John Wiley & Sons 1963.

S 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

»5 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 Kristallorientierung

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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

1. Akusto-optiische Vorrichtung mit einem Korrelatoren arbeiten. Während die Entwickjungs akusto-optischen, kristallinen Bauelement, einer 5 arbeiten durch das Aufkommen des Laser-Oszillator! Einrichtung zum Einführen elastischer Wellen in stimuliert worden sind, können Vorrichtungen aucl das Bauelement und einer Einrichtung zur Durch- inkohärente und/oder unpolarisierte Strahlung ver strahlung des Bauelementes mit elektromagneti- wenden. Zumeist ist eine Strahlung erforderlich, dit scher Strahlung einer Wellenlänge zwischen 3000 weitgehend monochromatisch ist, obgleich auch hiei und 23 000 A, wobei zumindest ein Teil der elek- io einige Vorrichtungen mit relativ breiten und/odei 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 Ct-HIO₃ oder a-DIO_s oder Mischungen Strahlung hängen von einer zeitlichen Änderung oder hiervon besteht. »5 von einer räumlichen Änderung des Brechungs-

2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch ge- indexes auf ein zugeführtes Signal hin ab, das letztlich kennzeichnet, daß die elektromagnetische Strah- durch elektrische Anregung erzeugt werden kann. Die hing 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-optische m, 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

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- Anwendungsbereich akusto-optischer Vorrichtungen kennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einführen 3» hat sich stetig vergrößert, und es wird auf diesem elastischer Wellen fokussiene 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- liehen durch elastische Wellen induzierte dreidimen-Bereich betrieben wird. 35 sionale Beugungsgitter, die eine Beugung unter gewäs-

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 Informaticns-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 durchgelassenen oder abgebeugten Strahlen intung zur Durchstrahlung des Bauelementes mit elek- folge einer Änderung gewisser Eigenschaften der elatromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge zwi- stischen Welle. Abhängig von der Geometrie, den sehen 3000 und 23 000 A, wobei zumindest ein Teil 50 Frequenzen der beiden Typen der Wellenenergie usw. der elektromagnetischen Strahlung innerhalb des können solche 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 In 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 d^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 e_s 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 Aufgabe zu-