DE19945729A1 - Akustooptischer Fasermodulator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen akustooptischen Fasermodulator, insbesondere zur Polarisationsmodulation von linear polarisiertem Licht in Form einer Polarisationsdrehung, bestehend aus einer Lichtleitfaser (2), die einen Kern (7) hat, der von einem Mantel (8) umgeben ist, wobei der Mantel (8) der Lichtleitfaser (2) mit einem Material mit piezoelektrischen Eigenschaften (1) in Kontakt steht. DOLLAR A Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Schichtsystem zwei planare Elektroden (Au1 und Au2) enthält, die das Material mit piezoelektrischen Eigenschaften (1) auf jeweils gegenüber liegenden Flächen einschließen, weiterhin zumindest eine der Elektroden (Au2) eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 100 mum hat und innerhalb des Schichtsystems so angeordnet ist, daß diese von außerhalb frei liegend ist, so daß auf dieser die Lichtleitfaser (2) mit ihrem Mantel (8) befestigt ist, wobei die Lichtleitfaser (2) entlang einer Gerade (z-Achse) ausgerichtet ist, die parallel zur Symmetrieachse des Faserkerns (7) ist und diese 90 DEG zur Ausbreitungsrichtung (y-Richtung) einer der durch das piezoelektrische Material (1) induzierten Schallwelle steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen akustooptischen Fasermodulator, insbesondere zur Polarisationsmodulation von linear polarisiertem Licht in Form einer Polarisationsdrehung, bestehend aus einer Lichtleitfaser, die einen Kern hat, der von einem Mantel umgeben ist, wobei der Mantel der Lichtleitfaser mit einem piezoelektrischen Schallwandler (Transducer) in Kontakt steht.

Das hauptsächliche Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Modulation von Licht im sichtbaren Spektralbereich. Dies macht neben der Anwendung der Erfindung im Telekommunikationsbereich, auch die Anwendung als Intensitätsmodulatator der Laserstrahlung bei Bildprojektionssystemen möglich. Wesentlich ist bei der Bildprojektion die erforderliche hohe Lichtleistung, die für große Bilder im Bereich von 2 bis 10 Watt pro Farbe (rot/grün/blau) liegt.

Der akustooptische Fasermodulator eignet sich zur Modulation von Dauerstrich- und von gepulster Strahlung in Form von modengekoppelten, gütegeschalteten oder "Free-running" Systemen.

Das Prinzip der akustooptischen Modulation im Festkörper ist seit langem bekannt. Mit akustooptischen Komponenten sind Lichtstrom-Modulation (Intensitätsmodulation), Strahlablenkung und Frequenzverschiebung erreichbar (siehe: Naumann, Schröder "Bauelemente der Optik" Carl Hanser Verlag, München Wien 6. Auflage (1992) S. 603-605.

Die Schriften EP 0 859 264 A1 und US 4.991.923 beinhalten eine Anordnung, bei der ein Substrat verwendet wird, auf dem auf einer Fläche eine Glasfaser und auf der gegenüberliegenden Fläche ein Transducer angeordnet sind. Die von dem Transducer erzeugte Schallwelle muß erst durch das Substrat hindurchdringen, ehe diese mit der Glasfaser in Wechselwirkung kommt. Hier bei erleidet die Schallwelle sowohl beim Lösen vom Transducer, als auch beim Übergang Glassubstrat Lötzinn (bzw. Kleber) und auch beim Übergang Lötzinn (bzw. Kleber) zur Glasfaser Verluste. Durch die Folge der einzelnen Elemente im Schichtaufbau erleidet das System hohe Verluste.

Des weiteren bezieht sich die Schrift EP 0 859 264 A1 im wesentlichen auf die nötigen Eigenschaften des Lötzinns oder des Klebers, speziell das Produkt aus Dichte des Lötzinns und Schallgeschwindigkeit bzw. den geringen Unterschied der einzelnen Produkte der einzelnen Medien.

Ein Bezug auf den zur Modulation nutzbaren Effekt wird lediglich mit der Benennung eines akustooptischen Effekts und damit der Erzeugung einer Phasenmodulation (nutzbar nur durch Interferometer) bzw. Intensitätsmodulation (nutzbar nur durch Bragg-Beugung an speziell behandelten Oberflächen der Anordnung, US 4.991.923) genommen.

Weiter zeigen Untersuchungen mit Phasenmodulatoren, die die Lichtleitfasertechnik nutzen, eine effektive Beeinflussung der Phasenlage des in der Faser geführten Lichts. Erste Arbeiten zur Herstellung und zur optischen Funktion wurden an rotationssymmetrischen Fasersystemen durchgeführt und sind aus der Literatur bekannt:

In Heffner, B. L. and Khuri. Y.: "Deposition of oriented zinc oxide on an optical fiber" Appl. Phys. Lett. 48 21 p1422(1986) wird eine Zinkoxid-Schicht direkt auf eine Glasfaser aufgesputtert, um ein faseroptisches Bauelement zu erhalten, mit dem eine Signalverarbeitung vorgenommen werden kann.

In Masaaki, I., Takashi, Y., Kazushi, M., Akira, O.: Piezoelectrically Induced Optical Phase Modulation of Light in Single-Mode Fibers" IEEE Jour. of Quant. Elect. 28 9 p1901 (1992) wird ein Phasenmodulator beschrieben, bei dem Licht in einer Lichtleitfaser geführt wird, welche konzentrisch mit Elektroden und einem Mantel aus einem polymeren Material umgeben ist.

In Ky, N., H., Limberger, H., G., Salathe, R., P., and Fox, G., R.: Optical Performance of Miniature All-Fiber Phase Modulators with ZnO Coating" IEEE Jour. of Lightwave Tech., 14 1 p23(1996) wird ein konzentrischer Schichtaufbau auf einer Lichtleitfaser beschrieben. Die Schichten bestehen aus Metallen und Zinkoxid. Es erfolgt eine akustooptische Phasenmodulation des in der Lichtleitfaser geführten Lichtes. Die aus dem Stand der Technik bekannten Fasermodulatoren nutzen nur die Phasenmodulation in einem Leistungsbereich und in einem Wellenlängenbereich, der überwiegend für Zwecke der Kommunikationstechnik und der Meßtechnik geeignet ist. Für eine Vielzahl von Anwendungen aus dem Bereich der Laser- und der Informationstechnik ist die Modulation eines optischen Feldes mit einer vergleichsweise hohen Lichtleistung notwendig. Dabei sind von der Anwendungsseite hohe Modulationstiefen, schnelle Anstiegs- und Abfallzeiten und von der Fertigungsseite ein kompakter, robuster und vor allem einfacher Aufbau notwendig.

Die Realisierung eines konzentrischen Schichtaufbaues um eine Lichtleitfaser bereitet erhebliche technologische Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich der Einhaltung gleichmäßiger Schichtdicken.

Weiterhin ist eine Phasenmodulation nicht unmittelbar geeignet, die Amplitude des im Wellenleiter geführten Lichtes zu beeinflussen. Dazu bedarf es zusätzlicher Maßnahmen, wie zum Beispiel einer Mach-Zehnder Interferometerstruktur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Modulator mit großer Modulationstiefe bei einem geringen Fertigungsaufwand zu erhalten. Insbesondere sollen die Anforderungen an die Justage und an die Leistung des Hochfrequenztreibers vergleichsweise gering sein. Der Modulator soll auch für vergleichsweise hohe in der Lichtleitfaser geführte Lichtleistungen geeignet sein, die im Watt-Bereich liegen.

Die Erfindung betrifft einen akustooptischen Fasermodulator, insbesondere zur Polarisationsmodulation von linear polarisiertem Licht in Form einer Polarisationsdrehung, bestehend aus einer Lichtleitfaser, die einen Kern hat, der von einem Mantel umgeben ist, wobei der Mantel der Lichtleitfaser mit einem Material mit piezoelektrischen Eigenschaften in Kontakt steht.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Schichtsystem zwei planare Elektroden enthält, die das Material mit piezoelektrischen Eigenschaften auf jeweils gegenüber liegenden Flächen einschließen, weiterhin zumindest eine der Elektroden eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 100 µm hat und innerhalb des Schichtsystem so angeordnet ist, daß auf dieser die Lichtleitfaser mit ihrem Mantel akustisch kontaktiert ist, wobei die Lichtleitfaser entlang einer Gerade ausgerichtet ist, die parallel zur Symmetrieachse des Faserkerns ist und diese 90° zur Ausbreitungsrichtung einer der durch das piezoelektrische Material induzierten Schallwelle steht.

Dabei müssen die Elektroden das Material mit den piezoelektrischen Eigenschaften nicht unmittelbar berühren, sondern es können auch sogenannte Pufferschichten zum Beispiel zur Haftvermittlung oder Oberflächenpassivierung zwischengelagert sein. Die Schichtdicke der Elektrode, die die Lichtleitfaser trägt, sollte möglichst gering dimensioniert werden, um eine möglichst gute Ankopplung der Lichtleitfaser an das Material mit den piezoelektrischen Eigenschaften zu erhalten. Der angegebene Bereich ist nicht scharf abzugrenzen. Je nach Materialart führt eine geringe Schichtdicke in der Regel zu einem höheren Widerstand und zu einer Verminderung der Haftfestigkeit und eine größere Schichtdicke erhöht die Dämpfung der Schallwelle. Daher liefert eine Schichtdicke im Bereich von 100 nm bis 10 µm effizientere Modulatoren.

Die Ausrichtung der induzierten Schallwelle zum Verlauf der Lichtleitfaser liefert in Verbindung mit einer vorgegebenen linearen Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtbündels die Wirkung des Modulators. Steht die Polarisation des in die Lichtleitfaser einfallenden Lichtbündels 45° zur Ausbreitungsrichtung der induzierten Schallwelle, werden die besten Modulationseigenschaften erzielt. Abweichungen von den angegebenen Werten führen zu einer Verschlechterung der Modulationseigenschaften, wobei das Grundprinzip der Erfindung erhalten bleibt, den lichtführenden Kern einer Lichtleitfaser möglichst nahe und eng gekoppelt mit einem Material mit piezoelektrischen Eigenschaften in Verbindung zu bringen. Dabei ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale nicht auf radialsymmetrische Lichtleitfasern beschränkt. Vielmehr kann an Stelle der Lichtleitfaser auch ein anderes Licht führendes Bauelement eingesetzt werden, wie dies zum Beispiel Lichtleitstäbe oder Streifen-Wellenleiter sind. Die Lichtleitfasern sind Monomode- Lichtleitfasern oder Multimode-Lichtleitfasern, wobei mit Multimode-Lichtleitfasern größere Lichtbündeldurchmesser modulierbar sind, wie diese insbesondere zur Bildprojektion mittels Laserstrahlung Verwendung finden.

Durch die Führungseigenschaft der Lichtleitfaser ist das elektromagnetische Feld im Kern der Faser konzentriert, wodurch die Anforderungen an die Hochfrequenzleistung zur Erregung des piezoelektrischen Transducer sinken und gleichzeitig hohe Modulationsfrequenzen möglich sind.

Die genaue Justage des akustooptischen Modulators in den Strahlengang, bzw. faseroptische Aus- und Einkoppeloptiken entfallen für das in der Faser geführte Licht völlig. Des weiteren wird die Gesamtanordnung des Fasermodulators durch den Übergang von der Rotationsymmetrie zu der planen Geometrie einfacher.

Während die rotationssymmetrische Anordnung aus dem Stand der Technik nur zu einer Phasenmodulation des in dem Wellenleiter geführten Lichts führt, die erst durch Verwendung eine Interferometers zur Hell-Dunkel-Modulation verwendet werden kann, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Lösung eine Polarisationsmodulation. Diese führt bei Verwendung von polarisiertem Licht und eines Analysators zur Intensitäts- oder Helligkeitsmodulation. Der erfindungsgemäße Fasermodulator ist ein neues kompaktes und robustes Bauelement zur Lichtmodulation das handelsübliche Lichtleitfasern verwendet, deren Kern insbesondere aus Glas besteht. Zur Modulation werden hier akustooptische Effekte genutzt. Aufgrund des kompakten Aufbaus und der direkten Verwendung der Glasfaser läßt sich dieses System gut im Bereich der Informations- und Projektionstechnik einsetzen. Er ist insbesondere geeignet hohe Laserlichtleistungen im Watt-Breich zu modulieren.

In einer ersten vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Schichtsystem auf einem elektrisch leitenden Substrat aufgebracht und bildet damit die erste Elektrode.

Bei einer Ausführungsform besteht dieses Schichtsystem aus einem Aufbau aus einer Metallplatte als elektrisch leitendes Substrat und bildet damit die erste Elektrode. Darauf aufbauend sind eine Zinkoxid-Schicht als piezokeramisches Material, einer Chrom- Schicht als Haftvermittler und eine Gold-Schicht als zweite Elektrode angeordnet.

In einer zweiten vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Schichtsystem auf einem elektrisch isolierenden Substrat aufgebracht und zwischen diesem und dem Material mit den piezoelektrischen Eigenschaften ist die erste Elektrode ausgebildet.

Bei einer Ausführungsform besteht dieses Schichtsystem aus einem Aufbau aus Glas als elektrisch isolierendes Substrat, darauf aus einer ersten Chrom-Schicht als Haftvermittler, einer ersten Gold-Schicht als erste Elektrode, einer Zinkoxid-Schicht als piezokeramisches Material, einer zweiten Chrom-Schicht als Haftvermittler und einer zweiten Gold-Schicht als zweiter Elektrode. Auf der zweiten Elektrode ist dann der Mantel der Lichtleitfaser aufgebracht.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung erhält die Erfindung dadurch, daß die Manteloberfläche der Lichtleitfaser zylinderförmig ist und diese Manteloberfläche in Kontakt mit der zweiten Elektrode steht. Somit können handelsübliche radialsymmetrische Lichtleitfasern eingesetzt werden.

Um den Wirkungsgrad und die Eigenschaften des akustooptischen Fasermodulators weiter zu verbessern ist vorgesehen, daß der Mantel der Lichtleitfaser parallel zur Symmetrieachse (Z-Achse) des Faserkerns eine angeschliffene Fläche aufweist, welche in Kontakt mit der zweiten Elektrode steht. Zum Beispiel wird eine D-shaped-Faser verwendet. Diese angeschliffene Fläche kann so groß ausgebildet werden, daß diese bis auf den Faserkern reicht. Dann ist gegebenenfalls durch eine Brechzahlanpassung der mit dem Mantel der Lichtleitfaser in Kontakt tretenden Materialien zu beachten, daß die Führung des Lichts im Faserkern nicht zu stark geschwächt wird.

Die Verbindung des Mantels der Lichtleitfaser mit der zweiten Elektrode erfolgt in einem ersten Fall durch eine starre Fixierung, zum Beispiel durch Aufkleben oder durch Löten.

Die Verbindung des Mantels der Lichtleitfaser mit der zweiten Elektrode erfolgt in einem zweiten Fall durch ein Ultraschall-Gel, wobei die Lichtleitfaser in Bereichen außerhalb der zweiten Elektrode auf dem Substrat fixiert ist, zum Beispiel durch eine Klemmverbindung, Lötverbindung oder eine Klebverbindung.

Das Material mit piezoelektrischen Eigenschaften ist vorzugsweise Zinkoxid, Quarz oder eine Piezokeramik. Als Piezokeramik kommt zum Beispiel Barium Titianat (BaTiO₃) oder BleiZirkonatTitanat (PZT) zur Anwendung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Lichtleitfaser in Ausbreitungsrichtung der Schallwelle (y-Richtung) am Umfang des Mantels mechanisch geklemmt oder mit einer Gewichtskraft beaufschlagt. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Krafteinwirkung die Effizienz der Modulation verbessern kann. Gleichwirkend ist auch eine Verspannung innerhalb der Materialschichten der Lichtleitfaser, welche bei deren Herstellungsprozeß gezielt erzeugt wird. Die Klemmung der Lichtleitfaser und ihre innerliche Verspannung können auch gleichzeitig eingesetzt werden.

Vorteilhaft ist der Einsatz einer Lichtleitfaser mit polarisationserhaltenden Eigenschaften, da sich dadurch die Effizienz der Modulation weiter steigern läßt. Die Lichtleitfaser muß dann entsprechend zur Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts ausgerichtet werden.

Grundsätzlich wird die größte Modulationstiefe erreicht, wenn die Polarisation eines in die Lichtleitfaser einfallenden Lichtbündels 45° zur Ausbreitungsrichtung der induzierten Schallwelle steht.

Gegenüber dem Eingangs beschriebenen Stand der Technik verwendet die vorliegende Erfindung mindestens einen Schichtübergang zwischen dem piezoelektrischen Material und dem Faserkern weniger. Weiterhin wird im Unterschied zum Stand der Technik der Effekt der Polarisationsdrehung des geführten Lichts zur Intensitätsmodulation ausgenutzt. Ein Aufbau eines Interferometers oder die Ausführung einer speziellen Oberflächenbehandlung der Anordnung zur Intensitätsmodulation durch Braggbeugung sind nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet die genannten Probleme und Nachteile des Standes der Technik. Sie stellt damit eine kompakte optische Anordnung zur Modulation optischer Strahlung hoher Leistung mit hohem Wirkungsgrad und hohem Kontrastverhältnis dar. Durch die direkte Modulation in der Lichtleitfaser ermöglicht die Erfindung eine einfache Integration in bestehende Lichtleitfasersysteme.

Als Lichtleitfaser können dabei sowohl polarisationserhaltende als auch nichtpolarisationserhaltende Lichtleitfasern eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1: Fasermodulator in der Ansicht auf den Querschnitt einer aufgeklebten Lichtlleitfaser

Fig. 2: Fasermodulator in der Draufsicht auf die aufgegeklebte Lichtleitfaser

Fig. 3: Fasermodulator in der Ansicht auf den Querschnitt einer aufgelöteten oder mit einem Gel umgebenen Lichtlleitfaser

Fig. 4: Fasermodulator in der Draufsicht auf eine mit einem Gel umgebenen Lichtleitfaser

Fig. 5: Fasermodulator in der Ansicht auf den Querschnitt einer aufgeklebten Lichtlleitfaser mit einer zusätzlichen Auflage als träge Masse

Eine beispielhafte Realisierung der Erfindung zeigt Fig. 1. Die benötigten Elemente sind der Akustische Erreger aus einem piezoelektrischen Material 1. Dieses Material ist hier Zinkoxid ZnO mit einer Dicke von 6 µm, welches innerhalb einer Schichtenfolge angeordnet ist. Eine 10 nm Chromschicht Cr1, eine 200 nm Goldschicht Au1, die 6 µm Zinkoxid ZnO, eine 10 nm Chromschicht Cr2 und eine 200 nm Goldschicht Au2 sind in dieser Reihenfolge auf einem Substrat 6 aus 2 mm dickem Glas aufgebracht. Die Metallschichten werden aufgedampft, die Zinkoxid-Schicht ist gesputtert.

Auf die plane Oberfläche der Gold-Schicht Au2 ist eine Lichtleitfaser 2 mit einer Oberfläche ihres Mantels 8 (cladding) mittels Kitt 3 aufgeklebt. Der Kitt ist ein handelsüblicher Cyanacrylat-Kleber (Sekundenkleber). Dieser ist im nicht gehärteten Zustand relativ flüssig, so daß zwischen der Berührungsline der Lichtleitfaser mit der zweiten Elektrode praktisch keine Kittschicht vorhanden ist und ein guter Übergang der Schallwellen in die Lichtleitfaser realisiert wird.

Das zu modulierende Licht wird in einem Kern 7 (core) der Lichtleitfaser 2 geführt. Der Kern 7 hat einen Durchmesser von 5 µm und der Mantel 8 hat einen Durchmesser von 125 µm.

Die Schutzhülle der Lichtleitfaser (coating), die 250 µm im Durchmesser hat, ist dort entfernt, wo der Mantel der Lichtleitfaser in Kontakt mit der Elektrode aus Gold steht.

Die Lichtleitfaser ist zu ihrer Symmetrieachse linear ausgerichtet, wobei die gerade ausgerichtete Lichtleitfaser in Ausbreitungsrichtung des Lichts (z-Richtung) im rechten Winkel zur Achse der Bewegung des piezoelektrischen Materials liegt. Dieses ist schon deshalb erforderlich, da die Elektrode Au2 in x-Richtung möglichst schmal hergestellt werden sollte.

Die Materialien des Schichtaufbaues haben senkrecht zur Lichtrichtung Abmessungen in der Breite, die 2 cm für das Substrat 6, für Chrom-Schicht Cr1 und die Gold-Schicht Au1, 1,5 cm für die Zinkoxid-Schicht ZnO und nur weniger als 1 mm für die Chrom-Schicht Cr2 und die Gold-Schicht Au2 betragen. In Ausbreitungsrichtung des Lichts (z-Richtung) ist das Substrat 6 cm lang und der Schichtaufbau ist etwa 5 cm lang. Der Längenbereich der Lichtleitfaser, der von der Schutzhülle befreit ist entspricht in etwa der Länge des Substrates (siehe auch Fig. 2).

Eine Ansteuereinrichtung ist über jeweils eine Leitung mit jeweils einer der Elektroden Au1 und Au2 verbunden. Durch Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung an diese Elektroden wird über den piezoelektrischen Effekt die Zinkoxid-Schicht in mechanische Schwingung versetzt, deren Elongation im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Lichtleitfaser gerichtet ist, also vornehmlich in einer y-Richtung. Die dadurch erzeugte akustische Welle durchdringt die Glasfaser 2 und führt dort zu einer druckinduzierten Modulation der Brechungsindizes der Glasfaser. Je geringer die Breite der Elektrode Au2 ist, um so besser ist die Leistungsanpassung der Ansteuerelektronik zu realisieren.

Durch die Geometrie der planaren Anordnung und der damit erzeugten akustischen Wellen, die vornehmlich in y-Richtung laufen, werden die Brechungsindizes der Faser in der Ebene parallel zum Glassubstrat 1, einer x-Richtung, und senkrecht zum Glassubstrat 1, in y- Richtung, unterschiedlich stark verändert. Der für beide Richtungen x und y gleiche Anteil der Brechungsindexänderung führt dabei zu einer reinen Phasenmodulation, während der Differenzbeitrag der beiden Modulationsanteile bei polarisiertem Licht zu einer Änderung der Polarisation führt. Um diesen Effekt möglichst vollständig zu nutzen, wird das in die Lichtleitfaser einfallende Licht linear polarisiert, wobei die Polarisationsrichtung mit einem Winkel von 45° zur Richtung der x-Achse und der y-Achse geneigt ist.

Die Anordnung wirkt analog einer Verzögerungsplatte mit einer variablen Schichtdicke, welche von der an den Elektroden anliegenden Wechselspannung abhängt und schnell variiert werden kann. Typische Wechselspannungsfrequenzen liegen im Bereich von 100 bis 500 MHz.

Fig. 2 zeigt die Geometrie der planaren Anordnung des Fasermodulators mit einer Ansteuereinrichtung 4 und einem Polarisator 11 und einem Analysator 5. Durch den Analysator 5 wird die zu transmittierende Polarisationsrichtung gewählt. Durch die Drehung der Polarisation des durch den Kern 7 der Lichtleitfaser 2 geführten Lichts erhält dieses nach dem Passieren des Analysators 5 eine Hell-Dunkel-Modulation. Vorteile dieses Verfahrens sind die hohe Grenzfrequenz im Bereich einiger 100 MHz, sowie die geringe benötigte Steuerspannung und geringe Ansteuerleistung. Das System ist einfach justierbar und kompakt. Bei Verwendung des Fasermodulators zur Modulation von linear polarisiertem Licht kann der Polarisator 11 entfallen.

Um eine effiziente Einkopplung und Auskopplung der Lichtbündel in bzw. aus der Lichtleittaser zu erhalten sind zwischen dem Polarisator und dem Eingang der Lichtleittaser und dem Ausgang der Lichtleitfaser und dem Analysator Linsen 9 und 10 vorgesehen. Die durch die Gold-Schichten (in Fig. 1 Au1 und Au2) gebildeten Elektroden sind mit einer Ansteuerelektronik 4 elektrisch verbunden. Die Ansteuerelektronik übernimmt auch die Impedanzanpassung eines Modulationssignales S an die Elektroden.

Fig. 3 zeigt eine Lichtleitfaser 2, an deren Mantelfläche 8 eine plane Fläche 12 angearbeitet ist. Damit wird der Übergang der Schallwellen in den Kern 7 der Lichtleitfaser 2 verbessert. Im Beispiel ist die Planfläche 12 der Lichtleitfaser 2 mit einem Indiumlot 13 auf der Elektrode aus Gold Au2 befestigt. Weiterhin ist hier das Substrat 1 selbst elektrisch leitend, so eine Chromschicht und eine Goldschicht (in Fig. 1 Cr1 und Au1) eingespart wird, was den Aufwand verringert. Das Substrat besteht aus Kupfer und bildet die erste Elektrode. Mit dem Substrat aus Kupfer kann auch die entstehende Verlustwärme günstig abgeführt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit, die darin besteht, die Lichtleitfaser nur im Bereich der Enden des Substrates mit einem Kleber 14 zu befestigen und der Mantel 8 der Lichtleittaser in ein Ultraschall-Gel 15 einzubetten, was die Schallübertragung weiter verbessert.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante des akostooptischen Fasermoduladors. Sein Aufbau entspricht dem, der in Fig. 1 beschrieben ist. Zusätzlich ist jedoch eine feste, masseträge Auflage auf die Lichtleitfaser 2 vorgesehen, deren Kraftwirkung F der Schallausbreitungsrichtung entgegen gerichtet ist. Diese Auflage besteht im Beispiel aus einem aus einer Federklemmung 16, die mittels einer Einstellschraube 17 zwischen dem Substrat 6 und dem Mantel 8 der Lichtleitfaser 2 spannt. Das gezeichnete Federgelenk ermöglicht eine feinfühlige Krafteinstellung und die angedeutete Dimensionierung des Gelenkes und die Materialverstärkung im Bereich der Einstellschraube 17 sichert eine gleichmäßige Kraftverteilung im Gebiet der Kraftbeauflagung der Lichtleitfaser. Ein weiterer Vorteil ist die verbesserte Ableitung der Wärme, die infolge von Verlustleistungen aus dem Aufbau des akustooptischen Fasermodulators abgeführt werden muß. Die metallische Auflage ermöglicht eine verbesserte thermische Kopplung. Eine effektive Temperaturstabilisierung und/oder Kühlung kann somit über das Substrat 6 und/oder die Auflage 16 erfolgen. Die Kühlung erfolgt dabei entweder passiv über Kühlkörper oder aktiv, zum Beispiel über Peltierkühler.

Claims (13)

1. Akustooptischer Fasermodulator, insbesondere zur Polarisationsmodulation von linear polarisiertem Licht in Form einer Polarisationsdrehung, bestehend aus einer Lichtleitfaser (2), die einen Kern (7) hat, der von einem Mantel (8) umgeben ist, wobei der Mantel (8) der Lichtleitfaser (2) mit einem Material mit piezoelektrischen Eigenschaften (1) in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Schichtsystem zwei planare Elektroden (Au1 und Au2) enthält, die das Material mit piezoelektrischen Eigenschaften (1) auf jeweils gegenüber liegenden Flächen einschließen, weiterhin
• - zumindest eine der Elektroden (Au2) eine Schichtdicke im Bereich von 10 nm bis 100 µm hat und innerhalb des Schichtsystem so angeordnet ist, daß diese von außerhalb frei liegend ist, so daß auf dieser die Lichtleitfaser (2) mit ihrem Mantel (8) befestigt ist, wobei die Lichtleitfaser (2) entlang einer Gerade (z-Achse) ausgerichtet ist, die parallel zur Symmetrieachse des Faserkerns (7) ist und diese 90° zur Ausbreitungsrichtung (y-Richtung) einer der durch das piezoelektrische Material (1) induzierten Schallwelle steht.

2. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem auf einem Substrat (6) aufgebracht ist, welches elektrisch leitend ist und die erste Elektrode (Au1) bildet.

3. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem aus Metall als elektrisch leitendes Substrat (6), darauf aufbauend aus einer Zinkoxid-Schicht (ZnO) als piezokeramisches Material (1), einer Chrom-Schicht (Cr2) als Haftvermittler und einer Gold-Schicht als zweiter Elektrode (Au2) besteht.

4. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem auf einem Substrat (6) aufgebracht ist, welches elektrisch isolierend ist und zwischen diesem und dem Material mit den piezoelektrischen Eigenschaften (1) die erste Elektrode (Au1) ausgebildet ist.

5. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem aus Glas als elektrisch isolierendes Substrat (6) und darauf aufbauend aus einer ersten Chrom-Schicht (Cr1) als Haftvermittler, einer ersten Gold-Schicht als erste Elektrode (Au1), einer Zinkoxid-Schicht (ZnO) als piezokeramisches Material (1), einer zweiten Chrom-Schicht (Cr2) als Haftvermittler und einer zweiten Gold-Schicht als zweiter Elektrode (Au2) besteht.

6. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Manteloberfläche (8) der Lichtleitfaser (2) zylinderförmig ist und diese Manteloberfläche (8) in Kontakt mit der zweiten Elektrode (Au2) steht.

7. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (8) parallel zur Symmetrieachse (Z-Achse) des Faserkerns (7) eine plane Fläche aufweist (D-Form), welche in Kontakt mit der zweiten Elektrode (Au2) steht.

8. Akustooptischer Fasermodulator nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Mantels (8) der Lichtleitfaser mit der zweiten Elektrode (Au2) durch Aufkleben oder durch Löten hergestellt ist.

9. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Mantels (8) der Lichtleitfaser (2) mit der zweiten Elektrode (Au2) durch ein Ultraschall-Gel (15) hergestellt und die Lichtleitfaser (2) in Bereichen außerhalb der zweiten Elektrode (Au2) auf dem Substrat (6) durch eine Klemmverbindung, Lötverbindung oder eine Klebverbindung (14) fixiert ist.

10. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit piezoelektrischen Eigenschaften (1) Zinkoxid, Quarz oder eine Piezzokeramik ist.

11. Akustooptischer Fasermodulator nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 12 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (2) in Ausbreitungsrichtung der Schallwelle (y-Richtung) mechanisch geklemmt und/oder diese im Herstellungsprozeß vorgespannt ist.

12. Akustooptischer Fasermodulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (2) polarisationserhaltende Eigenschaften hat.

13. Akustooptischer Fasermodulator nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 12 Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation eines in die Lichtleitfaser (2) einfallenden Lichtbündels 45° zur Ausbreitungsrichtung der induzierten Schallwelle steht.