DE2021566A1

DE2021566A1 - Anordnung zur raeumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahles

Info

Publication number: DE2021566A1
Application number: DE19702021566
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl-Phys Kosanke; Werner Dipl-Phys Dr Kulcke
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1970-05-02
Filing date: 1970-05-02
Publication date: 1971-11-25
Also published as: CA951418A; GB1347511A; FR2092536A5

Description

IBM Osriiüchlünti Internationale Büro-Mascliinen Gesellschaft ηώίΓ

Böblingen, 27. April 1970 pr/du

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket GE 968 075? GE 868

Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls. -

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls mit einem in Abhängigkeit von anliegenden Feldern den Polarisationszustand eines Lichtstrahls steuerbar ändernden optisch aktiven Medium und einem nachgeschalteten Analysator.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden Halblei terplattchen oder andere Träger von gedruckten Schaltungen mit einem lichtempfindlichen Lack überzogen und in den Bereichen belichtet, in denen im folgenden Verfahrensschritt eine Behandlung oder Beschichtung des Halbleitermaterials erfolgen soll. Die Belichtung erfolgt entweder durch eine unmittelbare verkleinerte Abbildung einer Vorlage auf der lichtempfindlichen Lackschicht oder durch Masken, die durch eine verkleinerte Wiedergabe einer

Vorlage und anschließende Entwicklungs- und Ätzschritte erzeugt werden, oder durch sogenannte Lichtpunktschreiber, bei denen ein kleiner Lichtfleck zur Erzeugung der gewünschten Lichtmuster relativ zu der lichtempfindlichen Lackschicht bewegt wird.

Bei den erstgenannten Verfahren ist der Aufwand zur Erstellung der Vorlagen sehr groß. Außerdem entsprechen die zur Verfügung stehenden stark verkleinernden Linsensysteine in vielen Fällen nicht den extrem hohen Anforderungen, die an das Auflösungsvermögen, die Verzeichnungsfreiheit und die Größe der Bildebene gestellt werden. Bei den zweitgenannten Anordnungen ist die Tatsache störend, daß ein beispielsweise rechteckiger oder quadratischer kontinuierlich bewegter Lichtfleck am Anfang und am Ende einer Linie sowie in den Eckbereichen von winkligen Linienzügen schwächere Belichtungen bewirkt, die bei den Endprodukten oder Masken zu Ausfransungen dieser Bereiche führen. Diese Ausfransungen sind durch die Tatsache bedingt, daß nur ein stehender Lichtfleck mit gleicher Intensitätsverteilung eine einheitliche Belichtung bewirkt. Ein beispielsweise quadratischer Lichtfleck wirkt bei Beginn seiner Bewegung auf den äußernten Endbereich der aufzuzeichnenden Linie nur sehr viel kürzer ein, als auf einen Bereich, der beispielsweise um die Breite des Lichtflecks vom Endbereich der Linie entfernt ist, da dieser letztgenannte Bereich im Gegensatz zum Endbereich während des gesamten Vorbeiganges des Lichtfleckes belichtet wird.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die räumliche Intensitätsverteilung des Strahlquerschnittes am Anfang oder am Ende eines Linienzuges durch selektive Einfügung von Graukeilen so zu gestalten, daß die kurzen Belichtungszeiten, in den äußersten Endbereichen durch hohe Lichtintensitäten ausgeliehen werden. Diese eine mechanische Bewegung der Graukeile erforderlich machenden Maßnahmen setzen aber? abgesehen von anderen Nachteilen.,, die Arbeitsgeschwindigkeit" der Liehfcpunktscbxeiber in unzulässiger Weise herab. Auch Maßnahmen an den feienden und Verschlüssen der Lichtpunkt-

1QS84S/Q?5,4

Docket GE 968 075? GE 868 128 BAD

schreiber sind nicht geeignet» die angegebenen Nachteile in befriedigender Weise zu beseitigen.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls anzugeben, durch die es möglich ist, einen Lichtstrahl über seinen Querschnitt räumlich so zu modulieren, daß eine einheitliche Belichtung in allen Bereichen eines durch einen Lichtpunktschreiber aufgezeichneten Linienzuges ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Anordnung zur räumlichen und zeltlichen Modulation eines Lichtstrahls mit einem in Abhängigkeit von anliegenden Feldern den Polarisationszustand eines Lichtstrahls steuerbar ändernden optisch aktiven Medium und einem nachgeschalteten Analysator gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eines der das steuernde Feld induzierenden und beiderseits des optisch aktiven Mediums angeordneten Elemente, wie Polschuhe oder Elektroden, so ausgebildet und angeordnet ist, daß seine Abmessungen in Strahlrichtung und/oder sein Abstand von dem optisch aktiven Medium Funktionen einer senkrecht zur Strahlrichtung verlaufenden Koordinate sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die induzierten Felder, die sich daraus ergebenden Phasenverschiebungen und die Intensitätverteilung des einen dem optisch aktiven Medium nachgeschalteten Polarisator verlassenden Strahls senkrecht zur Strahlrichtung verlaufende Gradienten aufweisen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch einen den transversalen elektrooptischen Effekt aufweisenden Kristall, beispielsweise einen KDP-Kristall, mit an parallel zur Strahlrichtung einander gegenüberliegenden Flächen angeordneten dreieckförmigen Elektroden. ; *..

Eine andere vorteilhafte Ausbildungsform des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch einen den longitudinalen elektrooptischen

109848/0754 ^ _:. ^r_{0 r}.

Docket GE 968 075; GE 868 128

2Ü215B6

Effekt aufweisenden Kristall, beispielsweise einen KDP-Kristall, mit an in Strahlrichtung einander gegenüberliegenden Seiten angeordneten durchsichtigen Elektroden, die mit mindestens einer der beiden ihnen zugeordneten Kristallflächen einen spitzen Winkel einschließen.

Eine andere besonders vorteilhafte Fortbildung des Erfindungsge-■ dankens ist gekennzeichnet durch die Kombination einer Vorrichtung zur räumlichen und zeitlichen Modulation, in der die Änderung des Polarisationszustandes durch eine einen senkrecht zur Strahlrichtung verlaufenden Gradienten aufweisende räumliche und zeitliche ^ Phasenverschiebung des ordentlichen in bezug auf den außerordentlichen Strahl erfolgt, und eine dieser vorgeschalteten, an sich bekannten Vorrichtung, zur steuerbaren einheitlichen Phasenverschiebung über den ganzen Strahlenquerschnitt, durch die bei einer Phasenverschiebung von beispielsweise λ/2 die Richtungen der in der ersten Anordnung erzeugten Gradienten der Strahlungsintensitäten steuerbar umkehrbar sind.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausbildungsform des Erfindungsgedankens ist schließlich dadurch gekennzeichnet, daß jedem an gegenüberliegenden Seiten des optisch aktiven Mediums angeordneten Elektrodenpaar ein komplementäres Elektrodenpaar zugeordnet ist, durch dessen ersatzweise Betätigung eine Umkehr des durch Be-™ tätigung des ersten Elektrodenpaars erzeugten Gradienten der Strahlungsintensität bewirkt wird.

Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch zwei hintereinander angeordnete, den transversalen elektrooptischen Effekt aufweisende Kristalle, beispielsweise KDP-Kristall mit an parallel zur Strahlrichtung einander gegenüberliegenden Flächen angeordneten Elektroden, wobei die beiden Elektrodenpaare des einen Kristalls senkrecht in bezug auf die Elektrodenpaare des anderen Kristalls orientiert sind.

109848/0754 Docket GE 968 075; GE 868 128

\q\HM-

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 Die schematische Darstellung des Verlaufs der Belichtungsintensität einer mit Hilfe eines bekannten Lichtfleckschreibers aufgezeichneten Linier

Pig. 2 die perspektivische Darstellung einer Anordnung, nach

der Erfindung zur zeitlichen und räumlichen Modulation eines Lichtstrahls in Richtung einer einzigen Koordinate,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der in Fig. 2 darge- g

stellen Anordnung,

Fig. 4 die schematische Darstellung der in den elektrooptischen Kristallen der Anordnungen nach den Fign. 2 und 3 auftretenden Doppelbrechung,

Fign. 5, 6 + 7 schematische Darstellungen der in verschiedenen

Schaltzuständen der elektrooptischen Kristalle auftretenden Phasenverschiebungen,

Fig. 8 die perspektivische Darstellung einer Anordnung nach der Erfindung zur zeitlichen und räumlichen Modulation eines Lichtstrahls in Richtung von zwei senk- I recht zueinander stehenden Koordinaten,

Fig. 9 die perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung zur zeitlichen und räumlichen Modulation eines Lichtstrahls in Richtung von zwei senkrecht aufeinander stehender Koordinaten.

In Fig. 1 ist die Belichtungsintensität eines mit Hilfe eines bekannten Lichtpunktschreibers belichteten linienförmigen Bereiches als Y-Koordinate Über der Länge X der Linie aufgetragen. Das

10 98487 075%
Docket GE 968. .075? GE 868 128 > ORIGINAL INSPECTED

2U21566

schraffierte, mit la bezeichnete Rechteck stellt einen Lichtfleck dar, der in Richtung des eingezeichneten Pfeiles mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt wird. Der den Lichtfleck erzeugende Strahl 1 weist über seinen ganzen Querschnitt die gleiche Lichtintensität auf und kann mit Hilfe eines Verschlusses unterbrochen bzw. freigegeben werden* Im vorliegenden Beispiel setzt die Bewegung des Lichtflecks, wie das bei den bekannten Lichtpunktschreibern der Fall ist, gleichzeitig mit der Freigabe des den Fleck erzeugenden Strahls ein. Wegen der Länge des Lichtflecks ergibt sich bei gleichförmiger Bewegung ein Belichtungsintensitätsverlauf, der am Anfang des Linienzuges linear von der Belichtungsintensität 0 über die Breite des Lichtflecks hinweg auf die volle Beiichtungsintensltät anwächst und entsprechend am Linienende wieder auf O abfällt. Diese ungleichmäßige Belichtung ruft ein Ausfransen der Linienenden hervor, welches inbesondere bei der Herstellung winkliger Leiterzüge für integrierte Schaltungen zu Störungen Anlaß gibt.

In Fig. 2 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, mit dem ein einen Linienzug aufzeichnender Strahl so moduliert werden kann, daß die Belichtung der aufgezeichneten Linie auch in ihren Anfangs- und Endbereichen konstant ist. Der von links auf das elektrooptische Element S auffallende Strahl 1 ist in einer Richtung linear polarisiert, die mit der Zeichnungsebene einen Winkel von 45° einschließt. Das elektrooptische Element S besteht aus einem elektrooptischen Kaliumdihydrogenphosphat-(KDP)-Kristall 3, der gemäß den darüber eingezeichneten Koordinaten x*, y', ζ geschnitten ist. Während ζ die optische Achse des Kristalles darstellt, sind die x¹- und y'-Richtungen um 45° gegenüber den kristenographischen x- und y-Richtungen verdreht. Der Kristall 3 ist an einander in Strahlrichtung gegenüberliegenden Seiten mit durchsichtigen Elektroden 4 und 5 versehen, die über die Anschlüsse 6 und 7 mit Erde bzw. über einen Schalter 8 mit einer Gleichspan<nungsquelle 9 verbunden sind. Im geöffneten Zustand des Schalters 8 liegt kein Feld am elektrooptischen Kristall 3 und der linear

10 9848/0754

• ■ *

Docket GE 960 075; GE 868 128

pplarisierte Strahl 1 durchsetzt dieses Element ohne änderung der Lage seiner Polarisationsebene. Wird der Schalter 8 geschlossen, so liegt die Spannung der Gleichspannungsqüelle 9, die gleich der sogenannten λ/2-Spannung U- gewählt ist, an den Elektroden 4 und 5 an. Das zwischen diesen Elektroden entstehende Feld bewirkt eine derartige Polarisation des elektrooptischen Kristalls 3, daß der linear polarisierte Strahl in zwei senkrecht zueinander in x¹- und y'-rRichtung polarisierte Komponenten aufgespalten wird, die den Kristall mit verschiedener Geschwindigkeit durchsetzen. Die λ/2-Spannung ist laut Definition diejenige Spannung, die eine Phasenverschiebung von λ/2 zwischen diesen beiden Strahlkomponenten erzeugt. Die Polarisationebene des das elektrooptische Element S verlassenden Strahls ist daher um 90 gegenüber der Polarisationsebene des in das Element eintretenden Strahls gedreht. Diese Drehung ist auf den sogenannten longitudinalen elektrooptischen Effekt zurückzuführen.

Die Anordnung K enthält einen ebenfalls aus Kaliumdihydrogenphosphat bestehenden kubischen Kristall Ka der eine Kantenlänge £ hat und so geschnitten ist, daß seine optische Achse Z senkrecht zur Strahlungsrichtung des Lichtes orientiert ist und seine Seitenflächen normal zu ."^n kristallographischen z-, x'- und y'-Achsen liegen. Hie aus der* darüber eingezeichneten Koordinaten zu ersehen ist, liegt die x¹- (z)-Achse des Kristalls parallel zur X- (bzw. Y)-Richtung der zu belichtenden Linienzüge. Auf den senkrecht zur z-Achse orientierten Flächen sind dreiecksfönuige Elektroden 14 und 15 angeordnet, die über die Leitungen 16 und 17 mit Erde bzw. über den Schalter 18 mit der Gleichspannungsquelle 19 mit der Spannung U. verbunden sind. Ist der Schalter 18 geöffnet, so wird die Polarisationsebene des beispielsweise durch einen Laser erzeugten Strahls 1 nicht gedreht, so daß sie unter einem Winkel von 45° in bezug auf die z- und x'- Achsen liegt. Der Strahl wird im Kristall Ka ebenfalls in zwei zueinander senkrechte, in Richtung der z- und χ'-Achsen polarisierte Komponenten aufgespalten. Wie in Fig. 4 durch entsprechende Halbachsenlängen angedeutet, finden diese Komponenten

1090^/0754
Docket GE 968 075; GE 868 128'"' ORIGINAL INSPECTED

im Kristall Ka verschiedene Brechzahlen η und n¹ vor und erfahren daher, bei ihrem Durchtritt durch den Kristall eine gegenseitige Phasenverschiebung

(J

2 π

wobei λ die Wellenlänge des Strahls bedeutet. Ist die Kristalllänge β so gewählt, daß € (n ,-n ) = m X(m = eine beliebige ganze Zahl), so erzeugen die beiden Strahlkomponenten beim Verlassen des Kristalls einen linear polarisierten Strahl, dessen Polarisationsebene die gleiche Richtung wie die Polarisationsebene des in den Kristall eintretenden Strahls hat. Das den Kristall Ka verlassende Licht wird über seine ganze Apertur hinweg mit gleichmäßiger Intensität durch den Analysator 20 hindurchgelassen, dessen Durchlaßrichtung parallel zur Polarisationsebene des dem elektrooptischen Element S zugeführten Strahls liegt.

In Fig. 5 ist für diesen Fall die im Kristall Ka erzeugte Phasenverschiebung V (x¹) = f (X) durch eine gestrichelte Linie und die laterale Intensitatsverteilung D(X) des durch den Analysator durchgelassenen Laserstrahls durch eine ausgezogene Linie wiedergegeben .

Wird durch Schließen des Schalters 18 an die Elektroden 14 und 15 die Spannung U. gelegt, so wird durch das den Kristall durchsetzende elektrische Feld die im Kristall auftretende Doppelbrechung gemäß der in Fig. 4 gestrichelt eingezeichneten Ellipse geändert. Die beiden Strahlkomponenten finden nun die Brechzahlen n_ und η , (U, ) vor, was unter Berücksichtigung der Dreiecksform

Z X JC

der Elektroden 14 und 15 eine Phasenverschiebung des den Kristall durchsetzenden Strahls von

(n_x

,(ü)-n_z)J

f (U, χ·) = m · 2 ir - -^J- χ· ( (η_χ,-η_χ, (U)J

109848/0754

Docket GE 968 075; GE 868 128

zur Folge hat. Beträgt die Spannung der Gleichspannungsquelle 19 die doppelte λ/2-Spannüng des Longitudinaleffektes in z-RLehtung, so ergibt sich bei geschlossenem Schalter die in Fig. 6 gestrichelt gezeichnete Funktion der Phasenverschiebung und der durch die aus-- ■ gezogene Linie dargestellte Verlauf der durchgelassenen Intensität. Die laterale Verteilung der durchgelassenen Intensität ent-

2 spricht bei den dreiecksförmigen Elektroden einer cos -Funktion. Sie entspricht in etwa der im Anfangsbereich des in Fig. 1 dargestellten Linienzuges fehlenden Lichtintensität. Durch einmalige Einwirkung eines diese räumliche Interisitatsverteilung aufweisenden Lichtfleckes kann daher die Anfangsrampe am Beginn eines Linienzuges kompensiert werden. {

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist am Ende eines Linienzuges ein Lichtfleck mit einem in entgegengesetzter Richtung liegenden Intensitätsgradienten erforderlich. Die Umkehr des Intensitätsgradienten erfolgt bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung durch Betätigung des Schalters 8. Wie schon erwähnt, wird dadurch, eine Phasenverschiebung von λ/2 zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl erzeugt, so daß die Polarisationsebene des austretenden Strahls gegenüber der Polarisationsebene des eintretenden Strahls um 90° gedreht wird. Dadurch sind die Verhältnisse in bezug auf den Analysator 20 umgekehrt, d.h., der im Kristall Ka unbeeinflußte Teil des Strahles, wird vom Analysator 20 nicht ä durchgelassen, während der im Kristall Ka maximal beeinflußte Teil des Strahles vom Analysator ungeschwächt durchgelassen wird. Wird bei geöffnetem Schalter 8 und geschlossenem Schalter 18 der Strahl im Bereich der kleinsten Längenausdehnung in Strahlrichtung der Elektroden 14 und 15 vom Analysator ungeschwächt durchgelassen und im Bereich der größten Längenausdehnung der genannten Elektroden vom Analysator 20 vollständig unterdrückt, so wird bei geschlossenen Schaltern 8 und 18 der Strahl im Bereich der kleinsten Längenausdehnung in Strahlrichtung der Elektroden 14 und 15 im Analysator 20 vollständig unterdrückt und im Bereich der größten Längenausdehnung der genannten Elektroden νονά Analysator 20 ungeschwächt

109848/0754

Docket GE 968 075; GE 868 128

durchgelassen. Mit anderen Worten: bei geschlossenem Schalter 8 liegt an den Elektroden 4 und die 5 die λ/2-Spannung, so¹ daß über die ganze Apertur des Strahls eine Phasenverschiebung π zwischen den beiden Strahlenkomponenten erzeugt wird. Die in beiden Kristallen hervorgerufene Phasendifferenzverteilung ψ ,,._.J₄. -Ψ_o + ΐ_v

uesamti ο κ

ist die Phasendifferenzverteilung, die in Fig. 7 durch die gestrichelte Linie dargestellt wird. In der gleichen Figur wird die laterale Intensitätsverteilung des aus dem Analysator 20 austretenden Lichtes durch die ausgezogene Linie dargestellt. Diese Intensitätsverteilung verläuft entgegengesetzt der in Fig. 6 dargestellten und kann zur Kompensation der Rampe am Ende des Linienzuges verwendet werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung entspricht bis auf die Ausrichtung des Kristalls 30a und die Anordnung der steuernden Elektroden der in Fig. 2 dargestellten Anordnung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kristall 30a im Gegensatz zu dem Kristall Ka der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ebenso geschnitten wie der Kristall 3 der elektrooptischen Anordnung S. Die durchsichtigen Elektroden 34 und 35 schließen mit den beiden in Strahlrichtung an gegenüberliegenden Seiten des Kristalls liegenden Flächen jeweils einen spitzen Winkel ein. Das hat zur Folge, daß durch die über die Leitung 36 mit Erde und über die Leitung 37 und den Schalter 38 mit der Spannungsquelle 39 verbundenen Elektroden 34 und 35 ein elektrisches Feld erzeugt wird, das im Bereich der Stirnseite des Kristalls 30a ausschließlich, im hinteren Bereich jedoch nur teilweise im Kristall verläuft. Das hat zur Folge, daß die Polarisationsebene des einfallenden Strahles an der Stirnseite der Anordnung 30 um 90° gedreht wird, während sie im hinteren Bereich dieser Anordnung, in dem der Abstand zwischen den Elektroden 34 und 35 am größten ist, nur um einen Bruchteil von 90° gedreht wird. Im übrigen ist die Funktion der in den Fign. 2 und 3 dargestellten Anordnungen die gleiche. Der Vorteil der in Fig. 3 dargestellten Anordnung gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Anordnung liegt darin, daß auch im zweiten Kristall, im Beispiel der Fig. 3 der Kristall 30a, der longitudinal elektrooptische Effekt wirksam wird, so daß

109848/0754

Docket GE 968 075; GE 868 128

die Längenabmessungen des Kristalls 30a In Strahlrichtung wesentlich kleiner sein können als die des Kristalls Ka im Ausfuhrungsbeispiel nach Flg. 2, bei dem vom transversalen elektrooptischen Effekt Gebrauch gemacht wird.

Die in Fig. 8 dargestellte Anordnung besteht aus zwei hintereinanderliegenden Kaliumdihydrogenphosphat-Kristallen 40a und 40b, die ebenso beschaffen sind, wie der in Fig. 2 dargestellte Kristall Ka. Der Kristall 40a ist an seiner oberen und unteren Fläche mit Elektroden 44 und 45 und der Kristall 40b an seiner vorderen und hinteren Fläche mit Elektroden 54 und 55 versehen, an die über die Schalter 50 und 51 das Potential der Spannungsquelle 52 gelegt werden kann, das eine Drehung der Polarisationsebene des den Kristall durchsetztenden Lichtes bis zu 90° bewirkt. Die beiden Kristalle sind im sie durchsetzenden Laserstrahl so gegeneinander verdreht angeordnet, daß ihre kristallographischen z-Richtungen parallel zu den X- und Y-Richtungen der zu belichtenden Linienzüge liegen. Der von links einfallende linear polarisierte Laserstrahl, dessen Polarisationsebene mit der Zeichnungsebene einen Winkel von 45° einschließt, durchsetzt, wenn an den Elektroden keine Potentiale anliegen, die Kristalle 40a und 40b ohne Drehung seiner Polarisationsebene, so daß er von dem nachgeschalteten Analysator 20 ungehindert durchgelassen wird. Wird an die Elektroden 54 und 5 5 ein eine Phasenverschiebung zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl bis zu λ/2 bewirkendes Potential I gelegt, so wird die Polarisationsebene des Strahls im unteren Bereich des Kristalls 40b um 90° gedreht, während die Polarisationsebene des Strahls im oberen Bereich des Kristalls nicht gedreht wird. Das hat zur Folge, daß der den Analysator 20 verlassende Strahl im oberen Bereich seiner Apertur mit voller Lichtintensität, im mittleren Bereich mit angenähert halber Intensität und im unteren Bereich mit der Intensität 0 austritt. Die austretende Strahlung weist somit einen nach unten gerichteten Gradienten auf. Wird das Potential nicht an die Elektroden 54 und 55 sondern an die Elektroden 44 und 45 gelegt, so weist die Intensität des den Ana-

109843/0754 Docket GE 968 075; GE 868 128

lysator 20 verlassenden Strahls einen von links nach rechts verlaufenden Gradienten auf. Werden die gleichen Potentiale an alle vier Elektroden gelegt, so weist, wie leicht einzusehen ist, die Intensität des den Analysator 20 verlassenden Strahls einen von links oben nach rechts unten verlaufenden Gradienten auf.

Durch Betätigung des Schalters 8 wird das Potential der Spannungsquelle 9 an die Elektroden 4 und 5 des Kristalls 3 gelegt, so daß ' sich, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 bereits erläutert, die Riehtungen der Gradienten der Intensität des den Analysator 20 verlassenden Strahls umkehren.

Mit der in Fig. 9 dargestellten Anordnung kann die Intensität des den Analysator 20 verlassenden Strahls einheitlich' über seine ganze Apertur und in Richtung zweier senkrecht aufeinanderstehender Koordinaten moduliert werden. Die Funktion der elektrooptischen Anordnung S, die aus dem elektrooptischen Kristall 3 und den Elektroden 4 und 5 besteht, ist die gleiche wie die der in Fig. 2 dargestellten elektrooptischen Anordnung, jedoch mit der Ausnahme, daß die verwendete Gleichspännungsquelle 10 veränderlich ist. Je nach der zwischen den Elektroden 4 und 5 eingestellten Potentialdifferenz wird der Polarisationszustand eines unter 45° gegen die Papierebene polarisierten Lichtstrahles so verändert, daß der den Analysator 21 verlassende Strahl über seine ganze Fläche von 0 bis zu seiner maximalen Intensität moduliert werden kann. Die aus Kaliumdihydrogenphosphat bestehende Kristalle 60a und 60b sind ebenso geschnitten wie die Kristalle 40a und 40b der in Fig. 8 dargestellten Anordnung und sind mit Elektroden 61 bis 68 versehen.

Die Polarisationsebene des den Analysator 21 verlassenden Strahls schließt mit der Papierebene einen Winkel von 45° ein. Sind die Schalter 71 bis 74 geöffnet, so daß an den Elektroden 61 bis 68 kein Potential liegt, so durchsetzt der Strahl die beiden Kristalle 60a und 60b ohne die Lage seiner Polarisationsebene zu ändern. Er -_§ wird vom Analysator 20 durchgelassen und hat über seinen ganzen Querschnitt die gleiche Intensität, die von der an den Kristall 3

109848/0754 Docket GE 968 075; GE 868 128

angelegten Spannung abhängt. Wird beispielsweise der Schalter 74 geschlossen, so liegt an den Elektroden 65 und 66 das Potential der Potentialquelle 75, so daß die Intensität des den Analysator 20 verlassenden Strahls einen von unten nach oben gerichteten Gradienten aufweist« Wird stattdessen der.Schalter 73 geschlossen, so liegt das Potential der Quelle 75 an den Elektroden 67 und 68 an, so daß wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorhergehenden Figuren erläutert, die Intensität des den Analysator 20 verlassenden Strahls einen von oben nach unten gerichteten Gradienten aufweist. Soll die Intensität des den Analysator 20 verlassenden Strahls einen von links nach rechts gerichteten Gradienten aufweisen, so wird der Schalter 72 geschlossen, wodurch' das Potential der Quelle 75 an die Elektroden 63 und 64 gelegt wifd« in ähnlicher Weise wird durch Schließen des Schalters 71 ein von rechts nach links verlaufender Gradient der Intensität des den Analysator 20 verlassenden Strahls bewirkt. Durch Schließen verschiedener Kombinationen der Schalter 71 bis 74 können Helligkeitsverteilungen des den Analysator 20 verlassenden Strahls mit Gradienten in beliebigen Richtungen erzeugt werden.

Mit der in Fig* $ dargestellten Anordnung können somit räumliche Modulationen eines Schreibstrahls erzeugt werden» die zum Ausgleich der linken und rechten Belichtungsrampen eines waagrechten und zum Ausgleich der unteren und oberen Belichtungsrampen eines senkrechtfsn Linientuges geeignet sind« Desgleichen können die inhomogenitlten dec Belichtung an in beliebigen Richtungen liegenden winkligen Maiemügen ausgeliehen werden. Starch Betätigung der elektrooptischen Anordnung S kann der Strahl über seinen ganzen Querschnitt f&nh@ltlichmoduliert werden.

die Spannungsquellen 9* IQ _f X9_r 39 und 75 veränderlich geso können die Intensitätsgradienten der die Anordnung verlaufenden §tmahlen nicht nur der Richtung sondern auch dem Betrage nach, steuerbar eiages. te lit werden.

hmiM elektEOoptisehen Transversaleffekt die Höhe der erf order-

m m% o?s? αϊ esa

lichen Schaltspannungen proportional der Länge in Durchstrahlungsrichtung/Höhe bzw. Länge in Durchstrahlungsrichtung/Breite ist, können die erforderlichen Schaltspannungen dadurch herabgesetzt werden, daß man anstatt eines Kubus ein in Strahlungsrichtung seine größten Abmessungen aufweisendes Quader verwendet. Bei Kristallen aus geeigneten Substanzen, z.B. Seignettesalz, können schon Schaltspannungen von etwa 100 Volt ausreichend sein. Bei mit dem elektrooptischen Transversaleffekt betriebenen Kristallen können die bei divergenten oder konvergenten Licht auftretenden unerwünschten winkelabhängigen Phasenverschiebungen durch Vorschalten von Kompensationskristallen, gegebenenfalls durch Zuhilfenahme von λ/4-Plättchen kompensiert werden.

109848/075A

Docket GE 968 075; GE 868 128

Claims

- 15 -

PATENTANSPRUCH E

l.j Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls mit einem in Abhängigkeit von anliegenden Feldern den Polarisationszustand eines Lichtstrahls steuerbar ändernden optisch aktiven Medium und einem nachgeschalteten Analysator, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der das steuernde Feld induzierenden und beiderseits des optisch aktiven Mediums (Ka) angeordneten Elemente, wie Polschuhe oder Elektroden (14, 15 bzw. 34, 35), so ausgebildet und angeordnet ist, daß seine Abmessungen in Strahlrichtung und/oder sein Abstand von dem optisch aktiven Medium Funktionen einer senkrecht zur Strahlrichtung verlaufenden Koordinate sind, derart, daß die induzierten Felder, die sich daraus ergebenden Phasenverschiebungen und die Intensitätsverteilung des einen dem optisch aktiven Medium nachgeschalteten Polarisator (20) verlassenden Strahls senkrecht zur Strahlrichtung verlaufende Gradienten aufweisen.

2. Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den transversalen elektrooptischen Effekt aufweisenden Kristall (Ka, 40a, 40b, 60a, 60b), beispielsweise einen KDP-Kristall, mit an parallel zur Strahlrichtung einander gegenüberliegenden Flächen angeordneten dreieckförmigen Elektroden (14, 15).

3. Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den longitudinalen elektrooptischen Effekt aufweisenden Kristall (30a), beispielsweise einen KDP-Kristall, mit an in Strahlrichtung einander gegenüberliegenden Seiten angeordneten durchsichtigen Elektroden (34, 35), die na'c

1098A8/075A

Docket GE 968 075; GE 868 128

mindestens einer der beiden ihnen zugeordneten Kristallflächen einen spitzen Winkel einschließen.

Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Kombination einer Vorrichtung (K) zur räumlichen und zeitlichen Modulation, in der die Änderung des Polarisationszustandes durch eine einen senkrecht zur Strahlrichtung verlaufenden Gradienten aufweisende räumliche und zeitliche Phasenverschiebung des ordentlichen in bezug auf den außerordentlichen Strahl erfolgt, und einer dieser vorgeschalteten, an sich bekannten Vorrichtung (S), zur steuerbaren einheitlichen Phasenverschiebung über den ganzen Strahlquerschnitt, durch die bei einer Phasenverschiebung von beispielsweise -, die Richtungen der in der erstgenannten Anordnung

erzeugten Gradienten der Strahlungsintensitäten steuerbar umkehrbar sind.

5. Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem an gegenüberliegenden Seiten eines optisch aktiven Kristalls (60a, 60b) angeordneten Elektrodenpaar (65, 66) ein komplementäres Elektrodenpaar (67, 68) zugeordnet ist, durch dessen ersatzweise Betätigung eine Umkehr des durch Betätigung des erstgenannten Elektrodenpaares erzeugten Gradienten der Strahlungsintensität bewirkt wird.

6. Anordnung zur räumlichen und zeitlichen Modulation eines Lichtstrahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei hintereinander angeordnete, den transversalen elektrooptischen Effekt aufweisende Kristalle (60a, 60b), beispielsweise KDP-Kristalle, tiit an parallel zur Strahlrichtung einander gegenüber-

109848/075-4

Docket GE 968 075; GE 868 128

liegenden Flächen angeordneten Elektroden, wobei die beiden Elektrodenpaare (61, 62, 63, 64) des einen Kristalls senkrecht in bezug auf die Elektrodenpaare (65, 66, 67, 68) des anderen Kristalls orientiert sind.

103843/0754

Docket GE 968 075; GE 868 128

Leerseite