DE2056576C3

DE2056576C3 - Electro-optical light modulator

Info

Publication number: DE2056576C3
Application number: DE19702056576
Authority: DE
Inventors: Viktor 8022 Gruenwald Baumgartner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-11-17
Filing date: 1970-11-17
Publication date: 1979-12-20
Also published as: DE2056576A1; DE2056576B2

Description

2020th

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrooptischen Lichtmodulator mit einem würfelförmigen KDP-Kristall, dessen Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite je eine elektrisch leitende transparente Schicht aufweist, die als Elektrode zum Anlegen der Modulationsspannung dientThe present invention relates to an electro-optic light modulator having a cube-shaped KDP crystal, its light entry and light exit side each has an electrically conductive transparent layer that acts as an electrode for applying the Modulation voltage is used

KDP-Einkristalle (KDP bedeutet Kaliumdihydrogenphosphat), im folgenden Pockelszellen genannt, werden wegen ihrer nirti'.linearen optischen Eigenschaften in der Lasertechnik als elektrooptische Güteschalter für Riesenimpulslaser und als Modulatoren verwendet Läßt man einen polarisierten Lichtstrahl eine Pockelszelle durchlaufen, an die eine elektrische Spannung gelegt wird, so wird die Polarisationsebene des Lichtes um einen Betrag gedreht, der eine Funktion der angelegten Spannung istKDP single crystals (KDP means potassium dihydrogen phosphate), in the following called Pockels cells, because of their nirti'.linear optical properties in used in laser technology as electro-optical Q-switches for giant pulse lasers and as modulators If a polarized light beam is allowed to pass through a Pockels cell, an electrical voltage is applied to it is placed, the plane of polarization of the light is rotated by an amount that is a function of the applied voltage

Die Elektroden zum Anlegen der Modulationsspannung bestehen aus elektrisch leitenden, transparenten Schichten und werden an der Lichteintritts- und an der Lichtaustrittsseite angebracht. Wird die Pockelszelle nun sehr hohen optischen Flächenbelastungen ausgesetzt, wie es beim Einsatz als Modulator für Riesenimpulslaser der Fall ist, so konnten bisher nur Ringelektro- « den verwendet werden, da die Elektrodenmaterialien, deren Flächenwiderstand im allgemeinen I kOhm/cm² beträgt, aus Gründen zu hoher Absorption den Riesenimpulsen nicht standhalten konnten.The electrodes for applying the modulation voltage consist of electrically conductive, transparent layers and are attached to the light entry and light exit side. If the Pockels cell is now exposed to very high optical surface loads, as is the case when it is used as a modulator for giant pulse lasers, only ring electrodes could be used up to now, since the electrode materials, whose sheet resistance is generally I kOhm / cm ² , are for reasons too high absorption could not withstand the giant impulses.

Ein elektrooptischer Lichtmodulator mit einem KDP-Kristall ist aus »Elektronische Rundschau« Nr. 2 (J 957), Seiten 58 und 60 bekannt. Bei diesem Lichtmodulator müssen entsprechend einer allgemeinen Forderung die Elektroden durchsichtig und leitend sein. Insbesondere auf Seite 60, linke Spalte der Entgegenhai- « tung sind dabei als Ausfuhrungsbeispiele Elektroden in Form von Gittern oder Ringen auf der Oberfläche des Kristalls angegeben, wobei als Elektrodenmaterial Gold genannt wird.An electro-optical light modulator with a KDP crystal is from "Electronic Rundschau" No. 2 (J 957), pages 58 and 60 known. This light modulator must correspond to a general Requirement that the electrodes be transparent and conductive. In particular, on page 60, left column of the opposite shark device are as exemplary embodiments electrodes in the form of grids or rings on the surface of the Crystal specified, with gold being named as the electrode material.

Die Verwendung von Ringelektroden wurde aber als «> nachteilig empfunden, da sie wegen ihrer kleineren Fläche im Vergleich zu Flächenelektroden, eine bis um den Faktor 2 höhere Modulationsspannung erfordern und die Modulationsspannung von Pockelszellen für einen annehmbaren Modulationsgrad im allgemeinen *>5 bei einigen 1000 Volt liegt.The use of ring electrodes was called «> felt disadvantageous because they because of their smaller area compared to surface electrodes, one to require the factor 2 higher modulation voltage and the modulation voltage of Pockels cells for an acceptable degree of modulation in general *> 5 is a few 1000 volts.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pockelszelle der eingangs genannten Art anzugeben.The object of the present invention is to specify a Pockels cell of the type mentioned at the beginning.

welche sehr hohen optischen Flächenbelastungen aussetzbar ist und welche dabei mit niedrigerer Modulationsspannung auskommt.which very high optical surface loads can be exposed and which are lower Modulation voltage comes from.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß. auch die übrigen Oberflächen des Kristalls mit einer Feuchtigkeitsschutzschicht versehen sind, daß für die Modulation der Strahlung von Riesenimpulslasern das Elektrodenmaterial Indiumoxid mit einem Flächenwiderstand zwischen 2 und 5 kOhm/cm² ist und daß auf den Elektroden eine MgF2-Schicht mit einer solchen Dicke aufgedampft ist, daß die Gesamtdicke der beiden Schichten auf der Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite jeweils eine Λ/4 Anpassung bewirktThe object is achieved in that. The other surfaces of the crystal are also provided with a moisture protection layer, so that the electrode material is indium oxide with a sheet resistance between 2 and 5 kOhm / cm ² for modulating the radiation from giant pulse lasers and that a MgF2 layer with such a thickness is vapor-deposited on the electrodes that the total thickness of the two layers on the light entry and light exit side each causes a Λ / 4 adjustment

Die auf sämtlichen Kristalloberflächen aufgebrachte Schutzschicht dient gleichzeitig zur Entspiegelung und zum Schutz vor Feuchtigkeit, wobei als bevorzugtes Material Magnesiumfluorid gewählt wird.The protective layer applied to all crystal surfaces also serves as an anti-reflective coating and to protect against moisture, magnesium fluoride being chosen as the preferred material.

Das Aufbringen von haltbaren Schichten üuf KDP-Krisialloberflächen erfordert wegen der Hygroskopizität des Materials besondere Maßnahmen. So muß das Reinigen der polierten KDP-Kristaüe mit einem wasserfreien Substratreiniger erfolgen, z. B. mit einem Aceton-Ultraschallbad, wobei das Bad zur Vermeidung von thermischen Spannungen die gleiche Temperatur wie der Kristall aufweisen muß. Um eine mögliche Kondensation von Wasser auf den Kristalloberflächen zu vermeiden, empfehlt es sich, vom Einbringen des Kristalls in den Rezipienten der Bedampfungsanlage an bis zum Bedampfen den Rezipienten auf etwa 90° C aufzuheizen. Die Bedampfung des Kristalls geschieht dann bei einem Druck von etwa 10~⁵ Torr mit einer Aufdampfrate von etwa 40 Ä/sec. Zur Erzielung einer gleichmäßig bedampften Oberfläche läßt man dann den Kristallträger mit 5 bis 10 Umdrehungen/min rotieren.The application of durable layers on KDP crisis surfaces requires special measures due to the hygroscopicity of the material. The polished KDP crystals must be cleaned with an anhydrous substrate cleaner, e.g. B. with an acetone ultrasonic bath, the bath must have the same temperature as the crystal to avoid thermal stresses. In order to avoid possible condensation of water on the crystal surfaces, it is advisable to heat the recipient to around 90 ° C from the time the crystal is placed in the recipient of the steaming system until the steaming operation. The vapor deposition of the crystal then occurs at a pressure of about 10 ^-5 Torr at a deposition rate of about 40 Å / sec. In order to achieve a uniformly vapor-deposited surface, the crystal carrier is then allowed to rotate at 5 to 10 revolutions / min.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur näher erläutertThe invention is explained in more detail below with reference to the figure

1 bezeichnet einen würfelförmigen KDP-Krisfll, auf dessen eine Seite ein Laserstrahl, dessen Durchmesser mit 4 angegeben ist, senkrecht antrifft und der den Kristall auf der gegenüberliegenden Seite wieder verläßt Die Lichteintritts- und die Lichtaustrittsseite sind über ihre gesamte Oberfläche mit elektrisch leitenden, transparenten Schichten 2, 2' belegt, die als Elektroden zum Anlegen der Modulationsspannung dienen. Diese Elektroden bestehen beispielsweise aus Indiumoxyd und werden mit einer Schichtdicke von etwa 200 Ä aufgebracht, so daß sie den erwünschten Flächenwiderstand aufweisen. Da die Elektroden bereits einen ausreichenden Schutz vor Feuchtigkeit bieten, ist es nicht nötig, die zur Entspiegelung erforderliche MgF₂-Schicht 3, 3' auf die gesamte Elekirodenfläche aufzubringen. Es genügt daher, sie zumindest auf eine Fläche, die dem Querschnitt des zu modulierenden Lichtstrahles entspricht, aufzudampfen. Die Dicke der MgFrSchicht wird dabei so bemessen, daß die Anordnung KDP-InO-MgF₂-LuH ein minimales Reflextonsvermögen aufweist. Zum Schutz gegen Feuchtigkeit werden auch die vier übrigen, zur Lichtausbreitungsrichtung parallelen. Seiten des KDP-Kristalls mit einer Magnesiumfluoridschicht 3" bedampft. 1 denotes a cube-shaped KDP-Krisfll, on one side of which a laser beam, the diameter of which is indicated by 4, strikes vertically and which leaves the crystal on the opposite side. The light entry and light exit sides are electrically conductive, transparent over their entire surface Layers 2, 2 'occupied, which serve as electrodes for applying the modulation voltage. These electrodes consist, for example, of indium oxide and are applied with a layer thickness of about 200 Å, so that they have the desired sheet resistance. Since the electrodes already offer sufficient protection against moisture, it is not necessary to apply the MgF ₂ layer 3, 3 'required for anti-reflective coating to the entire electrode surface. It is therefore sufficient to vaporize them at least onto an area which corresponds to the cross section of the light beam to be modulated. The thickness of the MgFr layer is dimensioned in such a way that the KDP-InO-MgF ₂ -LuH arrangement has a minimal reflex tones. To protect against moisture, the other four, parallel to the direction of light propagation, are also used. Sides of the KDP crystal with a 3 "magnesium fluoride layer.

Die MgFrSchicht erfüllt also, je nach dem Ort ihres Aufbringens, zwei verschiedene Funktionen. Da die Elektrodenschichtdickc durch den Flächenwiderstand festgelegt ist, dient die auf die Elektroden aufgedampfte MgF2-Schicht nur der λ/4-Anpassung der Anordnung der KDP-lnO-Mgp2-Luft. Auf den vier zur Lichtausbreitungsrichtung parallelen Seiten der Pockelszelle spieltThe MgFr layer thus fulfills two different functions, depending on where it is applied. Since the Electrode layer thickness is determined by the sheet resistance, the vapor deposited on the electrodes is used MgF2-layer only the λ / 4-adaptation of the arrangement of the KDP-InO-Mgp2-air. On the four to the direction of light propagation parallel sides of the Pockels cell

dagegen die Entspiegelung keine Rolle und die dort aufgedampften MgFj-Sehichten dienen ausschließlich als Feuchtigkeitsschutzschicht.on the other hand, the anti-reflective coating is irrelevant and the MgFj layers that are vapor-deposited there are used exclusively as a moisture protection layer.

Die so erhaltene Pockelszelle weist eine hohe Beständigkeit gegen Feuchtigkeit auf und kann den bei Riesenimpulsen auftretenden hohen optischen Flächenbelastungen standhalten. Dabei ist es günstig, die Zuleitungen möglichst kurz und induktivitätsarm auszuführen. Der Schalter, beispielsweise ein Schalttransistor oder Thyristor, wird dabei möglichst unmittelbar neben der Pockelszelle angebracht.The Pockels cell obtained in this way has a high resistance to moisture and can with Withstand huge impulses occurring high optical surface loads. It is beneficial to have the Make supply lines as short and low-inductance as possible. The switch, for example a switching transistor or thyristor, is placed as close as possible to the Pockels cell.

Hierzu 1 Blatt ZeichjMngenFor this 1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Electro-optical Ljchimodulatar with a cube-shaped KDP crystal, the light entry and light exit side each having an electrically conductive transparent layer, which serves as an electrode for applying the modulation voltage, characterized in that the other surfaces of the crystal are provided with a moisture protection layer that for the Modulation of the radiation from giant pulse lasers the electrode material is indium oxide with a surface resistance between 2 and 5 kOhm / cm ² and that a MgFr layer is vapor-deposited on the electrodes with such a thickness that the total thickness of the two Sc'-layers on the light entry and light exit side respectively causes an A / 4 adjustment