DE2106365C3

DE2106365C3 - Modulator zur elektrisch gesteuerten Beeinflussung der Phase eines Lichtstrahls

Info

Publication number: DE2106365C3
Application number: DE2106365A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Frhr.Von Dr.Rer.Nat. 8000 Muenchen Hundelshausen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-02-10
Filing date: 1971-02-10
Publication date: 1975-01-16
Also published as: US3767287A; FR2124522A1; DE2106365B2; GB1330260A; NL7201763A; FR2124522B1; DE2106365A1; LU64750A1; BE779213A; IT947377B

Description

55 Lichtstrahls. Zu diesem Zweck weist er einen Polari-

sator sowie ein die Polarisationsrichtungen trennendes Prisma auf. Geeignet hierzu ist beispielsweise ein Nicolprisma, ein Wollastonprisma oder ein Rochon-

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Modulator prisma. Das beste Ergebnis erzielt man dabei, wenn

zur elektrisch gesteuerten Beeinflussung dar Phase &> dee Polarisator so angeordnet ist, daß die Polarisa-

eines Lichtstrahls, wobei der Strahl durch einen elek- tionsrichtung des Lichtstrahls nicht zusammenfallt

trooptisehen Kristall geleitet wird, an den eine eJek- mit der Hauptachse des durch das elektrische Feld

irische Spannung angelegt wird in dem Kristall induzierten Brechungsindexelh'psoids.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- Für alle Anwendungsßlle kann sowohl der trans'

gründe, einen Modulator mit einem elektrooptischen 65 versale auch als der longitudinale elektrooptische

Kristall anzugeben, der zur elektrisch gesteuerten Be- Effekt ausgenutzt werden, d. ti., das zur Steuerung im

eiflflussuttg der Phase eines Lichtstrahls geeignet ist. Kristall erzeugte elektrische Feld fällt entweder mit

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe der EinfaUsrichtung des Lichtstrahls zusammen oder

steht senkrecht auf der Einfallsrichtung des Lichtstrahls,

Im folgenden sind noch einige Ausfübrungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in den Figuren dargestellt sind.

Fig.! zeigt die Anordnung eines Phasenmodulators;

Fig. 2 zeigt die Anordnung eines Amplitudenmodulators, und

Fig. 3 zeigt die Anordnung eines Lichtablenkers.

Der in Fig. 1 dargestellte Phasenmodulator besteht aus einem. Polarisator 1 und einem elektrooptischen Kristall 2, beispielsweise aus einem Zink-Quecksflber-Thiocyanat der Formel Zn[Hg(SCN)₄]. An diesem Kristall ist eine Steuerspannung U angelegt. Ein Laserstrahl 3 geht durch den Polarisator und den Kristall und erfährt in Abhängigkeit von der Spannung U eine Phasenmodulation.

Zur Ausnutzung des transversalen elektrooptischen Effektes werden hierbei das elektrische Feld und der ao Polarisator parallel zu der c-Achse des Kristalls 2 ausgerichtet, während der Lichtstrahl parallel zur fl-Achse einfällt (elektrooptische Koeffizienten r₁₃, T₂₃). Alternativ kann jedoch auch das elektrische Feld parallel zur α-Achse des Kristalls, aber senkrecht zum Licht, der Polarisator unter 45° zur α-Achse und das Licht parallel zur anderen α-Achse angeordnet sein (elektrooptische Koeffizienten r₅₁, r₄₂).

Zur Ausnutzung des longitudinalen Effektes werden das Licht und das elektrische Feld parallel zur α-Achse des Kristalls und der Polarisator unter 45° zur α-Achse angeordnet (r_tv r..,). Alternativ kann jedoch auch das Licht oder das elektrische Feld parallel zur c-Achse und der Polarisator unter 45° zur c-Achse des Kristalls angeordnet werden (r_e3).

Der in F i g. 2 angeordnete Amplitudenmodulator besteht aus einem Polarisatori, einem von einer elektrischen Spannung U gesteuerten Kristall 2 und einem Analysator 4, wobei durch die gesamte Anordnung ein Laserstrahl 3 geschickt wird.

Zur Ausnutzung des transversalen elektrooptischen Effektes wird hierbei das Licht entweder parallel zur «-Achse, das elektrische Feld parallel zur c-Acbse und der Polarisator und Analysator unter 45° zur c-Achse angeordnet (r_ls, T₂,) oder das Licht parallel zur α-Achse, das elektrische Feld parallel zur anderen α-Achse, aber senkrecht zum Licht und der Polarisator und Analysator parallel zur anderen α-Achse angeordnet (r_5l, r^.

Zur Ausnutzung des longitudinalen Effektes werden entweder das Licht und das elektrische Feld parallel zur α-Achse und der Polarisator und der Analysator parallel zur anderen a- oder der c-Achse (r₄₁, r₅») oder das Licht und das elektrische Feld parallel zur c-Achse sowie der Polarisator rad der Analysator parallel zur β-Achse angeordnet {r^.

F i g. 3 zeigt einen Lichtablenker, bestehend aus einem Polarisator 1, einem elektrooptischen Kristall 2 und einem Prisma S, das in der Lage ist, die Polarisationsrichtungen des Lichtes zu trennen, z. B. ein Wollastonprisma. Bei Anlegen der Halbwcllenspannung an den Kristall 2 leuchtet dann nur eine Richtung auf, während im spannungslosen Zustand die andere Richtung aufleuchtet. Durch Hintereinanderanordnung mehrerer solcher Kristalle können mehrere Strahlrichtungen erzeugt werden, nämlich 2"-Richtungen, wenn η die Anzahl der Kristalle bedeutet

Bei allen drei Anwendungen können auch zu den Kristaillachsen schräge Einfallrichtungen des Lichtes und schräg angelegte elektrische Felder benutzt werden. Diese Felder lassen sich aber alle aus den geschilderten ableiten, da nur die angegebenen elektrooptischen Koeffizienten benutzt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

vorgeschlagen, daß der Kristall nach der Formel Patentansprüche; Me1[Me11(SCN)4J ausbaut tat.unddaß Me, ma r Me» Metalle aus der ersten oder zweiten Reihe des

1. Modulator mt elektrisch gesteuerten Beein- Periodensystems der Elemente sind.

flnssung der Phase eines üchtetrahls, wobei der 5 Besonders geeignet sind solche Verbindungen, in Strahl durch einen elektrooptischen Kristall ge- denen das; zweite^Metall Me,, Quecksilber ist und leitet wird, an den eine elektrische Spannung an- das erste Metall Me, Zink, Kadmium, Kupfer oust gelegtwird, dadurch gekennzeicbet, daß Gold ist, ^sprechend den F°nneln ZnJPg(SCN)₄] der Kristall nach der Formel Me₁[MeI₁(SCN)₄] oder Cd[Hg(SCN)₄] oder Cu[Hg(SCN)₄] oder ~- aufgebaut ist wd daß Me, «nd Me₁, Metalle aus *o Au[Hg(SCN)₄].

der ersteig oder z^eiteB Reibe des Perioden- .· Kristalle der vorgenannten Art können z.B. ersystems'der Elemente sind. halten werden aus einem Gel, insbesondere Sihkagel,

2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch ge- in welchem die Komponenten zur Reaktion gebracht kennzeichnet, daß das erste Metall Me, Zink, werden. Diese Methode wird mit Erfolg verwendet, Kadmium, Kupfer oder Gold ist und das zweite 15 vm große Kristalle und Verbindungen zu bekommen, Metall Quecksilber ist, entsprechend den For- dus sehr schwer löslich sind und daher bei der übmeln Zn[Hg(SCN)₄] oder Cd[Hg(SCN)₄] oder liehen Fällung nur feinkristalliert ausfallen. Das Ver-Cu[Hg(SCN)₄] oder Au[Hg(SCN)₄f. fahren umfaßt z. B. in einem ersten Schritt die BiI-

3. Modulator nach Anspruch 1 oder 2, da- dung des Gels aus einer Lösung, welche die eine durch gekennzeichnet, daß er außerdem einen ao Komponente des Kristalls enthält. Die weitete Reak-Polarisator zui verbesserten Phasenmodulation tionskomponente wird dann zum Eindiffundieren in des Lichtstrahls aufweist. das Gel gebracht, durch Überschichtung des Gels

4. Modulator nach Anspruch 3, dadurch ge- mit einer wäßrigen Lösung, welche diese andere kennzeichnet, daß der Polarisator so angeordnet Komponente enthält. Die Einwanderung kann aber ist, daß die Polarisationsrichtung des Lichtes im »5 ebenso aus einer anderen Lösung oder aus der Gaswesentlichen zusammenfällt mit der Hauptachse phase erfolgen.

des durch das elektrische Feld in den Kristall Die aus diesen Stoffen bestehenden Kristalle geinduzierten Brechungsindexellipsoids. hören der tetragonalta Kristallklasse I? an. Die nicht

5. Modulator nach Anspruch 1 oder 2, da- verschwindenden elektrooptischen Koeffizienten sind durch gekennzeichnet, daß er zur Amplituden- 30 damit r_l3 = -T₂₃, r₄₁ = r₅₂, r_sl = — r₄₂ und r_e3. Die modulation de« Lichtstrahls zwei gekreuzte oder c-Achse ist die optische Achse des Kristalls. Die beiparallele Polarisatoren aufweist, zwischen denen den darauf senkrechten Achsen sind α-Achsen.

der Kristall angeordnet isi. Weist der erfindungsgemäße Modulator weiterhin

6. Modulator nach Anspruch 5, dadurch ge- einen Polarisator auf, so eignet er sich noch besser kennzeichnet, daß die Polarisatoien so angeord- 35 zur Phasenmodulation eines Lichtstrahls. Man benet sind, daß die Polarisationsrichtung des Licht- kommt hierbei den größten Modulationsgrad, wenn Strahls mit der Hauptachse des durch das elek- der Polarisator so angeordnet ist, daß die Polarisatrische Feld in den Kristall induzierten Brechungs- tionsrichtung des Lichtes im wesentlichen zusammenindexellipsoids einen Winkel von 45° bildet. fällt mit der Hauptachse des durcii das elektrische

7. Modulator nach Anspruch 1 oder 2, da- 40 Feld in dem Kristall induzierten Brechungsindexdurch gekennzeichnet, daß der Modulator zur ellipsoids.

elektrisch gesteuerten Ablenkung eines Licht- Weiterhin kann der erfindungsgemäße Modulator

Strahls einen Polarisator und ein die Polarisations- zur Amplitudenmodulation eines Lichtstrahls verrichtung trennendes Prisma aufweist. wendet werden. Hierzu weist der Modulator zwei

8. Modulator nach einem der Ansprüche 1 45 gekreuzte oder zwei parallele Polarisatoren auf, bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem zwischen denen der Kristall angeordnet ist. Den Kristall erzeugte elektrische Feld im wesentlichen höchsten Modulationsgrad erhält man hierbei, wenn mit der Einfallsrichtung des Lichtstrahls zusam- die Polarisatoren so angeordnet sind, daß die Polarimenfällt. sationsrichtung des Lichtstrahls nicht zusammenfällt

9. Modulator nach einem der Ansprüche 1 50 mit der Hauptachse des durch das elektrische Feld bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem in dem Kristall induzierten Brechungsindexellipsoids Kristall erzeugte elektrische Feld im wesentlichen und insbesondere zu diesem unter 45° steht,
senkrecht auf der Einfallsrichtung des Lichtstrahls Weiterhin eignet sich der erfindungsgemäße Mosteht. dulator zum elektrisch gesteuerten Ablenken eines