DE2218309A1

DE2218309A1 - Optische Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE2218309A1
Application number: DE19722218309
Authority: DE
Inventors: James D. Burnsville Minn. Zook (V.St.A.)
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1971-04-15
Filing date: 1972-04-15
Publication date: 1972-10-26
Also published as: FR2133587A1; IT951172B; US3736046A

Description

"Optische Steuereinrichtung"

Die Erfindung betrifft eine optische Steuereinrichtung zur wahlweisen Änderung der räumlichen Koordinaten eines gebündelten Lichtfleckes. Das Wort "Licht" wird in den nachfolgenden Ausführungen als Folge von elektromagnetischen Wellen verstanden, die innerhalb eines Frequenzbandes liegen, zu dem auch das infrarote, das sichtbare und das ultraviolette Licht gehört. Die Erfindung betrifft insbesondere eine optische Einrichtung für ein optisches System mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles und mit einer Fokussiereinrichtung zur Bildung eines fokussierten Lichtfleckes.

Bei vielen optischen Systemen ist es sehr erwünscht, die Größe oder die räumliche Gestalt eines gebündelten Lichtfleckes sehr schnell zu ändern. Es ist bekannt, die Größe des Lichtfleckes durch mechanisch angetriebene Zoom-Linsen zu variieren, bei welchen allerdings die vielfach gewünschte große Änderungsgeschwindigkeit nicht erreicht werden kann.

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Es ist au η der amerikanischen Pa'c-ents-.-lirift 3 }63 209 eine Einrichtung zur schnellen Kndorun^ eine; Lir-htfleckes bekannt geworden, die nit großem Vor toi?- bei optischen Speichern für große Datemr.engen (Massencipeicher) verwendet wird. Bei dieser Einrichtung heizt ein Laserstrahl diskrete Teile eines dünnen Magnetrnaterials über den Curie-Punkt auf und ändert damit die Ha^netisierunf,öj.ichtui:^ an dieser Stelle. Die Einrichtung -...hält die gespeicherten Informationen durch Dämpfung des Iaserstrahles zurück, wodurch ein die Information nicht zerstörendes Lesen durch Anwendung dos Faraday-Effekt; oder des magneto-optischen Kerr-Effektes möglich wird. Die in der dünnen Schicht gespeicherte Information kann durch Aufheizen der betreffenden Schichtstelle auf den Curio-Punkt und gleichzeitige Einwirkung einen magnetischen-Feldes gelöscht werden.

Die Möglichkeit zur Änderung der räumlichen Gestalt eines gebündelten Lichtfleckes ist bei Massennpeichern der oben beschriebenen Art (Zugriff mit Hilfe eines Lichtstrahls, Schreiben und Löschen durch Wirkung des Curie-Punktes) aus mehreren Gründen sehr erwünscht. Zum einen läßt sich bei Speichern der genannten Art eine unvollständige Löschung infolge einer Fehlüberdeckung durch Löschen eines größeren Gebietes als das beschriebene erreichen. Zum zweiten hat der Lichtfleck eine nicht gleichförmige Intensitätsverteilung, die der Gaus'sehen Verteilungskurve folgt; wodurch nur das Mittelteil des Fleckes über die Schreibtemperatur erhitzt v/ird und nur Gebiete kleineren Durchmessers als' der Strahldurchmesser beschrieben werden. Während des Lesens ist es erwünscht, einen gebündelten Lichtfleck zu haben, der nicht größer als der geschriebene Fleck ist, da außerhalb der Grenzen des beschriebenen Gebietes auftreffendes Licht eine unbeschriebene Schicht auffindet und damit nicht zum Loseßignal beiträgt. Es läßt sich daher das Lesesignal eines optischen Massespeichers entweder durch Verwendung eines kleineren Leuchtfleckes beim Lesen als beim Schreiben oder durch Änderung der räumlichen Gestalt des gebündelten Licht-

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fleckes und einer Vermehrung der Laserleistung während des Schreibens erhöhen, wobei ein größerer Fleck beschrieben wird.

Eine Einrichtung zur schnellen Änderung des Lichtfleckes eines gebündelten Laserstrahles wird in einer Pararlelan- . meldung des gleichen Anmelders beschrieben.

In dieser Einrichtung wird der Lichtfleck wahlweise durch die Führung eines Lichtstrahls über einen ersten oder einen zweiten Pfad bewirkt. Die einzelnen Pfade repräsentieren unterschiedliche optische Abstände der Einschnürung des Lichtstrahles von der Fokussiereinricbtung. Obwohl diese Einrichtung eine Heihe von Vorteilen aufweist, werden doch mehrere optische Bauelemente benötigt und nur zwei verschiedene Fleckgrößen erreicht. In vielen Massenspeichern mii optischem Zuggriff ist es aber vorteilhaft, drei verschiedene Lichtfleckgrößen zu haben, z.B. jeweils eine unterschiedliche zum Schreiben, Lesen und Löschen. Die Erfindung besteht darin , daß die Einriclitung zur steuerbaren Änderung der Gestalt des fokussierten Lichtlleckes einen Körper 24 wurweist, welcher zwischen die Lichtquelle (10) und die Fokussiereinrichtung (15) eingefügt ist, und welcher aus einem Material besteht, welches in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld zur Änderung der Eigenschaften eines Lichtstrahles in seinen optischen Daten veränderbar ist,und daß Elektroden (25) zur Erzeugung eines ungleichförmigen elektrischen Feldes vorgesehen sind, welches derart auf den Körper einwirkt, daß sich eine ungleichförmige Änderung der Eigenschaften des Lichtstrahles und damit eine Gestaltsänderung des fokussierten Lichtfleckes ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt/

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Pig. 1 ein optisches System, in dem eine im wesentlichen an der Einschnürung angeordnete Ausführungsform der Erfindung Verwendung findet,

Fig. 2 eine v/eitere Ausführung π form der erf indungsgeinäßen

zur Änderung des Lichtfleckes dienenden optischen Einrichtung in Form eines rechtwinkligen Zylinders aus elektro-optischem Material,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsfomm der optischen Einrichtung in Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds aus elektro-optischem Material,

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Pig. ty ein optisches System, in den eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung Verwendung findet, welche zwischen einer Einschnürung des Lichtstrahles und der Fokussiereinrichtung eingefügt ist,

Fig. 5 das Löschen eines durch Verwendung des Curie- .

Punktes geschriebenen Fleckes in dem System nach Fig. i»,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der optischen Einrichtung Vielehe aus einem einzigen aus elektrooptischen Material bestehenden Körper gebildet ist und in der Lage ist, die Lichtfleckausdehnung in einer Dimension zu ändern,

Fig. 7 die Intensitätsverteilung eines fokussierten Lichtfleckes mit und ohne Lichtstrahlbeugung,

Fig. 8 eine ,weitere Ausführungsform der optischen Einrichtung mit Änderungsmöglichkeit in einer Dimension und

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der optischen Einrichtung mit einem dreieckförmigen Prisma aus elektro-optischem Material.

Fig. 1 zeigt ein optisches System, in dem die wesentlichen Baugruppen eines Massenspeichers mit optischem Zugriff dargestellt sind. Eine beispielsweise als Laser ausgestaltete Lichtquelle 10 gibt einen Lichtstrahl 11 afc. Ein Polarisator 12 polarisiert den Lichtstrahl 11 in einer ersten Polarisationsrichtung. Der Lichtstrahl 11 weist in der Ebene A eine Einschnürung 13 auf. Die Einschnürung 13 kann beispielsweise durch die als Laser ausgestaltete Lichtquelle 10 selbst oder durch eine geeignete Sammellinse lh herbeigeführt v/erden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Eine Fokussiereinrichtung 15 bildet einen fokussierten Lichtfleck 16,auf einer Ebene B ab, auf der das optische Speichermedium 17 angeordnet ist. Der Adressgeber 20 steuert den Lichtstrahl 11 wahlweise zu verschiedenen Orten auf dem Speichermedium 17. Der Adressgeber kann beispielsweise eine elektrooptische, akusto-optische oder mechanische Lichtstrahlablenkeinrichtung sein. Eine Linse 21 nimmt den die Einschnürung 13

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verlassenden Lichtstrahl auf und macht die einzelnen Teilstrahlen des Lichtstrahls 11 im wesentlichen parallel. Ein zweiter Polarisator der weiter unten durchgehend als Analysa- , tor .bezeichnet wird, überträgt den Teil des Lichtstrahles 11, welcher die erste Polarisationsrichtung aufweist..Im wesentlichen an der Einschnürung des Lichtstrahles 13 ist eine optische Einrichtung zur steuerbaren Änderung der Größe des fokussierten Lichtfleckes 16 vorgesehen. Die Einrichtung weist einen Körper 24 auf, welcher aus einem durch Einwirkung eines elektrischen Feldes in seinen optischen Eigenschaften steuerbaren Material besteht, so daß sich durch diesen Körper die Intensitätsverteilung des Lichtstrahles in derEbene B steuern läßt, über die Elektroden 25 wird steuerbar ein ungleichmäßiges elektrisches Feld auf den Körper 24 aufgebracht, so daß sich eine ungleichförmige Änderung in der Charakteristikvdes Lichtstrahles 11 ergibt, woraus eine Änderung in der Größe oder der Gestalt des fokussierten Lichtfleckes 16 resultiert.

Wird eine kleine kreisförmige öffnung in die Ebene A eingebracht, so wirkt diese Blende als räumliches Filter. Während des Betriebes ändert die optische Einrichtung steuerbar die Größe der effektiven Blende in der Ebene A und wirkt damit als ein durch ein elektrisches Feld steuerbares räumliches Filter. Wird die Größe dieser wirksamen Blende vermindert, so nimmt die Intensität des Lichtstrahles 11 ab. Gleichzeitig vergrößert der aus der optischen Einrichtung austretende Strahl 11 seine Größe und der fokussierte Lichtfleck 16 in der Ebene B wird kleiner. Eine Verminderung der Blende in der Ebene A führt so lange zu einer Verminderung in der Größe des fokussierten Lichtfleckes 16, bis der Lichtstrahl 11 sich so vergrößert hat, daß er die Fokussiereinrichtung 15 gleichmäßig ausleuchtet. In diesem Punkt wird der fokussierte Lichtfleck als "brechungsbegrenzt" (diffractionlimited) bezeichnet und hat die Forn einer Airy'schen Scheibe (Airy disk). Der Durchmesser d der Airy'schen Scheibe ergibt sich aus der bekannten Beziehung d = 1,22 A F, wobei Λ gleich der Wellen-

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länge des Lichtstrahles 11 und P die effektive f-Zahl des
Systems ist.

Wäre der Laser 10 ein idealer Laser und wenn der Lichtstrahl nicht rai irgendeiner Stelle längs seines Pfades durch eine
Blende geleitet würde, so vräre der Lichtfleck 16 ein brechungsbegrenzter Lichtfleck mit einer Gauss'sehen Energieverteilung bei einem über die Airy'sehe Scheibe reichenden Lichtfleck. Auf diese Weise vermindert die Verkleinerung der effektiven Blendenöffnung in der Ebene A durch die optische Einrichtung zur Änderung des Lichtflecks die Größe dieses fokussierten Licht-? .flecks 16. Zusätzlich können in der Praxis Hochleistungslaser nicht eine Brechungsbegrenzung erzielen, sondern bewirken vielmehr einen fokussierten Lichtfleck, der zwar auch eine Gausssche Gestalt hat,aber größer ist als der brechungsbegrenate
Lichtfleck. Dieser Mangel in der Erzielung einer Brechungsbegrsnzung durch einen Laser 10 erhöht die Wirkung der optiechen Einrichtung, bei der Verminderung der Größe des Lichtflecks 16.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Körper 24 nach I?ig. 1 ein rechteckförmiger Zylinder aus einem elektro-optischen Material ist, welches(in der Hermann-Manguin-Schreibweise) einen 42m oder 43m
Typ der Punktsymmetrie (42m or the 43m type of point symmetrie) hat. Beispiele derartiger Materialien mit einer oben geschilderten 42m Symmetrie sind Kalium-Dihydrogen-Phosphat (potassium dihydrogen phosphate, (vielfach kurz Ki)P genannt, Kalium-Dideuterium Phosphat (potassium dideuterium phosphat, viel-

fach KD-P_· genannt und Dihydrogen Phosphat (ammonium dihydrogen phosphat, vielfach ADP)genannt. Zu den Materialien, wel ehe einen 4"3m Typ der Punkt-Symmetrie haben, gehört Gallium Arsenid (gallium arsenide (GaAs), Zinksulfid (ZnS) und Zinktellurid
(ZnTe). Der senkrecht zur Grundfläche stehende Zylinderkörper hat eine Zylinderfläche 30,eine erste Stirnfläche 31>durch
welche der Lichtstrahl 11 in den Körper eindringt und eine

zweite Stirnfläche 32, durch welche der Lichtstrahl den Körper + Ammonium-

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■ zrläJßt. Eine erste Elektrode 33 ißt an d~en Körper angebracht und erstreckt sich um -lie Zylinderfläche (Mantelfläche)30 na-· he der ,ersten Stirnfläche, während ο:Ιτ·θ zweite Elektrode analog hierzu die ZyXirderflache 30 in der ITähe der zweiten Stirnfläche 32 utifaßt.

Pig. 2b zeigt eins Seitenansicht der Einrichtung nach. Pig„2a, in der als spezielles elekt.ro~optisch.es Material lilP"P vcrv;endet wird. Die Ausbreitungsrichtung dec Lichtstrahles 11 fällt mit der kristallografischen Z~-Ach.se des Körpers i.'Aiij&.Lr:ncii.Hinzu kommt, daß der Lichtstrahl 11 vorzugsweise in der Ebene und 4-5°: den kristallograf isehen X' und Y'- Achsen polarisiert ..ist, um den Betrag der Phasen verzögerung des Lichtstrahls im Körper zu maximieren.

Wird das elektrische Potential zwischen den Elektroden 33 und 34- aufgebaut, so wirkt auf den Körper ein ungleichförmiges elektrisches Feld ein. Vie in Fig. 2 c gezeigt, in welcher ein Schnitt durch die Einrichtimg nach Fig. 2a dargestellt .'.is^i ist das parallel zur Z-Achse verlaufende Feld in der Mitte des Körpers klein, wodurch, sich nur eine kleine Ände~ imQ in der Phasenbeziehung zwischen den gewöhnlichen und den außergewöhnlichen Teilstrahlen (ordinary and extraordinary rays) ergibt. Die Gebiete nahe der Zylinderfläche 30 des Körpers weisen aber ein sehr viel stärkeres elektrisches Feld auf, wodurch sich eine größere Änderung der Phasenbeziehung zwischen den gewöhnlichen und den außergewöhnlichen Teilstrahlen ergibt. In dem System nach Fig.1 läßt der Analysator 22 nur in einer ersten Richtung polarisiertes Licht hindurch. Daher wird bei einem Anstieg der Spannung zwischen den Elektroden 33 und 34- der Durchgang der äußeren Teile des Lichtstrahles durch den Analysator 22 verhindert, während in der Mitte des Strahles 11 nur eine geringe Änderung im Durchgang festgestellt wird. Weiterhin ist die Gesamtintensität des Lichtstrahles 11 nach dem Durchgang durch den Analysator 22 vermindert, weshalb die erfindungsgemäße optische Einrich-

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tung ebenso als Modulator wie als Einrichtung zur Veränderung der Fleckgröße dient. In einigen Systemen ist es aber wiinscäiesB'sert, einen getrennten Modulator und eine getrennte Einrichtung zur optischen FLeckgrößenänderung zu haben.

Pig. 3a zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein aus elektro-optischem Material bestehender Körper in Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds Verwendung findet, wobei das Material eine 3m oder 4mm Punkt-Syraraetrie hat. Beispiele für Materialien einer 3m Punkt-Symmetrie (3m point symmetry) sind Lithium-Niobat (LiFbO₅,) und Lithiusi-iUantalat (LiTaO^). Zu den Materialien mit einer 4mm Punkt-Symmetrie (4mm point symmetry) gehören Barium-Titanat (BaTiO,) und Strontium-Barium Niobat (^Sr _x ^Ba-i-x^N^2⁰6^ J^wel~ ches gewöhnlich als SBN bezeichnet wird. Aus Gründen der Vereinfachung wird im folgenden vorausgesetzt, daß das in Fig* 3a gezeigte besondere elektro-optische Material ein Lithium-Niobat-Kristall ist, der eine erste Fläche 4-0 aufweist, durch die der Lichtstrahl in den Kristall eintritt und der eine zweite Fläche 41 aufweist, aus der der Lichtstrahl 3ä den Körper verläßt. Die kristallografisehe 2-Achse steht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes in dem Kristall. Auf Jedem der vier Seiten des Kristalls 42a , 42b, 42c und 42d ist jeweils eine entsprechende Elektrode 44 angebracht, die sich über die Länge des Kristalls erstreckt.

Während des Betriebes wird ein positives Potential auf die Elektroden 44a und 44c an den einander gegenüberliegenden Seiten 42a und 42c gegeben, während ein negatives Potential auf die Elektroden 44b und 446 auf den einander gegenüberliegenden Seiten 42b und 42d gelangt. Auf diese Weise ergibt sich ein quadropolares elektrisches Feld innerhalb des Körpers. Die Feldstärke im Zentrum des Körpers ist Null und · ungleich Null in den äußeren Regionen in der Nähe der Elektroden, wodurch sich eine Verminderung der effektiven Blendöffnung für den Lichtstrahl 11 in der Ebene A in ähnlicher

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Weise ergibt, wie es schon im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben vmrde. Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich' aber von der nach Fig. 2 dadurch, daß in Fig. 2 eine verminderte effektive Blende geschaffen wurde, welche eine kreisförmige Form hatte, während nach der Einrichtung gemäß Fig.3a sich eine verminderte öffnung ergibt, die nicht kreisförmig ist. In solchen Systemen, in denen ein im wesentlichen kreisförmiger fokussierter Lichtfleck 16 benötigt wird, ist ein gegegenüber dem in Fig. 3agezeigten Körper gleichartiger zweiter elektro-optischer Körper notwendig, der gegenüber diesem um 4-5° • gedreht ist, wie es in Fig. 3b dargestellt wurde. Dieser Körper kann in den Pfad des Lichtstrahles 11 hinter dem ersten Körper derart angeordnet werden, daß er die verminderte effektive Blendenöffnung fast kreisförmig gestaltet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Körpa? 24- nach Fig. 1 aus einem Material mit elektro-absorptiven Eigenschaften, die gewöhnlich unter der Bezeichnung "Franz-KeIdysh-Effekt" bekannt sind. Derartige Materialien zeigen ein Anwachsen der optischen Absorption bei bestimmten Lichtwellenlängen bei Anwesenheit eines wirksamen elektrischen Feldes. Über die Elektroden 25 wird Steuerbar ein nicht-gleichmäßiges elektrisches Feld derart auf den Körper aufgebracht, daß sich eine größere Absorption des Lichtes in den Bereichen höherer Feldstärke ergibt, wobei die wirksame Blendenöffnung in der Ebene A vermindert 'wird. Die Elektrodenkonfiguration zur Schaffung eines η ichtrrgl eichmäßigen elektrischen Feldes innerhalb des elektro-absorptiven Materials ist analog der in den Fig. 2 und 3 gezeigten. In dieser Ausführungsform wird kein Analysator 22 benötigt.Weiterhin kann auch bei den Ausführungsformen auf einen Polarisator 12 verzichtet werden, bei denen ein Material verwendet wird, dessen elektro-absorptiver Effekt nicht von der Polarisation abhängig ist.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung läßt sich die Größe des fokussierten Lichtfleckes 16

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verkleinern,indem man eine ungleichmäßige Änderung ir der Charakteristik des Lichtstrahles 11 bewirkt. Diese Charakteristik ist die Intensitatsverteilmig des Lichtstrahles 11. In den nachfolgenden Ausführungsformen der Erfindung wird die Größe des fokusvierten Lichtfleckes 16 steuerbar vergrößert* Das Anwachsen der Größe wird durch eine ungleichmäßige Änderung einer anderen Einflußgröße des Lichtstrahles 11 erreicht, nämlich durch die Form der Wellenform.

Es ist weiterhin für viele Anwendungsgebiete ausreichend, wenn sich die steuerbare Größenänderung des fokussierten Lichtflekkes nur in einer Dimension vollzieht. So ist insbesondere eine eindimensionale Vergrößerung der Lichtfleckgröße für mit Hilfe eines Lichtstrahls angewählte optische Speicher (beam-adressed optical memories) vollkommen ausreichend. Ein Beispiel eines derartigen Speichers ist ein rotierender Trommelspeicher, bei dem das Speichermedium 17 auf die rotierende zylindrische Trommel aufgebracht ist. Die Drehung der Trommel bewirkt eine relative Bewegung zwischen dem Lichtstrahl und dem Speichermedium in einer ersten Dimension, wodurch eine Änderung der .Strahllage in einer ersten Dimension, eaielt wird.

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Eine zweidiinensionale Ausrichtung des "Strahles wird durch eine Lageänderung des Lichtstrahles in einer zweiten im wesentlichen isenkrecht zur ersten Dimensionsrichtung stehenden Richtung erreicht. Man erkennt, daß sich die Größe des fokussierten Lichtfleckes 16 in der ersten Dimensionsrichtung durch Verlängerung der Strahlungsdauer des Lichtstrahles Ii auf das Speichermedium 17 vergrößern läßt. Daraus f olfrt, daß sich eine zweidiir.ensionale Vergrößerung der Lichtfleckgröße durch eine Verbreiterung des Lichtstrahles 11 auf dem Speichermedium Vl in der zweiten Dimensionsrichtung erreichen läßt.

In Pig. M ist ein optisches System gezeigt, welches dem in Fig. 1 dargestellten entspricht. Anstatt des Körpers 2*1 zur steuerbaren Größenänderung des Lichtfleckes ist aber in Fig. 4 ein in der Fachwelt bekannter Modulator Ί8 eingesetzt. Eine eindimensionale Änderungseinrichtung 50 ist zwischen die Einschnürung des Lichtstrahles 13 und die Fokussiereinrichtung 15 eingefügt, wobei die Xnderungseinrichtung 50 einen Körper

51 aus elektro-otischem Material aufweist, über die Elektroden

52 wird steuerbar ein ungleichförmiges elektrisches Feld auf den Körper 51 aufgebracht, durch welches sich eine ungleichförmige Änderung oder Deformation der Form der Wellenfront des Lichtstrahles 11 ergibt. Die Deformation der Form derWellenfront bedingt eine Interferenz in der Ebene B und eine eindimensionale Erhöhung der Oröße des fokussierten Lichtfleckes 16. Die Richtung, in der sich der Lichtfleck 16 durch die Änderungseinrichtung 50 vergrößert, wird nachfolgend als "Strahlverbreiterungseinrichtung" bezeichnet. Eine Abtasteinrichtung 53 für den Strahl verursacht eine Relativbewegung zwischen dem Strahl 11 und dem Speichermedium 17 in einer in wesentlichen senkrecht zur Strahlverbreiterungseinrichtung stehenden Richtung. In einem durch Strahl adressierten, eine rotierende Trommel aufweisenden optischen Speicher ist eine Abtasteinrichtung 53 mit einer Anordnung versehen, welche die Zylindertrommel antreibt. Bei einem System ohne drehende Trommel wird die Abtastung des Lichtstrahles in der senkrecht zur Strahlverbrei terungsefnrichtung stehenden Richtung entweder durch einer

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besonderen Deflektor (dither deflector) oder durch den Adressgeber 20 für den Strahl bewirkt.

Pip;. 5 beschreibt die Arbeitsweise des Systems nach Pig. ^t. Das Speichermedium 17 ist beispielsweise als dünner Mangan-Bismuth-Film (manganese bismuth film) dargestellt, auf den ein durch Ausnützung des Curie-Effektes geschriebener Fleck 6o durch Anv/endung des gleichen Effektes gelöscht wird. Der durch gestrichelte Linien dargestellte fokussierte Lichtfleck 16 wird in der Strahlverbreiterungsrichtung verlängert, so daß er größer ist als der geschriebene Fleck 60. Der fokussierte Lichtfleck wird in drei Lagen gezeigt, während der der Lichtstrahl in der senkrecht zur Strahlverbreiterungsrichtung stehenden Abtastrichtung abgetastet wird. Das Gebiet des dem Lichtstrahl 11 ausgesetzten optischen Speichermediums 17 wird auf eine oberhalb 36O⁰ C( der Curie-Temperatur des Mangan-Bismuth) liegende Temperatur erhitzt und ein externes Magnetfeld richtet die Magnetisierungsrichtung der erhitzten Teile, während deren Abkühlung in Richtung der Magnetisierungsrichtung des umgebenden Bereiches des Speichermediums aus. Da ein über den geschriebenen Fleck SO hinausgehendes Gebiet gelöscht wird, ist die Gefahr einer unvollständigen Löschung infolge einer verschobenen Aufzeichnung wesentlich herabgesetzt.

Die in den Fig. 6a, 6b und 6c dargestellten Einrichtungen weisen einen Körper 70 aus elektro-optischem Material auf,, welcher die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds aufweist und eine erste Fläche 71 hat, durch welche der Lichtstrahl 11 eindringt, eine zweite Fläche 72 hat, aus v/elcher der Lichtstrahl 11 ausdringt, sowie eine erste, zweite, dritte und vierte Seite 72, 7¹J, 75, 76 hat. Die einander gegenüberstehenden parallelen Seiten 73 und 75 tragen schattiert dargestellte Elektroden 80. Die Elektroden 80 bestehen aus einer Anzahl dreieck« förrniger Bereiche mit einem minimalen Gebiet in der Mitte der"ersten und dritten Seite 73, 75 und einem maximalen fJebiet in der Nähe der Kanten der ersten und dritten Seite 73,

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75) welche an die zweite und vierte Seite 7¹J, 76 angrenzen. Die Elektroden 80 können aber auch eine nicht dreiecksförmige Form aufweisen. Ganz allgemein wird die Deformation'der Wellerifront durch die Form der Elektroden bestimmt und es ist möglich, eine Elektroden-form anzugeben, die zur Erzeugung einer Vielzahl von Wellenfrontdeformationen in der Lage ist. Eine derartige Elektrode ist in Fig. 6d gezeigt.

Während des Betriebes passiert, wenn kein elektrisches Feld auf den Körper 70 einwirkt, der Lichtstrahl 11 diesen Körper im wesentlichen ungestört. Wird nun eine Spannung auf die Elektroden 80 gegeben, so ändert sich der Brechungsindex, der zwischen den Elektroden liegenden Teile des elektro-optischen Körpers 70. Die durch das Zentrum des Körpers 70 gelangenden Teilstrahlen zeigen eine sehr geringe Änderung ihres optischen Weges infolge Brechungsindexänderung,während eine große Änderung des optischen Weges in der Nähe der zweiten und vierten Seite 7^4, 76 festgestellt werden kann. Demzufolge weisen die in der Nähe der zweiten und vierten Seite 7**» 76 den elektrooptischen Körper 70 durchdringenden Teilstrahlen gegenüber den durch das Zentrum des Körpers gelangenden Teilstrahlen eine relative Phasenänderung auf, wodurch sich eine ungleichförmige Änderung in der Wellenfront des Lichtstrahles 11 ergibt. Fig. 6b illustriert die Änderung der Form der Wellenfront des Lichtstrahles 11 nachdem dieser durch die Änderungseinrichtung gelangt ist. Die Deformation der Wellenfront 84 bewirkt ein Fernfeldmuster des Lichtstrahles 11, welches aus zwei auseinanderstrebenden Lichtstrahlen besteht. Es ist klar, daß für den Fall, daß die Fokussiereinrichtung 15 in der Nähe der zweiten Fläche 72 angeordnet ist, für den resultierenden fokussierten Lichtfleck eine vermehrte firöße und eine geänderte Form infolge der Interferenz der beiden divergierenden Lichtstrahlen festgestellt wird.

Fig. 7 zeigt die Energieverteilung des gemäß dem System nach Fig. b fokussierten Lichtfleckes l6,in den eine die Orößo'des Lichtfleckes in einer einzigen Dimensionsrichtung ändernde Änderungseinrichtun-r 50 gemäß Fig. 6b Vervrendung findet. Fig.

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ORIGINAL INSPECTED

7a demonstriert die .Gauss-Form des Fleckes wie sie auftritt, wenn keine Spannung an die Änderungseinrichtung 50 angelegt wird. Die wirksame Lichtstrahlbreite ist als W angegeben. Fig. 7b zeigt die Energieverteilung eines fokussierten Lichtfleckes 16 bei Wirkung einer Spannung auf die Änderungseinrichtung 50, wodurch sich eine ungleichförmige Änderung der Form der Wellenfront des Lichtstrahls 11 ergibt. Es zeigt ■■■_■-:- sich, daß die Form der Energieverteilung des fokussierten Lichtfleckes 11 aus der Interferenz der Teile des Lichtstrahles 11 in der Ebene B resultiert.

Fig. 8 zeigt eine weitere eindimensional wirkende finderungseinrichtunp; zur Änderung der Größe des Fleckes, welche einen aus elektro-optischem Material bestehenden Körper aufweist, der die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds hat und eine erste und zweite Fläche 91, 92 sowie eine erste, zweite, dritte und vierte Seite 93, 94, 95, 96 hat. Die erste Elektrode 100a befindet sich auf der ersten Seite 93 in der Nähe der ersten Fläche 91, eine zweite Elektrode 100b befindet sich auf der dritten Seite 95 in der Nähe der ersten Fläche 91, eine dritte Elektrode befindet sich auf der ersten Seite 93 in der Nähe der zweiten Fläche 92 und eine vierte Elektrode lOOd befindet sich auf der dritten Seite 95 nahe der zweiten Fläche 92. -Wird ein positives Potential auf die erste und zweite Elektrode 100a, 100b und ein negatives Potential auf die dritte und vierte Elektrode 100c, lOOd gegeben, so erhält man ein ungleichförmiges elektrisches Feld innerhalb des Körpers, welches im Körperzentrum klein ist und in der Nähe der ersten und dritten Seite 93, 95 am größten ist. Daraus resultiert eine große Änderung des Brechungsindex in dem elektro-optischen Körper in der Nähe der ersten undcl dritten Seite, was eine ungleichmäßige Änderung der Form der Wellenfront des Lichtstrahles 11 bedingt.

Fig. 9 zeigt eine eindimensionale Anderungseinrichtung zur Änderung der Fleckgröße, bei der ein einziger Körper 110 aus elektro-optischem Material wie beispielsweise Lithium-Niobat

Verwendung findet und welcher die Porin eines dreieckfornigen Prismas aufweist. Der Körper 110 hat eine erste Fläche 111, durch welche der Lichtstrahl 11 eintritt, eine zweite Fläche 112, durch welche der Lichtstrahl 11 aus dem Körper 110 austritt und eine dritte Fläche 113, welche einen reflektierenden Überzug 114 aufweist. Die mehreren dreieckförmigen Elektroden 120 sind jeweils auf der ersten und zweiten Basis 121, 122 des Prisnans aufgebracht, die parallel zueinander gegenüberstehen. Die kristallografische Z-Achse liegt senkrecht zur Oberfläche der ersten und zweiten Basis 121, 122. Wird ein elektrisches Potential zwischen die Elektroden 120 der ersten Basis 121 und zweiten Basis 122 gegeben, so erleiden die äußeren Strahlenteile des Lichtstrahles 11 eine relative Phasenverschiebung gegenüber den zentralen Teilstrahlen des Lichtstrahles 11. Auf diese Weise ergibt sich eine ungleichförmige Änderung in der Form der Wellenfront des Lichtstrahles 11. Die Arbeitsweise der als dreieckfb'rmiges Prisma ausgestalteten Knderungseinrichtung ist analog der des elektro-optischen Lichtstrahl·^ deflektors gemäß der USA-Patentschrift 3 ^85 553.

Obwohl in den oben geschilderten Ausführungsbeispielen die Ausgestaltung einiger Elektrodenformen genau geschildert wurde, ist die Erfindung nicht .auf diese Elektrodenformen beschränkt. Es können vielmehr auch eine Reihe anderer geeigneter Elektrodenformen gewählt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche:

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Claims

22Ί8309

Patentansprüche :

1.) Optische Einrichtung für ein optisches System mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles und mit einer Fokussiereinrichtung zur Bildu-ng eines fokussierten Lichtfleckes, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur steuerbaren Änderung der Gestalt des fokussierten Lichtfleckes einen Körper (2h) aufweist, welcher zwischen die Lichtquelle (10) und die Fokussiereinrichtung (15) eingefügt ist und welcher aus einem Material besteht, welches in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld zur Änderung der Eigenschaften eines Lichtstrahles in seinen optischen Daten veränderbar ist und, daß Elektroden (25) zur Erzeugung eines ungleichförmigen elektrischen Feldes vorgesehen sind, welches derart auf den Körper einwirkt, daß sich eine ungleichförmige Änderung der Eigenschaften des Lichtstrahles und'.damit eine Gestaltsänderung des fokussierten Lichtfleckes ergibt.

2. Optische Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (24) im wesentlichen an einer Einschnürung des Lichtstrahles (11) angeordnet ist.

3. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (2k) aus einem elektro-optischen Material besteht.

h. Optische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurc h gekennzeichnet, daß der Körper (2k) aus einem elektro-optischen Material besteht.

5. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis lJ, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine rechtwinklig zylindrische Form aufweist mit einer zylindrischen Mantelfläche (30) und einer ersten und zweiten

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-Vf-Stirnfläche (31, 32) versehen .ist.

6. Optische Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e-_r kennzeichnet, daß eine erste Elektrode vorgesehen ist, weiche sich um die zylindrische Mantelfläche (30) in der Nähe der ersten Stirnfläche (31) legt und eine zweite Elektrode (3^JO vorgesehen ist, welche sich um die zylindrische Mantelfläche (30) in der Nähe der zweiten Stirnfläche (32) legt.

7. Optische-Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rechtwinklig zylinderförmige Körper aus einem elektro-optischen Material des TT2m oder Tf3m Typs der Punktsynunetrie besteht, daß ein Polarisator (12) zur Erzeugung eines Lichtstrahles (11) mit einer ersten Polarisationsrichtung, wenn er in den zylinderförmigen Körper eintritt vorgesehen ist und ein zwischen den Körper und die Fokussiereinrichtung eingefügter Analysator zur übertragung des Teiles des Lichtstrahles welcher die erste Polarisationsrichtung aufweist vorgesehen ist.

8. Elektro-optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß der rechtwinklige zylinderförmige Körper aus elektro-absorptivem Material besteht.

9. Elektro-optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ¹I, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem rechtwinkligen Parallelepiped mit einer ersten und zweiten Fläche (*IO, 41) und einer ersten, zweiten, dritten und vierten Seite (*!2a-ll2d) besteht.

10. Optische Einrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Elektroden (Ma-Md) auf die Seiten (42a-¹{2d) des Körpers aufgebracht sind und sich längs dieser erstrecken, wobei den Elektroden auf den einander

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gegenüberliegenden ersten und dritten "Seiten (42a, 42c) ein erstes Potential und die Elektroden auf den einander gegenüberliegenden zweiten und vierten Seiten (Il2b, 42d) ein zweites Potential aufweisen, wodurch sich ein quadropolares elektrisches Feld innerhalb des Körpers ergibt.

11. Optische Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a durch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem elektro-optischen Material mit 3m oder 4mm Punktsymmetrie besteht und daß ein Polarisator (12) vorgesehen ist, welcher den Lichtstrahl mit einer ersten Polarisationsrichtung in den Körper eintreten läßt und, daß zwischen den Körper und die Pokussiereinrichtung ein Analysator (22) eingefügt ist, welcher den Teil des Lichtes hindurchläßt, welcher die erste Polarisationsrichtung aufweist.

12. Optische Einrichtung nach Anspruch 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus elektroabsorptivem Material besteht,

13· Optische Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein aus elektrooptischen Material gebildetes rechtwinkliges Parallelepiped (70) nit einetfersten und zweiten Fläche (71* 72) und einer ersten, zweiten, dritten und vierten Seite (73-76) ist.

I¹I. Optische Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar an die einander gegenüberliegenden parallelen ersten und dritten Seiten (73> 75)des Körpers angebrachte Elektroden (8Oa-BOd) vorgesehen sind, welche jeweils eine Anzahl dreieckförmiger Bereiche aufweisen, von denen nur geringfügige Teile in die Mitte der ersten und dritten Seite (73, 75) ragen und von denen überwiegende Teile sich in dem Bereich der Kanten der ersten und dritten Seiten erstrecken, welche an die zvieite und vierte Seite (7²I, 76) angrenzen.

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15. Optische Einrichtung nach Anspruch 13,dadurch gekennzeichnetj da/³· eine erste Elektrode (100a) in der Nahe . der ersten Fläche (91) auf der ernten Seite (93) angebracht ist,

daß eine zweite Elektrode (100b) in der Nähe der ersten Fläche auf der dritten Seite (95) angebracht ist, daß eine dritte Elektrode (3.GOc) in der Nähe der zweiten Fläche (92) auf der ersten Seite angebracht ist und, daß eine vierte Elektrode (10Od) in der Mähe der zweiten Fläche auf der dritten Seite (95) angebracht ist, wobei auf die erste und dritte Elektrode ein erstes^potential und auf öie dritte und vierte Elektrode ein zweites Potential aufgebracht ist.

16. Optische Einrichtung für ein optisches System mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles, mit einem Speichermedium zur Speicherung von Informationen und einer Fokussiereinrichtung zur Pildurr eines fokussierten Lichtfleckes in der Ebene des Speichermediuns, dadurch gekennzeichnet, daß zur steuerbaren Änderung der Größe des fokussierten Lichtfleckes (16) die Einrichtung (50) mit einem zwischen der Lichtquelle (10) und der Fokussiereinrichtung (15) eingefügter Körner (51) versehen ist, v;elcher aus einem in seinem optischen Brechungsindex durch ein elektrisches Feld veränderbaren Material gebildet ist, wodurch mittels des elektrischen Feldes die Form der Wellenfront des Lichtstrahles veränderbar ist und, daß zum Aufbringen eines ungleichmäßigen elektrischen Feldes auf den Körper Elektroden derart angebracht sind , daß sich eine ungleichförmige Änderung der Form der Wellenfront des Lichtstrahales (11) ergibt, wodurch eine Änderung in der Größe des fokussierten Lichtfleckes in einer ersten Richtung bewirkt wird und,

daß eine Strahlabtastrichtung (53) zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen dem Lichtstrahl (11) und dem Speichermedaum (17) in einer zweiten Richtung vorgesehen ist. welche im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung steht.

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