DE2235715A1

DE2235715A1 - Akustisch-optische filter

Info

Publication number: DE2235715A1
Application number: DE2235715A
Authority: DE
Inventors: Jun Laurence M Hubby; John A Kusters; David A Wilson
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1971-07-23
Filing date: 1972-07-20
Publication date: 1973-02-08
Also published as: DE2235715B2; DE2235715C3; GB1401083A; US3767286A; FR2147135B1; FR2147135A1; CA968448A; CH552820A

Description

2233715 .

Hewlett-Packard Comp. + -- ·-»

1501 Page Mill Road Calif. 94 304, USA Case 662 b

1*72

Akustisch optisches Filter

Die Erfindung betrifft ein akustisch optisches Filter mit einem photoelastischen, doppelbrechenden Kristall mit einer Eingangsfläche und einer davon beabstandeten Ausgangsflache zur Begrenzung eines Lichtweges und einer Einrichtung zum Erregen einer akustischen Welle in dem Kristall zur kollinearen Beugung eines polarisierten Lichtstrahles an der aku- * stisehen Welle, um Licht der ersten Polarisationsebene in eine zweite orthogonale Polarisationsebene uuzusetaan.

Es sind elektronisch abstimmbare'akustisch optische Filter

bekannt,,bei denen Licht einer ersten Polarisationsebene kollinear an einer akustischen Welle in einem optisch anisotropen Medium _t beispielsweise einem photoelastischen, doppelbrechenden Kristall gebeugt wird, um die Polarisationsebene des polarisierten Elngangslichtstraftles bei einer ausgewählten optischen Bandpass frequenz von der ersten Poiarisationsebeiie in eine zweite Polarisationsebene zu beugen. Das gebeugte Licht wird bezüglich der Polarisation analysiert, um Licht der ersten Polarisationsebene von Licht der zweiten Polarisationsebene zu

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trennen. Das Durchlassband des Filters ist elektronisch abstimmbar, indem die Frequenz der akustischen Welle in dem doppelbrechenden Kristall verändert wird.

Ein derartiges akustisch optisches Filter ist beschrieben in eine« Aufsatz mit dem Ti'tel "Acousto-Optic Tunable Filter", Journal of the Optical Society of America, Band 59, Nr. 6, Juni 1969, Seiten 744-747 und in dem Aufsatz "Electronically Tunable Acousto-Optic Filter", Applied Physics Letters, Band 15, Nr. 10, 15. November 1969, Seiten 325 und 326.

Eines der Probleme der herkömmlichen akusto-optischen Filter, bei' denen der Lichtstrahl durch den Kristall geschickt wird, besteht darin, dafl akustische Wellen vom Ausgangsende des Kristalles zum Eingangsende reflektiert werden und stehende akustische Wellen oder Resonanzen in dem photoelastischen doppelbrechenden Kristall ausgebildet werden. Diese akustischen Resonanzen fUhren zu einer Welligkeit in der optischen Bandpasscharakteristik des Filters, und es ist erwünscht, diese Welligkeit herabzusetzen bzw. zu vermeiden.

Der Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, ein akusto-optisches Filter mit einer Einrichtung zu schaffen, um unerwünschte akustische Resonanzen zu verhindern.

Diese Aufgabe wird bei einem akusto-optischen Filter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöat, daß

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die Ausgangsfläche an der Schnittstelle mit dem Strahlengang eine Flächennomale hat, die aus der akusto-optischen Wechselwirkungsebene herausgedreht ist, welche Ebene durch den ersten Polarisationsvektor des Eingangslichtstrahles und den Vektor der Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle definiert ist, wodurch die -akustische von der Ausgangsfläche, reflektierte Energie aus der akusto-optischen Wechselwirkungsebone heraus reflektiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die akustische Welle in dem Kristall erregt und von der Eingangsfläche längs des optischen Strahlenganges zur kummulativen, kollinearen BEugung mit dem Strahl reflektiert, und die Eingangs

- ι.

fläche ist gegenüber der Wechselwirkungsebene derart geneigt, daß die Flächennormale ssur Eingangs fläche in der Wechselwirkungsebene und die Normale zur Ausgangsfläche außerhalb der Wechselwirkungsebene liegt. ,

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht der photoelastische, doppelbrechende Kristall eines akusto-optischen Filters aus einem Kristallmaterial, welches derart akustisch anisotrop ist, daß sich eine Divergenz zwischen dem Vektor der Gruppengeschwindigkeit und dem Vektor der Phasengeschwindigkeit der akustischen Welle in dem Kristall ergibt und die Nonnale zur Ausgangsfläche im wesentlichen parallel zum optischen Strahlengang \md zu dem Vektor der Gruppengeschwindigkelt dei akustischen Welle ist, so daß die aktistische

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Energie von der Atisgangs fläche zu den Seitenwänden des Kristalles reflektiert wird und unerwünschte akustische Wechselwirkungs-Resonanzen in den Kristall im wesentlichen vermieden werden, während eine verhältnismäßig große Apertur für den Ausgangslichtstrahl bei minimalem Lichtverlust erhalten· wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Ausgangsfläche des Kristalles des akusto-optischen Filters im Brewster-Winkel zum optischen Strahlengang geneigt, um den Verlust an Ausgangslicht durch die Reflexion an der Ausgangsfläche minimal zu machen.

Eine Lösung nach der Erfindung sieht vor, daß ein akustisch absorbierendes Medium mit dem photoelastischen, optisch doppelbrechenden Kristall gekoppelt ist, um die akustische Energie zu absorbieren, die vom Ausgangsende des Kristalles reflektiert wird, so daß akustische Resonanzen gedämpft werden.

Vorzugsweise umfaßt das absorbierende Medium eine Schicht aus akustisch-absorbierendem Material auf den Seiten des photoelastischen Kristalles.

Zweckmäßigerweise kann das akustisch absorbierende Medium, das mit dem photoelastischen Kristall gekoppelt ist, eine Klebeschicht aufweisen, welche mit Teilchen eines Materiales versehen ist, deren Dichte wesentlich größer als die Dichte der Klebeschicht ist.

Auch kann vorgesehen werden, daß das auf die Saiten des

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5 -

photoelastischen Kristalles aufgebrachte absorbierende Medium ein Epoxydharz aufweist, das Wolframteilchen enthält.

Weiterhin kann das akustisch-absorbierende,-mit·dem photoelastischen, doppelbrechenden Kristall verbundene Medium aus einem Material bestehen, bei welchem das Produkt aus der Dichte und der akustischen Geschwindigkeit näherungsweise gleich dem Produkt der akustischen Geschwindigkeit und der Dichte des photoelastischen Kristallmateriales ist, mit dem das.Medium verbunden ist, so daß der Akustisch® Widerstand des akustisch absorbierenden Mediums im wesentlichen abgestimmt ist auf den akustischen Widerstand des .Kristalles, um eine maximale Energieübertragung der akustischen Energie an das absorbierende Medium sau erreichen»

Im folgenden werden bevorzugte Aus£ührungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert? es stellen äars

Fig. 1 schematisch ein akusto-optisches Filter nach der Erfindung ι

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teiles des Filters der Fig<* längs der Linien 2-2 in Pfellrichtung;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 1 längs der Linien 3-3 in Pf ei !richtung,·

Fig. 4 ein Diagramm der optischen Strahlenintensität I über

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• -V.

der optischen Frequenz f , aus dem die Bandpass-Charakteristik des akusto-optischen Filters der Figl 1 mit und ohne akustische Resonanzen in dem photoelastischen,,doppelbrechenden Kristall hervorgeht;

Fig. 5 und 6 vergrößerte Einzelansichten des Teiles der Anordnung nach Fig. 2 der durch Linien 5-5 bzw. 6-6 umrandet ist, um die Reflexion der akustischen Energie vcn der Ausgantjsflache für eine akustische Longitudinalwel.le und für eine aku5it.ir.ohe Schubwelle zu erläutern und

Fig. 7 ein? vergrößerte Einzelansicht desjenigen Teiles der Anordnung nach Fig. 1, der durch die Linien 7-7 abgegrenzt ist, um eine andere Anordnung der Ausgangsflache gemäß der Erfindung zu erläutern.

In Fig. 1 und 2 ist ein akusto-optischac Filter 1 nach der Erfindung dargestellt. Das Filter 1 entspricht im wesentlichen demjenigen, das in dem vorgenannten Aufsatz in der Zeitschrift "Journal of the Optical Society of America" beschrieben ist. Das Filter 1 enthält, eine Lichtquelle 2, die einen Lichtstrahl 3 durch einen Polarisator 4 auf ein optisch anisotropes, photoelastisches Medium, beispielsweise einen Kristall aus LiNbO₃, PbMoO₄, CaMoO₄, oder Quarz richtet. Der Polarisator 4 polarisiert das Licht vertikal und linear. Der Lichtstrahl wird auf eine Eingangsfläche 6 des Kristalles 5 in einem solchen Winkel gerichtet, daß der durch den Kristall 5

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parallel zu dessen Achse Y zwischen den Endflächen 6 und hindurchgelangt» Die geometrische Y-Achse braucht dabei nicht notwendigerweise mit der kristallinen Y-Achse, zusammenzufallen»

Die Lichtquelle 2 kann verschiedenartig aufgebaut sein. Beispielsweise kann es sich um eine Quelle für koherentes Licht, etwa einen Laser handeln, oder es kann eine Breitband-Lichtquelle mit einer konstanten Spektralleistungsdichte über den Frequenzbereich, also eine, sogenannte "weißeV Lichtquelle verwendet werden» Der Eingangspolarisator 4 dient dazu, nur Licht von der Quelle 2 .hindurchgelangen zu lassen, welches in der vertikalen Richtung, d.h", der Z-Richtung'polarisiert ist, unt einen polarisierten Eingangslichtstrahl 3 zu erhalten.¹ Der Eingangslichtstrahl tritt in die Eingangsfläche 6 des Kristalles 5 ein und breitet sich längs der Y-Achse des Kristalles 5 aus und gelangt durch die gegenüberliegende Endfläche-"-7 des Kristalles 5 als Äusgangsstrahl 3.

Ein akustischer Wandler 12 ist in· engem Kontakt mit dem Kristall 5 angeordnet und mit einem Signalgenerator 13>

beispielsweise einem bezüglich der Frequenz abstimmbafen Hochfrequenzoszillator verbunden. Der akustische Wandler wirdi durch den Signalgenerator 13 gespeist, um eine akustische Schubwelle S, zu erregen, welche gegen die Innenfläche der Eingangsfläche 6 gerichtet ist, um von dieser

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nach innen reflektiert zu werden, und in eine zweite Schub-WkIIe S_? umgesetzt zu werden, welche sieh entlang der Y-AcIiso des Kristall.es kollinear mit dem einfallenden Lichtstrahl 3

Bei einer besonderen Kombination der Frequenzen der Lichtvolle und eier akustischen Ws¹Ie ergibt sich eine starke Wechselwirkung zwischen Idchtv/iilie und akustischer Welle, wobei die akustische WcIIe das Licht von der Polarisationsebene des Eingangsstrahles 3 in eine orthogonale Polarisationsebene uT.isetKt. Dies führt ?.n einem schmalen Band von Liehί·-Wollen der orthogonalen Polarisationsebene,· welche von dem Ausgangsstrahl 3 mittels e:iner* Polarisation.sanaly- sator.i> ΙΑ, beispielsweise eines Rochon od^r Glan-Taylor Prismas getrennt worden,.

Der Analysator 14 ist derart ausgerichtet, daß er denjenigen Teil des Äusgangsstrahlos 3 als Ausgangsutrahl 15 hindurchgelangen läßt, der bezüglich der Polarisationsebene des EingangspolarJ.nators 4 senkrecht, d.h. horizontal polarisiert ist. Für den Avisgangsstrahl 15 ergibt sich dabei eine Band-· paßü-Charakteristik, Derjenige Anteil des Lichtes des /vucjgangslichtstrahles 3, der die gleiche Polarisationsebene wie dta3 Eingangslicht hat, wird als zv/eiter Ausgangsstrahl 16 über ein die Polarisation analysierendes Prisma 14 reflektiert. Der Au^gangsstrahl 16 umfaßt das gesamte vertikal polarisierte Eingangslicht abzüglich desjenigen Teiles des Lieh

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tes, welches von der vertikalen Polarisationsebene in die horizontale Polarisationsebene timgesetst worden ist. Daher ergibt sich für den. Ausgangsstrahl 16 eine Bandsperr-*-oder Kerbfiltercharakteristik»

Dasjenige Licht, welches von der Eingangspolarisationsebene in die orthogonale Polarisationsebene umgestzt worden ist, hat eine optische Frequenz,» die mit der "Frequenz der akustischen Welle f durch die Gleichung verknüpft ist:

α.

^{c f} a ■"■■"·■

° " "V }An\

Dabei bedeutet ^ das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit'im Vakuum au der akustischen Geschwindigkeit in dem Medium und [AnJ den Doppelbrechungsindex das Kristalles 5.

Bei einen) typischen Beispiel mit, einem Kristall 5 aus Lithium«

ο Niobat ist das akusto-optische Filter 1 von .7000 bis 5000 A

durchstimmbar,. indem die akustische Frequenz: von 750 bis 1050 MHk

ο verändert wird» Es wird ein Durchlaßband von weniger als 2 A für den Ausgangsstrahl 15 erhalten, wenn ein 5 cm langer Kristall verwendet wird. - '

Nach dem Stande der Technik hat der photoelastische doppeltbrechende Kr is teil 1 S eine Eingangsfläche 6 und eine Ausgangsfläche Tf welche derart geschnitten sind-, daß die Oberflächennormalen dieser Flächen gleichzeitig i*n der selben Ebene wie die

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Y-Achse des Kristalles liegen, so daß die akustische Energie S„, welche auf die Ausgangsfläche. 7 auf trifft, zu den Seiten wänden des Kristalles reflektiert wird, damit der Aufbau unerwünschter akustischer Resonanzen in dem Kristall minimal wird. Indessen hat man herausgefunden, daß die akustischen Resonanzen auf diese Weise nicht vollständig vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird auf die Seiten des Kristalles 5 ein akustisch absorbierendes Medium mit einem akustisch absorbierenden Material 18 aufgebracht (Fig. 3). Das akustisch absorbierende Material 18 ist vorzugsweise an dem Kristall 5 durch eine enge Klebeverbindung aufgebracht, um eine ausreichende Kopplung zwischen der Reschichtrng 18 und dem Kristall 5 vorzusehen. Zusatzlich hat die Beschichtung 18 vorzugsweise einen akustischen Widerstand, der ungefähr gleich dem akustischen Widerstand des Kristalles 5 ist, so daß eine maximale akustische Leistungsübertragung vom Kristall zu der akustisch absorbierenden Beschichtung 18 erhalten wird. Darüber hinaus sollte, das Produkt aus der Dichte und der akustischen Geschwindigkeit des Krintalles 5 ungefähr gleich dem Produkt der Dichte und der akustischen Geschwindigkeit in der Beschichtung 18 sein.

In einem typischen Beispiel umfaßt die akustisch absorbierende Beschichtung 18 einen Epoxydklebstoff relativ niedriger Viskosität, d.h. mit einer Viskosität zwischen 100 und 500 cp. Dieser Epoxydklebstoff weist zu etwa gleichen Vo].innenteilen ein Material relativ hoher Dichte, beispielsweise Wolframstaub aiii:".

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Der Staub hat einen Durchmesser von weniger als O_fO5 mm und vorzugsweise eine Größe von einigen Mikron» Der Epoxydklebstoff wird auf die gereinigten und aufgerechten transparenten oder diffus reflektierenden Seitenflächen des KriStalles aufgebracht, um eine enge Klebeverbindung zwischen -dem Klebstoff und dem Kristall zu erreichen» Die akustisch absorbierende Beschichtung 18 weist eine Dick& von etwa 0,5' ram auf.

Ein anderer Vorteil bei der Verwendung von Wolframstaub als akustischem Füllmittel besteht darin, daß Wolfrainstauh Licht absorbiert. Bei jedem akusto-optischen Filter dieser Art ist stets Streulicht vorhanden, welches- von der Streuung an den ver* schiedenen Oberflächen des Eingangspolaris.ators, des Eingang.-;·- prismas und des Eingangsendes des doppelbrechenden Mediums entweder wegen unvollkommener OberflKchenbaschaffenheit odc.c wegen unvollkommener" Beschichtung oder aus diesen beiden Gründen herrührt. Dieses Streulicht ist im allgemeinen nicht polarisiert und streut am stärksten "nach vorn", d.h. in Richtungen,' die eine Komponente in der Ausbreitungsrichtung des Lichtes haben. Wenn derartiges Licht durch die Ausgangsfläche des akusto-optischen Filters geleitet wird, setzt es das allgemeinen Signal/Rauschverhältnis der Vorrichtung herab, v/as es zu vermeiden gilt. Bei den herkömmlichen akusto-optischen Filtern gelangte tatsächlich ein großer Teil dieses Stre\ilichtes durch die Ausgangsfläche der Vorrichtung durch Reflexion und/oder diffuse Streuung an den Seitenwänden des doppelbrechcnclen Mediums. Das Verfahren nach der Erfindung

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vermeidet dieses Problem weitgehend, da ein transparenter Epoxydkitt Öls Träger verwendet werden kann, der einen Brechungsindex hat, welcher demjenigen des doppelbrechenden Mediums viel näher kommt als Luft, so"daß ein beträchtlicher Anteil des auf die Seitenwände des doppelbrechenden Mediums auf treffenden Streulichtes, das normalerweise reflektiert, und/oder gestreut würde, aus dem doppelbrechenden Medium ausgekoppelt und durch den Wolframstaub absorbiert wird.

Zusätzlich sind die Endflächen 6 und 7 des Kristalles 5 vorzugsweise derart geschnitten} daß die Normalen der Flächen in orthogonalen Ebenen, beispielsweise der z-y Ebene oder der x-y Ebene liegen, um die akustischen Wellen in orthogonalen Ebenen zu reflektieren. Die Ausgangsfläche 7 ist vorzugseise im Brewster-Winkel zur Y-Achse geschnitten, um die Reflexion des optischen Strahles 3 minimal zu machen.

Insbesondere ist die Eingangsschubwelle S,, welche in dem Kristall 5 erregt ist, vorzugsweise in der X-Richtung polarisiert, so daß die akustische Welle beim Auftreffen auf die Innenseite der Eingangsfläche 6 in eine zweite Schubwßlle S₂ umgewandelt wird, die entlang der Y-Achse des Kristalles parallel und kollinear zu dem optischen Strahl 3 reflektiert wird. Die zweite Schubwelle S₂ ist ebenfalls in der X-Richtung polarisiert. Der Eingangslichtstrahl 3 ist in der Z-Richtung polarisiert, wie durch L, angedeutet ist. Die Eingangslichtwelle L. bestimmt mit dem Vektor V der Gruppengeschwindigkeit

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der Scliufewelle %* die; längs der y-Aehse des Kristalles ist, eine aJtusto«öp^iscii.e WeGhselwirküngsebene,

01© EiTi^r^ie der ßingan^slichtv;öXle %^ *tix% infterlitally eines bestimmlßn scianäle».Bandes optiacber iFriöguenzen kollinear äß der afettstischeii Schubwolle Sj in, eine orthogonale Polarii,_Qf närrtliol in am X-ßibhtvm^ gfemäfl Fig. 5 jpo-

^ Wenndia ii» der x-ftichtuhfcr pöiarif iert^ ₂Jauf-die-"^Uaifäng^flache. 1 :attftsrifft_f die In einem Wlnlcel wwkJPQlarisafeionavekto?; der Scnubwelle S₂ geneigt i&t, Vi^4 Äi^: 4efhubvföil^/ref lefefeiert «n^ ijri eirte Anzahl yerschie-, dener äGiiwingüngsarten gestiieüt, beispieiäweiöe durch die akustischen Wellen A*. und^ ft₂* pieße reflejitierten Weilen werden imaiigemeineii in eihit Eb]S^ fefl^ktiört_f weiche durch die Normale zur Äusgangsll^che uhW den ^öktoir der Gruppen^·: schwindigkeit der «infaitowden Sctpb^e\Lle dieliniert ist. ßa·* der größte Änteil^der^ E^r^'|*;.di&jpV*)lwöti$Gh;eh $chub-v-_ ■;

die JE^^E^ akustisch^

optischen W^ch^elwlrkungä^bjan^y näjnJtöh der #-y Ebene ist; Oürch Stauung der r^fieliti^rten ßnetgie der akustischen Welle und durch^ KefleM!fiori ■;■ d«fübei^iegenddii^eileo der akustischen Energie in elnip zur Wechselwirkungsebene orthogonale Ebene wird eine aJeüsto-optische Wöchselwirkung jmit den reflektierten. akustischen Wellen lia wesentlitihen v^nnieden; Auch ist die Ausgangs fläche^t vorzugsweise int Bre*rster*-Winkel bezüglich des. Lichtstrahls geneigt, der sich entlangder Y^Aehse ausbreitet,

um die Reflexion des Lichtes von der Ausgangsfläche 7 minimal zu machen.

Allgemein gibt e3 zwei interessierende Arten von Kristallen ö. Bei der einen"Art ist das Kristallmäterial akustisch isotrop, d.h. daß die Vektoren der Phasen- und Gruppengeschwindigkeit bei der sich entlang der Längsachse des Kristallea ausbreitenden akustischen Welle kollinear sijid. CaMoO^ 1st ein Beispiel für ein solches akustisch isotropes Kristallmaterial. Im Falle eines Kristalles aus CaMoO- beträgt der Winkel zwischen der Normale zur Ausgangsfläche 7 und der akusto-optischen Wechselwirkungsebene (z-y Ebene) vorzugsweise 38 , wobei die akustische Welle S₂ eine reine Schubwelle ist, die lh der X-Richtung polarisiert ist, während der Vektor der Gruppengeschwindigkeit in der Richtung der Y-Achse liegt. Die akustische Welle, an welcher der optische Strahl kollinear gebeugt wird, braucht keine Schubwelle zu sein sondern lediglich eine Longitudinalwelle L. aufzuweisen, und beim Einfall der Welle auf eine geneigte Auegangsfläche 7 wird eine gute umsetzung der Schwlnguftgsart und eine Streuung einer solchen akustischen Welle erreicht. Die Ausgangsfläche 7 sollte vorzugsweise im Brewster-Winkel zur Y-Aohse geneigt sein, um die Reflexion und Streuung des Ausgangslichtstrahles L minimal zu machen. Die Normale zur Auegangsfläche 7 ist vorzugsweise aus der akusto-optischen Wechaeiwifkungsebene z-y herausgedreht. Es wird eine maximale Reflexion der Energie der akustischen Wolle in Schwingung; formen ohne Wechselwirkung erreicht, wenn die durch die Normal·:

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zur Ausgangsfläche und den Vektor der Gruppengesciwindigkeit der einfallenden akustischen Welle definierter Ebene normal zur akusto-optischen Wechselwirkungsebene CLi — Vg) ist.

Eine andere Art von Kristall ist akustisch anisotrop oder wird in einer akustisch'anisotropen Schwingungsform betrieben. Zu dieser Art von kristallinem Material gehören kristalliner Quarz, Lithium Niobat (LiNbO₃) und Arsenik Silberblende (Ag₃AsS₃). In einer akustisch anisotropen Schwingungsform sind die Gruppen- und Phasengeschwindigkeiten nicht kollinear. Im Falle von kristallinem Quars können die Gruppengeschwindigkeit und die Phasengeechwindigkelt um etwa 27° divergieren.

In Fig. 7 ist eine spezielle Anordnung der Endfläche dargestellt, die insbesondere für einen Quarzkristall 5 geeignet iet. Die Gruppen- und Phaaengeschwindigkeiten der akustischen Schubwelle S₂ divergieren um ungefähr.27°ο Der Vektor V der Gruppengeschwindigkeit ist koaxial zu dem Kristall und kollinear zu dem Strahlenweg 3 gerichtet, um mit dem Vektor L₁ der Eingangslichtpolarisation die akusto-optische Wechseiwirkungsebene, nämlich die z-y Ebene zu bilden.

Wenn die akustische in X-Richtung polarisierte Schubwelle S, auf die Ausgangsfläche 7 auftrifft, deren Flächennormale parallel zur Y-Achse ist, wird die akustische Welle von der Endfläche in einem beträchtlichen Winkel zu den Seite.nwänden

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des Kristalles 5 reflektiert. Ein wesentlicher Anteil der reflektierten Schubwelle verbleibt in der akusto-optischen Wechselwirkungsebene und wird im Strahlenweg hin und her reflektiert. Die akustische Energie wird jedoch in einem solchen Winkel reflektiert, daß die durch akuste-optische Wechselwirkung bedingte a'kustische Resonanz stark herabgesetzt wird. Der Vorteil einer zum Lichtstrahlenweg 3 Normalen Ausgangsflüche 7 besteht darin, daß die maximale Apertur des Ausgangslichtstrahles erreicht wird, ohne daß zusätzliche Prismen und dgl. erforderlich wären, welche anderenfalls die Intensität des Ausgangslichtstrahles schwächen würden. Auch ist die Kristallanordnung nunmehr weniger komplex. Im Falle von Lithium Niobat ist die Ausgangsflächo 7 vorzugsweise derart geneigt, daß die Normale der Ausgangsfläche 7 mit der akusto-optischen WechselsirJcungsebene einen Winkel von 30° bildet. Auch im Falle von Quarz, bei welchem die Ausgangsfläche 7 in einem spitzen Winkel zum Strahlenweg 3 geneigt ist, wird ein optimaler Betrieb erreicht, wenn der Winkel zwischen der Normale der Ausgangsflache und der akustooptischen Wechselwirkungsebene 30 ist.

Zusammengefaßt werden gemäß akustischer Resonanzen in einem akustisch angeregten, photoelastischen, optisch doppelbrechenden Kristall eines akusto-optischen Filters herabgesetzt, in den die Ausgangsfläche des Kristalle in einem solchen Winkel geneigt wird, daß die auf die Eingangsflächejauftroffende akustische Energie in die Seitenwände den Kristall··»·; und voiruqswoi-

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se aus der Wechselwirkungsebene heraus reflektiert wird, welche durch den Vektor der Polarisationsebeae des Eingangslichtes und den Vektor der Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle gebildet wird.

Unabhängig von dieser Lösung oder zusammen mit dieser

werden akustische Resonanzen in dem akustisch angeregten photoelastischen, optisch doppelbrechenden Kristall eines, akusto-optischen Filters gedämpft, indem die Seite des photoelastischen Kristalles mit einem akustisch absorbierenden Medium, beispielsweise, einem Wolframstaub aufweisenden Epoxyd-= harz beschichtet wird, wodurch unerwünschte akustische Resonanzen gedämpft werden. Der akustische. Widerstand der Beschichtung ist vorzugsweise auf den akustischen Widerstand des Kristalles abgestimmt. Die Ausgangsfläche des Kristalles ist vorzugsweise gereinigt und aufgerauht, um eine enge Klebeverbindung zwischen dem absorbierenden Material und dem Kristall-Medium sicherzustellen« ·.- ■

Es versteht sich, daß beide Lösungen unabhängig voneinander geeignet sind, unerwünschte akustische Resonanzen zu dämpfen* Dabei wird eine besonders starke Dämpfung erreicht-, wenn man die angegebenen Lösungen kombiniert.

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Claims

Patentansprüche

1,1 Akusto-optisches Filter mit einem photoelastischen,

doppelbrechenden Kristall mit einer Eingangsfläche und einer davon beabstandeten Ausgangsfläche ::ur Begrenzung eines Lichtweges und einer Einrichtung zum Erregen einer akustischen Welle in dem Kristall zur kollinearen Beugung eines polarisierten Lichtstrahles an der akustischen Welle, um Licht der ersten Polarisationsebene in eine zweite orthogonale Polarisationsebene umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs fläche an der Schnittstelle mit dem Strahlenweg eine Flächennormale hat, die aus der akusto-optischen Wechselwirkungsebene herausgedreht ist, welche Ebene durch Λοη ersten Polarisationsvektor des Eingangslichtstrahles und den Vektor der Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle definiert ist, wodurch die akustische von der Ausgangsfläche te- · flektierte Energie aus der akusto-optischen Wechselwirkungsebene heraud reflektiert wird.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anregen der akustischen Welle in dem Kristall eine Einrichtung zur Erzeugung einer akustischen Longitudinalwelle aufweist.
3. Filter nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Eingangs-und Ausgangsflächen derart zueinander geneigt sind, daß ihre entsprechenden Flächennormalen mit dem Vektor der akustischen Gruppengesqhwindigkeit ein Paar im wesentlichen orthogonaler Ebenen bilden.

4. Filter nach Anspruch 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zurrt Erzeugen einer akustischen Welle in dem Kristall eine Einrichtung zum Erzeugen einer

' akustischen Schubwelle in dem Kristall aufweist, um eine kummulative lineare Beugung des Lichtstrhaies zu bewirken

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine-Einrichtung zur Erzeugung einer akustischen Schubwelle mit einem Polarisationsvektor vorgesehen ist, der im wesentlichen orthogonal zur Einfangsflächennormalen ist und die SchubwelLe gegen die Innenseite der·Innenfläche gerichtet ist, wodurch die akustische Schübwelle von der Innenfläche in eine Richtung reflektiert· wird, die im ' wesentlichen parallel zum Lichtstrahlenweg ist.

6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfläche im wesentlichen Im Brewster-Winkel bezüglich des Lichtstrahlenweges geneigt ist.

7. Akus-to-optis.ches Filter mit einem photoelastischen.,

deppelbreckenden Kristall mit einer Eingangsfläche und von dieser beabijtendoteji Auscjang;ifliiche, zur Aus-

bildung eines Lichtstrahlenweges, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelbrechende Kristall aus einem akustisch anisotropen Material besteht, einer Einrichtung eine akustische Welle in dem Kristall zur kollinearen Beugung eines polarisierten Lichtstrahles an der akustischen Welle anregt, um den Lichtstrahl von der ersten Polarisationsebene in eine zweite orthogonale Polarisationsebene umzusetzen, und die Ausgangsfläche im Schnittpunkt mit dem Lichtstrahlenweg eine Flächennormale aufweist, die im wesentlichen parallel zu dem Vektor der Gruppengeschwindigkeit der akustischen Welle ist, wodurch die auf die Ausgangsfläche auftreffende akustische Energie zu den Seitenwänden des Kristalles reflektiert und die Apertur des Ausgangsstrahles maximal gemacht wird.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristallmaterial aus Quarz besteht.

9. Filter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anregen der akustischen WeJIe in dom Filter eine akustische Schubwelle in dem Kristall erzeugt, um die Lichtstrahlen kummulativ kollinear zu beugen und daß eine akustische Schubwelle mit einem Polarisationsvektor erzeugt wird, der im wesentlichen orthogonal zur Einganqsfläcliennormalen ist und die Schubwt;lle goqt?n die Innenseite der Eingangsflache gerichtet ist, um die akustische ScI¹UbWe]Ie von dor Eiivjnngsl i;irt-<? in eine kirht umj

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zu beugen, die im wesentlichen kollinear zu dem Lichtstrahlenweg ist.

10. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelbrechende Kristallmaterial CaMoO. i&t und die Ausgangs filächennormale' mit der akusto-optischen Wechselwirkungsebene einen Winkel von näherungsweise 38 bildet.

11. Filter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet* daß das doppelbrechende Kristallmaterial LiNbO., ist und die Normale der Ausgangsfläche in einem Winkel von ungefähr 30 zu der. akusto-optischen Wechselwirkungsebene geneigt ist.

12. Filter nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelbrechende Kristallmaterial kristalliner Quarz ist und die Normale der Ausgangsfläche in einem Winkel von ungefähr 30° zu der akusto-optischen Wechselwirkungsebene geneigt ist« .

13. Verfahren zum Dämpfen akustischer Resonanzen in einem akustisch angeregten, photoelastischen optisch doppelbrechenden Kristall eines akustisch-optischen Filters, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche des photoelastischen Kristalles mit einem akustisch absorbieren-

rf-

den Medium (18) verbunden wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des photoelastischen Kristalles (5) mit

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einem akustisch absorbierenden Medium durch Beschichtung dor Seitenfläche? des Kristalles mit einen akustisch absorbierenden Kadiunt erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gökann^oichnet, daß die Schicht des akustisch absorbierenden Mediums eine Klebeschicht mit: Teilchen ist, deren Dichte wesentlich größer als die Dichte der Klebeschicht· 1st,.

16, Verfahren nach Anspruch 3 .IS, dadurch Cj-i.ki-nni.icichnet, daß die KLcboschicht eine Epo:Cj .'i^chicl;.',. ist und die Ttalchc-n c\ün Wol:':r;.m berteJicn.

17«. VeriahrMU nr.ch Än&pruoh 13, dadurch cjekor-nz^·.lohiiet, da;'. dar. Produkt der akustischen Geschviindiyke.ii. und dor Dientedes photoelaijtiscben ilaterj..<.les r.oherur'jswei^c gleich dom Produ]:.c der akucti;"-,chen Ger.;chvinaigKoi'c und der Dichte cl<::; akustisch abaoi bierende.n Jlcuiuiv.r.; IrA: _f so daß d; r akuct-ir.cii Widerstand des absorbierenden Mediums ungefähr gleich dom akustischen Widerstand des Kristalle« ist und ein hoh-.:r Grad an akustischer Kopplung zwischun dein Krictallinateri.'-. L und deia akustisch absorbierenden Medium erreicht wird.

lfi„ Akust j-sch-optisehes Filter, vorzuysv.u^.se n-::r;li eiueia der Ansprüche 1 bis 17, mit einem photoo.1 οstischen, doppolbrechendeii Kristal] und einer Einrichtung zur Erzeugung einer cJiur.tischen Welle in dem Kristall zur ko.l linearen Beugung ein.:.:; pe λ·.; ι i ::ic-rL.ji iilcutstrahlcs, um Lieht in

?09ft86/08f>5

BADORIGINAL

Strahl einer.optischen auf die Frequenz einer akustischen Welle bezogenen Frequenz von einer ersten Polarisationsebene in eine orthogonale Polarisationsebene zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß ein"akustische Energie absorbierendes Medium (18) rsit der Seitenfläche des kristalles (5) zur Dämpfung unerwünschter akustischer Resonanzen des. Kristalles verbunden ist.

19. Anordnung nach Anspruch 3.8 _f dadurch gekennzeichnet,, daß das akustisch absorbierende Medium eine Schicht eines akustisch absorbierenden MatcricJ.es auf der Seitenfläche des Kristcilies-· aufweist.' ·

20. Anordnung nach Anspruch.19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des akustisch absorbierenden Materialos einen Klebstoff mit Wolframteilchen aufweist...

21. /Anordnung nach Anspruch-1.8, dadurch gekenn zeichnet _f daß

• das Prodiakt der akustischen Geschwindigkeit und der Dichte des photoclnsticchon KristalliTiateriale.s' ungefähr gleich dem Produkt der akustischen Geschwindigkeit und der Dichte des akust-i sch absorbierenden Materialeo ist, so daß der • akustische Widerstand des akustisch absorbierenden Materielles ungefähr gleich dc.ni akustische;* Widerstand des Kriy.tallei: ist und ein holier Grad an akustischer Kopplung üwircben dem Kristall und dom akustisch absorbierenden Mndium oxxcicht ist. · >

209866/0866 _ΟΛΓ>

BAD ORJGlNAt

22. 7ii'iOJ:clnung nach /nspruch IB, dadurch gekennzeichnet, dr:.ß der IO:i .stall länqr.-gestreckt ist v.nä gem-ai;tc Eingang.".- und AuBijr.ngr-f!eichen aufweist, dercu Plächennorrrialen in λ-υ--in arider senk rechte π Ebenen liegen.

23. Anordnung nach /inepruch IB _f dadurch gekenn;:o.tchnat, daß die Ausgpncfsflöohc des Kri^talles nliJierungsv/eiye im Brewstcr~T7.inke-l zur Längnachr-e äo.n Kr.istalle.s ausge-· richtet i?:t_f co c.o.ß die iieflo:riCij des Lichtstrahles von der Av>£:gc-.ngrflache rriininal ist»

24. Anordnung nach Anspruch IS, dadu) cA; gc-:3-:enn;■oichntt, de;.'.' die Schicht, des akustiscli äb;."orbio.\cnuen Ιί-λ vcriale;; LicJit ab.voj-}».i cn.;·. 1 ist..

7098 86 /086*. BAD ORIGINAL

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