DE2418958A1

DE2418958A1 - Wandlergitter fuer elastische oberflaechenwellen sowie akusto-optisches ablenkglied oder frequenzselektives uebertragungssystem mit einem solchen wandlergitter

Info

Publication number: DE2418958A1
Application number: DE2418958A
Authority: DE
Inventors: Pierre Hartemann
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-04-20
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1974-11-07
Also published as: US3919669A; FR2226781B1; JPS5014359A; IT1015924B; GB1472274A; FR2226781A1; JPS5741128B2

Description

Unser Zeichen: T 1569

s THOMSON-CSF

173 Bd.Haussmänn Paris, Frankreich

Wandlergitter für elastische Oberflächenwellen sowie akusto-optisches Ablenkglied oder frequenzselektives Übertragungssystem mit einem solchen Wandlergitter

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Wandlergi^ter, die dazu bestimmt sind,· elastische Oberflächenwellen, die sich an der Oberfläche eines Substrats ausbreiten, abzustrafen oder aufzufangen. Die Oberflächenwellen können als Signalübertragungsmittel in elektromechanischen Verzögerungsleitungen verwendet werden, oder auch als Ablenkmittel für elektromagnetische Wellen, insbesondere in akustooptischen Ablenkgliedern. Es ist bekannt, ein Wandlergitter für elastische Oberflächenwellen unter Verwendung eines piezoelektrischen Substrats auszubilden, an dessen Oberfläche ineinandergreifende Kammelektroden durch photochemisches Gravieren einer zuvor aufgebrachten leitenden Schicht gebildet sind. Die Zähne der Kämme sind geradlinig und parallel zueinander in einerLinie angeordnet, damit

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eine Hauptstrahlungskeule erhalten wird, die eine feste Richtung und einen geringen Öffnungswinkel hat. Wenn man auf dem gleichen Substrat zwei ineinander greifende Kammelektrodenstrukturen Ende an Ende anordnet, erhält man eine Verzögerungsleitung, die je nach Lage des Falles dispersiv oder nicht dispersiv sein kann. Wenn eine einzige Kammelektrodenstruktur in Verbindung mit einem Lichtwellenleiter verwendet wird, tritt eine akustooptische Wechselwirkung auf, die dazu dienen kann, die Richtung eines monochromatischen elektromagnetischen Energiebündels zu verändern.

Infolge der Verwendung von geradlinigen Zähnen bilden die Wandler Kämme der bekannten Art Zeilen von Elementarstrahlern, die eine starke Richtwirkung haben. Dies hat zur Folge, daß die Eigenschaften dieser Anordnungen praktisch nur in der festen Richtung ausgenutzt werden können, in der die Elementarstrahler die elastischen Oberflächenwellen abstrahlen. Da die Ausbreitung der Schwingungswellen an der Oberfläche des Substrats erfolgt, besteht somit schließlich nur eine einzige mögliche RJlchtung, in der die Energieübertragung durch Oberflächenwellen vorgenommen werden kann. Wenn eine Anwendung in Betracht gezogen wird, die auf der akusto-optischen Wechselwirkung der elastischen Oberflächenwellen mit einem elektromagnetischen Energiebündel beruht, ist der einzige Parameter, mit dem gearbeitet werden kann, die Änderung der Frequenz der elastischen Oberflächenwelle.

Zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten eines Wandlergitters für elastische Oberflächenwellen werden mit der Erfindung die das Wandlergitter bildenden Elementarstrahler •in einem Öffnungswinkel, der merkliph größer als der Öffnungswinkel ist, der mit Elementarstrahlern mit geradlinigen Zähnen

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erhalten werden kann, praktisch isotrop gemacht.j zu diesem Zweck wird den Kammzähnen, die jedem Elementarstrahler entsprechen, die Form von Bögen mit konzentrischen Umfangslinien erteilt. . "

Eine Zeile von solchen Elementarstrahlerquellen mit gekrümmten Zähnen kann eine Hauptstrahlungskeule aussenden, die einen veränderlichen Winkel mit der Richtung der Zeile bildet, wobei sich dieser Winkel ändert, wenn die Frequenz der an die Zeile angelegten Erregungsspannung geändert wird. Die Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten der Wandlergitter für elastische Oberflächenwellen öffnet den Weg zu neuartigen frequenzselektiven Übertragungsstrukturen und ermöglicht die Erzielung eines verbesserten Betriebs von akusto-optischen Oberflächenwellen-Ablenkgliedern.

Nach der Erfindung ist ein Wandlergitter für elastische Oberflächenwellen mit mehreren an der Oberfläche eines pizeoelektrischen Substrats angeordneten Sätzen von ineinandergreifenden Kamm-Elektroden, deren Zähne eine Gruppe von das Gitter bildenden Elementarstrahlern begrenzer^ dadurch gekennzeichnet,daß die an einen beliebigen Elesientarstrahler der Gruppe angrenzenden Zähne die Form von konzentrischen Kreisbögen haben, deren auf der Achse des Gitters liegender Krümraungsmittelp'unkt aas Phasenzentrum der Eigenstrahlung des Elementarstrahlers ist, und daß elektrische Verbindungen zum Anlegen einer gleichen Erregungswechselspannung an die jeden Elementarstrahler begrenzenden Kamm-Elektroden vorgesehen sind, so daß eine Zeile von Strahlungsquellen gebildet "wird, deren Senderichtung sich mit der Frequenz der Erregungsweehselspannung ändert.

Mit der Erfindung wird ferner ein akusto-optisches Oberflächenwellen-Ablenkglied geschaffen, das mit einem solchen Wandlergitter mit gekrümmten Zähnen ausgestattet ist. Weiterhin wird

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mit der Erfindung ein frequenzselektives Übertragungssystem geschaffen, bei welchem ein Wandlergitter mit gekrümmten Zähnen einer Gruppe von fächerförmig angeordneten elektromechanischen Hilfswandlern zugeordnet ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber . beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig.1 eine isometrische Ansicht eines Wandlergitters nach der Erfindung, .

Fig.2 eine andere Ausführungsform des Wandlergitters von Fig.1,

Fig.3 ein Detail der Ausführung der Wandlergitter von Fig.1 und 2,

Fig.4 eine andere Variante des Wandlergitters von Fig.1,

Fig.5 und 6 Diagramme zur Erläuterung derWirkungsweise des Wandlergitters nach der Erfindung,

FIg₁₃? ein akusto-optisches Ablenkglied nach der Erfindung,

Fig*8 ein frequenzselektives Übertragungssystem nach der Erfindung und

Fig.9 eine abgeänderte Ausführung des Übertragungssystems ¥on Fig.8.

Fig.1 zeigt in isometrischer Ansicht ein Wandlergitter mit gekrümmten Zähnen, das es ermöglicht₉ elastische Oberflächenwellen in einer Richtung P abzustrahlen, die einen Winkel mit seiner Längsachse Z bildet.

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Das Wandlergitter ist auf der Oberfläche 7 eines piezoelektrischen Substrats 1 durch photochemisches Gravieren einer leitenden Schicht gebildet, von der gewisse Teile bestehen geblieben sind, welche die Form eines Paares von ineinandergreifenden Kämmen haben.Die Zähne 4 und 5 der beiden Kämme sind in Form von konzentrischen Kreisbögen ausgebildet, deren Krümmungsmittelpunkte A, B, C,D,E,F,G auf der Längsachse Z des Wandlergitters liegen. Zwischen zwei einander entsprechenden Zähnen 4 und 5 der beiden Kämme ist ein gekrümmter Zwischenraum gebildet. In diesem Zwischenraum besteht ein elektrisches Erregerfeld, wenn eine elektrische Spannung über die leitenden Stege 2 und 3 angelegt wird, welche die Zähne 4 bzw. die Zähne miteinander verbinden.

Die an das Wandlergitter angelegte Spannung ist eine Wechselspannung, die von einem elektrischen Generator 6 kommt. Unter der Einwirkung dieser Wechselspannung und infolge der piezoelektrischen Eigenschaften des Substrats verhalten sich die gekrümmten Zwischenräume zwischen den Kammzähnen wie Elementarstrahler, deren Phasenzentrum jeweils der Krüramungsmittelpunkt A, B, C, D, E, F bzw. G ist.

Die von den Elementarstrahlern abgestrahlte Schwingungsenergie Σ weist im.inneren eines Winkels, α , der für den ersten Elementarstrahler durch die Richtungen WA und VA begrenzt ist, eine im wesentlichen kreisförmige Wellenfront auf.

Innerhalb der Grenzen des Sendewinkels α scheint die Energie von einer isotropen punktförmigen Quelle zu kommen, die mit dem Phasenzentrum des betreffenden Elementarstrahlers"zusammenfällt. Die Hauptstrahlungskeule eines Elementarstrahlers hat somit die Form des im Diagramm (b) von Fig.5 dargestellten Kreissektors. Wenn dagegen die Kammzähne geradlinig wären, würde die starke Richtwirkung jedes Elementarstrahlers die

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im Diagramm (a) von Fig.5 dargestellte Strahlungskeule ergeben. Aus Fig.5 ist zu erkennen,daß die gekrümmten Elementarstrahler infolge der Strahlungskeule 11 näherungsweise punktförmigen Quellen gleichgesetzt werden können, solange man im Inneren des Sendewinkels α bleibt; dies gilt nicht für die Strahlungskeule 10 , die geradlinigen Elementarstrahlern entspricht.

In Fig.1 ist angenommen, daß die Punkte A bis G in gleichen Abständen ρ liegen; die Achse χ bildet die Normale auf die Zeile, und der Winkel θ ist der Austrittswinkel der Gesamtstrahlung P. Aus der Theorie der Wellenausbreitung ist bekannt, daß die Zeilenanordnung von punktfömnigen Quellen A bis G in der Richtung θ eine SträiLung der Wellenlänge λ ergibt, deren Intensität P durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

sin η ( -££ sin θ ) P-P . Ά

sin θ)

wobei angenommen wird, daß die η Quellen gleichphasig senden, was bei der Anordnung von Fig.1 der Fall ist.

Diese für isotrope Quellen gültige Formelläßt sich auf den vorliegenden Fall anwenden, wenn die Richtung der Strahlung P im Innern des Winkels α liegt. Dies ergibt sich aus dem Prinzip der Multiplikation der Strahlungsdiagramme, wie von M.Silver gezeigt worden ist.

Wenn man dagegen eine Strahlungsrichtung betrachtet, die außerhalb des Winkels α liegt, folgt die abgestrahlte Intensität nicht mehr dem vorstehenden Ausdruck, und sie geht sehr schnell nach Null.

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Dagegen ist zu erkennen, daß im Innern des Sendwinkels konstantem Pegel das Wandlergitter eine Strahlung P aussendet, deren Austrittwinkel θ von der Frequenz f der vom Generator gelieferten Erregerspannung abhängt. Es gilt nämlich λ= c/f, wobei c die Phasengeschwindigkeit der Oberflächenwellen ist. Das zum Bestreichen des' Winkels α erforderliche Frequenzband Δ f kann leicht aus den zuvor angegebenen Ausdrucken berechnet werden, wenn man die Tatsache berücksichtigt,daß man das Strahlungsmaximum für P = n.P erhält.

Die gekrümmten Zähne 4 und 5 können auch so angeordnet werden, daß eine Elementarstrahlerzeile mit veränderlicher Teilung erhalten wird* wie in Fig.2 dargestellt ist. In diesem Fall ist die Frequenzänderung, die notwendig ist, um die Strahlungsrichtung des Wandlergitters über den ganzen Winkel α zu verändern, größer als im Fall einer Zeile mit konstanter Teilung. Die in Fig.2 gezeigte Zeile mit veränderlicher Teilung ist nämlich mehreren aufeinanderfolgenden Zeilenabschnitten mit konstanten, jeweils kleiner werdenden Teilungen äquivalent, Die Bestreichung des diesen Abschnitten gemeinsamen Sendewinkels α erfolgt daher in mehreren gegeneinander versetzten Frequenzbereichen, die ein größeres Frequenzband einnehmen, sLs es für eine Zeile gleicher Zusammensetzung und Ausdehnung, jedoch mit konstanter Teilung erforderlich wäre.

Unabhängig von der verwendeten Zeilenart besteht stets ein Strahlungsmaximum in der senkrecht zur Zeile liegenden Richtung. Da dieser Strahlungsbruchteil in einer festen Richtung ausgesendet wird, ist es unzweckmässig, ihn beizubehalten. Zur Unterdrückung dieser Strahlungsweise ist es vorgesehen, die Winkelausdehnung der gekrümmten Zähne zu begrenzen, wie in Fig.3 gezeigt ist.

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In Pig.3 sind die Zähne 4 und 5 durch den Winkel α begrenzt, den die Richtungen AV/ und AV "bilden. Die Normale N" auf die Längsachse Z des Wandlergitters liegt konstruktionsgemäß außerhalb des Winkels α , damit verhindert wird, daß das Wandlergitter die unerwünschte Abstrahlung senkrecht zu seiner Achse vornimmt.

In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist angenommen worden, daß die Achse des Wandlergitters geradlinig ist, jedoch ist die Erfindung keineswegs auf diesen Sonderfall beschränkt.

In Fig.4 ist ein Wandlergitter für elastische Oberflächenwellen Hergestellt, dessen Achse Z gekrümmt ist. Diese Lösung ermöglicht es, die vom Wandlergitter abgegebene Strahlung konvergieren zu lassen, und dennoch durch Änderungen der Erregerfrequenz entweder die Orientierung in einer festen Konvergenzzone zu ändern, oder die Konvergenzzone, in der das Wandlergitter enthaltenden Ebene zu verschieben.

Die zuvor beschriebenen Wandlergitter mit gekrümmten Zähnen können insbesondere bei akusto-optischenOberflächenweIlen-Ablenkgliedern mit Vorteil verwendet werden.

Fig.7 zeigt eine isometrische Ansicht eines akustooptischen Ablenkgliedes nach der Erfindung. -

Es besteht aus einem piezoelektrischen Substrat 1, beispielsweise aus duarz, auf dessen Oberfläche 7 durch photochemisches Ätzen eines leitenden Überzugs ein Wandlergitter 13 für elastische Oberflächenwellen gebildet worden ist. Ein Wechselstromgenerator 12 erregt das Wandlergitter 13,

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das eine akustische Strahlung P abstrahlt, die in Fig.7 durch ihre Wellenfronten 21 und ihren Wellenvektor k"^ gekennzeichnet ist. Wenn die Frequenz des Generators 12 geändert wird, ändert sich die Länge und die Richtung des Wellenvektors k"*" · Die Oberfläche 7 des Substrats 1 ist auf der das Wandlergitter tragenden Fläche mit einer dünnen Glasschicht 14 bedeckt, das die Rolle eines Lichtwellenleiters spielt; der Brechungsindex n^j der Schicht 14 ist beispielsweise größer als der Brechungsindex n_Q des Substrats, damit die Bedingungen derTotalreflexion für eine monochromatische elektromagnetische Welle, die sich schräg zwischen der Glas-Substrat-Grenzfläche und der Luft-Glas-Grenzfläche fortpflanzt. Die elektromagnetische Welle wird durch eine Kopplungsvorrichtung 15- dazu gebracht, daß sie sich schräg zwischen den Breitseiten der den Wellenleiter bildenden Schürt 14 bewegt; diese Kopplungsvorrichtung 15 kann beispielsweise durch ein auf die Schicht aufgebrachtes Phasengitter gebildet sein.

Die geführte elektromagnetische Energie wird von einer Quelle geliefert, die beispielsweise durch ein Helium-Neon-Laser gebildet ist, das ein Bündel 17 aussendet, welches das Phasengitter 15 beleuchtet. Unter der Beugungswirkung des Phasengitters 17 erfährt ein Teil der von derQuelle 18 emittierten elektromagnetischen Energie eine Richtungsänderung, und sie wird anschließend an der Grenzfläche zwischen dem Wandlergitter 15 und der Lichtleiterschicht 14 gebrochen. Dies hat zur Folge,daß in der Schicht 14 ein geführtes Bündel 16 elektromagnetischer Energie entsteht, das auf die akustische Strahlung P trifft. _s

Bevor die Wechselwirkung zwischen der Lichtwelle und der Schallwelle stattfindet, ist das Bündel 16 durch seinen Lichtwellenvektor kT gekennzeichnet. Die akusto-optische Wechselwirkung zwischen den Wellen kT und kT läßt eine gebeugte Lichtwelle entstehen, deren Wellenvektor K^ die Summe der Vektoren kT und kT ist. Wenn man den nicht

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gebeugten Anteil der im Bündel 16 enthaltenen elektromagnetischen. Energie außer Acht läßt, ist zu erkennen, daß die vom Wandlergitter 13 ausgesendete akusbische Strahlung P die Folge hat,daß der Rest der Energie in der Richtung des gebeugten Bündels 20 abgelenkt wird. Die akusto-optische Weehae!wirkung erklärt sich aus der Bildung eines Indexgitters in der Lichtleiterschicht 14; dieses Indexgitter ergibt sich aus den mechanischen Spannungen, die von den elastischen Oberflächenwellen erzeugt werden, die sich entlang der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der damit in Berührung stehenden Fläche der Schicht 14 ausbreiten. Nachdem die elastischen Oberflächenwellen den von der Schicht 14 bedeckten Teil der Oberfläche durchlaufen haben, werden sie von einer akustischen Last 19 absorbiert, die hinter der Schicht 14 auf die Oberfläche 7 des Substrats aufgebracht ist. Diese akustische Last 19 kann beispielsweise durch ein Klebeband aus thermoplastischem Material gebildet sein.

Die akusto-optische Wechselwirkung, auf welcher die Wirkungsweise des Ablenkglieds von Fig.7 beruht, ist durch die Vektordiagramme(a) und (b) von Fig.6 graphisch dargestellt. D^ese Diagramme entsprechen dem Fall, daß die Frequenz des Generators 12 von einem Wert F_Q zu einem höheren Wert F^ geht. Man kann beispielsweise annehmen, daß die Teilung des Wandlergitters 13 gleich dem 1,25-fachen der der Frequenz F_Q entsprechenden Wellenlänge λ₀ gewählt ist. Unter diesen Bedingungen ergibt der Übergang, von der Frequenz F_Q zur Frequenz F-j eine Drehung der Strahlungs- , richtung P im trigonometrischen Sinne.

Das Diagramm (a) von Fig.6 zeigt die Wellenvektoren kT, Eß" und k"^ bei der Frequenz F_Q; bei seiner Konstruktion wurde dafür gesorgt _t daß die Beträge der Vektoren k^*

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und ϊε*Γ gleich sind, denn dann ist die optische Ablenkung von keiner Frequenzänderung begleitet. Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, daß die Enden des Vektors kT auf einen Kreis gelegt

^ el ^

werden, welcher die Vektoren kT und k"T als Radien hat.

■Vfenn die Secpnzder elastischen Oberflächenwellen von dem Wert F_Q zum Wert F>. geht, erhält man das Diagramm (b) von Fig.6. Dieses Diagramm ist so konstruiert, daß die Bedingung der Nichtänderung der optischen Frequenz erfüllt ist, und es ist zu erkennen, daß es hierzu erforderlich ist, daß der neue Wellenvektor IE^" seine Richtung und seinen Betrag so geändert hat, daß seine Enden auf dem zuvor erwähnten gestrichelten Kreis bleiben. Dieses Ergebnis kann durch entsprechende Bemessung der Abstände der Kammzähne des Wandlergitters 13 erreicht werden; falls erforderlich, kann dieser Abstand entlang dem Wandlergitter geändert werden, damit man unter Berücksichtigung der Drehung, die dem Wellenvektor k"^ erteilt werden muß, über einen größeren Frequenzänddrungsbereich verfügt.

Die Diagramme (a) und (b) von Fig.6 lassen die Beziehung erkennen, die zwischen den Wellenvektoren k"^ , k^T und K^ besteht, damit erreicht wird, daß der Ablenkwinkel unter dem Einfluß einer Frequenzänderung zwischen F_Q und F,. von einemIfert 2θ_β auf einen Wert 2(θ_Β +AöJ übergeht.

Es ist noch die Tatsache zu berücksichtigen, daß die Wechselwirkung mit einem bestimmten Wirkungsgrad erfolgt, der sich' nicht verändern darf, wenn das gebeugte Bündel 20 seine Richtung ändert. Dies setzt voraus, daß die Schwingungsamplitude der elastischen Oberflächenwellen sich bei deren Richtungsänderung nicht ändert. Es ist leicht zu erkennen, daß bei geradlinigen Kammzähnen die Strahlungskeule 10 eines

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Elementarstrahlers, wie sie im Diagramm (a) von Fig.5
dargestellt ist, die Einhaltung der in Varianz der
Amplitude der elastischen Oberflächenwellen bei ihrer
Richtungsänderung nicht ermöglicht.Dagegen ist bei den
gekrümmten Kammzähnen nach der Erfindung aus der im
Diagramm (b) von Fig.5 dargestellten Strahlungskeule 11
zu erkennen, daß die erwähnte Invarianz erreicht wird,
woraus sich ein konstanter Beugungswirkungsgrad des
akusto~optisehen Ablenkgliedes ergibt. Es versteht sich
von selbst, daß man nach Ausbildung eines akusto-optischen Ablenkglieds mit konstantem Wirkungsgrad dennoch¹ ■
auf die Amplitude der vom Generator 12 abgegebenen Spannung einwirken kann, um die Amplitude der gebeugten Lichtwelle
zu modulieren.Da diese Möglichkeit bei dem akusto-optischen Ablenkglied von Fig.7 besteht, kann es nicht nur zur Ablenkung eines Strahlungsenergiebündels dienen, sondern auch zu dessen Amplitudenmodulation. Wenn die Bedingung der Gleichheit der Beträge der Wellenvektoren kT und k*[ nicht als Grundlage
gewählt wird, ist es auch möglich, die Anordnung von Fig.7
zur Frequenzmodulation einer Trägerlichtwelle mit oder ohne Verbindung mit. einer Ablenkung ζμ verwenden.

Aus Fig.7 ist zu erkennen, daß die dargestellte Vorrichtung einen monolithischen Aufbau hat, und daß zu ihrer Herstellung eine Fertigungstechnik angewendet werden kann, die sich direkt von der zur Herstellung von integrierten Schaltungen dienenden Technik ableitet. Man kann somit eine in integrierter Optik ausgebildete Anordnung vorsehen, die akusto-optische Vorrichtungen der in Fig.7 dargestellten Art als Bestandteile enthält.Es ist ferner zu bemerken, daß das Phasengitter 15 nur ein optisches Kopplungsglied ist und nur zu dem Zweck vorgesehen zu werden braucht, die sich im Lichtwellenleiter 14

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ausbreitende elektromagnetische Energie einzuführen oder zu entnehmen.

Die Herstellung der Vorrichtung von Fig.7 bietet keine grössere Schwierigkeit.Beispielsweise kann man bei der Herstellung eines akusto-optischen Ablenkglieds von einem Quarzsubstrat ausgehen, auf das durch Katodenzerstäubung eine Lichtleiterschicht aus einem leichten Barium-Kron-Glas aufbringt. Das Wandlergitter wird nach dem klassischen Lichtdruckverfahren aus einer im Vakuum aufgebrachten Aluminiumschicht von 4000 A* Dicke erhalten. Das optische Kopplungsgitter wird durch Belichtung und chemische Behandlung eines Films aus lichtempfindlichem Harz mit einer Dicke von 6000 S erhalten. Wenn man dieses Harz der Einwirkung eines Lichtstreifengitters mit einem Streifenabstand in der Grössenordnung von 0,6 um aussetzt, kann man eine Prägung mit einer Tiefe von 6000 2 erhalten, die in der Lage ist, die von einem Helium-Neon-Laser abgegebene Strahlung mit dem Lichtleiter zu koppeln. Der Lichtleiter ist bei dem betrachteten Beispiel mit einer Dicke in der Größenordnung von 2yum aufgebracht und die elastischen Oberflächenwellen, welche die akusto-optische Wechselwirkung hervorrufen sollen, haben eine Frequenz von mehreren 100 MHz.

Das Wandlergitter für elastische Oberflächenwellen kann auch vorteilhaft bei einem frequenzselektiven Übertragungssystem Anwendung finden, insbesondere für die Ausbildung von elektromechanischen Verzögerungsleitungen oder für die Spektralanalyse von elektrischen Signalen.

Fig.8 zeigt ein Übertragungssystem für elastische Oberflächenwellen mit einem piezoelektrischen Substrat 1, auf dessen Oberfläche 7 durch Lichtdruck aus einem -leitenden Überzug ein Wandlergitter 13 mit gekrümmten Zähnen und mehrere Oberflächen-

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wellen-Hilfswandler 22, 23, 24 gebildet worden sind.

Wenn man an das Wandlergitter 13 die vom Generator 12 gelieferte Wechselspannung anlegt, wird eine Schallstrahlung in einer Richtung ausgesendet, die im Innern des gestrichelt dargestellten Sendewinkels enthalten ist. Die Richtung dieser Strahlung ändert sich mit der Erregungsfrequenz des Gitters 13, und sie kann somit selektiv an einem der Hilfswandler 22, 23 oder 24 empfangen werden. Die Wandler 22, 23_c und 24 sind fächerförmig angeordnet, damit ihre Erregung durch die Oberflächenwellen frequenzselektiv erfolgt; die von ihnen abgegebenen Spannungen hängen von den verschiedenen Wegen ab, welche die akustische Strahlung einschlägt. Man kann die von den Hilfswandlern 22,"23, -24 abgegebenen Spannungen mit Hilfe einer Addierschaltung 25 addieren; am Ausgang 26 dieser Addierschaltung 25 erhält man eine Spannung, die gegenüber der an das Wandlergitter 13 angelegte Spannung verzögert ist, und wenn die Entfernungen der Wellenempfanger von dem Phasenzentrum des Wandlergitters 13 verschieben sind, ist es möglich, eine Dispersionskennlinie der Verzögerungszeit als Funktion der Frequenz zu erhalten, so daß die Anordnung von Fig.8, abgesehen von dem Generator 12, eine dispersive akustische Leitung bildet. Die von den Wellenempfängern 22, 23, 24 gelieferten Spannungen können beispielsweise jeweils Anzeigevorrichtungen steuern, an denen man den Spektralgehalt eines dem Wandlergitter13 zugeführten Eingangssignal ablesen kann.

Im Fall von Fig.8 ist das Oberflächenwellen-Wandlergitter mit konstanter Teilung ausgebildet.

FIg.9 zeigt ein frequenzselektives Übertragungssystem, das demjenigen von Fig.8 analog ist, bei dem aber ein Wandlergitter 13 mit veränderlicher Teilung einer Gruppe von Hilfswandlern 22, 23, 24, 27 zugeordnet ist, die fächerförmig in der Sendezone des Wandlergitters 13 verteilt sind.

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Zur Vereinfachung sind in Fig.8 und 9 die Absorptionsmittel für elastische Oberflächenwellen, die hinter den Hilfswandlern angebracht sein müssen, nicht dargestellt.

Es versteht sich von selbst, daß die in Fig.8 und 9 dargestellten Systeme reversibel arbeiten können. In diesem Fall werden die Wandler 22, 23, 24, 27 zu Sendern, und das Wandlergitter 13 dient zum Auffangen der ausgesendeten elastischen Oberflächenwellen. Es ist auch anzuzeigen, daß die Wandler 22, 23, 24, 27 ebenso gut auf der konvexen Seite wie auf der konkaven Seite der Zähne des Wandlergitter 13 angeordnet sein können. Diese Bemerkung gilt ganz allgemein für jedes Wandlergitter mit gekrümmten Zähnen, deren Elementarstrahler Phasenzentren in einem festen -Abstand aufweisen.

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Claims

Patentansprüche

Wandlergitter für elastische Oberflächenwellen mit mehreren an der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats angeordneten Sätzen von ineinandergreifenden Kamm-Elektroden, deren Zähne eine Gruppe von das Gitter bildenden diskreten Elementarstrahlern begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die an einen beliebigen Elementarstrahler der Gruppe angrenzenden Zähne die Form von konzentrischen Kreisbögen haben, deren auf der Achse des Gitter liegender Krümmungsmittelpunkt das Phasenzentrum der Eigenstrahlung des ElementarStrahlers ist, und daß elektrische Verbindungen zum Anlegen einer gleichen Erregungswechselspannung an die j^den Elementarstrahler begrenzenden Kamm-Elektroden vorgesehen sind, so daß eine Zeile von Strahlungsquellen gebildet wird, deren Senderichtung sich mit der Frequenz der Erregungswechselspannung ändert.
2. Wandlergitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die KrümrQungsmittelpunkte der Elementar strahler in gleichen Abständen voneinander auf der Achse liegen.
3. Wandlergitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsmittelpunkte der Elementarstrahler auf der Achse in Abständen liegen,die vom einen zum anderen Ende des Gitters kleiner werden.
4. Wandlergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse geradlinig ist.
5. Wandlergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse gekrümmt ist.

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6* Wandlergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisbögen abeeits von der senkrecht zur Achse verlaufenden und in der Oberfläche des Substrats enthaltenen Richtung liegen.
7. Akusto-optisches Ablenkglied für elastische Oberflächenwellen mit einem Wandlergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezoelektrisches Substrat auf einer Fläche das Wandlergitter und einen Lichtwellenr leiter trägt, der durch eine Schicht aus lichtdurchlässigem Material gebildet ist, das auf die Fläche so aufgebracht ist, daß es entlang seiner Berührungsfläche mit dem Substrat die von dem Wandlergitter emittierte akustische Strahlung empfängt, wobei das Wandlergitter eine Zeile von Strahlungsquellen bildet, deren Senderichtung sich mit der Frequenz der daran angelegten Erregungswechselspannung ändert.
8. Akusto-optisches Ablenkglied nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gleichen Fläche des Substrats hinter dem Lichtwellenleiter Dämpfungsmittel für die akustische Strahlung aufgebracht sind.
9. Akusto-optisches Ablenkglied nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche des Lichtwellenleiters wenigstens eine optische Kopplungsvorrichtung angebracht ist, die in dem Lichtwellenleiter eine von außen kommende Lichtstrahlung zirkulieren läßt.
10. Akusto-optisches Ablenkglied nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an das Wandlergitter eireWechselspannung veränderlicher Frequenz angelegt ist.
11. Akusto-optisches Ablenkglied nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung amplitudenmoduliert ist. . '

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12. Frequenzselektives Übertragungssystem mit einem piezoelektrischen Substrat und einem Wandlergitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Wandlergitter tragende Fläche des Substrats außerdem eine Gruppe von Hilfswandlern für elastische Oberflächenwellenfilter trägt, die für den selektiven Austausch von akustischen Strahlungen mit dem Wandlergitter fächerförmig angeordnet sind, wobei das Wandlergitter eine ZeiJLe von Strahlungsquellen bildet, deren Senderichtung mit der Frequenz der daran angelegten Wechselspannung veränderlich ist.
13· Frequenzselektives Übertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß' den Hilfswandlern Addiereinrichtungen für elektrische Signale zugeordnet sind.
14. Frequenzselektives Übertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Hilfswandlern Anzeigeeinrichtungen für die Amplitude elektrischer Signale zugeordnet sind.
15. Frequenzselektives Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswandler mit ineinandergreifenden Kammelektroden ausgebildet sind.
16. Frequenzselektives Übertragungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß an die Hilfswandler das gleiche Erregungssignal angelegt ist, und daß das Wandlergitter als Empfänger für elastische Oberflächenwellen arbeitet.

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