DE2455017A1

DE2455017A1 - Akustooptischer lichtablenker

Info

Publication number: DE2455017A1
Application number: DE19742455017
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Baues; Hans Dipl Ing Eschler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1974-11-20
Publication date: 1976-05-26
Also published as: DE2455017C2

Description

Akustooptischer Lichtablenker Die Erfindung betrifft einen akustooptischen Lichtablenker bestehend aus einem oder mehreren Schallwandlern, einem Schallmedium und einem Schallabsorber.
Bei bekannten akustooptischen Lichtablenkern befinden sich der Schallwandler und das Schallmedium in direktem Kontakt.
Infolge thermischer Verluste im Wandler und der damit verbundenen Erwärmung des Schallmediums treten Verminderungen der optischen Auflösung, d.h. der Anzahl der unterscheidbaren Ablenkpositionen und der Strahlqualität auf. Außerdem ist bei Anordnungen wie sie z.B. in der dtPS 2 140 548 beschrieben sind eine Verwendung mikroskopischer und/oder druckempfindlicher Kristalle wie Alphajodsäure bedingt durch den Herstellungsprozess nur mit begrenzter Ausbeute möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau für akustooptische Lichtablenker anzugeben, bei dem durch eine entsprechende Wärmeabfuhr dafür gesorgt ist, daß keine übermäßige Erwärmung auftreten kann, so daß alle Materialien mit guten akustooptischen Eigenschaften eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen-jedem Schallwandler und dem Schallmedium ein Zwischenträger aus einem mechanisch stabilen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit und geringer Schalldämpfung angeordnet ist.
Durch die Zwischenträgertechnik werden die Anforderungen an das Ablenkmedium bezüglich mechanischer Stabilität, Bearbeitbarkeit, Druckempfindlichkeit und Wärmeleitfähigkeit vermindert.
Bei den üblichen Techniken zur Verbindung der Schallwandler mit ihrer Unterlage treten Drücke bis zu 10 kp/ mm2 auf. Diese Drücke werden nun bei der Herstellung eines akustooptischen Lichtablenkers nicht mehr vom Schallmedium, sondern vom Zwischenträger aufgenommen.
Bei akustooptischen Lichtablenkern mit mehreren Schallwandlern werden alle Zwischenträger zusammen mit den auf diesen angeordneten Schallwandlern vorteilhafterweise auswechselbar mit dem Schallmedium verbunden. Dadurch wird ein Austausch einzelner defekter Schallwandler oder Schallmedien ohne Gefährdung des Gesamtablenkers möglich.
Die Zwischenträger werden insbesondere keilförmig ausgebildet, um die Entstehung stehender Schallwellen zu verhindern.
Von Vorteil ist ein Aufbau, bei welchem der Zwischenverstärker an eine Wärmesenke angrenzt. Dadurch wird die in den Schallwandlern entstehende Verlustwärme über den Zwischenträger direkt in die Wärmesenke abgelenkt, ohne daß im Schallmedium selbst Temperaturgradienten erzeugt werden.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele in der Figurenbeschreibung erläutert.
Figur 1 zeigt das Prinzip einesakustooptischen Lichtablenkers mit Zwischenträger, Figur 2 einen Lichtablenker mit verkippten Schallwandlern, Figur 3 einen Lichtablenker mit einem "phased array" und Figur 4 einen Lichtablenker mit einer Wärmesenke.
In der Figur 1 ist ein akustooptischer Lichtablenker dargestellt, der aus einem Schallwandler 1 aus Lithiumsulfat-Monohydrat, diesen umbgebenden Elektroden 2, welche als Goldschichten ausgebildet sind, aus einem keilförmigen Zwischenträger 3, einem Schallmedium 4 z.B. aus Alphajodsäure und aus einem Schallabsorber 5 aus Glas besteht. Als Material für den Zwischenträger 3 kommen z.B. wegen der guten Bearbeitbarkeit und der geringen Schalldämpfung geschmolzener Quarz, wegen seiner guten Bearbeitbarkeit, geringen Schalldämpfung und guten Wärmeleitfähigkeit kristalliner Quarz oder wegen seiner guten Bearbeitbarkeit und hervorragender Wärmeleitfähigkeit Metalle wie Aluminium in Frage. Im letzteren Falle kann die zwischen den Zwischenträgern 3 unddem Schallwandler 1 angeordnete Elektrode 2 entfallen. Der Zwischenverstärker 3 ist leicht keilförmig ausgebildet,~um die Entstehung stehender Schallwellen zu verhindern.
Der Schallwandler 1 erzeugt in dem Zwischenträger 3 eine Ultra--schallwelle 6 mit den eingezeichneten ebenen Wellenfronten, deren Abstände der Schallwellenlänge entsprechen. Wegen der Keilförmigkeit des Zwischenträgers 3 und der unterschiedlichen für den Zwischenträger und das Schallmedium verwendeten Materialien verläuft die Ultraschallwelle im Schallmedium in einer geänderten Richtung auf den Schallabsorber 5 hin. Im Schallabsorber 5 läuft die Schallwelle wiederum schräg zur Schallwellenrichtung im Schallmedium 4. Schallreflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Schallmedium und dem Schallabsorber können daher nicht zu einer Störung des Lichtablenkbetriebes führen.
Es sei erwähnt, daß zur Verbindung des Zwischenträgers mit dem Schallmedium jede schonende Technik wie z.B. Aufsprengen oder Kleben geeignet ist. Nichtmetallische ZwisMerträger werden vorteilhafterweise durch Aufsprengen mit dem Schallmedium verbunden.
Das Au£qrengen ist eine schonende Verbindungstechnik und ermöglicht zusätzlich die optimale Einkopplung der Schallwelle in das Ablenkmedium, auch bei höchsten Schallfrequenzen.
Ein von links in das Schallmedium 4 eingestrahltes paralleles Lichtbündel 7 wird an den im Schallmedium 4 verlaufenden Schallwellenfronten in die Richtung 8 abgelenkt, wenn die Einstrahlrichtung mit der Richtung der Wellenfronten der Bragg-Bedingung genügt.
In der Figur 2 ist ein akustooptischer Lichtablenker dargestellt, welcher mehrere Zwischenverstärker 3 enthält. Diese Zwischenverstärker sind so ausgebildet, daß die Schallwandler 1 schräg zur Oberfläche des Schallmediums 4 gerichtet sind. Jeder mit je einem Schallwandler 1 versehene Zwischenverstärker 3 ist austauschbar auf dem Schallmedium 4 aufgebaut.
Die Verkippung der einzelnen Schallwandler 1 bewirkt eine erhöhte Schallfrequenzbandbreite, was eine erhöhte Lichtablenkbandbreite bewirkt. Dazu wird jeder der drei Schallwandler 1 nacheinander mit unterschiedlichen Frequenzen angesteuert.
In der Figur 3 ist ein akustooptischer Lichtablenker mit mehreren gegeneinander stufenförmig versetzten Schallwandler 1 abgebildet, welche auf untschiedlich hohen Zwischenträgern 3 angeordnet sind.
Diese Anordnung stellt eine einfache Realisierungsmöglichkeit eines Ablenkers nach dem bekannten Phased-Array-Prinzip dar.
Durch die Höhe der Zwischenträger 3 wird zwischen den von den einzelnen Schallwandlern 1 ausgehenden Schallwellen eine frequenzabhängige Phasenverschiebung erzeugt Die einzelnen Zwischenträger sind wieder austauschbar mit dem Schallmedium 4 verbunden.
Die erfindungsgemäßen Lichtablenker lassen sich mit hoher Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Ausbeute herstellen.
Die Figur 4 zeigt einen Lichtablenker mit einer Wärmesenke. Da die im Schallwandler 1 erzeugte Wärme möglichst nicht in das Schallmedium 4 gelangen soll, was sich durch Verschlechterung der optischen Strahlqualität störend bemerkbar machen würde, ist der Zwischenträger 3 und das Ablenkmedium 4 von einer Wärmesenke 9 umgeben, in welche der Wärmestrom 10 abfließen kann. Da der Zwischenträger 3 aus einem gut wärmeleitenden Material besteht wird die im Wandler 1 entstehende Verlustwärme direkt in die Wärmesenke abgeleitet, ohne daß im Schallmedium 4 selbst Temperaturgradienten erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche

Akustooptischer Lichtablenker bestehend aus einem oder mehreren Schallwandlern, einem Schallmedium und einem Schallabsorber dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß zwischen jedem Schallwandler und dem Schallmedium je ein Zwischenträger aus einem mechanisch stabilen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit und geringer Schalldämpfung angeordnet ist.
2. Akustooptischer Lichtablenker nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n.e t , daß das Material geschmolzener Quarz ist.
3. Akustooptischer Lichtablenker nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Material kristalliner Quarz ist.
4. Akustooptischer Lichtablenker nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Material ein Metall ist.
5. Akustooptischer Lichtablenker nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Metall Aluminium ist.
6. Akustooptischer Lichtablenker nach den Ansprüchen. 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Zwischenträger zusammen mit den auf diesen angeordneten Schallwandlern auswecheselbar mit dem Schallmedium verbunden sind.
7. Akustooptischer Lichtablenker nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zwischenträger keilförmig ausgebildet sind.
8. Akustotptischer Lichtablenker nach den Ansprüchen 1,bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an die Zwischenträger eine Wärmesenke angrenzt.