DE2456013B2

DE2456013B2 - Akustischer abschluss fuer ein akustooptisches filter

Info

Publication number: DE2456013B2
Application number: DE19742456013
Authority: DE
Inventors: John D. Palo Alto Calif. Larson (V.St.A.)
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1974-11-27
Publication date: 1976-11-18
Also published as: GB1447817A; JPS50127601A; JPS584360B2; US3881805A; DE2456013A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen akustischen Abschluß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, ein optisch anisotropes Medium, beispielsweise einen photoelastischen, doppelbrechenden Kristall zum Aufbau eines elektronisch abstimmbaren akusto-optischen Filters zu verwenden. Ein Beispiel eines derartigen akusto-optischen Filters ist beschrieben in dem Aufsatz »Acoustooptic tunable Filter« Journal of the Optical Society of America, Band 59, Nr. 6, Juni 1969, Seiten 744 bis 747. Filter dieser Art arbeiten nach dem Prinzip der kollinearen Brechung eines Eingangs-Lichtstrjhles mit einer ersten Polarisation an einer akustischen Welle in aem anisotropen Medium, um die Polarisation des polarisierten Eingangslichtes bei einer ausgewählten Wellenlänge von der ersten Polarisationsebene in die zweite, orthogonale Polarisationsebene umzuwandeln. Das gebeugte Licht wird dann bezüglich der Polarisation analysiert und das Licht der zweiten Polarisation von demjenigen der ersten Polarisation getrennt. Durch Veränderung der Frequenz der akustischen Welle in dem anisotropen Medium kann der optische Durchlaßbereich des Filters elektronisch verändert werden.

Bei herkömmlichen akusto-optischen Filtern bestand die Schwierigkeit, daß die akustischen Wellen, an denen das Licht gebeugt wird, intern an beiden Enden des doppelbrechenden Kristalles reflektiert werden. Diese Reflexion ruft akustische Stehwellen in dem Kristall hervor, die wiederum periodische Schwankungen in der Stärke des Ausgangslichtes als Funktion der Frequenz der akustischen Welle hervorrufen. Die sich ergebenden periodischen Schwankungen der optischen Ausgangsleistung sind in hohem Maße von der Temperatur abhängig, so daß die optische Ausgangsleistung des Filters über der Temperatur sehr instabil ist, falls die akustischen Stehwellen sich in dem Filter ausbilden.

Bei piezo-elektrischen Vorrichtungen (US-PS 35 24 145) sowie auch bei akusto-optischen Filtern (»Applied Physics Letters« 17,1970, Seite 223 bis 225) ist es bereits bekannt, zur Vermeidung von akustischen Stehwellen akustische Abschlüsse vorzusehen, die aus einer Haftschicht und einer akustischen Absorptionsschicht bestehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abschluß für ein akusto-optisches Filter zu schaffen, der die akustischen Stehwellen wirksamer als die bekannten Abschlüsse unterdrückt und außerdem über einen weiten Frequenzbereich wirksam ist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspnjch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Die Erfindung schafft einen optimalen akustischen Abschluß, der eine gegenüber den bekannte Abschlüssen erheblich verbesserte Stehwellenunterdrückung in einem weiten Frequenzbereich bewirkt.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, in welcher ein akustischer Abschluß dargestellt ist, der an einem akusto-optischen Filter befestigt ist.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein optisch anisotropes Medium 1, welches beispielsweise ein photoelastischer, doppelbrechender Kristall aus LiNbO₃, PbMoO₄, CaMoO₄ oder Quarz sein kann. Der akustisch absorbierende Abschluß ist insbesondere wirksam in Verbindung mit Materialien, die gegenüber akustischen Schubwellen einen akustischen Widerstand im Bereich von 10,5 bi; 12,5 χ 10⁵g/cm²/s aufweisen. Von den oben aufgeführten Materialien fallen CaMoO₄ und Quarz in diese Gruppe und sind daher insbesondere geeignet. Eine abstimmbare Hochfrequenz-Quelle 3 erzeugt ein elektromagnetisches Signal, welches dem Kristall 1 durch einen akustischen Wandler 5 zugeführt wird, der dicht an der Oberfläche des Kristalls 1 befestigt ist. Der akustische Wandler 5 erzeugt eine akustische Schubwelle Si, deren Polarisation in die Zeichnungsebene weist, wie schematisch durch das Pfeilende angedeutet ist. Die akustische Schubwelle Si ist gegen die Innenseite einer Fläche 7 des Kristalls 1 gerichtet, von welcher sie in eine akustische Welle S2 reflektiert wird, die sich längsseitig in den Kristall ausbreitet. Im Betrieb tritt die sich in den Kristall ausbreitende Schubwelle S2 in Wechselwirkung mit einem nicht angedeuteten optischen Strahl, der in dem Kristall gerichtet wird, so daß er die optische Polarisation in einem bestimmten Band optischer Wellenlängen in Abhängigkeit von der akustischen Wellenlänge dreht. Durch Verwendung eines Ausgangspolarisators zur Polarisationsanalyse des aus dem Kristall stammenden Lichtet kann Licht innerhalb eines ausgewählten Bereichs optischer Wellenlängen wahlweise hindurchgelassen werden, so daß die Einrichtung als optisches Durchlaß-Bandfilter arbeitet. Der Durchlaßbereich des Filters wird elektronisch abgestimmt, indem die Frequenz bzw. Wellenlänge der akustischen Welle über die einstellbare Hochfrequenzquelle 3 verändert wird.

Gemäß der Zeichnung breitet sich die akustische Welle S2 zur Fläche 9 des Kristalls 1 aus und wird dort in eine akustische Welle 3 reflektiert. Ohne den akustischen Abschluß würden Teile der akustischen Welle S₃ von dem inneren Bereich der Oberfläche des Kristalls 1 zurück durch den Kristall gestreut, so daß sie mit der akustischen Welle S2 in Wechselwirkung treten und unerwünschte akustische Stehwellen in dem Kristall hervorrufen wurden.

Der akustische Abschluß zur Vermeidung bzw. wirksamen Unterdrückung akustischer Stehwellen in dem Filter besteht aus mehreren Schichten aus verschiedenen Materialien, die an der Außenseite des Kristalls 1 nahe der Fläche 9 befestigt sind. Eine dünne Schicht 11 aus einem Material, welches gut an dem speziellen Material des Kristalls 1 anhaftet, ist auf die Metallfläche »aufmetallisiert«. Hierzu sollte die Kristallfläciie zunächst optisch poliert werden, um eine gute Adhäsion bzw. Haftung der metallischen Schicht sicherzustellen. Die Haftschicht 11 kann vorzuesweise

eine Chromschicht mit einer Stärke von 50 bis 100 A sein. Andere Haftmaterialien, beispielsweise Mo oder Ti sind ebenfalls verwendbar, und in jedem Fall muß die Schicht hinreichend dünn s:in, so daß sie im wesentlichen für die akustischen Wellen transparent ist. Dann wird eine Schutzschicht 13, vorzugsweise wiederum durch Metallisierung auf die Haftschicht Jl aufgebracht. Die Schutzschicht 13 kann aus Nickel mit einer Stärke von 2000 bis 3000 Ä bestehen. Falls die Schutzschicht 13 zu stark ist, kann sie die Wirkung des Abschlusses beeinträchtigen. Andererseits schützt eine zu dünne Schutzschicht die Haftschicht nicht ausreichend gegen mögliche Erosion durch Materialien, die auf Nickel abgelagert sind. Um zu verhindern, daß die Nickelschicht 13 vor dem Aufbringen des akustischen Abschlußmaterials oxidiert, kann eine andere Schutz schicht 15, beispielsweise Gold mit ener Dicke 2000 Ä, auf die Nickelschicht IJ aufgebrach! werden. Nun kann die akustische Abschlußmasse 17 vorgesehen werden. Vorzugsweise besteht sie aus einer Blei/Gold-Lötlegierung mit einem Gewichtsverhältnis von 84% Blei zu 16% Gold. Andere Verhältnisse dieser beiden Legierungsmetalle im Bereich von 50'ΐ() bis zu im wesentlichen reinem Blei ergeben ebenfalls einen akustischen Abschluß. Geeignete Dicken für das Abschlußmaterial 17 liegen im Bereich von 0,02 bis 0,10 cm. Um die Aufnahme der akustisch abschließenden Legierungsschicht verzubereiten, wird der gesamte Kristal! langsam auf eine Temperatur von etwa 5° bis 10° C über dem Schmelzpunkt der speziell verwendeten Legierung aufgeheizt. Wenn Pb.'Au — 84/16 verwendet wird, sollte der Quarzkristall auf etwa 220°C aufgeheizt werden. Als Flußmittel kann Kolophonium/Alkohol für die Goldschicht 15 verwendet werden, und dann kann eine Vorform des Pb/Au-Abschlußmaterials aufgebracht werden. Nachdem die Abschlußlegierung schmilzt, kann sich der gesamte Kristall langsam, beispielsweise mit einer Kühlgeschwindigkeit von rc/min abkühlen, so daß sich eine gut durchgebildete Legierungsstruktur ausbildet. Es hat sich herausgestellt, daß eine langsame Abkühlung das Hochfrequenz-Verhalten der Abschlußeinrichtung wesentlich fördert. Bei Einrichtungen, vvelche in der angegebenen Weise hergestellt worden sind, werden akustische Reflexionskoüffizientcn von weit über 20 dB über einen Frequenzbereich von 30 bis 300 MHz beobachtet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Akustischer Abschluß für ein akusto-optisches Filter mit einer metallisierten Haftschicht auf der Oberfläche des Filters und einer Absorptionsschicht auf der Haftschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsschicht (17) eine Blei/ Gold-Legierung mit einem Gewichtsverhältnis von Blei zu Gold im Bereich 50/50 bis 99/1 enthält.

2. Akustischer Abschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallisierte Schutzschicht (13) zwischen der Haftschicht (11) und der Absorptionsschicht (17) vorgesehen ist.

3. Akustischer Abschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierte Haftschicht (il) aus Chrom und die metallisierte Schutzschicht aus Nickel besteht.