DE2508621A1 - Vorrichtung zum zweidimensionalen auslenken eines lichtstrahls - Google Patents

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27. Februar 1975

B 6487/PG5O-75O3

Matsushita Electric Industrial Company Limited

• Osaka, Japan

Vorrichtung zum zweidimensionalen Auslenken eines Lichtstrahls

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zweidimensionalen Auslenken eines lichtstrahls mit zwei hintereinander geschalteten Auslenkeinrichtungen aus einem optisch aktiven, eine abnorme Bragg¹sehe Beugung zeigenden Material, die den einfallenden Lichtstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen auslenken und die insbesondere aus zwei akustooptischen Einkristallen mit einer abnormen Bragg¹sehen Beugung bestehen.

Auf dem Gebiet der akustooptischen Vorrichtungen zum Äuslenken eines Lichtstrahles konzentrierte sich in letzter Zeit das Interesse auf die Erscheinung der abnormen Bragg'sehen Beugung, mit der eine stärkere Lichtbeugung üb.er die aktive Bandbreite als mit der normalen Bragg'sehen Beugung erreicht werden kann. Die abnorme Bragg¹sehe Beugung ist von R„W.Dickson in IEEE Transactions on Quantum Electronics, 2.Februar 1967, Seite 85, beschrieben. Es hat sich gezeigt, daß ein optisch

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aktivierter, einkristalliner TeO₂-Körper eine derartige abnorme Bragg¹sehe Beugung zeigt, die einen breiteren ausnutzbaren Spektralbereich bei einer geringeren Steuerleistung liefert, als es bei den bisher verwandten akustooptischen Kristallen, wie LiNbO₃, PbMO₄ und HIO, der Fäll ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Lichtausbeute von der zweiten Auslenkeinrichtung zu verstärken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Weg des Lichtstrahles zwischen den beiden Auslenkeinrichtungen' eine Einrichtung zur Phasenkorrektur angeordnet ist, die den Ausgangslichtstrahl von der ersten Auslenkeinrichtung vor seinem Durchgang durch die zweite Auslenkeinrichtung korrigiert.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zum zweidimensionalen Auslenken eines Lichtstrahles mit zwei hintereinander geschalteten Lichtauslenkeinrichtungen, die eine abnorme Bragg¹sehe Beugung zeigen.

Eine Laserlichtquelle 1 sendet einen, beispielsweise linear polarisierten Laserstrahl 14 durch einen Phasenschieber 4 zu einer Auslenkeinrichtung 2 mit abnormer Bragg¹scher Beugung, beispielsweise einem TeOp-Einkristall. Der Phasenschieber 4 ist ringförmig und in einem Halterungsring 5 angeordnet, der den Phasenschieber 4 um dessen Mittelpunkt dreht, durch den der Lichtstrahl fällt, um die Phase des durchgehenden Lichtstrahles um maximal eine Viertel Wellenlänge zu verschieben. Mit 6 ist ein herkömmlicher Signalgenerator bezeichnet, der dem Wandler 11 eine Information über die Auslenkung in eine Richtung gibt, um den einfallenden Lichtstrahl 15 in einer ge-

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gebenen linearen Richtung, im vorliegenden Fall parallel zur Zeichenebene, auszulenken, wenn der Signalgenerator von der Eingangsklenme 8 eine Information über die Beugungswinkel erhält. Die Auslenkeinrichtung 2 umfaßt beispielsweise einen einkristallinen TeOp-Körper 12 und einen akustischen Absorber 13, der die durch den" Kristallkörper 12 vom Wandler 11 überr mittelte akustische Energie absorbiert und in thermische Energie umwandelt·. Mit 10 ist der erfindungsgemäß vorgesehene Phasenschieber bezeichnet. Der in eine Richtung ausgelenkte Lichststrahl 16 gelangt nach seinem Durchgang durch den Phasenschieber 10 zu einer zweiten Lichtauslenkeinrichtung 3» die den gleichen Aufbau, wie die Lichtauslenkeinrichtung 2, aufweist. In ähnlicher Weise, wie der Signalgenerator 6, ist ein zweiter Signalgenerator 7 vorgesehen, der das Eingangssignal an der Klemme 9 in eine Information über die Auslenkung umwandelt und es an den Wandler 19 legt,· so daß der Ausgangslichtstrahl in zwei Richtungen gebeugt ist.

Der Phasenschieber 4 gibt dem hindurchtretenden linear polarisierten Lichtstrahl eine solche Phasenverschiebung, daß der Polarisationszustand so stark elliptisch korrigiert wird, daß die Auslenkeinrichtung 2 eine Lichtbeugung mit maximalem Wirkungsgrad liefert.

Die an die Eingangsklemme 8 gelegte Information über die Auslenkung in eine Richtung wird mit Hilfe des Kippgenerators 6 in ein Amplituden-moduliertes Hochfrequenzsignal umgewandelt, das den Wandler 11 betreibt, der seinerseits die gelieferte elektrische Energie in akustische Energie umwandelt,, die in transversalen Wellen zum akustischen Absorber 13 transportiert wird, der dem Wandler gegenüber angeordnet ist. Der einfallende, elliptisch polarisierte Lichtstrahl 15 fällt auf die transversalen Wellen, wird "dabei gebeugt und verläßt die Ausgangsseite des beugenden Mediums 12 unter einem Winkel, der durch die Frequenz der akustischen Wellen bestimmt ist.

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Das beugende Iledium 12 ist optisch aktiv und verändert den Polarisationszustand des hindurchtretenden, elliptisch polarisierten Lichtes in der Weise, daß der eintretende, und der austretende Lichtstrahl entgegengesetzte Polarisationsdrehrichtungen mit unterschiedlichen Elliptizitäten aufweisen. Es wird allgemein angenommen, daß die wirkungsvollste Lichtbeugung dann erreicht wird, wenn sich die Polarisationsebene des unter einem Winkel mit den Richtungscosinus 1^, Ip, I^ auf das beugende Medium 12 fallenden Lichtes im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn mit Elliptizitäten Ϊ * oder > ₂ dreht', für die sich die folgenden Ausdrücke ergeben:

i^p. - (D

2P

Dabei bezeichnen «f den Phasenunterschied pro Längeneinheit des einfallenden Lichtstrahles beim Durchgang durch das beugende Medium 12 aufgrund der Doppelbrechung durch den kristallinen Aufbau, der durch —— (n¹ - n") gegeben ist, und P den Phasen-

A.O

unterschied pro Längeneinheit des einfallenden Lichtes beim Durchgang durch das Medium 12 aufgrund der optischen Aktivität des Kristalles, der durch —~ ■■ gegeben ist, wobei G = g. . · I₁ · 1. ist ^° *ⁿ' ^" und mit g. .

-LJ ¹J IJ

der Drehungstensor (Gyretensor) des Kristalls, mit n¹ und n" die Brechungsindices des beugenden Mediums ohne Berücksichtigung der optischen Aktivität und mit A die Wellenlänge des Lichtes im Vakuum bezeichnet sind.

Die Drehrichtungen und die Elliptizitäten sind durch die optische Aktivität des verwandten beugenden Mediums bestimmt. Wenn

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beispielsweise ein linkdrehender Quarz verwandt wird, ergibt sich die maximale Beugung dann, wenn der einfallende Lichtstrahl linksdrehend elliptisch polarisiert ist. Wenn der einfallende Lichtstrahl so ausgerichtet ist, daß er einen TeC^-Kristall nahezu längs seiner /ÖO1_7-Achse durchläuft, wird der maximale Wirkungsgrad dann erhalten, wenn der einfallende Lichtstrahl rechtsdrehend elliptisch polarisiert ist.

Wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, weist der aus dem beugenden Medit^m 12 austretende Lichtstrahl eine gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl unterschiedliche Polarisationsdrehrichtung und unterschiedliche Elliptizität auf. Im Idealfall wird der gebeugte LJchststrahl 16 einen Beugungswinkel und eine Elliptizität aufweisen, die durch die Gleichungen (1) oder (2) bestimmt ist, v;obei die Drehrichtung der Polarisation der des einfallenden Strahles entgegengesetzt ist. Infolge des kristallographischen Zustandes, den Betriebsbedingungen und der Qualität des verwandten beugenden Mediums wird sich in der Praxis jedoch eine Verschiebung oder Abweichung der Elliptizität des Lichtstrahles vom berechneten Wert ergeben.

Der Ausgangsstrahl 16 wird daher nicht maximal ausgenutzt, wenn er,ohne in seiner Phasenbeziehung diesbezüglich korrigiert zu sein, auf die zweite Auslenkeinrichtung 3 fallengelassen wird.

Erfindungsgemäß ist daher ein Phasenschieber 10 zwischen den Auslenkeinric'atungen 2 und 3 vorgesehen und so eingestellt, daß er die Phase des durchgehenden Lichtstrahles so verschiebt, daß der Ausgangsstrahl 16 von der ersten Auslenkeinrichtung 2 in seiner Phasenoe.siehung bezüglich der zweiten Auslenkeinrichtung 3 in der Weise korrigiert wird, daß sich eine Beugung mit maximalem Wirkungsgrad ergibt. Der Phasenschieber 10 kann aus einer dünnen Kristallschicht aus Glimmer oder Quarz bestehen, die die Phase des hindurchtretenden Lichtes bis zu einer halben Wellenlänge verschiebt _} oder von einem Babinet-Soleil¹sehen Kompensator

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oder einer ähnlichen Einrichtung sowie einer Kombination derartiger Einrichtungen gebildet werden. Er kann von einem drehbaren Ring 20 gehalten v/erden, dessen Drehung eine Drehung des Phasenschiebers 10 um seine kristallographische Achse erlaubt;, entlang der das Licht hindurchtritt. Der Einstellwinkel und die Stärke der Phasenverschiebung sind so bestimmt, daß der Ausgangsstrahl 17 eine Elliptizität haben kann, die die Gleichungen (1) oder (2) erfüllt, so daß folglich die Intensität des aus der Auslenkeinrichtung 3 austretenden Lichtes maximiert ist. Bei einer solchen Anordnung wird der auf die zweite Auslenkeinrichtu?ig 3 fallende Strahl vollständig ausgenutzt und die erreichbare Lichtausbeute mehr als verdoppelt.

Die vorhergehende Beschreibung bezog sich lediglich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Sie kann auch beispielsweise bei einer Vorrichtung zum Auslenken eines Lichtstrahles verwirklicht werden, bei der mehr als zwei Auslenkeinrichtungen, die eine abnorme Bragg'sehe Beugung zeigen, hintereinander oder parallel geschaltet sind.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zum zweidimensionalen Auslenken eines Lichtstrahls mit zwei hintereinanderqeschalteten Auslenkeinrichtungen aus einem optisch aktiven, eine abnorme Bragg¹ sehe Beugung zeigenden Material, die den einfallenden Lichtstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen auslenken, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg des Lichtstrahles zwischen den beiden Auslenkeinrichtungen (2;3) eine Einrichtung (10,11) zur Phasenkorrektur angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor derjenigen Auslenkeinrichtung (2), auf die der von einer Lichtquelle kommende Lichtstrahl zuerst trifft, eine weitere Einrichtung (4,5) zur Phasenkorrektur vorgesehen ist, die den Polarisationszustand des einfallenden Lichtstrahles korrigiert.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10,20) zur Phasenkorrektur aus einer dünnen Kristallschicht besteht, die .um ihre kristallographische Achse drehbar angeordnet ist. .
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10,20) zur Phasenkorrektur bezüglich der Phasenverschiebung verstellbar ist und eine Phasenverschiebung bis zu einer halben Wellenlänge des hindurchgehenden Lichtes bewirken kann.

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