DE2549655B2 - Akustooptische Lichtablenkungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine akustooptische Lichtab-lenkungsvorrichtung mit einem akustooptischen Medium und einem damit gekoppelten piezoelektrischen Schallwandler zur Erzeugung modulierter Schallwellen, die in dem Medium ein Beugungsgitter für einen durch das Medium laufenden Lichtstrahl bilden.

Eine derartige Vorrichtung ist aus IEEE Spectrum, 4(1967), Seite 42—54 bekannt. Bei akustooptischen Lichtablenkungsvorrichtungen wird für das Medium gewöhnlich ein Material mit einem hohen Brechungsindex, wie beispielsweise Tellurglas, verwandt. Elektrooptische Lichtablenkungsvorrichtungen finden Anwendung als Lichtablenkungseinrichtungen bei optischen Speichern, akustischen Verzögerungsleitungen, akustischen Schaltern und Modulatoren. Eine vom Wandler erzeugte Schallwelle moduliert den Brechungsindex des

Mediums, das seinerseits das Licht in eine bevorzugte Richtung beugt wenn das Licht nahe am Braggschen Winkel auf das Medium auftrifft Das Medium wirkt als Beugungsgitter, dessen Gitterkonstante gleich der Wellenlänge der Schallwelle im Medium ist

Da die Stärke der in das akustooptische Medium eintretenden Schallwelle von der Qualität der Verbindung zwischen dem Wandler und dem akustooptischen Medium abhängt ist diese Verbindung von besonderer Bedeutung. Aus der US-PS 37 98 746 ist zu entnehmen, daß die Verbindung zwischen dem Wandler und dem akustischen Medium verbessert werden kann, indem bestimmte Verfahrensschritte durchgeführt werden und spezielle Metalle als Grundierungsmetall verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es dagegen, die akustooptische Lichtablenkungsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, <2aß sie einfacher herstellbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Medium aus Kunststoff besteht und der Schallwandler in das Medium eingegossen ist

Dadurch, das erfändungsgemäß der Schallwandler in das Medium eingegossen ist erübrigt sich die Verwendung eines zusätzlichen Bindemittels zwischen dem Schallwandler und dem Medium, was eine Ersparnis an teuren Materialien bedeutet und sind gleichfalls zusätzliche Schneid- und Polierarbeitsvorgänge überflüssig.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lichtablenkungsvorrichtung besteht darin, daß in eine Form mit die gewünschte optische Konfiguration des akustooptischen Mediums der Vorrichtung festlegenden Abmessungen ein piezoelektrischer Schallwandler eingesetzt wird und daß ein erhitztes Kunststoffmaterial in die Form eingespritzt wird. Auf diese Weise wird ein Spritzgußkörper gebildet, der der gewünschten Konfiguration entspricht und in den der Wandler eingegossen ist

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im einzelnen so hergestellt, daß zuerst der Schallwandler in eine Form eingesetzt wird, die so ausgebildet ist, daß sie die gewünschte Form des akustooptischen Mediums liefert. Geschmolzenes Kunststoffmaterial wird durch eine öffnung in der Form eingespritzt und beim Abkühlen wird der Wandler ohne zusätzliches Bindemittel mit dem akustooptischen Medium verbunden, wobei das Medium die gewünschte optische Konfiguration aufweist

Ferner kann ein Kühlkörper vorgesehen sein, der mit dem akustooptischen Medium während des Einspritzvorganges verbunden wird. Vor dem Einspritzen des geschmolzenen Kunststoffs wird ein Kupfermantel in der Form angeordnet, wobei dieser Kupfermantel eine öffnung aufweist, die zu der öffnung in der Form zum Einspritzen des Kunststoffmaterials zwischen dem Mantel und der den Wandler tragenden Seite der Form ausgerichtet ist. Nachdem das Kunststoffmaterial eingespritzt ist, sind sowohl der Kühlkörper als auch der Wandler ohne zusätzliches Bindemittel mit dem akustooptischen Medium verbunden.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bekannten akustooptischen Vorrichtung.

F i g. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen akustooptischen Vorrichtung.

F i g. 3 zeigt eine isometrische Darstellung einer einen Wandler enthaltenden Form, die bei der Herstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen akustooptischen Vorrichtung verwandt wird.

Fig.4 zeigt eine isometrische Darstellung eines Wandlers, der mit dem Material des Mediums gekoppelt ist.

F i g. 5 zeigt eine F i g. 3 ähnliche Ansicht.

F i g. 1 zeigt eine bekannte akustooptische Lichtablenkungsvorrichtung, die aus einem akustooptischen Medium besteht, durch das ein einfallender Lichtstrahl 3 hindurchläuft, der durch eine Linse 5 fokussiert werden solL Der Strahl 3 kann ein schmaler, stark kollimierter Lichtstrahl sein, der beispielsweise von einem Laser erzeugt wird. Ein piezoelektrischer Wandler 7 ist mit dem Medium 1 verbunden, um eine Schallwelle im Medium 1 zu erzeugen, wenn er elektrisch beaufschlagt wird. Die Schallwellen modulieren den Brechungsindex des Mediums 1, das den Lichtstrahl 3 in eine bevorzugte Richtung beugt, wenn das Licht nahe am Braggschen Winkel auf das Medium 1 trifft Auf diese Weise wird der durch das Medium 1 gehende Lichtstrahl 3 durch ein moduliertes Trägersignal, in diesem ein elektrisches Signal, moduliert.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen akustooptischen Lichtablenkungsvorrichtung dargestellt. Ein Laserstrahl trifft auf das akustooptische Medium 11 auf und kann durch Schallwellen moduliert werden, die vom Wandler 14 erzeugt werden, der in das Medium 11 eingegossen ist. Das Medium 11 ist ein Wechselwirkungsmaterial, das aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial besteht. Die Verbindung des Wandlers 14 mit dem Medium 11 wird durch ein besonderes Herstellungsverfahren erreicht.

Wie es in F i g. 3 dargestellt ist, ist eine Form 16 vorgesehen, die die optische Gestalt des akustooptischen Mediums 11 festlegt. Die obere Platte 18 der Form 16 ist entfernt, um den Wandler 14 am Boden der Form 16 in Längsrichtung in der Mitte anzuordnen. Die am Wandler 14 angebrachten Kontakte 1 und 2 sind, wie es in F i g. 4 dargestellt ist, gegen den Boden der Form 16 gerichtet angeordnet. Eine öffnung 20 ist in der oberen Platte 18 der Form 16 vorgesehen, durch welche geschmolzenes Kunststoffmateriai in die Form 16 eingespritzt wird. Beim Abkühlen des Kunststoffmaterials wird der Wandler 14 mit dem Kunststoffmaterial verbunden, das als akustooptisches Medium 11 dient.

Die optischen Flächen des Mediums 11 werden bei der Formgebung von selbst ohne die gewöhnlich erforderlichen Schritte zur Linsenbildung auf die gewünschte optische Orientierung gebracht Diese Linsenflächen oder flachen Seiten des Mediums 11 sind seine Außenflächen. Ferner werden diese Linsenflächen bzw. Außenflächen automatisch während des Formvorganges ausgerichtet. Die Innenfläche der Formplatte 1.8 kann so gestaltet werden, daß sie Befestigungselemente an der Seite des akustooptischen Mediums 11 gegenüber dem Wandler 14 aufweist, um zusätzliche Elektronikeinrichtungen zu befestigen und/oder die akustooptische Vorrichtung anzubringen. Der in F i g. 4 dargestellte Wandler 14 kann aus Lithiumniobat, Natrium-Kaliumniobat Lithiumgaliat, Quarz, Bleizirkonat-Keramik oder dergleichen hergestellt sein. Die Kontakte 1 und 2 bilden Wickelelektroden zum Empfangen elektrischer Signale, die als Modulationsträgersignale dienen. Die Kontakte 1 und 2 werden durch eine leitende Plattierung aufgebracht Beispielsweise kann ein Chrom- oder Goldüberzug auf die Wandleroberflächen aufgedampft werden.

Während in den bekannten akustooptischen Medien 1 ferroelektrisches Material, wie beispielsweise Bleimolybdat Bleiwolframat Barium-Natriummolybdat oder andere Materialien mit hohem Brechungsindex, wie beispielsweise Tellurglas, enthalten sind, sind die als geeignetes Medium 11 für die erfindungsgemäße Vorrichtung dienenden Werkstoffe thermoplastische Materialien. Es können natürlich alle durch Spritzguß formbare Kunststoffmaterialien die Erfordernisse der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfüllen. Ein besonders geeignetes Material ist Polysulfon, das ein steifes, festes thermoplastisches Material ist das in einer Vielzahl von Formen gegossen, extrudiert oder warmgeformt werden kann. Die Wärmeformbeständigkeit von Polysulfon beträgt 174° C bei 18,6 kp/cm² und bei einer Langzeitverwendungstemperatur von 149°C bis 171°C. Acrylharze, wie beispielsweise Polymethylacrylat bilden ebenfalls ein geeignetes Medium 11. Bei der Ausführung der Erfindung sollen Kunststoffe mit den höchstmöglichen Schmelztemperaturen verwandt werden, um durch Absorption der Schallwellen im Medium 11 verursachte Effekte aufgrund des Temperaturgradienten so niedrig wie möglich zu halten, so daß die optische Verzerrung so gering wie möglich wird.

Wie es in F i g. 5 dargestellt ist kann weiterhin in die Form 16 ein Kühlkörper 24 vor dem Einspritzen des Kunststoffmaterials nahe der öffnung 20 eingesetzt werden. Der Kühlkörper 24 kann einen Kupfermantel bilden, der einen mit der öffnung 20 in der Formplatte 18 ausgerichteten Durchbruch durch seine Oberseite zum Einspritzen des Materials des akustooptischen Mediums aufweist Nach dem Einspritzen des Kunststoffmaterials und nach der Abkühlung ergibt sich eine akustooptische Vorrichtung, die sowohl einen Wandler 14 als auch einen Kühlkörper 24 aufweist, die in das akustooptische Medium 11 eingegossen sind. Die Form 16 kann aus irgendeinem Material bestehen, das selbst bei hohen Temperaturen starre Grenzflächen bildet. So sind jegliche Metallarten, die zum Formgießen verwendet werden, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, geeignet.

Die Erfindung ermöglicht eine einfache Herstellung akustooptischer Vorrichtungen und eine direkte Verbindung des Wandlers mit dem Material des akustooptischen Mediums. Die Verwendung von Spritzgußkunststoffen als Material des Mediums ergibt zahlreiche Vorteile. Die Materialkosten werden vernachlässigbar, die bei der Herstellung der bekannten Vorrichtungen erfolgenden Schneid- und Poliervorgänge sind nicht mehr erforderlich und der Wandler 14 und/oder der Kühlkörper 24 werden automatisch beim Spritzgußvorgang mit dem Material des Mediums verbunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Akustooptische Liehtablenkungsvorrichtung mit einem akustooptischen Medium und einem damit gekoppelten piezoelektrischen Schallwandler zur Erzeugung modulierter Schallwellen, die in dem Medium ein Beugungsgitter für einen durch das Medium laufenden Lichtstrahl bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (11) aus Kunststoff besteht und der Schallwandler (14) in das Medium eingegossen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (11) aus einem thermoplastischen Material besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (U) aus einem Acrylharz besteht

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Medium (11) aus einem Polysulfon besteht

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit dem Medium (11) gekoppelten Kühlkörper (24).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (24) in das Medium (11) eingegossen ist

7. Verfahren zum Herstellen einer akustooptischen Lichtablenkungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Form mit die gewünschte optische Konfiguration des akustooptischen Mediums der Vorrichtung festlegenden Abmessungen ein piezoelektrischer Schallwandler eingesetzt: wird und daß ein erhitztes Kunststoffmaterial in die Form eingespritzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoffmaterial ein thermoplastisches Material verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Material ein Polysulfon verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisches Material ein Acrylharz verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einspritzvorgang ein Kühlkörper in die Form eingesetzt wird und beim Einspritzvorgang der Kühlkörper in das Medium eingegossen wird.