DE2555162C3 - Akusto-optische Lichtablenkeinrichtung mit anisotroper Bragg'scher Beugung - Google Patents
Akusto-optische Lichtablenkeinrichtung mit anisotroper Bragg'scher BeugungInfo
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Description
JO
Die Erfindung betrifft eine akusto-optische Lichtablenkeinrichtunfe
mit anisotroper Braggscher Beugung, bei der der WellenvektO' der ungebeugten
Lichtwelle gegenüber der 001-Achse des Kristalls um weniger als 10° geneigt ist.
über eine Lichtablenkeinrichtung dieser Art hat Warner vom Bell Laboratory, USA, im Jahre
1972 in »J. Appl. Phys.« 43, S. 4489—4495 berichtet. Diese Lichtablenkeinrichtung weist einen außernrdentlich
hohen Wirkungsgrad und eine große Bandbreite auf, wobei die optische Aktivität eines Tellurdioxid
(TeO2) Einkristalls ausgenutzt wird. Nach Warner wird jedoch das Licht durch eine Schallwelle
gebeugt, deren Wellenvektor parallel zur 110-Achse des Kristalls liegt. Dadurch treten Probleme
bezüglich des maximalen Diffraktionswirkungsgrads auf, genauer gesagt, der Diffraktionswirkungsgrad
nimmt in der Nähe der Zentral- bzw. Hauptfrequenz (der Schallwelle) aufgrund einer Rediffraktion bzw.
Doppelbeugung des Lichts ab.
Chang hat im Oktober 1974 in »Appl. Phys. Lett« 25, S. 370—372 von einem akusto-optischen
Filter berichtet, bei dem der Wellenvektor der Schallwelle gegenüber der 110-Achse geneigt ist. Der Wellenvektor
der ungebeugten Lichtwelle ist jedoch hier gegenüber der 001-Achse des Kristalls um mehr als
10° geneigt und fällt im Extremfall (Kolliniarität) mit der 110-Achse zusammen. Damit soll im Gegensatz
zu einer akusto-optischen Lichtablenkeinrichtung -τ?- (Θ - Einfallswinkel, / = Schallfrequenz)
möglichst groß gemacht werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Lichtablenkeinrichtung der eingangs genannten ^
Art so auszubilden, daß keine Abnahme des Diffraktionswirkungsgrades in der Nähe der Hauptfrequenz
auftritt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Wellenvektor der Schallwelle gegenüber der 110-Achse auf
die 001-Achse zu geneigt ist. Auf diese Weise macht sich die Erfindung zunutze, daß die Frequenz der
Ultraschallwelle, bei der das durch die Schallwelle einmal gebeugte Licht nochmals gebeugt wird, außerhalb
des Steuerfrequenzbereichs liegt. Der Diffraktionswirkungsgrad fällt also in der Nähe der Hauptfrequenz
des Steuerfrequenzbereichs der Ultraschallwelle wegen der Verhinderung der Rediffraktion nicht
ab. Gleichzeitig kann der Steuerfrequenzbereich außerordentlich groß gewählt werden. Darüber hinaus
kann weitgehend linear polarisiertes Licht verwendet werden.
Die Erfindung wird nan in Verbindung mit dem obengenannten Stand der Technik näher erläutert.
Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 schematisch eine bekannte TeO2-Lichtablenkeinrichtung,
F i g. 2 den Verlauf der Einfalls- und Diffraktionswinkel in Abhängigkeit von der Frequenz in der
bekannte TeC^-Lichtablenkeinrichtung,
F i g. 3 die Beziehung zwischen den Wellenvektoren bei der bekannten TeO2-Lichtablenkeinrichtung,
F i g. 4 die Frequenzabhängigkeit des Diffraktionswirkungsgrades,
F i g. 5 schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung,
F i g. 6 die Beziehung zwischen den Wellenvektoren bei der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung,
F i g. 7 und 8 derr Verlauf der Einfalls- und Diffraktionswinkel in Abhängigkeit von der Frequenz,
F i g. 9 die Beziehung zwischen der wirksamen Polarisationskomponente und dem Einfallswinkel,
Fig. 10 perspektivisch eine Anwendungsform der
Erfindung,
F i g. 11 die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel und der Frequenz,
Fig. 12 schematisch im Querschnitt eine andere
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung,
Fig. 13 perspektivisch eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung und
Fig. 14 eine noch weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lichtablenkeinrichtung.
Zunächst wird die von Warner vorgeschlagene Lichtablenkeinrichtung mit Bezug auf F i g. 1 beschrieben.
F i g. 1 zeigt eine Lichtablenkeinrichtung 1 mit einem Einkristall 2 aus Tellurdioxid und
einem piezoelektrischen Wandler 3, der an der (HO)-Fläche 9 des Tellurdioxidkörpers 2 befestigt ist. Transversale
Ultraschallwellen, die sich entlang der 110-Achse ausbreiten und die eine Verschiebungsrichtung
entlang der <1110>-Achse aufweisen, werden dem
TeOj-Kristall 2 über den Wandler 3 zugeführt. Der einfallende Lichtstrahl 6, bestehend aus rechtsdrehendem
elliptisch polarisiertem Licht, wird in den Kristall unter einem Winkel eingeführt, der geringfügig gegenüber
der optischen Achse, <001>-Achse, geneigt ist, und wird der Liehtbeugung dureh die transversale
Ultraschallwelle ausgesetzt, die durch den Wandler 3 erzeugt wird, um einen gebeugten Lichtstrahl 8 zu
bilden. Restliches oder ungebeugtes Licht ist mit der Bezugszahl 7 gekennzeichnet. Dem piezoelektrischen
Wandler gegenüberliegend auf der anderen Seite des Kristalls 2 ist ein Schallabsorber 4 vorgesehen.
Die Beziehung zwischen dem F-infallswinkel (-J1 des
Lichts und der Frequenz/,, der Ultraschallwelle bei Verwendung von He-Ne-Laser-Licht mit einer Wellenlänge
von 6328 Ä als einfallendes Licht in dem System der F i g. 1 ist in F i g. 2 dargestellt. Mit (-Jä ist der
Diffraktionswinkel bezeichnet.
Folgende zwei Hauptfaktoren begrenzen den Frequenzbereich der Lichtablenkeinrichtung eines akustooptischen
Lichtmodulators:
1) Bandbegrenzung , l/„ aufgrund der Abweichung
von der DilTraktionsbedingung mit sich ändernder Frequenz und
2) Bandbegrenzung \fT durch die Frequenzabhängigkeit
der Ultraschuilenergie bzw. Ultraschallleistung infolge der Verluste beim Einführen der
Schalleistung des piezoelektrischen Wandlers 3.
Bei eiruir TeOj-Lichtablenkeinrichtung und einer
X-Schnittplatte aus LiNbO3 als piezoelektrischen
Wandler 3 ist die Bandbegrenzung I fT durch den piezoelektrischen Wandler 3 wegen des zuletzt genannten
Ausdrucks 2 etwa 0,7mal so groß vie die Frequenz fR des piezoelektrischen Wandlers 3. Andererseits
kann die Bandbegrenzung I/B aufgrund der Frequenzabweichung von der Diffraktionsbedingung
wegen des ersteren Ausdrucks I aus dem Diffraktionswinkel I Θα (etwa 3 dB) der Schallwelle erhalten
werden, der sich aus
\βα = 0,9VfJ11L
(D
ergibt, wobei
υ = Schallgeschwindigkeit in dem Medium und L — Länge des Wandlers.
In dem Frequenzbereich, in dem der Einfallswinkel in F i g. 2 im Medium ist, ändert sich der Einfallswinkel,
der die Diffraktionsbedingung erfüllt, wenig, selbst wenn sich die Frequenz ändert. Somit wird
eine breitbanHige Lichtablenkeinrichtung geschaffen,
indem der Einfallswinkel bei dem Wert Bm + I (-)J2
oder in dessen Nähe eingestellt wird, wobei (Vn, das
Minimum des Einfallswinkels ist.
Bei Frequenzen, bei denen der Einfallswinkel den geringsten Wert einnimmt, wie dies aus der Wellenvektorbezeichnung
de£ F i g. 3 ersichtlich ist. wird
das einfallende Licht kt durch die transversale Ultraschallwelle
K„ gebeugt und erzeugt gebeugtes Licht kd, wobei die Beziehung k, +^K1, — kd erfüllt ist und
wobei der durch kd und Ka gebildete Winkel ein
rechteMVinkel ist. Daher kann das einmal gebeugte Ljcht kd erneijt gebeugt werden, wenn die Bedingung
k~*d + K0 = kdd erfüllt istjm Ergebnis wird ein doppelt
gebeugter Lichtstrahl kdi erzeugt, und zwar auf der
dem einfallenden Licht Tq gegenüberliegenden Seite.
Bei einer bekannten Lichtablenkeinrichtung wird die Frequenz/jj zum Erzeugen der Rediffraktion
durch
V_
ausgedrückt, wobei
/. = Wellenlänge des einfallenden Lichts im
Vakuum und
/i, und tij = Brcchuiigsindizes für das Medium für
das einfallende bzw. gebeugte Licht.
In der Praxis beträgt die Rediffraktionsfrequenz fdd für Licht mit einer Wellenlänge von 6328 A etwa
38MHz.
Daher besteht eine Frequenzabhängigkeit des Diffraktionswirkungsgrades
gemäß Kurve α in F i g. 4. Die Abnahme des Diffraktionswirkungsgrades bei
der Rediffraktionsfrequenz erscheint oberhalb des Wirkungsgrades von 40%.
Der maximale Diffraktionswirkungsgrad innerhalb der 3dB-Frequenzbandbreite wird auf etwa 70%
unterdrückt, wie sich dies aus Kurve b in F i g. 4 ergibt, und außerdem wird die Abnahme bei der
Hauptfrequenz merklich.
Dieses Phenomen ist nicht auf Tellurdioxid beschränkt, sondern tritt auch bei der anisotropen
Bragg-Diffraktion in anderen anisotropen Medien auf und stellt eines der größten Probleme und Nachteile
der Lichtablenkeinrichtungen dar, dip die anisotrope Bragg-Diffraktion ausnützen.
Außerdem verringert sich die wirksame Polarisationskomponente, und der DifiratMonswirkungsgrad
nimmt ab, falls nicht rechtsdrehendes elliptisch polarisiertes Licht mit einer Elliptizität von etwa 0,8
als einfallendes Licht für die Lichtablenkeinrichtung verwendet wird. Daher sind bei Verwendung ~'on
Laser-Licht, das im allgemeinen linear polarisiert ist, besondere optische Einrichtungen wie beispielsweise
eine /./4-Platte, zum Umwandeln von linear polarisiertem
Licht in elliptisch polarisiertes Licht erforderlich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung soll die oben beschriebene Lichtablenkeinrichtung verbessert und
die oben beschriebenen Nachteile sollen vermieden werden. Obwohl die Erfindung nicht auf Lichtablenkeinrichtungen
mit TeO2-Kristallen beschränkt ist, wird die folgende Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen
mit TeO2-Kristallen vorgenommen, bei denen der Effekt außerordentlich groß ist.
F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Lichtablenkeinrichtung 1, in dersin piezoelektrischer Wandler
3 auf einer Fläche befestigt ist, die um einen Winkel Θ gegen die (110)-Ebene eines TeO2-Kristalls 2
geneigt ist. Daher unterscheiden sieb, die Richtungen
der Wellentrontnormalen und der Energieausbreitung einer Schallwelle 11 außerordentlich stark (Winkel
ν — (-)„ zwischen den zwei Richtungen). Ein Schallabsorber
4 ist auf der anderen Seite des TeO2-Kristalls
2 befestigt, die der Fläche gegenüber liegt, an der der piezoelektrische Wandler 3 befestigt ist. Ein
Einfallslichtstrahl 6 fällt auf einer Fläche 10 ein. die unter einem Winkel Θ, geneigt ist, und ein ungebeugter
Lichtstrahl 7 und ein gebeugter Lichtstrahl 8 werden aus dem einfallenden Licht durch die Wechselwirkung
mit der Schallwelle 11 erzeugt.
In diesem Fall ist die Beziehung der Wellenvektoren der Schallwelle 11, des Einfallslichtstrahls 6 und des
gebeugten Lichtstrajils 8 so wie in F i g. 6 dargestellt.
Der Wellenvektor Ka der Schallwelle ist nicht mehr
parallej^zu derjy 10>-Achse und wird durch einen
Pjei! AB oder BC dargestellt, und der Wellenveklor
ki des Einfallslichtstrahls ist um einen Winkel Θ,
gegen jJje 'OOlVAchse geneigt Und wird durch einen
Pfeil OA dargestellt. Der Wellenvektor der gebeugten Welle kd wird dargestellt durch
kd = k, + K\ = OA + AB = OB .
Die Beziehung des Einfallswinkels (der Winkel zwischen der AusbreitunesrichtuiiK des Lichts und
der 001 -Achse) und der Frequenz kann durch ein Computerprogramm berechnet werden, das auf folgenden
Gleichungen (2) bis (6* beruht:
η, sin W1 -/I2SJnW2 - /„ /. cos W0Zr(W11) (2)
/I1COsW1 — M2COsW2 = — /„/sin W11 ι (W11) (3)
/ι2 = «X (I +'I)2Z(OJcOS2W1 +/tf sin 2W1) (4)
,ι2 = /ι2 (I - ArV[COs2W2 + (I - -M2SJn2W2I (5)
'C-'J = [MC11 - C12)COS2W1, 2 t- C44SiIi-W11I ,,]' ,
wobei
und
= Brechungsindi/es für die einfallenden
b/w. gebeugten I.icht-
/in und/ι,. = Brechungsindizes Tür die ordentlichen
bzw. außeroidentlichen Lichtstrahlen, die sich entlang
der 110 -Achse ausbreiten.
λ = Drehungskonstante.
Ci|. C12 und C44 = Elastizitätskonstante gemiiüder
λ = Drehungskonstante.
Ci|. C12 und C44 = Elastizitätskonstante gemiiüder
üblichen Notation.
/„ = Frequenz der Schallwelle.
/ = Wellenlänge des Lichts im Vakuum und
/„ = Frequenz der Schallwelle.
/ = Wellenlänge des Lichts im Vakuum und
1'(W11) = Phasengeschwindigkeit der
Schallwelle, wenn die Richtung der Wellenfrontnormalen der
transversalen Schallwelle um einen Winkel W11 von der 110 Achse
gegen die (K)I -Achse geneigt ist.
Die Ergebnisse der Berechnung sind in den I- i g. 7
und 8 dargestellt. F i g. 7 zeigt den Einfalls- und den Beugungswinkel in Abhängigkeit von der Frequenz
bei Verwendung von Licht mit einer Wellenlänge von / = 6328 A und einem Winkel W11 = 6\
In F i g. 7 zeigen jeweils in Abhängigkeit von der Frequenz/,, die Kurven α und b den Verlauf des
Einfallswinkels W1, die Kurven </' und b' den des
Diffraktionswinkels Wd entsprechend den Kurven a
bzw. b und die Kurven c und c'. den des Einfallswinkels
W1 und des Diffraktionswinkels W1,. wenn der
Winkel W11 Null ist. d. h.. wenn sich die Schallwelle
entlang der 110 -Achse ausbreitet. Wenn <■)„ = 6 .
so beträgt die Frequenz zur Erzeugung der Rediffraktion
etwa 111 MHz. und das Extremum der Kurve u.
d. h. die Frequenz, bei der das Differential des Einfallswinkels bezüglich der Frequenz Id η α /j Null
wird tritt bei 70 MHz auf Wenn daher die Länse L
des piezoelektrischen Wandlers 3 5 mm beträgt, ist der Diffraktionswinkel der Schallwelle 1 Wa etwa
0.096" aus der Beziehung .1 W11 = 0.9 ν/· L. so daß
die Frequenzbandbreite I/B der Lichtablenkeinrichtung.
die diesem Winkel entspricht, etwa 55 MHz (zwischen 47 und 102MHz) groß wird. Es sei festgestellt,
daß die Frequenz zur Erzeugung der Rediffraktion etwa 111 MHz beträgt und außerhalb des
obenerwähnten Bereiches ist. und daher tritt kein Abfall in der Frequenzabhängigkeit des DifTraktions-
ciiii Lirivj gU
ixCririiirücn
g g
erreicht werden. In der Praxis ist es wirkungsvoller,
den Lichteinfallswinkel innerhalb eines Winkelerades Andererseits stimmen bei bekannten Verfahren das
Fxlremum und die Frequenz der Rcdiffraktion überein,
und diese Frequenz ist mil 38 MHz niedrig. In diesem Fall beträgt die Bandbreite I/■, für den piezoelektrischen
Wandler 3 etwa 0,7/„ und ha! die
Größenordnung von etwa 26 MHz, da die verwendete
Schallfrequenz außerhalb der Resonanzfrequenz/,, des piezoelektrischen Wandlers 3 etwa auf das Fxtremum
eingestellt ist. Wenn die Länge L. in der die Wechselwirkung zwischen dem Licht und der l'ltraschallwelle
auftritt, etwa 5 mm beträgt, so wird die
Bandbreite auf Grund der Abweichung \on dei Diffraktionsbedingung etwa 4l MHz. Da diese Handbreite
breiter ist als 26 M Hz, die durch die Bandbreite I I1 des piezoelektrischen Wandlers 3 begrenzt isi.
wird die tatsächliche Bandbreite geringer als 26 MHz.
Bei der erfindungsgemäßcn Ausführungsform wird
jedoch ein Vorteil dadurch erzielt, daß die Bandbi-·
gnilVr wirrt. fl:i I /"_ = SS MH/ und I/,=49MH/
F i g. 8 zeigt die Kennlinien, wenn der Winkel W11.
der durch die Oberfläche gebildet wird, auf der dei
piezoelektrische Wandler 3 befestigt ist. und die
(IIO)-Fbene verändert werden. Wenn der Winkel W1
groß wird, werden die Frequenzen des F.xtri-mums
unii die Rediffraktion groß. Außerdem wird die Frequenzdifferenz zwischen den Frequenzen des Fxtremums
und der Rodiffraktion ebenfalls groß. Dahei
entfernt sich die Rediffraktionsfrcqucnz wtuer außerhalb
des Bandes. Daher ist es möglich, einen Lichtmodulator
oder eine Lichtablenkeinrichtung zu schaffen, die breitbandiger sind und eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit
bei zunehmendem (-J1, aufweisen. Bei
der erfindungsgeniäßen Lichtablenkeinrichtung isi
es nicht erforderlich, einen Laser-Lichtstrahl als ein
fallenden Lichtstrahl in elliptisch polarisiertes Licht mit Hilfe einer / 4-Platte usw. umzuwandeln, wie die
bei bekannten Lichtablenkeinrichtungen erforderlich ist. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Reduktion
der Oberflächenrcflexion des Lichts, zu einei
leichten Ausrichtung der optischen Achsen usw.
F i g. 9 zeigt die Abhängigkeit der effektiven PoIarisationskomponentc
vom Winkel, der durch die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts und die r-Achse in dem Kristall gebildet wird. Die effektive
Polarisationskomponente ist die Komponente, die effektiv in dem Kristall gebeugt wird, wenn ein linear
polarisierter Lichtstrahl mit einer Polarisation in der 110 -Richtung außerhalb des Kristalls (die Polarisation
entsprechend dem außerordentlichen Strahl in dem Kristall) in den Kristall geführt wird, i alls
beispielsweise der Winkel W0 auf oberhalb 6C eing UeISt
ist. so beträgt der Einfallswinkel, bei dem das Extremum in dem Kristall auftritt, etwa 4 . GemäP
F i g. 9 können über 96° η des einfallenden Lichts bei
-. _~g328 K und über 90° « soear bei ,; = !R80 Λ
für die Diffraktion ausgenutzt werden.
Dies sollte mit der Tatsache verglichen werden daß bei bekannten Verfahren zur Verwendung von
elliptisch polarisiertem Licht (Eliiptizität in der Größenordnung
von etwa 0.9) eine Anzahl Phasenplatten verwendet werden müssen, und der Lichtverlust in
diesem Fall 10% übersteigt. Bei Ausnutzung der erfindungsgemaßen Erkenntnisse kann somit das
einfallende Licht außerordentlich wirksam ausgenutzt werden.
Außerdem ist es besonders vorteilhaft, daß bei
Verwendung eines Paars in Reihe geschalteter Lichtablenkeinrichtunsen
1 und Γ zur Erzeusuns einer
in der Nähe des Winkels einzustellen, bei dem das
erwähnte Differential d (->/df Null wird,
zweidimensionalen Ablenkung die Verwendung optischer Phasenplatten nicht erforderlich ist. Gemäß Fig. 10 weist der aus der ersten Stufe gebeugte Strahl eine um den Winkel 90' gedrehte Polarisationsebene gegenüber der des einfallenden Lichts auf und fällt aiti der außerordentliche Strahl auf die Lichtablenkeinrichtung der zweiten Stufe. Dabei sind somit ebenfalls keine Phasenplatten usw. zwischen der ersten und der zweiten Stufe erforderlich. Die Lichtrcflexion ist natürlich sehr gering. In F ig. IO sind piezoelektrische Wandler 3 und 3' an den zwei TeO2-Kristallen befestigt ir.d werden durch eine Lcistungsquelle angesteuert Die Polarisationen des Lichts werden durch Pfei'j 14 und 14' dargestellt, und der abgelenkte Lichtstrahl wird auf einem Schirm 13 betrachtet.
zweidimensionalen Ablenkung die Verwendung optischer Phasenplatten nicht erforderlich ist. Gemäß Fig. 10 weist der aus der ersten Stufe gebeugte Strahl eine um den Winkel 90' gedrehte Polarisationsebene gegenüber der des einfallenden Lichts auf und fällt aiti der außerordentliche Strahl auf die Lichtablenkeinrichtung der zweiten Stufe. Dabei sind somit ebenfalls keine Phasenplatten usw. zwischen der ersten und der zweiten Stufe erforderlich. Die Lichtrcflexion ist natürlich sehr gering. In F ig. IO sind piezoelektrische Wandler 3 und 3' an den zwei TeO2-Kristallen befestigt ir.d werden durch eine Lcistungsquelle angesteuert Die Polarisationen des Lichts werden durch Pfei'j 14 und 14' dargestellt, und der abgelenkte Lichtstrahl wird auf einem Schirm 13 betrachtet.
Andererseits wurde bereits über akusio-opiischc·
Filter unter Verwendung von Tellurdioxidkristallen berichtet, wobei die Pichtungen der Schallwellenfrontnormalen
und die der Ausbreitung der Schallenergie unterschiedlich ;ind, wie dies bei der vorliegenden
Erfindung der FaIi ist. und zwar in
1. Frühjahrstagung der japanischen Gesellschaft für angewandte Physik (Beitrag Nr. 3aA4) und
2. I. C. C h a η g, Applied Physics Letters, VoI 25. Nr. 7. 1974.
Bei diesen bekannten Verfahren werden jedoch Einfallwinkel und Frequenz gemäß C oder D in
F i g. 11 verwendet und nicht Parameter in den Bereichen A und B.
In den Bereichen C und D beträgt der Winkel zwischen
der Ausbreitungsrichtung des Lichts in dem Kristall und der OOI>-Achse über 10°, während der
Winkel gemäß der Erfindung weniger als 10" beträgt. Ein anderer großer Unterschied zwischen den akustooptischen
Filtern und der vorliegenden Lichtablenkeinrichtung ist darin zu sehen, daß es für akustooptische
Filter um so günstiger ist, je größer das Differential d θ/df des einfallenden Winkels relativ
zu der Frequenz ist, da ein größerer Wert zu einer schmaleren Spektralbreite führt. Daher wurden bei
den genannten akusto-optischen Filtern die Bereiche C und/oder D ausgewählt.
Andererseits ist es bei einer Lichtablenkeinrichtung um so besser, je kleiner der Wert |d θ d/| ist. Die
Bereiche A oder B werden herangezogen, um ein großes Steuerfrequenzband zu erhalten.
Wie oben beschrieben weist die erfindungsgemäße Lichtablenkeinrichtung die folgenden Vorteile auf:
1. guter Frequenzgang ohne Abfall des Diffraktionswirkungsgrades in dem Steuerfrequenzband,
2. Breitbandigkeit der Lichtablenkeinrichtung, da die Hauptfrequenz hoch eingestellt werden kann.
3. Verwendung von linear polarisiertem Licht als einfallendes Licht, ohne daß Phasenplatten erforderlich
sind,
4. eine beliebige Hauptfrequenz kann durch Ändern des Winkels θα ausgewählt werden und
5. geringer Leistungsbedarf beim Ansteuern wegen der Verwendung eines Tellurdioxid-Einkristalls
als Lichtablenkmedium mit einem außerordentlich hohen Diffraktionswirkungsgrad.
Insbesondere werden die folgenden Wirkungen erzielt:
I. Die Richtungen der Normalen der Schallwellenfront und der Energieausbreitung sind wesentlich
verschieden. In dem ReO2-Kristall beträgt beispielsweise
der Unterschied etwa 20 bei (-)„ = 2 , und etwa 45" bei θα = 6Ü. Daher sind die Formen
des Schallabsorbers und des Ablenkmediums nur erforderlich, um zu verhindern, daß die Schallwelle
auf der Fläche auftrifft, aus der das Licht austritt.
κι 2. Die Schallgeschwindigkeit erhöht sich, wenn
die Schallwcllcnfront von der 7IIO-AChSc verschoben
wird, und zwar beispielsweise um das l,056fache bei (-)„ = 6°. Obwohl sich daher der
akusto-optische Wert um etwa 15% verringert,
I) ist die für 100%ige Diffraktion erforderliche
Leistung in der Größenordnung von mehreren hundert Milliwatt.
im HiigL-iiuuri wemen weiiere Ausiüiiruiigsiurmcn
2(i kurz beschrieben.
Ausführungsform 2
Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 wird ein Tellurdioxid-Kristall als Medium verwendet, jedoch
2) wird die Kennlinie b der F i g. 7 anstelle der Kennlinie
α verwendet. In diesem Fall unterscheiden sich auch die Frequenzen des Extremums und der Rediffraktion
(obwohl das Extremum bei einer höheren Frequenz liegt als das der Rediffraktion), und daher
jo wird eine breitbandige Lichtablenkeinrichtung erhalten,
die keinen Abfall des Diffraktionswirkungsgrades zeigt.
Ausführungsform 3
J-) Gemäß Fig. 12 ist die Einfallsebcnc geneigt
(schräger Einfall), um den Brewster-Einfallswinkel zu erhalten, und der durch die Ausbreitungsrichtung
des Lichts in dem Kristall und die <001>-Achse gebildete Winkel ist gleich oder ungefähr gleich dem
Winkel, bei dem ein Extrem auftritt. Die Reflexion des Lichts kann durch diese Anordnung minimalisiert
werden.
Ausfuhrungsform 4
4> Gemäß F i g. 13 ist die Austrittsfläche gegen die
c-Ebene zur llO^-Achse hin geneigt. Die Lichtreflexion
an der Austrittsfläche ist weitgehend gleich Null, so daß eine weitgehend von Lichtreflexionsverlusten
freie Lichtablenkeinrichtung erhalten wird.
Ausführungsform 5
Bei den Anordnungen der oben beschriebenen Ausführ-ingsformen 1 bis 4 wurden anisotrope Kristalle
aus LiNbO3, PbMoO4, CaMoO4, HIO3 usw.
ansteile des TeO2-EinkristalIs als akusto-optisches
Medium verwendet. Ähnliche Effekte können in diesen Fällen ebenfalls erhalten werden.
Um die Schallwellenfrontnormale von der 110 Achse
zu verschieben, wurden die durch einen piezo-
bo elektrischen Wandler erzeugte Wellenfront aus der
(110)-Ebene in den vorbeschriebenen Ausführungsformen geneigt. Anstelle dieser Anordnungen kann
zwischen dem piezoelektrischen Wandler und dem Ablenkmedium 2 gemäß Fig. 14 ein keilförmiges
Schallwellenübertragungsmedium 14 angeordnet sein. Diese Anordnung erzeugt ähnliche Effekte wie das
Neigen der Fläche auf der der piezoelektrische Wandler 3 befestigt ist.
909 614/372
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Akusto-optische Lichtablenkeinrichtung mit
anisotroper Braggscher Beugung, bei der der Wellenvektor der ungebeugten Lichtwelle gegenüber
der 001-Achse des Kristalls um weniger als 10° geneigt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wellen vektor der Schallwelle gegenüber der 110-Achse auf die 001-Achse zu
geneigt ist.
2. Lichtablenkeinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Θ, des
Vektors der ungebeugten Lichtwelle gegenüber der 001-Achse und die Schallfrequenz/a inner-
halb eines Bereichs liegen, in dem —ry im wesentlichen
Null ist.
3. Lichtablenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall ein M Paratellurit-Kristall ist.
4. Lichtaofenkeinrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein keilförmiges Zwischenstück zwischen der 110-Oberfläche
des Kristalls und der Ultraschallquelle vorgesehen ist, um eine geneigte Schalleintrittsfläche
zu schaffen.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14179374A JPS571809B2 (de) | 1974-12-09 | 1974-12-09 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2555162A1 DE2555162A1 (de) | 1976-06-10 |
DE2555162B2 DE2555162B2 (de) | 1978-07-27 |
DE2555162C3 true DE2555162C3 (de) | 1979-04-05 |
Family
ID=15300267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2555162A Expired DE2555162C3 (de) | 1974-12-09 | 1975-12-08 | Akusto-optische Lichtablenkeinrichtung mit anisotroper Bragg'scher Beugung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4037933A (de) |
JP (1) | JPS571809B2 (de) |
CA (1) | CA1038666A (de) |
DE (1) | DE2555162C3 (de) |
GB (1) | GB1532250A (de) |
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