DE2953632C2 - Elektrooptischer Umformer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrooptischen Umformer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannt ist ein eleklrooptischer Umformer (Crenot et al. Appl. Phys. Lett., 1972, V. 21. S. 83-85). der hintereinander angeordnete — ein Modulationselcmcnt des Abtastlichtstroms, ein Reflcxionselcmcnt des Abtastlichtstroms sowie ein Formierungselcmcnt des Ladungsbildes durch das Aufzeichnungssignal enthält. Dieser Umformer enthält außerdem ein Element zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die genannten Elemente, die sich im unmittelbaren Kontakt miteinander befinden. Das Modulationselemcm des Ablastlichtstroms stellt eine planparallelc Platte aus einem Material dar, dessen optische Kenndaten sich unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes entsprechend ändern. Als ein derartiges Material wird ein KD.POvMonokristall verwendet, das einen linearen elektrooptischen Pockels-Effekt aufweist. Das Rcflexionsclemcnt des Abtastlichtstroms trennt optisch den Abiastlichtstrom vom Aufzeichnungssignal. Dieses Element stellt einen dielektrischen Spiegel dar, aufgedampft auf einer der Oberflächen der planparallelcn Platte des elektrooptischen KD₂PO₄-Monokristalls. Das Formicrungsclcment des Ladungsbildes durch das Aufzeichnungssignal ist als lichtempfindliche Halbleiterschicht ausgeführt, die auf der Oberfläche des dielektrischen Spiegels aufgetragen ist, während das Element zum Anlegen des elektrischen Feldes als habldurchsichtige stromleitendc Folienelektroden ausgeführt ist, wovon eine auf die lichtempfindliche Halbleiterschicht- und die andere auf die Oberfläche des elektrooptischen Kristalls aufgedampft ist.

Ein elektrooptischer Umformer der in einem Vakuum untergebracht ist und bei dem das elektrische Ladungsbild durch jeweils eine von zwei vorhandenen Kathodenstrahl-Einrichtungcn geschrieben und gelöscht wird, ist durch die Veröffentlichung in »journal of the Optical Society of America«, Vol.64, Nr. II, De/. 1974, S. 1575—1581, bekanntgeworden.

Ein weiterer elektrooptischer Umformer, bei dem das elektrische Ladungsbild durch eine Elektronenstrahlröhre erzeugt wird, ist durch die Literaiurstclle »Sammelheft Räumliche Lichtmodulatoren«, herausgegeben von S. B. Gurewitsch; Abhandlung von A.S. Dun u.a., »Elektrooptische räumliche Lichtmodulatoren mit Elektronenstrahladressierung«, 1977, S 119—124, bekanntgeworden. In dieser Einrichtung ist der dielektrische Spiegel und der elektrooptische Kristall in den Schirm ^r> der Elektronenstrahlröhre eingebaut Dabei dient die Kathode der Elektronenstrahlröhre als eine der Elektroden.

Falls das Ladungsbild durch das Aufzeichnungssignal in einer Elektronenstrahlröhre geschaffen wird, wird ein ίο Videosignal der Kathode der Elektronenstrahlröhre zugeführt. Der durchmodulierte Elektronenstrahl wird auf der Oberfläche des dielektrischen Spiegels abgetastet und erzeugt auf ihr ein entsprechendes Ladungsbild.

Bei der Verwendung einer lichtempfindlichen HaIblederschicht arbeitet dieser bekannte elektrooptische Umformer folgenderweise. Das auf die lichtempfindliche Halbleiterschich: projizierte Bild speichert sich in der Gegenwart eines elektrischen Feldes als Ladungsbild auf, das im KD₂PO₄-KnStSlI den Pockels-Effekt induziert. Auf diese Weise wird der Abtastlichtstrom entsprechend dem Aufzeichnungsbild durchmoduliert.

Da der dielektrische Spiegel in bekannten Umformern den Abtastlichtstrahl teilweise durchläßt, führt das Fehlen einer optischen Entkopplung zwischen dem Modulationselement des Abtastlichtstroms und der lichtempfindlichen Halbleiterschicht zu einer Zerstörung des aufgezeichneten Bildes.

Der gegenseitige Einfluß des Aufzeichnungssignals und des Abtastlichtstroms bietet keine Möglichkeit, die- n) se bekannte Einrichtung im Betrieb einer Verstärkung der Lichtströme effektiv zu verwerten. Beim Abtasten mit Hilfe leistungsstarker Lichtströme ist der Pegel des durch den dielektrischen Spiegel durchgegangenen Lichtstroms mit dem Pegel der Aufzeichnungssignale J5 kommensurabel, wodurch die Aufzeichnung flacher Signalpcgel unmöglich wird, was eine Herabsetzung der Empfindlichkeit des elektrooptischen Umformers bedeutet.

Ein derartiger elektrooptischer Umformer enthält bekanntlich Folienelemente, die sich in direktem Kontakt mit dem elektrooptischen Kristall befinden und aus Stoffen mit verschiedenen Wärmeausdehnungszahlen hergestellt sind. Da die Temperaturverhältnisse bei der Herstellung und dem Betrieb dieser Elemente verschieden sind, ist eine mechanische Rißbildung in diesen Folien unvermeidlich.

Der KD₂PO₄-KHsIaII ist wasserlöslich und wärmeunbeständig, wodurch die Möglichkeit einer Verwendung vieler bekannter lichtempfindlicher Halbleiterstoffe wein sentlich beschränkt wird, da bei deren Auftragung auf die Oberfläche des KD^PO^Kristalls dieser zerstört wird. Die Unmöglichkeit einer Verwendung verschiedener Haibleiterstoffe beschränkt den Bereich der Spektralempfindlichkeit dieses Umformers.
Das Fehlen einer räumlichen Trennung des KD₂PO₄-Kristalls und der lichtempfindlichen Halbleiterschicht verhindert die Möglichkeit eines Betriebs der Halblcilcrschicht bei einer Temperatur, die sich von der Temperatur des KD₂PO₄-KrJsIaIIs unterscheidet, worn durch gleichfalls die Zahl der anwendbaren Halbleiter-Stoffe verringert- und folglich auch der Bereich der Spcktralempfindlichkcit dieses Umformers beschränkt wird.

Das Fehlen einer räumlichen Trennung des Modulate tionselcmcnts des Abtastlichtstroms gemeinsam mit dem Rcflcxionsclcment des Abtastlichtstroms von der Elektronenstrahlröhre führt zu einer Zerstörung der Oberfläche der genannten Elemente infolge einer örtli-

chen Erwärmung durch den elektrischen Strahl und die Hlektronenstrahlzerstäubung dieser Stoffe.

Die Anordnung der Platte des elektrooptischen Kristalls mit dem auf dessen Oberfläche aufgetragenen dielektrischen Spiegel im Vakuum in der Röhre bewirkt unvermeidlich eine Verschlechterung des Vakuums in der Röhre und setzt folglich die Betriebssicherheit der Einrichtung merklich herab.

Darüber hinaus erschwert die Notwendigkeit einer Stoßverbindung der Platte des elektrooptischen Kristalls mit dem Gehäuse der Elektronenstrahlröhre wesentlich die Herstellungstechnologie der elektrooptischen Umformer.

Schließlich gehört noch zum Stand der Technik eine Anordnung (»Applied Optics«, Vol. 17, Nr. 23, 1978, S. 3696—8), bei der bei einem elektrooptischen Umformer eine Lichtsperrschicht (»light blocking layer«) zwischen einem Photoleiter zur Erzeugung eir»s elektrischen Ladungsbildes und dem Lichtmodulator angeordnet ist Ober das Material, aus dem diese Sperrschicht besteht, finden sich in der angegebenen Literaturstelle keine Angaben. Offensichtlich kann eine Sperrschicht aus einem homogenen Stoff nicht ohne Einbuße an Bildinformation beliebig vergrößert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrooptischen Umformer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine ausreichende räumliche Trennung der Elemente mit den Funktionen der Aufzeichnung eines elektrischen Ladungsbildes und der Abtastung ohne LeistungseinbuBe zu schaffen. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig.2 einen erfindungsgemäßen elektrooptischen Umformer nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das elektrische Ladungsbild durch eine Elektronenstrahlröhre erzeugt wird;

F i g. 3 das Prinzip der Abtastung bei einem erfindungsgemäßen elektrooptischen Umformer.

Der erfindungsgemäße elektrooptische Umformer enthält hintereinander angeordnete- ein Modulationselement 1 (Fig. 1) des Abtastlichtstroms, ein Reflexionselement 2 des Abtastlichtstroms, ein Übertragungselement 3 des Ladungsbildes sowie ein Formierungselement 4 des Ladungsbildes durch das Aufzeichnungssignal. Die Elemente 1,2,3 und 4 befindet: sich im unmittelbaren Kontakt miteinander in der angeführten Reihenfolge. Außerdem ist der Umformer mit einem Element 5 zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Elemente 1,2,3 und 4 versehen.

Das Element ( stellt eine planparallele Platte dar, hergestellt aus einem Material, dessen optische Kennwerte sich unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes ändern. Als solche Materini verwendet man einen elektrooptischen Kft₂PO4-Kristatl, der einen linearen Pokkels-Effekt aufweist. Dieser Effekt besteht darin, daß der Wert des ßrechungSexponents von der Intensität des angelegten ^lektriscbfen Feldes linear abhängt.

Das Element 2 stellt Qinen dielektrischen Spiegel 6 dar. Der Spiegel 6 trennt optisch die Funktionen der Aufzeichnung und der APtastung.

Das Element 3 bildet ein Element mit anisotroper

Leitfähigkeit. Dieses Element ist in Form einer Platte 7 aus einem dielektrischen Material hergestellt, das stromleitendc Kanäle enthält, die parallel zur optischen Achse verlaufen. Die Platte 7 kann beispielsweise eine Metallfaserstruktur haben, d. h. aus dünnen, parallel zur optischen Achse verlaufenden Metallfasern bestehen, die in ein Dielektrikum eingepreßt sind.

Möglich ist auch eine andere Ausführungsart des Elements 3, das eine Übertragung des Ladungsbildes auf

to eine bestimmte Strecke gewährleistet

Das Element 4 ist als lichtempfindliche Halbleiterschicht 8 ausgeführt

Das Element 5 bilden halbdurchsichtige Metallelektroden 9, die auf den Außenseiten der Elemente 1 und 4 aufgestäubt sind.

Die Einführung des Elements 3 zwischen die Elemente 2 und 4 ermöglicht eine räumliche Trennung der Aufzeichnungs- und der Abtastfunktion. Da die Leitfähigkeit in der Fortpflanzungsrichtung des Lichtstroms hoch ist, stört die Gegenwart des Elements 3, das als Element mit anisotroper Leitfähigkeit ausgeführt ist, eine Umverteilung der Spannungen zwischen der lichtempfindliche Schicht 8 und dem Element 1 unter der Wirkung des Aufzeichnungssignals (des Aufzeichnungslichtstroms) nicht, und die geringe Leitfähigkeit in der Querrichtung eine Ausbreitung des Ladungsbildes verhindert.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen elektrooptischen Umformers wird das Element 1 von beiden Seiten mit einer Genaugikeit von mindestens λ/2 poliert, wo λ die Wellenlänge bezeichnet. Auf dessen eine Seite wird ein mehrschichtiger dielektrischer Spiegel 6 und auf die andere eine halbdurchsichtige Elektrode 9 aufgedampft. Die Platte 7 wird auch von den beiden Seiten mit einer Genauigkeit mindestens A/2 poliert. Auf eine Seite der Platte 7 werden nacheinander eine Halbleiterschicht 3 und halbdurchsichtige Elektrode 9 aufgetragen, und die andere Seite der Platte 7 wird mit dem Element 1 seitens des elektrischen Spiegels 6 zum optischen Kontakt gebracht.

Eine derartige Konstruktion des Umformers ist fertigungsgerechter, da das Element 3 als Unterlage dient, auf welche die Schicht 8 aufgegtragen wird. Dabei ist kein Beschränken der Temperaturführung beim Auftragen der Schicht 8 erforderlich, weshalb verschiedene Halbleiterstoffe verwendet werden können, und infolgedessen läßt sich der Bereich der Spektralempfindlichkeit entsprechend erweitern.

In den Betriebsverhältnissen ermöglicht die räumliche Trennung der Schicht 8 und der Elemente 1 und 2,

so deren Temperatur bis auf den erforderlichen Wert zu regeln, wodurch die Möglichkeit, geboten wird, beispielsweise die Halbleiterschicht bis auf die Temperatur des flüssigen Stickstoffs zu kühlen und damit niederohmige Halbleiterstoffe, die im IR-Gebiet empfindlich sind, zu verwenden.

Die Einführung des Elements 3 beseitigt die Gefahr einer Belichtung der Schicht 8 durch den Abtastlichtstrom. Dabei entsteht die Möglichkeit, das Aufzeichnen und Abtasten auf der gleichen Wellenlänge durchzuführen. Außerdem kann man das Abtasten mit einem Licht vornehmen, gegen das die Schicht 8 empfindlich ist.

Erfindungsgemäß ist auch eine Konstruktion des Umformers möglich, in der das Formierungselement 4 des Ladungsbildes in Form einer Elektronenstrahlröhre 10 (Fig. 2) ausgeführt ist. Dabei bewirkt das Element 3 eine räumliche Trennung der Elektronenstrahlröhre 10 vom Element 1 und verhindert auf diese Weise ein Erwärmen des Rlements 1 und dessen Zerstörung Πίρ

Anordnung des Elements I außerhalb des Vakuums ermöglicht eine Erhöhung der Betriebssicherheit der Einrichtung. Außerdem erübrigt sich dabei die Notwendigkeit einer Stoßverbindung der Platte des Elements I mit dem Gehäuse der Elektronentrahlröhre 10. Bei dieser Konstruktion läßt sich das Element 1 nach der Montage und dem Evakuieren der Röhre 10 anordnen.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß man in den beschriebenen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen elektrooptischen Umformers als Element 2 die spiegelglatt polierte Oberfläche 11 des Elements 3 verwenden kann, die mit der Oberfläche des Elements 1 kontaktiert.

Der elektrooptische Umformer, in dem das Element 4 (Fig. 1) als lichtempfindliche Halbleiterschicht 8 ausgeführt ist, arbeitet folgenderweise. An die Elektroden 9 wird eine Spannung zugeführt. Das Aufzeichnungssignal (das auf die lichtempfindliche Schicht projizierte Bild) wird in der Schicht 8 als Ladungsbild aufgespeichert. Unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes wird das Ladungsbild durch das Element 3 auf das Element 1 übertragen und induziert in diesem einen linearen Pockels-Effekt. Hierbei ist zu bemerken, daß der zwischen den Elementen 3 und 1 angeordnete dielektrische Spiegel 6 infolge seiner geringen Dicke die Übertragung des Ladungsbildes nicht behindert.

Falls das Formierungselement 4 des Ladungsbildes durch das Aufzeichnungssignal als Elektronenstrahlröhre 10 (F i g. 2) ausgeführt ist, stellt das Aufzeichnungssignal ein Videosignal dar, das der Kathode der Elektronenstrahlröhre zugeführt wird. Das durch den Elektronenstrahl formierte Ladungsbild wird vom Element 3 auf das Element 1 übertragen und induziert in ihm den Pockels-Effekt, gleich wie im vorigen Falle (das Abtasten erfolgt in beiden Fällen auf die gleiche Weise).

Der von einem halbdurchsichtigen Spiegel 12 (F i g. 3) reflektierte Abtastlichtstrom dringt durch die durchsichtige Elektrode 9 in das Element 1 und wird vom Element 2 reflektiert. Der aus dem Element 1 heraustretende reflektierte Lichtstrom ist dank dem induzierten Pockels-Effekt polarisationsmoduliert. Weiterhin gelangt dieser Lichtstrom durch den halbdurchsichtigen Spiegel 12 und einen Analysator 13, in dem die Polarisationsmodulation sich in eine Intensitätsmodulation verwandelt.

Die Konstruktion des beschriebenen elektrooptischen Umformers ermöglicht eine räumliche Trennung der Aufzeichnungs- von der Abtastfunktion. Das ergibt die Möglichkeit, das Abtasten vom Licht beliebiger Wellenlänge vorzunehmen. Der erfindungsgemäße elektrooptische Umformer weist eine hohe Empfindlichkeit auf, weshalb man ihn zum Verstärken schwacher Lichtsignale erfolgreich verwenden kann. Darüber hinaus gewährleistet die Bauart des erfindungsgemäßen Geräts eine hohe Betriebssicherheit und ermöglicht eine Vereinfachung seiner Herstellungstechnologie.

Die vorliegende Erfindung läßt sich in Verarbeitungssystemen der optischen Information als Raumfilter zur Gewinnung von Raumbildern verwerten. Darüber hinaus kann man den elektrooptischen Umformer in Informationseingabegeräten in elektronische Rechenmaschinen sowie zur Großbildprojektion von Fernsehbildern verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen b5

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrooptischen Umformer, bei dem eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Ladungsbildes und ein auf dem Pockels-Effekt beruhender elektrooptischer Lichtmodulator unter Zwischenschaltung eines Lichtreflektors zusammengebaut sind, der den Lichtmodulator durchsetzendes Abtastlicht reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lichircflektor(6; 11) und die Einrichtung (8; 10) zum Erzeugen des Ladungsbildes ein Trennelement (3) mit anisotroper elektrischer Leitfähigkeit eingefügt ist.

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (3) die Form einer PIaUe (7) aus dielektrischem Material aufweist, in die parallel zur optischen Achse des Lichtrcflcktors (6; U) verlaufende stromleitende Kanäle eingearbeitet sind.