DE3013815C2

DE3013815C2 -

Info

Publication number: DE3013815C2
Application number: DE3013815A
Authority: DE
Inventors: Cestmir Dipl.-Ing Barta; Jiri Dipl.-Ing Ctyroky; Jurij Vladimirovic Pisarevskij; Iraida Michajlovna Silvestrova
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1979-04-13
Filing date: 1980-04-10
Publication date: 1990-02-08
Also published as: FR2454115B1; DE3013815A1; CS209677B1; GB2046938A; GB2046938B; JPS6257015B2; NL8002003A; FR2454115A1; US4319808A; JPS55143522A

Description

Die Erfindung betrifft ein akusto-optisches Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches akusto-optisches Element ist aus der DE-AS 23 29 460 bekannt. Es besteht aus einem Einkristall aus einwertigem Quecksilberhalogenid, bei dem sich die elastische Welle entlang der Richtung [100] und/oder [010] und die Lichtwelle entlang der Richtung [001] ausbreitet. Die DE-AS 23 29 460 entspricht dem CS-Urheberschein 170 007.

Das akusto-optische Element gemäß CS-Urheberschein 170 007 besteht aus einem Einkristall aus einwertigem Quecksilberhalogenid, bei dem sich die elastische Welle in Richtung [100] und die Lichtwelle in Richtung [001] fortpflanzt. Diese akusto-optischen Elemente zeichnen sich durch einen hohen Wert an akusto-optischer Wechselwirkung, ein breites Band für die optische Durchlässigkeit und eine geringe Dämpfung für die akustische Welle aus. Ein Nachteil dieses Elementes ist, daß es bei Betrieb mit nichtpolarisiertem Licht einen zusätzlichen Polarisator am Eintritt in das akusto-optische Element benötigt, zum Beispiel bei Anwendung einer Mehrzahl von Feststoff-Lasern. Ein weiterer Nachteil ist die hohe Empfindlichkeit der realen Kristallstruktur, die sich durch einen Störhintergrund an gestreutem Licht und durch verschlechterte optische Unterscheidung äußert. Das führt zu der Notwendigkeit einer strengen Auswahl und zur Herabsetzung der Ausbeute bei der Erzeugung von akusto-optischen Elementen dieser Art. Ähnliche Schwierigkeiten bestehen auch mit anderen akusto-optischen Elementen auf der Basis anderer optisch doppelbrechender Kristalle wie TeO₂, PbMoO₄ und anderen.

Die erwähnten Nachteile werden durch das erfindungsgemäße akusto-optische Element behoben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Normale zu einander gegenüberliegenden Flächen für den Eintritt des natürlichen Lichtbündels und den Austritt des ordentlichen Lichtbündels und des außerordentlichen Lichtbündels gegen die Richtung [001] der kristallographischen Hauptachse unter einem Winkel p geneigt ist, der sich berechnet zu:

wobei

n _o den Brechungsindex des ordentlichen Lichtbündels,
n _e den Brechungsindex des außerordentlichen Lichtbündels des verwendeten optisch doppelbrechenden Kristalls bezeichnet und
ρ im Hauptabschnitt des einfallenden Strahls liegt.

Mit Vorteil wird die Normale zur ersten Schlifffläche des Einkristalls parallel zur Richtung [100] gewählt.

Es ist auch vorteilhaft, die Normale zur ersten Schlifffläche des Einkristalls parallel zur Richtung [110] zu wählen.

Für ein Steuern nur des ordentlichen Lichtbündels ist die Achse des piezoelektrischen Wandlers senkrecht zur Achse des ordentlichen Lichtbündels, das die durch den piezoelektrischen Wandler in den Einkristall ausgestrahlte akustische Welle senkrecht zu dessen ersten Flächen schneidet.

Für ein unabhängiges Steuern des ordentlichen und außerordentlichen Lichtbündels wird vorteilhaft die Achse eines zweiten piezoelektrischen Wandlers senkrecht zur Achse des außerordentlichen Lichtbündels gewählt und dieses Bündel schneidet die akustische durch den zweiten piezoelektrischen Wandler in den Einkristall ausgestrahlte Welle senkrecht zu dessen ersten Fläche.

Für ein gleichzeitiges Steuern des ordentlichen und außerordentlichen Lichtbündels wird die Achse des piezoelektrischen Wandlers senkrecht zu den Achsen des ordentlichen und außerordentlichen Lichtbündels gewählt und beide Lichtbündel, das ordentliche und außerordentliche, schneiden die durch den piezoelektrischen Wandler in den Einkristall ausgestrahlte Welle senkrecht zu dessen ersten Fläche.

Für einen verlustlosen Austritt des außerordentlichen Lichtstrahles aus dem Einkristall ist das akusto-optische Element vorteilhaft mit einer dritten Fläche versehen, die mit der zweiten Fläche für den Austritt des ordentlichen Lichtstrahles aus dem Einkristall einen Winkel ϕ bildet, der sich ergibt zu:

ϕ = 130° ± 30°.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen akusto-optischen Elementes aus dem optisch doppelbrechenden Einkristall ist, daß es in einem Element drei Funktionen vereinigt, nämlich die des Polarisators, die des passiven Deflektors und die des aktiven Elementes, welches das Lichtbündel mittels einer akustischen Welle steuert, wodurch Verluste an Intensität des Lichtbündels durch Reflexion dank einer geringeren Zahl von Reflexionsflächen herabgesetzt werden. Diese Eigenschaften werden vorteilhaft zum Beispiel zum Steuern eines Lichtbündels innerhalb eines Lasers ausgenützt. Es werden dadurch die Schwellen für die Auslösung des Lasers herabgesetzt, und dessen Leistung wird erhöht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen akusto-optischen Elementes ist eine Herabsetzung der Empfindlichkeit gegen Defekte im Kristall, was eine höhere Erzeugung von Elementen hoher Güte ermöglicht. Das akusto-optische Element ermöglicht ferner ein unabhängiges Steuern des ordentlichen und des außerordentlichen Lichtbündels in einem Element ohne die Notwendigkeit einer Hilfspolarisationsanordnung.

Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes akusto-optisches Element aus einem doppelbrechenden Einkristall sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch ein akusto-optisches Element zum Steuern eines ordentlichen Lichtbündels,

Fig. 2 schematisch ein akusto-optisches Element mit zwei piezoelektrischen Wandlern für akustische Wellen für ein unabhängiges Steuern eines ordentlichen Lichtbündels und eines außerordentlichen Lichtbündels, und

Fig. 3 schematisch ein akusto-optisches Element mit einem piezoelektrischen Wandler für akustische Wellen für ein gleichzeitiges Steuern eines ordentlichen Lichtbündels und eines außerordentlichen Lichtbündels.

Das in Fig. 1 dargestellte akusto-optische Element zum Steuern eines ordentlichen Lichtbündels besteht aus einem Einkristall 1 aus Quecksilberchlorid. Die erste Fläche 2 des Einkristalls 1 ist parallel zur Richtung 3 der kristallographischen Hauptachse und eine Normale zu dieser Fläche ist parallel zur Richtung [100] in den Grenzen ±20°. Die Normale auf das Paar gegenüberliegender zweiter Flächen 4, 4′ ist gegen die Richtung der kristallographischen Hauptachse 3 um einen Winkel ρ geneigt, der durch die Gleichung

gegeben ist, in der

n _o der Brechungsindex des ordentlichen Lichtbündels und
n _e der Brechungsindex des außerordentlichen Lichtbündels ist.

Für Kristalle aus einwertigen Quecksilberhalogeniden liegt der Winkel ρ in den Grenzen von 33° bis 80°.

Der Einkristall 1 besitzt ferner eine dritte Fläche 8 für einen selbständigen Austritt des außerordentlichen Lichtbündels 7′ aus dem Einkristall 1, die mit der zweiten Fläche 4′ für den Austritt des ordentlichen Lichtbündels 7 aus dem Einkristall 1 einen Winkel ϕ von 130 ± 30° einschließt.

An die erste Fläche 2 des Einkristalls 1 ist ein piezoelektrischer Wandler 5 für akustische Wellen zum Steuern des ordentlichen Lichtbündels 7 angeschlossen. Zu diesem Zweck ist die Achse des piezoelektrischen Wandlers 5 senkrecht zur Achse des ordentlichen Lichtbündels 7, das die durch den piezoelektrischen Wandler 5 ausgestrahlte akustische Welle schneidet. Einander gegenüberliegende Flächen 4, 4′ des Einkristalls 1 sind für den Eintritt 6 des Lichtbündels und den Austritt des ordentlichen Lichtbündels 7 bestimmt. Das außerordentliche Lichtbündel 7′ tritt aus der dritten Fläche 8 des Einkristalls 1 ohne Verluste unter dem Brewsterwinkel aus.

Das akusto-optische Element kann auch ohne die dritte Fläche 8 des Einkristalls 1 ausgeführt werden. In diesem Fall tritt das außerordentliche Lichtbündel 7′ aus der zweiten Fläche 4′ des Einkristalls 1 aus und ist parallel mit dem ordentlichen Lichtbündel 7.

Das in Fig. 2 dargestellte akusto-optische Element für ein unabhängiges Steuern des ordentlichen Lichtbündels und des außerordentlichen Lichtbündels besteht aus einem Einkristall 1 aus Quecksilberbromid. Vom vorangehenden Beispiel unterscheidet es sich darin, daß die Normale auf die erste Fläche 2 des Einkristalls 1 parallel mit der Richtung [100] ist. Es besitzt keine dritte Fläche 8 des Einkristalls 1, so daß das außerordentliche Lichtbündel 7′ aus der zweiten Fläche 4′ des Einkristalls 1 austritt und die erste Fläche 2 des Einkristalls 1 mit einem unabhängigen ersten piezoelektrischen Wandler 5 und einem zweiten piezoelektrischen Wandler 5′ zum Steuern des ordentlichen bzw. außerordentlichen Lichtbündels 7 bzw. 7′ versehen ist. Zu diesem Zweck ist die Achse des ersten piezoelektrischen Wandlers 5 senkrecht zur Achse des ordentlichen Lichtbündels und die Achse des zweiten piezoelektrischen Wandlers 5′ senkrecht zur Achse des außerordentlichen Lichtbündels. Dabei schneidet das ordentliche Lichtbündel 7 die durch den ersten piezoelektrischen Wandler 5 ausgestrahlte akustische Welle, und das außerordentliche Lichtbündel 7′ schneidet die durch den zweiten piezoelektrischen Wandler 5′ ausgestrahlte akustische Welle.

Das in Fig. 3 dargestellte akusto-optische Element für ein gleichzeitiges Steuern des ordentlichen Lichtbündels und des außerordentlichen Lichtbündels besteht aus einem Einkristall 1 aus Quecksilberjodid. Von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet es sich dadurch, daß es keine dritte Fläche 8 des Einkristalls 1 besitzt, so daß das außerordentliche Lichtbündel 7′ aus der zweiten Fläche 4′ des Einkristalls 1 austritt und die erste Fläche 2 des Einkristalls 1 mit einem piezoelektrischen Wandler 5 für akustische Wellen versehen ist für ein gleichzeitiges Steuern des ordentlichen Lichtbündels 7 und des außerordentlichen Lichtbündels 7′. Zu diesem Zweck ist die Achse des piezoelektrischen Wandlers 5 senkrecht zu den Achsen des ordentlichen bzw. außerordentlichen Lichtbündels 7 bzw. 7′, und beide Lichtbündel, das ordentliche Lichtbündel 7 und das außerordentliche Lichtbündel 7′, schneiden die durch den piezoelektrischen Wandler ausgestrahlte akustische Welle.

Verzeichnis der Bezugszeichen

1 - Einkristall
2 - erste Fläche des Einkristalls
3 - kristallographische Hauptachse
4 - zweite Fläche des Einkristalls für den Eintritt des Lichtbündels
4′ - zweite Fläche des Einkristalls für den Austritt des Lichtbündels
5 - piezoelektrische Quelle für akustische Wellen zum Steuern des ordentlichen Lichtbündels
5′ - piezoelektrische Quelle für akustische Wellen zum Steuern des außerordentlichen Lichtbündels
6 - Eintritt des Lichtbündels
7 - Austritt des ordentlichen Lichtbündels
7′ - Austritt des außerordentlichen Lichtbündels
8 - dritte Fläche des Einkristalls für einen selbständigen Austritt des außerordentlichen Lichtbündels
ρ - Winkel zwischen einer Normalen zur zweiten Fläche 4 des Einkristalls und der Richtung der kristallographischen Hauptachse 3
d - Winkel zwischen der zweiten Fläche 4′ und der dritten Fläche 8 des Einkristalls

Claims

1. Akusto-optisches Element aus einem optisch doppelbrechenden Einkristall, der an einer ersten, zur Richtung der kristallographischen Hauptachse parallelen Fläche mit wenigstens einem piezoelektrischen Wandler versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Normale zu einander gegenüberliegenden Flächen (4, 4′) für den Eintritt des natürlichen Lichtbündels (6) und den Austritt des ordentlichen Lichtbündels (7) und des außerordentlichen Lichtbündels (7′) gegen die Richtung [001] der kristallographischen Hauptachse (3) unter einem Winkel ρ geneigt ist, der sich berechnet zu: wobein _o den Brechungsindex des ordentlichen Lichtbündels (7),
n _e den Brechungsindex des außerordentlichen Lichtbündels (7′) des verwendeten optisch doppelbrechenden Kristalls bezeichnet und
ρ im Hauptabschnitt des einfallenden Strahls liegt.

2. Akusto-optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale zur ersten Fläche (2) des Einkristalls (1) parallel zur Richtung [100] verläuft.

3. Akusto-optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale zur ersten Fläche (2) des Einkristalls (1) parallel zur Richtung [110] verläuft.

4. Akusto-optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall aus einwertigem Quecksilberhalogenid besteht.

5. Akusto-optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des piezoelektrischen Wandlers (5) senkrecht zur Achse des ordentlichen Lichtbündels (7) verläuft und dieses Lichtbündel (7) die durch den piezoelektrischen Wandler (5) in den Einkristall (1) ausgestrahlte akustische Welle senkrecht zu dessen ersten Fläche (2) schneidet.

6. Akusto-optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse eines zweiten piezoelektrischen Wandlers (5′) senkrecht zur Achse des außerordentlichen Lichtbündels (7′) verläuft und dieses Lichtbündel (7′) die durch den zweiten piezoelektrischen Wandler (5′) in den Einkristall (1) ausgestrahlte akustische Welle senkrecht zu dessen ersten Fläche (2) schneidet.

7. Akusto-optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des piezoelektrischen Wandlers (5) senkrecht zu den Achsen des ordentlichen Lichtbündels (7) und des außerordentlichen Lichtbündels (7′) verläuft und diese beiden Lichtbündel (7 bzw. 7′) die durch den piezoelektrischen Wandler (5) in den Einkristall (1) ausgestrahlte akustische Welle senkrecht zu dessen erster Fläche (2) schneiden.

8. Akusto-optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine dritte Fläche (8) für einen selbständigen Austritt des außerordentlichen Lichtbündels (7′) aus dem Einkristall (1) besitzt, die mit der zweiten Fläche (4′) für den Austritt des ordentlichen Lichtbündels (7) aus dem Einkristall (1) einen Winkel ϕ = 130° ± 30°einschließt.