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Piezoelektrische Lichtsteuervorrichtung Es wurde bereits 'vorgeschlagen,
zur Lichtsteuerung piezoelektrisches Material zu verwenden. Hierbei wird entweder
die Änderung der elektrischen Doppelbrechung, die bei der Deformation des Materials,
beispielsweise bei Quarz, Turmalin, auftritt, benutzt, oder .es werden die ,auftretenden
Deformationen unmittelbar auf die Bewegungen eines kleinen Spiegels nach Art eines
Oszillographen üb@ertragen, :oder schließlich werden die Bewegungen ides piezoelektrischen
Körpers auf irgendwelche Koptischen Mittel übertragen, die eine Verschiebung von
Interfenenzstreifen bewirken. Die bisherigen Anordnungen zeigen aber gewisse Nachmeile.
So sind beispielsweise im ersten Fall die Änderungen der Doppelbrechung .sehr gering
und ,außerdem innerhalb des Materials verschieden groß.. Außerdem ist es notwendig,
dabei polarisiertes Licht zu verwenden. Bei der unmittelbaren Übertragung der Deformation
auf Spiegel .oder Prismen ist @es notwendig, zur Erzielung einer genügend großen
Amplitude und einer gleichzeitig möglichst weitgehenden Trägheitsl:osigkeit die
bewegten Massen sehr klein zu halten, wodurch die steuerbare Lichtmenge ebenfalls
gering bleibt. Die Anwendung von Interferenzerscheixiungen, die immer eine präzise
!optische Einstellung voraussetzen und daher mit :einem empfindlichen Mechanismus
verbunden sind, bat sich ebenfalls in der Praxis nicht einführen können.
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Es wurde nun gefunden, daß man piezoelektrische Körper zur Steuerung
von Lichtstrahlen verschiedenster Wellenlängen als Lichtrelais verwenden kann, wenn
man zwei Gitterblenden gleicher Gitterkonstante im Lichtweg :derart anordnet und
ihren Abstand voneinander piezoelektrisch derart veränderlich. macht, :daß -die
eine Blende den Weg der von der anderen Blende :durchgelass-enen oder reflektierten
Lichtstrahlen entsprechend der an :dem Piezokörp,er angelegten Spannung mehr oder
weniger freigibt oder sperrt, so daß die Gesamtlichtmenge der durchgelassenen .oder
reflektierten Strahlung verändert wird. Als Blenden hierfür sind besonders Strichgitter
geeignet, die entweder getrennt vom Piezokörper oder auf dessen Oberfläche angeordnet
sind. Die Herstellung von Strichgittern unmittelbar auf :der Oberfläche des Piezokörpers
ist besonders einfach, indem man die Oberfläche mit deinem Metallüberzug versieht
und in diesen ein Strichgittersystem einritzt. Bei Anordnung :der Blenden auf der
Oberfläche des Piezokörpers können :diese gleichzeitig als Elektroden :des Piezokörpers:
verwendet werden.
An Hand der beiliegenden Abbildungen soll die
vorliegende Erfindung noch näher erörtert werden.
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Abb. i zeigt ein Stück eines piezoelektr.-schen Materials, beispielsweise
eines Quarzkristalles, im Schnitt. Die obere Fläche a trägt die eine Elektrode,
die untere Fläche b die andere Elektrode, wie .dies bereits aus früheren Anordnungen
bekannt ist. Die Elektroden können aus aufliegenden oder aufgeklebten Folien besteben:
Zweckmäßig wird jedoch die- Metalloberfläche durch Versilbern öder Vergolden erzeugt.
Während bei den bisherigen Anordnungen gewöhnlich die Elektroden ring- oder plattenförnüg
ausgebildet waren, bestehen diese gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem Strichgittersystem.
Die einzelnen geradlinigen Streifen der Gitterblende werden an irgendeiner Stelle,
zweckmäßig am Rand, elektrisch durchverbanden.
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In :Abb. 2 ist der Vorgang der Lichtsteuerung schematisch dargestellt.
Ein Piezokörper mit auf beiden Seiten angebrachten Strich= gittersystemen finit
den Oberflächena und b ist im Schnitt gezeichnet. Im Zustand der Spannungslosigkeit
soll das Material die Dicked haben, wobei die untere Elektrode sich in Stellung
I befindet. Stellen die Streifen des Gitters eine versilberte, gut reflektierende
Oberfläche dar, .so wird Licht, das beispielsweise unter einem Winkel von ¢5° in
das Material -eintritt, in dem dargestellten Fall nach Refi..exiön an der unteren
Elektrode b zwischen den Streifen der oberen Elektrode hindurch wieder nach außen
gelangen. Die oberen e Elektrodenstreifen a sollen eine nach außen nicht ;reflektierende
Oberfläche besitzen. Beim Anlegen irgendeiner Spannung ;soll das Material beispielsweise
ium den Betrag tideformiert werden, so daß die untere Fläche b in die Lage II kommt.
In dieser Stellung wird das .einfallende Licht zur Hälfte unmittelbar, zur Hälfte
nach nochmaliger Reflexion an d:er oberen Elektrode a zwischen den unteren Elektrodenstreifen
aus dem Piezokörper austreten. In dem Gebiet oberhalb des Piezokörpers bewirkt also
die angelegte Spannung eine Lichtsteuerung von hell ;auf . dunkel; im Gebiet unterhalb
des Piezokörpers Beine Lichtsteuerung von dunkel auf hell: Es leuchtet ein, _ daß
je nach Lage der Blenden auch- jede andere Art von Steuerung erzielt werden kann.
Insbesondere wird die Anordnung oft bevorzugt werden, bei welcher im Ruhezustand
(spannungslosen Zustand) das durch die eine Elektrode hindurchtretende Lichtbündel
durch das andere Elektrodensystem gerade zur Hälfte abgedeckt bzw. freigegeben wird,
so daß nach Anlegen von Wechselspannung dieses Licht im Rhythmus der Spa=u;;ng stärker
'und: schwächer wird-(Telephoniemodulation).
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In Abb.3a und 3b ist die -gleiche Lichtsteuerung mit Hilfe nur einer
Elektrode des piezoelektrischen Materials in Verbindung mit einer in einem bestimmten
Abstand ange-.ordneten Gitterblende dargestellt. Bei der Anordnung nach. Abb.3a
ist die Oberfläche des Piezokörpers verspiegelt, so daß die Lichtstrahlen vor und
mach dem Auftreffen auf den Piezoktirperdurch ein !und dasselbe Gitter gesteuert
werden. Aus verschiedenen Gründen, beispielsweise zur Fernhaltung der Hochspannung;
kann es ferner zweckmäßig sein, den Piezokörper nur zur Erzeugung der Amplituden
zu verwenden, während die Lichtsteuerung durch einen anderen mit dem piezoelektrischen
Material mechanisch verbundenen Körper bewirkt wird, beispielsweise durch aufgekittete
Glasplatten ,oder ,ähnliches.
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Bekanntlich schwingen die piezoelektrischen Körper, vor allem die
Kristalle, nicht gleichförmig über die ganze Fläche, vielmehr bil--den sich meist
bestimmte Knotenlinien aus. Es ist,daher zweckmäßig, die Elektrodenstreifen in Form
und Breite diesen Knoten- und Schwingungslinien entsprechend auszuführen.
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Die Beziehung zwischen der Deformation d und der Verschiebung s des
Lichtstrahles geht aus der Abb. q. hervor. Die Verschiebung ist um so größer,
je größer die Deformation und je größer der Einfallswinkel des Lichtes ist.
Aus Abb, q. ergibt sich, daß tg a =
s = 2 tg a # b ist. Für kleine Deformationen maß .ein besonders feines Gittersystem
gA-wählt werden. Zweckmäßig wird die Elektrode durch Versilbern oder Vergolden ;auf
der polierten Oberfläche hergestellt und das Gittersystem nachträglich eingeritzt.
Hierdurch wird ein praktisch massefreies Lichtsteuersystemerhalten.
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Bäs Betreiben des Lichtrelais kann einmal durch Anlegen der Steuerspannung
an die Elektroden erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist, das Lichtrelais in einer
Hilfsfrequenz vorzugsweise in einer Eigenfrequenz zu betreiben und diese mit ,der
Steuerfrequenz zu modulieren. Dabei kann es notwendig j werden, den piezoelektrischen
Körper ineinem die Schwingungen dämpfenden Medium, beispielsweise öl, schwingen
zu lassen .oder ihm einen Widerstand geeigneter Größe parallel zu schälten.
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Infolge seiner Masselosigkeit ist das piezoelektrische Lichtrelais
bis zu den höchsten Frequenzen verwendbar. Es eignet sich gleichermaßen für Tonfrequenzen
(Lichttelephonie, Tonfilm) wie für höhere Frequenzen i (Bildtelegraphie, Fernsehen),
für die verschiedensten Signalzwecke, zum Einführen von
Trägerfrequenzen,
für Kurzzeitmessungen usw. Ein besonderer Vorzug des vorliegenden Lichtrelais liegt
darin, daß durch .die Anwendung großer Flächen und durch geringe Absorptionsverluste
die Steuerung großer Lichtmengen ermöglicht wird.