DE1918381A1

DE1918381A1 - Abtast-Laser

Info

Publication number: DE1918381A1
Application number: DE19691918381
Authority: DE
Inventors: Myers Robert Anthony; Pole Robert Vladmir
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-07-15
Filing date: 1969-04-11
Publication date: 1970-01-22
Also published as: US3555454A; FR2012939A1; GB1216825A

Description

Aktenzeichen d. Anmelderin: Docket YO967-1J51

Abtast-Laser

Die Erfindung betrifft einen Abtast-Laser, bei dem mindestens an einem der den Resonator begrenzenden Spiegel eine von durch Elektronenstrahlen bereichsweise aufbringbaren Ladungen beeinflußbare elektrooptisch^ Schicht zur steuerbaren Drehung der Polarisationsebene der zu beeinflussenden Strahlung, eine Phasenplatte und ein Polarisator angeordnet ist. Unter Abtast-Laser wird ein Laser mit steuerbar veränderlicher Richturig und/oder Lage des emittierten Strahls verstanden.

Auf vielen Gebieten der Technik ist es erforderlich, einen parallelen Lichtstrahl kleinen Querschnitts steuerbar parallel zu sich selbst zu verschieben oder um einen bestimmten Winkel zu schwenken, sei es, um eine Fläche in Form eines Fernsehrasters punktweise abzutasten, ein Fernsehbild zu erzeugen

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oder einen bestimmten Speicherplatz eines optischen Speichers -einzulesen oder auszulesen·. Diese Aufgabe wurde entweder mit Hilfe einer Kathodenstrahlröhre mit Leuchtschirm oder mit Hilfe mechanischer ocier elektrooptischer Lichtablenker gelöst.

Laser mit steuerbar veränderbarer Richtung oder Lε.ge ci.es emittierten Strahles werden beispielsweise in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-2, Mo. J, Juli l^cjtC, Seiten 133-184, und IBM Journal of Research and Development, Vol. II, No. 5, September Vj(JJ₁ Seiten 502-510,beschrieben.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 1659264.6 wird eine anordnung zur Steuerung der Em is ει ο .einrichtung sines Lasers beschrieben, dessen Resonator an eirx-r Seite .durch einen Spiegel begrenzt wird, der aus eix^er ^-.-:ischer: zv/ei te lldurchlässigen reflektierenden Schichter: liegender-Schicht mit steuerbar veränderlichem Brechungsindex besteht. Diese drei Schichten bilden einen auf Strahlung bestimmter Wellenlänge abgestimmten Resonator, der durch bereichsvreise Änderung des Brechungsindexes der mittlerer! Schicht steuerbar verstimmt werden kann. Die Durchlässigkeit dieses.als Spiegel wirkenden Resonators kann durch örtliche Änderung der Resonanzfrequenz des Resonators so geändert werden, daß der Strahl nur an einer bestimmten Stelle austreten kann. Die Steuerung der Lage und Richtung des emittierten Strahles durch die örtliche Änderung der Resonanzfrequenz eines besonders dafür vorgesehenen Resonators hat eine Reihe von Nach-

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teilen, wie relativ große Verluste und begrenzte thermische Belastbarkeit des sehr dünnen Resonators zur Folge, die die Verwendbarkeit dieser Anordnung in vielen Fällen ausschließen. Darüber hinaus hat das relativ langsame Abflie.ßen der die Veränderung des· Breohurtgsindexes bewirkenden Ladungen zur Folge, daß nur relativ kleine Steuergeschwindigkeiten erzielt werden können.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P I564225.6 wird eine elektrooptische Anordnung zur Lichtsteuerung mittels einer auf einer elektrooptischen Schicht befindlichen Potentialverteilung beschrieben, bei der ein Polarisator, «ine Phasenplatte und eine mittels· eines Elektronenstrahls beeinflußbare elektro-optische Schicht als Lichtverschluß wirken, der steuerbar in punktförmigen Bereichen lichtdurchlässig gemacht werden kann. Das Abfließen der durch den Elektronenstrahl aufgebrachten, die Steuerung der Lichtdurchlässigkeit bewirkenden Ladungen wir.d durch eine Lichtquelle gesteuert, die die Leitfähigkeit der elektrooptischen Schicht oder einer mit dieser zusammenwirkenden fotoelektrischen Schicht beeinflußt. Diese Art, die elektrischen Ladungen zu entfernen, konnte aber nicht in allen Fällen zu befriedigenden Ergebnissen führen, da die zur Herstellung des elektrooptischen Verschlusses bzw. der das Abfließen der elektrischen Ladungen bewirkenden Schicht erforderlichen Substanzen, insbesondere für sehr hohe Steuergeschwindigkeiten oder für sehr hohe Energiedichten,nur sehr schwer zu beschaffen beziehungsweise

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herzustellen sind.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung durch einen Abtast-Laser, bei dem mindestens an einem der den Resonator, begrenzenden Spiegel eine von durch Elektronenstrahlen bereichsweise aufbringbare Ladungen beeinflußbare elektrooptische Schicht zur steuerbaren Drehung der Polarisationsebene der zu beeinflussenden Strahlung, eine Phasenplatte' und ein Polarisator angeordnet ist, gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens einer der den Resonator be- ^ grenzenden Spiegel aus gegeneinander isolierten, jeweils mit einem besonderen Ablejbwiderstand verbundenen und durch einen Elektronenstrahl einzeln aufladbaren streifenförmigen Bereichen besteht, durch deren Ladungszustand die Drehung der Polarisationsebene der die elektrooptische Schicht durchsetzenden Strahlung bestimmt wird.

Eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß beide den Resonator begrenzenden Spiegel aus gegeneinander isolierten, jeweils mit einem" besondere Ableitwiderstand verbundenen und durch einen Elektronenstrahl einzeln aufladbaren streifenförmigen Bereichen bestehe/ durch' deren Ladezustand die Drehung dor Polarisationsebene der die elektrooptische Schicht durchsetzenden Strahltülg bestimmt wird.

Eine weitere Portbildung des Erfindungsgedankens ist daaurch

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gekennzeichnet, daß die den einen Spiegel bildenden streifenförmigen Bereiche senkrecht zu den den anderen Spiegel bildenden streifenförmigen Bereichen angeordnet sind.

Die die Spiegel bildenden streifenförmigen Bereiche können entweder rechteckförmigsein oder einerseits aus kreisförmigen \and andererseits aus diese Kreise senkrecht schneidenden, radial abgeordneten rechteckforλigen Streifen bestehen. Im Falle von die Form von Rechtecken aufweisenden streifenförmicjen Bereichen ist es besonders vorteilhaft, diese Streifen außerhalb des zu steuern.:.π Bereiches seitlich aufzufächern und zu verbreitern. Auf diese Weise vrerden für den die LcduUg; bevrirk·: :i;l >ii Elektronenstrahl größere Auf treff flächen und größere Sicherheitsabstände zwischen diesen Flächen gewährleistet.

.3ine besonders vorteilhafte Weiterbildung des ürfindungsgedankens Mt dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator mittels -Irios dritten Spiegels gefaltet ist und die sich kreuzenden rstreifunförmigen Bereiche unter- od--?r nebeneinander in der gleic-ieu Ebene angeordnet sind.

^inr- v?eitere .Ausgestaltung des Erfindungsgedankens is-t schließlich dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen streifenförmiges Bereichen zugeordneten Ableitwiderstände aus durch eine besondere Lichtquelle einzeln oder gemeinsam steuerbaren Fotov/iderständen bestehen.

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Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher - . erläutert.

Es zeigen:

Figur Ij die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Figur 2, die Draufsicht eines bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung verwendeten Moder.-Selektors .

Figuren 3 und 4, Draufsichten anderer Ausbilaungsforn:'en eines Moden-Selektors.

Figur 5i einen Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung aufgebauten, gefalteten Abtast-Laser.

Figurö, die Draufsicht eines im Ausführungsbeispiel nach Figur 5 verwendbaren Moaen-Selektors.

Figur 7, eine Schnittansicht durch den in Figur β dargestellten Moden-Selektor.

Der in Figur 1 dargestellte ungefaltete Abtast-Laser wird ■ mittels eines Elektronenstrahles gesteuert. Das emittierende Element 1 des Lasers, das beispielsweise aus einer Quecksilberhohlkathodenentladungsstrecke bestehen kann, liegt symmetrisch zv/ischen den Linsen 2 und 3· Die an sich bekann-

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ten Anordnungen zur Erregung- des Elements 1 sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Beiderseits der Linsen 2 und sind die Polarisatoren 4 und 5 symmetrisch angeordnet. Die Durchlaßrichtung der Polarisatoren schließt von dem emittierenden Element aus gesehen jeweils einen Winkel von 45° mit der Senkrechten ein. Beiderseits der Polarisatoren 4 und 5 und symmetrisch dazu sind die Kathodenstrahlröhren 6 und 7 angeordnet.

Die Kathodenstrahlröhre 6 ist nach vorn durch eine Prontplatte 15 abgeschlossen. Diese Prontplatte erzeugt eine Phasenverschiebung zwischen der horizontal und vertikal polarisierten Komponente des sie durchsetzenden Lichtes. Hinter der Frontplatte 15 und innerhalb der Kathodenstrahlröhre 6 ist ein elektrooptischer Kristall IT angeordnet, der beispielsweise aus einem KDp, d.h. KH₂POh-Kristall bestehen kann. Die elektrisch induzierten doppe2forechenden Hauptachsen des Kristalls liegen senkrecht und horizontal, do daß äie doppeltbrechende Wirkung der Frontplatte 15 kompensiert werden kann. Die der Frontplatte zugewandte Fläche des elektrooptischen Kristalls kann mit einer durchsichtigen leitenden Schicht 18 überzogen

die" sein, beispielsweise aus SnO oder GdO bestehen kann. An der hinteren Fläche des elektrooptischen Kristalls IJ sind leit*nde und reflektierende Streifen 19 angeordnet. Die Kathode 21 der Kathodenstrahlröhre 16 erzeugt einen Elektronenstrahl 22, der mit Hilfe der Ablenkspule 25 abgelenkt und auf einen ausgewählten Bereich der leitenden Streifen I9 gerichtet

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werden kann. Die Anordnung der leitenden Streifen 19 wird im Zusammenhang mit der Figur 2 näher beschrieben.

v Durch die mit Hilfe des Elektronenstrahls 22 auf der leitenden Anordnung 19 aufgebrachten Ladungen entsteht zwischen der Anordnung 19 und der geerdeten Schicht 18 ein elektrostatisches Feld. . -

Die Kathodenstrahlröhre 7 ist bis auf die Richtung der leitenden Anordnung 39 in gleicher Weise wie die Kathodenstrahlröhre 6 aufgebaut. Die Linsen 2 und 3 sind jeweils mit einem . Abstand F von dem durch die Linie 50 angedeuteten Symmetrie-Zentrum des Systems angeordnet. Die Entfernungen P sind j|leich den Brennweiten der einander gleichen Linsen 2 und 3· B$fe.aus leitendem Material bestehenden Anordnungen I9 und 39i liÄgen ebenfalls jeweils im Abstand F von den Linsen 2 und JJr« Daraus ergibt sich, daß von der Anordnung I9 ausgehendes Mcht auf der Anordnung 39 abgebildet wird, die in der Bildebene der Anordnung 19 liegt. Da die Anordnung symmetrisch ausgebildet ist und die otrahlenverläufe umkehrbar sind, wird die Anord»lllg.-59 in gleicher VJeise in der Ebene der Anordnung I9 abgebil'^@*&^ Sie im Zusammenhang mit der Beschreibung der anderen Figurea aocii näher erläutert wird, wird ein Laserstrahl 5I in einem Eesosiator er- ■ zeugt, der zwischen dem Punkt 52 auf der leitenden äfiörcltttiag 19 und dem Punkt 53 auf der leitenden Anordnung 39 liegt/ Die Punkte, besser gesagt die Bereiche, 52 und 53 liegeil dort, wo die Abbildung eines geladenen leitenden Streifens der eir.e-ri Anordnung einen anderen leitenden Streifen der anderen An-

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Ordnung kreuzt.

Figur .2 stellt den in der Kathodenstrahlröhre 6 angeordneten elektrooptischen Kristall 17 und die Anordnung leitender Streifen I9 dar. Die in dieser Figur dargestellte Anordnung kann selbstverständlich auch in Zusammenhang mit den Elementen Y( und 39 in der Kathodenstrahlröhre 7 verwendet werden. Dabei müssen jedoch die Streifen der einen Anordnung in Bezug auf die Streifen der anderen Anordnung um'90° gedreht werden, so daß die Abbildung jedes einzelnen leitenden Streifens der einen Anordnung jeden leitenden Streifen der anderen Anordnung schneidet.

Die in Figur 2 dargestellte Anordnung enthält eine Reihe von leitenden und reflektierenden Streifen .60 bis 69, die beispielsweise aus Silber bestehen, das auf dem elektrooptischen Kristall I7 abgelagert ist. Die geerdeten widerstände 70 bis 79 sind .jeweils mit einem der Streifen oO bis o9 verbunden, so daß die Ableitung aer Ladungen über definierte Wege erfolgt. Qm die Zeitkonstanten RC der Entladung besser und leichter definieren zu können, werden diese Widerstände zweck-r mäßigerwels-3 als Fotoleiter ausgebildet. Die leitenden Streifen

können
oü bis 69,. sti© in einem benachbarten Bereich 55 ausgefächert 'Λ<·ϊΓπ^η, so daß eine größere Auftreff lache für den Elektronenstrahl entsteht. In Figur 2 sind die Streifen 60 bis 64 aufgefächert dargestellt und bilden vergrößerte Bereiche oO bis •h. Sind die oben genannten Widerstände als Fotowiderstände

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ausgebildet, so ist eine Lichtquelle IjB vorzusehen, die aus .einer Blitzlampe I38A und einer steuerbaren Impuls quelle IJxB besteht. Der Laserstrahl 5I kann beispielsweise mit Hilfe einer innerhalb des Resonators angeordneten Glasplatte I39 aus diesen'; austreten.

In den Figuren 3 und 4 wird eine andere Anordnung von leitenden und reflektierenden Streifen dargestellt, die in der in Figur dargestellten Anordnung eine Steuerung der Winkellage des Laserstrahls mit Hilfe voi- Polarkoordinaten ermöglicht. Die in Figur ^ dargestellte Anordnung besteht aus einer Reihe v.;-n konzentrischen kreisförmigen Streifen und die in Figur 4 dargestellte Anordnung tus einer Reihe von radial angeordneten Streifen. Eo ist leicht einzusehen, da;, die emission innerhalb des Resonators mit Hilfe von Polarkoordiriaten gesteuert werden kenn, wenn eine der genannten Anordnungen ^uf de ν anderen abgebildet wird.

Figur 5 stellt den Längsschnitt durch einen gefalteten elektronenstrahlgesteuerten Abtast-Laser dar. De^s einzige aktive Laserelement 90 ist an einer Seite der durch den halbversilberten Spiegel 91definierten Symmetrieebene des Lasers angeordnet. Der Spiegel 9I reflektiert einen Teil des auffallenden Lichtes zurück durch das Laserelement 90. Die Linse 92, der Polarisator 93 und die aus Quarz bestehende Frontplatte 94 haben eine den entsprechenden Elementen der Figur 1 ähnliche Funktion. Die aus Quarz bestehende Frontplatte

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ist auf einer Doppelkathodenstrahlröhre 95 befestigt, in der der elektroojfiti.".·-jhe Kristall 96 angeordnet ist. Dieser Kristall kann κη seiner Vorderfläche .nit einer geerdeten leitenden Schicht versehen sein, während an seiner hinteren Fläche zwei aus leitenden und reflektierenden Streifen bestehende Anordnungen 9'5 liegen, die im Zusammenhang mit der Figur 6 und 7 näher beschrieben werden. Wie aus Figur 5 ^u ersehen, bewirkt der in der Symmetrieebene liegende Spiegel, daß die Abbildung des einen der beiden in der Ebene 98 liegenden Anordnungen auf die gleiche Ebene zurückgeworfen wird, was eine Abbildung der einen Anordnung auf der anderen Anordnung zur Folge hat, wobei eine Reihe von Punkten oder Bereichen ent-· steht, in denen die Abbildung eines Streifens der einen Anordnung einen Streifen der anderen Anordnung kreuzt. Treffen die Elektronenstrahien 99 und 100 jeweils auf einen von zwei Streifen, die Kreuzungsbereiche 101 und 10? aufweisen, so erhalten diese Bereiche die Fähigkeit, Schwingungen aufrechtzuerhalten. -Diese beiden Bereiche bilden daher einen Resonator j·." Erzeugung eines gefalteten Laserstrahls I03. Die Figuren ό und 7 stellen jeweils eine Draufsicht und eine Schnittaasiehfe eines Paares von Anordnungen von reflektierenden leitenden Streifen auf einem elektrooptischen Kristall dar, die im Zusammenhang mit der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung verwendet werden können. Die in Figur 6 dargestellte Anordnung besteht aus einem elektrooptischen Kristall mit einem ersten · Bereich, 110 und einem zweiten Bereich 111. Im Bereich 110 ist eine erste Reihe von reflektierenden und leitenden Streifen

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112 - 115 angeordnet, w;'.hrerir: der zv/eite Bereich 111 mit einer zweiten Reihe von reflektierenden leitenden Streifen 120 126 versehen ist. Biese leitenden Streifen sind, x-/ie im Zusammen*- hang mit der in Figur 2 dargestellten Anordnung beschrieben,
über gesonderte Widerstände geerdet.

Figur 7 stellt eineu Schnitt durch die in Figur 6 dargestellte Anordnung dar. Die Fläohenbereiche IJO und I3I sind mit einer geerdeten durchsichtigen leitenden Elektrode I55 überzogen.
Es kann auch zweckmäßig sein, die durchsichtige leitende
Elektrode I35 mit einem Antireflexbelag I36 zu überziehen.
Beide Schichten 155 und I36 erstrecken sich über ein
Trägerelement lj>7. Anstelle der in den Figuren 2, 2, 4-, 6 und
7 dargestellten Anordnungen mit wenigen und breiten Streifen

können natürlich auch ÄusfühEungsformen mit wesentlich schma-

und

leren zahlreicheren Streifen gewählt werden. Eine Ausführungsform mit einem 5x$ cm großen KDP-Kristall mit 500 jeweils
25JWL breitenSilberstreUfen im -oberen:" Bereich und mit 1000 derartigen Streifen im unteren..Bereich frariie mit Erfolg ausprobiert„-Die Kapazität dieser Streifen."betrug."".-jeweils 0_s2 -pieol?aj?ad, ■
so-- daß bei einer ^eitfeönstsint'e 'von 20Q- Ifenoselcuriäan als Uiderst ände Merte von " 1 - KegOhst hatten.-:"",."._:., - ^;"

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Claims

Patentansprüche

Ij Abtaot-Laser, bei dem mindestens an ei-iorn uer den desonator begrenzenden Spiegel eine von durch Elektronenstrahlc:. ber'eichsweist auforingbara Ladungen :.t^influßbare elektrooptische Schicht zur steuerbaren Drehung der Polarisatio^sc-oene dar zu beeinflussenden Strahlung, eine Phaoenplatte und ein Polarisator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, ■-lä.3 mindestens einer der den .Resonator begrenzenden Spiegel aus gegeneinander isolierten, jeweils mit einem besonderen Äbleitwiderstand verbundenen und durch einen Elektronenstrahl einzeln aufladbaren streiferiföprnigen Bereichen besteht, durch deren Ladungszustand die Drehung ^er Polarisationsebene der die elektrooptisch^ Schicht durchsetzenden Strahlung bestimmt wird.

Äbtast-Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide· den .Resonator begrenzenden Spiegel aus gegeneinander

isolierten, jeweils mit einem besonderen Ableitwiaerotaua" verbundenen und durch einen ulektronenstrahl einzeln -;uflaäbaren streifenförmigen Bereichen Gestehen, durch ,ieren Ladungszustand die Drehung der Polar-isabionsebene eier de elektrooptisehe Schicht durchsetzenden Strahlung oestimmt wird, und daß die dichtung αεί- aen ersten Spiegel bildenden streifenförmigen Bereiche die xlichtung der den anderen Spiegel bilderidexi streifenförmigen Bereiche - ε chile ίde t.

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Abtast-Lciser najri Anspruch 2, dauur^h gt'kc nn.^eijhnet, , dai3 die den einen Spiegel bilde.ic-en streife-'-fcrrriigon Bereicne senkrecht zu uen aen anaeren Si-lege 1 bi la ~.nd ο η streifenförniigen Eereicnen axi^-ora.iet sina.

K Abtast-L&cer is-Sn ,^:.nsprujh 'j>, a^aurOJn -^ekenn:-el .'hnet, daß die die 3piegel bildenden streifefifor'n-i^ei. iScreij re jiitejkförh.ig ciuc .

Abtast-Laser na-jh Anspruch k, daaureh _&e;ceiiiiz ei ahnet, daß die streifenförraigen Bereiche außerhalb der zu steuernden Fläche seitlich aufgefächert and verbreitert sind.

ό Abtast-Laser ηε-.^η Ax^spruch 1, dadurch gekeiinzeiohnetip. daß die 'die Spiegel bildenaen Bereiche aus kreisfcrmigen und aus diese Kreise senkrecht schneidenden, radial ange- or ⁿ?teri rejhteokfcx'niigen Streifen bestehen.

Abtast-Laser nach den Ansprüchen 1 - 6, aadur-ch gekennzeichnet, da.iB der Resonator mittels eines dritten Spiegels gefaltet wird und die sich kreuzenden streifenförraigen Bereiche unter- oder nebeneinander in der gleichen nioeae angeordnet sind.

Abtast-Laser nach den Ansprüchen 1 - J, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen streifenförmigen Bereichen zugeordneten Ableitwiderstände aus Fotowiderständen bestehen.

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